CN207689751U - 一种二维快速偏摆反射镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种二维快速偏摆反射镜,其特征在于包括:镜面支撑结构、第一柔性偏摆机构、第二柔性偏摆机构、传感驱动组件、底座和驱动控制系统;所述柔性偏摆机构组合后用于安装镜面支撑结构,传感驱动组件与驱动控制系统连接用于控制柔性偏摆机构执行偏摆动作,底座用于固定传感驱动组件和柔性偏摆机构。本实用新型的优点在于:具备装配简单、机构紧凑、空间利用率高、稳定性好、响应快、体积小,重量轻、刚度高的特点;增加了输出偏摆角的范围,使得反射镜具备较大的偏摆范围;测量精度高、占用空间小,能够间接测量偏摆输出角度,具备较高的偏摆角输出精度;提高了光束控制精度;具有较高的线性度和分辨率。
Description
技术领域
本实用新型涉及光束控制技术领域,特别涉及一种二维快速偏摆反射镜。
背景技术
快速偏摆反射镜是现代光机电系统中的一类关键元器件,其主要功能是通过实时调整自身镜面角度来实现对光线的角度指向、扫描和稳定,已被广泛应用于空间激光通信、自适应光学、复合轴精密跟踪、天文望远镜、激光成像雷达、激光束稳定系统、共焦显微镜、激光扫描等领域。例如,在空间激光通信系统中,快速偏摆反射镜用于对光束进行实时调整和控制,可以保证激光通信链路的稳定。在自适应光学系统中,快速偏摆反射镜通过不断调整镜面角度来适应外界条件的变化,从而有效改善光斑成像质量。在上述应用系统中,为了获得良好的角度定位与跟踪控制效果,往往要求快速偏摆反射镜具有较大的偏摆范围、较高的角度分辨率、较快的响应能力、偏摆角度可自动检测、无轴间耦合与干扰等优点。
一般来说,快速偏摆反射镜的驱动方式不同,所获得的控制效果是不一样的。如,采用音圈驱动器可以获得大的扫描角度,但精度受限;而采用压电材料可以获得高精度的控制,但扫描角度范围有限。现有技术中某些快速偏摆反射镜因为机械结构复杂,容易引起两个偏摆方向之间出现耦合,进而影响光束控制精度。同时,空间结构的限制使得同时保证大角度的偏摆和高精度的角度控制变得十分困难。
一般情况下,快速偏摆反射镜内部很少集成有大体积的传感器,来自动检测并输出角位移信息。目前的技术是,在反射镜外部增加某些光学仪器,如自准直仪或者位置探测器件PSD等,进行直接测量,然而这种做法需要较大的操作空间,如果同时应用于其它光学系统中也容易与其它操作产生干涉。为此需要研制输出角度可自行测量的偏摆反射镜。
专利号为“201210434727.1”,专利名称为“一种二维快速控制反射镜”的中国实用新型专利采用粘贴应变片的方法,间接测量并输出角位移信息,但是基于应变片的测量方法精度有限,也限制了快速偏摆反射镜的偏摆角测量精度。
虽然电容传感器精度较高,但是如专利号为“201110290112.1”,专利名称为“基于双轴柔性铰链的高频响二维微角摆控制反射镜”的中国实用新型专利所公开的快速偏摆反射镜,利用驱动器两端驱动镜面产生偏摆动作,这种结构因受空间限制,无法安装高精度的电容传感器。
某些偏摆反射镜的镜面与驱动器驱动方向垂直放置,当温度大范围变化时会引起垂直于镜面方向的位移量,造成光路畸变。
专利号为“201510254501.7”专利名称为“旋转中心处于反射面的快速偏转反射镜控制机构及方法”的中国实用新型专利所公开的镜面与驱动器驱动方向平行放置,当温度大范围变化时会引起镜面的偏摆角位移。
