CN209231600U - 一种基于十字柔性铰链连接的快速反射镜装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于十字柔性铰链连接的快速反射镜装置，包括壳体组件、反射镜、反射镜支架、十字柔性铰链组件、多个音圈电机和至少一个传感器；反射镜由反射镜支架支撑；反射镜支架通过十字柔性铰链组件与前壳基座连接，音圈电机包括固定连接于反射镜支架上的音圈电机线圈和设置于前壳基座的凹槽内的音圈电机磁缸；传感器穿过前壳基座固定连接于前壳内部的传感器座。采用十字柔性铰链组件作为与反射镜支架直接接触的结构，用于约束快速反射镜的自由度、减小快速反射镜在运动过程与快速反射镜支架之间的间隙、实现了对反射镜偏转位置的粗调整；传感器通过接收反射镜位置的信号并将其反馈给控制系统，控制系统对音圈电机发出信号，实现了对反射镜位置的精调整。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电扫描跟踪技术领域，具体涉及一种基于十字柔性铰链连接的快速反射镜。
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。
传统的快反镜，一般包括四个音圈电机。在每个旋转轴方向上采用两个音圈电机组成推拉式对，为反射镜提供平滑、均匀的扭矩。
快速反射镜的承载形式主要包括刚性承载和柔性承载两种。与刚性承载式快速反射镜相比，柔性承载式快速反射镜利用柔性单元自身的变形来约束快速反射镜的自由度，具有无摩擦、结构紧凑等特点。但由于快速反射镜的柔性承载结构与反射镜镜座不能一直完全接触，造成柔性承载结构与反射镜镜座之间会存在间隙，特别是当反射镜镜座运动时，这种间隙不可避免。这种间隙的存在会影响快速反射镜的指向精度。
现有技术方案中快速反射镜的柔性承载结构与反射镜镜座不能一直完全接触，造成柔性承载结构与反射镜镜座之间会存在间隙，特别是当反射镜镜座运动时，这种间隙不可避免。这种间隙的存在会影响快速反射镜的指向精度。快速反射镜的一个重要指标就是工作带宽，而影响该指标的器件是其中的音圈电机，必须具有较高的出力和较短的阶跃响应时间。传统的快速反射镜，一般包括四个音圈电机。在每个旋转轴方向上采用两个音圈电机组成推拉式对，为反射镜提供平滑、均匀的扭矩。
发明内容
(一)实用新型目的
为了减小现有的柔性承载式快速反射镜结构中柔性结构与反射镜镜座间的间隙，进一步提高柔性承载式快速反射镜的精度，本实用新型提供了一种基于十字柔性铰链连接的快速反射镜，以十字柔性铰链组件作为音圈电机驱动的快速反射镜的支承结构。
(二)技术方案
为达到上述目的，本实用新型提供了一种基于十字柔性铰链连接的快速反射镜装置，包括壳体组件、反射镜4、反射镜支架5、十字柔性铰链组件 19、多个音圈电机和至少一个传感器9；
所述壳体组件包括前壳1和后壳2，前壳1和后壳2连接在一起；
所述反射镜4由所述反射镜支架5支撑于所述前壳1的前端；所述反射镜支架5通过所述十字柔性铰链组件19与前壳基座21连接，所述前壳基座 21位于所述前壳1的前端并与所述反射镜支架5相对；
每个所述音圈电机包括音圈电机线圈10和音圈电机磁缸11，所述音圈电机线圈10固定连接于所述反射镜支架5上，所述音圈电机磁缸11设置于前壳基座21的凹槽内；
所述至少一个传感器9穿过所述前壳基座21固定连接于所述前壳1内部的传感器座8。
进一步的，所述反射镜支架5沿其外周设置有多个凸耳3，通过所述多个凸耳3将反射镜4固定连接于所述反射镜支架5的一端面。
进一步的，所述十字柔性铰链组件19包括十字柔性铰链座6和铰链座连接支架端7；
所述十字柔性铰链座6通过紧固螺钉与所述反射镜支架5固定连接，所述铰链座连接支架端7设置于前壳基座21的凹槽内、并通过紧固螺钉与前壳基座21连接。
进一步的，在所述前壳基座21上设置有至少一个镜托限位件12，所述镜托限位件12包括镜托限位柱122和位于镜托限位柱122上表面的镜托限位垫121。
进一步的，还包括传感器驱动板14、主控板15和主控驱动板16，设置于后壳2内。
进一步的，还包括锁止机构13，设置于前壳基座21上，所述锁止机构 13包括锁止凸轮131、锁止机构座132和锁止电机133。
进一步的，还包括保护罩20，在快速反射镜停止工作时罩设于所述反射镜4及反射镜支架5上。
进一步的，所述音圈电机包括四个音圈电机线圈10和四个音圈电机磁缸 11，分别对称地设置于所述反射镜支架5上和前壳基座21的凹槽内。
进一步的，所述传感器9具有四个，分别间隔设置在所述四个音圈电机磁缸11之间。
进一步的，每个音圈电机磁缸11的两边均设置一个镜托限位件12。
