CN105572862A - 光机一体化快速控制反射镜 - Google Patents

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Abstract

光机一体化快速控制反射镜，涉及精密光机结构设计技术领域，本发明目的是为了增加现有反射镜口径的同时提高反射镜的控制带宽，包括促动器、弹性套筒、传感器、传感器感应垫、弹性回转中心环、第一和第二轴向弹性片、中心支撑座、防护环、外壳、电控底板和底座，传感器感应垫固定于反射镜上，通过弹性套筒将反射镜与促动器固连；弹性回转中心环在径向上与反射镜的中心孔连接，在轴向与第一轴向弹性片、第二轴向弹性片和中心支撑座串联；促动器、传感器、中心支撑座和外壳分别固定于底座上，底座上设置有走线孔；防护环固定于外壳上；促动器和传感器的电线集中于相关线路板上，电控底板用于封闭相关线路板。本发明适用于各种类型快速反射镜。

Description

光机一体化快速控制反射镜
技术领域
本发明涉及精密光机结构设计技术领域，具体涉及一种适用于望远镜、自适应光学、激光通讯、精密跟踪和瞄准以及光路稳定的反射镜结构。
背景技术
快速控制反射镜由于响应速度快和控制精度高已经成为光学系统中稳定和校正光束的关键部分，在望远镜、自适应光学、激光通讯、精密跟踪瞄准等领域得到了广泛应用，其主要性能指标包括跟踪范围、谐振频率和可负载反射镜的通光口径。在快速反射镜结构中，结构形式和驱动器直接决定了系统的谐振频率和负载能力，进而影响可负载反射镜的通光口径与响应速度。其主要性能参数相互制约，在确定各参数时需要根据系统要求权衡考虑。
快速控制反射镜一般由基座、驱动器、柔性支撑结构、位移传感器和支撑平台组成。柔性支撑结构是快速反射镜的关键元件，其利用材料的弯曲变形来代替刚性铰链中两个接触面之间的滑动和转动，与刚性铰链比较不需要润滑，运动平稳，而且没有摩擦。
二维快速反射镜的驱动器可以分为三点均布和四点均布两类。驱动器的性能既影响跟踪范围，也影响结构的谐振频率，因此要求其负载能力强，行程范围大，刚度高。反射镜作为被控制单元，首先需要保证高的面形精度，同时尽可能的降低质量。谐振频率直接关系到系统控制带宽和相应速度。
根据谐振频率计算公式，反射镜自身质量对结构谐振的影响为：其中f0为空载时(即只有支撑平台)结构的谐振频率，I0为运动平台的转动惯量，IM为反射镜的转动惯量。
随着快速反射镜应用范围的不断扩大，当前国内外都在大力开展快速反射镜的研制，在反射镜口径增大的同时要求高谐振频率成为急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了增加现有反射镜口径的同时提高反射镜的控制带宽，提供一种光机一体化快速控制反射镜。
光机一体化快速控制反射镜，包括促动器、弹性套筒、传感器、传感器感应垫、弹性回转中心环、第一轴向弹性片、第二轴向弹性片、中心支撑座、防护环、外壳、走线孔、电控底板和底座，所述传感器感应垫固定于反射镜上，通过弹性套筒将反射镜与促动器固连；所述弹性回转中心环在径向上与反射镜的中心孔连接，在轴向与第一轴向弹性片、第二轴向弹性片和中心支撑座串联；
所述促动器、传感器、中心支撑座和外壳分别固定于底座上，所述底座上设置有走线孔；所述防护环固定于外壳上；所述促动器和传感器的电线集中于相关线路板上，所述电控底板用于封闭相关线路板。
本发明的有益效果：本发明所述的快速反射镜的设计思想是将反射镜替代支撑平台直接作为促动器的载荷，可以满足大口径要求的同时，有效的提高快速反射镜的谐振频率。此外，中心支撑组件的弹性支撑，既可以减小对反射镜面形的影响，同时允许反射镜绕两个控制轴自由旋转和增加轴向预紧力，而约束反射镜在其他方向的自由度。
本发明所述的快速反射镜结构简单，促动器载荷减小，结构谐振频率得到有效提高，而且应用范围广，适用于各种类型快速反射镜，尤其是要求尺寸大谐振频率高的快速控制反射镜。
附图说明
图1为本发明所述的光机一体化快速控制反射镜装置总体结构示意图；
图2为本发明所述的光机一体化快速控制反射镜中弹性中心环结构示意图；
图3为图2的A-A剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，光机一体化快速控制反射镜，包括反射镜1、促动器2、弹性套筒3、传感器4、传感器感应垫5、弹性回转中心环6、第一轴向弹性片7、第二轴向弹性片8、中心支撑座9、防护环10、外壳11、电控底板13和底座14。
所述促动器2、弹性套筒3、传感器4和传感器感应垫5使用数量和布局方式一致。传感器感应垫5固定于反射镜1上。通过弹性套筒3将反射镜1与促动器2固定连接。弹性回转中心环6在径向与反射镜的中心孔连接，在轴向与第一轴向弹性片7、第二轴向弹性片8和中心支撑座9串联，确定快速反射镜的回转中心并对反射镜施加预紧力。促动器2、传感器4、中心支撑座9和防护环11分别固定于底座14，底座14上设置有走线孔12，将促动器2和传感器4的电线及相关线路板集中于底座14，最后利用电控底板13封闭。防护环10固定于外壳11，一起防护快速反射镜内部零件不受外界因素干扰。
本实施方式中所述的底座14是快速反射镜1的基础，应具有足够的刚度，以使促动器2的反作用力不影响底座14的振动模态。采用反射镜1替代支撑平台，直接作为促动器2的载荷，促动器2与反射镜1之间设置的弹性套筒3，既可以减小对反射镜面形的影响，同时具有轴向刚度大，两维倾斜方向具有很大的柔度的特点。
所述的促动器2采用带预紧的压电陶瓷，四点均布。与其连接的弹性套筒3材料热特性与反射镜1匹配，以减小温度变化对反射镜面形的影响。
所述传感器4是非接触式电涡流位移传感器，对反射镜1的位置实时测量并反馈，从而实现对反射镜1的闭环控制。所述传感器感应垫5的材料和大小与传感器4的要求相匹配。
本实施方式中所述的防护环10，采用高弹性橡胶，既防护快速反射镜内部元件，又不对反射镜的运动产生影响。
本实施方式中所述的弹性回转中心环6是设计的关键，径向设置有径向弹性环节6-2，可以降低装配和温度变化对反射镜面型的影响。其轴向的轴向弹性环节6-1产生的回转中心与反射镜1的质心重合，使系统的转动惯量达到最小；同时轴向的弹性片使反射镜可以绕其中性面做二维倾斜运动。
本实施方式中的弹性回转中心环6、第一轴向弹性片7、第二轴向弹性片8和中心支撑座9串联，使反射镜与中心支撑座9之间具有一定的预紧力，从而为反射镜提供预紧力。

