一种预压力自适应调节的摩擦轮驱动转台装置的制作方法

1.本发明涉及转台设备技术领域，具体涉及一种预压力自适应调节的摩擦轮驱动转台装置。


背景技术：

2.高精度一维转台用于光学检测，目前的大型一维转台驱动多采用内置无刷力矩电机的方式，具有结构紧凑，可带动大负载等特点，但是目前市面上的高精度一维转台经常出现主动摩擦轮和从动摩擦轮之间打滑现象，难以实现对接触预压力的精确控制。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供用一种预压力自适应调节的摩擦轮驱动转台装置。
4.一种预压力自适应调节的摩擦轮驱动转台装置，包括动力单元、摩擦驱动单元和预压力调节单元；
5.所述预压力调节单元包括转接件、弹簧压板、弹簧导杆、弹簧、螺母支架、第一直线导轨、第二直线导轨、螺母、步进电机、步进电机支撑架和主承力架；摩擦驱动单元底部与第二直线导轨的滑块，动力单元的输出端与摩擦驱动单元连接，动力单元的下方设有位移测量单元，转接件的两端分别与摩擦驱动单元和弹簧压板连接，弹簧导杆的两端分别与弹簧压板和螺母支架连接，弹簧导杆上套有弹簧，螺母支架上安装有螺母，步进电机的丝杠输出轴与螺母连接，螺母支架底部与第一直线导轨的滑块连接，第一直线导轨和第二直线导轨都安装在主承力架的上表面，步进电机通过步进电机支撑架安装在主承力架的上表面。
6.进一步，所述摩擦驱动单元包括主动摩擦轮、第一轴承、从动摩擦轮、第一螺纹压圈、轴承端盖和摩擦轮轴承座；
7.所述摩擦轮轴承座底部与第二直线导轨的滑块连接，摩擦轮轴承座的侧面与转接件连接，摩擦轮轴承座内部设置有第一轴承，第一轴承的内圈与第一螺纹压圈连接，第一螺纹压与主动摩擦轮螺纹连接，主动摩擦轮和从动摩擦轮构成摩擦副，轴承端盖与第一轴承远离主动摩擦轮的工作面一侧的外圈连接且轴承端盖还与摩擦轮轴承座连接，主动摩擦轮的轴伸出轴承端盖与动力单元连接。
8.进一步，所述动力单元包括弹性联轴器、电机轴承座压板、电机轴承座、电机定子、电机转子、第二螺纹压圈、第二轴承、电机轴、轴承压圈和电机轴承座端盖；所述位移测量单元包括光栅尺、光栅尺读数头和光栅尺读数头支承架；
9.所述电机轴承座设置在主承力架的下表面，电机轴承座内部设有第二轴承，第二轴承的内圈与第二螺纹压圈连接，第二螺纹压圈与电机轴螺纹连接，电机定子设置在电机轴承座内且位于第二轴承上方，电机转子设置在电机定子内圈，且电机轴的中段与电机转子固连，电机轴与弹性联轴器的一端连接，弹性联轴器的另一端与主动摩擦轮的轴连接，第二轴承远离电机定子一侧的外圈与轴承压圈连接且轴承压圈与电机轴承座连接，电机轴承
座压板与主承力架上表面连接压紧电机定子，光栅尺读数头支承架固定在电机轴承座上，光栅尺读数头支承架上连接有光栅尺读数头，光栅尺通过连接固定在电机轴上，电机轴承座端盖连接在电机轴承座下端。
10.进一步，所述预压力调节单元还包括压力传感器，压力传感器的两端分别与转接件和弹簧压板连接。
11.进一步，所述第一直线导轨的两端都设有第一导轨挡块，第二直线导轨的两端都设有第二导轨挡块。
12.进一步，所述摩擦轮轴承座内部设置有一对第一轴承，两个第一轴承之间设有第一轴承隔圈，两个第一轴承的内圈都与第一螺纹压圈连接，轴承端盖与位于下方的第一轴承的外圈连接；
13.所述电机轴承座内部设有一对第二轴承，两个第二轴承之间设有第二轴承隔圈，两个第二轴承的内圈与第二螺纹压圈连接，轴承压圈与位于下方的第二轴承的外圈连接。
14.进一步，所述弹簧导杆成对设置在弹簧压板和螺母支架在之间。
15.进一步，所述第一直线导轨和第二直线导轨都成对设置在主承力架的上表面。
16.进一步，所述从动摩擦轮固定在转台台面上，转台台面连接在转台基座的上表面，电机轴承座连接在转台基座的侧面。
17.进一步，所述电机轴承座和转台基座之间设置有垫片。
18.本发明技术方案，具有如下优点：
19.1.本发明型包含预压力调节单元，首先通过控制系统比较位移测量单元提供的转速信息是否发生突变，从而判断主动轮与从动轮之间是否发生打滑现象，若发生打滑，通过步进电机的丝杠输出轴带动螺母沿着直线导轨发生微位移，并通过弹簧、弹簧压板、摩擦轮轴承座等机构将输出力传递给摩擦副，从而实现对接触预压力的实时精确控制，可以有效避免主动摩擦轮和从动摩擦轮之间打滑现象的出现。
20.2.本发明加装了压力传感器，可以实时监测主动摩擦轮和从动摩擦轮之间预压力的变化情况，对于系统稳定性控制和摩擦副材料设计具有指导意义。
