專利名稱：一種鼠籠式高精度四維調整機構及其四自由度調整方法
技術領域：
本發明涉及一種高精度調整機構，具體涉及一種鼠籠式高精度四維調整機構及其四自由度調整方法。
背景技術：
在慣性約束激光核聚變裝置中，高通量大口徑高精度透鏡模塊調焦裝置是真空可控高通量大口徑光學聚焦與頻率轉換系統的核心組成部分。透鏡模塊中的各個光學元件的姿態及精密定位裝校需要相應的高精度調整裝置，以實現系統光學軸線與機械軸線的重合，從而保證大口徑光學聚焦與頻率轉換系統通過機械接口集成到激光慣性約束核聚變裝置上時，其光學精度能夠滿足裝置的設計要求，避免繁雜的在線光學調整。目前尚沒有成熟的裝置來實現大口徑楔形透鏡聚焦系統中光學元件的批量化高精度調整
發明內容
本發明的目的是提供一種鼠籠式高精度四維調整機構及其四自由度調整方法，以解決慣性約束激光核聚變裝置中楔形透鏡模塊內各種光學元件姿態的高精度調整問題。本發明的技術方案是:一種鼠籠式高精度四維調整機構包括鼠籠機構、透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件和透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件，透鏡光學元件模塊安裝在聚焦透鏡模塊移動機構上，聚焦透鏡模塊移動機構連同透鏡光學元件模塊一起安裝在鼠籠機構內，鼠籠機構的前側設置有透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件，鼠籠機構的后側設置有透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件，鼠籠機構是由上基板、下基板和兩個側板圍合而成的框體結構，鼠籠機構的前端框體內設置有前支撐框，鼠籠機構的后端框體內設置有后支撐框，上基板上設置有上導軌，下基板上設置有下導軌，聚焦透鏡模塊移動機構W通過其上的滑塊與上導軌4和下導軌配合安裝在鼠籠機構內，上基板、下基板和兩個側板的前后端面上均開有豁口，透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件包括前姿態調整板、四個第一鼠籠滑塊、八個第一鼠籠滑塊壓板、四個第一鼠籠滑塊調整釘座板和四個第一調整釘，前姿態調整板的四個邊框上各開有一個滑塊安裝口，第一鼠籠滑塊通過第一鼠籠滑塊壓板安裝在滑塊安裝口內，滑塊安裝口內還固定安裝有第一鼠籠滑塊調整釘座板，第一鼠籠滑塊調整釘座板位于第一鼠籠滑塊的內側，第一鼠籠滑塊調整釘座板上連接有第一調整釘，第一調整釘與第一鼠籠滑塊相抵用于第一調整鼠籠滑塊的位置，透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件包括后姿態調整板、四個第二鼠籠滑塊、八個第二鼠籠滑塊壓板、四個第二鼠籠滑塊調整釘座板和四個第二調整釘，后姿態調整板的四個邊框上各開有一個滑塊安裝口，第二鼠籠滑塊通過第二鼠籠滑塊壓板安裝在滑塊安裝口內，滑塊安裝口內還固定安裝有第二鼠籠滑塊調整釘座板，第二鼠籠滑塊調整釘座板位于第二鼠籠滑塊的內側，第二鼠籠滑塊調整釘座板上連接有第二調整釘，第二調整釘與第二鼠籠滑塊相抵用于調整第二鼠籠滑塊的位置，
前姿態調整板連接在鼠籠機構的前端面上，后姿態調整板安裝在鼠籠機構的后端面上，第一鼠籠滑塊處于上基板、下基板和兩個側板的前端面上的豁口內，且第一鼠籠滑塊與前支撐框相抵，第二鼠籠滑塊處于上基板、下基板和兩個側板的后端面上的豁口，且第二鼠籠滑塊與后支撐框相抵，前姿態調整板的兩側邊的上部和下部分別連接有兩個內六角圓柱頭螺釘，內六角圓柱頭螺釘兩側的內六角圓柱頭球端頭螺釘和內六角球端緊定螺釘，內六角圓柱頭螺釘的鎖緊端連接在前支撐框上，內六角圓柱頭球端頭螺釘和內六角球端緊定螺釘與前支撐框相抵。