专利名称：双光楔激光光束角度自动控制仪的制作方法
技术领域：
本发明双光楔激光光束角度自动控制仪涉及一种高精度双光楔激光光束角度自 动控制仪器，特别是一种应用于激光实兵对抗系统中的光束调整装置，其功能在二维方向 上快速、准确的调节出射激光的角度以达到精确瞄准的目的。
背景技术：
双光楔在光学传递系统中有着广泛的应用。通过不同结构参数的光楔组合可得到 不同的光束偏转角，在光学传输过程中，有时需要实现在一定的视场角范围内光束偏转，并 实现精确的出射光斑定位，如在激光实兵对抗系统中，需要激光发射机光斑与瞄准系统瞄 准点精确重合。这就需要通过精密机械系统以及电路控制系统来实现，而目前激光发射机 及控制仪器无法实现。
发明内容
本发明的目的在于针对上述不足之处提供一种双光楔激光光束角度自动控制仪， 是一种结构简单、高精度、高可靠性的激光光束角度自动校准仪器。本发明双光楔激光光束角度自动控制仪是采取以下技术方案实现双光楔激光光束角度自动控制仪由激光发射部件、光楔调节部件、控制电路组成。 激光发射部件包括激光源、凸透镜和激光发射机镜筒，激光源和凸透镜安装在激光发射镜 筒内，将激光源产生的光线通过凸透镜汇聚成平行光。所述激光源采用半导体激光器。光 楔调节部件包括步进电机一、步进电机二、光楔齿轮一、光楔齿轮二、一级码盘一、一级码盘 二、二级码盘一、二级码盘二、一级光耦一、一级光耦二、二极光耦一、二级光耦二、光楔镜片 一、光楔镜片二、光楔齿轮基座、小齿轮一和小齿轮二。光楔调节部件中光楔镜片一胶合在光楔齿轮一中心部，光楔齿轮一安装在光楔 齿轮基座内，可绕中心转动，由楔板限制其轴向位置；光楔齿轮一端面上安装有一级码盘 一，通过一级光耦一反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮一与光楔齿轮一啮合，同时与 步进电机一、二级码盘一共轴装配在一起，步进电机一带动小齿轮一旋转、同时驱动光楔齿 轮一时，二级码盘一通过二级光耦一反馈信号，以记录光楔镜片一旋转的具体角度。光楔镜片二胶合在光楔齿轮二中心部，光楔齿轮二安装在光楔齿轮基座内，可绕 中心转动，由楔板限制其轴向位置；光楔齿轮二端面上安装有一级码盘二，通过一级光耦二 反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮二与光楔齿轮二啮合，同时与步进电机二、二级码 盘二共轴装配在一起，步进电机二带动小齿轮二旋转、同时驱动光楔齿轮二时，二级码盘二 通过二级光耦二反馈信号，以记录光楔镜片二旋转的具体角度。激光发射部件将激光源产生的光线通过准直透镜汇聚成平行光。光楔调节部件 中光楔镜片胶合在光楔齿轮中心部，光楔齿轮安装在光楔齿轮基座内，可绕中心转动，由 楔板限制其轴向位置；光楔齿轮端面上安装有一级码盘，通过一级光耦反馈信号以确定光 楔旋转起始位；小齿轮与光楔齿轮啮合，同时与步进电机、二级码盘共轴装配在一起，步进电机带动小齿轮旋转、同时驱动光楔齿轮时，二级码盘通过二级光耦反馈信号，以记录光楔 镜片旋转的具体角度。控制电路包括串口通讯电路、主控电路、4路反馈电路、调制电路、电机控制驱动电 路。主控电路与串口通讯电路、4路反馈电路、调制电路连接，调制电路与电机控制驱动电路 连接，用于信号的传输和反馈，调制电路采用SP3232E接收器，SP3232E在关断模式下只需 IuA的电源电流就可实现对外部信号的监测；主控电路选用ST公司的Cortex-M3处理器作 为核心控制芯片，为调制电路提供驱动信号，4路反馈电路分别与一级光耦一、一级光耦二、 二极光耦一、二级光耦二相连，通过接受光耦信号，防止电机调节超出范围；调制电路与电 机控制电路相连，通过PWM实现电机缓慢加速、勻速控制、减速停止；电机控制电路分别与 步进电机一、步进电机二相连，电机控制驱动电路采用L298N驱动芯片，每路控制信号都有 过流保护功能。