CN112014937A - 一种快速反射镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速反射镜，所述快速反射镜包括：外壳，步进直线电机，基座，弹性板，圆平台，三角板，镜片，镜架，压电陶瓷，弹簧拉杆，钢球，紧定螺钉，沉头螺钉及弹簧组件；所述步进直线电机用于大行程调整；所述压电陶瓷用于高精度调整；所述钢球及紧定螺钉用于中心铰接刚性支撑；所述弹性板用于消除绕转动自由度；所述弹簧组件用于消除安装间隙及提供预紧力。本发明在保证了精度高、响应快的同时，大大提高了快速反射镜行程，提高了快速反射镜的承载能力和抗冲击振动能力，消除了装配间隙，防止绕轴转动，且各功能实现简捷，无复杂的机构部件，造价低，成本低，使用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及精密仪器领域，具体涉及一种可应用于光束指向调整、激光通信、瞄准光学系统等领域的快速反射镜。
背景技术
现有的快速反射镜大都是一级快速反射镜，很难兼顾大行程、高精度的要求；三种常见支撑方式中，柔性无轴式快速反射镜虽然稳定性好，但刚度小、承载能力较小，且抗振能力较差，框架式快速反射镜具有精度差和响应时间长的缺点，刚性支撑式快速反射镜摩擦阻力大、响应慢。现有的三种驱动元件分别为压电陶瓷、音圈电机和微型电机，其中压电陶瓷精度和响应速度最快，但其行程较小，音圈电机和微型电机响应稍慢，行程较大。因此，设计一款大行程、高精度，并具备承载能力强，抗冲击，精度高，响应快的快速反射镜，成为目前有待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何设计一种同时兼顾大行程、高精度，并具备承载能力强，抗冲击的快速反射镜，提供一种快速反射镜。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种快速反射镜，所述反射镜从下往上是由外壳包裹的基座、圆平台和上方经三角板连接的镜架和镜片；
所述基座呈板状，中心由下往上配置端部呈球形的紧定螺钉顶住上方圆平台的下表面中心，在基座的外周侧的九十度位置配置两台步进直线电机，步进直线电机的输出轴向上，抵住圆平台的下表面；在步进直线电机与紧定螺钉之间开设两垂直通孔A，所述通孔A向上延续，在所述圆平台上相应位置也开设通孔B，在上下通孔中配置两根拉簧，拉簧的两端分别由横向的弹簧拉杆固定在基座和圆平台的通孔中；
在圆平台的外周侧，避开所述步进直线电机输出轴位置，开设相互九十度位置的两个下盲孔，所述下盲孔的底部为通孔，在所述下盲孔中配置两根端部为球形的压电陶瓷，所述压电陶瓷的上端抵住三角板相应位置的通孔C；
在圆平台的下盲孔和中心之间，开设相互九十度位置的两个上盲孔，所述上盲孔的顶部为通孔，所述通孔向上延续到三角板相应位置开设向下的沉孔，在所述沉孔中从上往下配置两沉头螺栓，所述沉头螺栓向下穿过在所述上盲孔中的压簧，端部由垫片和螺母拧紧；
所述圆平台的上表面中心开设圆孔A，配置钢球夹持在与三角板中心的通孔D之间；
在所述基座和圆平台之间设置水平面呈十字形的弹性板A，十字边与固定在基座上的步进直线电机位置叉开，十字的中心开设有圆孔B,十字的端部开设圆孔C，两对角圆孔分别由螺钉向下固定于基座和向上固定于圆平台，在与基座固定的两圆孔界之间处开设两偏孔，由两小拉簧分别与两步进直线电机主轴连接；
在所述圆平台和三角板之间设置水平面呈等腰三角形的弹性板B，三角形两腿的端部开设两圆孔D，由螺钉自孔的下方向上固定在三角板上，弹性板B顶角处开设圆孔E；
当所述圆孔E的直径等于所述圆孔A的直径时，所述钢球位于圆孔E中；
当所述圆孔E的直径大于所述圆孔A的直径时，所述钢球位于所述圆孔A内，且圆孔E周围由螺钉固定在所述圆平台上；
所述弹性板A和弹性板B为薄型不锈钢板。
本发明自基座往上，设置圆平台和上方经三角板连接的镜架和镜片，圆平台为一级调整，三角板为二级调整。
