CN207181780U - 一种大口径光学元件的微挠性结构宏微结合精调装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大口径光学元件的微挠性结构宏微结合精调装置，该装置包括基板、光学元件、盖板、盖板螺钉和微挠性精调模块；光学元件通过其自身的正面与基板内的三个支撑面接触安装，盖板通过盖板螺钉将光学元件固定在底框内部，微挠性精调模块安装在盖板上，微挠性精调模块采用宏动调节和微动调节相结合的方式来进行光学元件面型的调节，采用弹簧作为宏动调节的主要零件实现对光学元件面型的初步调节，采用微挠性结构件作为微动调节的主要零件实现对光学元件面型的精确调节。本实用新型的微挠性结构件能够将运动输入的调整精度进行放大，使得微挠性结构件的输出调整精度大大提高，宏动调节过程和微动调节过程互不影响，具有较大的工程实用意义。

Description

一种大口径光学元件的微挠性结构宏微结合精调装置

技术领域

本实用新型涉及一种大口径光学元件的微挠性结构宏微结合精调装置，属于机械设计及力学分析技术领域。

背景技术

高功率激光光源是能源研究过程中用到的最为重要的工具之一,大口径光学元件则是高功率激光光源中必不可少的基本元件。光学元件的面型质量直接关系到光束质量以至于激光光源能量输出效率的高低。通常来讲，光学元件自身的面型质量可以通过其前期的高精度加工技术来保证。但是，在实际的使用过程中光学元件的面型由于受到自身重力以及安装夹持系统作用力的相互影响，其实际面型往往难以预测以至于严重影响到了激光光源的能量输出效率。然而，光学元件以其具有较高的弹性特性而可以通过面型的精密调整方法来进行精密调节。为此，亟需设计一种大口径光学元件的微挠性结构宏微结合精调装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种大口径光学元件的微挠性结构宏微结合精调装置，能够采用简单易行的结构以宏动调节和微动调节相结合的方式，实现对大口径光学元件面型的高分辨率微力调节。

一种大口径光学元件的微挠性结构宏微结合精调装置，该装置包括基板、光学元件、盖板、盖板螺钉和微挠性精调模块；

所述光学元件通过其自身的正面与基板内的三个支撑面接触安装，所述盖板通过盖板螺钉将光学元件固定在底框内部，所述微挠性精调模块安装在盖板上，微挠性精调模块采用宏动调节和微动调节相结合的方式来进行光学元件面型的调节，采用弹簧作为宏动调节的主要零件实现对光学元件面型的初步调节，采用微挠性结构件作为微动调节的主要零件实现对光学元件面型的精确调节。

进一步地，所述基板为一个矩形框体类零件，其各边截面为L字母形状，框体外边界的一侧为基板连接面，在所述的基板连接面上，框体的四个边每边各均匀布置了两个盖板安装孔，在L形截面构成的凹槽上有一个基板受力面，所述基板受力面上呈等边三角形布局了三个承载面，其中一个承载面位于所述基板一边的中点，另外两个承载面均匀布局于所述基板的对边上；所述的光学元件为一个正方形薄片类零件，其中的一个大平面为正面，另一个大平面为反面；所述盖板为一个四格网状零件，其四个边上与所述基板上的盖板安装孔对应的位置分别布局了两个盖板连接孔，所述的盖板上呈3×3的位置关系均匀布置了九个过孔，每个过孔的周围布局了四个精调模块安装孔。

进一步地，所述微挠性精调模块包括精调模块箱体、十字弹性件、微力传感器、挠性精调件、微动调节螺钉，微动调节弹簧、微动调节螺母、宏动调节转接块、宏动调节螺钉、宏动调节弹簧和宏动调节螺母；

所述精调模块箱体的一个端面有一个过孔，内部表面有一个挠性精调件导向凸台和一个宏动调节转接块导向凸台，一个侧面有一个微动调节螺钉通过孔，另一个端面有一个宏动调节螺钉通过孔；

