平面类光学元件胶结方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学元件胶结技术领域，具体涉及一种平面类光学元件的胶结方法。
【背景技术】
[0002]相比常用的螺钉、铆钉、焊接等传统连接方式，胶结连接具有结构简单、空间利用率高、强度高、应力均匀、性能稳定、提升连接件整体固有频率和耐疲劳等优点。因此对平面类光学元件如平面镜、透镜、光栅等来说，胶结是最常用的一种连接支撑方式，能够提高空间利用率，强化对附加面形的控制，保证光学元件光学性能稳定，减少装配带来的不良影响程度。光学元件与金属连接件胶结时，通常采用3点或多点连接，以减少应力集中和提升元件稳定性，该连接方式要求对定位、胶层厚度、平行度、厚度均匀性等参数精确控制，同时胶水属于粘弹性材料，有效操作时间有限，对于平面类光学元件多点粘胶工艺，需解决效率和性能两大问题。
[0003]在粘胶工艺中，胶层厚度精确控制是关键点，因为胶层厚度对粘结强度和胶结点间受力一致性有显著的影响。胶水在固化之前属于具有一定粘度的流体，在粘接时，很难直接精确控制胶层厚度，通常采用在胶结连接件间加垫片或者微小玻璃球的方式控制厚度，这种方法制备的连接件胶层厚度很难实现连续控制且精度不够，影响胶结处强度。特别是在有限操作时间内完成多点胶结，用此方法难以实现且操作性不强。因此准确、快速完成平面光学元件多点胶结就非常必要。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明针对当前平面类光学元件与金属件胶结时定位、厚度等参数难以精确控制的不足，提供了一种平面类光学元件胶结方法，能够完成平面类光学元件3点或多点胶结，并精确调整胶结位置、胶层厚度等胶结参数。
[0005]其技术方案如下:
[0006]一种平面类光学元件胶结方法，用于将连接件胶结到平面光学元件上，其包含以下步骤:
[0007]步骤1，定位平面光学元件，将所述平面光学元件安装到定位板上的镂空定位槽内，所述镂空定位槽为方形槽状结构，具有水平的底面和垂直于该底面的侧壁，设定任意两正交侧壁为定位面，以定位面交点为零位，分别在长宽方向刻画刻度线；
[0008]步骤2，固定连接件，固定所述连接件到连调整夹具上，该调整夹具相对于定位板具有水平及竖直方向的平移、角度调整自由度，所述调整夹具上刻画有与定位板上的刻度线相平行的十字形夹具刻线，调整位姿，使连接件与平面光学元件初步垂直；
[0009]步骤3，架设光学监视系统，所述光学监视系统包括光学镜头和电荷耦合元件，调整所述光学镜头，使连接件与平面光学元件的胶结面在电荷耦合元件内清晰成像，保存图像，记录连接件当前位置；
[0010]步骤4，连接件表面处理、涂胶，取下所述连接件，做表面处理，之后在其胶结面涂胶，再重新安装于调整夹具内；
[0011]步骤5，以定位板上的刻度线和夹具刻线为参考，移动调整夹具，使连接件到达预定位置，利用调整夹具调整连接件的上下位移及角度；
[0012]步骤6，实时监控，通过光学监视系统的倍率关系及电荷耦合元件像元大小当量，计算当前连接件与平面光学元件间的间距，达到精确控制胶层厚度的目的；
[0013]步骤8，胶结完成，待胶水固化后，松动调整夹具使其与连接件脱离，即可整体取出粘合好的平面光学元件，完成胶结。
[0014]采用以上方法，通过调整夹具调整、光学监视系统观测连接件位姿，已达到精确调整胶结位置、胶层厚度等胶结参数的目的。
[0015]所述调整夹具包括竖直地支撑在定位板上的立柱、可上下滑动地安装在该立柱上的竖直移动机构、二维旋转台和安装在所述竖直移动机构上方的螺旋测微计，其中，所述螺旋测微计通过支架固定在立柱上，以精密控制竖直移动机构上下位移，所述竖直移动机构具有沿水平方向延伸的水平导轨，该水平导轨位于定位板的正上方，所述二维旋转台可滑动地安装在水平导轨上。采用以上结构，螺旋测微计调整竖直移动机构上下位置，使连接件的上下位移调整精度可以达到0.01mm，二维旋转台可滑动地安装在水平导轨上方便连接件的横向位置调节。
[0016]所述二维旋转台包括活套在水平导轨上的导向块、设置在所述导向块上方，并与该导向块连接的调整块、以及安装在该调整块一侧的固定块，其中，所述导向块与水平导轨微间隙配合，所述固定块上设置有用于安装连接件的通孔，该通孔上方设置有用于夹紧连接件的定位套，所述夹具刻线刻画在该定位套的上端面上。采用以上结构，连接件在固定块上安装方便，定位套上的夹具刻线，能够方便连接件与平面光学元件的定位。
