專利名稱：多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置，屬于光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在強(qiáng)激光光學(xué)系統(tǒng)中，高通量運(yùn)行極易造成光學(xué)元件的損傷。這是因?yàn)樵趶?qiáng)激光照射下，試件中存在的裂紋引起光場強(qiáng)化，制造過程中引入的劃痕會(huì)在材料內(nèi)部形成集中的電磁場分布，容易引發(fā)自聚焦、電子崩電離等，直接導(dǎo)致材料抗損傷能力下降，亞表面損傷層中的雜質(zhì)對激光能量的強(qiáng)烈吸收會(huì)造成局部高溫，形成熱應(yīng)力，引起材料拉裂或壓碎。 另外，光學(xué)元件的損傷點(diǎn)尺寸會(huì)隨著照射數(shù)量的增加呈指數(shù)增長，并且產(chǎn)生強(qiáng)烈的散射和光束調(diào)制，從而嚴(yán)重影響光束的能量集中度。研究表明，初始損傷尺寸較小、損傷點(diǎn)的面積份額較小，損傷增長的閾值和速度較小，隨著光學(xué)元件上高通量激光輻照的增多，損傷也逐漸增加，當(dāng)損傷達(dá)到一定尺寸和數(shù)量后，光學(xué)元件的損傷將急劇增長，最終將導(dǎo)致光學(xué)元件的徹底損壞。如果能夠?qū)⒐鈱W(xué)元件的損傷在早期檢測出來，在元件損傷達(dá)到不可修復(fù)的程度前對其進(jìn)行更換或修復(fù)，將大大增加元件的實(shí)用壽命，節(jié)約大量的運(yùn)行成本，并提高運(yùn)行效率。目前光學(xué)元件損傷檢測主要采用離線檢測方法。離線檢測需要將待檢測的光學(xué)元件從系統(tǒng)中卸載下來，進(jìn)行測量和分析。離線方法具有檢測效率低下、限制條件多等缺點(diǎn)。 而目前許多大型光學(xué)系統(tǒng)對光學(xué)元件的要求無論是數(shù)量上還是質(zhì)量上都是前所未有的，傳統(tǒng)的離線檢測方法已經(jīng)難以滿足對現(xiàn)代大型光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行檢測的要求。光學(xué)元件損傷在線檢測是相對于離線檢測系統(tǒng)而言的，待檢測的光學(xué)元件不需要從系統(tǒng)中移出，可以通過在線檢測系統(tǒng)對全部光學(xué)元件進(jìn)行在線的檢測及跟蹤監(jiān)控。當(dāng)某個(gè)元件的損傷達(dá)到極限尺寸時(shí)，將該元件替換下來并修復(fù)，從而可以減少光學(xué)系統(tǒng)的損壞危險(xiǎn)，節(jié)約大量成本。相對于離線檢測方法，在線檢測具有檢測效率高，檢測條件要求低等優(yōu)點(diǎn)。目前國內(nèi)對于光學(xué)元件損傷在線檢測的研究較少，相對于國外還有不小的差距。目前在ICF實(shí)驗(yàn)中，為實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)所需的高溫高密度條件，要求輻照到靶面的激光脈沖能量高達(dá)IMJ量級，這要求裝置必須具備足夠的總體輸出能力和負(fù)載能力。負(fù)載能力主要決定于裝置的光學(xué)元件的損傷閾值和激光參數(shù)等因素，是制約系統(tǒng)輸出能力的瓶頸因素，由于單路激光負(fù)載能力有限，現(xiàn)代大型激光驅(qū)動(dòng)器一般多采用多路激光的輸出方式，如美國NIF裝置有192路激光，法國LMJ裝置有204束激光等。一般大口徑光學(xué)元件 (終端光學(xué)組件)系統(tǒng)按一定規(guī)律排布在一個(gè)靶室球上，如何在靶室內(nèi)快速的實(shí)現(xiàn)對多路光學(xué)元件的損傷在線檢測是一個(gè)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決在靶室內(nèi)不能快速的實(shí)現(xiàn)對多路光學(xué)元件的損傷在線檢測的問題，提供了一種多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置。本發(fā)明所述多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置，它包括光學(xué)成像平臺(tái)、俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、減速箱和六自由度機(jī)械手，光學(xué)成像平臺(tái)的光軸、俯仰角調(diào)整中心軸線、環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中心軸線和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心軸線在空間上相交于中心點(diǎn)O，所述中心點(diǎn)ο與被測靶室球中心重合；光學(xué)成像平臺(tái)、俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)和環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置在檢測裝置支架上，俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)光學(xué)成像平臺(tái)繞俯仰角調(diào)整中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在緯度方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描；減速箱用于將電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)力矩減速后、通過設(shè)置在其上的小齒輪驅(qū)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，所述環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動(dòng)光學(xué)成像平臺(tái)繞環(huán)轉(zhuǎn)中心軸線旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在經(jīng)度方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描；翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過法蘭盤與檢測裝置支架相連接，六自由度機(jī)械手用于驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，所述翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于通過檢測裝置支架帶動(dòng)光學(xué)成像平臺(tái)繞翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心軸線旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在上、下方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描；掃描獲取的光學(xué)元件圖像發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行損傷在線檢測。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提供了一種大口徑、長工作距、高精度的光學(xué)元件在線檢測的設(shè)備，通過一臺(tái)六自由度機(jī)械手將該系統(tǒng)放入到激光驅(qū)動(dòng)器靶室內(nèi)，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中心與靶室中重合。該系統(tǒng)本身具有六自由度的調(diào)整系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對靶室上的任意角度排布光學(xué)終端組件內(nèi)的光學(xué)元件進(jìn)行在線檢測。該系統(tǒng)通過成像系統(tǒng)采集光學(xué)元件的圖像，將圖像送到中心數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)判斷光學(xué)元件損傷情況。實(shí)現(xiàn)對靶室球上在各個(gè)位置處的光學(xué)元件進(jìn)行在線檢測。


圖1是本發(fā)明所述多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置，它包括光學(xué)成像平臺(tái)1、俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)2、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3、環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 4、減速箱5和六自由度機(jī)械手6，光學(xué)成像平臺(tái)1的光軸、俯仰角調(diào)整中心軸線、環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中心軸線和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心軸線在空間上相交于中心點(diǎn)O，所述中心點(diǎn)ο與被測靶室球中心重合；光學(xué)成像平臺(tái)1、俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)2、和環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4設(shè)置在檢測裝置支架上，俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)2用于驅(qū)動(dòng)光學(xué)成像平臺(tái)1繞俯仰角調(diào)整中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在緯度方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描；減速箱5用于將電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)力矩減速后、通過設(shè)置在其上的小齒輪驅(qū)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4旋轉(zhuǎn)，所述環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4用于驅(qū)動(dòng)光學(xué)成像平臺(tái)1繞環(huán)轉(zhuǎn)中心軸線旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在經(jīng)度方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描；翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3通過法蘭盤與檢測裝置支架相連接，六自由度機(jī)械手6用于驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3運(yùn)動(dòng)，