一種鼠籠式高精度四維調整機構實現四自由度的方法:通過調整透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件中四周的第一鼠籠滑塊調整釘座板4上的第一調整釘以及透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件中四周的第二鼠籠滑塊調整釘座板上的第二調整釘實現鼠籠機構內部的透鏡光學元件模塊上下、左右移動，實現2自由度調節；具體為:首先調整透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件中四周的第一鼠籠滑塊調整釘座板上的第一調整釘以及透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件中四周的第二鼠籠滑塊調整釘座板上的第二調整釘；通過固定在前姿態調整板上的第一鼠籠滑塊壓板之間的導向槽以及固定在后姿態調整板上的第二 鼠籠滑塊壓板之間的導向槽，實現第一鼠籠滑塊和第二鼠籠滑塊的上下、左右移動，第一鼠籠滑塊和第二鼠籠滑塊與前支撐框和后支撐框相配合，實現鼠籠機構內部的透鏡光學元件模塊上下、左右移動，實現2自由度運動；通過調整透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件上的內六角圓柱頭螺釘實現鼠籠內光學元件的俯仰、偏擺2自由度調節；具體為:首先松開透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件上的內六角圓柱頭螺釘，然后通過松開或擰緊內六角圓柱頭螺釘兩側的內六角圓柱頭球端頭螺釘和內六角球端緊定螺釘，通過內六角圓柱頭球端頭螺釘和內六角球端緊定螺釘作用在前支撐框上，調節鼠籠機構，實現俯仰和偏擺運動。上述方法是基于鼠籠式高精度四維調整機構實現的。本發明與現有技術相比具有以下效果:通過調整透鏡鼠籠姿態調整前/后支撐組件中四周的鼠籠滑塊調整釘座板上的調整釘(位于透鏡鼠籠前姿態調整板后側)實現鼠籠內光學元件的上下、左右移動2自由度調節；通過調整透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件上的內六角圓柱頭螺釘，以及其兩側的內六角圓柱頭球端頭螺釘和內六角球端緊定螺釘實現鼠籠內光學元件的俯仰、偏擺2自由度調節；本發明實現了真空可控高通量大口徑光學聚焦與頻率轉換系統中楔形透鏡模塊中光學元件姿態的4自由度高精度調整。便于實現系統光學軸線與機械軸線的重合，從而保證大口徑光學聚焦與頻率轉換系統通過機械接口集成到激光慣性約束核聚變裝置上時，其光學精度能夠滿足裝置的設計要求，避免繁雜的在線光學調整。本發明實現了鼠籠式調整機構的各個自由度相對獨立的解耦調整，具有穩定性好，調整方便，精度高的特點，其中俯仰、偏擺調整的精度依據監測儀器的精度，內調焦望遠鏡或者光電式自準直儀，精度可達到0.2角秒；上下、左右平移的精度依據監測儀器可達到IOum以內。
圖1是本發明的整體結構示意圖；圖2是聚焦透鏡模塊移動機構W連同透鏡光學元件模塊R —起安裝在本發明中的鼠籠機構D內的結構示意圖；圖3是本發明的鼠籠機構D的立體結構圖(后端面可見)；圖4本本發明的鼠籠機構D的立體結構圖(前端面可見)；圖5是本發明的透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件A的立體結構圖；圖6是本發明的透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件B的立體結構圖；圖7是圖5的Xl-Xl剖視圖；圖8是圖6的X2-X2剖視圖；圖9是圖1的X3處放大圖；圖10是圖1的X4處放大圖；圖11是圖1的X5-X5剖視圖；圖12是內六角圓柱頭螺釘A6的布置圖；圖13是圖12的X6-X6剖視`
圖14是內六角圓柱頭螺釘A6、內六角圓柱頭球端頭螺釘A7和內六角球端緊定螺釘A8的布置圖；圖15是內六角圓柱頭螺釘A6、內六角圓柱頭球端頭螺釘A7和內六角球端緊定螺釘AS與前支撐框D6的關系圖。
具體實施例方式具體實施方式
