一种大口径光学元件夹持装置的制作方法

本发明涉及光学仪器技术领域，具体涉及一种大口径光学元件夹持装置。

背景技术：

光学元件材料质脆，对其进行夹持转运的过程中必须格外小心。某些情况下，要求在夹持、转运光学元件的过程中，不能接触光学元件的前后表面，仅能夹持光学元件的侧面。这种条件下常用的手段是在光学元件的侧面开槽，通过承托槽内表面的方式来克服光学元件的重力和惯性力，从而实现光学元件的夹持、转运，但该方法具有以下问题：

1、光学元件材料是典型的脆性材料，对其进行开槽加工的过程中，容易造成光学元件边缘磨损、崩边，甚至是光学元件的破坏；

2、光学元件开槽加工完成后，不可避免地会在槽内的折角处留下不均匀的微细裂纹。对于重力和惯性力较大的大口径、大质量光学元件，在夹持、转运过程中，这些微细裂纹处将会产生很大的应力集中，容易导致微细裂纹的扩展，最终破坏整个光学元件；

3、对光学元件进行开槽加工将会产生额外的时间和费用，增加成本；

4、对光学元件进行开槽将会破坏光学元件完整性，影响光学元件的光路传输，对光学元件的正常工作不利。

技术实现要素：

针对上述需要侧面夹持光学元件的情况下，光学元件开槽带来的不利影响，本发明提供了解决上述问题的一种大口径光学元件夹持装置，用于进行大口径光学元件的夹持、转运过程，避免对光学元件进行开槽加工，减少夹持、转运过程中光学元件的应力集中，使大口径光学元件的夹持、转运过程更加安全。

本发明通过下述技术方案实现：

一种大口径光学元件夹持装置，包括设于光学元件上下两侧边的镜框组件ⅰ、设于光学元件左右两侧边的镜框组件ⅱ，镜框组件ⅰ、镜框组件ⅱ、镜框组件ⅰ和镜框组件ⅱ依次首尾连接呈框架结构用于夹持光学元件，位于光学元件上下两侧边中至少一侧边的镜框组件ⅰ、或者位于光学元件左右两侧边中至少一侧边的镜框组件ⅱ采用预紧部件；

所述预紧部件包括框体ⅰ、楔形块和顶杆；所述框体ⅰ朝向光学元件的表面上设有凹槽，所述凹槽贯穿框体ⅰ轴向延伸；所述楔形块嵌入凹槽内，楔形块朝向凹槽轴向两端呈斜面结构；凹槽轴向两端均嵌入设有顶杆，顶杆的一端设有与楔形块斜面同斜度的斜面、且与楔形块斜面相互接触形成滑动副；

所述框体ⅰ的轴向两端分别与相邻的镜框组件ⅱ或镜框组件ⅰ连接，通过调节螺杆螺纹连接贯穿所述镜框组件ⅱ或镜框组件ⅰ后与顶杆的另一端接触，通过旋转调节螺杆，调节螺杆端部挤压顶杆沿凹槽向内滑动，顶杆斜面与楔形块斜面形成的滑动副使楔形块向光学元件移动、与光学元件相应的侧边压紧接触，楔形块产生对光学元件的正压力。

本发明提供的夹持装置，通过两组镜框组件ⅰ和两组镜框组件ⅱ对光学元件四个侧边同时进行夹持稳固，无需改变光学元件本身结构，避免了光学元件开槽带来的不利影响，保证了光学元件完整性和工作可靠性，降低了加工难度，减少了成本；位于光学元件上下两侧边中至少一侧边的镜框组件ⅰ、或者位于光学元件左右两侧边中至少一侧边的镜框组件ⅱ采用预紧部件，通过预紧部件对光学元件进行进一步紧固，提高夹持的稳定性。

具体地，框体ⅰ可通过螺栓等可拆卸连接方式与两端相邻的镜框组件ⅱ或镜框组件ⅰ稳固连接，在框体ⅰ朝向光学元件的内表面上开设凹槽，楔形块的轴向两端带有斜面；顶杆位于框体ⅰ轴向两端，且嵌入框体ⅰ的凹槽中、可沿凹槽内延伸方向滑动运动，顶杆一端带有与楔形块斜面同斜度的斜面，与楔形块斜面相互接触形成不能自锁的滑动副，另一端与调节螺杆一端连接，调节螺杆另一端螺纹连接贯穿上述相邻的镜框组件ⅱ或镜框组件ⅰ实现调节和自锁定位功能。最后，通过旋动该调节螺杆使凹槽两侧的顶杆向内运动，通过顶杆斜面与楔形块斜面形成的滑动副使楔形块向上运动，使楔形块产生对光学元件的正压力。

进一步地，所述调节螺杆的端部与顶杆的端面转动连接。

将调节螺杆的端部与顶杆端面转动连接，一方面起到良好的定位作用，保障调节螺杆沿凹槽直线移动，防止调节螺杆偏移降低调节准确度及受力均匀性；另一方面，通过采用万向节或轴承等现有的转动结构，利于减小调节螺杆与顶杆接触的转动摩擦阻力，保障旋转调节螺杆时稳定、均匀施力，防止光学元件受损。

