Structure design of two-axis fast steering mirror for aviation optoelectronic platform

Songnian TAN; Fuchao WANG; Yongsen XU; Yefei WANG; Quanchao LI

doi:10.37188/OPE.20213000.0757

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Structure design of two-axis fast steering mirror for aviation optoelectronic platform

Micro/Nano Technology and Fine Mechanics | 更新时间：2022-06-21

- Structure design of two-axis fast steering mirror for aviation optoelectronic platform
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 11, Pages: 1344-1352(2022)
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
  2.中国科学院大学，北京 100049
  3.中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，吉林长春 130033
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20213000.0757
  CLC： V443.5;TH703
- Received：15 December 2021，
  
  Revised：27 January 2022，
  
  Published：10 June 2022
- 稿件说明：
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谭淞年,王福超,许永森等.航空光电平台两轴快速反射镜结构设计[J].光学精密工程,2022,30(11):1344-1352.

TAN Songnian,WANG Fuchao,XU Yongsen,et al.Structure design of two-axis fast steering mirror for aviation optoelectronic platform[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(11):1344-1352.
谭淞年,王福超,许永森等.航空光电平台两轴快速反射镜结构设计[J].光学精密工程,2022,30(11):1344-1352. DOI： 10.37188/OPE.20213000.0757.

TAN Songnian,WANG Fuchao,XU Yongsen,et al.Structure design of two-axis fast steering mirror for aviation optoelectronic platform[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(11):1344-1352. DOI： 10.37188/OPE.20213000.0757.

摘要

为了满足航空光电平台对可见/红外双波段两轴快速反射镜面形精度和动态性能的高要求，针对性地设计了轻量化平面反射镜和柔性结构。对快速反射镜结构的设计方法进行了归纳，明确了快速反射镜结构的设计要素，分析了装配误差的影响。设计了背部中心支撑轻量化反射镜，通过定位工装实现了电机高精度装配。基于十字型柔性轴承，实现了双轴柔性结构的设计。最后，对快速反射镜的面形精度和模态进行了仿真和实验测试。实验结果表明，平面反射镜的面形精度（RMS）优于0.017

（

=632.8 nm），快速反射镜闭环带宽优于200 Hz，

向和

向的定位误差皆低于1.2 μrad。在满足高面形精度和高动态性能的基础上，该快速反射镜实现了小型化和模块化，能够在复杂的航空环境下稳定可靠地工作。

Abstract

To meet the demanding requirements of the aeronautical optoelectronic platform for surface accuracy and dynamic performance of the visible/infrared dual-band two-axis fast steering mirror， a lightweight flat mirror assembly and a flexible structure have been specifically designed. First， the design method of the fast steering mirror structure is summarized， their design elements are clarified， and the influence of assembly error is analyzed. A lightweight mirror supporting the center of the back is designed， and the high-precision assembly of the motor is realized through a positioning fixture. Then， based on the cross-shaped flexible bearing， the design of the biaxial flexible structure is realized. Finally， the surface accuracy and mode of the fast steering mirror are simulated and tested. The test results show that the surface shape accuracy （RMS） of the flat mirror is greater than 0.017

（

=632.8 nm）， the closed-loop bandwidth of the fast steering mirror is higher than 200 Hz， and the position errors in both the

- and

-directions are less than 1.2 μrad. As a result of achieving high surface accuracy and dynamic performance， the miniaturization and modularization of a fast steering mirror are realized， allowing them to function stably and reliably in complex aviation environments.

关键词

Keywords

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王正玺，张葆，李贤涛，等 . 快速反射镜在像移补偿中的应用［J］. 中国光学， 2020 ， 13 （ 1 ）： 95 - 105 . doi: 10.3788/co.20201301.0095 http://dx.doi.org/10.3788/co.20201301.0095

WANG ZH X ， ZHANG B ， LI X T ， et al . Application of fast steering mirror in image motion compensation ［J］. Chinese Optics ， 2020 ， 13 （ 1 ）： 95 - 105 . （in Chinese） . doi: 10.3788/co.20201301.0095 http://dx.doi.org/10.3788/co.20201301.0095

RAN B ， YANG P ， WEN L H ， et al . Design and analysis of a reactionless large-aperture fast steering mirror with piezoelectric actuators ［J］. Applied Optics ， 2020 ， 59 （ 4 ）： 1169 . doi: 10.1364/ao.379344 http://dx.doi.org/10.1364/ao.379344

周子云，高云国，邵帅，等 . 采用柔性铰链的快速反射镜设计［J］. 光学精密工程， 2014 ， 22 （ 6 ）： 1547 - 1554 . doi: http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/41513 http://dx.doi.org/http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/41513

