CN103913838B - 二维快速偏转反射镜作动机构及其作动方法 - Google Patents
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Abstract
一种二维快速偏转反射镜作动机构及其作动方法，该作动机构包括位于X偏转轴并关于Y偏转轴对称的第一驱动机构和第三驱动机构，位于Y偏转轴并关于X偏转轴对称的第二驱动机构和第四驱动机构，X偏转轴和Y偏转轴垂直并位于同一平面内，第一驱动机构包括伸缩驱动器及其外部约束结构和杆式位移放大机构，第二驱动机构、第三驱动机构和第四驱动机构的结构及尺寸与第一驱动机构相同并分别通过其杆式位移放大机构与镜面支撑结构相连；本发明还提供该作动机构的作动方法：该控制机构具有高的角分d辨率的同时，还具备响应速度快，体积小，重量轻的特点。
Description
技术领域
本发明属于光束控制技术领域，具体涉及一种二维快速偏转反射镜作动机构及其作动方法。
背景技术
近年来随着微电子技术、生物工程、航天工程等学科的迅速发展，二维快速偏转反射镜在天文望远镜、图像稳定、复合轴精密跟踪、瞄准光学系统中有着日益重要而广泛的应用。在上述应用系统中，为了获得良好的补偿、跟踪和控制效果，要求光束的快速偏转控制机构必须具有较高的角偏转灵敏度及快速响应能力。目前所广泛采用的基于柔性铰链的偏转控制机构具备结构紧凑、无摩擦损耗等特点，但是由于结构自身谐振频率的限制，偏转控制机构的响应速度往往较低，从而影响到所应用光学系统的整体性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种二维快速偏转反射镜作动机构及其作动方法，该作动机构具有高的角分辨率的同时，还具备响应速度快，体积小，重量轻的特点。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
二维快速偏转反射镜作动机构，包括位于X偏转轴并关于Y偏转轴对称的第一驱动机构1和第三驱动机构3，位于Y偏转轴并关于X偏转轴对称的第二驱动机构2和第四驱动机构4，所述X偏转轴和Y偏转轴垂直并位于同一平面内，所述第一驱动机构1包括伸缩驱动器6及其外部约束结构7和杆式位移放大机构8，所述第二驱动机构2、第三驱动机构3和第四驱动机构4的结构及尺寸与第一驱动机构1相同并分别通过其杆式位移放大机构与镜面支撑结构5采用柔性铰链相连接。
所述伸缩驱动器6为压电陶瓷驱动器。
所述伸缩驱动器6为电致伸缩驱动器或者磁致伸缩驱动器。
上述所述二维快速偏转反射镜作动机构的作动方法，外部约束结构7对伸缩驱动器6施加预压力，其轴向长度随伸缩驱动器6长度而变化，当伸缩驱动器6伸长δ时，外部约束结构7对杆式位移放大机构8输出向上推力，并向上输出位移Kδ，其中K为杆式位移放大机构的放大比；当伸缩驱动器6缩短-δ时，外部约束结构7依靠其自身弹性回复力对杆式位移放大机构8输出向下拉力，并向下输出位移-Kδ，使得第一驱动机构1沿上下两个方向输出位移；当第一驱动机构1中的伸缩驱动器6伸长δ后，第一驱动机构1输出位移Kδ，第三驱动机构3中的伸缩驱动器6缩短δ后，第三驱动机构3输出反向位移-Kδ，因此镜面沿X轴产生偏转角为其中，L为镜面支撑结构5的长度；同样可控制镜面沿Y轴产生偏转角。
本发明和现U有技术相比，具有如下优点：
1.本发明中，充分发挥了电致伸缩驱动器的轴向刚度，即驱动机构1，驱动机构2，驱动机构3，驱动机构4沿电致伸缩驱动器轴向方向具有较大刚度，并通过柔性铰链与反射镜支撑机构连接为一体，总体结构一阶谐振频率较高，因此该偏转控制机构响应速度较快。
2.本发明中每个偏转轴采用两组对称分布的驱动机构分别沿正负方向进行差分驱动，并由两个偏转轴共四个驱动机构进行驱动，使反射镜实现二维正交方向的微角度偏转且在两个偏转方向上不产生角度耦合和干扰，可产生准确的微角位移。
附图说明
图1为本发明控制机构结构示意图。
图2为驱动机构1结构示意图。
