本發(fā)明涉及一種大口徑光學(xué)元件的多力與力矩耦合面型精調(diào)系統(tǒng)，屬于機械設(shè)計及力學(xué)分析技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

大口徑光學(xué)元件是伴隨著人類社會對激光能量的要求日益增加而逐漸形成的一類較為特殊的光學(xué)元件。一般來講，大口徑光學(xué)元件與同等級別的常規(guī)光學(xué)元件并沒有本質(zhì)上的區(qū)別。它們之間最大的不同就在于，大口徑光學(xué)元件在尺寸上的增加導(dǎo)致了光學(xué)元件自身重力對其面型產(chǎn)生了更加顯著的影響，其需要的用于抑制該面型變化的裝校外力也明顯增加。在這樣的困難條件下，為了保證大口徑光學(xué)元件在線的全通光口徑使用條件，還不能對大口徑光學(xué)元件的中間部分進行夾持，因而只能通過其四周的夾持來對其面型進行調(diào)整。通過理論分析發(fā)現(xiàn)，僅通過正壓力來進行周向夾持很難達到理想的面型。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種大口徑光學(xué)元件的多力與力矩耦合面型精調(diào)系統(tǒng)，采用簡單易行的結(jié)構(gòu)以多力和力矩相耦合的方式作為光學(xué)元件的支撐點，實現(xiàn)對大口徑光學(xué)元件面型的精密調(diào)節(jié)。

一種大口徑光學(xué)元件的多力與力矩耦合面型精調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括支撐座、光學(xué)元件、基準(zhǔn)板、八個力與力矩調(diào)整模塊以及八個基準(zhǔn)板安裝螺釘；

所述支撐座為一個方形框體類零件，其中有一個基準(zhǔn)板安裝面和一個支撐座凹槽面，所述基準(zhǔn)板安裝面上有八個基準(zhǔn)板安裝孔，所述支撐座凹槽面上有八個精密支撐平面；所述光學(xué)元件為一個平板類透射元件，其具有一個入射面和一個出射面；所述基準(zhǔn)板為一個方形平板結(jié)構(gòu)，其一面為力與力矩調(diào)整模塊安裝面，所述力與力矩調(diào)整模塊安裝面上有八個基準(zhǔn)板連接孔和八個力與力矩調(diào)整模塊安裝凹槽，所述每一個力與力矩調(diào)整模塊安裝凹槽上有兩個力與力矩調(diào)整模塊安裝臺階和兩個力與力矩調(diào)整模塊安裝孔；力與力矩調(diào)整模塊上有兩個壓緊單元，其中一個壓緊單元與支撐光學(xué)元件的精密支撐平面的位置相對應(yīng)，用于對光學(xué)元件施加正應(yīng)力，另外一個壓緊單元相對支撐光學(xué)元件的精密支撐平面向光學(xué)元件的外側(cè)移動一段距離，用于對光學(xué)元件施加力矩。

進一步地，所述力與力矩調(diào)整模塊包括一個力與力矩調(diào)整模塊基體座，兩個雙自由度自適應(yīng)件，兩個力與力矩調(diào)整模塊安裝螺釘，兩個板塊式力傳感器，兩個彈簧，兩個彈簧定位片，兩個輸入螺釘，一個t形導(dǎo)塊，兩個輸入螺母，兩個t形導(dǎo)塊安裝螺釘；所述力與力矩調(diào)整模塊基體座為一個近似t字外形的中空塊狀零件，其上有兩個基體座腳面和一個基體座連接面，所述每一個基體座腳面上有一個力與力矩調(diào)整模塊連接孔，所述基體座連接面所在的平面上有兩個t形導(dǎo)塊安裝孔，四個走線孔，兩個板塊式力傳感器導(dǎo)向方孔，所述每個板塊式力傳感器導(dǎo)向方孔上有兩個板塊式力傳感器限位臺階。所述每個雙自由度自適應(yīng)件上有一個自適應(yīng)件安裝螺紋面和一個交叉筋用于實現(xiàn)雙自由度自適應(yīng)調(diào)節(jié)的功能；所述板塊式力傳感器上有一個彈簧定位孔；所述彈簧定位片上有一個彈簧定位凸臺；所述輸入螺釘上有一個圓弧接觸面；所述t形導(dǎo)塊上有兩個t形導(dǎo)塊腳面兩個t形導(dǎo)塊通孔，所述每一個t形導(dǎo)塊腳面上有一個t形導(dǎo)塊連接孔。所述輸入螺母有一個輸入螺母外圓面和一個輸入螺母內(nèi)圓面；

