CN109164554A - 一种米量级反射镜自动化柔性装校平台及装校方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种米量级反射镜自动化柔性装校平台及装校方法，其中，米量级反射镜自动化柔性装校平台包括底座和可转动地安装在底座上部的转台，转台包括装配面板和顶升板，在装配面板上沿顶升板的周向穿设有能够靠近或远离顶升板的定位销，在顶升板的上表面设置有柔性洁净垫，在装配面板的两侧均设置有锁螺丝组件。采用本发明提供的一种米量级反射镜自动化柔性装校平台及装校方法，不仅解决了米量级反射镜的自动化柔性批量装校的问题，避免了人工干预引入的洁净问题，大大提高了装校效率，还使反射镜各处的预紧力均匀，减小了反射的波前误差，提高反射镜的装校质量和稳定性，同时可以推广应用到其他精密光学元件的装校工艺上。

Description

一种米量级反射镜自动化柔性装校平台及装校方法

技术领域

本发明属于米量级光学元件精密装校技术领域，具体涉及一种米量级反射镜自动化柔性装校平台及装校方法。

背景技术

在高功率固体激光器中，以美国NIF大型激光装置为例，为了在实验室内创造发生聚变所需的极端高温高压环境，该类型装置由数百束高能固体激光经过长达数百米的光路后精准地射向直径为几毫米的靶球上，每束高能激光到达靶心的时间偏差小于60ps，打靶误差低于50μm。如此高的精度要求要靠每条光路中上成千上万块精密光学元件同时来保证，其中，传输反射镜主要是为了将高能激光束引导靶球，具有位置调整、对准方向和光程匹配等关键功能，其面形精度会直接影响激光的光束质量(波前误差)和靶心的能量密度。

目前，高功率固体激光装置中的反射镜的夹持工艺主要以背支撑、周向夹持等工艺为主，我国高功率固体激光装置中的反射镜装校工艺主要以周向夹持工艺为主。为了实现米量级的反射镜的夹持附加波前误差控制在1/3波长内且具备良好的稳定性，对反射镜周向近100余颗预紧螺钉的预紧工艺提出了较高的要求。目前主要依靠人工预紧，存在预紧力不均匀等问题，导致面型控制较差，装校工艺一致性较差且效率低下。因此，为了解决装校工艺一致性差、反射镜的离线精密装校效率低、人工干预引入的洁净等问题，提出自动化柔性装校平台及装校方法具有重要意义。

发明内容

为解决人工预紧的方式，预紧顺序等难以控制，存在多颗螺钉拧紧力之间的非线性关联性，导致反射镜预紧力不均匀，从而导致反射的波前误差控制较差，甚至影响装校后的反射镜的稳定性受到影响的技术问题，以及现有装校工艺通过人工干预引入的洁净问题，本发明提供一种米量级反射镜自动化柔性装校平台及装校方法。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种米量级反射镜自动化柔性装校平台，包括底座和可转动地安装在底座上部的转台，其要点在于：所述转台包括位于底座上方且可相对底座转动的装配面板以及可升降地设置在装配面板中心位置的顶升板，在所述装配面板上沿顶升板的周向穿设有能够靠近或远离顶升板的定位销，在所述顶升板的上表面设置有柔性洁净垫，在所述装配面板的两侧均设置有锁螺丝组件。

采用以上结构，通过定位销能够对机械框体进行对中限位，利用转台能够调节机械框体的角度，以便与反射镜对接，通过顶升板的设计能够先上升接住反射镜，再下降将反射镜平稳地置入机械框体中，其中，在顶升板上设置柔性洁净垫，不仅能够避免反射镜与顶升板的硬接触，还能够避免反射镜与机械框体底部的硬接触，对反射镜起到很好的保护作用，而且保证了反射镜表面的洁净度；最后，再利用锁螺丝组件打螺丝，不仅能够准确控制打螺丝顺序，而且能够精确控制螺丝拧紧扭矩，使反射镜各处的预紧力均匀，减小了反射的波前误差，提高了反射镜的稳定性；整套设备自动化程度高，避免了装校工艺过程中人工干预引入的洁净问题。

