CN109491035B - 一种大口径拼接光栅精密调整架 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大口径拼接光栅精密调整架，包括基座，在所述基座的顶部固定连接有横梁，在横梁的一端固定连接有安装板，安装板与横梁垂直连接，安装板通过第一枢转轴连接第一光栅调整架，第一枢转轴的轴线与横梁的轴线平行，第一光栅调整架安装有第一光栅组件，第一光栅组件通过第二枢转轴与第一光栅调整架连接，第一枢转轴的轴线与第二枢转轴的轴线垂直，在横梁的另一端设有第二光栅调整架，第二光栅调整架通过第三枢转轴与横梁连接。本技术方案中所述的调整架能够调整第一光栅在调整架上水平旋转和竖直旋转，调整第二光栅在调整架上前后移动、左右移动、水平旋转提高第一光栅和第二光栅组合调节灵活性。

Description

一种大口径拼接光栅精密调整架

技术领域

本发明涉及光栅调整装置技术领域，具体涉及一种大口径拼接光栅精密调整架。

背景技术

在超短脉冲激光快点火物理研究中，激光脉冲啁啾放大和压缩(CPA)的核心元件之一是达到米量级以上的大口径衍射光栅元件，然而大口径衍射光栅的制造工艺复杂、成本高、加工周期长，目前世界上最大口径的单块光栅是美国利弗莫尔国家实验室制造的94cm的大口径全息镀金光栅；因此采用较小口径光栅拼接成大口径光栅技术和方法，得到了世界许多国家科研机构的重视。

实现光栅拼接的技术关键在于：待拼接光栅的共面精度实现，以及各光栅刻线平行性的实现，其共面精度通常应保证在米数量级；其次各光栅的衍射波阵位相差不低于各光栅本身所具有的位相精度。这样才能保证拼接光栅等同于一块完整的光栅来使用，因此光栅拼接要求调整装置调整精度高、稳定性好。

而现有的大口径拼接光栅调整架每一维的调整是独立的不会引起联动，因此常规的调整架组合进行反射光栅调整时，结构不够紧凑，稳定性较低，调整效率低，耗费的时间长。

基于此，提供一种大口径拼接光栅精密调整架。

发明内容

本发明所要解决的是现有技术中光栅调整架在调整光栅时调整效率低，耗费较长时间，结构不够紧凑，影响稳定性的技术问题，目的在于提供一种大口径拼接光栅精密调整架。

本发明通过下述技术方案实现：

一种大口径拼接光栅精密调整架，包括基座，在所述基座的顶部固定连接有横梁，在横梁的一端固定连接有安装板，所述安装板与横梁垂直连接，安装板通过第一枢转轴连接第一光栅调整架，所述第一枢转轴的轴线与横梁的轴线平行，所述第一光栅调整架安装有第一光栅组件，第一光栅组件通过第二枢转轴与第一光栅调整架连接，所述第一枢转轴的轴线与第二枢转轴的轴线垂直，在横梁的另一端设有第二光栅调整架，所述第二光栅调整架通过第三枢转轴与横梁连接，所述第二光栅调整架上连接第二光栅组件，所述第二光栅组件的轴线与横梁的轴线平行。

本技术方案中所述的调整架对第一光栅和第二光栅进行五个维度精密调整。该调整架上的横板上设置了第一光栅调整架和第二光栅调整架，第一光栅调整架能够控制第一光栅沿第一枢转轴和第二枢转轴旋转方向精确定位。第二光栅调整架能够控制第二光栅沿第三枢转轴旋转方向精确定位，同时第二光栅调整架够控制第二光栅左右和前后调整。通过第一光栅调整架和第二光栅调整架之间的相互位置配合，保证拼接的第一光栅和第二光栅等同于一块完整的光栅来使用。

