專利名稱：一種曲面棱鏡的裝夾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電成像探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種曲面棱鏡的裝夾方法。
背景技術(shù)：
成像光譜儀通常采用光柵或棱鏡作為分光器件，光柵光譜儀具有較高的光譜分辨率，但由于衍射級(jí)次的影響，不同級(jí)次的光波疊加降低了分光光譜范圍；棱鏡是利用材料的色散本領(lǐng)進(jìn)行分光，能夠消除衍射級(jí)次的影響，但傳統(tǒng)的平面棱鏡分光儀器，分光器件多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)長。曲面棱鏡在傳統(tǒng)平面棱鏡的基礎(chǔ)上，將平面棱鏡的前后平面變?yōu)榍?，從而增加了棱鏡前后表面的光焦度，不僅具有色散的功能，還具有成像的功能，從而在一定程度上使整體結(jié)構(gòu)簡化，系統(tǒng)長度縮短。同時(shí)，曲面棱鏡光譜儀相對(duì)于光柵光譜儀無衍射級(jí)次影響，光譜范圍寬，在寬波段光譜儀中，曲面棱鏡具有廣泛的應(yīng)用和獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。目前國內(nèi)外還沒有對(duì)曲面棱鏡裝夾方法進(jìn)行設(shè)計(jì)分析的相關(guān)文章和專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊、加工裝調(diào)工藝性好、穩(wěn)定性高、力學(xué)環(huán)境適應(yīng)性好的一種曲面棱鏡的裝夾方法。該裝夾方法中，以曲面棱鏡的外輪廓圓柱面為安裝基準(zhǔn)，采用斜面隔圈和螺紋旋轉(zhuǎn)壓緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行壓緊的固定方式，并在曲面棱鏡框以及安裝支架上設(shè)計(jì)了撥桿旋轉(zhuǎn)調(diào)整環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了曲面棱鏡的高可靠性，便于裝調(diào)，調(diào)整的裝夾方法設(shè)計(jì)。本發(fā)明提供的曲面棱鏡的裝夾方法包括如下步驟:第一步,在曲面棱鏡上加工外圓柱輪廓面C面和斜面D面。第二步，曲面棱鏡安裝于金屬鏡框中，并通過金屬隔圈和金屬螺紋壓圈A旋緊的方式進(jìn)行固定，形成曲面棱鏡組件。第三步，曲面棱鏡組件裝入金屬鏡架中。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:(I)本發(fā)明在曲面棱鏡的加工方面，考慮到曲面棱鏡的兩個(gè)球心不重合，因此考慮以曲面棱鏡的一個(gè)球心的法線方向?yàn)樾D(zhuǎn)中心加工曲面棱鏡的圓柱形外圍輪廓，并將該曲面棱鏡的加工面作為曲面棱鏡裝夾方法的安裝基準(zhǔn)，安裝精度高。(2)本發(fā)明在曲面棱鏡的裝夾方面，采用一個(gè)帶斜面的金屬隔圈與曲面棱鏡的斜面進(jìn)行配合，并采用螺紋旋緊的方式壓緊金屬隔圈和曲面棱鏡，裝夾方便，可靠。(3)本發(fā)明針對(duì)曲面棱鏡的旋轉(zhuǎn)相位調(diào)整環(huán)節(jié)，在金屬鏡框一側(cè)設(shè)計(jì)了螺孔，并在金屬鏡架的一側(cè)設(shè)計(jì)了撥桿槽，從而可利用撥桿對(duì)曲面棱鏡的相位進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整方便。


圖1為曲面棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為金屬鏡框剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a為金屬隔圈的結(jié)構(gòu)示意圖3b為圖3a的俯視圖示意圖；圖4為曲面棱鏡裝配示意圖；圖5a為金屬鏡架剖視圖；圖5b為金屬鏡架立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為金屬撥桿的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1.曲面棱鏡；2.金屬鏡框；3.金屬鏡架,4.金屬隔圈；5.