CN101685193B - 光学用弹性连接组件及采用该组件的正多面棱体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学机械式精密计量器具领域，具体涉及一种光学用弹性连接组件及采用该组件的正多面棱体，旨在解决现有技术中光学件连接造成高平面度光学件变形的问题，提供一种结构合理、使高平面度光学件变形量低的光学用弹性连接组件及采用该组件的正多面棱体。一种光学用弹性连接组件，其特征是，它还包底部用于固连安装座(16)、侧面用于弹性粘连平面反光镜(13)的弹性爪(14)。一种采用该组件的正多面棱体，其特征是，在基体(11)上侧面均布若干上述光学用弹性连接组件。本发明采用分立式结构，使各种力均通过弹性爪传至高平面度平面反光镜，减小了光学件连接造成高平面度光学件变形。该组件可用于正多面棱体高平面度光学件弹性连接领域。

Description

光学用弹性连接组件及采用该组件的正多面棱体

技术领域

本发明涉及光学机械式精密计量器具领域，具体涉及一种光学用弹性连接组件及采用该组件的正多面棱体。

背景技术

正多面棱体是常用的角度计量器具。主要用于角度量的量值传递、检定角度仪器、机床分度台和专用设备；由于是纯光机结构，角度不受速度和加速度影响，因此还用作角度动态测量的标准器具及“排列互比法”的陪检器具，并可通过动态“排列互比法”分离出的棱体角度误差和静态检定数据相比较，验证动态检定的准确度。

在正多面棱体的诸多技术指标中，最关键的指标是棱体工作面即反光面的平面度，平面度是角度准确度的保证，使棱体在使用时的分度角偏差能和检定结果相接近，减小使用准确度和检定准确度的差别。JJG283-97正多面棱体国家计量检定规程把棱体的准确度分为“二等”、“三等”和“四等”共三个等级，对最高档的二等棱体要求平面度不大于0.03μm，粗糙度不大于0.025μm，工作面尺寸不小于Φ15mm。要达到这样高的平面度要求，在设计、工艺和检测方面都具有相当难度。

如图1所示，正多面棱体的结构国内外基本上采用整体式结构，所用的材料有光学玻璃和淬火钢两种，整体式结构的反光面要同时达 到面形、分度角和对基面垂直度等三方面的指标，工艺难度大，要达到“二等”，甚至优于二等的要求是很困难的；上述面形包括平面度及粗糙度，上述对基面垂直度常称为“塔度”。

如图2所示，英国希尔格·瓦茨公司生产过组合式棱体，把分度角玻璃体1制成梯形，其端面2为反光工作面，玻璃体1胶合在玻璃盘3上。多个玻璃体组成棱体的圆分度角，尽管只采用单点胶合，但由于玻璃体的形状对光学加工不利，很难达到高平面度，因此只能达到现行规程的“四等”正多面棱体的要求。

组合式结构的最大优点是可以把棱体反光面的面形、分度和“塔差”等三方面的要求分离成“面形”和“双向角度”两部分。从而可从设计和工艺上集中提高面形，保证平面度和粗糙度，而分度角和“塔差”组成的双向角度则是通过机械件的精密研磨达到，这样就容易达到二等或优于二等的要求。组合式结构必须要解决的技术关键是光学件的连接，当光学件往机械结构组件上安装时，稍有不当就会严重破坏光学件的平面度，例如：图3所示的端面固定式结构，挡板8和壳体4的结合面都经研磨，平面反光镜的非工作面加塑料垫7后用M2顶丝5及铝圈6压住。试验结果表明，采用上述结构的Φ60mm平面反光镜的平面度由Φ60mm范围内0.04μm变为Φ42mm范围内0.2μm，因此端面式固定(含非工作面)较容易破坏平度的结构。又如：有一块12面体，在Φ16mm范围内平度已经达到0.03μm，当胶上铝制薄壁小挡光圈后，平面度最大变至0.081μm。

高平面度的光学件一旦发生变形使平面度变坏后，即使外力消失，由于“弹性变形的滞后效应”，需要经过几个月才能逐渐恢复至接近原来的平面度数据，当残余变形引起的恢复性弹力小于或等于光学玻璃的内应力时，将永久不会恢复到原来的平面度。因此一旦光学件的平面度变坏，往往需予更换，修理往往很难，因不仅费用高而且稳定性差，因为除材料本身的内应力外，又增加了残留变形量的弹性力，因此即使修理也需待很长时间稳定后才能进行，这会给科研生产造成很大的麻烦，所以最好的办法是采用合理的结构设计，防止高平面度光学件的变形。总之，现有技术中尚未对如何制备满足二等棱体要求平面度不大于0.03μm，粗糙度不大于0.025μm，工作面尺寸不小于Φ15mm即二等棱体要求报导，采用何种合理的结构设计才能达到上述要求，是当前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构设计合理、使高平面光学件造成变形量低、能够满足二等棱体要求的光学用弹性连接组件及采用该组件的正多面棱体。

