多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本專利公開(kāi)了一種多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接結(jié)構(gòu)。多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接結(jié)構(gòu)由小規(guī)模探測(cè)器模塊、分立小模塊基板、框架式多模塊拼接大基板和多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接機(jī)構(gòu)組成。先將多個(gè)小模塊面陣探測(cè)器安裝分立式小模塊基板上，借助多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)六自由度調(diào)節(jié)。然后將框架式多模塊拼接大基板與多個(gè)分立小模塊基板固定，最后再將多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接機(jī)構(gòu)與帶多模塊面陣紅外探測(cè)器和分立式小模塊基板的框架式多模塊拼接大基板分離，這樣就完成了多模塊面陣紅外探測(cè)器的三位拼接。本專利可實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊間六自由度的高精度拼接、重復(fù)性好，同時(shí)小規(guī)模面陣模塊可單獨(dú)替換，可維修性好。
【專利說(shuō)明】多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及多模塊紅外探測(cè)器的拼接技術(shù)，具體指一種多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，它適用于大面陣紅外焦平面探測(cè)器組件封裝，同樣適用于多模塊超長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器組件封裝。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外遙感儀器的兩個(gè)重要性能指標(biāo)為視場(chǎng)和分辨率。紅外遙感儀器的兩個(gè)重要性能指標(biāo)為視場(chǎng)和分辨率。視場(chǎng)擴(kuò)大可以增加儀器的觀測(cè)范圍，分辨率提高可以改善儀器的成像質(zhì)量。在紅外成像系統(tǒng)中，光學(xué)系統(tǒng)的焦距和探測(cè)器的規(guī)模尺寸決定了系統(tǒng)的視場(chǎng)，光學(xué)系統(tǒng)的焦距和像元尺寸大小決定了系統(tǒng)的分辨效率。在探測(cè)器靶面一定的情況下，為了提高成像系統(tǒng)的作用距離和分辨率等總體指標(biāo)，需要采用長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)視場(chǎng)減小，因此在紅外探測(cè)器規(guī)模和像元尺寸一定的情況下，紅外系統(tǒng)視場(chǎng)和分辨率存在相互制約的關(guān)系。
[0003]在研制高分辨大視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)中，為了克服視場(chǎng)和分辨率存在矛盾，解決的途徑之一為采用高分辨效率、超大規(guī)模面陣紅外焦平面探測(cè)器。紅外探測(cè)器受制備工藝、填充系數(shù)、靈敏度、成品率、成本等因素的限制，其規(guī)模是一定的。為了得到超大規(guī)模面陣大像元的面陣探測(cè)器件，一般采用多個(gè)小規(guī)模的面陣探測(cè)器(比如320X256、512X512等)通過(guò)“無(wú)縫”拼接而成?！盁o(wú)縫”拼接并不是指真正意義上的焦平面無(wú)縫拼接，而是通過(guò)一定的視場(chǎng)拼接方法，對(duì)整個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行無(wú)縫覆蓋。典型的方法有品字形拼接，通過(guò)兩次或多次成像覆蓋，采用圖像拼接的方法完成視場(chǎng)的無(wú)縫拼接。這就需要多個(gè)小規(guī)模的面陣探測(cè)器之間在三維空間上具有較高的精度要求。
[0004]傳統(tǒng)的拼接主要是滿足在X、Y平面及旋轉(zhuǎn)方向的精度，其拼接方法為在顯微鏡或顯微投影儀下，用鑷子將探測(cè)器模塊放在涂有粘合劑的基板上，然后手動(dòng)或通過(guò)特定的微調(diào)機(jī)構(gòu)將探測(cè)器撥動(dòng)到指定的`位置。具體見(jiàn)中國(guó)專利03230349.1長(zhǎng)線列紅外探測(cè)器件拼接裝置。傳統(tǒng)的方法不能滿足對(duì)Z軸即高度方向多個(gè)探測(cè)器焦面的平面度精度的拼接要求。國(guó)際上，文章〈〈Performance of the QffIP focal plane arrays for NASA’s LandsatData Continuity Mission)) (Proc.0f SPIE Vol.8012)3 個(gè) 640X512 拼接在一起，其三個(gè)模塊拼接后Z軸方向多個(gè)探測(cè)器焦面的平面度精度達(dá)到±8.54i!m。文章描述的原理是控制探測(cè)器襯底、讀出電路、硅襯底的精度，同時(shí)在讀出電路與硅襯底、硅襯底與因瓦基板之間用不同直徑的空心微小珠和粘合劑在填充間隙。具體實(shí)施方法未見(jiàn)報(bào)道。