金屬螺紋壓圈A ；6.金屬螺紋壓圈B ;7.金屬撥桿；201.注膠孔；202.螺紋孔；203.導(dǎo)膠槽；204.安裝法蘭；301.撥桿槽；302.安裝耳片；303.通孔；304.安裝通孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種曲面棱鏡的裝夾方法，適用于透射式光學(xué)元件曲面棱鏡，所述的裝夾方法首先將光學(xué)玻璃棱鏡安裝在金屬鏡框中形成曲面棱鏡組件，然后將曲面棱鏡組件安裝在金屬鏡架上，以便于與其他光學(xué)部件之間的連接，固定。具體裝夾方法為:第一步，在曲面棱鏡I上加工外圓柱輪廓面C面和斜面D面。所述的曲面棱鏡如圖1所示，具有兩個(gè)曲面，分別為前面的曲面GAH和后面的曲面EBF0 O1^ O2分別為曲面棱鏡I前后(圖1中曲面凹下的方向?yàn)榍懊妫蛊鸬姆较驗(yàn)楹竺?，并且前面曲面的曲率半徑小于后面曲面的曲率半?兩個(gè)曲面的球心，光線傳播方向如圖1所示，A點(diǎn)是以O(shè)1為球心的曲 面與光線的交點(diǎn)，B點(diǎn)為以O(shè)2為球心的曲面與光線的交點(diǎn)，且兩個(gè)交點(diǎn)A、B沿光線方向的距離為18_。由于兩個(gè)曲面的法線O1A和O2B均不與光線方向重合，為便于裝調(diào)，以后面的曲面EBF的法線O2B為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸，在曲面棱鏡I的外側(cè)加工一個(gè)外圓柱輪廓面C面，以C面為曲面棱鏡I安裝方法的安裝基準(zhǔn)面；在曲面棱鏡I的前面加工出斜面D面，斜面D面是為方便曲面棱鏡I裝夾而設(shè)計(jì)的一個(gè)斜面,并且斜面D面與曲面棱鏡前面的曲面GAH的法線O1A垂直。其中曲面棱鏡I外圓柱輪廓面C面的直徑為52mm，與金屬鏡框2的內(nèi)圓柱面B面相配合。所述斜面D面與C面之間夾角α為65°。第二步，曲面棱鏡I安裝于金屬鏡框2中，并通過金屬隔圈4和金屬螺紋壓圈Α5旋緊的方式進(jìn)行固定，形成曲面棱鏡組件。如圖2所示，金屬鏡框2為圓筒狀，內(nèi)圓為臺(tái)階狀，內(nèi)圓端面A為曲面棱鏡I的軸向安裝定位面，金屬鏡框2內(nèi)圓柱面B面與曲面棱鏡I的外圓柱輪廓面C面間隙配合，留有
0.02-0.03mm間隙，金屬鏡框2上均布4個(gè)注膠孔201和四個(gè)導(dǎo)膠槽203，并且每個(gè)注膠孔201對(duì)應(yīng)一個(gè)導(dǎo)膠槽203，導(dǎo)膠槽203的作用是引導(dǎo)硅橡膠的流向并存儲(chǔ)一定的硅橡膠，通過該注膠孔201在曲面棱鏡I外圓柱輪廓面C面與金屬鏡框2之間填充硅橡膠，實(shí)現(xiàn)對(duì)曲面棱鏡I的固定安裝。金屬鏡框2的外圓設(shè)計(jì)有安裝法蘭204，安裝法蘭204包括端面E和外圓面F面，在安裝法蘭204上設(shè)計(jì)有一個(gè)螺紋孔202，便于曲面棱鏡組件裝配時(shí)的旋轉(zhuǎn)調(diào)整。所述安裝法蘭204上的端面E面為金屬鏡框2與金屬鏡架3的軸向安裝定位面，F(xiàn)面為金屬鏡框2與金屬鏡架3的配合面。金屬鏡框2選用與曲面棱鏡I光學(xué)材料熱膨脹系數(shù)相近的金屬材料。曲面棱鏡I安裝在金屬鏡框2上的安裝方法為:如圖4所示，將曲面棱鏡I裝入金屬鏡框2中，曲面EBF朝向金屬鏡框2內(nèi)圓端面A面并與A面接觸定位，使曲面棱鏡I的厚端與金屬鏡框2上螺紋孔202處于同側(cè)，曲面棱鏡I外圓面C面與金屬鏡框2的內(nèi)圓柱面B面配合，在曲面棱鏡I的斜面D面一端放置帶有同樣角度斜面的金屬隔圈4，使曲面棱鏡I的斜面D面與金屬隔圈4的斜面G面完全貼合，最后利用金屬螺紋壓圈A5連接金屬鏡框2進(jìn)行壓緊，并通過金屬鏡框2周圍的注膠孔201將曲面棱鏡I注膠固定。所述的金屬隔圈4如圖3a和3b所示，金屬隔圈4為圓筒狀，其一端面為斜面(G面)，另一端面為平面(H面)，兩個(gè)端面(即圓筒的兩個(gè)底面)之間夾角β為25°。通過配對(duì)研磨，使金屬隔圈4的G面與曲面棱鏡I的斜面D面貼合，所述的夾角α和β可以調(diào)整，只要貼合之后滿足α+β=90°即可，便于金屬螺紋壓圈5的壓緊，固定。第三步，曲面棱鏡組件裝入金屬鏡架3中。