综上所述，本实用新型提供了一种基于十字柔性铰链连接的快速反射镜，包括壳体组件、反射镜、反射镜支架、十字柔性铰链组件、多个音圈电机和至少一个传感器；反射镜由反射镜支架支撑；反射镜支架通过十字柔性铰链组件与前壳基座连接，音圈电机包括固定连接于反射镜支架上的音圈电机线圈和设置于前壳基座的凹槽内的音圈电机磁缸；至少一个传感器穿过前壳基座固定连接于前壳内部的传感器座。
(三)有益效果
本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本实用新型提供的基于十字柔性铰链连接的快速反射镜，采用十字柔性铰链作为与反射镜支架直接接触的结构，用于约束快速反射镜的自由度；十字旋转轴位于十字柔性铰链固定柱底端的尾孔中，减小快速反射镜在运动过程与快反镜支架之间的间隙，实现对反射镜偏转位置的粗调整；电涡流传感器通过接收反射镜位置的信号并将其反馈给控制系统，控制系统对音圈电机发出信号，实现对反射镜位置的精调整；音圈电机直接推动反射镜支架，减小了快速反射镜系统的尺寸，使整体结构更为紧凑。
附图说明
图1为本实用新型的基于十字柔性铰链连接的快速反射镜的整体结构示意图；
图2(a)、(b)、(c)分别是图1所示的快速反射镜的主视图、左视图和俯视图；
图3是图1的快速反射镜的保护罩、前壳、后壳的相对位置分布示意图；
图4是本实用新型的快速反射镜的结构爆炸示意图；
图5是图4中部分结构的爆炸示意图；
图6是图1的快速反射镜沿着反射镜中心轴方向从纵向剖切的剖面图；
图7是图1的快速反射镜沿着反射镜中心轴方向的局部剖面图；
图8是图1的快速反射镜的包含音圈电机磁缸的前壳示意图；
图9是安装有反射镜、音圈电机线圈和十字柔性铰链组件的反射镜支架的示意图；
图10是十字柔性铰链组件的结构示意图；
图11是锁止机构的结构示意图；
图12是电涡流传感器座及电涡流传感器组件的结构示意图。
附图标记：
1：前壳；2、23：后壳；3：凸耳；4：反射镜；5：反射镜支架；6：柔性铰链十字轴座；7：柔性铰链十字轴座连接支架端；8：电涡流传感器座；9：电涡流传感器；10：音圈电机线圈；11：音圈电机磁缸；12：镜托限位件； 121：镜托限位垫；122：镜托限位柱；13：锁止机构；131：锁止凸轮；132：锁止机构座；133：锁止电机；14：电涡流传感器驱动板；15：主控板；16：主控驱动板；17：十字柔性铰链；18：驱动板连接插头；19：十字柔性铰链组件；20：保护罩；21：前壳基座；22：紧固螺钉。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、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，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。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实用新型的概念。
本实用新型提供了一种基于十字柔性铰链连接的快速反射镜装置，如图 1-7所示，包括反射镜4、反射镜支架5、十字柔性铰链组件19、多个音圈电机、至少一个传感器9以及用于包裹这些器件和散热的壳体组件；该壳体组件包括前壳1和后壳2，在工作状态下，前壳1和后壳2连接在一起；反射镜4由反射镜支架5支撑于前壳1的前端；反射镜支架5通过十字柔性铰链组件19与前壳基座21连接，前壳基座21位于前壳1的前端并与反射镜支架5相对；每个音圈电机包括音圈电机线圈10和音圈电机磁缸11，音圈电机线圈10固定连接于反射镜支架5上，音圈电机磁缸11设置于前壳基座21的凹槽内；至少一个传感器9穿过前壳基座21固定连接于前壳1内部的传感器座 8。该传感器9可以具体选择为电涡流传感器。
图3是反射镜组件保护罩20、前壳1、后壳2的相对位置分布示意图。保护罩20用于在快速反射镜停止工作时保护快速反射镜4及快速反射镜支架 5，前壳1用来放置音圈电机磁缸11、锁止机构组件13。后壳包括23和2，在一般情况下工作时，可以将壳23拿掉，直接将前壳1和后壳2相连；当某些条件下为了减少反射镜主体的重量，可将1和2分开，将后壳2与壳23 合并用于放置电路板，再通过线与前壳1组件相连，这样可以减小整个快速反射镜装置的体积和质量。后壳2用来固定电涡流传感器驱动板14、主控板 15和主控驱动板16，主控驱动板16上连接有驱动板连接插头18。最后一侧的栅格状相当于散热片，用来进行散热，防止部件变形从而影响快速反射镜的精度。图4是快速反射镜的结构爆炸示意图，其中的电涡流传感器驱动板 14和主控板15应位于前壳1内部，为了方便看清其结构，将其示出于前壳1的外部。
