CN116560071A - 一种基于记忆合金锁止结构的快反镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光电扫描跟踪技术领域，公开了一种基于记忆合金锁止结构的快反镜，包括：反射镜组件、驱动组件、柔性支撑组件、限位组件、基座和记忆合金锁止组件；驱动组件、柔性支撑组件和限位组件设置于基座朝向反射镜组件的一侧；反射镜组件通过柔性支撑组件与基座连接，驱动组件带动反射镜组件进行偏转；记忆合金锁止组件与基座远离反射镜组件的一侧固定连接，并在初始锁止状态时与反射镜组件朝向基座的一侧抵接，在解锁信号控制下与反射镜组件脱离接触。通过采用记忆合金的锁止部件，在反射镜组件不工作时配合限位块对其进行固定，解决了在快速反射镜发射阶段、运输阶段的冲击，并具有单次不可逆特性，防止了快反镜安装后的误锁止问题发生。
Description
技术领域
本发明涉及光电扫描跟踪技术领域，特别涉及一种基于记忆合金锁止结构的快反镜。
背景技术
快速反射镜（FSM）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，FSM已经成为在不同的应用中很关键的一部分，例如工业仪表、天文学、激光通信、成像系统、实验光具座条带以及独立的研究和开发关键部件的开发项目。
近年来，快速反射镜FSM在很多领域快速发展，随着领域的不断深入，对快反镜系统的安全性能和可靠性要求更高，所以通常在一英寸口径以上的柔性支承快反镜上再添加锁止机构，以便在快反镜不工作时保护快反镜系统，锁止机构的存在能够使快反镜的反射镜不偏转，从而柔性支承不承受力，保护快反镜系统的同时也能保护柔性支承。一般情况下地面装备中快反镜采用直流电机或步进电机等作为锁止结构的驱动元件。但种电机应用在星载设备中，可靠性较低。对于星载装备而言，急需一种高可靠性的锁止装备，这种锁止结构能有效保护快速反射镜FSM。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种基于记忆合金锁止结构的快反镜，通过采用记忆合金的锁止部件，在反射镜组件不工作时配合限位块对其进行固定，解决了在快速反射镜发射阶段、运输阶段的冲击振动对快速反射镜造成的威胁，并具有单次不可逆特性，防止了快反镜安装后的误锁止问题发生。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于记忆合金锁止结构的快反镜，包括：反射镜组件、驱动组件、柔性支撑组件、限位组件、基座和记忆合金锁止组件；
所述驱动组件、所述柔性支撑组件和所述限位组件设置于所述基座朝向所述反射镜组件的一侧；
所述反射镜组件通过所述柔性支撑组件与所述基座连接，所述驱动组件带动所述反射镜组件进行偏转；
所述记忆合金锁止组件与所述基座远离所述反射镜组件的一侧固定连接，并在初始锁止状态时与所述反射镜组件朝向所述基座的一侧抵接，在解锁信号控制下与所述反射镜组件脱离接触。
进一步地，所述记忆合金锁止组件包括：解锁驱动器、记忆合金锁止销、压缩弹簧和锁止壳体；
所述记忆合金锁止销位于所述锁止壳体内，所述压缩弹簧套设于所述锁止销上，所述压缩弹簧的一端与锁止壳体抵接，另一端与所述记忆合金锁止销中部的卡环抵接；
所述初始锁止状态时所述压缩弹簧处于压缩状态，所述解锁状态时所述压缩弹簧处于非压缩状态；
