一种具有防尘功能的多光学元件电动切换装置及方法与流程

1.本发明涉及一种具有防尘功能的多光学元件电动切换装置及方法，属于光学元件切换领域。


背景技术：

2.大型激光系统体积大、光路多、光学元件数量大，例如美国国家点火装置(nif)占地面积相当于三个足球场，包含192束光路，10000多块光学元件。激光系统运行过程中，光学元件极易损坏，损坏后的光学元件会影响通光质量，并产生大量颗粒污染物，造成其他光学元件的污染和再次打靶损伤，因此，大型激光系统中的光学元件需要经常更换维护。目前光学元件的更换工作主要由人工完成，效率低、成本高，而且人工切换增加了激光系统内部污染的可能。光学元件是大型高能激光系统的基石，所涉及的光学元件种类多、数量大且参数各异，在同一位置经常需要进行不同光学元件的切换工作，目前国内大型高能激光系统的光学元件切换工作主要依靠人工完成，以国内某大型高能激光系统为例，8路激光需要同时切换某一光学元件，且光学元件分别位于激光系统的不同部位，间隔距离远，人工切换耗时费力，且容易造成系统内部污染。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种具有防尘功能的多光学元件电动切换装置及方法。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
5.一种具有防尘功能的多光学元件电动切换装置，所述具有防尘功能的多光学元件电动切换装置包括仓体组件、仓体安装滑移框、移入移出组件和仓体进给驱动组件，移入移出组件包括移入移出轨道组件和移入移出驱动组件，仓体进给驱动组件包括仓体沿x轴进给驱动和仓体沿y轴进给驱动，
6.仓体组件的开口处设有保险扣板，仓体组件内侧设有与光学元件框体两侧限位机构配合的z向限位卡槽，仓体组件内的底部设有电磁铁，仓体组件的两侧距离开口处较远处设置有吊装吊环和定位卡槽，仓体组件内部放置有光学元件(11)和挡尘板，仓体组件的两侧距离开口处较近处设置有定位滚轮；
7.仓体组件两侧的定位滚轮滑入仓体安装滑移框内两侧的滚轮槽内，仓体组件两侧的定位滚轮到位后扶正，使仓体安装滑移框上的定位卡钩卡入仓体组件的定位卡槽，旋紧仓体安装滑移框上的仓体紧定螺钉，仓体组件和仓体安装滑移框组成切换移动部件，切换移动部件的外侧通过固定部件固定组成光学元件仓体组件；
8.光学元件安装在光学元件框体内组成光学元件组件，光学元件组件位于仓体组件的不同滑道内，光学元件组件两侧的滚轮与仓体组件内的滑道配合，仓体组件出口处的光学元件框体上开有“t”型卡槽与移入移出驱动组件内的移入移出横梁的“t”型卡钩配合；
9.光学元件仓体组件的开口处与移入移出轨道组件的顶部设置的固定安装板滑动
连接，光学元件仓体组件在固定安装板上沿y轴移动上，仓体沿y轴进给驱动固定在固定安装板上，仓体沿y轴进给驱动末端与光学元件仓体组件连接；
10.光学元件组件由移入移出横梁带动，位于移入移出轨道组件底部的移入移出驱动组件为光学元件的移动提供动力；移入移出驱动组件由电机和滚珠丝杆组成，移入移出轨道组件由滑轨、移入移出横梁、滑块与连接件组成，连接件将滚珠丝杆螺母、滑块和移入移出横梁连接在一起，电机转动带动滚珠丝杆旋转，滚珠丝杆螺母在滚珠丝杆上进行上下直线运动，从而带动移入移出横梁和滑块沿滚柱丝杠和移入移出轨道组件两侧的滑轨上下运动；移入移出组件内设置有两组移入移出轨道组件和移入移出驱动组件，一组控制挡尘板的移动，一组控制光学元件组件的移动；
11.移入移出组件的上下两侧分别设有光学元件位置检测的到位开关；切换移动部件与仓体沿x轴进给驱动垂直固定并通过仓体沿x轴进给驱动控制仓体组件和仓体安装滑移框在x轴上进行移动。