如圖4所示，曲面棱鏡組件之金屬鏡框2的安裝法蘭204上的外圓面F面及端面E面(如圖2所示)分別與金屬鏡架3 (如圖5所示)中的內(nèi)圓面J面與端面I面配合，曲面棱鏡組件采用金屬螺紋壓圈Β6固定于金屬鏡架3上，固定時(shí)使曲面棱鏡組件之金屬鏡框2上安裝法蘭204上的螺紋孔202 (圖2所示)處于金屬鏡架3上撥桿槽301的中間位置。在曲面棱鏡組件之金屬鏡框2上螺紋孔202處旋入金屬撥桿7，稍微松動(dòng)曲面棱鏡組件金屬螺紋壓圈Β6，通過金屬撥桿7旋轉(zhuǎn)曲面棱鏡組件至預(yù)定的曲面棱鏡I的相應(yīng)位置，緊固金屬螺紋圈Β6，去除金屬撥桿7。如圖6所不為金屬撥桿7的結(jié)構(gòu)不意圖，金屬撥桿7整體結(jié)構(gòu)和一字螺釘類似,金屬撥桿7的頭部為一字結(jié)構(gòu)，中部為圓柱結(jié)構(gòu)，下部為螺紋結(jié)構(gòu)，并且圓柱結(jié)構(gòu)的直徑大于螺紋結(jié)構(gòu)的直徑。金屬撥桿7與金屬鏡框2的螺紋孔202配合，便于調(diào)整曲面棱鏡I相位。如圖4為曲面棱鏡的裝配示意圖，為了便于曲面棱鏡組件的旋轉(zhuǎn)調(diào)整，采用了曲面棱鏡I的安裝和固定相分離的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了曲面棱鏡I的金屬鏡框2和金屬鏡架3兩個(gè)零件，曲面棱鏡I的金屬鏡框2用于曲面棱鏡I的固定、安裝；金屬鏡架3用于曲面棱鏡組件與其他光學(xué)組件之間的連接，同時(shí)曲面棱鏡I的金屬鏡框2 —側(cè)的螺紋孔202與金屬鏡架3 —側(cè)的撥桿槽301配合用于實(shí)現(xiàn)曲面棱鏡組件的旋轉(zhuǎn)調(diào)整，便于裝配。如圖5 (a)所不為金屬鏡架3剖視圖，圖5 (b)為金屬鏡架3立體結(jié)構(gòu)不意圖，金屬鏡架3采用上圓下方的結(jié)構(gòu)，金屬鏡架3的上側(cè)為半圓形外表面，內(nèi)圓安裝通孔304設(shè)計(jì)為臺(tái)階狀，分別設(shè)計(jì)有金屬鏡框2的軸向安裝定位面I面以及與金屬鏡框2外圓面F面相配合的內(nèi)圓面J面；在金屬鏡架3的內(nèi)圓安裝通孔304上一側(cè)設(shè)計(jì)有撥桿槽301，為便于曲面棱鏡I旋轉(zhuǎn)相位調(diào)整，所述的撥桿槽301為沿內(nèi)圓圓周方向的長條槽結(jié)構(gòu)；金屬鏡架3的中部的支架采用鏤空結(jié)構(gòu)，不僅增加了金屬鏡架3整體的剛性，并且減輕結(jié)構(gòu)重量；在金屬鏡架3的底部設(shè)計(jì)有3個(gè)安裝耳片302，安裝耳片302上分別設(shè)計(jì)有通孔303，用于金屬鏡架3與其他光學(xué)部件之間的連接，固定。金屬鏡架3采用熱膨脹系數(shù)較小的殷鋼材料。
權(quán)利要求
1.一種曲面棱鏡的裝夾方法，其特征在于: 第一步，在曲面棱鏡上加工外圓柱輪廓面C面和斜面D面； 第二步，曲面棱鏡安裝于金屬鏡框中，并通過金屬隔圈和金屬螺紋壓圈A旋緊的方式進(jìn)行固定，形成曲面棱鏡組件； 第三步，曲面棱鏡組件裝入金屬鏡架中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面棱鏡的裝夾方法，其特征在于:所述的曲面棱鏡具有兩個(gè)曲面，分別為前面的曲面GAH和后面的曲面EBF, O1^ O2分別為曲面棱鏡前后兩個(gè)曲面的球心，A點(diǎn)是以O(shè)1為球心的曲面與光線的交點(diǎn)，B點(diǎn)為以O(shè)2為球心的曲面與光線的交點(diǎn)，以后面的曲面EBF的法線O2B為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸，在曲面棱鏡的外側(cè)加工一個(gè)外圓柱輪廓面C面，以C面為曲面棱鏡的安裝基準(zhǔn)面；在曲面棱鏡的前面加工出斜面D面，并且斜面D面與曲面棱鏡前面的曲面GAH的法線O1A垂直，斜面D面與金屬鏡框的內(nèi)圓柱面B面相配合；所述斜面D面與C面之間為夾角α。