如图1和5所示，反射镜支架5沿其外周设置有多个凸耳3，图中示意性的显示有4个，但并不限于此，具体数量与音圈电机线圈10的数量一致，通过多个凸耳3将反射镜4固定连接于反射镜支架5的一端面。具体的，音圈电机包括四个音圈电机线圈10和四个音圈电机磁缸11，音圈电机线圈固定在反射镜支架的定位连接孔上，并且绕反射镜支架对称中心呈90度在X-Y 轴上分布；音圈电机磁缸位于前壳基座上，通过四个紧固螺钉对称分布在前壳基座的四个凹槽内。
图8是包含音圈电机磁缸的前壳示意图。从图中可以清晰地看到四个音圈电机磁缸11以及音圈电机的永磁体、锁止机构13、四个电涡流传感器9。电涡流传感器9从前壳基座21的四个通孔中穿过，连接到前壳内部的电涡流传感器座8上，并且沿着电涡流传感器座8的轴心对称的分布在四周。如图 12所示，电涡流传感器座8通过内六角圆柱螺钉22固定到前壳内部的内壁上。工作时，电涡流传感器通过电涡流效应原理实时测量测头到快速反射镜支架组件的距离，以此来判断快速反射镜的转动角度和位移并将结果反馈到控制器进行实时反馈控制。
如图1和8所示，在前壳基座21上设置有至少一个镜托限位件12，镜托限位件12包括镜托限位柱122和位于镜托限位柱122上表面的镜托限位垫 121。其中镜托限位柱122使反射镜支架5无法继续向内移动，防止音圈电机线圈10完全进入音圈电机磁钢11内，镜托限位垫可以起到缓冲的作用，防止音圈电机线圈10受到损伤。具体的，每个音圈电机磁缸11的两边都有一个镜托限位件12，从图8可以清楚地看到镜托限位件12的镜托限位垫121 和镜托限位柱122的位置关系。
图9是包含反射镜4、线圈10和十字柔性铰链17的反射镜支架5的示意图。反射镜4通过凸耳3的方式和/或胶结的方式与反射镜支架5连接；反射镜支架5通过凸耳在外圆周上沿X-Y轴与四个结构相同的音圈电机线圈相连接。
如图5、9和10所示，十字柔性铰链组件19包括十字柔性铰链座6和铰链座连接支架端7；十字柔性铰链座6通过紧固螺钉与反射镜支架5固定连接，铰链座连接支架端7设置于前壳基座21的凹槽内、并通过紧固螺钉与前壳基座21连接。如图10所示，十字柔性铰链组件19还包括四个铰链17组成十字柔性铰链，在工作时，快速反射镜的旋转会带动十字柔性铰链旋转轴旋转，可以对反射镜起到缓冲和保护的作用。
如图4和11所示，该快速反射镜还包括锁止机构13，设置于前壳基座 21上，锁止机构13包括锁止凸轮131、锁止机构座132和锁止电机133。锁止电机133通过轴套与锁止凸轮131连接，并穿过锁止机构座132的孔连接在其上，锁止机构座132安装在前壳1上。在快速反射镜不工作时，可以通过锁止凸轮将反射镜卡住，避免反射镜组件松动，起到保护作用。
如图8和12所示，电涡流传感器9共有四个，4个电涡流传感器包括第一电涡流传感器、第二电涡流传感器、第三电涡流传感器和第四电涡流传感器，分别间隔设置在四个音圈电机磁缸11之间并固定设置于电涡流传感器座 8上，该电涡流传感器座8由紧固螺钉22固定连接于前壳基座21内。
综上所述，本实用新型提供了一种基于十字柔性铰链连接的快速反射镜，包括壳体组件、反射镜、反射镜支架、十字柔性铰链组件、多个音圈电机和至少一个传感器；反射镜由反射镜支架支撑；反射镜支架通过十字柔性铰链组件与前壳基座连接，以十字柔性铰链组件作为支承结构,进一步提高了柔性承载式快速反射镜的精度。该快速反射镜，采用十字柔性铰链作为与反射镜支架直接接触的结构，用于约束快速反射镜的自由度；十字旋转轴位于十字柔性铰链固定柱底端的尾孔中，通过球面座与压缩弹簧一起组成刚性支承调整柔性支承结构与反射镜镜框之间的间隙，减小快速反射镜在运动过程与快反镜支架之间的间隙，实现对反射镜偏转位置的粗调整；电涡流传感器通过接收反射镜位置的信号并将其反馈给控制系统，控制系统对音圈电机发出信号，实现对反射镜位置的精调整；四个音圈电机直接推动反射镜支架，减小了快速反射镜系统的尺寸，使整体结构更为紧凑。
应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型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)
1.一种基于十字柔性铰链连接的快速反射镜装置，其特征在于，包括壳体组件、反射镜(4)、反射镜支架(5)、十字柔性铰链组件(19)、多个音圈电机和至少一个传感器(9)；
所述壳体组件包括前壳(1)和后壳(2)，前壳(1)和后壳(2)连接在一起；