所述十字弹性件为一个圆柱体类零件，其一个端面为光学元件接触面，外圆柱面上沿着正交的方向分别切掉两道口后形成一个挠性十字轴，所述的十字弹性件的另外一个端面有一个微力传感器连接孔；

所述微力传感器为一个中间凸起的回转类零件，一侧为一个连接螺柱，另外一侧为安装螺柱；

所述挠性精调件是外形为M形的块状结构，其顶端有一个圆形的微力传感器安装孔，块状结构的中间部分有一个方形的挠性精调件导向孔，块状结构的两侧部分以中间部分左右对称，两侧部分与中间部分的相对面之间具有一个自顶端起渐宽的缝隙，两侧部分其中一个底部有一个微动调节螺钉通过孔，另外一个底部有一个微动调节螺钉安装孔，底部的两侧各有一个宏动调节转接块导向凸块；

所述宏动调节转接块为一个外形为n字形的块装零件，其内表面两侧分别有一个宏动调节转接块导向凹槽，其端面有一个微动调节螺母安装孔；

所述的十字弹性件上的光学元件接触面与光学元件的反面进行接触；所述十字弹性件上的微力传感器连接孔与微力传感器上的连接螺柱固定连接，所述微力传感器上的安装螺柱与挠性精调件上的微力传感器安装孔固定连接，所述的挠性精调件上的挠性精调件导向孔与精调模块箱体上的挠性精调件导向凸台滑动配合；所述挠性精调件上的宏动调节转接块导向凸块与所述宏动调节转接块上的宏动调节转接块导向凹槽为滑动配合；所述的宏动调节转接块与所述的精调模块箱体上的宏动调节转接块导向凸台为滑动配合；所述微动调节螺母与所述的挠性精调件上的微动调节螺钉安装孔固定连接，所述微动调节螺钉穿过挠性精调件上的微动调节螺钉通过孔和所述的微动调节弹簧与所述的微动调节螺母进行螺纹配合；所述的宏动调节螺母与所述的宏动调节转接块上的微动调节螺母安装孔固定连接，所述的宏动调节螺钉穿过所述的宏动调节弹簧与宏动调节螺母螺纹连接。

有益效果：

1、本实用新型采用宏动调节和微动调节相结合的方式来进行光学元件面型的调节，采用弹簧作为宏动调节的主要零件，实现对光学元件面型的初步调节，采用微挠性结构件作为微动调节的主要零件，实现对光学元件面型的精确调节。这种宏微结合的方式可以减少精密调节的行程，进而提高精密调节过程的精度。

2、本实用新型的精密调节过程中所采用的微挠性结构件通过合理的结构设计，可以将其运动输入件精调螺钉的调整精度进行放大，使得微挠性结构件的输出调整精度大大提高。通过合理的连接件设计使得宏动调节过程和微动调节过程互不影响。通过力传感器的引入使得面型调整过程处于实时监控的状态。

3、本实用新型的十字弹性件被切掉两道口后形成呈现出十字交叉的的转轴结构，在压紧过程中挠性十字轴可以根据光学元件表面情况自适应转动，使得挠性接触件与光学元件进行完全的法向压紧，接触面为面接触，可以有效的避免压紧装置对光学元件表面造成的应力集中。由于运动执行部件中具有点接触的传动环节，压紧过程的扭矩不会传递到光学元件，只会对光学元件施加正向压力。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的整体结构爆炸图；

