一种中空回射器的加工、整形和调制方法与流程

本发明属于光学仪器技术领域，具体涉及一种中空回射器的加工、整形和调制方法。

背景技术：

目前与光学测量仪器(例如全站仪)配合使用的棱镜大多是角锥棱镜，棱镜内部安装有玻璃角锥体，用来反射测量仪器发出的测距激光束，测距光束遇到棱镜后会以平行于入射光的路径反射回测量仪器中，根据光的传播时间或相位差计算测量仪器与棱镜之间的距离。由于角锥棱镜是实心的玻璃体，测距光束会在空气和玻璃这两种介质中来回转换，并伴随有光的反射和折射等现象，会导致测量精度低，返回到测量仪器的光强度降低从而降低测量仪器的测程，同时还会由于角锥棱镜中的玻璃角锥体的体积、厚度、材质的不一致，导致自身常数误差。

另外，目前还有一种棱镜是角隅棱镜，棱镜内部有三个相互垂直的反射面，测距光束在空气这一种介质中被三个相互垂直的面反射回到测量仪器，中途没有玻璃的反射和折射过程，测距激光能量未被棱镜衰减，同时由于角隅棱镜的常数与棱镜体积大小没有关系，也不存在因玻璃和空气折射率不一致而导致的自身常数误差。

中空回射器其工作原理就是可以实现任何一路光在入瞳直径范围内从任何一个角度入射都能原路返回，而其关键指标就是角精度，及角精度的精度越高其原路返回的精准度和性能就越好。在同样入射情况下，入瞳直径越大，即通光口径越大，越便于捕捉目标，增大反射光的能量，中空回射器能够接纳的入射光范围越大，应用范围就越广，但是随着客户应用的需求不同，既要保证角精度又要进行切割整形存在很大的困难，现有的中空回射器都是由三个玻璃基片粘结组合在一起形成的空心角锥，在同样周长情况下，当空心圆锥的底面截面为圆时能够保证较大的入瞳直径，而现有技术组合成空心角锥的基片大多是直角三角形或直角扇形，均通过直接打磨得到，而要保证空心角锥的底面为圆形，对其切割整形较为困难，无法在保证角精度的同时做到切割整形。

申请号为cn201610540905.7的专利公开了一种空心角锥反射镜及其制造方法，所述空心角锥反射镜包括反射镜片以及连接边，所述反射镜片包括第一镜片、第二镜片以及第三镜片，所述连接边包括第一镜片连接第二镜片的第一连接边，第一镜片连接第三镜片的第二连接边以及第二镜片连接第三镜片的第三连接边；所述连接边上固定有一个至多个辅助镜片。虽然能够保证一定的角精度，但是由于需要额外加工多个辅助镜片，同时需要多平面镜连接处进行多次打磨，过程繁琐，加工成本较高，同时其通光口径受到平面镜本身加工技术的约束，无法做到最大化。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种中空回射器的加工、整形和调制方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种中空回射器的加工、整形和调制方法，包括以下步骤：

(1)分别将用于组装中空回射器的三个方形基片的其中一面进行抛光处理，将三个方形基片的抛光面分别与实心角锥的三个抛光侧面通过遇热软化的胶水胶合，且三个方形基片之间通过同样的胶水两两交替胶合，所述实心角锥底部为抛光标准平面圆，三个抛光侧面呈旋转对称性，对称轴为实心角锥底部抛光标准平面圆的中心轴线；抛光后有利于消除实心角锥和方形基片的贴合间隙，在切割的过程中保证每片方形基片的一致性，同时抛光后也方便与镀膜，增加镀金属保护膜后的反射率。

(2)以实心角锥底部抛光标准平面圆为基准面，对三个方形基片进行整体倾斜切圆雕刻，使得三个方形基片在整体倾斜切圆雕刻后形成三个不规则的椭圆弧形基片，所述三个不规则的椭圆弧形切片组合成无底面的空心角锥，且所述空心角锥的底面横截面为圆形；在角精度调制过程中可以以此圆为基准，方便调制三个椭圆弧形基片的整齐程度，保持圆形中空回射器的视觉美观性和一致性。

(3)对步骤(2)中的三个椭圆弧形基片的抛光面进行加热，使得三个椭圆弧形基片从实心角锥上脱离，在三个椭圆弧形基片的抛光面镀上金属保护膜；镀膜有利于增加椭圆弧形基片的反射率。