图3为X偏转轴控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种二维快速偏转反射镜作动机构，包括位于X偏转轴并关于Y偏转轴对称的第一驱动机构1和第三驱动机构3，位于Y偏转轴并关于X偏转轴对称的第二驱动机构2和第四驱动机构4，所述X偏转轴和Y偏转轴垂直并位于同一平面内，所述第一驱动机构1包括伸缩驱动器6及其外部约束结构7和杆式位移放大机构8，所述第二驱动机构2、第三驱动机构3和第四驱动机构4的结构及尺寸与第一驱动机构1相同并分别通过其杆式位移放大机构与镜面支撑结构5采用柔性铰链相连接。
作为本发明的优选实施方式，所述伸缩驱动器6为压电陶瓷驱动器，也可以为其他电致伸缩驱动器或者磁致伸缩驱动器。
如图2所示，第一驱动机构1包括伸缩驱动器6及其外部约束结构7和杆式位移放大机构8。外部约束结构7对伸缩驱动器6施加预压力，其轴向长度随伸缩驱动器6长度而变化，当伸缩驱动器6伸长δ时，外部约束结构7对杆式位移放大机构8输出向上推力，并向上输出位移Kδ。其中K为杆式位移放大机构放大比。当伸缩驱动器6缩短-δ时，外部约束结构7依靠其自身弹性回复力对杆式位移放大机构8输出向下拉力，并向下输出位移-Kδ。使得第一驱动机构1可沿上下两个方向输出位移。
本发明的控制方法如图3所示，位于X偏转轴的第一驱动机构1和第三驱动机构3为对称分布于旋转中心两侧，第一驱动机构1中的伸缩驱动器6伸长δ后第一驱动机构1输出位移Kδ，第三驱动机构3中的伸缩驱动器6缩短δ后第三驱动机构3输出反向位移-Kδ。支撑结构长度为L，因此镜面沿X轴产生偏转角为使用与图3所述相同原理可控制镜面沿Y轴产生偏转角。
Claims (4)
1.一种二维快速偏转反射镜作动机构，其特征在于：包括位于X偏转轴并关于Y偏转轴对称的第一驱动机构(1)和第三驱动机构(3)，位于Y偏转轴并关于X偏转轴对称的第二驱动机构(2)和第四驱动机构(4)，所述X偏转轴和Y偏转轴垂直并位于同一平面内，所述第一驱动机构(1)包括伸缩驱动器(6)及其外部约束结构(7)和杆式位移放大机构(8)，所述第二驱动机构(2)、第三驱动机构(3)和第四驱动机构(4)的结构及尺寸与第一驱动机构(1)相同并分别通过其杆式位移放大机构与镜面支撑结构(5)采用柔性铰链相连接；位于X偏转轴的第一驱动机构(1)和第三驱动机构(3)对称分布于旋转中心两侧，位于Y偏转轴的第二驱动机构(2)和第四驱动机构(4)也对称分布于旋转中心两侧，第一驱动机构(1)和第三驱动机构(3)以及第二驱动机构(2)和第四驱动机构(4)分别形成两组对称分布的驱动机构，每组对称分布的驱动机构中的其中之一中的伸缩驱动器伸长输出位移，另一个中的伸缩驱动器缩短输出反向位移，由此实现差分驱动。
2.根据权利要求1所述的二维快速偏转反射镜作动机构，其特征在于：所述伸缩驱动器(6)为压电陶瓷驱动器。
3.根据权利要求1所述的二维快速偏转反射镜作动机构，其特征在于：所述伸缩驱动器(6)为电致伸缩驱动器或者磁致伸缩驱动器。
4.权利要求1所述二维快速偏转反射镜作动机构的作动方法，其特征在于：外部约束结构(7)对伸缩驱动器(6)施加预压力，其轴向长度随伸缩驱动器(6)长度而变化，当伸缩驱动器(6)伸长δ时，外部约束结构(7)对杆式位移放大机构(8)输出向上推力，并向上输出位移Kδ，其中K为杆式位移放大机构的放大比；当伸缩驱动器(6)缩短-δ时，外部约束结构(7)依靠其自身弹性回复力对杆式位移放大机构(8)输出向下拉力，并向下输出位移-Kδ，使得第一驱动机构(1)沿上下两个方向输出位移；当第一驱动机构(1)中的伸缩驱动器(6)伸长δ后，第一驱动机构(1)输出位移Kδ，第三驱动机构(3)中的伸缩驱动器(6)缩短δ后，第三驱动机构(3)输出反向位移-Kδ，因此镜面沿X轴产生偏转角为其中，L为镜面支撑结构(5)的长度；同样可控制镜面沿Y轴产生偏转角。
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