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，但由于衍射級次的影響，不同級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)進行分光，能夠消除衍射級次的影響，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，曲面棱鏡光譜儀相對于光柵光譜儀無衍射級次影響，光譜范圍寬，在寬波段光譜儀中，曲面棱鏡具有廣泛的應用和獨特的優(yōu)勢。目前國內(nèi)外還沒有對曲面棱鏡裝夾方法進行設計分析的相關(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、力學環(huán)境適應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，采用斜面隔圈和螺紋旋轉(zhuǎn)壓緊機構(gòu)進行壓緊的固定方式，并在曲面棱鏡框以及安裝支架上設計了撥桿旋轉(zhuǎn)調(diào)整環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了曲面棱鏡的高可靠性，便于裝調(diào)，調(diào)整的裝夾方法設計。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球心不重合，因此考慮以曲面棱鏡的一個球心的法線方向為旋轉(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，安裝精度高。(2)本發(fā)明在曲面棱鏡的裝夾方面，采用一個帶斜面的金屬隔圈與曲面棱鏡的斜面進行配合，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)設計了螺孔，并在金屬鏡架的一側(cè)設計了撥桿槽，從而可利用撥桿對曲面棱鏡的相位進行調(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。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明提供一種曲面棱鏡的裝夾方法，適用于透射式光學元件曲面棱鏡，所述的裝夾方法首先將光學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中曲面凹下的方向為前面，凸起的方向為后面，并且前面曲面的曲率半徑小于后面曲面的曲率半徑)兩個曲面的球心，光線傳播方向如圖1所示，A點是以O1為球心的曲 面與光線的交點，B點為以O2為球心的曲面與光線的交點，且兩個交點A、B沿光線方向的距離為18_。由于兩個曲面的法線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)對稱軸，在曲面棱鏡I的外側(cè)加工一個外圓柱輪廓面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裝夾而設計的一個斜面,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個注膠孔201和四個導膠槽203，并且每個注膠孔201對應一個導膠槽203，導膠槽203的作用是引導硅橡膠的流向并存儲一定的硅橡膠，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，實現(xiàn)對曲面棱鏡I的固定安裝。金屬鏡框2的外圓設計有安裝法蘭204，安裝法蘭204包括端面E和外圓面F面，在安裝法蘭204上設計有一個螺紋孔202，便于曲面棱鏡組件裝配時的旋轉(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)，兩個端面(即圓筒的兩個底面)之間夾角β為25°。通過配對研磨，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)曲面棱鏡組件至預定的曲面棱鏡I的相應位置，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計方法，設計了曲面棱鏡I的金屬鏡框2和金屬鏡架3兩個零件，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組件之間的連接，同時曲面棱鏡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設計為臺階狀，分別設計有金屬鏡框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)設計有撥桿槽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的底部設計有3個安裝耳片302，安裝耳片302上分別設計有通孔303，用于金屬鏡架3與其他光學部件之間的連接，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曲面的球心，A點是以O1為球心的曲面與光線的交點，B點為以O2為球心的曲面與光線的交點，以后面的曲面EBF的法線O2B為旋轉(zhuǎn)對稱軸，在曲面棱鏡的外側(cè)加工一個外圓柱輪廓面C面，以C面為曲面棱鏡的安裝基準面；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:金屬鏡框為圓筒狀，內(nèi)圓為臺階狀，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膠槽，金屬鏡框的外圓設計有安裝法蘭，安裝法蘭包括端面E面和外圓面F面，在安裝法蘭上設計有一個螺紋孔；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，松動金屬螺紋壓圈B，通過金屬撥桿旋轉(zhuǎn)曲面棱鏡組件至預定的曲面棱鏡的相應位置，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)圓安裝通孔設計為臺階狀，分別設計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)設計有撥桿槽。
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計有3個安裝耳片，安裝耳片上分別設計有通孔。
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)整的裝夾方法設計。
文檔編號G01J3/02GK103116211SQ201310030329
公開日2013年5月22日 申請日期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 申請人:北京航空航天大學