DE102006036494A1 - Transceiver for high-quality links between aircraft and stratospheric platforms, satellites, space probes and similar - Google Patents

Transceiver for high-quality links between aircraft and stratospheric platforms, satellites, space probes and similar Download PDF

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Abstract

Claimed is a two-axis optical beam manipulator communications transceiver for high-quality links between aircraft and stratospheric platforms, satellites, space probes and similar. The communications assembly (10) has a two-axis beam manipulator (14) whose base (16) has a rotatable twin-mirror periscope (18) with a fixed mirror (20) and a swivel-mount mirror (26). The swivel-mount mirror is moved by a motor (38) fixed to the base.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zweiachsigen Strahlmanipulator für eine mobile optische Kommunikationsvorrichtung zur Herstellung einer optischen Freistrahl-Kommunikationsverbindung zwischen sich im Verhältnis zueinander bewegenden Subjekten.The The invention relates to a biaxial beam manipulator for one Mobile optical communication device for producing an optical Free-jet communication link between them in relation to each other moving subjects.

Optische Freistrahl-Kommunikationsverbindungen werden zur Herstellung einer sogenannten optischen Freistrahl-Kommunikationsverbindung zur hochratigen Kommunikation zwischen Landfahrzeugen, Luftfahrzeugen, Wasserfahrzeugen, stratosphärischen Plattformen, Satelliten und Raumsonden eingesetzt. Voraussetzung hierfür ist lediglich eine dämpfungsarme Strecke zwischen den beiden Subjekten. Die optische Dämpfung wird im Wesentlichen durch Nebel, Wolken, Staub und Dunst in der Erdatmosphäre verursacht, wobei Wolken in avionischen Verbindungen den größten Einfluss auf die Dämpfung haben. Durch die Schichtung der Erdatmosphäre ist die vertikale Ausdehnung von Wolken begrenzt, so dass oberhalb einer gewissen Höhe stets eine wolkenfreie und damit dämpfungsarme Verbindung sichergestellt ist.optical Free-jet communication links are used to make a so-called optical free-jet communication link to hochratigen Communication between land vehicles, aircraft, vessels, stratospheric Platforms, satellites and spacecraft used. requirement therefor is only a low-loss Distance between the two subjects. The optical attenuation is essentially caused by fog, clouds, dust and haze in the earth's atmosphere, Clouds in avionics have the biggest influence on damping. The stratification of the Earth's atmosphere is the vertical extent bounded by clouds, so always above a certain height a cloud-free and therefore low-loss Connection is ensured.

Eine optische Freistrahl-Kommunikationsverbindung mit Licht als Trägerwelle bietet gegenüber Funk-Kommunikationsverbindungen eine größere Bandbreite, eine höhere Störsicherheit und relativ geringe erforderliche Sender- und Empfängerleistungen. Die geringe erforderliche Sender- und Empfängerleistung kommt dadurch zustande, dass ein sehr eng gebündelter Lichtstrahl mit sehr geringer Divergenz eingesetzt wird. Der typische Divergenzwinkel von in diesem Bereich eingesetzten Lasern liegt im Bereich von 10 bis 500 μrad. Eine derart geringe Strahldivergenz erfordert in den beteiligten Kommunikationsvorrichtungen einen Strahlmanipulator, der mit einer Genauigkeit von wenigen Tausendstel Grad genau ausgerichtet werden kann.A Free-jet optical communication link with light as a carrier wave offers opposite Radio communication links a larger bandwidth, higher interference immunity and relatively low required transmitter and receiver powers. The low required transmitter and receiver power comes through concluded that a very tightly focused Light beam is used with very little divergence. The typical Divergence angle of lasers used in this area is in the range of 10 to 500 μrad. Such a low beam divergence requires in the involved Communication devices a beam manipulator, with a Accuracy of a few thousandths of a degree can be accurately aligned can.

Als zweiachsige Strahlmanipulatoren sind sogenannten Turret-Systeme bekannt, bei denen Sender und Empfänger auf einem zweiachsig durch Antriebsmotoren drehbaren Tisch angeordnet sind. Wegen der hohen Masse auf dem Tisch sind Turret-Systeme nicht in der Lage, Störungen größerer Frequenz, beispielsweise Vibrationen, ausreichend schnell auszuregeln. Ferner entsteht bei Rotationen der relativ hohen Masse des Tisches einschließlich des Senders und/oder des Empfängers ein nicht unerhebliches Gegendrehmoment. Da der Sender und/oder der Empfänger um mehrere Achsen beweglich auf dem Tisch aufgestellt ist, sind Schleifkontakte für die elektrische Verbindung des Senders und/oder des Empfängers sowie der Antriebsmotoren unvermeidlich.When Two-axis beam manipulators are so-called turret systems known in which transmitter and receiver on a biaxial by drive motors rotatable table are arranged. Because of the high mass on the table Turret systems are not capable of disturbing higher frequency, for example Vibrations, sufficiently fast to regulate. Furthermore arises at Rotations of the relatively high mass of the table including the Sender and / or the recipient a not insignificant counter torque. Because the transmitter and / or the recipient There are several axes movably mounted on the table Sliding contacts for the electrical connection of the transmitter and / or the receiver as well the drive motors inevitable.

