CN104280857B - 一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置。它包括一个光学平台、一个合光棱镜并联微动平台及激光陀螺合光装配中待装配光学元件。本发明采用压电陶瓷和直线驱动杆联合控制的方法建立的合光棱镜调整机构运动输出轨迹灵活、转动惯量小、可操作性好、定位精度高，有助于提高合光棱镜的角度、位置调整精度，进而提高激光陀螺合光装配的质量和效率。

Description

一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置

技术领域

本发明涉及激光陀螺合光领域，特别是一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置。

技术背景

激光陀螺具有快速反应能力强、动态测量范围宽、线性度好、动态误差小、高精度、可靠性高等优点，广泛应用于捷联式惯性导航系统中。激光陀螺的合光是指在激光陀螺的制造过程中精确调整合光棱镜及光电管的位置，使得谐振腔体内运行的激光束输出时产生干涉，准确得到对应于陀螺角速度的频差信息。合光棱镜的调整是激光陀螺合光的重要组成部分，目前国内激光陀螺的合光装配中的合光棱镜调整工艺主要采用人工操作方式，由于受到操作人员的经验、技巧等诸多因素的影响，人工调整合光棱镜的质量和效率已无法满足激光陀螺生产的需要。

并联机构是一种动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，有两个或两个以上自由度，具有精度高、结构紧凑、刚度高、无误差累积等优点，在运动模拟器、并联机床、微操作机器人等方面取得了较好的应用。微动机构一般采用压电陶瓷驱动的柔性铰链机构，兼具压电陶瓷位移分辨率高、响应速度快等特点和柔性铰链无机械摩擦、无需润滑、灵敏度高等特点。鉴于并联机构及微动机构的上述特点，本发明即采用并联微动机构来实现合光棱镜位置和姿态的精确调整。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的人工操作的合光棱镜调整工艺中存在的问题而提供一种基于并联微动机构的合光棱镜调整装置，运动输出轨迹灵活、转动惯量小、动力学性能好、结构简单紧凑、刚性强、精度高，有助于提高激光陀螺合光装配的质量和效率。

为达到上述目的，本发明的思路如下：

考虑机械结构完成合光装配的方便性，谐振腔体应竖直放置，即装配合光棱镜的平面反射镜与水平面平行。而为完成合光任务，合光棱镜需在平面反射镜所在平面内进行X、Y向移动及绕Z轴的转动，同时，为适应不同尺寸的谐振腔体和不同合光棱镜装配，还需Z向的上下平移运动，因此，本发明采用竖直升降台和合光棱镜并联微动平台相结合，用以实现合光棱镜的运动；除此之外，在合光棱镜的调整过程中，需要保持振动，本发明采用片弹簧作为运动导轨，避免合光棱镜与微动平台的刚性接触，以保证在合光棱镜调整过程中，保持振动状态。

基于以上思路，本发明采用如下技术方案：

一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置，包括一个光学平台、一个合光棱镜并联微动平台及激光陀螺合光装配中待装配光学元件,所述合光棱镜并联微动平台及激光陀螺合光装配中待装配光学元件放置在光学平台中间，合光棱镜并联微动平台通过螺钉固定在光学平台上，激光陀螺合光装配中待装配光学元件通过一个转接板连接在光学平台上；所述合光棱镜并联微动平台内有四个直线驱动杆驱动激光陀螺合光装配中待装配光学元件中的合光棱镜沿竖直方向宏平动，合光棱镜并联微动平台有四个压电陶瓷经一个合光棱镜夹持机构驱动合光棱镜沿直角坐标三个方向的微平移运动和绕竖直方向的微旋转运动，从而实现合光棱镜的位置和角度调整。

所述合光棱镜并联微动平台包括一个底板、一个竖直升降台、四个并联支链和一个合光棱镜夹持机构，所述底板固定在光学平台上，竖直升降台固定在底板上方，并联支链的一端焊接在竖直升降台上，并联支链的另一端与合光棱镜夹持机构焊接，四个并联支链对称布置在竖直升降台和合光棱镜夹持机构之间。