21.3.本发明中第一轴承、第二轴承、第一导轨、第二导轨、第一轴承、第二轴承和弹簧导杆都成对设置，大大提高了本装置力传递的稳定性。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明的剖视图；
24.图2为发明的轴测图；
25.图3为本发明中主、从动摩擦轮接触与分布示意图；
26.图4为本发明中转台基座、台面和从动摩擦轮的分布示意图；
27.图5为本发明的整体结构布局示意图。
28.附图标记说明：
29.1-主动摩擦轮；
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2-第一轴承；
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3-第一轴承隔圈；
30.4-第一螺纹压圈；
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5-轴承端盖；
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6-摩擦轮轴承座；
31.7-转接件；
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8-压力传感器；
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9-弹簧压板；
32.10-弹簧导杆；
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11-弹簧；
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12-螺母支架；
33.13-螺母；
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14-步进电机；
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15-步进电机支撑架；
34.16-第一导轨挡块；
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17-第一直线导轨；
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18-第二导轨挡块；
35.19-第二直线导轨；
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20-弹性联轴器；
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21-主承力架；
36.22-电机轴承座压板；23-电机轴承座；
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24-电机定子；
37.25-电机转子；
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26-第二螺纹压圈；
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27-第二轴承；
38.28-第二轴承隔圈；
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29-轴承压圈；
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30-光栅尺读数头支撑架；
39.31-光栅尺读数头；
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32-光栅尺；
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33-电机轴承座端盖；
40.34-电机轴；
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35-垫片；
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36-转台基座；
41.37-从动摩擦轮；
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38-转台台面。