所述板塊式力傳感器為一個外形為“互”字形的塊體零件，其上有一個電路集成線用于連接傳感器所需要的電源線以及其輸出的信號線，有四個應(yīng)變單元用于將傳感器感知到的形貌變化轉(zhuǎn)化為傳感器的電信號變化，有一個矩形鏤空用于搭建傳感器的彈性變形結(jié)構(gòu)、提供傳感器測量電路走線空間以及創(chuàng)造傳感器電線的密封邊界，有一個雙自由度自適應(yīng)件安裝孔，有一個上橫梁用于將傳感器與其固定裝置連接，有一個下橫梁用于將傳感器與待測結(jié)構(gòu)連接，有一個左豎梁用于傳遞所述上橫梁上的作用力，有一個右豎梁用于傳遞所述下橫梁上的作用力，有一個上變形梁和一個下變形梁均用于為所述應(yīng)變單元提供微小變形；

所述光學(xué)元件通過其入射面與所述支撐座上的三個精密支撐平面進行接觸安裝；所述基準(zhǔn)板采用八個基準(zhǔn)板安裝螺釘通過八個基準(zhǔn)板連接孔與所述支撐座上的八個基準(zhǔn)板安裝孔進行連接安裝；所述力與力矩調(diào)整模塊采用兩個力與力矩調(diào)整模塊安裝螺釘通過兩個力與力矩調(diào)整模塊連接孔與所述基準(zhǔn)板上的兩個力與力矩調(diào)整模塊安裝孔進行連接安裝；所述雙自由度自適應(yīng)件與所述光學(xué)元件上的出射面進行接觸安裝；所述雙自由度自適應(yīng)件通過其上的自適應(yīng)件安裝螺紋面與所述板塊式力傳感器上的雙自由度自適應(yīng)件安裝孔進行連接安裝；所述板塊式力傳感器通過其自身側(cè)面與所述力與力矩調(diào)整模塊基體座上的板塊式力傳感器導(dǎo)向方孔進行接觸安裝；所述板塊式力傳感器上的電路集成線通過所述力與力矩調(diào)整模塊基體座上的走線幺形孔引出；所述板塊式力傳感器的軸線位置通過其上的上橫梁與所述力與力矩調(diào)整模塊基體座上的板塊式力傳感器限位臺階來進行限位；所述彈簧通過所述彈簧定位孔實現(xiàn)其與所述板塊式力傳感器之間的定位；所述彈簧定位片通過其上的彈簧定位凸臺實現(xiàn)其與所述彈簧之間的定位；所述輸入螺釘通過其上的圓弧接觸面與所述彈簧定位片進行接觸安裝；所述輸入螺釘通過所述輸入螺母內(nèi)圓面與所述輸入螺母進行連接安裝；所述輸入螺母通過其自身的輸入螺母外圓面與所述t形導(dǎo)塊上的t形導(dǎo)塊通孔進行連接安裝；所述t形導(dǎo)塊采用兩個t形導(dǎo)塊安裝螺釘通過所述t形導(dǎo)塊連接孔與所述力與力矩調(diào)整模塊基體座上的t形導(dǎo)塊安裝孔進行連接安裝。

有益效果：

1、本發(fā)明采用簡單機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式對大口徑的光學(xué)元件進行周向夾持，在所布置的每一個力與力矩調(diào)整模塊上有兩個壓緊單元，其中一個壓緊單元與支撐光學(xué)元件的精密支撐平面的位置相對應(yīng)，用于對光學(xué)元件施加正應(yīng)力，另外一個壓緊單元相對支撐光學(xué)元件的精密支撐平面向光學(xué)元件的外側(cè)移動了一段距離，用于對光學(xué)元件施加力矩。通過這樣的力與力矩調(diào)整模塊設(shè)計，不需要對光學(xué)元件中間通光口徑的區(qū)域進行支撐即可滿足其面型需求。

2、本發(fā)明的板塊式力傳感器為一個外形近似“互”字形的塊體類零件，通過本發(fā)明可以保證該傳感器的安裝力和待測力均穿過傳感器的中心，避免產(chǎn)生附加力矩二造成測量值不準(zhǔn)確以及對傳感器造成損害的現(xiàn)象。通過本發(fā)明可以極為有效的將待測應(yīng)變轉(zhuǎn)化到傳感器的測量電路，而傳感器的整體剛度可以保持在較高的水平。通過本發(fā)明的設(shè)計，其外形為薄塊類零件，有利于空間的合理利用簡化力與力矩調(diào)整模塊的整體結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)爆炸圖；

