基于远心柔性机构的光学元件调节装置

本发明属于精密光机领域，具体涉及一种基于远心柔性机构的光学元件的调节装置。

背景技术：

1、在高功率固体激光装置中，光学元件在靶区编组传输部分发挥着对激光束进行位置调整、对准方向、光程匹配等重要功能。为了确保瞄准精度，这些光学元件需要实现精确的二维(俯仰/方位)偏转运动，并在有限的径向空间限制下实现紧凑的阵列排布。

2、如专利cn104280858和cn106680965公开了一种基于柔性并联机构的光学元件调节装置，柔性铰链的弹性变形产生有限可控的精确运动。但也存在缺点：用于驱动和防旋转的柔性支链均由双轴柔性铰链串联，仅提供五个自由度和一个轴向约束，防旋转柔性支链增加了整个并联柔性机构的耦合程度。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明的目的在于提出一种基于远心柔性机构的光学元件调节装置，其特征在于，包括光学元件、隔离板、背板、定心柔性组件、远心柔性组件和驱动组件；

2、所述隔离板，用于固定待调节光学元件；

3、所述定心柔性组件包括定形板和多个支撑柔性支链，所述定形板呈圆形，用于安装所述隔离板，所述支撑柔性支链一端分布在所述定形板周缘，另一端安装在所述背板，且确保沿所述支撑柔性支链的轴向延长线均交汇于同一点形成远程中心点，该远程中心点位于所述定形板上方。

4、所述远心柔性组件包括呈等腰梯形的第一远心柔性铰链和第二远心柔性铰链，每个远心柔性铰链由两侧的调节柔性支链和上下的固定结构组成；沿调节柔性支链轴向延长线均交汇于同一点形成旋转中心点。所述远心柔性组件的连接端与所述隔离板固定连接，该远心柔性组件的驱动端与所述驱动组件连接；

5、所述驱动组件与所述背板固定安装。

6、分别以所述第一远心柔性铰链和第二远心柔性铰链的旋转中心点与所述远程中心点形成的连线作为第一旋转功能线和第二旋转功能线；

7、安装时保证第一旋转功能线与所述第一远心柔性铰链的梯形平面垂直，所述第二旋转功能线与所述第二远心柔性铰链的梯形平面垂直，所述第一旋转功能线与第二旋转功能线相互垂直。

8、可选的，所述定心柔性组件的支撑柔性支链与所述定形板连接平面法线的夹角α选择范围为30-60度。

9、可选的，所述远心柔性组件两侧的调节柔性支链之间的夹角γ范围为15-60度。

10、可选的，有定心调节需求情况下，安装时保证所述远程中心点与所述光学元件前表面中心点重合，所述第一远心柔性铰链和第二远心柔性铰链的旋转中心点与所述光学元件前表面重合。

11、该装置计算自由度为2(俯仰和偏转)，均由驱动组件进行控制。

12、可选的，作为一种可实施方式，在保证最终具有俯仰和偏转两个自由度的情况下，所述支撑柔性支链和所述调节柔性支链的构型最终目的是实现对轴向移动自由度的约束，其中的柔节可以是双轴、多轴等具有柔性铰链中的任意一种。

13、本发明的相较现有技术，有益效果在于：

14、1.基于远心柔性机构的结构特点，通过设置两组相互功能方向相互垂直的远心柔性组件，实现俯仰和偏转单独控制，降低了并联机构耦合程度，进一步简化了装置调节的复杂程度，同时降低复数驱动组件运行不同步等因素对姿态调节的干扰，提高了调节精度；

15、2.通过合理调整远心柔性组件与定心柔性组件的距离，可以实现高精度调整。

16、3.柔性结构尺寸灵活，可根据待调节光学元件大小合理设计，兼顾微小结构和大口径光学元件的调节需求；

17、4.远心柔性组件在垂直梯形平面方向上仍然具备一定的柔度，为调节过程中的绕旋转功能线的变形提供一定的径向余量；

18、5.解决了刚性并联结构微小调节时摩擦对姿态造成的非线性影响，避免了大负载必须润滑的需求，保证了在真空超洁净等环境中的使用，同时无间隙、维护简单、运动分辨率高；

19、除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步详细的说明。

技术特征：

1.一种基于远心柔性机构的光学元件调节装置，其特征在于，包括光学元件、隔离板、背板、定心柔性组件、远心柔性组件和驱动组件；

2.根据权利要求1所述的基于远心柔性机构的光学元件调节装置，其特征在于，分别以所述第一远心柔性铰链的旋转中心点和第二远心柔性铰链的旋转中心点与所述远程中心点形成的连线作为第一旋转功能线和第二旋转功能线；

3.根据权利要求1所述的基于远心柔性机构的光学元件调节装置，其特征在于，所述定心柔性组件的支撑柔性支链与所述定形板连接平面法线的夹角α选择范围为30-60度。

4.根据权利要求1所述的基于远心柔性机构的光学元件调节装置，其特征在于，所述远心柔性组件两侧的调节柔性支链之间的夹角γ范围为15-60度。

5.根据权利要求1-2任一所述的基于远心柔性机构的光学元件调节装置，其特征在于：有定心调节需求情况下，安装时保证所述远程中心点与所述光学元件前表面中心点重合，所述第一远心柔性铰链和第二远心柔性铰链的旋转中心点与所述光学元件前表面重合。

6.根据权利要求1-2任一所述的基于远心柔性机构的光学元件调节装置，其特征在于：所述支撑柔性支链和所述调节柔性支链的构型最终是实现对一个轴向移动自由度的约束，其中的柔节可以是单轴、双轴、多轴柔性铰链中的任意一种。

技术总结本发明属于精密光机领域，具体涉及一种基于远心柔性机构的光学元件调节装置，包括：光学元件、隔离板、背板、定心柔性组件、远心柔性组件、驱动组件。隔离板固定光学元件，定心柔性组件连接隔离板和背板，提供一个转动中心点，并实现对光学元件三个移动自由度的约束。两个远心柔性组件提供面内转动约束，并与定心柔性组件共同提供相互垂直的两个转动轴，实现光学元件的俯仰和偏转低耦合调节。本发明在结构上降低了并联机构的耦合程度，同时结构简单、运动平稳。技术研发人员：张楷锜,朱健强,樊全堂,刘志刚受保护的技术使用者：中国科学院上海光学精密机械研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13