Claims (7)

1.光机一体化快速控制反射镜，包括促动器(2)、弹性套筒(3)、传感器(4)、传感器感应垫(5)、弹性回转中心环(6)、第一轴向弹性片(7)、第二轴向弹性片(8)、中心支撑座(9)、防护环(10)、外壳(11)、走线孔(12)、电控底板(13)和底座(14)；其特征是，
所述传感器感应垫(5)固定于反射镜(1)上，通过弹性套筒(3)将反射镜(1)与促动器(2)固连；
所述弹性回转中心环(6)在径向上与反射镜(1)的中心孔连接，在轴向与第一轴向弹性片(7)、第二轴向弹性片(8)和中心支撑座(9)串联；
所述促动器(2)、传感器(4)、中心支撑座(9)和外壳(11)分别固定于底座(14)上，所述底座(14)上设置有走线孔(12)；所述防护环(10)固定于外壳(11)上；
所述促动器(2)和传感器(4)的电线集中于相关线路板上，所述电控底板(13)用于封闭相关线路板。
2.根据权利要求1所述的光机一体化快速控制反射镜，其特征在于，弹性回转中心环(6)的轴向和径向均设置有轴向弹性环节(6-1)和径向弹性环节(6-2)，轴向弹性环节(6-1)产生的回转中心与反射镜的质心重合；径向弹性环节(6-2)用于降低装配和温度变化对反射镜面型的影响。
3.根据权利要求1所述的光机一体化快速控制反射镜，其特征在于，所述促动器(2)、弹性套筒(3)、传感器(4)和传感器感应垫(5)的数量和布局方式一致，实现对反射镜位置的闭环控制。
4.根据权利要求1所述的光机一体化快速控制反射镜，其特征在于，所述促动器(2)采用带预紧的压电陶瓷，四点均布，与所述促动器(2)连接的弹性套筒(3)的材料热特性与反射镜(1)匹配。
5.根据权利要求1所述的光机一体化快速控制反射镜，其特征在于，所述传感器(4)采用非接触式电涡流位移传感器，对反射镜(1)的位置实时测量并反馈，实现对反射镜的闭环控制。
6.根据权利要求1所述的光机一体化快速控制反射镜，其特征在于，所述防护环(10)材料为高弹性橡胶。
7.根据权利要求1所述的光机一体化快速控制反射镜，其特征在于，所述传感器感应垫(5)的尺寸与传感器(4)的要求相匹配。
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