进一步地，所述顶杆的平面视图结构呈等腰梯形或直角三角形。

进一步地，位于光学元件上下两侧的镜框组件ⅰ均采用所述预紧部件。

进一步地，其余镜框组件ⅰ或镜框组件ⅱ采用弹簧压紧部件，所述弹簧压紧部件包括框体ⅱ、压缩弹簧和顶板，框体ⅱ的轴向两端用于与相邻的镜框组件ⅱ或镜框组件ⅰ连接；顶板的一侧板面与光学元件侧边接触，顶板另一侧板面与框体ⅱ之间设有若干压缩弹簧，压缩弹簧轴向与顶板板面垂直；框体ⅱ与顶板之间通过调节件连接，所述调节件用于限定顶板在框体ⅱ与光学元件之间位移。

将顶板置于框体ⅱ内侧，顶板的一侧板面用于与光学元件侧边接触，另一侧板面设置多个压缩弹簧，压缩弹簧的轴向两端分别与顶板另一侧板面和框体ⅱ接触，优选框体ⅱ与顶板之间的压缩弹簧有预压缩，从而为顶板提供向光学元件的正压力。

本发明设置调节件的作用是为了使顶板只能在框体ⅱ与光学元件相应侧边之间移动，防止顶板沿框体ⅱ与光学元件之间的空间滑出；同时还用于抵抗顶板和光学元件的重力，如果没有调节件，顶板与光学元件将由于重力掉到地上。

进一步地，所述调节件采用定位销，框体ⅱ上设有销孔，顶板上设有定位销螺纹孔，定位销贯穿销孔后与定位销螺纹孔螺纹连接。

通过定位销穿过框体ⅱ上的销孔并螺纹连接紧固于定位销螺纹孔上，固定顶板的相对位置，使顶板只能沿定位销轴向做单自由度内外运动。

进一步地，所述顶板上还设有若干导杆，所述压缩弹簧套设在导杆上，导杆的轴向长度压缩弹簧的自然度。

导杆主要用于对压缩弹簧起到导向作用，保障压缩弹簧只发生轴向伸缩形变；导杆的长度应小于压缩弹簧的自然长度，以使压缩弹簧能够预压，产生一定的预紧力。

进一步地，所述框体ⅱ的外侧还设有吊装凸台。

通过在框体ⅱ的外侧设置凸台，便于安装吊装设备；且在吊装、移动过程中，发生任何晃动等施力不均的情况时，压缩弹簧可起到一定的减震、稳定作用。

进一步地，所述楔形块与光学元件侧边接触的板面上和/或顶板与光学元件侧边接触的板面上设有弹性缓冲层。

通过在楔形块和/顶板上与光学元件接触的板面上设置弹性缓冲层，如橡胶层，通过弹性缓冲层与光学元件形成摩擦副，能够通过摩擦力克服光学元件的重力和惯性力。

进一步地，还包括保护装置，所述保护装置包括l型爪，所述l型爪一端压头用于压紧光学元件板面；l型爪另一端与镜框组件ⅰ和/或镜框组件ⅱ转动连接，且通过锁紧定位销实现锁紧定位。

保护装置可在光学元件意外滑动后对光学元件进行支撑，防止光学元件掉落。保护装置固定于镜框组件ⅰ和/或镜框组件ⅱ上，l型爪的一端带有爪头，其上可设置弹性缓冲层；通过保护装置锁紧定位销可以固定保护装置的相对位置，拆除保护装置锁紧定位销后，保护装置可沿翻转轴翻转，取消保护功能，便于光学元件的拆装。

在正常状况下，l型爪是不与光学元件接触的；在异常状况下，光学元件由于发生意外滑落的时候l型爪才起到承托光学元件的作用，不使其掉落。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明提供的夹持装置，在仅能夹持光学元件侧面的情况下，该夹持装置在夹持、转运大口径光学元件过程中，无需对光学元件的侧面进行开槽处理，避免了光学元件开槽带来的不利影响，保证了光学元件完整性和工作可靠性，降低了加工难度，减少了成本；

2、本发明提供的夹持装置，该装置在夹持、转运光学元件过程中，不会因开槽加工过程产生的微细裂纹造成光学元件应力集中和微细裂纹扩展，安全性好；

3、本发明提供的夹持装置，通过顶板以及楔形块的板面与光学元件侧壁接触，夹持面积大，夹持力分散均匀，应力小。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为现有开槽的光学元件结构示意图，图中a表示开设的安装用凹槽；

图2为本发明的光学元件安装效果结构示意图；

图3为本发明的夹持装置总体安装结构示意图；

图4为本发明的预紧件结构示意图；

图5为本发明的预紧部件爆炸图；

图6为本发明的预紧部件整体结构示意图；

图7为本发明的弹簧压紧部件爆炸图；

图8为本发明的弹簧压紧部件结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：1-镜框组件ⅰ，2-镜框组件ⅱ，3-弹性缓冲层，4-保护装置，5-光学元件；

