CN117092779B - 一种具有六自由度锁止功能的大口径快反镜及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及快反镜校准技术领域，公开了一种具有六自由度锁止功能的大口径快反镜及其控制方法，包括：基座、反射镜组件、柔性支撑组件、音圈电机组件、传感器组件和锁止组件；柔性支撑组件、音圈电机组件、传感器组件设置于基座上，柔性支撑组件与反射镜组件柔性连接，音圈电机组件设置于基座上且与反射镜组件抵接，传感器组件与反射镜组件间隔预设距离，检测反射镜组件的偏转角度；锁止组件依据控制指令沿垂直于反射镜组件平面的方向往复移动，对反射镜组件在六自由度上进行锁止或解锁。通过具备单向往复移动功能的锁止组件，对反射镜实现具备六自由度的锁止功能，使其在不工作的状态时具备反复锁止的功能，降低对于柔性支撑组件的冲击和损伤。

Description

一种具有六自由度锁止功能的大口径快反镜及其控制方法

技术领域

本发明涉及快反镜技术领域，特别涉及一种具有六自由度锁止功能的大口径快反镜及其控制方法。

背景技术

对于快速反射镜系统，为了实现高带宽，大都采用柔性支撑的方式进行连接起到一种快速响应、支撑的作用，但是柔性支撑的抗冲击振动性能差，并且在高带宽、高强度冲击振动的情况下容易使柔性支承部件产生塑性变形，导致没有弹性，不能达到之前的快速响应等要求，所以通常在大口径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，快反镜的反射镜不偏转，甚至于柔性支承不承受力，这样可以使快反镜能够承受发射阶段、运输阶段的冲击振动。

为了提高快反镜工作带宽，一般在反射镜镜托后面布置柔性支承、传感器、音圈电机，并选择尽可能大的音圈电机。这使得锁止结构很难有安装空间，特别是100mm口径左右的大口径快反镜，转动部件的质量和转动惯量大，需要高强度的锁止，但又不具备足够的安装空间，所以迫切需要一种空间体积小，刚度高的一种快反镜锁止机构。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种具有六自由度锁止功能的大口径快反镜及其控制方法，通过具备单向往复移动功能的锁止组件，对反射镜实现具备六自由度的锁止功能，使大口径反射镜系统在初始状态、运输状态或其他不工作的状态时可以具备反复锁止反射镜镜片的功能，降低快反镜不工作时对于柔性支撑组件的冲击和损伤，提高了系统的可靠性和使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种具有六自由度锁止功能的大口径快反镜，包括：基座、反射镜组件、柔性支撑组件、音圈电机组件、传感器组件和锁止组件；

所述柔性支撑组件、所述音圈电机组件、所述传感器组件设置于所述基座上，所述柔性支撑组件与所述反射镜组件柔性连接，所述音圈电机组件设置于所述基座上且与所述反射镜组件抵接，所述传感器组件与所述反射镜组件间隔预设距离，检测所述反射镜组件的偏转角度；

所述锁止组件依据控制指令沿垂直于所述反射镜组件平面的方向往复移动，对所述反射镜组件在六自由度上进行锁止或解锁。

进一步地，所述锁止组件包括：滚珠丝杠电机、丝杠、导轨及运动端子；

所述滚珠丝杠电机的输出端与所述丝杠固定连接；

所述导轨与所述丝杠平行设置且长度相同；

所述运动端子与所述导轨滑动连接，所述运动端子套设于所述丝杠上并与所述丝杠螺纹连接；

所述滚珠丝杠电机带动所述丝杠转动，所述运动端子在所述丝杠转动时沿所述丝杠轴向在所述导轨上往复移动；

所述丝杠与所述反射镜组件朝向所述丝杠的一侧保持预设距离，所述运动端子在移动至所述丝杠朝向所述反射镜组件的一端时与所述反射镜组件抵接。

进一步地，所述运动端子包括：固定连接或一体成型的滑动部件和抵接部件；

所述滑动部件套设于所述丝杠上，与所述丝杠转动连接；

所述抵接部件套设于所述滑动部件外侧，且与所述导轨滑动连接；

所述滑动部件移动至所述丝杠朝向所述反射镜组件的一端时，所述抵接部件与所述反射镜组件抵接。

进一步地，所述滑动部件和所述抵接部件均为环形结构；

所述抵接部件的外环直径比所述滑动部件的外环直径大第一预设数值。

进一步地，所述运动端子朝向所述反射镜组件的一侧为平面结构，且设有弹性材料。

进一步地，所述运动端子移动至所述丝杠朝向所述反射镜组件的一端时，与所述反射镜组件的中心位置抵接。

进一步地，所述丝杠贯穿所述基座朝向所述反射镜组件的一侧壳体，与所述反射镜组件中心位置保持所述预设距离。

进一步地，所述反射镜组件包括：反射镜和镜托；

所述镜托边缘设置有若干个卡爪，所述镜托通过所述若干个卡爪与所述反射镜固定连接。

进一步地，所述卡爪的材料为经过弯折冷轧处理后的301不锈钢。

相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种具有六自由度锁止功能的大口径快反镜控制方法，用于控制如上述具有六自由度锁止功能的大口径快反镜，包括如下步骤：

