CN211180355U - 预应力可调节的薄膜夹持机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种预应力可调节的薄膜夹持机构，属于工装夹具领域。具体包括均为环形结构的下底板、固定环以及上压板；固定环对应设置在下底板的上端面处并通过紧固件与下底板间可拆卸连接紧固，上压板设置在固定环的上方且其通过可调节螺栓与下底板相连，位于上压板与下底板之间的可调节螺栓上套有压缩弹簧，上压板上具有环形并朝向下底板伸出用于顶压薄膜的压顶部。该机构能够针对平面薄膜透镜进行夹持和设置预应力，绷紧并设置预应力的薄膜受力和变形量均匀，无需额外主动驱动，结构简单，安装调整快捷，操作方便，可随时调整且夹持稳定性好。

Description

预应力可调节的薄膜夹持机构

技术领域

本实用新型属于工装夹具领域，具体涉及一种预应力可调节的薄膜夹持机构。

背景技术

薄膜夹持机构是用来固定薄膜的一个重要部分，薄膜采用的都是质量轻、透光性好的材料，可用作薄膜透镜，是代替玻璃透镜的一种新型材料，如PI(聚酰亚胺)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、PVC(聚氯乙烯)等。

薄膜用作衍射透镜的技术难点有两个：一个是在薄膜材料表面刻蚀微结构，另一个是薄膜的均匀夹持绷紧。其中，夹持机构能不能使薄膜受力和变形均匀关系到薄膜衍射透镜能否正常工作，这样就对薄膜夹持的均匀性提出了更高的要求。

目前，薄膜夹持机构大多数是针对薄膜反射镜的，这类夹持机构的重点在于均匀夹持薄膜边缘，并不能给薄膜设置预应力，需通过其他的方式对面形进行精确控制，如充气、静电拉伸等方式。这类薄膜反射镜的夹持机构国外已有研究，如美国空军研究室研制的静电边界控制的充气式薄膜反射镜，苏格兰斯特拉斯克莱德大学研制的真空式1.2m薄膜反射镜，美国NASA的4.88m静电薄膜反射镜，亚利桑那大学160mm静电薄膜反射镜等。

薄膜透镜的面形一般是平面，并在平面上刻蚀衍射面，从而具有透镜的性质，这类透镜通过夹持机构夹持并设置预应力，对薄膜的受力和变形均匀性要求较高。根据以上需求，要求这类薄膜夹持机构能够使薄膜受力均匀并绷紧，同时结构要尽量简单，从而提高其工作稳定性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种预应力可调节的薄膜夹持机构，使夹持后的薄膜受力和变形均匀、且薄膜的受力和变形量可调。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种预应力可调节的薄膜夹持机构，包括均为环形结构的下底板、固定环以及上压板；固定环对应设置在下底板的上端面处并通过紧固件与下底板间可拆卸连接紧固，上压板设置在固定环的上方且其通过可调节螺栓与下底板相连，位于上压板与下底板之间的可调节螺栓上套有压缩弹簧，上压板上具有环形并朝向下底板伸出用于顶压薄膜的压顶部。

进一步，上压板为绕轴线O₁O₂旋转而成的圆环形结构，其上绕圆环周向至少均匀分布有三个螺纹孔Ⅰ。

进一步，上压板的截面为L形，其上具有连接部与压顶部，螺纹孔Ⅰ设置在连接部上。

进一步，压顶部的底端为圆弧面Ⅰ。

进一步，下底板为绕轴线O₃O₄旋转而成的圆环形结构，其上绕圆环周向至少均匀分布有六个螺纹孔Ⅱ，螺纹孔Ⅱ的内侧还设有绕圆环周向开设的凹槽，上压板上的压顶部对应插装在凹槽内。

进一步，凹槽的内侧壁端头为圆弧面Ⅱ。

进一步，固定环对应设置在下底板的上端面上且位于凹槽外侧。

进一步，可调节螺栓穿过固定环后与下底板相连，压缩弹簧位于上压板与固定环之间。

进一步，上压板与下底板均由硬质材料制成。

进一步，上压板与下底板为金属或塑料材质。

本实用新型的有益效果在于：

该薄膜夹持机构通过可调节螺栓克服压缩弹簧的阻尼力来控制上压板的位移量，每个可调节螺栓的旋拧量可通过光栅尺或其他精确测量设备来度量，最终保证每一个可调节螺栓对应位置的上压板的位移量相同，从而实现薄膜的均匀夹持；同时，调节上压板的位移量大小还可以控制薄膜的受力大小。

