本实用新型涉及大口径光学元件装夹技术，特别是一种微应力支撑可调节光学镜架结构。
背景技术：
国内外对高精度、高性能的大口径光学元件使用需求量较大，如航天航空、军事研究以及大型高精密光学测试装置等光学应用领域。为保证大口径光学元件的面型精度、厚度等不发生明显的变化，且光学元件本身材料的均匀性高和缺陷少，因此对装夹技术的要求也随之不断提高。
目前，大口径光学元件最普遍的装夹技术有两种：第一种是采用机械紧固的方式固定光学元件，即通过螺纹压圈将元件固定在金属支撑架上，被固定的光学元件本身将承受来自机械紧固时产生的内应力，导致光学元件面型精度、厚度以及材料内部均匀性受到严重的影响，从而降低整体光学系统性能；第二种是采用粘结剂或焊料紧固光学元件，即通过粘结或焊接的方式将元件固定在金属支撑架上，由于光学元件、粘结剂和焊料的热膨胀系数存在一定的差异，光学元件在紧固后将受使用环境温度的变化影响，在粘结或焊接处产生不均匀收缩或膨胀等现象，导致光学元件内部产生内应力，并偏离预设空间位置。上述两种方法均存在很大的缺陷，不能保证光学元件的正常使用和长期稳定工作。为满足大口径光学元件的高精度高性能使用，提出、设计一种微应力支撑可调节光学镜架结构和光学镜装夹方法是当前亟需解决的重要课题之一
技术实现要素：
本实用新型的目的是实现高精度大口径光学元件的微应力装夹支撑，提出一种微应力支撑可调节光学镜架结构和光学镜装夹方法，该装置克服了长期以来大口径光学元件工装加工技术难、装调繁琐且成本造价高等问题，同时考虑到在使用过程中存在较大装夹应力的缺陷，采用粘贴有5mm柔性垫层的钢带和支撑块紧固光学元件，消除了光学元件变形的问题，从而实现光学元件微应力支撑可调节的技术效果。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种微应力支撑可调节光学镜架结构，其特点在于包括前面板和后面板、左右侧板、手柄、支撑块、连接杆、钢带组件、柔性垫层、大口径光学元件、一字塑料螺钉、平头塑料螺钉和圆柱头内六角螺钉，
所述的前面板和后面板均具有中央通光孔、外缘呈多边形的对称结构，靠所述的中央通光孔的边缘具有多个对称分布的通孔供所述的连接杆安装，在所述的前面板和后面板的左、右两侧各具有两个通孔，供所述的左、右侧板安装，所述的左、右侧板的长度和所述的连接杆的长度一致，所述的支撑块嵌套在所述的连接杆上，所述的支撑块可围绕所述的连接杆360度旋转，所述的支撑块的平面上固定有四个凸起的一字形塑料螺钉，保证大口径光学元件的周边接触无划痕，在所述的前面板和后面板的对应的通孔之间放置所述的连接杆，在所述的前面板和后面板的左、右侧设置所述的左、右侧板，通过所述的圆柱头内六角螺钉将所述的连接杆、所述的左、右侧板分别与所述的前面板和后面板固定连接；所述的平头塑料螺钉镶嵌于所述的前面板和后面板的内侧，且所述的大口径光学元件的前后表面紧贴所述的平头塑料螺钉；
所述的手柄分别位于所述的左、右侧板的中央；
所述的钢带组件包括phs型杆端球面连接器、pos型杆端球面连接器、钢带、夹板、前连接轴、后连接轴、钢带轴、螺帽和柔性垫层，所述的phs型杆端球面连接器的左、右两端分别连接所述的前连接轴和后连接轴，所述的前连接轴和后连接轴分别固定在所述的前面板和后面板上的连接杆的中央位置，在所述的phs型杆端球面连接器的下端连接所述的pos型杆端球面连接器，钢带经点焊固定在所述的钢带轴上，焊接完成后保证钢带平整光滑，防止大口径光学元件在吊装过程中产生应力而变形或者受损；所述的钢带轴经螺帽固定锁死，使所述的钢带与所述的钢带轴形成整体，并由夹板固定在所述的pos型杆端球面连接器上，所述的柔性垫层粘贴在所述的钢带的内侧，保证大口径光学元件与所述的钢带接触过程无内应力产生。
所述的钢带可由一根或多根钢带组成，数量的多少主要取决于光学元件的厚度。
所述的大口径光学元件可为标准镜或楔镜。
所述的柔性垫层的厚度为5mm。
利用上述微应力支撑可调节光学镜架结构进行大口径光学元件的装夹方法，其特点在于该方法包括下列步骤：
1)先将后面板平放于平台上方；
2)在所述的后面板上留有左右侧板、连接杆和平头塑料螺钉的安装孔位，先将左右侧板、平头塑料螺钉和连接杆紧固在所述的后面板上，在所述的左、右侧板的中心直接安装所述的手柄，将固定有一字塑料螺钉的支撑块嵌套在所述的连接杆上，同时将所述的钢带组件固定在所述的连接杆上；