具体实施方式
42.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
46.请参阅图1和图2，一种预压力自适应调节的摩擦轮驱动转台装置，包括动力单元、摩擦驱动单元和预压力调节单元；
47.所述预压力调节单元包括转接件7、弹簧压板9、弹簧导杆10、弹簧11、螺母支架12、第一直线导轨17、第二直线导轨19、螺母13、步进电机14、步进电机支撑架15和主承力架21；摩擦驱动单元底部与第二直线导轨19的滑块连接，动力单元的输出端与摩擦驱动单元连接，动力单元的下方设有位移测量单元，转接件7的两端通过螺钉分别与摩擦驱动单元和弹簧压板9连接，弹簧导杆10的两端分别与弹簧压板9和螺母支架12连接，弹簧导杆10上套有弹簧11，螺母支架12上安装有螺母13，步进电机14的丝杠输出轴与螺母13连接，螺母支架12底部与第一直线导轨17的滑块连接，第一直线导轨17和第二直线导轨19都安装在主承力架
21的上表面，步进电机14通过步进电机支撑架15安装在主承力架21的上表面。
48.本实施例中，所述摩擦驱动单元包括主动摩擦轮1、第一轴承2、从动摩擦轮37、第一螺纹压圈4、轴承端盖5和摩擦轮轴承座6；
49.所述摩擦轮轴承座6底部与第二直线导轨19的滑块连接，用于避免摩擦轮轴承座6在切向和轴向上的窜动，有利于提高预压力调节精度，摩擦轮轴承座6的侧面与转接件7连接，摩擦轮轴承座6内部设置有第一轴承2，第一轴承2的内圈与第一螺纹压圈4连接，第一螺纹压圈4与主动摩擦轮1螺纹连接，主动摩擦轮1和从动摩擦轮37构成摩擦副，轴承端盖5与第一轴承2远离主动摩擦轮1的工作面一侧的外圈连接且轴承端盖5还与摩擦轮轴承座6连接，主动摩擦轮1的轴伸出轴承端盖5与动力单元连接。
50.本实施例中，所述动力单元包括弹性联轴器20、电机轴承座压板22、电机轴承座23、电机定子24、电机转子25、第二螺纹压圈26、第二轴承27、电机轴34、轴承压圈29和电机轴承座端盖33；所述位移测量单元包括光栅尺32、光栅尺读数头31和光栅尺读数头支承架30；
51.所述电机轴承座23设置在主承力架21的下表面，电机轴承座23内部设有第二轴承27，第二轴承27的内圈与第二螺纹压圈26连接，第二螺纹压圈26与电机轴34螺纹连接，电机定子24通过在圆柱面涂抹环氧胶的方式粘接在电机轴承座23内腔且位于第二轴承27上方，电机转子25设置电机定子24内圈，且电机轴34的中段与电机转子25通过螺钉固连，电机轴34与弹性联轴器20的一端连接，弹性联轴器20的另一端与主动摩擦轮1的轴连接，第二轴承27远离电机定子24一侧的外圈与轴承压圈29连接且轴承压圈29通过螺钉与电机轴承座23连接，以此调节第二轴承27的预压力。电机轴承座压板22与主承力架21上表面连接压紧电机定子24。光栅尺读数头支承架30通过螺钉固定在电机轴承座23上，光栅尺读数头支承架30上连接有光栅尺读数头31，光栅尺32通过连接固定在电机轴34上，光栅尺读数头支承架30、光栅尺读数头31和光栅尺32构成了该装置的位移测量单元，用于输出电机轴34的转速和位移量等信息，协助控制系统判断摩擦副是否发生打滑现象；电机轴承座端盖33通过螺钉连接在电机轴承座23下端，主要起密封作用，避免灰尘、杂物等进入电机轴承座23腔体内部，影响系统可靠性。
52.本实施例中，所述预压力调节单元还包括压力传感器8，压力传感器的两端通过螺钉分别与转接件7和弹簧压板9连接，通过压力传感器8可以实时监测主动摩擦轮1和从动摩擦轮37之间预压力的变化情况，对于系统稳定性控制和摩擦副材料设计具有指导意义。
53.本实施例中，所述第一直线导轨17的两端都设有第一导轨挡块16，第二直线导轨19的两端都设有第二导轨挡块18，通过设置挡块可对第一导轨挡块16和第二直线导轨19上的滑块进行机械限位，防止滑块的位移超出量程。
54.本实施例中，所述摩擦轮轴承座6内部设置有一对“面对面”安装的第一轴承2，两个第一轴承2之间设有第一轴承隔圈3，两个第一轴承2的内圈都与第一螺纹压圈4连接，轴承端盖5与位于下方的第一轴承2的外圈连接；
55.所述电机轴承座23内部设有一对“面对面”安装的第二轴承27，两个第二轴承27之间设有第二轴承隔圈28，两个第二轴承27的内圈与第二螺纹压圈26连接，轴承压圈29与位于下方的第二轴承27的外圈连接。通过设置成对的第一轴承2和第二轴承27使得转动过程更加平稳，同时通过在没对轴承之间设置轴承隔圈，可进一步提高精度。
