CN113933989B - 一种二维快速反射镜及其锁止结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二维快速反射镜及其锁止结构,用于锁止的销轴包括依次连接的锁止轴段、过渡轴段和支撑轴段；锁止轴段的尺寸大于支撑轴段的尺寸，过渡轴段用于锁止轴段和所述支撑轴段的过渡。本发明能够实现当快反镜不工作时，销轴前端固定支撑在销轴支架上，当快反镜工作时，电机正转，销轴末端前进插到镜托孔内，达到锁止目的；采用四点支撑可以实现快速反射镜的6自由度锁止，从而减小冲击震动；还能使整个锁止结构更加紧凑，在车载、机载的条件时快反镜工作输出更加稳定。

Description

一种二维快速反射镜及其锁止结构

技术领域

本发明涉及光电扫描跟踪技术领域，具体涉及一种二维快速反射镜及其锁止结构。

背景技术

快速反射镜是一种工作在光源或接收器与目标之间用于调整和稳定光学系统视轴或光束指向的部件，通过采用音圈电机精确控制反射镜偏转方向从而精确控制光束偏转角度，用于实现反射镜的“偏转-倾斜”方位角度的快速调整，可用于光电领域的视轴稳定或扫描补偿等应用。由于其具有结构紧凑、响应速度快、工作带宽高、指向精度高等优点，被广泛应用在天文望远镜、自适应光学、像移补偿、自由空间光通信、精密跟踪等领域，成为光学系统中稳定光束和校正光束传播方向的关键性器件。

其中，因为快速反射镜的支撑是柔性支撑，所以耐冲击振动能力差，因此在非工作的状态下，需要对快速反射镜的镜托进行锁止，避免柔性支撑在受到冲击振动时损伤，进而影响快速反射镜的使用效果以及使用寿命。

在现有的二维快速反射镜中，内部都存在着固定快速反射镜镜片的结构。当快速反射镜的镜面尺寸比较大时（4英寸及以上），单纯的中心锁止和单点锁止在面对车载、机载的工作条件下对柔性支撑来说是存在较大风险的。

发明内容

本发明目的在于提供一种二维快速反射镜及其锁止结构，在反射镜镜托的四周分别设置销轴机构，当需要锁止时，销轴插到镜托的孔中。本发明采用4点支撑可以实现反射镜的6自由度锁止，从而能够抵抗较大的冲击振动。

为达到上述目的，本发明提供了一种二维快速反射镜的锁止结构，包括：若干组驱动组件及销轴；

所述销轴包括依次连接的锁止轴段、过渡轴段和支撑轴段；所述锁止轴段的尺寸大于所述支撑轴段的尺寸，所述过渡轴段用于所述锁止轴段和所述支撑轴段的过渡；

所述销轴在对应驱动组件的驱动下沿轴向移动，使得所述支撑轴段位于反射镜镜托的引脚孔内限位，所述反射镜正常工作，或者所述锁止轴段位于反射镜镜托的引脚孔中锁止，所述反射镜停止工作。

进一步地，所述锁止轴段为圆柱，直径为d1，所述过渡轴段为圆台形，所述支撑轴段为圆柱，直径为d2，d1:d2的比值与反射镜镜托孔径与d2的比值相同；反射镜镜托的引脚孔径与d1的比值为1:1。

