密封空间中阵列式楔形透镜组的快速夹持装置与维护方法

1.本发明涉及一种阵列式楔形透镜组的快速夹持装置与维护方法，特别是针对狭小密封空间中精密光机模块的安装与维护过程。


背景技术：

2.在多光路激光参数诊断系统中，由4组呈“十字形”排布的楔形透镜组组成的光机模块位于密封洁净管道内部，每一块楔形透镜组光学元件姿态都要能够电动调节以实现光路准确对接，并且在强激光照射下楔形透镜组光学元件存在损伤风险，机电部件存在发生故障的可能，后期更换维护的要求高，确保更换精确、高效、洁净。在现有技术中，采用的滚动轴承作支撑结构会增大模块整体体积，遮挡光路；在导轨中使用金属弹片能够消除楔形透镜组光学元件及电动镜架复位结构间隙，但需要试制，且小批量试制成本高；常用旋钮进行锁紧定位时，存在脱落风险；同时上下左右四组镜框分别沿各自导轨直线插拔时，所需操作空间较大；一般的管线卡子采用直接固定的方式，维护时很难快速从外部拆卸。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中精密光机模块在线安装维护更换时操作空间不足、线缆拖拽及线缆裸露带来的洁净问题；以及楔形透镜组光学元件或电动镜架维护时工作人员不能进入管道内部，而电动镜架距离外部维护口较远，难以操作的问题的技术问题，本发明提供了一种阵列式楔形透镜组的快速夹持装置与维护方法。阵列式楔形透镜组的快速夹持装置，包括取样透镜组、电动镜架、十字导轨组和转轴组。其中，四组取样透镜框沿u形导轨插入电动镜架的动框内，电动镜架以同样的方式装入十字导轨组内，导轨组则固定到转轴组上，并通过旋转完成位置切换。
4.本发明的技术解决方案是：
5.密封空间中阵列式楔形透镜组的快速夹持装置，其特征在于：包括4个取样透镜组1、4个电动镜架2、转轴组3以及十字导轨组4；
6.所述转轴组3位于装置的中心，可绕自身轴向旋转；
7.所述十字导轨组4包括十字固定架406、设置在十字固定架406臂端的四组调整定位组，以及分别设置在四组调整定位组上的电动镜架u型导轨组401；所述十字固定架406与转轴组3同轴固定连接；所述每个电动镜架u型导轨组401上设置有电动镜架2；
8.所述电动镜架2包括电动镜架线缆、调整架定框202、防脱锁紧旋钮108以及设置在透镜镜框u型导轨组203上的调整架动框201；所述调整架定框202通过防脱锁紧旋钮108锁紧固定在电动镜架u型导轨组401上；所述调整架动框201上设置有取样透镜组1；
9.所述取样透镜组1包括用于安装楔形透镜组光学元件的取样镜框104、设置在取样镜框104上端的小压板105及设置在取样镜框104小端的防脱锁紧按钮108；
10.待安装楔形透镜组光学元件的楔形透镜101从所述取样镜框104上侧装入，窗口片102和吸收体103从取样镜框104下侧装入；所述小压板105用于将待安装楔形透镜组光学元
件固定在取样镜框104内；所述防脱锁紧按钮108用于将取样镜框104锁紧固定在调整架动框201上。
11.进一步地，所述取样镜框104两侧设置有弹性结构镜框导向条106，用于在取样镜框104进入或退出透镜镜框u型导轨组203时进行导向和定位；
12.所述调整架定框202两侧还设置有弹性结构调整架导向条208，用于在电动镜架2进入或退出电动镜架u型导轨组401时进行导向和定位。
13.进一步地，所述电动镜架u型导轨组401均由多块铝合金框板拼接而成，内附多组板式滚动链407，使电动镜架u型导轨组401与调整架导向条208形成滚动摩擦。