该机构能够针对平面薄膜透镜进行夹持和设置预应力，采用固定环和下底板来压紧薄膜边缘，利用可调节螺栓的压紧力和压缩弹簧的阻尼力两者来控制上压板的位移量，从而将薄膜绷紧并给与一定的预应力。绷紧并设置预应力的薄膜受力和变形量均匀，无需额外主动驱动，结构简单，安装调整快捷，操作方便，可随时调整且夹持稳定性好。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为上压板的主视图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为下底板的主视图；

图5为图4的B-B剖视图；

图6为图1的主视图；

图7为图6的C-C剖视图。

附图标记：

下底板1、固定环2、上压板3、可调节螺栓4、压缩弹簧5、紧固螺钉6、薄膜7；压顶部301、连接部302、螺纹孔Ⅰ303、圆弧面Ⅰ304；螺纹孔Ⅱ101、凹槽102、圆弧面Ⅱ103。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图7，为一种预应力可调节的薄膜夹持机构，包括均为环形结构的下底板1、固定环2以及上压板3；固定环2对应设置在下底板1的上端面处并通过紧固件与下底板1间可拆卸连接紧固，上压板3设置在固定环2的上方且其通过可调节螺栓4与下底板相连，位于上压板3与下底板1之间的可调节螺栓4上套有压缩弹簧5，上压板3上具有环形并朝向下底板伸出用于顶压薄膜7的压顶部301。

本实施例中，薄膜夹持机构中的紧固件采用的是紧固螺钉6，薄膜7设置在下底板1与固定环2之间，下底板1和固定环2至少通过三个间隔设置的紧固螺钉6将薄膜7的边缘均匀压紧，而上压板3则与下底板1通过可调节螺栓4连接，可调节螺栓4优选也间隔均匀分布有三个(或以上)，上压板3上具有压顶部301，通过调节可调节螺栓4，可对应调节上压板3，从而使薄膜7绷紧并给与其一定的预紧力，其中压缩弹簧5产生的阻尼力可使上压板3在可调节螺栓4固定时处于锁紧状态。

本实施例中，上压板3是由截面为L形的板体绕轴线O₁O₂旋转而成的圆环形结构，该上压板3上可分为连接部302与压顶部301两部分，其中连接部302上绕圆环周向均匀分布有三个(或以上)螺纹孔Ⅰ303。圆环形结构的上压板3其中间为薄膜透镜的透光部分，均匀分布的三个螺纹孔Ⅰ303用于安装可调节螺栓4。压顶部301的底端为圆弧面Ⅰ304。该圆弧面Ⅰ304用于与薄膜7相接触，并通过该圆弧面Ⅰ304的下压来控制薄膜7的变形量。

上压板3是整个夹持机构的运动元件，通过上压板3上光滑的圆弧面Ⅰ304下压薄膜7，可使薄膜绷紧并具有一定预应力。从图7可以看出，上压板3与薄膜7接触并产生相对滑动的部位是圆弧面Ⅰ304，由于薄膜7很薄且表面可能有微结构，该特征在加工完成后必须进行抛光处理，以使圆弧面Ⅰ304表面光滑无毛疵，从而避免上压板3在下压过程中划伤或划破薄膜。

本实施例中，下底板1为绕轴线O₃O₄旋转而成的圆环形结构，其上绕圆环周向均匀分布有六个螺纹孔Ⅱ101，螺纹孔Ⅱ101的内侧还设有绕圆环周向开设的环形凹槽102，上压板3上的压顶部301对应插装在凹槽102内。该圆环形结构的下底板1中间为薄膜透镜7的透光部分，六个螺纹孔Ⅱ101均匀分布在其圆环形结构的边缘处，该六个螺纹孔Ⅱ101其中三个用以与可调节螺栓4配合，另外三个用以与紧固螺钉6相配合，对应实现上压板3以及固定环2的安装。从图5、图7可以看出，环形凹槽102位于下底板1的内侧，而凹槽的内侧壁端头为圆弧面Ⅱ103。凹槽102与上压板3的压顶部301相配合，圆弧面Ⅱ103则与薄膜7相接触，该圆弧面Ⅱ103同圆弧面Ⅰ304一样，均与薄膜7之间接触并有相对移动，同时会有摩擦，圆弧面Ⅱ103的特征能够对薄膜起到保护作用。

下底板1与固定环2相配合将薄膜7的边缘均匀夹持，保证薄膜7不产生褶皱，下底板1和固定环2中与薄膜7相接处的面均为平面，加工时要保证两者的平面度，使比较薄的薄膜7也能被均匀夹持，从而使薄膜7在受力绷紧时边缘是均匀固定的，否则容易出现边缘固定面变成多个固定点，施加预应力后的效果不好。保证薄膜边缘均匀夹持，可使薄膜的变形更加均匀。