进一步地，为了更好的实现本方案，所述安装板上设有驱动第一光栅调整架旋转运动的第一驱动机构，第一驱动机构与第一枢转轴连接，所述第一光栅调整架上设有驱动第一光栅组件旋转运动的第二驱动机构，所述第二驱动机构与第二枢转轴连接。

进一步地，为了更好的实现本方案，所述第一光栅组件包括第一光栅安装板及固定安装在第一光栅安装板上的第一光栅，所述第一光栅安装板为矩形板，所述第一光栅安装板的上下两端设有与第二枢转轴活动连接的安装孔，第二枢转轴在安装孔内自由转动。

进一步地，为了更好的实现本方案，所述横梁上设有驱动第二光栅调整架旋转运动的第三驱动机构，第三驱动机构与第三枢转轴连接，所述横板上设有驱动第二光栅调整架前后运动的第四驱动机构，所述第四驱动机构与第三枢转轴连接。

进一步地，为了更好的实现本方案，所述第二光栅组件包括第二光栅安装板及固定安装在第二光栅安装板上的第二光栅，所述第二光栅安装板为矩形板，在第二光栅安装板上开设有安装第二光栅的安装槽，所述第二光栅在安装槽内左右自由移动。

进一步地，为了更好的实现本方案，所述第二光栅安装板的安装槽内设有导轨，所述导轨设有两个，两个导轨固定安装在安装槽的上下两端，所述第二光栅的上下两端分别与导轨滑动连接，在第二光栅安装板上设有驱动第二光栅沿导轨直线运动的第五驱动机构。

进一步地，为了更好的实现本方案，所述第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构均为压电型单自由度精密旋转驱动器，所述第四驱动机构、第五驱动机构均为磁致伸缩驱动器。

进一步地，为了更好的实现本方案，所述基座的顶部设有轴杆，轴杆与基座垂直连接，所述轴杆上枢轴连接有转盘，转盘在转轴上自由转动，在转盘上固定连接有第一安装板，所述第一安装板上设有导轨，导轨上滑动连接第二安装板，所述第二安装板在沿导轨的长度方向自由移动，在第二安装板的顶部固定连接有定位块，在定位块的顶部设有弧形摆台，弧形摆台驱动器与弧形摆台连接，弧形摆动驱动器驱动弧形摆台的俯仰角度调节，所述弧形摆台为矩形机构，弧形摆台的底面为圆弧形，所述弧形摆台的底面与定位块的顶面相切，所述弧形摆台顶端开设有安装孔，安装孔内配合有设调节弧形摆台俯仰角度的调节螺钉，调节螺钉的端部与定位块螺纹连接，所述弧形摆台的顶部连接有立板，所述立板与弧形摆台垂直连接，在立板的侧面上枢轴连接有转轴，所述转轴的轴线与轴杆的轴线垂直。

进一步地，为了更好的实现本方案，所述基座上设有驱动转盘旋转运动的磁致伸缩驱动器，所述磁致伸缩驱动器的外壳与基座固定连接，磁致伸缩驱动器的输出杆与第一安装板的侧壁相抵，所述磁致伸缩驱动器的外壳与第一安装板的侧壁之间设有复位弹簧，所述复位弹簧为拉伸弹簧。

进一步地，为了更好的实现本方案，所述导轨设有两个，两个导轨平行且间隔设置在第一安装板上，所述第二安装板的底面设有与导轨滑动连接的滑块，所述滑块在导轨上自由移动，在两个导轨之间设有驱动第二安装板沿导轨直线方向运动的驱动机构，所述驱动机构包括设置在第一安装板上的轴承座，所述轴承座设有两个，两个轴承座上配合有丝杆，所述丝杆上螺纹连接有螺母，螺母的外壁与第二安装板的底面固定连接，所述丝杆的轴线与导轨的长度方向平行，在丝杆的一端连接有驱动丝杆转反向转动的电机，所述电机固定在第一安装板上。

