CN106772921A - 一种用于大口径扫描反射镜的微应力粘接装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于大口径扫描反射镜的微应力粘接装配方法，对橡胶垫用“预压伸缩比”控制方法实现了反射镜装配参量化控制需求，保证了装配质量；通过分区和底部注胶工艺解决了40mm深0.5mm宽的容胶缝无法灌胶的问题，并且保证了胶层的连续均匀性；通过工艺导条在胶层之间形成了8个15mm宽40mm深的空气间隙，保证胶液充分吸收空气中的水分达到固化的目的，解决了40mm深的连续胶层无法固化的问题；通过增加8个工艺定位导条，将反射镜准确定位与反射镜框上，保证了涂胶层厚度的均匀性；在反射镜与镜框装配时在镜框底部的基准面上均匀涂一层防尘脂，解决底面溢出胶液粘接产生拉伸应力的问题；该方法操作简单、方便，粘接固定应力小，可以广泛应用于大口径扫描反射镜装配过程中。

Description

一种用于大口径扫描反射镜的微应力粘接装配方法

技术领域

本发明属于光机装调技术领域，主要是针对于大口径扫描反射镜的装配结构形式提出的一种微应力粘接装配工艺方法，用于反射镜的装配，保证反射镜的面形精度，提高系统成像质量。

背景技术

扫描反射镜作为重要的光学零件广泛应用于光电产品中，其镜面面形直接影响着光学系统的光路及成像质量。另外，反射镜作为运动部件，需要在保证刚度的情况下尽量减轻重量，降低转动惯量。扫描反射镜组件一般结构设计简单，由反射镜框与反射镜组成，但其装调精度即装调后的面形保持精度要求较高，所以实现反射镜的微应力粘接装配是保证整体光学系统成像质量的关键。反射镜的微应力粘接装配一般要求反射镜粘接工艺过程与反射镜压板装配固定过程带来的应力不能导致镜面面形变化，影响镜面波相差的要求。

粘接技术的优化改进可以有效减小反射镜安装时的装配应力，减小镜面的变形，粘接与压板辅助固定装配可以减小压板固定带来的应力集中问题，有利于反射镜在伺服系统中的应用。传统的粘接装配过程是在反射镜与镜框配合缝隙中灌胶，一般胶层较浅，且胶层不均匀，对于胶层深度要求超过30mm时，由于受到两侧阻力就无法直接灌胶；而传统的压板装配过程，压板对光学表面产生的压力无法定量控制，且每个压板的压力大小不均匀导致镜面变形甚至破坏。

在发明名称为小口径微晶玻璃材料反射镜微应力装配柔性支撑方法(专利号201110166444.9)中采用了微应力柔性支撑与粘接的方法，利用柔性卸载槽与粘接配合的技术装配，增大了温度适应性，改善了受力环境，但粘接时必须选用无应力胶进行粘接，并且柔性卸载槽的支撑降低了镜框支架与反射镜的整体刚性，不利于伺服控制，无法实现伺服控制的扫描反射镜装配。

在发明名称为反射镜粘接方法及反射镜粘接装置(专利号201310064202.8)中描述了一种反射镜粘接方法和装置，主要粘接方法是在反射镜镜槽中开设了一个或多个胶槽，在反射镜镜槽之间，开设筋位通槽，在反射镜载体背面板上设置进胶口以及排气口连通胶槽，有利于点胶和粘接过程中产生的气泡排除，提高粘接可靠性。但该方法只适合有粘接要求的批量阵列排布的小光学件粘接，无法解决大口径反射镜由温度变化带来尺寸伸缩使胶层带来应力的问题，并且此专利中没有描述反射镜压板的装配技术。

发明内容

本发明解决的技术问题是：

主要解决大口径扫描反射镜粘接装配后面形精度难以保证的问题。提出了对橡胶垫用“预压伸缩比”控制方法实现了反射镜装配参量化控制需求，保证了装配质量；通过分区和底部注胶工艺解决了40mm深0.5mm宽的容胶缝无法灌胶的问题，并且保证了胶层的连续均匀性；通过工艺导条在胶层之间形成了8个15mm宽40mm深的空气间隙，保证胶液充分吸收空气中的水分达到固化的目的，解决了40mm深的连续胶层无法固化的问题；通过增加8个工艺定位导条，将反射镜准确定位于反射镜框上，保证了涂胶层厚度的均匀性；在反射镜与镜框装配时在镜框底部的基准面上均匀涂一层防尘脂，解决底面溢出胶液粘接产生拉伸应力的问题；该方法操作简单、方便，粘接固定应力小，可以广泛应用于大口径扫描反射镜装配过程中。

