CN107621678B - 一种用于高精度标准镜的无应力装夹柔性装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于支撑高精度标准镜的无应力装夹柔性装置，包括柔性框、压圈和标准镜镜框，柔性框设置有多条半径相同的圆弧形狭缝，将柔性框分为内圈和外圈，内圈和外圈通过挠性构件相连；柔性框内圈侧面设置有多个注胶孔；标准镜通过注胶孔中的胶粘剂与柔性框内圈固定；标准镜镜框为底部开有圆孔的桶状部件，圆孔半径小于标准镜的半径，柔性框套装在标准镜镜框内，标准镜镜框的底部与柔性框外圈的一个端面的靠面部分具有凸台，压圈设置在柔性框外圈的另一个端面，压圈与柔性框外圈的靠面部分具有凸台；标准镜镜框上设置有与干涉仪连接的标准接口。标准镜与其支撑结构之间的热特性不匹配通过挠性结构的变形补偿，减小温度变化对面形影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种无应力装夹柔性装置设计，尤其涉及一种用于支撑高精度标准镜的无应力装夹柔性装置设计。
背景技术
随着光学仪器精度的提高，对光学元件面形检测的要求越来越高。而干涉仪是目前用于光学元件面形检测的主要技术手段，利用参考面和待测面之间的干涉条纹测量待测面的面形，其测量精度主要取决于参考面的精度。因此，干涉仪标准镜头的质量成为制约光学元件检测精度的一个重要因素。用于高精度检测的标准面的面形精度通常要达到纳米级别，其不仅取决于标准镜本身的加工质量，而且与标准镜的装夹方式和环境温度的变化有密切的关系。不同的装夹方式和温度变化将会导致标准镜面形的变化。
目前常用的标准镜夹持方式为镜框加压圈，同时采用辅助胶粘固定，其结构简单，但也有许多不足，主要体现在：
(1)环境温度变化时，由于材料间的热膨胀系数不匹配产生热应力，会引起标准镜面的面形变化；
(2)压圈压紧时会对镜面产生机械应力，从而引起镜面面形变化；
(3)胶粘固定会产生粘接应力，同时胶点会长时间的蠕变引起应力松弛释放，不能够保证镜面的长期稳定性。
因此设计出一个高热稳定性以及无装夹应力的结构装置用于标准镜支撑具有很好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提出一种无应力装夹的柔性结构设计，用于标准镜的支撑，其解决了现有结构对标准镜的热应力、装夹应力和胶粘应力的影响等技术问题。
本发明的技术解决方案是提供一种用于高精度标准镜的无应力装夹柔性装置，其特殊之处在于：包括柔性框、压圈和标准镜镜框，上述柔性框设置有多条半径相同的圆弧形狭缝，上述狭缝将柔性框分为内圈和外圈，上述内圈和外圈通过挠性构件相连；
上述柔性框内圈侧面设置有多个注胶孔；标准镜通过注胶孔中的胶粘剂与柔性框内圈固定；
上述标准镜镜框为底部开有圆孔的桶状部件，上述圆孔半径小于标准镜的半径，上述柔性框套装在标准镜镜框内，上述标准镜镜框的底部与柔性框外圈的一个端面的靠面部分具有凸台，上述压圈设置在柔性框外圈的另一个端面，压圈与柔性框外圈的靠面部分具有凸台；凸台设计，防止镜框及压圈与标准镜接触引起镜面的面形变化。
为了整个标准镜结构装置与干涉仪连接，上述标准镜镜框上设置有与干涉仪连接的标准接口。
优选地，为了便于胶粘后标准镜的光学加工，上述标准镜的厚度大于柔性框的厚度；
综合考虑材料的热匹配、机械性能、对工作环境的适应性、加工工艺性、重量等，优选地，上述标准镜的材料为融石英；上述柔性框的材料为殷钢；上述标准镜框的材料为铝合金。
优选地，上述标准镜的厚度为15mm，上述柔性框的厚度为14.5mm。
优选地，上述标准镜的每个镜面都比柔性框面高0.25mm。
优选地，上述狭缝为6个；所述注胶孔为6个。
优选地，通过线切割加工狭缝。
本发明的有益效果是：
1、设计的柔性框一方面可以用于隔振，另一方面可以解决很大一部分标准镜装配应力，更重要的是当温度变化时，标准镜与其支撑结构之间的热特性不匹配可以通过挠性结构的变形给予补偿，从而减小温度变化对面形影响；
