CN106773022A - 一种二维电调镜装置 - Google Patents
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Abstract
一种二维电调镜装置，涉及光束控制技术领域，克服了现有快速反射镜转角范围小、制造成本高的不足，实现了平面反射镜的二维自动调节。本发明包括支撑基座、反射镜座、平面反射镜、中心轴、轴承压环、镜片压块、两个伸缩滑块、两个滑块导向座、关节轴承、两个步进电机、消隙弹簧、调节螺钉座、调节螺钉、两个复位弹簧座、两个复位弹簧。通过步进电机与伸缩滑块的螺纹连接及滑块导向座的限位导向，实现了步进电机回转运动向直线运动的转化，进而通过伸缩滑块端部的球头直接驱动反射镜座及反射镜进行小角度偏转，成本低，驱动器的行程增加，使二维电调镜可实现±5°级别范围的角度调节，较快速反射镜±5′级别的调节范围提高了近百倍。
Description
技术领域
本发明涉及光束控制技术领域技术领域，具体涉及一种二维电调镜装置。
背景技术
在光学系统中，为了精确控制光束的传播方向，必须对其中的光学元件进行精确地位置装调。但是受环境温度变化、结构件应力释放等因素的影响，不同的环境条件下，光学元件的理想位置并不唯一。因此，对于一些精度需求较高的光学系统，要求光学系统中必须具有角度状态可以调节的反射镜，以补偿光路因外界环境变化引起的偏差。
两维快速反射镜具有响应速度快、指向精度和角度分辨力高等优点，被广泛应用于各种光路调节、校正、补偿系统中。公开号为“CN102313966A”的中国专利公开了一种刚性承载式快速控制反射镜，它采用关节轴承实现运动部分与不动部分的万向连接，采用音圈电机驱动反射镜实现二维偏转。但是，它和许多快速反射镜一样存在转角范围小、制造成本高的缺陷，因此不适于调节范围需求较大的场合；而且，对于无需快速高频校正的光学系统，使用快速反射镜进行光路修正还存在极大的资源浪费问题。
发明内容
为了克服现有快速反射镜转角范围小、制造成本高的不足，同时实现平面反射镜的二维自动调节，本发明提供了一种采用关节轴承作为连接副、采用步进电机作为驱动器的二维电调镜装置。
本发明的一种二维电调镜装置，包括：
支撑基座；
后端表面设有两个圆形沉孔的反射镜座；
通过镜片压块固定在反射镜座前端表面的平面反射镜；
固定在反射镜座后端表面中心的中心轴，
内环套装在中心轴上且通过圆螺母进行紧固的关节轴承；
固定在支撑基座前端表面且将关节轴承外环压紧在支撑基座上的轴承压环；
固定在支撑基座后端表面的调节螺钉座；
通过螺纹与调节螺钉座固连的调节螺钉；
前端伸入中心轴尾孔中且其后端套装在调节螺钉前端的消隙弹簧；
固定在支撑基座上且分别位于方位轴线和俯仰轴线上的俯仰步进电机和方位步进电机，所述俯仰步进电机和方位步进电机输出轴的轴线到支撑基座中心的距离相同；
固定在支撑基座上且与俯仰步进电机以支撑基座中心成中心对称的俯仰复位弹簧座；
固定在支撑基座上且与方位步进电机以支撑基座中心成中心对称的方位复位弹簧座；
前端伸入反射镜座上与之对应的圆形沉孔中、后端置于俯仰复位弹簧座前端凹槽内的俯仰复位弹簧；
前端伸入反射镜座上与之对应的圆形沉孔中、后端置于方位复位弹簧座前端凹槽内的方位复位弹簧；
