CN112665834B - 一种用于光学镜片应力测试的径向加载装置及加载方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于光学镜片应力测试的径向加载装置，可对光学镜片进行不同载荷大小和数量的径向定量加载试验。所述装置包括底板，镜片支撑平台，施力系统和测力系统。所述镜片支撑平台和施力系统通过连接件固定在底板上，测力系统与底板通过活动连接件连接，活动连接件可沿镜片径向移动；施力系统中螺钉压缩弹簧产生力，测量系统的传感器测量力大小，实现径向载荷大小和方向的精确控制。本发明实现了光学镜片的径向定量加载，载荷方向加载精度高，载荷数量和大小调整范围大，可适用于多种尺寸光学镜片的径向加载。本发明可广泛适用于高精度光学元件的应力分布状态以及装配力与光学元件内部应力状态定量映射关系的研究。

Description

一种用于光学镜片应力测试的径向加载装置及加载方法

技术领域

本发明属于试验设备领域，具体涉及一种用于光学镜片应力测试的径向加载装置及加载方法。

背景技术

光学镜片是精密光学仪器的关键零部件之一。光学镜片在安装过程中，常在镜片径向使用胶或者螺钉进行安装固定，胶接力和螺钉预紧力等装配力都会形成镜片径向载荷，并在镜片中引起不均匀分布的应力，从而影响光学系统成像精度。然而，镜片的径向载荷对镜片中应力的影响机理尚不清楚。

为了研究光学镜片的径向载荷对光学镜片中应力的影响机理，需要对光学镜片施加不同数量和不同大小的径向载荷，模拟胶接力和螺钉紧固力等装配力，定量研究径向载荷对镜片中应力的影响。

目前尚无装置可以满足上述试验需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于光学镜片应力测试的径向加载装置，能够对光学镜片进行径向定量加载试验。

本发明还提供了上述装置的加载方法。

本发明解决光学镜片径向加载技术问题所采用的技术方案是：

一种用于光学镜片应力测试的径向加载装置，包括多边形底板，镜片支撑平台，施力系统，以及测力系统。所述镜片支撑平台和施力系统通过连接件固定在底板上；测力系统和底板之间活动连接，并可在底板上移动。

优选地，径向加载装置还包括防转系统，所述防转系统与施力螺钉头部固定连接，并与弹簧接触，施力螺钉不断旋入时，防转系统防止弹簧发生旋转，保证弹簧只沿压缩方向变形。

优选地，所述施力系统包括施力螺钉，螺钉固定件，以及弹簧，施力螺钉旋入螺钉固定件的螺纹孔，压缩弹簧，产生力。

优选地，所述施力螺钉上拧有螺母，在需要的位置锁紧施力螺钉。

优选地，所述施力系统进一步包括套筒，原螺钉固定件上与施力螺钉配合的螺纹孔加工成光孔，套筒穿过螺钉固定件的光孔，固定在螺钉固定件上，套筒中有内螺纹，施力螺钉与套筒通过螺纹连接，套筒的材料强度大于螺钉固定件，用于增加接触刚度。

