CN106980328B - 一种搭载快速反射镜的粗精跟踪实验转台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种搭载快速反射镜的粗精跟踪实验转台，快速反射镜平台、通光孔、俯仰转动梁、俯仰转台转动枢纽和俯仰闭环步进电机依次连接，所述俯仰转动梁通过第一支架、第二支架和直角支架连接转接座，快速反射镜平台上设置快速反射镜和激光头夹持座和激光头，俯仰转动梁上依次设置俯仰转动平台上转接板、45°反射座、反射镜、CCD和激光测距仪直角支架、CCD摄像头和激光测距仪，转接座下部设置方位转接板，方位转接板下部设置方位转台转动枢纽，方位转台转动枢纽上设置与外界控制装置连接的方位转台通信控制接口和方位闭环步进电机。本发明可以用于室内粗精随动控制系统的实验，具有体积小，方便灵活的特点。
Description
技术领域
本发明专利涉及随动控制领域，特别是一种搭载快速反射镜的粗精复合随动实验转台。
背景技术
在随动控制系统中为了提高控制精度需要在大惯量、宽带宽、响应慢且跟踪范围大的俯仰转台中引入小惯量、高精度和响应速度快的快速反射镜(Fast Steering Mirror，FSM)形成粗精复合随动系统，来提高跟瞄系统的精度和带宽，增强其抗扰动能力和稳定跟踪能力。快速反射镜是由压电陶瓷堆叠驱动运动支点上所搭载的镜片，使其可以实现俯仰和偏摆运动，FSM具有较大的工作带宽约150Hz，但也受到摆动范围的制约(压电陶瓷式大约为15urad)，而随动转台调节带宽小，但是调整范围大，它们之间相互匹配就能实现对光路的快速、精准调节。
发明内容
本发明的目的是提供一种搭载快速反射镜的高精度粗精复合随动实验转台，以满足室内小范围的随动控制系统—控制算法和控制策略的测试需求。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种搭载快速反射镜的粗精跟踪实验转台，包括快速反射镜、通光孔、激光头夹持座、俯仰转动平台上转接板、45°反射座、CCD和激光测距仪直角支架、CCD摄像头、俯仰转台转动枢纽、俯仰闭环步进电机、第一支架、直角支架、方位转接板、方位闭环步进电机、方位转台通信控制接口、方位转台转动枢纽、第二支架、快速反射镜平台、反射镜、俯仰转动梁、俯仰转台通信接口、激光头、转接座和底座，其中，底座上设置方位转台转动枢纽，方位转台转动枢纽上设置方位转接板、与外界控制装置连接的方位转台通信控制接口和方位闭环步进电机，所述方位转接板上设置转接座，所述转接座通过第一支架、第二支架以及设置在第一支架和第二支架内侧的直角支架连接俯仰转动梁，所述俯仰转动梁上依次设置俯仰转动平台上转接板、45°反射座、CCD和激光测距仪直角支架，其中45°反射座的45°切面上设置反射镜，CCD和激光测距仪直角支架的水平段上设置CCD摄像头，CCD和激光测距仪直角支架的竖直段上设置激光测距仪，俯仰转动梁一端设置通光孔和快速反射镜平台，另一端设置俯仰转台转动枢纽，所述通光孔和快速反射镜平台固定在第二支架的外侧，其中快速反射镜平台上设置快速反射镜和激光头，快速反射镜通过压电陶瓷固定在快速反射镜平台上，激光头通过激光头夹持座固定在快速反射镜平台上，所述俯仰转台转动枢纽固定在第一支架外侧，俯仰转台转动枢纽上设置俯仰闭环步进电机、与外界控制装置连接的俯仰转台通信接口。
工作原理：步进电机与外部控制器连接，控制器首先接收CCD采集到的目标图像信息，然后通过图像处理将检测到的目标位置信息转化为目标的脱靶量信息，再通过解算获得控制转台俯仰和偏航所需要的方位信息，先控制方位和俯仰转台运动将目标锁定到较小的跟踪范围内，当目标处于快速反射镜所能覆盖的范围时，再微调快速反射镜使光束逐步稳定移动到目标区域位置，从而实现粗跟踪。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明可以用于室内粗精随动控制系统的实验，具有体积小，方便灵活的特点。
