CN108709722A - 光学元件三自由度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学元件三自由度检测装置，包括光学平台，其上正对设置有仪器平台和元件框架，仪器平台通过旋转调整模块可转动地支撑在光学平台上，通过旋转调整模块可以调整仪器平台相对于元件框架的角度，元件框架通过偏摆基座活动支撑在光学平台上，且元件框架与偏摆基座之间设有俯仰调整模块和偏摆调整模块，通过俯仰调整模块和偏摆调整模块能够对元件框架俯仰及偏摆角度进行调整。通过分离式的调整模块，充分利用光学仪器和光学元件的支撑结构，整体结构简单易行，加工速度快捷，其安全可靠性高，可满足激光装置光学元件的大批量、大口径、多样化、高精度、高效率以及高洁净度的快速检测要求。

Description

光学元件三自由度检测装置

技术领域

本发明涉及光学元件检测技术领域，具体涉及一种光学元件三自由度检测装置。

背景技术

在大型激光装置中，为得到足够能量的激光束，对光学元件的大批量、大口径、多样化、高精度及高洁净度快速检测提出了迫切的需求，而传统的检测平台中通常将三个自由度的调整机构集成安装到一起，大大增加了机构的复杂性，现有一些检测平台机构相对复杂，且生产成本相对较高，此外即使将三个自由度的调整机构都设计到光学元件的支撑结构里面，由于光学元件与光学仪器之间具有一定的高度差，在光学仪器和光学平台之间还是需要一定的支撑结构来使得光学元件与光学仪器的中心在同一水平面内。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种光学元件三自由度检测装置，以简化检测平台上各自由度的调节结构，提高检测平台的适应性。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种光学元件三自由度检测装置，包括光学平台，其关键在于：包括光学平台，其特征在于：所述光学平台上正对设置有仪器平台和元件框架，所述仪器平台通过旋转调整模块可转动地支撑在光学平台上，通过旋转调整模块可以调整仪器平台相对于元件框架的角度，所述元件框架通过偏摆基座活动支撑在光学平台上，且元件框架与偏摆基座之间设有俯仰调整模块和偏摆调整模块，通过俯仰调整模块和偏摆调整模块能够对元件框架俯仰及偏摆角度进行调整。

采用以上结构，通过相互分离的布局将光学元件调整过程中所需要的三个自由度的调整机构进行相互分离，从而避免机构集成到一起造成的复杂性，节省了设计和制造成本，并且更方便使用操作。

作为优选：所述旋转调整模块包括两个固定支柱和至少一个伸缩支柱，所述固定支柱和伸缩支柱均竖向设置于光学平台，且分别位于仪器平台的左右两端；

所述固定支柱的上端与仪器平台铰接，所述伸缩支柱呈中空结构，并设有调整丝杆，所述调整丝杆的上端与仪器平台铰接，下端伸入伸缩支柱内，伸缩支柱上端可转动地安装有调整螺母，该调整螺母与调整丝杆螺纹配合。

采用以上结构，分离式设计可以在简化光学元件支撑结构的同时合理的利用了光学仪器的支撑结构，既可以对光学仪器起到支撑作用，又可实现对光学仪器的旋转调节，整体结构简单易行、加工速度快捷、安装使用方便。

作为优选：所述仪器平台下表面在对应固定支柱的位置均设有转动连接架，所述转动连接架上设有转动连接轴，所述固定支柱通过转动连接轴与转动连接架铰接；

所述仪器平台下表面对应调整丝杆的位置设有调整连接架，所述调整连接架具有对称设置的两个支耳，所述支耳向下延伸，在两个支耳之间穿设有调整连接轴，所述调整丝杆通过调整连接轴与调整连接架铰接，所述转动连接轴和调整连接轴均沿光学平台的长度方向设置。

采用以上方案，可使对光学仪器的支撑更平稳，且旋转调节过程更稳定可靠，有利于提高检测精度。

作为优选：所述偏摆基座和元件框架均呈矩形框架结构，其上通过竖直转轴可转动地支撑有偏摆框，所述偏摆框呈开口朝上的“U”字型结构，所述元件框架通过对称设置在两侧的水平转轴可转动地支撑在偏摆框上端；

