CN103018879A - 一种基于正交轴系的高精度大口径电动反射镜架 - Google Patents

Abstract

一种基于正交轴系的高精度大口径电动反射镜架，它涉及一种电动反射镜架。本发明为了解决在对大口径激光束的传输方向进行引导的过程不够精准且难于控制，完成对激光光束的准直引导和光束近场调整的灵活性差的问题。机架通过转轴与俯仰轴框连接，俯仰轴框相对机架做俯仰角度调整，俯仰轴框转轴与偏摆轴框连接，偏摆轴框相对俯仰轴框做偏摆调整，横向定位挡条贴紧在过渡框体的内侧面上，轴向定位挡条贴紧在第二定位框内侧面上，俯仰轴微驱动器的微驱动输出端通过俯仰连接块与俯仰轴框连接，偏摆轴微驱动器的微驱动输出端通过偏摆连接块与偏摆轴框连接。本发明用于惯性约束激光核聚变装置的光束引导系统或其他需要大口径光路调整系统中。

Description

一种基于正交轴系的高精度大口径电动反射镜架

技术领域

本发明涉及一种电动反射镜架，具体涉及一种基于正交轴系的高精度大口径电动反射镜架，是一种精密的电控机械调整机构，主要应用于精密光学中大口径激光光路的调整。

背景技术

大口径电动反射镜架是实现400mm-600mm口径高能量激光光路调整的精密机电设备。目前，在激光核聚变相关技术领域内，未发现有对于400mm以上的大口径激光束传输方向进行高精度引导的电动反射镜架，已知的传统反射镜架调整精度较低且难于控制，对于光束的准直引导和光束近场调整的灵活性差。不适用于大口径高精度激光束传输方向的调整。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于正交轴系的高精度大口径电动反射镜架，以解决在对大口径激光束的传输方向进行引导的过程不够精准且难于控制，完成对激光光束的准直引导和光束近场调整的灵活性差的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述高精度大口径电动反射镜架包括镜架基础组件、过渡框组件、两个微驱动器、俯仰连接块和偏摆连接块，两个微驱动器分别为俯仰轴微驱动器和偏摆轴微驱动器，所述镜架基础组件包括机架、俯仰轴框、偏摆轴框、两个第一转轴、两个第二转轴和四对轴承，机架、俯仰轴框、偏摆轴框均为矩形结构，水平设置的两个第一转轴穿过机架的两个竖直边框，所述机架通过第一转轴与俯仰轴框建立连接关系，每个第一转轴与机架之间设置有一对轴承，俯仰轴框相对机架做俯仰角度调整，竖直设置的第二转轴穿过俯仰轴框的两个水平边框，所述俯仰轴框通过第二转轴与偏摆轴框建立连接关系，每个第二转轴与偏摆轴框之间设置有一对轴承，偏摆轴框相对俯仰轴框做偏摆调整，所述过渡框组件安装在偏摆轴框的内侧面上，过渡框组件与偏摆轴框配合设置，所述过渡框组件包括过渡框体、第一定位框、第二定位框、横向定位挡条和轴向定位挡条，所述过渡框体固定连接在第一定位框与第二定位框之间，横向定位挡条贴紧在过渡框体的内侧面上，轴向定位挡条贴紧在第二定位框内侧面上，所述俯仰轴微驱动器和偏摆轴微驱动器通过锁紧件安装在镜架基础组件上，俯仰轴微驱动器的微驱动输出端通过俯仰连接块与俯仰轴框连接，偏摆轴微驱动器的微驱动输出端通过偏摆连接块与偏摆轴框连接，反射镜片安装在过渡框组件内。

本发明包含的有益效果是：

一、本发明的电动反射镜架的作用是完成激光光束的准直引导和光束近场调整，实现对光束焦点位置的准确控制，其工作模式有二种：一是在多光束靶传感器的监控下，自动调整反射镜的二维转角，实现光束方向的精确引导和控制；二是人工设定反射镜二维转角的数值，电动调整反射镜片的二维转角，实现控制光束方向的盲调功能。

二、本发明中的镜架基础组件用于安装反射镜片的过渡框组件，并在驱动装置的驱动下，带动反射镜片实现俯仰和偏摆的二维角度调整，镜架基础组件中的俯仰轴框通过轴承支撑与机架连接，并相对机架做俯仰角度调整，镜架基础组件中的偏摆轴框通过轴承支撑与俯仰轴框连接，并相对俯仰轴框做偏摆角度调整，二正交轴系配合运动完成反射镜片的二维正交角度调整。

