CN109405638A - 大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置 - Google Patents

Abstract

大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置涉及激光武器发射窗口设计技术领域，解决了多波段高能激光发射窗口存在的工作波段单一、宽波段晶体材料成本高等问题。该装置包括：强力电磁铁固定在激光发射筒的上表面；电推杆安装在激光发射筒上；镜片储存箱安装在激光发射筒上，可拆卸式激光发射窗口设置在镜片储存箱内；镜片更换机构设置在电推杆上，带动镜片更换机构往复运动；镜片提取机构安装在镜片更换机构上，将设置在镜片储存箱内的可拆卸式激光发射窗口提取出来，镜片更换机构将可拆卸式激光发射窗口放置在激光发射筒上的强力电磁铁上，完成高能激光发射窗口镜片更换。激光发射窗口更换时间小于16s，各种性能都得到了极大地提高。

Description

大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置

技术领域

本发明涉及激光武器发射窗口设计技术领域，具体涉及一种大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置。

背景技术

窗口是保证光学系统能够正常工作的关键部件，其主要作用是保护内部光学元件免受外界环境的影响，增强光学系统的环境适应性，提高设备使用寿命和可靠性。窗口作为大口径激光武器的一个重要部件，一方面保护内部光学元件承受外界风沙雨雪等恶劣环境的侵袭；另一方面使光束尽可能不受影响的通过。

与本发明最接近的现有技术是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制开发的一种固定式宽波段高能激光发射窗口，其基本结构如图1所示，图中1为发射筒，2法兰，发射筒1与法兰之间通过焊接连接在一起，3为激光发射窗口，4为硒化锌镜片，5为激光发射系统次镜和次镜支架，6为固定螺栓；这种窗口存在的问题是：激光发射窗口3固定在发射筒1末端，激光武器只能通过硒化锌可通过波段的激光束，无法满足多个不同波段的发射需求，激光发射窗口3更换需要人工操作，时间周期长，且必须在特定环境下进行，大大限制了激光武器的机动性和灵活性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置，解决了现有多波段高能激光发射窗口存在的工作波段单一、宽波段晶体材料成本高等问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置，该装置包括：

激光发射筒，强力电磁铁固定在所述激光发射筒的上表面；

电推杆，所述电推杆安装在所述激光发射筒上；

镜片储存箱，所述镜片储存箱安装在所述激光发射筒上，可拆卸式激光发射窗口设置在所述镜片储存箱内；

镜片更换机构，所述镜片更换机构设置在所述电推杆上，带动所述镜片更换机构往复运动；

镜片提取机构，所述镜片提取机构安装在所述镜片更换机构上，将设置在所述镜片储存箱内的所述可拆卸式激光发射窗口提取出来，和所述镜片更换机构一起，将可拆卸式激光发射窗口放置在所述激光发射筒上的强力电磁铁上，完成高能激光发射窗口镜片全自动更换。

优选的，所述激光发射筒包括多条加强筋，通过所述加强筋与所述电推杆和所述镜片储存箱固定。

优选的，所述镜片储存箱包括：多块密封盖、密封箱体、多根螺旋导轨、多个步进电机、多个驱动齿轮和多个从动齿轮；所述密封盖、螺旋导轨、步进电机、驱动齿轮和从动齿轮的数量一致；所述密封盖通过燕尾槽与所述密封箱体连接；所述步进电机安装在所述密封箱体上，驱动齿轮固定在步进电机上，所述螺旋导轨安装在所述密封箱体上，与密封盖螺纹连接，所述从动齿轮固定在所述螺旋导轨上。

优选的，所述镜片更换机构包括：导轨、丝杠、绕X轴旋转步进电机、绕X轴旋转齿轮副、绕Y轴旋转平台、绕Z轴旋转平台、绕Z轴旋转平台步进电机、绕Z轴旋转平台齿轮副、驱动丝杠旋转步进电机和驱动丝杠旋齿轮副；所有齿轮副中的主动齿轮都固定在对应的步进电机上；绕X轴旋转的从动齿轮固定在所述导轨上，所述导轨和绕X轴旋转步进电机安装在绕Z轴旋转平台；驱动丝杠旋齿轮副的从动齿轮固定在所述丝杠上，丝杠固定在所述导轨上，驱动丝杠旋转步进电机安装在绕Z轴旋转平台；绕Z轴旋转平台齿轮副的从动齿轮固定在绕Z轴旋转平台上，绕Z轴旋转平台步进电机安装在绕Y轴旋转平台上；绕Z轴旋转平台装配在绕Y轴旋转平台上。

