一種大型經(jīng)緯儀的自動(dòng)遮光罩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

傘曉剛+薛育

摘 ?要 ?遮光罩是大型光電經(jīng)緯儀的重要組成部分，是抑制光學(xué)系統(tǒng)雜散光的重要結(jié)構(gòu)之一。本文首先介紹了傳統(tǒng)的典型遮光罩結(jié)構(gòu)，分析了兩種結(jié)構(gòu)各自的特點(diǎn)和局限性，進(jìn)而提出一種具有自動(dòng)控制、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單可靠等特點(diǎn)的新型自動(dòng)遮光罩裝置，詳細(xì)闡述了該裝置的機(jī)構(gòu)的工作原理，總結(jié)了該機(jī)構(gòu)的突出特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 ?經(jīng)緯儀;遮光罩;機(jī)構(gòu);直線電機(jī);絲杠

中圖分類號(hào)：TP368 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0008-02

遮光罩是大型光電測量系統(tǒng)的重要組成部分，通常由遮光筒和遮光筒前端的開關(guān)門兩部分組成。遮光罩既能有效遮擋太陽光、地球表面的散射光及大氣漫射光等雜散光進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，又能通過光闌圈一定程度上吸收已經(jīng)進(jìn)入遮光罩的雜散光。因此，遮光罩對(duì)長焦距、大口徑、寬視場的反射式光學(xué)系統(tǒng)提高成像對(duì)比度、改善成像質(zhì)量有重要意義[1，2]。

遮光罩由于位于光電測量系統(tǒng)的最前端，距離俯仰軸回轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)力臂較長，所以遮光罩的質(zhì)量應(yīng)盡可能的小。

1 ?傳統(tǒng)遮光罩結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的遮光罩結(jié)構(gòu)有手動(dòng)遮光罩和電動(dòng)遮光罩兩種。

傳統(tǒng)手動(dòng)遮光罩的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由圓周上開有三個(gè)均布的L形卡槽的圓形蓋板、手鈕和遮光筒前端的三個(gè)擋釘組成。當(dāng)擋釘旋入L形卡槽時(shí)，遮光筒蓋關(guān)緊;當(dāng)擋釘旋出L形卡槽時(shí)，遮光筒蓋開啟。

1-手鈕，2-圓形蓋板，3-擋釘，4-遮光筒

圖1 ?傳統(tǒng)手動(dòng)遮光罩

傳統(tǒng)電動(dòng)遮光罩的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由左、右兩扇半圓形蓋板、步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速箱、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)軸和合頁組成。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速箱帶動(dòng)兩扇蓋板完成開啟和關(guān)閉動(dòng)作。

上述兩種傳統(tǒng)經(jīng)緯儀遮光罩結(jié)構(gòu)有如下局限性：

1）手動(dòng)遮光罩雖然重量輕，但不能自動(dòng)控制，不符合現(xiàn)代光電測量設(shè)備要求遠(yuǎn)程操控的要求。對(duì)于大型經(jīng)緯儀，由于設(shè)備較高，人工開啟和關(guān)閉遮光筒蓋將很不方便。

2）電動(dòng)遮光罩雖然實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，但由于采用步進(jìn)電機(jī)和齒輪減速箱結(jié)構(gòu)，重量較大，而且減速箱工作時(shí)存在較大噪音。

3）兩種遮光罩結(jié)構(gòu)都位于光電測量系統(tǒng)的最前端（而且是遮光筒的最前端），距離經(jīng)緯儀俯仰軸回轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)力臂較長，對(duì)俯仰軸的力矩較大，不利于整個(gè)設(shè)備的整體“配平”（所謂“配平”，是通過在適當(dāng)位置增加質(zhì)量使運(yùn)動(dòng)部件整體相對(duì)回轉(zhuǎn)中心力矩平衡）工作。

