本發(fā)明涉及一種大口徑光學元件的微撓性結構宏微結合精調裝置，屬于機械設計及力學分析技術領域。

背景技術：

高功率激光光源是能源研究過程中用到的最為重要的工具之一,大口徑光學元件則是高功率激光光源中必不可少的基本元件。光學元件的面型質量直接關系到光束質量以至于激光光源能量輸出效率的高低。通常來講，光學元件自身的面型質量可以通過其前期的高精度加工技術來保證。但是，在實際的使用過程中光學元件的面型由于受到自身重力以及安裝夾持系統(tǒng)作用力的相互影響，其實際面型往往難以預測以至于嚴重影響到了激光光源的能量輸出效率。然而，光學元件以其具有較高的彈性特性而可以通過面型的精密調整方法來進行精密調節(jié)。為此，亟需設計一種大口徑光學元件的微撓性結構宏微結合精調裝置。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種大口徑光學元件的微撓性結構宏微結合精調裝置，能夠采用簡單易行的結構以宏動調節(jié)和微動調節(jié)相結合的方式，實現(xiàn)對大口徑光學元件面型的高分辨率微力調節(jié)。

一種大口徑光學元件的微撓性結構宏微結合精調裝置，該裝置包括基板、光學元件、蓋板、蓋板螺釘和微撓性精調模塊；

所述光學元件通過其自身的正面與基板內的三個支撐面接觸安裝，所述蓋板通過蓋板螺釘將光學元件固定在底框內部，所述微撓性精調模塊安裝在蓋板上，微撓性精調模塊采用宏動調節(jié)和微動調節(jié)相結合的方式來進行光學元件面型的調節(jié)，采用彈簧作為宏動調節(jié)的主要零件實現(xiàn)對光學元件面型的初步調節(jié)，采用微撓性結構件作為微動調節(jié)的主要零件實現(xiàn)對光學元件面型的精確調節(jié)。

進一步地，所述基板為一個矩形框體類零件，其各邊截面為l字母形狀，框體外邊界的一側為基板連接面，在所述的基板連接面上，框體的四個邊每邊各均勻布置了兩個蓋板安裝孔，在l形截面構成的凹槽上有一個基板受力面，所述基板受力面上呈等邊三角形布局了三個承載面，其中一個承載面位于所述基板一邊的中點，另外兩個承載面均勻布局于所述基板的對邊上；所述的光學元件為一個正方形薄片類零件，其中的一個大平面為正面，另一個大平面為反面；所述蓋板為一個四格網狀零件，其四個邊上與所述基板上的蓋板安裝孔對應的位置分別布局了兩個蓋板連接孔，所述的蓋板上呈3×3的位置關系均勻布置了九個過孔，每個過孔的周圍布局了四個精調模塊安裝孔。

進一步地，所述微撓性精調模塊包括精調模塊箱體、十字彈性件、微力傳感器、撓性精調件、微動調節(jié)螺釘，微動調節(jié)彈簧、微動調節(jié)螺母、宏動調節(jié)轉接塊、宏動調節(jié)螺釘、宏動調節(jié)彈簧和宏動調節(jié)螺母；

所述精調模塊箱體的一個端面有一個過孔，內部表面有一個撓性精調件導向凸臺和一個宏動調節(jié)轉接塊導向凸臺，一個側面有一個微動調節(jié)螺釘通過孔，另一個端面有一個宏動調節(jié)螺釘通過孔；

所述十字彈性件為一個圓柱體類零件，其一個端面為光學元件接觸面，外圓柱面上沿著正交的方向分別切掉兩道口后形成一個撓性十字軸，所述的十字彈性件的另外一個端面有一個微力傳感器連接孔；

所述微力傳感器為一個中間凸起的回轉類零件，一側為一個連接螺柱，另外一側為安裝螺柱；

所述撓性精調件是外形為m形的塊狀結構，其頂端有一個圓形的微力傳感器安裝孔，塊狀結構的中間部分有一個方形的撓性精調件導向孔，塊狀結構的兩側部分以中間部分左右對稱，兩側部分與中間部分的相對面之間具有一個自頂端起漸寬的縫隙，兩側部分其中一個底部有一個微動調節(jié)螺釘通過孔，另外一個底部有一個微動調節(jié)螺釘安裝孔，底部的兩側各有一個宏動調節(jié)轉接塊導向凸塊；