优选的，所述镜片提取机构包括：移动平台、提取步进电机、提取齿轮副和提取螺栓；所述移动平台与导轨和丝杠装配在一起，提取步进电机安装在所述移动平台上，提取齿轮副的驱动齿轮固定在提取步进电机上，从动齿轮安装在所述移动平台上，所述提取螺栓固定在所述从动齿轮内；其中所述提取螺栓的底部为球头结构。

优选的，所述可拆卸式激光发射窗口包括镜片底座和固定在镜片底座内的镜片，所述镜片底座上开有与提取螺栓相配合的螺纹孔。

优选的，所述绕Z轴旋转平台可在绕Y轴旋转平台内旋转。

优选的，所述导轨等距离设置在丝杠两侧。

优选的，所述丝杠与移动平台螺纹连接。

优选的，所述绕Z轴旋转平台齿轮副、绕X轴旋转齿轮副、驱动丝杠旋齿轮副、导轨、丝杠和提取螺栓使用钛合金材料制成。

优选的，所述移动平台使用40Cr制成。

本发明的有益效果是：本发明与现有技术相比，由于同一激光发射系统可以采用多种不同的激光发射窗口，因此激光武器的工作波段范围可以扩展多倍；由于同一激光发射窗口无需兼顾多个波段的激光发射需求，因此的材质选择范围大大提高，激光发射窗口的制造成本要降低50％以上，窗口更换时间小于16s，机动性和环境适应能力都得到了极大地提高。

附图说明

图1为现有的高能机构发射窗口的结构示意图。

图2本发明大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置局部剖视图。

图3大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置俯视图

图4镜片更换机构和镜片提取机构俯视图

图5镜片更换机构和镜片提取机构俯视图沿A-A方向剖视图。

图6镜片存储箱左视图.

图7镜片存储箱沿A-A方向剖视图和局部放大视图。

图8镜片更换机构旋转平台前视图。

图9镜片更换机构旋转平台沿B-B方向剖视图。

图10镜片提取机构俯视图和沿A-A方向剖视图。

图11镜片提取机构沿A-A方向剖视图。

图12镜片更换机构导杆和丝杠示意图

图13镜片更换机构导杆和丝杠沿A-A方向剖视图。

图14可拆卸式激光发射窗口。

图15可拆卸式激光发射窗口局部剖视图。

图中：1、发射筒，2、法兰，3、激光发射窗口，4、硒化锌镜片，5、激光发射系统次镜和次镜支架，6、固定螺栓，7、激光发射筒，8、镜片更换机构，9、镜片存储箱，10、电推杆，11、加强筋A，12、可拆卸式激光发射窗口，13、加强筋B，14、密封垫圈，15、强力电磁铁，16、导轨，17、镜片提取机构，18、绕Y轴旋转平台，19、绕X轴旋转步进电机，20、绕X轴旋转的主动齿轮，21、绕X轴旋转的从动齿轮，22、绕Z轴旋转平台，23、驱动丝杠旋转的从动齿轮，24、驱动丝杠旋转的主动齿轮，25、驱动丝杠旋转的步进电机，26、绕Z轴旋转平台步进电机支撑架，27、绕Z轴旋转平台的步进电机，28、轴承挡圈，29、第一轴承，30、丝杠，31、提取步进电机，32、提取从动齿轮，33、提取螺栓，34、密封箱体，35、密封盖，36、步进电机支撑架，37、螺旋导轨，38、步进电机，39、第一连接螺钉，40、驱动齿轮，41、从动齿轮；42、第一轴承盖，43、第一螺钉，44、绕Z轴旋转平台的从动齿轮，45、第二轴承，46、第二螺钉，47、绕Z轴旋转平台的主动齿轮，48、第三螺钉，49、第四螺钉，50、移动平台，51、第五螺钉，52、提取驱动齿轮，53、第六螺钉，54、第三轴承，55、弹簧挡圈，56、第二轴承盖，57、第四轴承，58、镜片底座，59、聚四氟乙烯垫圈，60、镜片，61、固定螺钉，62、镜片固定圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1-图15所示，大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置，该装置包括：

激光发射筒7，强力电磁铁15通过密封垫圈14和法兰盘固定在所述激光发射筒7的上表面，与主机电源连接在一起，利用磁力将可拆卸激光发射窗口12固定在激光发射筒7上，窗口镜片更换过程中，电磁铁断电，可拆卸激光发射窗口12与激光发射筒7自动分离；密封垫圈14为低弹性模量的胶皮垫圈，主要是通过粘合剂粘接在激光发射筒7上，密封垫圈14高度比强力电磁铁15高1mm。