三、本发明中第一转轴与其端部布置轴承配合使用，第二转轴与其端部布置轴承配合使用，这样设置既实现轴承的定位、预紧，又减小了预紧力对轴框引起的变形和安装误差。

四、本发明中的过渡框组件实现反射镜片的无应力装夹，在反射镜片与反射镜架的安装/拆卸过程中，提高反射镜片安装的重复定位精度和稳定性、保证反射镜片与镜架基础组件拆装操作简单、方便，第一定位框是安装反射镜片的主定位元件，保证反射镜片在过渡框中沿光轴方向的定位，利用第二定位框和轴向定位挡条保证反射镜片在过渡框中沿光轴方向的位置不变；利用横向定位挡条保证反射镜片在过渡框中横向的位置不变，实现反射镜片与过渡框之间的无应力联接；在镜架的结构设计时，使第一定位框的定位表面与反射镜片二回转轴线共面，保证反射镜片的反射表面中心点的空间位置不变，共面精度由相关零件的机械加工精度保证。

五、本发明的俯仰轴微驱动器和偏摆轴微驱动器用于驱动反射镜片俯仰和偏摆二回转轴运动，实现反射镜片二维角度调整，俯仰锁紧组件和偏摆锁紧组件具有自锁功能，起到锁紧的作用。

六、本发明通过采用微驱动器带动反射镜片实现俯仰和偏摆的二维角度调整，实现对大口径激光束的传输方向进行精确引导和控制，完成对激光光束的准直引导和光束近场调整。

七、本发明还具有结构简单，安装、调试和维修操作方便，工作性能的可靠性和稳定性高。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图，图2是图1的左视结构示意图，图3为图1的右视结构示意图，图4为图1的后视结构示意图，图5为图1的俯视结构示意图，图6为图1的仰视结构示意图，图7为本发明的立体结构示意图，图8为图1中A-A处剖面结构示意图，图9为图6中B-B处剖面结构示意图，图10是图9的a处放大图，图11是图9的b处放大图，图12是图9的c处放大图，图13是图9的d处放大图，图14是图8的e处放大图，图15是微驱动器的立体图，图16微驱动器的主剖视图，图17是簧片压板、上夹板、下夹板、簧片的连接关系图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图14说明本实施方式，本实施方式中所述所述高精度大口径电动反射镜架包括镜架基础组件1、过渡框组件2、两个微驱动器、俯仰连接块5和偏摆连接块6，两个微驱动器分别为俯仰轴微驱动器3和偏摆轴微驱动器4，所述镜架基础组件包括机架1-1、俯仰轴框1-2、偏摆轴框1-3、两个第一转轴1-4、两个第二转轴1-5和四对轴承1-6，机架1-1、俯仰轴框1-2、偏摆轴框1-3均为矩形结构，水平设置的两个第一转轴1-4穿过机架1-1的两个竖直边框，所述机架1-1通过第一转轴1-4与俯仰轴框1-2建立连接关系，每个第一转轴1-4与机架1-1之间设置有一对轴承1-6，俯仰轴框1-2相对机架1-1做俯仰角度调整，竖直设置的第二转轴1-5穿过俯仰轴框1-2的两个水平边框，所述俯仰轴框1-2通过第二转轴1-5与偏摆轴框1-3建立连接关系，每个第二转轴1-5与偏摆轴框1-3之间设置有一对轴承1-6，偏摆轴框1-3相对俯仰轴框1-2做偏摆调整，所述过渡框组件2安装在偏摆轴框1-3的内侧面上，过渡框组件2与偏摆轴框1-3配合设置，所述过渡框组件2包括过渡框体2-1、第一定位框2-2、第二定位框2-3、横向定位挡条2-4和轴向定位挡条2-5，所述过渡框体2-1固定连接在第一定位框2-2与第二定位框2-3之间，横向定位挡条2-4贴紧在过渡框体2-1的内侧面上，轴向定位挡条2-5贴紧在第二定位框2-3内侧面上，所述俯仰轴微驱动器3和偏摆轴微驱动器4通过锁紧件安装在镜架基础组件1上，俯仰轴微驱动器3的微驱动输出端通过俯仰连接块5与俯仰轴框1-2连接，偏摆轴微驱动器4的微驱动输出端通过偏摆连接块6与偏摆轴框1-3连接，反射镜片7安装在过渡框组件2内。

本发明中电动反射镜架所使用的驱动控制系统是根据打靶流程的任务要求，控制微驱动器运动，实现反射镜片二维角度的自动调整的系统，驱动控制系统控制电动反射镜的转角运动，实现对激光束的准直引导和光束近场调整，具有本地控制和远程集中控制两种控制模式，在远程集中控制模式中，系统受中央控制台的统一协调指挥，通过网络接口接受集中控制系统发出的命令，在通过网络接口传送信息，驱动指定的运动坐标运动，完成动作后，再将有关的信息反馈给中央处理单元，在本地控制模式中，操作者可以在操作现场，用键盘、鼠标等通过输入界面控制电动反射镜。

