一種具有三維姿態(tài)可調(diào)功能的光柵固定結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光譜儀分光系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有三維姿態(tài)可調(diào)功能的光柵固定結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]原子發(fā)射光譜儀利用原子發(fā)射特征譜線所提供的信息進(jìn)行元素分析，具有多元素同時(shí)、快速、直接測定的優(yōu)點(diǎn)，在冶金、石油化工、機(jī)械制造、地質(zhì)礦冶等工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大作用，是材料領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的元素分析方法之一。在冶金分析領(lǐng)域，測樣量需求巨大、被測元素種類多樣、成份含量各有差異，要求測試儀器的研發(fā)不斷追求更寬的光譜范圍、更高的光譜分辨率、更優(yōu)的靈敏度及檢出限。以中階梯光柵為核心分光器件的光譜儀分光系統(tǒng)，具有波段范圍寬、分辨率高、靈敏度高、全譜瞬態(tài)測量、檢出限低等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)多元素快速同時(shí)測量，已成為原子發(fā)射光譜儀的主流發(fā)展趨勢，ICP光譜儀、火花光譜儀、激光光譜儀、原子吸收光譜儀均可采用中階梯光柵系統(tǒng)作為分光單元。
[0003]作為光譜儀器的核心器件，光柵的姿態(tài)設(shè)置決定了光線入射角度，直接影響系統(tǒng)的分光性能。而對于中階梯光柵，姿態(tài)的保證尤為重要。中階梯光柵通常工作在Littrow結(jié)構(gòu)中，與棱鏡或平面光柵組成交叉色散分光光路，結(jié)合面陣探測器得到高色散、寬譜段、全波閃耀的完整光譜。這種分光結(jié)構(gòu)要求光柵的衍射角與入射角相等，且接近光柵的閃耀角，同時(shí)，考慮實(shí)際光路放置的空間，入射光線和出射光線在垂直法線面方向上需要設(shè)置適當(dāng)?shù)钠x角度。因此，中階梯光柵的三維姿態(tài)均需要嚴(yán)格保證，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)分光性會K。
[0004]圖1是中階梯光柵光譜儀的分光系統(tǒng)，其核心分光器件中階梯光柵在俯仰、傾斜、水平(相對于系統(tǒng)的滾轉(zhuǎn))維度上都有嚴(yán)格的要求。為了使中階梯光柵光譜儀達(dá)到設(shè)計(jì)的分光性能，需要光柵的三維姿態(tài)與設(shè)計(jì)要求精確吻合?，F(xiàn)有的光柵固定方式多為點(diǎn)膠或壓片固定在特定的光柵架上，通常會在法線面維度上保留一定的調(diào)整量，以實(shí)現(xiàn)光柵定位。但是，在光柵架加工、固定以及光柵裝配、點(diǎn)膠等過程中，無法避免機(jī)械件加工和裝配的偏差，難以保證光柵的三維姿態(tài)準(zhǔn)確，這將對光譜儀、特別是中階梯光柵光譜儀的性能產(chǎn)生直接影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有三維姿態(tài)可調(diào)功能的光柵固定結(jié)構(gòu)，克服上述已有技術(shù)存在的在光柵架加工、固定以及光柵裝配、點(diǎn)膠等過程中，無法避免機(jī)械件加工和裝配的偏差，難以保證光柵的三維姿態(tài)準(zhǔn)確的缺陷。