进一步地，为了更好的实现本方案，所述立板上设有驱动转轴旋转运动的压电型单自由度精密旋转驱动器，所述压电型单自由度精密旋转驱动器的定子与立板固定连接，压电型单自由度精密旋转驱动器的转子与转轴连接。

进一步地，为了更好的实现本方案，所述定位块的两侧分别安装有限位板，所述限位板的顶部设有限位条，所述弧形摆台位于两个限位板之间。

进一步地，为了更好的实现本方案，所述调节螺钉位于远离立板方向的弧形摆台上，所述调节螺钉用于调节弧形摆台的俯仰角度。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

(1)本技术方案中所述的调整架能够调整第一光栅在调整架上水平旋转和竖直旋转，调整第二光栅在调整架上前后移动、左右移动、水平旋转，调整效率高，使用方便，结构紧凑，提高了第一光栅和第二光栅组合调节的灵活性。

(2)本技术方案中在第一安装板上设有两个相互平行且间隔设置的导轨，在导轨上滑动连接有第二安装板，第二安装板在导轨上沿导轨的直线方向自由转动。同时在第一安装板上设置了驱动第二安装板在导轨上直线运动的驱动机构，该驱动机构驱动第二安装板在导轨上直线往返运动，实现了光栅在该调整机构上水平直线运动调节。3)本调整机构在第二安装板上设置了定位块和弧形摆台，弧形摆台的底面为圆弧形，弧形摆台的底面与定位块的顶面相切，弧形摆台通过驱动机构来调节弧形摆台与定位块之间的夹角，以此来实现调节光栅在该调整机构上的俯仰角度。

(3)本技术方案在基座的顶部设有转盘，位于转盘顶部的第一安装板能够相对于基座正反向旋转运动，实现了光栅在该调整机构上正反向左右旋转调节。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构立体图；

图3为实施例2的结构示意图；

图4为图3的局部结构示意图；

图5为本发明弧形摆台示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-基座，2-横梁，3-安装板，4-第一光栅调整架，5-第二驱动机构，6-第一驱动机构，7- 第一光栅安装板，8-第一光栅，9-第二光栅调整架，10-第三枢转轴，11-第二光栅安装板， 12-第二光栅，13-第三驱动机构，14-第四驱动机构，15-第五驱动机构，16-导轨，17-第一枢转轴，18-第二枢转轴，22-转盘，23-第一安装板，24-第二安装板，25-磁致伸缩驱动器， 26-电机，27-定位块，28-弧形摆台，29-调节螺钉，30-立板，31-转轴，32-压电型单自由度精密旋转驱动器，33-限位板，34-光栅，35-弧形摆台驱动器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1至图2所示，一种大口径拼接光栅精密调整架，包括基座1，在基座1的顶部固定连接有横梁2，在横梁2的左端通过螺钉固定连接有安装板3，该安装板3与横梁1垂直连接。安装板3的右侧板面枢轴连接第一枢转轴17，第一枢转轴17连接第一光栅调整架4，所述第一枢转轴17的轴线与横梁2的轴线平行；安装板3的左侧板面固定连接驱动第一光栅调整架4旋转运动的第一驱动机构6，第一驱动机构6与第一枢转轴17连接。第一驱动机构6 优选为压电型单自由度精密旋转驱动器，压电型单自由度精密旋转驱动器具有较高驱动精度，提高了光栅调节的控制精度。第一驱动机构6通过旋转带动第一枢转轴17和第一光栅调整架 4同步旋转运动。

第一光栅调整架4安装有第一光栅组件，第一光栅组件通过第二枢转轴18与第一光栅调整架4连接，第一枢转轴17的轴线与第二枢转轴18的轴线垂直。第一光栅组件包括第一光栅安装板7及固定安装在第一光栅安装板7上的第一光栅8。第一光栅安装板7为矩形板，第一光栅安装板7的上下两端设有与第二枢转轴18活动连接的安装孔，第二枢转轴18在安装孔内自由转动。第一光栅调整架4上设有驱动第一光栅组件旋转运动的第二驱动机构5，第二驱动机构5与第二枢转轴18连接。第二驱动机构5优选为压电型单自由度精密旋转驱动器，压电型单自由度精密旋转驱动器具有较高驱动精度，提高了光栅调节的控制精度。第二驱动机构5通过旋转带动第二枢转轴18和第一光栅组件同步旋转运动。