一:結合圖1至圖15說明本實施方式,本實施方式的一種鼠籠式高精度四維調整機構包括鼠籠機構D、透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件A和透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件B，透鏡光學元件模塊R安裝在聚焦透鏡模塊移動機構W上，聚焦透鏡模塊移動機構W連同透鏡光學元件模塊R—起安裝在鼠籠機構D內，鼠籠機構D的前側設置有透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件A，鼠籠機構D的后側設置有透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件B，鼠籠機構D是由上基板D1、下基板D2和兩個側板D3圍合而成的框體結構，鼠籠機構D的前端框體內設置有前支撐框D6，鼠籠機構D的后端框體內設置有后支撐框D7，上基板Dl上設置有上導軌D4，下基板D2上設置有下導軌D5，聚焦透鏡模塊移動機構W通過其上的滑塊與上導軌D4和下導軌D5配合安裝在鼠籠機構D內，上基板Dl、下基板D2和兩個側板D3的前后端面上均開有豁口 D8，透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件A包括前姿態調整板Al、四個第一鼠籠滑塊A2、八個第一鼠籠滑塊壓板A3、四個第一鼠籠滑塊調整釘座板A4和四個第一調整釘A5，前姿態調整板Al的四個邊框上各開有一個滑塊安裝口，第一鼠籠滑塊A2通過第一鼠籠滑塊壓板A3安裝在滑塊安裝口內，滑塊安裝口內還固定安裝有第一鼠籠滑塊調整釘座板A4，第一鼠籠滑塊調整釘座板A4位于第一鼠籠滑塊A2的內側，第一鼠籠滑塊調整釘座板A4上連接有第一調整釘A5，第一調整釘A5與第一鼠籠滑塊A2相抵用于第一調整鼠籠滑塊A2的位置，透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件B包括后姿態調整板B1、四個第二鼠籠滑塊B2、八個第二鼠籠滑塊壓板B3、四個第二鼠籠滑塊調整釘座板B4和四個第二調整釘B5，后姿態調整板BI的四個邊框上各開有一個滑塊安裝口，第二鼠籠滑塊B2通過第二鼠籠滑塊壓板B3安裝在滑塊安裝口內，滑塊安裝口內還固定安裝有第二鼠籠滑塊調整釘座板B4，第二鼠籠滑塊調整釘座板B4位于第二鼠籠滑塊B2的內側，第二鼠籠滑塊調整釘座板B4上連接有第二調整釘B5，第二調整釘B5與第二鼠籠滑塊B2相抵用于調整第二鼠籠滑塊B2的位置，前姿態調整板Al連接在鼠籠機構D的前端面上，后姿態調整板BI安裝在鼠籠機構D的后端面上，第一鼠籠滑塊A2處于上基板D1、下基板D2和兩個側板D3的前端面上的豁口 D8內，且第一鼠籠滑塊A2與前支撐框D6相抵，第二鼠籠滑塊B2處于上基板D1、下基板D2和兩個側板D3的后端面上的豁口 D8，且第二鼠籠滑塊A2與后支撐框D7相抵，前姿態調整板Al的兩側 邊的上部和下部分別連接有兩個內六角圓柱頭螺釘A6，內六角圓柱頭螺釘A6兩側的內六角圓柱頭球端頭螺釘A7和內六角球端緊定螺釘AS，內六角圓柱頭螺釘A6的鎖緊端連接在前支撐框D6上，內六角圓柱頭球端頭螺釘A7和內六角球端緊定螺釘AS與前支撐框D6相抵。
具體實施方式
二:結合圖1至圖13說明本實施方式，本實施方式的一種鼠籠式高精度四維調整機構實現四自由度的方法:通過調整透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件A中四周的第一鼠籠滑塊調整釘座板A4上的第一調整釘A5以及透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件B中四周的第二鼠籠滑塊調整釘座板B4上的第二調整釘B5實現鼠籠機構D內部的透鏡光學元件模塊R上下、左右移動，實現2自由度調節；具體為:首先調整透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件A中四周的第一鼠籠滑塊調整釘座板A4上的第一調整釘A5以及透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件B中四周的第二鼠籠滑塊調整釘座板B4上的第二調整釘B5 ;通過固定在前姿態調整板Al上的第一鼠籠滑塊壓板A3之間的導向槽以及固定在后姿態調整板BI上的第二鼠籠滑塊壓板B3之間的導向槽，實現第一鼠籠滑塊A2和第二鼠籠滑塊B2的上下、左右移動，第一鼠籠滑塊A2和第二鼠籠滑塊B2與前支撐框D6和后支撐框D7相配合，實現鼠籠機構D內部的透鏡光學元件模塊R上下、左右移動，實現2自由度運動；通過調整透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件上的內六角圓柱頭螺釘A6實現鼠籠內光學元件的俯仰、偏擺2自由度調節；具體為:首先松開透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件上的內六角圓柱頭螺釘A6，然后通過松開或擰緊內六角圓柱頭螺釘A6兩側的內六角圓柱頭球端頭螺釘A7和內六角球端緊定螺釘AS，通過內六角圓柱頭球端頭螺釘A7和內六角球端緊定螺釘AS作用在前支撐框D6上，調節鼠籠機構，實現俯仰和偏擺運動。俯仰運動即向下或向上擺動，偏擺運動即向左偏，向右擺動。本實施方式的調整方法是基于具體實施方式
一的調整機構實現的。
權利要求
1.一種鼠籠式高精度四維調整機構，其特征在于:鼠籠式高精度四維調整機構包括鼠籠機構(D)、透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件(A)和透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件(B)， 透鏡光學元件模塊(R)安裝在聚焦透鏡模塊移動機構(W)上，聚焦透鏡模塊移動機構(W)連同透鏡光學元件模塊(R) —起安裝在鼠籠機構(D)內，鼠籠機構(D)的前側設置有透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件(A)，鼠籠機構(D)的后側設置有透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件(B )，鼠籠機構(D )是由上基板(DI)、下基板(D2 )和兩個側板(D3 )圍合而成的框體結構，鼠籠機構(D)的前端框體內設置有前支撐框(D6)，鼠籠機構(D)的后端框體內設置有后支撐框(D7)，上基板(Dl)上設置有上導軌(D4)，下基板(D2)上設置有下導軌(D5)，聚焦透鏡模塊移動機構(W)通過其上的滑塊與上導軌(D4)和下導軌(D5)配合安裝在鼠籠機構(D)內，上基板(D1)、下基板(D2)和兩個側板(D3)的前后端面上均開有豁口(D8)， 透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件(A)包括前姿態調整板(Al)、四個第一鼠籠滑塊(A2)、八個第一鼠籠滑塊壓板(A3)、四個第 一鼠籠滑塊調整釘座板(A4)和四個第一調整釘(A5)，前姿態調整板(Al)的四個邊框上各開有一個滑塊安裝口，第一鼠籠滑塊(A2)通過第一鼠籠滑塊壓板(A3)安裝在滑塊安裝口內，滑塊安裝口內還固定安裝有第一鼠籠滑塊調整釘座板(A4)，第一鼠籠滑塊調整釘座板(A4)位于第一鼠籠滑塊(A2)的內側，第一鼠籠滑塊調整釘座板(A4)上連接有第一調整釘(A5)，第一調整釘(A5)與第一鼠籠滑塊(A2)相抵用于第一調整鼠籠滑塊(A2)的位置， 透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件(B)包括后姿態調整板(BI)、四個第二鼠籠滑塊(B2)、八個第二鼠籠滑塊壓板(B3)、四個第二鼠籠滑塊調整釘座板(B4)和四個第二調整釘(B5)，后姿態調整板(BI)的四個邊框上各開有一個滑塊安裝口，第二鼠籠滑塊(B2)通過第二鼠籠滑塊壓板(B3)安裝在滑塊安裝口內，滑塊安裝口內還固定安裝有第二鼠籠滑塊調整釘座板(B4)，第二鼠籠滑塊調整釘座板(B4)位于第二鼠籠滑塊(B2)的內側，第二鼠籠滑塊調整釘座板(B4)上連接有第二調整釘(B5)，第二調整釘(B5)與第二鼠籠滑塊(B2)相抵用于調整第二鼠籠滑塊(B2)的位置， 