本專利涉及的是一種空間兩維掃描機(jī)構(gòu)，特別是一種用于空間光電遙感儀器的集成化精密兩維掃描機(jī)構(gòu)，屬于航空航天技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

空間遙感儀器在空間研究、對(duì)地觀測(cè)、氣象預(yù)報(bào)、國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)中有著極其重要的用途，是人類開(kāi)發(fā)和利用空間資源的重要手段，是空間有效載荷應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的核心技術(shù)。我國(guó)已發(fā)射的風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星FY-1、FY-3采用的是衛(wèi)星飛行+一維掃描，F(xiàn)Y-2采用的是衛(wèi)星自旋+一維掃描方式。FY-3衛(wèi)星上的掃描輻射計(jì)、中分辨率光譜成像儀、紅外分光計(jì)等載荷采用的是45°掃描鏡旋轉(zhuǎn)掃描，掃描鏡的轉(zhuǎn)軸與衛(wèi)星飛行方向一致。當(dāng)掃描鏡轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，掃描鏡以固定的瞬時(shí)視場(chǎng)作穿越飛行軌道的掃描，接收與軌道垂直平面內(nèi)的目標(biāo)輻射，借助于衛(wèi)星的繞地球運(yùn)行，形成二維圖像。FY-2衛(wèi)星上的掃描輻射計(jì)是一種光機(jī)線掃描成像系統(tǒng)，其望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)主光軸垂直于衛(wèi)星自旋軸，利用衛(wèi)星自旋實(shí)現(xiàn)輻射計(jì)對(duì)地球自西向東掃描，衛(wèi)星自旋一周，輻射計(jì)望遠(yuǎn)鏡指向自北往南步進(jìn)一步，以此實(shí)現(xiàn)輻射計(jì)對(duì)地球的南北掃描。

隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，載荷的兩維掃描方式由于其掃描精度和效率等方面的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為了遙感衛(wèi)星的發(fā)展方向。其中的兩維掃描機(jī)構(gòu)，對(duì)于提高掃描效率、擴(kuò)大觀測(cè)視場(chǎng)、靈活地實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域的掃描和觀測(cè)等都至關(guān)重要，是衛(wèi)星光電遙感儀器的關(guān)鍵部件。

常見(jiàn)的是采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩維掃描結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性好，可適應(yīng)兩 維大角度掃描的要求，缺點(diǎn)是體積、功耗較大，無(wú)法滿足高光譜探測(cè)儀機(jī)械接口要求。申請(qǐng)公布號(hào)CN 105415371 A，公開(kāi)了一種用于空間光學(xué)遙感儀器的兩維指向機(jī)構(gòu)，其功能是45°掃描機(jī)構(gòu)和圓錐掃描機(jī)構(gòu)；申請(qǐng)公布號(hào)CN 102788234 A，公開(kāi)了一種星載精密太陽(yáng)指向機(jī)構(gòu)，此兩維指向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)采用兩臺(tái)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)軸系組件通過(guò)一個(gè)U型結(jié)構(gòu)件進(jìn)行連接，兩個(gè)軸系在空間上相互垂直，U型架與方位軸連接。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本專利解決的問(wèn)題是提供一種集成化空間精密兩維掃描機(jī)構(gòu)，具有集成化、小型化及高指向精度，以提高光電遙感儀器的探測(cè)精度。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利采用的技術(shù)方案是：提供一種能實(shí)現(xiàn)跨軌掃描和沿軌掃描的集成化兩維掃描機(jī)構(gòu)。

所述的跨軌掃描機(jī)構(gòu)包括掃描鏡1、掃描機(jī)構(gòu)前殼體8、掃描機(jī)構(gòu)中間端蓋13、旋轉(zhuǎn)電機(jī)7、角位移傳感器9、轉(zhuǎn)動(dòng)軸6、直線運(yùn)動(dòng)軸15、前鉸鏈組件22、后鉸鏈組件19、前鉸鏈組件支撐2、后鉸鏈組件支撐14、前軸承組件5、后軸承組件10、前密封內(nèi)圈3、前密封外圈4、后密封內(nèi)圈11、后密封外圈12；旋轉(zhuǎn)電機(jī)定子701、角位移傳感器定子901安裝在掃描機(jī)構(gòu)前殼體8內(nèi)；旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子702、角位移傳感器轉(zhuǎn)子902安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸6上；所述的前鉸鏈組件支撐2的一端、后鉸鏈組件支撐14的一端安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸6上；所述的前鉸鏈組件22的一端安裝在前鉸鏈組件支撐2上；所述的后鉸鏈組件19的一端安裝在后鉸鏈組件支撐14上；所述的前鉸鏈組件22的另一端、后鉸鏈組件19的另一端安裝在直線運(yùn)動(dòng)軸15上；所述的掃描鏡1安裝在前鉸鏈組件22上；所述的前軸承組件5外圈和后軸承組件10外圈分別與掃描機(jī)構(gòu)前殼體8和掃描機(jī)構(gòu)中間端蓋13配合，前軸承組件5內(nèi)圈和后軸承組件10內(nèi)圈與轉(zhuǎn)動(dòng)軸6配 合。

