CN106990496B - 一种大口径光学元件的多力与力矩耦合面型精调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径光学元件的多力与力矩耦合面型精调系统，该系统包括支撑座、光学元件、基准板、八个力与力矩调整模块以及八个基准板安装螺钉；每一个力与力矩调整模块安装凹槽上有两个力与力矩调整模块安装台阶和两个力与力矩调整模块安装孔；力与力矩调整模块上有两个压紧单元，其中一个压紧单元与支撑光学元件的精密支撑平面的位置相对应，用于对光学元件施加正应力，另外一个压紧单元相对支撑光学元件的精密支撑平面向光学元件的外侧移动一段距离，用于对光学元件施加力矩。本发明采用简单易行的结构以多力和力矩相耦合的方式作为光学元件的支撑点，实现对大口径光学元件面型的精密调节。

Description

一种大口径光学元件的多力与力矩耦合面型精调系统

技术领域

本发明涉及一种大口径光学元件的多力与力矩耦合面型精调系统，属于机械设计及力学分析技术领域。

背景技术

大口径光学元件是伴随着人类社会对激光能量的要求日益增加而逐渐形成的一类较为特殊的光学元件。一般来讲，大口径光学元件与同等级别的常规光学元件并没有本质上的区别。它们之间最大的不同就在于，大口径光学元件在尺寸上的增加导致了光学元件自身重力对其面型产生了更加显著的影响，其需要的用于抑制该面型变化的装校外力也明显增加。在这样的困难条件下，为了保证大口径光学元件在线的全通光口径使用条件，还不能对大口径光学元件的中间部分进行夹持，因而只能通过其四周的夹持来对其面型进行调整。通过理论分析发现，仅通过正压力来进行周向夹持很难达到理想的面型。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种大口径光学元件的多力与力矩耦合面型精调系统，采用简单易行的结构以多力和力矩相耦合的方式作为光学元件的支撑点，实现对大口径光学元件面型的精密调节。

一种大口径光学元件的多力与力矩耦合面型精调系统，该系统包括支撑座、光学元件、基准板、八个力与力矩调整模块以及八个基准板安装螺钉；

所述支撑座为一个方形框体类零件，其中有一个基准板安装面和一个支撑座凹槽面，所述基准板安装面上有八个基准板安装孔，所述支撑座凹槽面上有八个精密支撑平面；所述光学元件为一个平板类透射元件，其具有一个入射面和一个出射面；所述基准板为一个方形平板结构，其一面为力与力矩调整模块安装面，所述力与力矩调整模块安装面上有八个基准板连接孔和八个力与力矩调整模块安装凹槽，所述每一个力与力矩调整模块安装凹槽上有两个力与力矩调整模块安装台阶和两个力与力矩调整模块安装孔；力与力矩调整模块上有两个压紧单元，其中一个压紧单元与支撑光学元件的精密支撑平面的位置相对应，用于对光学元件施加正应力，另外一个压紧单元相对支撑光学元件的精密支撑平面向光学元件的外侧移动一段距离，用于对光学元件施加力矩。

进一步地，所述力与力矩调整模块包括一个力与力矩调整模块基体座，两个双自由度自适应件，两个力与力矩调整模块安装螺钉，两个板块式力传感器，两个弹簧，两个弹簧定位片，两个输入螺钉，一个T形导块，两个输入螺母，两个T形导块安装螺钉；所述力与力矩调整模块基体座为一个近似T字外形的中空块状零件，其上有两个基体座脚面和一个基体座连接面，所述每一个基体座脚面上有一个力与力矩调整模块连接孔，所述基体座连接面所在的平面上有两个T形导块安装孔，四个走线孔，两个板块式力传感器导向方孔，所述每个板块式力传感器导向方孔上有两个板块式力传感器限位台阶。所述每个双自由度自适应件上有一个自适应件安装螺纹面和一个交叉筋用于实现双自由度自适应调节的功能；所述板块式力传感器上有一个弹簧定位孔；所述弹簧定位片上有一个弹簧定位凸台；所述输入螺钉上有一个圆弧接触面；所述T形导块上有两个T形导块脚面两个T形导块通孔，所述每一个T形导块脚面上有一个T形导块连接孔。所述输入螺母有一个输入螺母外圆面和一个输入螺母内圆面；

所述板块式力传感器为一个外形为“互”字形的块体零件，其上有一个电路集成线用于连接传感器所需要的电源线以及其输出的信号线，有四个应变单元用于将传感器感知到的形貌变化转化为传感器的电信号变化，有一个矩形镂空用于搭建传感器的弹性变形结构、提供传感器测量电路走线空间以及创造传感器电线的密封边界，有一个双自由度自适应件安装孔，有一个上横梁用于将传感器与其固定装置连接，有一个下横梁用于将传感器与待测结构连接，有一个左竖梁用于传递所述上横梁上的作用力，有一个右竖梁用于传递所述下横梁上的作用力，有一个上变形梁和一个下变形梁均用于为所述应变单元提供微小变形；