一一对应固定在俯仰步进电机和方位步进电机输出轴上的俯仰伸缩滑块和方位伸缩滑块，所述俯仰伸缩滑块和方位伸缩滑块结构相同，其前端设有球头，其侧面轴向设有两个导向条；所述俯仰伸缩滑块和方位伸缩滑块均通过球头与反射镜座后端表面相接触，用于推动反射镜座进行偏转运动；
固定在支撑基座上的俯仰滑块导向座和方位滑块导向座，所述俯仰滑块导向座与方位滑块导向座结构相同，其上设有导向槽；所述俯仰伸缩滑块上的导向条与俯仰滑块导向座上的导向槽相配合，所述方位伸缩滑块上的导向条与方位滑块导向座上的导向槽相配合。
进一步的，所述中心轴上设有凸台结构，后端设有螺纹，尾部设有尾孔。
进一步的，采用中心锁紧螺母将调节螺钉锁紧。
进一步的，所述调节螺钉尾部设有开槽，通过调节调节螺钉来调节消隙弹簧预紧力大小，从而消除关节轴承内外环之间的轴向间隙。
进一步的，采用俯仰弹簧座锁紧螺母将俯仰复位弹簧座锁紧，采用俯仰弹簧座锁紧螺母将方位复位弹簧座锁紧。
进一步的，所述俯仰复位弹簧座和方位复位弹簧座的尾部均设有开槽，通过调节俯仰复位弹簧座来调节俯仰复位弹簧预紧力大小，通过调节方位复位弹簧座来调节方位复位弹簧预紧力大小。
进一步的，所述俯仰伸缩滑块和方位伸缩滑块后端均设有内螺纹，所述俯仰步进电机和方位步进电机的输出轴上均设有外螺纹，所述俯仰步进电机输出轴上的外螺纹与俯仰伸缩滑块上的内螺纹相配合，所述方位步进电机输出轴上的外螺纹与方位伸缩滑块上的内螺纹相配合。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过步进电机与伸缩滑块的螺纹连接及滑块导向座的限位导向，实现了步进电机回转运动向直线运动的转化，进而通过伸缩滑块端部的球头直接驱动反射镜座及反射镜进行小角度偏转，相对于应用音圈电机或压电陶瓷等昂贵的直线驱动器而言，不仅大幅度降低了二维电调镜的制造成本，而且大大增加了驱动器的行程，使二维电调镜可实现±5°级别范围的角度调节，较快速反射镜±5′级别的调节范围提高了近百倍。
2、此外，可调节预紧力的消隙弹簧实现了关节轴承内外环轴向间隙的消除，可靠保证了二维电调镜的回转精度。
3、本发明结构紧凑、经济实用，并且转角范围大，特别适于无需快速高频校正的光学系统应用。
附图说明
图1为本发明的一种二维电调镜装置的结构示意图。
图2为沿图1中A-A向的剖面图。
图3为图1所示的一种二维电调镜装置的左视图。
图4为步进电机与伸缩滑块的组件图。
图5为滑块导向座的结构示意图。
图中：1、支撑基座；2、反射镜座；3、平面反射镜；4、中心轴；5、轴承压环；6、镜片压块；7a、俯仰伸缩滑块；7b、方位伸缩滑块；71、导向条；72、球头；8a、俯仰滑块导向座；8b、方位滑块导向座；81、导向槽；9、关节轴承；10、圆螺母；11a、俯仰步进电机；11b、方位步进电机；12、消隙弹簧；13、调节螺钉座；14、调节螺钉；15、中心锁紧螺母；16a、俯仰复位弹簧座；16b、方位复位弹簧座；17a、俯仰弹簧座锁紧螺母；17b、方位弹簧座锁紧螺母；18a、俯仰复位弹簧；18b、方位复位弹簧。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1至图3所示，本发明的一种二维电调镜装置，主要包括：支撑基座1、反射镜座2、平面反射镜3、中心轴4、轴承压环5、镜片压块6、俯仰伸缩滑块7a、方位伸缩滑块7b、俯仰滑块导向座8a、方位滑块导向座8b、关节轴承9、圆螺母10、俯仰步进电机11a、方位步进电机11b、消隙弹簧12、调节螺钉座13、调节螺钉14、中心锁紧螺母15、俯仰复位弹簧座16a、方位复位弹簧座16b、俯仰弹簧座锁紧螺母17a、俯仰弹簧座锁紧螺母17b、俯仰复位弹簧18a、方位复位弹簧18b。