14.进一步地，所述转轴组3包括转轴304、轴承305、轴承座302、套设在轴承座302外的固定板301、设置在固定板301上的球头柱塞308、旋钮柱塞309、限位柱313、定位凹槽314及定位销孔315；
15.所述球头柱塞308、旋钮柱塞309分别通过柱塞座311固定在模块固定板301上；转轴304的周向上开有定位凹槽314和定位销孔315；
16.所述转轴304转动到位后球头柱塞308前端的树脂球头在弹簧作用下压入定位凹槽314中，按动旋钮柱塞308尾端按钮，使定位销对准插入定位销孔315内，完成转轴304的锁紧和精确定位。
17.进一步地，所述电动镜架线缆包括线缆205和用于固定线缆205的u形弹性线卡206；
18.所述u形弹性线卡206包括安装板、连接板、u型板和卡接板；所述安装板的一端与外部法兰连接，另一端通过连接板与u型板的一个侧壁连接；所述卡接板的一端与u型板的另一侧壁连接，另一端为向安装板倾斜的结构，用于放置线缆205，以避免脱出u型板。
19.进一步地，所述转轴组3中的轴承305为深沟球轴承；
20.所述模块固定板301上还设置有限位柱313；
21.所述限位柱313用于阻挡挡块310，防止转轴304连续转动；
22.所述转轴组3转动角度为90
°
；
23.所述防脱锁紧旋钮108还包括固定螺纹的胶。进一步地，所述镜框导向条106和调整架导向条208采用聚四氟乙烯材料。
24.进一步地，线缆205还包括包覆在其外面的不锈钢波纹软管207；
25.所述线缆205连接在线缆接口上，线缆接口型号为db15插座。
26.同时，本发明还提供了一种密封空间中阵列式楔形透镜组的维护方法，包括以下步骤：
27.步骤1、当发生楔形透镜组光学元件损伤或电动镜架2故障时，打开管道左侧或右侧的维护盖板，分辨出受损楔形透镜组光学元件或发生故障的电动镜架2：
28.1.1)楔形透镜组光学元件发生故障
29.1.1.1)如果是左侧楔形透镜组光学元件或右侧楔形透镜组光学元件损伤，松开取样镜框104上的两个锁紧旋钮108，向外沿透镜镜框u型导轨组203慢慢拉出取样镜框104，进行更换或维修；
30.1.1.2)如果上楔形透镜组光学元件或下楔形透镜组光学元件损伤，首先按动旋钮柱塞309尾端按钮，使定位销从转轴304上的定位销孔315中退出；
31.慢慢转动转轴组3，当顺时针转动90
°
后，球头柱塞308上的树脂球头自动顶入转轴304上的定位凹槽314中；
32.按动旋钮柱塞309尾端按钮使其弹出定位销对准插入定位销孔315内，转轴组3完成锁定；
33.松开取样镜框104上的两个锁紧旋钮108，向外沿透镜镜框u型导轨组203慢慢拉出取样镜框104，进行更换或维修；
34.1.2)电动镜架2发生故障
35.1.2.1)如果是位于左侧或位于右侧的电动镜架2发生故障，则松开设置在维护口附近电控转接板上的航空插头；
36.将线缆205从u形弹性线卡206中挑出，松开位于电动镜架2上的两个锁紧旋钮108，向外沿电动镜架u型导轨组401慢慢拉出电动镜架2，进行更换或维修；
37.1.2.2)如果是位于上侧或位于下侧电动镜架2发生故障，则首先按动旋钮柱塞309尾端按钮，使定位销从转轴304上的定位销孔315中退出；
38.慢慢转动转轴组3，当顺时针转动90
°
后，球头柱塞308上的树脂球头自动顶入转轴304上的定位凹槽314中；
39.按动旋钮柱塞309尾端按钮使其弹出定位销对准插入定位销孔315内，转轴组3完成锁定；
