专利名称：一种曲面棱镜的装夹方法
技术领域：
本发明属于光电成像探测技术领域，涉及一种曲面棱镜的装夹方法。
背景技术：
成像光谱仪通常采用光栅或棱镜作为分光器件，光栅光谱仪具有较高的光谱分辨率，但由于衍射级次的影响，不同级次的光波叠加降低了分光光谱范围；棱镜是利用材料的色散本领进行分光，能够消除衍射级次的影响，但传统的平面棱镜分光仪器，分光器件多，系统结构长。曲面棱镜在传统平面棱镜的基础上，将平面棱镜的前后平面变为曲面，从而增加了棱镜前后表面的光焦度，不仅具有色散的功能，还具有成像的功能，从而在一定程度上使整体结构简化，系统长度缩短。同时，曲面棱镜光谱仪相对于光栅光谱仪无衍射级次影响，光谱范围宽，在宽波段光谱仪中，曲面棱镜具有广泛的应用和独特的优势。目前国内外还没有对曲面棱镜装夹方法进行设计分析的相关文章和专利。
发明内容
本发明提供了一种结构紧凑、加工装调工艺性好、稳定性高、力学环境适应性好的一种曲面棱镜的装夹方法。该装夹方法中，以曲面棱镜的外轮廓圆柱面为安装基准，采用斜面隔圈和螺纹旋转压紧机构进行压紧的固定方式，并在曲面棱镜框以及安装支架上设计了拨杆旋转调整环节，实现了曲面棱镜的高可靠性，便于装调，调整的装夹方法设计。本发明提供的曲面棱镜的装夹方法包括如下步骤:第一步,在曲面棱镜上加工外圆柱轮廓面C面和斜面D面。第二步，曲面棱镜安装于金属镜框中，并通过金属隔圈和金属螺纹压圈A旋紧的方式进行固定，形成曲面棱镜组件。第三步，曲面棱镜组件装入金属镜架中。本发明的优点在于:(I)本发明在曲面棱镜的加工方面，考虑到曲面棱镜的两个球心不重合，因此考虑以曲面棱镜的一个球心的法线方向为旋转中心加工曲面棱镜的圆柱形外围轮廓，并将该曲面棱镜的加工面作为曲面棱镜装夹方法的安装基准，安装精度高。(2)本发明在曲面棱镜的装夹方面，采用一个带斜面的金属隔圈与曲面棱镜的斜面进行配合，并采用螺纹旋紧的方式压紧金属隔圈和曲面棱镜，装夹方便，可靠。(3)本发明针对曲面棱镜的旋转相位调整环节，在金属镜框一侧设计了螺孔，并在金属镜架的一侧设计了拨杆槽，从而可利用拨杆对曲面棱镜的相位进行调整，调整方便。
图1为曲面棱镜结构示意图；图2为金属镜框剖面结构示意图；图3a为金属隔圈的结构示意图3b为图3a的俯视图示意图；图4为曲面棱镜装配示意图；图5a为金属镜架剖视图；图5b为金属镜架立体结构示意图；图6为金属拨杆的结构示意图。图中:1.曲面棱镜；2.金属镜框；3.金属镜架,4.金属隔圈；5.金属螺纹压圈A ；6.金属螺纹压圈B ;7.金属拨杆；201.注胶孔；202.螺纹孔；203.导胶槽；204.安装法兰；301.拨杆槽；302.安装耳片；303.通孔；304.安装通孔。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。本发明提供一种曲面棱镜的装夹方法，适用于透射式光学元件曲面棱镜，所述的装夹方法首先将光学玻璃棱镜安装在金属镜框中形成曲面棱镜组件，然后将曲面棱镜组件安装在金属镜架上，以便于与其他光学部件之间的连接，固定。具体装夹方法为:第一步，在曲面棱镜I上加工外圆柱轮廓面C面和斜面D面。所述的曲面棱镜如图1所示，具有两个曲面，分别为前面的曲面GAH和后面的曲面EBF0 O1^ O2分别为曲面棱镜I前后(图1中曲面凹下的方向为前面，凸起的方向为后面，并且前面曲面的曲率半径小于后面曲面的曲率半径)两个曲面的球心，光线传播方向如图1所示，A点是以O1为球心的曲 面与光线的交点，B点为以O2为球心的曲面与光线的交点，且两个交点A、B沿光线方向的距离为18_。由于两个曲面的法线O1A和O2B均不与光线方向重合，为便于装调，以后面的曲面EBF的法线O2B为旋转对称轴，在曲面棱镜I的外侧加工一个外圆柱轮廓面C面，以C面为曲面棱镜I安装方法的安装基准面；在曲面棱镜I的前面加工出斜面D面，斜面D面是为方便曲面棱镜I装夹而设计的一个斜面,并且斜面D面与曲面棱镜前面的曲面GAH的法线O1A垂直。其中曲面棱镜I外圆柱轮廓面C面的直径为52mm，与金属镜框2的内圆柱面B面相配合。所述斜面D面与C面之间夹角α为65°。第二步，曲面棱镜I安装于金属镜框2中，并通过金属隔圈4和金属螺纹压圈Α5旋紧的方式进行固定，形成曲面棱镜组件。如图2所示，金属镜框2为圆筒状，内圆为台阶状，内圆端面A为曲面棱镜I的轴向安装定位面，金属镜框2内圆柱面B面与曲面棱镜I的外圆柱轮廓面C面间隙配合，留有
