CN103212973A - 一种大口径光学元件的横向在线洁净拆装方法 - Google Patents
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Abstract
一种大口径光学元件的横向在线洁净拆装方法，它涉及一种大口径光学元件的横向洁净拆装方法。本发明为了解决大口径光学聚焦与频率转换系统维护光学元件时间长，装置运行效率低的问题。本发明主要步骤：打开大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的冲压接口法兰，将洁净风机与洁净充气接口相连；将拆装装置运输到转换系统附近；启动洁净风机；打开光学元件拆装接口法兰；调整拆装装置位姿，将其连接到光学元件拆装接口法兰上；拔出箱体盖板；通过操作口转移光学元件；插入箱体盖板；将拆装装置拆下；封闭拆装接口法兰口；停止洁净风机；将洁净风机从冲压接口法兰上拆除，并封闭冲压接口；将转运箱运输回百级洁净实验室进行维修。本发明将光学元件的维护周期从2天缩短到2小时。
Description
技术领域
本发明涉及一种大口径光学元件的横向洁净拆装方法，具体涉及一种大口径光学元件的横向在线洁净拆装方法。
背景技术
惯性约束激光核聚变装置的大口径光学聚焦与频率转换系统工作在一个密闭的百级洁净环境中，以保证光学元件表面的洁净度，从而获得较长的工作寿命。光学元件损伤需要维护时，目前通常采用将大口径光学聚焦与频率转换系统整体拆送回百级洁净实验室，然后从其中拆除光学元件，大口径光学聚焦与频率转换系统整体拆械需要动用大型设备，费时费力，维护1块光学元件就需要2天时间，从而导致整个装置运行效率低。
发明内容
本发明的目的是为了解决光学元件损伤需要维护时，大口径光学聚焦与频率转换系统整体拆械需要动用大型设备，费时费力，维护一块光学元件就需要两天时间，从而导致整个装置运行效率低的问题，进而提供一种大口径光学元件的横向在线洁净拆装方法。
本发明的技术方案是：一种大口径光学元件的横向在线洁净拆装方法的步骤为：
步骤1：准备工作；打开大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的充压接口法兰，将洁净风机与大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的充压接口法兰安装处的洁净充气接口相连；将大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置运输到大口径光学聚焦与频率转换系统附近，粗定位；
步骤2：启动洁净风机；
步骤3：打开大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的光学元件拆装接口法兰，等待3-10分钟；
步骤4：调整大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置位姿，使大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置满足光学元件拆装要求；然后将大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置连接到大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的光学元件拆装接口法兰上；
步骤5：拔出大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置的光学元件洁净拆装转运箱的箱体盖板；
步骤6：操作者通过光学元件洁净拆装转运箱上的操作口将光学元件从大口径光学聚焦与频率转换系统拔出滑入光学元件洁净拆装转运箱内，或者将光学元件从光学元件洁净拆装转运箱插入到大口径光学聚焦与频率转换系统内；
步骤7：插入大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置的光学元件洁净拆装转运箱的箱体盖板；
步骤8：将大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置从大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的光学元件拆装接口法兰上拆下；
步骤9：封闭大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的光学元件拆装接口法兰口；
步骤10：停止洁净风机；
步骤11：将洁净风机接口从充压接口法兰上拆除，并封闭充压接口；
步骤12：将拆卸后的光学元件洁净拆装转运箱E运输回百级洁净实验室进行维修。
优选方案：步骤1中的洁净风机风量的选择：设洁净拆装法兰的有效开口面积为S，根据百级环境维持要求，拆装过程中需保证洁净拆装法兰出口处风速应>0.2m/s，则洁净风机流量Q>0.2×S×60m3/min。