在横梁2的右端设有第二光栅调整架9，第二光栅调整架9通过第三枢转轴10与横梁2 连接，在第二光栅调整架9上连接第二光栅组件，第二光栅组件的轴线与横梁2的轴线平行。横梁2上设有驱动第二光栅调整架9旋转运动的第三驱动机构13，第三驱动机构13与第三枢转轴10连接。第三驱动机构13优选为压电型单自由度精密旋转驱动器，压电型单自由度精密旋转驱动器具有较高驱动精度，提高了光栅调节的控制精度。第三驱动机构13通过旋转带动第三枢转轴10和第二光栅调整架9同步旋转运动。

横板2上还设有驱动第二光栅调整架9前后运动的第四驱动机构14，第四驱动机构14 与第三枢转轴10连接。第四驱动机构14优选为磁致伸缩驱动器，磁致伸缩驱动器可以实现纳米级定位精度，提高了光栅调节的控制精度。第四驱动机构14通过伸缩驱动第三枢转轴 10和第二光栅调整架9同步前后运动。

第二光栅组件包括第二光栅安装板11及固定安装在第二光栅安装板11上的第二光栅12，第二光栅安装板11为矩形板，在第二光栅安装板11上开设有安装第二光栅12的安装槽，第二光栅12在安装槽内左右自由移动。第二光栅安装板11的安装槽内设有导轨16，导轨16 设有两个，两个导轨16固定安装在安装槽的上下两端，第二光栅12的上下两端分别与导轨 16滑动连接。在第二光栅安装板11上设有驱动第二光栅12沿导轨16直线运动的第五驱动机构15，第五驱动机构15优选为磁致伸缩驱动器，磁致伸缩驱动器可以实现纳米级定位精度，提高了光栅调节的控制精度。

实施例2：

在实施例1的基础上，图3、图4所示，在基座1的顶部设有轴杆，轴杆位于基座1的中心位置，轴杆与基座1垂直连接。轴杆上枢轴连接有转盘22，转盘22在转轴上自由转动。在转盘22上固定连接有第一安装板23，基座1上设有驱动转盘22旋转运动的磁致伸缩驱动器25，磁致伸缩驱动器25的外壳与基座1的顶面固定连接，磁致伸缩驱动器25的输出杆与第一安装板23的侧壁相抵。磁致伸缩驱动器25的外壳与第一安装板23的侧壁之间设有复位弹簧，复位弹簧为拉伸弹簧，复位弹簧用于弹性在磁致伸缩驱动器25的外壳和第一安装板 23的侧壁之间，保持磁致伸缩驱动器25的输出杆与第一安装板23的侧壁始终保持相抵状态。磁致伸缩驱动器25可以实现纳米级定位精度，提高了光栅14调节的控制精度。

在第一安装板23上设有导轨，导轨上滑动连接第二安装板24，第二安装板24在沿导轨的长度方向自由移动。导轨设有两个，两个导轨平行且间隔设置在第一安装板23上。第二安装板24的底面设有与导轨滑动连接的滑块，滑块在导轨上自由移动。在两个导轨之间设有驱动第二安装板24沿导轨直线方向运动的驱动机构，该驱动机构包括设置在第一安装板23上的轴承座，轴承座设有两个，两个轴承座上配合有丝杆，丝杆上螺纹连接有螺母，螺母的外壁与第二安装板24的底面固定连接。丝杆的轴线与导轨的长度方向平行，在丝杆的一端连接有驱动丝杆转反向转动的电机26，电机26优选为步进电机，电机26固定在第一安装板23 上。电机26通过正反向旋转带动丝杆上的螺母在丝杆上直线移动，螺母带动第二安装板4在导轨设定的方向上直线运动。

