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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快速反射鏡，特別是中心采用關(guān)節(jié)軸承作為連接副、測(cè)量元件采用電容傳感器進(jìn)行位置反饋的小型化剛性承載式快速反射鏡。
背景技術(shù)：
中國(guó)發(fā)明專利“申請(qǐng)?zhí)枮?01110261049. 9”公開了一種剛性承載式快速反射鏡。其運(yùn)動(dòng)部分與不動(dòng)部分之間通過(guò)一個(gè)關(guān)節(jié)軸承實(shí)現(xiàn)剛性連接，大幅度增加了系統(tǒng)的承載能力。但是音圈電機(jī)通過(guò)搖板間接驅(qū)動(dòng)反射鏡進(jìn)行擺動(dòng)，導(dǎo)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(jī)的外側(cè)各采用I個(gè)大體積光柵測(cè)微儀進(jìn)行該方向位置信息的測(cè)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(qiáng)、抗干擾效果突出，但小型化困難，其應(yīng)用領(lǐng)域十分受限。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有剛性承載式快速反射鏡小型化困難的不足，進(jìn)一步拓展剛性承載式快速反射鏡在車載、機(jī)載、艦載等領(lǐng)域的應(yīng)用，本發(fā)明提供了一種音圈電機(jī)直接推動(dòng)反射鏡支撐板、4個(gè)電容傳感器非X、Y軸線布置進(jìn)行位置信息測(cè)量的小型化剛性承載式快速反射鏡。本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)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(jī)、關(guān)節(jié)軸承、軸承壓環(huán)、圓螺母、電機(jī)支撐板、壓縮彈簧、球面支撐座、彈簧座、調(diào)整墊片、滾珠、支撐基座、電容傳感器。其中，音圈電機(jī)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(gè)電容傳感器測(cè)量凸臺(tái)，中心軸與電容傳感器測(cè)量凸臺(tái)位于反射鏡支撐板的同側(cè)，且中心軸位于反射鏡支撐板的對(duì)稱中心處，4個(gè)電容傳感器測(cè)量凸臺(tái)以中心軸為中心均勻分布在X、Y軸的兩條對(duì)稱線上。平面反射鏡通過(guò)鏡片壓塊固連在反射鏡支撐板的一側(cè)表面，4個(gè)音圈電機(jī)的線圈以坐標(biāo)原點(diǎn)為中心成“十”字均勻固連在反射鏡支撐板的另一側(cè)表面，Χ、Υ軸線上各2個(gè)，且距離坐標(biāo)原點(diǎn)的距離與4個(gè)電容傳感器測(cè)量凸臺(tái)距離X或Y軸的距離相等。圓螺母與中心軸通過(guò)螺紋連接，并將關(guān)節(jié)軸承的內(nèi)環(huán)緊固在中心軸上。軸承壓環(huán)與支撐基座相固連，并將關(guān)節(jié)軸承的外環(huán)緊固在支撐基座上。電機(jī)支撐板固連在支撐基座的4個(gè)支柱上，4個(gè)音圈電機(jī)的磁座以坐標(biāo)原點(diǎn)為中心成“十”字均勻固連在電機(jī)支撐板的一側(cè)表面，Χ>Υ軸線上各2個(gè)，且距離坐標(biāo)原點(diǎn)的距離與4個(gè)電容傳感器測(cè)量凸臺(tái)距離X或Y軸的距離相等。彈簧座通過(guò)調(diào)整墊片固連在電機(jī)支撐板的另一側(cè)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(guò)更換不同厚度的調(diào)整墊片來(lái)調(diào)節(jié)壓縮彈簧的預(yù)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(zhuǎn)動(dòng)。球面支撐座的內(nèi)球面在壓縮彈簧的作用下與滾珠的外表面相切，以消除關(guān)節(jié)軸承內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間的間隙，同時(shí)為快速反射鏡的運(yùn)動(dòng)部分提供二次支撐，進(jìn)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(nèi)球面與關(guān)節(jié)軸承共球心。4個(gè)電容傳感器固連在電機(jī)支撐板上，分別與反射鏡座上的4個(gè)測(cè)量凸臺(tái)正對(duì)，以間接測(cè)量反射鏡座繞X、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)平面反射鏡轉(zhuǎn)角的閉環(huán)控制。