[0006]本發(fā)明包括:固定架1、擋片2、壓圈3、螺栓4、轉(zhuǎn)接板5、底座6、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)接板5將底座6和調(diào)整機(jī)構(gòu)連接在一起，固定架I用于放置光柵；壓片2和壓圈3用于固定光柵和遮擋邊緣，底座6固定在光路系統(tǒng)中；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體7、頂板8、螺栓4、水平維調(diào)節(jié)橫柱12、水平維調(diào)節(jié)縱柱13、水平維調(diào)節(jié)螺紋副17、傾斜維調(diào)節(jié)螺紋副18、俯仰維調(diào)節(jié)螺紋副19、傾斜維定位柱14、俯仰維定位柱15、彈簧16 ;調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體7與頂板8通過螺栓4連接在一起，俯仰維調(diào)節(jié)柱9、傾斜維調(diào)節(jié)柱10、水平維調(diào)節(jié)橫柱12、水平維調(diào)節(jié)縱柱13及水平維調(diào)節(jié)螺紋副17、傾斜維調(diào)節(jié)螺紋副18、俯仰維調(diào)節(jié)螺紋副19和傾斜維定位柱
14、俯仰維定位柱15分別安裝到殼體7上相應(yīng)位置，俯仰維調(diào)節(jié)柱9、傾斜維調(diào)節(jié)柱10、傾斜維定位柱14、俯仰維定位柱15與頂板底面緊密接觸，彈簧以水平方向安裝在殼體7與頂板8之間。
[0007]通過水平維調(diào)節(jié)螺紋副17、傾斜維調(diào)節(jié)螺紋副18、俯仰維調(diào)節(jié)螺紋副19和彈簧能夠?qū)崿F(xiàn)光柵俯仰、傾斜及相對系統(tǒng)滾轉(zhuǎn)方位的微動(dòng)調(diào)節(jié)，各維度調(diào)節(jié)范圍可達(dá)±3°，其中，傾斜維和水平維調(diào)節(jié)范圍可達(dá)±3.5°，消除加工、組裝等工序可能引入的誤差，使光路達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
[0008]在實(shí)現(xiàn)三維微動(dòng)調(diào)節(jié)的情況下，光柵固定架的擋片和壓圈能夠保證光柵相對位置穩(wěn)定，避免單點(diǎn)受力帶來光柵形變，同時(shí)遮擋光柵邊緣，減少雜光的引入。
【附圖說明】
[0009]圖1以中階梯光柵為分光元件的光譜儀分光系統(tǒng)示意圖。
[0010]圖2為具有三維姿態(tài)可調(diào)功能的光柵固定機(jī)構(gòu)外觀示意圖。
[0011]圖3為三維姿態(tài)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(不包括殼體)示意圖。
[0012]圖中的標(biāo)號:固定架1、擋片2、壓圈3、螺栓4、轉(zhuǎn)接板5、底座6、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體7、頂板8、俯仰維調(diào)節(jié)柱9、傾斜維調(diào)節(jié)柱10、水平維調(diào)節(jié)擋片11、水平維調(diào)節(jié)橫柱12、水平維調(diào)節(jié)縱柱13、傾斜維定位柱14、俯仰維定位柱15、彈簧16、水平維調(diào)節(jié)螺紋副17、傾斜維調(diào)節(jié)螺紋副18、俯仰維調(diào)節(jié)螺紋副19。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖2光柵固定機(jī)構(gòu)示意圖所示，安裝時(shí):
[0014]第一步:在頂板8上安裝水平維調(diào)節(jié)擋片11，將頂板8與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體7通過螺栓4固定在一起；將三個(gè)維度調(diào)節(jié)柱(即俯仰維調(diào)節(jié)柱9、傾斜維調(diào)節(jié)柱10、水平維調(diào)節(jié)橫柱12、水平維調(diào)節(jié)縱柱13)安裝到調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體I中，用螺釘固定；使俯仰維調(diào)節(jié)柱9和傾斜維調(diào)節(jié)柱10的頂端與頂板8接觸，同時(shí)水平維調(diào)節(jié)橫柱12與水平維調(diào)節(jié)擋片11接觸。