具体实施方式二：结合图1、图2和图8说明本实施方式，本实施方式中所述轴承1-6采用高精度角接触球轴承。这样设置的轴承可使本发明的发明效果最好。第一转轴1-4和第二转轴1-5的端部分别布置两个高精度角接触球轴承配合使用，即实现轴承的定位、预紧，又减小了预紧力对轴框引起的变形和安装误差。

水平轴系的两对轴承，其中一对轴承面对面设置，另一对轴承背对背设置；竖直轴系的两对轴承，其中一对轴承面对面设置，另一对轴承背对背设置。

正交轴系的轴承配置方式：（1）一个轴配置4个轴承，起到均化误差的作用；（2）采用背对背、面对面的配置方式，平衡预紧力，消除轴框变形。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式中所述俯仰轴微驱动器3和偏摆轴微驱动器4关于镜架基础组件1的竖向中心线对称设置。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图15至图17说明本实施方式，本实施方式与其他具体实施方式的不同点在于：本实施方式中所述微驱动器包括步进电机A1、减速器A2、联轴器A3、芯轴A4、支撑轴承座A5、滚动轴承组件A6、丝杆A7、螺母A9、基座A10、导轨A8、滑块A17、四个簧片压板A13、两个上夹板A14、两个下夹板A15、两个簧片A16、两个转接块A18；

步进电机A1的输出轴与减速器A2连接，减速器A2的输出轴通过刚性联轴器A3与芯轴A4的一端连接，支撑轴承座A5和滑块A17从右至左安装在导轨A8上，导轨A8安装在基座A10上，滑块A17上安装有丝杆A7和螺母A9，丝杆A7和螺母A9连接，芯轴A4的另一端穿过轴承座A5与螺母A9及丝杆A7连接，芯轴A4与轴承座A5之间安装有滚动轴承组件A6，两个簧片A16前后水平并列设置，每个簧片A16均通过上夹板A14和下夹板A15夹持，簧片A16的端部探出上夹板A14，簧片A16的一端通过簧片压板A13连接在转接块A18上，转接块A18安装在滑块A17上，簧片A16的另一端通过簧片压板A13与俯仰连接块5或偏摆连接块6连接。

具体实施方式五：结合图15说明本实施方式，本实施方式与其他具体实施方式的不同点在于：本实施方式中所述微驱动器还包括限位柱A19和限位开关A20，限位柱A19安装在滑块A17上，限位开关A20安装在基座A10上，限位柱A19和限位开关A20的位置相对应。

具体实施方式六：结合图14说明本实施方式，本实施方式与其他具体实施方式的不同点在于：本实施方式中所述过渡框组件2还包括定位螺钉2-7，所述定位螺钉2-7设置在过渡框体2-1上，定位螺钉2-7的前部由聚四氟乙烯材料制成。螺钉只定位、不夹紧，保证晶体没有预紧力，实现晶体的低应力夹持；定位螺钉2-7的设置是为了辅助横向定位挡条2-4，利用定位螺钉2-7和横向定位挡条2-4保证反射镜片在过渡框中横向的位置不变，实现反射镜片与过渡框之间的无应力联接。

具体实施方式七：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式与其他具体实施方式的不同点在于：本实施方式中所述反射镜架还包括安装把手7，所述安装把手7设置在第二定位框2-3的外端面上。安装把手7的设置可使操作人员更方便操作本发明，有利于发明的顺利实施。

该电动反射镜架的二维转动调整范围为±7.5mrad，调整精度优于1μrad。该反射镜架的稳定性好，当环境输入功率谱密度1×10^-10g²/Hz时，转角量不大于1μrad/5hr。该电动反射镜架主要用于惯性约束激光核聚变装置的光束引导系统或其他需要大口径光路调整系统中。

Claims (7)

