本發明涉及一種大口徑光學元件的多力與力矩耦合面型精調系統，屬于機械設計及力學分析技術領域。

背景技術：

大口徑光學元件是伴隨著人類社會對激光能量的要求日益增加而逐漸形成的一類較為特殊的光學元件。一般來講，大口徑光學元件與同等級別的常規光學元件并沒有本質上的區別。它們之間最大的不同就在于，大口徑光學元件在尺寸上的增加導致了光學元件自身重力對其面型產生了更加顯著的影響，其需要的用于抑制該面型變化的裝校外力也明顯增加。在這樣的困難條件下，為了保證大口徑光學元件在線的全通光口徑使用條件，還不能對大口徑光學元件的中間部分進行夾持，因而只能通過其四周的夾持來對其面型進行調整。通過理論分析發現，僅通過正壓力來進行周向夾持很難達到理想的面型。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提供了一種大口徑光學元件的多力與力矩耦合面型精調系統，采用簡單易行的結構以多力和力矩相耦合的方式作為光學元件的支撐點，實現對大口徑光學元件面型的精密調節。

一種大口徑光學元件的多力與力矩耦合面型精調系統，該系統包括支撐座、光學元件、基準板、八個力與力矩調整模塊以及八個基準板安裝螺釘；

所述支撐座為一個方形框體類零件，其中有一個基準板安裝面和一個支撐座凹槽面，所述基準板安裝面上有八個基準板安裝孔，所述支撐座凹槽面上有八個精密支撐平面；所述光學元件為一個平板類透射元件，其具有一個入射面和一個出射面；所述基準板為一個方形平板結構，其一面為力與力矩調整模塊安裝面，所述力與力矩調整模塊安裝面上有八個基準板連接孔和八個力與力矩調整模塊安裝凹槽，所述每一個力與力矩調整模塊安裝凹槽上有兩個力與力矩調整模塊安裝臺階和兩個力與力矩調整模塊安裝孔；力與力矩調整模塊上有兩個壓緊單元，其中一個壓緊單元與支撐光學元件的精密支撐平面的位置相對應，用于對光學元件施加正應力，另外一個壓緊單元相對支撐光學元件的精密支撐平面向光學元件的外側移動一段距離，用于對光學元件施加力矩。

進一步地，所述力與力矩調整模塊包括一個力與力矩調整模塊基體座，兩個雙自由度自適應件，兩個力與力矩調整模塊安裝螺釘，兩個板塊式力傳感器，兩個彈簧，兩個彈簧定位片，兩個輸入螺釘，一個t形導塊，兩個輸入螺母，兩個t形導塊安裝螺釘；所述力與力矩調整模塊基體座為一個近似t字外形的中空塊狀零件，其上有兩個基體座腳面和一個基體座連接面，所述每一個基體座腳面上有一個力與力矩調整模塊連接孔，所述基體座連接面所在的平面上有兩個t形導塊安裝孔，四個走線孔，兩個板塊式力傳感器導向方孔，所述每個板塊式力傳感器導向方孔上有兩個板塊式力傳感器限位臺階。所述每個雙自由度自適應件上有一個自適應件安裝螺紋面和一個交叉筋用于實現雙自由度自適應調節的功能；所述板塊式力傳感器上有一個彈簧定位孔；所述彈簧定位片上有一個彈簧定位凸臺；所述輸入螺釘上有一個圓弧接觸面；所述t形導塊上有兩個t形導塊腳面兩個t形導塊通孔，所述每一個t形導塊腳面上有一個t形導塊連接孔。所述輸入螺母有一個輸入螺母外圓面和一個輸入螺母內圓面；

所述板塊式力傳感器為一個外形為“互”字形的塊體零件，其上有一個電路集成線用于連接傳感器所需要的電源線以及其輸出的信號線，有四個應變單元用于將傳感器感知到的形貌變化轉化為傳感器的電信號變化，有一個矩形鏤空用于搭建傳感器的彈性變形結構、提供傳感器測量電路走線空間以及創造傳感器電線的密封邊界，有一個雙自由度自適應件安裝孔，有一個上橫梁用于將傳感器與其固定裝置連接，有一個下橫梁用于將傳感器與待測結構連接，有一個左豎梁用于傳遞所述上橫梁上的作用力，有一個右豎梁用于傳遞所述下橫梁上的作用力，有一個上變形梁和一個下變形梁均用于為所述應變單元提供微小變形；