所述光学元件通过其入射面与所述支撑座上的三个精密支撑平面进行接触安装；所述基准板采用八个基准板安装螺钉通过八个基准板连接孔与所述支撑座上的八个基准板安装孔进行连接安装；所述力与力矩调整模块采用两个力与力矩调整模块安装螺钉通过两个力与力矩调整模块连接孔与所述基准板上的两个力与力矩调整模块安装孔进行连接安装；所述双自由度自适应件与所述光学元件上的出射面进行接触安装；所述双自由度自适应件通过其上的自适应件安装螺纹面与所述板块式力传感器上的双自由度自适应件安装孔进行连接安装；所述板块式力传感器通过其自身侧面与所述力与力矩调整模块基体座上的板块式力传感器导向方孔进行接触安装；所述板块式力传感器上的电路集成线通过所述力与力矩调整模块基体座上的走线幺形孔引出；所述板块式力传感器的轴线位置通过其上的上横梁与所述力与力矩调整模块基体座上的板块式力传感器限位台阶来进行限位；所述弹簧通过所述弹簧定位孔实现其与所述板块式力传感器之间的定位；所述弹簧定位片通过其上的弹簧定位凸台实现其与所述弹簧之间的定位；所述输入螺钉通过其上的圆弧接触面与所述弹簧定位片进行接触安装；所述输入螺钉通过所述输入螺母内圆面与所述输入螺母进行连接安装；所述输入螺母通过其自身的输入螺母外圆面与所述T形导块上的T形导块通孔进行连接安装；所述T形导块采用两个T形导块安装螺钉通过所述T形导块连接孔与所述力与力矩调整模块基体座上的T形导块安装孔进行连接安装。

有益效果：

1、本发明采用简单机械结构的设计方式对大口径的光学元件进行周向夹持，在所布置的每一个力与力矩调整模块上有两个压紧单元，其中一个压紧单元与支撑光学元件的精密支撑平面的位置相对应，用于对光学元件施加正应力，另外一个压紧单元相对支撑光学元件的精密支撑平面向光学元件的外侧移动了一段距离，用于对光学元件施加力矩。通过这样的力与力矩调整模块设计，不需要对光学元件中间通光口径的区域进行支撑即可满足其面型需求。

2、本发明的板块式力传感器为一个外形近似“互”字形的块体类零件，通过本发明可以保证该传感器的安装力和待测力均穿过传感器的中心，避免产生附加力矩二造成测量值不准确以及对传感器造成损害的现象。通过本发明可以极为有效的将待测应变转化到传感器的测量电路，而传感器的整体刚度可以保持在较高的水平。通过本发明的设计，其外形为薄块类零件，有利于空间的合理利用简化力与力矩调整模块的整体结构。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体结构爆炸图；

图3为本发明的力与力矩调整模块结构示意图；

图4、5为本发明的力与力矩调整模块结构剖视图；

图6为本发明的板块式力传感器结构示意图；

图7为本发明的板块式力传感器三维结构示意图；

其中，1、基准板安装螺钉，2、支撑座，3、力与力矩调整模块，4、基准板，5、光学元件，6、基准板安装孔，7、基准板安装面，8、精密支撑平面，9、入射面，10、基准板连接孔，11、力与力矩调整模块安装凹槽，12、力与力矩调整模块安装面，13、力与力矩调整模块安装台阶，14、力与力矩调整模块安装孔，15、出射面，16、支撑座凹槽面，17、力与力矩调整模块连接孔，18、T形导块安装孔，19、走线孔，20、板块式力传感器限位台阶，21、交叉筋，22、力与力矩调整模块安装螺钉，23、自适应件安装螺纹面，24、双自由度自适应件，25、板块式力传感器，26、弹簧，27、弹簧定位凸台，28、弹簧定位片，29、圆弧接触面，30、输入螺钉，31、T形导块连接孔,32、T形导块脚面，33、T形导块安装螺钉，34、T形导块通孔，35、输入螺母，36、输入螺母外圆面，37、输入螺母内圆面，38、T形导块，39、弹簧定位孔，40、基体座连接面，41、基体座脚面，42、力与力矩调整模块基体座，43、板块式力传感器导向方孔，44、应变单元，45、矩形镂空，46、上横梁，47、上变形梁，48、右竖梁，49、下变形梁，50、双自由度自适应件安装孔，51、下横梁，52、左竖梁，53、电路集成线。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1所示的一种大口径光学元件的多力与力矩耦合面型精调系统，包括一个支撑座2、一个光学元件5、一个基准板4、八个力与力矩调整模块3以及八个基准板安装螺钉1。