[0015]光柵固定架1、擋片2、壓圈3、螺栓4、轉(zhuǎn)接板5、底座6、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體7、頂板8、俯仰維調(diào)節(jié)柱9、傾斜維調(diào)節(jié)柱10、水平維調(diào)節(jié)擋片11、水平維調(diào)節(jié)橫柱12、水平維調(diào)節(jié)縱柱
13、傾斜維定位柱14、俯仰維定位柱15、彈簧16、水平維調(diào)節(jié)螺紋副17、傾斜維調(diào)節(jié)螺紋副18、俯仰維調(diào)節(jié)螺紋副19。
[0016]第二步:調(diào)節(jié)螺栓螺母，使頂板8與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體7間距約為2.96mm。在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體7中安裝傾斜維定位柱14、俯仰維定位柱15，傾斜維定位柱14和俯仰維定位柱15的頂端與頂板8接觸。安裝水平維調(diào)節(jié)螺紋副17、傾斜維調(diào)節(jié)螺紋副18、俯仰維調(diào)節(jié)螺紋副
19用六角扳手反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至三個(gè)維度能夠?qū)崿F(xiàn)流暢無間隙的調(diào)節(jié)。安裝彈簧16。調(diào)節(jié)水平維調(diào)節(jié)螺紋副17、傾斜維調(diào)節(jié)螺紋副18、俯仰維調(diào)節(jié)螺紋副19，使頂板8底面、側(cè)面分別與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體7平行。
[0017]第三步:用螺釘將光柵固定架1、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體7、轉(zhuǎn)接板5、底座6連接固定。
[0018]光柵調(diào)整固定架組裝完畢之后，將中階梯光柵放置在光柵固定架I中，在靠近螺紋副的內(nèi)壁側(cè)放置擋片2，并用頂絲固定。最后，用螺釘將壓圈3安裝在固定架I頂部，即完成了光柵的安裝固定。當(dāng)忽略加工、組裝、光柵固定等過程中引入的誤差時(shí)，光柵的主平面垂直于底座、法線方向與調(diào)整機(jī)構(gòu)頂板垂直。通過調(diào)節(jié)螺紋副和彈簧能夠?qū)崿F(xiàn)光柵俯仰、傾斜及相對系統(tǒng)滾轉(zhuǎn)方位的微動(dòng)調(diào)節(jié)，三個(gè)維度螺紋副均可以實(shí)現(xiàn)±3°范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，其中傾斜維和水平維調(diào)節(jié)范圍可達(dá)±3.5°，有利于修正加工與裝配誤差。在實(shí)現(xiàn)三維微動(dòng)調(diào)節(jié)的情況下，光柵固定架的擋片和壓圈能夠保證光柵相對位置穩(wěn)定，避免單點(diǎn)受力帶來光柵形變，同時(shí)遮擋光柵邊緣，減少雜光的引入。
[0019]將安裝好光柵的調(diào)整架固定在光路系統(tǒng)中，已知波長的細(xì)激光束以平行于底座的方向入射到中階梯光柵表面，接收工裝固定放置在相對主平面對稱于入射光束的方向上一定距離處，此時(shí)，接收工裝的表面會呈現(xiàn)該波長的多個(gè)級次衍射光斑，根據(jù)實(shí)際光斑與工裝上標(biāo)記的各級次光斑理論位置之間的差異，可以判斷光柵的姿態(tài)變化。通過微調(diào)傾斜維和水平維螺紋副，可以修正光柵主平面角度誤差，實(shí)現(xiàn)主平面與系統(tǒng)底面垂直；微調(diào)俯仰維螺紋副可以實(shí)現(xiàn)光柵法線在主平面內(nèi)的連續(xù)變化，直至衍射光斑位置與工裝上的標(biāo)記點(diǎn)重合，此時(shí)，入射角達(dá)到理論設(shè)計(jì)值，可以實(shí)現(xiàn)光柵的色散指標(biāo)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有三維姿態(tài)可調(diào)功能的光柵固定結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:固定架(I)、擋片(2