[0017]所述调整块分为上下正对设置的上平板和下平板，均为矩形块状结构，其中，上平板与固定块固定连接，下平板与导向块固定连接，两平板之间设置定位芯球，该定位芯球以局部内嵌方式与上、下平板构成球铰副，所述上平板和下平板之间设置有至少2根拉簧，所述拉簧上端与上平板连接，下端与下平板连接，常态下处于拉伸状态，以保持上、下平板位姿恒定，在上平板上端面对角线连线的两端分别设置有第一调整螺钉和第二调整螺钉，调整螺钉螺距为0.20mm,所述第一调整螺钉和第二调整螺钉向下穿过上平板，下端与下平板上端面抵接，其中，所述第一调整螺钉靠近固定块一侧。采用以上结构，能够较为合理地实现对连接件二维角度的精确调整。
[0018]所述拉簧上下两端通过拉杆固定在调整块上下平板内，该拉簧共为4根，分两组，正交分布，且分别靠近调整螺钉位置，该结构使二维旋转台稳定性更好，便于精确控制连接件位姿。
[0019]所述竖直移动机构外侧设置有锁紧螺钉，该锁紧螺钉穿过竖直移动机构的端部与立柱抵接，该结构可以较为简便可靠地实现对竖直移动机构的定位。
[0020]所述定位板上的刻度线的最小刻度值为0.5mm，所述光学监视系统的焦距大于或等于20mm，在焦距等于20mm处的放大倍率为10倍，所述电荷親合元件的像元大小为5微米。该配置能够保证光学监视系统的成像清晰度，确保胶结过程中，各胶结参数的精度控制。
[0021]步骤4中所述的表面处理按照以下步骤依次进行:
[0022]第一步，超声波清洗10分钟，去除油污和固体颗粒物；
[0023]第二步，用5%的氢氟酸浸泡胶结面5分钟后，用蒸馏水清洗，烘干。
[0024]该表面处理方法能够去除胶结面的氧化物等杂质，使胶水更容易在胶结面凝结，方便连接件与平面光学元件的胶结。
[0025]所述调整夹具为3套，并呈三角形分布在定位板上端面上，该结构避免了各调整夹具之间干涉，对于多点胶结尤其是三点胶结方式，提高了胶结效率。
[0026]有益效果:采用以上技术方案的平面类光学元件胶结方法，实现了平面光学元件与胶结连接件间相对位置关系精密调整、胶层厚度及均匀性精密控制，通过本发明方法完成的多点胶结应力均匀、厚度一致性高、胶层均匀，光学元件附加面形不超过lOOnm，对光学元件性能影响极小。
【附图说明】
[0027]图1为本发明的流程图；
[0028]图2为本发明中调整设备的立体结构示意图；
[0029]图3为本发明中调整夹具与定位板安装的结构示意图；
[0030]图4为本发明中调整块的结构示意图；
[0031]图5为图4的俯视图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
[0033]一种平面类光学元件胶结方法，首先架设如图2所示的调整设备，其包括定位板3，该定位板3上设置有镂空定位槽31，该镂空定位槽31形状可以根据待胶结的平面光学元件2形状设定，保持其底面水平，方便放置平面光学元件2，侧壁与底面垂直，以长度和宽度方向的侧壁为定位面，以定位面焦点为零位，分别在长度和宽度方向刻画刻度线，最小刻度值为0.5mm,该刻度线应当保证操作者方便观察，可以设置在镂空定位槽31外侧定位板3的端面上，在镂空定位槽31外侧的定位板上设置有3套呈三角形分布的调整夹具4，在定位板3外侧安装光学监视系统5，包括光学镜头51和电荷耦合元件52，该光学监视系统5的焦距f:彡20mm，放大倍率约为10倍(f = 20mm处)，像元大小为5微米。
[0034]如图3所示，所述调整夹具4包括竖直地设置在定位板3上的立柱6，可上下滑动地安装在该立柱6上的竖直移动机构7、二维旋转台8和安装在所述竖直移动机构7上方的螺旋测微计9，其中，所述立柱6为圆柱体，所述螺旋测微计9通过支架10固定在立柱6上，以控制竖直移动机构7上下位移，所述竖直移动机构7外侧设置有锁紧螺钉11，用于在立柱6上锁紧定位，该竖直移动机构7具有沿水平方向延伸的水平导轨71，该水平导轨71平行与定位板3向镂空定位槽31 —侧延伸，所述二维旋转台8可滑动地安装在水平导轨71上。
[0035]由图2可以看出，所述二维旋转台8，包括导向块81、调整块82和固定块83，均为矩形方块状结构，其中，导向块8套在水平导轨71上，采用微间隙配合，使其能够沿水平导轨71水平移动，调整块82与固定块83通过螺栓固定，该固定块83上设置有用于安装连接件I的通孔，在所述通孔的上端面设置有定位套84，使用时，该定位套84与连接件I为过渡配合，方便安装，且不至于脱落，定位套84的上端面上刻画有十字形的夹具刻线，该夹具刻线与定位板3上的刻度线平行。
[0036]结合图4和图5，所述调整块82分为上下相对设置的上平板82a和下平板82b，上平板82a与固定块8