圖3為本發(fā)明的力與力矩調(diào)整模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4、5為本發(fā)明的力與力矩調(diào)整模塊結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖6為本發(fā)明的板塊式力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明的板塊式力傳感器三維結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1、基準(zhǔn)板安裝螺釘，2、支撐座，3、力與力矩調(diào)整模塊，4、基準(zhǔn)板，5、光學(xué)元件，6、基準(zhǔn)板安裝孔，7、基準(zhǔn)板安裝面，8、精密支撐平面，9、入射面，10、基準(zhǔn)板連接孔，11、力與力矩調(diào)整模塊安裝凹槽，12、力與力矩調(diào)整模塊安裝面，13、力與力矩調(diào)整模塊安裝臺階，14、力與力矩調(diào)整模塊安裝孔，15、出射面，16、支撐座凹槽面，17、力與力矩調(diào)整模塊連接孔，18、t形導(dǎo)塊安裝孔，19、走線孔，20、板塊式力傳感器限位臺階，21、交叉筋，22、力與力矩調(diào)整模塊安裝螺釘，23、自適應(yīng)件安裝螺紋面，24、雙自由度自適應(yīng)件，25、板塊式力傳感器，26、彈簧，27、彈簧定位凸臺，28、彈簧定位片，29、圓弧接觸面，30、輸入螺釘，31、t形導(dǎo)塊連接孔,32、t形導(dǎo)塊腳面，33、t形導(dǎo)塊安裝螺釘，34、t形導(dǎo)塊通孔，35、輸入螺母，36、輸入螺母外圓面，37、輸入螺母內(nèi)圓面，38、t形導(dǎo)塊，39、彈簧定位孔，40、基體座連接面，41、基體座腳面，42、力與力矩調(diào)整模塊基體座，43、板塊式力傳感器導(dǎo)向方孔，44、應(yīng)變單元，45、矩形鏤空，46、上橫梁，47、上變形梁，48、右豎梁，49、下變形梁，50、雙自由度自適應(yīng)件安裝孔，51、下橫梁，52、左豎梁，53、電路集成線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細(xì)描述。

如附圖1所示的一種大口徑光學(xué)元件的多力與力矩耦合面型精調(diào)系統(tǒng)，包括一個支撐座2、一個光學(xué)元件5、一個基準(zhǔn)板4、八個力與力矩調(diào)整模塊3以及八個基準(zhǔn)板安裝螺釘1。

如附圖2所示的整體結(jié)構(gòu)爆炸圖，所述支撐座2為一個方形框體類零件，其中有一個基準(zhǔn)板安裝面7和一個支撐座凹槽面16，所述基準(zhǔn)板安裝面7上有八個基準(zhǔn)板安裝孔6，所述支撐座凹槽面16上有八個精密支撐平面8。所述光學(xué)元件5為一個平板類透射元件，其具有一個入射面9和一個出射面15。所述基準(zhǔn)板4為一個方形平板結(jié)構(gòu)，其一面為力與力矩調(diào)整模塊安裝面12，所述力與力矩調(diào)整模塊安裝面12上有八個基準(zhǔn)板連接孔12和八個力與力矩調(diào)整模塊安裝凹槽11，所述每一個力與力矩調(diào)整模塊安裝凹槽11上有兩個力與力矩調(diào)整模塊安裝臺階13和兩個力與力矩調(diào)整模塊安裝孔14。

