CN217587762U - 一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜 - Google Patents

Abstract

一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜，涉及光学精密机械结构设计领域，该反射镜包括支撑框架、转轴、扫摆镜、角度数据反馈组件和电机组件；支撑框架为半包围式圆柱空心框架，其顶部与底部为环形架板，架板上均开设螺孔；角度数据反馈组件通过螺栓固定在支撑框架顶部环形架板上；电机组件固定安装在支撑框架底部中央环形架板下；转轴贯穿角度数据反馈组件、支撑框架和电机组件，并在顶部与底部通过螺母固定，扫摆镜安装在转轴上，并使扫摆镜位于支撑框架之中，扫摆镜、角度数据反馈组件和电机组件处于同一运动轴线。该装置结构简单，整体结构布局合理紧凑、体积小，装配方式简单，回转精度高，可适应多种工作环境，抗冲击振动能力强。

Description

一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜

技术领域

本实用新型涉及光学精密机械结构设计领域，特别涉及一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜。

背景技术

快速反射镜是在目标场景和成像探测器器件之间控制系统光轴的反射镜装置，可作为光源发射端与接收端之间调整光束传播方向的精密光学仪器，己被广泛应用于激光通讯、图像稳定、复合轴精密跟踪等领域，用于改变光束指向。快速反射镜的特点使具有较小的运动范围、较高的伺服带宽、高跟踪精度。它对粗跟踪残差和宽功率谱振动都有较强的抑制能力，能够快速和高精度的对准或跟踪，是目前成像搜跟系统以及红外热像仪中的关键组件。

目前，快速反射镜的结构形式大致分为两类：框架式结构和柔性铰链式结构，虽然结构形式不相同，但实现的功能相同。柔性铰链结构具有相应快速，闭环带宽高的优点，但是其转角范围小，承载能力弱，对反射镜指标要求较高导致其在红外热像仪等成像设备中应用局限，而且结构复杂，成本较高。轴系框架式结构，即X-Y两轴系的振镜，其中方位轴与地轴平行，俯仰轴与地轴垂直。在X-Y轴的执行元件为直流电机或者旋转电机，测量元件为光电编码器或者直流测速机。轴系框架式结构具有转角范围大，承载能力强，承载反射镜广泛等优点，但其对设计加工精度要求较高，系统转动惯量较大，摩擦力矩较大。

发明内容

为提供一种大偏转角度、同时可以承载多种不同尺寸不同指标的反射镜、适应多种工作环境、结构简单，并且还能具有较强的抗干扰抗冲击能力的小型化设计的快速反射镜装置，本实用新型提出一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜。

一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜，其特征在于该反射镜包括支撑框架、转轴、扫摆镜、角度数据反馈组件和电机组件；支撑框架为半包围式圆柱空心框架，其顶部与底部为环形架板，架板上均开设螺孔；角度数据反馈组件通过螺栓固定在支撑框架顶部环形架板上，角度数据反馈组件轴心开置限位安装孔；电机组件固定安装在支撑框架底部中央环形架板下，电机组件轴心开设限位安装孔；转轴贯穿角度数据反馈组件的限位安装孔、支撑框架和电机组件的限位安装孔，并在顶部与底部通过螺母固定，扫摆镜安装在转轴上，并使扫摆镜位于支撑框架之中，扫摆镜、角度数据反馈组件和电机组件处于同一运动轴线。

所述转轴包括固定卡槽、上部轴承、中部轴承和下部轴承，固定卡槽由背板上下两端胶接顶板和底板构成，顶板与底板前侧开设安装螺孔，背板中部开设胶接孔，背板中部两侧设置有带有胶接孔的耳片；上部轴承与顶板转动连接，上部轴承顶部设置螺纹；中部轴承与底板转动连接，中部轴承底部设置螺纹；底部轴承与中部轴承转动连接，底部轴承底部设置螺纹。

