CN116719145A - 一种二维非框架大角度快速反射镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光制导技术领域，特别涉及一种二维非框架大角度快速反射镜，包括快反镜镜面、电磁驱动组件、万向向心关节轴承、支撑梁和底座；支撑梁安装在底座上，支撑所述万向向心关节轴承；快反镜镜面安装在万向向心关节轴承上；支撑梁和底座之间形成电磁驱动空间，电磁驱动组件安装在电磁驱动空间内；电磁驱动组件包括线圈组件、永磁体和导磁组件；电磁驱动组件通过驱动万向向心关节轴承，使快反镜镜面转动。本发明通过采用万向向心关节轴承作为反射镜的回转约束，能够避免框架结构在反射镜平面方向占用空间大、光束容易遮挡等问题，更紧凑、灵活和高性能。
Description
技术领域
本发明涉及激光制导技术领域，特别涉及一种二维非框架大角度快速反射镜。
背景技术
快速控制反射镜是一种通过控制反射镜的转动来实现光束方向快速、精确调节的装置。它在光学***中起到关键作用，特别适用于需要快速响应和高精度定位的应用。
快反镜的应用领域非常广泛。在激光制导***中，快反镜可以根据目标位置的变化来实时调整光束的指向，确保激光束准确照射到目标上，提高制导的精度和效果。光电侦查***中，快反镜可以迅速跟踪光电信号的源头，实现对目标的精确观测和监测。在光电对抗中，快反镜可以用于实时干扰光束的指向，干扰对手的光电***。此外，快反镜还广泛应用于激光武器、空间探测、激光雷达、激光通信等领域，以实现***的精密跟踪、稳定瞄准、稳定成像等功能。
快反镜在这些应用领域中需要具备一系列重要性能指标。首先，它需要具备较高的工作带宽，即能够快速响应输入信号的变化。同时，快反镜还需要有较高的角分辨率和指向精度，能够实现精确的光束控制和定位。此外，快反镜的转角范围也需要满足***需求，能够覆盖所需的角度范围。最后，快反镜还需要适应不同环境和空间条件，具备高的环境适应能力，能够在各种复杂的条件下正常工作。
通过采用快反镜替代传统的结构，光学***的性能可以得到显著改善。快反镜能够实现更快的响应速度和更精确的光束控制，提高***的稳定性和精度。同时，快反镜的小型化和轻量化也有助于减小***的体积和重量，增加***的灵活性和便携性。
超大角度快速反射镜在实际应用中通常采用框架式支承结构，然而，这种结构在光束以45°入射时会经常遇到一个问题，即由于框架的存在而导致光束被部分遮挡，这种遮挡现象不利于需要高精度和高质量的光束传输和成像。
除了光束遮挡问题之外，框架式支承结构还存在限制问题，即结构本身的尺寸通常要大于反射镜的尺寸，因为框架需要提供足够的支撑和驱动机构的空间。由于结构空间要求较大，这种框架式快速反射镜在应用场合上受到很大限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二维非框架大角度快速反射镜，用于解决上述至少一个技术问题，其通过采用万向向心关节轴承作为反射镜的回转约束，能够避免框架结构在反射镜平面方向占用空间大、光束容易遮挡等问题，提供了更紧凑、灵活和高性能的快反镜解决方案，推动了光学***在激光制导、光电侦查、光电对抗和其他领域的进一步发展和应用。
本发明的实施例是这样实现的：
一种二维非框架大角度快速反射镜，其包括快反镜镜面、电磁驱动组件、万向向心关节轴承、支撑梁和底座；
所述支撑梁安装在所述底座上，支撑所述万向向心关节轴承；
所述快反镜镜面安装在所述万向向心关节轴承上；
所述支撑梁和所述底座之间形成电磁驱动空间，所述电磁驱动组件安装在所述电磁驱动空间内；
所述电磁驱动组件通过驱动所述万向向心关节轴承，使所述快反镜镜面转动。
万向向心关节轴承6位于快反镜镜面5的正下方，起回转约束作用，避免了框架结构在反射镜平面方向占用空间大、光束容易遮挡等问题。
支撑梁7与底座9之间形成电磁驱动空间，将电磁驱动组件与其他部件隔离开来，减少干扰和相互影响，提高了***的精确度和稳定性。
在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜的所述电磁驱动组件包括线圈单元、永磁体和导磁组件；
所述线圈单元采用镂空结构；
所述导磁组件采用镂空结构；
所述线圈单元与所述导磁组件交叉绕设；