如附圖3、4和5所示，力與力矩調(diào)整模塊3包括一個力與力矩調(diào)整模塊基體座42，兩個雙自由度自適應(yīng)件24，兩個力與力矩調(diào)整模塊安裝螺釘22，兩個板塊式力傳感器25，兩個彈簧26，兩個彈簧定位片28，兩個輸入螺釘30，一個t形導(dǎo)塊38，兩個輸入螺母35，兩個t形導(dǎo)塊安裝螺釘33。所述力與力矩調(diào)整模塊基體座42為一個近似t字外形的中空塊狀零件，其上有兩個基體座腳面41和一個基體座連接面40，所述每一個基體座腳面41上有一個力與力矩調(diào)整模塊連接孔17，所述基體座連接面40所在的平面上有兩個t形導(dǎo)塊安裝孔18，四個走線孔19，兩個板塊式力傳感器導(dǎo)向方孔43，所述每個板塊式力傳感器導(dǎo)向方孔43上有兩個板塊式力傳感器限位臺階20。所述每個雙自由度自適應(yīng)件24上有一個自適應(yīng)件安裝螺紋面23和一個交叉筋21用于實現(xiàn)雙自由度自適應(yīng)調(diào)節(jié)的功能。所述板塊式力傳感器25上有一個彈簧定位孔39。所述彈簧定位片28上有一個彈簧定位凸臺27。所述輸入螺釘30上有一個圓弧接觸面29。所述t形導(dǎo)塊38上有兩個t形導(dǎo)塊腳面32兩個t形導(dǎo)塊通孔34，所述每一個t形導(dǎo)塊腳面32上有一個t形導(dǎo)塊連接孔31。所述輸入螺母35有一個輸入螺母外圓面36和一個輸入螺母內(nèi)圓面37。

如附圖6和7所示，,板塊式力傳感器25為一個外形近似“互”字形的塊體零件，其上有一個電路集成線53用于連接傳感器所需要的電源線以及其輸出的信號線，有四個應(yīng)變單元44用于將傳感器感知到的形貌變化轉(zhuǎn)化為傳感器的電信號變化，有一個矩形鏤空45用于搭建傳感器的彈性變形結(jié)構(gòu)、提供傳感器測量電路走線空間以及創(chuàng)造傳感器電線的密封邊界，有一個雙自由度自適應(yīng)件安裝孔50，有一個上橫梁46用于將傳感器與其固定裝置連接，有一個下橫梁51用于將傳感器與待測結(jié)構(gòu)連接，有一個左豎梁52用于傳遞所述上橫梁46上的作用力，有一個右豎梁48用于傳遞所述下橫梁51上的作用力，有一個上變形梁47和一個下變形梁49均用于為所述應(yīng)變單元44提供微小變形。

所述光學(xué)元件5通過其入射面9與所述支撐座2上的三個精密支撐平面8進行接觸安裝。所述基準(zhǔn)板4采用八個基準(zhǔn)板安裝螺釘1通過八個基準(zhǔn)板連接孔10與所述支撐座2上的八個基準(zhǔn)板安裝孔6進行連接安裝。所述力與力矩調(diào)整模塊3采用兩個力與力矩調(diào)整模塊安裝螺釘22通過兩個力與力矩調(diào)整模塊連接孔17與所述基準(zhǔn)板4上的兩個力與力矩調(diào)整模塊安裝孔14進行連接安裝。所述雙自由度自適應(yīng)件24與所述光學(xué)元件5上的出射面15進行接觸安裝。所述雙自由度自適應(yīng)件24通過其上的自適應(yīng)件安裝螺紋面與所述板塊式力傳感器25上的雙自由度自適應(yīng)件安裝孔50進行連接安裝。所述板塊式力傳感器25通過其自身側(cè)面與所述力與力矩調(diào)整模塊基體座42上的板塊式力傳感器導(dǎo)向方孔43進行接觸安裝。所述板塊式力傳感器25上的電路集成線53通過所述力與力矩調(diào)整模塊基體座42上的走線幺形孔19引出。所述板塊式力傳感器25的軸線位置通過其上的上橫梁46與所述力與力矩調(diào)整模塊基體座42上的板塊式力傳感器限位臺階20來進行限位。所述彈簧26通過所述彈簧定位孔39實現(xiàn)其與所述板塊式力傳感器25之間的定位關(guān)系。所述彈簧定位片28通過其上的彈簧定位凸臺27實現(xiàn)其與所述彈簧26之間的定位關(guān)系。所述輸入螺釘30通過其上的圓弧接觸面29與所述彈簧定位片28進行接觸安裝。所述輸入螺釘30通過所述輸入螺母內(nèi)圓面37與所述輸入螺母35進行連接安裝。所述輸入螺母35通過其自身的輸入螺母外圓面36與所述t形導(dǎo)塊38上的t形導(dǎo)塊通孔34進行連接安裝。所述t形導(dǎo)塊38采用兩個t形導(dǎo)塊安裝螺釘33通過所述t形導(dǎo)塊連接孔31與所述力與力矩調(diào)整模塊基體座42上的t形導(dǎo)塊安裝孔18進行連接安裝。

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(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。