CN106324789A - 通用大口径刚性承载式快速反射镜 - Google Patents

Abstract

通用大口径刚性承载式快速反射镜，涉及精密光学机械结构设计技术领域，解决现有刚性承载式快速反射镜无法限制Z向转动自由度、小型化困难以及通用性差等问题，万向球轴承与柔性环相结合的结构设计能够为大口径反射镜提供刚性支撑，并且提供绕X Y轴的二维旋转自由度并限制其他方向的自由度；平面反射镜通过光学环氧胶与反射镜座粘结，能够减小温度、振动等对反射镜面形和位置的影响；采用四个直线音圈电机两两推拉的方式驱动反射镜，增加转动力矩并且便于角度解算；采用四个电涡流传感器差动式测量，提高控制***角度调整精度；驱动组件和传感器组件交错对称布置，减小***结构尺寸；通用化的安装上盖，便于快速反射镜在各种领域的安装使用。

Description

通用大口径刚性承载式快速反射镜

技术领域

本发明涉及精密光学机械结构设计技术领域，具体涉及一种通用大口径刚性承载式快速反射镜，其中心使用万向球轴承，四周使用柔性环进行连接支撑，采用电涡流传感器进行角度反馈。

背景技术

快速反射镜是在光源和接收器之间进行视轴调整和稳定的重要部件，国内外相关研究所和单位对快速反射镜进行了大量的研究，并且成功应用于航空航天、海上以及路基的光电设备中。

目前，快速反射镜的结构形式主要分为柔性轴式和刚性轴承式两种。柔性轴式结构承载能力有限，刚性轴承式结构能够为大口径平面反射镜提供良好地支撑，但是目前刚性轴承式快速反射镜无法限制Z向转动自由度，且小型化困难，无法实现通用安装，使其应用领域受限。

发明内容

本发明为解决现有刚性承载式快速反射镜无法限制Z向转动自由度、小型化困难以及通用性差等问题，提供一种通用大口径刚性承载式快速反射镜。

通用大口径刚性承载式快速反射镜，包括电涡流位移传感器、反射镜座、柔性环、直线式音圈电机、基座、安装上盖、底板、轴承转接座和万向球轴承，平面反射镜通过光学环氧胶与反射镜座上表面粘结；所述反射镜座的下表面中心通过螺纹与万向球轴承连接，并采用圆螺母进行防松；

所述万向球轴承通过轴承转接座安装于基座中心；所述反射镜座中心与基座中心位于Z轴轴线上；所述柔性环固定于基座上的柔性环安装立柱上，并通过安装孔固定于反射镜座与直线式音圈电机之间；所述电涡流传感器与直线式音圈电机成45度间隔固定在基座(8)上，所述安装上盖与底板分别通过螺钉与基座连接。

本发明的有益效果：本发明所述的刚性承载式快速反射镜在机载、车载、舰载光电设备上的应用，本发明提供了一种由直线式音圈电机驱动反射镜座、反射镜座中心刚性支撑四周柔性支撑、4个电涡流传感器X、Y轴线对称布置进行角度测量的通用大口径刚性承载式快速反射镜。

一、根据快速反射镜***中反射镜二维方向角度调整和运动解耦的要求，设计了一种刚性轴承与柔性环相结合的结构方式。

二、本发明中的刚性轴承承载式结构，能有有效支撑大口径平面反射镜，柔性环能够为反射镜提供绕X、Y两维旋转自由度并限制其他方向的自由度，实现了两维运动的解耦。

三、本发明中的平面反射镜与反射镜座采用胶粘的连接方式，能够有效减小振动和温度对反射镜面性的影响。

四、本发明采用四个相同的音圈电机对称布置两两推拉的驱动方式，既增加了驱动力矩，又便于控制***进行转动角度的解算。

五、本发明中的四个传感器与四个音圈电机对称交错布置，减小了快速反射镜结构尺寸，传感器差动测量的方式提高了控制***的精度。

六、本发明中采用安装上盖的结构设计，既能保护快速反射镜内部精密结构，又方便与光电设备安装连接。

附图说明

图1为本发明所述的通用大口径刚性承载式快速反射镜的外部结构示意图；

图2为本发明所述的通用大口径刚性承载式快速反射镜的组成结构示意图；

图3为图2的A-A向剖视图。

图4为本发明所述的通用大口径刚性承载式快速反射镜中基座与柔性环的结构示意图。

图中的附图标记表示为：1、平面反射镜；2、圆螺母；3、电涡流位移传感器；4、反射镜座；5、柔性环；6、安装上盖；7、直线式音圈电机；8、基座；9、轴承转接座；10、万向球轴承；11、底板；71、动线圈；72、固定磁铁；81、柔性环安装立柱；82、音圈电机安装孔；83、传感器安装孔；84、轴承转接座安装孔；85、音圈电机走线孔；3a、第一电涡流传感器；3b、第二电涡流传感器；3c、第三电涡流传感器；3d、第四电涡流传感器；7a、第一音圈电机；7b、第二音圈电机；7c、第三音圈电机；7d、第四音圈电机；mm、XY轴的第一对称线；nn、XY轴的第二对称线。