图3为本实用新型中微挠性精调模块结构爆炸图；

图4为本实用新型中微挠性精调模块结构三维图；

图5为本实用新型中微挠性精调模块结构的剖面图；

图6为本实用新型挠性精调件的结构示意图。

其中，1、基板，2、光学元件，3、盖板，4、盖板螺钉，5、微挠性精调模块，6、盖板安装孔，7、基板连接面，8、承载面，9、盖板连接孔，10、精调模块安装孔，11、过孔，12、反面，13、基板受力面，14、正面，15、直角块连接孔，16、精调模块安装螺钉，17、过孔，18、直角块安装孔，19、精调模块盖板安装孔，20、精调模块箱体，21、挠性精调件导向凸台，22、微动调节螺钉通过孔，23、宏动调节转接块导向凸台，24、宏动调节螺钉通过孔，25、微动调节螺钉，26、微动调节弹簧，27、微动调节螺钉通过孔，28、宏动调节转接块导向凹槽，29、微动调节螺钉安装孔，30、微动调节螺母安装孔，31、宏动调节螺母，32、宏动调节弹簧，33、宏动调节螺钉，34、宏动调节转接块，35、精调模块盖板连接孔，36、精调模块盖板安装螺钉，37、精调模块盖板，38、直角块安装螺钉，39、直角块安装面，40、宏动调节转接块导向凸块，41、微动调节螺母，42、挠性精调件导向孔，43、挠性精调件，44、微力传感器安装孔，45、安装螺柱，46、微力传感器，47、连接螺柱，48、微力传感器连接孔，49、十字弹性件，50、挠性十字轴，51、光学元件接触面，52、精调模块连接孔，53、直角块。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

如附图1所示，本实用新型提供了一种大口径光学元件的微挠性结构宏微结合精调装置，该装置包括一个基板1、一个光学元件2、一个盖板3、八个盖板螺钉4以及九个微挠性精调模块5。

如附图2所示的整体结构爆炸图，所述的基板1为一个矩形框体类零件，其各边截面为L字母形状，框体外边界的一侧为基板连接面7，在所述的基板连接面7上，框体的四个边每边各均匀布置了两个盖板安装孔6，在L形截面构成的凹槽上有一个基板受力面13，所述基板受力面13上呈等边三角形布局了三个承载面8，其中一个承载面8位于所述基板1一边的中点，另外两个承载面8均匀布局于所述基板1的对边上。所述的光学元件2为一个正方形薄片类零件，其中的一个大平面为正面14，另一个大平面为反面12。所述的盖板3为一个四格网状零件，其四个边上与所述基板1上的盖板安装孔6对应的位置分别布局了两个盖板连接孔9，所述的盖板3上呈3×3的位置关系均匀布置了九个过孔11，每个过孔11的周围布局了四个精调模块安装孔10。

如附图3所示，一个微挠性精调模块5包括两个直角块53，四个精调模块安装螺钉16，四个直角块安装螺钉38，一个精调模块箱体20，一个十字弹性件49，一个微力传感器46，一个挠性精调件43，一个微动调节螺钉25，一个微动调节弹簧26，一个微动调节螺母41，一个宏动调节转接块34，一个宏动调节螺钉33，一个宏动调节弹簧32，一个宏动调节螺母31，一个精调模块盖板37和四个精调模块盖板安装螺钉36。

所述的直角块53是一个截面为L形的块体类零件，其一面上有两个直角块连接孔15，另一面为直角块安装面39，其上有两个精调模块连接孔52。所述精调模块箱体20和所述精调模块盖板37表面上对应位置分别布置了两个直角块安装孔18。

所述精调模块箱体20的一个端面有一个过孔17，其开口面上四个角的位置有四个精调模块盖板安装孔19，内部表面有一个挠性精调件导向凸台21和一个宏动调节转接块导向凸台23，一个侧面有一个微动调节螺钉通过孔22，另一个端面有一个宏动调节螺钉通过孔24。

所述的十字弹性件49为一个圆柱体类零件，其一个端面为光学元件接触面51，外圆柱面上沿着正交的方向分别切去了两道口，留下的材料构成了一个挠性十字轴50，所述的十字弹性件49的另外一个端面有一个微力传感器连接孔48。

