一种高精度电动反射镜架的制作方法

本发明涉及电动反射镜架，尤其涉及一种高精度电动反射镜架。

背景技术：

在高功率激光传输场景中，大口径反射镜(口径约为500mm)的主要设计功能是完成激光的准直引导与光束近场调整，是光束进入终端组件前的最终调整原件，其面型精度与稳定性将直接影响最终的打靶质量，反射镜1μrad的角度误差会对最终的打靶精度造成10μm以上的影响；故研制一款具备较高的安装精度与调整精度且稳定性良好的电动反射镜架是十分必要的，将有助于提高激光打靶精度与可靠性。

目前服役的反射镜架由哈尔滨工业大学设计研制，公开号为：cn103018879b，此专利为轴式镜架，利用二维正交转动实现角度调整，由内框、过渡框、外框、支架、锁紧装置和微驱动装置六部分组成；反射镜通过周边支撑的方式固定在过渡框上，过渡框通过快速定位装置安装在内框上，内框绕外框旋转，外框绕支架旋转，实现反射镜的二维正交调整，其反射镜架存在传动链长，支撑数目多的问题，导致精度有限，调整范围为±15mrad，单步调整精度为1.5μrad，且反射镜架本身的几何尺寸较大，难以用于空间有限的地方。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是：现有的反射镜架驱动链较长，为正交式结构，传动误差大，反射镜架的俯仰动作与偏摆动作由单独的驱动机构进行驱动，支撑数目多，导致精度有限，调整范围为±15mrad，单步调整精度为1.5μrad，且反射镜架本身的几何尺寸较大，难以用于空间有限的地方。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种高精度电动反射镜架包括反射镜架1、镜架背板2、镜架平台5、第一球头铰链副4、第二球头铰链副6和两个驱动模块3，反射镜架1的板面和镜架背板2的板面竖向并排相对设置，且二者之间通过上下相对设置的第一球头铰链副4和第二球头铰链副6连接，第一球头铰链副4处于反射镜架1或镜架背板2上端中间位置，第二球头铰链副6处于反射镜架1或镜架背板2下端中间位置，镜架平台5垂直安装在镜架背板2外侧板面的下端，两个驱动模块3并排设置在镜架平台5下板面的两侧，且两个驱动模块3分别垂直穿过镜架背板2上的第一圆孔与反射镜架1的内侧板面相连。

进一步地，所述的一种高精度电动反射镜架还包括两根长度计7和两个长度计挡座8，两个长度计挡座8固装在反射镜架1内侧板面的下端，两根长度计7分别设置在两个驱动模块3的下侧方，且每根长度计7分别穿过镜架背板2上的第二圆孔与长度计挡座8相连。

进一步地，每个驱动模块3包括伺服电机3-1、减速器3-2、联轴器3-4、轴承座3-5、丝杠3-6、丝杠螺母3-7、导轨3-3、导轨滑块3-8、柔性铰链3-10和柔性铰链连接座3-11，伺服电机3-1的输出轴连接到减速器3-2上，减速器3-2的输出轴通过联轴器3-4与丝杠3-6的一端连接，丝杠3-6外套装有轴承及轴承座3-5，丝杠螺母3-7螺接在丝杠3-6上，且丝杠螺母3-7与导轨滑块3-8的一端固连，导轨滑块3-8的另一端与柔性铰链3-10的一端固连，柔性铰链连接座3-11固装在反射镜架1的内侧板面上，柔性铰链3-10的另一端与柔性铰链连接座3-11固连，导轨3-3固接在镜架平台5的下板面上，导轨滑块3-8与导轨3-3滑动连接。

进一步地，所述的第一球头铰链副4包括第一球头铰链座4-1、第一球头铰链4-2和第一球头铰链凹槽4-3，第一球头铰链座4-1固装在反射镜架1的内侧板面上，第一球头铰链凹槽4-3固装在镜架背板2的内侧板面上，第一球头铰链4-2的一端与第一球头铰链座4-1固连，第一球头铰链4-2的另一端转动连接在第一球头铰链凹槽4-3内。

进一步地，所述的第二球头铰链副6包括第二球头铰链座6-1、第二球头铰链6-2和第二球头铰链凹槽6-3，第二球头铰链座6-1固装在反射镜架1的内侧板面上，第二球头铰链凹槽6-3固装在镜架背板2的内侧板面上，第二球头铰链6-2的一端与第二球头铰链座6-1固连，第二球头铰链6-2的另一端转动连接在第二球头铰链凹槽6-3内；