(4)通过角精度调制平台调节三个椭圆弧形基片的角精度，调整完角精度后采用紫光胶胶合三个椭圆弧形基片的两两接触面，即得到中空回射器；紫光胶合的优点是在紫光照射的过程中才会固化，没有紫光照射时是液态，由于我们事先对椭圆弧形基片进行了抛光，所以在胶合的过程中尽量保证胶合面小(针对椭圆弧形的厚度而言)，增加两两垂直的镀金属保护膜面通过效率，增加产品性能。

通过实心角锥切圆可以完成平常加工难以完成的斜面问题，通过计算在单个基片斜切角度为53.27°，基片纵向切割为一个部分椭圆形，避免仅仅用机械和激光对单个基片加工带来的加工难度。

所述角精度调整平台包括激光干涉仪、底座及固定在底座上的三个光学调整架，所述三个光学调整架朝向底座所在水平面的中心轴线倾斜设置，所述三个椭圆弧形基片的未抛光一面分别与三个光学调整架通过步骤(1)中相同的胶水胶合。所述胶水可选择417瞬时胶水胶合，通过胶水的流体特性，填充椭圆弧形基片和实心角锥每个面的缝隙，在胶水完全固化后保证椭圆弧形基片和实心角锥没有隔层，在机械雕刻的过程中能有效防止雕刻崩边。同时417胶水遇热即可软化，能快速便捷的拆卸整形好的椭圆弧形基片，实现后续的椭圆弧形基片角精度调制。

将方形基片胶合在实心角锥上面，再通过切割机进行整体倾斜切圆雕刻，在切割过程中胶水填充实心角锥和基片之间的缝隙，可一步做到基片的倾斜加工得到单个不规则的椭圆弧形基片，同时避免切割对镀膜的反射面造成损坏，影响产品质量。

进一步的，所述三个方形基片采用熔石英材质制备，该材质硬度较高，耐热性很好，热胀冷缩较小，散热很快，在机械加工过程中可较少崩边，或在使用激光切割过程中该材质对1064nm的激光切割机有较高的吸收峰，对基片的切割加工增加了新的加工方法。

进一步的，所述实心角锥采用k9材料的玻璃制备。

进一步的，所述步骤(4)中的底座采用铝合金硬质钢材制备，减少材料的应力形变，增加调制的角精度。

进一步的，所述步骤(4)中调整角精度的方法包括以下步骤：

a、调节三个光学调整架使得三个椭圆弧形基片两两交替垂直，形成无底面的空心角锥，所述空心角锥的底面横截面为圆面，以所述圆面为基准，调整三个椭圆弧形基片的整齐程度；

b、通过激光干涉仪从步骤a形成的空心角锥的底面一侧向空心角锥内部发射激光，激光通过空心角锥反射至激光干涉仪，在激光干涉仪上形成干涉条纹，通过观察干涉条纹数来确定角精度的大小。

进一步的，所述激光干涉仪采用绿光激光干涉仪。

进一步的，所述步骤b中角精度的大小通过以下公式换算：角精度秒数＝条纹数×入瞳直径/43.5。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过将方形基片胶合在实心角锥上面，再通过切割机进行整体倾斜切圆雕刻，在切割过程中胶水填充实心角锥和基片之间的缝隙，可一步做到基片的倾斜加工得到单个不规则的椭圆弧形基片，使得最终得到的中空回射器在竖直方向呈现一个整体的圆形，增大中空回射器的通光口径，同时避免切割对镀膜的反射面造成损坏，影响产品质量。

2、在确保角精度的同时，保持了中空回射器的视觉美观性和一致性。

3、通过实心角锥切圆可以完成平常加工难以完成的斜面问题，通过计算在单个基片斜切角度为53.27°，基片纵向切割为一个部分椭圆形，避免仅仅用机械和激光对单个基片加工带来的加工难度。

4、通过观察条纹数，再通过公式换算即可得到角精度的大小，使得中空回射器的精准度高。

附图说明

图1为本发明中空回射器的结构示意图；

图2-图4分别为图1中空回射器的俯视图、侧视图、仰视图；

图5为本发明的实心角锥的结构示意图；

图6为图5的俯视图，图7为图5的侧视图；

图8为本发明将方形基片胶合在实心角锥上时形成的结构立体图；

图9为本发明的角精度调整平台的结构示意图；

图中：1、激光干涉仪；2、底座；3、镜架；4、光学调整架。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种中空回射器的加工、整形和调制方法，包括以下步骤：