4-遮光筒，5-步進(jìn)電機(jī)，6-齒輪減速箱，7-聯(lián)軸器，

8-轉(zhuǎn)軸，9-合頁，10-半圓形蓋板，11-法蘭板

圖2 ?傳統(tǒng)電動(dòng)遮光罩

2 ?一種新型遮光罩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文針對(duì)現(xiàn)有遮光罩結(jié)構(gòu)的局限性，提出一種自身重量輕、對(duì)俯仰回轉(zhuǎn)軸力矩小、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)操控的遮光罩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。

為通光口徑Φ1000 mm、中心遮攔Φ300 mm的經(jīng)緯儀設(shè)計(jì)遮光罩裝置。該遮光罩的主要結(jié)構(gòu)包括直線電機(jī)12、電機(jī)固定座13、連桿Ⅰ14、連桿Ⅱ15、支撐板16、防水軟布17、連桿Ⅲ18、連桿Ⅳ19、絲杠20、消隙螺母21、限位裝置22和絲杠支撐座23。其中，電機(jī)固定座13和絲杠支撐座23分別通過圓周均布的四個(gè)支撐板16連接到遮光筒4上;絲杠20一端與直線電機(jī)12的轉(zhuǎn)軸固連在一起，另一端由絲杠支撐座23支承，并且絲杠20上安裝消隙螺母21;連桿Ⅰ14一端與電機(jī)固定座13以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，另一端與連桿Ⅳ19的中部以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連;連桿Ⅱ15一端與連桿Ⅰ14的中部以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，另一端與連桿Ⅲ18以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連;連桿Ⅳ19一端與連桿Ⅲ18的中部以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，另一端與消隙螺母21以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連;連桿Ⅰ14、連桿Ⅱ15、連桿Ⅲ18和連桿Ⅳ19組成的四桿機(jī)構(gòu)，以遮光筒4中心線為軸，圓周均布8組;防水軟布17覆蓋在所有四桿機(jī)構(gòu)中連桿Ⅰ14、連桿Ⅱ15和連桿Ⅲ18的外側(cè);限位裝置22，一個(gè)布置在當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)完全展開至覆蓋遮光筒4的通光孔徑時(shí)消隙螺母21左端可碰觸觸發(fā)的位置，一個(gè)布置在四桿機(jī)構(gòu)折疊收縮至光線遮攔區(qū)域時(shí)消隙螺母21右端可碰觸觸發(fā)的位置。

3 ?新型遮光罩的工作原理

上文所述的輕型自動(dòng)遮光罩的工作原理是（參見圖3）：當(dāng)大型經(jīng)緯儀需要進(jìn)行觀測操作時(shí)，需要收起遮光筒蓋，這時(shí)直線電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，消隙螺母向右運(yùn)動(dòng)，四桿機(jī)構(gòu)連同軟布折疊收縮，當(dāng)收縮至牛頓光學(xué)系統(tǒng)的光線遮攔區(qū)域里時(shí)，消隙螺母右側(cè)觸發(fā)限位裝置，直線電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，遮光筒蓋保持收起狀態(tài);而當(dāng)經(jīng)緯儀觀測結(jié)束，需要遮光筒蓋展開以保護(hù)光學(xué)系統(tǒng)，這時(shí)直線電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠也順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，消隙螺母向左運(yùn)動(dòng)，四桿機(jī)構(gòu)連同軟布沿徑向逐漸展開，直至覆蓋整個(gè)通光孔徑，此時(shí)消隙螺母左側(cè)觸發(fā)限位裝置，直線電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，遮光筒蓋保持開啟狀態(tài)。

4-遮光筒，12-直線電機(jī)，13-電機(jī)固定座，14-連桿Ⅰ，15-連桿Ⅱ，16-支撐板，17-防水軟布，18-連桿Ⅲ，19-連桿Ⅳ，20-絲杠，21-消隙螺母，22-限位裝置，23-絲杠支撐座

圖3 ?一種電動(dòng)遮光筒蓋機(jī)構(gòu)