所述宏動調節(jié)轉接塊為一個外形為n字形的塊裝零件，其內表面兩側分別有一個宏動調節(jié)轉接塊導向凹槽，其端面有一個微動調節(jié)螺母安裝孔；

所述的十字彈性件上的光學元件接觸面與光學元件的反面進行接觸；所述十字彈性件上的微力傳感器連接孔與微力傳感器上的連接螺柱固定連接，所述微力傳感器上的安裝螺柱與撓性精調件上的微力傳感器安裝孔固定連接，所述的撓性精調件上的撓性精調件導向孔與精調模塊箱體上的撓性精調件導向凸臺滑動配合；所述撓性精調件上的宏動調節(jié)轉接塊導向凸塊與所述宏動調節(jié)轉接塊上的宏動調節(jié)轉接塊導向凹槽為滑動配合；所述的宏動調節(jié)轉接塊與所述的精調模塊箱體上的宏動調節(jié)轉接塊導向凸臺為滑動配合；所述微動調節(jié)螺母與所述的撓性精調件上的微動調節(jié)螺釘安裝孔固定連接，所述微動調節(jié)螺釘穿過撓性精調件上的微動調節(jié)螺釘通過孔和所述的微動調節(jié)彈簧與所述的微動調節(jié)螺母進行螺紋配合；所述的宏動調節(jié)螺母與所述的宏動調節(jié)轉接塊上的微動調節(jié)螺母安裝孔固定連接，所述的宏動調節(jié)螺釘穿過所述的宏動調節(jié)彈簧與宏動調節(jié)螺母螺紋連接。

有益效果：

1、本發(fā)明采用宏動調節(jié)和微動調節(jié)相結合的方式來進行光學元件面型的調節(jié)，采用彈簧作為宏動調節(jié)的主要零件，實現(xiàn)對光學元件面型的初步調節(jié)，采用微撓性結構件作為微動調節(jié)的主要零件，實現(xiàn)對光學元件面型的精確調節(jié)。這種宏微結合的方式可以減少精密調節(jié)的行程，進而提高精密調節(jié)過程的精度。

2、本發(fā)明的精密調節(jié)過程中所采用的微撓性結構件通過合理的結構設計，可以將其運動輸入件精調螺釘的調整精度進行放大，使得微撓性結構件的輸出調整精度大大提高。通過合理的連接件設計使得宏動調節(jié)過程和微動調節(jié)過程互不影響。通過力傳感器的引入使得面型調整過程處于實時監(jiān)控的狀態(tài)。

3、本發(fā)明的十字彈性件被切掉兩道口后形成呈現(xiàn)出十字交叉的的轉軸結構，在壓緊過程中撓性十字軸可以根據光學元件表面情況自適應轉動，使得撓性接觸件與光學元件進行完全的法向壓緊，接觸面為面接觸，可以有效的避免壓緊裝置對光學元件表面造成的應力集中。由于運動執(zhí)行部件中具有點接觸的傳動環(huán)節(jié)，壓緊過程的扭矩不會傳遞到光學元件，只會對光學元件施加正向壓力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的整體結構爆炸圖；

