專利名稱：一種可實(shí)現(xiàn)球面運(yùn)動(dòng)軌跡的光源機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及一種可實(shí)現(xiàn)球面運(yùn)動(dòng)軌跡的光源機(jī)構(gòu)，特別是實(shí)現(xiàn)從各個(gè)角度直射的均勻等光照的平行光源的裝置。
背景技術(shù)：
在科研實(shí)驗(yàn)中，各種實(shí)驗(yàn)光源的應(yīng)用十分廣泛；一些設(shè)備如太陽輻射計(jì)、經(jīng)緯儀等光信號(hào)追蹤設(shè)備在空間的運(yùn)動(dòng)是繞一根軸線或兩根軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)，要求設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)到空間任意角度都能接收到等光照度的平行光照。設(shè)備接收光照的局部裝置的運(yùn)動(dòng)軌跡往往是以軸線交點(diǎn)為球心的球面，現(xiàn)有的光源機(jī)構(gòu)一般采用固定安裝，不能對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)照射，不能夠保證設(shè)備在任意角度都能接收到等光照度的平行光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)球面運(yùn)動(dòng)軌跡的光源機(jī)構(gòu)，通過二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)球面運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而結(jié)合光源實(shí)現(xiàn)可從各個(gè)角度直射的均勻平行光源，同時(shí)可精確控制和定位光源的空間位置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的光源機(jī)構(gòu)包括二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及可發(fā)出平行光的光源組件；所述二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括外框、內(nèi)框以及光源安裝板；所述外框與內(nèi)框的軸線位于同一水平面且相互垂直，所述光源安裝板固定在內(nèi)框的上方；所述內(nèi)框繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所述外框繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)內(nèi)框同步轉(zhuǎn)動(dòng)；所述光源組件包括點(diǎn)光源、光欄以及透鏡，所述點(diǎn)光源放置所述透鏡的焦距范圍內(nèi)，點(diǎn)光源發(fā)出的光線經(jīng)光欄消雜光后穿過透鏡；所述光源組件位于二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的光源安裝板上，使所述光源組件所發(fā)出的平行光線經(jīng)過內(nèi)框軸線與外框軸線的交點(diǎn)。所述點(diǎn)光源插在燈座上，墊片、聚酰亞胺墊片以及所述燈座通過螺釘連接到光源連接架上，所述光源連接架一端有止口，所述光欄放置在所述光源連接架的止口中，所述光源連接架另一端連接鏡筒的一端，所述鏡筒的另一端通過螺紋與鏡座相連接，所述透鏡通過螺紋壓圈固定在所述鏡座上。所述二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括外框主動(dòng)端軸系、外框從動(dòng)端軸系、外框電機(jī)-減速器、外框編碼器、內(nèi)框主動(dòng)端軸系、內(nèi)框從動(dòng)端軸系、內(nèi)框電機(jī)-減速器、內(nèi)框編碼器；所述外框電機(jī)-減速器固定在所述外框主動(dòng)端軸系上，所述外框編碼器固定在所述外框從動(dòng)端軸系上,所述內(nèi)框通過所述內(nèi)框主動(dòng)端軸系和所述內(nèi)框從動(dòng)端軸系連接在所述外框上,所述內(nèi)框電機(jī)-減速器固定在所述內(nèi)框主動(dòng)端軸系上，所述內(nèi)框編碼器固定在內(nèi)框從動(dòng)端軸系上。所述點(diǎn)光源為鹵鎢燈或氘燈。所述點(diǎn)光源放置在透鏡的焦點(diǎn)處。
所述外框主動(dòng)端軸系和所述外框從動(dòng)端軸系固定在載物臺(tái)上，所述載物臺(tái)通過螺栓與底部支架連接。所述二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在右手坐標(biāo)系中外框轉(zhuǎn)動(dòng)軸線為X軸，內(nèi)框轉(zhuǎn)動(dòng)軸線為Y軸，兩軸線交點(diǎn)為原點(diǎn)O。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明的光源機(jī)構(gòu)通過調(diào)整鏡座和鏡筒的相對(duì)位置來調(diào)整透鏡和點(diǎn)光源的相對(duì)位置，使點(diǎn)光源最大程度的接近透鏡的焦點(diǎn)位置，從而得到平行度較好的光束；外框電機(jī)-減速器提供動(dòng)力，帶動(dòng)外框繞X軸做轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，外框帶動(dòng)內(nèi)框轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)光源繞X軸做圓周運(yùn)動(dòng)。內(nèi)框電機(jī)-減速器提供動(dòng)力，帶動(dòng)內(nèi)框 繞Y軸做轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，光源同時(shí)繞Y軸做圓周運(yùn)動(dòng)。光源在X軸，Y軸兩個(gè)方向分別做圓周運(yùn)動(dòng)，形成球面的運(yùn)動(dòng)軌跡，光源在運(yùn)動(dòng)軌跡范圍內(nèi)，發(fā)出光線時(shí)刻直射球心，而且距離相等，保持光照度一致。本發(fā)明二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不僅可以控制X軸方向和Y軸方向的分別轉(zhuǎn)動(dòng)，而且可以控制兩個(gè)方向的聯(lián)動(dòng)，因此可以實(shí)現(xiàn)光源的靈活定位。在與電機(jī)-減速器相對(duì)的軸系另一端分別設(shè)置內(nèi)框編碼器和外框編碼器，由于軸與外框和內(nèi)框是剛性連接，因此編碼器能夠準(zhǔn)確測(cè)量軸系轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和位置。通過改變光源在光源安裝板上的位置改變光源球面軌跡的球心點(diǎn)位置,而球心點(diǎn)正是光接收點(diǎn),光接收點(diǎn)位于二維轉(zhuǎn)臺(tái)X軸或是Y軸上。