进一步地，反射镜镜托带动镜片的偏转角为θ，满足：

[(d1-d2)/2]/R=θ

其中R为反射镜镜托半径。

进一步地，d1:d2:R为7:5:57.29。

进一步地，所述驱动组件包括：联轴器、滚珠丝杆、步进电机、滑台以及光杆；

所述联轴器连接所述步进电机输出轴和所述滚珠丝杆；

所述滚珠丝杆两侧对称设置有所述光杆；

所述滑台能够在所述丝杆的驱动下沿所述光杆作直线进给运动；

所述销轴固定至所述滑台。

进一步地，所述联轴器的中间垫片材料采用聚氨酯，所述光杆采用材料采用45号钢、轴承钢、40Cr或A3钢。

进一步地，所述驱动组件还包括轴承座、固定支架以及销轴支架；

所述滚珠丝杆的一端通过深沟球轴承连接至所述轴承座，另一端通过深沟球轴承连接至所述固定支架；

所述光杆的两端分别固定至所述轴承座和所述固定支架；

所述销轴的小端穿过所述销轴支架的内孔，大端固定至所述滑台；

所述轴承座、固定支架以及销轴支架固定至反射镜底座。

进一步地，所述步进电机通过所述电机支架固定至反射镜底座。

进一步地，所述销轴的轴向沿所述反射镜镜托半径方向；共四组销轴，分布间隔为90°。

提供一种二维快速反射镜，包括所述的二维快速反射镜的锁止结构。

进一步地，还包括快速反射镜底座、电涡流传感器、柔性支撑、磁缸、线圈、镜托和镜片；

所述电涡流传感器通过固定在周向分布在底座的4个孔内，两两孔间在同一方向，测量反射镜转角，在同一方向上采用2个电涡流传感器进行差动测量；

四组驱动组件沿着周向均匀间隔90度分布固定在底座上，通过销轴在镜托的引脚孔中前进和后退；

所述柔性支撑固定于所述底座的中心处；所述镜托固定连接在柔性支撑上；所述镜片固定卡在镜托上沿周向均匀分布的4个卡座上；

所述磁缸固定在周向分布在底座4个孔内；所述线圈固定在镜托上，并嵌套在4个所述磁缸的中心处，组成4个音圈电机，为反射镜的转动提供驱动力。

本发明实现如下有益效果：

（1）本发明提供的二维快速反射镜的锁止结构及快反镜整体结构，采用将四个锁止结构沿着镜托周向间隔90度分布，4点支撑可以实现快速反射镜的6自由度锁止，大大提高镜托的止动和抗冲击振动性能。

（2）本发明采用当快反镜停止工作时打开快反镜锁止结构，主动锁止或掉电锁止，正常工作时锁止结构退出，大大提高自主可控性和方便性。

（3）本发明采用步进电机、梅花联轴器、滚珠丝杆、光杆、滑台、支架于一体的平稳、高效的传动方式，大大延长其工作寿命，随时可拆卸，增加使用的容错率。

（4）本发明采用锁止轴段、过渡轴段和支撑轴段三段式的销轴结构能够极大的增加锁止可靠性以及限位保护作用，维持快速反射镜平稳的工作状态。

（5）本发明采用光学镜片、电涡流传感器、四点锁止结构与快速反射镜基础结构的融合，实现了光、机、电、一体化，使得装置结构更加紧凑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

下面结合附图和具体实施方式对本发明公开的一种二维快速反射镜的锁止结构及快反镜整体结构设计作进一步的详细描述。

图1为二维快速反射镜的斜轴测爆炸结构示意图；

图2为锁止结构的三维结构示意图；

图3为锁止结构的爆炸结构示意图；

图4为锁止结构的俯视图；

图5为二维快速反射镜的锁止结构工作状态结构局部剖视图；

图6为锁止结构非锁止、二维快速反射镜工作状态结构局部放大剖视及镜面偏转原理图；

图7为锁止结构非锁止、二维快速反射镜工作状态结构局部剖视图；

图8为锁止结构锁止、二维快速反射镜非工作状态结构局部放大剖视图；

图9为锁止结构俯视示意图；

图中：100-快速反射镜底座、101-电涡流传感器、102-锁止结构、103-柔性支撑、104-磁缸、105-线圈、106-镜托、107-镜片、1-梅花联轴器、2-深沟球轴承、3-滚珠丝杆、4-固定支架、5-深沟球轴承、6-步进电机、7-电机支架、8-轴承座、9-滑台、10-光杆、11-销轴、12-销轴支架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1至图9，本发明的实施例提供一种二维快速反射镜，包括：快速反射镜底座100、电涡流传感器101、锁止结构102、柔性支撑103、磁缸104、线圈105、镜托106、镜片107。