工作原理双光楔激光光束角度自动控制仪工作时，控制电路中串口通讯电路得 到弹道调整指令，主控电路根据弹道模型和光楔运行机构特性计算电机需要运转的方向和 步数；调制电路控制电机运行的速度和力矩，实现点击变速控制，减少失步概率，反馈电路 控制机构进行细微调节，最终实现弹道的精确模拟。双光楔激光光束角度自动控制仪工作时，激光发射部件将激光源产生的光线通过 凸透镜汇聚成平行光。光楔调节部件中光楔镜片胶合在光楔齿轮中心部，光楔齿轮安装 在光楔齿轮基座内，可绕中心转动，由楔板限制其轴向位置；光楔齿轮端面上安装有一级码 盘，通过一级光耦反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮与光楔齿轮啮合，同时与步进电 机、二级码盘共轴装配在一起，步进电机带动小齿轮旋转、同时驱动光楔齿轮时，二级码盘 通过二级光耦反馈信号，以记录光楔镜片旋转的具体角度。控制电路中串口通讯电路得到弹道调整指令，主控电路根据弹道模型和光楔运行 机构特性计算电机需要运转的方向和步数；调制电路控制电机运行的速度和力矩，实现点 击变速控制，减少失步概率，反馈电路控制机构进行细微调节，最终实现弹道的精确模拟。本发明技术有益效果1、双光楔激光光束角度自动控制仪的调节机构基于双光楔原理，两个圆形光楔固 定于光楔齿轮上。两个控制步进电机固定于底板上，通过精密齿轮驱动光楔齿轮旋转，机械 结构精度高，工作时平稳无抖动。2、双光楔激光光束角度自动控制仪的光楔齿轮基座上设置光藕和码盘，工作时能 实时反馈转动角度，提高了整个系统的控制精度。3、双光楔激光光束角度自动控制仪，是一种结构简单、高精度、高可靠性的激光光 束角度自动校准仪器。
以下将结合附图对本发明作进一步说明图1是本发明双光楔激光光束角度自动控制仪主视图。图2是本发明双光楔激光光束角度自动控制仪A向视图。图3是本发明双光楔激光光束角度自动控制仪的控制电路框图。图中标号1、底板，2、步进电机二，3、步进电机一，4、二极光耦一，5、二极码盘一，6、二级光耦二，7、二级码盘二，8、光楔镜片二，9、光楔镜片一，10、一级光耦二，11、一级码盘 二，12、光楔齿轮二，13、光楔齿轮基座，14、楔板，15、光楔齿轮一，16、一级光耦一，17、一级 码盘一，18、激光发射镜筒，19、凸透镜，20、激光源，21、小齿轮一，22、小齿轮二。
具体实施例方式参照附图1 3，双光楔激光光束角度自动控制仪由激光发射部件、光楔调节部 件、控制电路组成。激光发射部件包括激光源、凸透镜和激光发射镜筒18，激光源20和凸 透镜19安装在激光发射镜筒18内，将激光源20产生的光线通过凸透镜19汇聚成平行光。 所述激光源20采用半导体激光器。光楔调节部件包括步进电机一 3、步进电机二 2、光楔齿 轮一 15、光楔齿轮二 12、一级码盘一 17、一级码盘二 11、二级码盘一 5、二级码盘二 7、一级 光耦一 16、一级光耦二 10、二极光耦一 4、二级光耦二 6、光楔镜片一 9、光楔镜片二 8、光楔 齿轮基座13、小齿轮一 21和小齿轮二 22。