4 ?結(jié)論

本文提出了一種輕型自動(dòng)控制遮光罩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，應(yīng)用直線電機(jī)直接帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)取代傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)搭配齒輪減速箱的組合，結(jié)構(gòu)簡單可靠，整個(gè)遮光罩的重量較輕，且裝置運(yùn)行時(shí)噪音小;由于本設(shè)計(jì)的遮光罩結(jié)構(gòu)質(zhì)心距離俯仰軸回轉(zhuǎn)中心的距離較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)要小很多，所以遮光罩對(duì)回轉(zhuǎn)中心的力矩變小，有利于系統(tǒng)的“配平”工作;不僅如此，本遮光罩還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遠(yuǎn)程控制。同時(shí)，該遮光罩的缺點(diǎn)是氣密性能一般，不適用于需要絕對(duì)氣密的應(yīng)用場合。

參考文獻(xiàn)

[1]丁福建，李英才.外遮光罩工程分析及其結(jié)構(gòu)動(dòng)力優(yōu)化[J].光子學(xué)報(bào)，1999，28（1）：75-79.

[2]賈學(xué)志，金光，張雷.空間相機(jī)外遮光罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].光學(xué)精密工程，2008，16（8）：1560-1565.

作者簡介

傘曉剛（1982-），男，遼寧鐵嶺人，博士，2006年于哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，2008年于華中科技大學(xué)獲得碩士學(xué)位，2013年于中國科學(xué)院大學(xué)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為中科院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所助理研究員，主要從事光電測量設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的研究。

薛育（1960-），女，遼寧蓋縣人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，現(xiàn)在中科院長春光機(jī)所工作，主要從事光電測量設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的

研究。endprint

摘 ?要 ?遮光罩是大型光電經(jīng)緯儀的重要組成部分，是抑制光學(xué)系統(tǒng)雜散光的重要結(jié)構(gòu)之一。本文首先介紹了傳統(tǒng)的典型遮光罩結(jié)構(gòu)，分析了兩種結(jié)構(gòu)各自的特點(diǎn)和局限性，進(jìn)而提出一種具有自動(dòng)控制、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單可靠等特點(diǎn)的新型自動(dòng)遮光罩裝置，詳細(xì)闡述了該裝置的機(jī)構(gòu)的工作原理，總結(jié)了該機(jī)構(gòu)的突出特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 ?經(jīng)緯儀;遮光罩;機(jī)構(gòu);直線電機(jī);絲杠

中圖分類號(hào)：TP368 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0008-02

遮光罩是大型光電測量系統(tǒng)的重要組成部分，通常由遮光筒和遮光筒前端的開關(guān)門兩部分組成。遮光罩既能有效遮擋太陽光、地球表面的散射光及大氣漫射光等雜散光進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，又能通過光闌圈一定程度上吸收已經(jīng)進(jìn)入遮光罩的雜散光。因此，遮光罩對(duì)長焦距、大口徑、寬視場的反射式光學(xué)系統(tǒng)提高成像對(duì)比度、改善成像質(zhì)量有重要意義[1，2]。

遮光罩由于位于光電測量系統(tǒng)的最前端，距離俯仰軸回轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)力臂較長，所以遮光罩的質(zhì)量應(yīng)盡可能的小。

1 ?傳統(tǒng)遮光罩結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的遮光罩結(jié)構(gòu)有手動(dòng)遮光罩和電動(dòng)遮光罩兩種。

傳統(tǒng)手動(dòng)遮光罩的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由圓周上開有三個(gè)均布的L形卡槽的圓形蓋板、手鈕和遮光筒前端的三個(gè)擋釘組成。當(dāng)擋釘旋入L形卡槽時(shí)，遮光筒蓋關(guān)緊;當(dāng)擋釘旋出L形卡槽時(shí)，遮光筒蓋開啟。

1-手鈕，2-圓形蓋板，3-擋釘，4-遮光筒

圖1 ?傳統(tǒng)手動(dòng)遮光罩

傳統(tǒng)電動(dòng)遮光罩的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由左、右兩扇半圓形蓋板、步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速箱、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)軸和合頁組成。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速箱帶動(dòng)兩扇蓋板完成開啟和關(guān)閉動(dòng)作。

