一种用于光学测量设备的轴系锁紧机构

摘要

本发明提供一种用于光学测量设备的轴系锁紧机构，解决光学测量设备进行目标落点测量时受自然风载影响而导致凝视功能不佳的问题。该轴系锁紧机构包括固定座、支撑轴承、负载平台和多组锁紧单元；固定座为套管结构；负载平台包括旋转轴和负载安装板；负载安装板固定设置在旋转轴外侧，用于搭载光学测量设备；旋转轴通过支撑轴承设置在固定座的腔体内，其能够沿固定座的轴线作旋转运动；多组锁紧单元设置在固定座外侧，用于对负载平台进行锁紧。本发明锁紧单元所产生的压紧力沿设备轴向分布，不会对设备轴系的性能、精度产生不良影响。

权利要求

1.一种用于光学测量设备的轴系锁紧机构，其特征在于：包括固定座(16)、支撑轴承(17)、负载平台(18)和多组锁紧单元；

所述固定座(16)为套管结构；所述负载平台(18)包括旋转轴(19)和负载安装板(20)；

所述负载安装板(20)固定设置在旋转轴(19)上，用于搭载光学测量设备；所述旋转轴(19)通过支撑轴承(17)设置在固定座(16)的腔体内，且能够沿固定座(16)的轴线作旋转运动；

多组锁紧单元设置在固定座(16)外侧，用于对负载平台(18)进行锁紧，每组锁紧单元均包括锁紧支撑板(8)、右支撑板(5)、左支撑板(6)、压紧模块(10)、中心轴(7)、旋转轴承(12)、电磁铁(15)、摩擦板(1)和限位块(9)；

所述锁紧支撑板(8)设置在固定座(16)的外侧；

所述右支撑板(5)、左支撑板(6)设置在锁紧支撑板(8)上，且其端面均设置有安装孔；

所述压紧模块(10)包括依次连接的锁紧板(21)、旋转座(22)和吸合板(23)；所述旋转座(22)上设置有轴承安装孔(14)，所述锁紧板(21)的重量大于吸合板(23)的重量；

所述中心轴(7)通过旋转轴承(12)设置在压紧模块(10)的轴承安装孔(14)内，其两端分别穿过右支撑板(5)、左支撑板(6)的安装孔，且与右支撑板(5)、左支撑板(6)固定连接；

所述电磁铁(15)设置在锁紧支撑板(8)上，且位于吸合板(23)的下方，用于上电时产生吸合板(23)向下运动的电磁力；

所述摩擦板(1)设置在锁紧板(21)上端，其上端面在电磁铁(15)上电时与负载安装板(20)的下端面产生摩擦力矩，进而锁紧负载平台(18)；

所述限位块(9)设置在锁紧支撑板(8)上，且位于摩擦板(1)的下方，用于限制摩擦板(1)向下移动的距离。

2.根据权利要求1所述的用于光学测量设备的轴系锁紧机构，其特征在于：所述旋转轴承(12)包括两个背靠背安装的角接触球轴承，所述角接触球轴承的内圈一端通过设置在中心轴(7)的台阶限位，另一端通过轴承压圈(11)和锁紧螺母(2)预紧。

3.根据权利要求2所述的用于光学测量设备的轴系锁紧机构，其特征在于：所述固定座(16)外侧设置有锁紧机构保护罩(3)，所述锁紧单元设置在锁紧机构保护罩(3)内。

4.根据权利要求1或2或3所述的用于光学测量设备的轴系锁紧机构，其特征在于：所述左支撑板(6)、右支撑板(5)的外侧设置有锁紧压板(4)和固定螺钉，所述固定螺钉穿过锁紧压板(4)将左支撑板(6)、右支撑板(5)与中心轴(7)连接。