光楔调节部件中光楔镜片一 9胶合在光楔齿轮一 15中心部，光楔齿轮一 15安装 在光楔齿轮基座13内，可绕中心转动，由楔板14限制其轴向位置；光楔齿轮一 15端面上安 装有一级码盘一 17，通过一级光耦一 16反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮一 21与 光楔齿轮一 15啮合，同时与步进电机一 3、二级码盘一 5共轴装配在一起，步进电机一 3带 动小齿轮一 21旋转、同时驱动光楔齿轮一 10时，二级码盘一 5通过二级光耦一 4反馈信号， 以记录光楔镜片一 9旋转的具体角度。光楔镜片二 8胶合在光楔齿轮二 12中心部，光楔齿轮二 12安装在光楔齿轮基座 13内，可绕中心转动，由楔板14限制其轴向位置；光楔齿轮二 12端面上安装有一级码盘二 11，通过一级光耦二 6反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮二 22与光楔齿轮二 12啮 合，同时与步进电机二 2、二级码盘二 7共轴装配在一起，步进电机二 2带动小齿轮二 22旋 转、同时驱动光楔齿轮二 12时，二级码盘二 7通过二级光耦二 6反馈信号，以记录光楔镜片 二 8旋转的具体角度。所述光楔镜片一 9和光楔镜片二 8楔角为2°，材质采用K9玻璃。激光发射部件将激光源20产生的光线通过凸透镜19汇聚成平行光。光楔调节部 件中光楔镜片胶合在光楔齿轮中心部，光楔齿轮安装在光楔齿轮基座内，可绕中心转动， 由楔板限制其轴向位置；光楔齿轮端面上安装有一级码盘，通过一级光耦反馈信号以确定 光楔旋转起始位；小齿轮与光楔齿轮啮合，同时与步进电机、二级码盘共轴装配在一起，步 进电机带动小齿轮旋转、同时驱动光楔齿轮时，二级码盘通过二级光耦反馈信号，以记录光 楔镜片旋转的具体角度。控制电路包括串口通讯电路、主控电路、4路反馈电路、调制电路、电机控制驱动电 路。主控电路与串口通讯电路、4路反馈电路、调制电路连接，调制电路与电机控制驱动电路 连接，用于信号的传输和反馈，调制电路采用SP3232E接收器，SP3232E在关断模式下只需 IuA的电源电流就可实现对外部信号的监测；主控电路选用ST公司的Cortex-M3处理器作 为核心控制芯片，为调制电路提供驱动信号，4路反馈电路分别与一级光耦一 16、一级光耦 二 10、二极光耦一 4、二级光耦二 6相连，通过接受光耦信号，防止电机调节超出范围；调制 电路与电机控制电路相连，通过PWM实现电机缓慢加速、勻速控制、减速停止；电机控制电 路分别与步进电机一 3、步进电机二 2相连，电机控制驱动电路采用L298N驱动芯片，每路控制信号都有过流保护。所述步进电机一 3、步进电机二 2和光楔齿轮基座13分别安装在底板1上，一级光 耦一 16、一级光耦二 10、二级光耦一 4、二级光耦二 6分别通过支架固定于底板1上。附图3给出了激光光束自动校准仪电路控制框图。串口通讯电路得到弹道调整指 令，主控电路根据弹道模型和光楔运行机构特性计算电机需要运转的方向和步数；调制电 路控制电机运行的速度和力矩，实现点击变速控制，减少失步概率，反馈电路控制机构进行 细微调节，最终实现弹道的精确模拟。本发明实测结果表明本发明双光楔激光光束角度自动控制仪的驱动步进电机转 动步长为1.8°，减速机构的减速比不小于6，系统能够在35mrad范围内对出射激光的角度 进行调节，调节精度小于0. 2mrad。
权利要求
