一种大口径偏摆镜制造技术

本发明专利技术提供了一种大口径偏摆镜，包括：反射镜组件，所述反射镜组件包括金属平面反射镜和反射镜支撑结构件，所述金属平面反射镜和所述反射镜支撑结构件为通过激光焊接连接；反射镜组件支撑座，用于安装所述反射镜组件；底座，所述反射镜组件支撑座通过两自由度柔性支撑结构件安装在所述底座上，反射镜组件能绕相互垂直的X轴和Y轴进行转动；音圈电机，所述音圈电机的动子安装在所述反射镜组件支撑座上，所述音圈电机的定子安装在所述底座上。本发明专利技术的大口径偏摆镜，金属平面反射镜和反射镜支撑结构两者材料相同，通过均布点处的激光焊接进行连接，组成反射镜组件，能在‑50℃～70℃工作温度范围内保证金属平面反射镜的镜面面形精度RMS值优于1/30λ(λ＝632.8nm)。

【技术实现步骤摘要】
一种大口径偏摆镜
本专利技术属于光束控制
，具体涉及一种大口径高精度两轴偏摆镜。
技术介绍
在光学系统中，为了折转和控制光束，需用到高精度两轴偏摆镜。当前国内外都在大力开展一轴或两轴快速反射镜的研究，也有多种结构形式，但绝大多数都是口径小于100mm的快速反射镜。常用的大口径反射镜材料是微晶玻璃和碳化硅，反射镜支撑结构件材料一般选用钛合金或殷钢，通过胶粘或螺纹连接进行连接。在宽温度变化范围工作时(如-50℃～70℃)，由于反射镜、反射镜支撑结构材料和胶的线膨胀系数的不一致会使得反射镜镜体上产生内应力，引起镜体变形，导致反射镜镜面面形精度下降。两轴快速反射镜的反射镜组件等运动部件由柔性支撑结构件进行支撑，同时需要能够沿相互垂直的X轴和Y轴进行转动。随着反射镜口径的加大，反射镜组件及其支撑结构座的重量会急剧增大。500mm口径的金属反射镜组件及其支撑结构座重量可达40kg以上，大的重量使得两自由度柔性支撑结构件的设计具有很大的难度。因此，对于用于宽温度变化范围下口径大于500mm的高精度两轴偏摆镜，其整体结构设计具有很大的挑战性。CN104777608A公开了一种大口径精密光束指向装置，属于精密光束指向领域，该装置采用4个音圈电机和4个位置传感器，是本专业的常识，包括基板、大口径反射镜及驱动组件，大口径反射镜的背面通过两自由度轴承支承于基板上，驱动组件安装于基板上，驱动组件的驱动端与大口径反射镜相连并可带动所述大口径反射镜在两个自由度上运动。所述驱动组件包括四个音圈驱动电机，所述四个音圈驱动电机均布于两自由度轴承的四周、且两两串联驱动。本专利技术可满足大幅面稳像应用需求，明显提高稳定精度，大大简化加工和装配过程。在CN104777608A中，两自由度轴承和音圈电机直接安装在反射镜的背部，音圈电机和两自由度柔性支撑结构件安装产生的应力和使用过程中的产生的力直接作用在反射镜镜体上，严重影响反射镜镜面面形精度，且反射镜口径不会大于200mm。CN105929519A公开了一种串联承载式快速反射镜结构，采用柔性支撑作为与反射镜镜框直接接触的结构，用于约束快速反射镜的自由度；滚珠位于柔性支撑中心固定柱底端的尾孔中，通过球面座与压缩弹簧一起组成刚性支承调整柔性支承结构与反射镜镜框之间的间隙，减小快速反射镜在运动过程与镜框之间的间隙，实现对反射镜偏转位置的粗调整；位敏传感器通过接收反射镜位置的信号并将其反馈给控制系统，音圈电机接收来自控制系统的指令信号，实现对反射镜位置的精调整；反射镜镜框由与位敏传感器交错排布的四个音圈电机直接推动，使得整个结构更为紧凑。CN105929519A柔性支撑采用滚珠，使用过程中会存在摩擦力。反射镜通过胶结的方式与反射镜镜框连接，在宽温度变化时，由于反射镜材料、胶和反射镜镜框的线膨胀系数不一致，会产生应力，导致反射镜镜面面形精度的下降。本领域技术人员根据专业知识可知该反射镜口径在100mm以内。CN106324789A公开了通用大口径刚性承载式快速反射镜，涉及精密光学机械结构设计