12.本发明一种具有防尘功能的多光学元件电动切换装置，所述仓体组件的尺寸可根据需求设计，储存多片光学元件和一片挡尘板，挡尘板位于仓体组件(1)内光学元件的最上面。
13.一种具有防尘功能的多光学元件电动切换方法，所述具有防尘功能的多光学元件电动切换方法具体为：
14.1)光学元件仓体组件移动至切换工作位置后，准备进行切换动作：
15.2)移入移出驱动组件的电机动作，将需切换光学元件组件推入仓体组件的空位内；
16.3)仓体沿x轴进给驱动动作，移动仓体组件和仓体安装滑移框，使待切换光学元件组件移动至与移入移出横梁的“t”型卡钩配合；
17.4)移入移出驱动组件的电机将待切换光学元件组件移出仓体组件至工作位置；
18.5)仓体沿x轴进给驱动将仓体组件和仓体安装滑移框复位；
19.6)仓体沿y轴进给驱动动作，将光学元件仓体组件移动至原位，至此，光学元件切换完成。
20.本发明一种具有防尘功能的多光学元件电动切换装置及方法，光学元件组件在仓体组件内设置有双重防脱落机构，一种为机械锁紧机构，另一种为电磁铁辅助防脱落结构；机械锁紧机构包括防脱落连杆、滚轮、弹簧和连杆，防脱落连杆与移动连杆平行设置和两个相互平行的连杆垂直连接，移动连杆的一侧为弹簧，另一侧为滚轮，弹簧的另一侧固定在光学元件组件上，机械锁紧机构设置在光学元件框体两侧，机械锁紧机构的防脱落连杆与仓体组件侧板凹槽配合；光学元件切换过程中，机械锁紧机构运动使光学元件组件的“t”型卡槽与移入移出横梁上的“t”型卡钩配合，在此过程中，“t”型卡钩挤压机械锁紧机构的滚轮，使防脱落连杆回缩，释放光学元件组件，此时电磁铁断电。
21.本发明一种具有防尘功能的多光学元件电动切换装置及方法，采用弹性密封板对移入移出组件进行密封，光学元件仓体组件底部设有弹性密封板开合滚轮，弹性密封板开合滚轮与弹性密封板倾斜滚道配合，光学元件切换时，光学元件仓体组件沿y轴移动至切换工位，移动过程中，弹性密封板开合滚轮进入弹性密封板倾斜滚道内，随着光学元件仓体组件移动距离增加，弹性密封板受力向固定板内侧方向运动，弹性密封板逐渐打开，光学元件
切换完毕后，光学元件仓体组件反向移回，弹性密封板复位弹簧在弹性密封板开合滚轮反向运动的时候辅助弹性密封板复位至闭合状态。
22.本发明一种具有防尘功能的多光学元件电动切换装置及方法，移入移出轨道组件内侧设置有6个弹性压紧滚轮，光学元件组件沿滑轨移入过程中，弹性压紧滚轮将光学元件组件压紧在与光学元件配合的结构件表面上，实现密封。
23.本发明一种具有防尘功能的多光学元件电动切换装置及方法，本发明以电动机械装置代替人工进行大型激光系统中光学元件的切换工作，在光学元件工作位置安装一套电动切换装置，装置含有多光学元件仓体，仓体内可根据需求放置多块备用光学元件，在工作光学元件损伤后，切换装置可将损伤的光学元件移入仓体，并将备用光学元件移动至工作位置，避免了光学元件的频繁人工拆装，只需在仓体内光学元件全部损伤后进行更换，同时具备防尘功能，为激光系统内部洁净提供了保障。光学元件仓体可单独拆装，拆装简单，便于光学元件保养维护和维修更换。
附图说明
24.图1为本发明具有防尘功能的多光学元件电动切换装置的结构示意图。
25.图2为本发明具有防尘功能的多光学元件电动切换装置中仓体组件的结构示意图。
26.图3为本发明具有防尘功能的多光学元件电动切换装置中仓体组件的a向示意图。
27.图4为本发明具有防尘功能的多光学元件电动切换装置中仓体组件的b-b向示意图。
28.图5为本发明具有防尘功能的多光学元件电动切换装置中仓体安装滑移框的结构示意图。
29.图6为本发明具有防尘功能的多光学元件电动切换装置中光学元件组件的结构示意图。
