CN112946909B - 一种精密二维稳像平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种精密二维稳像平台，包括底座以及设在底座上的叠层式布置的下层运动部和上层运动部，下层运动部通过铰链与底座连接，且仅能实现一个方向上的双向移动；上层运动部通过铰链与下层运动部相连，且仅能实现另一个方向上的双向移动，所述下层运动部的移动方向与上层运动部的移动方向垂直；所述上层运动部上设有用于固定稳像光学组件的通光孔。上述技术方案中提供的精密二维稳像平台，原理简单、结构紧凑、耦合误差小，其能有效解决现有串联式平台两个方向无法同步响应稳像操作，刚度相对较差，稳像频率受到限制，而并联式平台两个方向同时运动时，会产生耦合误差，降低稳像运动精度的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学稳像技术领域，具体涉及一种叠层式微位移二维精密稳像平台。
背景技术
随着光电监视、跟踪、遥感、侦察系统及精确打击等使用要求的不断提高，对光学图像的稳定要求也日趋严格，因此亟需提高光学稳像技术。由于载体在飞行过程中易受环境扰动影响，光学系统的局部镜组发生相对移动，光轴位置出现偏差，导致采集的图像变得模糊，这时需要在成像系统中加入光学稳像系统，设置稳像致动装置对局部镜组进行实时调节，从而保证成像清晰。光学稳像技术对稳像有着显著的作用，对减弱或消除外界的颤振有着突出效果，并且被广泛应用于军用、民用监测、摄像设备当中。基于光学稳像原理的二维精密稳像平台就是利用主动稳定机构对光学仪器中的镜片或感光部件进行调整，来补偿在受到外部扰动的条件下光学仪器的光线偏转，达到稳定成像的目的，使得观察的目标成像更清晰。与机械和电子稳像不同，光学稳像技术是通过实时改变光轴的变化，消除外界抖动等对成像的影响，并且其驱动机构体积小巧，控制简单，几乎不受外界环境影响，可以实现小型化、高精度、低成本等目的。
基于微位移直线作动器的二维精密平台常用作稳像致动装置，按其实现运动的方式不同，目前常用的主要分为串联式平台和并联式平台。串联结构定位精度高，解耦性好，但是两个方向无法同步响应稳像操作，刚度相对较差，稳像频率受到限制；并联结构响应速度快，但两个方向同时运动时，会产生耦合误差，降低稳像运动精度。因此，亟需设计一种新的技术方案，以综合解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种精密二维稳像平台，能有效解决现有串联式平台存在刚度差、稳像频率受限，而并联式平台又存在稳像运动精度低的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：
一种精密二维稳像平台，包括底座以及设在底座上的叠层式布置的下层运动部和上层运动部，下层运动部通过铰链与底座连接，且仅能实现一个方向上的双向移动；上层运动部通过铰链与下层运动部相连，且仅能实现另一个方向上的双向移动，所述下层运动部的移动方向与上层运动部的移动方向垂直；所述上层运动部上设有用于固定稳像光学组件的通光孔。
优选地，所述下层运动部包括下层运动平板、下层预紧机构和下层微位移直线致动器，所述下层运动平板与底座之间存在间隙且下层运动平板的四个拐角通过铰链与底座固定，下层预紧机构和下层微位移直线致动器分别设在下层运动平板两侧的底座上，且下层预紧机构与下层微位移直线致动器的连线方向与下层运动部的移动方向一致；下层微位移直线致动器驱使下层运动平板产生双向主动位移，下层预紧机构提供下层运动平板位移方向上的运动刚度；所述下层运动平板呈“回”字型；
所述上层运动部包括方形上层运动平板、上层预紧机构和上层微位移直线致动器，所述上层运动平板与下层运动平板之间存在间隙且上层运动平板通过铰链位于下层运动平板的“回”字型的中部方孔上方，所述上层预紧机构和上层微位移直线致动器分别设在上层运动平板两侧的下层运动平板上，且上层预紧机构与上层微位移直线致动器的连线方向与上层运动部的移动方向一致；上层微位移直线致动器驱使上层运动平板产生双向主动位移，上层预紧机构提供上层运动平板位移方向上的运动刚度；所述通光孔开设在上层运动平板的中部。