2、压圈直接压在柔性框的外圈，不与标准镜接触，避免压圈压紧时对镜面产生机械应力，从而保证镜面无装夹应力；
3、柔性框与标准镜胶粘后粘接应力引起的面形变化，利用两者的厚度差通过光学加工的方法来修正，从而解决了标准镜的胶粘影响；
4、设计了与干涉仪连接的标准接口，保证了此标准镜头的通用性。
附图说明
图1是本发明的无应力装夹柔性结构装置示意图；
图2是本发明的柔性框示意图；
图中附图标记为：1-标准镜；2-标准镜镜框，21-圆孔，3-柔性框，31-狭缝，32-内圈，33-外圈，34-挠性构件，35-注胶孔，4-压圈。
具体实施方式
以下结合附图所本发明做进一步的描述。
如图1所示，本发明包括标准镜镜框2，柔性框3，压圈4。标准镜1固定在柔性框3内，柔性框3套装在标准镜框2内，压圈4压紧柔性框3。
从图2可以看出，本发明柔性框设置有多条半径相同的圆弧形狭缝31，上述狭缝将柔性框分为内圈32和外圈33，内圈和外圈通过挠性构件34相连。
具体的研制过程如下：
首先进行标准镜1裸镜的光学加工，要求面形达到1/50λ；
接着完成标准镜1与柔性框3的固定，标准镜1设计为15mm厚，柔性框3设计为14.5mm厚，便于后期胶粘后的光学加工，要求标准镜1和柔性框3对称分布，因此镜面的每一个面都比柔性框面高0.25mm，通过三坐标轮廓检测来保证两者的平行度和厚度差后，从注胶孔注入低固化收缩率的胶固定两者的位置，待固化后检测标准镜的镜面面形，确定面形变化后，通过标准镜1与柔性框连体光学加工来修正面形误差；
为了使标准镜的面形精度更高，可以通过离子束加工来完成高精度的面形修整，采用三平面互检的方法完成高精度面形检测；
实现了标准镜1的高精度面形后，把柔性框3放置到标准镜镜框2中，通过压圈4来限位，再次通过三平面互检的方法来完成高精度面形检测，确保镜面面形无变化。
本发明的主体镜框结构考虑到质量和成本因素，选择铝合金材料，为了保证材料的热匹配性，可以选择殷钢材料。
Claims (7)
1.一种用于高精度标准镜的无应力装夹柔性装置，其特征在于：包括柔性框(3)、压圈(4)和标准镜镜框(2)，所述柔性框(3)设置有多条半径相同的圆弧形狭缝(31)，所述狭缝(31)将柔性框分为内圈(32)和外圈(33)，所述内圈(32)和外圈(33)通过挠性构件(34)相连；
所述柔性框内圈侧面设置有多个注胶孔(35)；标准镜(1)通过注胶孔(35)中的胶粘剂与柔性框内圈固定；
所述标准镜镜框(2)为底部开有圆孔(21)的桶状部件，所述圆孔半径小于标准镜(1)的半径，所述柔性框(3)套装在标准镜镜框(2)内，所述标准镜镜框的底部与柔性框外圈的一个端面的靠面部分具有凸台，所述压圈设置在柔性框外圈的另一个端面，压圈与柔性框外圈的靠面部分具有凸台；
所述标准镜镜框上设置有与干涉仪连接的标准接口。
2.根据权利要求1所述的用于高精度标准镜的无应力装夹柔性装置，其特征在于：所述标准镜(1)的厚度大于柔性框(3)的厚度。
3.根据权利要求1所述的用于高精度标准镜的无应力装夹柔性装置，其特征在于：所述标准镜(1)的材料为融石英；所述柔性框(3)的材料为殷钢；所述标准镜镜框(2)的材料为铝合金。
4.根据权利要求1所述的用于高精度标准镜的无应力装夹柔性装置，其特征在于：所述标准镜(1)的厚度为15mm，所述柔性框(3)的厚度为14.5mm。
5.根据权利要求4所述的用于高精度标准镜的无应力装夹柔性装置，其特征在于：所述标准镜(1)的每个镜面都比柔性框面高0.25mm。
6.根据权利要求1所述的用于高精度标准镜的无应力装夹柔性装置，其特征在于：所述狭缝(31)为6个；所述注胶孔(35)为6个。
7.根据权利要求6所述的用于高精度标准镜的无应力装夹柔性装置，其特征在于：所述狭缝(31)通过线切割加工完成。
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