CN103235394B - 一种鼠笼式高精度四维调整机构及其四自由度调整方法 - Google Patents

Abstract

一种鼠笼式高精度四维调整机构，它涉及一种高精度调整机构。本发明的目的是为了解决惯性约束激光核聚变装置中楔形透镜模块内各种光学元件姿态的高精度调整问题。通过调整透镜鼠笼姿态调整前/后支撑组件中四周的鼠笼滑块调整钉座板上的调整钉实现鼠笼内光学元件的上下、左右移动2自由度调节；通过调整透镜鼠笼姿态调整前支撑组件上螺钉实现鼠笼内光学元件的俯仰、偏摆2自由度调节；本发明实现了楔形透镜模块中光学元件姿态的4自由度高精度调整。实现了系统光学轴线与机械轴线的重合，保证大口径光学聚焦与频率转换系统通过机械接口集成到激光惯性约束核聚变装置上时，其光学精度能够满足装置的设计要求，避免繁杂的在线光学调整。

Description

一种鼠笼式高精度四维调整机构及其四自由度调整方法

技术领域

本发明涉及一种高精度调整机构，具体涉及一种鼠笼式高精度四维调整机构及其四自由度调整方法。

背景技术

在惯性约束激光核聚变装置中，高通量大口径高精度透镜模块调焦装置是真空可控高通量大口径光学聚焦与频率转换系统的核心组成部分。透镜模块中的各个光学元件的姿态及精密定位装校需要相应的高精度调整装置，以实现系统光学轴线与机械轴线的重合，从而保证大口径光学聚焦与频率转换系统通过机械接口集成到激光惯性约束核聚变装置上时，其光学精度能够满足装置的设计要求，避免繁杂的在线光学调整。目前尚没有成熟的装置来实现大口径楔形透镜聚焦系统中光学元件的批量化高精度调整。

发明内容

本发明的目的是提供一种鼠笼式高精度四维调整机构及其四自由度调整方法，以解决惯性约束激光核聚变装置中楔形透镜模块内各种光学元件姿态的高精度调整问题。

本发明的技术方案是：一种鼠笼式高精度四维调整机构包括鼠笼机构、透镜鼠笼姿态调整前支撑组件和透镜鼠笼姿态调整后支撑组件，

透镜光学元件模块安装在聚焦透镜模块移动机构上，聚焦透镜模块移动机构连同透镜光学元件模块一起安装在鼠笼机构内，鼠笼机构的前侧设置有透镜鼠笼姿态调整前支撑组件，鼠笼机构的后侧设置有透镜鼠笼姿态调整后支撑组件，鼠笼机构是由上基板、下基板和两个侧板围合而成的框体结构，鼠笼机构的前端框体内设置有前支撑框，鼠笼机构的后端框体内设置有后支撑框，上基板上设置有上导轨，下基板上设置有下导轨，聚焦透镜模块移动机构W通过其上的滑块与上导轨和下导轨配合安装在鼠笼机构内，上基板、下基板和两个侧板的前后端面上均开有豁口，

透镜鼠笼姿态调整前支撑组件包括前姿态调整板、四个第一鼠笼滑块、八个第一鼠笼滑块压板、四个第一鼠笼滑块调整钉座板和四个第一调整钉，前姿态调整板的四个边框上各开有一个滑块安装口，第一鼠笼滑块通过第一鼠笼滑块压板安装在滑块安装口内，滑块安装口内还固定安装有第一鼠笼滑块调整钉座板，第一鼠笼滑块调整钉座板位于第一鼠笼滑块的内侧，第一鼠笼滑块调整钉座板上连接有第一调整钉，第一调整钉与第一鼠笼滑块相抵用于调整第一鼠笼滑块的位置，

透镜鼠笼姿态调整后支撑组件包括后姿态调整板、四个第二鼠笼滑块、八个第二鼠笼滑块压板、四个第二鼠笼滑块调整钉座板和四个第二调整钉，后姿态调整板的四个边框上各开有一个滑块安装口，第二鼠笼滑块通过第二鼠笼滑块压板安装在滑块安装口内，滑块安装口内还固定安装有第二鼠笼滑块调整钉座板，第二鼠笼滑块调整钉座板位于第二鼠笼滑块的内侧，第二鼠笼滑块调整钉座板上连接有第二调整钉，第二调整钉与第二鼠笼滑块相抵用于调整第二鼠笼滑块的位置，