30.图7为本发明具有防尘功能的多光学元件电动切换装置中光学元件移入移出方案示意图。
31.图8为本发明具有防尘功能的多光学元件电动切换装置中移入移出驱动组件的结构示意图。
32.图9为本发明具有防尘功能的多光学元件电动切换装置到位开关的位置示意图。
33.图10为本发明具有防尘功能的多光学元件电动切换方法中光学元件仓体组件移动至光学元件切换工位的示意图。
34.图11为本发明具有防尘功能的多光学元件电动切换方法中光学元件准备切换状态示意图。
35.图12为本发明具有防尘功能的多光学元件电动切换装置中机械锁紧机构的结构示意图。
36.图13为本发明具有防尘功能的多光学元件电动切换装置中光学元件和挡光板移入移出组件的结构示意图。
37.图14为本发明具有防尘功能的多光学元件电动切换装置中光学元件移入移出通道密封结构示意图。
38.图15为本发明具有防尘功能的多光学元件电动切换装置中光学元件与光学元件配合的结构件表面压紧密封的结构示意图。
39.图中附图标记有：1为仓体组件；2为仓体安装滑移框；3为到位开关；4为移入移出组件；5为仓体进给驱动组件；1-1为保险扣板；1-2为z向限位卡槽；1-3为电磁铁；1-4为吊装吊环；1-5为定位滑轮；1-6为定位卡槽；1-7为光学元件组件；1-7-1为光学元件框架；1-7-2为滚轮；1-7-3为限位机构；1-7-4为“t型卡槽”；1-8为滑道；2-1为滚轮槽；2-2为定位卡钩；2-3为仓体紧定螺钉；4-1为移入移出轨道组件；4-2为移入移出驱动组件；4-2-1为电机；4-2-2为滚珠丝杆；4-1-3为滑轨；4-1-5为移入移出横梁；4-1-6为滑块；4-1-7为连接件；4-1a光学元件移入移出轨道组件；4-1b挡光板移入移出轨道组件；4-2a光学元件移入移出驱动组件；4-2b挡光板移入移出驱动组件；5-1为仓体沿x轴进给驱动；5-2为仓体沿y轴进给驱动；6-1为防脱落连杆；6-2为滚轮；6-3为弹簧；6-4为连杆；7-1为弹性密封板；7-2为弹性密封板开合滚轮；7-4为弹性密封板复位弹簧；7-5为固定板；8-1为弹性压紧滚轮；9-1为需切换光学组件；9-2为待切换光学元件组件；10为挡光板；11为光学元件；12为固定部件；13为切换移动部件。
具体实施方式
40.下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
41.实施例一：如图1-15所示，本实施例所涉及的一种具有防尘功能的多光学元件电动切换装置及方法：
42.(1)电动切换装置整体结构
43.电动切换装置整体结构如图1所示，主要包括仓体组件、仓体安装滑移框、移入移出轨道组件、移入移出驱动组件和仓体进给驱动组件，包括沿x轴方向和沿y轴方向两个驱动，可实现光学元件的自动移入移出和切换功能。
44.(2)仓体组件结构设计
45.为了便于应急和日常维护，设计了便于拆装的仓体，仓体结构如图2-4所示。开口处设有保险扣板，能够保证晶体仓安全可靠的存储光学元件，仓体内侧设有与光学元件框体限位机构配合的z向限位卡槽，保证光学元件晶体仓在转运和安装等环节中不会发生脱出、磕碰、损坏等危险情况，光学元件仓体底部设有电磁铁，使光学元件能够牢固吸附在仓体底部，确保在工作过程中光学元件的牢靠固定。光学元件仓体两侧设计有吊装吊环，方便拆装时使用吊钩。仓体可根据需求设计，能够储存多片光学元件和挡尘板。
46.光学元件仓体组件设计为首先倾斜进入光学元件仓体安装滑移框，使仓体组件两侧的定位滚轮滑入滚轮槽，然后在进入的过程中逐步减小倾斜角，光学元件仓体组件定位滚轮到位后扶正，使仓体安装滑移框上的定位卡钩卡入光学元件仓体定位卡槽，检查两侧卡钩全部滑入卡槽即可，最后，旋紧光学元件仓体紧定螺钉，如图5所示。拆卸时按照相反步骤操作即可。
