CN107843340A - 用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置 - Google Patents
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Abstract
用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置，由入射狭缝，光纤，狭缝切换系统和狭缝定位夹紧系统组成，特征是入射狭缝、狭缝旋转切换机构和光纤安装于狭缝基板上，狭缝基板通过带预紧钢带连接在支撑座上；光纤安装在狭缝基板上；狭缝基板连接座固定在狭缝基板上，固定在狭缝上端狭缝基板连接座的定位孔和旋转定位座的定位孔重合并通过高精度轴承配合，狭缝和狭缝基板连接座之间通过狭缝旋转定位块连接，狭缝旋转定位块和狭缝通过高精度加工配合，狭缝旋转定位块和狭缝之间根据狭缝数量设有相应数量的球形定位机构。本发明安装、拆卸和调试方便，不存在任何阻碍，使用定位和夹紧机构具有预紧力的定位环，同时，切换平稳且定位精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种狭缝切换机构。涉及到天文终端设备、光学检测、石油探测等技术领域，特别是涉及一种高分辨光谱仪狭缝切换和夹紧机构，具体涉及一种用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置；本发明还涉及这种用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置的工作方法。
背景技术
天文望远镜光谱仪作为天文望远镜终端设备，用于对星光进行处理获取星光光谱，在天文领域应该极为广泛。光谱仪是用CCD作为光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置。其构造由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和像差矫正系统组成。以色散元件将星光分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上（或扫描某一波段）成像在CCD靶面上，用于后续的数据处理。
对于不同分辨率的需求改变，较为常用的使用不同分辨率光栅自动切换功能或改变狭缝缝宽大小；在天文观测中，对不同目标源，如需要3种及以上分辨率模式，使用光栅切换方式改变分辨率，其设计成本将是百万级代价，同时对实现空间要求和难度也提出极高要求。
通过改变狭缝大小提高光谱仪分辨率带来问题是降低光谱仪通过效率，但该方式优点是成本低，实现技术难度较小；同时为了满足切换后实际精度需求，在实际使用中使用狭缝多通道切换和夹紧机构装置，实际使用过程中方便快捷。
狭缝切换和夹紧机构通常作为一个整体使用，在设计中需要设计成一个整体。狭缝切换和夹紧机构在光谱仪连接使用弹性较好的带预紧力的钢带，根据实际需求调整灵活、实用和便捷。
发明内容
为了解决现有技术中不同分辨率狭缝宽度自动切换后定位精度不高和定位后不稳定的问题，本发明提供一种用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置；本发明还提供这种用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置的工作方法。
本发明是一种用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置和方法，能够克服传统转动机构无法调节转动机构径向位置、不能满足狭缝切换工作要求等不足。本发明能够获得多种狭缝尺寸更换工作要求。本发明结构简单可靠性高。在保证精度要求前提下，减少狭缝切换后定位和夹紧装置体积，降低狭小空间内机械结构干涉风险。
完成上述发明任务的技术方案是，
一种用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置，由一个入射狭缝（简称狭缝），一束光纤，一个狭缝切换系统和狭缝定位夹紧系统组成，其特征在于，所述入射狭缝、狭缝旋转切换机构和光纤安装于狭缝基板上，该狭缝基板通过带预紧钢带连接在支撑座上；光纤安装在狭缝基板上；狭缝基板连接座固定在狭缝基板上，固定在狭缝上端狭缝基板连接座的定位孔和旋转定位座的定位孔重合并通过高精度轴承配合，狭缝和狭缝基板连接座之间通过狭缝旋转定位块连接，狭缝旋转定位块和狭缝通过高精度加工配合，所述的狭缝旋转定位块和狭缝之间，根据狭缝数量设有相应数量的球形定位机构，用于控制切换后狭缝精确定位。