优选方案：步骤1中冲压接口的尺寸设计：根据流体学，管道内气体流速不大于10m/s；冲压接口的开口面积A1=k×Q/10/60,其中Q为洁净风机流量，k为大于1-2的系数，根据实际结构情况确定。
优选方案：步骤4中调整大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置位姿的方式为：竖向位置调整单元通过升降操作手柄转动升降螺母，在固定升降螺杆转动自由度的情况下，驱动升降螺杆上升或下降；升降螺母由轴承支撑，不固定升降螺杆转动自由度的情况下，可以带动其上的所有部件转动；转动和升降调整到位后，转动锁紧手轮实现锁紧；横向位置调整单元通过横向手轮转动横向平动螺杆，驱动横向工作台平移；纵向位置调整单元通过纵向手轮转动纵向平动螺杆，驱动纵向工作台平移；2自由度姿态调整单元通过支撑杆与角度锁紧钉的配合实现姿态调整架俯仰角度的有级粗调整；通过姿态调整钉顶动光学元件洁净拆装转运箱的耐磨垫块，实现光学元件洁净拆装转运箱以径向关节轴承为轴心的俯仰和转动的并联微调整。
本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明采用正压保护方法，在整个拆装过程中，通过洁净风机向大口径光学聚焦与频率转换系统内冲入百级洁净的空气，使得其内部处于正压状态，保证了外部污染不会进入到系统和洁净拆装箱内，因此保证了光学元件的洁净。而且大口径光学元件洁净拆装箱拆装完成后，自身具备防尘功能，因此可以作为运输箱直接将光学元件运送回洁净实验室。本发明方法配合洁净拆装箱使用，可以实现光学元件的洁净在线拆装，将光学元件的维护周期从2天缩短到2小时，节约了成本，提高了大口径光学聚焦与频率转换系统整个装置的运行效率。
附图说明
图1是本发明的一种大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置的立体结构图；
图2是本发明的一种大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置的主视图；
图3是本发明的一种大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置的侧视图；
图4是图2的A-A剖视图；
图5是图3的俯视图；
图6是5自由度位姿调整台的主视图；
图7是图6的B-B剖视图；
图8是图6的左视图；
图9是图6的C-C剖面图；
图10是图6的D处放大图；
图11是洁净拆装转运箱的主视图；
图12是图11的右视图；
图13是图11的左视图；
图14是图11的E-E剖视图；
图15是图11的俯视图；
图16是横向位置调整单元B和纵向位置调整单元C的立体结构图；
图17是2自由度姿态调整单元D、洁净拆装转运箱E和连接手轮F的立体结构图;
图18是耐磨垫块E13的安装示意图；
图19是大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置与大口径光学聚焦与频率转换系统对接示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图19说明本实施方式，本实施方式的一种大口径光学元件的横向在线洁净拆装方法的步骤为：
步骤1：准备工作；打开大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的充压接口法兰F1，将洁净风机与大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的充压接口法兰F1安装处的洁净充气接口相连；将大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置运输到大口径光学聚焦与频率转换系统附近，粗定位；
步骤2：启动洁净风机；
步骤3：打开大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的光学元件拆装接口法兰F2，等待3-10分钟；
步骤4：调整大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置位姿，使大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置满足光学元件拆装要求；然后将大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置连接到大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的光学元件拆装接口法兰F2上；
步骤5：拔出大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置的光学元件洁净拆装转运箱E的箱体盖板E15；
