CN117724239A - 永磁体预紧高速倾斜镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁体预紧高速倾斜镜，属于高速倾斜镜领域。包括平面反射镜组件、压电致动组件、永磁体预紧装置以及基座；平面反射镜采用钨钢材料。压电致动组件通过固定于基座之上，多个独立的压电陶瓷驱动器按四点对称陈列式排布于基座上的安装凹孔，构成压电致动组件。永磁体预紧装置固定于压电致动组件外侧，底端连接基座。平面反射镜组件与压电陶瓷驱动器的球头部分接触，而与永磁体预紧装置没有接触。本发明采用四点阵列排布方式，利用永磁体为整个反射镜系统提供预紧力，在镜面与永磁体没有产生接触的条件下，简化系统结构，实现镜面的双向倾斜运动。

Description

永磁体预紧高速倾斜镜

技术领域

本发明涉及高速倾斜镜领域，具体涉及一种永磁体预紧高速倾斜镜。

背景技术

高速倾斜镜作为精密光学系统中控制光束的精瞄指向机构，具有小体积、高带宽、大行程、快速响应、精确指向等优异性能。高速倾斜镜的工作方式是通过光、机、电、算一体化等技术来驱动平面反射镜达到既定偏转角度，实现精确控制光束传播方向的目的，现已广泛利用于激光通信、天文望远镜、自适应光学、航空照相像移补偿、高精度激光加工设备和运载激光系统等重要领域。

高速倾斜镜主要由反射镜、驱动元件、支撑结构、基座等构成。驱动元件主要分为以下几类：压电陶瓷式、电磁式、磁致伸缩式、液压式、机械式。其中，压电陶瓷致动器因其大出力、超高精度和快速响应等优越性能而受到广泛应用。

在基于压电陶瓷式驱动的高速倾斜镜系统中，为了实现镜面的双向倾斜运动，需要预紧力结构提供恢复力和运动引导。一般来说，由于柔性铰链具有不需要润滑、没有摩擦损失、不存在滞回、结构紧凑等特点，所以常被作为预紧力结构使用。然而，值得注意的是，由于柔性铰链结构存在弹性变形情况，并不能为反射镜提供一个固定的旋转中心。并且，使用柔性铰链不仅易造成疲劳，也在一定程度上增加了系统控制的难度。此外，延伸弹簧作为另一种常用的预紧力装置，也因其需要较为复杂的结构而不被考虑。

在激光合束领域，往往需要多个快反镜组成阵列系统，若采用常规快反镜，不仅装配复杂、成本较高，而且单个快反镜的拆换也较为麻烦，这些都增加了快反镜的使用、维护成本。

发明内容

为解决普通高速倾斜镜系统因柔性铰链或伸缩弹簧作预紧力装置而产生的无固定旋转中心、易疲劳、结构复杂等问题，本发明提供一种永磁体预紧高速倾斜镜，采用永磁体来为高速倾斜镜系统提供预紧力。较于柔性铰链与伸缩弹簧，永磁体产生的预紧力是磁力而不是机械力。镜面与永磁体之间并未产生接触。因此，与使用柔性铰链或伸缩弹簧的快反镜系统相比，使用永磁体作为预紧力装置，可以在简化系统构成的情况下，而对整个系统不产生额外影响。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种永磁体预紧高速倾斜镜，包括平面反射镜组件、压电致动组件、永磁体预紧装置以及基座；所述压电致动组件的底端固定于所述基座之上，所述压电致动组件的球头连接所述平面反射镜组件；所述永磁体预紧装置作为封装组件固定于所述压电致动组件的外侧；利用所述永磁体预紧装置的磁性特征以及所述压电致动组件与所述永磁体预紧装置之间的高度差，实现在所述平面反射镜组件与所述永磁体预紧装置在没有接触的条件下，以悬浮状态固定于所述永磁体预紧装置的上方。

优选的，所述平面反射镜组件采用钨钢材料，采用可分离式连接方式，仅与压电致动组件中压电陶瓷致动器的球头部分接触，位于永磁体预紧装置上方；

优选的，所述压电致动组件由四个压电陶瓷致动器组成，压电陶瓷致动器排布采用四点对称布置方案，在X、Y两轴上均布数量相同的压电陶瓷制动器，即在X、Y轴分别均布两个压电陶瓷致动器，可实现两轴独立控制而不被引入另一轴的耦合误差；

优选的，所述压电致动组件的球头连接平面反射镜组件，另一端则固定于基座之上；

优选的，所述永磁体预紧装置作为封装组件，固定于压电致动组件的外侧，同时也固定于基座之上，从而实现所述永磁体预紧装置与所述压电致动组件之间的高度差；

优选的，所述永磁体预紧装置与所述压电致动组件之间存在高度差，利用所述永磁体的磁性特征，可以实现所述平面反射镜组件与所述永磁体之间不产生接触；

优选的，所述基座按照所述压电致动组件的压电陶瓷致动器分布方式，设计了四个压电陶瓷致动器安装孔位，以及若干条走线凹槽；

优选的，采用所述永磁体预紧装置作为预紧力装置；

优选的，利用所述永磁体预紧装置与所述压电陶瓷致动组件之间的高度差，可以实现所述平面反射镜组件与压电陶瓷驱动器的球头接触；

优选的，所述基座按照所述压电制动组件的四点分布方式设计了对应的安装孔位以及若干走线凹槽；

优选的，为所述永磁体预紧装置作为所述压电陶瓷致动组件的外围封装组件固定于所述基座之上。

本发明的有益效果为：

(1)本发明采用了永磁体作为预紧结构，为整个高速倾斜镜系统提供以磁力为主的预紧力，有效避免系统在使用传统预紧力装置时产生的旋转中心不固定、系统控制难度较大、系统结构复杂等问题。使用永磁体作为预紧结构，利用压电致动组件以及永磁体预紧装置之间的高度差，可以实现平面反射镜组件与永磁体之间不产生接触，从而避免额外的动力学。与此同时，使用永磁体作为预紧力结构，可以将整个系统结构进一步简化，有利于实现高速倾斜镜系统的轻量化。

