用于光學(xué)鏡面振動(dòng)控制的壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及振動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種用于光學(xué)鏡面振動(dòng)控制的壓 電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域得到不斷拓展，光學(xué)系統(tǒng)的精度 要求也在不斷提高。但是，光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境卻也越來越復(fù)雜，環(huán)境振動(dòng)等干擾對(duì)光學(xué)系 統(tǒng)的成像情況影響越來越大。環(huán)境振動(dòng)引起的光束指向不穩(wěn)定的問題普遍存在于各類光學(xué) 系統(tǒng)中，并對(duì)其性能造成了重大影響。
[0003] 然而，現(xiàn)有多通過作動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)在振動(dòng)環(huán)境下較好的成像，作動(dòng)器的 作用是按照確定的控制規(guī)律對(duì)控制對(duì)象施加控制力。近年來，在傳統(tǒng)的流體作動(dòng)、氣體作動(dòng) 器和電器作動(dòng)器的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)出了多種智能型作動(dòng)器，如壓電陶瓷作動(dòng)器、壓電薄膜 作動(dòng)器、電致伸縮作動(dòng)器等。但現(xiàn)有的這些作動(dòng)器普遍存在功耗高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于光學(xué)鏡面振動(dòng)控制的壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器，該發(fā)明 解決了現(xiàn)有技術(shù)中常用作動(dòng)器進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)控制時(shí)存在的光束指向主動(dòng)控制功耗高、結(jié)構(gòu) 復(fù)雜的困難的技術(shù)問題。
[0005] 本發(fā)明提供一種用于光學(xué)鏡面振動(dòng)控制的壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器，包括前蓋、用于控 制光學(xué)鏡面在其俯仰偏航方向所處位置的壓電堆和用于容納壓電堆的套筒，前蓋的一端抵 接于光學(xué)鏡面上，另一端與壓電堆的一端相連接并容納于套筒內(nèi)；壓電堆的另一端預(yù)緊地 容納于套筒內(nèi)。
[0006] 進(jìn)一步地，前蓋的一端設(shè)有圓頭端，圓頭端抵接于光學(xué)鏡面上。
[0007] 進(jìn)一步地，前蓋的另一端上設(shè)有用于使壓電堆插入的倒槽，倒槽設(shè)置于前蓋的另 一端內(nèi)，倒槽內(nèi)設(shè)有倒角。
[0008] 進(jìn)一步地，還包括直線軸承和內(nèi)套，前蓋和壓電堆通過直線軸承潤滑連接；內(nèi)套套 設(shè)于直線軸承上，并容納固定連接于套筒內(nèi)。
[0009] 進(jìn)一步地，還包括用于抵住壓電堆的后蓋，后蓋的一段插設(shè)于壓電堆中，另一端滑 動(dòng)設(shè)置于套筒內(nèi)。
[0010] 進(jìn)一步地，后蓋包括相連接的上部圓柱體和下部圓柱體，上部圓柱體插入壓電堆 中，下部圓柱體滑動(dòng)設(shè)置于套筒內(nèi)。
[0011] 進(jìn)一步地，還包括用于固定壓電堆位置的頂絲，頂絲的一端通過螺紋與套筒相連 接，另一端伸出套筒外。
[0012] 進(jìn)一步地，套筒內(nèi)分段依序設(shè)有第一固定槽、第二滑動(dòng)槽和第三抵頂槽，內(nèi)套容納 卡接于第一固定槽內(nèi)；后蓋滑動(dòng)容納于第二滑動(dòng)槽內(nèi)；頂絲螺紋連接于第三抵頂槽內(nèi)。
[0013] 本發(fā)明的另一方面還提供了一種光學(xué)鏡面微調(diào)裝置，包括光學(xué)鏡面裝置、至少2個(gè) 如上述的用于光學(xué)鏡面振動(dòng)控制的壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器、微驅(qū)動(dòng)器支架和鏡座體，用于光學(xué) 鏡面振動(dòng)控制的壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器的一端安裝于微驅(qū)動(dòng)器支架內(nèi)，另一端抵接于光學(xué)鏡面 裝置的光學(xué)鏡面上用于光學(xué)鏡面振動(dòng)控制的壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器成對(duì)設(shè)置，分別抵接于光學(xué) 鏡面下部的兩相對(duì)側(cè)上。
