大口径曲面光学元件表面微缺陷修复用垂直放置二维大行程快速移动装置的制造方法

文档序号:9406930阅读:496来源:国知局
大口径曲面光学元件表面微缺陷修复用垂直放置二维大行程快速移动装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种二维大行程快速移动装置。
【背景技术】
[0002] 随着化石能源的日益枯竭,核聚变能W其取之不尽又清洁的优点,成为人类最理 想的未来能源。具有优良光学特性的烙石英作为强激光输出的核屯、光学元件,在惯性约束 核聚变装置中起着重要作用。然而,在超精密加工及激光打祀过程中,烙石英表面易产生微 裂纹或烧蚀等形式的微缺陷点。若不采取措施及时处理,运些微缺陷点会在后续的激光打 祀过程中不断增长,最终导致整个光学元件的损坏。为了提高烙石英光学元件的使用寿命, 美国劳伦斯?利弗莫尔国家实验室化LNL)采用"循环策略":当光学元件发生初始损伤时, 即进行激光修复处理,经过处理后的微缺陷轮廓相对光滑,能够显著延缓微缺陷尺寸的增 长,大幅度的提高元件的使用寿命。
[0003] 在对光学元件进行激光修复过程中,也面临到许多问题:
[0004] 首先,修复=工位的集成。LLM^实验室的光学元件表面微缺陷修复是在于缺陷检 测分析、紫外激光预处理、红外激光修复等=部分是分开实现的,它成本较高,且分开实现 时需要多次装夹该光学元件,带来了零件的多次装夹误差等问题。因此需要一种多工位集 成的二维大行程移动装置,W实现光学元件在一台设备上=个工位的全口径处理;
[0005] 第二,修复效率。LL化提出,国家点火设施(NI巧单次点火所产生的能量足够全美 国使用30秒,即每个光学元件至少每30秒被激光照射一次。根据修复实验的数据,进行修 复后的缺陷点平均能再承受500次的点火之后又需要再次修复,故需要在四个小时内完成 光学元件从光路中卸下进行扫描、分析、修复,并重新安装到光路的过程。因此,需要一套二 维大行程快速移动装置,W实现光学元件的快速扫描和修复;
[0006] 第=,激光装置水平出光要求。由于=工位的集成,紫外激光和红外激光两套激光 器及其光学组件较为庞大,激光系统理想的工作状态是将其水平安置在精密光学平台上, 因此,二维移动平台需要垂直放置。
[0007] 基于W上=种条件要求,本发明设计了一套垂直放置的二维大行程快速移动装 置,用于实现光学元件的扫描检测、紫外激光预处理和红外激光处理=工位的集成,并且能 实现垂直放置的二维运动平台对光学元件的全口径快速处理。