前姿態調整板(Al)連接在鼠籠機構(D)的前端面上，后姿態調整板(BI)安裝在鼠籠機構(D)的后端面上，第一鼠籠滑塊(A2)處于上基板(D1)、下基板(D2)和兩個側板(D3)的前端面上的豁口(D8)內，且第一鼠籠滑塊(A2)與前支撐框(D6)相抵，第二鼠籠滑塊(B2)處于上基板(D1)、下基板(D2)和兩個側板(D3)的后端面上的豁口(D8)，且第二鼠籠滑塊(A2)與后支撐框(D7)相抵， 前姿態調整板(Al)的兩側邊的上部和下部分別連接有兩個內六角圓柱頭螺釘(A6)，內六角圓柱頭螺釘(A6)兩側的內六角圓柱頭球端頭螺釘(A7)和內六角球端緊定螺釘(AS),內六角圓柱頭螺釘(A6)的鎖緊端連接在前支撐框(D6)上，內六角圓柱頭球端頭螺釘(A7)和內六角球端緊定螺釘(AS)與前支撐框(D6)相抵。
2.基于權利要求1所述的一種鼠籠式高精度四維調整機構實現的四自由度調整方法，其特征在于鼠籠式高精度四維調整機構4自由度調整方法的具體步驟為: 通過調整透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件(A)中四周的第一鼠籠滑塊調整釘座板(A4)上的第一調整釘(A5)以及透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件(B)中四周的第二鼠籠滑塊調整釘座板(B4)上的第二調整釘(B5 )實現鼠籠機構(D)內部的透鏡光學元件模塊(R)上下、左右移動，實現2自由度調節；具體為:首先調整透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件(A)中四周的第一鼠籠滑塊調整釘座板(A4)上的第一調整釘(A5)以及透鏡鼠籠姿態調整后支撐組件(B)中四周的第二鼠籠滑塊調整釘座板(B4)上的第二調整釘(B5);通過固定在前姿態調整板(Al)上的第一鼠籠滑塊壓板(A3)之間的導向槽以及固定在后姿態調整板(BI)上的第二鼠籠滑塊壓板(B3)之間的導向槽，實現第一鼠籠滑塊(A2)和第二鼠籠滑塊(B2)的上下、左右移動，第一鼠籠滑塊(A2)和第二鼠籠滑塊(B2)與前支撐框(D6)和后支撐框(D7)相配合，實現鼠籠機構(D)內部的透鏡光學元件模塊(R)上下、左右移動，實現2自由度運動； 通過調整透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件上的內六角圓柱頭螺釘(A6)實現鼠籠內光學元件的俯仰、偏擺2自由度調節；具體為: 首先松開透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件上的內六角圓柱頭螺釘(A6)，然后通過松開或擰緊內六角圓柱頭螺釘(A6)兩側的內六角圓柱頭球端頭螺釘(A7)和內六角球端緊定螺釘(AS)，通過內六角圓柱頭球端頭螺釘(A7)和內六角球端緊定螺釘(AS)作用在前支撐框(D6)上，調節鼠籠機構，實現俯仰 和偏擺運動。
全文摘要
一種鼠籠式高精度四維調整機構，它涉及一種高精度調整機構。本發明的目的是為了解決慣性約束激光核聚變裝置中楔形透鏡模塊內各種光學元件姿態的高精度調整問題。通過調整透鏡鼠籠姿態調整前/后支撐組件中四周的鼠籠滑塊調整釘座板上的調整釘實現鼠籠內光學元件的上下、左右移動2自由度調節；通過調整透鏡鼠籠姿態調整前支撐組件上螺釘實現鼠籠內光學元件的俯仰、偏擺2自由度調節；本發明實現了楔形透鏡模塊中光學元件姿態的4自由度高精度調整。實現了系統光學軸線與機械軸線的重合，保證大口徑光學聚焦與頻率轉換系統通過機械接口集成到激光慣性約束核聚變裝置上時，其光學精度能夠滿足裝置的設計要求，避免繁雜的在線光學調整。
文檔編號G02B7/04GK103235394SQ201310156210
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月28日 優先權日2013年4月28日
發明者梁迎春, 于福利, 郭永博, 盧禮華, 張慶春 申請人:哈爾濱工業大學