[0005]SBIRS-high系統(tǒng)由6個(gè)中波紅外512X 512拼接而成，其拼接原理為首先選取一個(gè)平面度很高的膠接平面，選擇不易變形且溫度特性良好的膠，將其均勻的涂在平面上；然后采用吸盤(pán)將焦平面放置在膠上，等待膠干后放開(kāi)吸盤(pán)，拼接焦平面的平面度依靠吸盤(pán)每次放置焦平面的高度保證，其平面度誤差依靠膠來(lái)調(diào)整。其優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)非常高精度的平面拼接；其難點(diǎn)在于膠材料的選取、吸盤(pán)重復(fù)高度的控制、涂膠工藝要求高；缺點(diǎn)在于風(fēng)險(xiǎn)很高，焦平面一旦膠接后焦平面無(wú)法替換，其中一個(gè)焦平面模塊的損壞將導(dǎo)致整個(gè)拼接 焦平面報(bào)廢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本專利的目的是提供一種多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)小規(guī)模的面陣探測(cè)器之間在三維空間上具有較高的位置精度，解決了大面陣紅外焦平面探測(cè)器的三維高精度封裝技術(shù)要求。
[0007]本專利一種多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接結(jié)構(gòu)如附圖1所示，它包括小規(guī)模探測(cè)器模塊1、因瓦基板2、三自由度微調(diào)連桿3、Z軸向微調(diào)機(jī)構(gòu)4、X，Y向微調(diào)平臺(tái)5、平臺(tái)大底板6、微調(diào)螺釘7、微調(diào)螺釘8、微調(diào)螺釘9、微調(diào)螺釘10和安裝螺釘11。
[0008]所述的因瓦基板2為中空框架結(jié)構(gòu)，如圖2所示，其材料為合金4J32，由貼裝基板201、注膠槽202和基板外框203組成，厚度與長(zhǎng)度比為1:10，貼裝基板201的貼裝區(qū)域的大小與小規(guī)模探測(cè)器模塊I的貼裝區(qū)域大小相匹配，貼裝基板201上的待膠結(jié)的突臺(tái)面厚度為0.6mm。
[0009]所述的三自由度微調(diào)連桿3如圖3所示，由基板安裝法蘭301、彈簧結(jié)構(gòu)302、微調(diào)法蘭303、連桿安裝法蘭304和微調(diào)螺釘10組成。三自由度微調(diào)連桿3采用不銹鋼材料，彈簧機(jī)構(gòu)302的結(jié)構(gòu)為一個(gè)類似彈簧形狀鏤空的薄壁圓柱體，其薄壁厚控制在0.2±0.03mm,通過(guò)微調(diào)螺釘10的旋鈕使得彈簧機(jī)構(gòu)302產(chǎn)生彈性變形實(shí)現(xiàn)Z軸高度方向的微調(diào)。
[0010]所述的Z軸微調(diào)機(jī)構(gòu)4如圖4所示，其由機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)面401、微轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)402、機(jī)構(gòu)外框403和微調(diào)螺釘8組成。Z軸微調(diào)機(jī)構(gòu)4選用不銹鋼材料，通過(guò)微調(diào)螺釘8的旋鈕使得微轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)402中柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)面401沿其微轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)402中心的Z軸向的微調(diào)。
[0011]所述的X，Y向微調(diào)平臺(tái)5如圖5所示，由平臺(tái)微動(dòng)面501、微動(dòng)結(jié)構(gòu)502、平臺(tái)外框503、微調(diào)螺釘7和微調(diào)螺釘9組成。X，Y向微調(diào)平臺(tái)5選用不銹鋼材料，通過(guò)微調(diào)螺釘7和微調(diào)螺釘9的旋鈕使得微轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)502中柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形實(shí)現(xiàn)X方向、Y方向的調(diào)節(jié)。
