一种轻量化两轴柔性支承快速反射镜的制作方法

1.本发明属于光学精密机械结构设计领域，特别涉及对柔性支承结构和反射镜的轻量化设计，具体是一种轻量化两轴柔性支承快速反射镜。


背景技术：

2.复合轴光电跟踪系统由粗跟踪子系统和精跟踪快速反射镜组成，依靠粗跟踪子系统的大视场实现对目标的捕获，当粗跟踪精度达到一定程度时会转入精跟踪模式，精跟踪子系统依靠能够快速运动的快速反射镜对粗跟踪残差进行补偿校正，实现视场内目标的精确跟踪，复合轴系统的跟踪精度主要受到精跟踪快速反射镜输出精度的影响。精跟踪快速反射镜具有响应速度快、工作带宽高和指向精度高等优点。在天基激光辐照清除空间碎片的跟踪系统中，对精跟踪快速反射镜的质量、紧凑性、可靠性和输出精度提出了更高的要求。
3.精跟踪快速反射镜的工作带宽会受到系统低阶谐振频率的影响，而快速反射镜系统的低阶谐振频率由柔性支承结构决定，因此对柔性支承结构的设计也是当前快速反射镜结构设计中最活跃的环节之一，设计目标通常是为了提高系统闭环带宽和反射镜运动行程，对结构的轻量化设计则较少考虑。同时，现有技术方案中，反射镜镜体的安装主要采用镜框边缘夹紧或者是镜框底部和边缘胶粘的方式进行固定，由于镜框的存在，造成快速反射镜的整体尺寸偏大且对镜体刚度要求较高，限制了镜体的轻量化。