所述底座100是给整个快反镜主体结构提供支撑固定作用。

结合图1，所述电涡流传感器101通过固定在周向分布在底座100的4个孔内。两两孔间在同一方向，可以高分辨率且高精度的测量反射镜转角，鉴于其测量精度高、响应速度快、易于安装，为了进一步提高测量精度，在同一方向上采用2个电涡流传感器进行差动测量。

所述锁止结构102通过螺栓沿着周向均匀间隔90度分布固定在底座100上，并且通过销轴11在镜托的引脚孔中前进、退出达到工作状态锁止和非工作状态固定支撑。

所述柔性支撑103通过螺栓固定于所述底座100的中心处。

所述磁缸104通过螺栓固定在周向分布在底座100的4个孔内。

所述线圈105固定在镜托106上，并嵌套在磁缸104中心处，组成音圈电机。音圈电机为反射镜的转动提供驱动力。

所述镜托106固定连接在柔性支撑103上。

所述镜片107固定卡在镜托106上沿周向均匀分布的4个卡座上。

在一些实施例中采用四点支撑可以实现快速反射镜的6自由度锁止，从而无惧任何冲击震动，每个位置都是单独一路电机控制，还能使整个锁止结构更加紧凑，可调性高，便于全方位锁止。

为了使快速反射镜能够达到6自由度锁止，结合图2-5，所述锁止结构102沿着周向均匀间隔90度分布四组固定在底座100上，每一组锁止结构包括梅花联轴器1、深沟球轴承2、滚珠丝杆3、固定支架4、深沟球轴承5、步进电机6、电机支架7、轴承座8、滑台9、光杆10、销轴11、销轴支架12。

所述梅花联轴器1连接所述步进电机6输出轴和所述滚珠丝杆3，将所述步进电机6的动力传递给所述深沟球轴承2。

梅花联轴器1中间垫片采用聚氨酯为弹性原材料，抗油性和电气绝缘且扭矩超越传统爪形联轴器2倍以上，顺时针与逆时针回转时特性完全一致，节省了很大的维修成本，大大提高锁止结构的使用寿命。

所述深沟球轴承2固定内嵌在所述轴承座8内，并在所述滚珠丝杆3和所述梅花联轴器1间形成连接并传递动力。

深沟球轴承2可同时承受径向载荷和轴向载荷。当其仅承受径向载荷时，接触角为零。当深沟球轴承2具有较大的径向游隙时，具有角接触轴承的性能，可承受较大的轴向载荷，深沟球轴承2的摩擦系数很小，极限转速也很高，非常利于锁止结构的回转特性要求。

所述滚珠丝杆3前端连接在所述深沟球轴承2的内孔中，中间丝杆部分连接在可沿着所述光杆10作直线进给运动的所述滑台9中，末端连接在所述深沟球轴承5的内孔中，使得所述滑台9可以做直线往复运动。

贯穿轴式直线步进电机6将螺母与电机转子集成为一体，丝杆轴穿过电机转子中心。在使用时将步进电机6固定，同时滚珠丝杆3做防转，那么滚珠丝杆就3会做直线运动，具有较高精度和回转特性。

所述固定支架4开设三个孔，分别为一个中心孔和两个边界孔，两个边界孔关于中心孔对称，其中中心孔内嵌所述深沟球轴承5，两个边界孔分别内穿两根所述光杆10。

所述深沟球轴承5固定内嵌在所述固定支架4的轴承孔中，并回转支撑所述滚珠丝杆3的末端。

所述步进电机6通过四个沉头螺栓固定连接在所述电机支架7上，所述步进电机6输出轴穿过所述电机支架7的中心孔中，其电压为12V,波动范围±5V,最大持续转矩为8.96Nmm。

贯穿轴式步进电机6允许更大的系统安装误差;即使滚珠丝杆3和滑台9安装的平行度不佳，仍然不会导致系统卡滞，因此可以允许更大的系统误差。固定滚珠丝杆3并作防转，让步进电机6带动滑台9运行。由于滚珠丝杆3是静止的，所以在实现高速时不会受到滚珠丝杆3临界转速的限制。还能很大程度的节省安装空间。