[0012]X，Y向微調(diào)平臺(tái)5通過(guò)安裝螺釘11固定至平臺(tái)大底板6上，Z軸向微調(diào)機(jī)構(gòu)4通過(guò)安裝螺釘11固定至X，Y向微調(diào)平臺(tái)5相應(yīng)的平臺(tái)微動(dòng)面501上，三自由度微調(diào)連桿3的連桿安裝法蘭304通過(guò)安裝螺釘11固定至Z軸向微調(diào)機(jī)構(gòu)4的機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)面401上，貼裝基板201通過(guò)安裝螺釘11固定至三自由度微調(diào)連桿3的基板安裝法蘭301上，小規(guī)模探測(cè)器模塊I通過(guò)DW-3膠結(jié)于貼裝基板201上，通過(guò)微調(diào)螺釘7、微調(diào)螺釘8、微調(diào)螺釘9和微調(diào)螺釘10的旋鈕滿足三維空間位置精度后，在貼裝基板201上嵌套基板外框203，通過(guò)貼裝基板201與基板外框203間的注膠槽202的注膠固定，最后獲得三維高精度拼接的多個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊I的因瓦基板2。
[0013]本專利由于采用膠結(jié)固定的方式，當(dāng)拼接有多個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊I的因瓦基板2上的某個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊I損壞或失效后，可進(jìn)行對(duì)損壞或失效的模塊的替換工作。進(jìn)行替換操作時(shí)，只需使用恒溫加熱器局部加熱損壞或失效模塊周圍注膠槽202的低溫膠，等膠變軟熔化后，取下貼裝有損壞失效模塊的貼裝基板201，再重新拼接一個(gè)貼裝有完好小規(guī)模探測(cè)器模塊I的貼裝基板201，在對(duì)其進(jìn)行微調(diào)對(duì)中及注膠槽202注膠膠結(jié)，待膠固化后即完成現(xiàn)單模塊的修復(fù)工作。
[0014]具體步驟如下:[0015]I)首先因瓦基板2在研磨過(guò)程中進(jìn)行5次以上液氮低溫冷處理以釋放材料的低溫應(yīng)力，其次確保因瓦基板2的貼裝基板201的貼裝面平面度優(yōu)于0.005_，從而確保小規(guī)模探測(cè)器模塊I與因瓦基板2熱適配適應(yīng)性，提高探測(cè)器長(zhǎng)期低溫和開(kāi)關(guān)機(jī)溫度沖擊工作模式的可靠性。
[0016]2)將本專利的三維拼接平臺(tái)按如圖6所示組裝，其中因瓦基板2只需先組裝各貼裝基板201。組裝完成后將三維拼接平臺(tái)固定在高精度投影儀上。根據(jù)投影儀參數(shù)分別調(diào)節(jié)各微調(diào)法蘭303上的Z向微調(diào)螺釘10使各貼裝基板201在+Z向平移0.1 ±0.0lmm,貼裝基板201同時(shí)需滿足在X軸與Y軸方向傾角小于0.1°。再分別調(diào)節(jié)各X向微調(diào)螺釘7與各Y向微調(diào)螺釘9使X，Y向微調(diào)平臺(tái)5上各平臺(tái)微動(dòng)面501在X，Y方向預(yù)先平移0.1 ±0.0lmm,使得各小規(guī)模探測(cè)器模塊I之間的位置關(guān)系符合拼接尺寸要求。各Z軸微調(diào)機(jī)構(gòu)4均不作操作，兩顆Z軸向微調(diào)螺釘8均不與機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)面401接觸。
[0017]3)將各小規(guī)模探測(cè)器模塊I按照紅外探測(cè)器封裝工藝規(guī)范膠結(jié)至對(duì)應(yīng)的貼裝基板201上，膠結(jié)時(shí)小規(guī)模探測(cè)器模塊I只需參照各自貼裝基板201的幾何中心位置進(jìn)行膠結(jié)。膠結(jié)時(shí)在高精度投影儀上根據(jù)各貼裝基板201與小規(guī)模探測(cè)器模塊I的相對(duì)位置參數(shù)，使用探針推動(dòng)小規(guī)模探測(cè)器模塊I對(duì)其位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，使各小規(guī)模探測(cè)器模塊I對(duì)準(zhǔn)各自的貼裝基板201的幾何中心位置，其位置誤差需控制在X，Y方向±0.02mm，Z軸方向±0.5°.。待膠完全固化后完成小規(guī)模探測(cè)器模塊I的膠結(jié)步驟。