所述并联支链包括一个第一柔性虎克铰链、压电陶瓷和第二柔性虎克铰链，所述压电陶瓷一端通过第一柔性虎克铰链与竖直升降台相连接，压电陶瓷另一端通过第二柔性虎克铰链与合光棱镜夹持机构相连接。

所述合光棱镜夹持机构包括一个合光棱镜调整动平台、一个合光棱镜调整框架、八个片弹簧及一个调整螺钉，所述合光棱镜调整框架放置在合光棱镜调整动平台正中间，合光棱镜调整框架通过八个片弹簧与合光棱镜调整动平台相连接，所述片弹簧对称分布在合光棱镜调整框架和合光棱镜调整动平台之间，所述调整螺钉安装在合光棱镜调整框架一侧。

所述的激光陀螺合光装配中待装配光学元件由谐振腔体、平面镜、合光棱镜组成，所述的平面镜水平放置在谐振腔体激光束出射口，合光棱镜水平放置在平面镜上，处于自由光胶状态而由合光棱镜夹持机构夹持驱动调整位置和角度。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：机构运动输出轨迹灵活、转动惯量小、动力学性能好、结构简单紧凑、刚性强、精度高、无误差累积、无需润滑，有助于提高合光棱镜的角度、位置调整精度，进而提高激光陀螺合光装配的质量和效率。

附图说明

图1为本发明所述一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置的机构整体结构示意图

图2为本发明所述一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置的待装配的光学元器件示意图

图3为本发明所述一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置的合光棱镜并联微动平台结构示意图

图4为本发明所述一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置的并联支链结构示意图

图5为本发明所述一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置的合光棱镜夹持机构结构示意图

图6为本发明所述一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置的第一工作状态示意图

图7为本发明所述一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置的第二工作状态示意图

图8为本发明所述一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置的第三工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例一：

对照图1、2、3、4、5、6、7、8，本用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置，包括一个光学平台（1）、一个合光棱镜并联微动平台（2）及激光陀螺合光装配中待装配光学元件（3）。所述合光棱镜并联微动平台（2）及激光陀螺合光装配中待装配光学元件（3）放置在光学平台(1)中间，合光棱镜并联微动平台（2）通过螺钉固定在光学平台（1）上，激光陀螺合光装配中待装配光学元件（3）通过一个转接板（4）连接在光学平台（1）上；所述合光棱镜并联微动平台（2）内有四个直线驱动杆（20）驱动激光陀螺合光装配中待装配光学元件（3）中的合光棱镜（7）沿竖直方向宏平动，合光棱镜并联微动平台（2）有四个压电陶瓷（14）经一个合光棱镜夹持机构（12）驱动合光棱镜（7）沿直角坐标三个方向的微平移运动和绕竖直方向的微旋转运动，从而实现合光棱镜（7）的位置和角度调整。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

对照图1、2、3，所述合光棱镜并联微动平台（2）包括一个底板（9）、一个竖直升降台（10）、四个并联支链（11）和一个合光棱镜夹持机构（12），所述底板（9）固定在光学平台（1）上，竖直升降台（10）固定在底板（9）上方，并联支链（11）的一端焊接在竖直升降台（10）上，并联支链（11）的另一端与合光棱镜夹持机构（12）焊接，四个并联支链（11）对称布置在竖直升降台（10）和合光棱镜夹持机构（12）之间。

对照图1、2、3、4，所述并联支链（11）包括一个第一柔性虎克铰链（13）、压电陶瓷（14）和第二柔性虎克铰链（15），所述压电陶瓷（14）一端通过第一柔性虎克铰链（13）与竖直升降台（10）相连接，压电陶瓷（14）另一端通过第二柔性虎克铰链（15）与合光棱镜夹持机构（12）相连接。通过压电陶瓷（14）驱动，使机构实现绕三移动一转动的微运动。

