CN207611184U - 一种五维光栅调整架 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种五维光栅调整架，属于光栅调整架技术领域，由上而下依次包括手动调节机构、俯仰和旋转调节机构、偏转调节机构、平移调节机构和支撑底板，本实用新型通过手动调节机构手动调节框架的俯仰角度，通过俯仰和旋转调节机构调节框架和光栅的俯仰、绕法线旋转，通过偏转调节机构实现框架和光栅绕垂直线旋转，通过平移调节机构实现框架和光栅的平移，同时，手动调节机构、俯仰和旋转调节机构、偏转调节机构、平移调节机构沿着垂直方向依次设置，以充分利用框架下方空间，结构新颖，调节精度高。

Description

一种五维光栅调整架

技术领域

本实用新型属于光栅调整架技术领域，具体地说涉及一种五维光栅调整架。

背景技术

压缩器是超短脉冲激光系统必不可少的一部分，负责放大后的激光脉冲在时间上的压缩。随着激光相关技术的进步与峰值功率的不断提升，压缩器的核心器件——光栅的口径也在不断扩大。数PW级OPCPA技术平台的压缩器由两组相互平行的光栅对称放置完成脉冲压缩，能够输出能量百焦耳，脉冲宽度压缩至20fs量级，为达成这一目标，需用四块米级光栅。

为了节约建造成本，需要在有限的压缩器空间内实现米级光栅的五维调整，现有的调整架驱动装置位于光栅背面，需占用很大的空间，无法安装在现有的压缩器中。

实用新型内容

考虑到光栅后部空间较小，发明人采用了底部放置驱动装置的调整架。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种五维光栅调整架，所述光栅的外围设有框架，所述调整架由上而下依次包括手动调节机构、俯仰和旋转调节机构、偏转调节机构、平移调节机构和支撑底板，所述手动调节机构、俯仰和旋转调节机构之间设有第一支撑板，所述俯仰和旋转调节机构、偏转调节机构之间设有第二支撑板，所述偏转调节机构、平移调节机构之间设有第三支撑板；

所述俯仰和旋转调节机构包括平行设置且结构相同的中间调节机构、左侧调节机构和右侧调节机构，所述左侧调节机构包括驱动组件和导向组件，所述驱动组件包括第一电机、第一滚珠丝杠、上楔形块和下楔形块，所述上楔形块和下楔形块的斜面相对设置，所述第一电机固设于第二支撑板上表面，其输出端与第一滚珠丝杠的螺杆连接，所述下楔形块的垂直面与第一滚珠丝杠的螺母固连，所述上楔形块的水平面与第一支撑板下表面连接，所述上楔形块的垂直面、下楔形块的水平面以及上楔形块和下楔形块相对设置的斜面处均设有导向组件。

进一步，所述手动调节机构包括调节杆、顶块和固定块，所述顶块和固定块的底部均与第一支撑板固连，所述调节杆沿着框架的长度方向设置，且其与第一支撑板上表面线接触。

进一步，所述调节杆位于顶块和固定块之间，所述顶块上贯穿有用于顶紧调节杆的调节螺栓。

进一步，所述第一支撑板上表面固设有顶部开有第一凹槽的支撑柱，所述框架的侧面设有嵌入第一凹槽内的第一球头，其底部位于调节杆的上方且两者为线接触。

手动调节机构采用线支撑结构，加强框架底部承载能力，调节框架的俯仰角度同时，避免多点支撑造成框架局部变形，进而影响光栅。

进一步，所述导向组件包括导向块和导轨，所述导向块位于导轨上，且导向块可沿着导轨滑动，位于上楔形块垂直面处的导向组件的导轨通过导轨固定块与第二支撑板上表面固连，其导向块与上楔形块的垂直面固连，位于下楔形块水平面处的导向组件的导轨与第二支撑板上表面固连，其导向块与下楔形块的水平面固连，位于上楔形块和下楔形块相对设置的斜面处的导向组件的导轨与下楔形块斜面固连，其其导向块与上楔形块斜面固连。

进一步，所述第一支撑板下表面与上楔形块的水平面对应处设有第二球头，所述中间调节机构、左侧调节机构和右侧调节机构的上楔形块的水平面处设有正对第二球头的第二凹槽，且3个第二凹槽中的其中一者的纵截面为锥形，其中一者的纵截面为V型，其中一者的纵截面为U型。

俯仰和旋转调节机构采用结构紧凑的三点支撑结构，同时，采用相对设置的上楔形块和下楔形块，满足调整架低厚度的要求，采用导向组件满足调整架高精度的要求。同时，第二球头与第二凹槽定位配合，通过中间调节机构、左侧调节机构和右侧调节机构联动，实现光栅和框架的俯仰、绕法线旋转操作。其中，中间调节机构独立实现俯仰操作，左侧调节机构和右侧调节机构联动实现绕法线旋转操作。