作为优选：在所述装配面板的下方平行设置有转动基板和顶升母版，所述顶升母版位于装配面板和转动基板之间，并通过内侧支撑杆与顶升板固定连接，所述装配面板通过外侧支撑杆与装配面板固定连接，在所述转动基板的下部设置有升降动力装置和转动动力机构，所述升降动力装置穿过转动基板后与顶升母版连接，所述顶升母版和顶升板能够在升降动力装置的带动下同步升降，所述转动动力机构与转动基板连接，所述装配面板、转动基板和顶升母版能够在转动动力机构的带动下同步转动。采用以上结构，使顶升板的升降和转台的转动稳定可靠。

作为优选：在所述顶升母版通过至少两根升降导向杆可上下滑动地安装在转动基板上，各根升降导向杆的上端均与顶升母版固定连接，在所述转动基板上设置有可滑动地套装在对应升降导向杆上的无尘导向滑套。采用以上结构，通过无尘导向滑套与升降导向杆的配合，能够防止滑动摩擦过程中向环境产尘，保证了反射镜表面的洁净度。

作为优选：所述无尘导向滑套包括呈圆筒形的滑套安装筒，在该滑套安装筒的内腔中安装有至少一个与水平滑动导杆滑动配合的滑套基体，在所述滑套安装筒的两端均安装有除尘加长环，在所述滑套安装筒和除尘加长环上均安装有与各自内腔连通的排尘进气口，在所述除尘加长环远离滑套安装筒的一侧端面上盖有密封盖板，各个密封盖板与对应除尘加长环之间设置有密封圈。采用以上结构，无尘导向滑套的通过排尘进气口的设计防止向环境中产尘，使粉尘储存在除尘加长环的内腔中，并且，利用密封盖板和密封圈的配合，密封性好。

作为优选：所述转动动力机构包括转动动力电机和减速机，所述转动动力电机通过减速机带动转动基板转动，所述升降动力装置为升降动力电缸，该升降动力电缸的活塞杆依次穿过减速机和转动基板与顶升母版相连。采用以上结构，结构简单，稳定可靠，易于实现。

作为优选：各个所述定位销分成两两相对的四组，相互正对的两组定位销分别通过定位气缸和定位滑台带动，所述定位气缸和定位滑台均安装在转动基板上。采用以上结构，机械框体任意相互正对的两侧边，一边通过定位滑台定位，定位精度高，另一边通过定位气缸定位，具有一定的让性，能够对机械框体起到缓冲的作用，防止在对中定位过程中损伤机械框体。

作为优选：在所述定位气缸的活塞杆上安装有驱动板，该驱动板与对应一组定位销固定连接，所述定位滑台包括直线模组和用于带动直线模组的执行电机，在所述直线模组上安装有受其带动的执行板，该执行板与对应一组定位销固定连接。采用以上结构，稳定可靠，保证了各组定位销的同步性。

作为优选：所述锁螺丝组件包括电动螺丝批、设置在电动螺丝批旁的视角定位装置以及用于带动电动螺丝批和视角定位装置在三维空间中移动的运载机构，所述电动螺丝批和视角定位装置均朝向转台，在所述电动螺丝批上设置有扭力检测器。采用以上结构，通过扭力检测器能够检测电动螺丝批打螺丝时的实时扭矩，以实现对电动螺丝批螺丝拧紧扭矩的精确控制，通过视角定位装置能够实现实时定位，保证打螺丝位置的准确。