所述的第二球头铰链凹槽6-3沿其凹槽的轴线方向开有通孔6-3-1，且沿其凹槽的竖直方向槽的内径大于第二球头铰链6-2的外径。

进一步地，所述的柔性铰链3-10为多棱柱体，柱体的两端分别设置有一个连接部，沿柱体的轴线方向开有通孔3-10-2，且在柱体的侧壁上沿轴线方向均匀开有多排贯穿于通孔的狭缝组3-10-1。

本发明与现有技术相比产生的有益效果是：

1、本发明中的两个驱动链为并联式结构，驱动链短，精度高；

2、本发明中的反射镜架进行俯仰动作与偏摆动作分别是由两个驱动模块同步运动实现的，当两个驱动模块同步同向转动时，反射镜架进行俯仰动作，当两个驱动模块同步反向转动时，反射镜架进行偏摆运动，反射镜的俯仰角度与偏摆角度通过长度计和控制系统进行测量，步进分辨率约为0.3微弧度，精度更高，且反射镜直接安装在反射镜架上，整体占有的几何尺寸较小，适用于更多的空间。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为驱动模块的结构示意图；

图4为柔性铰链与长度计处的剖视图；

图5为本发明的侧视图；

图6为图1中a-a处的纵剖图；

图7为图6中i处的局部放大图；

图8为柔性铰链的结构示意图；

图9为柔性铰链的半剖图；

图10为反射镜安装在反射镜架上的示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案：

具体实施方式一：如图1和图2所示，本实施方式中，一种高精度电动反射镜架包括反射镜架1、镜架背板2、镜架平台5、第一球头铰链副4、第二球头铰链副6和两个驱动模块3，反射镜架1的板面和镜架背板2的板面竖向并排相对设置，将反射镜架1相对于镜架背板2的那侧板面设为内侧面，将镜架背板2相对于反射镜架1的那侧板面设为内侧面，反射镜架1和镜架背板2之间通过上下相对设置的第一球头铰链副4和第二球头铰链副6连接，第一球头铰链副4处于反射镜架1或镜架背板2上端中间位置，第二球头铰链副6处于反射镜架1或镜架背板2下端中间位置，镜架平台5垂直安装在镜架背板2外侧板面的下端，两个驱动模块3并排设置在镜架平台5下板面的两侧，且两个驱动模块3分别垂直穿过镜架背板2上的第一圆孔与反射镜架1的内侧板面相连。

如图10所示，将反射镜9安装在反射镜架1的外侧板面上；

如图5所示，在两个驱动模块3和第一球头铰链副4与第二球头铰链副6的共同作用下，电子反射镜架可以实现沿第一球头铰链副4和第二球头铰链副6的连线方向(x轴方向)做小角度的转动，如图1所示，电子反射镜架可以绕第一球头铰链副4所在的水平线(z轴方向)为轴做小角度的摆动，进而调整反射镜9的俯仰姿态和偏摆姿态,具体实现如下:

当两个驱动模块同步同向转动时,两个驱动模块中的导轨滑块同步向前运动，通过柔性铰链的变形可实现反射镜架1沿第一球头铰链副4所在的水平线(z轴方向)为轴做小角度的摆动；当两个驱动模块同步异向转动时,两个驱动模块中的导轨滑块异向运动，通过柔性铰链的变形可实现反射镜架1沿第一球头铰链副4和第二球头铰链副6连线的方向(x轴方向)为轴做小角度的转动。

反射镜架在两个驱动模块同步运动的作用下分别实现俯仰运动与偏摆运动，使得反射镜架的精度更高，原来反射镜架的俯仰运动由一个驱动模块进行驱动实现，偏摆运动由另一个驱动模块进行驱动实现，精度达不到要求。

具体实施方式二：如图1、图4和图6所示，本实施方式中，所述的一种高精度电动反射镜架还包括两根长度计7和两个长度计挡座8，两个长度计挡座8固装在反射镜架1内侧板面的下端，两根长度计7分别设置在两个驱动模块3的下侧方，且每根长度计7分别穿过镜架背板2上的第二圆孔与长度计挡座8相连，其中长度计的探头与长度计挡座连接在一起，当两个驱动模块驱动反射镜架产生俯仰或者偏摆运动时，两根长度计可以测出反射镜架与柔性铰链连接处的轴线位移，控制系统再通过长度计与旋转轴线(x轴或z轴)的距离比值得到反射镜架的摆角，进而得到反射镜架的姿态，再对驱动模块进行闭环控制，本发明通过使用驱动模块和长度计使得反射镜架的俯仰角度与偏摆角度测量更加精确，步进分辨率约为0.3微弧度。