所述的微力传感器46为一个中间凸起的回转类零件，一侧为一个连接螺柱47，另外一侧为安装螺柱45。

所述的挠性精调件43为一个外形为M形在两个方向都呈中心对称的块体类零件，其顶端有一个圆形的微力传感器安装孔44，块状结构的中间部分有一个方形的挠性精调件导向孔42，块状结构的两侧部分以中间部分左右对称，两侧部分与中间部分的相对面之间具有一个自顶端起渐宽的缝隙，两侧部分其中一个底部有一个微动调节螺钉通过孔27，另外一个底部有一个微动调节螺钉安装孔29，底部的两侧各有一个宏动调节转接块导向凸块40；

所述的宏动调节转接块34为一个外形近似n形的块体类零件，其内表面两侧分别有一个宏动调节转接块导向凹槽28，其端面有一个微动调节螺母安装孔30。所述的精调模块盖板为一个矩形板状零件，其表面的四个角各有一个精调模块盖板连接孔35。

所述的光学元件2通过其正面14与所述基板1的三个承载面8接触安装。所述的盖板3采用八个所述的盖板螺钉4通过所述的盖板3上的八个盖板连接孔9和所述的基板1上的八个盖板安装孔6进行连接安装。所述的9个微挠性精调模块5分别采用四个精调模块安装螺钉16通过两个所述的直角块53上的直角块连接孔15与所述的盖板3上的四个精调模块安装孔10进行连接安装。所述的两个直角块53分别采用两个所述的直角块安装螺钉38分别与所述的精调模块箱体20和所述的精调模块盖板37上的两个直角块安装孔18进行安装连接。所述的十字弹性件49上的光学元件接触面51与所述的光学元件2上的反面12进行接触安装。如附图4和5所示，所述的十字弹性件49上的微力传感器连接孔48与所述的微力传感器46上的连接螺柱47进行连接安装。所述的微力传感器46上的安装螺柱45与所述的挠性精调件43上的微力传感器安装孔44进行连接安装。所述的挠性精调件43上的挠性精调件导向孔42与所述精调模块箱体20上的挠性精调件导向凸台21进行接触安装。所述的挠性精调件43上的宏动调节转接块导向凸块40与所述宏动调节转接块34上的宏动调节转接块导向凹槽28进行接触安装；所述的宏动调节转接块34与所述的精调模块箱体20上的宏动调节转接块导向凸台23进行接触安装。所述的微动调节螺母41与所述的挠性精调件43上的微动调节螺钉安装孔29进行连接安装。所述的微动调节螺钉25穿过所述的微动调节螺钉通过孔27和所述的微动调节弹簧26与所述的微动调节螺母41进行连接安装。所述的宏动调节螺母31与所述的宏动调节转接块34上的微动调节螺母安装孔30进行连接安装。所述的宏动调节螺钉33穿过所述的宏动调节弹簧32与所述的宏动调节螺母31连接安装。所述的精调模块盖板37采用四个所述的精调模块盖板安装螺钉36通过四个所述的精调模块盖板连接孔35与精调模块箱体20上的精调模块盖板安装孔19进行连接安装。

工作原理：当进行宏观调节时，转动宏动调节螺母31，宏动调节螺母31推动宏动调节转接块34及挠性精调件43整体在挠性精调件导向凸台21的导向下水平向光学元件2施加正压力；当需要进行微观调节时，转动微动调节螺钉25，挠性精调件43上的两侧部分在微动调节螺钉25的作用下沿宏动调节转接块34上的宏动调节转接块导向凹槽28相向或反向移动，由于挠性精调件43上的两侧部分与中间部分存在一个渐宽的缝隙，两侧部分在发生竖直位移的同时会产生水平位移，水平压力通过十字弹性件49传递给光学元件2。挠性精调件43通过合理的结构设计，可以将其运动输入件微动调节螺钉25的调整精度进行放大，使得挠性精调件43的输出调整精度大大提高。通过合理的宏动调节转接块34设计使得宏动调节过程和微动调节过程互不影响。通过微力传感器46的引入使得面型调整过程处于实时监控的状态。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种大口径光学元件的微挠性结构宏微结合精调装置，其特征在于，该装置包括基板、光学元件、盖板、盖板螺钉和微挠性精调模块；