40.松开设置在维护口附近电控转接板上的航空插头；
41.将线缆205从u形弹性线卡206中挑出，松开位于电动镜架2上的两个锁紧旋钮108，向外沿电动镜架u型导轨组401慢慢拉出电动镜架2，进行更换或维修；
42.步骤2、将更换或维修后的楔形透镜组光学元件或电动镜架2重新装配到位，拧紧管道左侧或右侧的维护盖板，维护完毕。
43.本发明与现有技术相比，其有益效果如下：
44.1)、本发明的密封空间中阵列式楔形透镜组的快速夹持装置，采用旋转切换的转轴结构，通过旋转90
°
将上下位置的镜组变成左右位置，减少对操作空间的要求。
45.2)、本发明的密封空间中阵列式楔形透镜组的快速夹持装置，采用柔性导向条，利用其自身的微小弹性变形消除镜框与导轨之间的间隙，提高光机模块的定位复位精度。
46.3)、本发明的密封空间中阵列式楔形透镜组的快速夹持装置，采用u形导轨组结构，并在其导轨的下侧凹槽中安装板式滚动链，成排的滚柱与导向条形成滚动摩擦，降低摩擦产生碎屑的风险。
47.4)、本发明的密封空间中阵列式楔形透镜组的快速夹持装置，电动镜架线缆采用不锈钢波纹软管结合u形弹性线卡固定的方式，解决电动镜架维护更换时操作空间不足、线缆拖拽及线缆裸露带来的洁净问题等。
48.5)、本发明的密封空间中阵列式楔形透镜组的快速夹持装置的维护方法，无论是对楔形透镜组光学元件还是机电部件发生故障均可快速完成更换，整个更换维护过程安全可靠、定位准确、洁净，特别适合空间狭小又经常需要维护的工况。
附图说明
49.图1为本发明密封空间中阵列式楔形透镜组的快速夹持装置提供的阵列式楔形透
镜组装配示意图；
50.图2为图1的底部结构示意图；
51.图3为本发明密封空间中阵列式楔形透镜组的快速夹持装置提供的取样透镜组结构图；
52.图4为本发明密封空间中阵列式楔形透镜组的快速夹持装置提供的十字导轨组的电动镜架u型导轨组结构图；
53.图5为本发明密封空间中阵列式楔形透镜组的快速夹持装置提供的十字导轨组结构图；
54.图6为本发明密封空间中阵列式楔形透镜组的快速夹持装置提供的转轴组结构图；
55.图7为图6的底部结构示意图；
56.图8为本发明密封空间中阵列式楔形透镜组的快速夹持装置提供的u形弹性线卡结构剖面图。
57.标记说明：
[0058]1‑
取样透镜组，101
‑
楔形透镜，102
‑
窗口片，103
‑
吸收体，104
‑
取样镜框，105
‑
小压板，106
‑
镜框导向条，107
‑
镜框把手，108
‑
防脱锁紧按钮，2
‑
电动镜架，201
‑
调整架动框，202
‑
调整架定框，203
‑
透镜镜框u型导轨组，204
‑
镜架拉手，205
‑
线缆，206
‑
u形弹性线卡，207
‑
不锈钢波纹软管，208
‑
调整架导向条，3
‑
转轴组，301
‑
模块固定板，302
‑
轴承座，303
‑
锁紧螺母，304
‑
转轴，305
‑
轴承，306
‑
轴承盖，307
‑
调整垫圈，308
‑
球头柱塞，309
‑
旋钮柱塞，310
‑
挡块，311
‑
柱塞座，312
‑
柱塞支撑座，313
‑
限位柱，314
‑
定位凹槽，315
‑
定位销孔，4
‑
十字导轨组，401
‑
电动镜架u型导轨组，402
‑
左调整定位组，403
‑
右调整定位组，404
‑
上调整定位组，405
‑
下调整定位组，406
‑
十字固定架，407
‑
板式滚动链。
具体实施方式
[0059]
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。