本发明的技术方案如下：

一种光学用弹性连接组件，包括平面反光镜、安装座，其中，它还包括底部用于固连安装座、侧面用于弹性粘连平面反光镜的弹性爪和用以固连弹性爪和安装座的压紧套，所述的光学用弹性连接组件均布在正多面棱体的基体侧面上。

所述弹性爪的弧形环状平台中间开有直径为5.5mm的通孔、其高度为2.5mm、两平行边之间的宽度为6.5mm、其内外侧相对平面镜 镜面圆心的内外环半径分别为15.75mm和22.25mm；所述弹性爪的圆弧状薄片高度为5.2mm、底部厚度为0.2mm、其内外侧相对于平面镜镜面圆心的内外径分别为15mm和15.3mm。

如上所述弹性爪由10^#钢或20^#钢制成。

一种采用上述光学用弹性连接组件的正多面棱体，还包括基体、上盖和壳体，所述的基体为正多面棱体。

如上所述的基体为7、12、23、24或36面正多面棱体。

如上上述基体采用4Cr13不锈钢制成，壳体采用硬铝LY12-CZ制成，上盖采用硬铝LY12-CZ制成，压紧套采用45^#钢制成，安装座采用45^#钢或铟瓦钢制成。

本发明的有益效果在于：

光学用弹性连接组件采用有良好弹性的弹性爪，四个弹性爪连成一体后，具有保持分度角和“塔差”所需的刚性，为进一步调节棱体的分度角和“塔差”提供了条件；

采用安装座和压紧套作安装组件，工作组件是平面反光镜，使工作组件和安装组件两者中间是弹性爪的弹性区，进而使安装座底面棱体基体以及螺钉的安装应力等因素引起的变形量被弹性爪的弹性区所吸收，而不会传至平面反光镜，从而减小了平面反光镜的变形量，保证了平面反光镜的平面度；

采用分立式结构，使各种力均通过每个弹性爪传至平面反光镜，而各弹性爪的弹性在安装前后是不变的，因此可予吸收而不传至平面反光镜；尽管胶固化时也会产生胶合力，但胶固化是在未安装的状态下进行的，每个弹性爪的胶合力形不成能引起平面反光镜变形的力矩；进一步确保平面反光镜的平面度在二等棱体要求范围之内；

经试验，用数字式平面度干涉仪测量平面度，平面反光镜本身的平面度为0.03μm，安装后的平面度仍为0.03μm；表明光学用弹性连接组件能够满足二等棱体要求。

附图说明

图1是现有的整体式正多面棱体结构示意图；

图2是英国希尔格·瓦茨公司生产的组合式棱体结构示意图；

图3是现有的一种端面固定式结构组合棱体的结构示意图；

图4是本发明所提供的一种光学用弹性连接组件结构图；

图5是图4中弹性爪的放大图；

图6是本发明的一种组合式12面正多面棱体示意图。

图中，1.玻璃体，2.端面，3.玻璃盘，4.壳体，5.M2顶丝，6.铝圈，7.塑料垫，8.挡板，9.光学用弹性连接组件，10.上盖，11.基体，12.壳体，13.平面反光镜，14.弹性爪，15.压紧套，16.安装座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种光学用弹性连接组件及采用该组件组成的正多面棱体进行介绍：

如图4所示，一种光学用弹性连接组件9，包括平面反光镜13弹性爪14、压紧套15和安装座16；平面反光镜13呈圆柱状，直径为30mm、厚度为10mm；弹性爪14的弧形环状平台中间开有直径为5.5mm的通孔、其高度为2.5mm、两平行边之间的宽度为6.5mm、 其内外侧相对平面镜13镜面圆心的内外环半径分别为15.75mm和22.25mm；所述弹性爪13的圆弧状薄片高度为5.2mm、底部厚度为0.2mm、其内外侧相对于平面镜13镜面圆心的内外径分别为15mm和15.3mm；压紧套15为带外螺纹的上宽下窄圆筒状，其上部长度为1.5mm、外圆直径为6.5mm、底部长度为6.5mm、外圆为M5螺纹、内圆直径为3.4mm；安装座16为长宽均为33.5mm、高度为5mm的正方形薄板，其下底面开有19.5mm空刀槽、四个顶角开有M5mm螺纹通孔。上述弹性爪14由10^#钢制成，也可由20^#钢制成；压紧套15采用45^#钢制成；安装座16也采用45^#钢制成，但采用铟瓦钢效果更佳；根据需要，上述Φ30mm平面反光镜13也可以换成直径不同的其它平面反光镜，也可以换成其他形状不同的其它平面反光镜，如正方形、椭圆形平面反光镜。

上述弹性爪14的弧形环状平台也可以根据具体需要做成其它形状，但其与平面反光镜13相连接的内侧须与平面反光镜13的外侧外部轮廓一致，以保证弹性爪14与平面反光镜13粘连时有效、可靠地消除因弹性爪粘连带来的应力；此外，其他可以实现固连安装座16、且不影响弹性爪14安装底面高度的其他形式均可应用在本发明中。对于弹性爪14的侧面形状，也可以根据需要，换成其他可以实现与平面反光镜弹性粘连的形状，其他可以实现与平面反光镜弹性粘连的其他形式，也可以在本发明中应用。

