基于非共面标记线的柱面镜与码盘玻璃粘接装置及方法与流程

本发明涉及基于非共面标记线的柱面镜与码盘玻璃粘接装置及方法，属于光电探测器技术领域。

背景技术：

编码式太阳敏感器的光学测量部件为集成光电组合件，由柱面镜、码盘、集成光电池粘接而成。其中，柱面镜与码盘两种光学零件的粘接对准精度直接决定了产品的精度。根据任务需求，码盘0-0’标记线与柱面镜光缝的对准精度应优于3μm。然而，码盘柱面镜粘接对准工艺操作难度大，工序的一次合格率不高，已成为制约产品生产效率与效益的瓶颈问题。

目前柱面镜和码盘的粘接对准采用压线对准的方式实现，借助万能工具显微镜的分划线为中间媒介，通过多次调整，使其分别与码盘标记线、柱面镜标记线的上沿重合，以三者重合为对准依据。该方法的缺点在于：1)人眼目视对准不确定度较高，为60～120角秒。2)压线对准对三条标记线之间的平行度要求较高，码盘0-0’标记线、柱面镜光缝由湿法刻蚀工艺制作而成，其缝宽均匀性误差会影响对准标记的平行性，影响对准精度。3)该方法效率较低，往往需要多次调整才能将显微镜分划线、码盘0位线、柱面镜标记线三者对齐。

专利“一种透镜阵列和pd阵列高精度对准贴片装置及其对准方法201410763969.4”利用两次拍照的方法得到透镜阵列圆心与pd阵列光敏面圆心的位置，计算出二者的位置斜率差，再调整透镜阵列的位置，再次计算位置斜率差，再调整，指导满足圆心位置完全重合为止。这种方法只适用于两个点之间的对准，不适合本发明中需要解决的两条线之间的对准情况。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供基于非共面标记线的柱面镜与码盘玻璃粘接装置及方法，克服柱面镜光缝与码盘0-0'标记线不在同一平面、标记线长度与宽度相差一个量级、对准精度要求高的工艺难点，提高工序的一次合格率，同时提高生产效率。

本发明解决技术的方案是：一种基于非共面标记线的柱面镜与码盘玻璃粘接装置，所述非共面标记线分别为柱面镜的光缝和码盘0-0'标记线，其特征在于包括二维移动平台、码盘柱面镜粘接模具、显微光学系统、ccd相机、计算机、立柱、底座；

以底座上表面为测量系统坐标系的xoy平面，垂直于xoy平面的坐标轴为测量坐标系的z轴，二维移动平台位于底座上表面能够沿测量系统坐标系的x轴方向和y方向移动；码盘柱面镜粘接模具位于二维移动平台上，用于叠放码盘和柱面镜，能够沿测量系统坐标系的x轴方向和y方向，调整码盘或者柱面镜相对于二维移动平台的位置；立柱垂直安装在底座上，显微光学系统和ccd相机安装在底座上，显微光学系统用于对叠放的码盘和柱面镜成像，ccd相机的镜头对准显微光学系统的目镜，用于对显微光学系统所成的图像进行光电转换，并上传至计算机。

所述码盘柱面镜粘接模具包括一体化底座、上支架、4个码盘调整螺钉、4个柱面镜调整螺钉、2个垫条、4个压角、4个上支架螺钉、4个弹簧；

一体化底座中心设有凹槽结构，用于放入码盘，码盘0-0'标记线所在表面朝下，凹槽垂直于xoy平面的侧壁设有8个通孔，下方和上方各4个通孔，其中上方和下方各2个通孔沿y轴正方向，另外上方和下方各2个通孔沿y轴负方向，下方四个通孔内分别旋入4个码盘调整螺钉，上方4个通孔内部分别旋入4个柱面镜调整螺钉；通过旋转码盘调整螺钉调节码盘的沿y方向的位置，码盘调整螺钉与码盘之间通过垫条保护，防止玻璃质地的码盘被金属质地的码盘调整螺钉损伤；码盘上放置柱面镜，柱面镜光缝所在表面与码盘玻璃接触，上支架用于将柱面镜压在码盘上；一体化底座底面设有4个通孔，每个上支架螺钉与弹簧一一配合，先后穿过通孔和压角，将上支架、柱面镜、码盘与一体化底座四者固定；4个弹簧的弹力值相等，保证柱面镜均匀受力；柱面镜调整螺钉穿过一体化底座侧壁与上支架接触，通过旋转柱面镜调整螺钉调节柱面镜沿y方向的位置。