上述兩種傳統(tǒng)經(jīng)緯儀遮光罩結(jié)構(gòu)有如下局限性：

1）手動(dòng)遮光罩雖然重量輕，但不能自動(dòng)控制，不符合現(xiàn)代光電測量設(shè)備要求遠(yuǎn)程操控的要求。對(duì)于大型經(jīng)緯儀，由于設(shè)備較高，人工開啟和關(guān)閉遮光筒蓋將很不方便。

2）電動(dòng)遮光罩雖然實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，但由于采用步進(jìn)電機(jī)和齒輪減速箱結(jié)構(gòu)，重量較大，而且減速箱工作時(shí)存在較大噪音。

3）兩種遮光罩結(jié)構(gòu)都位于光電測量系統(tǒng)的最前端（而且是遮光筒的最前端），距離經(jīng)緯儀俯仰軸回轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)力臂較長，對(duì)俯仰軸的力矩較大，不利于整個(gè)設(shè)備的整體“配平”（所謂“配平”，是通過在適當(dāng)位置增加質(zhì)量使運(yùn)動(dòng)部件整體相對(duì)回轉(zhuǎn)中心力矩平衡）工作。

4-遮光筒，5-步進(jìn)電機(jī)，6-齒輪減速箱，7-聯(lián)軸器，

8-轉(zhuǎn)軸，9-合頁，10-半圓形蓋板，11-法蘭板

圖2 ?傳統(tǒng)電動(dòng)遮光罩

2 ?一種新型遮光罩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文針對(duì)現(xiàn)有遮光罩結(jié)構(gòu)的局限性，提出一種自身重量輕、對(duì)俯仰回轉(zhuǎn)軸力矩小、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)操控的遮光罩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。

為通光口徑Φ1000 mm、中心遮攔Φ300 mm的經(jīng)緯儀設(shè)計(jì)遮光罩裝置。該遮光罩的主要結(jié)構(gòu)包括直線電機(jī)12、電機(jī)固定座13、連桿Ⅰ14、連桿Ⅱ15、支撐板16、防水軟布17、連桿Ⅲ18、連桿Ⅳ19、絲杠20、消隙螺母21、限位裝置22和絲杠支撐座23。其中，電機(jī)固定座13和絲杠支撐座23分別通過圓周均布的四個(gè)支撐板16連接到遮光筒4上;絲杠20一端與直線電機(jī)12的轉(zhuǎn)軸固連在一起，另一端由絲杠支撐座23支承，并且絲杠20上安裝消隙螺母21;連桿Ⅰ14一端與電機(jī)固定座13以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，另一端與連桿Ⅳ19的中部以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連;連桿Ⅱ15一端與連桿Ⅰ14的中部以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，另一端與連桿Ⅲ18以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連;連桿Ⅳ19一端與連桿Ⅲ18的中部以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，另一端與消隙螺母21以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連;連桿Ⅰ14、連桿Ⅱ15、連桿Ⅲ18和連桿Ⅳ19組成的四桿機(jī)構(gòu)，以遮光筒4中心線為軸，圓周均布8組;防水軟布17覆蓋在所有四桿機(jī)構(gòu)中連桿Ⅰ14、連桿Ⅱ15和連桿Ⅲ18的外側(cè);限位裝置22，一個(gè)布置在當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)完全展開至覆蓋遮光筒4的通光孔徑時(shí)消隙螺母21左端可碰觸觸發(fā)的位置，一個(gè)布置在四桿機(jī)構(gòu)折疊收縮至光線遮攔區(qū)域時(shí)消隙螺母21右端可碰觸觸發(fā)的位置。

