CN104345448A - 大视场快速二维扫描镜安装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大视场快速二维扫描镜安装结构，包括零位时关于扫描镜长轴对称的上下两个俯仰驱动电机，两个所述俯仰驱动电机以速度相同、方向相反的运动驱动扫描镜在俯仰方向摆扫；还包括一方位驱动电机，用于驱动曲柄连杆机构，从而驱动扫描镜在方位方向摆扫；一角度传感器，用于实现扫描镜俯仰角度的测量；两个线性位移传感器，用于差动测量俯仰轴支撑架转动时的线性位移，间接测量扫描镜的方位转角。相比于现有的二维扫描机构，本发明在实现高速扫描的同时能够实现大视场的扫描，从而有助于太赫兹成像探测系统在公共场所安检应用中的实用化。

Description

大视场快速二维扫描镜安装结构
技术领域
本发明属于太赫兹探测成像技术领域，涉及探测成像中在大探测视场条件下增加扫描速度的问题，具体是一种大视场快速二维扫描镜安装结构。
背景技术
在太赫兹成像探测领域，由于光学系统本身视场的局限以及大面阵的太赫兹探测器现阶段在关键工艺上尚未突破，因此需要借助机械驱动的二维扫描机构来扩展系统的视场，以完成对目标的快速扫描成像。现有的电机直接驱动的框架式扫描结构多应用在大视场、低速场合，直接驱动对电机要求较高，很难做到高速扫描，成像时间较长，难以实现对运动目标的成像探测。而现有的利用压电陶瓷或音圈电机驱动的快速扫描镜虽然扫描速度比较高，但是其视场却比较小(通常只有几分)，远远不能满足大视场下太赫兹成像探测技术的需要。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种大视场快速二维扫描镜安装结构，减小扫描镜运动时的转动惯量，实现在大视场条件下的快速扫描。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种大视场快速二维扫描镜安装结构，包括零位时关于扫描镜长轴对称的上下两个俯仰驱动电机，两个所述俯仰驱动电机以速度相同、方向相反的运动驱动扫描镜在俯仰方向摆扫；还包括一方位驱动电机，用于驱动曲柄连杆机构，从而驱动扫描镜在方位方向摆扫；一角度传感器，用于以实现扫描镜俯仰角度的测量；两个线性位移传感器，用于差动测量俯仰轴支撑架转动时的线性位移，间接测量扫描镜的方位转角。
两个所述俯仰驱动电机通过安装在其轴端的球面执行器以速度相同方向相反的线性运动推动扫描镜在俯仰方向摆扫。
所述扫描镜背板上设置扫描镜支撑架，所述扫描镜支撑架连接俯仰轴，所述俯仰轴与俯仰轴支撑架形成转动副连接，所述两个音圈电机以速度相同、方向相反的运动驱动扫描镜绕俯仰轴进行转动，以实现俯仰角度的扫描。
所述扫描镜支撑架和俯仰轴之间通过紧定螺钉固定连接，俯仰轴支撑架通过一维柔性铰链固定在支架上，俯仰轴和俯仰轴支撑架之间通过轴承形成转动副，通过俯仰轴支撑架轴承座和弹性挡圈实现对俯仰轴的定位。
所述俯仰驱动电机为音圈电机。
两个所述音圈电机的型号尺寸完全一致，以保证电机输出的运动速度相同方向相反，从而实现对扫描镜有效连续的驱动。
所述曲柄连杆机构包括偏心轴和连杆，所述偏心轴和连杆之间通过轴承形成转动副连接，连杆和俯仰轴支撑架之间也通过轴承形成转动副连接，所述方位驱动电机通过驱动作为曲柄的偏心轴带动连杆对俯仰轴支撑架进行推拉，以实现扫描镜绕一维柔性铰链的方位扫描。