)、壓圈(3)、螺栓(4)、轉(zhuǎn)接板(5)、底座(6)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)接板(5)將底座(6)和調(diào)整機(jī)構(gòu)連接在一起，固定架(I)用于放置光柵；壓片(2)和壓圈(3)用于固定光柵和遮擋邊緣，底座(6)固定在光路系統(tǒng)中；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體(7)、頂板(8)、螺栓(4)、水平維調(diào)節(jié)橫柱(12)、水平維調(diào)節(jié)縱柱(13)、水平維調(diào)節(jié)螺紋副(17)、傾斜維調(diào)節(jié)螺紋副(18)、俯仰維調(diào)節(jié)螺紋副(19)、傾斜維定位柱(14)、俯仰維定位柱(15)、彈簧(16);調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)殼體(7)與頂板(8)通過螺栓(4)連接在一起，俯仰維調(diào)節(jié)柱(9)、傾斜維調(diào)節(jié)柱(10)、水平維調(diào)節(jié)橫柱(12)、水平維調(diào)節(jié)縱柱(13)及水平維調(diào)節(jié)螺紋副(17)、傾斜維調(diào)節(jié)螺紋副(18)、俯仰維調(diào)節(jié)螺紋副(19)和傾斜維定位柱(14)、俯仰維定位柱(15)分別安裝到殼體(7)上相應(yīng)位置，俯仰維調(diào)節(jié)柱(9)、傾斜維調(diào)節(jié)柱(10)和傾斜維定位柱(14)、俯仰維定位柱(15)與頂板底面緊密接觸，彈簧以水平方向安裝在殼體(7)與頂板(8)之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光柵固定結(jié)構(gòu)，其特征在于，通過水平維調(diào)節(jié)螺紋副(17)、傾斜維調(diào)節(jié)螺紋副(18)、俯仰維調(diào)節(jié)螺紋副(19)和彈簧能夠?qū)崿F(xiàn)光柵俯仰、傾斜及相對系統(tǒng)滾轉(zhuǎn)方位的微動(dòng)調(diào)節(jié)，各維度調(diào)節(jié)范圍為±3°，其中，傾斜維和水平維調(diào)節(jié)范圍為±3.5°，消除加工、組裝工序引入的誤差，使光路達(dá)到設(shè)計(jì)要求。3.根據(jù)權(quán)利I或權(quán)利2所述的光柵固定結(jié)構(gòu)，其特征在于，在實(shí)現(xiàn)三維微動(dòng)調(diào)節(jié)的情況下，光柵固定架的擋片和壓圈能夠保證光柵相對位置穩(wěn)定，避免單點(diǎn)受力帶來光柵形變，同時(shí)遮擋光柵邊緣，減少雜光的引入。
【專利摘要】一種具有三維姿態(tài)可調(diào)功能的光柵固定結(jié)構(gòu)，屬于光譜儀分光系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，包括：固定架、擋片、壓圈、螺栓、轉(zhuǎn)接板、底座、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)接板將底座和調(diào)整機(jī)構(gòu)連接在一起，固定架用于放置光柵；壓片和壓圈用于固定光柵和遮擋邊緣，底座固定在光路系統(tǒng)中。通過調(diào)節(jié)螺紋副和彈簧能夠?qū)崿F(xiàn)光柵俯仰、傾斜及相對系統(tǒng)滾轉(zhuǎn)等方位±3°范圍內(nèi)的連續(xù)微動(dòng)調(diào)節(jié)，消除加工、組裝等工序可能引入的誤差，使光路達(dá)到設(shè)計(jì)要求；同時(shí)，光柵固定架的擋片和壓圈能夠保證光柵相對位置穩(wěn)定，避免單點(diǎn)受力帶來光柵形變，同時(shí)遮擋光柵邊緣，減少雜光的引入。
【IPC分類】G01J3/02
【公開號】CN105043540
【申請?zhí)枴緾N201510389066
【發(fā)明人】何淼, 曹海霞, 董海洋, 趙英飛, 羅劍秋
【申請人】鋼研納克檢測技術(shù)有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月5日