3)将需要的支撑大口径光学元件置于所述的后面板的上方，平头塑料螺钉相对所述的后面板凸出5mm，因此大口径光学元件平放时直接与平头塑料螺钉接触；
4)通过调节所述的支撑块和所述的钢带的相对位置紧固所述的大口径光学元件，待所述的大口径光学元件的中心与所述的后面板的通光孔的中心同轴后，锁死所述的支撑块和钢带组件两部分；
5)将所述的前面板置于所述的后面板上，进行固定的同时，适当微调支撑块和钢带组件的调节旋钮，最终保障所述的前面板、后面板的通光孔中心和所述的大口径光学元件的中心同轴；
6)通过所述的手柄将整体结构竖直正立起来，并置于需要放置的位置。手柄使用便于操作和搬运。
所述的前面板和后面板尺寸一致，前后板之间通过连接杆进行连接，圆柱头内六角螺钉紧固连接杆和前后板，保证前后板保持各端面对齐且平行；
所述的塑料螺钉含一字塑料螺钉和平头塑料螺钉两种，均采用聚四氟乙烯材料；
所述的平头塑料螺钉固定于前后面板的内侧，平头塑料螺钉相对前后板的表面内侧凸起5mm，元件前后表面与平头螺钉紧密贴合，保证光学元件前后表面接触无划痕；
所述的支撑块平面上固定有凸起5mm的一字塑料螺钉，保证大口径光学元件周边接触无划痕；
所述的phs型杆端球面连接器和pos型杆端球面连接器通过连接轴螺纹嵌套紧固于前后板之间的连接杆中央，相对位置不发生移动；
所述的钢带内侧粘贴厚度均匀的柔性垫层，柔性垫层厚度为5mm；
所述的大口径光学元件为标准镜或楔镜，口径范围为300mm-800mm。
本实用新型的技术效果：
本实用新型微应力支撑可调节光学镜架结构和光学镜装夹方法，解决了传统工装装夹技术存在内应力而影响光学系统测试精度的装夹问题。通过选择带柔性垫层的钢带结构以及支撑块调整结构，在保证大口径光学元件紧固的同时，大幅度减小了光学元件内部产生的内应力，避免因材料内部发生明显的变化而导致光学元件精度及性能的降低。此外，在装夹过程中光学元件的中心与前后面板的孔中心装配同轴，可广泛应用于各种领域内光学系统元件的装配，保证了光学系统的正常使用和长期稳定工作。
附图说明
图1为本实用新型微应力支撑可调节光学镜架结构示意图
图2为本实用新型微应力支撑可调节光学镜架结构整体机械结构俯视图
图3为本实用新型前后板结构示意图
图4为本实用新型支撑块结构示意图
图5为本实用新型钢带组件实施例示意图
图6为本实用新型微应力支撑可调节光学镜架立体图
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作详细说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。
请参见图1，图1为本实用新型微应力支撑可调节光学镜架结构示意图，由图可知，本实用新型微应力支撑可调节光学镜架结构，其特征在于构成包括前面板101和后面板102、左右侧板2、手柄3、支撑块5、连接杆6、钢带组件9、柔性垫层8、待支撑的大口径光学元件11、一字塑料螺钉7、平头塑料螺钉10和圆柱头内六角螺钉4，所述的前面板101和后面板102均具有中央通光孔、外缘呈多边形的对称结构，靠所述的中央通光孔的边缘具有多个对称分布的通孔供所述的连接杆6安装，在所述的前面板101和后面板102的左、右两侧各具有两个通孔，供所述的左、右侧板2安装，所述的左、右侧板2的长度和所述的连接杆6的长度一致，所述的支撑块5嵌套在所述的连接杆6上，所述的支撑块5可围绕所述的连接杆6可360度旋转，所述的支撑块5的平面上固定有四个凸起的一字塑料螺钉7，保证大口径光学元件11的周边接触无划痕，在所述的前面板101和后面板102的对应的通孔之间放置所述的连接杆6，在所述的前面板101和后面板102的左、右侧设置所述的左、右侧板2，通过所述的圆柱头内六角螺钉4将所述的连接杆6、所述的左、右侧板2分别与所述的前面板101和后面板102固定连接；所述的平头塑料螺钉10镶嵌于所述的前面板101和后面板102的内侧，且所述的大口径光学元件11的前后表面紧贴所述的平头塑料螺钉10；
所述的手柄3分别位于所述的左、右侧板2的中央；
