一种光学元件的装置及装配方法与流程

本发明涉及技术光学元件领域，多套装配系统，特别涉及一种光学元件的装置及多套系统的装配方法。

背景技术：

在目前的样本分析仪中，光学系统起到十分重要作用，其检测反应溶液浓度的大小或者某成分含量的多少从而转化为输出结果，其安装的位置准确性决定了整台样本分析仪的性能准确性和可靠性。通常光学系统由光源组件、光路组件和光学分析组件组成，而光路组件和光学分析组件需要安装在反应盘比色杯(反应杯)两侧，即光源组件发生一束光斑，其通过光路组件传递，当光斑通过反应溶液后，光学分析仪接收光斑，通过分光光度法分析反应溶液，需要指出的是光路组件和光学分析组件必须安装在反应盘比色杯(反应杯)两侧，而反应盘又为一个系统，反应盘比色杯中的溶液需要加热，通常在反应盘安装在加热座上旋转，与加热座具有一定间隙，对加热座进行油浴、水浴或者直接加热加热座后，再对反应盘进行空气浴；因为仪器要实现高速分析结果，则在反应盘上设置有两圈比色杯，不停的旋转，而光路组件和光学分析组件固定不动进行分析比色杯的光路，所以光路组件和光学分析组件与反应盘系统安装方便和其配合精度高格外重要。

市面上的仪器，大部分反应盘系统安装在加热系统上，光学底板亦安装在加热系统上，以加热座系统底面为安装基准面，将光路组件和光学分析组件安装在光学底板上，即光路组件和光学分析组件调试时只能和加热座一起调试，且光路分析仪凸镜筒伸入到加热座中，而加热座采用的是油浴或者水浴，维护加热座时需要将光学分析仪拆卸下来后才能维护加热座；市面上还有一种安装是加热系统和光学分析仪统一安装在机架底座上，光路组件安装在加热系统上，当需要调试时，两个组件需要安装在机架底座上后才能调试，维护时也需要将光学分析仪拆卸下来，才能取下加热系统进行维护，维护完又需要安装在加热座上再调试，调试和维护麻烦。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种光学元件的装置，将光学底板作为基准，光路组件、光学分析组件和反应盘系统全部安装在光学底板上，统一基准，减小加工误差和装配误差，维护和调试更加方便。

本发明的实施例是这样实现的：

本申请所提供一种光学元件的装置，反应盘系统和光学分析组件，其特征在于，包括光学底板，所述反应盘系统和所述光学分析组件均设置在光学底板上且所述反应盘系统和所述光学分析组件之间存在间隙；还包括光路组件，所述光路组件穿过光学底板且插入到所述反应盘系统的内部，且所述光路组件和所述光学分析组件之间存在贯穿于所述反应盘系统的通道。

现有技术是大部分反应盘系统安装在加热系统上，光学底板亦安装在加热系统上，以加热座系统底面为安装基准面，将光路组件和光学分析组件安装在光学底板上，即光路组件和光学分析组件调试时只能和加热座一起调试，且光路分析仪凸镜筒伸入到加热座中，而加热座采用的是油浴或者水浴，维护加热座时需要将光学分析仪拆卸下来后才能维护加热座；市面上还有一种安装是加热系统和光学分析仪统一安装在机架底座上，光路组件安装在加热系统上，当需要调试时，两个组件需要安装在机架底座上后才能调试，维护时也需要将光学分析仪拆卸下来，才能取下加热系统进行维护，维护完又需要安装在加热座上再调试，调试和维护麻烦。

本发明将光学底板作为基准，光路组件、光学分析组件和反应盘系统全部安装在光学底板上，统一基准，减小加工误差和装配误差，维护和调试更加方便，后期不会因为拆装维护而影响光学系统，维护好直接装上光学底板即可。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，反应盘系统包括一个光学底板上方的加热座，所述加热座呈两圈环形凹形槽结构，反应盘呈两圈环形凸形槽结构，反应盘通过轴承安装嵌入在加热座中旋转，所述两圈环形槽分别为第一环形槽和第二环形槽，内圈为第一环形槽，外圈为第二环形槽，所述第一环形槽和所述第二环形槽之间设有所述光路组件，所述光路组件有两个，分别为第一光路组件和第二光路组件，所述第一光路组件和第二光路组件均穿过光学底板且插入到所述反应盘系统的内部。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，第一环形槽和所述第二环形槽内均设置有若干比色杯，若干所述比色杯嵌设在反应盘中，所述反应盘内嵌于所述加热座且位于所述光路组件上方。