所述扫摆镜为椭圆形结构，其上下两端设置紧固凸台，紧固凸台上开设安装螺孔，将扫摆镜的紧固凸台卡入转轴的固定卡槽内，用螺钉穿过紧固凸台的安装螺孔和固定卡槽上的安装螺孔，将扫摆镜固定于转轴上；扫摆镜背面设置有凸棱用于对镜体自身强度进行加固，扫摆镜表面镀高强度反光膜。

所述角度数据反馈组件由角度数据反馈器、反馈器压块、反馈器座和上部轴承限位柱构成，角度数据反馈器安装在反馈器压块中，反馈器压块上预留数据线孔，角度数据反馈器的数据线从数据线孔中接入，反馈器压块通过螺栓固定在反馈器坐上，反馈器座通过螺栓固定在支撑框架顶部环形架板上，角度数据反馈器、反馈器压块和反馈器座的中心开设同径同轴的转轴定位孔，转轴的上部轴承贯穿角度数据反馈组件上的所有转轴定位孔，下端与固定卡槽连接，上端由顶部螺母固定，在上部轴承外周套设上部轴承限位柱，上部轴承限位柱位于反馈器压块内。

所述电机组件由电机固定座、电机压块、电机底座和电机组构成，电机压块通过螺栓固定在电机固定座顶端，电机压块中心与电机固定座中心开设同径同轴的轴承安装孔，转轴的中部轴承安装在中部轴承安装孔中；电机固定座中心开设电机组安装孔，所述电机组由电机定位筒、电机和供电线构成，电机安装在电机定位筒中心，电机轴向中心预留定位孔，电机定位筒的尺寸与电机固定座的电机安装孔匹配并将其放置在电机安装孔中，电机固定座底部由螺栓固定安装电机底座，电机组和电机底座中心开设转轴定位孔，转轴的下部轴承贯穿电机组和电机上的定位孔，上端与中部轴承连接，下端通过尾部螺母固定，供电线通过电机底座上的孔洞向外伸出，下部轴承外周套设下部轴承限位柱，下部轴承限位柱位于电机组和电机压块之间。

所述电机组使用有限直流电机驱动。

本反射镜的有益效果在于：首先，该装置结构简单，整体结构布局合理紧凑、体积小，装配方式简单，回转精度高。并且，因其刚性结构设计，使本装置可适应多种工作环境，抗冲击振动能力强，且在多种情况下可以承载不同尺寸不同种类的快速反射镜镜体。其次，该装置配置有高精度角度反馈组件，组件通过与所述轴系框架式快速反射镜转轴通过刚性连接，保证了角度反馈组件为控制系统提供精确的角度偏转信息，在一定程度上提高了光学设备整体的探测精度，降低了系统误差。最后，本发明装置使用了高精度编码器，通过所述反馈组件编码器为所述快速反射镜提供精确的角度位置反馈信息，并可以根据实际需要调整实时回转角度，增强系统抗干扰能力，满足实时指标需求。

附图说明

图1为一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜的正视图；

图2为一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜的侧视图；

图3为支撑框架的结构示意图；

图4为转轴的侧视图；

图5为转轴的仰视图；

图6为扫摆镜的结构示意图；

图7为角度数据反馈组件的机构示意图；

图8为电机固定座的结构示意图；

图9为电机压块的结构示意图；

图10为电机底座的结构示意图；

图11为上部轴承限位柱的结构示意图

图12为下部轴承限位柱的结构示意图；

图13为电机组的结构示意图；

其中，1-支撑框架，11-架板，2-转轴，21-固定卡槽，211-背板，212-顶板，213-底板，214-胶接孔，215-耳片，22-上部轴承，23-中部轴承，24-下部轴承，3-扫摆镜，31-紧固凸台，4-角度数据反馈组件，41-角度数据反馈器，42-反馈器压块，43-反馈器座，44-上部轴承限位柱，45-顶部螺母，5-电机组件，51-电机固定座，52-电机压块，53-电机底座，54-电机组，541-电机定位筒，542-电机转子，543供电线，55-尾部螺母，56-下部轴承限位柱。

