一种空间滤波器端透镜位姿锁定装置及方法

本发明涉及空间滤波器的透镜安装技术领域，具体是一种高功率激光系统中的空间滤波器端透镜位置和姿态锁定装置及方法。

背景技术：

空间滤波器由两个共焦透镜和小孔组成，调试过程中，以小孔为观察基准，通过调节入射透镜的三维平移和二维角度，在实现空间频率滤波功能的同时，也构成了空间滤波器的基准。同样，空间滤波器的准直透镜也需要三维平移和二维角度的调节，实现光束的准直。简而言之，空间滤波器构成了高功率激光装置的光轴，理论上两端透镜需要五维调整。

随着高功率激光装置的持续发展，大口径长焦距空间滤波器两端透镜在滤波小孔处同轴共焦要求不断提高。最初，常用的锁定主要采用三根螺杆根据需要调节螺母相对螺杆的位置并锁定，然而，该调整锁定方法显然精度低，调节困难重复性差。近年来，通过在空间滤波器两端设计复杂的拉顶调整机构对透镜进行集成调节锁定。这虽然提高了透镜调整精度，但把透镜调整机构集成在空间滤波光管两端，存在空间占用率高、重心前移和长期约束稳定性差等问题。在激光装置运行过程中，空间滤波器作为激光装置的基准，一般不做调整。既要满足透镜安装要求又要提高集成度，因此空间滤波器透镜调整机构采用辅助工具调节成为一种可行的方法，详见发明专利：一种空间滤波器端透镜五维调节方法及其装置，公开号：cn111856772a。在该发明基础上进行进一步改进以满足严格的装调要求。

技术实现要素：

本发明涉及的高功率激光系统中的空间滤波器端透镜位姿锁定方法及其装置。本发明在并联辅助装调工具的基础上，通过连接杆和球铰链实现调节法兰的连接锁定，相比现有技术更高效便捷地解决上述问题，为高功率激光系统中空间滤波器调节的自动化发展，提供一种高精准度锁定方案。

本发明的技术解决方案如下：

一种空间滤波器端透镜位姿锁定装置，其特点在于，包括固定法兰、透镜法兰、至少三组连接该固定法兰和透镜法兰的连接组件；以及波纹管。

所述的固定法兰，用于与空间滤波器固定，固定法兰相对空间滤波器主箱体长期固定。

透镜法兰，用于与待装调透镜连接，透镜法兰包括与波纹管连接的法兰和安装透镜的法兰，两者通过螺栓紧密相连共同组成透镜法兰，透镜法兰的位姿即为透镜的位姿。

每组连接组件均包括固定端球铰链、连接杆和运动端球铰链。

连接杆的一端通过所述的固定端球铰链与所述的固定法兰相连，该连接杆的另一端通过所述的运动端球铰链与所述的透镜法兰，两段式连接杆为通过螺纹连接的两段螺杆，左段螺杆与固定端铰链相连，右段与运动端铰链相连，左段螺杆外螺纹端与固定球铰链中的铰链球螺纹配合，内螺纹端与右螺杆螺纹配合。右段螺杆两端都为外螺纹，一端与左段螺杆配合，另一端与运动端球铰链螺纹配合锁紧。

波纹管是柔性连接件，用于固定法兰和透镜法兰的柔性连接，未锁定时，透镜法兰可相对固定法兰五自由度浮动。

所述的连接杆由左段螺杆和右段螺杆组成，且两段螺杆通过螺纹连接。

所述的固定端球铰链与所述的固定法兰为过盈配合，所述的运动端球铰链与所述的透镜法兰为过盈配合。

所述的固定端球铰链包括固定端铰链套、固定端铰链球、固定端锁定螺柱和固定端紧定螺钉。

固定端铰链套上开有三个圆周阵列的螺孔，用于固定端球铰链与固定法兰的固定，所述的锁定螺柱与铰链套螺纹配合，所述的铰链球分别与铰链套和锁定螺柱呈球面接触，该铰链球与紧定螺钉为点接触，通过锁定螺柱和紧定螺钉预紧力对铰链球进行摩擦紧固，从而实现铰链球的锁定，在该铰链球上开有螺纹槽，供所述的左段螺杆嵌入。

所述的运动端球铰链包括运动端铰链套、运动端铰链球、运动端锁定螺柱和运动端紧定螺钉。

运动端铰链套上开有三个圆周阵列的螺孔，用于运动端球铰链与透镜法兰的固定，所述的运动端锁定螺柱与运动端铰链套螺纹配合，所述的运动端铰链球分别与运动端铰链套和运动端锁定螺柱呈球面接触，该运动端铰链球与运动端紧定螺钉为点接触，通过运动端锁定螺柱和运动端紧定螺钉预紧力对运动端铰链球进行摩擦紧固，从而实现运动端铰链球的锁定，在该运动端铰链球上开有螺纹槽，供所述的右端螺杆嵌入。