5.根据权利要求4所述的用于光学测量设备的轴系锁紧机构，其特征在于：所述吸合板(23)的端面设置有贯穿的吸合孔(13)。

6.根据权利要求5所述的用于光学测量设备的轴系锁紧机构，其特征在于：所述摩擦板(1)为聚氨酯橡胶材料板。

7.根据权利要求6所述的用于光学测量设备的轴系锁紧机构，其特征在于：所述锁紧单元为三组、四组或六组，以固定座(16)的轴线为圆心均布在固定座(16)外侧。

8.根据权利要求7所述的用于光学测量设备的轴系锁紧机构，其特征在于：所述锁紧板(21)与限位块(9)的间隙 其中，L2为摩擦板中心与中心轴轴线的距离，L1为电磁铁中心与中心轴轴线的距离，X为电磁铁的吸合间距。

9.根据权利要求8所述的用于光学测量设备的轴系锁紧机构，其特征在于：所述旋转轴(19)设置为空心轴，减轻整个轴系锁紧机构的重量。

说明书

一种用于光学测量设备的轴系锁紧机构

技术领域

[0001] 本发明属于光学测量领域，具体涉及一种用于光学测量设备的轴系锁紧机构。

背景技术

[0002] 在光学测量中，针对目标的落点测量往往需要设备具有凝视功能，即设备能固定在某一固定角度进行测量。然而，该类光学测量设备工作时，往往处于空旷场地，其测量受
自然环境的影响，尤其风载的影响尤为严重。

[0003] 当受到不可控自然风载作用时，光学测量设备的伺服系统很难通过参数调节保证设备能固定在某一固定角度进行测量。随之而来的结果是，设备会因风载产生抖动，造成测
量效果不佳，甚至可能会造成测量目标的丢失，严重影响了实验进展。因此，该类光学测量
设备往往在轴系上安装机械锁紧机构，保证设备的凝视工作。

[0004] 常用的机械锁紧机构一般在轴系上安装电磁制动器，通过电磁制动器的上电、断电来保证设备轴系的锁紧，从而保证设备的凝视功能。例如，中国专利“CN209416327U”、
“CN210118600U”在内的多个方案均采用此类形式，该类机构具有结构紧凑、形式简单、锁紧
速度快、锁紧可靠等优点。但是，对于复杂轴系或轴系上挂载多组零件时，电磁制动器的安
装、维护会变得困难。同时，电磁制动器的结构形式导致该类型机械锁紧机构安装必须与轴
系同轴心，安装位置受到一定限制。

发明内容

[0005] 本发明的目的是解决光学测量设备进行目标落点测量时受自然风载影响而导致凝视功能不佳的问题，提供一种用于光学测量设备的轴系锁紧机构。

[0006] 为实现以上发明目的，本发明技术方案为:

[0007] 一种用于光学测量设备的轴系锁紧机构，包括固定座、支撑轴承、负载平台和多组锁紧单元；所述固定座为套管结构；所述负载平台包括旋转轴和负载安装板；所述负载安装
板固定设置在旋转轴上，用于搭载光学测量设备；所述旋转轴通过支撑轴承设置在固定座
的腔体内，且能够沿固定座的轴线作旋转运动；多组锁紧单元设置在固定座外侧，用于对负
载平台进行锁紧，每组锁紧单元均包括锁紧支撑板、右支撑板、左支撑板、压紧模块、中心
轴、旋转轴承、电磁铁、摩擦板和限位块；所述锁紧支撑板设置在固定座的外侧；所述右支撑
板、左支撑板设置在锁紧支撑板上，其端面均设置有安装孔；所述压紧模块包括依次连接的
锁紧板、旋转座和吸合板；所述旋转座上设置有轴承安装孔，所述锁紧板的重量大于吸合板
的重量；所述中心轴通过旋转轴承设置在压紧模块的轴承安装孔内，其两端分别穿过右支
撑板、左支撑板的安装孔，且与右支撑板、左支撑板固定连接；所述电磁铁设置在锁紧支撑
板上，且位于吸合板的下方，用于上电时产生吸合板向下运动的电磁力；所述摩擦板设置在
锁紧板上，其上端面在电磁铁上电时与负载安装板的下端面产生摩擦力矩，进而锁紧负载
平台；所述限位块设置在锁紧支撑板上，且位于摩擦板的下方，用于限制摩擦板向下移动的
距离。