一种米量级反射镜自动化柔性装校方法，其要点在于，按照以下步骤进行：

S1：将机械框体放置在转台上，利用定位销对机械框体进行对中限位；

S2：将顶升板上升至机械框体以上；

S3：将反射镜放置在顶升板上的柔性洁净垫上；

S4：将顶升板下降至机械框体下，使反射镜在柔性洁净垫的支撑下缓慢接触到机械框体的底部；

S5：预设锁螺丝组件的螺丝拧紧扭矩；

S6：利用两套锁螺丝组件与转台配合，在机械框体的四个侧边上打入多颗螺丝，将反射镜锁定在机械框体上。

采用以上方法，利用自动化柔性装校工艺方法，解决高功率固体激光装置中的米量级反射镜的预紧力均匀控制问题。

作为优选，所述步骤S6按照以下步骤进行：

S61：利用两套锁螺丝组件同时在机械框体其中一组相互正对的侧边上各打入至少一颗螺丝，预连接机械框体与反射镜的其中一组相互正对的侧边；

S62：转台向任意方向转动90°，利用两套锁螺丝组件同时在机械框体另外一组相互正对的侧边上各打入至少一颗螺丝，预连接机械框体与反射镜的另外一组相互正对的侧边；

S63：转台向任意方向转动90°，利用两套锁螺丝组件同时在机械框体相互正对的两个侧边打入预设数量的螺丝，锁定接机械框体与反射镜的其中一组相互正对的侧边；

S64：转台向任意方向转动90°，利用两套锁螺丝组件同时在机械框体相互正对的两个侧边打入预设数量的螺丝，锁定接机械框体与反射镜的另外一组相互正对的侧边。

采用以上方法，先预紧机械框体与反射镜的四条侧边，再进一步锁定预紧机械框体与反射镜的各条侧边，进一步保证了反射镜各处的预紧力均匀，提高反射镜的装校质量和稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明提供的一种米量级反射镜自动化柔性装校平台及装校方法，构思巧妙，利用米量级反射镜自动化柔性装校平台，解决了米量级反射镜的自动化柔性批量装校的问题，不仅避免了装校工艺过程中人工干预引入的洁净问题，而且大大提高了装校效率，再利用米量级反射镜自动化柔性装校方法，使反射镜各处的预紧力均匀，减小了反射的波前误差，提高反射镜的装校质量和稳定性，同时可以推广应用到其他精密光学元件的装校工艺上。

附图说明

图1为米量级反射镜自动化柔性装校平台的结构示意图；

图2为转台其中一个视角的结构示意图；

图3为转台另一个视角的结构示意图；

图4为锁螺丝组件的结构示意图；

图5为无尘导向滑套的内部结构示意图；

图6为两组锁螺丝组件同步打螺丝的顺序示意图。

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。

如图1～图3所示，一种米量级反射镜自动化柔性装校平台，包括底座1和可转动地安装在底座1上部的转台2，所述转台2包括位于底座1上方且可相对底座1转动的装配面板201以及可升降地设置在装配面板201中心位置的顶升板202，在所述装配面板201上沿顶升板202的周向穿设有能够靠近或远离顶升板202的定位销203，在所述顶升板202的上表面设置有柔性洁净垫3，在所述装配面板201的两侧均设置有锁螺丝组件4。

请参见图2和图3，在所述装配面板201的下方平行设置有转动基板204和顶升母版205，所述顶升母版205位于装配面板201和转动基板204之间，并通过内侧支撑杆206与顶升板202固定连接，所述装配面板201通过外侧支撑杆207与装配面板201固定连接，在所述转动基板204的下部设置有升降动力装置208和转动动力机构209，所述升降动力装置208穿过转动基板204后与顶升母版205连接，所述顶升母版205和顶升板202能够在升降动力装置208的带动下同步升降，所述转动动力机构209与转动基板204连接，所述装配面板201、转动基板204和顶升母版205能够在转动动力机构209的带动下同步转动。