所述垫条采用聚四氟乙烯材质的垫条制成。

所述上支架与柱面镜等长，与柱面镜弧面接触处采用v形槽设计；v形槽两边夹角为90度，深度为柱面镜弧高，将压角对上盖板的压力沿柱面镜径向均匀传递，从而达到自动定心的作用，保证柱面镜平面与码盘上表面的平行关系。

本发明的另一个技术解决方案是：一种基于非共面标记线的柱面镜与码盘玻璃对准粘接方法，包括如下步骤：

(1)、将码盘放入码盘柱面镜粘接模具中，在柱面镜平面上均匀涂上硅橡胶；

(2)、把柱面镜置于码盘粘接面上，分别沿±x、±y方向来回反复轻推，以排除气泡，确认无气线后，压紧v形槽上盖板；

(3)、将装配好的码盘柱面镜粘接模具放在二维移动平台上，调节二维移动平台的位置，通过调节码盘柱面镜粘接模具的柱面镜调整螺钉(306)，使显微光学系统分划线与柱面镜光缝以夹线对准的方式对准，锁死二维移动平台；

(4)、调节显微光学系统的焦距，通过调节码盘柱面镜粘接模具的码盘调整螺钉(303)，使码盘0-0’标记线与显微光学系统分划线以叉线对准的方式对准，并固定；

(5)、调节显微光学系统的焦距，确认显微光学系统分划线与柱面镜光缝是否对准，如果未对准，则重复步骤(3)和步骤(4)，直至显微光学系统的分划线与柱面镜光缝中心、码盘0-0’标记线中心均重合，否则，结束。

所述码盘0-0’标记线与显微光学系统分划线以叉线对准的方式对准具体步骤为：

(3.1)、将显微光学系统的焦面调至柱面镜+x方向的光缝位置至光缝边缘的成像最清晰，锁死万能工具显微镜三方向粗调旋钮；

(3.2)、调节二维平台沿测量系统坐标系y方向的微调旋钮，将显微光学系统的分划线调节至柱面镜光缝中心；

(3.3)、解锁沿测量系统坐标系的x方向粗调旋钮并平移二维平台，将显微光学系统的焦面调至柱面镜-x方向的光缝位置并锁死三方向粗调旋钮，调节二维平台沿测量系统坐标系y方向的微调旋钮，将显微光学系统的分划线调节至柱面镜光缝中心。

所述码盘0-0’标记线与显微光学系统分划线以叉线对准的方式对准是指：

具体步骤为：

(4.1)、解锁立柱沿测量系统坐标系z方向粗调旋钮，将显微光学系统的焦面调至码盘左侧0-0’线所在的位置至标记线边缘的成像最清晰；

(4.2)、调整码盘柱面镜粘接模具上的码盘调整螺钉，将已与柱面镜中心对准的分划线与码盘的0-0’标记线中心调至重合；

(4.3)、解锁平移二维平台沿测量系统坐标系x方向粗调旋钮并平移二维平台，将显微光学系统的焦面调至码盘右侧0-0’线所在的位置并锁死三方向粗调旋钮，将显微光学系统分划线与码盘的0-0’标记线中心调至重合。

8、根据权利要求5所述装置的一种基于非共面标记线的柱面镜与码盘玻璃对准粘接方法，其特征在于还包括如下步骤：

(6)、静置一段时间之后，再次检查显微光学系统分划线、码盘0-0’标记线中心和柱面镜光缝中心三者是否重合，若三者位置出现偏差，通过粘接工装的微调旋钮调节，直至显微光学系统分划线、码盘0-0’标记线中心和柱面镜光缝中心三者完全重合。

所述一段时间不低于10分钟。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明采用不确定度更高的夹线对准和叉线对准方法代替了压线对准方法，从原理上提高了对准精度；