【发明内容】

[0008] 本发明是为了解决现有光学元件进行激光修复过程中二维大行程快速移动装置 =工位的移动速度慢和多次装夹带来的安装误差等问题,提出了一种大口径曲面光学元件 表面微缺陷修复用垂直放置二维大行程快速移动装置。
[0009] 本发明所述的大口径曲面光学元件表面微缺陷修复用垂直放置二维大行程快速 移动装置,该装置包括X轴运动单元、龙口架、Y轴运动单元和承载框体;
[0010] X轴运动单元包括X轴伺服电机、X轴移动导轨、气浮垫和承重板;
[0011] X轴伺服电机固定在带动X轴移动导轨框架的一端,X轴伺服电机带动X轴移动 导轨在X轴方向直线移动,X轴移动导轨上设有导轨滑台,承重板固定在所述导轨滑台上, X轴移动导轨带动导轨滑台移动,多个气浮垫均匀设置在承重板的下侧,用于卸载承重板的 向下的压力;
[0012] 龙口架包括两根立柱、Y轴伺服电机、顶盖、龙口竖板、龙口横板和龙口肋板;
[0013] 两根立柱和龙口横板构成龙口架结构,龙口横板的两个长边的上表面固定有两块 龙口竖板,所述龙口竖板为梯形板,龙口肋板为下侧开口的U型框,两块龙口竖板、龙口肋 板和龙口横板围成密闭结构;
[0014] Y轴运动单元包括两根Y轴运动导轨和Y轴伺服电机;
[0015] 两根Y轴运动导轨分别固定在两根立柱的内侧,两根Y轴运动导轨的内侧均固定 有导轨滑台,Y轴伺服电机带动其中一根Y轴运动导轨上下移动,承载框体的左右两个边框 均固定在两根Y轴运动导轨的导轨滑台上,承载框体的左右两个侧板的内侧均固定有一个 夹具锁紧块。
[0016] 该装置为大口径曲面光学元件表面微缺陷修复用垂直放置二维大行程快速移动 装置,X轴运动单元为高精度直线移动轴,在水平方向移动,Y轴运动单元也为高精度直线 移动轴,在竖直方向上移动。运样组成垂直放置的二维直线移动平台,进行闭环补偿后,在 多轴控制器、驱动器和光栅构成的控制系统下进行联动,可实现高精度运动,每个方向上的 定位精度均优于20ym。同时为了减小X轴负载,在龙口架下均匀分布四个气浮垫,用于卸 荷,用调节螺杆可调节卸荷力。安装于Y轴导轨上的承载框体,用于安装装载大口径光学元 件的夹具,从而实现光学元件在竖直方向的高精度快速移动,W提升光学元件表面缺陷检 测和修复的效率和自动化水平,推动修复实验快速转化为工程应用。
[0017] 优点:
[0018] (1)该装置为实现大口径光学元件表面微缺陷扫描检测、紫外预处理和红外激光 修复的=工位集成提供了高精度二维运动平台;
[0019] (2)该装置实现大口径光学元件的垂直放置,有利于激光器的水平出光要求;
[0020] (3)该装置采用四个对称分布的气浮垫,在0. 4MPa气压下可卸荷600Kg;
[0021] (4)该装置对龙口架承重板的结构进行了优化设计,采用2化13,在气路系统失效 的条件下,Z向形变17. 9ym,仍能满足精度要求;
[0022] (5)该装置为高精度二维大行程快速移动装置,X方向行程1500mm,Y方向行程 500mm,闭环补偿后精度均优于20Jim。
【附图说明】
[0023] 图1为【具体实施方式】一所述的X轴运动单元的结构示意图;
[0024] 图2为本发明所述大口径曲面光学元件表面微缺陷修复用垂直放置二维大行程 快速移动装置的结构示意图; 阳02引图3为图1的侧视图; 阳0%] 图4为X轴运动单元的安装结构示意图;
[0027]图5为重力作用下滑块受力情况;
[0028] 图6为加速度下滑块受力情况示意图;
[0029] 图7为导轨寿命估计曲线图;
[0030] 图8为7075侣合金材质的承重板形变仿真图;
[0031] 图9为2化13材质的承重板形变仿真图;
[0032] 图10为经减重的2化13材质的承重板形变仿真图;
[0033] 图11为上侧或下侧单侧增加加强筋形变的承重板形变仿真图;
[0034] 图12为上下双侧增加加强筋的承重板形变仿真图;
[0035] 图13为承重板双侧增加加强筋的情况下龙口结构静态应力仿真图;
[0036] 图14为承重板双侧增加加强筋的情况下龙口结构在加速状态的应力仿真图。
【具体实施方式】
[0037]
【具体实施方式】一、结合图1、图2和图3说明本实施方式,本实施方式所述的大口径 曲面光学元件表面微缺陷修复用垂直放置二维大行程快速移动装置,该装置包括X轴运动 单元、龙口架、Y轴运动单元和承载框体9 ; 阳03引 X轴运动单元包括X轴伺服电机1、X轴移动导轨2、气浮垫3和承重板4 ;
[0039] X轴伺服电机1固定在带动X轴移动导轨2框架的一端,X轴伺服电机1带动X轴 移动导轨2在X轴方向直线移动,X轴移动导轨2上设有导轨滑台,承重板4固定在所述导 轨滑台上,X轴移动导轨2带动导轨滑台移动,多个气浮垫3均匀设置在承重板4的下侧, 用于卸载承重板4的向下的压力; W40] 龙口架包括两根立柱10、Y轴伺服电机12、顶盖13、龙口竖板14、龙口横板15和 龙口肋板18 ; 阳041] 两根立柱10和龙口横板15构成龙口架结构,龙口横板15的两个长边的上表面固 定有两块龙口竖板14,所述
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1