进一步，所述偏转调节机构包括交叉滚子轴承、第二电机和第二滚珠丝杠，所述交叉滚子轴承的外圈与第三支撑板上表面固连，其内圈与第二支撑板下表面固连，所述第二滚珠丝杠的螺杆与第二电机的输出端固连，其螺母与第二支撑板下表面固连，所述第二电机固设于第三支撑板上表面。

由于调整架位于偏转调节机构以上的部分重量及尺寸大，因此，选择大尺寸薄型交叉滚子轴承做回转支承，满足调整架高精度、低厚度和高载荷的要求。所述交叉滚子轴承的支撑直径约为350mm，其厚度控制在30mm以内，其额定动负载能力达到吨级，其内部为负游隙状态，为框架提供稳固的支撑。

进一步，所述平移调节机构包括平移驱动组件和平移导向组件，所述平移驱动组件包括第三电机和第三滚珠丝杠，所述第三电机固设于第三支撑板下表面，其输出端连接第三滚珠丝杠的螺杆，所述第三滚珠丝杠的螺母固设于支撑底板上表面，为了给交叉滚子轴承提供稳定支撑，采用2对平移导向组件分布支撑的结构，即所述平移导向组件平行且间隔的设有4个。

进一步，所述平移导向组件包括滑轨和位于滑轨上的滑块，所述滑轨固设于支撑底板上表面，所述滑块固设于第三支撑板下表面。

进一步，所述支撑底板上设有腰形槽，所述滑轨位于腰形槽内，便于固定，同时降低整体高度。

本实用新型的有益效果是：

通过手动调节机构手动调节框架的俯仰角度，通过俯仰和旋转调节机构调节框架和光栅的俯仰、绕法线旋转，通过偏转调节机构实现框架和光栅绕垂直线旋转，通过平移调节机构实现框架和光栅的平移，同时，手动调节机构、俯仰和旋转调节机构、偏转调节机构、平移调节机构沿着垂直方向依次设置，以充分利用框架下方空间，结构新颖，调节精度高。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的整体结构的侧视图；

图3是手动调节机构的侧视图；

图4是手动调节机构的俯视图；

图5是俯仰和旋转调节机构的前视图；

图6是俯仰和旋转调节机构的侧视图；

图7是俯仰和旋转调节机构的俯视图；

图8是偏转调节机构的后视图；

图9是偏转调节机构的俯视图；

图10是平移调节机构的侧视图；

图11是平移调节机构的俯视图。

附图中：1-光栅、2-框架、3-手动调节机构、4-俯仰和旋转调节机构、5-偏转调节机构、6-平移调节机构、7-支撑底板、8-第一支撑板、9-第二支撑板、10-第三支撑板、11-框架提手、12-第一球头、13-支撑柱、14-第一凹槽、15-固定块、16-调节杆、17-顶块、18-调节螺栓、19-第一电机、20-导轨固定块、21-上楔形块、22-下楔形块、23-导轨、24-导向块、25-导轨、26-导向块、27-导轨、28-导向块、29-第一滚珠丝杠、30-交叉滚子轴承、31-第二电机、32-第二滚珠丝杠、33-第三电机、34-第三滚珠丝杠、35-滑轨、36-滑块。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本实用新型创造。

实施例一：

如图1-2所示，一种五维光栅调整架，所述光栅1的外围设有框架2，所述调整架由上而下依次包括手动调节机构3、俯仰和旋转调节机构4、偏转调节机构5、平移调节机构6和支撑底板7，同时，所述手动调节机构3、俯仰和旋转调节机构4之间设有第一支撑板8，所述俯仰和旋转调节机构4、偏转调节机构5之间设有第二支撑板9，所述偏转调节机构5、平移调节机构6之间设有第三支撑板10，支撑底板7与压缩器的底面固连。

如图1-4所示，所述手动调节机构3包括调节杆16、顶块17和固定块15，所述顶块17和固定块15的底部均与第一支撑板8固连，所述调节杆16沿着框架2的长度方向设置，且其与第一支撑板8上表面线接触。所述调节杆16位于顶块17和固定块15之间，所述顶块17上贯穿有用于顶紧调节杆16的调节螺栓18。所述第一支撑板8上表面固设有顶部开有第一凹槽14的支撑柱13，所述框架2的侧面设有嵌入第一凹槽14内的第一球头12，其底部位于调节杆16的上方且两者为线接触。第一凹槽14与第一球头12配合，以限制框架2的二维平移自由度，同时，框架2与调节杆16可相对转动，便于手动调节框架2的俯仰角度。手动调节机构3采用线支撑结构，加强框架2底部承载能力，同时，避免多点支撑造成框架2局部变形，进而影响光栅1。此外，框架2顶部设有框架提手11，便于移动框架2。

