專利名稱：一種小型化剛性承載式快速反射鏡的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種快速反射鏡，特別是中心采用關節軸承作為連接副、測量元件采用電容傳感器進行位置反饋的小型化剛性承載式快速反射鏡。
背景技術：
中國發明專利“申請號為201110261049. 9”公開了一種剛性承載式快速反射鏡。其運動部分與不動部分之間通過一個關節軸承實現剛性連接，大幅度增加了系統的承載能力。但是音圈電機通過搖板間接驅動反射鏡進行擺動，導致快速反射鏡Z軸方向尺寸較大。另一方面，快反裝置在Χ、γ軸線上、音圈電機的外側各采用I個大體積光柵測微儀進行該方向位置信息的測量與反饋，直接增大了快反裝置Χ、γ軸方向的尺寸。因此，盡管這種快速反射鏡的承載能力強、抗干擾效果突出，但小型化困難，其應用領域十分受限。
發明內容
為了克服現有剛性承載式快速反射鏡小型化困難的不足，進一步拓展剛性承載式快速反射鏡在車載、機載、艦載等領域的應用，本發明提供了一種音圈電機直接推動反射鏡支撐板、4個電容傳感器非X、Y軸線布置進行位置信息測量的小型化剛性承載式快速反射鏡。本發明解決上述問題所采用的技術方案是一種小型化剛性承載式快速反射鏡，包括平面反射鏡、鏡片壓塊、反射鏡座、直線式音圈電機、關節軸承、軸承壓環、圓螺母、電機支撐板、壓縮彈簧、球面支撐座、彈簧座、調整墊片、滾珠、支撐基座、電容傳感器。其中，音圈電機由線圈和磁座兩部分組成；反射鏡座包括反射鏡支撐板、中心軸、滾珠孔和4個電容傳感器測量凸臺，中心軸與電容傳感器測量凸臺位于反射鏡支撐板的同側，且中心軸位于反射鏡支撐板的對稱中心處，4個電容傳感器測量凸臺以中心軸為中心均勻分布在X、Y軸的兩條對稱線上。平面反射鏡通過鏡片壓塊固連在反射鏡支撐板的一側表面，4個音圈電機的線圈以坐標原點為中心成“十”字均勻固連在反射鏡支撐板的另一側表面，Χ、Υ軸線上各2個，且距離坐標原點的距離與4個電容傳感器測量凸臺距離X或Y軸的距離相等。圓螺母與中心軸通過螺紋連接，并將關節軸承的內環緊固在中心軸上。軸承壓環與支撐基座相固連，并將關節軸承的外環緊固在支撐基座上。電機支撐板固連在支撐基座的4個支柱上，4個音圈電機的磁座以坐標原點為中心成“十”字均勻固連在電機支撐板的一側表面，Χ>Υ軸線上各2個，且距離坐標原點的距離與4個電容傳感器測量凸臺距離X或Y軸的距離相等。彈簧座通過調整墊片固連在電機支撐板的另一側表面。球面支撐座位于彈簧座的中心孔中，并將壓縮彈簧限制在彈簧座與球面支撐座之間，可以通過更換不同厚度的調整墊片來調節壓縮彈簧的預緊力。滾珠位于反射鏡座上的滾珠孔中，其直徑比滾珠大O. 02mm,滾珠可在其中自由轉動。球面支撐座的內球面在壓縮彈簧的作用下與滾珠的外表面相切，以消除關節軸承內環與外環之間的間隙，同時為快速反射鏡的運動部分提供二次支撐，進一步提高快速反射鏡的承載能力。完成裝配后，球面支撐座的內球面與關節軸承共球心。4個電容傳感器固連在電機支撐板上，分別與反射鏡座上的4個測量凸臺正對，以間接測量反射鏡座繞X、Y軸轉動的角度，實現對平面反射鏡轉角的閉環控制。因此，平面反射鏡、鏡片壓塊、反射鏡座、關節軸承的內環、圓螺母、滾珠和4個音圈電機的線圈組成了快速反射鏡的轉動部分。