优选地，所述防转系统包括角接触球轴承，轴承与施力螺钉的头部配合并固定，防止施力螺钉在压缩弹簧时弹簧发生转动。

优选地，所述测力系统包括可移动固定部件和传感器，所述可移动固定部件和传感器之间固定连接，所述可移动固定部件与底板之间活动连接，所述测力系统可整体在底板上移动。

优选地，所述可移动固定部件的活动连接件为直线导轨，直线导轨沿镜片径向固定在底板上，加载过程中测力系统可以沿镜片径向进行低摩擦直线运动。

优选地，所述可移动固定部件还进一步包括螺钉，当加载力达到目标数值后，螺钉穿过可移动部件上的孔并拧入底板，固定测力系统。

优选地，所述螺钉上旋有螺母，用于锁紧上述可移动固定部件中的螺钉。

优选地，所述测力系统进一步包括接触头，接触头与镜片直接接触，将力传递给光学镜片。

优选地，所述镜片支撑平台中的镜片垫片和托台的尺寸可更改，便于对不同尺寸的光学镜片进行径向加载。

用于光学镜片应力测试的径向加载装置的加载方法，包括以下步骤：

1)将待测光学镜片放置在镜片支撑平台上，不断旋入施力螺钉，让接触头接触上待测光学镜片；

2)继续旋入施力螺钉，压缩弹簧，传感器测量、显示并记录弹簧产生的压力；

3)传感器上的压力稳定达到需要向镜片施加力的目标数值后，停止旋入施力螺钉。

优选地，在上述步骤3)后，还有步骤4)将施力螺钉上的螺母拧至套筒接触，锁紧施力螺钉。

优选地，在上述步骤3)或4)后，还有步骤5)螺钉穿过可移动固定部件上的孔旋入底板，固定测力系统，同时在该螺钉位于底板和可移动固定部件之间的螺钉段上旋入螺母，将螺母旋至与可移动固定部件接触，锁紧螺钉，锁紧测力系统。

本发明的有益效果：本发明实现了光学镜片径向载荷的定量加载，装置操作方便，并可适用于多种尺寸光学镜片的径向加载。所施加载荷的大小和数量调整范围大，载荷大小和方向精度高。本发明中直线导轨的使用保证了载荷施加方向的精度；本发明还可根据实际使用需求，选配弹簧劲度系数和传感器精度，调整施加载荷大小的范围和精度。本发明可广泛适用于高精度光学元件的应力分布状态以及装配力与光学元件内部应力状态定量映射关系的研究。

附图说明

图1为本发明的适用于光学镜片应力测试的径向加载装置的主视图；

图2为本发明的适用于光学镜片应力测试的径向加载装置的局部放大图；

其中1.底板、2.托台、3.镜片垫片、4.施力螺钉、5.螺钉固定件、6.套筒、7.防转系统、8.弹簧、9.可移动固定部件、10.传感器、11.接触头、12.待测光学镜片。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述：

如图1和图2所示，本装置由多边形底板1，镜片支撑平台，施力系统，防转系统，以及可移动的测力系统组成。其中，镜片支撑平台和施力系统通过螺钉与底板1固定，可移动的测力系统与底板通过直线导轨进行活动连接。

镜片支撑平台包括镜片垫片3和多组(比如6组)与底板1固定的托台2，镜片垫片3置于托台3上，托台2和镜片垫片3的大小根据待测光学镜片12的尺寸大小来制作。

施力系统中，施力螺钉4穿过螺钉固定件5，压缩弹簧8，螺钉固定件5上有钢制的套筒6，用于增加与施力螺钉接触位置的螺纹接触刚度。不断旋入施力螺钉4便可压缩弹簧，产生压力。

如图1和图2所示，施力螺钉4和弹簧8之间还有一个防转系统7。防转系统7主要部件是角接触球轴承，施力螺钉4头部与防转系统7之间固定连接，防转系统7与弹簧接触，施力螺钉4不断旋入压缩弹簧8时，防转系统使得弹簧可以只发生压缩方向的变形，而不发生扭转。

测力系统实现施力系统产生定量压力并沿径向将压力加载在镜片上。测力系统包括可移动固定部件9，传感器10和接触头11。接触头11，传感器10和可移动固定部件9三者依次固定连接，传感器9测量施力系统产生压力的大小，指导调整弹簧8的压缩量；可移动固定部件9安装在直线导轨上，实现测力系统可整体沿直线导轨做直线运动，直线导轨沿镜片径向安装并与底板1固定，从而实现对光学镜片的径向定量加载。

光学镜片稳定加载后，在施力螺钉4上旋入一个螺母，锁紧施力螺钉；测力系统的可移动固定部件9两侧的光孔上分别穿过一个螺钉，并旋入底板1，同时在螺钉位移底板和可移动部件9之间的螺钉段旋入螺母，固定测力系统。