电推杆10，所述电推杆10通过焊接在加强筋A11安装在所述激光发射筒7上；

镜片储存箱，所述镜片储存箱通过焊接在加强筋B13安装在所述激光发射筒7上，可拆卸式激光发射窗口12设置在所述镜片储存箱内；可拆卸式激光发射窗口12主要包含镜片底座58和安装在镜片底座58内的镜片60，镜片60与镜片底座58之间安装有一片2mm厚的聚四氟乙烯垫圈59，聚四氟乙烯垫圈59主要用于降低镜片60的应力集中，防止镜片60因应力过大而产生破损，同时可以提高窗口的密封效果，在镜片底座58上部设置一个镜片固定圈62，镜片固定圈62与镜片底座58通过八个固定螺钉61连接在一起，镜片固定圈62与镜片60之间设置同样聚四氟乙烯垫圈59。镜片底座58上有一个M10螺纹，通过该螺纹可与提取螺栓33配合连接。

镜片存储箱9包括：多块密封盖35、密封箱体34、多根螺旋导轨37、多个步进电机38、多个驱动齿轮40和多个从动齿轮41；整体结构是以密封箱体34为主体展开安装的，本实施例中，密封盖35有三个，三个密封盖35的基本结构和尺寸完全相同，密封盖35主要是通过两组燕尾槽与密封箱体34连接在一起，所述螺旋导轨37安装在所述密封箱体34上，与密封盖35螺纹连接，所述从动齿轮41焊接固定在所述螺旋导轨37上。步进电机支撑架36通过第一连接螺钉39固定在所述密封箱体34上，步进电机38通过第二螺钉安装在步进电机支撑架36上，通过螺旋导轨37驱动密封盖35沿x轴方向开启和关闭，驱动密封盖35开启的驱动齿轮40与步进电机38焊接在一起，密封箱体34可以存储多个不同材质的可拆卸式激光发射窗口12。

镜片更换机构8，所述镜片更换机构8通过定位销固定在所述电推杆10上，通电后推动所述镜片更换机构8往复运动；所述镜片更换机构8包括：导轨16、丝杠30、绕X轴旋转步进电机19、绕X轴旋转齿轮副、绕Y轴旋转平台18、绕Z轴旋转平台22、绕Z轴旋转平台的步进电机27、绕Z轴旋转平台齿轮副、驱动丝杠旋转的步进电机25和驱动丝杠旋转齿轮副；绕X轴旋转齿轮副包括绕X轴旋转的主动齿轮20和绕X轴旋转的从动齿轮21，绕Z轴旋转平台齿轮副包括绕Z轴旋转平台的主动齿轮47和绕Z轴旋转平台的从动齿轮44，驱动丝杠旋转齿轮副包括驱动丝杠旋转的主动齿轮24和驱动丝杠旋转的从动齿轮23。

所述镜片更换机构8的主要零部件均以绕Y轴旋转平台18为中心进行安装，绕x轴旋转的主动齿轮20通过焊接工艺固定在绕X轴旋转步进电机19上，驱动丝杠旋转的主动齿轮24通过焊接工艺固定在驱动丝杠旋转的步进电机25上，绕Z轴旋转平台的主动齿轮47通过焊接工艺固定在绕Z轴旋转平台的步进电机27上，其中绕Z轴旋转平台的步进电机27通过第三螺钉48安装在绕Z轴旋转平台步进电机支撑架26上，绕Z轴旋转平台步进电机支撑架26通过螺钉安装在绕Y轴旋转平台18上，绕X轴旋转步进电机19和驱动丝杠旋转的步进电机25都是通过螺钉固定在绕Z轴旋转平台22上。绕Z轴旋转平台22通过第二轴承45安装在绕Y轴旋转平台18，第二轴承45与绕Y轴旋转平台18采用过盈连接，所述第二轴承45通过第一轴承盖42固定。绕X轴旋转的从动齿轮21焊接在所述导轨16上，所述导轨16通过轴承安装在绕Z轴旋转平台22上；驱动丝杠旋齿轮副的从动齿轮固定在所述丝杠30上，丝杠30通过第一轴承29和第四轴承57固定在所述导轨16上，丝杠30安装轴承挡圈28，通过轴承挡圈28限制丝杠30沿x轴方向的运动，驱动丝杠旋转的步进电机25通过第二螺钉46安装在绕Z轴旋转平台22上；绕X轴旋转步进电机19通过第四螺钉49安装在绕Z轴旋转平台22上，绕Z轴旋转平台齿轮副的从动齿轮固定在绕Z轴旋转平台22上，绕Z轴旋转平台的步进电机27通过第一螺钉43安装在绕Y轴旋转平台18上；绕Z轴旋转平台22装配在绕Y轴旋转平台18上。

