[發明專利]多自由度光學元件損傷在線檢測裝置

有效

• 申請號: 201110435830.3
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102565070A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 劉炳國;劉國棟;陳鳳東;胡濤;莊志濤;馮博
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張果瑞

技術領域

本發明涉及多自由度光學元件損傷在線檢測裝置，屬于光學領域。

背景技術

在強激光光學系統中，高通量運行極易造成光學元件的損傷。這是因為在強激光照射下，試件中存在的裂紋引起光場強化，制造過程中引入的劃痕會在材料內部形成集中的電磁場分布，容易引發自聚焦、電子崩電離等，直接導致材料抗損傷能力下降，亞表面損傷層中的雜質對激光能量的強烈吸收會造成局部高溫，形成熱應力，引起材料拉裂或壓碎。另外，光學元件的損傷點尺寸會隨著照射數量的增加呈指數增長，并且產生強烈的散射和光束調制，從而嚴重影響光束的能量集中度。

研究表明，初始損傷尺寸較小、損傷點的面積份額較小，損傷增長的閾值和速度較小，隨著光學元件上高通量激光輻照的增多，損傷也逐漸增加，當損傷達到一定尺寸和數量后，光學元件的損傷將急劇增長，最終將導致光學元件的徹底損壞。如果能夠將光學元件的損傷在早期檢測出來，在元件損傷達到不可修復的程度前對其進行更換或修復，將大大增加元件的實用壽命，節約大量的運行成本，并提高運行效率。

目前光學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元件從系統中卸載下來，進行測量和分析。離線方法具有檢測效率低下、限制條件多等缺點。而目前許多大型光學系統對光學元件的要求無論是數量上還是質量上都是前所未有的，傳統的離線檢測方法已經難以滿足對現代大型光學系統進行檢測的要求。

光學元件損傷在線檢測是相對于離線檢測系統而言的，待檢測的光學元件不需要從系統中移出，可以通過在線檢測系統對全部光學元件進行在線的檢測及跟蹤監控。當某個元件的損傷達到極限尺寸時，將該元件替換下來并修復，從而可以減少光學系統的損壞危險，節約大量成本。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點。目前國內對于光學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實驗中，為實現聚變反應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1MJ量級，這要求裝置必須具備足夠的總體輸出能力和負載能力。負載能力主要決定于裝置的光學元件的損傷閾值和激光參數等因素，是制約系統輸出能力的瓶頸因素，由于單路激光負載能力有限，現代大型激光驅動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。一般大口徑光學元件(終端光學組件)系統按一定規律排布在一個靶室球上，如何在靶室內快速的實現對多路光學元件的損傷在線檢測是一個難題。

發明內容

本發明目的是為了解決在靶室內不能快速的實現對多路光學元件的損傷在線檢測的問題，提供了一種多自由度光學元件損傷在線檢測裝置。

本發明所述多自由度光學元件損傷在線檢測裝置，它包括光學成像平臺、俯仰角調整機構、翻轉機構、環轉機構、減速箱和六自由度機械手，

光學成像平臺的光軸、俯仰角調整中心軸線、環轉機構中心軸線和翻轉機構旋轉中心軸線在空間上相交于中心點o，所述中心點o與被測靶室球中心重合；

光學成像平臺、俯仰角調整機構和環轉機構設置在檢測裝置支架上，

俯仰角調整機構用于驅動光學成像平臺繞俯仰角調整中心軸線轉動，實現多自由度光學元件損傷在線檢測裝置在緯度方向的對被測靶室中光學元件的掃描；

減速箱用于將電機輸出的旋轉力矩減速后、通過設置在其上的小齒輪驅動環轉機構旋轉，所述環轉機構用于驅動光學成像平臺繞環轉中心軸線旋轉，實現多自由度光學元件損傷在線檢測裝置在經度方向的對被測靶室中光學元件的掃描；

翻轉機構通過法蘭盤與檢測裝置支架相連接，六自由度機械手用于驅動翻轉機構運動，

所述翻轉機構用于通過檢測裝置支架帶動光學成像平臺繞翻轉機構旋轉中心軸線旋轉，實現多自由度光學元件損傷在線檢測裝置在上、下方向的對被測靶室中光學元件的掃描；

掃描獲取的光學元件圖像發送給計算機進行損傷在線檢測。

本發明的優點：本發明提供了一種大口徑、長工作距、高精度的光學元件在線檢測的設備，通過一臺六自由度機械手將該系統放入到激光驅動器靶室內，并實現系統中心與靶室中重合。該系統本身具有六自由度的調整系統，可以實現對靶室上的任意角度排布光學終端組件內的光學元件進行在線檢測。該系統通過成像系統采集光學元件的圖像，將圖像送到中心數據庫，通過數據處理系統判斷光學元件損傷情況。實現對靶室球上在各個位置處的光學元件進行在線檢測。

附圖說明

圖1是本發明所述多自由度光學元件損傷在線檢測裝置的結構示意圖。