所述反射镜(4)由所述反射镜支架(5)支撑于所述前壳(1)的前端；所述反射镜支架(5)通过所述十字柔性铰链组件(19)与前壳基座(21)连接，所述前壳基座(21)位于所述前壳(1)的前端并与所述反射镜支架(5)相对；
每个所述音圈电机包括音圈电机线圈(10)和音圈电机磁缸(11)，所述音圈电机线圈(10)固定连接于所述反射镜支架(5)上，所述音圈电机磁缸(11)设置于前壳基座(21)的凹槽内；
所述至少一个传感器(9)穿过所述前壳基座(21)固定连接于所述前壳(1)内部的传感器座(8)。
2.根据权利要求1所述的基于十字柔性铰链连接的快速反射镜装置，其特征在于，所述反射镜支架(5)沿其外周设置有多个凸耳(3)，通过所述多个凸耳(3)将反射镜(4)固定连接于所述反射镜支架(5)的一端面。
3.根据权利要求1所述的基于十字柔性铰链连接的快速反射镜装置，其特征在于，所述十字柔性铰链组件(19)包括十字柔性铰链座(6)和铰链座连接支架端(7)；
所述十字柔性铰链座(6)通过紧固螺钉与所述反射镜支架(5)固定连接，所述铰链座连接支架端(7)设置于前壳基座(21)的凹槽内、并通过紧固螺钉与前壳基座(21)连接。
4.根据权利要求1所述的基于十字柔性铰链连接的快速反射镜装置，其特征在于，在所述前壳基座(21)上设置有至少一个镜托限位件(12)，所述镜托限位件(12)包括镜托限位柱(122)和位于镜托限位柱(122)上表面的镜托限位垫(121)。
5.根据权利要求1所述的基于十字柔性铰链连接的快速反射镜装置，其特征在于，还包括传感器驱动板(14)、主控板(15)和主控驱动板(16)，设置于后壳(2)内。
6.根据权利要求1所述的基于十字柔性铰链连接的快速反射镜装置，其特征在于，还包括锁止机构(13)，设置于前壳基座(21)上，所述锁止机构(13)包括锁止凸轮(131)、锁止机构座(132)和锁止电机(133)。
7.根据权利要求1所述的基于十字柔性铰链连接的快速反射镜装置，其特征在于，还包括保护罩(20)，在快速反射镜停止工作时罩设于所述反射镜(4)及反射镜支架(5)上。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于十字柔性铰链连接的快速反射镜装置，其特征在于，所述音圈电机包括四个音圈电机线圈(10)和四个音圈电机磁缸(11)，分别对称地设置于所述反射镜支架(5)上和前壳基座(21)的凹槽内。
9.根据权利要求8所述的基于十字柔性铰链连接的快速反射镜装置，其特征在于，所述传感器(9)具有四个，分别间隔设置在所述四个音圈电机磁缸(11)之间。
10.根据权利要求4所述的基于十字柔性铰链连接的快速反射镜装置，其特征在于，每个音圈电机磁缸(11)的两边均设置一个镜托限位件(12)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 100085 1006, 1st floor, lin831-nei1, Changping Road, Anning North Road, Haidian District, Beijing Patentee after: Beijing ruikongxin Technology Co.,Ltd. Address before: Building 13, No. 801, Changlin, Xisanqi, Haidian District, Beijing 100096 Patentee before: BEIJING RUIKONGXIN TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Building 1, 3rd Floor, Hefei Luyang Big Data Industrial Park, No. 868 Qinghe Road, Luyang District, Hefei City, Anhui Province, 230041 Patentee after: Anhui Ruikongxin Optoelectronic Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 100085 1006, 1st floor, lin831-nei1, Changping Road, Anning North Road, Haidian District, Beijing Patentee before: Beijing ruikongxin Technology Co.,Ltd. Country or region before: China |