[0018]4)在高精度投影儀上以任一小規(guī)模探測(cè)器模塊I的光敏面為基準(zhǔn)，進(jìn)行各個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊I光敏面間的三維位置的高精度拼接。先調(diào)節(jié)作為基準(zhǔn)的小規(guī)模探測(cè)器模塊I上的三顆Z向微調(diào)螺釘10對(duì)其X軸與Y軸方向進(jìn)行微調(diào)，使小規(guī)模探測(cè)器模塊I上光敏面所在平面相對(duì)高精度投影儀的操作平臺(tái)所在平面傾角< 0.05°，再以小規(guī)模探測(cè)器模塊I上光敏面為基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)其它小規(guī)模探測(cè)器模塊I的空間三維位置關(guān)系直至滿足設(shè)計(jì)要求。調(diào)節(jié)時(shí)參照高精度投影儀上待調(diào)節(jié)小規(guī)模探測(cè)器模塊I與基準(zhǔn)面的位置參數(shù)，先調(diào)節(jié)三顆Z向微調(diào)螺釘10對(duì)其Z向、X軸與Y軸方向進(jìn)行微調(diào)，直至滿足被調(diào)節(jié)的小規(guī)模探測(cè)器模塊I的光敏面與基準(zhǔn)光敏面的Z向高度差滿足< 0.004mm, X軸與Y軸方向傾角< 0.05°，再調(diào)節(jié)該小規(guī)模探測(cè)器模塊I對(duì)應(yīng)的Z軸向微調(diào)螺釘8，根據(jù)高精度投影儀上的待調(diào)節(jié)小規(guī)模探測(cè)器模塊I的光敏面與基準(zhǔn)光敏面的Z軸向位置關(guān)系調(diào)節(jié)Z軸向微調(diào)螺釘8，使待調(diào)節(jié)小規(guī)模探測(cè)器模塊I的光敏面與基準(zhǔn)光敏面的Z軸向位置關(guān)系< 0.05°，最后調(diào)節(jié)該小規(guī)模探測(cè)器模塊I對(duì)應(yīng)的X，Y向微調(diào)平臺(tái)5上的平臺(tái)微動(dòng)面501，參照高精度投影儀上待調(diào)節(jié)小規(guī)模探測(cè)器模塊I與基準(zhǔn)面的X，Y方向的參數(shù)，通過(guò)分別調(diào)節(jié)X向微調(diào)螺釘7與Y向微調(diào)螺釘9，使待調(diào)節(jié)小規(guī)模探測(cè)器模塊I的光敏面與基準(zhǔn)光敏面的X向與Y向位置關(guān)系相對(duì)設(shè)計(jì)值的偏差< 0.005_。經(jīng)過(guò)上述步驟便完成了一個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊I光敏面與基準(zhǔn)小規(guī)模探測(cè)器模塊I光敏面的空間三維位置的高精度拼接對(duì)準(zhǔn)過(guò)程。其余小規(guī)模探測(cè)器模塊I按照上述步驟逐個(gè)調(diào)節(jié)，直至所有小規(guī)模探測(cè)器模塊I上的光敏面間的位置關(guān)系滿足設(shè)計(jì)精度要求。需要注意的是一旦調(diào)節(jié)完成后就不要再調(diào)節(jié)任何螺釘或移動(dòng)三維拼接平臺(tái)。
[0019]5)在貼裝基板201上嵌套基板外框203組成因瓦基板2，再通過(guò)對(duì)貼裝基板201與基板外框203的注膠槽202注膠固定。在安裝基板外框203前，需在各貼裝基板201與基板外框203接觸處使用專用的涂膠針預(yù)涂一層薄層的低溫膠DW-3，再將基板外框203嵌套安裝在貼裝基板201上。在高精度投影儀上使用探針推動(dòng)基板外框203使貼裝基板201與基板外框203的各注膠槽202的寬度均勻一致(需根據(jù)實(shí)際情況判斷是否均勻)。使用專用的涂膠針將低溫膠DW-3沿注膠槽涂抹，直到因瓦基板上所有注膠槽202上的低溫膠均勻飽滿，另取一份該膠涂抹在一只培養(yǎng)皿中，作為該膠是否固化的判斷依據(jù)。接著在高精度投影儀上核對(duì)各小規(guī)模探測(cè)器模塊I光敏面的空間三維位置關(guān)系是滿足設(shè)計(jì)要求值，如有移位則根據(jù)位置關(guān)系調(diào)節(jié)相應(yīng)的微調(diào)螺釘直至所有小規(guī)模探測(cè)器模塊I的位置關(guān)系滿足設(shè)計(jì)精度要求。當(dāng)各小規(guī)模探測(cè)器模塊I光敏面的空間三維位置關(guān)系是滿足設(shè)計(jì)精度要求值后，靜置三維拼接平臺(tái)，等待膠固化。當(dāng)膠固化后各小規(guī)模探測(cè)器模塊I光敏面的空間三維位置關(guān)系就唯一確定，且滿足設(shè)計(jì)要求精度。
[0020]6)待膠完全固化后，拆除分離拼接完成的貼裝有多個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊I的因瓦基板2。將拼接完成的三維拼接平臺(tái)自高精度投影儀上取下，拆除連接貼裝基板2與基板安裝法蘭301上的各安裝螺釘11，小心取下貼裝有多個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊I的因瓦基板2，獲得三維空間高精度拼接的小規(guī)模探測(cè)器模塊I的因瓦基板2。
[0021]以上就完成了多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接的實(shí)現(xiàn)方法。
[0022]本專利的優(yōu)點(diǎn)是:
