大口径干涉仪装置的调整及支承机构

　　0　引言

　　对大型光学元件进行光学精密检测是提高大口径光学元件制造准确度,提高光学仪器整体性能必不可少的关键步骤,而大口径干涉仪标准镜片则是进行光学精密检测的基准,其镜面面形质量以及检测时干涉仪标准镜片的调整准确度直接影响最终测量结果.过去由于大口径干涉仪[1]标准镜片制造困难,通常最大口径只能做到Φ150 mm,因此重力等因素对干涉仪标准镜片面形影响较小,且对调整机构的设计也不需考虑载荷的影响,即干涉仪标准镜片的安装可以采用三点支承等传统镜片安装方式,以及调整机构采用丝杆直接驱动.但随着干涉仪标准镜片口径的增大,重力等因素对镜面面形质量影响和对调整驱动机构准确度等影响在设计干涉仪镜架装置时必须重点考虑.上述传统的干涉仪标准镜片在安装方式和调整驱动方式上都已不适用于大口径标准镜片的安装与调整.要解决的技术问题在于采用合理的支承方式及卸荷装置来缓减大口径干涉仪标准镜片的重力因素等对镜面面形质量和调整驱动机构准确度的影响,同时改进调整机构的结构,使其能够承受较大的自重载荷,同时又保证具有较高的调整准确度.

　　1　设计思想

　　由于大口径干涉仪标准镜片的重量达到60 kg左右,在角度调整过程中,如果将支承和驱动都置于驱动丝杆上,由于镜片的自重导致丝杆容易变形,直接影响调整准确度.在大口径光学元件的机械设计中,一般尽可能将支承机构和驱动机构分开.将载荷卸载到镜架底面一副正交十字导轨上,丝杆机构驱动镜架部分做两维角度调整(俯仰、方位)过程中,方位角度调整时正交十字导轨随镜架沿水平曲线运动,俯仰角度调整时镜架底面一对球轴承的使用使得镜架能无干涉地调整,如图1.干涉仪两维角度调整的丝杆运动副对镜架提供三个约束,保留三个自由度[2](俯仰、方位,面内平移),正交十字导轨对镜架支撑又提供了三个约束,对空间六自由度约束即形成完全约束,与镜架两维角度调整至少需两自由度相干涉,但镜架底面支撑采用正交十字导轨和一对球轴承,提供两自由度,有效地避免底面支撑对镜架运动的干涉,满足两维角度调整所需的自由度约束条件,使干涉仪能实现两维角度调整.实验证明,正交十字导轨与球轴承的配合是一种很好的卸载支承方式.在丝杆驱动过程中,丝杆承受轴向载荷,只承受少量的径向载荷,丝杆不会因为承受大量的径向载荷而变形,从而影响角度调整准确度·这种卸荷装置主要是根据对自由度的计算分布,成功地将支承和驱动分开.

　　在安装镜片方式上,主要考虑方便安装、快速拆卸、镜面变形小等来选用较好的安装镜片方式,基本上是使镜片处于悬浮不运动状态[3].通过ANSYS分析实验证明,对于大口径镜片选择从侧面支承是较好的方式,从侧面支承比从镜面方向支承对镜面变形影响小很多.在以前支承方式设计中,采用在圆周方向上给镜片和支承件之间灌硅胶,支承效果很好,但安装和拆卸都不太方便.所以在大口径干涉仪装置中采用一种安装、拆卸都较方便且镜面变形小,支承效果很好的方式.具体操作是首先通过同步带轮与同步带的相对啮合运动,用同步带轮旋转带动同步带收紧,即可用同步带将标准镜片吊起,同步带对标准镜片的侧面支承为多点分布,从而将镜面变形应力分布到整个圆周方向上,使标准镜片镜面变形在λ/10—λ/6范围内.其次通过三点对称分布的三根杆来从外围支承镜片,并且用铰链装置来固定镜片,使它稳定地处于某个位置,保证良好的支承效果,结构如图2.