[发明专利]一种机械式纳米级高精度直线驱动装置

说明书

一种机械式纳米级高精度直线驱动装置，包括减速步进电机、传动形式转换组件和传感器组件。步进电机提供动力输入，传动形式转换组件将旋转运动转换为直线运动，直线差分式传感器组件的传感器实时采集直线驱动器的输出位移信息构建闭环位置检测，从而实现纳米级高精度直线运动控制。装置中设有运动副预压消间隙措施，有效消除配合间隙以及运动磨损，确保高重复精度。装置中设计有柔性环节，提供直线输出的轴向预载，保证输出精度和稳定性。本发明相比传统直线驱动装置，结构新颖、简单紧凑，具有高精度、高稳定性及高空间环境适应性的特点。

技术领域

本发明属于精密机械工程领域，涉及一种直线驱动装置。

背景技术

空间光学遥感器在轨工作过程中，由于重力、温度以及材料性质变化等原因，光学系统往往会产生离焦，特别是对于焦距较长的相机离焦现象更为明显，因此往往需要配备调焦机构补偿离焦。直线驱动装置作为调焦机构中的重要驱动部件，将电机轴的回转运动转化为被调焦组件沿光轴方向的直线运动，其精度和稳定性影响调焦的准确性，成为调焦成功与否的关键。目前调焦方案中所采用的直线驱动装置主要有两种，丝杠螺母调焦和凸轮调焦。凸轮调焦方式精度高，结构简单，但体积大，对凸轮曲线的加工要求较高。丝杠螺母调焦方式结构简单、成本低，但运动副之间存在间隙，导致存在回程误差，重复性差；且随着工作时间增长，间隙变大，会导致精度下降；丝杠轴向输出端相对输入端易有径向扰动，影响输出的稳定性。因此现有的直线致动调焦装置无论是在结构的体积和加工难度上，还是其性能的稳定性和精度上，都有待技术的提高。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种机械式纳米级高精度直线驱动装置，采用螺杆螺母调焦方式，结构简单紧凑，易于加工和装配，可以实现纳米级传动精度，提高输出轴的稳定性，并可解决真空环境应用时可能存在的在轨冷焊问题，适应空间在轨环境，有效提高了空间光学遥感器调焦的精度和可靠性，确保在轨图像质量。

本发明的技术解决方案是：一种机械式纳米级高精度直线驱动装置，包括减速步进电机、传动形式转换组件、传感器组件；传动形式转换组件包括切口螺母、传动轴、预紧件、柔性限位机构、直线传动箱体、直线传动箱端盖、输出转接螺母和直线输出保持架；切口螺母套在减速步进电机的输出轴上且端部与减速步进电机端部固定连接；传动轴安装在切口螺母内，一端与减速步进电机的输出轴连接，另一端安装输出转接螺母，传动轴上设有轴肩，柔性限位机构安装在轴肩上并通过输出转接螺母压紧；预紧件安装在切口螺母上，用于消除切口螺母与传动轴之间的间隙；直线传动箱体一端连接减速步进电机，另一端安装直线传动箱端盖，直线输出保持架安装在直线传动箱端盖未与直线传动箱体连接的一侧，输出转接螺母从直线传动箱端盖、直线输出保持架中部伸出，柔性限位机构与直线转动箱体内壁相配合，用于限制传动轴的转动；传感器组件连接直线输出保持架，传感器组件与输出转接螺母相配合，实时测量所述直线驱动装置输出的位移量。

所述传感器组件包括传感器保持架、传感器输入轴、传感器、传感器端盖和传感器输出轴；传感器保持架安装在直线输出保持架上，传感器安装在传感器保持架内并通过传感器端盖压紧，传感器输入轴和传感器输出轴分别连接传感器的两端，传感器输入轴未与传感器连接的一端与输出转接螺母相连。

所述传感器保持架包括支撑部分和固定部分，固定部分为圆筒结构，圆筒结构内安装传感器，固定部分通过圆筒结构端部的法兰盘与支撑部分连接；支撑部分包括三个圆柱，沿圆环形的直线输出保持架周向均匀分布，安装在直线输出保持架上。

所述传感器为直线差分式传感器。

所述减速步进电机为行星齿轮减速步进电机。

所述预紧件为切口螺母预紧环或具有弹性收紧功能的弹簧，切口螺母预紧环为带有切口的环形结构。

柔性限位机构采用柔性盘，所述柔性盘为一体化结构，包括三片支撑片，三片支撑片一端相互连接，三片支撑片之间夹角均为120°，三片支撑片另一端均有凸起结构；柔性盘中心处开有通孔。