圖I為本發(fā)明一種可實(shí)現(xiàn)球面運(yùn)動(dòng)軌跡的光源機(jī)構(gòu)中二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的光源機(jī)構(gòu)中可發(fā)出平行光的光源組件；其中1、底部支架，2、載物臺(tái)，3、內(nèi)框電機(jī)-減速器，4、內(nèi)框主動(dòng)端軸系，5、外框，6、外框編碼器，7、外框從動(dòng)端軸系，8、光源組件，9、光源安裝板，10、內(nèi)框，11、內(nèi)框從動(dòng)端軸系，12、內(nèi)框編碼器，13、外框主動(dòng)端軸系，14、外框電機(jī)-減速器，15、光源連接架，16、鏡筒，17、鏡座，18、螺紋壓圈，19、透鏡，20、光欄，21、點(diǎn)光源，22、燈座，23墊片，24、聚酰亞胺墊片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例一參見附圖1、2，本發(fā)明的光源機(jī)構(gòu)包括二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及可發(fā)出平行光的光源組件8，所述二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括底部支架I、載物臺(tái)2、外框5、外框主動(dòng)端軸系13、外框從動(dòng)端軸系7、外框電機(jī)-減速器14、外框編碼器6、內(nèi)框10、內(nèi)框主動(dòng)端軸系4、內(nèi)框從動(dòng)端軸系11、內(nèi)框電機(jī)-減速器3、內(nèi)框編碼器12、光源安裝板9 ;所述載物臺(tái)2與底部支架I通過螺栓連接，外框主動(dòng)端軸系13和外框從動(dòng)端軸系7固定在載物臺(tái)2上，外框電機(jī)-減速器14固定在外框主動(dòng)端軸系13上，外框編碼器6固定在外框從動(dòng)端軸系7上，內(nèi)框10通過內(nèi)框主動(dòng)端軸系4和內(nèi)框從動(dòng)端軸系11連接在外框5上，光源安裝板9固定在內(nèi)框10上端；所述光源組件8包括點(diǎn)光源21、燈座22、墊片23、光欄20、光源連接架15、鏡筒16、鏡座17、透鏡19、螺紋壓圈18 ;所述點(diǎn)光源21插在燈座22上，燈座22、墊片23、墊片23通過螺釘連接到光源連接架15上，光源連接架15—端有止口，光欄20放置在光源連接架15的止口中，光源連接架15另一端連接鏡筒16的一端，鏡筒16的另一端通過螺紋與鏡座17相連接，鏡座17利用螺紋壓圈18固定透鏡19 ;所述光源組件8位于二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的光源安裝板9上。
所述點(diǎn)光源21位于透鏡19的焦點(diǎn)處內(nèi)。所述二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在右手坐標(biāo)系中，外框5轉(zhuǎn)動(dòng)軸線為X軸，內(nèi)框10轉(zhuǎn)動(dòng)軸線為Y軸，兩軸線交點(diǎn)為原點(diǎn)O。所述點(diǎn)光源21為鹵鎢燈或氘燈。實(shí)施例二 二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)外框5為630mmX 702mm方框，內(nèi)框10為650mmX 340mm半框。內(nèi)框10、外框5尺寸較大，由于載荷較小，為節(jié)省制造成本，內(nèi)框10、外框5使用鋁合金直板拼接而成。機(jī)構(gòu)四個(gè)軸系均使用外徑42mm的配對(duì)角接觸球軸承，軸材料為40Cr。電機(jī)-減速器組件選取42型電機(jī)，配套使用行星減速器，實(shí)現(xiàn)100倍減速比，提供最大50N. m轉(zhuǎn)矩。編碼器選取14位絕對(duì)式空心軸編碼器，保證轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量精度。安裝時(shí)，先裝配外框主、從動(dòng)端軸系
和內(nèi)框主、從動(dòng)端軸系,然后將外框主、從動(dòng)端軸系固定在載物臺(tái)2上。將外框與軸系相連的兩根框架桿連接到軸系上，然后將另外兩根框架桿和內(nèi)框主、叢動(dòng)軸分別連接到兩根框架桿上，組成外框和外框轉(zhuǎn)動(dòng)軸系。同理安裝內(nèi)框架。最后安裝電機(jī)-減速器、編碼器和光源。光源結(jié)構(gòu)透鏡19選取直徑15_的雙凸熔石英透鏡19,焦距60_。光源選取點(diǎn)光源21。安裝時(shí)先將透鏡19放入鏡座17中，用螺紋壓圈18壓緊固定。將鏡座17通過螺紋旋進(jìn)鏡筒16中，直至擰緊。然后把鏡筒16和光源連接架15連接到一起。最后將點(diǎn)光源21、墊片23和聚酰亞胺墊片23安裝到光源連接架15上。其中墊片23用來調(diào)整點(diǎn)光源21中心的位置，聚酰亞胺墊片23起到絕緣隔熱作用。使用時(shí)，利用鏡座17和鏡筒16之間的螺紋來調(diào)整光源到透鏡19的距離，起到調(diào)焦作用，直至產(chǎn)生平行度較好的光束。