0.02-0.03mm间隙，金属镜框2上均布4个注胶孔201和四个导胶槽203，并且每个注胶孔201对应一个导胶槽203，导胶槽203的作用是引导硅橡胶的流向并存储一定的硅橡胶，通过该注胶孔201在曲面棱镜I外圆柱轮廓面C面与金属镜框2之间填充硅橡胶，实现对曲面棱镜I的固定安装。金属镜框2的外圆设计有安装法兰204，安装法兰204包括端面E和外圆面F面，在安装法兰204上设计有一个螺纹孔202，便于曲面棱镜组件装配时的旋转调整。所述安装法兰204上的端面E面为金属镜框2与金属镜架3的轴向安装定位面，F面为金属镜框2与金属镜架3的配合面。金属镜框2选用与曲面棱镜I光学材料热膨胀系数相近的金属材料。曲面棱镜I安装在金属镜框2上的安装方法为:如图4所示，将曲面棱镜I装入金属镜框2中，曲面EBF朝向金属镜框2内圆端面A面并与A面接触定位，使曲面棱镜I的厚端与金属镜框2上螺纹孔202处于同侧，曲面棱镜I外圆面C面与金属镜框2的内圆柱面B面配合，在曲面棱镜I的斜面D面一端放置带有同样角度斜面的金属隔圈4，使曲面棱镜I的斜面D面与金属隔圈4的斜面G面完全贴合，最后利用金属螺纹压圈A5连接金属镜框2进行压紧，并通过金属镜框2周围的注胶孔201将曲面棱镜I注胶固定。所述的金属隔圈4如图3a和3b所示，金属隔圈4为圆筒状，其一端面为斜面(G面)，另一端面为平面(H面)，两个端面(即圆筒的两个底面)之间夹角β为25°。通过配对研磨，使金属隔圈4的G面与曲面棱镜I的斜面D面贴合，所述的夹角α和β可以调整，只要贴合之后满足α+β=90°即可，便于金属螺纹压圈5的压紧，固定。第三步，曲面棱镜组件装入金属镜架3中。如图4所示，曲面棱镜组件之金属镜框2的安装法兰204上的外圆面F面及端面E面(如图2所示)分别与金属镜架3 (如图5所示)中的内圆面J面与端面I面配合，曲面棱镜组件采用金属螺纹压圈Β6固定于金属镜架3上，固定时使曲面棱镜组件之金属镜框2上安装法兰204上的螺纹孔202 (图2所示)处于金属镜架3上拨杆槽301的中间位置。在曲面棱镜组件之金属镜框2上螺纹孔202处旋入金属拨杆7，稍微松动曲面棱镜组件金属螺纹压圈Β6，通过金属拨杆7旋转曲面棱镜组件至预定的曲面棱镜I的相应位置，紧固金属螺纹圈Β6，去除金属拨杆7。如图6所不为金属拨杆7的结构不意图，金属拨杆7整体结构和一字螺钉类似,金属拨杆7的头部为一字结构，中部为圆柱结构，下部为螺纹结构，并且圆柱结构的直径大于螺纹结构的直径。金属拨杆7与金属镜框2的螺纹孔202配合，便于调整曲面棱镜I相位。如图4为曲面棱镜的装配示意图，为了便于曲面棱镜组件的旋转调整，采用了曲面棱镜I的安装和固定相分离的设计方法，设计了曲面棱镜I的金属镜框2和金属镜架3两个零件，曲面棱镜I的金属镜框2用于曲面棱镜I的固定、安装；金属镜架3用于曲面棱镜组件与其他光学组件之间的连接，同时曲面棱镜I的金属镜框2 —侧的螺纹孔202与金属镜架3 —侧的拨杆槽301配合用于实现曲面棱镜组件的旋转调整，便于装配。如图5 (a)所不为金属镜架3剖视图，图5 (b)为金属镜架3立体结构不意图，金属镜架3采用上圆下方的结构，金属镜架3的上侧为半圆形外表面，内圆安装通孔304设计为台阶状，分别设计有金属镜框2的轴向安装定位面I面以及与金属镜框2外圆面F面相配合的内圆面J面；在金属镜架3的内圆安装通孔304上一侧设计有拨杆槽301，为便于曲面棱镜I旋转相位调整，所述的拨杆槽301为沿内圆圆周方向的长条槽结构；金属镜架3的中部的支架采用镂空结构，不仅增加了金属镜架3整体的刚性，并且减轻结构重量；在金属镜架3的底部设计有3个安装耳片302，安装耳片302上分别设计有通孔303，用于金属镜架3与其他光学部件之间的连接，固定。金属镜架3采用热膨胀系数较小的殷钢材料。
权利要求