因此，平面反射鏡、鏡片壓塊、反射鏡座、關(guān)節(jié)軸承的內(nèi)環(huán)、圓螺母、滾珠和4個(gè)音圈電機(jī)的線圈組成了快速反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)部分。支撐基座、關(guān)節(jié)軸承的外環(huán)、軸承壓環(huán)、電機(jī)支撐板、彈簧座、調(diào)整墊片、壓縮彈簧、球面支撐座、電容傳感器和4個(gè)音圈電機(jī)的磁座組成了快速反射鏡的不動(dòng)部分。由于音圈電機(jī)的磁座較線圈重3飛倍，因此，選擇音圈電機(jī)的線圈與反射鏡支撐板相固連，以減小快反裝置運(yùn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的小型化剛性承載式快速反射鏡，采用音圈電機(jī)直接推動(dòng)反射鏡支撐板，減小了快速反射鏡Z軸方向的尺寸；4個(gè)小型電容傳感器與4個(gè)音圈電機(jī)交錯(cuò)分布，減小了快速反射鏡X、Y軸方向的尺寸。從結(jié)構(gòu)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(huán)境惡劣、空間受限的場(chǎng)合應(yīng)用。本發(fā)明的小型化剛性承載式快速反射鏡，運(yùn)動(dòng)部分與支撐基座之間通過(guò)關(guān)節(jié)軸承 進(jìn)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(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的小型化剛性承載式快速反射鏡，采用壓縮彈簧實(shí)現(xiàn)球面支撐座和滾珠對(duì)快速反射鏡運(yùn)動(dòng)部分的二次支撐，更易于系統(tǒng)裝調(diào)與質(zhì)量控制。本發(fā)明的小型化剛性承載式快速反射鏡，采用電容傳感器差動(dòng)式測(cè)量，即系統(tǒng)每一次的反饋信息均由4個(gè)傳感器差分獲得，提高了控制系統(tǒng)的測(cè)量精度。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖I是本發(fā)明快速反射鏡的組成結(jié)構(gòu)圖。圖2是圖I的A-A向剖視圖。圖3是反射鏡座的組成結(jié)構(gòu)圖。圖4是支撐基座的組成結(jié)構(gòu)圖。圖中的附圖標(biāo)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(jī)；5_關(guān)節(jié)軸承；6_軸承壓環(huán)；7_圓螺母；8_電機(jī)支撐板；9_壓縮彈簧；10-球面支撐座；11-彈簧座；12-調(diào)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(cè)量凸臺(tái)；41_音圈電機(jī)的線圈；42_音圈電機(jī)的磁座；51_關(guān)節(jié)軸承內(nèi)環(huán)；52_關(guān)節(jié)軸承外環(huán)；4a-第一音圈電機(jī)；4b-第二音圈電機(jī)；4c_第三音圈電機(jī)；4d_第四音圈電機(jī)；141-支柱;mm-X、Y軸的第一對(duì)稱線；nn_X、Y軸的第二對(duì)稱線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做以詳細(xì)說(shuō)明。參照?qǐng)DI 4，本發(fā)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(jī)4a、第二音圈電機(jī)4b、第三音圈電機(jī)4c、第四音圈電機(jī)4d、關(guān)節(jié)軸承5、軸承壓環(huán)6、圓螺母7、電機(jī)支撐板8、壓縮彈簧9、球面支撐座10、彈簧座11、調(diào)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(jī)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(gè)電容傳感器測(cè)量凸臺(tái)34，中心軸32與電容傳感器測(cè)量凸臺(tái)34位于反射鏡支撐板31的同側(cè)，且中心軸32位于反射鏡支撐板31的對(duì)稱中心處，4個(gè)電容傳感器測(cè)量凸臺(tái)34以中心軸32為中心均勻分布于X、Y軸的第一對(duì)稱線_和第二對(duì)稱線nn上。平面反射鏡I通過(guò)鏡片壓塊2固連在反射鏡支撐板31的一側(cè)表面，4個(gè)音圈電機(jī)4的線圈41以坐標(biāo)原點(diǎn)O為中心成“十”字均勻固連在反射鏡支撐板31的另一側(cè)表面，X、Y軸線上各2個(gè)，且距離坐 標(biāo)原點(diǎn)O的距離與4個(gè)電容傳感器測(cè)量凸臺(tái)34距離X或Y軸的距離相等。