所述光學元件通過其入射面與所述支撐座上的三個精密支撐平面進行接觸安裝；所述基準板采用八個基準板安裝螺釘通過八個基準板連接孔與所述支撐座上的八個基準板安裝孔進行連接安裝；所述力與力矩調整模塊采用兩個力與力矩調整模塊安裝螺釘通過兩個力與力矩調整模塊連接孔與所述基準板上的兩個力與力矩調整模塊安裝孔進行連接安裝；所述雙自由度自適應件與所述光學元件上的出射面進行接觸安裝；所述雙自由度自適應件通過其上的自適應件安裝螺紋面與所述板塊式力傳感器上的雙自由度自適應件安裝孔進行連接安裝；所述板塊式力傳感器通過其自身側面與所述力與力矩調整模塊基體座上的板塊式力傳感器導向方孔進行接觸安裝；所述板塊式力傳感器上的電路集成線通過所述力與力矩調整模塊基體座上的走線幺形孔引出；所述板塊式力傳感器的軸線位置通過其上的上橫梁與所述力與力矩調整模塊基體座上的板塊式力傳感器限位臺階來進行限位；所述彈簧通過所述彈簧定位孔實現其與所述板塊式力傳感器之間的定位；所述彈簧定位片通過其上的彈簧定位凸臺實現其與所述彈簧之間的定位；所述輸入螺釘通過其上的圓弧接觸面與所述彈簧定位片進行接觸安裝；所述輸入螺釘通過所述輸入螺母內圓面與所述輸入螺母進行連接安裝；所述輸入螺母通過其自身的輸入螺母外圓面與所述t形導塊上的t形導塊通孔進行連接安裝；所述t形導塊采用兩個t形導塊安裝螺釘通過所述t形導塊連接孔與所述力與力矩調整模塊基體座上的t形導塊安裝孔進行連接安裝。

有益效果：

1、本發明采用簡單機械結構的設計方式對大口徑的光學元件進行周向夾持，在所布置的每一個力與力矩調整模塊上有兩個壓緊單元，其中一個壓緊單元與支撐光學元件的精密支撐平面的位置相對應，用于對光學元件施加正應力，另外一個壓緊單元相對支撐光學元件的精密支撐平面向光學元件的外側移動了一段距離，用于對光學元件施加力矩。通過這樣的力與力矩調整模塊設計，不需要對光學元件中間通光口徑的區域進行支撐即可滿足其面型需求。

2、本發明的板塊式力傳感器為一個外形近似“互”字形的塊體類零件，通過本發明可以保證該傳感器的安裝力和待測力均穿過傳感器的中心，避免產生附加力矩二造成測量值不準確以及對傳感器造成損害的現象。通過本發明可以極為有效的將待測應變轉化到傳感器的測量電路，而傳感器的整體剛度可以保持在較高的水平。通過本發明的設計，其外形為薄塊類零件，有利于空間的合理利用簡化力與力矩調整模塊的整體結構。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構示意圖；

圖2為本發明的整體結構爆炸圖；

圖3為本發明的力與力矩調整模塊結構示意圖；

圖4、5為本發明的力與力矩調整模塊結構剖視圖；

圖6為本發明的板塊式力傳感器結構示意圖；

圖7為本發明的板塊式力傳感器三維結構示意圖；

其中，1、基準板安裝螺釘，2、支撐座，3、力與力矩調整模塊，4、基準板，5、光學元件，6、基準板安裝孔，7、基準板安裝面，8、精密支撐平面，9、入射面，10、基準板連接孔，11、力與力矩調整模塊安裝凹槽，12、力與力矩調整模塊安裝面，13、力與力矩調整模塊安裝臺階，14、力與力矩調整模塊安裝孔，15、出射面，16、支撐座凹槽面，17、力與力矩調整模塊連接孔，18、t形導塊安裝孔，19、走線孔，20、板塊式力傳感器限位臺階，21、交叉筋，22、力與力矩調整模塊安裝螺釘，23、自適應件安裝螺紋面，24、雙自由度自適應件，25、板塊式力傳感器，26、彈簧，27、彈簧定位凸臺，28、彈簧定位片，29、圓弧接觸面，30、輸入螺釘，31、t形導塊連接孔,32、t形導塊腳面，33、t形導塊安裝螺釘，34、t形導塊通孔，35、輸入螺母，36、輸入螺母外圓面，37、輸入螺母內圓面，38、t形導塊，39、彈簧定位孔，40、基體座連接面，41、基體座腳面，42、力與力矩調整模塊基體座，43、板塊式力傳感器導向方孔，44、應變單元，45、矩形鏤空，46、上橫梁，47、上變形梁，48、右豎梁，49、下變形梁，50、雙自由度自適應件安裝孔，51、下橫梁，52、左豎梁，53、電路集成線。

