空间相机直线调焦机构的设计 - 光学 精密工程.pdf

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1、第１７卷第３期光学精密工程Ｖｏｌ．１７Ｎｏ．３２００９年３月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｒ．２００９文章编号１００４９２４Ｘ（２００９）０３０６０９０６空间相机直线调焦机构的设计安源１，齐迎春２（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３１；２．吉林大学生物与农业工程学院，吉林长春１３００２２）摘要：针对空间相机在使用时受空间环境中重力、温度及压力等因素的影响，引起各光学镜面位置相对变化，从而导致像平面与焦平面不重合的问题，在分析空间相机的３种调焦方式及调焦机构设计基本原则的基础上，

2、针对某空间相机的要求设计了一种直线调焦机构。利用滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动，并结合直线导轨约束运动形式，采用绝对式编码器检测位移。该机构具有低摩擦、传动简单等优点，可有效地减少过多的传动环节所带来的传动误差。采取开环控制和闭环控制两种方式检验了该机构的精度，并讨论了误差产生的原因。实验数据的统计分析及残差分析表明，直线调焦机构的开环调焦精度为０．００２５ｍｍ，闭环调焦的精度可达到０．００１５ｍｍ，满足０．０１ｍｍ使用要求。关键词：空间相机；调焦机构；误差分析中图分类号：Ｖ４７５．２；Ｖ２４１．０３文献标识码：Ａ犇犲狊犻犵狀狅犳狊狋狉犪犻

3、犵犺狋犾犻狀犲犳狅犮狌狊犻狀犵犿犲犮犺犪狀犻狊犿犳狅狉狊狆犪犮犲犮犪犿犲狉犪１，ＱＩＹｉｎｇｃｈｕｎ２ＡＮＹｕａｎ（１．犆犺犪狀犵犮犺狌狀犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犗狆狋犻犮狊，犉犻狀犲犕犲犮犺犪狀犻犮狊犪狀犱犘犺狔狊犻犮狊，犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犆犺犪狀犵犮犺狌狀１３００３１，犆犺犻狀犪；２．犛犮犺狅狅犾狅犳犅犻狅犾狅犵犻犮犪犾犪狀犱犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵狅犳犑犻犾犻狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犆犺犪狀犵犮犺狌狀１３００２２，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｗｈｅｎａｓｐａｃｅｃａｍｅｒａｉｓｅ

4、ｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｇｒａｖｉｔｙ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｓｐａｃｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｉｍａｇｅｄｅｔｅｃｔｏｒｃａｎｎｏｔｂｅｍａｔｃｈｅｄｗｉｔｈｔｈｅｆｏｃａｌｐｌａｎｅｆｏｒｍｉｒｒｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎｃｈａｎｇｅ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｍａｇｉｎｇｑｕａｌｉｔｙ，ａｓｔｒａｉｇｈｔｌｉｎｅｆｏｃｕｓｉｎｇｍａｃｈａｎｉｓｍｄｒｉｖｅｎｂｙｓｔｅｐｍｏｔｏｒａｎｄｇｌｉｄｅｄｏｎｌｉｎｅｒｇｕｉｄｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｅ

5、ｖｅｒａｌｋｉｎｄｏｆｆｏｃｕｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｆｏｃｕｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｔｈｉｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｕｓｅｓｂａｌｌｓｃｒｅｗｓｔｏｔｒａｎｓｌａｔｅｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎｔｏｔｈｅｌｉｎｅｍｏｖｅｍｅｎｔ，ａｎｄｓｅｌｅｃｔａｎａｂｓｏｌｕｔｅｅｎｃｏｄｅｒｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ．Ｉｔｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｌｉｇｈｔｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｄｓｉｍｐｌｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｈａｉｎａｎｄｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｒｒｏｒｅｆｆｅｃｔｉ

6、ｖｅｌｙ．Ｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｉｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓｃｈｅｃｋｅｄｂｙｏｐｅｎｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｍｅａｎｖａｌｕｅａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｄｅｖｉａｔｉｏｎａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｓｔａｔｉｓｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｅｒｒｏｒｃｕｒｖｅｉｓｐｌｏｔｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｅｓｔｄａｔａ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｏｃｕｓｉｎｇｍａｃｈａｎｉｓｍｈａｓａｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｔ

7、ｈｅｅｒｒｏｒｏｆｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｉｓ０．００２５ｍｍ，ａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｏｆｏｐｅｎｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｉｓ０．００１５ｍｍ，ｗｈｉｃｈａｒｅｌｅｓｓ收稿日期：２００８０９０２；修订日期：２００８１０２７．基金项目：国家８６３高技术研究发展计划资助项目（Ｎｏ．２００７ＡＡ１２Ｚ１１３）６１０光学精密工程第１７卷ｔｈａｎｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｐｅｒｍｉｓｓｉｏｎ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｓｐａｃｅｃａｍｅｒａ；ｆｏｃｕｓｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ；ｅｒｒｏｒａｎａｌｙｓｉｓ１引言空间相机在使用时会由于空间环境中重

8、力、温度及压力等因素的变换，引起各光学镜面位置的相对变化，进而导致像平面与焦平面的不重合，即离焦。为了保证成像质量，空间相机在使用之前应考虑空间的环境参数，依据地面