所述角度传感器通过传感器安装架固定在俯仰轴支撑架和俯仰轴上，以实现扫描镜俯仰角度的测量；两个所述线性位移传感器安装在俯仰轴支撑架左右，关于一维柔性铰链对称分布，差动测量俯仰轴支撑架绕一维柔性铰链转动时的线性位移，间接测量扫描镜的方位转角。
所述扫描镜为泡沫夹心结构的轻质平面镜、碳纤维轻质平面镜或经机械加工减重处理的金属平面镜。
所述支架同扫描镜之间通过粘结或焊接结合，支架在保证粘结强度的情况下选择轻质金属材料，并进行对称设计和减重处理，以减小转动惯量。
本发明所述大视场快速扫描镜的工作原理为：利用零位时关于扫描镜长轴对称的上下两个音圈电机以速度相同方向相反的运动驱动扫描镜绕俯仰轴进行转动以实现俯仰角度的扫描，利用电机驱动偏心轴转动带动连杆推拉俯仰轴支撑架以进行方位角的扫描，以固定在俯仰轴支撑架和俯仰轴上的角度传感器和固定在支架上关于柔性铰链对称分布的两个线性位移传感器差动测量俯仰轴支撑架绕一维柔性铰链转动时的线性位移，间接测量扫描镜的方位转角。
本发明相比于现有技术有如下优点：
采用两个对称布置的音圈电机以等速反向的运动驱动扫描镜转动实现俯仰角度的扫描，以曲柄连杆的方式驱动扫描镜转动实现方位角的测量，以转动轴和一维柔性铰链结合的方式组成扫描机构的二维轴系，减轻了扫描镜在二维摆动时的转动惯量，避免了利用电机直接驱动时电机需要频繁启停和加减速的问题，很容易实现大视场下扫描机构的快速扫描，从而有助于太赫兹成像探测系统对于运动目标的成像探测，推动其实用化应用。
附图说明
图1为本发明大视场快速扫描镜的三维结构图；
图2为图1的后视图。
具体实施方式
下面结合附图1和图2对本发明的大视场快速扫描镜一个实施例的具体实施方式作详细说明：
如图1和图2所示，扫描镜1由粘结在其背板上的扫描镜支撑架2通过俯仰轴3和俯仰轴支撑架4之间形成转动副连接，扫描镜支撑架2和俯仰轴3之间通过紧定螺钉固定连接；俯仰轴支撑架4通过一维柔性铰链5固定在支架8上，上下分布的两个音圈电机6通过安装在其轴端的球面执行器7以速度相同方向相反的线性运动推动扫描镜1绕俯仰轴3进行摆动；通过方位驱动电机安装架12固定在支架8上的方位驱动电机11通过驱动作为曲柄的偏心轴13带动连杆14对俯仰轴支撑架4进行推拉，以实现扫描镜1绕一维柔性铰链5的方位扫描；角度传感器10通过传感器安装架9固定在俯仰轴支撑架4和俯仰轴3上，以实现扫描镜1俯仰角度的测量；两个关于俯仰轴支撑架4左右安装的线性位移传感器15安装在支架8上，测量触头同俯仰轴支撑架4接触来进行扫描镜1方位角度的测量。
本实施例中扫描镜1优选碳纤维材质、表面经抛光镀膜、质量轻、转动惯量小的扫描镜。
本实施例中扫描镜支架2同扫描镜1之间优先选择通过粘结结合，扫描镜支架2选择镁合金材料，并进行对称设计和减重处理，以减小转动惯量。
本实施例中俯仰轴3和俯仰轴支撑架4之间通过深沟球轴承形成转动副，通过俯仰轴支撑架4轴承座和弹性挡圈实现对俯仰轴3的轴向固定。
本实施例中上下分布的两个圆形音圈电机6的型号尺寸完全一致以保证电机输出的运动速度相同方向相反，从而实现对扫描镜1有效连续的驱动，且其内置光栅尺对直线位移输出进行实时反馈。
本实施例中偏心轴13和连杆14之间通过轴承形成转动副连接，连杆14和俯仰轴支撑架4之间也通过轴承形成转动副连接。
本实施例中线性位移传感器15通过测量俯仰轴支撑架4转动时相应的线性位移变化量间接的求得扫描镜1的方位转角。