前姿态调整板连接在鼠笼机构的前端面上，后姿态调整板安装在鼠笼机构的后端面上，第一鼠笼滑块处于上基板、下基板和两个侧板的前端面上的豁口内，且第一鼠笼滑块与前支撑框相抵，第二鼠笼滑块处于上基板、下基板和两个侧板的后端面上的豁口，且第二鼠笼滑块与后支撑框相抵，

前姿态调整板的两侧边的上部和下部分别连接有两个内六角圆柱头螺钉，内六角圆柱头螺钉两侧的内六角圆柱头球端头螺钉和内六角球端紧定螺钉，内六角圆柱头螺钉的锁紧端连接在前支撑框上，内六角圆柱头球端头螺钉和内六角球端紧定螺钉与前支撑框相抵。

一种鼠笼式高精度四维调整机构实现四自由度的方法：

通过调整透镜鼠笼姿态调整前支撑组件中四周的第一鼠笼滑块调整钉座板上的第一调整钉以及透镜鼠笼姿态调整后支撑组件中四周的第二鼠笼滑块调整钉座板上的第二调整钉实现鼠笼机构内部的透镜光学元件模块上下、左右移动，实现2自由度调节；具体为：

首先调整透镜鼠笼姿态调整前支撑组件中四周的第一鼠笼滑块调整钉座板上的第一调整钉以及透镜鼠笼姿态调整后支撑组件中四周的第二鼠笼滑块调整钉座板上的第二调整钉；通过固定在前姿态调整板上的第一鼠笼滑块压板之间的导向槽以及固定在后姿态调整板上的第二鼠笼滑块压板之间的导向槽，实现第一鼠笼滑块和第二鼠笼滑块的上下、左右移动，第一鼠笼滑块和第二鼠笼滑块与前支撑框和后支撑框相配合，实现鼠笼机构内部的透镜光学元件模块上下、左右移动，实现2自由度运动；

通过调整透镜鼠笼姿态调整前支撑组件上的内六角圆柱头螺钉实现鼠笼内光学元件的俯仰、偏摆2自由度调节；具体为：

首先松开透镜鼠笼姿态调整前支撑组件上的内六角圆柱头螺钉，然后通过松开或拧紧内六角圆柱头螺钉两侧的内六角圆柱头球端头螺钉和内六角球端紧定螺钉，通过内六角圆柱头球端头螺钉和内六角球端紧定螺钉作用在前支撑框上，调节鼠笼机构，实现俯仰和偏摆运动。

上述方法是基于鼠笼式高精度四维调整机构实现的。

本发明与现有技术相比具有以下效果：通过调整透镜鼠笼姿态调整前/后支撑组件中四周的鼠笼滑块调整钉座板上的调整钉(位于透镜鼠笼前姿态调整板后侧)实现鼠笼内光学元件的上下、左右移动2自由度调节；通过调整透镜鼠笼姿态调整前支撑组件上的内六角圆柱头螺钉，以及其两侧的内六角圆柱头球端头螺钉和内六角球端紧定螺钉实现鼠笼内光学元件的俯仰、偏摆2自由度调节；本发明实现了真空可控高通量大口径光学聚焦与频率转换系统中楔形透镜模块中光学元件姿态的4自由度高精度调整。便于实现系统光学轴线与机械轴线的重合，从而保证大口径光学聚焦与频率转换系统通过机械接口集成到激光惯性约束核聚变装置上时，其光学精度能够满足装置的设计要求，避免繁杂的在线光学调整。本发明实现了鼠笼式调整机构的各个自由度相对独立的解耦调整，具有稳定性好，调整方便，精度高的特点，其中俯仰、偏摆调整的精度依据监测仪器的精度，内调焦望远镜或者光电式自准直仪，精度可达到0.2角秒；上下、左右平移的精度依据监测仪器可达到10um以内。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是聚焦透镜模块移动机构W连同透镜光学元件模块R一起安装在本发明中的鼠笼机构D内的结构示意图；