47.(3)光学元件移入移出及切换结构设计
48.将尺寸为330mm
×
330mm
×
10mm的光学元件安装在光学元件框架内，组成光学元件组件，如图6所示。光学元件组件位于光学元件仓体组件的不同滑道内，光学元件组件上的
滚轮与滑道配合，保证光学元件组件的顺利移入移出，光学元件框体下方开有“t”型卡槽，用来与移入移出部件“t”型卡钩配合，光学元件移出光路后，镜边缘与光路中心距离为200mm。光学元件移入移出方案如图7所示。
49.由图8可知，光学元件由移入移出横梁带动，通过电动切换装置和仓体内部的滑道完成移入移出运动。位于底部的移入移出驱动组件为光学元件移动提供动力，驱动方案如图8所示。移入移出驱动方案由电机、滚珠丝杆、滑块、导轨、移入移出横梁以及滑块与连接件组成，连接件将丝杠螺母、滑块和移入移出横梁连接在一起，驱动关系为：电机-丝杆-螺母-连接件-滑块和移入移出横梁-光学元件。
50.移入移出通道上下两侧分别设有光学元件位置检测的到位开关，如图9所示。
51.在停机进行光学元件切换时，y轴电缸将光学元件仓体组件移动至切换工位，如图10所示。
52.光学元件仓体部件移动至切换工作位置后，准备进行切换动作，相关说明如图11所示。光学元件切换过程如下：(1)移入移出电机动作，将被切换光学元件推入光学元件仓体空位内；(2)光学元件切换驱动电机动作，移动光学元件仓体，使带切换光学元件移动至与卡钩配合；(3)移入移出驱动电机将带切换光学元件移出光学元件仓体至工作位置；(4)光学元件切换驱动将光学元件仓体复位；(5)y轴进给驱动电机动作，将光学元件仓体移动至原位，至此，光学元件切换完成。
53.光学元件切换过程中，锁紧机构起到了安全防护的作用，光学元件在仓体内设置有双重防脱落机构，一种为机械锁紧机构，如图12所示，设置在框体两侧，限位机构与仓体侧板凹槽配合；另一种为电磁铁辅助防脱落结构。
54.光学元件切换过程中，锁紧机构运动使光学元件“t”型槽与移入移出横梁上的“t”型卡钩配合，在此过程中，“t”型卡钩挤压防脱落连杆滚轮，使防脱落连杆回缩，释放光学元件，此时电磁铁断电。
55.(4)密封结构设计
56.光学元件前方设置有挡尘板组件，结构与光学元件组件相同，与3件光学元件一起装入光学元件仓体内，单独设有移入移出通道和电动切换装置及驱动部件，如图13所示。
57.光学元件移入时，光学元件移入移出通道密封方案如图14所示，采用弹性密封板对移入移出通道进行密封，光学元件仓体安装滑移框底部设有弹性密封板开合滚轮，光学元件切换时，光学元件仓体安装滑移框沿y轴移动至切换工位，移动过程中，开合滚轮进入弹性密封板倾斜滚道，随着仓体安装滑移框移动距离增加，弹性密封板逐渐打开，光学元件切换完毕后，仓体安装滑移框反向移回，弹性密封板闭合。
58.光学元件移入状态与二倍频组件接触面压紧密封方案如图15所示，光学元件移入移出滑道内侧设置有6个弹性压紧滚轮，光学元件沿滑道移入过程中，弹性滚轮将光学元件压紧在二倍频组件结合面上，实现密封。
59.电动切换方法的过程为：
60.(1)y轴驱动动作，将光学元件仓体组件随底移动至切换工位；
61.(2)移出移出组件动作，将处于工作位置的光学元件移动至仓体内；
62.(3)x轴驱动动作，使光学元件仓体组件移动，将需要切换的光学元件移动至与移入移出组件上的“t”型卡钩配合，x轴驱动停止运动；
63.(4)移入移出组件动作，将需要切换的光学元件移动至工作位置；
64.(5)y轴驱动动作，将光学元件仓体组件移动至初始位置。
65.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。