一级调整，圆平台的下表面中心有由下往上配置端部呈球形的紧定螺钉顶住，在基座的外周侧的九十度位置配置两台步进直线电机，所述的九十度即俯视基座板，在中心的外周侧划分垂直两虚拟线，取九十度位置配置两台步进直线电机，步进直线电机的输出轴向上，抵住圆平台的下表面；
在步进直线电机与紧定螺钉之间开设两垂直通孔A，所述通孔A向上延续，在所述圆平台上相应位置也开设通孔B，在上下通孔中配置两根拉簧，拉簧的两端分别由横向的弹簧拉杆固定在基座和圆平台的通孔中；
由以上结构，圆平台被定位于基座的上方，并且达到当步进直线电机有伸缩动作时圆平台会克服拉簧的拉力引起角度变形，由于有位于九十度的两个步进直线电机的作用，因此可以调节和控制整个圆平台全部角度。位于九十度位置配置，控制调节受力最合理。
同样道理，在圆平台的外周侧，避开所述步进直线电机输出轴位置，开设相互九十度位置的两个下盲孔，所述下盲孔的底部为通孔，在所述下盲孔中配置两根端部为球形的压电陶瓷，所述压电陶瓷的上端抵住三角板相应位置的通孔C；可以实现二级调整三角板相对圆平台整个面的全部角度控制和变化。
由于在前述的九十度位置配置了两个步进直线电机，为了压电陶瓷的变形升降控制调节三角板的朝向方向，因此只能“在圆平台的外周侧，避开所述步进直线电机输出轴位置，开设相互九十度位置的两个下盲孔”。同样以最合理的受力状况配置位于下盲孔中的压电陶瓷。
三角板相应位置开设向下的沉孔，在所述沉孔中从上往下配置两沉头螺栓，所述沉头螺栓向下穿过在所述上盲孔中的压簧，端部由垫片和螺母拧紧。三角板受沉头螺栓向下的拉力，两侧又受钢球和压电陶瓷的支撑，使得三角板相对于圆平台平衡装配，钢球的高度不变，两个位于九十度的压电陶瓷的长度变化，调整和控制三角板整个面的变化，也即调整和控制安装在三角板上镜架和镜片的朝向方向变化，达到本发明的目的。
弹性板A和弹性板B为薄型不锈钢板，是为了防止基座、圆平台和三角板之间绕上下中心轴线的转动和消除相互之间的间隙，提高调整控制精度。
在基座和圆平台之间设置水平面呈十字形的弹性板A，在水平投影上，弹性板A的十字边与固定在基座上的步进直线电机位置叉开，十字的中心开设有圆孔B,十字的端部开设圆孔C，两对角圆孔分别由螺钉向下固定于基座和向上固定于圆平台，在与基座固定的两圆孔界之间处开设两偏孔，由于弹性板A的十字与步进直线电机安装位置叉开，因此可由两小拉簧分别与两步进直线电机主轴连接，如果叉开45度的话，两小拉簧长度一致，受力方向相反。
在圆平台和三角板之间设置水平面呈等腰三角形的弹性板B，三角形两腿的端部开设两圆孔D，由螺钉自孔的下方向上固定在三角板上，弹性板B顶角处开设圆孔E；
当所述圆孔E的直径等于所述圆孔A的直径时，所述钢球位于圆孔E中，也恰好压住弹性板B，结构最简单，使得既能实现钢球可以在圆孔A上转动摆动，又使弹性板B的顶角处能固定在圆平台上。
当所述圆孔E的直径大于所述圆孔A的直径时，所述钢球位于所述圆孔A内，且圆孔E周围由螺钉固定在所述圆平台上，同样可以实现上述功能。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
1.在保证了精度高、响应快的同时，具有两级调整结构分别用于大行程调整和小行程，高精度调整，提高了快速反射镜的行程；
2.提高了快速反射镜的承载能力和抗冲击振动能力；
3.结构受力平衡，稳定性好，提高了反射镜的使用寿命；
4.提高了测试精度；
5.各功能实现简捷，无复杂的机构部件，造价低，成本低，使用范围广。
附图说明
图1为本发明一种快速反射镜一实施例中的反射镜剖面图；
图2为本发明一种快速反射镜一实施例中的反射镜结构示意图；
图3为本发明一种快速反射镜一实施例中的弹性板A结构示意图；
图4为本发明一种快速反射镜一实施例中的弹性板B结构示意图；
图5为本发明一种快速反射镜一实施例中的三角板结构示意图；
图6为本发明一种快速反射镜一实施例中的基座部件布局示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