[0023]I)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊間六自由度的高精度拼接，操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性好。
[0024]2)多個(gè)模塊可單獨(dú)替換、風(fēng)險(xiǎn)低，具有較高的可維修性。
[0025]3)可根據(jù)不同的拼接子摸塊，設(shè)計(jì)相應(yīng)貼裝基板的熱適配尺寸，提高探測(cè)器長(zhǎng)期低溫和開(kāi)關(guān)機(jī)溫度沖擊工作模式的可靠性。
[0026]4)使用膠結(jié)固定，固定過(guò)程無(wú)過(guò)約束，無(wú)后期移位變形，可靠性高。
[0027]5)因瓦基板采用嵌套結(jié)構(gòu)，探測(cè)器模塊間相互獨(dú)立，可避免探測(cè)器摸塊間的相互影響，提聞探測(cè)器1旲塊拼接后的可罪性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接平臺(tái)；
[0029]圖中:I一小規(guī)模探測(cè)器模塊；
[0030]2—因瓦基板；
[0031]201—貼裝基板；
[0032]202—注膠槽；
[0033]203—基板外框；
[0034]3 二自由度微調(diào)連桿；
[0035]301—基板安裝法蘭；
[0036]302—彈簧結(jié)構(gòu)；
[0037]303—微調(diào)法蘭；
[0038]304—連桿安裝法蘭；
[0039]4—Z軸向微調(diào)機(jī)構(gòu)；
[0040]401—機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)面；
[0041]402—微轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)；
[0042]403—機(jī)構(gòu)外框；[0043]5—X, Y向微調(diào)平臺(tái)；
[0044]501—平臺(tái)微動(dòng)面；
[0045]502—微動(dòng)結(jié)構(gòu)；
[0046]503—平臺(tái)外框；
[0047]6—平臺(tái)大底板；
[0048]7—X向微調(diào)螺釘； [0049]8— Z軸向微調(diào)螺釘；
[0050]9—Y向微調(diào)螺釘；
[0051]10—Z向微調(diào)螺釘；
[0052]11一安裝螺釘。
[0053]圖2因瓦基板示意圖。
[0054]圖3三自由度微調(diào)連桿示意圖。
[0055]圖4Z軸向微調(diào)機(jī)構(gòu)示意圖。
[0056]圖5X，Y向微調(diào)平臺(tái)。
[0057]圖6多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接平臺(tái)組裝示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本專利的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:本實(shí)施例為某航天項(xiàng)目大面陣紅外探測(cè)器，其由四個(gè)256X256小規(guī)模探測(cè)器模塊I高精度拼接組成，其貼裝面尺寸為14.6X13.2mm。要求按照?qǐng)D2中貼裝基板201形式進(jìn)行拼接，模塊間中心交錯(cuò)呈品字型排列，小規(guī)模探測(cè)器模塊I的三維空間位置關(guān)系為:光敏面中心間距滿足X方向23.000±0.005mm、Y方向30.000±0.005mm，各小規(guī)模探測(cè)器模塊I光敏面間Z方向高低差≤0.004mm, X軸、Y軸與Z軸偏差≤0.05°。多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接的實(shí)現(xiàn)方法的實(shí)施步驟如下:
[0059]I)拼接有小規(guī)模探測(cè)器模塊I的因瓦基板2根據(jù)貼裝面尺寸，相互位置關(guān)系與熱適配性進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)加工并做低溫下的熱應(yīng)力釋放處理，具體實(shí)施時(shí)采用在因瓦基板2的貼裝基板201與基板外框203完成一次研磨后，將其浸泡在液氮進(jìn)行低溫沖擊，取出后用壓縮空氣槍回溫后再浸泡，反復(fù)沖擊五次后再進(jìn)行二次研磨的辦法來(lái)釋放材料的低溫應(yīng)力。使用高精度投影儀(V-12B)復(fù)測(cè)各貼裝基板201的貼裝面平面度，要求其平面度需優(yōu)于0.005mm。X，Y向微調(diào)平臺(tái)5上的平臺(tái)微動(dòng)面501的位置關(guān)系依照小規(guī)模探測(cè)器模塊I在X，Y方向的拼接位置關(guān)系設(shè)計(jì)加工。