(1)分别将用于组装中空回射器的三个方形基片的其中一面进行抛光处理，将三个方形基片的抛光面分别与实心角锥的三个抛光侧面通过遇热软化的胶水胶合，且三个方形基片之间通过同样的胶水两两交替胶合，所述实心角锥底部为抛光标准平面圆，三个抛光侧面呈旋转对称性，对称轴为实心角锥底部抛光标准平面圆的中心轴线；抛光后有利于消除实心角锥和方形基片的贴合间隙，在切割的过程中保证每片方形基片的一致性，同时抛光后也方便与镀膜，增加镀金属膜后的反射率。

(2)以实心角锥底部抛光标准平面圆为基准面，对三个方形基片进行整体倾斜切圆雕刻，使得三个方形基片在整体倾斜切圆雕刻后形成三个不规则的椭圆弧形基片，所述三个不规则的椭圆弧形切片组合成无底面的空心角锥，且所述空心角锥的底面横截面为圆形；在角精度调制过程中可以以此圆为基准，方便调制三个椭圆弧形基片的整齐程度，保持圆形中空回射器的视觉美观性和一致性。

(3)对步骤(2)中的三个椭圆弧形基片的抛光面进行加热，使得三个椭圆弧形基片从实心角锥上脱离，在三个椭圆弧形基片的抛光面镀上金属保护膜；镀膜有利于增加椭圆弧形基片的反射率。

(4)通过角精度调制平台调节三个椭圆弧形基片的角精度，在角精度的调制过程中采用紫光胶胶合三个椭圆弧形基片之间的两两接触处，即得到中空回射器；紫光胶合的优点是在紫光照射的过程中才会固化，没有紫光照射时是液态，由于我们事先对椭圆弧形基片进行了抛光，所以在胶合的过程中尽量保证胶合面小(针对椭圆弧形基片的厚度而言)，增加两两垂直的镀金属膜面通过效率，增加产品性能。

通过实心角锥切圆可以完成平常加工难以完成的斜面问题，通过计算在单个基片斜切角度为53.27°，基片纵向切割为一个部分椭圆形，避免仅仅用机械和激光对单个基片加工带来的加工难度。

所述角精度调整平台包括激光干涉仪1、底座2及固定在底座2上的三个光学调整架4，所述光学调整架为如kohzu型号：hme-2，所述三个光学调整架4朝向底座2所在水平面的中心轴线倾斜设置，将所述三个椭圆弧形基片的未抛光一面分别与三个光学调整架4上的镜架3通过步骤(1)中相同的胶水胶合。所述胶水可选择417瞬时胶水胶合，通过胶水的流体特性，填充椭圆弧形基片和实心角锥每个面的缝隙，在胶水完全固化后保证椭圆弧形基片和实心角锥没有隔层，在机械雕刻的过程中能有效防止雕刻崩边。同时417胶水遇热即可软化，能快速便捷的拆卸整形好的椭圆弧形基片，实现后续的椭圆弧形基片角精度调制。

进一步的，所述三个方形基片采用熔石英材质制备，该材质硬度较高，耐热性很好，热胀冷缩较小，散热很快，在机械加工过程中可较少崩边，或在使用激光切割过程中该材质对1064nm的激光切割机有较高的吸收峰，对基片的切割加工增加了新的加工方法。

进一步的，所述实心角锥采用k9材料的玻璃制备。

进一步的，所述步骤(4)中的底座采用铝合金硬质钢材制备，减少材料的应力形变，增加调制的角精度。

进一步的，所述步骤(4)中调整角精度的方法包括以下步骤：

a、调节三个光学调整架4使得三个椭圆弧形基片两两交替垂直，形成无底面的空心角锥，所述空心角锥的底面横截面为圆面，以所述圆面为基准，调整三个椭圆弧形基片的整齐程度；

b、通过激光干涉仪从步骤a形成的空心角锥的底面一侧向空心角锥内部发射绿光激光，绿光激光通过空心角锥反射至激光干涉仪，在激光干涉仪上形成干涉条纹，通过观察干涉条纹数来确定角精度的大小，具体的通过如下公式计算：角精度秒数＝条纹数×入瞳直径/43.5，通过公式换算基本可以确定，条纹数在两条以内角精度为3秒，条纹数为半条以内角精度在1以内。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。