本发明所述大视场快速扫描镜利用零位时关于扫描镜1长轴对称的上下两个音圈电机6以速度相同方向相反的运动驱动扫描镜1绕俯仰轴3进行转动以实现俯仰角度的扫描，利用电机11驱动偏心轴13转动带动连杆14推拉俯仰轴支撑架4以进行方位角的扫描，以固定在俯仰轴支撑架4和俯仰轴3上的角度传感器10和固定在支架8上关于柔性铰链5对称分布的两个线性位移传感器15差动测量俯仰轴支撑架4绕一维柔性铰链5转动时的线性位移，间接测量扫描镜1的方位转角。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种大视场快速二维扫描镜安装结构，其特征在于，包括零位时关于扫描镜长轴对称的上下两个俯仰驱动电机，两个所述俯仰驱动电机以速度相同、方向相反的运动驱动扫描镜在俯仰方向摆扫；一方位驱动电机，用于驱动曲柄连杆机构，从而驱动扫描镜在方位方向摆扫；一角度传感器，用于实现扫描镜俯仰角度的测量；两个线性位移传感器，用于差动测量俯仰轴支撑架转动时的线性位移，间接测量扫描镜的方位转角。
2.根据权利要求1所述的大视场快速二维扫描镜安装结构，其特征在于，两个所述俯仰驱动电机通过安装在其轴端的球面执行器以速度相同方向相反的线性运动推动扫描镜在俯仰方向摆扫。
3.根据权利要求1所述的大视场快速二维扫描镜安装结构，其特征在于，所述扫描镜背板上设置扫描镜支撑架，所述扫描镜支撑架连接俯仰轴，所述俯仰轴与俯仰轴支撑架形成转动副连接，所述两个音圈电机以速度相同、方向相反的运动驱动扫描镜绕俯仰轴进行转动，以实现俯仰角度的扫描。
4.根据权利要求3所述的大视场快速二维扫描镜安装结构，其特征在于，所述扫描镜支撑架和俯仰轴之间通过紧定螺钉固定连接，俯仰轴支撑架通过一维柔性铰链固定在支架上，俯仰轴和俯仰轴支撑架之间通过轴承形成转动副，通过俯仰轴支撑架轴承座和弹性挡圈实现对俯仰轴的定位。
5.根据权利要求2所述的大视场快速二维扫描镜安装结构，其特征在于，所述俯仰驱动电机为音圈电机。
6.根据权利要求5所述的大视场快速二维扫描镜安装结构，其特征在于，两个所述音圈电机的型号尺寸完全一致，以保证电机输出的运动速度相同方向相反，从而实现对扫描镜有效连续的驱动。
7.根据权利要求4所述的大视场快速二维扫描镜安装结构，其特征在于，所述曲柄连杆机构包括偏心轴和连杆，所述偏心轴和连杆之间通过轴承形成转动副连接，连杆和俯仰轴支撑架之间也通过轴承形成转动副连接，所述方位驱动电机通过驱动作为曲柄的偏心轴带动连杆对俯仰轴支撑架进行推拉，以实现扫描镜绕一维柔性铰链的方位扫描。
8.根据权利要求4所述的大视场快速二维扫描镜安装结构，其特征在于，所述角度传感器通过传感器安装架固定在俯仰轴支撑架和俯仰轴上，以实现扫描镜俯仰角度的测量；两个所述线性位移传感器安装在俯仰轴支撑架左右，关于一维柔性铰链对称分布，差动测量俯仰轴支撑架绕一维柔性铰链转动时的线性位移，间接测量扫描镜的方位转角。
9.根据权利要求1所述的大视场快速二维扫描镜安装结构，其特征在于，所述扫描镜为泡沫夹心结构的轻质平面镜、碳纤维轻质平面镜或经机械加工减重处理的金属平面镜。
10.根据权利要求4所述的大视场快速二维扫描镜安装结构，其特征在于：所述支架同扫描镜之间通过粘结或焊接结合，支架在保证粘结强度的情况下选择轻质金属材料，并进行对称设计和减重处理，以减小转动惯量。
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