所述永磁体安装在所述导磁组件的内部镂空处，位于所述线圈单元的底层的下方。
其技术效果在于：大大提高散热能力；整体轻量化，节省材料，减少成本；使得整个电磁驱动组件的布置更加紧凑；磁通密度更高，同等情况下能够实现更高的出力以及速度。
在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜的所述电磁驱动组件包括两个所述线圈单元；
两个所述线圈单元之间通过镂空处交叉绕设；
两个所述线圈单元之间相互垂直地设置。
在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜的所述导磁组件包括导磁主体和四个导磁条；
所述导磁主体和四个所述导磁条固定连接或一体成型；
所述导磁主体设在所述线圈单元的内部镂空处；
四个所述导磁条分别伸出所述线圈单元，每个所述导磁条分别位于两个垂直的所述线圈单元之间。
在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜的所述线圈单元包括线圈和线圈架；
所述线圈采用镂空结构；
所述线圈架采用镂空结构；
所述线圈嵌设在所述线圈架的内部镂空处。
其技术效果在于：所述线圈固定支撑于线圈架的内部，采用机器绕制，效率高，填充率高。
在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜的所述万向向心关节轴承包括外轴承和向心球轴承，所述外轴承安装在所述支撑梁上，所述向心球轴承装配在所述外轴承的内部。
在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜的所述支撑梁包括若干个梁条；
若干个所述梁条的下端安装在所述底座上；
若干个所述梁条的上端连接为一体，所述外轴承安装在若干个所述梁条的上端。
其技术效果在于：用于支撑电涡流探头和万向向心关节轴承。支撑梁能够提供较好的支撑和稳定性，增强结构强度，有助于减少振动和变形，保证快反镜镜面的稳定运动；设计成若干个梁条进行支撑，可以平衡快反镜镜面的重量分布，减轻其在电磁驱动过程中对***其他结构的压力。
在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜还包括镜面安装组件；
所述镜面安装组件包括线圈传动件和向心球传动件；
所述线圈传动件安装在所述线圈架上，所述向心球轴承连接所述线圈传动件；
所述向心球传动件安装在所述快反镜镜面的下端，所述向心球轴承连接所述向心球传动件。
在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜还包括电涡流探头；
所述电涡流探头有若干个，分别安装在所述支撑梁朝向所述快反镜镜面的一侧。
其技术效果在于：每组电涡流探头进行差动测量，提高测量精度，从而减小温漂等对测量结果的影响。
在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜的所述快反镜镜面包括：Be和/或Si和/或石英和/或SiC和/或BK7玻璃和/或Al2O3和/或MgF2中的一种或多种材料；
所述快反镜镜面上涂覆有金或银；
所述永磁体采用钐钴或钕铁硼材料。
本发明实施例的有益效果是：
本发明的二维非框架大角度快速反射镜，采用万向向心关节轴承作为反射镜的回转约束，避免了框架结构在反射镜平面方向占用空间大，光束容易遮挡等问题。
本发明采用的电涡流传感器组件，在两个方向上采用四个电涡流探头8进行测量，测量范围较大且可调节，提高测角精度高，适合用于扫描补偿的快反镜应用，能够适用于高度空间受约束的场合。
本发明采用动圈式双向音圈电机做驱动，能够获得较大的转角范围、较高的工作带宽，同时不会对反射镜加热。动圈式双向音圈电机使用的线圈可采用机器绕制，绕制效率高，填充率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明二维非框架大角度快速反射镜的立体结构示意图；
图2为本发明二维非框架大角度快速反射镜的斜轴侧30°整体结构***结构示意图；
图3为本发明二维非框架大角度快速反射镜的万向向心轴承结构示意图；
图4为本发明二维非框架大角度快速反射镜的万向向心轴承侧面结构示意图；