接收调整大口径快反镜状态的控制指令；

当所述控制指令为锁止指令时，基于滚珠丝杠电机及丝杠带动运动端子沿所述丝杠轴向移动至所述丝杠朝向反射镜组件的一端，所述运动端子朝向所述反射镜组件的一侧与所述反射镜实现抵接，使所述反射镜组件在六自由度上实现锁止；

当所述控制指令为解锁指令时，基于所述滚珠丝杠电机及所述丝杠带动所述运动端子沿所述丝杠轴向移动至所述丝杠远离所述反射镜组件的一端，所述运动端子与所述反射镜组件脱离接触，使所述反射镜组件在六自由度上实现解锁。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过具备单向往复移动功能的锁止组件，对反射镜实现具备六自由度的锁止功能，使大口径反射镜系统在初始状态、运输状态或其他不工作的状态时可以具备反复锁止反射镜镜片的功能，降低快反镜不工作时对于柔性支撑组件的冲击和损伤，提高了系统的可靠性和使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例提供的具有六自由度锁止功能的大口径快反镜爆炸图；

图2是本发明实施例提供的锁止组件立体示意图；

图3是本发明实施例提供的锁止组件解锁时的系统剖视图

图4是本发明实施例提供的锁止组件锁止时的系统剖视图

图5是本发明实施例提供的反射镜和反射镜镜托组件正视图；

图6是本发明实施例提供的反射镜和反射镜镜托组件的后视图；

图7是本发明实施例提供的音圈驱动电机示意图；

图8是本发明实施例提供的电涡流传感器示意图。

附图标记：

1、反射镜，2、镜托，3、驱动电机，4、柔性支承组件，5、电涡流传感器，6、锁止组件，7、基座，8、卡爪，9、磁钢，10、线圈，11、滚珠丝杠电机，12、丝杠，13、运动端子，14、滑动部件，15、抵接部件，16、导轨。

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，本发明实施例的第一方面提供了一种具有六自由度锁止功能的大口径快反镜，包括：基座7、反射镜组件、柔性支撑组件4、音圈电机组件、传感器组件和锁止组件6；柔性支撑组件4、音圈电机组件、传感器组件设置于基座7上，柔性支撑组件4与反射镜组件柔性连接，音圈电机组件设置于基座7上且与反射镜组件抵接，传感器组件与反射镜组件间隔预设距离，检测反射镜组件的偏转角度；锁止组件6依据控制指令沿垂直于反射镜组件平面的方向往复移动，对反射镜组件在六自由度上进行锁止或解锁。

上述技术方案通过具备单向往复移动功能的锁止组件6，对反射镜1实现具备六自由度的锁止功能，使大口径反射镜系统在初始状态、运输状态或其他不工作的状态时可以具备反复锁止反射镜1镜片的功能，降低快反镜不工作时对于柔性支撑组件4的冲击和损伤，提高了系统的可靠性和使用寿命。

进一步地，锁止组件6包括：滚珠丝杠电机11、丝杠12、导轨16及运动端子13；滚珠丝杠电机11的输出端与丝杠12固定连接，导轨16与丝杠12平行设置且长度相同；运动端子13与导轨16滑动连接，运动端子13套设于丝杠12上并与丝杠12螺纹连接；滚珠丝杠电机11带动丝杠12转动，运动端子13在丝杠12转动时沿丝杠12轴向在导轨16上往复移动；丝杠12与反射镜组件朝向丝杠12的一侧保持预设距离，运动端子13在移动至丝杠12朝向反射镜组件的一端时与反射镜组件抵接。

进一步地，运动端子13包括：固定连接或一体成型的滑动部件14和抵接部件15；滑动部件14套设于丝杠12上，与丝杠12转动连接；抵接部件15套设于滑动部件14外侧，且与导轨16滑动连接；滑动部件14移动至丝杠12朝向反射镜组件的一端时，抵接部件15与反射镜组件抵接。