以上為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但絕非對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種可實(shí)現(xiàn)球面運(yùn)動(dòng)軌跡的光源機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及可發(fā)出平行光的光源組件(8)； 所述二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括外框(5 )、內(nèi)框(10 )以及光源安裝板(9 );所述外框(5 )與內(nèi)框(10)的軸線位于同一水平面且相互垂直，所述光源安裝板(9)固定在內(nèi)框(10)的上方；所述內(nèi)框(10 )繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所述外框(5 )繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)內(nèi)框(10 )同步轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述光源組件(8)包括點(diǎn)光源、光欄(20)以及透鏡(19)，所述點(diǎn)光源(21)放置所述透鏡(19)的焦距范圍內(nèi)，點(diǎn)光源(21)發(fā)出的光線經(jīng)光欄(20)消除雜光后穿過透鏡(19)得到平行光線； 所述光源組件(8)位于二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的光源安裝板(9)上，使所述光源組件(8)所發(fā)出的平行光經(jīng)過內(nèi)框軸線與外框軸線的交點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光源機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述點(diǎn)光源(21)插在燈座(22)上，墊片(23)、聚酰亞胺墊片(24)以及所述燈座(22)通過螺釘連接到光源連接架(15)上，所述光源連接架(15 ) —端有止口，所述光欄(20 )放置在所述光源連接架(15 )的止口中，所述光源連接架(15)另一端連接鏡筒(16)的一端，所述鏡筒(16)的另一端通過螺紋與鏡座(17)相連接，所述透鏡(19 )通過螺紋壓圈(18 )固定在所述鏡座(17 )上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光源機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括外框主動(dòng)端軸系(13)、外框從動(dòng)端軸系(7)、外框電機(jī)-減速器(14)、外框編碼器(6)、內(nèi)框主動(dòng)端軸系(4)、內(nèi)框從動(dòng)端軸系(11)、內(nèi)框電機(jī)-減速器(3)、內(nèi)框編碼器(12);所述外框電機(jī)-減速器(14 )固定在所述外框主動(dòng)端軸系(13 )上，所述外框編碼器(6 )固定在所述外框從動(dòng)端軸系(7 )上，所述內(nèi)框(10 )通過所述內(nèi)框主動(dòng)端軸系(4)和所述內(nèi)框從動(dòng)端軸系(11)連接在所述外框(5 )上，所述內(nèi)框電機(jī)-減速器(3 )固定在所述內(nèi)框主動(dòng)端軸系(4 )上，所述內(nèi)框編碼器(12)固定在內(nèi)框從動(dòng)端軸系(11)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光源機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述點(diǎn)光源(21)放置在透鏡(19)的焦點(diǎn)處。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光源機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述點(diǎn)光源(21)為鹵鎢燈或氘燈。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光源機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述外框主動(dòng)端軸系(13)和所述外框從動(dòng)端軸系(7)固定在載物臺(tái)(2)上，所述載物臺(tái)(2)通過螺栓與底部支架(I)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光源機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在右手坐標(biāo)系中外框轉(zhuǎn)動(dòng)軸線為X軸，內(nèi)框轉(zhuǎn)動(dòng)軸線為Y軸，兩軸線交點(diǎn)為原點(diǎn)O。
全文摘要
一種可實(shí)現(xiàn)球面運(yùn)動(dòng)軌跡的光源機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特別是實(shí)現(xiàn)從各個(gè)角度直射的均勻等光照的平行光源的裝置。目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)球面運(yùn)動(dòng)軌跡的光源機(jī)構(gòu)，通過二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)球面運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而結(jié)合光源實(shí)現(xiàn)可從各個(gè)角度直射的均勻平行光源，同時(shí)可精確控制和定位光源的空間位置。包括二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及可發(fā)出平行光的光源組件；所述二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的內(nèi)框和外框繞各自軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，外框同時(shí)帶動(dòng)內(nèi)框轉(zhuǎn)動(dòng)，光源在X軸，Y軸兩個(gè)方向分別做圓周運(yùn)動(dòng)，形成球面的運(yùn)動(dòng)軌跡，光源在運(yùn)動(dòng)軌跡范圍內(nèi)，發(fā)出光線時(shí)刻直射球心，而且距離相等，保持光照度一致。通過改變光源在光源安裝板上的位置改變光源球面軌跡的球心點(diǎn)位置。
文檔編號(hào)F21S2/00GK102878453SQ20121031118
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者王玉鵬, 方偉, 姜明, 王凱, 葉新 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所