所述解锁驱动器在所述初始锁止状态时与所述记忆合金锁止销远离所述反射镜组件的一端卡接，使所述记忆合金锁止销朝向所述反射镜组件的一端与所述反射镜组件抵接，并使所述压缩弹簧处于压缩状态；
所述解锁驱动器依据所述解锁信号与所述记忆合金锁止销脱离接触，所述记忆合金锁止销在所述压缩弹簧带动下朝远离所述反射镜组件的方向移动，并与所述反射镜组件脱离接触。
进一步地，所述记忆合金锁止销远离所述反射镜组件的一端设有环形卡槽，所述解锁驱动器的输出端在所述初始锁止状态时与所述环形卡槽卡接；
所述解锁驱动器依据所述解锁信号控制其输出端沿轴向远离所述记忆合金锁止销，与所述环形卡槽脱离接触，所述记忆合金锁止销在所述压缩弹簧带动下朝远离所述反射镜组件的方向移动，并与所述反射镜组件脱离接触。
进一步地，所述记忆合金锁止组件处于锁止状态时，所述记忆合金锁止销的端部与所述限位组件端部位于所述反射镜组件朝向所述记忆合金锁止销的一侧圆心位置相对的两侧。
进一步地，所述反射镜组件包括：反射镜和镜托，所述镜托包括：平台和设置于所述平台上的若干个卡爪；
所述反射镜与所述平台朝向所述反射镜的一侧固定连接；
所述若干个卡爪两两一组沿径向对所述反射镜边缘进行固定。
进一步地，所述反射镜的材料为铍铝合金；
所述镜托的材料为铝基碳化硅。
进一步地，所述基于记忆合金锁止结构的快反镜还包括：电涡流传感器组件；
所述电涡流传感器组件设置于所述基座朝向所述反射镜组件的一侧，获取所述反射镜组件的偏转距离。
进一步地，所述限位组件的材料为PEEK材料。
进一步地，所述驱动组件包括若干个音圈驱动电机；
所述音圈驱动电机包括磁钢和线圈，所述线圈固设于所述基座朝向所述反射镜组件的一侧，所述磁钢设置所述线圈中，所述磁钢可沿所述线圈轴向往复移动，在反射镜驱动信号控制下带动所述反射镜组建偏转。
进一步地，所述柔性支撑组件包括若干个柔性铰链。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过采用记忆合金的锁止部件，在反射镜组件不工作时配合限位块对其进行固定，解决了在快速反射镜发射阶段、运输阶段的冲击振动对快速反射镜造成的威胁，并具有单次不可逆特性，防止了快反镜安装后的误锁止问题发生。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于记忆合金锁止结构的快反镜爆炸结构示意图；
图2是本发明实施例提供的记忆合金锁止组件立体示意图；
图3是本发明实施例提供的记忆合金锁止组件分解结构示意图；
图4是本发明实施例提供的记忆合金锁止组件锁止状态示意图；
图5是本发明实施例提供的记忆合金锁止组件锁止状态剖视图；
图6是本发明实施例提供的反射镜组件主视图；
图7是本发明实施例提供的电涡流传感器示意图；
图8是本发明实施例提供的PEEK材料的限位块示意图；
图9是本发明实施例提供的音圈驱动电机整体示意图；
图10是本发明实施例提供的音圈驱动电机分解示意图。
附图标记：