所述翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3用于通過檢測裝置支架帶動(dòng)光學(xué)成像平臺(tái)1繞翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心軸線旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在上、下方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描；掃描獲取的光學(xué)元件圖像發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行損傷在線檢測。減速箱5上設(shè)置小齒輪，環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4上設(shè)置的大齒輪，小齒輪和大齒輪相嚙合，減速箱5將電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)力矩減速，并通過相嚙合的大小齒輪帶動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4轉(zhuǎn)動(dòng)，其工作原理是將本實(shí)施方式所述多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置放置于靶球中心，使系統(tǒng)的中心點(diǎn)ο與靶室球中心重合，從而實(shí)現(xiàn)對靶球上任意角度排布的光學(xué)元件檢測。光學(xué)成像系統(tǒng)中心(光軸)與俯仰角調(diào)整中心軸線、環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的環(huán)轉(zhuǎn)中心軸線及翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心軸線在空間上相交于中心點(diǎn)O，在儀器的精密裝校時(shí)予以保證。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式對實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在緯度方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描范圍為士55度。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式對實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在經(jīng)度方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描范圍為士 180度。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式對實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在上、下方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描范圍為士 180度。
權(quán)利要求
1.多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置，其特征在于，它包括光學(xué)成像平臺(tái)(1)、俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)O)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(3)、環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)0)、減速箱(5)和六自由度機(jī)械手(6)，光學(xué)成像平臺(tái)(1)的光軸、俯仰角調(diào)整中心軸線、環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中心軸線和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心軸線在空間上相交于中心點(diǎn)O，所述中心點(diǎn)ο與被測靶室球中心重合；光學(xué)成像平臺(tái)(1)、俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)( 和環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)設(shè)置在檢測裝置支架上，俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)(2)用于驅(qū)動(dòng)光學(xué)成像平臺(tái)(1)繞俯仰角調(diào)整中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在緯度方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描；減速箱( 用于將電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)力矩減速后、通過設(shè)置在其上的小齒輪驅(qū)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)旋轉(zhuǎn)，所述環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(4)用于驅(qū)動(dòng)光學(xué)成像平臺(tái)(1)繞環(huán)轉(zhuǎn)中心軸線旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在經(jīng)度方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描；翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)C3)通過法蘭盤與檢測裝置支架相連接，六自由度機(jī)械手(6)用于驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)⑶運(yùn)動(dòng)，所述翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)C3)用于通過檢測裝置支架帶動(dòng)光學(xué)成像平臺(tái)(1)繞翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心軸線旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在上、下方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描；掃描獲取的光學(xué)元件圖像發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行損傷在線檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置，其特征在于，多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在緯度方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描范圍為士55度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置，其特征在于，多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在經(jīng)度方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描范圍為士 180度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置，其特征在于，多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在上、下方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描范圍為士 180 度。
全文摘要
多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置，屬于光學(xué)領(lǐng)域，本發(fā)明為解決在靶室內(nèi)不能快速的實(shí)現(xiàn)對多路光學(xué)元件的損傷在線檢測的問題。本發(fā)明包括光學(xué)成像平臺(tái)、俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、減速箱和六自由度機(jī)械手，光學(xué)成像平臺(tái)的光軸、俯仰角調(diào)整中心軸線、環(huán)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中心軸線和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心軸線在空間上相交于中心點(diǎn)o，所述中心點(diǎn)o與被測靶室球中心重合；實(shí)現(xiàn)多自由度光學(xué)元件損傷在線檢測裝置在緯度、經(jīng)度及上下方向的對被測靶室中光學(xué)元件的掃描，掃描獲取的光學(xué)元件圖像發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行損傷在線檢測。
文檔編號G01N21/88GK102565070SQ201110435830
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者馮博, 劉國棟, 劉炳國, 莊志濤, 胡濤, 陳鳳東 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)