基于分辨率倍增柔顺机构的光束精密指向装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于分辨率倍增柔顺机构的光束精密指向装置，包括镜架组件、驱动机构以及控制机构，所述镜架组件通过分辨率倍增柔顺机构与驱动机构相连，所述分辨率倍增柔顺机构包括底座以及固定于底座上的柔性铰链，所述镜架组件固定于柔性铰链的顶部，所述驱动机构包括两个固定于底座上用来推动柔性铰链的驱动电机，所述两个驱动电机对称布置于柔性铰链下方的两侧。本发明专利技术具有结构紧凑、加工方便、装配简单、无摩擦损耗、无运动间隙、无需润滑、定位精度高、可网络控制、使用简便、可靠性高、适应性强、应用范围广的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光通信领域，具体涉及一种基于分辨率倍增柔顺机构的光束精密指向装置。
技术介绍
无线光通信系统也称为"自由空间光学"通信系统，利用光束(例如激光)作为光 学通信信号，不需在终端之间布设传输电缆或光缆，数据或信息被编码调制到一束散角很 小的窄光束上，然后通过自由空间从发射器传输到接收器，再由接收器对接收到的光束进 行调解获得原始数据或信息。无线光通信系统的工作原理本身保证了系统具有较高的数据 安全性和保密性，但是要求窄光束的发射器和接收器之间必须互相对准，发射器与接受器 的机械抖动以及大气扰动引起的光束方向角变化都将影响通信信道传输质量。而光束精密 指向装置作为无线光通信系统的关键部件，其功能为保证发射器和接收器之间互相对准、 补偿以上各类扰动引起的光束抖动，保证系统通信信道的稳定。 传统的光束精密指向装置又称为快速反射镜，基于直流伺服电机驱动的二维转 台，转动惯量大，轴承摩擦与间隙难以消除，使得系统的带宽与精度难以提高，而且转台上 的轴承需要润滑，润滑剂容易污染镜片，这种结构很难适应低温、真空、强辐射等恶劣条件 下的使用要求； 美国专利US2003/0197910A1中公布了一种光束精密指向装置设计。其各部分的 特点为采用内外环组成的万向节支撑平面反射镜，音圈电机驱动，设计了基于光电池的光 电位置传感器。该专利技术改善了传统设计驱动器与传感器的性能，使得系统带宽大幅提高，但 是万向节的内外框架都会增加系统转动惯量，同时轴承的摩擦与润滑问题均没有解决，限 制了其带宽、精度与可靠性； 中国专利200810197662.7中公布的快速反射镜提出了一种新颖的弹性支撑设 计，从根本上消除了传统设计中内外环设计的附加转动惯量。弹性支撑构成的运动副没有 相对滑动，没有摩擦和间隙，无需润滑，达到了较高的精度和闭环控制带宽。但是，它并没有 对音圈电机驱动系统运动噪声以及分辨率进行处理，因此并没有降低音圈电机驱动系统运 动噪声、提高音圈电机的位移分辨率，因此其定位精度直接要受到音圈电机驱动系统运动 噪声以及分辨率的限制，且零位稳定性和温度稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于针对上述现有技术的缺点，本专利技术提供一种结 构紧凑、加工方便、装配简单、无摩擦损耗、无运动间隙、无需润滑、定位精度高、可网络控 制、使用简便、可靠性高、适应性强、应用范围广基于分辨率倍增柔顺机构的光束精密指向 装置。 为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为 —种基于分辨率倍增柔顺机构的光束精密指向装置，包括镜架组件、驱动机构以及控制机构，其特征在于所述镜架组件通过分辨率倍增柔顺机构与驱动机构相连，所述分 辨率倍增柔顺机构包括底座以及固定于底座上的柔性铰链，所述镜架组件固定于柔性铰链 的顶部，所述驱动机构包括两个固定于底座上用来推动柔性铰链的驱动电机，所述两个驱 动电机对称布置于柔性铰链下方的两侧。 作为本专利技术的进一步改进 所述驱动电机的输出端通过分辨率倍增杠杆与柔性铰链相连，所述分辨率倍增杠杆包括杠杆横梁、位移输入端铰链、支点铰链和位移输出级铰链，所述杠杆横梁的一端通过位移输入端铰链与驱动电机的输出端相连，所述杠杆横梁的中段通过支点铰链支承于底座上，所述杠杆横梁的另一端通过位移输出级铰链与柔性铰链的底面相连，所述杠杆横梁上支点铰链到位移输入端铰链的距离大于支点铰链到位移输出级铰链的距离。 所述驱动电机输出端的一侧设有平行导向柔顺机构，所述平行导向柔顺机构包括一组相互平行的装设于驱动电机输出端与底座所围成空腔内的簧片。 所述镜架组件上装设有用来采集镜架组件转角信号的转角传感器，所述转角传感 器与控制机构相连。 