[0008] 进一步地，所述旋转轴承包括两个背靠背安装的角接触球轴承，所述角接触球轴承的内圈一端通过设置在中心轴的台阶限位，另一端通过轴承压圈和锁紧螺母预紧。

[0009] 进一步地，所述固定座外侧设置有锁紧机构保护罩，所述锁紧单元设置在锁紧机构保护罩内。

[0010] 进一步地，所述左支撑板、右支撑板的外侧设置有锁紧压板和固定螺钉，所述固定螺钉穿过锁紧压板将左支撑板、右支撑板与中心轴连接。

[0011] 进一步地，所述吸合板的端面设置有贯穿的吸合孔。

[0012] 进一步地，所述摩擦板为聚氨酯橡胶材料板。

[0013] 进一步地，所述锁紧单元为三组、四组或六组，以固定座的轴线为圆心均布在固定座外侧。

[0014] 进一步地，所述锁紧板与限位块的间隙 其中，L2为摩擦板中心与中心轴轴线的距离，L1为电磁铁中心与中心轴轴线的距离，X为电磁铁的吸合间距。

[0015] 进一步地，所述旋转轴设置为空心轴，减轻整个轴系锁紧机构的重量。

[0016] 与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

[0017] 1.本发明提供了一种具备通用性的光学测量设备轴系锁紧机构，用于解决光学测量设备进行目标落点测量时受自然风载影响而导致凝视功能不佳的问题，本发明轴系锁紧
机构所产生的压紧力沿设备轴向分布，不会对设备轴系的性能、精度产生不良影响。

[0018] 2.本发明轴系锁紧机构安装在测量设备的外侧，拆卸及维护方便，且灵敏度高、加工成本低、通用性强，克服了电磁制动器在某些轴系中安装、维护困难，安装位置受限的缺
点。

[0019] 3.本发明轴系锁紧机构可依据安装空间、锁紧力矩需求进行三点、四点或者六点等多点均布。

附图说明

[0020] 图1为本发明用于光学测量设备的轴系锁紧机构的结构示意图；

[0021] 图2为本发明锁紧单元的结构示意图；

[0022] 图3为本发明用于光学测量设备的轴系锁紧机构的剖视图；

[0023] 图4为图3的C‑C剖视图；

[0024] 图5为本发明压紧模块重心及简化杠杆模型示意图；

[0025] 图6为本发明锁紧单元三点均布安装及负载平台受力示意图。

[0026] 附图标记：1‑摩擦板；2‑锁紧螺母；3‑锁紧机构保护罩；4‑锁紧压板；5‑右支撑板；6‑左支撑板；7‑中心轴；8‑锁紧支撑板；9‑限位块；10‑压紧模块；11‑轴承压圈；12‑旋转轴
承；13‑吸合孔；14‑轴承安装孔；15‑电磁铁；16‑固定座；17‑支撑轴承；18‑负载平台，19‑旋
转轴，20‑负载安装板，21‑锁紧板，22‑旋转座，23‑吸合板。

具体实施方式

[0027] 下面将结合附图对本发明技术方案作进一步详细的说明。

[0028] 本发明提供一种用于光学测量设备的轴系锁紧机构，轴系锁紧机构所产生的压紧力沿设备轴向分布，不会对设备轴系的性能、精度产生不良影响。同时，该轴系锁紧机构合
理利用结构空间、安装拆卸及维护方便、灵敏度高、加工成本低、通用性强，克服了电磁制动
器在某些轴系中安装、维护困难，安装位置受限的缺点。