[0014] 進(jìn)一步地，光學(xué)鏡面裝置包括鏡座、安裝于鏡座上的鏡座板、安裝于鏡座板上的鏡 片和正對(duì)鏡座間隔安裝的鏡座體，鏡座體的外側(cè)下部間隔安裝有用于安裝微驅(qū)動(dòng)器的微驅(qū) 動(dòng)器支架。
[0015] 本發(fā)明的技術(shù)效果：
[0016] 本發(fā)明提供的了一種用于光學(xué)鏡面振動(dòng)控制的壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器，該微驅(qū)動(dòng)器使 用方便、易于調(diào)整，可直接操控光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)光束指向主動(dòng)控制。
[0017] 本發(fā)明提供的光學(xué)鏡面微調(diào)裝置尺寸較小，配合已有控制方法即可實(shí)現(xiàn)對(duì)鏡片的 準(zhǔn)確控制，尺寸小于現(xiàn)有的作動(dòng)器，能更好的適應(yīng)星上需要。
[0018] 具體請(qǐng)參考根據(jù)本發(fā)明的用于光學(xué)鏡面振動(dòng)控制的壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器提出的各 種實(shí)施例的如下描述，將使得本發(fā)明的上述和其他方面顯而易見。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明提供的用于光學(xué)鏡面振動(dòng)控制的壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器優(yōu)選實(shí)施例的爆 炸分解示意圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明提供的用于光學(xué)鏡面振動(dòng)控制的壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器優(yōu)選實(shí)施例的組 裝示意圖；
[0021 ]圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的前蓋的主視局部剖視示意圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的套筒局部剖視示意圖；
[0023] 圖5是本發(fā)明提供的用于光學(xué)鏡面振動(dòng)控制的壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器優(yōu)選實(shí)施例安裝 狀態(tài)不意圖；
[0024] 圖6是本發(fā)明提供的用于光學(xué)鏡面振動(dòng)控制的壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器優(yōu)選實(shí)施例用于 調(diào)整Z軸或/和X軸向角度安裝狀態(tài)局部放大示意圖；
[0025] 圖7是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例在10Hz激勵(lì)情況下控制效果曲線圖示意圖；
[0026] 圖8是圖7中總位移局部放大示意圖
[0027]圖9是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例在50Hz激勵(lì)情況下控制效果曲線示意圖；
[0028] 圖10是圖9中總位移局部放大示意圖；
[0029] 圖11是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例在150Hz激勵(lì)情況下控制效果曲線示意圖；
[0030] 圖12是圖11中總位移局部放大示意圖；
[0031 ]圖13是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例在隨機(jī)激勵(lì)情況下控制效果曲線示意圖；
[0032] 圖14是圖13中總位移局部放大示意圖；
[0033] 圖15是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中驗(yàn)證試驗(yàn)中所用光學(xué)調(diào)整架的振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)光路示 意圖。
[0034] 圖例說明：