可选的，丝杠12和运动端子13的导程为1mm。

进一步地，滑动部件14和抵接部件15均为环形结构；抵接部件15的外环直径比滑动部件14的外环直径大第一预设数值。

进一步地，运动端子13朝向反射镜组件的一侧为平面结构，且设有弹性材料。

进一步地，运动端子13移动至丝杠12朝向反射镜组件的一端时，与反射镜组件的中心位置抵接。

进一步地，丝杠12贯穿基座7朝向反射镜组件的一侧壳体，与反射镜组件中心位置保持预设距离。

请参照图3和图4中的整个系统解锁和锁止时的剖视图，由图3中可以看到，锁止组件6未进行锁止，需要锁止时，滚珠丝杠电机11上电，通过电机的周转运动，带动丝杠12的旋转运动，从而带动运动端子13实现直线运动，运动端子13朝向反射镜组件运动并与其抵接进行锁止。锁止之后如图4所示，此时已经完成锁止，通过丝杠12和运动端子13的锁止角度带来的摩擦力和镜托2和运动端子13的配合间隙进行锁止，使镜托2和反射镜1不能运动，从六个自由度上进行锁止。需要解锁时，同锁止时的过程，运动端子13向下运动，从而使镜托2和反射镜1有足够的空间进行俯仰和偏转运动。直到运动端子13朝向镜托2的弹性片紧紧贴合镜托2，使反射镜镜托不能做任何方向的运动。锁止时一般用在运输和抗高冲击、强振动的过程或者苛刻的环境；解锁时一般用在快反镜工作时。

进一步地，反射镜组件包括：反射镜1和镜托2；镜托2边缘设置有若干个卡爪8，镜托2通过若干个卡爪8与反射镜1固定连接。

进一步地，卡爪8的材料为经过弯折冷轧处理后的301不锈钢。

请参照图5和图6,反射镜1是定向控制组件的输出端，在整个快反镜系统中起到直接输出光路的作用，反射镜镜托2包括反射镜卡爪8。其中反射镜卡爪8，是通过301不锈钢材料进行弯折冷轧处理的，在保证弹性的同时还具备在轴向方向上的刚度，保护反射镜。反射镜1和镜托2之间的粘接方式采用AB胶的强力粘接，保证驱动电机3在带动反射镜镜托2的同时，反射镜1与反射镜镜托2之间粘接的可靠性。

请参照图7，驱动电机3用于驱动反射镜镜托2带动反射镜1的偏转，驱动电机3主要是采用动磁式音圈电机，其主要由磁钢9和线圈10组成，拟采用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。

请参照图8，传感器组件包括若干个电涡流传感器5，起到测量和反馈的作用，在整个系统中电涡流传感器配合主控电路，把收集到的电磁信号转化为电信号，再通过通讯模块，测量快反镜旋转角度并直接反馈给用户角度。

相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种具有六自由度锁止功能的大口径快反镜控制方法，用于控制如上述具有六自由度锁止功能的大口径快反镜，包括如下步骤：

步骤S100，接收调整大口径快反镜状态的控制指令。

步骤S210，当控制指令为锁止指令时，基于滚珠丝杠电机11及丝杠12带动运动端子13沿丝杠12轴向移动至丝杠12朝向反射镜组件的一端，运动端子13朝向反射镜组件的一侧与反射镜1实现抵接，使反射镜组件在六自由度上实现锁止。

步骤S220，当控制指令为解锁指令时，基于滚珠丝杠电机11及丝杠12带动运动端子13沿丝杠12轴向移动至丝杠12远离反射镜组件的一端，运动端子13与反射镜组件脱离接触，使反射镜组件在六自由度上实现解锁。

本发明实施例旨在保护一种具有六自由度锁止功能的大口径快反镜及其控制方法，其中大口径快反镜包括：基座、反射镜组件、柔性支撑组件、音圈电机组件、传感器组件和锁止组件；柔性支撑组件、音圈电机组件、传感器组件设置于基座上，柔性支撑组件与反射镜组件柔性连接，音圈电机组件设置于基座上且与反射镜组件抵接，传感器组件与反射镜组件间隔预设距离，检测反射镜组件的偏转角度；锁止组件依据控制指令沿垂直于反射镜组件平面的方向往复移动，对反射镜组件进行锁止或解锁。上述技术方案具备如下效果：

通过具备单向往复移动功能的锁止组件，对反射镜实现具备六自由度的锁止功能，使大口径反射镜系统在初始状态、运输状态或其他不工作的状态时可以具备反复锁止反射镜镜片的功能，降低快反镜不工作时对于柔性支撑组件的冲击和损伤，提高了系统的可靠性和使用寿命。

