[发明专利]一种基于宏微两级复合作动的快速反射镜

说明书

本发明提出一种基于宏微两级复合作动的快速反射镜装置，包括基座、位移传感器、音圈电机驱动部为宏动部、压电陶瓷组合桥式位移放大机构为微动部、柔性细杆、柔性铰接体、动型台、镜框组件、反射镜；音圈电机的宏动部提供大行程，压电陶瓷驱动的微动部提供小行程、超高精度，一个宏动部和一个微动部通过桥式放大机构连接组合成一个宏微双动的作动机构，动型台在宏微双级作动机构驱动下带动镜框反射镜负载绕反射镜平面X轴和Y轴旋转，位移传感器检测和反馈负载精密运动信息，柔性铰接体具有多重虎克铰，可提供镜面法向位移。本发明具有大行程、超高精度的优点，同时还具有三个自由度方向上的运动。

技术领域

本发明涉及一种基于宏微两级复合作动的快速反射镜，属于快速反射镜精密仪器光机结构设计技术领域。

背景技术

快速反射镜是一种通过快速而精确地控制反射镜面的偏摆角度实现光束方向调整的先进光电器件，是支持突破精密收发匹配控制及地面标定等新一代信息技术及关键航天工程技术的核心部件之一，广泛应用于空间测绘、天文望远镜、激光探测与通讯、自适应光学、光电装置视轴稳定等需要精密指向、跟踪和稳定的领域。

信息技术和航空航天领域的快速发展已经催生了空间任务对“大行程”和“超高精度”兼具的需要，现广泛应用的基于音圈电机或压电陶瓷驱动的快速反射镜分别对应着大行程高精度和小行程超高精度的两类器件，受限于自身结构和驱动本身特性难以单独实现同时满足大行程和超高精度两者性能的突破，成为制约快速反射镜进一步发展以及实现关键航天工程先进设备突破的关键问题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：克服现有技术的不足，提供一种基于宏微两级复合作动的快速反射镜，同时满足大行程、超高精度，并且具备较强承载能力和抗强冲击性能好的优点，而且可有效解决现有快速反射镜不能兼顾大行程范围和超高精度的问题，同时在运载或发射过程中遭遇强冲击时，能够较好的保护快速反射镜结构。

本发明的技术方案为：一种基于宏微两级复合作动的快速反射镜，包括基座、位移传感器、宏动部、微动部、柔性细杆、柔性铰接体、动型台、镜框组件和反射镜；宏动部指音圈电机作动部件，提供1～50毫米级别的直线行程范围，能保证快速反射镜拥有毫弧度到几百弧度的大行程偏摆范围；微动部指压电陶瓷驱动部件以及桥式放大机构，压电陶瓷输出位移的精度可达到纳米级别，可确保快速反射镜具备纳弧度级别(即10-⁹弧度)的超高偏摆角位移精度。通过桥式放大机构将音圈电机和压电陶瓷两个驱动器组合连接，能保证快速反射镜同时具备大行程和超高精度的性能；

所述宏动部为音圈电机驱动，所述音圈电机包含音圈电机定子和动子；所述微动部为压电陶瓷组合桥式位移放大机构，由压电陶瓷和桥式位移放大机构构成；

所述镜框组件包括镜框、紧固板、提供预紧力的弹簧和安装螺钉，通过调整作用于紧固板的外部紧定螺钉紧固所述反射镜，镜框外部边缘周向等距布置三个反锁孔；镜框组件固定在动型台上，一起构成转动负载，且镜框组件、反射镜、动型台的几何中心同轴；动型台通过多个螺栓固定在柔性铰接体的上部，所述柔性铰接体的下部安装固定在基座上；

所述柔性铰接体由多重虎克铰构成，分布在以本身几何中心为原点正交的X轴和Y轴方向上；多重虎克铰保证柔性铰接体在镜面法向Z轴上具有平移自由度；柔性铰接体上下两个安装面的几何中心与动型台和基座的几何中心均同轴；

所述桥式放大机构的两连接臂中间均有孔，孔中布置有弹簧，横向安装的压电陶瓷通过弹簧与桥式放大机构连接，并通过螺栓紧固，压电陶瓷输出的横向位移通过桥式放大机构输出为镜面法向上的竖直位移，用于驱动反射镜运动；

所述音圈电机的定子固定在微动部中桥式放大机构的下部，动子固定在基座上，输出竖直方向的位移；

动型台在宏微双级作动机构驱动下带动镜框组件绕反射镜平面X轴和Y轴旋转，位移传感器检测和反馈负载精密运动信息移动；