因此,设计一种两维快速偏摆反射镜,使其满足结构紧凑、角度可自动检测并输出、偏摆范围大、偏摆精度高、无轴间耦合等要求,变得十分必要。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术的缺陷,提供了一种二维快速偏摆反射镜,能有效的解决上述现有技术存在的问题。
为了实现以上实用新型目的,本实用新型采取的技术方案如下:
一种二维快速偏摆反射镜,包括镜面支撑结构1;第一柔性偏摆机构2;第二柔性偏摆机构3;传感驱动组件4;底座5和驱动控制系统6;所述第一柔性偏摆机构2与第二柔性偏摆机构3组合后用于安装镜面支撑结构,传感驱动组件4与驱动控制系统6连接用于控制第一柔性偏摆机构2与第二柔性偏摆机构3执行偏摆动作,底座5用于固定传感驱动组件4和第二柔性偏摆机构3。
进一步地,所述第一柔性偏摆机构2包括:X方向支撑横板2-1、X方向偏摆轴第一撑板2-21、X方向偏摆轴第二撑板2-22、X方向第一柔性板簧2-31、X方向第二柔性板簧2-32、X方向第一导向板2-41、X方向第二导向板2-42、X方向第一输入接头2-51和X方向第二输入接头2-52;
所述X方向支撑横板2-1中部下表面设有凹槽,X方向第一导向板2-41和X方向第二导向板2-42形状相同都为圆弧形,X方向支撑横板2-1的两头分别与X方向第一导向板2-41和X方向第二导向板2-42的一头连接,形成类似半圆形形状;
X方向第一柔性板簧2-31和X方向第二柔性板簧2-32形状相同,都为长条形;X方向第一柔性板簧2-31的一端连接X方向第一导向板2-41的内弧中心,另一端与X方向偏摆轴第一撑板2-21连接,X方向第二柔性板簧2-32的一端与X方向第二导向板2-42的内弧中心连接,另一端与X方向偏摆轴第二撑板2-22相连接;上述两根撑板向下垂直,且两根撑板和两根板簧分别连接后形状彼此对称;
所述X方向第一输入接头2-51和X方向第二输入接头2-52,分别与X方向第一导向板2-41和X方向第二导向板2-42的末端连接,彼此对称。
进一步地,所述第二柔性偏摆机构3包括:Y方向支撑横板3-1、Y方向偏摆轴支撑板3-2、Y方向第一柔性板簧3-31、Y方向第二柔性板簧3-32、Y方向第一导向板3-41、Y方向第二导向板3-42、Y方向第一输入接头3-51和Y方向第二输入接头3-52;
所述Y方向支撑横板3-1中部上表面设有凹槽,Y方向第一导向板3-41和Y方向第二导向板3-42形状相同都为圆弧形,Y方向支撑横板3-1的两头分别与Y方向第一导向板3-41和Y方向第二导向板3-42的一头连接,形成类似半圆形形状。
Y方向第一柔性板簧3-31和Y方向第二柔性板簧3-32形状相同都为长条形,一端分别与Y方向第一导向板3-41和Y方向第二导向板3-42的内弧中心连接,另一端分别与Y方向偏摆轴支撑板3-2的顶部左右两端连接固定。
所述第一柔性偏摆机构2与第二柔性偏摆机构3组合后俯视平面为十字形,所述X方向支撑横板2-1的凹槽和所述Y方向支撑横板3-1的凹槽形状契合,通过高强度胶水粘贴在一起,所述第一柔性偏摆机构2的X方向偏摆轴第一撑板(2-21)和X方向偏摆轴第二撑板(2-22)之间的空隙用于插入并胶接第二柔性偏摆机构3的Y方向偏摆轴支撑板3-2。
进一步地,所述传感驱动组件4包括:一个中心固定块4-1、沿圆周均布的四个杠杆放大式驱动头4-21,4-22,4-23,4-24、沿圆周均布的四个伸缩驱动器4-31,4-32,4-33,4-34、沿圆周均布的四个预紧块4-4、沿圆周均布的四对电容传感器探头4-51,4-52,4-53,4-54、沿圆周均布的四个预紧螺钉4-6及其它的螺纹孔。