图3是本发明的鼠笼机构D的立体结构图(后端面可见)；

图4本本发明的鼠笼机构D的立体结构图(前端面可见)；

图5是本发明的透镜鼠笼姿态调整前支撑组件A的立体结构图；

图6是本发明的透镜鼠笼姿态调整后支撑组件B的立体结构图；

图7是图5的X1-X1剖视图；

图8是图6的X2-X2剖视图；

图9是图1的X3处放大图；

图10是图1的X4处放大图；

图11是图1的X5-X5剖视图；

图12是内六角圆柱头螺钉A6的布置图；

图13是图12的X6-X6剖视图；

图14是内六角圆柱头螺钉A6、内六角圆柱头球端头螺钉A7和内六角球端紧定螺钉A8的布置图；

图15是内六角圆柱头螺钉A6、内六角圆柱头球端头螺钉A7和内六角球端紧定螺钉A8与前支撑框D6的关系图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图15说明本实施方式，本实施方式的一种鼠笼式高精度四维调整机构包括鼠笼机构D、透镜鼠笼姿态调整前支撑组件A和透镜鼠笼姿态调整后支撑组件B，

透镜光学元件模块R安装在聚焦透镜模块移动机构W上，聚焦透镜模块移动机构W连同透镜光学元件模块R一起安装在鼠笼机构D内，鼠笼机构D的前侧设置有透镜鼠笼姿态调整前支撑组件A，鼠笼机构D的后侧设置有透镜鼠笼姿态调整后支撑组件B，鼠笼机构D是由上基板D1、下基板D2和两个侧板D3围合而成的框体结构，鼠笼机构D的前端框体内设置有前支撑框D6，鼠笼机构D的后端框体内设置有后支撑框D7，上基板D1上设置有上导轨D4，下基板D2上设置有下导轨D5，聚焦透镜模块移动机构W通过其上的滑块与上导轨D4和下导轨D5配合安装在鼠笼机构D内，上基板D1、下基板D2和两个侧板D3的前后端面上均开有豁口D8，

透镜鼠笼姿态调整前支撑组件A包括前姿态调整板A1、四个第一鼠笼滑块A2、八个第一鼠笼滑块压板A3、四个第一鼠笼滑块调整钉座板A4和四个第一调整钉A5，前姿态调整板A1的四个边框上各开有一个滑块安装口，第一鼠笼滑块A2通过第一鼠笼滑块压板A3安装在滑块安装口内，滑块安装口内还固定安装有第一鼠笼滑块调整钉座板A4，第一鼠笼滑块调整钉座板A4位于第一鼠笼滑块A2的内侧，第一鼠笼滑块调整钉座板A4上连接有第一调整钉A5，第一调整钉A5与第一鼠笼滑块A2相抵用于调整第一鼠笼滑块A2的位置，

透镜鼠笼姿态调整后支撑组件B包括后姿态调整板B1、四个第二鼠笼滑块B2、八个第二鼠笼滑块压板B3、四个第二鼠笼滑块调整钉座板B4和四个第二调整钉B5，后姿态调整板B1的四个边框上各开有一个滑块安装口，第二鼠笼滑块B2通过第二鼠笼滑块压板B3安装在滑块安装口内，滑块安装口内还固定安装有第二鼠笼滑块调整钉座板B4，第二鼠笼滑块调整钉座板B4位于第二鼠笼滑块B2的内侧，第二鼠笼滑块调整钉座板B4上连接有第二调整钉B5，第二调整钉B5与第二鼠笼滑块B2相抵用于调整第二鼠笼滑块B2的位置，

前姿态调整板A1连接在鼠笼机构D的前端面上，后姿态调整板B1安装在鼠笼机构D的后端面上，第一鼠笼滑块A2处于上基板D1、下基板D2和两个侧板D3的前端面上的豁口D8内，且第一鼠笼滑块A2与前支撑框D6相抵，第二鼠笼滑块B2处于上基板D1、下基板D2和两个侧板D3的后端面上的豁口D8，且第二鼠笼滑块B2与后支撑框D7相抵，

前姿态调整板A1的两侧边的上部和下部分别连接有两个内六角圆柱头螺钉A6，内六角圆柱头螺钉A6两侧的内六角圆柱头球端头螺钉A7和内六角球端紧定螺钉A8，内六角圆柱头螺钉A6的锁紧端连接在前支撑框D6上，内六角圆柱头球端头螺钉A7和内六角球端紧定螺钉A8与前支撑框D6相抵。