[0060]2)將本專利的各部分通過(guò)安裝螺釘11按圖6所示組裝，將4個(gè)貼裝基板201如圖6所示通過(guò)安裝螺釘11安裝在對(duì)應(yīng)的基板安裝法蘭301上。組裝完成后將三維拼接平臺(tái)通過(guò)工裝固定在高精度投影儀(V-12B)的操作平臺(tái)上。使用高精度投影儀(型號(hào))，在如圖2所示的因瓦基板2上，自左上方貼裝基板201沿順時(shí)針?lè)较蛞来斡涗涃N裝基板201的貼裝面中心點(diǎn)相對(duì)高精度投影儀(型號(hào))原點(diǎn)坐標(biāo)的X向，Y向，Z向坐標(biāo)值，根據(jù)所記錄參數(shù)先對(duì)左上貼裝基板201，使用內(nèi)六角扳手均勻旋進(jìn)各微調(diào)法蘭303上的三個(gè)Z向微調(diào)螺釘10使該貼裝基板201在Z方向上平移0.1±0.01mm，調(diào)節(jié)中使用用高精度投影儀(V-12B)測(cè)量該貼裝基板201貼裝面不同邊緣三點(diǎn)的Z向位置，再調(diào)節(jié)至滿足三點(diǎn)間的Z向位置偏差(0.0lmm即可，再如是順時(shí)針依次調(diào)節(jié)其余三個(gè)貼裝基板201。接著對(duì)左上貼裝基板201對(duì)應(yīng)的X，Y向微調(diào)平臺(tái)5的平臺(tái)微動(dòng)面501進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時(shí)參照高精度投影儀(V-12B)上的位置參數(shù)，使用內(nèi)六角扳手分別旋進(jìn)X向微調(diào)螺釘7與Y向微調(diào)螺釘9使該平臺(tái)微動(dòng)面501在X，Y方向各平移0.1±0.01mm。如是依次順時(shí)針調(diào)節(jié)其余三個(gè)貼裝基板201對(duì)應(yīng)的平臺(tái)微動(dòng)面501。
[0061]3)將一片小規(guī)模探測(cè)器模塊I按照紅外探測(cè)器封裝工藝規(guī)范膠結(jié)至左上貼裝基板201上，小規(guī)模探測(cè)器模塊I貼裝時(shí)，參照該貼裝基板201貼裝面的幾何中心位置進(jìn)行膠結(jié)。膠結(jié)時(shí)在高精度投影儀(V-12B)上根據(jù)該貼裝基板201的中心位置參數(shù)，使用探針推動(dòng)小規(guī)模探測(cè)器模塊I使其光敏面中心位置與貼裝基板201的中心位置重合，其精度控制在X，Y方向偏差< 0.01mm，Z軸方向< 0.1°.。再如是順時(shí)針依次膠結(jié)其余三個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊1，另取一份該膠樣品，涂抹在一只培養(yǎng)皿中，待培養(yǎng)皿中的膠完全固化后，即完成4個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊I的膠結(jié)步驟。
[0062]4)在高精度投影儀(CNC500)上以左上方小規(guī)模探測(cè)器模塊I的光敏面為基準(zhǔn)，進(jìn)行4個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊I光敏面間的三維空間位置的高精度調(diào)節(jié)。首先調(diào)節(jié)將作為基準(zhǔn)的左上方的小規(guī)模探測(cè)器模塊I的空間位置，在高精度投影儀(CNC500)上，使用內(nèi)六角扳手調(diào)節(jié)微調(diào)法蘭303上的三顆Z向微調(diào)螺釘10，對(duì)該小規(guī)模探測(cè)器模塊I的光敏面的X軸與Y軸方向進(jìn)行微調(diào)，使小規(guī)模探測(cè)器模塊I上光敏面的不同邊緣三點(diǎn)的Z向高度偏差< 0.002mm。再以該小規(guī)模探測(cè)器模塊I上光敏面為基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)如圖2所示的右上側(cè)的小規(guī)模探測(cè)器模塊I。首先使用內(nèi)六角扳手對(duì)該小規(guī)模探測(cè)器模塊I所對(duì)應(yīng)的三顆Z向微調(diào)螺釘10進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過(guò)程中使用高精度投影儀(CNC500)測(cè)量小規(guī)模探測(cè)器模塊I上光敏面的不同邊緣三點(diǎn)的Z向高度值，反復(fù)調(diào)節(jié)三顆Z向微調(diào)螺釘10直至滿足三點(diǎn)間Z向偏差< 0.002mm以及該光敏面上的任意點(diǎn)與作為基準(zhǔn)的光敏面上的任意點(diǎn)的高度偏差(0.004mm的精度要求。其次調(diào)節(jié)該小規(guī)模探測(cè)器模塊I對(duì)應(yīng)的Z軸微調(diào)機(jī)構(gòu)4，在高精度投影儀(CNC500)上以基準(zhǔn)小規(guī)模探測(cè)器模塊I上光敏面與X向平行邊與X向軸線的夾角作為基準(zhǔn)，使用內(nèi)六角扳手調(diào)節(jié)被調(diào)節(jié)小規(guī)模探測(cè)器模塊I對(duì)應(yīng)的Z軸微調(diào)機(jī)構(gòu)4上的與偏差方向?qū)?yīng)的一個(gè)微調(diào)螺釘8，使被調(diào)節(jié)的小規(guī)模探測(cè)器模塊I上光敏面與X向平行邊與X向軸線的夾角位置與基準(zhǔn)位置的偏差<0.05°。