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 (9)

1.一种具有六自由度锁止功能的大口径快反镜，其特征在于，包括：基座、反射镜组件、柔性支撑组件（4）、音圈电机组件、传感器组件和锁止组件（6）；

所述柔性支撑组件（4）、所述音圈电机组件、所述传感器组件设置于所述基座（7）上，所述柔性支撑组件（4）与所述反射镜组件柔性连接，所述音圈电机组件设置于所述基座（7）上且与所述反射镜组件抵接，所述传感器组件与所述反射镜组件间隔预设距离，检测所述反射镜组件的偏转角度；

所述锁止组件（6）依据控制指令沿垂直于所述反射镜组件平面的方向往复移动，对所述反射镜组件在六自由度上进行锁止或解锁；

所述锁止组件（6）包括：滚珠丝杠电机（11）、丝杠（12）、导轨（16）及运动端子（13）；

所述滚珠丝杠电机（11）的输出端与所述丝杠（12）固定连接；

所述导轨（16）与所述丝杠（12）平行设置且长度相同；

所述运动端子（13）与所述导轨（16）滑动连接，所述运动端子（13）套设于所述丝杠（12）上并与所述丝杠（12）螺纹连接；

所述滚珠丝杠电机（11）带动所述丝杠（12）转动，所述运动端子（13）在所述丝杠（12）转动时沿所述丝杠（12）轴向在所述导轨（16）上往复移动；

所述丝杠（12）与所述反射镜组件朝向所述丝杠（12）的一侧保持预设距离，所述运动端子（13）在移动至所述丝杠（12）朝向所述反射镜组件的一端时与所述反射镜组件抵接。

2.根据权利要求1所述的具有六自由度锁止功能的大口径快反镜，其特征在于，

所述运动端子（13）包括：固定连接或一体成型的滑动部件（14）和抵接部件（15）；

所述滑动部件（14）套设于所述丝杠（12）上，与所述丝杠（12）转动连接；

所述抵接部件（15）套设于所述滑动部件（14）外侧，且与所述导轨（16）滑动连接；

所述滑动部件（14）移动至所述丝杠（12）朝向所述反射镜组件的一端时，所述抵接部件（15）与所述反射镜组件抵接。

3.根据权利要求2所述的具有六自由度锁止功能的大口径快反镜，其特征在于，

所述滑动部件（14）和所述抵接部件（15）均为环形结构；

所述抵接部件（15）的外环直径比所述滑动部件（14）的外环直径大第一预设数值。

4.根据权利要求1所述的具有六自由度锁止功能的大口径快反镜，其特征在于，

所述运动端子（13）朝向所述反射镜组件的一侧为平面结构，且设有弹性材料。

5.根据权利要求1所述的具有六自由度锁止功能的大口径快反镜，其特征在于，

所述运动端子（13）移动至所述丝杠（12）朝向所述反射镜组件的一端时，与所述反射镜组件的中心位置抵接。

6.根据权利要求1所述的具有六自由度锁止功能的大口径快反镜，其特征在于，

所述丝杠（12）贯穿所述基座（7）朝向所述反射镜组件的一侧壳体，与所述反射镜组件中心位置保持所述预设距离。

7.根据权利要求1-6任一所述的具有六自由度锁止功能的大口径快反镜，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）边缘设置有若干个卡爪（8），所述镜托通过所述若干个卡爪（8）与所述反射镜固定连接。

8.根据权利要求7所述的具有六自由度锁止功能的大口径快反镜，其特征在于，

所述卡爪（8）的材料为经过弯折冷轧处理后的301不锈钢。

9.一种具有六自由度锁止功能的大口径快反镜控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求1-8任一所述的具有六自由度锁止功能的大口径快反镜，包括如下步骤：

接收调整大口径快反镜状态的控制指令；

当所述控制指令为锁止指令时，基于滚珠丝杠电机（11）及丝杠（12）带动运动端子（13）沿所述丝杠（12）轴向移动至所述丝杠（12）朝向反射镜组件的一端，所述运动端子（13）朝向所述反射镜组件的一侧与所述反射镜组件实现抵接，使所述反射镜组件在六自由度方向上实现锁止；

当所述控制指令为解锁指令时，基于所述滚珠丝杠电机（11）及所述丝杠（12）带动所述运动端子（13）沿所述丝杠（12）轴向移动至所述丝杠（12）远离所述反射镜组件的一端，所述运动端子（13）与所述反射镜组件脱离接触，使所述反射镜组件在六自由度上实现解锁。