具體實施方式

下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。

如附圖1所示的一種大口徑光學元件的多力與力矩耦合面型精調系統，包括一個支撐座2、一個光學元件5、一個基準板4、八個力與力矩調整模塊3以及八個基準板安裝螺釘1。

如附圖2所示的整體結構爆炸圖，所述支撐座2為一個方形框體類零件，其中有一個基準板安裝面7和一個支撐座凹槽面16，所述基準板安裝面7上有八個基準板安裝孔6，所述支撐座凹槽面16上有八個精密支撐平面8。所述光學元件5為一個平板類透射元件，其具有一個入射面9和一個出射面15。所述基準板4為一個方形平板結構，其一面為力與力矩調整模塊安裝面12，所述力與力矩調整模塊安裝面12上有八個基準板連接孔12和八個力與力矩調整模塊安裝凹槽11，所述每一個力與力矩調整模塊安裝凹槽11上有兩個力與力矩調整模塊安裝臺階13和兩個力與力矩調整模塊安裝孔14。

如附圖3、4和5所示，力與力矩調整模塊3包括一個力與力矩調整模塊基體座42，兩個雙自由度自適應件24，兩個力與力矩調整模塊安裝螺釘22，兩個板塊式力傳感器25，兩個彈簧26，兩個彈簧定位片28，兩個輸入螺釘30，一個t形導塊38，兩個輸入螺母35，兩個t形導塊安裝螺釘33。所述力與力矩調整模塊基體座42為一個近似t字外形的中空塊狀零件，其上有兩個基體座腳面41和一個基體座連接面40，所述每一個基體座腳面41上有一個力與力矩調整模塊連接孔17，所述基體座連接面40所在的平面上有兩個t形導塊安裝孔18，四個走線孔19，兩個板塊式力傳感器導向方孔43，所述每個板塊式力傳感器導向方孔43上有兩個板塊式力傳感器限位臺階20。所述每個雙自由度自適應件24上有一個自適應件安裝螺紋面23和一個交叉筋21用于實現雙自由度自適應調節的功能。所述板塊式力傳感器25上有一個彈簧定位孔39。所述彈簧定位片28上有一個彈簧定位凸臺27。所述輸入螺釘30上有一個圓弧接觸面29。所述t形導塊38上有兩個t形導塊腳面32兩個t形導塊通孔34，所述每一個t形導塊腳面32上有一個t形導塊連接孔31。所述輸入螺母35有一個輸入螺母外圓面36和一個輸入螺母內圓面37。

如附圖6和7所示，,板塊式力傳感器25為一個外形近似“互”字形的塊體零件，其上有一個電路集成線53用于連接傳感器所需要的電源線以及其輸出的信號線，有四個應變單元44用于將傳感器感知到的形貌變化轉化為傳感器的電信號變化，有一個矩形鏤空45用于搭建傳感器的彈性變形結構、提供傳感器測量電路走線空間以及創造傳感器電線的密封邊界，有一個雙自由度自適應件安裝孔50，有一個上橫梁46用于將傳感器與其固定裝置連接，有一個下橫梁51用于將傳感器與待測結構連接，有一個左豎梁52用于傳遞所述上橫梁46上的作用力，有一個右豎梁48用于傳遞所述下橫梁51上的作用力，有一個上變形梁47和一個下變形梁49均用于為所述應變單元44提供微小變形。

所述光學元件5通過其入射面9與所述支撐座2上的三個精密支撐平面8進行接觸安裝。所述基準板4采用八個基準板安裝螺釘1通過八個基準板連接孔10與所述支撐座2上的八個基準板安裝孔6進行連接安裝。所述力與力矩調整模塊3采用兩個力與力矩調整模塊安裝螺釘22通過兩個力與力矩調整模塊連接孔17與所述基準板4上的兩個力與力矩調整模塊安裝孔14進行連接安裝。所述雙自由度自適應件24與所述光學元件5上的出射面15進行接觸安裝。所述雙自由度自適應件24通過其上的自適應件安裝螺紋面與所述板塊式力傳感器25上的雙自由度自適應件安裝孔50進行連接安裝。所述板塊式力傳感器25通過其自身側面與所述力與力矩調整模塊基體座42上的板塊式力傳感器導向方孔43進行接觸安裝。所述板塊式力傳感器25上的電路集成線53通過所述力與力矩調整模塊基體座42上的走線幺形孔19引出。所述板塊式力傳感器25的軸線位置通過其上的上橫梁46與所述力與力矩調整模塊基體座42上的板塊式力傳感器限位臺階20來進行限位。所述彈簧26通過所述彈簧定位孔39實現其與所述板塊式力傳感器25之間的定位關系。所述彈簧定位片28通過其上的彈簧定位凸臺27實現其與所述彈簧26之間的定位關系。所述輸入螺釘30通過其上的圓弧接觸面29與所述彈簧定位片28進行接觸安裝。所述輸入螺釘30通過所述輸入螺母內圓面37與所述輸入螺母35進行連接安裝。所述輸入螺母35通過其自身的輸入螺母外圓面36與所述t形導塊38上的t形導塊通孔34進行連接安裝。所述t形導塊38采用兩個t形導塊安裝螺釘33通過所述t形導塊連接孔31與所述力與力矩調整模塊基體座42上的t形導塊安裝孔18進行連接安裝。

綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。