最后調(diào)節(jié)該被調(diào)節(jié)的小規(guī)模探測(cè)器模塊I對(duì)應(yīng)的X，Y向微調(diào)平臺(tái)5上的平臺(tái)微動(dòng)面501，在高精度投影儀(CNC500)上測(cè)量被調(diào)節(jié)的小規(guī)模探測(cè)器模塊I上光敏面中心與基準(zhǔn)面中心間的相對(duì)位置關(guān)系，使用內(nèi)六角扳手分別調(diào)節(jié)被調(diào)節(jié)的小規(guī)模探測(cè)器模塊I對(duì)應(yīng)的X，Y向微調(diào)平臺(tái)5上的平臺(tái)微動(dòng)面501上的X向微調(diào)螺釘7和Y向微調(diào)螺釘9直至滿足X方向0±0.005mm, Y方向30.000±0.005mm的位置精度要求。按照上述步驟，以圖2中左上小規(guī)模探測(cè)器模塊I上光敏面為基準(zhǔn)，順時(shí)針?lè)较蛞来握{(diào)節(jié)另兩個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊1，最終使所有4個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊I的空間三維位置關(guān)系滿足設(shè)計(jì)精度要求。需要注意的是，一旦此步調(diào)節(jié)完成，不要調(diào)節(jié)任何螺釘或移動(dòng)三維拼接平臺(tái)。
[0063]5)為方便貼裝基板201與基板外框203膠結(jié)固定，首先在各貼裝基板201上的與基板外框203接觸部分使用專用的涂膠針預(yù)涂一層低溫膠(DW-3)潤(rùn)濕，同樣在基板外框203上與貼裝基板201接觸部分使用專用的涂膠針預(yù)涂一層低溫膠(DW-3)潤(rùn)濕，再將基板外框203嵌套安裝在4塊貼裝基板201上。在高精度投影儀(型號(hào))上使用探針推動(dòng)基板外框203使貼裝基板201與基板外框203的各注膠槽202的寬度均勻一致，觀察各注膠槽202調(diào)節(jié)至無(wú)邊貼邊現(xiàn)象即可。使用專用的涂膠針將低溫膠(型號(hào))沿著注膠槽202涂抹，直到因瓦基板2上所有的注膠槽202的低溫膠(型號(hào))均勻飽滿。注意小心操作，少量多次涂抹，避免污染小規(guī)模探測(cè)器模塊I。另取一份該膠涂抹在一只培養(yǎng)皿中，作為該膠是否固化的判斷依據(jù)。如上所述，將基板外框203嵌套在4個(gè)貼裝基板201上后，再對(duì)貼裝基板201與基板外框203的間隙縫注膠槽202注膠固定后就組成了圖2所示的因瓦基板2。最后在高精度投影儀(型號(hào))上以圖2所示左上小規(guī)模探測(cè)器模塊I光敏面為基準(zhǔn)，測(cè)量其它3個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊I光敏面與其的空間三維位置關(guān)系，如有位置變化則立即根據(jù)偏差方向調(diào)節(jié)相應(yīng)微調(diào)螺釘直至滿足設(shè)計(jì)要求，當(dāng)4個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊I光敏面的空間三維位置關(guān)系是滿足設(shè)計(jì)精度要求值后，將其靜置，等待膠固化。當(dāng)膠固化后此4個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊I光敏面的空間三維位置關(guān)系就唯一確定，且滿足設(shè)計(jì)要求精度。
[0064]6)通過(guò)培養(yǎng)皿中的樣品膠來(lái)判斷該膠是否已經(jīng)固化完全，待膠完全固化后，將多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接平臺(tái)從高精度投影儀(型號(hào))的工裝上拆下。使用內(nèi)六角扳手拆除連接貼裝基板201與基板安裝法蘭301上的安裝螺釘11，小心取下拼接完成的貼裝有4個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊I的因瓦基板2。獲得高精度拼接有4個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊I的因瓦基板2。
【權(quán)利要求】