平面反射镜3通过镜片压块6固定在反射镜座2的前端表面，反射镜座2的后端表面中心与中心轴4固连在一起，反射镜座2的后端表面设置有两个圆形沉孔。
中心轴4上设置有凸台结构，中心轴4后端设置有螺纹，中心轴4尾部设置有尾孔。关节轴承9的内环套装在中心轴4上，圆螺母10通过螺纹与中心轴4相固连，并将关节轴承9的内环紧固在中心轴4上的凸台结构处。
轴承压环5固定在支撑基座1的前端表面，并将关节轴承9的外环压紧在支撑基座1上。通过关节轴承9实现运动部分与不动部分的万向连接，即实现支撑基座1与反射镜座2的万向连接。
消隙弹簧12前端伸入中心轴4的尾孔中，消隙弹簧12后端套装在调节螺钉14前端。调节螺钉14通过螺纹与调节螺钉座13相固连，调节螺钉座13与支撑基座1的后端表面固连在一起，并将消隙弹簧12限制在调节螺钉14与中心轴4的尾孔之间，通过中心锁紧螺母15对调节螺钉14进行锁紧，调节螺钉14的尾部设置有开槽，通过调节调节螺钉14来调节消隙弹簧12的预紧力大小，从而消除关节轴承9内外环之间的轴向间隙。
如图3和图4所示，在坐标系中，X轴即为二维电调镜装置的俯仰轴，Y轴即为二维电调镜装置的方位轴。在X轴的轴线上设置有方位步进电机11b，在Y轴的轴线上设置有俯仰步进电机11a，俯仰步进电机11a和方位步进电机11b均固连在支撑基座1上，且这两个步进电机输出轴的轴线到坐标原点O即支撑基座1中心的距离相同。
俯仰步进电机11a相对于坐标原点O中心对称的位置处设置有俯仰复位弹簧座16a，方位步进电机11b相对于坐标原点O中心对称的位置处设置有方位复位弹簧座16b，俯仰复位弹簧座16a和方位复位弹簧座16b均通过螺纹固连在支撑基座1上。俯仰复位弹簧18a前端伸入反射镜座2上与之正对的圆形沉孔中，俯仰复位弹簧18a后端置于俯仰复位弹簧座16a前端凹槽内，通过俯仰复位弹簧座16a将俯仰复位弹簧18a限制在俯仰复位弹簧座16a和反射镜座2上与之正对的圆形沉孔之间；方位复位弹簧18b前端伸入反射镜座2上与之正对的圆形沉孔中，方位复位弹簧18b后端置于方位复位弹簧座16b前端凹槽内，通过方位复位弹簧座16b将方位复位弹簧18b限制在方位复位弹簧座16b和反射镜座2上与之正对的圆形沉孔之间。通过俯仰弹簧座锁紧螺母17a对俯仰复位弹簧座16a进行锁紧，通过俯仰弹簧座锁紧螺母17b对方位复位弹簧座16b进行锁紧。俯仰复位弹簧座16a和方位复位弹簧座16b的尾部均设置有开槽，通过调节俯仰复位弹簧座16a来调节俯仰复位弹簧18a的预紧力大小，通过调节方位复位弹簧座16b来调节方位复位弹簧18b的预紧力大小。
俯仰伸缩滑块7a与方位伸缩滑块7b的结构尺寸完全相同。如图4所示，俯仰伸缩滑块7a前端设置有球头72，其侧面轴向设置有两个导向条71，俯仰伸缩滑块7a后端设置有内螺纹；同理，方位伸缩滑块7b前端也设置有球头72，其侧面轴向也设置有两个导向条71，方位伸缩滑块7b后端设置有内螺纹。俯仰步进电机11a和方位步进电机11b的输出轴上均设置有外螺纹，并且俯仰步进电机11a的输出轴上的外螺纹与俯仰伸缩滑块7a上的内螺纹相互配合，方位步进电机11b的输出轴上的外螺纹与方位伸缩滑块7b上的内螺纹相互配合。
