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柔性铰链快速反射镜

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随着激光发射系统的发射功率不断提高, 对精确控制高能激光束发射方向的要求也越来越 高。快 速 控 制 反 射 镜 (Fast Steeri n g  M irror , FSM ) 是可以快速转动反射镜实时控制光束方向 的装置, 它通过调整反射镜的角度达到控制激光 束发射方向的目的, 以体积小、 结构紧凑、 速度快、 精度高、 带宽高等优点被广泛应用于天文望远镜、 激光通讯、 图像稳定、 复合轴精密跟踪、 瞄准等光 学系统中, 已成为激光发射系统中进行光束方向 控制的关键部件之一。

近年来, 欧美国家采用了全柔性机构设计概 念, 将柔性机构与音圈电机或压电陶瓷驱动相结 合, 设计出了一系列柔性轴F S M 系统: 德国P I公 司研制了多种规格用于不同领域的快速反射镜, 是微驱动领域的先驱; 此外, 英国 Q u e e n s g a t e公 司, 美国 B a l l  A e r o s p a c e  & T e c h n o l o g y 公司, 意 大利 T h e r m o  T r e z公司等也在此领域进行了深 入研究, 研制出一系列不同参数的快速反射镜。 这类产品的主要优点是高精度、 高模态和长寿命, 但由于相关的理论研究尚不成熟, 此类机械装置 均无法突破行程较小的限制, 能承载的反射镜口 径及质量等都较低。国内如成都光电技术研究 所, 西安2 0 5 研究所, 哈尔滨工业大学等研制出的 两轴系及柔性轴快速反射镜均已广泛应用于实际 工程项目中。但框架式快速反射镜驱动运动复 杂, 所需力矩较大; 柔性轴快速反射镜在国内的研 究起步较晚, 虽已发表了很多高水平学术论文, 但 转化为工程方法的应用还有待探索研究

根据高精度机械轴系与柔性轴系的特 点, 设计了一种以柔性铰链为运动传递元件的快速反射镜, 采用直线音圈电机作驱动元件, 高精度光栅测微仪实现位置闭环控制,具有结构简单、 通光口径大、 所需驱动力小、行程大、控制精度高等 优点,可满足工程上对快速反射镜行程及控制精 度等方面的性能要求。


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