CN114578504A - 一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜 - Google Patents

Abstract

本发明属于快速反射镜领域，公开了一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜，包括平面反射镜组件、柔性支撑组件、传感器组件、作动器、反作用板和基座；柔性支撑组件包括上柔性支撑和下柔性支撑，平面反射镜组件通过上柔性支撑与基座连接；反作用板通过下柔性支撑与基座的另一侧连接；传感器组件和作动器均为四个，且传感器组件和作动器交错均匀分布在平面反射镜组件上，传感器组件一端连接平面反射镜组件，另一端连接基座，作动器一端连接平面反射镜组件，另一端连接反作用板。本发明的快速反射镜消除了快速反射镜的反作用力，极大减少了快速反射镜运动对基座的影响，提高了整个系统的性能。

Description

一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜

技术领域

本发明涉及快速反射镜领域，尤其涉及一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜。

背景技术

快速发射镜是近几年来发展起来的用于高精度光束控制的光学装置，可以在较宽的带宽范围内保证高精度的惯性指向精度，可以应用于天文望远镜、精密跟踪瞄准、远距离侦查、激光通讯、激光武器等领域。

快速反射镜系统通常采用柔性结构来提供的支撑，可以实现无摩擦和快速响应。柔性支撑是利用弹性材料或者通过一定的形状设计，来达到工作方向刚度小、非工作方向刚度大的特性。柔性支撑具有无磨损、运动平稳、不需要润滑、工作温度范围广，可靠性高于普通机械结构的优点，被广泛用于各种微动机构。

现有的快速反射镜由于轴系、作动器摩擦等因素带来了非线性扰动，不利于控制精度的进一步提高。同时，在作动器驱动快速反射镜的过程中，大质量的快速反射镜作高动态运转，作动器的驱动力矩会产生显著的反作用力，传递到基座上，对整个基座的稳定性造成影响，进而对所在光学系统造成影响。传统的快速反射镜没有考虑作动器反作用力对平台运动的干扰作用，为实现更高精度的稳定控制，实现无反作用力的快速反射镜装置，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜，旨在解决现有技术中作动器反作用力影响反射镜精度的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供的方案是：一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜，包括平面反射镜组件、柔性支撑组件、传感器组件、作动器、反作用板和基座；

所述柔性支撑组件包括上柔性支撑和下柔性支撑，所述平面反射镜组件通过所述上柔性支撑与所述基座连接；所述反作用板通过所述下柔性支撑与所述基座的另一侧连接；

所述传感器组件和所述作动器均为四个，且所述传感器组件和所述作动器交错均匀分布在所述平面反射镜组件上，

所述传感器组件一端连接所述平面反射镜组件，另一端连接所述基座，

所述作动器一端连接所述平面反射镜组件，另一端连接所述反作用板。

优选的，所述上柔性支撑的中心轴线与所述下柔性支撑的中心轴线重合。

优选的，所述上柔性支撑和下柔性支撑分别具有两个端面，其中一个端面相对于另一个端面具有两轴旋转的自由度。

优选的，所述柔性支撑组件为基于十字柔性轴承的柔性组件。

优选的，所述平面反射镜组件包括平面反射镜、反射镜背板，所述平面反射镜通过粘结的方式安装在所述反射镜背板上，所述平面反射镜的中心轴线与快速反射镜的Z轴重合。

优选的，所述反射镜背板的底部设置有四个中心对称分布的凸台，所述凸台用于连接所述作动器。

优选的，所述作动器包括线圈和磁座，四个所述线圈呈十字安装在所述反射镜背板的凸台上，四个所述磁座呈十字安装在所述反作用板上。

优选的，所述传感器组件包括高精度位置传感器、传感器安装底座，所述高精度位置传感器安装在所述基座上，所述传感器安装底座为柔性板，所述传感器安装底座的一端通过固定螺钉紧固，另一端通过调整螺钉调整所述传感器安装底座的Z向位置。

优选的，所述高精度位置传感器采用电容或电感式非接触式测量传感器。

本申请技术方案的有益效果：

(1)本发明中采用柔性支撑方式，可以为快速反射镜提供支撑和绕X轴和Y轴两维旋转自由度并限制其他方向的自由度，能够满足快速反射镜的自由度要求，同时保证快速反射镜无摩擦影响，有效地降低了系统的摩擦干扰。