56.本实施例中的第一轴承2和第二轴承27都选用角接触球轴承，角接触球轴承可同时承受径向负荷和轴向负荷，能在较高的转速下工作，非常契合本使用场景。
57.本实施例中，所述弹簧导杆10成对设置在弹簧压板9和螺母支架12之间，两个弹簧导杆10上都套有弹簧11，通过成对的设置可使得整个运动过程更加平稳，本实施例中弹簧11选用矩形螺旋弹簧，矩形螺旋弹簧使用方形线材，具有更好的力度和抗疲劳性，能够在一定程度上降低用户因使用劣质弹簧所带来的风险。
58.本实施例中，所述第一直线导轨17和第二直线导轨19都成对设置在主承力架21的上表面，成对设置第一直线导轨17和第二直线导轨19可使得安装在导轨上的装置运动更加平稳。
59.请参阅图3至图5，所述从动摩擦轮37固定在转台台面38上，转台台面38连接在转台基座36的上表面，电机轴承座23连接在转台基座36的侧面，图示中三套所述的预压力自适应调节的摩擦轮驱动转台装置(图中的a、b和c)在水平方向上间隔120
°
均匀布置在转台周围，一方面可以抵消所述的主动摩擦轮与所述的从动摩擦轮在接触面法向的预压力对转台主轴系的影响，减小转台主轴系的晃动误差，另一方面可以成倍地提高所述的预压力自适应调节的摩擦轮驱动转台装置的驱动能力。
60.本实施例中，所述电机轴承座23和转台基座36之间设置有垫片35，在实际使用过程中，可通过精修垫片35的方式以此提高装置的安装精度。
61.本实施例中，动力单元中的电机为无刷直流力矩电机，即电机定子24和电机转子25为无刷直流力矩电机定子和无刷直流力矩电机转子，无刷直流力矩电机既具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列的优点，又具有直流电动机运行效率高、调速性能好等诸多的优点，与本装置的使用场景十分契合。
62.本装置的工作原理如下:首先对无刷直流力矩电机定子施加电磁激励，促使无刷直流力矩电机转子转动，并带动与之固连的电机轴34旋转，电机轴34通过弹性联轴器20将电机轴34的输出力传递到该装置摩擦驱动单元中的主动摩擦轮1上，主动摩擦轮1与从动摩擦轮37相对摩擦运动，根据光栅尺读数头支承架30、光栅尺读数头31和光栅尺32构成了该装置的位移测量单元实时反馈的摩擦轮转速波动信息判断打滑现象是否发生，从而自动调节系统预压力，即通过控制系统调节步进电机14的步进量，通过矩形螺旋弹簧将步进电机14的输出力传递到摩擦副的接触界面，从而实现调节预压力的目的，保障了传动的稳定性。本装置具有高传动精度，可驱动大负载，预压力可自动调节，能有效避免摩擦轮打滑现象，可靠性高等特点，适用于低速大负载，高传动精度的回转轴系驱动场合。
63.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种预压力自适应调节的摩擦轮驱动转台装置，其特征在于，包括动力单元、摩擦驱动单元和预压力调节单元；所述预压力调节单元包括转接件(7)、弹簧压板(9)、弹簧导杆(10)、弹簧(11)、螺母支架(12)、第一直线导轨(17)、第二直线导轨(19)、螺母(13)、步进电机(14)、步进电机支撑架(15)和主承力架(21)；摩擦驱动单元底部与第二直线导轨(19)的滑块连接，动力单元的输出端与摩擦驱动单元连接，动力单元的下方设有位移测量单元，转接件(7)的两端分别与摩擦驱动单元和弹簧压板(9)连接，弹簧导杆(10)的两端分别与弹簧压板(9)和螺母支架(12)连接，弹簧导杆(10)上套有弹簧(11)，螺母支架(12)上安装有螺母(13)，步进电机(14)的丝杠输出轴与螺母(13)连接，螺母支架(12)底部与第一直线导轨(17)的滑块连接，第一直线导轨(17)和第二直线导轨(19)都安装在主承力架(21)的上表面，步进电机(14)通过步进电机支撑架(15)安装在主承力架(21)的上表面。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述摩擦驱动单元包括主动摩擦轮(1)、第一轴承(2)、从动摩擦轮(37)、第一螺纹压圈(4)、轴承端盖(5)和摩擦轮轴承座(6)；所述摩擦轮轴承座(6)底部与第二直线导轨(19)的滑块连接，摩擦轮轴承座(6)的侧面与转接件(7)连接，摩擦轮轴承座(6)内部设置有第一轴承(2)，第一轴承(2)的内圈与第一螺纹压圈(4)连接，第一螺纹压圈(4)与主动摩擦轮(1)螺纹连接，主动摩擦轮(1)和从动摩擦轮(37)构成摩擦副，轴承端盖(5)与第一轴承(2)远离主动摩擦轮(1)的工作面一侧的外圈连接且轴承端盖(5)还与摩擦轮轴承座(6)连接，主动摩擦轮(1)的轴伸出轴承端盖(5)与动力单元连接。