本發(fā)明涉及一種大徑厚比光學元件的多功能夾持系統(tǒng)，屬于機械設(shè)計及力學分析技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

大型和超大型光學系統(tǒng)中，使用了大量的大口徑光學元件，一般徑厚比大于40，容易發(fā)生變形，影響到系統(tǒng)的光學性能。傳統(tǒng)的夾持方式針對這種大口徑光學元件通常采用密封膠條等非金屬柔性材料作為與光學元件的直接接觸元件。然而，該類非金屬材料在高功率密度激光光路中極易產(chǎn)生分解，分解產(chǎn)生的大量微小顆粒將造成光路的嚴重污染，破壞光路系統(tǒng)的高潔凈環(huán)境。

高功率密度光學系統(tǒng)對其光路中的巨量大徑厚比光學元件具有高面型精度以及高潔凈度的嚴格要求。由于夾持元件導致的應力集中對面型和穩(wěn)定性的威脅是該領(lǐng)域的巨大挑戰(zhàn)。

因此，為解決高功率密度光學系統(tǒng)中大徑厚比大徑厚比光學元件面型精度與潔凈度之間的矛盾，亟需設(shè)計一種基于金屬材料且滿足夾持要求的大徑厚比大徑厚比光學元件多功能夾持系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種大徑厚比光學元件的多功能夾持系統(tǒng)，系統(tǒng)采用簡單易行的結(jié)構(gòu)以彈性夾持、多自由度自適應調(diào)節(jié)以及壓緊力測量相結(jié)合的方式，實現(xiàn)對大徑厚比光學元件高面型質(zhì)量的多功能夾持。

一種大徑厚比光學元件的多功能夾持系統(tǒng)，該夾持系統(tǒng)包括元件框、光學元件、夾持模塊和壓緊螺釘；

所述光學元件通過夾持模塊的固定在元件框內(nèi)，夾持模塊通過壓緊螺釘固定在元件框上，所述夾持模塊通過夾持模塊安裝面與元件框固定連接，所述夾持模塊的光學元件接觸面與光學元件的表面接觸并傳遞壓力，夾持模塊能夠?qū)崿F(xiàn)光學元件接觸面相對于夾持模塊安裝面在x軸方向轉(zhuǎn)動、y軸方向轉(zhuǎn)動以及z軸方向平動三個自由度的自適應調(diào)節(jié)，進而保證夾持模塊的光學元件接觸面與光學元件時刻處于面接觸的狀態(tài)。

進一步地，所述夾持模塊為一體化的立體三維結(jié)構(gòu)，令夾持模塊的長、寬和高三個方向分別為x、y和z；主體包括浮動基塊、外y軸變形梁、內(nèi)y軸變形梁、z字浮動塊、兩個夾持模塊支撐塊、x軸彈性轉(zhuǎn)軸和z向變形梁；

所述z向變形梁位于所述夾持模塊支撐塊的上部，通過接受所述x軸彈性轉(zhuǎn)軸上的z方向載荷可以使得所述z向變形梁與所述x軸彈性轉(zhuǎn)軸接觸的部分產(chǎn)生z方向上的位移；夾持模塊安裝面位于所述夾持模塊支撐塊的下表面，壓緊螺釘安裝面位于所述z向變形梁的上表面，壓緊螺釘連接孔位于所述壓緊螺釘安裝面上且對稱的位于所述x軸彈性轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)；所述浮動基塊通過所述x軸彈性轉(zhuǎn)軸與所述z向變形梁進行連接；所述x軸彈性轉(zhuǎn)軸通過接受來自于所述浮動基塊繞x軸的轉(zhuǎn)矩可以實現(xiàn)所述浮動基塊相對于z向變形梁在x方向的轉(zhuǎn)動；上平面位于所述浮動基塊的上表面；兩個壓緊螺釘通過孔沿y軸方向?qū)ΨQ的布置于上平面上，其主要作用是在壓緊螺釘安裝的過程中能夠通過所述浮動基塊；線纜導出孔為貫穿于所述浮動基塊的通孔，主要用于所述電阻應變片的電橋電路連續(xù)及其配套電源線的走線；所述z字浮動塊通過所述外y軸變形梁和所述內(nèi)y軸變形梁與所述浮動基塊進行連接，電阻應變片分別位于所述外y軸變形梁和所述內(nèi)y軸變形梁的內(nèi)側(cè)，主要用于感測所述外y軸變形梁和所述內(nèi)y軸變形梁由于受到所述z字浮動塊傳遞過來的外力而產(chǎn)生的變形，并將其轉(zhuǎn)化為電信號供配套的測量系統(tǒng)進行分析、處理和測量；所述外y軸變形梁和所述內(nèi)y軸變形梁用于感測來自所述z字浮動塊的外力并產(chǎn)生繞y軸的形變，其合成的變形結(jié)果則是造成所述z字浮動塊沿著光學元件法向方向平動而自適應的減少其沿著y軸方向的轉(zhuǎn)動，并且由于此變形的中心對稱性可以使得所述電阻應變片的數(shù)值一致，進而有效的保證測量電路的穩(wěn)定性；所述z字浮動塊為一個實心的z字形塊體，用于將所述夾持模塊與所述光學元件之間的相互作用力剛性的傳遞給所述外y軸變形梁和所述內(nèi)y軸變形梁；所述光學元件接觸面位于所述z字浮動塊的下表面，該光學元件接觸面為具有高平面度要求的小平面，用于所述夾持模塊和所述光學元件進行接觸安裝。