(2)、本发明采用具有自定心功能的v形槽上盖板与柱面镜构成线接触，使柱面镜的装卡稳定，避免了由于硅橡胶内部张力导致的码盘柱面镜相对位移所造成的精度超差。

(3)、本发明通过与码盘零件的互研工艺实现柱面镜平面的自动找平，避免了粘接界面因硅橡胶厚度不均而影响入射光的折转导致的超差，保证了产品精度。

(4)、本发明工艺过程简单，能够有效提高码盘柱面镜粘接对准的工艺效率，特别适合批量生产。

(5)、本发明同时解决了码盘柱面镜粘接界面胶厚不均匀导致的精度超差问题。

附图说明

图1为本发明实施例柱面镜与码盘玻璃对准粘接装置示意图；

图2为本发明实施例码盘柱面镜粘接对准标记位置示意图；

图3为本发明实施例码盘柱面镜粘接模具结构示意图；

图4为本发明实施例码盘标记线对准判据示意图；

图5为本发明实施例柱面镜标记线对准判据示意图。

图中：101二维移动平台，102码盘柱面镜粘接模具，103显微光学系统，104ccd相机(内置)，105计算机，106立柱，107底座，201码盘0-0'标记线，202柱面镜光缝，203柱面镜光缝所在表面，204柱面镜，205粘接界面，206码盘，207码盘0-0'标记线所在表面，301柱面镜，302上盖板，303码盘调整螺钉，304一体化底座，305码盘，306柱面镜调整螺钉，307垫条，308压角，309上支架螺钉，310弹簧，401码盘0-0'标记线，402显微镜分划线，501柱面镜光缝，502显微镜分划线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

如图1所示，本发明提供了一种基于非共面标记线的柱面镜与码盘玻璃对准粘接装置，所述非共面标记线分别为柱面镜的光缝和码盘0-0'标记线，该装置包括二维移动平台101、码盘柱面镜粘接模具102、显微光学系统103、ccd相机104、计算机105、立柱106、底座107；

以底座107上表面为测量系统坐标系的xoy平面，垂直于xoy平面的坐标轴为测量坐标系的z轴，二维移动平台101位于底座107上表面能够沿测量系统坐标系的x轴方向和y方向移动；码盘柱面镜粘接模具102位于二维移动平台101上，用于叠放码盘和柱面镜，能够沿测量系统坐标系的x轴方向和y方向，调整码盘或者柱面镜相对于二维移动平台的位置；立柱106垂直安装在底座107上，显微镜光学系统103和ccd相机104安装在底座107上，显微光学系统103用于对叠放的码盘和柱面镜成像，ccd相机104的镜头对准显微光学系统的目镜，用于对显微光学系统所成的图像进行光电转换，并上传至计算机。

如图2(a)所示，码盘0-0’标记线201对称分布于零件两端。

如图2(b)所示，柱面镜光缝202位于零件中心，与零件等长。

如图2(c)所示，柱面镜204与码盘206在粘接界面205通过硅橡胶粘接成为一个整体，柱面镜光缝所在平面203与码盘0-0’标记线所在平面207相互平行。

如图3所示，所述码盘柱面镜粘接模具102包括一体化底座304、上支架302、4个码盘调整螺钉303、4个柱面镜调整螺钉306、2个垫条307、4个压角308、4个上支架螺钉309、4个弹簧310；

一体化底座304中心设有凹槽结构，用于放入码盘，码盘0-0'标记线所在表面朝下，凹槽垂直于xoy平面的侧壁设有8个通孔，下方和上方各4个通孔，其中上方和下方各2个通孔沿y轴正方向，另外上方和下方各两个通孔沿y轴负方向，下方四个通孔内分别旋入4个码盘调整螺钉303，上方4个通孔内部分别旋入4个柱面镜调整螺钉306；通过旋转码盘调整螺钉303调节码盘的沿y方向的位置，码盘调整螺钉303与码盘305之间通过聚四氟乙烯材质的垫条307保护，防止玻璃质地的码盘305被金属质地的码盘调整螺钉303损伤；码盘上放置柱面镜，柱面镜光缝所在表面与码盘玻璃接触，上支架302用于将柱面镜压在码盘上；一体化底座304底面设有4个通孔，每个上支架螺钉309与弹簧310一一配合，先后穿过通孔和压角308，将上支架302、柱面镜301、码盘305与一体化底座304四者固定；4个弹簧309的弹力值相等，保证柱面镜301均匀受力；柱面镜调整螺钉306穿过一体化底座侧壁与上支架302接触，通过旋转柱面镜调整螺钉306条件柱面镜沿y方向的位置。所述垫条采用聚四氟乙烯材质制成。