在第二安装板24的顶部固定连接有定位块27，在定位块27的顶部设有弧形摆台28，弧形摆台驱动器35与弧形摆台28连接，弧形摆动驱动器35驱动弧形摆台的俯仰角度调节，弧形摆台28为矩形结构，弧形摆台28的底面为圆弧形面，弧形摆台28的顶面为平面。弧形摆台28的底面与定位块27的顶面相切，在弧形摆台28顶面开设有安装孔，安装孔内配合有设调节弧形摆台28俯仰角度的调节螺钉29，调节螺钉29的端部与定位块27螺纹连接。通过旋转调节螺钉29与定位块27的旋合长度来调节弧形摆台28与定位快7之间的夹角的大小，实现调节光栅34在该调整机构上的俯仰角度。定位块27的两侧分别安装有限位板33，限位板33的顶部设有限位条，限位条用于防止弧形摆台28上下窜动，弧形摆台8位于两个限位板33之间，对弧形摆台28进行限位。

弧形摆台28的顶部连接有立板30，立板30与弧形摆台28垂直连接，在立板30的侧面上枢轴连接有转轴31，转轴31用于安装光栅34，转轴31的轴线与轴杆的轴线垂直。立板30上设有驱动转轴31旋转运动的压电型单自由度精密旋转驱动器32，压电型单自由度精密旋转驱动器32的定子与立板30固定连接，压电型单自由度精密旋转驱动器32的转子与转轴31连接。压电型单自由度精密旋转驱动器32具有较高驱动精度，提高了光栅34调节的控制精度。

优选实施例方案，调节螺钉29位于远离立板30方向的弧形摆台28上必要锁定弧形摆台，弧形摆台驱动器35用于调节弧形摆台28的俯仰角度。

本实施例所述的光栅调节结构能够调整光栅在调整机构上水平移动，俯仰旋转、左右旋转、上下旋转的四个维度进行调节，调整效率高，使用方便，结构紧凑，提高了光栅调节的灵活性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种大口径拼接光栅精密调整架，其特征在于，包括基座（1），在所述基座的顶部固定连接有横梁（2），在横梁（2）的一端固定连接有安装板（3），所述安装板（3）与横梁（2） 垂直连接，安装板（3）通过第一枢转轴（17）连接第一光栅调整架（4），所述第一枢转轴（17） 的轴线与横梁（2）的轴线平行，所述第一光栅调整架（4）安装有第一光栅组件，第一光栅组件通过第二枢转轴（18）与第一光栅调整架（4）连接，所述第一枢转轴（17）的轴线与第二枢转轴（18）的轴线垂直，在横梁（2）的另一端设有第二光栅调整架（9），所述第二光栅调整架（9）通过第三枢转轴（10）与横梁（2）连接，所述第二光栅调整架（9）上连接第二光栅组件，所述第二光栅组件的轴线与横梁（2）的轴线平行，所述安装板（3）上设有驱动第一光栅调整架（4）旋转运动的第一驱动机构（6），第一驱动机构（6）与第一枢转轴（17） 连接，所述第一光栅调整架（4）上设有驱动第一光栅组件旋转运动的第二驱动机构（5），所述第二驱动机构（5）与第二枢转轴（18）连接；

所述第一光栅组件包括第一光栅安装板（7）及固定安装在第一光栅安装板上的第一光栅（8），所述第一光栅（8）安装板为矩形板，所述第一光栅安装板（7）的上下两端设有与第二枢转轴（18）活动连接的安装孔，第二枢转轴（18）在安装孔内自由转动，所述横梁（2）上设有驱动第二光栅调整架（9）旋转运动的第三驱动机构（13），第三驱动机构（13）与第三枢转轴（10）连接，所述横梁上设有驱动第二光栅调整架（9）前后运动的第四驱动机构（14），所述第四驱动机构（14）与第三枢转轴连接；