1、反射镜，2、镜托，3、音圈驱动电机，4、柔性支撑组件，5、限位组件，6、电涡流传感器，7、记忆合金锁止组件，8、快反镜壳体，9、卡爪，10、平台，11、磁钢，12、线圈，13、解锁驱动器，14、记忆合金锁止销，15、压缩弹簧，16、锁止壳体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参照图1和图2，本发明实施例提供了一种基于记忆合金锁止结构的快反镜，包括：反射镜组件、驱动组件、柔性支撑组件4、限位组件5、基座和记忆合金锁止组件7；驱动组件、柔性支撑组件4和限位组件5设置于基座朝向反射镜组件的一侧；反射镜组件通过柔性支撑组件4与基座连接，驱动组件带动反射镜组件进行偏转；记忆合金锁止组件7与基座远离反射镜组件的一侧固定连接，并在初始锁止状态时穿过基座的通孔与反射镜组件朝向基座的一侧抵接，在解锁信号控制下与反射镜组件脱离接触。
上述基于记忆合金锁止结构的快反镜通过采用记忆合金的锁止部件，在反射镜组件不工作时配合限位块对其进行固定，解决了在快速反射镜发射阶段、运输阶段的冲击振动对快速反射镜造成的威胁，并具有单次不可逆特性，防止了快反镜安装后的误锁止问题发生。
记忆合金锁止组件7之所以采用记忆合金的材料，是因为记忆合金能够通过材料中热弹性和马氏体的相变、逆变而具有的形状记忆效应。当前，记忆合金是形状记忆材料中形状记忆性能最好的材料，其优点不仅仅表现在耐腐蚀、无毒和非磁性，更重要的是在不受外力的情况下，能够在一定条件下恢复原来的形状，这也是被称之为“记忆合金”的原因。采用记忆合金的锁止组件的目的在于，记忆合金锁止组件7不会因为锁止过程中突然动作给镜托2和反射镜1造成强大的冲击，并且在解锁和锁止的过程中不会造成锁止间隙等误差问题，能够有很高的可靠性和稳定性。
请参照图2、图3、图4和图5，在本发明实施例的一个具体实施方式中，记忆合金锁止组件7包括：解锁驱动器13、记忆合金锁止销14、压缩弹簧15和锁止壳体16；记忆合金锁止销14位于锁止壳体16内，压缩弹簧15套设于记忆合金锁止销14上，压缩弹簧15的一端与锁止壳体16抵接，另一端与记忆合金锁止销14中部的卡环抵接；初始锁止状态时压缩弹簧15处于压缩状态，解锁状态时压缩弹簧15处于非压缩状态；解锁驱动器13在初始锁止状态时与记忆合金锁止销14远离反射镜组件的一端卡接，使记忆合金锁止销14朝向反射镜组件的一端与反射镜组件抵接，并使压缩弹簧15处于压缩状态；解锁驱动器13依据解锁信号与记忆合金锁止销14脱离接触，记忆合金锁止销14在压缩弹簧15带动下朝远离反射镜组件的方向移动，并与反射镜组件脱离接触。解锁驱动器记忆合金锁止销记忆合金锁止销解锁驱动器记忆合金锁止销记忆合金锁止销记忆合金锁止销记忆合金锁止销解锁驱动器记忆合金锁止销记忆合金锁止销记忆合金锁止销
考虑快反镜系统在一些特定条件下条件要求的冲击、振动等指标很高，记忆合金锁止组件7采用锥销锁止结构；处于锁止状态时，记忆合金锁止组件7与限位组件5配合，将反射镜1镜片锁止到偏置位置，从而保护柔性支撑组件4，降低快反镜系统收到冲击或振动时对柔性支撑组件4的损害，提升了系统的安全性和可靠性。
上述记忆合金锁止组件7主要解决了在快速反射镜1不工作的时候锁止的问题、在长期不使用的期间固定反射镜1角度的问题以及快反镜系统自身的支撑装置响应快但是刚度低的问题，通过记忆合金锁止组件7和限位块的配合使用，实现了对反射镜组件有效固定，可以有效起到保护和定位的作用。
进一步地，记忆合金锁止销14远离反射镜组件的一端设有环形卡槽，解锁驱动器13的输出端在初始锁止状态时与环形卡槽卡接；解锁驱动器13依据解锁信号控制其输出端沿轴向远离记忆合金锁止销14，与环形卡槽脱离接触，记忆合金锁止销14在压缩弹簧15带动下朝远离反射镜组件的方向移动，并与反射镜组件脱离接触。记忆合金锁止销