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面棱鏡的裝夾方法，其特征在于:金屬鏡框?yàn)閳A筒狀，內(nèi)圓為臺(tái)階狀，內(nèi)圓端面A面為曲面棱鏡的軸向安裝定位面，金屬鏡框內(nèi)圓柱面B面與曲面棱鏡的外圓柱輪廓面C面間隙配合，金屬鏡框上均布注膠孔和導(dǎo)膠槽，金屬鏡框的外圓設(shè)計(jì)有安裝法蘭，安裝法蘭包括端面E面和外圓面F面，在安裝法蘭上設(shè)計(jì)有一個(gè)螺紋孔；所述安裝法蘭上的端面E面為金屬鏡框與金屬鏡架的軸向安裝定位面，F(xiàn)面為金屬鏡框與金屬鏡架的配合面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面棱鏡的裝夾方法，其特征在于:曲面棱鏡安裝在金屬鏡框上的安裝方法為:將曲面棱鏡裝入金屬鏡框中，曲面EBF朝向金屬鏡框內(nèi)圓端面A面并與A面接觸定位，使曲面棱鏡的厚端與金屬鏡框上螺紋孔處于同側(cè)，曲面棱鏡外圓面C面與金屬鏡框的內(nèi)圓柱面B面配合，在曲 面棱鏡的斜面D面一端放置帶有同樣角度斜面的金屬隔圈，使曲面棱鏡的斜面D面與金屬隔圈的斜面G面完全貼合，最后利用金屬螺紋壓圈A壓緊，并通過金屬鏡框周圍的注膠孔將曲面棱鏡注膠固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種曲面棱鏡的裝夾方法，其特征在于:所述的金屬隔圈為圓筒狀，其一端面為斜面，另一端面為平面，兩個(gè)端面之間為夾角β。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種曲面棱鏡的裝夾方法，其特征在于:第三步具體為:安裝法蘭上的外圓面F面及端面E面分別與金屬鏡架中的內(nèi)圓面J面與端面I面配合，采用金屬螺紋壓圈B固定于金屬鏡架中，固定時(shí)安裝法蘭上的螺紋孔處于金屬鏡架上撥桿槽的中間位置；所述螺紋孔處旋入金屬撥桿，松動(dòng)金屬螺紋壓圈B，通過金屬撥桿旋轉(zhuǎn)曲面棱鏡組件至預(yù)定的曲面棱鏡的相應(yīng)位置，緊固金屬螺紋壓圈B，去除金屬撥桿7。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面棱鏡的裝夾方法，其特征在于:所述的金屬撥桿整體結(jié)構(gòu)為一字螺釘結(jié)構(gòu)，金屬撥桿的頭部為一字結(jié)構(gòu)，中部為圓柱結(jié)構(gòu)，下部為螺紋結(jié)構(gòu)，并且圓柱結(jié)構(gòu)的直徑大于螺紋結(jié)構(gòu)的直徑；金屬撥桿與金屬鏡框的螺紋孔配合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲面棱鏡的裝夾方法，其特征在于:所述的金屬鏡架采用上圓下方的結(jié)構(gòu)，金屬鏡架的上側(cè)為半圓形外表面，內(nèi)圓安裝通孔設(shè)計(jì)為臺(tái)階狀，分別設(shè)計(jì)有金屬鏡框的軸向安裝定位面I面以及與金屬鏡框外圓面F面相配合的內(nèi)圓面J面；在金屬鏡架的內(nèi)圓安裝通孔上一側(cè)設(shè)計(jì)有撥桿槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種曲面棱鏡的裝夾方法，其特征在于:金屬鏡架的中部的支架采用鏤空結(jié)構(gòu)；在金屬鏡架的底部設(shè)計(jì)有3個(gè)安裝耳片，安裝耳片上分別設(shè)計(jì)有通孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求2和5所述的一種曲面棱鏡的裝夾方法，其特征在于:所述的夾角β和夾角α之間滿 足α+β=90°。
全文摘要
本發(fā)明公開一種曲面棱鏡的裝夾方法，屬于光電成像探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。所述裝夾方法首先在曲面棱鏡上加工外圓柱輪廓面C面和斜面D面，然后曲面棱鏡安裝于金屬鏡框中，并通過帶有一定角度斜面的金屬隔圈和金屬螺紋壓圈旋緊的方式進(jìn)行固定，形成曲面棱鏡組件，最后曲面棱鏡組件裝入金屬鏡架中，并通過撥桿調(diào)整曲面棱鏡相位。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了曲面棱鏡的高可靠性，便于裝調(diào)、調(diào)整的裝夾方法設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G01J3/02GK103116211SQ201310030329
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者袁艷, 趙妍妍, 蘇麗娟 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)