优选地，所述铰链为Z型弹性板，所述底座拐角处设有用于连接下层运动平板的连接柱，Z型弹性板的上连接端固定在连接柱上，Z型弹性板的下连接端固定在下层运动平板的底面；所述上层连接平板的四个拐角处均设有用于连接下层运动平板的凹槽，Z型弹性板的上连接端固定在所述凹槽内，Z型弹性板的下连接端固定在方孔处的下层运动平板底面。
优选地，所述通光孔处设有若干用于连接稳像光学组件的接口孔。
上述技术方案中提供的精密二维稳像平台，原理简单、结构紧凑，耦合误差小，该蚊香平台的上层运动部和下层运动部组成叠层式串联结构，两个运动部的运动方向相互垂直正交，当上层运动部在一个平动自由度上双向运动时，下层运动部固定不动；而当下层运动部在另一个平动自由度上双向运动时，会带动上层运动部同时运动，但是两个平动自由度上的运动相互独立，避免了在不同方向上运动而引起的耦合误差。同时上层运动部和下层运动部采用叠层放置，结构紧凑，可大大节省占地空间。
本发明采用微位移直线致动器驱动运动平板产生双向的主动位移，进而实现其输出位移方向上所需求的稳像运动，同时为了提高该方向上的运动刚度，消除间隙和减小迟滞，并提高并提高稳像运动频率，在上层微位移直线致动器的对侧，共轴线地设有预紧机构，预紧机构还增强了连接的可靠性和紧密性，防止运动过程中各部件间出现缝隙或者相对移动。
另外，为了消除接触摩擦，采用“Z”型弹性板铰链连接，上连接端和下连接端分别采用螺钉连接，Z型弹性板连接无接触摩擦，结构简单，可有效避免耦合误差。
附图说明
图1为本发明所述精密二维稳像平台的结构示意图；
图2为本发明所述Z型弹性板的结构示意图；
图3为本发明所述上层运动平板与Z型弹性板的连接结构示意图；
图4为本发明所述上层运动部与下层运动平板的连接结构示意图；
图5为本发明所述下层运动部与底座的连接结构示意图；
图6为本发明所述下层预紧机构的结构示意图；
图7为本发明所述下层微位移直线致动器的结构示意图。
图中：1.上层运动部；11.上层运动平板；111.通光孔；12.上层微位移直线致动器；13.上层预紧机构；2.下层运动部；21.下层运动平板；22.下层微位移直线致动器；23.下层预紧机构；3.底座；4.Z型弹性板；41.螺钉。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
本发明采取的技术方案如图1～5所示，一种精密二维稳像平台，包括底座3以及设在底座3上的叠层式布置的下层运动部2和上层运动部1，下层运动部2通过铰链与底座3连接，且仅能实现一个方向上的双向移动；上层运动部1通过铰链与下层运动部2相连，且仅能实现另一个方向上的双向移动，下层运动部2的移动方向与上层运动部1的移动方向垂直；上层运动部1上设有用于固定稳像光学组件的通光孔111。
如图5所示，下层运动部2包括下层运动平板21、下层预紧机构23和下层微位移直线致动器22，其中下层预紧机构23可采用直线型压缩弹簧或板弹簧，本实施例采用如图6所示的直线型压缩弹簧，下层微位移直线致动器22采用如图7所示的带放大机构的基于智能材料的微位移促动器；下层运动平板21与底座3之间存在间隙且下层运动平板21的四个拐角通过Z型弹性板4与底座3固定，具体地，底座3拐角处设有用于连接下层运动平板21的连接柱，Z型弹性板4的上连接端通过螺钉41固定在连接柱上，Z型弹性板4的下连接端通过螺钉41固定在下层运动平板21的底面；下层预紧机构23和下层微位移直线致动器22分别设在下层运动平板21两侧的底座3上，且下层预紧机构23与下层微位移直线致动器22的连线方向与下层运动部2的移动方向一致；下层微位移直线致动器22驱使下层运动平板21产生双向主动位移，下层预紧机构23提供下层运动平板21位移方向上的运动刚度；下层运动平板21呈“回”字型；