所述跨軌掃描運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)7通過(guò)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子702及轉(zhuǎn)動(dòng)軸6旋轉(zhuǎn)，從而使掃描鏡1作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；轉(zhuǎn)動(dòng)軸6旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)角位移傳感器轉(zhuǎn)子902轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到旋轉(zhuǎn)電機(jī)7閉環(huán)控制的目的。

所述的跨軌掃描機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸6與掃描鏡1成45°。

所述的沿軌掃描機(jī)構(gòu)包括掃描鏡1、掃描機(jī)構(gòu)后殼體17、直線電機(jī)16、轉(zhuǎn)動(dòng)軸6、直線運(yùn)動(dòng)軸15、前鉸鏈組件22、后鉸鏈組件19、前鉸鏈組件支撐2、后鉸鏈組件支撐14、直線電機(jī)封蓋18、前限位裝置21、后限位裝置20；所述的直線電機(jī)定子1601安裝在掃描機(jī)構(gòu)后殼體17內(nèi)；所述的前鉸鏈組件支撐2的一端、后鉸鏈組件支撐14的一端安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸6上；所述的前鉸鏈組件支撐2的另一端安裝在前鉸鏈組件22上；所述的后鉸鏈組件支撐14的另一端安裝在后鉸鏈組件19上；所述的前鉸鏈組件22的一端、后鉸鏈組件19的一端、前限位裝置21、后限位裝置20、直線電機(jī)動(dòng)子1602安裝在直線運(yùn)動(dòng)軸15上；所述的掃描鏡1安裝在前鉸鏈組件22上。

所述沿軌掃描機(jī)構(gòu)中，直線電機(jī)16通過(guò)驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)動(dòng)子1602及直線運(yùn)動(dòng)軸15運(yùn)動(dòng)，直線運(yùn)動(dòng)軸15進(jìn)一步帶動(dòng)前鉸鏈組件22和后鉸鏈組件19繞芯軸下1905旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，前鉸鏈組件22進(jìn)一步帶動(dòng)掃描鏡1旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；而直線運(yùn)動(dòng)軸15的運(yùn)動(dòng)角度受前限位裝置21和后限位裝置20的制約，以達(dá)到控制沿軌掃描角度的目的。

所述的沿軌掃描機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)繞前鉸鏈組件22和后鉸鏈組件19的微小轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的；沿軌掃描的運(yùn)動(dòng)角度與轉(zhuǎn)動(dòng)軸成45°±θ/2，θ為沿軌掃描的角度，θ的大小由前限位裝置21與前鉸鏈組件支撐2之間的距離、后限位裝置20和后鉸鏈組件支撐14之間的距離確定；

所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)7包括直流力矩電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)；角位移傳感器9包括圓光柵編碼器、感應(yīng)同步器、旋變發(fā)送器；直線電機(jī)16包括音圈電機(jī)、超聲波電機(jī)；所述的前鉸鏈組件19和后鉸鏈組件22包括滑動(dòng)鉸鏈、滾動(dòng)鉸鏈。

本專利的兩維掃描功能通過(guò)跨軌掃描機(jī)構(gòu)和沿軌掃描機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)耦合實(shí)現(xiàn)，跨軌掃描機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)在360°范圍內(nèi)；而沿軌掃描的運(yùn)動(dòng)在θ角范圍內(nèi)，因此，兩軸耦合后的效果使得光學(xué)遙感儀器空間的指向定位。

