柔性驅動體及使用該柔性驅動體的快速控制反射鏡的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光束控制技術領域，具體的說，涉及了一種柔性驅動體及使用該柔性 驅動體的快速控制反射鏡。
【背景技術】
[0002] 快速控制反射鏡是一種控制光束傳播方向的精密光學儀器，是現代光機電系統(tǒng)中 的一類關鍵元器件，其主要功能是在輸入電信號的控制下實現對鏡面角度的實時調整，實 現高頻率的角度指向、掃描和穩(wěn)定，具有體積小、速度快、精度高等優(yōu)點，已被廣泛應用于空 間激光通信、自適應光學、車載/機載/星載激光系統(tǒng)、圖像穩(wěn)定、復合軸精密跟蹤、天文望 遠鏡、激光成像雷達、激光束穩(wěn)定系統(tǒng)、共焦顯微鏡實時激光掃描、捕獲目標跟蹤等領域。
[0003] 現有的快速控制反射鏡主要有音圈電機和壓電陶瓷兩種驅動方式。一般來說，前 者掃描角度較大但諧振頻率較低，后者掃描角度較小但是掃描頻率高。設計一種掃描角度 大且掃描頻率高的快速控制反射鏡已成為現有設計遇到的難點。
[0004] 現有的一維壓電驅動式快速控制反射鏡一般采用單個或者兩個壓電驅動器來驅 動鏡面實現偏轉動作。采用單個壓電驅動器時，快速控制反射鏡鏡架往往采用杠桿式結構， 容易造成結構的不對稱，無法充分利用空間，會增加系統(tǒng)的尺寸，不對稱結構還會因溫度的 變化引起微小定位誤差。采用兩個壓電驅動器時，兩個驅動器在互為反向的驅動電壓作用 下，做互為反向的推拉運動，實現反射鏡體的轉動，這種快速控制反射鏡體積一般比較大， 在對系統(tǒng)尺寸和重量有著嚴格要求的空間探測系統(tǒng)、武器系統(tǒng)中難以應用。同時，結構的限 制使得同時保證大角度的偏轉和高精度的角度控制變得十分困難。兩個壓電驅動器還會因 為自身材料的原因導致相同的輸入電壓產生的輸出不一致，增加控制難度。
[0005] 為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術解決方案。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是針對現有技術的不足，從而提供一種柔性驅動體及使用該柔性驅 動體的快速控制反射鏡，使用該柔性驅動體的快速控制反射鏡具有偏轉速度快，控制精度 高，偏轉角度大，沒有機械磨損，機構緊湊，空間利用率高，穩(wěn)定性好的特點，并且體積小，重 量輕，剛度高，能夠實現單鏡面一維掃描。
[0007] 為了實現上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種柔性驅動體，該柔性驅動體 包括鏡片承載橫板、旋轉中心桿、第一柔性板簧、第二柔性板簧、三角放大第一輸入端板、三 角放大第二輸入端板、三角放大第一輸出端板、三角放大第二輸出端板、四個相同的三角放 大柔性桿、兩個固定螺紋孔、第一弧形導向桿和第二弧形導向桿；所述三角放大第一輸入端 板、所述三角放大第二輸入端板、所述三角放大第一輸出端板、所述三角放大第二輸出端板 和四個所述三角放大柔性桿構成一個左右反對稱和上下對稱的八邊形框架結構，四個相同 的三角放大柔性桿與豎直方向成銳角設置；所述第一弧形導向桿的一端連接所述三角放大 第一輸出端板，所述第二弧形導向桿的一端連接所述三角放大第二輸出端板，所述鏡片承 載橫板的兩端分別連接所述第一弧形導向桿的另一端和所述第二弧形導向桿的另一端，構 成偏擺機構框架結構；所述旋轉中心桿通過所述第一柔性板簧和所述第二柔性板簧對稱設 置在所述偏擺機構框架結構內。
[0008] 基于上述，所述柔性驅動體由線切割工藝一體化設計加工而成。
[0009] -種快速控制反射鏡，該快速控制反射鏡包括所述的柔性驅動體、底座、壓電驅動 器、第一固定板、第二固定板、反射鏡片和驅動控制系統(tǒng)；所述反射鏡片設置在所述鏡片承 載橫板上；所述壓電驅動器鑲嵌在所述八邊形框架結構的內部；所述第一固定板和第二固 定板的上部側面均與所述旋轉中心桿固定連接，下端面均與底座固定連接；所述柔性驅動 體通過所述三角放大第二輸入端板與所述底座固定連接；所述第一柔性板簧和所述第二柔 性板簧靠近所述旋轉中心桿的一端表面分別粘貼有SGS應變片，所述控制驅動系統(tǒng)與所述 壓電驅動器和所述應變片輸出端電連接，用于實現對反射鏡片偏轉角度的閉環(huán)控制。