圖3為本發(fā)明中微撓性精調模塊結構爆炸圖；

圖4為本發(fā)明中微撓性精調模塊結構三維圖；

圖5為本發(fā)明中微撓性精調模塊結構的剖面圖；

圖6為本發(fā)明撓性精調件的結構示意圖。

其中，1、基板，2、光學元件，3、蓋板，4、蓋板螺釘，5、微撓性精調模塊，6、蓋板安裝孔，7、基板連接面，8、承載面，9、蓋板連接孔，10、精調模塊安裝孔，11、過孔，12、反面，13、基板受力面，14、正面，15、直角塊連接孔，16、精調模塊安裝螺釘，17、過孔，18、直角塊安裝孔，19、精調模塊蓋板安裝孔，20、精調模塊箱體，21、撓性精調件導向凸臺，22、微動調節(jié)螺釘通過孔，23、宏動調節(jié)轉接塊導向凸臺，24、宏動調節(jié)螺釘通過孔，25、微動調節(jié)螺釘，26、微動調節(jié)彈簧，27、微動調節(jié)螺釘通過孔，28、宏動調節(jié)轉接塊導向凹槽，29、微動調節(jié)螺釘安裝孔，30、微動調節(jié)螺母安裝孔，31、宏動調節(jié)螺母，32、宏動調節(jié)彈簧，33、宏動調節(jié)螺釘，34、宏動調節(jié)轉接塊，35、精調模塊蓋板連接孔，36、精調模塊蓋板安裝螺釘，37、精調模塊蓋板，38、直角塊安裝螺釘，39、直角塊安裝面，40、宏動調節(jié)轉接塊導向凸塊，41、微動調節(jié)螺母，42、撓性精調件導向孔，43、撓性精調件，44、微力傳感器安裝孔，45、安裝螺柱，46、微力傳感器，47、連接螺柱，48、微力傳感器連接孔，49、十字彈性件，50、撓性十字軸，51、光學元件接觸面，52、精調模塊連接孔，53、直角塊。

具體實施方式

下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

如附圖1所示，本發(fā)明提供了一種大口徑光學元件的微撓性結構宏微結合精調裝置，該裝置包括一個基板1、一個光學元件2、一個蓋板3、八個蓋板螺釘4以及九個微撓性精調模塊5。

如附圖2所示的整體結構爆炸圖，所述的基板1為一個矩形框體類零件，其各邊截面為l字母形狀，框體外邊界的一側為基板連接面7，在所述的基板連接面7上，框體的四個邊每邊各均勻布置了兩個蓋板安裝孔6，在l形截面構成的凹槽上有一個基板受力面13，所述基板受力面13上呈等邊三角形布局了三個承載面8，其中一個承載面8位于所述基板1一邊的中點，另外兩個承載面8均勻布局于所述基板1的對邊上。所述的光學元件2為一個正方形薄片類零件，其中的一個大平面為正面14，另一個大平面為反面12。所述的蓋板3為一個四格網狀零件，其四個邊上與所述基板1上的蓋板安裝孔6對應的位置分別布局了兩個蓋板連接孔9，所述的蓋板3上呈3×3的位置關系均勻布置了九個過孔11，每個過孔11的周圍布局了四個精調模塊安裝孔10。

如附圖3所示，一個微撓性精調模塊5包括兩個直角塊53，四個精調模塊安裝螺釘16，四個直角塊安裝螺釘38，一個精調模塊箱體20，一個十字彈性件49，一個微力傳感器46，一個撓性精調件43，一個微動調節(jié)螺釘25，一個微動調節(jié)彈簧26，一個微動調節(jié)螺母41，一個宏動調節(jié)轉接塊34，一個宏動調節(jié)螺釘33，一個宏動調節(jié)彈簧32，一個宏動調節(jié)螺母31，一個精調模塊蓋板37和四個精調模塊蓋板安裝螺釘36。

所述的直角塊53是一個截面為l形的塊體類零件，其一面上有兩個直角塊連接孔15，另一面為直角塊安裝面39，其上有兩個精調模塊連接孔52。所述精調模塊箱體20和所述精調模塊蓋板37表面上對應位置分別布置了兩個直角塊安裝孔18。

所述精調模塊箱體20的一個端面有一個過孔17，其開口面上四個角的位置有四個精調模塊蓋板安裝孔19，內部表面有一個撓性精調件導向凸臺21和一個宏動調節(jié)轉接塊導向凸臺23，一個側面有一個微動調節(jié)螺釘通過孔22，另一個端面有一個宏動調節(jié)螺釘通過孔24。

所述的十字彈性件49為一個圓柱體類零件，其一個端面為光學元件接觸面51，外圓柱面上沿著正交的方向分別切去了兩道口，留下的材料構成了一個撓性十字軸50，所述的十字彈性件49的另外一個端面有一個微力傳感器連接孔48。

所述的微力傳感器46為一個中間凸起的回轉類零件，一側為一個連接螺柱47，另外一側為安裝螺柱45。

所述的撓性精調件43為一個外形為m形在兩個方向都呈中心對稱的塊體類零件，其頂端有一個圓形的微力傳感器安裝孔44，塊狀結構的中間部分有一個方形的撓性精調件導向孔42，塊狀結構的兩側部分以中間部分左右對稱，兩側部分與中間部分的相對面之間具有一個自頂端起漸寬的縫隙，兩側部分其中一個底部有一個微動調節(jié)螺釘通過孔27，另外一個底部有一個微動調節(jié)螺釘安裝孔29，底部的兩側各有一個宏動調節(jié)轉接塊導向凸塊40；