Eine Alternative stellen Strahlumlenksysteme mit zwei voneinander unabhängig auf Drehtellern montierten drehbaren Spiegeln dar, wobei die Sende-/Empfangsvorrichtung ortsfest montiert ist und der gesendete bzw. empfangene Lichtsstrahl durch Spiegel mit dem eigenen bzw. dem gegenüber liegenden dem Empfänger ausgerichtet wird. Hierzu ist als Strahlmanipulator mit einem großen Raumwinkel in beiden Achsen ein Zwei-Spiegel-Periskop besonders geeignet. Die Mittelpunkte der beiden Periskop-Spiegel liegen in jeder Stellung des Periskops in der optischen Achse. Das Zwei-Spiegel-Periskop weist hierzu einen periskopfesten Spiegel und einen schwenkbaren Spiegel auf, der durch einen periskopseitigen Antriebsmotor verstellt wird. Die zweite Achse wird durch Rotation des Periskops um eine Periskop-Querachse realisiert. Die elektrische Verbindung zu dem Antriebsmotor und zu dem Encoder des schwenkbaren Spiegels muss über Schleifringe realisiert werden. Der periskopseitige Antriebsmotor einschließlich des Getriebes und Encoders für den schwenkbaren Spiegel stellt eine nicht unerhebliche Masse dar, die die dynamischen Eigenschaften des zweiachsigen Strahlmanipulators beeinträchtigt.A Alternatives feature two beam steering systems independent of each other Turntable mounted rotatable mirrors, wherein the transceiver is mounted stationary and the transmitted or received light beam by mirror with its own or the opposite aligned to the receiver becomes. For this purpose is as a beam manipulator with a large solid angle in both axes, a two-mirror periscope particularly suitable. The Midpoints of the two periscope mirrors are in each position of the periscope in the optical axis. The two-mirror periscope points to this a periscope mirror and a hinged mirror, which is adjusted by a periscope-side drive motor. The second axis is by rotation of the periscope around a periscope transverse axis realized. The electrical connection to the drive motor and to the encoder of the pivoting mirror must be realized via slip rings become. The periscope-side drive motor including the Gearboxes and encoders for the pivoting mirror represents a considerable mass, the dynamic properties of the biaxial beam manipulator impaired.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen verbesserten zweiachsigen Strahlmanipulator für eine Kommunikationsvorrichtung zu schaffen.task the invention it is in contrast, a improved biaxial beam manipulator for a communication device to accomplish.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.These The object is achieved with the Features of claim 1.

Der erfindungsgemäße zweiachsige Strahlmanipulator weist ein zu einer Basis drehbares optisches Zwei-Spiegel-Periskop mit einem periskopfesten Spiegel und einem zu dem Periskop schwenkbaren Spiegel auf. Zum Antrieb des schwenkbaren Spiegels ist ein basisfester Antriebsmotor vorgesehen, der den schwenkbaren Periskop-Spiegel über eine mechanische Transmission antreibt. Auf einen unmittelbaren Antrieb des schwenkbaren Spiegels durch den Antriebsmotor wird also verzichtet. Dadurch ist es möglich, den Antriebsmotor einschließlich des Antriebsmechanismus und des Encoders für den schwenkbaren Spiegel basisseitig anzuordnen, so dass dieser Antriebsmotor über elektrische Leitungen mit Energie versorgt werden kann, die keinerlei sensible Bauelemente, wie beispielsweise Schleifringe o.a., aufweisen.Of the biaxial according to the invention Beam manipulator has a two-mirror periscope rotatable to a base with a periskopfesten mirror and a pivotable to the periscope Mirror up. To drive the swiveling mirror is a basisfester Drive motor provided, the pivoting periscope mirror over a mechanical transmission drives. On an immediate drive the pivotable mirror by the drive motor is therefore omitted. This makes it possible including the drive motor the drive mechanism and the encoder for the pivoting mirror Base side to arrange, so that this drive motor via electrical Lines can be powered with no sensitive Components such as slip rings or the like, have.

Schleifringe stellen eine Quelle für Fehlfunktionen dar und sind für den Betrieb bei niedrigen Temperaturen um –50 °C, wie sie in großen Flughöhen vorherrschen, nur bedingt geeignet. Schleifringe für tiefe Temperaturen sind zwar durchaus möglich, erhöhen aber die Kosten, die Fehleranfälligkeit das Gewicht, etc. Durch die basisseitige Anordnung des Antriebsmotors für den schwenkbaren Spiegel sind keine Schleifringe mehr erforderlich.slip rings make a source for Malfunctions are and are for operating at low temperatures around -50 ° C, as prevalent at high altitudes, only partially suitable. Slip rings for low temperatures are indeed quite possible, increase but the cost, the error rate the weight, etc. By the base-side arrangement of the drive motor for the Swivel mirrors no longer require slip rings.