，解决现有刚性承载式快速反射镜无法限制Z向转动自由度、小型化困难以及通用性差等问题，万向球轴承与柔性环相结合的结构设计能够为大口径反射镜提供刚性支撑，并且提供绕XY轴的二维旋转自由度并限制其他方向的自由度；平面反射镜通过光学环氧胶与反射镜座粘结，能够减小温度、振动等对反射镜面形和位置的影响；采用四个直线音圈电机两两推拉的方式驱动反射镜，增加转动力矩并且便于角度解算；采用四个电涡流传感器差动式测量，提高控制系统角度调整精度；驱动组件和传感器组件交错对称布置，减小系统结构尺寸；通用化的安装上盖，便于快速反射镜在各种领域的安装使用。CN106324789A平面反射镜通过光学环氧胶与反射镜座粘结，在宽温度变化时，由于反射镜材料、光学环氧胶和反射镜镜座的线膨胀系数不一致，会产生应力，导致反射镜镜面面形精度的下降。两轴支撑结构采用万向球轴承，使用过程中会产生摩擦力。根据本领域技术人员的专业知识可知，该支撑方式支撑的反射镜口径不会大于100mm。该两轴支撑结构无法保证转动中心和运动部件的重心重合，运动性能不佳，因为其转动中心为万向球轴承的中心，反射镜和反射镜支撑座等运动部件的重心位于其上方。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种大口径(口径200mm以上)偏摆镜，用于光束的折转和控制。为实现上述目的，本专利技术的技术方案具体如下：本专利技术提供了一种大口径偏摆镜，包括：反射镜组件，所述反射镜组件包括金属平面反射镜和反射镜支撑结构件，所述金属平面反射镜和所述反射镜支撑结构件两者材料相同，所述金属平面反射镜和所述反射镜支撑结构件为通过激光焊接连接；反射镜组件支撑座，用于安装所述反射镜组件；底座，所述反射镜组件支撑座通过两自由度柔性支撑结构件安装在所述底座上，反射镜组件能绕相互垂直的X轴和Y轴进行转动；音圈电机，所述音圈电机的动子安装在所述反射镜组件支撑座上，所述音圈电机的定子安装在所述底座上。在本专利技术中，金属平面反射镜通过反射镜支撑结构件进行支撑，两者采用同一种材料，组成反射镜组件。然后反射镜组件安装在反射镜组件支撑座上。音圈电机和两自由度柔性支撑结构件均安装在反射镜组件支撑座，不会对反射镜产生影响。本专利技术提供了一种500mm口径金属平面反射镜的支撑结构和方式，该支撑结构和方式能使得-50℃～70℃温度范围内镜面面形精度RMS值优于1/30λ(λ＝632.8nm)。本专利技术提供的具有两自由度的柔性支撑结构能支撑40kg以上重量，在该两自由度柔性支撑结构件支撑下，使得运动部件的重心和转动中心重合，能保证最佳的运动性能。专利技术的两自由度柔性支撑结构件通过柔性变形实现两轴转动功能，没有摩擦力。在一些实施例中，进一步优选地，所述金属平面反射镜的材料为硅铝合金。在一些实施例中，所述金属平面反射镜上均布有悬臂式支撑结构，所述悬臂式支撑结构上设置有圆柱和第一圆孔；所述反射镜支撑结构件上均布有柔性支撑元件，所述柔性支撑元件上设有第二圆孔和紧固件安装孔；所述圆柱和所述第二圆孔的配合间隙处通过激光焊接连接，所述第一圆孔和所述紧固件安装孔通过紧固件连接。