所述中心固定块4-1和杠杆放大式驱动头4-21,4-22,4-23,4-24均为整体式结构,由线切割工艺一体化加工而成。中心固定块4-1的正中心设有一个通孔,一个螺栓由此穿过将第二柔性偏摆机构3、中心固定块4-1、底座5固定连接;四个均布的是用于固定的螺纹孔,用于连接固定中心固定块4-1和底座5。
所述四个杠杆放大式驱动头4-21,4-22,4-23,4-24都有一个中心轴垂直于纸面的螺纹孔,用于固定连接底座5;四个杠杆放大式驱动头4-21,4-22,4-23,4-24的输出端都有两个对称分布的中心轴平行于纸面的螺纹孔,用于固定连接第一柔性偏摆机构2和第二柔性偏摆机构3的输入接头;每一个杠杆放大式驱动头4-21,4-22,4-23,4-24用于将伸缩驱动器4-31,4-32,4-33,4-34的伸长或缩短量进行放大输出,从而可推动第一柔性偏摆机构2和第二柔性偏摆机构3运动。
所述四个伸缩驱动器4-31,4-32,4-33,4-34加电之后会伸长或者缩短,用于推动杠杆放大式驱动头4-21,4-22,4-23,4-24产生运动。
所述四个预紧块4-4和四个预紧螺钉4-6互相配合,用于对伸缩驱动器4-31,4-32,4-33,4-34进行固定和预紧,使伸缩驱动器4-31,4-32,4-33,4-34具有一定的预紧力。该预紧力的大小可以通过计算并调节中心轴垂直于纸面的螺纹孔的位置来保证。
所述四对电容传感器探头4-51,4-52,4-53,4-54粘贴在杠杆放大式驱动头4-21,4-22,4-23,4-24和中心固定块4-1之间,用于检测该位置的位移变化量。每一对电容传感器探头用于检测一个位置处的位移变化量。
进一步地,第二柔性偏摆机构3的偏摆轴支撑板3-2上的设有螺纹孔用于和底座5固定连接。
螺栓穿过中心固定块4-1的中心通孔,将第二柔性偏摆机构3、中心固定块4-1和底座5固定连接在一起。
第一柔性偏摆机构2的上方横板的上表面通过高强度胶水和镜面支撑结构1固定连接在一起。
进一步地,所述的驱动控制系统6包括:四路D/A转换电路、四路功放驱动电路、四路电容调理电路、四路A/D转换电路、DSP数字控制器。四路D/A转换电路用于将DSP输出的四路数字控制信号转换为四路模拟控制信号;四路功放驱动电路的功能是对控制信号进行功率放大,并驱动四路伸缩驱动器使其伸长或缩短;四路功放驱动电路的第一、三路输出分别和传感驱动组件的伸缩驱动器4-31、4-33相连;四路功放驱动电路的第二、四路输出分别和传感驱动组件的伸缩驱动器4-32、4-34相连;传感驱动组件的电容传感器探头4-51、4-53分别和四路电容调理电路的第一、三路输入相连;传感驱动组件的电容传感器探头4-52、4-54分别和四路电容调理电路的第二、四路输入相连;
与现有技术相比本实用新型的优点在于:
1.第一柔性偏摆机构、第二柔性偏摆机构、杠杆放大式驱动头均采用线切割工艺加工而成,加工精度较高,装配简单。
2.杠杆放大式驱动头能够将伸缩驱动器的微小伸缩量进行放大,同时柔性偏摆机构基于差动放大原理将杠杆放大式驱动头的输出量进行了2倍放大并转化为角位移输出,因此大大增加了输出偏摆角的范围,使得反射镜具备较大的偏摆范围。
3.传感驱动组件内部设置有电容位移传感器探头,测量精度高、占用空间小,能够间接测量偏摆输出角度,与控制系统配合能够使反射镜具备较高的偏摆角输出精度。
4.本实用新型的两个柔性偏摆机构的转动轴相互垂直,传感驱动组件的X方向和Y方向的两组输出也相互独立、互不影响,因此可使反射镜实现二维正交偏摆且在两个偏摆方向上不产生角度耦合,进而实现高精度的输出角度,提高光束控制精度。