圓螺母7與中心軸32通過(guò)螺紋連接，并將關(guān)節(jié)軸承5的內(nèi)環(huán)51緊固在中心軸32上。軸承壓環(huán)6與支撐基座14相固連，并將關(guān)節(jié)軸承5的外環(huán)52緊固在支撐基座14上。電機(jī)支撐板8固連在支撐基座14的4個(gè)支柱141上，4個(gè)音圈電機(jī)的磁座42以坐標(biāo)原點(diǎn)O為中心成“十”字均勻固連在電機(jī)支撐板8的一側(cè)表面，X、Y軸線上各2個(gè)，且距離坐標(biāo)原點(diǎn)O的距離與4個(gè)電容傳感器測(cè)量凸臺(tái)34距離X或Y軸的距離相等。彈簧座11通過(guò)調(diào)整墊片12固連在電機(jī)支撐板8的另一側(cè)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(guò)更換不同厚度的調(diào)整墊片12來(lái)調(diào)節(jié)壓縮彈簧9的預(yù)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(zhuǎn)動(dòng)。球面支撐座10的內(nèi)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(guān)節(jié)軸承內(nèi)環(huán)51與外環(huán)52之間的間隙，同時(shí)為快速反射鏡的運(yùn)動(dòng)部分提供二次支撐，進(jìn)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(nèi)球面與關(guān)節(jié)軸承5共球心O。4個(gè)電容傳感器15 18固連在電機(jī)支撐板8上，分別與反射鏡座3上的4個(gè)測(cè)量凸臺(tái)34正對(duì)，以間接測(cè)量反射鏡座3繞X、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)平面反射鏡I轉(zhuǎn)角的閉環(huán)控制。因此，平面反射鏡I、鏡片壓塊2、反射鏡座3、關(guān)節(jié)軸承的內(nèi)環(huán)51、圓螺母7、滾珠13和4個(gè)音圈電機(jī)的線圈41組成了快速反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)部分。支撐基座14、關(guān)節(jié)軸承的外環(huán)52、軸承壓環(huán)6、電機(jī)支撐板8、彈簧座11、調(diào)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(gè)音圈電機(jī)的磁座42組成了快速反射鏡的不動(dòng)部分。由于音圈電機(jī)的磁座42較線圈41重3飛倍，因此，選擇音圈電機(jī)的線圈41與反射鏡支撐板31相固連，以減小快反裝置運(yùn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。工作時(shí),控制位于X軸上的第一音圈電機(jī)4a、第三音圈電機(jī)4c作推拉運(yùn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)平面反射鏡I繞Y軸旋轉(zhuǎn)。在平面反射鏡I繞Y軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，將第一電容傳感器15與第二電容傳感器16的測(cè)量值取平均值即可獲得第一音圈電機(jī)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(cè)量值取平均值即可獲得第三音圈電機(jī)4c的位移量；再將第一音圈電機(jī)4a的位移量與第三音圈電機(jī)4c的位移量取平均值，并反饋給伺服控制系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)平面反射鏡I繞Y軸旋轉(zhuǎn)角度的精確閉環(huán)控制。工作時(shí)，控制位于Y軸上的第二音圈電機(jī)4b、第四音圈電機(jī)4d作推拉運(yùn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)平面反射鏡I繞X軸旋轉(zhuǎn)。在平面反射鏡I繞X軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，將第一電容傳感器15與第四電容傳感器18測(cè)量值取平均值即可獲得第四音圈電機(jī)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(cè)量值取平均值即可獲得第二音圈電機(jī)4b的位移量；再將第二音圈電機(jī)4b的位移量與第四音圈電機(jī)4d的位移量取平均值，并反饋給伺服控制系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)平面反射鏡I繞X軸旋轉(zhuǎn)角度的精確閉環(huán)控制。顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)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(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中?！?br>