[0060]
为了解决背景技术中所述的技术问题，本发明提供了一种阵列式楔形透镜组的快速夹持装置与维护方法。四组取样透镜组只能从密闭管道左右两侧的维护口进出，上下位置上的镜组距离维护口较远，无法直接进行维护操作，因此设计了一种旋转切换的转轴结构，通过旋转90
°
将上下位置的镜组变成左右位置。
[0061]
如图1所示，阵列式楔形透镜组的快速夹持装置，包括取样透镜组1、电动镜架2、转轴组3以及十字导轨组4。其中，四组取样镜框104沿透镜镜框u型导轨组203插入电动镜架2的调整架动框201内，电动镜架2沿电动镜架u型导轨组401装入十字导轨组4内，十字导轨组4固定到转轴组3上，并通过旋转完成位置切换。
[0062]
如图3所示，取样透镜组1由楔形透镜组光学元件、取样镜框104、小压板105、镜框导向条106、镜框把手107、防脱锁紧按钮108组成。其中楔形透镜组光学元件包括楔形透镜101、窗口片102、吸收体103；楔形透镜101从取样镜框104上侧装入，窗口片102和吸收体103从取样镜框104下侧装入，取样镜框104上下装有两根聚四氟乙烯材料的镜框导向条106，镜框导向条106在取样镜框104进入或退出透镜镜框u型导轨组203时起到导向和定位作用，镜框导向条106设计为双拱桥式外形的弹性结构，可以利用变形消除镜框与导轨之间的间隙。
透镜镜框u型导轨组203均由多块铝合金框板拼接而成，内附多组板式滚动链407，成排的滚柱与镜框导向条106形成滚动摩擦，构成透镜镜框u型导轨组203；透镜镜框u型导轨组203可降低摩擦产生碎屑的风险。
[0063]
取样镜框104的右侧装有两个防脱锁紧旋钮108；防脱锁紧旋钮108是由锁紧靠板、锁紧螺杆、固定旋钮、弹簧垫圈、螺母等组成，锁紧螺杆穿过锁紧靠板中间的台阶孔后再与固定旋钮螺纹连接，弹垫和螺母备紧后可以点胶固定，以防止螺钉松动。当取样镜框104滑入透镜镜框u型导轨组203并靠紧镜框导向条106的定位面后，再从外侧维护口利用套筒扳手拧紧旋钮，即完成取样透镜组1的锁紧定位；同样，电动镜架2的调整架定框202上也装有类似的调整架导向条208和防脱锁紧旋钮108，可以插入十字导轨组的电动镜架u型导轨组401中。
[0064]
如图4、图5所示，十字导轨组4是由左调整定位组402、右调整定位组403、上调整定位组404、下调整定位组405、十字固定架406以及电动镜架u型导轨组401组成。每个电动镜架u型导轨组401均由多块铝合金框板拼接而成，内附多组板式滚动链407，成排的滚柱与调整架导向条208形成滚动摩擦，构成电动镜架u型导轨组401；电动镜架u型导轨组401可降低摩擦产生碎屑的风险。十字固定架406中间预留安装孔与转轴组3相连，四条臂膀伸向左右和上下，在空间中呈对称排布。
[0065]
如图6、图7所示，转轴组3是由模块固定板301、轴承座302、锁紧螺母303、转轴304、轴承305、轴承盖306、调整垫圈307、球头柱塞308、旋钮柱塞309、挡块310、柱塞座311，柱塞支撑座312，限位柱313组成。四组取样透镜组1只能从密闭管道左右两侧的维护口进出，位于上下位置上的取样透镜组1距离维护口较远，无法直接进行维护操作，因此设计了一种旋转切换的转轴结构，通过旋转90
°
将上下位置的取样透镜组1变成左右位置。
[0066]