所述的宏動調節(jié)轉接塊34為一個外形近似n形的塊體類零件，其內表面兩側分別有一個宏動調節(jié)轉接塊導向凹槽28，其端面有一個微動調節(jié)螺母安裝孔30。所述的精調模塊蓋板為一個矩形板狀零件，其表面的四個角各有一個精調模塊蓋板連接孔35。

所述的光學元件2通過其正面14與所述基板1的三個承載面8接觸安裝。所述的蓋板3采用八個所述的蓋板螺釘4通過所述的蓋板3上的八個蓋板連接孔9和所述的基板1上的八個蓋板安裝孔6進行連接安裝。所述的9個微撓性精調模塊5分別采用四個精調模塊安裝螺釘16通過兩個所述的直角塊53上的直角塊連接孔15與所述的蓋板3上的四個精調模塊安裝孔10進行連接安裝。所述的兩個直角塊53分別采用兩個所述的直角塊安裝螺釘38分別與所述的精調模塊箱體20和所述的精調模塊蓋板37上的兩個直角塊安裝孔18進行安裝連接。所述的十字彈性件49上的光學元件接觸面51與所述的光學元件2上的反面12進行接觸安裝。如附圖4和5所示，所述的十字彈性件49上的微力傳感器連接孔48與所述的微力傳感器46上的連接螺柱47進行連接安裝。所述的微力傳感器46上的安裝螺柱45與所述的撓性精調件43上的微力傳感器安裝孔44進行連接安裝。所述的撓性精調件43上的撓性精調件導向孔42與所述精調模塊箱體20上的撓性精調件導向凸臺21進行接觸安裝。所述的撓性精調件43上的宏動調節(jié)轉接塊導向凸塊40與所述宏動調節(jié)轉接塊34上的宏動調節(jié)轉接塊導向凹槽28進行接觸安裝；所述的宏動調節(jié)轉接塊34與所述的精調模塊箱體20上的宏動調節(jié)轉接塊導向凸臺23進行接觸安裝。所述的微動調節(jié)螺母41與所述的撓性精調件43上的微動調節(jié)螺釘安裝孔29進行連接安裝。所述的微動調節(jié)螺釘25穿過所述的微動調節(jié)螺釘通過孔27和所述的微動調節(jié)彈簧26與所述的微動調節(jié)螺母41進行連接安裝。所述的宏動調節(jié)螺母31與所述的宏動調節(jié)轉接塊34上的微動調節(jié)螺母安裝孔30進行連接安裝。所述的宏動調節(jié)螺釘33穿過所述的宏動調節(jié)彈簧32與所述的宏動調節(jié)螺母31連接安裝。所述的精調模塊蓋板37采用四個所述的精調模塊蓋板安裝螺釘36通過四個所述的精調模塊蓋板連接孔35與精調模塊箱體20上的精調模塊蓋板安裝孔19進行連接安裝。

工作原理：當進行宏觀調節(jié)時，轉動宏動調節(jié)螺母31，宏動調節(jié)螺母31推動宏動調節(jié)轉接塊34及撓性精調件43整體在撓性精調件導向凸臺21的導向下水平向光學元件2施加正壓力；當需要進行微觀調節(jié)時，轉動微動調節(jié)螺釘25，撓性精調件43上的兩側部分在微動調節(jié)螺釘25的作用下沿宏動調節(jié)轉接塊34上的宏動調節(jié)轉接塊導向凹槽28相向或反向移動，由于撓性精調件43上的兩側部分與中間部分存在一個漸寬的縫隙，兩側部分在發(fā)生豎直位移的同時會產生水平位移，水平壓力通過十字彈性件49傳遞給光學元件2。撓性精調件43通過合理的結構設計，可以將其運動輸入件微動調節(jié)螺釘25的調整精度進行放大，使得撓性精調件43的輸出調整精度大大提高。通過合理的宏動調節(jié)轉接塊34設計使得宏動調節(jié)過程和微動調節(jié)過程互不影響。通過微力傳感器46的引入使得面型調整過程處于實時監(jiān)控的狀態(tài)。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。