如附图2所示的整体结构爆炸图，所述支撑座2为一个方形框体类零件，其中有一个基准板安装面7和一个支撑座凹槽面16，所述基准板安装面7上有八个基准板安装孔6，所述支撑座凹槽面16上有八个精密支撑平面8。所述光学元件5为一个平板类透射元件，其具有一个入射面9和一个出射面15。所述基准板4为一个方形平板结构，其一面为力与力矩调整模块安装面12，所述力与力矩调整模块安装面12上有八个基准板连接孔12和八个力与力矩调整模块安装凹槽11，所述每一个力与力矩调整模块安装凹槽11上有两个力与力矩调整模块安装台阶13和两个力与力矩调整模块安装孔14。

如附图3、4和5所示，力与力矩调整模块3包括一个力与力矩调整模块基体座42，两个双自由度自适应件24，两个力与力矩调整模块安装螺钉22，两个板块式力传感器25，两个弹簧26，两个弹簧定位片28，两个输入螺钉30，一个T形导块38，两个输入螺母35，两个T形导块安装螺钉33。所述力与力矩调整模块基体座42为一个近似T字外形的中空块状零件，其上有两个基体座脚面41和一个基体座连接面40，所述每一个基体座脚面41上有一个力与力矩调整模块连接孔17，所述基体座连接面40所在的平面上有两个T形导块安装孔18，四个走线孔19，两个板块式力传感器导向方孔43，所述每个板块式力传感器导向方孔43上有两个板块式力传感器限位台阶20。所述每个双自由度自适应件24上有一个自适应件安装螺纹面23和一个交叉筋21用于实现双自由度自适应调节的功能。所述板块式力传感器25上有一个弹簧定位孔39。所述弹簧定位片28上有一个弹簧定位凸台27。所述输入螺钉30上有一个圆弧接触面29。所述T形导块38上有两个T形导块脚面32两个T形导块通孔34，所述每一个T形导块脚面32上有一个T形导块连接孔31。所述输入螺母35有一个输入螺母外圆面36和一个输入螺母内圆面37。

如附图6和7所示，,板块式力传感器25为一个外形近似“互”字形的块体零件，其上有一个电路集成线53用于连接传感器所需要的电源线以及其输出的信号线，有四个应变单元44用于将传感器感知到的形貌变化转化为传感器的电信号变化，有一个矩形镂空45用于搭建传感器的弹性变形结构、提供传感器测量电路走线空间以及创造传感器电线的密封边界，有一个双自由度自适应件安装孔50，有一个上横梁46用于将传感器与其固定装置连接，有一个下横梁51用于将传感器与待测结构连接，有一个左竖梁52用于传递所述上横梁46上的作用力，有一个右竖梁48用于传递所述下横梁51上的作用力，有一个上变形梁47和一个下变形梁49均用于为所述应变单元44提供微小变形。

所述光学元件5通过其入射面9与所述支撑座2上的三个精密支撑平面8进行接触安装。所述基准板4采用八个基准板安装螺钉1通过八个基准板连接孔10与所述支撑座2上的八个基准板安装孔6进行连接安装。所述力与力矩调整模块3采用两个力与力矩调整模块安装螺钉22通过两个力与力矩调整模块连接孔17与所述基准板4上的两个力与力矩调整模块安装孔14进行连接安装。所述双自由度自适应件24与所述光学元件5上的出射面15进行接触安装。所述双自由度自适应件24通过其上的自适应件安装螺纹面与所述板块式力传感器25上的双自由度自适应件安装孔50进行连接安装。所述板块式力传感器25通过其自身侧面与所述力与力矩调整模块基体座42上的板块式力传感器导向方孔43进行接触安装。所述板块式力传感器25上的电路集成线53通过所述力与力矩调整模块基体座42上的走线幺形孔19引出。所述板块式力传感器25的轴线位置通过其上的上横梁46与所述力与力矩调整模块基体座42上的板块式力传感器限位台阶20来进行限位。所述弹簧26通过所述弹簧定位孔39实现其与所述板块式力传感器25之间的定位关系。所述弹簧定位片28通过其上的弹簧定位凸台27实现其与所述弹簧26之间的定位关系。所述输入螺钉30通过其上的圆弧接触面29与所述弹簧定位片28进行接触安装。所述输入螺钉30通过所述输入螺母内圆面37与所述输入螺母35进行连接安装。所述输入螺母35通过其自身的输入螺母外圆面36与所述T形导块38上的T形导块通孔34进行连接安装。所述T形导块38采用两个T形导块安装螺钉33通过所述T形导块连接孔31与所述力与力矩调整模块基体座42上的T形导块安装孔18进行连接安装。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种大口径光学元件的多力与力矩耦合面型精调系统，其特征在于，该系统包括支撑座、光学元件、基准板、八个力与力矩调整模块以及八个基准板安装螺钉；

