压电驱动多自由度光学空间定位装置、方法及系统与流程

1.本发明涉及压电驱动测量平台技术领域，具体地，涉及一种压电驱动多自由度光学空间定位装置、方法及系统。


背景技术：

2.在资源和气象等领域的高精度遥感卫星，经常由于温度变化诱发材料形变导致有效载荷的指向精度和姿态稳定度发生偏差，使其观测分辨率等重要性能指标大大降低。分辨率等性能指标要求越高，对温度诱发星体结构变形的限制越来越严格，并与温度分布密切相关，因此，在高精度卫星设计中必须考虑热变形的影响。
3.对于高分辨率的光学载荷来说，在成像过程中的任何一个小的环节都会对成像质量造成影响，如相机光学系统自身的稳定性、卫星结构刚度以及卫星平台的热环境等等。传统的光学载荷支架热变形性能的测量方法都是在固定的非标工装下开展的，如专利文献cn 201810637267公开的高精度星敏感器支架热变形试验系统，虽然可使其模拟测试环境与真实在轨环境接近，但是频繁的投产与切换工装,会增大系统误差。专利文献cn201910379546公开的一种管路组件空间位置装配定位装置中，仍无法实现空间位置的升降，不便实现任意高度的空间定位。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种压电驱动多自由度光学空间定位装置、方法及系统。
5.根据本发明提供的一种压电驱动多自由度光学空间定位装置，包括：升降机构平台1、三维转台2以及光学组件3；所述三维转台2与光学组件3相连；所述升降机构平台1与三维转台2相连；升降机构平台1包括：导轨、丝杠；所述升降机构平台1通过丝杠驱动三维转台2沿竖直方向直线运动；所述升降机构平台1为压电驱动多自由度光学空间定位装置提供刚性支撑。
6.优选地，所述三维转台2包括：超声电机；
7.所述超声电机的数量为三个。
8.优选地，所述三个超声电机能够提供三个相互正交的转动自由度，同时连接在升降机构平台1能够实现竖直平移运动。
9.优选地，所述超声电机的激励电压为正余弦异相电压。
10.优选地，正余弦异相电压的峰值大于200vpp，正余弦异相电压的频率大于20khz。
11.优选地，所述光学组件3包括：光路管道、精调平台；
12.所述精调平台设置于光学组件3的底部；
13.所述光路管道设置于光学组件3中。
14.优选地，所述光学组件3采用专用光电角位移测量仪器。
15.优选地，所述光学组件3采用专用光电角位移测量仪器，配合其底部的小型精调平
台，所述光学组件3精度为0.1角秒。
16.所述光学组件3能够对光路管道的空间位姿进行小范围高精度调整。
17.所述三维转台作为光学组件装配的端点，转台底座固定在所述升降机构平台上，转台通过三个驱动电机提供的三个相互正交的转动自由度，实现三维空间任意角度位姿指向。
18.所述压电驱动多自由度光学空间。
19.根据本发明提供的一种压电驱动多自由度光学空间定位方法，采用压电驱动多自由度光学空间定位装置，包括：
20.步骤s1：将光学组件紧固连接在三维转台上；
21.步骤s2：将三维转台安装在升降机构平台上；
22.步骤s3：通过控制平台升降和转台转动，调节光学组件空间位姿，使其光路近似垂直于目标位置；
23.步骤s4：调节光学组件精调平台，使其产生光线垂直射入目标，形成有效数据测量反馈。
24.根据本发明提供的一种压电驱动多自由度光学空间定位系统，采用压电驱动多自由度光学空间定位装置，包括：
25.模块m1：将光学组件紧固连接在三维转台上；
26.模块m2：将三维转台安装在升降机构平台上；
27.模块m3：通过控制平台升降和转台转动，调节光学组件空间位姿，使其光路近似垂直于目标位置；
28.模块m4：调节光学组件精调平台，使其产生光线垂直射入目标，形成有效数据测量反馈。
29.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
30.1、本发明适用范围更广，可靠性更高，能真实地模拟光学组件空间位姿，通过环境的温度输入，还可准确地获取光学载荷支架的热变形性能；
31.2、本发明能够自动化重复利用的特性能够降低生产成本，减少工装投产周期；
32.3、本发明能够提升试验效率。整体结构简单，易于装配，便于组合使用。
附图说明
33.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
34.图1为本发明实施例的一种压电驱动多自由度光学空间定位装置示意图。
35.图2为本发明的工作原理示意图。
36.图中：
37.升降机构平台1、三维转台2、光学组件3
具体实施方式
38.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术
人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
39.一种压电驱动多自由度光学空间定位装置及方法，能真实地模拟光学组件空间位姿，通过环境的温度输入，还可准确地获取光学载荷支架的热变形性能。该装置自动化重复利用的特性能够降低生产成本，减少工装投产周期，提升试验效率。整体结构简单，易于装配，便于组合使用。
40.如图1-2，本发明实施例提供的一种压电驱动多自由度光学空间定位装置及方法包括：升降机构平台，由导轨和丝杠组成，为整个装置提供刚性支撑的同时，通过丝杠驱动三维转台沿竖直方向直线运动；三维转台，内部安装三个超声电机，通过压电驱动能够提供三个相互正交的转动自由度，同时连接在升降机构平台可实现竖直平移运动；光学组件，由光路管道和精调平台组成，能够对光管空间位姿进行小范围高精度调整。
41.在本发明实施例中，升降机构平台通过滑槽长度限制直线运动行程，避免三维转台或者光学组件与其发生干涉；由于三维转台连接面机械接口的通用性，适配于不同光学组件转接，具有良好的适用性，便于装配使用。
42.利用压电驱动多自由度光学空间定位装置对光路进行指向，将升降机构平台和三维转台的位姿变换解算为一个直线位移参数和三个转动角度参数，分别进行平动和转动的控制，能真实地模拟光学组件空间位姿，通过环境的温度输入，还可准确地获取光学载荷支架的热变形性能，有效提高了装配速度和试验效率。
43.综上所述，采用本发明的方法，开创了一个利用压电驱动技术的光学载荷支架热变形测量新思路，该发明适用范围广、可靠性高，配合环境输入能够准确地测量变形数据，在航天器结构环境测试领域的应用将会十分广泛。
44.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
45.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。