镜片提取机构17，所述镜片提取机构17安装在所述镜片更换机构8上，将设置在所述镜片储存箱内的所述可拆卸式激光发射窗口12提取出来，和所述镜片更换机构8一起，将可拆卸式激光发射窗口12放置在所述激光发射筒7上的强力电磁铁15上，完成高能激光发射窗口镜片全自动更换。

镜片提取机构17包括：移动平台50、提取步进电机31、提取齿轮副和提取螺栓33；提取齿轮副包括提取驱动齿轮52和提取从动齿轮32，所述移动平台50与导轨16和丝杠30装配在一起，提取步进电机31通过第五螺钉51安装在所述移动平台50上，提取齿轮副的驱动齿轮通过过盈连接固定在提取步进电机31上，提取从动齿轮32安装在所述提取螺栓33上，所述提取螺栓33通过轴承固定在所述移动平台50；其中所述提取螺栓33的底部为球头结构，与所述移动平台50球面配合，中间安装有弹簧挡圈55，该结构使得提取螺栓33可以绕y轴旋转，但不能沿y轴方向移动，第三轴承54通过第二轴承盖56和第六螺钉53安装在移动平台50上。本实施例中，提取螺栓33直径为M10，与镜片底座57上的M10螺纹孔相互配合。

其中：导轨16、丝杠30、提取螺栓33使用钛合金(TA4)，绕X轴旋转的主动齿轮20、绕X轴旋转的从动齿轮21、驱动丝杠旋转的从动齿轮23、驱动丝杠旋转的主动齿轮24、绕Z轴旋转平台的从动齿轮44、绕Z轴旋转平台的主动齿轮47使用钛合金(TC4)，第六螺钉53使用铜钛合金(TA2)，第二轴承盖56使用钛合金，移动平台50使用40Cr，镜片底座58和镜片固定圈62使用铝合金(2A12)，第一轴承29、第三轴承54和第四轴承57使用氮化硅轴承或者氧化锆轴承，其余部件使用45号钢或40Cr即可。

工作原理：激光发射系统根据需求选择工作波段，启动驱动丝杠旋转的步进电机25，通过驱动丝杠旋转的主动齿轮24带动驱动丝杠旋转的从动齿轮23转动，丝杠30与驱动丝杠旋转的从动齿轮23焊接在一起，会随之转动，丝杠30旋转会驱动镜片提取机构17沿x轴方向移动，到达指定位置以后驱动丝杠旋转的步进电机25停止运动。

与此同时驱动密封盖35开启的步进电机38会驱动螺旋导轨37旋转，螺旋导轨37驱动镜片存储箱9的密封盖35沿x轴方向运动将其打开，内部的可拆卸式激光发射窗口12暴露在外面。

镜片更换机构8通过螺钉装配在电推杆10上，电推杆10与主机电源相连接，通电以后推动镜片更换机构8沿着y轴方向往复运动，镜片更换机构8到达指定开拆卸式激光发射窗口上方时，提取步进电机31驱动提取驱动齿轮52旋转，所述提取驱动齿轮52带动提取从动齿轮32转动，进而带动镜片提取机构17的提取螺栓33旋转与镜片底座58的螺纹孔螺纹连接。

镜片更换机构8在电推杆10的驱动下沿y轴相反方向运动将可拆卸式激光发射窗口12取出，然后启动绕X轴旋转步进电机19，通过绕X轴旋转的主动齿轮20带动绕X轴旋转的从动齿轮21沿x轴方向转动180°，由于绕X轴旋转的从动齿轮21焊接在镜片更换机构8的导轨16上，镜片更换机构8的导轨16会随之同步转动180°，进而带同镜片提取机构17和可拆卸式激光发射窗口12同步转到镜片更换机构8上方，于是将可拆卸式激光发射窗口12从密封箱体34中取出；