Ferner gehört die Masse des Antriebsmotors des schwenkbaren Spiegels nicht mehr zur bewegten Masse, sondern zur Basis-Masse. Die periskopseitig bewegte Masse wird also so klein wie möglich gehalten, wodurch eine größtmögliche mechanische Dynamik realisiert wird.Further belongs the mass of the drive motor of the pivoting mirror no longer to the moving mass, but to the base mass. The periscope side moving mass is therefore kept as small as possible, creating a greatest possible mechanical dynamics is realized.

Um die erforderliche Genauigkeit realisieren zu können, sind an die mechanische Transmission hohe Anforderungen bzgl. der Genauigkeit, Spielfreiheit und insbesondere auch der temperaturbedingten Einflüsse zu stellen. Grundsätzlich ist für die Transmission jede mechanische Anordnung geeignet, die die genannten Forderungen erfüllen kann.Around To be able to realize the required accuracy, are the mechanical Transmission high requirements in terms of accuracy, freedom from play and especially the temperature-related influences. in principle is for the transmission is suitable for any mechanical arrangement that the said Meet requirements can.

Vorzugsweise wird die mechanische Transmission von einer Seilzuganordnung mit einem Seilzug gebildet. Unter einem Seilzug ist vorliegend jede Art von Zug- und Schubelementen zu verstehen, die bekannt sind, beispielsweise eine Kette, ein Riemen, ein aus Fasern bestehendes Kabel oder ein Draht. Der oder die Seilzüge müssen ausreichend flexibel sein, da sie umlenkbar sein müssen.Preferably is the mechanical transmission of a cable arrangement with formed a cable. Under a cable is present in the art any kind to understand of pulling and pushing elements, which are known, for example a chain, a belt, a cable made of fibers or a Wire. The one or more cables have to be sufficiently flexible, since they must be deflectable.

Vorzugsweise ist der Seilzug als Zahnriemen ausgebildet. Der Zahnriemen muss einen Metallkern aufweisen, um eine hohe Zugfestigkeit, eine hohe Biegeelastizität und eine geringe Längselastizität sicherzustellen. Ein Zahnriemen gewährleistet auf Grund seiner Zahnung eine hohe Sicherheit gegen Durchrutschen des Seilzuges.Preferably the cable is designed as a toothed belt. The timing belt must a metal core to provide high tensile strength, high flexural elasticity and a to ensure low longitudinal elasticity. A toothed belt ensures due to its teeth a high security against slipping of the cable.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Transmission einen Antriebsring auf der Periskop-Drehachse auf, die eine Periskop-Querachse ist. Ein Abtriebsring ist periskopseitig auf der Periskop-Längsachse angeordnet und mit dem schwenkbaren Spiegel verbunden. Die Periskop-Längsachse ist die optische Achse zwischen den beiden Spiegeln des Perikops. Der Antriebsring und der Abtriebsring sind durch den Seilzug miteinander verbunden. Der Seilzug ist jeweils um den Antriebsring und den Abtriebsring gewunden. Der Abtriebsring und der Antriebsring haben bevorzugt den gleichen Außendurchmesser. Hierdurch werden temperaturbedingte Änderungen des Außenumfanges der beiden Ringe symmetrisch gehalten und müssen nicht auf andere Weise kompensiert werden. Der Seilzug umschlingt den Antriebsring und den Abtriebsring mit einem Umschlingungswinkel von mindestens 180°. Der Seilzug ist symmetrisch mit zwei Strängen zwischen den beiden Ringen aufgespannt. Der Seilzug kann als Endlos-Seilzug ausgebildet sein, kann jedoch auch aus einem einzigen offenen Seilzug oder aber aus zwei voneinander getrennten Seilzug-Stücken bestehen. Der Reibschluss verhindert hier, wie die Zähne des Zahnriemens, ein Durchrutschen. Es ist vorteilhaft, für jede der beiden Spiegel-Schwenkrichtungen einen ziehenden Strang des Seilzuges zur Verfügung zu haben.According to one preferred embodiment, the transmission has a drive ring on the periscope axis of rotation, which is a periscope transverse axis. An output ring is on the periscope side on the periscope longitudinal axis arranged and connected to the pivoting mirror. The periscope longitudinal axis is the optical axis between the two mirrors of the pericope. Of the Drive ring and the output ring are connected to each other by the cable connected. The cable is always around the drive ring and the output ring wound. The output ring and the drive ring are preferred the same outside diameter. As a result, temperature-related changes in the outer circumference The two rings are held symmetrically and do not have to be otherwise be compensated. The cable wraps around the drive ring and the output ring with a wrap angle of at least 180 °. The cable is symmetrical with two strands spanned between the two rings. The cable can be used as an endless cable However, can also be formed from a single open cable or consist of two separate Seilzug pieces. Of the Friction prevents here, like the teeth of the belt, slipping. It is beneficial for each of the two mirror pivot directions a pulling strand the cable available to have.