其他组成及连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1、图3和图4所示，本实施方式中，每个驱动模块3包括伺服电机3-1、减速器3-2、联轴器3-4、轴承座3-5、丝杠3-6、丝杠螺母3-7、导轨3-3、导轨滑块3-8、柔性铰链3-10和柔性铰链连接座3-11，伺服电机3-1的输出轴连接到减速器3-2上，减速器3-2的输出轴通过联轴器3-4与丝杠3-6的一端连接，丝杠3-6外套装有轴承及轴承座3-5，轴承座3-5内设置有两个并排设置的滚珠轴承，用以支撑丝杠3-6的全部重力，丝杠螺母3-7螺接在丝杠3-6上，且丝杠螺母3-7与导轨滑块3-8的一端固连，导轨滑块3-8的另一端与柔性铰链3-10的一端固连，柔性铰链连接座3-11固装在反射镜架1的内侧板面上，柔性铰链3-10的另一端与柔性铰链连接座3-11固连，导轨3-3固接在镜架平台5的下板面上，导轨滑块3-8与导轨3-3滑动连接，其中导轨滑块3-8内沿轴线方向设置有通孔，丝杠3-6的另一端处于导轨滑块3-8的通孔内。

所述的每个驱动模块3还包括一个光电开关挡板和两个光电开关3-9，光电开关挡板设置在导轨滑块3-8上，两个光电开关3-9分别设置在导轨的两端，由伺服电机3-1输出的转动角度通过减速器3-2、联轴器3-4、丝杠3-6和丝杠螺母3-7的传动转化为导轨滑块的平动位移，其精度可达到20nm以内，导轨滑块的极限运动位置由光电开关3-9和光电开关挡板进行限制。

通常伺服电机用于实现精确的力矩输出，本发明用伺服电机实现了滑块位置的精确锁定，防止在重力、惯性等因素下出现的位移漂移现象，使镜架的运动控制达到较高精度。

其他组成及连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：如图6所示，本实施方式中，所述的第一球头铰链副4包括第一球头铰链座4-1、第一球头铰链4-2和第一球头铰链凹槽4-3，第一球头铰链座4-1固装在反射镜架1的内侧板面上，第一球头铰链凹槽4-3固装在镜架背板2的内侧板面上，第一球头铰链4-2的一端与第一球头铰链座4-1固连，第一球头铰链4-2的另一端转动连接在第一球头铰链凹槽4-3内。

所述的第一球头铰链凹槽4-3为常规凹槽，第一球头铰链副4具有三个转动自由度。

其他组成及连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：如图6和图7所示，本实施方式中，所述的第二球头铰链副6包括第二球头铰链座6-1、第二球头铰链6-2和第二球头铰链凹槽6-3，第二球头铰链座6-1固装在反射镜架1的内侧板面上，第二球头铰链凹槽6-3固装在镜架背板2的内侧板面上，第二球头铰链6-2的一端与第二球头铰链座6-1固连，第二球头铰链6-2的另一端转动连接在第二球头铰链凹槽6-3内；

所述的第二球头铰链凹槽6-3沿其凹槽的轴线方向开有通孔6-3-1，且沿其凹槽的竖直方向槽的内径大于第二球头铰链6-2的外径，且第二球头铰链6-2上下移动的范围比较小，第二球头铰链副6具有两个平移自由度，即沿着第二球头铰链凹槽6-3的轴线方向具有一个平移自由度，沿着第二球头铰链凹槽6-3的竖直方向具有一个平移自由度，同时第二球头铰链副6还具有三个转动自由度，通过第二球头铰链副6的两个平移自由度和三个转动自由度实现了反射镜架的俯仰姿态。

其他组成及连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：如图8和图9所示，本实施方式中，所述的柔性铰链3-10为多棱柱体，柱体的两端分别设置有一个连接部，其中一个连接部用于连接导轨滑块，另一个连接部用于连接柔性铰链连接座，沿柱体的轴线方向开有通孔3-10-2，且在柱体的侧壁上沿轴线方向均匀开有多排贯穿于通孔的狭缝组3-10-1。

其中每排狭缝组包括两条相对设置的狭缝，狭缝的首尾两端分别设置在柔性铰链3-10相对的两个侧壁上，且相对设置的两条狭缝首尾端之间留有连接处，当伺服电机驱动导轨滑块直线向前运动时，反射镜架沿着z轴进行俯仰动作(反射镜架的尾端产生弧形的运动)，与反射镜架连接的柔性铰链需要弯曲才能实现，弯曲的角度大概正负0.86度，角度范围是很小，柔性铰链的变形是通过多排狭缝的挤压与扩张实现的(柔性铰链本身具有三个方向的自由度)，本装置利用了其两个方向的弯曲自由度实现变形，且此柔性铰链本身具有较高的轴向刚度，进而实现将驱动模块的直线运动转化为反射镜架的俯仰运动和偏摆运动。

其他组成及连接方式与具体实施方式一至五任一项相同。