11-框体ⅰ，12-楔形块，13-顶杆，14-凹槽，15-调节螺杆；

21-框体ⅱ，22-压缩弹簧，23-顶板，24-定位销，25-销孔，26-定位销螺纹孔，27-导杆，28-吊装凸台，29-通孔，210-调节螺纹孔；

3-弹性缓冲层；

41-l型爪，42-锁紧定位销，43-翻转轴。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供一种大口径光学元件5夹持装置，包括设于光学元件5上下两侧边的镜框组件ⅰ1、设于光学元件5左右两侧边的镜框组件ⅱ2，镜框组件ⅰ1、镜框组件ⅱ2、镜框组件ⅰ1和镜框组件ⅱ2依次首尾连接呈框架结构用于夹持光学元件5。位于光学元件5上下两侧边中至少一侧边的镜框组件ⅰ1、或者位于光学元件5左右两侧边中至少一侧边的镜框组件ⅱ2采用预紧部件；

预紧部件包括框体ⅰ11、楔形块12和顶杆13，框体ⅰ11和楔形块12均呈长方体结构；框体ⅰ11朝向光学元件5的表面上设有凹槽14，凹槽14贯穿框体ⅰ11轴向延伸；楔形块12嵌入凹槽14内，楔形块12朝向凹槽14轴向两端呈斜面结构；凹槽14轴向两端均嵌入设有顶杆13，顶杆13的一端设有与楔形块12斜面同斜度的斜面、且与楔形块12斜面相互接触形成滑动副；框体ⅰ11的轴向两端分别与相邻的镜框组件ⅱ2或镜框组件ⅰ1连接，通过调节螺杆15螺纹连接贯穿所述镜框组件ⅱ2或镜框组件ⅰ1后与顶杆13的另一端接触，通过旋转调节螺杆15，调节螺杆15端部挤压顶杆13沿凹槽14向内滑动，顶杆13斜面与楔形块12斜面形成的滑动副使楔形块12向光学元件5移动、与光学元件5相应的侧边压紧接触，楔形块12产生对光学元件5的正压力。

实施例2

在实施例1的基础上进一步改进，所述调节螺杆15的端部与顶杆13的端面通过万向球转动连接，正向或反向转动调节螺杆15外端时，调节螺杆15沿凹槽14向内或向外移动，从而调节螺杆15的端部带动顶杆13朝向或背向楔形块12移动，从而对楔形块12起到压紧或松动作用。顶杆13的平面视图结构呈等腰梯形或直角三角形。

实施例3

在实施例2的基础上进一步改进，位于光学元件5上下两侧边的镜框组件ⅰ1均采用所述预紧部件，位于光学元件5左右两侧边的镜框组件ⅱ2均采用弹簧压紧部件。所述弹簧压紧部件包括框体ⅱ21、压缩弹簧22和顶板23，顶板23呈长方体板结构，框体ⅱ21呈包覆压缩弹簧22及顶板23的c型结构，框体ⅱ21的轴向两端用于与相邻的镜框组件ⅱ2或镜框组件ⅰ1连接，框体ⅱ21的轴向两端与楔形块12相接触起到限位作用；顶板23的一侧板面与光学元件5侧边接触，顶板23另一侧板面与框体ⅱ21之间设有多个压缩弹簧22，多个压缩弹簧22沿顶板23轴向等间距均匀分布，压缩弹簧22轴向与顶板23板面垂直；框体ⅱ21与顶板23之间通过调节件连接，调节件用于限定顶板在框体ⅱ21与光学元件之间位移，本发明设置调节件的作用是为了使顶板23只能在框体ⅱ21与光学元件相应侧边之间移动，防止顶板23沿框体ⅱ21与光学元件之间的空间滑出；同时还用于抵抗顶板23和光学元件的重力，如果没有调节件，顶板23与光学元件将由于重力掉到地上。

实施例4

在实施例3的基础上进一步改进，所述调节件采用定位销24，框体ⅱ21上设有销孔25，顶板23上设有定位销螺纹孔26，定位销24贯穿销孔25后与定位销螺纹孔26螺纹连接。所述顶板23上还设有多个导杆27，压缩弹簧22套设在导杆27上，导杆27的轴向长度压缩弹簧22的自然长度。框体ⅱ21的外侧还设有吊装凸台28。

实施例5

在实施例4的基础上进一步改进，还包括保护装置4，所述保护装置4包括l型爪41，所述l型爪41一端压头用于在压紧光学元件5板面，在异常状况下，光学元件由于发生意外滑落的时候l型爪才起到承托光学元件的作用，不使其掉落；l型爪41另一端与镜框组件ⅰ1和/或镜框组件ⅱ2转动连接，且通过锁紧定位销42实现锁紧定位。楔形块12与光学元件5侧边接触的板面上和/或顶板23与光学元件5侧边接触的板面上设有弹性缓冲层3。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。