俯仰滑块导向座8a与方位滑块导向座8b的结构尺寸完全相同。如图5所示，俯仰滑块导向座8a上设置有导向槽81；同理，方位滑块导向座8b上也设置有导向槽81。俯仰滑块导向座8a与方位滑块导向座8b均固定在支撑基座1上，俯仰伸缩滑块7a上的导向条71与俯仰滑块导向座8a上的导向槽81相互配合，方位伸缩滑块7b上的导向条71与方位滑块导向座8b上的导向槽81相互配合，俯仰伸缩滑块7a和方位伸缩滑块7b均通过前端的球头72与反射镜座2后端表面相接触，以便推动反射镜座2进行偏转运动。
完成装配后，在俯仰步进电机11a输出轴回转运动的驱动下，俯仰伸缩滑块7a将沿着俯仰滑块导向座8a进行伸缩运动，同时配合俯仰复位弹簧18a的回复弹力以及关节轴承9的作用，实现反射镜座2及平面反射镜3绕X轴在±5°范围内的俯仰偏转运动；在方位步进电机11b输出轴回转运动的驱动下，方位伸缩滑块7b将沿着方位滑块导向座8b进行伸缩运动，同时配合方位复位弹簧18b的回复弹力以及关节轴承9的作用，实现反射镜座2及平面反射镜3绕Y轴在±5°范围内的方位偏转运动。
当需要二维电调镜绕X轴(俯仰轴)顺时针回转时，只需控制俯仰步进电机11a正转以驱动俯仰伸缩滑块7a伸出，进而由俯仰伸缩滑块7a的球头72推动反射镜座2带着平面反射镜3绕X轴顺时针回转，此时俯仰复位弹簧18a进一步被压缩；当需要二维电调镜绕X轴(俯仰轴)逆时针回转时，只需控制俯仰步进电机11a反转以驱动俯仰伸缩滑块7a缩回，此时反射镜座2及平面反射镜3在俯仰复位弹簧18a回复弹力的驱动下绕X轴逆时针回转，并保证俯仰伸缩滑块7a的球头72与反射镜座2始终相接触。
当需要二维电调镜绕Y轴(方位轴)顺时针回转时，只需控制方位步进电机11b正转以驱动方位伸缩滑块7b伸出，进而由方位伸缩滑块7b的球头72推动反射镜座2带着平面反射镜3绕Y轴顺时针回转，此时方位复位弹簧18b进一步被压缩；当需要二维电调镜绕Y轴(方位轴)逆时针回转时，只需控制方位步进电机11b反转以驱动方位伸缩滑块7b缩回，此时反射镜座2及平面反射镜3在方位复位弹簧18b回复弹力的驱动下绕Y轴逆时针回转，并保证方位伸缩滑块7b的球头72与反射镜座2始终相接触。
本实施方式中，俯仰伸缩滑块7a与方位伸缩滑块7b的结构尺寸完全相同；俯仰滑块导向座8a与方位滑块导向座8b的结构尺寸完全相同；俯仰步进电机11a与方位步进电机11b的结构尺寸以及型号完全相同；俯仰复位弹簧座16a与方位复位弹簧座16b的结构尺寸完全相同；俯仰弹簧座锁紧螺母17a与俯仰弹簧座锁紧螺母17b的结构尺寸完全相同；俯仰复位弹簧18a与方位复位弹簧18b的结构尺寸完全相同。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种二维电调镜装置，其特征在于，包括：
支撑基座(1)；
后端表面设有两个圆形沉孔的反射镜座(2)；
通过镜片压块(6)固定在反射镜座(2)前端表面的平面反射镜(3)；
固定在反射镜座(2)后端表面中心的中心轴(4)，
内环套装在中心轴(4)上且通过圆螺母(10)进行紧固的关节轴承(9)；
固定在支撑基座(1)前端表面且将关节轴承(9)外环压紧在支撑基座(1)上的轴承压环(5)；
固定在支撑基座(1)后端表面的调节螺钉座(13)；