实施例二：

如图1-2和图5-7所示，所述俯仰和旋转调节机构4包括平行且间隔设置、结构相同的中间调节机构、左侧调节机构和右侧调节机构。所述左侧调节机构包括驱动组件和导向组件，所述驱动组件包括第一电机19、第一滚珠丝杠29、上楔形块21和下楔形块22，所述上楔形块21和下楔形块22的斜面相对设置，所述第一电机19为步进电机，其固设于第二支撑板9上表面，其输出端与第一滚珠丝杠29的螺杆连接，所述下楔形块22的垂直面与第一滚珠丝杠29的螺母固连，也就是说，启动第一电机19，可带动下楔形块22和第一滚珠丝杠29的螺母产生直线移动，同时，所述上楔形块21的水平面与第一支撑板8下表面连接，也就是说，上楔形块21与第一支撑板8连接为一体，下楔形块22与上楔形块21可产生相对移动。

同时，所述上楔形块21的垂直面、下楔形块22的水平面以及上楔形块21和下楔形块22相对设置的斜面处均设有导向组件。所述导向组件包括导向块和导轨，所述导向块位于导轨上，且导向块可沿着导轨滑动。其中，位于上楔形块21垂直面处的导向组件的导轨23通过导轨固定块20与第二支撑板9上表面固连，其导向块24与上楔形块21的垂直面固连。位于下楔形块22水平面处的导向组件的导轨25与第二支撑板9上表面固连，其导向块26与下楔形块22的水平面固连。位于上楔形块21和下楔形块22相对设置的斜面处的导向组件的导轨27与下楔形块22斜面固连，其其导向块28与上楔形块21斜面固连。也就是说，当下楔形块22产生直线移动时，由于上楔形块21和下楔形块22的斜面相对设置，促使上楔形块21在垂直方向上产生位移，进而改变第一支撑板8和第二支撑板9的间距，即改变调整架的厚度。

此外，所述第一支撑板8下表面与上楔形块21的水平面对应处设有第二球头，所述中间调节机构、左侧调节机构和右侧调节机构的的上楔形块21的水平面处设有正对第二球头的第二凹槽，也就是说，3个上楔形21的水平面处均设有第二凹槽，且3个第二凹槽中的其中一者的纵截面为锥形，其中一者的纵截面为V型，其中一者的纵截面为U型(即槽底为平面)。所述俯仰和旋转调节机构4采用结构紧凑的三点支撑结构，同时，采用相对设置的上楔形块21和下楔形块22，满足调整架低厚度的要求，采用导向组件满足调整架高精度的要求。同时，第二球头与第二凹槽定位配合。此外，将3个第二凹槽的纵截面设置成不同形状，通过中间调节机构、左侧调节机构和右侧调节机构联动，实现光栅1和框架2的俯仰、绕法线旋转操作，其中，中间调节机构独立实现第一支撑板8及位于第一支撑板8上方机构的俯仰操作，俯仰调整精度为0.76μrad/step，左侧调节机构和右侧调节机构联动实现第一支撑板8及位于第一支撑板8上方机构的绕法线旋转操作，旋转调整精度为0.60μrad/step。

实施例三：

如图1-2和图8-9所示，所述偏转调节机构5包括交叉滚子轴承30、第二电机31和第二滚珠丝杠32，所述交叉滚子轴承30的外圈与第三支撑板10上表面固连，其内圈与第二支撑板9下表面固连，也就是说，交叉滚子轴承30的外圈和内圈相对转动时，可带动第二支撑板9和第三支撑板10相对转动，以实现第二支撑板9及位于第二支撑板9上方机构的偏转。所述第二滚珠丝杠32的螺杆与第二电机31的输出端固连，其螺母与第二支撑板9下表面固连，所述第二电机31为步进电机，其固设于第三支撑板10上表面。

由于调整架位于偏转调节机构5以上的部分重量及尺寸大，因此，选择大尺寸薄型交叉滚子轴承30做回转支承，满足调整架高精度、低厚度和高载荷的要求。所述交叉滚子轴承30的支撑直径约为350mm，其厚度控制在30mm以内，其额定动负载能力达到吨级，其内部为负游隙状态，为框架提供稳固的支撑，偏转调整精度为0.45μrad/step。