步骤6：操作者通过光学元件洁净拆装转运箱E上的操作口将光学元件从大口径光学聚焦与频率转换系统拔出滑入光学元件洁净拆装转运箱E内，或者将光学元件从光学元件洁净拆装转运箱E插入到大口径光学聚焦与频率转换系统内；
步骤7：插入大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置的光学元件洁净拆装转运箱E的箱体盖板E15；
步骤8：将大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置从大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的光学元件拆装接口法兰F2上拆下；
步骤9：封闭大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的光学元件拆装接口法兰口；
步骤10：停止洁净风机；
步骤11：将洁净风机接口从充压接口法兰F1上拆除，并封闭充压接口；
步骤12：将拆卸后的光学元件洁净拆装转运箱E运输回百级洁净实验室进行维修。
具体实施方式二：本实施方式二与具体实施方式一的不同在于：本实施方式的步骤1中的洁净风机风量的选择：设洁净拆装法兰的有效开口面积为S，根据百级环境维持要求，出口处风速应>0.2m/s，则洁净风机流量Q>0.2×S×60m3/min。
具体实施方式三：本实施方式三与具体实施方式二的不同在于：本实施方式的步骤1中冲压接口的尺寸设计：根据流体学，管道内气体流速不大于10m/s；冲压接口的开口面积A1=k×Q/10/60,其中Q为洁净风机流量，k为大于1-2的系数，根据实际结构情况确定。
具体实施方式四（参见图1至图17）：本实施方式四与具体实施方式一、二或三的不同在于：步骤4中调整大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置位姿的方式为：竖向位置调整单元A通过升降操作手柄A26转动升降螺母A7，在固定升降螺杆A3转动自由度的情况下，驱动升降螺杆A3上升或下降；升降螺母A3由轴承支撑，不固定升降螺杆A3转动自由度的情况下，可以带动其上的所有部件转动；转动和升降调整到位后，转动锁紧手轮A33实现锁紧；横向位置调整单元B通过横向手轮B1转动横向平动螺杆B8，驱动横向工作台B9平移；纵向位置调整单元C通过纵向手轮C1转动纵向平动螺杆C8，驱动纵向工作台C10平移；2自由度姿态调整单元D通过支撑杆D17与角度锁紧钉D20的配合实现姿态调整架俯仰角度的有级粗调整；通过姿态调整钉D13顶动光学元件洁净拆装转运箱E的耐磨垫块E13，实现光学元件洁净拆装转运箱E以径向关节轴承D10为轴心的俯仰和转动的并联微调整。
具体实施方式五：结合图1至图17说明本实施方式，本实施方式的一种大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置包括5自由度位姿调整台、洁净拆装转运箱E和连接手轮F；
所述5自由度位姿调整台包括竖向位置调整单元A、横向位置调整单元B、纵向位置调整单元C和2自由度姿态调整单元D；
所述竖向位置调整单元A包括固定底座A1、升降螺杆A3、升降螺母A7、承接圆盘A8、升降轴承座A5、升降轴承端盖A6、轴承锁紧圆螺母A27、多个升降操作手柄A26、多个转动锁紧螺母A30、多个转动锁紧螺杆A32和多个锁紧杆A31；
固定底座A1的上端面上安装有升降轴承座A5，升降螺杆A3竖直设置在固定底座A1内，且升降螺杆A3与固定底座A1同轴设置，升降螺杆A3的上端螺纹连接有轴承锁紧圆螺母A7，轴承锁紧圆螺母A7的下端连接有轴承锁紧圆螺母A27，轴承锁紧圆螺母A7的外壁与升降轴承座A5之间设置有轴承，轴承通过升降轴承端盖A6固定，轴承锁紧圆螺母A7的外圆周上均布有多个升降操作手柄A26，升降轴承座A5的外圆周上均布有多个转动锁紧螺母A30，转动锁紧螺杆A32与转动锁紧螺母A30螺纹连接，转动锁紧螺杆A32的里端插入升降轴承座A5并通过锁紧杆A31锁紧，升降螺杆A3的上端固定连接有承接圆盘A8；
所述横向位置调整单元B包括平动底座B25、横向平动螺杆B8、横向平动螺母B22、横向平动螺母座B21、两个横向轴承座B23、两个横向轴承端盖B24、横向工作台B9、横向一对滚珠导轨副B4和横向手轮B1；
平动底座B25固定安装在承接圆盘A8上，平动底座B25上设置有一对横向滚珠导轨副B4，横向工作台B9设置在横向滚珠导轨副B4上，横向工作台B9的下端面上设置有横向平动螺母座B21,横向平动螺母B22安装在横向平动螺母座B21内，横向平动螺母B22与横向平动螺杆B8螺纹连接，横向平动螺杆B8的两端通过横向轴承座B23与平动底座B25连接，横向平动螺杆B8与横向轴承座B23之间设置有轴承，轴承通过横向轴承端盖B24固定，横向平动螺杆B8的一端连接有横向手轮B1；