根据说明书附图对本技术方案进行详细说明：
在所述圆平台5下表面中心处嵌入耐磨材质的金属块32，所述金属块32下表面可以为球形凹面或平面。
端部呈球形的紧定螺钉16向上顶住圆平台5的中心，造成圆平台5的中心极易受到磨损，所以圆平台5中心采用耐磨材质的金属块32进行填补，通常圆平台5为铝合金材质，而进行填补的金属块32为不锈钢材质，金属块32的下表面可以为凹面或平面，下表面形状的选取主要考虑因素是如何使得圆平台5更加平稳，此外，金属块32下表面形状的选取还可以和紧定螺钉16端部的形状相配合从而形成多种稳定性组合。
所述两个下盲孔21向下延伸，包括位于所述圆平台5下盲孔21周围的材料形成圆柱体27向下延伸。
压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，由压电陶瓷构成的超高精度，低能耗，控制简便的驱动器在精密工程中起到了极其重要的作用，通常情况下，压电陶瓷是指经直流高压极化后，具有压电效应的铁电陶瓷材料，压电陶瓷10受到端部来自镜面7，镜架8及三角板6的机械力作用时，表面产生束缚电荷，其电荷密度大小与所受到的力的大小成线性关系。
压电陶瓷的形状可以有多种，可以为方板状，圆板状，薄圆环状，棒状及长方板状，本发明采用的是棒状压电陶瓷，其极化方向竖直向上，施加压力的方向为压电陶瓷10的两端，通常情况下，棒状压电陶瓷的精度与其径向长度有关，在本发明中一级调整机构实现大行程调整，而采用压电陶瓷10为驱动的二级调整机构用于实现高精度，快速响应调整，快速反射镜二级调整指标：标称行程2285urad，分辨率0.57urad，故对压电陶瓷10的尺寸有一定的限制，所以两个下盲孔21向下延伸，包括位于所述圆平台5下盲孔21周围的材料形成圆柱体27向下延伸至基座3，从而满足压电陶瓷10的尺寸需求进而实现对镜面8的高精度调整。
所述两个下盲孔21向下延伸，包括位于所述圆平台5下盲孔21周围的材料形成圆柱体27向下延伸至基座3，在基座3的相应位置开设直径大于所述圆柱体27直径的圆孔F30，且圆柱体27的轴向移动没有障碍。
为了提高控制精度需要加长压电陶瓷10的长度，随之需要加大圆平台5的厚度，整体材料花费大，体积大，重量重，占用空间大，采用本技术方案，可以减小高度、厚度、缩小体积，提高操作方便性。
所述弹性板A4和所述弹性板B9的厚度在0.2mm～0.8mm之间，较好地厚度为0.5mm。
本发明基座3与圆平台5之间安装弹性板A，在圆平台3与三角板6之间安装弹性板B9，弹性板A4和弹性板B9的厚度在0.2mm～0.8mm之间，具体地可以为0.2mm，0.5mm，0.8mm,本实施例中弹性板A4和弹性板B9都是厚度为0.5mm的不锈钢板，利用弯曲刚度远远小于扭转刚度的性质，可以有效抑制转动自由度，而不影响快速反射镜正常工作。
所述钢球11的直径在2mm～6mm之间，较好地为4mm。
所述钢球11直径在在2mm～6mm之间，具体地，可以为2mm，4mm，6mm，本发明的夹持在三角板6和圆平台5之间的钢球11直径为4mm，钢球11与紧定螺钉16分别用于二级调整结构和一级调整结构的中心刚性铰接支撑元件，实现中心无轴式刚性铰接支撑结构从而达到重载、抗振、抗冲击的效果。
所述基座3的水平形状呈圆形或正方形。
所述反射镜的基座3为板形，具体地可以为圆形或正方形，具体形状的选择取决于反射镜工作场所的空间范围及操作方便。
所述快速反射镜装有控制包括步进直线电机2、压电陶瓷10的接线件17。
所述接线件用于实现对反射镜中步进直线电机2及压电陶瓷10的电气连接从而实现对步进直线电机2的驱动进而实现对反射镜的大行程调整，对压电陶瓷10的驱动进而实现对反射镜的高精度，快速响应调整。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种快速反射镜，其特征在于：所述反射镜从下往上是由外壳(1)包裹的基座(3)、圆平台(5)和上方经三角板(6)连接的镜架(8)和镜片(7)；