在本申请的实施例中，反应盘底部都嵌在加热座中，比色杯安装在反应盘内外圈的方槽中，通过空气浴对反应盘加热，从而加热比色杯，比色杯分为两圈，内圈和外圈，分别安装在反应盘的方槽中。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，光学分析组件设有两个，分别为设置在所述第一环形槽内第一光学分析组件和设置在所述第二环形槽外的第二光学分析组件；所述第一光学分析组件和所述第一光路组件形成第一光路通道，所述第一光路通道贯穿所述加热座；所述第二光学分析组件和所述第二光路组件形成第二光路通道，所述第二光路通道贯穿所述加热座。

在本申请的实施例中，第一光学分析组件设置在述第一环形槽内侧壁上，且与第一环形槽内侧壁之间有间隙，第二光学分析组件设置在述第二环形槽外侧壁上，且与第二环形槽内侧壁之间有间隙。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，光学分析组件包括第一凸镜、凹面衍射光栅和光斑接收组件，所述加热座的一侧设有第一凸镜且所述第一凸镜设在所述加热座与所述光斑接收组件之间，所述光斑接收组件设置在所述第一凸镜和所述凹面衍射光栅之间。

在本申请的实施例中，凸镜、凹面衍射光栅和光斑接收组件为光学分析组件，检测光路到光学分析组件上凹面衍射光栅是否中心，光路与光路辅助线是否重合，再通过控制系统进行确认，节省调试时间。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，反应盘系统还包括轴承、齿轮、电机、加热膜和固定板，所述电机安装在所述加热座上且带动齿轮及所述反应盘转动；

所述固定板设置在所述光学底板上且在所述光路组件的两侧，所述固定板上设有所述加热膜。

在本申请的实施例中，轴承为薄壁，薄壁轴承安装在加热座上，其内圈套有反应盘，反应盘可以在加热座上旋转，加热膜通过加热膜固定板固定在加热座底部，有控制系统对加热座进行加热，轴承带动反应盘进行转动，而加热座不动。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，光学底板上设置有定位销孔和与所述定位销孔相适配的定位销。

在本申请的实施例中，定位销孔与光学底板、光路组件及光学分析组件为间隙配合，即通过定位销先锁定光路组件与光学分析组件的较准确位置。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，定位销包括第一定位销和第二定位销；所述定位销孔包括均设置在所述光学底板上的第一反应盘系统定位销孔和第二反应盘系统定位销孔，所述第一反应盘系统定位销孔与所述和第一定位销相适配用来固定所述光学底板和反应盘系统，所述第二反应盘系统定位销孔与所述第二定位销相适配用来固定所述光学底板和反应盘系统；

所述定位销还包括均设置在所述光学底板上的第一光路组件定位销、第二光路组件定位销、第一光学分析组件定位销和第二光学分析组件定位销，所述第一光路组件定位销和所述第二光路组件定位销用来固定所述光学底板和所述光路组件；

所述第一光学分析组件定位销和第二光学分析组件定位销用来固定所述光学底板和所述光学分析组件。

在本申请的实施例中，通过定位销先锁定光路组件与光学分析组件的较准确位置且同时起到了固定光路组件和光学分析组件的作用。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，光学底板上设置有用于校对光路的光路辅助线。

在本申请的实施例中，检测光路到光学分析组件上凹面衍射光栅是否中心，光路与光路辅助线是否重合，再通过控制系统进行确认，光学辅助线实现了校正的作用。

综合上述提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，光路组件包括光路筒体，所述光路筒体穿过所述光学底板设置在所述反应盘系统的内侧；

所述光路筒体的底端设置有光纤出光端，所述光路筒体的顶端设置有反射镜，所述光纤出光端和所述反射镜之间设置有第二凸镜。

一种光学元件的装配方法，包括以下步骤：

s1：通过工装或检测设备检测光学底板、反应盘和加热座制造精度，检测是否满足安装精度，若满足，进行下一步骤，若不满足，返厂重新加工；

s2：若满足s1的步骤，进行装配光路组件、光学分析组件和反应盘系统；

s3：装配光路组件、比色杯工装和光学分析组件到光学底板上，由定位销和光路指导线指示；

s4：对已安装好的光路组件、比色杯和光学分析组件进行调试；

s5：取下比色杯工装；

s6：将反应盘系统通过两个定位销安装到光学底板上；

s7：将s1-s6已安装完成的系统放入整机中进行安装，装配完成。

由于，可附加些延伸，由于在设计时考虑后期拆装维护，即光学分析组件中的凸镜与比色杯的中心距大于加热座光路孔单侧距离，当需要维护直接拆卸下反应盘系统即可，不会影响光学系统，维护好直接装上光学底板即可。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1.本发明将光学底板作为基准，光路组件、光学分析组件和反应盘系统全部安装在光学底板上，统一基准，减小加工误差和装配误差。