启动绕Z轴旋转平台的步进电机27，通过绕Z轴旋转的主动齿轮带动绕Z轴旋转平台的从动齿轮44沿z轴方向转动90°，绕Z轴旋转平台的从动齿轮44固连在绕Z轴旋转平台22上，绕Z轴旋转平台22以、绕Y轴旋转平台18的中心为中心，绕Z轴旋转90°，使可拆卸式激光发射窗口12到达激光发射筒7正上方并与之接触，启动强力电磁铁15，使可拆卸式激光发射窗口12与激光发射筒7固连在一起，完成激光发射窗口的安装。

Claims (10)

1.大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置，其特征在于，该装置包括：

激光发射筒，强力电磁铁固定在所述激光发射筒的上表面；

电推杆，所述电推杆安装在所述激光发射筒上；

镜片储存箱，所述镜片储存箱安装在所述激光发射筒上，可拆卸式激光发射窗口设置在所述镜片储存箱内；

镜片更换机构，所述镜片更换机构设置在所述电推杆上，带动所述镜片更换机构往复运动；

镜片提取机构，所述镜片提取机构安装在所述镜片更换机构上，将设置在所述镜片储存箱内的所述可拆卸式激光发射窗口提取出来，和所述镜片更换机构一起，将可拆卸式激光发射窗口放置在所述激光发射筒上的强力电磁铁上，完成高能激光发射窗口镜片全自动更换。

2.根据权利要求1所述的大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置，其特征在于，所述激光发射筒包括多条加强筋，通过所述加强筋与所述电推杆和所述镜片储存箱固定。

3.根据权利要求1所述的大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置，其特征在于，所述镜片储存箱包括：多块密封盖、密封箱体、多根螺旋导轨、多个步进电机、多个驱动齿轮和多个从动齿轮；所述密封盖、螺旋导轨、步进电机、驱动齿轮和从动齿轮的数量一致；所述密封盖通过燕尾槽与所述密封箱体连接；所述步进电机安装在所述密封箱体上，驱动齿轮固定在步进电机上，所述螺旋导轨安装在所述密封箱体上，与密封盖螺纹连接，所述从动齿轮固定在所述螺旋导轨上。

4.根据权利要求1所述的大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置，其特征在于，所述镜片更换机构包括：导轨、丝杠、绕X轴旋转步进电机、绕X轴旋转齿轮副、绕Y轴旋转平台、绕Z轴旋转平台、绕Z轴旋转平台步进电机、绕Z轴旋转平台齿轮副、驱动丝杠旋转步进电机和驱动丝杠旋齿轮副；所有齿轮副中的主动齿轮都固定在对应的步进电机上；绕X轴旋转的从动齿轮固定在所述导轨上，所述导轨和绕X轴旋转步进电机安装在绕Z轴旋转平台；驱动丝杠旋转齿轮副的从动齿轮固定在所述丝杠上，丝杠固定在所述导轨上，驱动丝杠旋转步进电机安装在绕Z轴旋转平台；绕Z轴旋转平台齿轮副的从动齿轮固定在绕Z轴旋转平台上，绕Z轴旋转平台步进电机安装在绕Y轴旋转平台上；绕Z轴旋转平台装配在绕Y轴旋转平台上。

5.根据权利要求1或4所述的大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置，其特征在于，所述镜片提取机构包括：移动平台、提取步进电机、提取齿轮副和提取螺栓；所述移动平台与导轨和丝杠装配在一起，并沿着导轨和丝杠运动，提取步进电机安装在所述移动平台上，提取齿轮副的驱动齿轮固定在提取步进电机上，从动齿轮安装在所述移动平台上，所述提取螺栓固定在所述从动齿轮内；其中所述提取螺栓的底部为球头结构。

6.根据权利要求1所述的大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置，其特征在于，所述可拆卸式激光发射窗口包括镜片底座和固定在镜片底座内的镜片，所述镜片底座上开有与提取螺栓相配合的螺纹孔。

7.根据权利要求1所述的大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置，其特征在于，所述绕Z轴旋转平台可在绕Y轴旋转平台内旋转。

8.根据权利要求5所述的大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置，其特征在于，所述导轨等距离设置在丝杠两侧。

9.根据权利要求5所述的大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置，其特征在于，所述丝杠与移动平台螺纹连接。

10.根据权利要求5所述的大口径多波段高能激光发射窗口镜片全自动更换装置，其特征在于，所述绕Z轴旋转平台齿轮副、绕X轴旋转齿轮副、驱动丝杠旋齿轮副、导轨、丝杠和提取螺栓使用钛合金材料制成；所述移动平台使用40Cr制成。