更进一步地，记忆合金锁止组件7处于锁止状态时，记忆合金锁止销14的端部与限位组件5端部位于反射镜组件朝向记忆合金锁止销14的一侧圆心位置相对的两侧。
具体的，请参照图6，反射镜组件包括：反射镜1和镜托2，镜托2包括：平台10和设置于平台10上的若干个卡爪9；反射镜1与平台10朝向反射镜1的一侧固定连接；若干个卡爪9两两一组沿径向对反射镜1边缘进行固定。
具体的，反射镜1通过与镜托2的平台10中心进行胶接，再配合若干个卡爪9两两一组对反射镜1进行径向压接固定的方式实现安装固定。
此外，可选的，反射镜1的材质为铍铝合金，镜托2材料为铝基碳化硅35%vol.Sic/6092Al。其中，铍铝合金材质的反射镜1的线膨胀系数为13.91E-6/℃，铝基碳化硅的线膨胀系数为14.11E-6/℃。由此可见，反射镜1和镜托2的平台10的线膨胀系数基本一致，能够稳定粘接在一起，并且满足使用环境对其可靠性的要求。
此外，请参照图7，基于记忆合金锁止结构的快反镜还包括：电涡流传感器6组件；电涡流传感器6组件设置于基座朝向反射镜组件的一侧，获取反射镜组件的偏转距离。电涡流传感器6在快反镜系统中起到测量和反馈的作用，测量快反镜旋转角度和反馈用户角度。
上述电涡流传感器6组件的核心是若干个电流涡传感器，电涡流传感器6的作用是探测反射镜1镜托2的位置角度变化，通过电磁信号的增减，计算出反射镜1和反射镜1镜托2的整体偏转角度，测量快反镜的旋转角度并且给用户直观的反馈角度。
具体的，请参照图8，限位组件5的材料为PEEK材料。限位组件5具体采用限位块结构，在对反射镜1固定的过程中起到辅助作用，与记忆合金锁止组件7配合使用，防止快反镜运动超过限制的运动范围，以此来保护快反镜系统在有效工作范围内，防止超过运动范围破坏系统中的部件。
peek聚醚醚酮是一种具有耐高温、自润滑、易加工和高机械强度等优异性能的特种工程塑料，可制造加工成各种机械零部件，如汽车齿轮、油筛、换档启动盘；飞机发动机零部件、自动洗衣机转轮、医疗器械零部件等。此外，peek聚醚醚酮材料具有如下优点：1：耐腐蚀、抗老化；2：抗溶解性；3：高温高频高压电性能条件；4：韧性和刚性兼备；5尺寸要求精密条件；6：耐辐照耐磨、耐腐蚀条件；7：耐水解，高温高压下仍可保持优异特性；8：轻量取代金属作光纤元件；9：耐磨损、抗静电电绝缘性能好；10：机械强度要求高部件；11：低烟尘和毒气排放性。基于上述优点，peek聚醚醚酮材料支撑的限位组件5可以适应于快反镜的各种使用环境，具有使用寿命长、耐磨损、弹性好等诸多优点。
进一步地，请参照图9和图10，驱动组件包括若干个音圈驱动电机3；音圈驱动电机3包括磁钢11和线圈12，线圈12固设于基座朝向反射镜组件的一侧，磁钢11设置线圈12中，磁钢11可沿线圈12轴向往复移动，在反射镜1驱动信号控制下带动反射镜1组建偏转。
上述音圈驱动电机3用于驱动镜托2带动反射镜1的偏转，音圈驱动电机3由磁钢11和线圈12组成，采用音圈驱动器（VCA）实现致动，在整个快反镜中承担动力源和驱动模块的重要角色。
具体的，柔性支撑组件4包括若干个柔性铰链。若干个柔性铰链起到快速支撑和快速响应的作用，在快反镜系统要达到速度的要求，柔性铰链能在快反镜工作过程中快速的响应，也能在运动过程中起到支撑作用。
本发明中的快反镜，基于记忆合金锁止结构，配合限位组件5，实现对反射镜1的锁止和解锁。