本发明的径向加载方法包括以下步骤：

1)将待测光学镜片(12)放置在镜片垫片(3)上，不断旋入施力螺钉(4)，让接触头(11)接触上待测光学镜片(12)；

2)继续旋入施力螺钉(4)，压缩弹簧(8)，传感器(10)测量、显示并记录弹簧(8)产生的压力；

3)传感器(10)上的压力稳定达到需要向镜片施加的目标压力后，停止旋入施力螺钉(4)。

4)将施力螺钉(4)上的螺母拧至套筒(6)接触。

5)螺钉穿过可移动固定部件(9)上的孔旋入底板(1)，同时在该螺钉位于底板(1)和可移动固定部件(9)之间的螺钉段上旋入螺母，将螺母旋至与可移动固定部件(9)接触。

利用本发明的径向压力加载装置，可以对待测光学镜片加载不同数量和大小的径向压力载荷，根据装置中的力传感器的动态示数实现压力载荷定量加载，装置中沿镜片径向安装的直线导轨可以实现压力沿镜片的径向加载。本发明可广泛适用于高精度光学元件的应力研究。。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于光学镜片应力测试的径向加载装置，其特征在于，包括多边形底板(1)、镜片支撑平台、施力系统和测力系统；

所述测力系统包括可移动固定部件(9)、传感器(10)、接触头(11)；其中，所述接触头(11)用于设置在待测光学镜片(12)边缘处，并与安装在所述可移动固定部件(9)上的传感器(10)连接，所述可移动固定部件(9)通过直线导轨可活动安装在所述多边形底板(1)上，以在所述传感器(10)检测到向所述接触头(11)施加的弹簧力达到设定值之后，所述可移动固定部件(9)固定安装在所述多边形底板(1)上；

所述施力系统包括施力螺钉(4)、螺钉固定件(5)、套筒(6)、防转系统(7)、以及弹簧(8)；其中，所述螺钉固定件(5)固接于所述多边形底板(1)的板面上，所述螺钉固定件(5)上安装有所述套筒(6)，所述套筒(6)螺纹连接有所述施力螺钉(4)，所述施力螺钉(4)和所述弹簧(8)之间安装有所述防转系统(7)，且所述施力螺钉(4)的头部与所述防转系统(7)固定连接，所述弹簧(8)的一端安装在所述防转系统(7)上，以防止所述弹簧(8)随着所述施力螺钉(4)发生扭转，所述弹簧(8)的另一端安装在所述可移动固定部件(9)；

所述多边形底板(1)安装有用于安装所述待测光学镜片(12)的所述镜片支撑平台，所述施力系统和所述测力系统成对配置在所述待测光学镜片(12)的圆周方向上，以对所述待测光学镜片(12)进行径向载荷施加及测量。

2.如权利要求1所述的径向加载装置，其特征在于，所述径向加载装置还包括螺母，所述螺母安装在施力螺钉(4)上。

3.一种用于光学镜片应力测试的径向加载方法，其特征在于，该径向加载方法应用于权利要求2所述径向加载装置，该方法包括如下步骤：

第一步，将所述待测光学镜片(12)放置在已设的镜片垫片(3)上，持续向所述套筒(6)内旋入所述施力螺钉(4)，以使所述接触头(11)与所述待测光学镜片(12)接触；

第二步，继续旋入所述施力螺钉(4)，以使所述防转系统(7)压缩弹簧(8)，观测所述传感器(10)上显示的用于测量弹簧(8)产生的弹性力的数值；当所述传感器(10)测得的数值稳定达到预期向所述待测光学镜片(12)施加力的目标值后，停止旋入所述施力螺钉(4)；

第三步，将螺钉穿过所述可移动固定部件(9)上的孔旋入多边形底板(1)，同时在位于所述多边形底板(1)和所述可移动固定部件(9)之间的螺钉段上旋入螺母，将螺母旋至与可移动固定部件(9)接触。

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