本发明的技术方案为：

所述一种用于大口径扫描反射镜的微应力粘接装配方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：反射镜进装：在反射镜与镜框装配时在镜框底部的基准面上均匀涂一层防尘脂，形成一层油脂膜解决底面溢出胶液粘接的问题；由于反射镜和镜框材料的热膨胀系数差异非常大，温度的变化导致尺寸变化量差异较大，表面的张力会带来镜面的严重变形，该油膜可以减轻镜框与微晶玻璃之间随温度变化带来的连接面的张力；

步骤2：反射镜定位：通过增加工艺定位导条来控制反射镜边缘和镜框的间隙，保证间隙均匀，从而精确定位反射镜在镜框中的位置，保证涂胶层厚度的均匀性；

步骤3：灌胶：利用工艺定位导条将反射镜与射镜框的粘接区域均匀分区，在每个区域靠近镜框底部制备注胶孔，该注胶孔能够实现连续灌胶，并将胶充满反射镜底部缝隙后靠外部压力使胶液从底部往上挤出，解决了“峡谷型”容胶缝无法灌胶的问题，并且保证了各个区域胶层的连续性和均匀性；

步骤4：胶液的固化：待胶液初固化后抽出工艺定位导条，会在胶层之间形成了与导条相同大小的空气间隙，能够实现胶液充分吸收空气中的水分达到固化的目的，解决了“峡谷型”容胶缝胶层无法完全固化的问题；

步骤5：安装压板：反射镜压板与反射镜之间加一层航空橡胶垫，如图所示。提出量化控制航空橡胶垫的“预压伸缩比”的方法，得出预压力，然后对反射镜均匀施加固紧力，保证了反射面面形的稳定性。预压伸缩比方法中橡胶垫的压缩量控制方法如下：

(1)对各个压板进行编号，并和镜框中的安装位置一一对应；

(2)安装前，实测各个压板的尺寸，其中，压板悬臂长度为a_i，反射镜装压工艺台面到镜框上端面的距离b_i，橡胶垫的厚度d，则可压缩量为Δ＝d-(b_i-a_i)，压缩比例为p_i％＝[d-(b_i-a_i)]/d(此处须保证理论的压缩量，如不满足，可进行修切或加垫压板)；

(3)由于压力可以通过橡胶垫的压缩量唯一确定，为了使得压力均匀，并按照反射镜装配体的使用环境要求计算出反射镜承受的最大冲击力，根据此冲击力估算出每个压板需要分配的压力，然后根据压板接触表面面积计算出胶垫的压缩比例，最后用力矩扳手依次装配压板预压橡胶垫，保证了各安装点的压力均匀。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)无复杂辅助工装和设备，操作简单；

(2)在灌胶和压板装配方面考虑到了微应力，并提出了具体、可行的技术方法；

(3)该方法保证了胶层厚度和深度均匀，可较好的保证反射镜的面型；

(4)涂抹防尘脂解决了溢出的胶液流入反射镜和镜框之间产生粘接应力的问题；

(5)创新性的提出了“预压伸缩比”的方法来量化的控制橡胶垫的压缩量，从而保证各个压板对反射镜施加压力的一致性，实现了各个压板力矩装配参数的量化控制。

附图说明

图1为某型光电产品中的扫描反射镜组件示意图。

图2为工艺导条定位装配示意图。

图3为反射镜装配局部示意图。

图4为工艺压板安装前的尺寸图。

图5为工艺压板安装后的尺寸图。

图中各标示的含义如下：1：镜框；2：扫描反射镜；3：压板；1-1：φ5注胶孔；4：工艺导条；5：橡胶垫；6：0.5mm厚胶层；7：油膜；

具体实施实例：

在某型光电产品的扫描机构中，采用如图1所示形式的反射镜组件，反射镜装配在镜框中，一周可以灌胶粘接，压板通过橡胶垫固定反射镜。该反射镜口径600mm，灌胶缝隙为40mm深0.5mm宽，灌胶之后使用工艺压板对反射镜进行固定，对镜框及反射镜镜面的稳定要求较高。经测量，反射镜装配前的Rms值为0.058λ(λ＝632.8nm)。其装配步骤如下：

步骤1：反射镜进装：在反射镜与镜框装配时在镜框底部的基准面上均匀涂一层防尘脂，形成一层油脂膜解决底面溢出胶液粘接的问题；

步骤2：反射镜定位：制备8个工艺定位导条(宽度15mm，厚0.5mm)，将工艺导条塞入反射镜边缘和镜框的间隙中，如图2。进行细微调整后，保证间隙均匀，定位后的间隙为40mm深0.5mm宽，从而精确定位反射镜在镜框中的位置，保证了涂胶层厚度的均匀性；