支撐基座、關節軸承的外環、軸承壓環、電機支撐板、彈簧座、調整墊片、壓縮彈簧、球面支撐座、電容傳感器和4個音圈電機的磁座組成了快速反射鏡的不動部分。由于音圈電機的磁座較線圈重3飛倍，因此，選擇音圈電機的線圈與反射鏡支撐板相固連，以減小快反裝置運動部分的轉動慣量。本發明的有益效果是本發明的小型化剛性承載式快速反射鏡，采用音圈電機直接推動反射鏡支撐板，減小了快速反射鏡Z軸方向的尺寸；4個小型電容傳感器與4個音圈電機交錯分布，減小了快速反射鏡X、Y軸方向的尺寸。從結構原理上保證了剛性承載式快速反射鏡的小型化，有利于剛性承載式快速反射鏡在環境惡劣、空間受限的場合應用。本發明的小型化剛性承載式快速反射鏡，運動部分與支撐基座之間通過關節軸承 進行剛性連接，繼承了剛性支撐式快速反射鏡承載能力大，抗干擾能力強的優點。本發明的小型化剛性承載式快速反射鏡，采用壓縮彈簧實現球面支撐座和滾珠對快速反射鏡運動部分的二次支撐，更易于系統裝調與質量控制。本發明的小型化剛性承載式快速反射鏡，采用電容傳感器差動式測量，即系統每一次的反饋信息均由4個傳感器差分獲得，提高了控制系統的測量精度。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。圖I是本發明快速反射鏡的組成結構圖。圖2是圖I的A-A向剖視圖。圖3是反射鏡座的組成結構圖。圖4是支撐基座的組成結構圖。圖中的附圖標記表示為1_平面反射鏡；2_鏡片壓塊；3_反射鏡座；4_直線式音圈電機；5_關節軸承；6_軸承壓環；7_圓螺母；8_電機支撐板；9_壓縮彈簧；10-球面支撐座；11-彈簧座；12-調整墊片；13_滾珠；14-支撐基座；15-第一電容傳感器；16-第二電容傳感器；17_第三電容傳感器；18_第四電容傳感器；31_反射鏡支撐板；32_中心軸；33_滾珠孔；34_電容傳感器測量凸臺；41_音圈電機的線圈；42_音圈電機的磁座；51_關節軸承內環；52_關節軸承外環；4a-第一音圈電機；4b-第二音圈電機；4c_第三音圈電機；4d_第四音圈電機；141-支柱;mm-X、Y軸的第一對稱線；nn_X、Y軸的第二對稱線。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做以詳細說明。參照圖I 4，本發明的小型化剛性承載式快速反射鏡，包括平面反射鏡I、鏡片壓塊2、反射鏡座3、第一音圈電機4a、第二音圈電機4b、第三音圈電機4c、第四音圈電機4d、關節軸承5、軸承壓環6、圓螺母7、電機支撐板8、壓縮彈簧9、球面支撐座10、彈簧座11、調整墊片12、滾珠13、支撐基座14、第一電容傳感器15、第二電容傳感器16、第三電容傳感器17、第四電容傳感器18。其中，音圈電機4由線圈41和磁座42兩部分組成；反射鏡座3包括反射鏡支撐板31、中心軸32、滾珠孔33和4個電容傳感器測量凸臺34，中心軸32與電容傳感器測量凸臺34位于反射鏡支撐板31的同側，且中心軸32位于反射鏡支撐板31的對稱中心處，4個電容傳感器測量凸臺34以中心軸32為中心均勻分布于X、Y軸的第一對稱線_和第二對稱線nn上。平面反射鏡I通過鏡片壓塊2固連在反射鏡支撐板31的一側表面，4個音圈電機4的線圈41以坐標原點O為中心成“十”字均勻固連在反射鏡支撐板31的另一側表面，X、Y軸線上各2個，且距離坐 標原點O的距離與4個電容傳感器測量凸臺34距離X或Y軸的距離相等。