所述电机支架7开设三个连接孔和四个螺纹孔，三个连接孔分别为一个所述步进电机6输出轴孔和两个边界孔，两个边界孔关于中心孔对称，其中所述步进电机6输出轴孔内穿所述步进电机6的输出轴，并且通过四个螺纹连接给予所述步进电机6固定支撑。

所述轴承座8开设三个孔与所述固定支架4的三个孔大小相同并且在同一条水平轴线上，其中中心孔内嵌所述深沟球轴承2，两个边界孔分别内穿两根所述光杆10。

所述的滑台9开设四个孔，底端三个孔与所述轴承座8的三个孔大小相同并且在同一条水平轴线上，其中中心孔内嵌所述深沟球轴承2，两个边界孔分别内穿两根所述光杆10。顶端孔固定连接所述销轴11，带动所述销轴11做直线进给运动，从而达到锁止目的。

固定支架4、电机支架7、轴承座8、滑台9的开孔基准都在同一条水平线上，保证了滑台9带动销轴11直线运动的高精准度，便于安装。

所述光杆10前端固定连接在所述电机支架6的两个边界孔中，末端固定连接在所述固定支架4的两个边界孔中，所述两根光轴10中间轴部分通过穿过所述轴承座8和所述滑台9的两个边界孔起支撑作用。

所述光杆10采用材料但不限于45号钢，还可以采用轴承钢、40Cr、A3钢。

光杆10作为传导件承受较大的滑动摩擦力，需要高强度的材料支撑，才能为锁止结构保证极高的直线度和平行度。

所述销轴11，结合图6-8，包括锁止轴段、过渡轴段和支撑轴段，其中锁止轴段直径d1最大，过渡轴段其次为圆台形，支撑轴段直径d2最小,锁止轴段直径与支撑轴段直径比值为d1:d2=7:5,镜托的引脚孔径与d1的比值为1:1，其中(d1-d2)/2为支撑轴段与镜托106的引脚孔间的上径向游隙，R为镜托106的半径，存在几何关系有:

[(d1-d2)/2]/R=tanθ

当θ很小时，θ≈tanθ;即[(d1-d2)/2]/R=θ。

为了保证镜托106带动镜片107的偏转角θ在±1°范围,此时d1:d2:R≈7:5:57.29。

当快速反射镜需要锁止（即停止工作）时，锁止轴段向前推进，通过过渡轴段的过渡作用插入镜托106的引脚孔中达成锁止。当快速反射镜工作时，锁止轴段退出，支撑轴端进入所述镜托106的引脚孔中，起到限位和保护作用。

销轴11部分分为锁止轴段、过渡轴段和工作轴段三段，锁止轴段保证和镜托引脚孔内径一致是为了当快速反射镜工作时，完全锁止。过渡轴段做成圆台形是为了让快速反射镜停止工作时可以通过过渡部分，精准顺滑的将锁止轴段插入镜托106引脚，完全锁止，避免使柔性支撑103受到附加的弯曲应力及形变，减少其工作寿命。支撑轴段是为了让快速反射镜正常工作时，给镜托106起到限位和保护作用。

所述销轴支架12底座设有四个螺纹孔，通过螺纹连接与所述快反镜底座100固定，顶部设有的轴孔给予所述销轴11移动支撑作用，且轴孔直径与所述销轴11的锁止轴段直径大小一致。

综上所述，本发明涉及一种二维快速反射镜及其锁止结构,用于锁止的销轴包括依次连接的锁止轴段、过渡轴段和支撑轴段；锁止轴段的尺寸大于支撑轴段的尺寸，过渡轴段用于锁止轴段和所述支撑轴段的过渡。本发明能够实现当快反镜不工作时，销轴前端固定支撑在销轴支架上，当快反镜工作时，电机正转，销轴末端前进插到镜托孔内，达到锁止目的；采用四点支撑可以实现快速反射镜的6自由度锁止，从而减小冲击震动；还能使整个锁止结构更加紧凑，在车载、机载的条件时快反镜工作输出更加稳定。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种二维快速反射镜的锁止结构，其特征在于，包括：若干组驱动组件及销轴；