Eine Besonderheit dieser Konstruktion der Transmission ist, dass durch die Transmissions-Verbindung über einen Seilzug der schwenkbare Spiegel verschwenkt wird, wenn das Periskop gedreht wird. Dies kommt dadurch, dass der Antriebsmotor für den schwenkbaren Spiegel nicht mit dem Periskop mitgeschwenkt wird, wenn das Periskop geschwenkt wird. Bei einer Drehung des Periskops bzw. des periskopfesten Spiegels muss der Antriebsmotor des schwenkbaren Spiegel ebenfalls aktiv werden, wenn der schwenkbare Spiegel in seiner rotatorischen Position verbleiben soll. Eine Drehung des periskopfesten Spiegels bzw. des Periskops erzeugt also stets eine Drehung des schwenkbaren Spiegels, die entsprechend nachgestellt werden muss.A Peculiarity of this construction of the transmission is that through the transmission connection over a cable the pivoting mirror is pivoted when the Periscope is rotated. This comes from the fact that the drive motor for the swiveling Mirror is not swung with the periscope when the periscope is pivoted. With a rotation of the periscope or the periscope Mirror must also be the drive motor of the swivel mirror become active when the pivoting mirror in its rotary Position should remain. A rotation of the periscope mirror or the periscope thus always generates a rotation of the pivotable Mirror, which must be readjusted accordingly.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind zwei periskopfeste Umlenkrollen vorgesehen, die den Seilzug bzw. die beiden Stränge des Seilzugs aus der Antriebsring-Ebene in die Abtriebsring-Ebene umlenken. Da die beiden genannten Ebenen senkrecht zueinander stehen, werden die Seilzug-Stränge ebenfalls in einem rechten Winkel umgelenkt. Durch die in den beiden Ring-Ebenen angeordneten Umlenkrollen wird eine einfache und reibungsarme Ausgestaltung der Transmission realisiert. Insgesamt ist für eine derartige Konstruktion der Transmission der mechanische Aufwand relativ gering. Die Ausbildung des Seilzuges als Endlos-Seilzug hat den Vorteil, dass eine anschlaglose endlose Drehbewegung des schwenkbaren Spiegels ausgeführt werden kann. Um die Periskop-Drehachse ist stets eine endlose Rotation des Periskops möglich. Hierdurch kann das Periskop beispielsweise mehr als eine halbe Hemisphäre abdecken. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn die Kommunikationsvorrichtung sich auf einer sich drehenden Plattform befindet, beispielsweise auf einem Flugzeug im Kreisflug oder auf einer aerostatischen Plattform, die sich um ihre eigene Achse dreht.According to one preferred embodiment, two periskopfeste deflection rollers are provided which the cable or the two strands of the cable from the drive ring level in the output ring level redirect. Since the two mentioned levels are perpendicular to each other, become the cable strands also deflected at a right angle. By in the two Arranged ring levels Pulleys will be a simple and low-friction design of Transmission realized. Overall, for such a construction the transmission of mechanical complexity relatively low. Training The cable as endless cable has the advantage that a non-stop endless rotational movement of the pivoting mirror are performed can. Around the periscope axis of rotation is always an endless rotation of the periscope possible. hereby For example, the periscope can cover more than half a hemisphere. This is especially necessary when the communication device is on a rotating platform, for example on a plane in a circular flight or on an aerostatic platform, which turns around its own axis.

Vorzugsweise sind die Umlenkrollen durch eine Spannvorrichtung federnd gespannt, so dass auch der Seilzug bzw. beide Schenkel des Seilzuges stets gespannt sind. Eine Spannvorrichtung ist schon deshalb erforderlich, da sich die Länge des Seilzuges temperaturbedingt ändert. Da bei einer Temperaturänderung stets beide über die Umlenkrollen laufenden Stränge des Seilzuges eine gleiche Längenänderung erfahren, kommt es hierdurch zu keiner Bewegung des schwenkbaren Spiegels. Durch die gefederten Umlenkrollen wird die Zugspannung des Seilzuges bzw. seiner beiden Stränge über den gesamten Temperaturbereich praktisch konstant gehalten.Preferably the pulleys are resiliently tensioned by a tensioning device, so that the cable or both legs of the cable always are curious. A tensioning device is therefore necessary, as the length the cable changes due to temperature. As with a temperature change always both over the pulleys running strands the cable a same change in length experienced, this does not cause any movement of the pivoting Mirror. Due to the sprung pulleys, the tension is of the cable or its two strands over the entire temperature range kept practically constant.