具体实施方式二：结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式的一种鼠笼式高精度四维调整机构实现四自由度的方法：

通过调整透镜鼠笼姿态调整前支撑组件A中四周的第一鼠笼滑块调整钉座板A4上的第一调整钉A5以及透镜鼠笼姿态调整后支撑组件B中四周的第二鼠笼滑块调整钉座板B4上的第二调整钉B5实现鼠笼机构D内部的透镜光学元件模块R上下、左右移动，实现2自由度调节；具体为：

首先调整透镜鼠笼姿态调整前支撑组件A中四周的第一鼠笼滑块调整钉座板A4上的第一调整钉A5以及透镜鼠笼姿态调整后支撑组件B中四周的第二鼠笼滑块调整钉座板B4上的第二调整钉B5；通过固定在前姿态调整板A1上的第一鼠笼滑块压板A3之间的导向槽以及固定在后姿态调整板B1上的第二鼠笼滑块压板B3之间的导向槽，实现第一鼠笼滑块A2和第二鼠笼滑块B2的上下、左右移动，第一鼠笼滑块A2和第二鼠笼滑块B2与前支撑框D6和后支撑框D7相配合，实现鼠笼机构D内部的透镜光学元件模块R上下、左右移动，实现2自由度运动；

通过调整透镜鼠笼姿态调整前支撑组件上的内六角圆柱头螺钉A6实现鼠笼内光学元件的俯仰、偏摆2自由度调节；具体为：

首先松开透镜鼠笼姿态调整前支撑组件上的内六角圆柱头螺钉A6，然后通过松开或拧紧内六角圆柱头螺钉A6两侧的内六角圆柱头球端头螺钉A7和内六角球端紧定螺钉A8，通过内六角圆柱头球端头螺钉A7和内六角球端紧定螺钉A8作用在前支撑框D6上，调节鼠笼机构，实现俯仰和偏摆运动。

俯仰运动即向下或向上摆动，偏摆运动即向左偏，向右摆动。

本实施方式的调整方法是基于具体实施方式一的调整机构实现的。

Claims (2)

1.一种鼠笼式高精度四维调整机构，其特征在于：鼠笼式高精度四维调整机构包括鼠笼机构(D)、透镜鼠笼姿态调整前支撑组件(A)和透镜鼠笼姿态调整后支撑组件(B)，

透镜光学元件模块(R)安装在聚焦透镜模块移动机构(W)上，聚焦透镜模块移动机构(W)连同透镜光学元件模块(R)一起安装在鼠笼机构(D)内，鼠笼机构(D)的前侧设置有透镜鼠笼姿态调整前支撑组件(A)，鼠笼机构(D)的后侧设置有透镜鼠笼姿态调整后支撑组件(B)，鼠笼机构(D)是由上基板(D1)、下基板(D2)和两个侧板(D3)围合而成的框体结构，鼠笼机构(D)的前端框体内设置有前支撑框(D6)，鼠笼机构(D)的后端框体内设置有后支撑框(D7)，上基板(D1)上设置有上导轨(D4)，下基板(D2)上设置有下导轨(D5)，聚焦透镜模块移动机构(W)通过其上的滑块与上导轨(D4)和下导轨(D5)配合安装在鼠笼机构(D)内，上基板(D1)、下基板(D2)和两个侧板(D3)的前后端面上均开有豁口(D8)，

透镜鼠笼姿态调整前支撑组件(A)包括前姿态调整板(A1)、四个第一鼠笼滑块(A2)、八个第一鼠笼滑块压板(A3)、四个第一鼠笼滑块调整钉座板(A4)和四个第一调整钉(A5)，前姿态调整板(A1)的四个边框上各开有一个滑块安装口，第一鼠笼滑块(A2)通过第一鼠笼滑块压板(A3)安装在滑块安装口内，滑块安装口内还固定安装有第一鼠笼滑块调整钉座板(A4)，第一鼠笼滑块调整钉座板(A4)位于第一鼠笼滑块(A2)的内侧，第一鼠笼滑块调整钉座板(A4)上连接有第一调整钉(A5)，第一调整钉(A5)与第一鼠笼滑块(A2)相抵用于调整第一鼠笼滑块(A2)的位置，