(2)本发明采用了反作用板结构，增加了反作用惯量，当平面反射镜组件和反作用板的动态参数匹配时，就会消除快速反射镜的反作用力，极大减少了快速反射镜运动对基座的影响，提高了整个系统的性能。

(3)本发明采用了一端固定、另一端可以调整距离的柔性板来对高精度位置传感器的位置进行调整校准，方便快速精准定位，极大提高了装调效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的快速反射镜结构示意图；

图2是本发明实施例提供的快速反射镜装置的中轴线剖视图；

图3是本发明实施例提供的平面反射镜组件结构示意图

图4是本发明实施例提供的作动器线圈安装示意图；

图5是本发明实施例提供的快速反射镜除去平面反射镜组件后的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的快速反射镜装置的旋转剖视图。

附图标号说明：

1、平面反射镜组件；2、柔性支撑；3、传感器组件；4、作动器；5、反作用板；6、基座；11、平面反射镜；12、反射镜背板；21、上柔性支撑；22、下柔性支撑；31、高精度位置传感器；32、传感器安装底座；33、调整螺钉；3a、第一高精度位置传感器；3b、第二高精度位置传感器；3c、第三高精度位置传感器；3d、第四高精度位置传感器；41、线圈；42、磁座；4a、第一作动器；4b、第二作动器；4c、第三作动器；4d、第四作动器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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地随之改变。

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”另一个元件，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。

另外，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指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至图6所示，其为本发明的一种实施例的一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜，包括平面反射镜组件1、柔性支撑组件2、传感器组件3、作动器4、反作用板5和基座6；

所述柔性支撑组件2包括上柔性支撑21和下柔性支撑22，所述上柔性支撑21和所述下柔性支撑22均有两个端面，一端相对于另一端有两轴旋转的自由度，快速反射镜系统通过柔性支撑组件的弹性变形得到扭转运动，平面反射镜组件1与所述上柔性支撑21的上端面固定连接，所述上柔性支撑21的下端面与所述基座固定链接；所述反作用板5与所述下柔性支撑22的下端面固定连接，所述下柔性支撑22的上端面与所述基座6的另一侧固定连接，所述下柔性支撑22的中心轴线与所述上柔性支撑21的中心轴线重合。

进一步的，所述柔性支撑组件2为基于十字柔性轴承的柔性组件。所述柔性支撑组件可采用柔性单元，如柔性轴、柔性平板、柔性铰链等。

所述平面反射镜组件1包括平面反射镜11、反射镜背板12，所述平面反射镜11通过粘结方式安装在所述反射镜背板12上，所述平面反射镜11的中心轴线与快速反射镜的Z轴重合，所述反射镜背板12的下端面均匀布有4个结构相同的凸台13。

所述作动器4均为四个，如图5所示的第一作动器3a、第二作动器3b、第三作动器3c、第四作动器3d。

所述作动器4包括线圈41和磁座42，4个所述线圈以坐标原点O为中心成“十”字安装在反射镜背板12上，X轴和Y轴上各两个，对称分布，且4个所述线圈分别设置在所述平面反射镜组件的凸台13上；4个所述磁座42以坐标原点O为中心成“十”字安装在反作用板5上，X轴和Y轴上各两个，对称分布。所述作动器4采用压电陶瓷或音圈电机等。

所述传感器组件3与所述基座6相固连，所述传感器组件3为四个，其安装位置与所述作动器4交错分布，如图5中的第一传感器组件3a、第二传感器组件3b、第三传感器组件3c、第四传感器组件3d，且所述第一传感器3a、所述第二传感器3b、所述第三传感器3c、所述第四传感器3d分别于所述平面反射镜11下端面的测量平面14正对，以间接测量平面反射镜组件1绕X轴和Y轴的转动角度，实现对平面反射镜组件1转角的闭环控制。

所述传感器组件3包括高精度位置传感器31、传感器安装底座32，所述传感器安装底座32为一个柔性板，所述传感器安装底座32一端通过固定螺钉紧固，另一端通过旋转调整螺钉33，进行微量的距离调整，调整传感器安装底座32的Z向位置，进而调整高精度位置传感器31的Z向位置。