5.本实用新型还具备机构紧凑、空间利用率高、稳定性好、响应快、体积小,重量轻、刚度高的特点。
6.在偏摆运动中无摩擦损耗,使其工作寿命长,无需润滑,可免维护。
7.在大范围的温度变化下,每个压电驱动器都会有一定的伸缩。在传感驱动组件的X方向(Y方向)上有两个沿该方向布置的伸缩驱动器,当温度大范围变化时,这两个伸缩驱动器在该方向上引起的位移量会相互抵消,可以保证温度的变化不影响反射镜的偏摆角度。这种良好的温度稳定性能够保证闭环条件下偏摆反射镜具有较高的线性度和分辨率。
附图说明
图1为本实用新型实施例反射镜的立体图;
图2为本实用新型实施例反射镜的分解图;
图3为本实用新型实施例第一柔性偏摆机构的结构示意图;
图4为本实用新型实施例第二柔性偏摆机构的结构示意图;
图5为本实用新型实施例传感驱动组件的结构示意图;
图6为本实用新型实施例驱动控制系统的结构示意图;
图7为本实用新型实施例传感驱动组件的偏摆动作示意图;
图8为本实用新型实施例第一、第二柔性偏摆机构的输入作动方向示意图;
图9为本实用新型实施例第一、第二柔性偏摆机构输出偏摆角的动作示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下参照附图并举实施例,对本实用新型做进一步详细说明。
如图1、2所示,一种二维快速偏摆反射镜,包括镜面支撑结构1;第一柔性偏摆机构2;第二柔性偏摆机构3;传感驱动组件4;底座5和驱动控制系统6;
如图3所示,所述第一柔性偏摆机构2包括:X方向支撑横板2-1、X方向偏摆轴第一撑板2-21、X方向偏摆轴第二撑板2-22、X方向第一柔性板簧2-31、X方向第二柔性板簧2-32、X方向第一导向板2-41、X方向第二导向板2-42、X方向第一输入接头2-51和X方向第二输入接头2-52;
所述X方向支撑横板2-1中部下表面设有凹槽,X方向第一导向板2-41和X方向第二导向板2-42形状相同都为圆弧形,X方向支撑横板2-1的两头分别与X方向第一导向板2-41和X方向第二导向板2-42的一头连接,形成类似半圆形形状;
X方向第一柔性板簧2-31和X方向第二柔性板簧2-32形状相同,都为长条形;X方向第一柔性板簧2-31的一端连接X方向第一导向板2-41的内弧中心,另一端与X方向偏摆轴第一撑板2-21连接,X方向第二柔性板簧2-32的一端与X方向第二导向板2-42的内弧中心连接,另一端与X方向偏摆轴第二撑板2-22相连接;上述两根撑板向下垂直,且两根撑板和两根板簧分别连接后形状彼此对称;
所述X方向第一输入接头2-51和X方向第二输入接头2-52,分别与X方向第一导向板2-41和X方向第二导向板2-42的末端连接,彼此对称。
如图4所示,所述第二柔性偏摆机构3包括:Y方向支撑横板3-1、Y方向偏摆轴支撑板3-2、Y方向第一柔性板簧3-31、Y方向第二柔性板簧3-32、Y方向第一导向板3-41、Y方向第二导向板3-42、Y方向第一输入接头3-51和Y方向第二输入接头3-52;
所述Y方向支撑横板3-1中部上表面设有凹槽,Y方向第一导向板3-41和Y方向第二导向板3-42形状相同都为圆弧形,Y方向支撑横板3-1的两头分别于Y方向第一导向板3-41和Y方向第二导向板3-42的一头连接,形成类似半圆形形状。
Y方向第一柔性板簧3-31和Y方向第二柔性板簧3-32形状相同都为长条形,一端分别与Y方向第一导向板3-41和Y方向第二导向板3-42的内弧中心连接,另一端分别与Y方向偏摆轴支撑板3-2的顶部左右两端连接固定。