附图说明
图1为随动转台前视图。
图2为随动转台后视图。
图3为随动转台俯视图。
图4为随动转台后侧视图，其中图(a)为后偏左视图，(b)为后偏右视图。
图5为P-T04K010搭载镜片的快速反射镜。
图6为随动转台粗通道运动分解图，其中图(a)为初始位置示意图、图(b)为方位转台逆时针旋转45°角后的示意图、图(c)为俯仰转台上摆动30°角后的示意图。
具体实施方式
一种搭载快速反射镜的粗精跟踪实验转台，包括快速反射镜1、通光孔3、激光头夹持座4、俯仰转动平台上转接板5、45°反射座6、CCD和激光测距仪直角支架7、CCD摄像头8、俯仰转台转动枢纽9、俯仰闭环步进电机10、第一支架11、直角支架12、方位转接板13、方位闭环步进电机14、方位转台通信控制接口15、方位转台转动枢纽16、第二支架18、快速反射镜平台19、反射镜20、俯仰转动梁21、俯仰转台通信接口22、激光头25、转接座27和底座，其中，底座上设置方位转台转动枢纽16，方位转台转动枢纽16上设置方位转接板13、与外界控制装置连接的方位转台通信控制接口15和方位闭环步进电机14，所述方位转接板13上设置转接座27，所述转接座27通过第一支架11、第二支架18以及设置在第一支架11和第二支架18内侧的直角支架12连接俯仰转动梁21，所述俯仰转动梁21上依次设置俯仰转动平台上转接板5、45°反射座6、CCD和激光测距仪直角支架7，其中45°反射座6的45°切面上设置反射镜20，CCD和激光测距仪直角支架7的水平段上设置CCD摄像头8，CCD和激光测距仪直角支架7的竖直段上设置激光测距仪，俯仰转动梁21一端设置通光孔3和快速反射镜平台19，另一端设置俯仰转台转动枢纽9，所述通光孔3和快速反射镜平台19固定在第二支架18的外侧，其中快速反射镜平台19上设置快速反射镜1和激光头25，快速反射镜1通过压电陶瓷固定在快速反射镜平台19上，激光头25通过激光头夹持座4固定在快速反射镜平台19上，所述俯仰转台转动枢纽9固定在第一支架11外侧，俯仰转台转动枢纽9上设置俯仰闭环步进电机10、与外界控制装置连接的俯仰转台通信接口22。
所述激光头25中轴线、快速反射镜1负载镜片2中心法线、通光孔3中轴线以及反射镜20中心法线处于同一平面，所述激光头25中轴线与快速反射镜1负载镜片2成45°角，与通光孔3中轴线垂直，所述反射镜20与通光孔3中轴线成45°角，激光头(25)所发出的激光经过与其成45°角的快速反射镜(1)反射之后垂直进入通光口(3)照射到反射座45°平面处的反射镜(20)上。
所述快速反射镜平台19通过三个水平定位螺丝固定在支架18上，快速反射镜平台19与方位转台转动枢纽16平行。
所述快速反射镜1上设置运动支点，快速反射镜1负载镜片2粘贴在快速反射镜1的运动支点上。
所述快速反射镜平台19上设置开孔26，用于防止快速反射镜1负载镜片2过大时与快速反射镜平台19发生碰撞。
所述通光孔3和俯仰转台转动枢纽9通过固定块24固定在第一支架11和第二支架18上。
所述反射镜20的厚度为5mm。
所述方位转台转动枢纽16下部设置底座，所述底座上设置把手17。
所述俯仰闭环步进电机10和方位闭环步进电机14分别通过对应的联轴器23分别与俯仰转台转动枢纽9和方位转台转动枢纽16连接。
本发明装置能实现快速反射镜和俯仰转台的粗精复合随动控制，具有结构简单，体积小的特点。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