1.一種多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接結(jié)構(gòu)，它包括小規(guī)模探測(cè)器模塊(I)、因瓦基板(2)、三自由度微調(diào)連桿(3)、Z軸向微調(diào)機(jī)構(gòu)(4)、X，Y向微調(diào)平臺(tái)(5)、平臺(tái)大底板(6)、微調(diào)螺釘(7)、微調(diào)螺釘(8)、微調(diào)螺釘(9)、微調(diào)螺釘(10)和安裝螺釘(11)，其特征在于: X，Y向微調(diào)平臺(tái)(5)通過(guò)安裝螺釘(11)固定至平臺(tái)大底板(6)上，Z軸向微調(diào)機(jī)構(gòu)(4)通過(guò)安裝螺釘(11)固定至X，Y向微調(diào)平臺(tái)(5)相應(yīng)的平臺(tái)微動(dòng)面(501)上，三自由度微調(diào)連桿(3)的連桿安裝法蘭(304)通過(guò)安裝螺釘(11)固定至Z軸向微調(diào)機(jī)構(gòu)(4)的機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)面(401)上，貼裝基板(201)通過(guò)安裝螺釘(11)固定至三自由度微調(diào)連桿(3)的基板安裝法蘭(301)上，小規(guī)模探測(cè)器模塊(I)通過(guò)DW-3膠結(jié)于貼裝基板(201)上，通過(guò)微調(diào)螺釘(7)、微調(diào)螺釘(8 )、微調(diào)螺釘(9 )和微調(diào)螺釘(10 )的旋鈕滿足三維空間位置精度后，在貼裝基板(201)上嵌套基板外框(203)，通過(guò)貼裝基板(201)與基板外框(203)間的注膠槽(202)的注膠固定，獲得三維高精度拼接的多個(gè)小規(guī)模探測(cè)器模塊(I)的因瓦基板(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的因瓦基板(2)為中空框架結(jié)構(gòu)，其材料為合金4J32，由貼裝基板(201)、注膠槽(202)和基板外框(203)組成，厚度與長(zhǎng)度比為1:10，貼裝基板(201)的貼裝區(qū)域的大小與小規(guī)模探測(cè)器模塊(I)的貼裝區(qū)域大小相匹配，貼裝基板(201)上的待膠結(jié)的突臺(tái)面厚度為0.6mmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的三自由度微調(diào)連桿(3 )由基板安裝法蘭(301)、彈簧結(jié)構(gòu)(302 )、微調(diào)法蘭(303 )、連桿安裝法蘭(304)和微調(diào)螺釘(10)組成；三自由度微調(diào)連桿(3)采用不銹鋼材料，彈簧機(jī)構(gòu)(302)的結(jié)構(gòu)為一個(gè)類似彈簧形狀鏤空的薄壁圓柱體，其薄壁厚控制在0.2±0.03mm，通過(guò)微調(diào)螺釘(10)的旋鈕使得彈簧機(jī)構(gòu)(302)產(chǎn)生彈性變形實(shí)現(xiàn)Z軸高度方向的微調(diào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的Z軸向微調(diào)機(jī)構(gòu)(4 )其由機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)面(401)、微轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(402 )、機(jī)構(gòu)外框(403 )和微調(diào)螺釘(8)組成；Z軸向微調(diào)機(jī)構(gòu)(4)選用不銹鋼材料，通過(guò)微調(diào)螺釘(8)的旋鈕使得微轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(402)中柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)面(401)沿其微轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(402)中心的Z軸向的微調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模塊面陣紅外探測(cè)器三維拼接結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的X，Y向微調(diào)平臺(tái)(5)由平臺(tái)微動(dòng)面(501)、微動(dòng)結(jié)構(gòu)(502)、平臺(tái)外框(503)、微調(diào)螺釘(7)和微調(diào)螺釘(9)組成；X，Y向微調(diào)平臺(tái)(5)選用不銹鋼材料，通過(guò)微調(diào)螺釘(7)和微調(diào)螺釘(9)的旋鈕使得微轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(502)中柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形實(shí)現(xiàn)X方向、Y方向的調(diào)節(jié)。
【文檔編號(hào)】G01J5/02GK203455080SQ201320461182
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】王小坤, 孫聞, 張磊, 曾智江, 陳俊林, 李雪, 龔海梅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所