通过螺纹与调节螺钉座(13)固连的调节螺钉(14)；
前端伸入中心轴(4)尾孔中且其后端套装在调节螺钉(14)前端的消隙弹簧(12)；
固定在支撑基座(1)上且分别位于方位轴线和俯仰轴线上的俯仰步进电机(11a)和方位步进电机(11b)，所述俯仰步进电机(11a)和方位步进电机(11b)输出轴的轴线到支撑基座(1)中心的距离相同；
固定在支撑基座(1)上且与俯仰步进电机(11a)以支撑基座(1)中心成中心对称的俯仰复位弹簧座(16a)；
固定在支撑基座(1)上且与方位步进电机(11b)以支撑基座(1)中心成中心对称的方位复位弹簧座(16b)；
前端伸入反射镜座(2)上与之对应的圆形沉孔中、后端置于俯仰复位弹簧座(16a)前端凹槽内的俯仰复位弹簧(18a)；
前端伸入反射镜座(2)上与之对应的圆形沉孔中、后端置于方位复位弹簧座(16b)前端凹槽内的方位复位弹簧(18b)；
一一对应固定在俯仰步进电机(11a)和方位步进电机(11b)输出轴上的俯仰伸缩滑块(7a)和方位伸缩滑块(7b)，所述俯仰伸缩滑块(7a)和方位伸缩滑块(7b)结构相同，其前端设有球头(72)，其侧面轴向设有两个导向条(71)；所述俯仰伸缩滑块(7a)和方位伸缩滑块(7b)均通过球头(72)与反射镜座(2)后端表面相接触，用于推动反射镜座(2)进行偏转运动；
固定在支撑基座(1)上的俯仰滑块导向座(8a)和方位滑块导向座(8b)，所述俯仰滑块导向座(8a)与方位滑块导向座(8b)结构相同，其上设有导向槽(81)；所述俯仰伸缩滑块(7a)上的导向条(71)与俯仰滑块导向座(8a)上的导向槽(81)相配合，所述方位伸缩滑块(7b)上的导向条(71)与方位滑块导向座(8b)上的导向槽(81)相配合。
2.根据权利要求1所述的一种二维电调镜装置，其特征在于，所述中心轴(4)上设有凸台结构，后端设有螺纹，尾部设有尾孔。
3.根据权利要求1所述的一种二维电调镜装置，其特征在于，采用中心锁紧螺母15将调节螺钉(14)锁紧。
4.根据权利要求1所述的一种二维电调镜装置，其特征在于，所述调节螺钉(14)尾部设有开槽，通过调节调节螺钉(14)来调节消隙弹簧(12)预紧力大小，从而消除关节轴承(9)内外环之间的轴向间隙。
5.根据权利要求1所述的一种二维电调镜装置，其特征在于，采用俯仰弹簧座锁紧螺母(17a)将俯仰复位弹簧座(16a)锁紧，采用俯仰弹簧座锁紧螺母(17b)将方位复位弹簧座(16b)锁紧。
6.根据权利要求1所述的一种二维电调镜装置，其特征在于，所述俯仰复位弹簧座(16a)和方位复位弹簧座(16b)的尾部均设有开槽，通过调节俯仰复位弹簧座(16a)来调节俯仰复位弹簧(18a)预紧力大小，通过调节方位复位弹簧座(16b)来调节方位复位弹簧(18b)预紧力大小。
7.根据权利要求1所述的一种二维电调镜装置，其特征在于，所述俯仰伸缩滑块(7a)和方位伸缩滑块(7b)后端均设有内螺纹，所述俯仰步进电机(11a)和方位步进电机(11b)的输出轴上均设有外螺纹，所述俯仰步进电机(11a)输出轴上的外螺纹与俯仰伸缩滑块(7a)上的内螺纹相配合，所述方位步进电机(11b)输出轴上的外螺纹与方位伸缩滑块(7b)上的内螺纹相配合。
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