如图1-4所示，搭载快速反射镜的粗精跟踪实验转台，包括快速反射镜1、镜片2、通光孔3、激光头夹持座4、俯仰转动平台上转接板5、45°反射座6、CCD和激光测距仪直角支架7、CCD摄像头8、俯仰转台转动枢纽9、俯仰闭环步进电机10、第一支架11、直角支架12、方位转接板13、方位闭环步进电机14、方位转台通信控制接口15、方位转台转动枢纽16、把手17、第二支架18、快速反射镜平台19、反射镜20、俯仰转动梁21、俯仰转台通信接口22、联轴器23、固定块24、激光头25，其中快速反射镜平台19的一端设置通光孔3，快速反射镜平台19上设置快速反射镜1、激光头夹持座4，快速反射镜1上设置运动支点，快速反射镜1负载镜片2粘贴在快速反射镜1的运动支点上，激光头夹持座4上设置激光头25；所述通光孔3的另一端设置俯仰转动梁21，俯仰转动梁21上依次设置俯仰转动平台上转接板5、45°反射座6、CCD和激光测距仪直角支架7，其中45°反射座6的45°切面上设置反射镜20，所述反射镜20的厚度为5mm，CCD和激光测距仪直角支架7的水平段上设置CCD摄像头8，CCD和激光测距仪直角支架7的竖直段上设置激光测距仪；所述俯仰转动梁21的另一端设置俯仰转台转动枢纽9，俯仰转台转动枢纽9上设置与外界控制装置连接的俯仰转台通信接口22和俯仰闭环步进电机42HSE60-1504A05-A2410，俯仰闭环步进电机机10与俯仰转台转动枢纽9之间设置联轴器23；所述俯仰转动梁21的两端分别连接第一支架11和第二支架18上部的内侧，快速反射镜平台19通过三个水平定位螺丝固定在支架18上部的外侧，保证快速反射镜平台19与方位转台转动枢纽16平行，当转台产生俯仰转动时候快速反射镜平台19不会随之转动，但会随方位转台的旋转产生运动，通光孔3和俯仰转台转动枢纽9分别通过固定块24固定在第一支架11和第二支架18上部的外侧，所述第一支架11和第二支架18的下部其内侧设置直角支架12，直角支架12与转接座27连接，所述转接座27下部设置方位转接板13，所述方位转接板13下部设置方位转台转动枢纽16，方位转台转动枢纽16上设置与外界控制装置连接的方位转台通信控制接口15和方位闭环步进电机60HSE3N-D2514，方位闭环步进电机14与方位转台转动枢纽16之间设置联轴器23；所述方位转台转动枢纽16下部设置底座，底座上设置把手17。
所述激光头25中轴线、快速反射镜1负载镜片2中心法线、通光孔3中轴线以及反射镜20中心法线处于同一平面，所述激光头25中轴线与快速反射镜1负载镜片2成45°角，与通光孔3中轴线垂直，所述反射镜20与通光孔3中轴线成45°角。
本发明实验转台的目的是将激光头所发出的激光经快速反射镜和随动转台调整后投影到远场目标位置。在初始位置，激光头25所发出的激光经过与其成45°角的快速反射镜反射之后垂直进入通光口3照射到反射座45°平面处的反射镜上，45°反射座固定于俯仰转动平台上，当转台产生转动或者上下摇摆时，其输出光轴也会随之产生等幅度的偏转，形成粗跟踪，当快速反射镜发生偏摆时这种入射角度也会发射摆动，进而引起远场光斑的微小位移，形成精跟踪，即通过调控俯仰/方位闭环步进和快速反射镜可以方便的实现对光轴的粗精复合调整。
搭载于转台上的CCD8可以根据实验室内跟踪目标的远近更换不同焦距的镜头，外接图像处理板对所采样的信号进行解算获得脱靶量信息。再经过外部的控制系统引导随动转台进行跟踪，当目标处于快速反射镜所能覆盖的范围时，这时候可以启动快速反射镜进行进一步的跟踪，进而提高跟踪的精度和快速性。
随动控制实验转台动作分解如图6所示，第一阶段图6(a)方位转台产生45°逆时针旋转；第二阶段图6(b)俯仰转台产生30°上仰至图6(c)姿态。由于FSM快速反射镜偏摆范围极小这里俯仰和偏摆仅分别为正负12.5mrad，暂不做动作分解说明。在实际应用中，各自由度运动之间是相互独立的。
由上可知，本发明装置能实现快速反射镜和俯仰转台的粗精复合随动控制，具有结构简单，体积小的特点。
实施例2：
实施例2在实施例1的基础上，在快速反射镜平台19上设置开孔26，防止快速反射镜1负载镜片2过大时与快速反射镜平台19发生碰撞。
Claims (9)
