[發(fā)明專利]一種高精度穩(wěn)瞄系統(tǒng)中萬向柔性鉸鏈連接的快速反射鏡系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710700160.0
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107450177B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發(fā)明（設計）人: 趙磊;紀明;胥青青;郝利鋒;高雅;馬優(yōu)恒;趙振海;李廣良;王虎;王小齊;李晶娣;王佳;梁曉東;姚林海;楊永安;慕巍
• 申請（專利權）人: 西安應用光學研究所
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發(fā)明提出一種高精度穩(wěn)瞄系統(tǒng)中萬向柔性鉸鏈連接的快速反射鏡系統(tǒng)，采用一組音圈電機作為驅動器，驅動反射鏡高頻運動；一組光柵測微儀作為角位置傳感器，實時反饋角位置信號；萬向柔性鉸鏈支承反射鏡兩自由度運動的方案。并根據(jù)反射鏡運動特性設計音圈電機及萬向柔性鉸鏈的材料組成及結構形式，在使用最少驅動器以及最簡易支撐機構的前提下，解決光學系統(tǒng)二級穩(wěn)定回路殘余誤差的補償問題。

技術領域

本發(fā)明涉及光學控制技術領域，具體為一種高精度穩(wěn)瞄系統(tǒng)中萬向柔性鉸鏈連接的快速反射鏡系統(tǒng)。

背景技術

在高精度穩(wěn)瞄系統(tǒng)中，快速反射鏡(Fast Steering Mirror，F(xiàn)SM)已成為不可缺少的裝置之一，它作為光學系統(tǒng)中穩(wěn)定光束和校正光束傳播方向的關鍵性器件，已廣泛應用于自適應光學、精密跟蹤、光束控制及光通信等領域。

現(xiàn)有的快速反射鏡多使用2組對稱分布的音圈電機(快速反射鏡初始安裝位置平面內X、Y軸分別設置2個音圈電機)作為驅動器，這樣的做法能夠使反射鏡獲得均勻分布的驅動力，但相應的結構形式更為復雜，負載輸出功耗也大幅增加。

中科院長春光學精密機械與物理研究所周子云等人設計的FSM系統(tǒng)(周子云，高云國，邵帥，薛向堯.采用柔性鉸鏈的快速反射鏡設計[J].光學精密工程，2014，22(6)：1548-1554.)，外框架軸系的軸承座固定在基座上，鑲嵌著反射鏡的內框架軸系安裝在外框架上。其優(yōu)點在于反射境內外框架基本無耦合，因此可以分別對其進行控制。不足之處在于機構傳動比較復雜，轉動慣量大。

華中科技大學吳鑫設計的FSM系統(tǒng)(吳鑫.高性能快速控制反射鏡研究[D].武漢：華中科技大學，2012)，主要有主反射鏡系統(tǒng)、直線音圈電機、主殼、反射角探測系統(tǒng)、底殼組成。本方案的優(yōu)點在于4個音圈電機對稱分布，驅動結構均勻穩(wěn)定，同時反射鏡無框架，減少了結構的體積與重量；不足之處在于音圈電機數(shù)量過多，增加了系統(tǒng)的輸出功率及生產成本。

國防科技大學魯亞飛設計的兩軸FSM系統(tǒng)(魯亞飛.快速反射鏡機械結構特性設計問題研究[D].長沙：國防科技大學，2009.)，該系統(tǒng)充分考慮的結構的幾何對稱性和質量對稱性，采用無框架反射鏡結構設計。系統(tǒng)的優(yōu)點在于音圈電機直接驅動反射鏡運動，提高了驅動效能，同時使用柔性支承作為反射鏡與基座的連接部件，解決的反射鏡偏轉帶來的彎曲形變問題。不足之處在于四個音圈電機占據(jù)了軸向邊沿位置，傳感器安裝于軸向內側靠近中心位置，因此測量精度受到一定的限制。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是設計一種高精度穩(wěn)瞄系統(tǒng)中萬向柔性鉸鏈連接的兩自由度FSM系統(tǒng)，通過分析一組驅動器(X、Y軸分別設置1個音圈電機)是否能夠滿足反射鏡轉動需求，同時驗證萬向鉸鏈能否支承反射鏡在兩自由度的偏轉，最終使得FSM系統(tǒng)能夠達到補償二級穩(wěn)定回路殘余誤差，提高光電系統(tǒng)穩(wěn)瞄、跟蹤精度的目的。

本發(fā)明的技術方案為：

所述一種高精度穩(wěn)瞄系統(tǒng)中萬向柔性鉸鏈連接的快速反射鏡系統(tǒng)，其特征在于：包括基座、反射鏡、音圈電機、光柵測微儀、支承蓋板、柔性支承；基座起固定快速反射鏡系統(tǒng)作用，支承蓋板連接基座與反射鏡，一個萬向柔性鉸鏈、兩個音圈電機和兩個光柵測微儀固定在支承蓋板上，其中萬向柔性鉸鏈位于支承蓋板中心位置，兩個音圈電機和兩個光柵測微儀位于萬向柔性鉸鏈四周，并呈十字分布，且兩個音圈電機相鄰分布，兩個光柵測微儀相鄰分布；反射鏡中心與萬向柔性鉸鏈連接，音圈電機以及光柵測微儀通過弧形柔性鉸鏈連接反射鏡；音圈電機接收外部控制系統(tǒng)提供的驅動信號，驅動反射鏡補償光學系統(tǒng)擾動誤差，光柵測微儀測量反射鏡位移。

進一步的優(yōu)選方案，所述一種高精度穩(wěn)瞄系統(tǒng)中萬向柔性鉸鏈連接的快速反射鏡系統(tǒng)，其特征在于：支承蓋板起固定音圈電機、光柵測微儀，同時連接反射鏡系統(tǒng)與基座的作用；基座對整個快速反射鏡系統(tǒng)起支承作用，并能夠與外界系統(tǒng)安裝接觸面緊固連接。