图5为本发明二维非框架大角度快速反射镜的电磁驱动组件结构（不包括线圈架）示意图；
图6为本发明二维非框架大角度快速反射镜的正视剖视结构示意图；
图7为本发明二维非框架大角度快速反射镜的俯视磁路示意图结构示意图；
图8为本发明二维非框架大角度快速反射镜的侧视磁路结构示意图。
图中：1-线圈；2-线圈架；3-永磁体；4-导磁组件；5-快反镜镜面；6-万向向心关节轴承；7-支撑梁；8-；9-底座；10-外轴承；11-向心球轴承；12-线圈传动件；13-向心球传动件；14-导磁主体；15-导磁条。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
请参照图1至图6，本发明的实施例提供一种二维非框架大角度快速反射镜，其包括快反镜镜面5、电磁驱动组件、万向向心关节轴承6、支撑梁7和底座9；支撑梁7安装在底座9上，支撑万向向心关节轴承6；快反镜镜面5安装在万向向心关节轴承6上；支撑梁7和底座9之间形成电磁驱动空间，电磁驱动组件安装在电磁驱动空间内；电磁驱动组件通过驱动万向向心关节轴承6，使快反镜镜面5转动。
万向向心关节轴承6位于快反镜镜面5的正下方，起回转约束作用，避免了框架结构在反射镜平面方向占用空间大、光束容易遮挡等问题。
支撑梁7与底座9之间形成电磁驱动空间，将电磁驱动组件与其他部件隔离开来，减少干扰和相互影响，提高了***的精确度和稳定性。
如图1、图2和图5所示，在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜的电磁驱动组件包括线圈单元、永磁体3和导磁组件4；线圈单元采用镂空结构；导磁组件4采用镂空结构；线圈单元与导磁组件4交叉绕设；永磁体3安装在导磁组件4的内部镂空处，位于线圈单元的底层的下方；永磁体3置于导磁组件4的底层表面的正上方、线圈单元的底层的正下方的空隙中；永磁体3沿导磁组件4的内部中心对称布置。
其技术效果在于：大大提高散热能力；整体轻量化，节省材料，减少成本，并且使得整个电磁驱动组件的布置更加紧凑；磁通密度更高，同等情况下能够实现更高的出力以及速度。
如图1、图2和图5所示，在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜的电磁驱动组件包括两个线圈单元；两个线圈单元之间通过镂空处交叉绕设；两个线圈单元之间相互垂直地设置。
如图1、图2和图5所示，在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜的导磁组件4包括导磁主体14和四个导磁条15；导磁主体14和四个导磁条15为一体；导磁主体14设在线圈单元的内部镂空处；四个导磁条15分别伸出线圈单元，每个导磁条15分别位于两个垂直的线圈单元之间；导磁组件4呈双层规则十六边形体。
如图1、图2和图5所示，在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜的线圈单元包括线圈1和线圈架2；线圈1采用镂空结构；线圈架2采用镂空结构；线圈1嵌设在线圈架2的内部镂空处。
其技术效果在于：线圈1固定支撑于线圈架2的内部，采用机器绕制，效率高，填充率高。
在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜的万向向心关节轴承6包括外轴承10和向心球轴承11，外轴承10安装在支撑梁7上，向心球轴承11装配在外轴承10的内部。
如图1、图2所示，在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜的支撑梁7包括若干个梁条；若干个梁条的下端安装在底座9上；若干个梁条的上端连接为一体，外轴承10安装在若干个梁条的上端。
其技术效果在于：用于支撑电涡流探头8和万向向心关节轴承6。支撑梁7能够提供较好的支撑和稳定性，增强结构强度，有助于减少振动和变形，保证快反镜镜面5的稳定运动；设计成若干个梁条进行支撑，可以平衡快反镜镜面5的重量分布，减轻其在电磁驱动过程中对***其他结构的压力。