具体实施方式

具体实施方式一、通用大口径刚性承载式快速反射镜，包括平面反射镜1、圆螺母2、电涡流位移传感器3、反射镜座4、柔性环5、安装上盖6、直线式音圈电机7、基座8、轴承转接座9、万向球轴承10和底板11。

平面反射镜1通过光学环氧胶与反射镜座4粘结在一起。反射镜座4中心通过螺纹与万向球轴承10相连接，使用圆螺母2进行防松；反射镜座4四周通过均布的凸耳与音圈电机7的动线圈71以及柔性环5相连接。柔性环5通过其中的四个安装孔固定于基座8的四个柔性环安装立柱81上。

万向球轴承10通过轴承转接座9安装于基座8的中心点。四个直线式音圈电机7的固定磁铁72 90度均布于基座8上，且X轴线和Y轴线上各两个，并且通过螺钉固定于基座8的四个音圈电机安装孔82中。

四个电涡流传感器3与四个直线式音圈电机7成45度角间隔均布于基座8的4个传感器安装孔83中；且位于X轴Y轴的第一对称线m-m和第二对称线n-n上，每个电涡流传感器3通过成120度角分布的两个紧定螺钉进行固定。

本实施方式中，安装上盖6与底板11分别通过螺钉与基座8连接在一起，通过安装上盖6的安装法兰，可以方便的将快速反射镜安装于各种光电设备中。完成装配后平面反射镜1中心与基座8中心位于Z轴轴线。

本实施方式中，安装于反射镜座4的四个音圈电机7的动线圈71与安装于基座8的四个音圈电机的固定磁铁一一对应，一一驱动。反射镜座4下平面与基座8上柔性环安装柱81上平面处于同一平面，此时柔性环5不发生弹性形变。四个电涡流传感器3固定于基座8上，差动式测量反射镜座4下表面的四点位移，间接测量反射镜座4绕X轴、Y轴转动的角度，实现对平面反射镜转角的闭环控制。

本实施方式中，平面反射镜1、反射镜座4、万向球轴承10内环、四个直线式音圈电机7的动线圈组成了快速反射镜的运动部分。基座8、万向球轴承10的外环、轴承转接座9、四个音圈电机的固定磁铁、四个电涡流传感器3、安装上盖6、底板11组成了快速反射镜的固定部分。由于柔性环5分别与快速反射镜的运动部分和固定部分相连接，既能够提供绕X轴、Y轴的二维旋转自由度，又能限制平面反射镜Z方向转动自由度以及其他方向自由度。

具体实施方式二、结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的通用大口径刚性承载式快速反射镜的具体实例：

包括：平面反射镜1、圆螺母2、第一电涡流位移传感器3a、第二电涡流位移传感器3b、第三电涡流位移传感器3c、第四电涡流位移传感器3d、反射镜座4、柔性环5、安装上盖6、第一直线式音圈电机7a、第二直线式音圈电机7b、第三直线式音圈电机7c、第四直线式音圈电机7d、基座8、轴承转接座9、万向球轴承10、底板11。所述直线式音圈电机7由动线圈71和固定磁铁72两部分组成；

基座8包括柔性环安装立柱81、音圈电机安装孔82、传感器安装孔83、轴承转接座安装孔84、；音圈电机走线孔85。其中，四个音圈电机安装孔82以基座原点O为对称中心均布于基座的X轴和Y轴上，四个电涡流传感器安装孔83和四个柔性环安装立柱81与四个音圈电机安装孔82间隔排布，均布于基座X轴和Y轴的第一对称线mm和第二对称线nn上。

平面反射镜1通过光学环氧胶粘结在反射镜座4的上表面，四个直线式音圈电机7的动线圈71以原点O为中心成90度均匀固连在反射镜座4凸耳的下表面，X、Y轴线上各2个。反射镜座4下表面中心通过螺纹与万向轴承10相连接，使用圆螺母2进行防松。万向轴承10的外环通过轴承转接座9固定于基座8的安装孔84中。四个直线式音圈电机7的固定磁铁72以原点O为中心成90度均匀安装于基座8的四个音圈电机安装孔82中，X轴线、Y轴线上各2个，且距离原点O的距离与四个柔性环安装立柱81距离原点O的距离相等。柔性环5的四个安装孔安装于反射镜座4凸耳与音圈电机7动线圈71之间，柔性环5的另外四个安装孔安装于基座8的四个柔性环安装立柱81上，且安装完毕柔性环5各个安装孔处于同一平面，柔性环5不发生弹性变形。