[0035] 100、光學(xué)鏡面裝置；110、鏡座；120、鏡座板；130、鏡片；140、鏡座體；150、微驅(qū)動(dòng)器 支架;210、前蓋;211、圓頭端;212、倒槽;220、直線軸承；230、內(nèi)套；240、壓電堆；250、后蓋； 260、套筒;261、第一固定槽;262、第二滑動(dòng)槽;263、第三抵頂槽;270、頂絲。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0037] 參見圖1~2,本發(fā)明提供了一種用于光學(xué)鏡面振動(dòng)控制的壓電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器，包 括前蓋210、用于控制光學(xué)鏡面在其俯仰偏航方向所處位置的壓電堆240和用于容納壓電堆 240的套筒260,前蓋210的一端抵接于光學(xué)鏡面上，另一端與壓電堆240的一端相連接并容 納于套筒260內(nèi)；壓電堆240的另一端預(yù)緊的容納于套筒260內(nèi)。該微驅(qū)動(dòng)器利用壓電堆240 所具有的受電壓驅(qū)動(dòng)而伸縮的能力，使得光學(xué)鏡面可在其俯仰偏航方向上發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)鏡面的調(diào)整。替代了現(xiàn)有的作動(dòng)器，尺寸較小，采用現(xiàn)有的控制方法即可實(shí)現(xiàn)對(duì) 光學(xué)鏡面的控制。此處所用的控制方法可以但不限于如模糊控制方法，PID控制方法等。能 實(shí)現(xiàn)這些控制算法的部件，可設(shè)置于與待控制部件電連接器件上即可。含有各控制算法的 部件可以相互替換。
[0038] 進(jìn)一步地，包括前蓋210、直線軸承220、內(nèi)套230、用于對(duì)光學(xué)鏡面進(jìn)行控制的壓電 堆240、用于抵住壓電堆240的后蓋250、用于容納壓電堆240的套筒260和用于固定壓電堆 240位置的頂絲270。前蓋210通過直線軸承220與壓電堆240相連接。內(nèi)套230套設(shè)于直線軸 承220外，并與套筒260固定連接。從而使得前蓋210的前端伸出套筒260外，與前蓋210相連 接的壓電堆240、內(nèi)套230和直線軸承220均容納于套筒260內(nèi)。后蓋250容納于套筒260內(nèi)，其 一端抵接于壓電堆240的底面。頂絲270的一端伸入套筒260內(nèi)，并抵接于后蓋250的另一面 上，頂絲270的另一端伸出套筒260外。頂絲270可用于調(diào)節(jié)整個(gè)用于光學(xué)鏡面振動(dòng)控制的壓 電陶瓷微驅(qū)動(dòng)器的預(yù)緊程度。
[0039] 優(yōu)選的，參見圖3,前蓋210包括圓頭端211和倒角端，圓頭端211上設(shè)置半球頭，能 有效避免光學(xué)鏡面對(duì)前蓋210頂端施加剪切力。倒角端內(nèi)設(shè)置倒槽212。倒槽212內(nèi)可插入壓 電堆240。更優(yōu)選的，圓頭端211為半徑為4mm的半球頭。采用該尺寸的圓頭端211，能有效降 低前蓋210與鏡面接觸時(shí)產(chǎn)生過大的摩擦力，進(jìn)而對(duì)鏡面造成磨損。同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)精確 控制，避免控制過程中，過度運(yùn)動(dòng)的發(fā)生。
[0040] 優(yōu)選的，該倒槽212為深8mm直徑5mm的倒槽212，端口處設(shè)有倒角，提高與壓電堆 240的連接緊密度。
[0041] 更優(yōu)選的，前蓋210為圓柱體結(jié)構(gòu)，長37mm，直徑8mm，采用不銹鋼材料加工而成。此 時(shí)剛度能滿足要求。
[0042] 所用直線軸承220可以為常見直線軸承220,優(yōu)選為外徑15mm，內(nèi)徑8mm，長17mm，采 用該尺寸的直線軸承220,能有效實(shí)現(xiàn)壓電堆240伸縮時(shí)，使之與前蓋210在潤滑的情況下推 動(dòng)前蓋210導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)。
[0043] 內(nèi)套230為一筒狀結(jié)構(gòu)，更優(yōu)選的，為長17_，外徑22mm內(nèi)徑15mm的筒體結(jié)構(gòu)。用于 將直線軸承220固定于套筒260內(nèi)壁上。從而有助于直線軸承220的潤滑導(dǎo)向作用的實(shí)現(xiàn)。更 有選的，采用不銹鋼材料加工而成。
[0044]壓電堆240可以為市售產(chǎn)品。例如可以為普愛納米位移技術(shù)(上海)有限公司（PI) 產(chǎn)品P-843.60。壓電堆240能在驅(qū)動(dòng)電壓作用下，結(jié)合常用算法控制實(shí)現(xiàn)預(yù)定長度的伸長或 縮短，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)待調(diào)整光學(xué)鏡面的精確控制。
[0045]優(yōu)選的，后蓋250包括疊置的2個(gè)共軸圓柱體。這兩個(gè)圓柱體的為直徑從上之下增 大。采用該結(jié)構(gòu)，能有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)壓電堆240的壓緊作用。更優(yōu)選的，后蓋250下部圓柱體長 15m