一种双光楔激光光束角度自动控制仪，其特征在于由激光发射部件、光楔调节部件、控制电路组成；激光发射部件包括激光源、凸透镜和激光发射机镜筒，激光源和凸透镜安装在激光发射镜筒内；光楔调节部件包括步进电机一、步进电机二、光楔齿轮一、光楔齿轮二、一级码盘一、一级码盘二、二级码盘一、二级码盘二、一级光耦一、一级光耦二、光楔镜片一、光楔镜片二、光楔齿轮基座、小齿轮一和小齿轮二；光楔镜片一胶合在光楔齿轮一中心部，光楔齿轮一安装在光楔齿轮基座内，可绕中心转动，由楔板限制其轴向位置；光楔齿轮一端面上安装有一级码盘一，通过一级光耦一反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮一与光楔齿轮一啮合，同时与步进电机一、二级码盘一共轴装配在一起，步进电机一带动小齿轮一旋转、同时驱动光楔齿轮一时，二级码盘一通过二级光耦一反馈信号，以记录光楔镜片一旋转的具体角度；光楔镜片二胶合在光楔齿轮二中心部，光楔齿轮二安装在光楔齿轮基座内，可绕中心转动，由楔板限制其轴向位置；光楔齿轮二端面上安装有一级码盘二，通过一级光耦二反馈信号以确定光楔旋转起始位；小齿轮二与光楔齿轮二啮合，同时与步进电机二、二级码盘二共轴装配在一起，步进电机二带动小齿轮二旋转、同时驱动光楔齿轮二时，二级码盘二通过二级光耦二反馈信号，以记录光楔镜片二旋转的具体角度；控制电路包括串口通讯电路、主控电路、4路反馈电路、调制电路、电机控制驱动电路；主控电路与串口通讯电路、4路反馈电路、调制电路连接，调制电路与电机控制驱动电路连接，用于信号的传输和反馈；4路反馈电路分别与一级光耦一、一级光耦二、二极光耦一、二级光耦二相连，通过接受光耦信号，防止电机调节超出范围；调制电路与电机控制驱动电路相连，电机控制驱动电路分别与步进电机一、步进电机二相连，通过PWM实现电机缓慢加速、匀速控制、减速停止。
2.根据权利要求1所述的双光楔激光光束角度自动控制仪，其特征在于所述激光源采 用半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的双光楔激光光束角度自动控制仪，其特征在于所述光楔镜片 一和光楔镜片二楔角为2°。
4.根据权利要求1所述的双光楔激光光束角度自动控制仪，其特征在于所述调制电路 采用SP3232E接收器。
5.根据权利要求1所述的双光楔激光光束角度自动控制仪，其特征在于所述主控电路 选用CorteX-M3处理器作为核心控制芯片。
6.根据权利要求1所述的双光楔激光光束角度自动控制仪，其特征在于电机控制驱动 电路采用L298N驱动芯片。
全文摘要
本发明双光楔激光光束角度自动控制仪涉及一种高精度双光楔激光光束角度自动控制仪器，特别是一种应用于激光实兵对抗系统中的光束调整装置，其功能在二维方向上快速、准确的调节出射激光的角度以达到精确瞄准的目的。由激光发射部件、光楔调节部件、控制电路组成；激光发射部件包括激光源、凸透镜和激光发射机镜筒；光楔调节部件包括步进电机一、步进电机二、光楔齿轮一、光楔齿轮二、一级码盘一、一级码盘二、二级码盘一、二级码盘二、一级光耦一、一级光耦二、光楔镜片一、光楔镜片二、光楔齿轮基座、小齿轮一和小齿轮二；控制电路包括串口通讯电路、主控电路、4路反馈电路、调制电路、电机控制驱动电路。
文档编号G02B27/00GK101881975SQ201010207729
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月24日 优先权日2010年6月24日
发明者万华, 吕战强, 张大庆, 徐宏坤, 蒋武根, 蔡亚, 谢勤伟, 陈 峰, 陈金业 申请人:中国人民解放军总参谋部第六十研究所