用于旋转镜轴承的预载荷机构制造技术

本公开涉及光学系统和相关装置，具体涉及与光检测和测距(LIDAR)系统有关的光学系统和相关装置。示例光学系统包括壳体、限定旋转轴线的轴、以及联接到轴的可旋转光学部件。该光学系统还包括第一旋转轴承，该第一旋转轴承具有内座圈、外座圈以及配置为在内座圈和外座圈之间滚动的多个滚动元件。内座圈联接到轴，外座圈联接到壳体。该光学系统还包括预载荷机构，该预载荷机构具有联接到壳体的弹簧以及联接到弹簧和外座圈的预载荷分配器。弹簧配置为通过预载荷分配器向外座圈施加轴向预载荷力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于旋转镜轴承的预载荷机构相关申请的交叉引用本申请要求2018年11月1日提交的第62/753,974号美国专利申请和2018年12月19日提交的第16/226,179号美国专利申请的权益，这两个申请的内容通过引用合并于此。
技术介绍
机械轴承可以减少相对于彼此运动的零件的表面之间的摩擦。旋转轴承(例如，滚动元件轴承)是使用滚动元件承载载荷的轴承，滚动元件诸如为在内环和外环(也称为内座圈和外座圈)之间滚动的圆柱体和/或球体。载荷在旋转轴承中的滚动元件之间被持续地重新分配，这减少了摩擦、磨损和束缚。轴承预载荷是轴向载荷，其可施加到滚动元件轴承以减少滚动元件与内座圈和外座圈的表面之间的过度运动或游隙(play)。通过对旋转轴承进行适当的预加载，滚动元件将滚动而非滑动，从而防止座圈未对准和过早的轴承磨损。
技术实现思路
本公开总体上涉及具有可旋转光学部件的光学系统。该光学系统包括预载荷机构，该预载荷机构配置为向至少一个旋转轴承施加轴向预载荷从而改善其性能。在第一方面，提供了一种光学系统。该光学系统包括壳体、限定旋转轴线的轴以及联接到轴的可旋转光学部件。该光学系统还包括第一旋转轴承，该第一旋转轴承具有内座圈、外座圈以及配置为在内座圈和外座圈之间滚动的多个滚动元件。内座圈联接到轴，外座圈联接到壳体。该光学系统还包括预载荷机构，该预载荷机构包括联接到壳体的弹簧以及联接到弹簧和外座圈的预载荷分配器。弹簧配置为通过预载荷分配器向外座圈施加轴向预载荷力。在第二方面，提供了一种方法。该方法包括用预载荷机构向旋转轴承的外座圈施加轴向预载荷力。旋转轴承的内座圈联接到限定旋转轴线的轴。多个滚动元件配置为在内座圈和外座圈之间滚动。预载荷机构包括联接到壳体的弹簧以及联接到弹簧和外座圈的预载荷分配器。该方法还包括在预载荷机构施加轴向预载荷力的同时使联接到轴的可旋转光学部件旋转。在第三方面，提供了一种光检测和测距(LIDAR)系统。该LIDAR系统包括至少一个旋转轴承和联接到所述至少一个旋转轴承的弹簧。弹簧由片型材料形成。弹簧包括蛇形形状。通过适当参照附图阅读以下详细描述，其它的方面、实施方式和实现方式对于本领域普通技术人员将明显。附图说明图1示出了根据示例实施方式的光学系统。图2A是根据示例实施方式的光学系统的截面图。图2B示出了根据示例实施方式的预载荷机构。图3示出了根据示例实施方式的多个弹簧。图4示出了根据示例实施方式的方法。具体实施方式在此描述了示例方法、装置和系统。应理解，词语“示例”和“示例性”在这里用于表示“用作示例、例子或说明”。这里描述为“示例”或“示例性”的任何实施方式或特征将未必被解释为相比于其它实施方式或特征是优选的或有利的。在不脱离在此呈现的主题的范围的情况下，可以利用其它实施方式，并且可以进行其它改变。因此，这里描述的示例实施方式不意味着是限制性的。本公开的如在此概括地描述以及在附图中示出的方面可以以各种各样不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些配置在此被考虑到。此外，除非上下文另有所指，否则每个附图中示出的特征可以彼此组合使用。因此，附图应被一般性地视为一个或更多个总体实施方式的组成方面，并且应理解，并非所有示出的特征对于每个实施方式都是必要的。I.概述在示例实施方式中，光学系统可以包括可旋转部件，诸如镜子。在一些示例中，光学系统可以是LIDAR，并且镜子可以将光脉冲朝着外部环境重新定向。在一些实施方式中，可旋转部件(例如，镜子)联接到轴。在这种情况下，轴可以联接(例如，胶合或以其它方式紧固)到第一轴承的内座圈，并且第一轴承的外座圈可以联接(例如，压配合)到壳体。诸如球的滚动元件可以设置在内座圈和外座圈之间。因此，第一轴承的内座圈和外座圈可以以很小的摩擦相对于彼此旋转。此外，轴可以联接到第二轴承。第二轴承的外座圈可以邻接壳体，并且沿着轴的止动件可以邻接第二轴承的内座圈。在示例实施方式中，为了改善第一轴承和第二轴承的性能，可以使用预载荷机构来施加轴承预载荷。在一些实施方式中，预载荷机构可以配置为沿轴向方向在内座圈和外座圈之间施加预载荷力，从而减小滚动元件和座圈之间的游隙。预载荷机构可以包括预载荷分配器和弹簧。预载荷分配器可以配置为沿着外座圈均匀地分配预载荷力，从而在内座圈和外座圈周围以基本相等的量减小游隙。在示例实施方式中，弹簧可以由片型材料形成，并且可以包括扁平的蛇形形状。弹簧可以由钢形成，尽管其它可弹性变形的材料在本公开的上下文中也被考虑到。弹簧可以在两个端部位置处联接到壳体。在一些实施方式中，弹簧的弹簧常数可以与弹簧的截面形状成比例。弹簧厚度可以具有约0.005mm或更小的公差。弹簧的宽度可以被控制在约0.3mm或更小。在一些情况下，预载荷分配器可以是盘形的，并且可以包括在预载荷分配器的第一侧上的突起和在第二侧上的边缘部分。