实施例四：

如图1-2和图9-11所示，所述平移调节机构6包括平移驱动组件和平移导向组件，所述平移驱动组件包括第三电机33和第三滚珠丝杠34，所述第三电机33为步进电机，其固设于第三支撑板10下表面，其输出端连接第三滚珠丝杠34的螺杆，所述第三滚珠丝杠34的螺母固设于支撑底板7上表面，为了给交叉滚子轴承30提供稳定支撑，采用2对平移导向组件分布支撑的结构，即所述平移导向组件平行且间隔的设有4个。所述平移导向组件包括滑轨35和位于滑轨35上的滑块36，所述滑轨35固设于支撑底板7上表面，所述滑块36固设于第三支撑板10下表面。所述支撑底板7上设有腰形槽，所述滑轨35位于腰形槽内，便于固定，同时降低整体高度。也就是说，第三滚珠丝杠34的螺母与支撑底板7固设为一体，启动第三电机33，带动第三滚珠丝杠34的螺杆、第三支撑板10及位于第三支撑板10上方机构实现直线平移，平移调整精度为0.73μm/step。

以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种五维光栅调整架，所述光栅的外围设有框架，其特征在于，由上而下依次包括手动调节机构、俯仰和旋转调节机构、偏转调节机构、平移调节机构和支撑底板，所述手动调节机构、俯仰和旋转调节机构之间设有第一支撑板，所述俯仰和旋转调节机构、偏转调节机构之间设有第二支撑板，所述偏转调节机构、平移调节机构之间设有第三支撑板；

所述俯仰和旋转调节机构包括平行设置且结构相同的中间调节机构、左侧调节机构和右侧调节机构，所述左侧调节机构包括驱动组件和导向组件，所述驱动组件包括第一电机、第一滚珠丝杠、上楔形块和下楔形块，所述上楔形块和下楔形块的斜面相对设置，所述第一电机固设于第二支撑板上表面，其输出端与第一滚珠丝杠的螺杆连接，所述下楔形块的垂直面与第一滚珠丝杠的螺母固连，所述上楔形块的水平面与第一支撑板下表面连接，所述上楔形块的垂直面、下楔形块的水平面以及上楔形块和下楔形块相对设置的斜面处均设有导向组件。

2.根据权利要求1所述的一种五维光栅调整架，其特征在于，所述手动调节机构包括调节杆、顶块和固定块，所述顶块和固定块的底部均与第一支撑板固连，所述调节杆沿着框架的长度方向设置，且其与第一支撑板上表面线接触。

3.根据权利要求2所述的一种五维光栅调整架，其特征在于，所述调节杆位于顶块和固定块之间，所述顶块上贯穿有用于顶紧调节杆的调节螺栓。

4.根据权利要求3所述的一种五维光栅调整架，其特征在于，所述第一支撑板上表面固设有顶部开有第一凹槽的支撑柱，所述框架的侧面设有嵌入第一凹槽内的第一球头，其底部位于调节杆的上方且两者为线接触。

5.根据权利要求1所述的一种五维光栅调整架，其特征在于，所述导向组件包括导向块和导轨，所述导向块位于导轨上，且导向块可沿着导轨滑动，位于上楔形块垂直面处的导向组件的导轨通过导轨固定块与第二支撑板上表面固连，其导向块与上楔形块的垂直面固连，位于下楔形块水平面处的导向组件的导轨与第二支撑板上表面固连，其导向块与下楔形块的水平面固连，位于上楔形块和下楔形块相对设置的斜面处的导向组件的导轨与下楔形块斜面固连，其导向块与上楔形块斜面固连。

6.根据权利要求5所述的一种五维光栅调整架，其特征在于，所述第一支撑板下表面与上楔形块的水平面对应处设有第二球头，所述中间调节机构、左侧调节机构和右侧调节机构的上楔形块的水平面处设有正对第二球头的第二凹槽，且3个第二凹槽中的其中一者的纵截面为锥形，其中一者的纵截面为V型，其中一者的纵截面为U型。

7.根据权利要求1所述的一种五维光栅调整架，其特征在于，所述偏转调节机构包括交叉滚子轴承、第二电机和第二滚珠丝杠，所述交叉滚子轴承的外圈与第三支撑板上表面固连，其内圈与第二支撑板下表面固连，所述第二滚珠丝杠的螺杆与第二电机的输出端固连，其螺母与第二支撑板下表面固连，所述第二电机固设于第三支撑板上表面。

8.根据权利要求1所述的一种五维光栅调整架，其特征在于，所述平移调节机构包括平移驱动组件和平移导向组件，所述平移驱动组件包括第三电机和第三滚珠丝杠，所述第三电机固设于第三支撑板下表面，其输出端连接第三滚珠丝杠的螺杆，所述第三滚珠丝杠的螺母固设于支撑底板上表面，所述平移导向组件平行且间隔的设有4个。

9.根据权利要求8所述的一种五维光栅调整架，其特征在于，所述平移导向组件包括滑轨和位于滑轨上的滑块，所述滑轨固设于支撑底板上表面，所述滑块固设于第三支撑板下表面。

10.根据权利要求9所述的一种五维光栅调整架，其特征在于，所述支撑底板上设有腰形槽，所述滑轨位于腰形槽内。