参考图1、图3和图4，上层运动部1包括方形上层运动平板11、上层预紧机构13(参考图6，采用与下层预紧机构相同的结构)和上层微位移直线致动器12(参考图7，采用与下层微位移直线致动器相同的结构)，上层运动平板11与下层运动平板21之间存在间隙且上层运动平板11通过Z型弹性板4位于下层运动平板21的“回”字型的中部方孔上方，具体地，在上层连接平板的四个拐角处均设有用于连接下层运动平板21的凹槽，Z型弹性板4的上连接端通过螺钉41固定在凹槽内，Z型弹性板4的下连接端通过螺钉41固定在方孔处的下层运动平板21底面。
上层预紧机构13和上层微位移直线致动器12分别设在上层运动平板11两侧的下层运动平板21上，且上层预紧机构13与上层微位移直线致动器12的连线方向与上层运动部1的移动方向一致；上层微位移直线致动器12驱使上层运动平板11产生双向主动位移，上层预紧机构13提供上层运动平板11位移方向上的运动刚度；通光孔111开设在上层运动平板11的中部，通光孔111处还设有若干用于连接稳像光学组件的接口孔。
初始状态时，预紧机构为相应的运动平板提供预紧力，防止运动过程中各部件间出现缝隙或者相对移动；上层运动平板和下层运动平板运动方向相互垂直，以消除耦合误差；上层运动平板和下层运动平板构成串联结构，上层运动部实现一个平动自由度上双向运动时，上层运动部与下层运动部构成的整体运动部作另一个平动自由度上双向运动，通过两个自由度上位移矢量的叠加，达到光学部件一定范围内任意移动的目的。另外，本实施例的铰链采用Z型弹性板，其竖直部分设计宽度较大而厚度较小，该结构能够使与Z型弹性板铰接的运动平板仅能实现一个方向上的移动，而在该方向的垂直方向上无位移，使运动平板的移动仅有一个自由度。Z型弹性板水平部分(上下连接端)的四个圆孔用于螺钉连接，作为平台的运动部件，该结构无接触摩擦，结构简单，能有效避免耦合误差，解决背景技术中提及的串联结构两个方向无法同步响应稳像操作，刚度相对较差，稳像频率受到限制；并联结构两个方向同时运动时，会产生耦合误差，降低稳像运动精度的问题。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种精密二维稳像平台，其特征在于：包括底座以及设在底座上的叠层式布置的下层运动部和上层运动部，所述下层运动部通过铰链与底座连接，且仅能实现一个方向上的双向移动；所述上层运动部通过铰链与下层运动部相连，且仅能实现另一个方向上的双向移动，所述下层运动部的移动方向与上层运动部的移动方向垂直；所述上层运动部上设有用于固定稳像光学组件的通光孔；
所述下层运动部包括下层运动平板、下层预紧机构和下层微位移直线致动器，所述下层运动平板与底座之间存在间隙且下层运动平板的四个拐角通过铰链与底座固定，下层预紧机构和下层微位移直线致动器分别设在下层运动平板两侧的底座上，且下层预紧机构与下层微位移直线致动器的连线方向与下层运动部的移动方向一致；下层微位移直线致动器驱使下层运动平板产生双向主动位移，下层预紧机构提供下层运动平板位移方向上的运动刚度；所述下层运动平板呈“回”字型；
所述上层运动部包括方形上层运动平板、上层预紧机构和上层微位移直线致动器，所述上层运动平板与下层运动平板之间存在间隙且上层运动平板通过铰链位于下层运动平板的“回”字型的中部方孔上方，所述上层预紧机构和上层微位移直线致动器分别设在上层运动平板两侧的下层运动平板上，且上层预紧机构与上层微位移直线致动器的连线方向与上层运动部的移动方向一致；上层微位移直线致动器驱使上层运动平板产生双向主动位移，上层预紧机构提供上层运动平板位移方向上的运动刚度；所述通光孔开设在上层运动平板的中部；
所述铰链为Z型弹性板，所述底座拐角处设有用于连接下层运动平板的连接柱，Z型弹性板的上连接端固定在连接柱上，Z型弹性板的下连接端固定在下层运动平板的底面；所述上层连接平板的四个拐角处均设有用于连接下层运动平板的凹槽，Z型弹性板的上连接端固定在所述凹槽内，Z型弹性板的下连接端固定在方孔处的下层运动平板底面。
2.根据权利要求1所述的精密二维稳像平台，其特征在于：所述通光孔处设有若干用于连接稳像光学组件的接口孔。
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