所述第二光栅组件包括第二光栅安装板（11）及固定安装在第二光栅安装板上的第二光栅（12），所述第二光栅（12）安装板为矩形板，在第二光栅安装板（11）上开设有安装第二光栅的安装槽，所述第二光栅在安装槽内左右自由移动，所述第二光栅安装板（11）的安装槽内设有导轨，所述导轨设有两个，两个导轨固定安装在安装槽的上下两端，所述第二光栅（12）的上下两端分别与导轨滑动连接，在第二光栅安装板（11）上设有驱动第二光栅（12）沿导轨直线运动的第五驱动机构（15）；

所述基座（1） 的顶部设有轴杆，轴杆与基座（1）垂直连接，所述轴杆上枢轴连接有转盘（22），转盘（22） 在转轴上自由转动，在转盘（22）上固定连接有第一安装板（23），所述第一安装板（23）上设有导轨，导轨上滑动连接第二安装板（24），所述第二安装板（24）在沿导轨的长度方向自由移动，在第二安装板（24）的顶部固定连接有定位块，在定位块的顶部设有弧形摆台（28）， 弧形摆台驱动器（35）与弧形摆台（28）连接，弧形摆台驱动器（35）驱动弧形摆台的俯仰角度调节，所述弧形摆台为矩形机构，弧形摆台（28）的底面为圆弧形，所述弧形摆台（28） 的底面与定位块（27）的顶面相切，所述弧形摆台（28）顶端开设有安装孔，安装孔内配合有设调节弧形摆台俯仰角度的调节螺钉（29），调节螺钉（29）的端部与定位块（27）螺纹连接，所述弧形摆台的顶部连接有立板（30），所述立板（30）与弧形摆台（28）垂直连接，在立板（30）的侧面上枢轴连接有转轴（31），所述转轴的轴线与轴杆的轴线垂直；

所述定位块的两侧分别安装有限位板，所述限位板的顶部设有限位条，所述弧形摆台位于两个限位板之间；

所述调节螺钉（29）位于远离立板方向的弧形摆台上，所述调节螺钉用于调节弧形摆台（28）的俯仰角度。

2.根据权利要求1 所述的一种大口径拼接光栅精密调整架，其特征在于，所述基座上设有驱动转盘旋转运动的磁致伸缩驱动器（25），所述磁致伸缩驱动器（25）的外壳与基座（1） 固定连接，磁致伸缩驱动器（25）的输出杆与第一安装板的侧壁相抵，所述磁致伸缩驱动器的外壳与第一安装板（23）的侧壁之间设有复位弹簧，所述复位弹簧为拉伸弹簧。

3.根据权利要求1 所述的一种大口径拼接光栅精密调整架，其特征在于，两个所述导轨平行且间隔设置在第一安装板（23）上，所述第二安装板（24）的底面设有与导轨滑动连接的滑块，所述滑块在导轨上自由移动，在两个导轨之间设有驱动第二安装板（24）沿导轨直线方向运动的驱动机构，所述驱动机构包括设置在第一安装板上的轴承座， 所述轴承座设有两个，两个轴承座上配合有丝杆，所述丝杆上螺纹连接有螺母，螺母的外壁与第二安装板的底面固定连接，所述丝杆的轴线与导轨的长度方向平行，在丝杆的一端连接有驱动丝杆反向转动的电机（26），所述电机固定在第一安装板（23）上。

4.根据权利要求1 所述的一种大口径拼接光栅精密调整架，其特征在于，所述立板（30） 上设有驱动转轴旋转运动的压电型单自由度精密旋转驱动器（32），所述压电型单自由度精密旋转驱动器（32）的定子与立板（30）固定连接，压电型单自由度精密旋转驱动器的转子与转轴连接。