所述上支架302与柱面镜等长，与柱面镜弧面接触处采用v形槽设计；v形槽两边夹角为90度，深度为柱面镜弧高，将压角对上盖板的压力沿柱面镜径向均匀传递，从而达到自动定心的作用，保证柱面镜平面与码盘上表面的平行关系。

基于上述装置，本发明还提供了一种基于非共面标记线的柱面镜与码盘玻璃对准粘接方法，用于解决光学零件间位于不同平面的标记线的对准问题。该方法工艺操作简单直观，能够有效提高一次合格率以及工作效率，具体包括如下步骤：

(1)、将码盘放入码盘柱面镜粘接模具中，用搅拌棒在柱面镜平面上均匀涂上硅橡胶，胶层厚度要求尽量薄、均匀；

在将码盘放入码盘柱面镜粘接模具中之前最好用丙酮棉球分别将码盘、柱面镜的粘接面擦拭干净。

(2)、把柱面镜置于码盘粘接面上，分别沿±x、±y方向来回反复轻推(一般推3-4次)，以排除气泡和多余的硅橡胶，肉眼观察柱面镜光缝中有无气线，如有气线，须再次反复轻推，确认无气线后，压紧v形槽上盖板；

(3)、将装配好的码盘柱面镜粘接模具放在二维移动平台上，调节二维移动平台的位置，通过调节码盘柱面镜粘接模具的柱面镜调整螺钉306，使显微光学系统分划线与柱面镜光缝以夹线对准的方式对准，锁死二维移动平台；

所述码盘0-0’标记线与显微光学系统分划线以叉线对准的方式对准具体步骤为：

(3.1)、将码盘柱面镜粘接模具放在二维移动平台上，调节万能工具显微镜的x、y、z三方向旋钮，将显微光学系统的焦面调至柱面镜+x方向的光缝位置至光缝边缘的成像最清晰，锁死万能工具显微镜三方向粗调旋钮；

(3.2)、调节二维平台沿测量系统坐标系y方向的微调旋钮，将显微光学系统的分划线调节至柱面镜光缝中心；

(3.3)、解锁沿测量系统坐标系的x方向粗调旋钮并平移二维平台，将显微光学系统的焦面调至柱面镜-x方向的光缝位置并锁死三方向粗调旋钮，调节二维平台沿测量系统坐标系y方向的微调旋钮，将显微光学系统的分划线调节至柱面镜光缝中心。

(4)、调节显微光学系统的焦距，通过调节码盘柱面镜粘接模具的码盘调整螺钉303，使码盘0-0’标记线与显微光学系统分划线以叉线对准的方式对准，并固定；

所述码盘0-0’标记线与显微光学系统分划线以叉线对准的方式对准是指：

具体步骤为：

(4.1)、解锁立柱沿测量系统坐标系z方向粗调旋钮，将显微光学系统的焦面调至码盘左侧0-0’线所在的位置至标记线边缘的成像最清晰；

(4.2)、调整码盘柱面镜粘接模具上的码盘调整螺钉303，将已与柱面镜中心对准的分划线与码盘的0-0’标记线中心调至重合；

(4.3)、解锁平移二维平台沿测量系统坐标系x方向粗调旋钮并平移二维平台，将显微光学系统的焦面调至码盘右侧0-0’线所在的位置并锁死三方向粗调旋钮，将显微光学系统分划线与码盘的0-0’标记线中心调至重合。

(5)、调节显微光学系统的焦距，确认显微光学系统分划线与柱面镜光缝中心是否对准，如果未对准，则重复步骤(3)和步骤(4)，直至显微光学系统的分划线与柱面镜光缝中心、码盘0-0’标记线中心均重合，如图4图5所示的状态，否则，结束。

(6)、静置一段时间之后，再次检查显微光学系统分划线402、码盘0-0’标记线中心和柱面镜光缝中心三者是否重合，若三者位置出现偏差，通过粘接工装的微调旋钮调节，直至显微光学系统分划线402、码盘0-0’标记线中心和柱面镜光缝中心三者完全重合。所述一段时间不低于10分钟。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。