具体地说，所述转动动力机构209包括转动动力电机209a和减速机209b，所述转动动力电机209a通过减速机209b带动转动基板204转动，所述升降动力装置208为升降动力电缸，该升降动力电缸的活塞杆依次穿过减速机209b和转动基板204与顶升母版205相连。升降动力电缸启动，升降动力电缸的活塞杆向上推动或向下拉动顶升母版205，顶升母版205带动顶升板202与其同步升降。转动动力电机209a启动，通过转动动力电机209a电机轴的正转或反转经减速机209b带动转动基板204正转或反转，从而带动装配面板201与其同步转动，调整机械框体5的角度。

请参见图2、图3和图5，在所述顶升母版205通过至少两根升降导向杆210可上下滑动地安装在转动基板204上，各根升降导向杆210的上端均与顶升母版205固定连接，在所述转动基板204上设置有可滑动地套装在对应升降导向杆210上的无尘导向滑套211。所述无尘导向滑套211包括呈圆筒形的滑套安装筒211a，在该滑套安装筒211a的内腔中安装有至少一个与水平滑动导杆210滑动配合的滑套基体211b，在所述滑套安装筒211a的两端均安装有除尘加长环211c，在所述滑套安装筒211a和除尘加长环211c上均安装有与各自内腔连通的排尘进气口211d，在所述除尘加长环211c远离滑套安装筒211a的一侧端面上盖有密封盖板211e，各个密封盖板211e与对应除尘加长环211c之间设置有密封圈211f。

请参见图1和图2，由于机械框体5为长方形，将各个所述定位销203分成两两相对的四组，相互正对的两组定位销203分别通过定位气缸212和定位滑台213带动，所述定位气缸212和定位滑台213均安装在转动基板204上。通过定位气缸212和定位滑台213能够分别带动对应的定位销203靠近或远离机械框体5。

进一步地，在所述定位气缸212的活塞杆上安装有驱动板214，该驱动板214与对应一组定位销203固定连接，所述定位滑台213包括直线模组213a和用于带动直线模组213a的执行电机213b，在所述直线模组213a上安装有受其带动的执行板215，该执行板215与对应一组定位销203固定连接。

请参见图4，所述锁螺丝组件4包括电动螺丝批41、设置在电动螺丝批41旁的视角定位装置42以及用于带动电动螺丝批41和视角定位装置42在三维空间中移动的运载机构43，所述电动螺丝批41和视角定位装置42均朝向转台2，在所述电动螺丝批41上设置有扭力检测器。其中，视角定位装置42可以采用CCD相机，能够为电动螺丝批41提供准确地定位，保证上螺丝位置的精确性，提高反射镜的装校质量。

所述运载机构43包括安装在底座1顶面上的X轴移载滑台431、安装在X轴移载滑台431上的Z轴移载滑台432和安装在Z轴移载滑台432上的Y轴移载滑台433，所述电动螺丝批41和视角定位装置42均安装在Y轴移载滑台433上。进一步地，所述电动螺丝批41和视角定位装置42均安装在一个壳体上，该壳体与Y轴移载滑台433固定连接，保证了电动螺丝批41和视角定位装置42的平稳运行。

请参见图1和图6，一种米量级反射镜自动化柔性装校方法，按照以下步骤进行：

S1：将机械框体5放置在转台2上，利用定位销203对机械框体5进行对中限位。

S2：驱动电缸，将顶升板22上升至机械框体5以上，本实施例中，顶升板22上高于机械框体5的上端面5mm。

S3：利用辅助机器人和洁净真空吸附夹具抓取反射镜6，将反射镜6放置在顶升板22上的柔性洁净垫3上。

S4：驱动电缸，将顶升板22下降至机械框体5下，使反射镜6在柔性洁净垫3的支撑下缓慢接触到机械框体5的底部，即反射镜6的背光面缓慢接触到机械框体5底部接触面，顶升板22保持在下限位位置。