一种空间滤波器端透镜位置和姿态锁定方法，其特点在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：并联辅助工具装调前：将运动端球铰链安装在透镜法兰上并通过标准螺钉固定；拧紧锁定螺柱，然后将右端螺杆通过螺纹配合安装在运动端球铰链中的铰链球上，安装好后松开锁定螺柱，使得右端螺杆和铰链球中螺纹槽配合并灵活摆动。通过螺纹配合连接左段螺杆和右端螺杆，旋转左段螺杆使得其相对右段螺杆向右移动，即两段式连接螺杆缩短，反之可伸长。

步骤2：并联辅助工具装调后：根据要求对待装调透镜的位姿调节完成后，通过连接组件使透镜法兰相对固定法兰锁紧固定。

步骤3：最后卸下并联辅助工具，透镜法兰位姿保持锁定。

步骤2具体是：将左段螺杆和右段螺杆连接，接着将固定端球铰链安装到固定法兰上，调节铰链球中螺纹槽的开口方向实现与左段螺杆同轴，接着旋紧运动端球铰链中的锁定螺柱保证左段螺杆固定锁紧；然后旋紧固定端球铰链中的锁定螺柱，旋转左段螺杆与铰链球配合锁紧，至此透镜法兰相对固定法兰完全锁定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)具有调节精度高、紧固锁定稳定的特点，

2)结合并联辅助装调工具，可进行透镜有限空间调节操作，实现高功率激光装置轻量化升级。

附图说明

图1为本发明空间滤波器端透镜位姿锁定装置的正视图；

图2为本发明空间滤波器端透镜位姿锁定装置的右视图；

图3为图2中a-a剖视图

图4为本发明中两端球铰链，其中a为固定端球铰链，b为运动端球铰链，c为右视图

图5为图4中b-b剖视图，其中a为固定端球铰链，b为运动端球铰链及其b-b剖视图

图6左段螺杆

图7右段螺杆

图中：固定法兰；2.透镜法兰；3.透镜；4.固定端球铰链；5.连接杆；6.波纹管；7.运动端球铰链；8.标准螺钉；5-1.左段螺杆；5-2.右段螺杆；4-1.铰链套；4-2.铰链球；4-3.锁定螺柱；4-4.紧定螺钉；7-1.铰链套；7-2.铰链球；7-3.锁定螺柱；7-4.紧定螺钉.

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此实施例限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，一种空间滤波器端透镜位姿锁定装置，包括固定法兰1、透镜法兰2、至少三组连接该固定法兰1和透镜法兰2的连接组件；以及波纹管6；所述的固定法兰1用于与空间滤波器固定；所述的透镜法兰2用于与待装调透镜3连接；每组连接组件均包括固定端球铰链4、连接杆5和运动端球铰链7，所述的连接杆5的一端通过所述的固定端球铰链4与所述的固定法兰1相连，该连接杆5的另一端通过所述的运动端球铰链7与所述的透镜法兰2；所述的波纹管6的两端分别连接固定法兰1和透镜法兰2。

本发明在空间滤波器端透镜位姿调节完成后并联辅助工具未拆卸前使用，通过以下步骤实施：

(1)并联辅助工具装调前：将运动端球铰链7安装在透镜法兰2上并通过标准螺钉8固定。拧紧锁定螺柱7-3，然后将右端螺杆6通过螺纹配合安装在运动端球铰链7中的铰链球7-2上，安装好后松开锁定螺柱7-3，使得右端螺杆6和铰链球7-2中螺纹槽配合并灵活摆动。通过螺纹配合连接左段螺杆5-1和右端螺杆6，旋转左段螺杆5-1使得其相对右段螺杆5-2向右移动，即两段式连接螺杆缩短，反之可伸长。

(2)并联辅助工具装调后：由于固定端球铰链4未安装，因此透镜法兰2浮动并保持与并联辅助工具位姿运动一致。根据要求对透镜位姿调节完成后装置保持稳定，波纹管6受拉伸压缩而产生应力，此时需对透镜法兰2相对固定法兰1锁紧固定。在步骤(2)中左段螺杆5-1和右段螺杆5-2已经连接，接着将固定端球铰链4安装到固定法兰1上，此时球铰链套4-1中的锁定螺柱4-3为旋松状态，因此可以调节铰链球4-2中螺纹槽的开口方向实现与左段螺杆5-1同轴，接着旋紧运动端球铰链7中的锁定螺柱7-3保证左段螺杆5-1固定锁紧。然后旋紧固定端球铰链4中的锁定螺柱4-3，由于铰链球4-2与左段螺杆5-1同轴，因此旋转左段螺杆5-1与铰链球4-2配合锁紧，至此透镜法兰1相对固定法兰2完全锁定。

(3)最后卸下并联辅助工具，透镜法兰位姿保持锁定。