所述的钢带组件9包括phs型杆端球面连接器901、pos型杆端球面连接器902、钢带903、夹板904、前连接轴905、后连接轴906、钢带轴907、螺帽908和柔性垫层8，所述的phs型杆端球面连接器901的左、右两端分别连接所述的前连接轴905和后连接轴906，所述的前连接轴905和后连接轴906分别固定在所述的前面板101和后面板102上的连接杆6的中央位置，在所述的phs型杆端球面连接器901的下端连接所述的pos型杆端球面连接器902，钢带903经点焊固定在所述的钢带轴907上，焊接完成后保证钢带903平整光滑，防止大口径光学元件11在吊装过程中产生应力而变形或者受损；所述的钢带轴907经螺帽908固定锁死，使所述的钢带903与所述的钢带轴907形成整体，并由夹板904固定在所述的pos型杆端球面连接器902上，所述的柔性垫层8粘贴在所述的钢带903的内侧，保证大口径光学元件11与所述的钢带903接触过程无内应力产生。
实施例
图2为本实用新型微应力支撑可调节光学镜架结构俯视图，由图可见，圆柱头内六角螺钉4不仅用于前后板1和连接杆6固定连接，还用于固定左右侧板2和前后板1，左右侧板2的长度和连接杆6的长度一致，保证前面板101和后面板102呈现对齐且相对平行，为待支撑的大口径光学元件11提供装配基础。手柄3分别位于左右侧板2的中央，便于搬运和操作。
图3为本实用新型前后板1的结构示意图。基于前面板101和后面板102的结构一致，前面板101和后面板102的安装孔位1001上共有12颗平头塑料螺钉10，左右侧板2的安装孔位201上分布有8颗圆柱头内六角螺钉4，固定前面板101和后面板102的连接杆6的安装孔位401上分布有12颗圆柱头内六角螺钉4。
图4为本实用新型支撑块5的结构示意图。支撑块5嵌套在连接杆6上，可围绕连接杆6进行360度旋转，支撑块5平面上固定有凸起的一字塑料螺钉7，保证大口径光学元件11侧面接触无划痕。同时，在微应力支撑可调节光学镜架结构上固定有4个支撑块5，上端和下端分别有2个，上端的支撑块5用于保证在钢带组件9作用下大口径光学元件11上部分微应力接触，下端的支撑块5实现对大口径光学元件11的二次保护作用，避免钢带组件9锁定不牢靠而损伤大口径光学元件11的现象。
图5为本实用新型钢带组件9实施例示意图，钢带组件9包括phs型杆端球面连接器901、pos型杆端球面连接器902、钢带903、夹板904、连接轴905、连接轴906、钢带轴907、螺帽908以及柔性垫层8。其中，phs型杆端球面连接器901左右两端分别连接有前连接轴905和后连接轴906，前连接轴905和后连接轴906分别固定于前面板101和后面板102上。在phs型杆端球面连接器901的下端连接pos型杆端球面连接器902，钢带903经点焊接固定于钢带轴907上，焊接完成后保证钢带903平整光滑，防止大口径光学元件11在吊装过程中产生应力而变形或者受损。钢带轴907经螺帽908固定锁死，钢带903与钢带轴907形成整体，并由夹板固定于pos型杆端球面连接器上。柔性垫层8粘贴在钢带903的内侧，保证大口径光学元件11与钢带903接触过程无内应力产生，柔性垫层8的厚度为5mm。
所述的钢带903可由一根或多根钢带组成，数量的多少主要取决于光学元件的厚度。
所述的大口径光学元件11可为标准镜或楔镜。
利用上述微应力支撑可调节光学镜架结构进行大口径光学元件的装夹方法，其该方法包括下列步骤：
1)先将后面板102平放于平台上方；
2)在所述的后面板102上留有左右侧板2、连接杆6和平头塑料螺钉10的安装孔位，先将左右侧板2、平头塑料螺钉10和连接杆6紧固在所述的后面板上，在所述的左、右侧板2的中心直接安装所述的手柄3，将固定有一字塑料螺钉7的支撑块5嵌套在所述的连接杆6上，同时将所述的钢带组件9固定在所述的连接杆6上；
3)将需要支撑的大口径光学元件11置于所述的后面板102的上方，平头塑料螺钉10相对所述的后面板102凸出5mm，因此大口径光学元件11平放时直接与平头塑料螺钉10接触；
4)通过调节所述的支撑块5和所述的钢带8的相对位置紧固所述的大口径光学元件11，待所述的大口径光学元件11的中心与所述的后面板102的通光孔的中心同轴后，锁死所述的支撑块5和钢带组件9两部分；