如图2、图5所示，在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜还包括镜面安装组件；镜面安装组件包括线圈传动件12和向心球传动件13；线圈传动件12安装在线圈架2上，向心球轴承11连接线圈传动件12；向心球传动件13安装在快反镜镜面5的下端，向心球轴承11连接向心球传动件13。
如图1、图2和图6所示，在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜还包括电涡流探头8；电涡流探头8有若干个，分别安装在支撑梁7朝向快反镜镜面5的一侧；梁条有四个，分别支撑四个电涡流探头8。四个电涡流探头8两两为一组，每组电涡流探头8进行差动测量。
其技术效果在于：每组电涡流探头8进行差动测量，提高测量精度，从而减小温漂等对测量结果的影响。
在本发明较佳的实施例中，上述二维非框架大角度快速反射镜的快反镜镜面5包括：Be和/或Si和/或石英和/或SiC和/或BK7玻璃和/或Al2O3和/或MgF2中的一种或多种材料；快反镜镜面5上涂覆有金或银；或者，快反镜镜面5采用介电布拉格镜结构；永磁体3采用钐钴SmCo33EN 5300或钕铁硼NdFeBNSOM材料。
这些材料仅是示例，也可以使用其他材料。
请参照图7至图8，本发明的实施例提供一种二维非框架大角度快速反射镜的磁路，包括：
图8中磁铁的上端为N极，下端为S极。当下线圈通入的电流方向为顺时针方向时，基于洛伦兹力原理，根据左手定则判断出线圈的受力方向为图7中Y轴负方向；通入的电流方向为顺时针方向时，线圈的受力方向为图7中Y轴正方向。当上线圈通入的电流方向为顺时针方向时，线圈的受力方向为图7中X轴负方向；通入的电流方向为顺时针方向时，线圈的受力方向为图7中X轴正方向。两线圈即电机的可动部分与万向向心关节轴承6带动快反镜镜面5一起沿着X轴和Y轴方向做二维偏转移动，磁通密度更高，同等情况下能够实现更高的出力以及更高的速度。
本发明实施例旨在保护一种二维非框架大角度快速反射镜，具备如下效果：
1.本发明的二维非框架大角度快速反射镜采用背推型结构设计，通过创新性地将推挤力施加在反射镜背面，实现了结构的更加紧凑和轻量化。这极大地减少了传统框架结构所占据的空间，并且降低了运动部件的转动惯量。通过背推型结构设计，将推挤力直接施加在反射镜背面，而无需采用传统的支撑框架。这样反射镜的表面完全可以用于光束的反射，无需额外的支撑结构，从而减小了***的体积和重量。同时，背推型结构中的运动部件质量较小，转动惯量也相对较低，使得快反镜能够更快速地响应控制信号，实现高动态性能。
2.本发明采用磁铁、规则导磁组件、线圈等高性能电磁驱动组件构成的双向音圈电机。永磁体沿着双层导磁组件内部的中心对称布置，从而使整个电磁驱动结构的磁通密度更高，可以在相同的条件下实现更高的输出力和速度。通过布置永磁体，使其在双层导磁组件中形成中心对称结构，使磁通线密集地通过驱动组件，电磁驱动组件能够更充分地利用磁场能量，提供更强大的推动力。由于磁通密度的增加，电磁驱动结构可以在同等尺寸和输入功率的情况下产生更高的输出力，实现更高的速度和动态响应。
3.本发明采用了万向向心关节轴承作为反射镜的回转约束，有效地解决了传统框架结构在反射镜平面方向上占用大量空间、导致光束容易遮挡的问题。万向向心关节轴承具有出色的旋转自由度和高承载能力，能够实现平滑的旋转运动，为快反镜***提供了可靠且灵活的回转约束。采用万向向心关节轴承，使得快反镜摆脱了传统框架结构的限制，反射镜能够以更小的体积实现广泛的转动范围，提供了更大的灵活性和自由度。该结构不仅减少了光学***的体积和重量，还降低了***的惯性和机械振动，有利于快速响应和精确控制。这种设计为快反镜***提供了更高的灵活性、精确性和性能优势，推动了激光制导、光电侦查、光电对抗、激光武器、空间探测、激光雷达、激光通信等领域中***的发展和应用。
4.本发明的二维非框架大角度快速反射镜采用机器绕制的线圈，具有高效率和高填充率的优点。机器绕制技术能够自动化地进行线圈绕制，提高了生产效率和一致性，并且可以满足大规模生产的需求。通过机器绕制，线圈的制造过程更加高效，大大缩短了生产周期，相比于手工绕制，能够以更快的速度和更高的准确性完成线圈的绕制任务，有效提高了生产效率，同时还能实现线圈的一致性和稳定性，确保每个线圈的质量和性能都符合规格要求。