[0010] 基于上述，所述八邊形框架結構的內部設置一個壓電驅動器，所述壓電驅動器過 盈配合鑲嵌在所述八邊形框架結構的內部。
[0011] 基于上述，所述反射鏡片膠接在所述鏡片承載橫板上。
[0012] 基于上述，所述驅動控制系統(tǒng)包括信號調理電路、A/D轉換電路、DSP數字控制器、 D/A轉換電路和壓電驅動電路；所述信號調理電路接受來自所述SGS應變片的信號，進行濾 波和放大后提供給所述A/D轉換電路，所述A/D轉換電路將接收到的模擬信號轉換為數字 信號，并提供給所述DSP數字控制器；所述DSP數字控制器對接收到的數字信號進行處理， 得到偏轉角度誤差，根據獲得的偏轉角度誤差進行數字PID控制得到控制信號，控制信號 經所述A/D轉換電路提供給所述壓電驅動電路；所述壓電驅動電路連接所述壓電驅動器， 以根據控制信號驅動所述壓電驅動器產生相應的位移量。
[0013] 基于上述，所述壓電驅動器為壓電疊堆PZT驅動器。
[0014] 本發(fā)明相對現有技術具有突出的實質性特點和顯著進步，具體的說，本發(fā)明的快 速控制反射鏡，具有以下有益效果： 1. 反射鏡體從柔性驅動體獲得旋轉動力驅動反射鏡片進行偏轉，柔性驅動體轉動部分 左右對稱，使得反射鏡整體結構變得緊湊； 2. 該反射鏡采用了一個壓電驅動器驅動，避免了多個驅動器的輸出不一致的問題，同 時體積較??； 3. 柔性驅動體通過八邊形框架結構和偏擺機構框架結構的機構設置，基于三角放大 和差分放大實現了對壓電驅動器輸出位移的放大，使反射鏡能夠具備大的掃描角度； 4. 基于SGS應變片的設置，能夠測量偏轉輸出，構成閉環(huán)系統(tǒng)，利于實現反射鏡的高精 度角度控制； 5. 采用柔性設計，采用線切割一體化加工為一個整體，增加了系統(tǒng)的諧振頻率，利于實 現高速偏轉； 6. 由于使用了彈性鉸鏈結構，反射鏡在偏轉運動中無摩擦損耗，使其工作壽命長，無需 潤滑，可免維護。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明快速控制反射鏡的結構示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明快速控制反射鏡拆除固定板后的結構示意圖。
[0017] 圖3是本發(fā)明柔性驅動體的結構示意圖。
[0018] 圖4是本發(fā)明柔性驅動體的運動動作示意圖。
[0019] 圖5是本發(fā)明柔性驅動體的另一運動動作示意圖。
[0020] 圖6是本發(fā)明驅動控制的原理框圖。
[0021] 其中，圖4和圖5中，#表示固定，1表示壓電位移輸入，2、3為三角放大輸出，4、5 為偏轉角度輸出。
【具體實施方式】
[0022] 下面通過【具體實施方式】，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
[0023] 如圖1-3所示，一種柔性驅動體4,包括鏡片承載橫板4-1、旋轉中心桿4-2、第一 柔性板簧4-31、第二柔性板簧4-32、三角放大第一輸入端板4-41、三角放大第二輸入端板 4-42、螺紋孔4-5、螺紋孔4-6、三角放大第一輸出端板4-71、三角放大第二輸出端板4-72、 四個相同的三角放大柔性桿4-81~4-84、第一弧形導向桿4-91和第二弧形導向桿4-92。
[0024] 所述三角放大第一輸入端板4-41、所述三角放大第二輸入端板4-42、所述三角 放大第一輸出端板4-71、所述三角放大第二輸出端板4-72和四個所述三角放大柔性桿 (4-81~4-84)構成一個左右反對稱和上下對稱的八邊形框架結構，用于實現三角放大，也即 三角放大機構，其中，四個相同的三角放大柔性桿（4-81~4-84)與豎直方向成銳角G設置， 該八邊形框架結構的輸出對輸入的放大倍數為;所