对照图1、2、3、4、5，所述合光棱镜夹持机构（12）包括一个合光棱镜调整动平台（16）、一个合光棱镜调整框架（17）、八个片弹簧（19）及一个调整螺钉（18），所述合光棱镜调整框架（17）放置在合光棱镜调整动平台（16）正中间，合光棱镜调整框架（17）通过八个片弹簧（19）与合光棱镜调整动平台（16）相连接，所述片弹簧（19）对称分布在合光棱镜调整框架（17）和合光棱镜调整动平台（16）之间，所述调整螺钉（18）安装在合光棱镜调整框架（17）一侧。

实施例三：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

对照图1、2，所述的激光陀螺合光装配中待装配光学元件（3）由谐振腔体(5)、平面镜（6）、合光棱镜（7）组成，所述的平面镜（6）水平放置在谐振腔体（5）激光束出射口，合光棱镜（7）水平放置在平面镜（6）上，处于自由光胶状态。通过机构的调整，实现对合光棱镜（7）的操作，使出射的顺时针和逆时针两束光的光斑重合。

对照图6，合光棱镜（7）在空间中的绕Z轴的旋转运动状态。

对照图7，合光棱镜（7）在空间中的沿X轴的平移运动状态。

对照图7，合光棱镜（7）在空间中的沿Y轴的平移运动状态。

Claims (4)

1.一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置，包括一个光学平台（1）、一个合光棱镜并联微动平台（2）及激光陀螺合光装配中待装配光学元件（3）,其特征在于：所述合光棱镜并联微动平台（2）及激光陀螺合光装配中待装配光学元件（3）放置在光学平台(1)中间，合光棱镜并联微动平台（2）通过螺钉固定在光学平台（1）上，激光陀螺合光装配中待装配光学元件（3）通过一个转接板（4）连接在光学平台（1）上；所述合光棱镜并联微动平台（2）内有四个直线驱动杆（20）驱动激光陀螺合光装配中待装配光学元件（3）中的合光棱镜（7）沿竖直方向宏平动，合光棱镜并联微动平台（2）有四个压电陶瓷（14）经一个合光棱镜夹持机构（12）驱动合光棱镜（7）沿直角坐标三个方向的微平移运动和绕竖直方向的微旋转运动，从而实现合光棱镜（7）的位置和角度调整，所述合光棱镜并联微动平台（2）包括一个底板（9）、一个竖直升降台（10）、四个并联支链（11）和一个合光棱镜夹持机构（12），所述底板（9）固定在光学平台（1）上，竖直升降台（10）固定在底板（9）上方，并联支链（11）的一端焊接在竖直升降台（10）上，并联支链（11）的另一端与合光棱镜夹持机构（12）焊接，四个并联支链（11）对称布置在竖直升降台（10）和合光棱镜夹持机构（12）之间。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置，其特征在于：

所述并联支链（11）包括一个第一柔性虎克铰链（13）、压电陶瓷（14）和第二柔性虎克铰链（15），所述压电陶瓷（14）一端通过第一柔性虎克铰链（13）与竖直升降台（10）相连接，压电陶瓷（14）另一端通过第二柔性虎克铰链（15）与合光棱镜夹持机构（12）相连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置，其特征在于：所述合光棱镜夹持机构（12）包括一个合光棱镜调整动平台（16）、一个合光棱镜调整框架（17）、八个片弹簧（19）及一个调整螺钉（18），所述合光棱镜调整框架（17）放置在合光棱镜调整动平台（16）中间，合光棱镜调整框架（17）通过八个片弹簧（19）与合光棱镜调整动平台（16）相连接，所述片弹簧（19）对称分布在合光棱镜调整框架（17）和合光棱镜调整动平台（16）之间，所述调整螺钉（18）安装在合光棱镜调整框架（17）一侧。

4.根据权利要求1所述的一种用于激光陀螺合光装配的合光棱镜并联微动装置，其特征在于：所述的激光陀螺合光装配中待装配光学元件（3）由谐振腔体(5)、平面镜（6）、合光棱镜（7）组成，所述的平面镜（6）水平放置在谐振腔体（5）激光束出射口，合光棱镜（7）水平放置在平面镜（6）上，处于自由光胶状态而由合光棱镜夹持机构（12）夹持驱动调整位置和角度。