当记忆合金锁止组件7位于初始锁止状态时，记忆合金锁止销14远离反射镜组件的一端与解锁驱动器13卡接，另一端与反射镜组件抵接，即解锁驱动器13将记忆合金锁止销固定于解锁驱动器13和反射镜组件之间，此时压缩弹簧15处于压缩状态。块反射在出厂后即处于初始锁止状态，并在运输及安装过程中始终保持初始锁止状态。通过保持初始锁止状态，可以使反射镜组件处于记忆合金锁止组件和限位组件的配合限位状态，防止反射镜组件在运输和安装过程中受到冲击或振动造成设备损坏，同时也提升了柔性支撑组件的耐冲击性能，提高了快反镜系统的整体安全性和可靠性。
在快反镜系统安装完毕后，记忆合金锁止组件7收到解锁信号，解锁驱动器13的解锁回路上电，解锁驱动器13的输出端远离记忆合金锁止销14，与记忆合金锁止销14的环形卡槽脱离接触，不再向记忆合金锁止销14提供阻止其远离反射镜组件的阻力；在阻力消失后，压缩弹簧14推动记忆合金锁止销14向远离反射镜组件的方向移动。记忆合金锁止组件7与反射镜组件脱离接触，反射镜组件可以在音圈驱动电机的带动下，实现角度偏转并进行正常工作，柔性支撑组件4也恢复原来的支撑功能。整个系统可以有效快速的追踪跟进目标，实现快反镜的正常功能。
基于记忆合金的特性和结构特性，上述锁止方式只具备单次解锁的能力，在无外力情况下解锁后不会导致再次锁止，可以有效避免误锁。记忆合金锁止组件7解锁之后，快速反射镜1能够正常工作，柔性支撑组件4也回复原来的支撑作用，整个系统可以有效快速的追踪跟进目标，实现快反镜的正常功能。
上述基于记忆合金锁止结构的快反镜将记忆合金的锁止机构运用到音圈电机快反镜系统中，有效保护快反镜在不工作时的安全性；记忆合金锁止组件7能够使快反镜的反射镜1位置保持固定状态，提升柔性支撑组件4的耐冲击能力，确保快反镜系统能够正常工作。
本发明实施例旨在保护一种基于记忆合金锁止结构的快反镜，包括：反射镜组件、驱动组件、柔性支撑组件、限位组件、基座和记忆合金锁止组件；驱动组件、柔性支撑组件和限位组件设置于基座朝向反射镜组件的一侧；反射镜组件通过柔性支撑组件与基座连接，驱动组件带动反射镜组件进行偏转；记忆合金锁止组件与基座远离反射镜组件的一侧固定连接，并在初始锁止状态时与反射镜组件朝向基座的一侧抵接，在解锁信号控制下与反射镜组件脱离接触。上述技术方案具备如下效果：
通过采用记忆合金的锁止部件，在反射镜组件不工作时配合限位块对其进行固定，解决了在快速反射镜发射阶段、运输阶段的冲击振动对快速反射镜造成的威胁，并具有单次不可逆特性，防止了快反镜安装后的误锁止问题发生。
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)
1.一种基于记忆合金锁止结构的快反镜，其特征在于，包括：反射镜组件、驱动组件、柔性支撑组件（4）、限位组件（5）、基座和记忆合金锁止组件（7）；
所述驱动组件、所述柔性支撑组件（4）和所述限位组件（5）设置于所述基座朝向所述反射镜组件的一侧；
所述反射镜组件通过所述柔性支撑组件（4）与所述基座连接，所述驱动组件带动所述反射镜组件进行偏转；
所述记忆合金锁止组件（7）与所述基座远离所述反射镜组件的一侧固定连接，并在初始锁止状态时与所述反射镜组件朝向所述基座的一侧抵接，在解锁信号控制下与所述反射镜组件脱离接触。
2.根据权利要求1所述的基于记忆合金锁止结构的快反镜，其特征在于，