所述支撑座为一个方形框体类零件，其中有一个基准板安装面和一个支撑座凹槽面，所述基准板安装面上有八个基准板安装孔，所述支撑座凹槽面上有八个精密支撑平面；所述光学元件为一个平板类透射元件，其具有一个入射面和一个出射面；所述基准板为一个方形平板结构，其一面为力与力矩调整模块安装面，所述力与力矩调整模块安装面上有八个基准板连接孔和八个力与力矩调整模块安装凹槽，所述每一个力与力矩调整模块安装凹槽上有两个力与力矩调整模块安装台阶和两个力与力矩调整模块安装孔；力与力矩调整模块上有两个压紧单元，其中一个压紧单元与支撑光学元件的精密支撑平面的位置相对应，用于对光学元件施加正应力，另外一个压紧单元相对支撑光学元件的精密支撑平面向光学元件的外侧移动一段距离，用于对光学元件施加力矩；

所述力与力矩调整模块包括一个力与力矩调整模块基体座，两个双自由度自适应件，两个力与力矩调整模块安装螺钉，两个板块式力传感器，两个弹簧，两个弹簧定位片，两个输入螺钉，一个T形导块，两个输入螺母，两个T形导块安装螺钉；所述力与力矩调整模块基体座为一个近似T字外形的中空块状零件，其上有两个基体座脚面和一个基体座连接面，所述每一个基体座脚面上有一个力与力矩调整模块连接孔，所述基体座连接面所在的平面上有两个T形导块安装孔，四个走线孔，两个板块式力传感器导向方孔，所述每个板块式力传感器导向方孔上有两个板块式力传感器限位台阶；所述每个双自由度自适应件上有一个自适应件安装螺纹面和一个交叉筋用于实现双自由度自适应调节的功能；所述板块式力传感器上有一个弹簧定位孔；所述弹簧定位片上有一个弹簧定位凸台；所述输入螺钉上有一个圆弧接触面；所述T形导块上有两个T形导块脚面两个T形导块通孔，所述每一个T形导块脚面上有一个T形导块连接孔；两个T形导块脚面形成T形导块的水平部分，两个T形导块通孔位于T形导块的竖直部分上；所述输入螺母有一个输入螺母外圆面和一个输入螺母内圆面；

所述板块式力传感器为一个外形为“互”字形的块体零件，其上有一个电路集成线用于连接传感器所需要的电源线以及其输出的信号线，有四个应变单元用于将传感器感知到的形貌变化转化为传感器的电信号变化，有一个矩形镂空用于搭建传感器的弹性变形结构、提供传感器测量电路走线空间以及创造传感器电线的密封边界，有一个双自由度自适应件安装孔，有一个上横梁用于将传感器与其固定装置连接，有一个下横梁用于将传感器与待测结构连接，有一个左竖梁用于传递所述上横梁上的作用力，有一个右竖梁用于传递所述下横梁上的作用力，有一个上变形梁和一个下变形梁均用于为所述应变单元提供微小变形；

所述光学元件通过其入射面与所述支撑座上的三个精密支撑平面进行接触安装；所述基准板采用八个基准板安装螺钉通过八个基准板连接孔与所述支撑座上的八个基准板安装孔进行连接安装；所述力与力矩调整模块采用两个力与力矩调整模块安装螺钉通过两个力与力矩调整模块连接孔与所述基准板上的两个力与力矩调整模块安装孔进行连接安装；所述双自由度自适应件与所述光学元件上的出射面进行接触安装；所述双自由度自适应件通过其上的自适应件安装螺纹面与所述板块式力传感器上的双自由度自适应件安装孔进行连接安装；所述板块式力传感器通过其自身侧面与所述力与力矩调整模块基体座上的板块式力传感器导向方孔进行接触安装；所述板块式力传感器上的电路集成线通过所述力与力矩调整模块基体座上的走线幺形孔引出；所述板块式力传感器的轴线位置通过其上的上横梁与所述力与力矩调整模块基体座上的板块式力传感器限位台阶来进行限位；所述弹簧通过所述弹簧定位孔实现其与所述板块式力传感器之间的定位；所述弹簧定位片通过其上的弹簧定位凸台实现其与所述弹簧之间的定位；所述输入螺钉通过其上的圆弧接触面与所述弹簧定位片进行接触安装；所述输入螺钉通过所述输入螺母内圆面与所述输入螺母进行连接安装；所述输入螺母通过其自身的输入螺母外圆面与所述T形导块上的T形导块通孔进行连接安装；所述T形导块采用两个T形导块安装螺钉通过所述T形导块连接孔与所述力与力矩调整模块基体座上的T形导块安装孔进行连接安装。