所述俯仰调整模块包括对称设置在偏摆框左右两侧的俯仰压块，且所述俯仰压块沿偏摆框的厚度方向对称分布，所述俯仰压块具有水平向内延伸的延伸部A，所述延伸部A与元件框架之间留有间隙，延伸部A上具有正对元件框架设置的俯仰调整钉。

采用以上方案，通过拧动俯仰调节钉，调整其拧入深度即可实现对处于元件框架内的光学元件进行俯仰调节，同时通过前后对称设置的俯仰压块，以及对应的俯仰调节钉可对元件框架形成前后夹持状态，避免元件框架俯仰时出现晃动的情况，有利于保持元件框架的位置稳定性，进一步提高检测精度。

作为优选：所述俯仰调整钉的前端具有俯仰调整胶头。采用以上方案，俯仰调整胶头通常呈半球形，采用聚四氟乙烯材料制成，可在间隙与元件框架接触面积同时，增大其与元件框架之间的摩擦力，防止元件框架与俯仰调整钉之间相对滑动过于轻松，容易引起晃动。

作为优选：所述元件框架侧部正对水平转轴的位置固设有水平轴基座，偏摆框上端端部具有沿其宽度方向设置的弧形凹槽，所述水平转轴嵌入对应的弧形凹槽内，且一端与水平轴基座固定连接，所述偏摆框上端配置有与水平转轴相适应的水平轴压块。采用以上结构，有利于增强元件框架发生俯仰转动时的稳定性，且更便于安装固定元件框架，提高检测效率。

作为优选：所述竖直转轴位于偏摆基座中部，偏摆基座上对应竖直转轴上下两端位置均设置有轴承，所述竖直转轴上端具有托盘，所述偏摆框对应竖直转轴位置设有偏摆框连接孔。采用以上结构，提高偏摆框转动流畅性，便于更换的进行偏摆调节，降低偏摆调整难度。

作为优选：所述偏摆基座左右两端具有竖直向上延伸的安装部，所述偏摆框位于两个安装部之间，且安装部与偏摆框的左右两端之间留有间隙；

所述偏摆调整模块包括偏摆压块，所述偏摆压块一端固定在偏摆框上，另一端水平向外延伸，具有正对安装部前侧或后侧设置的延伸部B，所述延伸部B上具有正对安装部设置的偏摆调整钉，所述偏摆调整钉与延伸部B螺纹配合；

所述安装部与正对的延伸部B之间设有偏摆弹簧，所述偏摆弹簧沿偏摆调整钉的长度方向设置，其两端分别固定在安装部和延伸部B上。

采用以上方案，通过偏摆弹簧与偏摆调整钉构成一种柔性压紧机构，初始状态下，偏摆弹簧处于预压紧状态，使两侧的偏摆调整钉均与安装部抵接，这样在调整偏摆调整钉过程中，偏摆弹簧在此过程中始终柔性的将偏摆框拉紧，使得偏摆调整过程在有一定的预紧力前提下可连续的调节，避免调节过程不流畅，调节简单易行，且使得光学元件在调整过程中时刻处于一定程度上的预紧状态，有利于保护光学元件在检测过程中受到意外的损坏，同时避免了刚性连接在受力不对称的情况下对光学元件以及机构本身的应力损伤。

作为优选：所述偏摆调整钉前端具有偏摆调整胶头。采用以上结构，便于在完成调整之后，依靠胶头的摩擦力保持偏摆框处于稳定状态，减少晃动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明提供的光学元件三自由度检测装置，通过分离式的调整模块，充分利用光学仪器和光学元件的支撑结构，整体结构简单易行，加工速度快捷，其安全可靠性高，可满足激光装置光学元件的大批量、大口径、多样化、高精度、高效率以及高洁净度的快速检测要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1所示实施例中旋转调整模块结构示意图；