具体实施方式

一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜包括支撑框架1、转轴2、扫摆镜3、电机组件4和角度数据反馈组件5；支撑框架1为半包围式圆柱空心框架，其顶部与底部为环形架板11，架板11上均开设螺孔。

转轴2为钛合金材质，其包括固定卡槽21、上部轴承22、中部轴承23和下部轴承24，固定卡槽21由背板211上下两端胶接顶板212和底板213构成，顶板212与底板213前侧开设有安装螺孔，背板211中部开设有胶接孔214，背板211中部两侧设置有带有胶接孔的耳片215；上部轴承22与顶板212转动连接，上部轴承22顶部部设置螺纹；中部轴承23与底板213转动连接，中部轴承22底部设置螺纹；底部轴承24与中部轴承23转动连接，底部轴承24底部设置螺纹。

扫摆镜3为椭圆形结构，其上下两端设置紧固凸台31，紧固凸台31上开设安装螺孔，将扫摆镜3的紧固凸台31卡入转轴2的固定卡槽21内，用螺钉穿过紧固凸台31的安装螺孔和固定卡槽21上的安装螺孔，将扫摆镜3固定于转轴2上，并在螺钉处涂抹硅橡胶，防止螺钉松动；同样，在背板211及耳片215的胶接孔中涂抹硅橡胶，增加扫摆镜3与转轴2的粘合程度。扫摆镜3背面设置有凸棱用于对镜体自身强度进行加固，扫摆镜3表面镀高强度反光膜。

角度数据反馈组件4由角度数据反馈器41、反馈器压块42、反馈器座43和上部轴承限位柱44构成，其中反馈器压块42、反馈器座43和上部轴承限位柱44为铝合金材质，角度数据反馈器41安装在反馈器压块42中，反馈器压块42上开设数据线孔，角度数据反馈器41的数据线从数据线孔中接入，反馈器压块42通过螺栓固定在反馈器坐43上，反馈器座43通过螺栓固定在支撑框架1顶部环形架板11上，角度数据反馈器41、反馈器压块42和反馈器座43的中心开设同径同轴的转轴定位孔，转轴2的上部轴承22贯穿角度数据反馈组件4上的所有转轴定位孔，下端与固定卡槽21连接，上端由顶部螺母45固定，在上部轴承22外周套设上部轴承限位柱44，上部轴承限位柱44位于反馈器压块42内。

电机组件5由电机固定座51、电机压块52、电机底座53和电机组54构成，电机压块52通过螺栓固定在电机固定座51顶端，电机压块52中心与电机固定座51中心开设同径同轴的轴承安装孔，转轴2的中部轴承23安装在轴承安装孔中；电机固定座51中心开设电机组安装孔。电机组54由电机定位筒541、电机542和供电线543构成，电机542安装在电机定位筒541中心，电机542轴向中心预留定位孔，电机542使用有限直流电机，有限直流电机效率高，功耗小，转子结构简单，适合于超高速运行；另外，该电机动态响应快调速性能好，可在重负载条件下实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。电机定位筒541的尺寸与电机固定座51的电机安装孔匹配并将其放置在电机安装孔中，电机固定座51底部通过螺栓固定安装电机底座53，电机组54和电机底座53中心开设转轴定位孔，转轴2的下部轴承24贯穿电机组54和电机底座53上的定位孔，上端与中部轴承23连接，下端通过尾部螺母55固定，供电线543通过电机底座53上的孔洞向外伸出，下部轴承24外周套设下部轴承限位柱56，下部轴承限位柱56位于电机组54和电机压块52之间。

本反射镜的工作原理为：电机组件5驱动转轴2，转轴2带动扫摆镜3进行工作，扫摆镜3、角度数据反馈组件4和电机组件5处于同一运动轴线。角度数据反馈组件4实时反馈运动信息，通过角度数据反馈组件4控制标定有限直流电机的运动角度，使其运动角度满足系统工作需要。