有益效果：

1、在本發(fā)明采用的夾持模塊支撐塊和z向變形梁相結(jié)合的夾持模塊固定方式，采用金屬材料制造彈性結(jié)構(gòu)替換了常規(guī)的無機非金屬彈性元件，解決了這部分結(jié)構(gòu)在高功率激光光路中實際應用過程中所遇到的高潔凈度要求的難題。與此同時，通過本夾持模塊固定方式的設(shè)計可以使得壓緊螺釘在壓緊過程的一定范圍內(nèi)壓緊力與壓緊的位移呈可控的線性關(guān)系，有效的避免了常規(guī)壓緊方式中壓緊力隨壓緊位移突變的現(xiàn)象，有利于實現(xiàn)對光學元件壓緊力的有效控制。

2、在本發(fā)明采用的z向變形梁、x軸彈性轉(zhuǎn)軸、外y軸變形梁和內(nèi)y軸變形梁相結(jié)合的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)光學元件接觸面相對于夾持模塊安裝面在x軸方向的轉(zhuǎn)動、y軸方向的轉(zhuǎn)動以及z軸方向的平動等三個自由度的自適應調(diào)節(jié)，進而保證夾持模塊的光學元件接觸面與光學元件壓緊面時刻處于面接觸的狀態(tài)，有效的避免常規(guī)安裝方式中存在的線接觸甚至點接觸的現(xiàn)象發(fā)生，有利于控制光學元件面型。

3、在本發(fā)明采用的外y軸變形梁、內(nèi)y軸變形梁、電阻應變片及其配套測量系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)夾持模塊對光學元件壓緊過程中壓緊力的實時測量，可以實現(xiàn)對光學元件各個壓緊點上壓緊力的定量控制。并且，由于外y軸變形梁和內(nèi)y軸變形梁在變形過程中呈中心對稱的特點，可以有效保證四個電阻應變片所采集到的應變值絕對值的一致性，有利于提高壓緊力測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性

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)明的一個夾持模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1、壓緊螺釘，2、夾持模塊，3、元件框，4、光學元件，5、夾持模塊安裝螺紋孔，6、元件安裝凹槽面，7、光學元件壓緊面，8、夾持模塊接觸面，9、光學元件安裝面，10、上平面，11、壓緊螺釘通過孔，12、線纜導出孔，13、電阻應變片，14、外y軸變形梁，15、z字浮動塊，16、內(nèi)y軸變形梁，17、光學元件接觸面，18、夾持模塊支撐塊，19、x軸彈性轉(zhuǎn)軸，20、z向變形梁，21、壓緊螺釘安裝面，22、壓緊螺釘連接孔，23、夾持模塊安裝面，24、浮動基塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

如附圖1所示，本發(fā)明提供了大徑厚比光學元件的多功能夾持系統(tǒng)，該夾持系統(tǒng)包括一個元件框3、一個光學元件4、八個夾持模塊2以及十六個壓緊螺釘1。

如附圖2所示的整體結(jié)構(gòu)爆炸圖，所述元件框3為一個外形為矩形的環(huán)狀塊體類零件，其上有一個夾持模塊接觸面8。所述夾持模塊接觸面8上四個邊每邊布置兩對共八對夾持模塊安裝螺紋孔5，其中每一對夾持模塊安裝螺紋孔5對應一個夾持模塊2。所述元件框3的內(nèi)側(cè)有一個元件安裝凹槽面6，該元件安裝凹槽面6為一個方形環(huán)狀平面，用于安裝光學元件4。所述光學元件4為一個矩形塊狀透明的薄板類零件，其包括一個光學元件安裝面9和一個光學元件壓緊面7。