预载荷分配器可以(例如，在突起处或附近，该突起可以在弹簧的与轴和轴承同轴的区域处)物理地联接到弹簧。此外，在使夹紧的弹簧变形的同时，预载荷分配器的边缘部分可以与第一轴承的外座圈接触。即，弹簧的中间部分可以在面外方向上变形或偏斜。在这样的示例中，恢复弹簧力可以通过预载荷机构的突起和边缘转移。以这种方式，恢复弹簧力可以从弹簧传递到预载荷分配器，从而向第一轴承的外座圈施加轴向力。这样，第一轴承和第二轴承两者的外座圈可以相对于它们各自的内座圈沿轴向方向稍微移位。预载荷分配器可以由黄铜形成，但是其它材料是可能的。II.示例光学系统图1示出了根据示例实施方式的光学系统100。光学系统100包括壳体110。光学系统100还包括限定旋转轴线的轴120。在一些实施方式中，轴120可以包括具有约2毫米直径的直轴区段。然而，其它轴直径(例如，1-5毫米，或更大)是可能的并且被考虑到。轴120可以由钢形成。然而，其它材料，诸如铝、黄铜、铜、陶瓷、复合材料和/或其它刚性材料是可能的并且被考虑到。在一些实施方式中，轴120可以通过电机170被操作为旋转。电机170可以包括例如旋转直流(DC)电机或旋转交流(AC)电机。电机170可以是步进电机、有刷或无刷DC电机或别的类型的旋转致动器。配置为将电能转换成向轴120施加旋转机械能的其它类型的旋转致动器被考虑到并且是可能的。电机170可以由控制器180控制，控制器180可以包括现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)中的至少一种。附加地或替代地，控制器180可以包括一个或更多个处理器182和存储器184。一个或更多个处理器182可以是通用处理器或专用处理器(例如，数字信号处理器等)。一个或更多个处理器182可以配置为运行存储在存储器184中的计算机可读程序指令。这样，一个或更多个处理器182可以运行程序指令以提供这里描述的至少一些功能和操作。存储器184可以包括可由一个或更多个处理器182读取或访问的一个或更多个计算机可读存储介本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统，包括：/n壳体；/n限定旋转轴线的轴；/n联接到所述轴的可旋转光学部件；/n第一旋转轴承，包括：/n内座圈；/n外座圈；以及/n多个滚动元件，配置为在所述内座圈和所述外座圈之间滚动，其中所述内座圈联接到所述轴，其中所述外座圈联接到所述壳体；以及预载荷机构，包括：/n联接到所述壳体的弹簧；以及/n预载荷分配器，联接到所述弹簧和所述外座圈，其中所述弹簧配置为通过所述预载荷分配器向所述外座圈施加轴向预载荷力。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181101 US 62/753,974;20181219 US 16/226,1791.一种光学系统，包括：
壳体；
限定旋转轴线的轴；
联接到所述轴的可旋转光学部件；
第一旋转轴承，包括：
内座圈；
外座圈；以及
多个滚动元件，配置为在所述内座圈和所述外座圈之间滚动，其中所述内座圈联接到所述轴，其中所述外座圈联接到所述壳体；以及预载荷机构，包括：
联接到所述壳体的弹簧；以及
预载荷分配器，联接到所述弹簧和所述外座圈，其中所述弹簧配置为通过所述预载荷分配器向所述外座圈施加轴向预载荷力。


2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述可旋转光学部件包括多面镜。


3.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述可旋转光学部件的至少一部分是中空的。


4.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述弹簧包括形成为蛇形形状的片材料。


5.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述弹簧包括第一端部、第二端部和中间部分，其中所述第一端部和所述第二端部被夹紧到所述壳体，以及其中所述中间部分联接到所述预载荷分配器。


6.根据权利要求5所述的光学系统，其中所述中间部分相对于所述第一端部和所述第二端部在轴向方向上移位。


7.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述预载荷分配器是盘形的，其中所述预载荷分配器包括突起和边缘部分。


8.根据权利要求7所述的光学系统，其中所述预载荷分配器经由所述突起联接到所述弹簧，以及其中所述预载荷分配器经由所述边缘部分联接到所述外座圈。


9.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述弹簧或所述预载荷分配器中的至少一个包括黄铜。


10.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述轴向预载荷力与所述弹簧的截面形状或长度中的至少一个成比例。


11.根据权利要求1所述的光学系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：D杜夫，M布里克纳，P卡普拉斯，
申请(专利权)人：伟摩有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US