所述转角传感器为差动电感式转角传感器，所述转角传感器包括保持不动的线圈 单元和随镜架组件转动的衔铁，所述衔铁固定于镜架组件上。 所述控制机构包括信号调理单元、A/D转换单元、DSP控制器、D/A转换单元、功率放大单元和电源变换单元，所述转角传感器采集到的两个磁路的差分变化信号经信号调理单元后转换为模拟的电压信号，模拟的电压信号经过A/D转换单元转换为代表实际位置值的数字量后输入给DSP控制器，经DSP控制器处理后生成的执行信号依次通过D/A转换单元、功率放大单元输送到驱动电机的输入端。 所述DSP控制器通过网络适配器与上位机相连。 所述镜架组件装设于上壳体内，所述驱动机构、控制机构以及分辨率倍增柔顺机构均装设于下壳体内，所述上壳体和下壳体分别固定于基座上，所述基座上开设有条形槽，所述柔性铰链的顶部穿过条型槽与镜架组件相连。 所述柔性铰链为正圆形柔性铰链。 所述驱动电机为音圈电机。 与现有技术相比，本专利技术的优点就在于 1、本专利技术通过分辨率倍增柔顺机构将反射镜支撑机构、导向机构、位移变换传动 机构融为一体，结构紧凑，无摩擦损耗，无运动间隙，无需润滑，相同成本下定位精度明显提 高； 2、本专利技术通过在音圈电机与输出级之间通过带有柔性铰链的分辨率倍增杠杆来 传递直线位移，且输出端与分辨率倍增杠杆连接点到反射镜支承柔性铰链轴线的距离比音 圈电机的轴线到反射镜支承柔性铰链轴线的距离大，因此通过两重的位移衰减，提高了音 圈电机驱动组件的运动分辨率，与现有音圈电机驱动的快速反射镜装置相比角度分辨率大 幅提高，可明显减弱驱动电路噪声引起的音圈电机高频抖动； 3、本专利技术在驱动电机的输出端侧面设有平行导向柔顺机构，保证输出的位移不发 生偏转和窜动，可以有效提高音圈电机输出位移的稳定性。平行导向柔顺机构和分辨率倍 增杠杆的柔性铰链均为薄簧片结构的大柔度柔性铰链，且薄簧片的两端的连接部均设有过渡倒角，可以防止薄簧片应力集中，可以有效提高大柔度柔性铰链的性能，提高位移传递的 精度。 4、本专利技术中转角传感器采用差动电感式转角传感器，较之反射式或遮光式光电传 感器，具有较高的零位稳定性和温度稳定性；与电容传感器相比，具有较高的温度稳定性和 紧凑简捷的后续处理电路；较之常用的电涡流传感器，则具有结构紧凑、测量稳定性高的优 势，因此可以有效提高对镜架组件的精确定位。此外，本专利技术的分辨率倍增柔顺机构为线切 割加工而成的整体件，因此具有加工方便，装配简单的优点。附图说明 图1为本专利技术实施例的结构示意图； 图2为本专利技术实施例的爆炸结构示意图； 图3为本专利技术实施例的分辨率倍增柔顺机构组装结构示意图； 图4为本专利技术实施例的分辨率倍增柔顺机构工作原理示意图； 图5为本专利技术实施例的转角传感器的工作原理示意图； 图6为本专利技术实施例的控制单元的系统框架示意图。具体实施例方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。 如图1和图2所示，本专利技术基于分辨率倍增柔顺机构的光束精密指向装置，包括镜 架组件12、驱动机构以及控制机构6，镜架组件12通过分辨率倍增柔顺机构3与驱动机构 相连，分辨率倍增柔顺机构3包括底座35以及固定于底座35上的柔性铰链33，镜架组件 12固定于柔性铰链33的顶部，驱动机构包括两个固定于底座35上用来推动柔性铰链33的 驱动电机4，两个驱动电机4对称布置于柔性铰链33下方的两侧。 在本实施例中，镜架组件12由平面反射镜1和镜架2组成，其中镜架2的主体为 中空圆环，圆环中心为十字形加强筋，圆环上表面的内圈加工出与平面反射镜1相匹配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分辨率倍增柔顺机构的光束精密指向装置，包括镜架组件（１２）、驱动机构以及控制机构（６），其特征在于：所述镜架组件（１２）通过分辨率倍增柔顺机构（３）与驱动机构相连，所述分辨率倍增柔顺机构（３）包括底座（３５）以及固定于底座（３５）上的柔性铰链（３３），所述镜架组件（１２）固定于柔性铰链（３３）的顶部，所述驱动机构包括两个固定于底座（３５）上用来推动柔性铰链（３３）的驱动电机（４），所述两个驱动电机（４）对称布置于柔性铰链（３３）下方的两侧。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范大鹏，范世珣，张智永，张连超，熊飞湍，周擎坤，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]