轉(zhuǎn)動(dòng)軸6的軸線與直線運(yùn)動(dòng)軸15的軸線平行，與掃描鏡1鏡面成45°角；在跨軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸6的軸線與掃描鏡1鏡面成45°角；在沿軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，直線運(yùn)動(dòng)軸15的軸線與掃描鏡1鏡面成45°±θ/2角，θ的大小由前限位裝置21與前鉸鏈組件支撐2之間的距離、后限位裝置20和后鉸鏈組件支撐14之間的距離確定。

本專利具有的優(yōu)點(diǎn)是：

1.集成化：傳統(tǒng)的兩維掃描機(jī)構(gòu)采用兩臺(tái)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)軸系組件通過(guò)一個(gè)U型結(jié)構(gòu)件進(jìn)行連接，兩個(gè)軸系在空間上相互垂直，而本專利的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的軸系在結(jié)構(gòu)布局上平行的，兩個(gè)方向上機(jī)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)；

2.裝配簡(jiǎn)單：電機(jī)驅(qū)動(dòng)組件自成模塊，可以獨(dú)立完成掃描運(yùn)動(dòng)，有利于確保整個(gè)掃描機(jī)構(gòu)的裝配質(zhì)量和運(yùn)轉(zhuǎn)精度；

3.指向范圍大：跨軌掃描的轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)掃描鏡360°連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，可以有效使用對(duì)地掃描之外的區(qū)域，掃描冷空間與儀器在軌定標(biāo)源，提高儀器性能的標(biāo)定；

4.運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出角度精度較高，在不改變機(jī)械裝配的條件下，通過(guò)添加控制器的細(xì)分算法，可以進(jìn)一步提高角度輸出精度；

5.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積?。貉剀壿S系穿過(guò)中空的轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線，使得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的 附加力矩和切力矩波動(dòng)最小，有利于掃描鏡的高精度控制。

附圖說(shuō)明

圖1為本專利的一種集成化空間精密兩維掃描機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為角位移傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖1中A-A剖視圖所示的后鉸鏈組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖1中B-B剖視圖所示的限位裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：

1.掃描鏡，2.前鉸鏈組件支撐，3.前密封內(nèi)圈，4.前密封外圈，5.前軸承組件，6.轉(zhuǎn)動(dòng)軸，7.旋轉(zhuǎn)電機(jī)，701.旋轉(zhuǎn)電機(jī)定子，702.旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子，8.掃描機(jī)構(gòu)前殼體，9.角位移傳感器，901.角位移傳感器定子，902.角位移傳感器轉(zhuǎn)子，10.后軸承組件，11.后密封內(nèi)圈，12.后密封外圈，13.掃描機(jī)構(gòu)中間端蓋，14.后鉸鏈組件支撐，15.直線運(yùn)動(dòng)軸，16.直線電機(jī)，1601.直線電機(jī)定子，1602.直線電子動(dòng)子，17.掃描機(jī)構(gòu)后殼體，18.直線電機(jī)封蓋，19.后鉸鏈組件，1901.芯軸上，1902.鋼球，1903.鋼球壓緊套，1904.鉸鏈框，1905.芯軸下，1906.緊定螺釘，20.后限位裝置，21.前限位裝置，2101.螺釘，2102.彈墊，2103.銅墊塊，22.前鉸鏈組件。

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本專利更加深入的了解，下面列舉一具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本專利做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本實(shí)例是一種能夠適應(yīng)空間高真空、微重力環(huán)境，具有集成化、輕小型、高指向精度的兩維掃描機(jī)構(gòu)，由跨軌掃描機(jī)構(gòu)和沿軌掃描機(jī)構(gòu)組成，機(jī)構(gòu)的總 體外形圖如圖1-圖6所示。