技术实现要素：

4.本发明的目的是正针对现有技术的不足，而提供一种轻量化两轴柔性支承快速反射镜。这种快速反射镜制造成本低、整体结构紧凑，同时能避免复杂的解耦运算，更适应天基工作环境。
5.实现本发明目的的技术方案是：一种轻量化两轴柔性支承快速反射镜，包括合金钢材质的基座，基座上设有分别通过一组柔性支承安装孔、一组音圈电机定子安装孔、一组传感器支架安装孔固定在基座上的柔性支承、4个音圈电机组件和传感器安装支架，其中，柔性支承位于中心区域，柔性支承的外围依次为传感器安装支架和4个音圈电机组件，所述柔性支承与反射镜支架连接，反射镜支架通过柔性连接体与反射镜连接，所述4个音圈电机组件呈正方形对称放置，每个音圈电机组件设有音圈动子和音圈定子，音圈定子固定在基座上，所述传感器安装支架上设有两组电涡流位移传感器，同一运动轴上的推、拉位移采用一组电涡流位移传感器同时进行测量，测量推、拉位移的电涡流位移传感器的测量点连线与反射镜的运动轴共线。
6.所述反射镜的镜体以铝作为镜坯材料，镜体与反射镜支架接触的一面设有五个带有定位凹槽的第一圆盲孔，其中一个第一圆盲孔位于镜体中心处、另外4个第一圆盲孔位于镜体边缘且等分镜体圆周的对称位置处，柔性连接体通过定位凹槽采用胶结的方式安装在第一圆盲孔中，在保证强度的前提下，镜体其余区域尽可能多的采用六边形孔形单元去除
镜体材料。
7.所述反射镜支架的材质为45钢、呈正交
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十字”形状，呈正交
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十字”形状的反射镜支架的4个端头部设有连接音圈电机动子凸台，反射镜支架与反射镜接触的一面呈平面状，反射镜支架与反射镜接触的一面中心位置处和4个端头部设有一组第二圆盲孔、第二圆盲孔用于放置柔性连接体，中心位置处第二圆盲孔的周边设有一组沉头圆过孔，4个端头部上还设有一组腰圆过孔，沉头圆过孔和腰圆过孔分别用于固定柔性支承结构和音圈电机动子，在反射镜支架的另一面中心位置处设有连接柔性支承凸台，连接柔性支承凸台和连接音圈电机动子凸台的高度不同，连接柔性支承凸台和连接音圈电机动子凸台分别用于连接柔性支承和音圈电机动子。
8.所述传感器安装支架为中心区域呈空心状的合金钢板，在合金钢板的中心通孔周边上呈中心对称位置处设置有4个用于安装电涡流位移传感器的呈中空状凸台，凸台的周边设有一组传感器支架安装孔，每个凸台朝上的一面设有螺纹孔用于安装固定电涡流位移传感器的探头，每个凸台底部即合金钢板该位置处设有与螺纹孔大小相等的通孔，传感器支架通过传感器支架安装孔采用螺栓与基座上的传感器支架安装孔配合固定安装在基座上，电涡流位移传感器探头穿过基座中的通孔后用传感器支架上凸台上部的螺纹孔安装锁紧。
9.所述柔性连接体呈圆柱体状，圆柱体状的外壁上设有定位凸棱，定位凸棱与反射镜上的定位凹槽相对应匹配，圆柱体状的外壁上还设有对应于两个运动方向的第一柔性铰链和第二柔性铰链，在反射镜支架的第二圆盲孔和反射镜镜体中的第一圆盲孔中置入柔性连接体，三者以胶结的方式固连接在一起。
10.所述柔性支承结构材质为钛合金材料，柔性支承结构设有依次连接的上段、中段和下段，上段和下段上设置有柔性支承安装孔，上段采用螺栓通过柔性支承安装孔固定在支架上，下段采用螺栓通过柔性支承安装孔固定在基座上，中段上设有第三柔性铰链，第三柔性铰链在保证连接性和总体刚度的前提下去除多余材料、提供运动方向的柔度、同时限制其它方向的自由度。
11.所述音圈电机组件设有音圈动子和音圈定子，音圈动子为线圈组件，音圈定子采用磁铁材料，音圈电机动子通过反射镜支架上的腰圆过孔与反射镜支架用螺栓固连在一起，音圈动子运动时驱动反射镜支架带动反射镜运动。
12.本技术方案的原理为：音圈电机组件驱动器运动轴、柔性支承的第三柔性铰链的旋转运动点连线和电涡流位移传感器测量点连线位于同一轴线，轻量化设计的柔性支承结构能够约束运动轴外其它方向的自由度，音圈电机定子固定在基座上，音圈电机动子在输入控制电压信号的作用下运动，驱动反射镜支架通过柔性连接体带动轻量化反射镜运动产生线位移，固定在传感器支架上的电涡流位移传感器将对反射镜支架的运动位移进行测量并实时反馈至控制器，控制器根据输入信号和测量信号之间的偏差，采用预设的控制算法输出控制电压信号驱动音圈电机对反射镜输出位移进行调节。
13.本技术方案利用柔性连接体对反射镜进行背部支承安装，在柔性支承结构的中段去除了多余材料，在保证强度的前提下，对反射镜镜体背部区域尽可能多的采用六边形孔形单元去除镜体材料，轻量化的设计减轻了两轴快速反射镜的总体质量；反射镜镜体和支架间采用柔性连接体进行连接，能减小音圈电机工作过程中的热应力对反射镜面形精度的
影响；电涡流位移传感器采用非接触式的测量方式测量反射镜支架位移并将其反馈给控制系统，可以避免测量过程中的摩擦；四个音圈电机和传感器共轴线分布，使整体结构更为紧凑，同时避免了复杂的解耦运算，更有利于适应天基工作环境。
14.这种快速反射镜成本低、整体结构紧凑，同时能避免复杂的解耦运算，更适应天基工作环境。
附图说明
15.图1为实施例的爆炸示意图；图2为实施例的装配示意图；图3为实施例中反射镜的结构示意图；图4为实施例中反射镜支架结构示意图；图5为实施例中传感器安装支架结构示意图；图6为实施例中基座结构示意图；图7为实施例中柔性连接体结构示意图；图8为实施例中柔性支承结构示意图；图9为实施例中音圈电机组件结构示意图。