[0029] 如图1至图4所示，本发明提供的用于光学测量设备的轴系锁紧机构包括固定座16、支撑轴承17、负载平台18和多组锁紧单元。本发明固定座16为套管结构，其静止不动，是
整个锁紧机构的支撑部件，为其他装置提供支撑。负载平台18包括旋转轴19和负载安装板
20；负载安装板20固定设置在旋转轴19上，用于搭载光学测量设备。例如，搭载镜头相机组
进行动态、静态目标的监测。旋转轴19通过支撑轴承17设置在固定座16的腔体内，且能够沿
固定座16的轴线作旋转运动，此时，支撑轴承17的外圈利用螺钉安装在固定座16上，内圈利
用螺钉与旋转轴19连接。该旋转轴19可设置为空心轴，用于减轻整个结构的重量。

[0030] 多组锁紧单元整体安装在固定座16外侧，用于对负载平台18进行锁紧，并将锁紧机构保护罩3利用螺钉安装在固定座16的外侧保护锁紧单元，依据固定座16的安装空间、锁
紧力矩需求，多组锁紧单元以固定座16的轴线为圆心均布，可进行三点、四点或者六点等多
点均布安装形式。

[0031] 如图2至图4所示，每组锁紧单元均包括锁紧支撑板8、右支撑板5、左支撑板6、压紧模块10、中心轴7、旋转轴承12、电磁铁15、摩擦板1和限位块9；锁紧支撑板8设置在固定座16
外侧，锁紧单元的其他部件通过锁紧支撑板8安装在固定座16上；右支撑板5、左支撑板6设
置在锁紧支撑板8上，且其端面均设置有安装孔，此时，可将右支撑板5、左支撑板6平行设
置，为中心轴7的安装提供支撑。压紧模块10包括依次连接的锁紧板21、旋转座22和吸合板
23，旋转座22上设置有轴承安装孔14，锁紧板21的重量大于吸合板23的重量；中心轴7通过
旋转轴承12设置在压紧模块10的轴承安装孔14内，其两端分别穿过右支撑板5、左支撑板6
的安装孔，且与右支撑板5、左支撑板6固定连接；电磁铁15设置在锁紧支撑板8上，且位于吸
合板23的下方，用于上电时产生吸合板23向下运动的电磁力；摩擦板1设置在锁紧板21上，
其上端面在电磁铁15上电时与负载安装板20的下端面产生摩擦力矩，进而锁紧负载平台
18；限位块9设置在锁紧支撑板8上，且位于摩擦板1的下方，用于限制摩擦板1向下移动的距
离。

[0032] 本发明旋转轴承12包括两个背靠背安装的角接触球轴承，角接触球轴承的内圈一端通过设置在中心轴7的台阶限位，另一端通过轴承压圈11和锁紧螺母2预紧。左支撑板6、
右支撑板5的外侧设置有锁紧压板4和固定螺钉，固定螺钉穿过锁紧压板4将左支撑板6、右
支撑板5与中心轴7连接。本发明吸合板23的端面设置有贯穿的吸合孔13，该吸合孔13不仅
用于减轻吸合板23的重量，还用于减少吸合板23与电磁铁15吸合时产生的阻力。

[0033] 本发明轴系锁紧机构的摩擦板1采用聚氨酯橡胶材料，该材料耐磨性高、强度高、防老化性能好，同时，该材料具备一定的弹性，可保证电磁铁15上电吸合压紧模块10时，摩
擦板1与负载平台18之间产生压紧力过程中摩擦板1产生一定的微量弹性变形，保证摩擦板
1与负载平台18平面的面接触及压紧力转换成摩擦力矩的有效性。