3 ?新型遮光罩的工作原理

上文所述的輕型自動(dòng)遮光罩的工作原理是（參見圖3）：當(dāng)大型經(jīng)緯儀需要進(jìn)行觀測操作時(shí)，需要收起遮光筒蓋，這時(shí)直線電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，消隙螺母向右運(yùn)動(dòng)，四桿機(jī)構(gòu)連同軟布折疊收縮，當(dāng)收縮至牛頓光學(xué)系統(tǒng)的光線遮攔區(qū)域里時(shí)，消隙螺母右側(cè)觸發(fā)限位裝置，直線電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，遮光筒蓋保持收起狀態(tài);而當(dāng)經(jīng)緯儀觀測結(jié)束，需要遮光筒蓋展開以保護(hù)光學(xué)系統(tǒng)，這時(shí)直線電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠也順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，消隙螺母向左運(yùn)動(dòng)，四桿機(jī)構(gòu)連同軟布沿徑向逐漸展開，直至覆蓋整個(gè)通光孔徑，此時(shí)消隙螺母左側(cè)觸發(fā)限位裝置，直線電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，遮光筒蓋保持開啟狀態(tài)。

4-遮光筒，12-直線電機(jī)，13-電機(jī)固定座，14-連桿Ⅰ，15-連桿Ⅱ，16-支撐板，17-防水軟布，18-連桿Ⅲ，19-連桿Ⅳ，20-絲杠，21-消隙螺母，22-限位裝置，23-絲杠支撐座

圖3 ?一種電動(dòng)遮光筒蓋機(jī)構(gòu)

4 ?結(jié)論

本文提出了一種輕型自動(dòng)控制遮光罩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，應(yīng)用直線電機(jī)直接帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)取代傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)搭配齒輪減速箱的組合，結(jié)構(gòu)簡單可靠，整個(gè)遮光罩的重量較輕，且裝置運(yùn)行時(shí)噪音小;由于本設(shè)計(jì)的遮光罩結(jié)構(gòu)質(zhì)心距離俯仰軸回轉(zhuǎn)中心的距離較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)要小很多，所以遮光罩對(duì)回轉(zhuǎn)中心的力矩變小，有利于系統(tǒng)的“配平”工作;不僅如此，本遮光罩還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遠(yuǎn)程控制。同時(shí)，該遮光罩的缺點(diǎn)是氣密性能一般，不適用于需要絕對(duì)氣密的應(yīng)用場合。

參考文獻(xiàn)

[1]丁福建，李英才.外遮光罩工程分析及其結(jié)構(gòu)動(dòng)力優(yōu)化[J].光子學(xué)報(bào)，1999，28（1）：75-79.

[2]賈學(xué)志，金光，張雷.空間相機(jī)外遮光罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].光學(xué)精密工程，2008，16（8）：1560-1565.

作者簡介

傘曉剛（1982-），男，遼寧鐵嶺人，博士，2006年于哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，2008年于華中科技大學(xué)獲得碩士學(xué)位，2013年于中國科學(xué)院大學(xué)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為中科院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所助理研究員，主要從事光電測量設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的研究。

薛育（1960-），女，遼寧蓋縣人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，現(xiàn)在中科院長春光機(jī)所工作，主要從事光電測量設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的

研究。endprint

摘 ?要 ?遮光罩是大型光電經(jīng)緯儀的重要組成部分，是抑制光學(xué)系統(tǒng)雜散光的重要結(jié)構(gòu)之一。本文首先介紹了傳統(tǒng)的典型遮光罩結(jié)構(gòu)，分析了兩種結(jié)構(gòu)各自的特點(diǎn)和局限性，進(jìn)而提出一種具有自動(dòng)控制、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單可靠等特點(diǎn)的新型自動(dòng)遮光罩裝置，詳細(xì)闡述了該裝置的機(jī)構(gòu)的工作原理，總結(jié)了該機(jī)構(gòu)的突出特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 ?經(jīng)緯儀;遮光罩;機(jī)構(gòu);直線電機(jī);絲杠

中圖分類號(hào)：TP368 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0008-02

遮光罩是大型光電測量系統(tǒng)的重要組成部分，通常由遮光筒和遮光筒前端的開關(guān)門兩部分組成。遮光罩既能有效遮擋太陽光、地球表面的散射光及大氣漫射光等雜散光進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，又能通過光闌圈一定程度上吸收已經(jīng)進(jìn)入遮光罩的雜散光。因此，遮光罩對(duì)長焦距、大口徑、寬視場的反射式光學(xué)系統(tǒng)提高成像對(duì)比度、改善成像質(zhì)量有重要意義[1，2]。