所述第一柔性偏摆机构2与第二柔性偏摆机构3组合后俯视平面为十字形,所述X方向支撑横板2-1的凹槽和所述Y方向支撑横板3-1的凹槽形状契合,通过高强度胶水粘贴在一起,所述第一柔性偏摆机构2的X方向偏摆轴第一撑板(2-21)和X方向偏摆轴第二撑板(2-22)之间的空隙用于插入并胶接第二柔性偏摆机构3的Y方向偏摆轴支撑板3-2。
如图5所示,所述传感驱动组件4包括:一个中心固定块4-1、沿圆周均布的四个杠杆放大式驱动头4-21,4-22,4-23,4-24、沿圆周均布的四个伸缩驱动器4-31,4-32,4-33,4-34、沿圆周均布的四个预紧块4-4、沿圆周均布的四对电容传感器探头4-51,4-52,4-53,4-54、沿圆周均布的四个预紧螺钉4-6及其它的螺纹孔。
所述中心固定块4-1和杠杆放大式驱动头4-21,4-22,4-23,4-24均为整体式结构,由线切割工艺一体化加工而成。中心固定块4-1的正中心设有一个通孔,一个螺栓由此穿过将第二柔性偏摆机构3、中心固定块4-1、底座5固定连接;四个均布的是用于固定的螺纹孔,用于连接固定中心固定块4-1和底座5。
所述四个杠杆放大式驱动头4-21,4-22,4-23,4-24都有一个中心轴垂直于纸面的螺纹孔,用于固定连接底座5;四个杠杆放大式驱动头4-21,4-22,4-23,4-24、的输出端都有两个对称分布的中心轴平行于纸面的螺纹孔,用于固定连接第一柔性偏摆机构2和第二柔性偏摆机构3的输入接头;每一个杠杆放大式驱动头4-21,4-22,4-23,4-24分别用于将伸缩驱动器4-31,4-32,4-33,4-34的伸长或缩短量进行放大输出,从而可推动第一柔性偏摆机构2和第二柔性偏摆机构3运动。
所述四个伸缩驱动器4-31、4-32、4-33、4-34加电之后会伸长或者缩短,分别用于推动每一个杠杆放大式驱动头运动。
所述四个预紧块4-4和四个预紧螺钉4-6互相配合,用于对伸缩驱动器4-31、4-32、4-33、4-34进行固定和预紧,使伸缩驱动器4-31、4-32、4-33、4-34具有一定的预紧力。该预紧力的大小可以通过计算并调节中心轴垂直于纸面的螺纹孔的位置来保证。
所述四对电容传感器探头4-51、4-52、4-53、4-54分别粘贴在杠杆放大式驱动头4-21,4-22,4-23,4-24和中心固定块4-1之间,用于检测该位置的位移变化量。每一对电容传感器探头用于检测一个位置处的位移变化量。
第二柔性偏摆机构3的偏摆轴支撑板3-2上的设有螺纹孔用于和底座固定连接。
螺栓穿过中心固定块4-1的中心通孔,将第二柔性偏摆机构3、中心固定块4-1和底座5固定连接在一起。
第一柔性偏摆机构2的上方横板的上表面通过高强度胶水和镜面支撑结构1固定连接在一起。
如图6所示,所述的驱动控制系统包括:四路D/A转换电路、四路功放驱动电路、四路电容调理电路、四路A/D转换电路、DSP数字控制器组成。四路D/A转换电路用于将DSP输出的四路数字控制信号转换为四路模拟控制信号;四路功放驱动电路的功能是对控制信号进行功率放大,并驱动四路伸缩驱动器使其伸长或缩短;四路功放驱动电路的第一、三路输出分别和传感驱动组件的伸缩驱动器4-31、4-33相连;四路功放驱动电路的第二、四路输出分别和传感驱动组件的伸缩驱动器4-32、4-34相连;传感驱动组件的电容传感器探头4-51、4-53分别和四路电容调理电路的第一、三路输入相连;传感驱动组件的电容传感器探头4-52、4-54分别和四路电容调理电路的第二、四路输入相连;