[0034] 本发明锁紧机构保护罩3采用不锈钢材料，该材料具有良好的防锈性能，为该轴系锁紧机构提供良好防护的同时，外观稳定美观，其余零件均采用通用的合金钢材质。

[0035] 本发明在摩擦板1的下方设置有限位块9，限位块9的作用是严格限制压紧模块10下落的距离，以防吸合板23另一侧与电磁铁15脱开距离太大，再次上电时电磁铁15无法提
供足够的吸合力将吸合板23吸合。

[0036] 本发明轴系锁紧机构安装时，首先将一对角接触球轴承利用背靠背形式安装在压紧模块10的轴承安装孔14内，并将中心轴7由右侧向左侧穿入一对角接触球轴承内孔，利用
轴承压圈11和锁紧螺母2将轴承预紧，同时保证压紧模块10绕角接触球轴承的灵活性。中心
轴7的左、右两端分别安装左支撑板6、右支撑板5上，并在左支撑板6、右支撑板5的外侧安装
锁紧压板4，并利用固定螺钉将左支撑板6、右支撑板5与中心轴7拉紧，利用摩擦力保证中心
轴7在无外力条件下不饶角接触球轴承旋转。最后，利用螺钉将左支撑板6和右支撑板5连
接，并利用螺钉将右支撑板5安装在支撑板上，限位块9安装在支撑板的左侧，并依据需求调
整限位块9与压紧模块10间隙Δ，电磁铁15安装在支撑板的右侧，摩擦板1安装在压紧模块
10的顶端。

[0037] 当需要支撑轴系锁紧时，电磁铁15上电，压紧模块10靠近电磁铁15的一侧向下运动并被电磁铁15吸合，依据杠杆原理，压紧模块10绕中心轴7的轴线(旋转支点)旋转，抬起
锁紧板21，并使摩擦板1与负载平台18之间产生压紧力，并利用摩擦原理将该压紧力转化成
负载平台18的摩擦力矩，进而锁紧负载平台18，抵抗自然风载作用。该结构形式所产生的压
紧力沿支撑轴承17轴向分布，对支撑轴系的性能、精度均不会产生影响。

[0038] 当不需要支撑轴系锁紧时，电磁铁15断电消磁，摩擦板1与负载平台18之间产生的压紧力消失。同时，压紧模块10因自身重心设计在偏离中心轴7轴线的摩擦板1侧而使该侧
绕轴线下落，并搭在限位块9上，而压紧模块10另一侧因杠杆原理抬起，并与电磁铁15脱开。

[0039] 如图5和图6所示，下面以三点均布的轴系锁紧机构为例，计算该轴系锁紧机构所能提供的摩擦力矩，并确定限位块9与压紧模块10的间隙。电磁铁15完全吸合时可提供的理
论吸合力，

[0040] F0＝300N

[0041] 考虑装配误差、温度及使用时长等因素对电磁铁15的影响，预估电磁铁15所提供吸合力的效率；

[0042] η1＝0.7

[0043] 电磁铁15所提供的实际吸合力，

[0044] F1＝F0·η1＝210N

[0045] 根据杠杆原理，摩擦板1处的压紧力，

[0046]

[0047] 考虑摩擦板1与负载平台18之间的摩擦系数，

[0048] μ1＝0.2

[0049] 摩擦板1中心距离支撑轴承17中心，

[0050] R＝0.25m

[0051] 则3点均布的锁紧单元可提供的摩擦力矩，

[0052] M＝3F2·μ1·R＝29.5N·m

[0053] 所提供的摩擦力矩足够克服自然风载力矩，并保证设备处于某一固定角度的凝视状态不变。

[0054] 根据电磁铁15吸合间距与吸合力的关系，当所选电磁铁15的吸合间距X为2mm时可提供的理论吸合力为8N，足够克服轴承摩擦力矩和压紧模块10偏心重力，并将压紧模块10
吸合，则限位块9与压紧模块10间隙Δ为，

[0055]

[0056] 其中，L2为摩擦板中心与中心轴轴线的距离，L1为电磁铁中心与中心轴轴线的距离，X为电磁铁的吸合间距。