Vorzugsweise ist der Transmission eine Winkelencoder mit einem Lesekopf zugeordnet, der basisfest angeordnet ist. Für eine hohe Präzision bzw. eine hohe absolute Winkelauflösung ist eine Positionskontrolle bzw. eine Regelung erforderlich. Hierzu ist die Transmission mit einem Winkelencoder ausgerüstet, dem ein basisfester Lesekopf zugeordnet ist. Mit dieser Anordnung lässt sich die genaue Position eines Elementes der Transmission ermitteln. Da der Lesekopf basisfest angeordnet ist, kann auf Schleifringe oder flexible Leitungen zur Energieversorgung und zur Datenübertragung verzichtet werden. Wenn die Transmission u.a. von einem Antriebsring auf der Periskop-Drehachse gebildet wird, ist der Winkelencoder kinematisch dem Antriebsring zugeordnet. Durch den Regelkreis kann dann insbesondere mechanisches Spiel in dem Getriebe zwischen dem Antriebsmotor und dem Antriebsring erfasst und kompensiert werden.Preferably, the transmission is associated with an angle encoder with a read head, which is arranged fixed to the base. For a high precision or a high absolute angular resolution is a Positi onskontrolle or a regulation required. For this purpose, the transmission is equipped with an angle encoder to which a base-fixed read head is assigned. With this arrangement, the exact position of an element of the transmission can be determined. Since the read head is arranged basefest, slip rings or flexible lines for power supply and data transmission can be dispensed with. If the transmission is formed inter alia by a drive ring on the periscope axis of rotation, the angle encoder is kinematically associated with the drive ring. By the control loop can be detected and compensated in particular mechanical play in the transmission between the drive motor and the drive ring.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.in the An embodiment will be described below with reference to the drawings closer to the invention explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine perspektivische Ansicht einer mobilen optischen Kommunikationsvorrichtung, bestehend aus einer Sender-/Empfängervorrichtung und einem Strahlmanipulator, 1 a perspective view of a mobile optical communication device consisting of a transmitter / receiver device and a beam manipulator,

2 eine vergrößerte Darstellung der Transmission des Strahlmanipulators in 1, 2 an enlarged view of the transmission of the beam manipulator in 1 .

3 eine vergrößerte Darstellung der Basis des Strahlmanipulators in 1 und 3 an enlarged view of the base of the beam manipulator in 1 and

4 eine vergrößerte Darstellung der Basis des Strahlmanipulators mit einem Antriebsmotor. 4 an enlarged view of the base of the beam manipulator with a drive motor.

In 1 ist eine mobile optische Kommunikationsvorrichtung 10 dargestellt, die eine Sender-/Empfängervorrichtung 12 und einen Strahlmanipulator 14 aufweist. Die Kommunikationsvorrichtung 10 dient der optischen Freiraum-Kommunikation zwischen allen Arten von Fahrzeugen, insbesondere von Raum- und Luftfahrzeugen, wie beispielsweise Flugzeuge, Drohnen, stratosphärische Plattformen, Satelliten einerseits und einer erdseitigen Vorrichtung oder aber auch einem weiteren Fahrzeug andererseits. Die Kommunikationsvorrichtung kann der optischen Verfolgung von Objekten dienen, kann zur Distanzmessung eingesetzt werden oder der Übermittlung von Bildern zur Erdbeobachtung, Luftaufklärung etc. dienen.In 1 is a mobile optical communication device 10 showing a transmitter / receiver device 12 and a beam manipulator 14 having. The communication device 10 is used for the optical free space communication between all types of vehicles, especially spacecraft and aircraft, such as aircraft, drones, stratospheric platforms, satellites on the one hand and a ground-side device or even another vehicle on the other. The communication device can serve the optical tracking of objects, can be used for distance measurement or the transmission of images for Earth observation, aerial reconnaissance, etc. serve.

Die Sender-/Empfängervorrichtung 12 und eine Manipulator-Basis 16 des Strahlmanipulators 14 sind an einer Fahrzeug-Basis befestigt, beispielsweise am Rumpf des betreffenden Fahrzeuges. Die basisfesten Teile der Kommunikationsvorrichtung 10 sind unbeweglich gegenüber dem Fahrzeug.The transceiver device 12 and a manipulator base 16 the beam manipulator 14 are attached to a vehicle base, such as the hull of the vehicle in question. The base fixed parts of the communication device 10 are immovable to the vehicle.

Auf der Manipulator-Basis 16 ist ein optisches Zwei-Spiegel-Periskop 18 drehbar angeordnet. Das Periskop 18 weist einen periskopfesten Spiegel 20 und einen auf einer Periskop-Längsachse 24 schwenkbaren Spiegel 26 auf. Der Strahlmanipulator 14 ist also zweiachsig ausgebildet. Der periskopfeste Spiegel 20 dreht sich um die Periskop-Drehachse 28. Der Austritt und Eintritt des von der Sender-/Empfängervorrichtung 12 gesendeten bzw. empfangenen Lichts erfolgt durch eine Periskopöffnung 30 auf einer bzw. parallel zu einer Periskopöffnungs-Achse 32.On the manipulator base 16 is a two-mirror optical periscope 18 rotatably arranged. The periscope 18 has a periskopfesten mirror 20 and one on a periscope longitudinal axis 24 swiveling mirror 26 on. The beam manipulator 14 is therefore biaxial. The periscope mirror 20 revolves around the periscope axis of rotation 28 , The exit and entry of the transmitter / receiver device 12 transmitted or received light takes place through a periscope opening 30 on or parallel to a periscope opening axis 32 ,