步骤3：灌胶：利用工艺定位导条将反射镜与射镜框的粘接区域均匀分为8个区域，在每个区域靠近镜框底部制备注胶孔，该注胶孔能够实现连续灌胶，并使得胶液充满反射镜底部缝隙后借外部压力使胶液从底部往上溢出；

步骤4：胶液的固化：待胶液初固化后抽出工艺定位导条，在胶层之间形成8个15mm宽40mm深0.5mm厚的空气间隙，能够实现胶液充分吸收空气中的水分达到固化的目的，解决了40mm深的胶层无法完全固化的问题；

步骤5：安装压板：反射镜压板与反射镜之间加一层航空橡胶垫，按照反射镜装配体的使用环境要求计算出反射镜承受的最大冲击力，然后结合镜框一周胶粘产生的粘接力，估算出压板所需要施加的固定压力为500N，如图3所示。根据量化控制航空橡胶垫的“预压伸缩比”的方法，计算得出一定厚度橡胶垫的伸缩量，然后根据伸缩量尺寸修垫压板进行紧固。这样保证反射面面形的稳定性。“预压伸缩比”中橡胶垫的压缩量控制方法具体步骤如下：

(1)对各个压板进行编号，并和镜框中的安装位置一一对应，序号为1-6；

(2)安装前，根据压板所需要施加的固定压力计算橡胶垫的压缩率，计算方法如下：将固定压力分解到每个压板上，共装配6个压板。

以第一个压板为例进行计算，F1＝F/6＝500/6＝83.3N；

根据计算结果q的值在表1中查询得出橡胶垫的压缩率需要15％。

表1橡胶垫压缩率p和单位面积压力q的关系

序号	橡胶垫的压缩率P％	单位压力q(kg/cm2)
			1	10	2.5
2	15	4.8
			3	20	7.2
4	25	10
			5	30	15

(注：一般最大压缩量不超过30％)

(3)实测6个压板的尺寸，根据步骤5中(2)所需要的数据进行测量，为了消除测量的随机误差，实际测量中采用多次测量求平均值的方法得出被测值，根据公式压缩率为p_i％＝[d-(b_i-a_i)]/d，可压缩量Δ＝d-(b_i-a_i)，可以计算出Δ，然后根据Δ值求出a(mm)，将a(mm)值与实测a_i比较，然后经过修垫使压板中的尺寸a_i＝a。

测量和计算结果如下表1：

序号	a(mm)	b(mm)	d(mm)	p(％)	Δ(mm)	备注
							1	9.16	9.98	0.96	15％	0.14
2	9.16	9.98	0.96	15％	0.14
							3	9.15	9.97	0.96	15％	0.14
4	9.17	9.99	0.96	15％	0.14
							5	9.18	10.00	0.96	15％	0.14
6	9.17	9.98	0.96	15％	0.14

(4)经过修垫使压板中的尺寸a_i＝a后装配压板，选取力矩为0.8N.m，使用力矩扳手统一紧固，保证了各安装螺钉的压力均匀；

至此，反射镜的粘接装配工作完成。再次测量反射镜的面型Rms值为0.069λ，λ＝632.8nm，粘接前后的变化量为18.9％。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种用于大口径扫描反射镜的微应力粘接装配方法，其特征在于步骤如下：

1)反射镜进装：在反射镜与镜框装配时，在镜框底部的基准面上均匀涂一层防尘脂，形成一层油脂膜；

2)反射镜定位：设计多个工艺定位导条，将工艺定位导条塞入反射镜边缘和镜框的间隙中，调整工艺导条，使反射镜边缘和镜框的间隙均匀，满足定位间隙要求；

3)灌胶：多个工艺定位导条将反射镜与镜框的粘接区域分为多个区域，在每个区域靠近镜框底部制备注胶孔，并从底部注胶孔灌胶，使胶液在充满反射镜底部缝隙后靠外部压力从底部往上溢出；

4)胶液的固化：待胶液初固化后抽出工艺定位导条，在胶层之间形成多个空气间隙，使胶液充分吸收空气中的水分达到固化的目的；

5)安装压板：反射镜压板与反射镜之间增加航空橡胶垫；按照反射镜装配体的使用环境要求计算出反射镜承受的最大冲击力，然后结合镜框胶粘产生的粘接力，估算压板所需要施加的固定压力；根据所要施加的固定压力，利用预压伸缩比方法计算航空橡胶垫的伸缩量，然后根据伸缩量尺寸修垫压板进行紧固。