1.一种基于正交轴系的高精度大口径电动反射镜架，其特征在于：所述高精度大口径电动反射镜架包括镜架基础组件（1）、过渡框组件（2）、两个微驱动器、俯仰连接块（5）和偏摆连接块（6），两个微驱动器分别为俯仰轴微驱动器（3）和偏摆轴微驱动器（4），所述镜架基础组件包括机架（1-1）、俯仰轴框（1-2）、偏摆轴框（1-3）、两个第一转轴（1-4）、两个第二转轴（1-5）和四对轴承（1-6），机架（1-1）、俯仰轴框（1-2）、偏摆轴框（1-3）均为矩形结构，水平设置的两个第一转轴（1-4）穿过机架（1-1）的两个竖直边框，所述机架（1-1）通过第一转轴（1-4）与俯仰轴框（1-2）建立连接关系，每个第一转轴（1-4）与机架（1-1）之间设置有一对轴承（1-6），俯仰轴框（1-2）相对机架（1-1）做俯仰角度调整，竖直设置的第二转轴（1-5）穿过俯仰轴框（1-2）的两个水平边框，所述俯仰轴框（1-2）通过第二转轴（1-5）与偏摆轴框（1-3）建立连接关系，每个第二转轴（1-5）与偏摆轴框（1-3）之间设置有一对轴承（1-6），偏摆轴框（1-3）相对俯仰轴框（1-2）做偏摆调整，所述过渡框组件（2）安装在偏摆轴框（1-3）的内侧面上，过渡框组件（2）与偏摆轴框（1-3）配合设置，所述过渡框组件（2）包括过渡框体（2-1）、第一定位框（2-2）、第二定位框（2-3）、横向定位挡条（2-4）和轴向定位挡条（2-5），所述过渡框体（2-1）固定连接在第一定位框（2-2）与第二定位框（2-3）之间，横向定位挡条（2-4）贴紧在过渡框体（2-1）的内侧面上，轴向定位挡条（2-5）贴紧在第二定位框（2-3）内侧面上，所述俯仰轴微驱动器（3）和偏摆轴微驱动器（4）通过锁紧件安装在镜架基础组件（1）上，俯仰轴微驱动器（3）的微驱动输出端通过俯仰连接块（5）与俯仰轴框（1-2）连接，偏摆轴微驱动器（4）的微驱动输出端通过偏摆连接块（6）与偏摆轴框（1-3）连接，反射镜片（7）安装在过渡框组件（2）内。

2.根据权利要求1所述的一种基于正交轴系的高精度大口径电动反射镜架，其特征在于：所述轴承（1-6）采用高精度角接触球轴承。

3.根据权利要求2所述的一种基于正交轴系的高精度大口径电动反射镜架，其特征在于：水平轴系的两对轴承，其中一对轴承面对面设置，另一对轴承背对背设置；竖直轴系的两对轴承，其中一对轴承面对面设置，另一对轴承背对背设置。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种基于正交轴系的高精度大口径电动反射镜架，其特征在于：微驱动器包括步进电机（A1）、减速器（A2）、联轴器（A3）、芯轴（A4）、支撑轴承座（A5）、滚动轴承组件（A6）、丝杆（A7）、螺母（A9）、基座（A10）、导轨（A8）、滑块（A17）、四个簧片压板（A13）、两个上夹板（A14）、两个下夹板（A15）、两个簧片（A16）、两个转接块（A18）；

步进电机（A1）的输出轴与减速器（A2）连接，减速器（A2）的输出轴通过刚性联轴器（A3）与芯轴（A4）的一端连接，支撑轴承座（A5）和滑块（A17）从右至左安装在导轨（A8）上，导轨（A8）安装在基座（A10）上，滑块（A17）上安装有丝杆（A7）和螺母（A9），丝杆（A7）和螺母（A9）连接，芯轴（A4）的另一端穿过轴承座（A5）与螺母（A9）及丝杆（A7）连接，芯轴（A4）与轴承座（A5）之间安装有滚动轴承组件（A6），两个簧片（A16）前后水平并列设置，每个簧片（A16）均通过上夹板（A14）和下夹板（A15）夹持，簧片（A16）的端部探出上夹板（A14），簧片（A16）的一端通过簧片压板（A13）连接在转接块（A18）上，转接块（A18）安装在滑块（A17）上，簧片（A16）的另一端通过簧片压板（A13）与俯仰连接块（5）或偏摆连接块（6）连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于正交轴系的高精度大口径电动反射镜架，其特征在于：微驱动器还包括限位柱（A19）和限位开关（A20），限位柱（A19）安装在滑块（A17）上，限位开关（A20）安装在基座（A10）上，限位柱（A19）和限位开关（A20）的位置相对应。

6.根据权利要求4所述的一种基于正交轴系的高精度大口径电动反射镜架，其特征在于：所述过渡框组件（2）还包括定位螺钉（2-7），所述定位螺钉（2-7）设置在过渡框体（2-1）上，定位螺钉（2-7）的前部由聚四氟乙烯材料制成。

7.根据权利要求4所述的一种基于正交轴系的高精度大口径电动反射镜架，其特征在于：所述反射镜架还包括安装把手（7），所述安装把手（7）设置在第二定位框（2-3）的外端面上。

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