透镜鼠笼姿态调整后支撑组件(B)包括后姿态调整板(B1)、四个第二鼠笼滑块(B2)、八个第二鼠笼滑块压板(B3)、四个第二鼠笼滑块调整钉座板(B4)和四个第二调整钉(B5)，后姿态调整板(B1)的四个边框上各开有一个滑块安装口，第二鼠笼滑块(B2)通过第二鼠笼滑块压板(B3)安装在滑块安装口内，滑块安装口内还固定安装有第二鼠笼滑块调整钉座板(B4)，第二鼠笼滑块调整钉座板(B4)位于第二鼠笼滑块(B2)的内侧，第二鼠笼滑块调整钉座板(B4)上连接有第二调整钉(B5)，第二调整钉(B5)与第二鼠笼滑块(B2)相抵用于调整第二鼠笼滑块(B2)的位置，

前姿态调整板(A1)连接在鼠笼机构(D)的前端面上，后姿态调整板(B1)安装在鼠笼机构(D)的后端面上，第一鼠笼滑块(A2)处于上基板(D1)、下基板(D2)和两个侧板(D3)的前端面上的豁口(D8)内，且第一鼠笼滑块(A2)与前支撑框(D6)相抵，第二鼠笼滑块(B2)处于上基板(D1)、下基板(D2)和两个侧板(D3)的后端面上的豁口(D8)，且第二鼠笼滑块(B2)与后支撑框(D7)相抵，

前姿态调整板(A1)的两侧边的上部和下部分别连接有两个内六角圆柱头螺钉(A6)，内六角圆柱头球端头螺钉(A7)和内六角球端紧定螺钉(A8)分别在内六角圆柱头螺钉(A6)两侧，内六角圆柱头螺钉(A6)的锁紧端连接在前支撑框(D6)上，内六角圆柱头球端头螺钉(A7)和内六角球端紧定螺钉(A8)与前支撑框(D6)相抵。

2.基于权利要求1所述的一种鼠笼式高精度四维调整机构实现的四自由度调整方法，其特征在于鼠笼式高精度四维调整机构4自由度调整方法的具体步骤为：

通过调整透镜鼠笼姿态调整前支撑组件(A)中四周的第一鼠笼滑块调整钉座板(A4)上的第一调整钉(A5)以及透镜鼠笼姿态调整后支撑组件(B)中四周的第二鼠笼滑块调整钉座板(B4)上的第二调整钉(B5)实现鼠笼机构(D)内部的透镜光学元件模块(R)上下、左右移动，实现2自由度调节；具体为：

首先调整透镜鼠笼姿态调整前支撑组件(A)中四周的第一鼠笼滑块调整钉座板(A4)上的第一调整钉(A5)以及透镜鼠笼姿态调整后支撑组件(B)中四周的第二鼠笼滑块调整钉座板(B4)上的第二调整钉(B5)；前姿态调整板(A1)与第一鼠笼滑块压板(A3)之间设有导向槽，后姿态调整板(B1)和第二鼠笼滑块压板(B3)之间设有导向槽，通过固定在前姿态调整板(A1)上的第一鼠笼滑块压板(A3)之间的导向槽以及固定在后姿态调整板(B1)上的第二鼠笼滑块压板(B3)之间的导向槽，实现第一鼠笼滑块(A2)和第二鼠笼滑块(B2)的上下、左右移动，第一鼠笼滑块(A2)和第二鼠笼滑块(B2)与前支撑框(D6)和后支撑框(D7)相配合，实现鼠笼机构(D)内部的透镜光学元件模块(R)上下、左右移动，实现2自由度运动；

通过调整透镜鼠笼姿态调整前支撑组件上的内六角圆柱头螺钉(A6)实现鼠笼内光学元件的俯仰、偏摆2自由度调节；具体为：

首先松开透镜鼠笼姿态调整前支撑组件上的内六角圆柱头螺钉(A6)，然后通过松开或拧紧内六角圆柱头螺钉(A6)两侧的内六角圆柱头球端头螺钉(A7)和内六角球端紧定螺钉(A8)，通过内六角圆柱头球端头螺钉(A7)和内六角球端紧定螺钉(A8)作用在前支撑框(D6)上，调节鼠笼机构，实现俯仰和偏摆运动。