16.图中：1.反射镜 2.反射镜支架 3.传感器安装支架 4.基座 5.柔性连接体 6.柔性支承7.音圈电机动子 8.音圈电机定子 9.电涡流位移传感器 11.六边形孔单元 12.第一圆盲孔 13.定位凹槽 21.腰圆过孔 22.沉头圆过孔 23.第二圆盲孔 24.连接柔性支承凸台 25.连接音圈电机动子凸台 31.传感器凸台 32.螺纹孔 33.传感器支架安装孔 34.通孔 41.柔性支承安装孔 42.音圈电机定子安装孔 43.传感器支架安装孔 51.第一柔性铰链 52.第二柔性铰链 53.定位凸棱 61.柔性支承上段 62.柔性支承中段 63.柔性支承下段 64.第三柔性铰链 65.柔性支承安装孔。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。
18.实施例：一种轻量化两轴柔性支承快速反射镜， 如图1、图2、图6所示，包括合金钢材质的基座4，基座4上设有分别通过一组柔性支承安装孔41、一组音圈电机定子安装孔42、一组传感器支架安装孔43固定在基座4上的柔性支承6、4个音圈电机组件和传感器安装支架3，其中，柔性支承6位于中心区域，柔性支承6的外围依次为传感器安装支架3和4个音圈电机组件，所述柔性支承6与反射镜支架2连接，反射镜支架2通过柔性连接体5与反射镜1连接，所述4个音圈电机组件呈正方形对称放置，每个音圈电机组件设有音圈动子7和音圈定子8，音圈定子8固定在基座4上，所述传感器安装支架3上设有两组电涡流位移传感器9，同一运动轴上的推、拉位移采用一组电涡流位移传感器9同时进行测量，测量推、拉位移的电涡流位移传感器9的测量点连线与反射镜1的运动轴共线。
19.如图3所示，所述反射镜1的镜体以铝作为镜坯材料，镜体与反射镜支架2接触的一面设有五个带有定位凹槽13的第一圆盲孔12，其中一个第一圆盲孔12位于镜体中心处、另
外4个第一圆盲孔12位于镜体边缘且等分镜体圆周的对称位置处，柔性连接体5通过定位凹槽13采用胶结的方式安装在第一圆盲孔12中，在保证强度的前提下，镜体其余区域尽可能多的采用六边形孔形单元11去除镜体材料。
20.如图4所示，所述反射镜支架2的材质为45钢、呈正交
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十字”形状，呈正交
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十字”形状的反射镜支架2的4个端头部设有连接音圈电机动子凸台25，反射镜支架2与反射镜1接触的一面呈平面状，反射镜支架2与反射镜1接触的一面中心位置处和4个端头部设有一组第二圆盲孔23、第二圆盲孔23用于放置柔性连接体5，中心位置处第二圆盲孔23的周边设有一组沉头圆过孔22，4个端头部上还设有一组腰圆过孔21，沉头圆过孔22腰圆过孔21分别用于固定柔性支承结构6和反射镜镜体2，在反射镜支架2的另一面中心位置处设有连接柔性支承凸台24，连接柔性支承凸台24和连接音圈电机动子凸台25的高度不同，连接柔性支承凸台24和连接音圈电机动子凸台25分别用于连接柔性支承6和音圈电机动子7。
21.如图5所示，所述传感器安装支架3为中心区域呈空心状的合金钢板，在合金钢板的中心通孔周边上4边呈中心对称位置处设置有4个用于安装电涡流位移传感器9的呈中空状凸台31，凸台31的周边设有一组传感器支架安装孔33，每个凸台31朝上的一面设有螺纹孔32用于安装固定电涡流位移传感器9的探头，每个凸台31底部即合金钢板该位置处设有与螺纹孔32大小相等的通孔34，传感器支架3通过传感器支架安装孔33采用螺栓与基座4上的传感器支架安装孔43配合固定安装在基座4上，电涡流位移传感器9探头穿过基座4中的通孔34后用传感器支架上凸台31上部的螺纹孔32安装锁紧。
22.如图7所示，所述柔性连接体5呈圆柱体状，圆柱体状的外壁上设有定位凸棱53，定位凸棱53与反射镜1上的定位凹槽13相对应匹配，圆柱体状的外壁上还设有对应于两个运动方向的第一柔性铰链51和第二柔性铰链52，在反射镜支架2的第二圆盲孔23和反射镜镜体1中的第一圆盲孔12中置入柔性连接体5，三者以胶结的方式固连接在一起。
23.如图8所示，所述柔性支承结构6材质为钛合金材料，柔性支承结构6设有依次连接的上段61、中段62和下段63，上段61和下段63上设置有柔性支承安装孔65，上段61采用螺栓通过柔性支承安装孔65固定在支架2上，下段63采用螺栓通过柔性支承安装孔41固定在基座4上，中段62上设有第三柔性铰链64，第三柔性铰链64在保证连接性和总体刚度的前提下去除多余材料、提供运动方向的柔度、同时限制其它方向的自由度。
24.如图9所示，所述音圈电机组件设有音圈动子7和音圈定子8，音圈动子7为线圈组件，音圈定子8采用磁铁材料，音圈电机动子7通过反射镜支架2上的腰圆过孔21与反射镜支架2用螺栓固连在一起，音圈动子7运动时驱动反射镜支架2带动反射镜1运动。
25.本技术方案的原理为：音圈电机组件驱动器运动轴、柔性支承6的第三柔性铰链64和电涡流位移传感器9测量点位于同一轴线，轻量化设计的柔性支承结构能够约束运动轴外其它方向的自由度，音圈电机定子8固定在基座上，音圈电机动子7在输入控制电压信号的作用下运动，驱动反射镜支架2通过柔性连接体5带动轻量化反射镜1运动产生线位移，固定在传感器支架2上的电涡流位移传感器9将对反射镜支架2的运动位移进行测量并实时反馈至控制器，控制器根据输入信号和测量信号之间的偏差，采用预设的控制算法输出控制电压信号驱动音圈电机对反射镜输出位移进行调节。