本实用新型工作时,反射镜本体内部的电容传感器探头4-51、4-52、4-53、4-54检测到位移量的变化,将其输出至四路电容信号调理电路。电容信号调理电路主要用于接受来自电容传感器探头的微弱信号并对其进行滤波和放大,提供给A/D转换电路。再经过四路A/D转换电路将其转换为四路数字信号,输入至DSP数字控制器参与控制算法。DSP数字控制器的功能是,将目标偏转角[θrx,θry]与电容传感器输出量进行误差对比,并实现PID算法输出控制信号。反相器用于将控制信号变为大小相等方向相反的信号,用于驱动伸缩驱动器4-33使其产生与伸缩驱动器4-31大小相等方向相反的运动,同时用于驱动伸缩驱动器4-34使其产生与伸缩驱动器4-32大小相等方向相反的运动。
本实用新型偏摆动作的实现如图7、8、9所示,可以实现沿X轴方向和沿Y轴方向的两个维度的偏摆。其中,伸缩驱动器4-31和4-33为一组,用于驱动Y方向的运动,进而实现反射镜沿X轴的偏摆;伸缩驱动器4-32和4-34为一组,用于驱动X方向的运动,进而实现反射镜沿Y轴的偏摆。另外,这四个伸缩驱动器的尺寸和性能完全相同,在施加正电压时伸长,在施加负电压时缩短。
本实用新型的X和Y两个方向的偏摆角采用了间接测量法测定,需要对其进行标定。首先,基于外部高精度角度测量仪器(如自准直仪)直接测量出X方向和Y方向的真实偏摆角。然后,电容传感器探头4-51和4-53测得的位移量之和与X方向的真实偏摆角成比例关系,比例系数为Kx,即X向标定系数;电容传感器探头4-52和4-54测得的位移量之和与Y方向的真实偏摆角成比例关系,比例系数为Ky,即Y向标定系数。
本实用新型的作动方法如下:
反射镜沿X轴的偏摆动作实现过程为:四路功放驱动电路的第一路和第三路分别输出大小相等方向相反的驱动信号,正(负)电压施加在驱动器4-31上使其伸长(缩短)L1长度,负(正)电压施加在驱动器4-33上使其缩短(伸长)L1长度,再通过杠杆放大式驱动头4-21和4-23放大、并带动第二柔性偏摆机构做差动摆动,即实现绕X轴的偏摆。
与此同时,反射镜沿Y轴的偏摆动作实现过程为:四路功放驱动电路的第二路和第四路分别输出大小相等方向相反的驱动信号,正(负)电压施加在驱动器4-32上使其伸长(缩短)L2长度,负(正)电压施加在驱动器4-34上使其缩短(伸长)L2长度,再通过杠杆放大式驱动头4-22和4-24放大、并带动第一柔性偏摆机构做差动摆动,即实现绕Y轴的偏摆。
本实用新型在运动时,第一和第二柔性偏摆机构的板簧虽然同时做偏摆和扭转的动作,但是两个动作的转轴相互垂直,因此当X轴转动时不影响Y向位移,当Y轴转动时也不影响X向位移,也即两个方向的偏摆动作是解耦的。从运动过程来看,可通过调整伸缩驱动器的伸长量来调整反射镜的偏摆角度,该实用新型具有两维光束偏摆控制能力,可以绕镜面所在平面实现两维方向的偏摆动作且无耦合,而且在垂直于镜面的轴向方向上无平移。
本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的实施方法,应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。
Claims (6)
1.一种二维快速偏摆反射镜,其特征在于包括:镜面支撑结构(1)、第一柔性偏摆机构(2)、第二柔性偏摆机构(3)、传感驱动组件(4)、底座(5)和驱动控制系统(6);所述第一柔性偏摆机构(2)与第二柔性偏摆机构(3)组合后用于安装镜面支撑结构,传感驱动组件(4)与驱动控制系统(6)连接用于控制第一柔性偏摆机构(2)与第二柔性偏摆机构(3)执行偏摆动作,底座(5)用于固定传感驱动组件(4)和第二柔性偏摆机构(3)。