5.本发明的二维非框架大角度快速反射镜采用的电涡流传感器组件通过在两个方向上使用4个电涡流探头进行差动测量，从而显著提高了测量精度，并减小了温漂等因素对测量结果的影响。每个方向上的电涡流探头成对配对，并以差动方式进行测量，以消除环境因素和温度变化对测量结果的干扰。通过采用4个电涡流探头的差动测量方式，本发明实现了更高的测量精度和稳定性。差动测量可有效抵消环境噪声、电磁干扰以及温度变化等因素对测量结果的影响，提供更可靠、准确的数据。每个方向上的电涡流探头相互补偿，通过比较差异信号来消除共同模式干扰，从而减小了测量误差，提高了***的可靠性和测量精度。通过差动测量的电涡流传感器组件能够对温度变化进行自动补偿，消除温度漂移带来的影响，确保测量结果的准确性和稳定性。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种二维非框架大角度快速反射镜，其特征在于，包括快反镜镜面（5）、电磁驱动组件、万向向心关节轴承（6）、支撑梁（7）和底座（9）；
所述支撑梁（7）安装在所述底座（9）上，支撑所述万向向心关节轴承（6）；
所述快反镜镜面（5）安装在所述万向向心关节轴承（6）上；
所述支撑梁（7）和所述底座（9）之间形成电磁驱动空间，所述电磁驱动组件安装在所述电磁驱动空间内；
所述电磁驱动组件通过驱动所述万向向心关节轴承（6），使所述快反镜镜面（5）转动。
2.根据权利要求1所述的二维非框架大角度快速反射镜，其特征在于，所述电磁驱动组件包括线圈单元、永磁体（3）和导磁组件（4）；
所述线圈单元采用镂空结构；
所述导磁组件（4）采用镂空结构；
所述线圈单元与所述导磁组件（4）交叉绕设；
所述永磁体（3）安装在所述导磁组件（4）的内部镂空处，位于所述线圈单元的底层的下方。
3.根据权利要求2所述的二维非框架大角度快速反射镜，其特征在于，
所述电磁驱动组件包括两个所述线圈单元；
两个所述线圈单元之间通过镂空处交叉绕设；
两个所述线圈单元之间相互垂直地设置。
4.根据权利要求3所述的二维非框架大角度快速反射镜，其特征在于，
所述导磁组件（4）包括导磁主体（14）和四个导磁条（15）；
所述导磁主体（14）和四个所述导磁条（15）固定连接或一体成型；
所述导磁主体（14）设在所述线圈单元的内部镂空处；
四个所述导磁条（15）分别伸出所述线圈单元，每个所述导磁条（15）分别位于两个垂直的所述线圈单元之间。
5.根据权利要求2所述的二维非框架大角度快速反射镜，其特征在于，
所述线圈单元包括线圈（1）和线圈架（2）；
所述线圈（1）采用镂空结构；
所述线圈架（2）采用镂空结构；
所述线圈（1）嵌设在所述线圈架（2）的内部镂空处。
6.根据权利要求2所述的二维非框架大角度快速反射镜，其特征在于，
所述万向向心关节轴承（6）包括外轴承（10）和向心球轴承（11），所述外轴承（10）安装在所述支撑梁（7）上，所述向心球轴承（11）装配在所述外轴承（10）的内部。
7.根据权利要求6所述的二维非框架大角度快速反射镜，其特征在于，
所述支撑梁（7）包括若干个梁条；
若干个所述梁条的下端安装在所述底座（9）上；
若干个所述梁条的上端连接为一体，所述外轴承（10）安装在若干个所述梁条的上端。
8.根据权利要求6-7任一所述的二维非框架大角度快速反射镜，其特征在于，还包括：镜面安装组件；
所述镜面安装组件包括线圈传动件（12）和向心球传动件（13）；
所述线圈传动件（12）安装在所述线圈架（2）上，所述向心球轴承（11）连接所述线圈传动件（12）；
所述向心球传动件（13）安装在所述快反镜镜面（5）的下端，所述向心球轴承（11）连接所述向心球传动件（13）。
9.根据权利要求1-7任一所述的二维非框架大角度快速反射镜，其特征在于，还包括：电涡流探头（8）；
所述电涡流探头（8）有若干个，分别安装在所述支撑梁（7）朝向所述快反镜镜面（5）的一侧。
10.根据权利要求2-7任一所述的二维非框架大角度快速反射镜，其特征在于，
所述快反镜镜面（5）包括：Be和/或Si和/或石英和/或SiC和/或BK7玻璃和/或Al2O3和/或MgF2中的一种或多种材料；
所述快反镜镜面（5）上涂覆有金或银；
所述永磁体（3）采用钐钴或钕铁硼材料。
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