ZHOU Z Y ， GAO Y G ， SHAO SH ， et al . Design of fast steering mirror using flexible hinge ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2014 ， 22 （ 6 ）： 1547 - 1554 . （in Chinese） . doi: http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/41513 http://dx.doi.org/http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/41513

王震，程雪岷 . 快速反射镜研究现状及未来发展［J］. 应用光学， 2019 ， 40 （ 3 ）： 373 - 379 . doi: 10.5768/jao201940.0301003 http://dx.doi.org/10.5768/jao201940.0301003

WANG ZH ， CHENG X M . Research progress and development trend of fast steering mirror ［J］. Journal of Applied Optics ， 2019 ， 40 （ 3 ）： 373 - 379 . （in Chinese） . doi: 10.5768/jao201940.0301003 http://dx.doi.org/10.5768/jao201940.0301003

DONG Z C ， JIANG A M ， DAI Y F ， et al . Space-qualified fast steering mirror for an image stabilization system of space astronomical telescopes ［J］. Applied Optics ， 2018 ， 57 （ 31 ）： 9307 - 9315 . doi: 10.1364/ao.57.009307 http://dx.doi.org/10.1364/ao.57.009307

陈国真，徐斯强，刘品宽，等 . 大行程快速反射镜的结构设计及带宽特性［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 1 ）： 90 - 101 . doi: 10.3788/ope.20202801.0090 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202801.0090

CHEN G ZH ， XU S Q ， LIU P K ， et al . Structural design and bandwidth characteristic of a fast steering mirror with large travel range ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 1 ）： 90 - 101 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20202801.0090 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20202801.0090

徐新行，张贵明，李冠楠，等 . 具有两个双轴柔性铰链的快速反射镜设计［J］. 仪器仪表学报， 2019 ， 40 （ 2 ）： 174 - 181 .

XU X H ， ZHANG G M ， LI G N ， et al . Design of fast steering mirror with two double-axis flexure hinges ［J］. Chinese Journal of Scientific Instrument ， 2019 ， 40 （ 2 ）： 174 - 181 . （in Chinese）

汪奎，辛宏伟，曹乃亮，等 . 空间相机快速反射镜的两轴柔性支撑结构设计［J］. 红外与激光工程， 2019 ， 48 （ 12 ）： 233 - 240 . doi: 10.3788/IRLA201948.1214005 http://dx.doi.org/10.3788/IRLA201948.1214005

WANG K ， XIN H W ， CAO N L ， et al . Design of two-axis flexible support structure for fast steering mirror in space cameras ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2019 ， 48 （ 12 ）： 233 - 240 . （in Chinese） . doi: 10.3788/IRLA201948.1214005 http://dx.doi.org/10.3788/IRLA201948.1214005

汪奎，辛宏伟，徐宏，等 . 空间相机快速反射镜的结构轻量化设计［J］. 红外与激光工程， 2019 ， 48 （ 4 ）： 177 - 183 . doi: 10.3788/irla201948.0418001 http://dx.doi.org/10.3788/irla201948.0418001

WANG K ， XIN H W ， XU H ， et al . Lightweight design of fast steering mirror for space cameras ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2019 ， 48 （ 4 ）： 177 - 183 . （in Chinese） . doi: 10.3788/irla201948.0418001 http://dx.doi.org/10.3788/irla201948.0418001

TAN S N ， YU X ， XU Y S ， et al . Micro-stress bonding analysis of high precision and lightweight mirrors ［J］. Optics Express ， 2021 ， 29 （ 21 ）： 33665 . doi: 10.1364/oe.435527 http://dx.doi.org/10.1364/oe.435527

艾志伟，嵇建波，王鹏举，等 . 两轴柔性支承快速反射镜结构控制一体化设计［J］. 红外与激光工程， 2020 ， 49 （ 7 ）： 20190479-1-8 . doi: 10.3788/IRLA20190479 http://dx.doi.org/10.3788/IRLA20190479

AI ZH W ， JI J B ， WANG P J ， et al . Integrative design of structure control for two-axis fast steering mirror with flexible support ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2020 ， 49 （ 7 ）： 20190479-1-8 . （in Chinese） . doi: 10.3788/IRLA20190479 http://dx.doi.org/10.3788/IRLA20190479

王福超，王昱棠，田大鹏 . 音圈快速反射镜的完全跟踪控制［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 9 ）： 1997 - 2006 . doi: 10.37188/OPE.20202809.1997 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20202809.1997

WANG F CH ， WANG Y T ， TIAN D P . Perfect tracking control for fast-steering mirror driven by voice coil motor ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 9 ）： 1997 - 2006 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20202809.1997 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20202809.1997

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