如附圖3所示的一個夾持模塊結(jié)構(gòu)示意圖，所述一個夾持模塊2為一個外形為t字形且在z軸方向上呈對稱結(jié)構(gòu)分布的三維塊體類零件，其包括一個浮動基塊24，一個上平面10，兩個壓緊螺釘通過孔11，一個線纜導出孔12，四個電阻應變片13，一個外y軸變形梁14，一個內(nèi)y軸變形梁16，一個z字浮動塊15，一個光學元件接觸面17，兩個夾持模塊支撐塊18，一個x軸彈性轉(zhuǎn)軸19，一個z向變形梁20，兩個壓緊螺釘安裝面21，兩個壓緊螺釘連接孔22以及兩個夾持模塊安裝面23。所述z向變形梁20位于所述夾持模塊支撐塊18的上部，通過接受所述x軸彈性轉(zhuǎn)軸19上的z方向載荷可以使得所述z向變形梁20與所述x軸彈性轉(zhuǎn)軸19接觸的部分產(chǎn)生z方向上的位移。所述夾持模塊安裝面23位于所述夾持模塊支撐塊18的下表面。所述壓緊螺釘安裝面21位于所述z向變形梁20的上表面。所述壓緊螺釘連接孔22位于所述壓緊螺釘安裝面21上且對稱的位于所述x軸彈性轉(zhuǎn)軸19的兩側(cè)。所述浮動基塊24通過所述x軸彈性轉(zhuǎn)軸19與所述z向變形梁20進行連接。所述x軸彈性轉(zhuǎn)軸19通過接受來自于所述浮動基塊24繞x軸的轉(zhuǎn)矩可以實現(xiàn)所述浮動基塊24相對于所述z向變形梁20在x方向的轉(zhuǎn)動。所述上平面10位于所述浮動基塊24的上表面。所述兩個壓緊螺釘通過孔11沿y軸方向?qū)ΨQ的布置于所述上平面10上，其主要作用是在壓緊螺釘1安裝的過程中能夠通過所述浮動基塊24。所述線纜導出孔12為貫穿于所述浮動基塊24的通孔，主要用于所述電阻應變片13的電橋電路連續(xù)及其配套電源線的走線。所述z字浮動塊15通過所述外y軸變形梁14和所述內(nèi)y軸變形梁16與所述浮動基塊24進行連接安裝。所述電阻應變片13分別位于所述外y軸變形梁14和所述內(nèi)y軸變形梁16的內(nèi)側(cè)，主要用于感測所述外y軸變形梁14和所述內(nèi)y軸變形梁16由于受到所述z字浮動塊15傳遞過來的外力而產(chǎn)生的變形，并將其轉(zhuǎn)化為電信號供配套的測量系統(tǒng)進行分析、處理和測量。所述外y軸變形梁14和所述內(nèi)y軸變形梁16主要用于感測來自所述z字浮動塊15的外力并產(chǎn)生繞y軸的形變，其合成的變形結(jié)果則是造成所述z字浮動塊15沿著光學元件4法向方向平動而自適應的減少其沿著y軸方向的轉(zhuǎn)動，并且由于此變形的中心對稱性可以使得所述電阻應變片13的數(shù)值一致，進而有效的保證測量電路的穩(wěn)定性。所述z字浮動塊15為一個實心的z字形塊體，主要同于將所述夾持模塊2與所述光學元件4之間的相互作用力剛性的傳遞給所述外y軸變形梁14和所述內(nèi)y軸變形梁16。所述光學元件接觸面17位于所述z字浮動塊15的下表面，該光學元件接觸面17為具有高平面度要求的小平面，主要用于所述夾持模塊2和所述光學元件4進行接觸安裝。

所述光學元件4通過其光學元件安裝面9與所述元件框3上的元件安裝凹槽面6進行接觸安裝。所述每一個夾持模塊2都是采用兩個所述壓緊螺釘1通過所述壓緊螺釘連接孔22與所述元件框3上的夾持模塊安裝螺紋孔5進行螺紋連接安裝的，所述夾持模塊安裝面23與所述夾持模塊接觸面8進行接觸安裝。所述夾持模塊2通過其光學元件接觸面17與所述光學元件4上的光學元件壓緊面7進行接觸安裝。

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，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。