圓螺母7與中心軸32通過螺紋連接，并將關節軸承5的內環51緊固在中心軸32上。軸承壓環6與支撐基座14相固連，并將關節軸承5的外環52緊固在支撐基座14上。電機支撐板8固連在支撐基座14的4個支柱141上，4個音圈電機的磁座42以坐標原點O為中心成“十”字均勻固連在電機支撐板8的一側表面，X、Y軸線上各2個，且距離坐標原點O的距離與4個電容傳感器測量凸臺34距離X或Y軸的距離相等。彈簧座11通過調整墊片12固連在電機支撐板8的另一側表面。球面支撐座10位于彈簧座11的中心孔中，并將壓縮彈簧9限制在彈簧座11與球面支撐座10之間，可以通過更換不同厚度的調整墊片12來調節壓縮彈簧9的預緊力。滾珠13位于反射鏡座3上的滾珠孔33中，其直徑比滾珠13大O. 02mm，滾珠13可在其中自由轉動。球面支撐座10的內球面在壓縮彈簧9的作用下與滾珠13的外表面相切，以消除關節軸承內環51與外環52之間的間隙，同時為快速反射鏡的運動部分提供二次支撐，進一步提高快速反射鏡的承載能力。完成裝配后，球面支撐座10的內球面與關節軸承5共球心O。4個電容傳感器15 18固連在電機支撐板8上，分別與反射鏡座3上的4個測量凸臺34正對，以間接測量反射鏡座3繞X、Y軸轉動的角度，實現對平面反射鏡I轉角的閉環控制。因此，平面反射鏡I、鏡片壓塊2、反射鏡座3、關節軸承的內環51、圓螺母7、滾珠13和4個音圈電機的線圈41組成了快速反射鏡的轉動部分。支撐基座14、關節軸承的外環52、軸承壓環6、電機支撐板8、彈簧座11、調整墊片12、壓縮彈簧9、球面支撐座10、電容傳感器15 18和4個音圈電機的磁座42組成了快速反射鏡的不動部分。由于音圈電機的磁座42較線圈41重3飛倍，因此，選擇音圈電機的線圈41與反射鏡支撐板31相固連，以減小快反裝置運動部分的轉動慣量。工作時,控制位于X軸上的第一音圈電機4a、第三音圈電機4c作推拉運動，即可實現平面反射鏡I繞Y軸旋轉。在平面反射鏡I繞Y軸旋轉的同時，將第一電容傳感器15與第二電容傳感器16的測量值取平均值即可獲得第一音圈電機4a的位移量；將第三電容傳感器17與第四電容傳感器18的測量值取平均值即可獲得第三音圈電機4c的位移量；再將第一音圈電機4a的位移量與第三音圈電機4c的位移量取平均值，并反饋給伺服控制系統，即可實現對平面反射鏡I繞Y軸旋轉角度的精確閉環控制。工作時，控制位于Y軸上的第二音圈電機4b、第四音圈電機4d作推拉運動，即可實現平面反射鏡I繞X軸旋轉。在平面反射鏡I繞X軸旋轉的同時，將第一電容傳感器15與第四電容傳感器18測量值取平均值即可獲得第四音圈電機4d的位移量，將第二電容傳感器16與第三電容傳感器17的測量值取平均值即可獲得第二音圈電機4b的位移量；再將第二音圈電機4b的位移量與第四音圈電機4d的位移量取平均值，并反饋給伺服控制系統，即可實現對平面反射鏡I繞X軸旋轉角度的精確閉環控制。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造的保護范圍之中。·
權利要求