所述纵向位置调整单元C包括纵向平动螺杆C8、纵向平动螺母C22、纵向平动螺母座C21、纵向轴承座C23、纵向轴承端盖C24、纵向工作台C10、一对纵向滚珠导轨副C4和纵向手轮C1；
横向工作台B9上设置有一对纵向滚珠导轨副C4，纵向工作台C10设置在纵向滚珠导轨副C4上，纵向工作台C10的下端面上设置有纵向平动螺母座C21，纵向平动螺母C22安装在纵向平动螺母座C21内，纵向平动螺母C22与纵向平动螺杆C8螺纹连接，纵向平动螺杆C8的两端通过纵向轴承座C23与横向工作台B9连接，纵向平动螺杆C8与纵向轴承座C23之间设置有轴承，轴承通过纵向轴承端盖C24固定，纵向平动螺杆C8的一端连接有纵向手轮C1；
所述2自由度姿态调整单元D包括驱动转轴D11、驱动转轴座D12、两个姿态调整钉D13、姿态调整架D14、支撑销轴座D15、支撑销轴D16、支撑杆D17、角度调整板D19、角度锁紧钉D20、关节轴承盖D29、关节轴承座D28和径向关节轴承D10；
支撑杆D17固定安装在纵向工作台C10上，支撑销轴座D15通过支撑销轴D16与支撑杆D17的上端转动连接，姿态调整架D14的中部与支撑销轴座D15固定连接，姿态调整架D14的底边中部安装有驱动转轴座D12，角度调整板D19的上端通过驱动转轴D11与驱动转轴座D12转动连接，角度调整板D19的下端通过角度锁紧钉D20与支撑杆D17连接，姿态调整架D14的底边两端各安装有一个姿态调整钉D13，角度调整板D19的上端开有孔，孔内装有关节轴承座D28，关节轴承座D28内设置有径向关节轴承D10，径向关节轴承D10通过关节轴承盖D29固定；
光学元件洁净拆装转运箱E包括箱体E1、顶滑道E4、底滑道E11、滑动操作口E8、操作门E7、侧操作口E18、侧操作口外框E19、接口法兰E16、连接轴E5、箱体过渡框E14和箱体盖板E15；
光学元件洁净拆装转运箱E与5自由度调整台之间通过连接轴E5连接，连接轴E5安装在箱体E1的前板E3的外端面上，将连接轴E5插入径向关节轴承D10中，并通过连接螺母锁紧，箱体E1的前板E3上设有滑动操作口E8，滑动操作口E8处安装有操作门E7，箱体E1的左侧板E20上开有孔，孔的外侧边缘设置有侧操作口外框E19，侧操作口E18插装在侧操作口外框E19上，箱体E1的右侧端口上连接有接口法兰E16，箱体过渡框E14安装在接口法兰E16上，箱体过渡框E14上开有槽口，箱体盖板E15插装在槽口内，箱体E1的顶板E2的内壁上设置有顶滑道E4，箱体E1的底板E12的内壁上设置有底滑道E11，顶滑道E4和底滑道E11分列在左右两侧；连接轴E5的外端设置有连接手轮F。
具体实施方式六：结合图4、图6和图7说明本实施方式，本实施方式所述竖向位置调整单元A还包括升降限位板A2，升降螺杆A3的下端同轴连接有升降限位板A2，升降限位板A2的直径大于升降螺杆A3的直径。如此设置，限定了升降螺杆A3的最大上行行程，防止升降螺杆A3从升降螺母A7中旋出。其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图4、图6和图7说明本实施方式，本实施方式的所述竖向位置调整单元A还包括防护罩A4，防护罩A4设置在固定底座A1内罩在升降螺杆A3上，防护罩A4的上端连接在轴承锁紧圆螺母A7的下端面上。如此设置，防止灰尘进入，影响升降螺杆A3的升降。其它组成和连接关系与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：结合图7和图16说明本实施方式，本实施方式的所述竖向位置调整单元A还包括多个转动锁紧手轮A33，转动锁紧螺杆A32的外端连接有转动锁紧手轮A33。如此设置，转动锁紧手轮A33来实现锁紧。其它组成和连接关系与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：结合图3、图16和图17说明本实施方式，本实施方式的角度调整板D19上设置有多个卡口。如此设置，便于调整姿态调整架D14的角度。其它组成和连接关系与具体实施方式八相同。
具体实施方式十：结合图11、图13、图14、图15和图18说明本实施方式，本实施方式的光学元件洁净拆装转运箱E还包括耐磨垫块E13，耐磨垫块E13安装在箱体E1的前板E3的外端面上，且耐磨垫块E13正对姿态调整钉D13设置。如此设置，防止箱体磨损。其它组成和连接关系与具体实施方式九相同。
具体实施方式十一：结合图2、图8、图17和图18说明本实施方式，本实施方式的自由度姿态调整单元D还包括两个姿态调整手轮D9，每个姿态调整钉D13上连接有一个姿态调整手轮D9。如此设置，便于调整姿态调整架D14的姿态。其它组成和连接关系与具体实施方式十相同。
具体实施方式十二：结合图2、图7、图8和图9说明本实施方式，本实施方式的自由度姿态调整单元D还包括角度锁紧手轮D34，角度锁紧手轮D34安装在角度锁紧钉D20上。如此设置，便于锁紧姿态调整架D14的姿态。其它组成和连接关系与具体实施方式十一相同。