Die Manipulator-Basis 16 besteht im Wesentlichen aus einem Basis-Rahmen 34, an dem zwei Antriebsmotore 36, 38, die ihnen jeweils zugeordneten Getriebe 40, Motorwippen 42 und Antriebsritzel 44 zugeordnet sind, sowie Encoder-Leseköpfe 46, 48 von Winkelencodern vorgesehen sind.The manipulator base 16 consists essentially of a basic framework 34 , on which two drive motors 36 . 38 to each assigned gearbox 40 , Motor rockers 42 and pinion gear 44 are assigned, as well as encoder read heads 46 . 48 provided by angle encoders.

An dem Basis-Rahmen 34 ist über nicht dargestellte Lager ein hohlzylinderartiger und um die Periskop-Drehachse 28 drehbarer Periskop-Turm 50 montiert. Der drehbare Periskop-Turm 50 ist fest mit einem Periskop-Gehäuse 53 verbunden, das den periskopfesten Spiegel 20 trägt. Der Periskop-Turm 50 weist außen einen Zahnkranz 54 auf, in dem das Antriebsritzel 44 des Antriebsmotors 36 eingreift. Die beiden Antriebsmotoren 36, 38 sind DC-Servomotoren. Die Getriebe 40 sind sogenannte Harmonicdrive-Getriebe. Die Motorwippen 42 sorgen für eine mechanische Vorspannung, durch die ein praktisch spielfreier Betrieb sichergestellt wird. Durch die Verwendung von Zahnrädern, die sich in einem Punkt berühren, wird Spielfreiheit erreicht. Sollte das Spiel durch Abnutzung steigen, ist das wegen der die Anordnung des Winkelencodes hinter dem Getriebe 40 nicht relevant.At the base frame 34 is not shown bearing a hollow cylinder-like and around the periscope axis of rotation 28 rotatable periscope tower 50 assembled. The rotatable periscope tower 50 is fixed with a periscope housing 53 connected, the the periskopfesten mirror 20 wearing. The periscope tower 50 has a sprocket outside 54 on, in which the drive pinion 44 of the drive motor 36 intervenes. The two drive motors 36 . 38 are DC servomotors. The gears 40 are so-called harmonicdrive transmissions. The motor rockers 42 provide a mechanical preload, which ensures a virtually backlash-free operation. By using gears that touch in one point, freedom from play is achieved. Should the game increase due to wear, it is because of the placement of the angle code behind the transmission 40 Not relevant.

Das Periskop 18 weist einen Schwenkkopf 60 auf, der zu der Periskop-Längsachse 24 drehbar an dem Periskop-Gehäuse 53 befestigt ist. Der Antrieb des Schwenkkopfes 60 und des von ihm gehaltenen schwenkbaren Spiegels 26 erfolgt durch eine durch den Antriebsmotor 38 angetriebene und als mechanische Transmission wirkende Seilzuganordnung 64. Die Seilzuganordnung 64 wird von einem Antriebsring 66, einem über Umlenkrollen 68 umgelenkten Seilzug 70 sowie einen Abtriebsring 73 gebildet, der fest an dem Schwenkkopf 60 vorgesehen ist. Der Antriebsring 66 weist einen Zahnkranz 72, einen Winkelencoder-Ring 74 und eine Seiltrommel 76 auf. Der Antriebsring 66 ist um die Periskop-Drehachse 28 drehbar an dem Periskop-Turm 50 angeordnet. Der Antriebsring 66 wird durch den Antriebsmotor 38, das Getriebe 40 sowie das Ritzel 41 angetrieben.The periscope 18 has a swivel head 60 up to the periscope longitudinal axis 24 rotatable on the periscope housing 53 is attached. The drive of the swivel head 60 and the swiveling mirror it holds 26 done by a through the drive motor 38 driven and acting as a mechanical transmission cable arrangement 64 , The cable arrangement 64 is from a drive ring 66 , one over pulleys 68 deflected cable 70 as well as an output ring 73 formed, firmly attached to the swivel head 60 is provided. The drive ring 66 has a sprocket 72 , an angle encoder ring 74 and a rope drum 76 on. The drive ring 66 is about the periscope axis of rotation 28 rotatable on the periscope tower 50 arranged. The drive ring 66 is by the drive motor 38 , The gear 40 as well as the pinion 41 driven.