转轴组3中的球头柱塞308、旋钮柱塞309分别通过柱塞座311固定在模块固定板301上，转轴304的周向上开有定位凹槽314和定位销孔315，当转轴304转动到位后球头柱塞308前端的树脂球头受其内部弹簧作用压入定位凹槽314中进行初步定位，而后按动旋钮柱塞308尾端按钮使其弹出定位销对准插入定位销孔315内，完成转轴304的锁紧和精确定位；在转轴组3转动过程中，转轴304上安装的挡块310在碰到塑料限位柱313时会停下来，防止转轴304的连续转动。
[0067]
本发明还提供了一种密封空间中阵列式楔形透镜组的维护方法：
[0068]
步骤1、当发生楔形透镜组光学元件损伤或电动镜架2故障时，打开管道左侧或右侧的维护盖板，分辨出受损楔形透镜组光学元件发生故障的电动镜架2：
[0069]
1.1)如果是左侧楔形透镜组光学元件或右侧楔形透镜组光学元件损伤，使用套筒扳手直接松开取样镜框104上的两个锁紧旋钮108，然后扶着镜框把手107向外沿透镜镜框u型导轨组203慢慢拉出取样镜框104直到移出维护口；
[0070]
如果上楔形透镜组光学元件或下楔形透镜组光学元件损伤，首先按动旋钮柱塞309尾端按钮，使定位销从转轴304上的定位销孔315中退出；
[0071]
扶着镜框把手107慢慢转动转轴组3，当顺时针转动90
°
后，球头柱塞308上的树脂球头自动顶入转轴304上的定位凹槽314中；
[0072]
按动旋钮柱塞309尾端按钮使其弹出定位销对准插入定位销孔315内，转轴组3完
成锁定；
[0073]
1.2)当电动镜架2发生故障时，打开管道左侧或右侧的维护盖板，分辨出故障电动镜架2所处位置；
[0074]
1.2.1)如果判断出是位于左侧的电动镜架2或位于右侧的电动镜架2发生故障，则松开设置在维护口附近电控转接板上的航空插头；
[0075]
1.2.2)利用工具将线缆205从u形弹性线卡206中挑出，使用套筒扳手直接松开位于电动镜架2上的两个锁紧旋钮108，然后扶着镜架拉手204向外沿电动镜架u型导轨组401慢慢拉出电动镜架2直到移出维护口；
[0076]
如果判断出是是位于上侧的电动镜架2或位于下侧电动镜架2发生故障，则首先按动旋钮柱塞309尾端按钮，使定位销从转轴304上的定位销孔315中退出；
[0077]
扶着镜架拉手204慢慢转动转轴组3，当顺时针转动90
°
后，球头柱塞308上的树脂球头自动顶入转轴304上的定位凹槽314中；
[0078]
按动旋钮柱塞309尾端按钮使其弹出定位销对准插入定位销孔315内，转轴组3完成锁定；
[0079]
松开设置在维护口附近电控转接板上的航空插头；
[0080]
利用工具将线缆205从u形弹性线卡206中挑出，使用套筒扳手直接松开位于电动镜架2上的两个锁紧旋钮108，然后扶着镜架拉手204向外沿电动镜架u型导轨组401慢慢拉出电动镜架2直到移出维护口；
[0081]
步骤2、将更换了新的楔形透镜组光学元件或解除电动镜架2故障重新放回装置，拧紧管道左侧或右侧的维护盖板，维护完毕。
[0082]
本发明通过电动镜架线缆包覆不锈钢波纹软管207结合u形弹性线卡206固定的方式，解决电动镜架2维护更换时操作空间不足、线缆拖拽及线缆裸露带来的洁净问题等。u形弹性线卡206底部大而头部稍小，可以很容易的将线缆205固定，取出时稍稍用力又可以将其取出，这种结构解决了电动部件维护时工作人员不能进入管道内部，而电动镜架2距离外部维护口较远(超过800mm)的操作难题。
[0083]
以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。