安装时，先将安装座16开有空刀槽的一面向下水平放置，研磨安装座16的上端面，使其平面度不小于0.1μm；将Φ30平面反光镜 13放置在安装座16中央，然后将4个弹性爪14涂敷F-993光学结构胶，并将其均布粘在Φ30平面反光镜13的外圆上，使平面反光镜13的下底面略高于弹性爪14的安装底面；当涂敷上光学结构胶干燥后，研磨弹性爪14的安装底面，使四个安装爪14的安装底面共面并使平面度不大于0.1μm；最后，调整Φ30平面反光镜13，使四个弹性爪14的通孔与安装座16上的通孔对其，最后将压紧套15压紧到弹性爪14上，至此，光学用弹性连接组件9组装完毕。

如图6所示，一种采用上述光学用弹性安装组件的正多面棱体，以12面正多面棱体为例，它包括中心处开有直径为25mm、设有端面相互平行的上下凸台的正12面棱柱状的基体11；呈圆环状、内径与基体11上凸台直径相匹配的、外径为84.5mm的上盖10；侧面呈圆筒状、在底部开有与基体11下凸台直径相匹配的中心通孔的壳体12、壳体12的侧面开有均布的12个直径为20mm圆形通孔，它们和在基体11侧面上均布的12个光学用弹性连接组件9的平面反光镜中心相对应。其中，上盖10覆盖在基体11上，其中心圆环套在基体11中心的直径为60mm的上凸台上，壳体12的底部通孔套在基体11的直径为100mm的下凸台上，并与上盖10相匹配，将基体11和均布于基体11上的光学用弹性连接组件9罩住；为连接牢固，可以将上盖10和壳体12通过螺钉或其它方式与基体11连接。上述壳体12采用硬铝LY12-CZ制成，上盖10也采用硬铝LY12-CZ制成。上述基体11也可以为其它面数如7面、23面、24面、36面等的高精度正多面棱体，还可以通过增减弹性爪14的数量来满足不同平面反光 镜的需要，此项技术还适用于要求工件变形较小的工作场合。

安装时，将上述光学用弹性连接组件9均匀安装在基体11的外侧圆周上，研磨光学用弹性连接组件9的开有空刀槽的安装面，使得棱体的分度角和基面垂直度满足指标要求，所述基面指基体11的下凸台面或上凸台面；将壳体12安装到基体11上，使其通光孔中心与光学用弹性连接组件9的平面反光镜13中心对齐，并确保其底部通孔与基体11的下凸台对齐，通过螺钉将壳体12与基体11固定，最后安装上盖10，使其中间通孔与基体11的上凸台对齐，通过螺钉固定上盖，至此，正12面棱体安装结束。

安装完毕后进行检测，经试验使用本发明的12面正多面棱体的平面度达0.03μm，“塔差”小于5＂，分度误差小于1＂，表面该12面正多面棱体满足二等棱体的性能指标要求。

高平面度光学件的弹性连接装置可用于二等以上正面棱体为主，但其原理结构，可推广应用于需要保持光学件高平面度的其他光学仪器。

Claims (6)

1.一种光学用弹性连接组件，包括平面反光镜(13)、安装座(16)，其特征在于：它还包括底部用于固连安装座(16)、侧面用于弹性粘连平面反光镜(13)的弹性爪(14)和用以固连弹性爪(14)和安装座(16)的压紧套(15)，所述的光学用弹性连接组件均布在正多面棱体的基体(11)侧面上；所述弹性爪(14)的弧形环状平台中间开有直径为5.5mm的通孔、其高度为2.5mm、两平行边之间的宽度为6.5mm、其内外侧相对平面反光镜(13)镜面圆心的内外环半径分别为15.75mm和22.25mm；所述弹性爪(14)的圆弧状薄片高度为5.2mm、底部厚度为0.2mm、其内外侧相对于平面反光镜(13)镜面圆心的内外径分别为15mm和15.3mm。

2.根据权利要求1所述的光学用弹性连接组件，其特征在于：所述弹性爪(14)由10^#钢或20^#钢制成。

3.一种正多面棱体，其特征在于：包括权利要求1或2所述的光学用弹性连接组件，还包括基体(11)、上盖(10)和壳体(12)。

4.根据权利要求3所述的正多面棱体，其特征在于：所述的基体(11)为7、12、23、24或36面正多面棱体。

5.根据权利要求3所述的正多面棱体，其特征在于：上述基体(11)采用4Cr13不锈钢制成，壳体(12)采用硬铝LY12-CZ制成，上盖(10)采用硬铝LY12-CZ制成，压紧套(15)采用45^#钢制成，安装座(16)采用45^#钢或铟瓦钢制成。

6.根据权利要求4所述的正多面棱体，其特征在于：上述基体(11)采用4Cr13不锈钢制成，壳体(12)采用硬铝LY12-CZ制成，上盖(10)采用硬铝LY12-CZ制成，压紧套(15)采用45^#钢制成，安装座(16)采用45^#钢或铟瓦钢制成。

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