图3为元件框架安装结构示意图；

图4为偏摆调整模块结构示意图；

图5为偏摆框安装结构示意图；

图6为偏摆基座结构示意图；

图7为本发明使用状态示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

参考图1至图7所示的光学元件三自由度检测装置，主要包括呈均呈板状结构的光学平台1和仪器平台2、以及均呈矩形框架结构的元件框架3和偏摆基座4，如图所示，光学平台1主要起到基座的作用，用于安装固定其余部件，其上阵列分布有安装孔，在使用的时候仪器平台2用于放置光学仪器7，而元件框架3用于安放光学元件8，并且需要光学仪器7的中心与光学元件8的中心处于同一水平面，故推及光学平台1应与元件框架3正对设置。

如图所示，本实施例中仪器平台2和元件框架3沿光学平台1的前后长度方向设置，仪器平台2通过旋转调整模块支撑在光学平台1上，旋转调整模块主要包括两个固定支柱10和至少一个伸缩支柱11，固定支柱10和伸缩支柱11均竖向设置，且分别位于仪器平台2的左右两端，而两个固定支柱10沿仪器平台2左右长度方向对称设置，伸缩支柱11位于仪器平台2另一端的中部，其与两个固定支柱10构成等腰三角形的支撑结构。

仪器平台2下表面对应固定支柱10的位置设有向下延伸的转动连接架20，转动连接架20上设有转动连接轴21，固定支柱10的上端可转动地套设在转动连接轴21上，从而实现与仪器平台2的铰接。

仪器平台2下表面对应伸缩支柱11的位置设有调整连接架22，调整连接架22上具有两个对称设置的支耳220，两个支耳220之间具有间隙，在两个支耳220上穿设有一根调整连接轴23，调整连接轴23和转动连接轴21均沿光学平台1的长度方向设置，伸缩支柱11呈上端敞口的中空结构，其上端设有调整丝杆12，调整丝杆12的上端呈扁平状套设在调整连接轴23上，且位于两个支耳220之间，调整丝杆12的下端伸入伸缩支柱11内，伸缩支柱11上端端部设有与调整丝杆12配合的调整螺母13，调整螺母13与调整丝杆12螺纹配合，且同时与伸缩支柱11的上端端部可转动连接，这样当旋转调整螺母13时，则可使调整丝杆12升降运动，从而实现仪器平台2在左右竖直平面上的旋转微调。

如图所示，偏摆基座4和元件框架3均呈矩形框架结构，偏摆基座4下部左右两端具有对称设置的偏摆基座安装板，通过偏摆基座安装板可将偏摆基座4固定在光学平台1上，所示偏摆基座4的左右两端具有竖直向上延伸形成的安装部41，两端的安装部41对称设置，偏摆框5呈“U”字型的开口矩框状结构，其位于两个安装41之间，偏摆框5通过竖直转轴40可转动地支撑在偏摆基座4上，竖直转轴40位于偏摆基座4的中部，偏摆基座4上下两端对应竖直转轴40位置均设有轴承42，竖直转轴40上端穿出偏摆基座4之后设有托盘400，托盘400与竖直转轴40同心设置，其半径大于竖直转轴40，偏摆框5上正对竖直转轴40的位置设有偏摆连接孔55，竖直转轴40的上端伸入偏摆连接孔55内，偏摆框5可转动地支撑在托盘400上。

偏摆框5下端作用两侧靠近安装部41的位置对称设有两个偏摆压块53，偏摆压块53呈竖直设置的“L”形块状结构，其一端固定在偏摆框5上，另一端朝安装部41所在一端延伸，形成正对安装部41前侧表面的延伸部B530，延伸部B530上设有与其螺纹配合的偏摆调整钉54，偏摆调整钉54正对安装部41的前侧表面设置，切二者之间具有一定间隙，且贯穿延伸部B530厚度方向两侧，其靠近安装部41的一端具有偏摆调整胶头540，偏摆调整胶头540为聚四氟乙烯材料制成的半球形部件，偏摆调整钉54主体可为金属件，偏摆调整胶头540可通过胶粘的方式固定在偏摆调整钉54靠近安装部41的一端。