(2)本发明采用四点阵列排布方案，在X、Y轴分别布置数量相等的压电陶瓷致动器，实现坐标轴与驱动器重合，从而实现两轴独立控制而不引入另一轴的耦合误差，使整个系统的动态性能更加优异。此外，四点阵列排布方案在工作时不必经过坐标转换，使得整个控制系统更加简便。

附图说明

图1是本发明实施例提供的永磁体预紧高速倾斜镜的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的基座上的安装孔位示意图；

图3是本发明实施例提供的压电致动组件中单个压电陶瓷驱动器示意图、压电致动组件示意图；

图4是本发明实施例提供的永磁体预紧装置示意图。

图中：1、平面反射镜组件；2、压电致动组件；3、永磁体预紧装置；4、基座；2a、第一压电陶瓷致动器；2b、第二压电陶瓷致动器；2c、第三压电陶瓷致动器；2d、第四压电陶瓷致动器；21、球头；22、压电陶瓷致动器；41、第一安装孔位；42、第二安装孔位；43、第三安装孔位；44、第四安装孔位。

具体实施方式

为了对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，下面将结合本发明实施例中的附图进行介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本发明中的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应的随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个原件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

此外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所暗示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1-图4所示，其为本发明的一种实施例的一种永磁体预紧高速倾斜镜，包括平面反射镜组件1、压电致动组件2、永磁体预紧装置3、基座4。

所述平面反射镜组件1由钨钢制成，如图1所示，采用可分离式连接方式，在所述永磁体预紧装置3的磁力作用下，仅与所述压电致动组件2的球头21接触，而与所述永磁体预紧装置3不产生任何接触。

如图2所示，所述基座4上均匀分布了4个压电陶瓷制动器安装孔位，分别为第一安装孔位41、第二安装孔位42、第三安装孔位43、第四安装孔位44，分别用于安装第一压电陶瓷致动器2a、第二压电陶瓷致动器2b、第三压电陶瓷致动器2c、第四压电陶瓷致动器2d。

如图3所示，所述压电致动组件2采用四点对称排布方案，分别安装第一压电陶瓷致动器2a、第二压电陶瓷致动器2b、第三压电陶瓷致动器2c、第四压电陶瓷致动器2d。由图3可知，单个压电陶瓷致动器由两部分构成。其中，压电陶瓷致动器22在上端以粘连的方式连接球头21部分，用于接触所述平面反射镜组件1，为所述平面反射镜组件1提供独立的力输出点。此外，第一压电陶瓷致动器2a、第二压电陶瓷致动器2b、第三压电陶瓷致动器2c、第四压电陶瓷致动器2d以粘连的方式分别对应并固定于所述基座4上端面的第一安装孔位41、第二安装孔位42、第三安装孔位43、第四安装孔位44。

如图4所示，所述永磁体预紧装置3以封装组件固定于压电致动组件2的外侧，一端以粘连的形式固定于所述基座4之上，另一端为所述平面反射镜组件1提供以磁力为主的预紧力，但并不与所述平面反射镜组件1接触。

本发明的工作原理为：本发明中的永磁体预紧装置3在不与平面反射镜组件1产生接触的情况下，为平面反射镜组件1提供磁力预紧力，在简化系统结构、减弱系统控制难度的同时，使平面反射镜组件1具有固定的旋转中心。采用四点布置方案来安装压电陶瓷致动器22，在X、Y两轴上分别布置数量相等的压电陶瓷致动器22，实现坐标轴与驱动器重合，从而实现两轴独立控制而不引入另一轴的耦合误差。在压电致动组件2接受控制系统的驱动信号之后，压电陶瓷致动器22驱动平面反射镜组件1产生不同的角度偏转。利用压电致动组件2与永磁体预紧装置3之间的高度差，实现平面反射镜组件1与永磁体预紧装置3之间不产生接触，从而提升高速倾斜镜系统的效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种永磁体预紧高速倾斜镜，其特征在于，包括平面反射镜组件、压电致动组件、永磁体预紧装置以及基座；所述压电致动组件的底端固定于所述基座之上，所述压电致动组件的球头连接所述平面反射镜组件；所述永磁体预紧装置作为封装组件固定于所述压电致动组件的外侧；利用所述永磁体预紧装置的磁性特征以及所述压电致动组件与所述永磁体预紧装置之间的高度差，实现在所述平面反射镜组件与所述永磁体预紧装置在没有接触的条件下，以悬浮状态固定于所述永磁体预紧装置的上方。

2.根据权利要求1所述的一种永磁体预紧高速倾斜镜，其特征在于，所述平面反射镜组件采用钨钢作为镜面材料。

3.根据权利要求2所述的一种永磁体预紧高速倾斜镜，其特征在于，所述压电致动组件由四个独立的压电陶瓷驱动器构成，每个压电陶瓷驱动器独立运转且互不干扰。

4.根据权利要求3所述的一种永磁体预紧高速倾斜镜，其特征在于，所述压电致动组件采用四点对称驱动的布置方式，在X，Y两轴方向均为对称驱动，从而实现两轴分别独立控制。

5.根据权利要求2所述的一种永磁体预紧高速倾斜镜，其特征在于，所述平面反射镜组件采用可分离式连接方式，仅与所述压电陶瓷驱动器的球头接触。