2.本发明在光学底板上刻有光路轨迹和定位销孔，定位销孔与光学底板、光路组件及光学分析组件为间隙配合，即通过定位销先锁定光路组件与光学分析组件的较准确位置，再上电检测光路与光路辅助线是否重合，亦可增加激光器替代光纤出光端，检测光路到光学分析组件上凹面衍射光栅是否中心，光路与光路辅助线是否重合，再通过控制系统进行确认，节省调试时间。

3.本发明通过工装对反应盘和加热座必要的装配尺寸进行检验，检验合格后装配到之上装配有的光路组件和光学分析组件中，即反应盘系统和光学系统便装好无需调试。

4.反应盘比色杯工装替代反应盘系统，通过反应盘比色杯工装与光路组件和光学分析组件组成一套系统，即可调试光路组件和光学分析组件。

5.光学分析组件中的凸镜与比色杯的中心距大于加热座光路孔单侧距离，当需要维护直接拆卸下反应盘系统即可，不会影响光学系统，维护好直接装上光学底板即可

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的光学系统和反应盘系统装配示意图。

图2是本发明实施例提供的光学系统、反应盘系统三维爆炸示意图。

图3是本发明实施例提供的光学系统、反应盘系统剖视图。

图4是本发明实施例提供的光学光路原理示意图。

图5是本发明实施例提供的装配流程示意图。

图6是本发明实施例提供的光学底板结构示意图。

1-定位销、101-第一定位销、102-第二定位销、2-锁紧螺钉、3-反应盘系统、301-加热座、302-反应盘、303-比色杯、304-轴承、305-加热膜、306-固定板、4-光学分析组件、41-第一光学分析组件、42-第二光学分析组件、401-第一凸镜、402-凹面衍射光栅、403-凹面衍射光栅座、404-凹面衍射光栅支架、405-光斑接收组件、5-光学底板、501-第一光路组件定位销、502-第二光路组件定位销、503-第一光学分析组件定位销、504-第二光学分析组件定位销、505-光路辅助线、506-第一反应盘系统定位销孔、507-第二反应盘系统定位销孔、6-光路组件、61-第一光路组件、62-第二光路组件、600-光路筒体、601-光纤出光端、602-第二凸镜、603-反射镜、7-卤素灯、81-第一狭缝、82-第二狭缝、9-光纤、10-第一环形槽、11-第二环形槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

请参阅图1-6所示，本申请实施例提供一种光学元件的装置，包括本发明提供一种光学元件的装置，其中根据光学底板5作为统一基准装配方法，在设计阶段，采用光学底板5作为基准，即光路组件6、光学分析组件4和反应盘系统3统一安装在光学底板5上，光学分析组件4接收光斑的凸镜结构距离大于单侧比色杯303安装在反应盘302加热座301中的距离，设置单个或者多个反应盘302比色杯303工装，其可替代反应盘302组件。

现有技术中装配方式不统一，光路组件6和光学分析仪都需要安装在加热座301上调试，当需要后期维护加热座301系统时，需要将光学分析仪拆卸下来后才能维护，因为光学分析组件4的凸镜结构伸入到加热座301零件中，维护完又需要安装在加热座301上再调试，调试和维护麻烦。

但是本发明设置了一个光学底板5，并在光学底板5上设置辅助线，光路组件6、光学分析组件4和加热座301反应盘302都是安装在光学底板5上，以及通过定位销1将光学底板5和各个装置连接，直接通过光学底板5上的定位销1孔固定加热座301系统，即整套光学系统和反应盘系统3相对位置装好，进行检测即可；如果需要维护和调试时候，无需大规模的拆卸与组装，直接拆卸下加热座301与光学底板5的固定孔，因为光学分析组件4的凸镜结构未伸入到加热座301零件中，直接取下加热座301便可，维护好加热座301以后再通过定位销1固定加热座301即可，无需再调试光学系统；本发明通过组合式装配，减小误差，提高装配精度，减少调试时间和次数，也便于后期维护。