四个电涡流传感器3安装于基座8的四个传感器安装孔83中，每个电涡流传感器通过成120度角分布的2个紧定螺钉进行固定，间接测量反射镜座4绕X轴、Y轴转动的角度，实现对平面反射镜1转角的闭环控制。四个音圈电机走线孔85用于将音圈电机动线圈71的控制导线引出到基座8的底部。安装上盖6与底板11分别通过螺钉与基座8连接在一起，通过安装上盖6的安装法兰，可以方便的将快速反射镜安装于各种光电设备中。

本实施方式所述的反射镜的工作原理：开始工作时，控制位于Y轴上的第一音圈电机7a、第三音圈电机7c做推拉运动，即可实现平面反射镜1绕X轴的转动。同时，将第一电涡流传感器3a与第四电涡流传感器3d的测量值取平均值，以及第二电涡流传感器3b与第三电涡流传感器3c的测量平均值，共同反馈给伺服控制***，即可实现对平面反射镜1绕X轴转动角度的精确闭环控制。同理可得绕Y轴转动的精确闭环控制。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的距离，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或者变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.通用大口径刚性承载式快速反射镜，包括电涡流位移传感器(3)、反射镜座(4)、柔性环(5)、直线式音圈电机(7)、基座(8)、安装上盖(6)、底板(11)、轴承转接座(9)和万向球轴承(10)，平面反射镜(1)通过光学环氧胶与反射镜座(4)上表面粘结，其特征是；

所述反射镜座(4)的下表面中心通过螺纹与万向球轴承(10)连接，并采用圆螺母进行防松；

所述万向球轴承(10)通过轴承转接座(9)安装于基座(8)中心；所述反射镜座(4)中心与基座中心位于Z轴轴线上；

所述柔性环(5)固定于基座(8)上的柔性环安装立柱(81)上，并通过安装孔固定于反射镜座(4)与直线式音圈电机(7)之间；

所述电涡流传感器(3)与直线式音圈电机(7)成45度间隔固定在基座(8)上，所述安装上盖(6)与底板(11)分别通过螺钉与基座(8)连接。

2.根据权利要求1所述的通用大口径刚性承载式快速反射镜，其特征在于，所述直线式音圈电机(7)包括动线圈(71)和固定磁铁(72)；所述固定磁铁(72)均布于基座(8)的音圈电机安装孔(82)中；动线圈(71)均布于反射镜座(4)上，所述固定磁铁(72)与动线圈(71)的安装位置相对应。

3.根据权利要求2所述的通用大口径刚性承载式快速反射镜，其特征在于，所述反射镜座(4)的外圆周均布有四个结构相同的凸耳；反射镜座(4)通过凸耳与直线式音圈电机(7)的动线圈(71)以及柔性环(5)相连接。

4.根据权利要求3所述的通用大口径刚性承载式快速反射镜，其特征在于，所述反射镜座(4)的下表面与基座(8)的安装立柱(81)上表面处于同一平面。

5.根据权利要求4所述的通用大口径刚性承载式快速反射镜，其特征在于，所述直线式音圈电机(7)和电涡流传感器(3)各四个，所述直线式音圈电机(7)固定磁铁成90度均布于基座(8)的四个音圈电机安装孔中，X轴线、Y轴线上各两个；

电涡流传感器(3)与直线式音圈电机成45度角间隔均布于基座(8)上，电涡流传感器(3)位于X轴线、Y轴线的第一对称线m-m和第二对称线n-n上各两个，并且安装于基座(8)的四个传感器安装孔中。

6.根据权利要求5所述的通用大口径刚性承载式快速反射镜，其特征在于，所述基座(8)上四个直线式音圈电机安装孔(82)到基座(8)中心的距离与四个柔性环安装立柱(81)到基座(8)中心的距离相等。

7.根据权利要求5所述的通用大口径刚性承载式快速反射镜，其特征在于，每个电涡流传感器(3)通过成120度分布的两个紧定螺钉固定于基座的传感器安装孔中。

8.根据权利要求1所述的通用大口径刚性承载式快速反射镜，其特征在于，通过安装上盖(6)的安装法兰，将平面反射镜(1)安装于光电设备中。