遮光罩由于位于光電測量系統(tǒng)的最前端，距離俯仰軸回轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)力臂較長，所以遮光罩的質(zhì)量應(yīng)盡可能的小。

1 ?傳統(tǒng)遮光罩結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的遮光罩結(jié)構(gòu)有手動(dòng)遮光罩和電動(dòng)遮光罩兩種。

傳統(tǒng)手動(dòng)遮光罩的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由圓周上開有三個(gè)均布的L形卡槽的圓形蓋板、手鈕和遮光筒前端的三個(gè)擋釘組成。當(dāng)擋釘旋入L形卡槽時(shí)，遮光筒蓋關(guān)緊;當(dāng)擋釘旋出L形卡槽時(shí)，遮光筒蓋開啟。

1-手鈕，2-圓形蓋板，3-擋釘，4-遮光筒

圖1 ?傳統(tǒng)手動(dòng)遮光罩

傳統(tǒng)電動(dòng)遮光罩的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由左、右兩扇半圓形蓋板、步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速箱、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)軸和合頁組成。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)齒輪減速箱帶動(dòng)兩扇蓋板完成開啟和關(guān)閉動(dòng)作。

上述兩種傳統(tǒng)經(jīng)緯儀遮光罩結(jié)構(gòu)有如下局限性：

1）手動(dòng)遮光罩雖然重量輕，但不能自動(dòng)控制，不符合現(xiàn)代光電測量設(shè)備要求遠(yuǎn)程操控的要求。對(duì)于大型經(jīng)緯儀，由于設(shè)備較高，人工開啟和關(guān)閉遮光筒蓋將很不方便。

2）電動(dòng)遮光罩雖然實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，但由于采用步進(jìn)電機(jī)和齒輪減速箱結(jié)構(gòu)，重量較大，而且減速箱工作時(shí)存在較大噪音。

3）兩種遮光罩結(jié)構(gòu)都位于光電測量系統(tǒng)的最前端（而且是遮光筒的最前端），距離經(jīng)緯儀俯仰軸回轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn)力臂較長，對(duì)俯仰軸的力矩較大，不利于整個(gè)設(shè)備的整體“配平”（所謂“配平”，是通過在適當(dāng)位置增加質(zhì)量使運(yùn)動(dòng)部件整體相對(duì)回轉(zhuǎn)中心力矩平衡）工作。

4-遮光筒，5-步進(jìn)電機(jī)，6-齒輪減速箱，7-聯(lián)軸器，

8-轉(zhuǎn)軸，9-合頁，10-半圓形蓋板，11-法蘭板

圖2 ?傳統(tǒng)電動(dòng)遮光罩

2 ?一種新型遮光罩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文針對(duì)現(xiàn)有遮光罩結(jié)構(gòu)的局限性，提出一種自身重量輕、對(duì)俯仰回轉(zhuǎn)軸力矩小、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)操控的遮光罩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。

為通光口徑Φ1000 mm、中心遮攔Φ300 mm的經(jīng)緯儀設(shè)計(jì)遮光罩裝置。該遮光罩的主要結(jié)構(gòu)包括直線電機(jī)12、電機(jī)固定座13、連桿Ⅰ14、連桿Ⅱ15、支撐板16、防水軟布17、連桿Ⅲ18、連桿Ⅳ19、絲杠20、消隙螺母21、限位裝置22和絲杠支撐座23。其中，電機(jī)固定座13和絲杠支撐座23分別通過圓周均布的四個(gè)支撐板16連接到遮光筒4上;絲杠20一端與直線電機(jī)12的轉(zhuǎn)軸固連在一起，另一端由絲杠支撐座23支承，并且絲杠20上安裝消隙螺母21;連桿Ⅰ14一端與電機(jī)固定座13以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，另一端與連桿Ⅳ19的中部以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連;連桿Ⅱ15一端與連桿Ⅰ14的中部以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，另一端與連桿Ⅲ18以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連;連桿Ⅳ19一端與連桿Ⅲ18的中部以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，另一端與消隙螺母21以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連;連桿Ⅰ14、連桿Ⅱ15、連桿Ⅲ18和連桿Ⅳ19組成的四桿機(jī)構(gòu)，以遮光筒4中心線為軸，圓周均布8組;防水軟布17覆蓋在所有四桿機(jī)構(gòu)中連桿Ⅰ14、連桿Ⅱ15和連桿Ⅲ18的外側(cè);限位裝置22，一個(gè)布置在當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)完全展開至覆蓋遮光筒4的通光孔徑時(shí)消隙螺母21左端可碰觸觸發(fā)的位置，一個(gè)布置在四桿機(jī)構(gòu)折疊收縮至光線遮攔區(qū)域時(shí)消隙螺母21右端可碰觸觸發(fā)的位置。