2.根据权利要求1所述的一种二维快速偏摆反射镜,其特征在于:所述第一柔性偏摆机构(2)包括:X方向支撑横板(2-1)、X方向偏摆轴第一撑板(2-21)、X方向偏摆轴第二撑板(2-22)、X方向第一柔性板簧(2-31)、X方向第二柔性板簧(2-32)、X方向第一导向板(2-41)、X方向第二导向板(2-42)、X方向第一输入接头(2-51)和X方向第二输入接头(2-52);
所述X方向支撑横板(2-1)中部下表面设有凹槽,X方向第一导向板(2-41)和X方向第二导向板(2-42)形状相同都为圆弧形,X方向支撑横板(2-1)的两头分别与X方向第一导向板(2-41)和X方向第二导向板(2-42)的一头连接,形成类似半圆形形状;
X方向第一柔性板簧(2-31)和X方向第二柔性板簧(2-32)形状相同,都为长条形;X方向第一柔性板簧(2-31)的一端连接X方向第一导向板(2-41)的内弧中心,另一端与X方向偏摆轴第一撑板(2-21)连接,X方向第二柔性板簧(2-32)的一端与X方向第二导向板(2-42)的内弧中心连接,另一端与X方向偏摆轴第二撑板(2-22)相连接;所述第一撑板(2-21)和第二撑板(2-22)向下垂直,且两根撑板和两根板簧分别连接后形状彼此对称;
所述X方向第一输入接头(2-51)和X方向第二输入接头(2-52),分别与X方向第一导向板(2-41)和X方向第二导向板(2-42)的末端连接,彼此对称。
3.根据权利要求2所述的一种二维快速偏摆反射镜,其特征在于:所述第二柔性偏摆机构(3)包括:Y方向支撑横板(3-1)、Y方向偏摆轴支撑板(3-2)、Y方向第一柔性板簧(3-31)、Y方向第二柔性板簧(3-32)、Y方向第一导向板(3-41)、Y方向第二导向板(3-42)、Y方向第一输入接头(3-51)和Y方向第二输入接头(3-52);
所述Y方向支撑横板(3-1)中部上表面设有凹槽,Y方向第一导向板(3-41)和Y方向第二导向板(3-42)形状相同都为圆弧形,Y方向支撑横板(3-1)的两头分别与Y方向第一导向板(3-41)和Y方向第二导向板(3-42)的一头连接,形成类似半圆形形状;
Y方向第一柔性板簧(3-31)和Y方向第二柔性板簧(3-32)形状相同都为长条形,一端分别与Y方向第一导向板(3-41)和Y方向第二导向板(3-42)的内弧中心连接,另一端分别与Y方向偏摆轴支撑板(3-2)的顶部左右两端连接固定;
所述第一柔性偏摆机构(2)与第二柔性偏摆机构(3)组合后俯视平面为十字形,所述X方向支撑横板(2-1)的凹槽和所述Y方向支撑横板(3-1)的凹槽形状契合,通过高强度胶水粘贴在一起,所述第一柔性偏摆机构(2)的X方向偏摆轴第一撑板(2-21)和X方向偏摆轴第二撑板(2-22)之间的空隙用于插入并胶接第二柔性偏摆机构(3)的Y方向偏摆轴支撑板(3-2)。
4.根据权利要求3所述的一种二维快速偏摆反射镜,其特征在于:所述传感驱动组件(4)包括:一个中心固定块(4-1)、沿圆周均布的四个杠杆放大式驱动头(4-21,4-22,4-23,4-24)、沿圆周均布的四个伸缩驱动器(4-31,4-32,4-33,4-34)、沿圆周均布的四个预紧块(4-4)、沿圆周均布的四对电容传感器探头(4-51,4-52,4-53,4-54)、沿圆周均布的四个预紧螺钉(4-6)及其它的螺纹孔;