如圖1所示，跨軌掃描機(jī)構(gòu)主要包括掃描鏡1，前鉸鏈組件支撐2，前密封內(nèi)圈3，前密封外圈4，前軸承組件5，轉(zhuǎn)動(dòng)軸6，旋轉(zhuǎn)電機(jī)7，掃描機(jī)構(gòu)前殼體8，角位移傳感器9，后軸承組件10，后密封內(nèi)圈11，后密封外圈12，掃描機(jī)構(gòu)中間端蓋13，后鉸鏈組件支撐14，直線運(yùn)動(dòng)軸15，后鉸鏈組件19，前鉸鏈組件22等零部件；旋轉(zhuǎn)電機(jī)定子701和角位移傳感器定子901安裝在掃描機(jī)構(gòu)前殼體8內(nèi)，前軸承組件5裝入掃描機(jī)構(gòu)前殼體8中，用前密封外圈4壓緊軸承外圈，前密封外圈4與掃描機(jī)構(gòu)前殼體8螺釘連接；旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子702和角位移傳感器轉(zhuǎn)子902安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸6上；轉(zhuǎn)動(dòng)軸6與前軸承組件5的內(nèi)圈配合；掃描機(jī)構(gòu)中間端蓋13與掃描機(jī)構(gòu)前殼體8螺釘連接，后軸承組件10的外圈與掃描機(jī)構(gòu)中間端蓋13配合，后軸承組件10的內(nèi)圈與轉(zhuǎn)動(dòng)軸6配合；前密封內(nèi)圈3與轉(zhuǎn)動(dòng)軸6配合，前密封內(nèi)圈3端面壓緊前軸承組件5的內(nèi)圈；后密封外圈12與掃描機(jī)構(gòu)中間端蓋13螺釘連接；后密封內(nèi)圈11與轉(zhuǎn)動(dòng)軸6配合，后密封內(nèi)圈11端面壓緊后軸承組件10的內(nèi)圈；前鉸鏈組件支撐2與轉(zhuǎn)動(dòng)軸6螺釘連接；后鉸鏈組件支撐14與轉(zhuǎn)動(dòng)軸6螺釘連接；芯軸下1905穿過(guò)鉸鏈框1904和后鉸鏈組件支撐14的中心孔，芯軸下1905與后鉸鏈組件支撐14用緊定螺釘1906頂緊，鋼球1902放入芯軸下1905的兩端，鋼球壓緊套1903與鉸鏈框1904用螺釘連接；芯軸上1901穿過(guò)鉸鏈框1904和直線運(yùn)動(dòng)軸15的中心孔，芯軸上1901與直線運(yùn)動(dòng)軸15用緊定螺釘1906頂緊，鋼球1902放入芯軸上1901的兩端，鋼球壓緊套1903與鉸鏈框1904用螺釘連接；前鉸鏈組件22與前鉸鏈組件支撐2的裝配與前述一致；前鉸鏈組件22與直線運(yùn)動(dòng)軸15的裝配與前述一致；掃描鏡1與前鉸鏈組件22螺釘連接。

如圖1所示，沿軌掃描機(jī)構(gòu)主要包括掃描鏡1，前鉸鏈組件支撐2，轉(zhuǎn)動(dòng) 軸6，后鉸鏈組件支撐14，直線運(yùn)動(dòng)軸15，直線電機(jī)16，掃描機(jī)構(gòu)后殼體17，直線電機(jī)封蓋18，后鉸鏈組件19，后限位塊20，前限位塊21，前鉸鏈組件22等零部件；螺釘2101穿過(guò)墊片2102和銅墊塊2103后與直線運(yùn)動(dòng)軸15連接；后限位裝置20的裝配與前限位裝置21的裝配一致；直線電機(jī)動(dòng)子1602安裝在直線運(yùn)動(dòng)軸15上；掃描機(jī)構(gòu)后殼體17與掃描機(jī)構(gòu)中間端蓋13配合后與掃描機(jī)構(gòu)前殼體8螺釘連接，直線電機(jī)定子1601與掃描機(jī)構(gòu)后殼體17螺釘連接，直線電機(jī)封蓋18與直線電機(jī)定子1601螺紋連接。

本實(shí)施例的跨軌掃描機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)角度范圍為360°；通過(guò)角位移傳感器9實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)7的運(yùn)動(dòng)角度控制；沿軌掃描機(jī)構(gòu)的向后運(yùn)動(dòng)角度范圍是由前限位裝置21與前鉸鏈組件支撐2之間的間距控制的，向前運(yùn)動(dòng)角度范圍是由后限位裝置19與后鉸鏈組件支撐14之間的間距控制的；跨軌掃描和沿軌掃描交替進(jìn)行。

本實(shí)例可較普遍的應(yīng)用于集成化、輕小型、高精度的空間光學(xué)遙感儀器上，實(shí)現(xiàn)一維大角度，另一維小角度的空間探測(cè)。

以上對(duì)本專利的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本專利的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本專利的實(shí)施范圍。凡依本專利申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本專利的專利涵蓋范圍之內(nèi)。