本实施例中，固定环2对应设置在下底板1的上端面上且位于凹槽102外侧。可调节螺栓4穿过固定环2后与下底板1相连，压缩弹簧5位于上压板3与固定环2之间。下底板1和固定环2上的螺纹孔和通孔(用于穿过可调节螺栓4)需要预先布置好，保证对应可调节螺栓4的螺纹孔和对应紧固螺钉6的螺纹孔都均匀分布，且相互不发生干涉。

本实施例中，上压板3与下底板1均由硬质材料制成。可选用金属或塑料材质。

薄膜夹持机构的使用方法包括以下步骤：

(1)将薄膜用下底板和固定环夹紧，并使用紧固螺钉将三者压紧，使薄膜边缘均匀夹持；

(2)安装上压板，上压板的下移和锁紧采用的是可调节螺栓和压缩弹簧，由于压缩弹簧存在弹性力，上压板安装时需要将三个可调节螺栓以及压缩弹簧同时安装；

(3)施加预应力，通过计算薄膜预应力大小和形变量之间的关系，并经过计算机的仿真计算，最终确定上压板的下移量，通过可调节螺栓调整上压板，并使用光栅尺或其他测量工具控制上压板每个方向的移动量，保证上压板能够均匀下移，从而使薄膜受力均匀。

该薄膜夹持机构通过可调节螺栓克服压缩弹簧的阻尼力来控制上压板的位移量，每个可调节螺栓的旋拧量可通过光栅尺或其他精确测量设备来度量，最终保证每一个可调节螺栓对应位置的上压板的位移量相同，从而实现薄膜的均匀夹持；同时，调节上压板的位移量大小还可以控制薄膜的受力大小。

该机构能够针对平面薄膜透镜进行夹持和设置预应力，采用固定环和下底板来压紧薄膜边缘，利用可调节螺栓的压紧力和压缩弹簧的阻尼力两者来控制上压板的位移量，从而将薄膜绷紧并给与一定的预应力。绷紧并设置预应力的薄膜受力和变形量均匀，无需额外主动驱动，结构简单，安装调整快捷，操作方便，可随时调整且夹持稳定性好。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种预应力可调节的薄膜夹持机构，其特征在于：包括均为环形结构的下底板、固定环以及上压板；固定环对应设置在下底板的上端面处并通过紧固件与下底板间可拆卸连接紧固，上压板设置在固定环的上方且其通过可调节螺栓与下底板相连，位于上压板与下底板之间的可调节螺栓上套有压缩弹簧，上压板上具有环形并朝向下底板伸出以用于顶压薄膜的压顶部。

2.根据权利要求1所述的预应力可调节的薄膜夹持机构，其特征在于：上压板为绕轴线O₁O₂旋转而成的圆环形结构，其上绕圆环周向至少均匀分布有三个螺纹孔Ⅰ。

3.根据权利要求2所述的预应力可调节的薄膜夹持机构，其特征在于：上压板的截面为L形，其具有连接部与压顶部，螺纹孔Ⅰ设置在连接部上。

4.根据权利要求1-3任一所述的预应力可调节的薄膜夹持机构，其特征在于：压顶部的底端为圆弧面Ⅰ。

5.根据权利要求4所述的预应力可调节的薄膜夹持机构，其特征在于：下底板为绕轴线O₃O₄旋转而成的圆环形结构，其上绕圆环周向至少均匀分布有六个螺纹孔Ⅱ，螺纹孔Ⅱ的内侧还设有绕圆环周向开设的环形凹槽，上压板上的压顶部对应插装在凹槽内。

6.根据权利要求5所述的预应力可调节的薄膜夹持机构，其特征在于：凹槽的内侧壁端头为圆弧面Ⅱ。

7.根据权利要求5所述的预应力可调节的薄膜夹持机构，其特征在于：固定环对应设置在下底板的上端面上且位于凹槽外侧。

8.根据权利要求7所述的预应力可调节的薄膜夹持机构，其特征在于：可调节螺栓穿过固定环后与下底板相连，压缩弹簧位于上压板与固定环之间。

9.根据权利要求1所述的预应力可调节的薄膜夹持机构，其特征在于：上压板与下底板均由硬质材料制成。

10.根据权利要求9所述的预应力可调节的薄膜夹持机构，其特征在于：上压板与下底板为金属或塑料材质。

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