当装机调试光学组件时，只需将光路组件6、反应盘302比色杯303工装、光学分析组件4装配在光学底板5上，把比色杯303或反应杯放置在反应盘302比色杯303工装上，光路组件6、比色杯303和光学分析组件4组成一套光学系统，其中光学底板5上刻有光路组件6与光学分析组件4光路的轨迹，即开始调试光路位置、高度、光斑大小，调试光学分析组件4中单色器、虑光片阵列狭缝位置，与光学底板5上光路轨迹重合即可，再用控制系统检测确认；当调试好后进行封装，固定光路组件6和光路分析组件位置，通过工装检测反应盘302和加热座301零件的精度，当其在允许误差内及装配好组件，直接通过光学底板5上的定位销1孔固定加热座301，即整套光学系统和反应盘系统3相对位置装好，进行检测即可。

本发明反应盘系统3和光学分析组件4，其特征在于，包括光学底板5，所述反应盘系统3和所述光学分析组件4均设置在光学底板5上且所述反应盘系统3和所述光学分析组件4之间存在间隙；还包括光路组件6，所述光路组件6穿过光学底板5且插入到所述反应盘系统3的内部，且所述光路组件6和所述光学分析组件4之间存在贯穿于所述反应盘系统3的通道。

在一些可选的实施方案中，反应盘系统3包括一个光学底板5上方的加热座301，所述加热座301呈两圈环形凹形槽结构，反应盘302呈两圈环形凸形槽结构，反应盘通过轴承304安装嵌入在加热座301中旋转，所述两圈环形槽分别为第一环形槽10和第二环形槽11，内圈为第一环形槽10，外圈为第二环形槽11，所述第一环形槽10和所述第二环形槽11之间设有所述光路组件，所述光路组件6有两个，分别为第一光路组件61和第二光路组件62，所述第一光路组件61和第二光路组件62均穿过光学底板5且插入到所述反应盘系统3的内部；第一环形槽10和第二环形槽11为同轴设置的内外圈，第一环形槽10位于第二环形槽11内部，第一环形槽10和第二环形槽11为反应盘302，反应盘302可以在加热座301上旋转。

在一些可选的实施方案中，第一环形槽10和所述第二环形槽11内均设置有若干比色杯303，若干所述比色杯303嵌设在反应盘302中，所述反应盘302内嵌于所述加热座301且位于所述光路组件6上方；反应盘302底部都嵌在加热座301中，比色杯303安装在反应盘302内外圈的方槽中，通过空气浴对反应盘302加热，从而加热比色杯303，比色杯303分为两圈，内圈和外圈，分别安装在反应盘302的方槽中。

在一些可选的实施方案中，光学分析组件4设有两个，分别为设置在所述第一环形槽10内第一光学分析组件41和设置在所述第二环形槽11外的第二光学分析组件42；所述第一光学分析组件41和所述第一光路组件6形成第一光路通道，所述第二光学分析组件42和所述第二光路组件6形成第二光路通道；第一光学分析组件41设置在述第一环形槽10内侧壁上，且与第一环形槽10内侧壁之间有间隙，第二光学分析组件42设置在述第二环形槽11外侧壁上，且与第二环形槽11内侧壁之间有间隙。

在一些可选的实施方案中，反应盘系统3还包括轴承304、加热膜305和固定板306，所述轴承304安装在所述加热座301上且带动所述反应盘302转动；固定板306设置在所述光学底板5上且在所述光路组件6的两侧，所述固定板306上设有所述加热膜305；轴承304为薄壁，薄壁轴承304安装在加热座301上，其内圈套有反应盘302，反应盘302可以在加热座301上旋转，通过固定板306将加热膜305固定在加热座301底部，控制系统对加热座301进行加热，轴承304带动反应盘302进行转动，而加热座301不动。

在一些可选的实施方案中，光学分析组件4包括第一凸镜401、凹面衍射光栅402和光斑接收组件405，所述加热座301的一侧设有第一凸镜401且所述第一凸镜401设在所述加热座301与所述光斑接收组件405之间，所述光斑接收组件405设置在所述第一凸镜401和所述凹面衍射光栅402之间；凸镜、凹面衍射光栅402和光斑接收组件405为光学分析组件4，检测光路到光学分析组件4上凹面衍射光栅402是否中心，光路与光路辅助线505是否重合，再通过控制系统进行确认，节省调试时间。