S5：预设锁螺丝组件4的螺丝拧紧扭矩，本实施例中，螺丝拧紧扭矩优选为20cN·m，既保证反射镜6与机械框体5的可靠装配，又避免损伤反射镜6。

S6：利用两套锁螺丝组件4与转台2配合，在机械框体5的四个侧边上打入多颗螺丝，将反射镜6锁定在机械框体5上。

进一步地，请参见图6，所述步骤S6按照以下步骤进行：

S61：利用两套锁螺丝组件4同时在机械框体5其中一组相互正对的侧边上各打入一颗螺丝，预连接机械框体5与反射镜6的其中一组相互正对的侧边，需要指出的是，该颗螺丝位于侧边的中心位置，以保证预连接的可靠性。

S62：转台2向任意方向转动90°，利用两套锁螺丝组件4同时在机械框体5另外一组相互正对的侧边上各打入两颗螺丝，预连接机械框体5与反射镜6的另外一组相互正对的侧边，需要指出的是，两颗螺丝位于侧边的中间位置，以保证预连接的可靠性。

S63：转台2向任意方向转动90°，利用两套锁螺丝组件4同时在机械框体5相互正对的两个侧边打入预设数量的螺丝，锁定接机械框体5与反射镜6的其中一组相互正对的侧边，需要指出的是，该步骤打螺丝的顺序优选为从侧边的中间位置逐渐往两边打，以保证螺丝拧紧力均匀分布，提高反射镜的装校质量。

S64：转台2向任意方向转动90°，利用两套锁螺丝组件4同时在机械框体5相互正对的两个侧边打入预设数量的螺丝，锁定接机械框体5与反射镜6的另外一组相互正对的侧边，需要指出的是，该步骤打螺丝的顺序优选为从侧边的中间位置逐渐往两边打，以保证螺丝拧紧力均匀分布，提高反射镜的装校质量。

最后需要说明的是，上述描述仅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，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种米量级反射镜自动化柔性装校平台，包括底座(1)和可转动地安装在底座(1)上部的转台(2)，其特征在于：所述转台(2)包括位于底座(1)上方且可相对底座(1)转动的装配面板(201)以及可升降地设置在装配面板(201)中心位置的顶升板(202)，在所述装配面板(201)上沿顶升板(202)的周向穿设有能够靠近或远离顶升板(202)的定位销(203)，在所述顶升板(202)的上表面设置有柔性洁净垫(3)，在所述装配面板(201)的两侧均设置有锁螺丝组件(4)。

2.根据权利要求1所述的一种米量级反射镜自动化柔性装校平台，其特征在于：在所述装配面板(201)的下方平行设置有转动基板(204)和顶升母版(205)，所述顶升母版(205)位于装配面板(201)和转动基板(204)之间，并通过内侧支撑杆(206)与顶升板(202)固定连接，所述装配面板(201)通过外侧支撑杆(207)与装配面板(201)固定连接，在所述转动基板(204)的下部设置有升降动力装置(208)和转动动力机构(209)，所述升降动力装置(208)穿过转动基板(204)后与顶升母版(205)连接，所述顶升母版(205)和顶升板(202)能够在升降动力装置(208)的带动下同步升降，所述转动动力机构(209)与转动基板(204)连接，所述装配面板(201)、转动基板(204)和顶升母版(205)能够在转动动力机构(209)的带动下同步转动。

3.根据权利要求2所述的一种米量级反射镜自动化柔性装校平台，其特征在于：在所述顶升母版(205)通过至少两根升降导向杆(210)可上下滑动地安装在转动基板(204)上，各根升降导向杆(210)的上端均与顶升母版(205)固定连接，在所述转动基板(204)上设置有可滑动地套装在对应升降导向杆(210)上的无尘导向滑套(211)。