5)将所述的前面板101置于所述的后面板102上，进行固定的同时，适当微调支撑块5和钢带组件9的调节旋钮，最终保障所述的前面板101、后面板102的通光孔中心和所述的大口径光学元件11的中心同轴；
6)通过所述的手柄3将整体结构竖直正立起来，手柄3的使用便于操作和搬运。
实验表明，选取大口径光学元件11的尺寸为ф300mm，面形精度pv值为λ/20，激光测试波长为632.8nm。当光学元件首次装夹于本实用新型微应力支撑可调节光学镜架结构上时，经三平面互检方法测试得到其pv值变化范围为±λ/300；同样地，当多次重复拆卸装夹时，测试pv值变化范围为±λ/100，对光学元件本身精度的影响可忽略不计。通过上述数据分析可得，本镜架结构适用于多种大口径光学元件11的微应力支撑和调节。
本实用新型克服了长期以来大口径光学元件工装加工技术难、装调繁琐且成本造价高等问题，同时考虑到在使用过程中存在较大装夹应力的缺陷，采用粘贴有5mm柔性垫层的钢带和支撑块紧固光学元件，消除了光学元件变形的问题，从而实现光学元件微应力支撑可调节的技术效果。
1.一种微应力支撑可调节光学镜架结构，其特征在于构成包括前面板(101)和后面板(102)、左右侧板(2)、手柄(3)、支撑块(5)、连接杆(6)、钢带组件(9)、柔性垫层(8)、大口径光学元件(11)、一字塑料螺钉(7)、平头塑料螺钉(10)和圆柱头内六角螺钉(4)，
所述的前面板(101)和后面板(102)均具有中央通光孔、外缘呈多边形的对称结构，靠所述的中央通光孔的边缘具有多个对称分布的通孔供所述的连接杆(6)安装，在所述的前面板(101)和后面板(102)的左、右两侧各具有两个通孔，供所述的左、右侧板(2)安装，所述的左、右侧板(2)的长度和所述的连接杆(6)的长度一致，所述的支撑块(5)嵌套在所述的连接杆(6)上，所述的支撑块(5)可围绕所述的连接杆(6)360度旋转，所述的支撑块(5)的平面上固定有四个凸起的一字塑料螺钉(7)，保证大口径光学元件(11)的周边接触无划痕，在所述的前面板(101)和后面板(102)的对应的通孔之间放置所述的连接杆(6)，在所述的前面板(101)和后面板(102)的左、右侧设置所述的左、右侧板(2)，通过所述的圆柱头内六角螺钉(4)将所述的连接杆(6)、所述的左、右侧板(2)分别与所述的前面板(101)和后面板(102)固定连接；所述的平头塑料螺钉(10)镶嵌于所述的前面板(101)和后面板(102)的内侧，且所述的大口径光学元件(11)的前后表面紧贴所述的平头塑料螺钉(10)；
所述的手柄(3)分别位于所述的左、右侧板(2)的中央；
所述的钢带组件(9)包括phs型杆端球面连接器(901)、pos型杆端球面连接器(902)、钢带(903)、夹板(904)、前连接轴(905)、后连接轴(906)、钢带轴(907)、螺帽(908)和柔性垫层(8)，所述的phs型杆端球面连接器(901)的左、右两端分别连接所述的前连接轴(905)和后连接轴(906)，所述的前连接轴(905)和后连接轴(906)分别固定在所述的前面板(101)和后面板(102)上的连接杆(6)的中央位置，在所述的phs型杆端球面连接器(901)的下端连接所述的pos型杆端球面连接器(902)，钢带(903)经点焊固定在所述的钢带轴(907)上，焊接完成后保证钢带(903)平整光滑，防止大口径光学元件(11)在吊装过程中产生应力而变形或者受损；所述的钢带轴(907)经螺帽(908)固定锁死，使所述的钢带(903)与所述的钢带轴(907)形成整体，并由夹板(904)固定在所述的pos型杆端球面连接器(902)上，所述的柔性垫层(8)粘贴在所述的钢带(903)的内侧，保证大口径光学元件(11)与所述的钢带(903)接触过程产生微小内应力。
2.根据权利要求1所述的微应力支撑可调节光学镜架结构，其特征在于所述的钢带(903)由一根或多根钢带组成，钢带数量的多少主要取决于光学元件的厚度。
3.根据权利要求1所述的微应力支撑可调节光学镜架结构，其特征在于所述的大口径光学元件(11)为标准镜或楔镜。
4.根据权利要求1所述的微应力支撑可调节光学镜架结构，其特征在于所述的柔性垫层(8)的厚度为5mm。
技术总结