Claims (6)

1.一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜，其特征在于该反射镜包括支撑框架、转轴、扫摆镜、角度数据反馈组件和电机组件；支撑框架为半包围式圆柱空心框架，其顶部与底部为环形架板，架板上均开设螺孔；角度数据反馈组件通过螺栓固定在支撑框架顶部环形架板上，角度数据反馈组件轴心开置限位安装孔；电机组件固定安装在支撑框架底部中央环形架板下，电机组件轴心开设限位安装孔；转轴贯穿角度数据反馈组件的限位安装孔、支撑框架和电机组件的限位安装孔，并在顶部与底部通过螺母固定，扫摆镜安装在转轴上，并使扫摆镜位于支撑框架之中，扫摆镜、角度数据反馈组件和电机组件处于同一运动轴线。

2.如权利要求1所述的一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜，其特征在于所述转轴包括固定卡槽、上部轴承、中部轴承和下部轴承，固定卡槽由背板上下两端胶接顶板和底板构成，顶板与底板前侧开设安装螺孔，背板中部开设胶接孔，背板中部两侧设置有带有胶接孔的耳片；上部轴承与顶板转动连接，上部轴承顶部设置螺纹；中部轴承与底板转动连接，中部轴承底部设置螺纹；底部轴承与中部轴承转动连接，底部轴承底部设置螺纹。

3.如权利要求1所述的一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜，其特征在于所述扫摆镜为椭圆形结构，其上下两端设置紧固凸台，紧固凸台上开设安装螺孔，将扫摆镜的紧固凸台卡入转轴的固定卡槽内，用螺钉穿过紧固凸台的安装螺孔和固定卡槽上的安装螺孔，将扫摆镜固定于转轴上；扫摆镜背面设置有凸棱用于对镜体自身强度进行加固，扫摆镜表面镀高强度反光膜。

4.如权利要求1所述的一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜，其特征在于所述角度数据反馈组件由角度数据反馈器、反馈器压块、反馈器座和上部轴承限位柱构成，角度数据反馈器安装在反馈器压块中，反馈器压块上预留数据线孔，角度数据反馈器的数据线从数据线孔中接入，反馈器压块通过螺栓固定在反馈器坐上，反馈器座通过螺栓固定在支撑框架顶部环形架板上，角度数据反馈器、反馈器压块和反馈器座的中心开设同径同轴的转轴定位孔，转轴的上部轴承贯穿角度数据反馈组件上的所有转轴定位孔，下端与固定卡槽连接，上端由顶部螺母固定，在上部轴承外周套设上部轴承限位柱，上部轴承限位柱位于反馈器压块内。

5.如权利要求1所述的一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜，其特征在于所述电机组件由电机固定座、电机压块、电机底座和电机组构成，电机压块通过螺栓固定在电机固定座顶端，电机压块中心与电机固定座中心开设同径同轴的轴承安装孔，转轴的中部轴承安装在中部轴承安装孔中；电机固定座中心开设电机组安装孔，所述电机组由电机定位筒、电机和供电线构成，电机安装在电机定位筒中心，电机轴向中心预留定位孔，电机定位筒的尺寸与电机固定座的电机安装孔匹配并将其放置在电机安装孔中，电机固定座底部由螺栓固定安装电机底座，电机组和电机底座中心开设转轴定位孔，转轴的下部轴承贯穿电机组和电机上的定位孔，上端与中部轴承连接，下端通过尾部螺母固定，供电线通过电机底座上的孔洞向外伸出，下部轴承外周套设下部轴承限位柱，下部轴承限位柱位于电机组和电机压块之间。

6.如权利要求5所述的一种轻量化单轴轴系框架式快速反射镜，其特征在于所述电机组使用有限直流电机驱动。

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