进一步的，所述调整螺钉33的前端为球头型，减少磨损，同时避免损伤工件。

本申请实施例的所述高精度位置传感器31采用电容或电感式非接触式测量传感器。

本申请的快速反射镜通过所述基座6底面上的螺纹孔固定于外部设备上。

本申请实施例中的平面反射镜11、反射镜背板12和4个作动器的线圈41组成了快速反射镜的正向转动部分；反作用板5和4个作动器的磁座42组成了快速反射镜的反向转动部分，提供一个反作用惯量；高精度位置传感器31、传感器安装底座32、调整螺钉33和基座6组成了快速反射镜的不动部分，上柔性支撑21为平面反射镜组件1和4个作动器4的线圈41提供了承载能力，下柔性支撑22为反作用板5和4个作动器4的磁座42提供了承载能力。

本申请快速反射镜的工作原理是：

本发明中的柔性支撑组件能够分别提供x向和y向两轴的旋转自由度而限制其他方向的自由度，并且不会对系统运动产生额外的摩擦影响；作动器接收来自控制系统的驱动信号，驱动平面反射镜组件产生相应的线位移，从而使得平面反射镜组件保持稳定。每个作动器分成两个运动部分，同时运动。平面反射镜组件在转动的过程中，作动器向上的部分驱动平面反射镜组件转动，作动器向下的部分同时驱动反作用板反方向运动，提供一个反作用惯量来消除反作用力。当平面反射镜组件和反作用板的动态参数匹配时，即当反射镜组件和作动器上半部分的转动惯量与上柔性支撑的刚度之比等于反作用板和作动器下半部分的转动惯量与下柔性支撑的刚度之比时，就不会存在额外的力或者力矩传递到外部设备上，提高基座稳定性的同时，也进而减少快速反射镜的额外干扰，提高快速反射镜的指向精度。

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 (9)

1.一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜，其特征在于，包括平面反射镜组件(1)、柔性支撑组件(2)、传感器组件(3)、作动器(4)、反作用板(5)和基座(6)；

所述柔性支撑组件(2)包括上柔性支撑(21)和下柔性支撑(22)，所述平面反射镜组件(1)通过所述上柔性支撑(21)与所述基座(6)连接；所述反作用板(5)通过所述下柔性支撑(22)与所述基座(6)的另一侧连接；

所述传感器组件(3)和所述作动器(4)均为四个，且所述传感器组件(3)和所述作动器(4)交错均匀分布在所述平面反射镜组件(1)上，

所述传感器组件(3)一端连接所述平面反射镜组件(1)，另一端连接所述基座(6)，

所述作动器(4)一端连接所述平面反射镜组件(1)，另一端连接所述反作用板(5)。

2.根据权利要求1所述的一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜，其特征在于，所述上柔性支撑(21)的中心轴线与所述下柔性支撑(22)的中心轴线重合。

3.根据权利要求2所述的一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜，其特征在于，所述上柔性支撑(21)和下柔性支撑(22)分别具有两个端面，其中一个端面相对于另一个端面具有两轴旋转的自由度。

4.根据权利要求1所述的一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜，其特征在于，所述柔性支撑组件(2)为基于十字柔性轴承的柔性组件。

5.根据权利要求1所述的一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜，其特征在于，所述平面反射镜组件(1)包括平面反射镜(11)、反射镜背板(12)，所述平面反射镜(11)通过粘结的方式安装在所述反射镜背板(12)上，所述平面反射镜(11)的中心轴线与快速反射镜的Z轴重合。

6.根据权利要求5所述的一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜，其特征在于，所述反射镜背板(12)的底部设置有四个中心对称分布的凸台(13)，所述凸台(13)用于连接所述作动器(4)。

7.根据权利要求6所述的一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜，其特征在于，所述作动器(4)包括线圈(41)和磁座(42)，四个所述线圈(41)呈十字安装在所述反射镜背板(12)的凸台(13)上，四个所述磁座(42)呈十字安装在所述反作用板(5)上。

8.根据权利要求1所述的一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜，其特征在于，所述传感器组件(3)包括高精度位置传感器(31)、传感器安装底座(32)，所述高精度位置传感器(31)安装在所述基座(6)上，所述传感器安装底座(32)为柔性板，所述传感器安装底座(32)的一端通过固定螺钉紧固，另一端通过调整螺钉(33)调整所述传感器安装底座(32)的Z向位置。

9.根据权利要求8所述的一种基于柔性支撑的无反作用力快速反射镜，其特征在于，所述高精度位置传感器(31)采用电容或电感式非接触式测量传感器。

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