进一步优选地，在一些实施例中，所述悬臂式支撑结构的数量和所述柔性支撑元件的数量相同，均≥3个。在一些实施例中，所述两自由度柔性支撑结构件包括第一柔性板、第二柔性板、第三柔性板和第四柔性板，所述第一柔性板、第二柔性板、第三柔性板和第四柔性板组成了金字塔状结构，第一柔性板和第二柔性板相对布置且成90°夹角，第三柔性板和第四柔性板相对布置且成90°夹角。进一步优选地，在一些实施例中，所述第一柔性板包括第一安装面，所述第二柔性板包括第二安装面，所述第三柔性板包括第三安装面，所述第四柔性板包括第四安装面，所述第一安装面和所述第二安装面通过紧固件安装在所述反射镜组件支撑座上，所述第三安装面和所述第四安装面通过紧固件安装在所述底座上。在一些实施例中，所述大口径偏摆镜还包括：位置传感器，安装在所述底座上，用于对金属平面反射镜的转动角度进行测量。进一步优选地，在一些实施例中，所述位移传感器的数量≥4个，且所述位移传感器周向均布在所述底座上，且均布在所述音圈电机之间。在一些实施例中，所述大口径偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大口径偏摆镜，其特征在于，包括：反射镜组件，所述反射镜组件包括金属平面反射镜和反射镜支撑结构件，所述金属平面反射镜和所述反射镜支撑结构件两者材料相同，所述金属平面反射镜上均布有悬臂式支撑结构，所述悬臂式支撑结构上设置有圆柱和第一圆孔，所述反射镜支撑结构件上均布有柔性支撑元件，所述柔性支撑元件上设有第二圆孔和紧固件安装孔，所述圆柱和所述第二圆孔的配合间隙处通过激光焊接连接，所述第一圆孔和所述紧固件安装孔通过紧固件连接；反射镜组件支撑座，用于安装所述反射镜组件；底座，所述反射镜组件支撑座通过两自由度柔性支撑结构件安装在所述底座上，反射镜组件能绕相互垂直的X轴和Y轴进行转动；音圈电机，所述音圈电机的动子安装在所述反射镜组件支撑座上，所述音圈电机的定子安装在所述底座上。

【技术特征摘要】
1.一种大口径偏摆镜，其特征在于，包括：反射镜组件，所述反射镜组件包括金属平面反射镜和反射镜支撑结构件，所述金属平面反射镜和所述反射镜支撑结构件两者材料相同，所述金属平面反射镜上均布有悬臂式支撑结构，所述悬臂式支撑结构上设置有圆柱和第一圆孔，所述反射镜支撑结构件上均布有柔性支撑元件，所述柔性支撑元件上设有第二圆孔和紧固件安装孔，所述圆柱和所述第二圆孔的配合间隙处通过激光焊接连接，所述第一圆孔和所述紧固件安装孔通过紧固件连接；反射镜组件支撑座，用于安装所述反射镜组件；底座，所述反射镜组件支撑座通过两自由度柔性支撑结构件安装在所述底座上，反射镜组件能绕相互垂直的X轴和Y轴进行转动；音圈电机，所述音圈电机的动子安装在所述反射镜组件支撑座上，所述音圈电机的定子安装在所述底座上。2.根据权利要求1所述的大口径偏摆镜，其特征在于，所述两自由度柔性支撑结构件包括第一柔性板、第二柔性板、第三柔性板和第四柔性板，所述第一柔性板、第二柔性板、第三柔性板和第四柔性板组成了金字塔状结构，第一柔性板和第二柔性板相对布置且成90°夹角，第三柔性板和第四柔性板相对布置且成90°夹角。3.根据权利要求2所述的大口径偏摆镜，其特征在于，所述第一柔性板包括第一安装面，所述第二柔性板包括第...

【专利技术属性】
技术研发人员：石磊，许永森，沈宏海，刘伟毅，刘福贺，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22