Die Drehbewegung des Antriebsringes 66 wird von der Seiltrommel 76 auf den Stahl-Seilzug 70 übertragen, der seinerseits seine Bewegung auf den ebenfalls als Seiltrommel ausgebildeten Abtriebsring 73 überträgt. Der Seilzug 70 kann als Endlos-Seilzug ausgebildet sein. Vorliegend besteht der Seilzug 70 aus zwei voneinander getrennten Stahlzügen, deren Enden jeweils in den Seiltrommeln des Antriebsringes 66 und des Abtriebsringes 73 verankert sind. Die Seiltrommeln weisen zur Führung des Seilzuges 70 entsprechende Führungsnuten auf, die in einer Querebene liegen können, wenn der Seilzug ein Endlos-Seilzug ist, oder aber gewindeartig verlaufen, wenn der Seilzug offen oder zweiteilig ausgebildet ist.The rotational movement of the drive ring 66 gets off the rope drum 76 on the steel cable 70 which in turn transfers its motion to the output ring, which is also designed as a cable drum 73 transfers. The cable 70 can be designed as an endless cable. In the present case there is the cable 70 from two separate steel cables whose ends are each in the cable drums of the drive ring 66 and the output ring 73 are anchored. The rope drums point to the leadership of the cable 70 corresponding guide grooves, which may lie in a transverse plane when the cable is an endless cable, or run thread-like when the cable is open or two-piece design.

Die beiden Umlenkrollen 68 sind an einem eine Spannvorrichtung 90 bildenden gefederten Schlitten 92 drehbar gelagert, der durch Spannfedern 94 in ungefähr der Winkelhalbierenden zu der Periskop-Drehachse 28 und der Periskop-Längsachse 24 distal gespannt ist. Hierdurch wird der Seilzug 70 stets mit einer konstanten Vorspannung beaufschlagt und Spiel kompensiert. Insbesondere werden hierdurch temperaturbedingte Längenänderungen des Seilzuges 70 ausgeglichen.The two pulleys 68 are at a tensioning device 90 forming sprung carriage 92 rotatably mounted, by tension springs 94 in approximately the bisecting line to the periscope axis of rotation 28 and the periscope longitudinal axis 24 is stretched distally. This will cause the cable 70 always applied with a constant bias and game compensated. In particular, this causes temperature-induced changes in length of the cable 70 balanced.

Als Seilzug kann auch ein als Zahnriemen ausgebildeter Endlos-Seilzug verwendet werden. Der Zahnriemen muss einen Metallkern aufweisen und eine über den Einsatz-Temperaturbereich möglichst gleichbleibende Biegesteifigkeit aufweisen.When Cable can also be designed as a toothed belt endless cable be used. The timing belt must have a metal core and one over the use temperature range as possible have constant bending stiffness.

In 3 ist insbesondere der Bereich des dem Antrieb des schwenkbaren Spiegels 26 zugeordneten Winkelencoders dargestellt, der im Wesentlichen von dem Lesekopf 46, der an dem Basis-Rahmen 34 befestigt ist, und dem Winkelencoder-Ring 74 gebildet wird. Mit der beschriebenen Anordnung der mechanischen Transmission kann auch der Abtriebsmotor 36 für den schwenkbaren Spiegel 26 des Periskops 18 basisfest angeordnet werden. Das Gleiche gilt den sich auf den schwenkbaren Spiegel 26 beziehenden Winkelencoder.In 3 is in particular the area of the drive of the pivoting mirror 26 associated Winkelencoders shown in the main of the read head 46 that is attached to the base frame 34 is attached, and the angle encoder ring 74 is formed. With the described arrangement of the mechanical transmission can also be the output motor 36 for the swiveling mirror 26 of the periscope 18 be arranged basefest. The same applies to the pivoting mirror 26 related angle encoder.

Zur Regelung des Antriebsmotors 36, der das Periskop 18 bzw. den periskopfesten Spiegel 20 dreht, ist an dem Periskop-Turm 50 ein Winkelencoder-Ring 97 vorgesehen, der mit einem entsprechenden basisfesten Lesekopf gelesen wird.For controlling the drive motor 36 that the periscope 18 or the periscope mirror 20 turns is at the periscope tower 50 an angle encoder ring 97 provided, which is read with a corresponding base fixed read head.

Beide Periskopspiegel 20, 26 weisen die gleiche Fläche auf und liegen mit ihren Mittelpunkten ungefähr in der optischen Periskop-Längsachse. Mit der beschrieben mobilen optischen Kommunkationsvorrichtung 10 lässt sich in einem Temperaturbereich von –70 °C bis +50 °C und darüber hinaus mit einer Genauigkeit von 1,0 μrad bis wenigen 100 μrad ein von der Sender-/Empfängervorrichtung 12 erzeugter Laser-Lichstrahl einstellen bzw. mit einer entsprechenden hohen Regelgenauigkeit, sowie hohen Regelfrequenz und -gute regeln.Both periscope levels 20 . 26 have the same area and lie with their centers approximately in the optical periscope longitudinal axis. With the described mobile optical communication device 10 settles in a temperature range of -70 ° C to +50 ° C and beyond with an accuracy of 1.0 μrad to a few 100 μrad of the transmitter / receiver device 12 set laser light beam or regulated with a corresponding high control accuracy, and high control frequency and good.