1.一種小型化剛性承載式快速反射鏡，其特征在于，包括平面反射鏡(I)、鏡片壓塊(2)、反射鏡座(3)、4個音圈電機(4)、關節軸承(5)、軸承壓環(6)、圓螺母(7)、電機支撐板(8)、壓縮彈簧(9)、球面支撐座(10)、彈簧座(11)、調整墊片(12)、滾珠(13)、支撐基座 (14)、4個電容傳感器；每個音圈電機(4)分別包括線圈(41)和磁座(42);電機支撐板(8)固連在支撐基座 (14)的4個支柱(141)上，4個音圈電機(4)的磁座(42)以坐標原點O為中心成“十”字均勻固連在電機支撐板(8)的一側表面，X、Y軸線上各2個，且距離坐標原點O的距離與4個電容傳感器測量凸臺(34)距離X或Y軸的距離相等；彈簧座(11)通過調整墊片(12)固連在電機支撐板(8)的另一側表面；球面支撐座(10)位于彈簧座(11)的中心孔中，并將壓縮彈簧(9)限制在彈簧座(11)與球面支撐座(10)之間；反射鏡座(3)包括反射鏡支撐板(31)、中心軸(32)、滾珠孔(33)和4個電容傳感器測量凸臺(34)，中心軸(32)與電容傳感器測量凸臺(34)位于反射鏡支撐板(31)的同側，且中心軸(32)位于反射鏡支撐板(31)的對稱中心處；4個電容傳感器測量凸臺(34)以中心軸 (32)為中心均勻分布于X、Y軸的第一對稱線mm和第二對稱線nn上；平面反射鏡(I)通過鏡片壓塊(2)固連在反射鏡支撐板(31)的一側表面，4個音圈電機(4)的線圈(41)以坐標原點O為中心成“十”字均勻固連在反射鏡支撐板(31)的另一側表面，X、Y軸線上各2個，且距離坐標原點O的距離與4個電容傳感器測量凸臺(34)距離X 或Y軸的距離相等；圓螺母(7 )與中心軸(32 )通過螺紋連接，并將關節軸承(5 )的內環(51)緊固在中心軸 (32)上；軸承壓環(6)與支撐基座(14)相固連，并將關節軸承(5)的外環(52)緊固在支撐基座(14)上。
2.根據權利要求I所述的剛性承載式快速反射鏡，其特征在于，4個音圈電機(4)包括 第一音圈電機(4a)、第二音圈電機(4b)、第三音圈電機(4c)和第四音圈電機(4d)。
3.根據權利要求I所述的剛性承載式快速反射鏡，其特征在于，4個電容傳感器包括第一電容傳感器(15)、第二電容傳感器(16)、第三電容傳感器(17)和第四電容傳感器 (18)。
4.根據權利要求1-3任一所述的剛性承載式快速反射鏡，其特征在于，滾珠孔(33)的直徑比滾珠(13)大O. 02mm。
全文摘要
本發明涉及一種小型化剛性承載式快速反射鏡，包括平面反射鏡、鏡片壓塊、反射鏡座、直線式音圈電機、關節軸承、軸承壓環、圓螺母、電機支撐板、壓縮彈簧、球面支撐座、彈簧座、調整墊片、滾珠、支撐基座、電容傳感器。本發明的小型化剛性承載式快速反射鏡，采用音圈電機直接推動反射鏡支撐板，減小了快速反射鏡Z軸方向的尺寸；4個小型電容傳感器與4個音圈電機交錯分布，減小了快速反射鏡X、Y軸方向的尺寸；采用壓縮彈簧實現球面支撐座和滾珠對快速反射鏡運動部分的二次支撐，更易于系統裝調與質量控制；采用電容傳感器差動式測量，即系統每一次的反饋信息均由4個傳感器差分獲得，提高了控制系統的測量精度。
文檔編號G02B7/182GK102928956SQ20121048711
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月26日 優先權日2012年11月26日
發明者徐新行, 王兵, 韓旭東, 莊昕宇 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所