權(quán)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(gè)音圈電機(jī)(4)、關(guān)節(jié)軸承(5)、軸承壓環(huán)(6)、圓螺母(7)、電機(jī)支撐板(8)、壓縮彈簧(9)、球面支撐座(10)、彈簧座(11)、調(diào)整墊片(12)、滾珠(13)、支撐基座 (14)、4個(gè)電容傳感器；每個(gè)音圈電機(jī)(4)分別包括線圈(41)和磁座(42);電機(jī)支撐板(8)固連在支撐基座 (14)的4個(gè)支柱(141)上，4個(gè)音圈電機(jī)(4)的磁座(42)以坐標(biāo)原點(diǎn)O為中心成“十”字均勻固連在電機(jī)支撐板(8)的一側(cè)表面，X、Y軸線上各2個(gè)，且距離坐標(biāo)原點(diǎn)O的距離與4個(gè)電容傳感器測(cè)量凸臺(tái)(34)距離X或Y軸的距離相等；彈簧座(11)通過(guò)調(diào)整墊片(12)固連在電機(jī)支撐板(8)的另一側(cè)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(gè)電容傳感器測(cè)量凸臺(tái)(34)，中心軸(32)與電容傳感器測(cè)量凸臺(tái)(34)位于反射鏡支撐板(31)的同側(cè)，且中心軸(32)位于反射鏡支撐板(31)的對(duì)稱中心處；4個(gè)電容傳感器測(cè)量凸臺(tái)(34)以中心軸 (32)為中心均勻分布于X、Y軸的第一對(duì)稱線mm和第二對(duì)稱線nn上；平面反射鏡(I)通過(guò)鏡片壓塊(2)固連在反射鏡支撐板(31)的一側(cè)表面，4個(gè)音圈電機(jī)(4)的線圈(41)以坐標(biāo)原點(diǎn)O為中心成“十”字均勻固連在反射鏡支撐板(31)的另一側(cè)表面，X、Y軸線上各2個(gè)，且距離坐標(biāo)原點(diǎn)O的距離與4個(gè)電容傳感器測(cè)量凸臺(tái)(34)距離X 或Y軸的距離相等；圓螺母(7 )與中心軸(32 )通過(guò)螺紋連接，并將關(guān)節(jié)軸承(5 )的內(nèi)環(huán)(51)緊固在中心軸 (32)上；軸承壓環(huán)(6)與支撐基座(14)相固連，并將關(guān)節(jié)軸承(5)的外環(huán)(52)緊固在支撐基座(14)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剛性承載式快速反射鏡，其特征在于，4個(gè)音圈電機(jī)(4)包括 第一音圈電機(jī)(4a)、第二音圈電機(jī)(4b)、第三音圈電機(jī)(4c)和第四音圈電機(jī)(4d)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剛性承載式快速反射鏡，其特征在于，4個(gè)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(jù)權(quán)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(fā)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(jī)、關(guān)節(jié)軸承、軸承壓環(huán)、圓螺母、電機(jī)支撐板、壓縮彈簧、球面支撐座、彈簧座、調(diào)整墊片、滾珠、支撐基座、電容傳感器。本發(fā)明的小型化剛性承載式快速反射鏡，采用音圈電機(jī)直接推動(dòng)反射鏡支撐板，減小了快速反射鏡Z軸方向的尺寸；4個(gè)小型電容傳感器與4個(gè)音圈電機(jī)交錯(cuò)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(shí)現(xiàn)球面支撐座和滾珠對(duì)快速反射鏡運(yùn)動(dòng)部分的二次支撐，更易于系統(tǒng)裝調(diào)與質(zhì)量控制；采用電容傳感器差動(dòng)式測(cè)量，即系統(tǒng)每一次的反饋信息均由4個(gè)傳感器差分獲得，提高了控制系統(tǒng)的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G02B7/182GK102928956SQ20121048711
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者徐新行, 王兵, 韓旭東, 莊昕宇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所