所述中心固定块(4-1)和杠杆放大式驱动头(4-21,4-22,4-23,4-24)均为整体式结构,由线切割工艺一体化加工而成;中心固定块(4-1)的正中心设有一个通孔,一个螺栓由此穿过将第二柔性偏摆机构(3)、中心固定块(4-1)、底座(5)固定连接;四个均布的是用于固定的螺纹孔,用于连接固定中心固定块(4-1)和底座(5);
所述四个杠杆放大式驱动头(4-21,4-22,4-23,4-24)都有一个中心轴垂直于纸面的螺纹孔,用于固定连接底座(5);四个杠杆放大式驱动头(4-21,4-22,4-23,4-24)的输出端都有两个对称分布的中心轴平行于纸面的螺纹孔,用于固定连接第一柔性偏摆机构(2)和第二柔性偏摆机构(3)的输入接头;每一个杠杆放大式驱动头(4-21,4-22,4-23,4-24)用于分别将伸缩驱动器(4-31,4-32,4-33,4-34)的伸长或缩短量进行放大输出,从而可推动第一柔性偏摆机构(2)和第二柔性偏摆机构(3)运动;
所述四个伸缩驱动器(4-31,4-32,4-33,4-34)加电之后会伸长或者缩短,用于推动每个杠杆放大式驱动头(4-21,4-22,4-23,4-24)运动;
所述四个预紧块(4-4)和四个预紧螺钉(4-6)互相配合,用于对伸缩驱动器(4-31,4-32,4-33,4-34)进行固定和预紧,使伸缩驱动器(4-31,4-32,4-33,4-34)具有一定的预紧力,该预紧力的大小可以通过计算并调节中心轴垂直于纸面的螺纹孔的位置来保证;
所述四对电容传感器探头(4-51,4-52,4-53,4-54)分别粘贴在杠杆放大式驱动头(4-21,4-22,4-23,4-24)和中心固定块(4-1)之间,用于检测该位置的位移变化量;每一对电容传感器探头用于检测一个位置处的位移变化量。
5.根据权利要求4所述的一种二维快速偏摆反射镜,其特征在于:第二柔性偏摆机构(3)的偏摆轴支撑板(3-2)上的设有螺纹孔用于和底座(5)固定连接;
螺栓穿过中心固定块(4-1)的中心通孔,将第二柔性偏摆机构(3)、中心固定块(4-1)和底座(5)固定连接在一起;
第一柔性偏摆机构(2)的上方横板的上表面通过高强度胶水和镜面支撑结构1固定连接在一起。
6.根据权利要求5所述的一种二维快速偏摆反射镜,其特征在于:所述的驱动控制系统(6)包括:四路D/A转换电路、四路功放驱动电路、四路电容调理电路、四路A/D转换电路和DSP数字控制器;四路D/A转换电路用于将DSP输出的四路数字控制信号转换为四路模拟控制信号;四路功放驱动电路的功能是对控制信号进行功率放大,并驱动四路伸缩驱动器使其伸长或缩短;四路功放驱动电路的第一、三路输出分别和传感驱动组件的伸缩驱动器(4-31、4-33)相连;四路功放驱动电路的第二、四路输出分别和传感驱动组件的伸缩驱动器(4-32、4-34)相连;传感驱动组件的电容传感器探头(4-51、4-53)分别和四路电容调理电路的第一、三路输入相连;传感驱动组件的电容传感器探头(4-52、4-54)分别和四路电容调理电路的第二、四路输入相连。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111451791A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-28 | 天津大学 | 一种基于粘滑原理的两自由度摆动平台 |
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