所述基座(3)呈板状，中心由下往上配置端部呈球形的紧定螺钉(16)顶住上方圆平台(5)的下表面中心，在基座(3)的外周侧的九十度位置配置两台步进直线电机(2)，步进直线电机(2)的输出轴向上，抵住圆平台(5)的下表面；在步进直线电机(2)与紧定螺钉(16)之间开设两垂直通孔A(19)，所述通孔A(19)向上延续，在所述圆平台(5)上相应位置也开设通孔B(20)，在上下通孔中配置两根拉簧(14)，拉簧(14)的两端分别由横向的弹簧拉杆(15)固定在基座(3)和圆平台(5)的通孔中；
在圆平台(5)的外周侧，避开所述步进直线电机(2)输出轴位置，开设相互九十度位置的两个下盲孔(21)，所述下盲孔(21)的底部为通孔，在所述下盲孔(21)中配置两根端部为球形的压电陶瓷(10)，所述压电陶瓷(10)的上端抵住三角板(6)相应位置的通孔C(23)；
在圆平台(5)的下盲孔(21)和中心之间，开设相互九十度位置的两个上盲孔(22)，所述上盲孔(22)的顶部为通孔，所述通孔向上延续到三角板(6)相应位置开设向下的沉孔，在所述沉孔中从上往下配置两沉头螺栓(18)，所述沉头螺栓(18)向下穿过在所述上盲孔(22)中的压簧(12)，端部由垫片和螺母拧紧；
所述圆平台(5)的上表面中心开设圆孔A(24)，配置钢球(11)夹持在与三角板(6)中心的通孔D(25)之间；
在所述基座(3)和圆平台(5)之间设置水平面呈十字形的弹性板A(4)，十字边与固定在基座(3)上的步进直线电机(2)位置叉开，十字的中心开设有圆孔B(31),十字的端部开设圆孔C(26)，两对角圆孔分别由螺钉向下固定于基座(3)和向上固定于圆平台(5)，在与基座(3)固定的两圆孔界之间处开设两偏孔(27)，由两小拉簧(13)分别与两步进直线电机(2)主轴连接；
在所述圆平台(5)和三角板(6)之间设置水平面呈等腰三角形的弹性板B(9)，三角形两腿的端部开设两圆孔D(28)，由螺钉自孔的下方向上固定在三角板(6)上，弹性板B(9)顶角处开设圆孔E(29)；
当所述圆孔E(29)的直径等于所述圆孔A(24)的直径时，所述钢球(11)位于圆孔E(29)中；
当所述圆孔E(29)的直径大于所述圆孔A(24)的直径时，所述钢球(11)位于所述圆孔A(24)内，且圆孔E(29)周围由螺钉固定在所述圆平台(5)上；
所述弹性板A(4)和弹性板B(9)为薄型不锈钢板。
2.如权利要求1所述的一种快速反射镜，其特征在于：在所述圆平台(5)下表面中心处嵌入耐磨材质的金属块(32)，所述金属块(32)下表面可以为球形凹面或平面。
3.如权利要求1所述的一种快速反射镜，其特征在于：所述两个下盲孔(21)向下延伸，包括位于所述圆平台(5)下盲孔(21)周围的材料形成圆柱体(27)向下延伸。
4.如权利要求1或3所述的一种快速反射镜，其特征在于：所述两个下盲孔(21)向下延伸，包括位于所述圆平台(5)下盲孔(21)周围的材料形成圆柱体(27)向下延伸至基座(3)，在基座(3)的相应位置开设直径大于所述圆柱体(27)直径的圆孔F(30)，且圆柱体(27)的轴向移动没有障碍。
5.如权利要求1所述的一种快速反射镜，其特征在于：所述弹性板A(4)和所述弹性板B(9)的厚度在0.2mm～0.8mm之间，较好地为0.5mm。
6.如权利要求1所述的一种快速反射镜，其特征在于：所述钢球(11)的直径在2mm～6mm之间，较好地为4mm。
7.如权利要求1所述的一种快速反射镜，其特征在于：所述基座(3)的水平形状呈圆形或正方形。
8.如权利要求1所述的一种快速反射镜，其特征在于：所述快速反射镜装有控制包括步进直线电机(2)、压电陶瓷(10)的接线件(17)。
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| GR01 | Patent grant | ||
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