1.一种搭载快速反射镜的粗精跟踪实验转台，其特征在于，包括快速反射镜(1)、通光孔(3)、激光头夹持座(4)、俯仰转动平台上转接板(5)、45°反射座(6)、CCD和激光测距仪直角支架(7)、CCD摄像头(8)、俯仰转台转动枢纽(9)、俯仰闭环步进电机(10)、第一支架(11)、直角支架(12)、方位转接板(13)、方位闭环步进电机(14)、方位转台通信控制接口(15)、方位转台转动枢纽(16)、第二支架(18)、快速反射镜平台(19)、反射镜(20)、俯仰转动梁(21)、俯仰转台通信接口(22)、激光头(25)、转接座(27)和底座，其中，底座上设置方位转台转动枢纽(16)，方位转台转动枢纽(16)上设置方位转接板(13)、与外界控制装置连接的方位转台通信控制接口(15)和方位闭环步进电机(14)，所述方位转接板(13)上设置转接座(27)，所述转接座(27)通过第一支架(11)、第二支架(18)以及设置在第一支架(11)和第二支架(18)内侧的直角支架(12)连接俯仰转动梁(21)，所述俯仰转动梁(21)上依次设置俯仰转动平台上转接板(5)、45°反射座(6)、CCD和激光测距仪直角支架(7)，其中45°反射座(6)的45°切面上设置反射镜(20)，CCD和激光测距仪直角支架(7)的水平段上设置CCD摄像头(8)，CCD和激光测距仪直角支架(7)的竖直段上设置激光测距仪，俯仰转动梁(21)一端设置通光孔(3)和快速反射镜平台(19)，另一端设置俯仰转台转动枢纽(9)，所述通光孔(3)和快速反射镜平台(19)固定在第二支架(18)的外侧，其中快速反射镜平台(19)上设置快速反射镜(1)和激光头(25)，快速反射镜(1)通过压电陶瓷固定在快速反射镜平台(19)上，激光头(25)通过激光头夹持座(4)固定在快速反射镜平台(19)上，所述俯仰转台转动枢纽(9)固定在第一支架(11)外侧，俯仰转台转动枢纽(9)上设置俯仰闭环步进电机(10)、与外界控制装置连接的俯仰转台通信接口(22)。
2.根据权利要求1所述的搭载快速反射镜的粗精跟踪实验转台，其特征在于，所述激光头(25)中轴线、快速反射镜(1)负载镜片(2)中心法线、通光孔(3)中轴线以及反射镜(20)中心法线处于同一平面，所述激光头(25)中轴线与快速反射镜(1)负载镜片(2)成45°角，与通光孔(3)中轴线垂直，所述反射镜(20)与通光孔(3)中轴线成45°角，激光头(25)所发出的激光经过与其成45°角的快速反射镜(1)反射之后垂直进入通光口(3)照射到反射座45°平面处的反射镜(20)上。
3.根据权利要求1所述的搭载快速反射镜的粗精跟踪实验转台，其特征在于，所述快速反射镜平台(19)通过三个水平定位螺丝固定在第二支架(18)上，快速反射镜平台(19)与方位转台转动枢纽(16)平行。
4.根据权利要求1所述的搭载快速反射镜的粗精跟踪实验转台，其特征在于，所述快速反射镜(1)上设置运动支点，快速反射镜(1)负载镜片(2)粘贴在快速反射镜(1)的运动支点上。
5.根据权利要求1所述的搭载快速反射镜的粗精跟踪实验转台，其特征在于，所述快速反射镜平台(19)上设置开孔(26)，用于防止快速反射镜(1)负载镜片(2)过大时与快速反射镜平台(19)发生碰撞。
6.根据权利要求1所述的搭载快速反射镜的粗精跟踪实验转台，其特征在于，所述通光孔(3)和俯仰转台转动枢纽(9)分别通过固定块(24)固定在第一支架(11)和第二支架(18)上。
7.根据权利要求1所述的搭载快速反射镜的粗精跟踪实验转台，其特征在于，所述反射镜(20)的厚度为5mm。
8.根据权利要求1所述的搭载快速反射镜的粗精跟踪实验转台，其特征在于，所述底座上设置把手(17)。
9.根据权利要求1所述的搭载快速反射镜的粗精跟踪实验转台，其特征在于，所述俯仰闭环步进电机(10)和方位闭环步进电机(14)分别通过对应的联轴器(23)分别与俯仰转台转动枢纽(9)和方位转台转动枢纽(16)连接。
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