1.一种曲面棱镜的装夹方法，其特征在于: 第一步，在曲面棱镜上加工外圆柱轮廓面C面和斜面D面； 第二步，曲面棱镜安装于金属镜框中，并通过金属隔圈和金属螺纹压圈A旋紧的方式进行固定，形成曲面棱镜组件； 第三步，曲面棱镜组件装入金属镜架中。
2.根据权利要求1所述的一种曲面棱镜的装夹方法，其特征在于:所述的曲面棱镜具有两个曲面，分别为前面的曲面GAH和后面的曲面EBF, O1^ O2分别为曲面棱镜前后两个曲面的球心，A点是以O1为球心的曲面与光线的交点，B点为以O2为球心的曲面与光线的交点，以后面的曲面EBF的法线O2B为旋转对称轴，在曲面棱镜的外侧加工一个外圆柱轮廓面C面，以C面为曲面棱镜的安装基准面；在曲面棱镜的前面加工出斜面D面，并且斜面D面与曲面棱镜前面的曲面GAH的法线O1A垂直，斜面D面与金属镜框的内圆柱面B面相配合；所述斜面D面与C面之间为夹角α。
3.根据权利要求1所述的一种曲面棱镜的装夹方法，其特征在于:金属镜框为圆筒状，内圆为台阶状，内圆端面A面为曲面棱镜的轴向安装定位面，金属镜框内圆柱面B面与曲面棱镜的外圆柱轮廓面C面间隙配合，金属镜框上均布注胶孔和导胶槽，金属镜框的外圆设计有安装法兰，安装法兰包括端面E面和外圆面F面，在安装法兰上设计有一个螺纹孔；所述安装法兰上的端面E面为金属镜框与金属镜架的轴向安装定位面，F面为金属镜框与金属镜架的配合面。
4.根据权利要求1所述的一种曲面棱镜的装夹方法，其特征在于:曲面棱镜安装在金属镜框上的安装方法为:将曲面棱镜装入金属镜框中，曲面EBF朝向金属镜框内圆端面A面并与A面接触定位，使曲面棱镜的厚端与金属镜框上螺纹孔处于同侧，曲面棱镜外圆面C面与金属镜框的内圆柱面B面配合，在曲 面棱镜的斜面D面一端放置带有同样角度斜面的金属隔圈，使曲面棱镜的斜面D面与金属隔圈的斜面G面完全贴合，最后利用金属螺纹压圈A压紧，并通过金属镜框周围的注胶孔将曲面棱镜注胶固定。
5.根据权利要求4所述的一种曲面棱镜的装夹方法，其特征在于:所述的金属隔圈为圆筒状，其一端面为斜面，另一端面为平面，两个端面之间为夹角β。
6.根据权利要求1或3所述的一种曲面棱镜的装夹方法，其特征在于:第三步具体为:安装法兰上的外圆面F面及端面E面分别与金属镜架中的内圆面J面与端面I面配合，采用金属螺纹压圈B固定于金属镜架中，固定时安装法兰上的螺纹孔处于金属镜架上拨杆槽的中间位置；所述螺纹孔处旋入金属拨杆，松动金属螺纹压圈B，通过金属拨杆旋转曲面棱镜组件至预定的曲面棱镜的相应位置，紧固金属螺纹压圈B，去除金属拨杆7。
7.根据权利要求1所述的一种曲面棱镜的装夹方法，其特征在于:所述的金属拨杆整体结构为一字螺钉结构，金属拨杆的头部为一字结构，中部为圆柱结构，下部为螺纹结构，并且圆柱结构的直径大于螺纹结构的直径；金属拨杆与金属镜框的螺纹孔配合。
8.根据权利要求1所述的一种曲面棱镜的装夹方法，其特征在于:所述的金属镜架采用上圆下方的结构，金属镜架的上侧为半圆形外表面，内圆安装通孔设计为台阶状，分别设计有金属镜框的轴向安装定位面I面以及与金属镜框外圆面F面相配合的内圆面J面；在金属镜架的内圆安装通孔上一侧设计有拨杆槽。
9.根据权利要求8所述的一种曲面棱镜的装夹方法，其特征在于:金属镜架的中部的支架采用镂空结构；在金属镜架的底部设计有3个安装耳片，安装耳片上分别设计有通孔。
10.根据权利要求2和5所述的一种曲面棱镜的装夹方法，其特征在于:所述的夹角β和夹角α之间满 足α+β=90°。
全文摘要
本发明公开一种曲面棱镜的装夹方法，属于光电成像探测技术领域。所述装夹方法首先在曲面棱镜上加工外圆柱轮廓面C面和斜面D面，然后曲面棱镜安装于金属镜框中，并通过带有一定角度斜面的金属隔圈和金属螺纹压圈旋紧的方式进行固定，形成曲面棱镜组件，最后曲面棱镜组件装入金属镜架中，并通过拨杆调整曲面棱镜相位。本发明实现了曲面棱镜的高可靠性，便于装调、调整的装夹方法设计。
文档编号G01J3/02GK103116211SQ201310030329
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者袁艳, 赵妍妍, 苏丽娟 申请人:北京航空航天大学