微粒子观测相机调焦机构设计
1 引 言
在直线式加速器中,质子、电子等带电粒子通过交变电场后可以加速到接近光速,这些高速粒子撞击原子后,可以得到各种微观粒子。微粒子观测相机则用于观测这些粒子在云雾室中的轨迹,从而对实验结果进行定量和定性的分析。由于观测相机加工制造环境(-30~30e)与工作环境(-10~50e)存在一定的温差,工作环境温度本身亦有四季温差,加之工作台的振动,这些因素都可能使观测相机的焦平面产生微小偏移,给光学系统带来离焦,因此,调焦是这套观测相机运行中非常重要的一个环节。本文分析了各种调焦方式和结构形式的优劣,考虑整机精度和角度要求,设计了一套滚珠丝杆传动式调焦机构,调节焦平面到光学系统焦深范围内[4]。本文还详细阐述了该套机构的运动转化原理,分析其误差来源,并对加工后的样本进行了实验测试,验证和分析了设计的合理性。
2 调焦方式选择与结构设计
2.1 调焦方式选择
在调焦机构中,可以采用的调焦方式有很多。按移动部件的不同有镜头移动、调焦反射镜移动和像面移动3种方式;按传动方式不同有螺纹传动的调焦方式,蜗轮、蜗杆传动的调焦方式,丝杠、螺母传动的调焦方式,以及凸轮传动的调焦方式[1~3]。由于凸轮加工工艺复杂,凸轮齿轮表面需要特殊工艺处理,一般在航天相机调焦中使用较多。考虑到精度要求和观测相机所处的工作环境,本文选用高精度滚珠丝杆作为传动部件,同时选用CCD相面作为移动部件。
观测相机光学系统主要特点是成像范围广,其物距变化为115~410 m,焦平面调节范围大,整个调焦行程为133 mm;根据光学系统焦深的要求,系统最小调焦步距为01005 mm。
2.2 结构组成与工作原理
2. 2. 1 调焦结构组成
调焦结构原理图如图1所示,结构组成包括:3个轴系(丝杆螺母传动轴、直线轴承导向轴和承载轴系)、步进电机组件、CCD相机组件和基座等主要部件。为保证得到平稳和精度较高的传动,3轴系平行度有较高要求。基座上轴系安装孔加工方式为数控镗床加工,机床刀具转动180b时的误差为1c~2c,轴系安装孔平行度误差可以达到5c,这样的轴系安装精度完全可以到达要求。轴系在基座上的安装方式采用一端固定,一端支撑的方式,以防止轴系由于热应变产生应力。
2. 2. 2 导向结构设计
该调焦结构中,可供选用的直线导向结构有直线导轨滑块副和直线轴承光轴副。光学系统的成像物距为114~415 m,调焦行程要求133 mm,当轴系之间平行度较差时,容易过约束产生卡死或者大扭矩载荷。调焦结构对环境稳定要求严格,一旦工作环境变化,观测相机受到温差或者震动冲击后,本来已经调整平行的轴系位置会发生偏移,影响调焦功能的实现。
相关文章
- 2022-08-30环形光源在干涉仪系统中的应用
- 2023-06-04670T/H过热器母材探伤专用探头的制作
- 2022-09-20一种智能液位检测仪的设计
- 2022-08-07基于可重构设计的测控站监控系统研究与实现
- 2023-09-16关于悬臂梁振动特性的损伤灵敏度的研究
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。