所述光学元件通过其自身的正面与基板内的三个支撑面接触安装，所述盖板通过盖板螺钉将光学元件固定在底框内部，所述微挠性精调模块安装在盖板上，微挠性精调模块采用宏动调节和微动调节相结合的方式来进行光学元件面型的调节，采用弹簧作为宏动调节的主要零件实现对光学元件面型的初步调节，采用微挠性结构件作为微动调节的主要零件实现对光学元件面型的精确调节。

2.如权利要求1所述的大口径光学元件的微挠性结构宏微结合精调装置，其特征在于，所述基板各边截面为L字母形状，框体外边界的一侧为基板连接面，在所述的基板连接面上，框体的四个边每边各均匀布置了两个盖板安装孔，在L形截面构成的凹槽上有一个基板受力面，所述基板受力面上呈等边三角形布局了三个承载面，其中一个承载面位于所述基板一边的中点，另外两个承载面均匀布局于所述基板的对边上；所述的光学元件其中的一个大平面为正面，另一个大平面为反面；所述盖板为一个四格网状零件，其四个边上与所述基板上的盖板安装孔对应的位置分别布局了两个盖板连接孔，所述的盖板上呈3×3的位置关系均匀布置了九个过孔，每个过孔的周围布局了四个精调模块安装孔。

3.如权利要求1或2所述的大口径光学元件的微挠性结构宏微结合精调装置，其特征在于，所述微挠性精调模块包括精调模块箱体、十字弹性件、微力传感器、挠性精调件、微动调节螺钉，微动调节弹簧、微动调节螺母、宏动调节转接块、宏动调节螺钉、宏动调节弹簧和宏动调节螺母；

所述精调模块箱体的一个端面有一个过孔，内部表面有一个挠性精调件导向凸台和一个宏动调节转接块导向凸台，一个侧面有一个微动调节螺钉通过孔，另一个端面有一个宏动调节螺钉通过孔；

所述十字弹性件一个端面为光学元件接触面，外圆柱面上沿着正交的方向分别切掉两道口后形成一个挠性十字轴，所述的十字弹性件的另外一个端面有一个微力传感器连接孔；

所述微力传感器一侧为一个连接螺柱，另外一侧为安装螺柱；

所述挠性精调件是外形为M形的块状结构，其顶端有一个圆形的微力传感器安装孔，块状结构的中间部分有一个方形的挠性精调件导向孔，块状结构的两侧部分以中间部分左右对称，两侧部分与中间部分的相对面之间具有一个自顶端起渐宽的缝隙，两侧部分其中一个底部有一个微动调节螺钉通过孔，另外一个底部有一个微动调节螺钉安装孔，底部的两侧各有一个宏动调节转接块导向凸块；

所述宏动调节转接块内表面两侧分别有一个宏动调节转接块导向凹槽，其端面有一个微动调节螺母安装孔；

所述的十字弹性件上的光学元件接触面与光学元件的反面进行接触；所述十字弹性件上的微力传感器连接孔与微力传感器上的连接螺柱固定连接，所述微力传感器上的安装螺柱与挠性精调件上的微力传感器安装孔固定连接，所述的挠性精调件上的挠性精调件导向孔与精调模块箱体上的挠性精调件导向凸台滑动配合；所述挠性精调件上的宏动调节转接块导向凸块与所述宏动调节转接块上的宏动调节转接块导向凹槽为滑动配合；所述的宏动调节转接块与所述的精调模块箱体上的宏动调节转接块导向凸台为滑动配合；所述微动调节螺母与所述的挠性精调件上的微动调节螺钉安装孔固定连接，所述微动调节螺钉穿过挠性精调件上的微动调节螺钉通过孔和所述的微动调节弹簧与所述的微动调节螺母进行螺纹配合；所述的宏动调节螺母与所述的宏动调节转接块上的微动调节螺母安装孔固定连接，所述的宏动调节螺钉穿过所述的宏动调节弹簧与宏动调节螺母螺纹连接。