所述销轴包括依次连接的锁止轴段、过渡轴段和支撑轴段；所述锁止轴段的尺寸大于所述支撑轴段的尺寸，所述过渡轴段用于所述锁止轴段和所述支撑轴段的过渡；

所述销轴在对应驱动组件的驱动下沿轴向移动，使得所述支撑轴段位于反射镜镜托的引脚孔内限位时，所述反射镜正常工作，所述锁止轴段位于反射镜镜托的引脚孔中锁止时，所述反射镜停止工作。

2.根据权利要求1所述的二维快速反射镜的锁止结构，其特征在于，所述锁止轴段为圆柱，直径为d1，所述过渡轴段为圆台形，所述支撑轴段为圆柱，直径为d2，d1:d2的比值与反射镜镜托的引脚孔孔径与d2的比值相同；反射镜镜托的引脚孔孔径与d1的比值为1:1。

3.根据权利要求2所述的二维快速反射镜的锁止结构，其特征在于，反射镜镜托带动镜片的偏转角为θ，满足：

[(d1-d2)/2]/R＝θ

其中R为反射镜镜托半径；

d1:d2:R为7:5:57.29。

4.根据权利要求1至3之一所述的二维快速反射镜的锁止结构，其特征在于，所述驱动组件包括：联轴器、滚珠丝杆、步进电机、滑台以及光杆；

所述联轴器连接所述步进电机输出轴和所述滚珠丝杆；

所述滚珠丝杆两侧对称设置有所述光杆；

所述滑台能够在所述丝杆的驱动下沿所述光杆作直线进给运动；

所述销轴固定至所述滑台。

5.根据权利要求4所述的二维快速反射镜的锁止结构，其特征在于，所述联轴器的中间垫片材料采用聚氨酯，所述光杆采用材料采用45号钢、轴承钢、40Cr或A3钢。

6.根据权利要求4所述的二维快速反射镜的锁止结构，其特征在于，所述驱动组件还包括轴承座、固定支架以及销轴支架；

所述滚珠丝杆的一端通过深沟球轴承连接至所述轴承座，另一端通过深沟球轴承连接至所述固定支架；

所述光杆的两端分别固定至所述轴承座和所述固定支架；

所述销轴的小端穿过所述销轴支架的内孔，大端固定至所述滑台；

所述轴承座、固定支架以及销轴支架固定至反射镜底座。

7.根据权利要求4所述的二维快速反射镜的锁止结构，其特征在于，所述步进电机通过电机支架固定至反射镜底座。

8.根据权利要求1至3之一所述的二维快速反射镜的锁止结构，其特征在于，所述销轴的轴向沿所述反射镜镜托半径方向；共四组销轴，分布间隔为90°。

9.一种二维快速反射镜，其特征在于，包括权利要求1至8之一所述的二维快速反射镜的锁止结构。

10.根据权利要求9所述的二维快速反射镜，其特征在于，还包括反射镜底座、电涡流传感器、柔性支撑、磁缸、线圈、镜托和镜片；

所述电涡流传感器通过固定在周向分布在反射镜底座的4个孔内，两两孔间在同一方向，测量反射镜转角，在同一方向上采用2个电涡流传感器进行差动测量；

四组驱动组件沿着周向均匀间隔90度分布固定在反射镜底座上，通过销轴在镜托的引脚孔中前进和后退；

所述柔性支撑固定于所述反射镜底座的中心处；所述镜托固定连接在柔性支撑上；所述镜片固定卡在镜托上沿周向均匀分布的4个卡座上；

所述磁缸固定在周向分布在反射镜底座4个孔内；所述线圈固定在镜托上，并嵌套在4个所述磁缸的中心处，组成4个音圈电机，为反射镜的转动提供驱动力。

Images