与此同时，延伸部B530与安装部41之间还设有偏摆弹簧6，如图所示，偏摆弹簧6沿偏摆调整钉54的长度方向设置，延伸部B530与安装部41上对应位置均开设有贯穿其厚度方向的方形孔，在延伸部B530的方形孔内竖直穿设有偏摆压块销531，在安装部41的方形孔内水平穿设有偏摆基座销410，偏摆弹簧6的两端分别固定在偏摆压块销531和偏摆基座销410上，初始状态下，偏摆弹簧6处于预压紧状态，两个偏摆调整钉54的偏摆调整胶头540均与安装部41抵接，偏摆调整钉54与偏摆弹簧6同时构成了柔性的偏摆调整模块。

在实际设计制造过程中，将偏摆压块53设置在偏摆框5的后侧，使延伸部B530正对安装部41的后侧表面也是可以的。

元件框架3的左右两侧中部外壁均可拆卸安装有水平基座31，水平基座31上具有沿元件框架3宽度方向向外延伸的水平转轴30，偏摆框5左右两侧上端端部具有沿其宽度方向设置的弧形凹槽，水平转轴30的外端嵌入对应的弧形凹槽内，偏摆框5上对应弧形凹槽的位置均设有水平轴压块52，水平轴压块52与水平转轴30的轮廓相适应，与弧形凹槽可围成圆孔状，对水平转轴30进行径向压紧，防止从弧形凹槽内退出，确保元件框架3可以水平转轴30为转动中心发生转动。

俯仰调整模块则主要包括设置在偏摆框5上的俯仰压块50，偏摆框5的左右两端均对称设置有一组俯仰压块50，一组俯仰压块50有两个，对称设置与偏摆框5的前后两侧，俯仰压块50的形状与偏摆压块53相似，其不同在于，俯仰压块50的一端向处于内部元件框架3延伸，形成延伸部A500，延伸部A500与相近的元件框架3的框前侧壁表面或后侧壁表面正对，且均相应留有一定间隙，在延伸部A500均设有俯仰调整钉51，俯仰调整钉51沿光学平台1的长度方向设置，且正对元件框架3的侧壁，其与对应的延伸部A500之间螺纹配合，俯仰调整钉51靠近元件框架3的一端均具有俯仰调整胶头510，俯仰调整胶头510与偏摆调整胶头540相似。

参考图1至图7，使用时，将光学仪器7固定在仪器平台2上，而将光学元件8装入元件框架3内，接着可通过旋转调整螺母13，使调整丝杆12发生升降运动，即可使仪器平台2绕两个转动连接轴21发生转动，进而实现光学仪器7与光学元件8表面法线的旋转调整。

通过同时调整位于偏摆框5同一侧的俯仰调整钉51，即可使元件框架3发生前后方向的俯仰转动，并且在一侧的俯仰调整钉51调整到位之后，再调节另一侧的俯仰调整钉51，进而通过前后两侧正对的俯仰调整钉51对元件框架3实现夹持姿态，充分确保元件框架3的稳定性，防止其发生晃动。

因为初始状态下，摆弹簧6处于预压紧状态，两个偏摆调整钉54的偏摆调整胶头540均与安装部41抵接，故在进行偏摆调整时，首先拧动一侧的偏摆调整钉54使其向内旋入时，则可推动该侧的偏摆框5向后发生转动，该侧的偏摆弹簧6处于连续压紧状态，而另一侧的偏摆调整钉54始终与偏摆框5抵接，此另一侧的偏摆弹簧6处于相对释放或拉伸状态，确保了整个偏摆调整过程的柔性连续调整，具有良好的稳定性。

最后需要说明的是，上述描述仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光学元件三自由度检测装置，包括光学平台(1)，其特征在于：所述光学平台(1)上正对设置有仪器平台(2)和元件框架(3)，所述仪器平台(2)通过旋转调整模块可转动地支撑在光学平台(1)上，通过旋转调整模块可以调整仪器平台(2)相对于元件框架(3)的角度，所述元件框架(3)通过偏摆基座(4)活动支撑在光学平台(1)上，且元件框架(3)与偏摆基座(4)之间设有俯仰调整模块和偏摆调整模块，通过俯仰调整模块和偏摆调整模块能够对元件框架(3)俯仰及偏摆角度进行调整。

2.根据权利要求1所述的光学元件三自由度检测装置，其特征在于：所述旋转调整模块包括两个固定支柱(10)和至少一个伸缩支柱(11)，所述固定支柱(10)和伸缩支柱(11)均竖向设置于光学平台(1)，且分别位于仪器平台(2)的左右两端；