所述记忆合金锁止组件（7）包括：解锁驱动器（13）、记忆合金锁止销（14）、压缩弹簧（15）和锁止壳体（16）；
所述记忆合金锁止销（14）位于所述锁止壳体（16）内，所述压缩弹簧（15）套设于所述记忆合金锁止销（14）上，所述压缩弹簧（15）的一端与锁止壳体（16）抵接，另一端与所述记忆合金锁止销（14）中部的卡环抵接；
所述初始锁止状态时所述压缩弹簧（15）处于压缩状态，解锁状态时所述压缩弹簧（15）处于非压缩状态；
所述解锁驱动器（13）在所述初始锁止状态时与所述记忆合金锁止销（14）远离所述反射镜组件的一端卡接，使所述记忆合金锁止销（14）朝向所述反射镜组件的一端与所述反射镜组件抵接，并使所述压缩弹簧（15）处于压缩状态；
所述解锁驱动器（13）依据所述解锁信号与所述记忆合金锁止销（14）脱离接触，所述记忆合金锁止销（14）在所述压缩弹簧（15）带动下朝远离所述反射镜组件的方向移动，并与所述反射镜组件脱离接触。
3.根据权利要求2所述的基于记忆合金锁止结构的快反镜，其特征在于，
所述记忆合金锁止销（14）远离所述反射镜组件的一端设有环形卡槽，所述解锁驱动器（13）的输出端在所述初始锁止状态时与所述环形卡槽卡接；
所述解锁驱动器（13）依据所述解锁信号控制其输出端沿轴向远离所述记忆合金锁止销（14），与所述环形卡槽脱离接触，所述记忆合金锁止销（14）在所述压缩弹簧（15）带动下朝远离所述反射镜组件的方向移动，并与所述反射镜组件脱离接触。
4.根据权利要求2所述的基于记忆合金锁止结构的快反镜，其特征在于，
所述记忆合金锁止组件（7）处于锁止状态时，所述记忆合金锁止销（14）的端部与所述限位组件（5）端部位于所述反射镜组件朝向所述记忆合金锁止销（14）的一侧圆心位置相对的两侧。
5.根据权利要求1-4任一所述的基于记忆合金锁止结构的快反镜，其特征在于，
所述反射镜组件包括：反射镜（1）和镜托（2），所述镜托（2）包括：平台（10）和设置于所述平台（10）上的若干个卡爪（9）；
所述反射镜（1）与所述平台（10）朝向所述反射镜（1）的一侧固定连接；
所述若干个卡爪（9）两两一组沿径向对所述反射镜（1）边缘进行固定。
6.根据权利要求5所述的基于记忆合金锁止结构的快反镜，其特征在于，
所述反射镜（1）的材料为铍铝合金；
所述镜托（2）的材料为铝基碳化硅。
7.根据权利要求1-4任一所述的基于记忆合金锁止结构的快反镜，其特征在于，还包括：电涡流传感器（6）组件；
所述电涡流传感器（6）组件设置于所述基座朝向所述反射镜组件的一侧，获取所述反射镜组件的偏转距离。
8.根据权利要求1-4任一所述的基于记忆合金锁止结构的快反镜，其特征在于，
所述限位组件（5）的材料为PEEK材料。
9.根据权利要求1-4任一所述的基于记忆合金锁止结构的快反镜，其特征在于，
所述驱动组件包括若干个音圈驱动电机（3）；
所述音圈驱动电机（3）包括磁钢（11）和线圈（12），所述线圈（12）固设于所述基座朝向所述反射镜组件的一侧，所述磁钢（11）设置所述线圈（12）中，所述磁钢（11）可沿所述线圈（12）轴向往复移动，在反射镜（1）驱动信号控制下带动所述反射镜（1）组建偏转。
10.根据权利要求1-4任一所述的基于记忆合金锁止结构的快反镜，其特征在于，
所述柔性支撑组件（4）包括若干个柔性铰链。
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