需要说明的是，凹面衍射光栅402设置在凹面衍射光栅座403上，凹面衍射光栅支架404设置在凹面衍射光栅座403上用来支撑凹面衍射光栅402。

在一些可选的实施方案中，光学底板5上设置有定位销1孔和与所述定位销1孔相适配的定位销1；定位销1孔与光学底板5、光路组件6及光学分析组件4为间隙配合，其可拔出，即通过定位销1先锁定光路组件6与光学分析组件4的较准确位置。

在一些可选的实施方案中，定位销1包括第一定位销101和第二定位销102；所述定位销1孔包括均设置在所述光学底板5上的第一反应盘系统定位销孔506和第二反应盘系统定位销孔507，所述第一反应盘系统定位销孔506与所述和第一定位销101相适配用来固定所述光学底板5和反应盘系统3，所述第二反应盘系统定位销孔507与所述第二定位销102相适配用来固定所述光学底板5和反应盘系统3；

定位销1还包括均设置在所述光学底板5上的第一光路组件定位销501、第二光路组件定位销502、第一光学分析组件定位销503和第二光学分析组件定位销504，所述第一光路组件定位销501和所述第二光路组件定位销502用来固定所述光学底板5和所述光路组件6；

所述第一光学分析组件定位销503和第二光学分析组件定位销504用来固定所述光学底板5和所述光学分析组件4；通过定位销1先锁定光路组件6与光学分析组件4的较准确位置且同时起到了固定光学底板5和光学分析组件4的作用。

在一些可选的实施方案中，光学底板5上设置有用于校对光路的光路辅助线505；检测光路到光学分析组件4上凹面衍射光栅402是否中心，光路与光路辅助线505是否重合，再通过控制系统进行确认，光学辅助线实现了校正的作用。

在一些可选的实施方案中，光路组件6包括光路筒体600，所述光路筒体600穿过所述光学底板5设置在所述反应盘系统3的内侧；光路筒体600的底端设置有光纤出光端601，所述光路筒体600的顶端设置有反射镜603，所述光纤出光端601和所述反射镜603之间设置有第二凸镜602。

一种光学元件的装配方法，包括以下步骤：

s1：通过工装或检测设备检测光学底板5、反应盘302和加热座301制造精度，检测是否满足安装精度，若满足，进行下一步骤，若不满足，返厂重新加工；

s2：若满足s1的步骤，进行装配光路组件6、光学分析组件4和反应盘系统3；

s3：装配光路组件6、比色杯303工装和光学分析组件4到光学底板5上，由定位销1和光路指导线指示；

s4：对已安装好的光路组件6、比色杯303和光学分析组件4进行调试；

s5：取下比色杯303工装；

s6：将反应盘系统3通过两个定位销1安装到光学底板5上；

s7：将s1-s6已安装完成的系统放入整机中进行安装，装配完成。

本发明采用的光学原理如图4所示：卤素灯7为第一光束，沿着第一光束的光路方向依次设有光纤出光端601、光纤9、第二凸镜602和反射镜603，达到反射镜603后反射出来为第二光束，沿着第二光束的光路方向依次设有第一狭缝81、比色杯303、第一凸镜401、第二狭缝82、凹面衍射光栅402和光斑接收组件405。

综上所述，本发明的卤素灯7和光纤出光端601组成为光源组件，光纤9、第二凸镜602和反射镜603组成为光路组件6，第一狭缝81、第一凸镜401、第二狭缝82、凹面衍射光栅402和光斑接收组件405组成为光学分析组件4，而比色杯303放置在反应盘系统3中，呈内外两圈分布。

需要说明的是，内圈和外圈是相反的，分布表现为光学元件的装置是相反的，外圈和内圈为同时检测。

尤其是在设计时需要考虑安装和维修便利性，在选型光学组件时，充分考虑光路组件6与光学分析组件4及比色杯303中心距，即光学分析组件4不必塞进加热座301中，其与加热座301有一定间隙。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。

“大致”、“基本”等用语旨在说明相关内容并不是要求绝对的精确，而是可以有一定的偏差。例如：“大致等于”并不仅仅表示绝对的相等，由于实际生产、操作过程中，难以做到绝对的“相等”，一般都存在一定的偏差。因此，除了绝对相等之外，“大致等于”还包括上述的存在一定偏差的情况。以此为例，其他情况下，除非有特别说明，“大致”、“基本”等用语均为与上述类似的含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。