所述固定支柱(10)的上端与仪器平台(2)铰接，所述伸缩支柱(11)呈中空结构，并设有调整丝杆(12)，所述调整丝杆(12)的上端与仪器平台(2)铰接，下端伸入伸缩支柱(11)内，伸缩支柱(11)上端可转动地安装有调整螺母(13)，该调整螺母(13)与调整丝杆(12)螺纹配合。

3.根据权利要求2所述的光学元件三自由度检测装置，其特征在于：所述仪器平台(2)下表面在对应固定支柱(10)的位置均设有转动连接架(20)，所述转动连接架(20)上设有转动连接轴(21)，所述固定支柱(10)通过转动连接轴(21)与转动连接架(20)铰接；

所述仪器平台(2)下表面对应调整丝杆(12)的位置设有调整连接架(22)，所述调整连接架(22)具有对称设置的两个支耳(220)，所述支耳(220)向下延伸，在两个支耳(220)之间穿设有调整连接轴(23)，所述调整丝杆(12)通过调整连接轴(23)与调整连接架(22)铰接，所述转动连接轴(21)和调整连接轴(23)均沿光学平台(1)的长度方向设置。

4.根据权利要求1所述的光学元件三自由度检测装置，其特征在于：所述偏摆基座(4)和元件框架(3)均呈矩形框架结构，其上通过竖直转轴(40)可转动地支撑有偏摆框(5)，所述偏摆框(5)呈开口朝上的“U”字型结构，所述元件框架(3)通过对称设置在两侧的水平转轴(30)可转动地支撑在偏摆框(5)上端；

所述俯仰调整模块包括对称设置在偏摆框(5)左右两侧的俯仰压块(50)，且所述俯仰压块(50)沿偏摆框(5)的厚度方向对称分布，所述俯仰压块(50)具有水平向内延伸的延伸部A(500)，所述延伸部A(500)与元件框架(3)之间留有间隙，延伸部A(500)上具有正对元件框架(3)设置的俯仰调整钉(51)。

5.根据权利要求4所述的光学元件三自由度检测装置，其特征在于：所述俯仰调整钉(51)的前端具有俯仰调整胶头(510)。

6.根据权利要求4或5所述的光学元件三自由度检测装置，其特征在于：所述元件框架(3)侧部正对水平转轴(30)的位置固设有水平轴基座(31)，偏摆框(5)上端端部具有沿其宽度方向设置的弧形凹槽，所述水平转轴(30)嵌入对应的弧形凹槽内，且一端与水平轴基座(31)固定连接，所述偏摆框(5)上端配置有与水平转轴(30)相适应的水平轴压块(52)。

7.根据权利要求4所述的光学元件三自由度检测装置，其特征在于：所述竖直转轴(40)位于偏摆基座(4)中部，偏摆基座(4)上对应竖直转轴(40)上下两端位置均设置有轴承，所述竖直转轴(40)上端具有托盘，所述偏摆框(5)对应竖直转轴(40)位置设有偏摆框连接孔(55)。

8.根据权利要求7所述的光学元件三自由度检测装置，其特征在于：所述偏摆基座(4)左右两端具有竖直向上延伸的安装部(41)，所述偏摆框(5)位于两个安装部(41)之间，且安装部(41)与偏摆框(5)的左右两端之间留有间隙；

所述偏摆调整模块包括偏摆压块(53)，所述偏摆压块(53)一端固定在偏摆框(5)上，另一端水平向外延伸，具有正对安装部(41)前侧或后侧设置的延伸部B(530)，所述延伸部B(530)上具有正对安装部(41)设置的偏摆调整钉(54)，所述偏摆调整钉(54)与延伸部B(530)螺纹配合；

所述安装部(41)与正对的延伸部B(530)之间设有偏摆弹簧(6)，所述偏摆弹簧(6)沿偏摆调整钉(54)的长度方向设置，其两端分别固定在安装部(41)和延伸部B(530)上。

9.根据权利要求8所述的光学元件三自由度检测装置，其特征在于：所述偏摆调整钉(54)前端具有偏摆调整胶头(540)。