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述动力单元包括弹性联轴器(20)、电机轴承座压板(22)、电机轴承座(23)、电机定子(24)、电机转子(25)、第二螺纹压圈(26)、第二轴承(27)、电机轴(34)、轴承压圈(29)和电机轴承座端盖(33)；所述位移测量单元包括光栅尺(32)、光栅尺读数头(31)和光栅尺读数头支承架(30)；所述电机轴承座(23)设置在主承力架(21)的下表面，电机轴承座(23)内部设有第二轴承(27)，第二轴承(27)的内圈与第二螺纹压圈(26)连接，第二螺纹压圈(26)与电机轴(34)螺纹连接，电机定子(24)设置在电机轴承座(23)内且位于第二轴承(27)上方，电机转子(25)设置在电机定子(24)内圈，且电机轴(34)的中段与电机转子(25)固连，电机轴(34)与弹性联轴器(20)的一端连接，弹性联轴器(20)的另一端与主动摩擦轮(1)的轴连接，第二轴承(27)远离电机定子(24)一侧的外圈与轴承压圈(29)连接且轴承压圈(29)与电机轴承座(23)连接，电机轴承座压板(22)与主承力架(21)上表面连接压紧电机定子(24)，光栅尺读数头支承架(30)固定在电机轴承座(23)上，光栅尺读数头支承架(30)上连接有光栅尺读数头(31)，光栅尺(32)通过连接固定在电机轴(34)上，电机轴承座端盖(33)连接在电机轴承座(23)下端。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预压力调节单元还包括压力传感器(8)，压力传感器的两端分别与转接件(7)和弹簧压板(9)连接。5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一直线导轨(17)的两端都设有第一导轨挡块(16)，第二直线导轨(19)的两端都设有第二导轨挡块(18)。6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述摩擦轮轴承座(6)内部设置有一对第一轴承(2)，两个第一轴承(2)之间设有第一轴承隔圈(3)，两个第一轴承(2)的内圈都与第
一螺纹压圈(4)连接，轴承端盖(5)与位于下方的第一轴承(2)的外圈连接；所述电机轴承座(23)内部设有一对第二轴承(27)，两个第二轴承(27)之间设有第二轴承隔圈(28)，两个第二轴承(27)的内圈与第二螺纹压圈(26)连接，轴承压圈(29)与位于下方的第二轴承(27)的外圈连接。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹簧导杆(10)成对设置在弹簧压板(9)和螺母支架(12)之间。8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一直线导轨(17)和第二直线导轨(19)都成对设置在主承力架(21)的上表面。9.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述从动摩擦轮(37)固定在转台台面(38)上，转台台面(38)连接在转台基座(36)的上表面，电机轴承座(23)连接在转台基座(36)的侧面。10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述电机轴承座(23)和转台基座(36)之间设置有垫片(35)。

技术总结
本发明涉及一种预压力自适应调节的摩擦轮驱动转台装置，包括动力单元、摩擦驱动单元和预压力调节单元；本装置引入了步进电机调节预压力环节，可以根据位移测量单元实时反馈的摩擦轮转速波动信息判断打滑现象是否发生，从而自动调节系统预压力，保障系统的传动稳定性。本发明具有高传动精度，可驱动大负载，预压力可自动调节，能有效避免摩擦轮打滑现象，可靠性高等特点，适用于低速大负载，高传动精度的回转轴系驱动场合。的回转轴系驱动场合。的回转轴系驱动场合。


技术研发人员：邓普祺 李季 谭陆洋 张弘治 张雷 武文超
受保护的技术使用者：长光卫星技术股份有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/28