3 ?新型遮光罩的工作原理

上文所述的輕型自動(dòng)遮光罩的工作原理是（參見圖3）：當(dāng)大型經(jīng)緯儀需要進(jìn)行觀測操作時(shí)，需要收起遮光筒蓋，這時(shí)直線電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠也逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，消隙螺母向右運(yùn)動(dòng)，四桿機(jī)構(gòu)連同軟布折疊收縮，當(dāng)收縮至牛頓光學(xué)系統(tǒng)的光線遮攔區(qū)域里時(shí)，消隙螺母右側(cè)觸發(fā)限位裝置，直線電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，遮光筒蓋保持收起狀態(tài);而當(dāng)經(jīng)緯儀觀測結(jié)束，需要遮光筒蓋展開以保護(hù)光學(xué)系統(tǒng)，這時(shí)直線電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絲杠也順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，消隙螺母向左運(yùn)動(dòng)，四桿機(jī)構(gòu)連同軟布沿徑向逐漸展開，直至覆蓋整個(gè)通光孔徑，此時(shí)消隙螺母左側(cè)觸發(fā)限位裝置，直線電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，遮光筒蓋保持開啟狀態(tài)。

4-遮光筒，12-直線電機(jī)，13-電機(jī)固定座，14-連桿Ⅰ，15-連桿Ⅱ，16-支撐板，17-防水軟布，18-連桿Ⅲ，19-連桿Ⅳ，20-絲杠，21-消隙螺母，22-限位裝置，23-絲杠支撐座

圖3 ?一種電動(dòng)遮光筒蓋機(jī)構(gòu)

4 ?結(jié)論

本文提出了一種輕型自動(dòng)控制遮光罩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，應(yīng)用直線電機(jī)直接帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)取代傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)搭配齒輪減速箱的組合，結(jié)構(gòu)簡單可靠，整個(gè)遮光罩的重量較輕，且裝置運(yùn)行時(shí)噪音小;由于本設(shè)計(jì)的遮光罩結(jié)構(gòu)質(zhì)心距離俯仰軸回轉(zhuǎn)中心的距離較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)要小很多，所以遮光罩對(duì)回轉(zhuǎn)中心的力矩變小，有利于系統(tǒng)的“配平”工作;不僅如此，本遮光罩還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遠(yuǎn)程控制。同時(shí)，該遮光罩的缺點(diǎn)是氣密性能一般，不適用于需要絕對(duì)氣密的應(yīng)用場合。

參考文獻(xiàn)

[1]丁福建，李英才.外遮光罩工程分析及其結(jié)構(gòu)動(dòng)力優(yōu)化[J].光子學(xué)報(bào)，1999，28（1）：75-79.

[2]賈學(xué)志，金光，張雷.空間相機(jī)外遮光罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].光學(xué)精密工程，2008，16（8）：1560-1565.

作者簡介

傘曉剛（1982-），男，遼寧鐵嶺人，博士，2006年于哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，2008年于華中科技大學(xué)獲得碩士學(xué)位，2013年于中國科學(xué)院大學(xué)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為中科院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所助理研究員，主要從事光電測量設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的研究。

薛育（1960-），女，遼寧蓋縣人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，現(xiàn)在中科院長春光機(jī)所工作，主要從事光電測量設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的

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