4.根据权利要求3所述的一种米量级反射镜自动化柔性装校平台，其特征在于：所述无尘导向滑套(211)包括呈圆筒形的滑套安装筒(211a)，在该滑套安装筒(211a)的内腔中安装有至少一个与水平滑动导杆(210)滑动配合的滑套基体(211b)，在所述滑套安装筒(211a)的两端均安装有除尘加长环(211c)，在所述滑套安装筒(211a)和除尘加长环(211c)上均安装有与各自内腔连通的排尘进气口(211d)，在所述除尘加长环(211c)远离滑套安装筒(211a)的一侧端面上盖有密封盖板(211e)，各个密封盖板(211e)与对应除尘加长环(211c)之间设置有密封圈(211f)。

5.根据权利要求2所述的一种米量级反射镜自动化柔性装校平台，其特征在于：所述转动动力机构(209)包括转动动力电机(209a)和减速机(209b)，所述转动动力电机(209a)通过减速机(209b)带动转动基板(204)转动，所述升降动力装置(208)为升降动力电缸，该升降动力电缸的活塞杆依次穿过减速机(209b)和转动基板(204)与顶升母版(205)相连。

6.根据权利要求1所述的一种米量级反射镜自动化柔性装校平台，其特征在于：各个所述定位销(203)分成两两相对的四组，相互正对的两组定位销(203)分别通过定位气缸(212)和定位滑台(213)带动，所述定位气缸(212)和定位滑台(213)均安装在转动基板(204)上。

7.根据权利要求6所述的一种米量级反射镜自动化柔性装校平台，其特征在于：在所述定位气缸(212)的活塞杆上安装有驱动板(214)，该驱动板(214)与对应一组定位销(203)固定连接，所述定位滑台(213)包括直线模组(213a)和用于带动直线模组(213a)的执行电机(213b)，在所述直线模组(213a)上安装有受其带动的执行板(215)，该执行板(215)与对应一组定位销(203)固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种米量级反射镜自动化柔性装校平台，其特征在于：所述锁螺丝组件(4)包括电动螺丝批(41)、设置在电动螺丝批(41)旁的视角定位装置(42)以及用于带动电动螺丝批(41)和视角定位装置(42)在三维空间中移动的运载机构(43)，所述电动螺丝批(41)和视角定位装置(42)均朝向转台(2)，在所述电动螺丝批(41)上设置有扭力检测器。

9.一种米量级反射镜自动化柔性装校方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

S1：将机械框体(5)放置在转台(2)上，利用定位销(203)对机械框体(5)进行对中限位；

S2：将顶升板(22)上升至机械框体(5)以上；

S3：将反射镜(6)放置在顶升板(22)上的柔性洁净垫(3)上；

S4：将顶升板(22)下降至机械框体(5)下，使反射镜(6)在柔性洁净垫(3)的支撑下缓慢接触到机械框体(5)的底部；

S5：预设锁螺丝组件(4)的螺丝拧紧扭矩；

S6：利用两套锁螺丝组件(4)与转台(2)配合，在机械框体(5)的四个侧边上打入多颗螺丝，将反射镜(6)锁定在机械框体(5)上。

10.根据权利要求所述的一种米量级反射镜自动化柔性装校方法，其特征在于，所述步骤S6按照以下步骤进行：

S61：利用两套锁螺丝组件(4)同时在机械框体(5)其中一组相互正对的侧边上各打入至少一颗螺丝，预连接机械框体(5)与反射镜(6)的其中一组相互正对的侧边；

S62：转台(2)向任意方向转动90°，利用两套锁螺丝组件(4)同时在机械框体(5)另外一组相互正对的侧边上各打入至少一颗螺丝，预连接机械框体(5)与反射镜(6)的另外一组相互正对的侧边；

S63：转台(2)向任意方向转动90°，利用两套锁螺丝组件(4)同时在机械框体(5)相互正对的两个侧边打入预设数量的螺丝，锁定接机械框体(5)与反射镜(6)的其中一组相互正对的侧边；

S64：转台(2)向任意方向转动90°，利用两套锁螺丝组件(4)同时在机械框体(5)相互正对的两个侧边打入预设数量的螺丝，锁定接机械框体(5)与反射镜(6)的另外一组相互正对的侧边。