光学元件洁净拆装转运箱E与5自由度位姿调整台之间通过连接轴E5连接，将连接轴E5插入径向关节轴承D10中，并通过连接螺母锁紧，同时将姿态调整钉D13对正耐磨垫块E13。
Claims (4)
1.一种大口径光学元件的横向在线洁净拆装方法，其特征在于：大口径光学元件的横向在线洁净拆装方法的具体步骤为：
步骤1：准备工作；打开大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的充压接口法兰（F1），将洁净风机与大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的充压接口法兰（F1）安装处的洁净充气接口相连；将大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置运输到大口径光学聚焦与频率转换系统附近，粗定位；
步骤2：启动洁净风机；
步骤3：打开大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的光学元件拆装接口法兰（F2），等待3-10分钟；
步骤4：调整大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置位姿，使大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置满足光学元件拆装要求；然后将大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置连接到大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的光学元件拆装接口法兰（F2）上；
步骤5：拔出大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置的光学元件洁净拆装转运箱（E）的箱体盖板（E15）；
步骤6：操作者通过光学元件洁净拆装转运箱（E）上的操作口将光学元件从大口径光学聚焦与频率转换系统拔出滑入光学元件洁净拆装转运箱（E）内，或者将光学元件从光学元件洁净拆装转运箱（E）插入到大口径光学聚焦与频率转换系统内；
步骤7：插入大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置的光学元件洁净拆装转运箱（E）的箱体盖板（E15）；
步骤8：将大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置从大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的光学元件拆装接口法兰（F2）上拆下；
步骤9：封闭大口径光学聚焦与频率转换系统壳体上的光学元件拆装接口法兰口；
步骤10：停止洁净风机；
步骤11：将洁净风机接口从冲压接口法兰（F1）上拆除，并封闭充压接口；
步骤12：将拆卸后的光学元件洁净拆装转运箱（E）运输回百级洁净实验室进行维修。
2.根据权利要求1所述的一种大口径光学元件的横向在线洁净拆装方法，其特征在于：步骤1中的洁净风机风量的选择：设洁净拆装法兰的有效开口面积为S，拆装过程中需保证洁净拆装法兰（F2）出口处风速为V1,单位为m/s,根据百级环境维持要求，洁净风机流量Q>V1×S×60m3/min。
3.根据权利要求1或2所述的一种大口径光学元件的横向在线洁净拆装方法，其特征在于：步骤1中充压接口的尺寸设计：设定管道内气体流速V2，单位为m/s，根据流体学，冲压接口的开口面积A1=k×Q/V2/60,其中Q为洁净风机流量，k为大于1-2的系数，根据实际结构情况确定。
4.根据权利要求3所述的一种大口径光学元件的横向在线洁净拆装方法，其特征在于：步骤4中调整大口径光学元件的横向在线洁净拆装装置位姿的方式为：竖向位置调整单元（A）通过升降操作手柄（A26）转动升降螺母（A7），在固定升降螺杆（A3）转动自由度的情况下，驱动升降螺杆（A3）上升或下降；升降螺母（A3）由轴承支撑，不固定升降螺杆（A3）转动自由度的情况下，可以带动其上的所有部件转动；转动和升降调整到位后，转动锁紧手轮（A33）实现锁紧；横向位置调整单元（B）通过横向手轮（B1）转动横向平动螺杆（B8），驱动横向工作台（B9）平移；纵向位置调整单元（C）通过纵向手轮（C1）转动纵向平动螺杆（C8），驱动纵向工作台（C10）平移；2自由度姿态调整单元（D）通过支撑杆（D17）与角度锁紧钉（D20）的配合实现姿态调整架俯仰角度的有级粗调整；通过姿态调整钉（D13）顶动光学元件洁净拆装转运箱（E）的耐磨垫块（E13），实现光学元件洁净拆装转运箱（E）以径向关节轴承（D10）为轴心的俯仰和转动的并联微调整。
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