Claims (12)

Zweiachsiger Strahlmanipulator (14) für eine mobile optische Kommunikationsvorrichtung (10), mit einem zu einer Basis (16) drehbaren optischen Zwei-Spiegel-Periskop (18) mit einem periskopfesten Spiegel (20) und einem schwenkbaren Spiegel (26), dadurch gekennzeichnet, dass ein basisfester Antriebsmotor (38) zum Schwenken des schwenkbaren Spiegels (26) und eine mechanische Transmission zwischen dem Antriebsmotor (38) und dem schwenkbaren Spiegel (26) vorgesehen sind.Biaxial beam manipulator ( 14 ) for a mobile optical communication device ( 10 ), with a to a base ( 16 ) rotatable optical two-mirror periscope ( 18 ) with a periscope mirror ( 20 ) and a pivotable mirror ( 26 ), characterized in that a base-fixed drive motor ( 38 ) for pivoting the pivotable mirror ( 26 ) and a mechanical transmission between the drive motor ( 38 ) and the pivotable mirror ( 26 ) are provided. Zweiachsiger Strahlmanipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Transmission von einer Seilzuganordnung (64) mit einem Seilzug (70) gebildet wird.Two-axis beam manipulator according to claim 1, characterized in that the mechanical transmission of a cable arrangement ( 64 ) with a cable ( 70 ) is formed. Zweiachsiger Strahlmanipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmission einen Antriebsring (66) auf der Periskop-Drehachse (28), die eine Persikop-Querachse ist, und einen mit dem schwenkbaren Spiegel (26) verbundenen Abtriebsring (73) auf der Periskop-Längsachse (24) aufweist, wobei der Antriebsring (66) und der Abtriebsring (73) durch den Seilzug (70) miteinander verbunden sind.Two-axis beam manipulator according to claim 1 or 2, characterized in that the transmission is a drive ring ( 66 ) on the periscope axis of rotation ( 28 ), which is a Persikop transverse axis, and one with the pivoting mirror ( 26 ) connected output ring ( 73 ) on the periscope longitudinal axis ( 24 ), wherein the drive ring ( 66 ) and the output ring ( 73 ) by the cable ( 70 ) are interconnected. Zweiachsiger Strahlmanipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Seilzug (70) den Antriebsring (66) mit 180° umschlingt.Two-axis beam manipulator according to claim 3, characterized in that the cable ( 70 ) the drive ring ( 66 ) wraps around at 180 °. Zweiachsiger Strahlmanipulator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei periskopfeste Umlenkrollen (68) vorgesehen sind, die den Seilzug (70) aus der Antriebsring-Ebene in die Abtriebsring-Ebene umlenken.Biaxial beam manipulator according to claim 3 or 4, characterized in that two periscope deflection rollers ( 68 ) are provided, which the cable ( 70 ) from the drive ring level to the output ring level. Zweiachsiger Strahlmanipulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkrollen (68) mit einer Spannvorrichtung (90) federnd gespannt sind.Two-axis beam manipulator according to claim 5, characterized in that the deflection rollers ( 68 ) with a tensioning device ( 90 ) are resiliently tensioned. Zweiachsiger Strahlmanipulator nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmission einen Winkelencoder mit einem Lesekopf (46) aufweist, wobei der Lesekopf (46) des Winkelencoders basisfest angeordnet ist.Two-axis beam manipulator according to one of claims 1-6, characterized in that the transmission is an angle encoder with a read head ( 46 ), wherein the read head ( 46 ) of the angle encoder basefest is arranged. Zweiachsiger Strahlmanipulator nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass ein basisfester Antriebsmotor (36) zum Drehen des Periskops (18) um die Periskop-Drehachse (28) vorgesehen ist.Two-axis beam manipulator according to one of claims 1-7, characterized in that a base-fixed drive motor ( 36 ) for turning the periscope ( 18 ) around the periscope axis of rotation ( 28 ) is provided. Zweiachsiger Strahlmanipulator nach einem der Ansprüche 2–8, dadurch gekennzeichnet, dass der Seilzug (70) ein Endlos-Seilzug ist.Two-axis beam manipulator according to one of claims 2-8, characterized in that the cable ( 70 ) is an endless cable. Zweiachsiger Strahlmanipulator nach einem der Ansprüche 2–9, dadurch gekennzeichnet, dass der Seilzug ein Zahnriemen ist.Two-axis beam manipulator after one of claims 2-9, characterized in that the cable is a toothed belt. Zweiachsiger Strahlmanipulator nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass der Seilzug aus zwei gegengleich gewickelten Seilzustücken gebildet ist.Two-axis beam manipulator according to one of claims 1-10, characterized in that the cable is wound from two opposite Seilzustücken is formed. Mobile optische Kommunikationsvorrichtung (10) mit einem zweiachsigen Strahlmanipulator nach einem der Ansprüche 1–11.Mobile optical communication device ( 10 ) with a biaxial beam manipulator according to any one of claims 1-11.
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