所述相应数量的球形定位机构是指与“多目标”的数量相应，即针对不同目标源需要的不同分辨率的需求改变，一般指3种及3种以上分辨率模式。设有3种及3种以上的狭缝，及3种及3种以上的球形定位机构。
所述高精度加工配合是指选择常用于光学分度头主轴和轴承配合H6/g5间隙配合，该精密配合的具有较小间隙，适用于有一定相对运动同时又能保证零件同心度的紧密配合。
本发明所述的狭缝切换和转动系统，采用手动旋转调节，狭缝模式切换时，采用高精密轴承轴旋转配合；同时，狭缝旋转定位块和狭缝之间根据狭缝数量设计了相应数量的球形带预紧力定位机构，用于控制切换后狭缝精确定位；为保证调节狭缝使用的稳定性和高精度要求，采用高精密轴承配合，保证调节过程同轴度和旋转稳定性。
所述高精密轴承配合是指狭缝上下两端安装于轴承内环，狭缝连接板安装于轴承外环，狭缝旋转方式通过轴承滚珠实现，狭缝旋转圆跳动形位公差精度通过高精密轴承自身精度控制；在设计中选用高精密轴承实现狭缝高旋转精度。
换言之，本发明包括狭缝切换转动系统和高精密定位系统；狭缝切换转动系统包括狭缝旋转定位块、狭缝、狭缝定位杆、定位预紧弹簧和轴承组合机构组成；高精度定位系统包括狭缝基板连接座、狭缝连接座、缝旋转定位块和狭缝定位杆组成。
所述切换和转动方式是：采用轴承转动机构，为保证调节狭缝使用的稳定性和高精度要求，采用高精密轴承配合，保证调节过程同轴度和旋转稳定性，通过多个定位连接块V型面和球面配合获取高精度定位值，即获得最大定位精度。
在优化方案中，所述入射狭缝两端分别和狭缝基板连接座连接，为了保证狭缝工作在光纤焦点位置，上下两端的狭缝基板连接座V型面分别和狭缝连接座球面配合，并固定连接保证狭缝位置稳定；旋转定位块根据实际狭缝数量设计对应V型面数量，通过带预紧力球头配合，精确定位切换后狭缝位置，狭缝上下两端均设计对称有效保证切换精度，同时在旋转定位块上设计了球头滑动面，保证切换过程中运动稳定性。
所述狭缝两端分别通过V型面和球面配合。该结构保证狭缝工作位置精确定位。
狭缝为双曲线圆柱面，在光纤入射端的狭缝横切面上，狭缝入射端为狭缝，出射端设计为光阑，所述狭缝光阑设计有效压制杂散光，通过两次切光，使出射光瞳光束更加锐利。
狭缝切换采用手动调节，不会出现卡机等现象，该系统对狭缝具有较好的保护作用。
切换狭缝的上下两端通过带预紧力球头和V型面配合，通过给定的预紧力，保证切换后狭缝位置稳定性。
更具体和更详细地说，本发明的狭缝切换转动系统参照图1-1、图1-2、图1-3，狭缝切换转动系统原理结构图，为保证调节狭缝使用的稳定性和高精度要求，采用高精密轴承配合，保证调节过程同轴度和旋转稳定性；通过采用获得最大定位精度。
高精密定位和夹紧系统：定位和夹紧机构通过两对4个球头和V型面配合获取高精度定位值，即获得非常高的定位精度。为了保证切换后狭缝位置稳定性，在狭缝通过带预紧力紧紧将球头压在V型面中使狭缝和狭缝旋转定位块连接成整体，保证狭缝位置稳定。
根据本发明的设计，由于安装、拆卸和调试方便，不存在任何阻碍，使用定位和夹紧机构具有一定预紧力的定位环，同时，切换平稳且定位精度高。
本发明特色创造之一为：狭缝带光阑结构。传统狭缝仅起切光作用，以此来提高光谱仪分辨率，本发明狭缝为双曲线圆柱面，在光纤入射端的狭缝横切面上，狭缝入射端为狭缝，出射端设计为光阑，所述狭缝光阑设计有效压制杂散光。
本发明特色创造之二为：简单定位和夹紧机构。本发明中设计定位和夹紧机构通过两对4个球头和V型面配合获取高精度定位值，获得非常高的定位精度。为了保证切换后狭缝位置稳定性，通过带预紧力紧紧将球头压在V型面中使狭缝和狭缝旋转定位块连接成整体，保证狭缝位置稳定。
附图说明
图1-1、图1-2、图1-3分别为本发明的总体结构图；
图2为本发明的狭缝旋转定位块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明的实施例，以详细说明技术方案。
实施例1，一种用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置和方法，图1-1、图1-2、图1-3是本发明的总体结构图，为整体结构系统方案。光谱仪狭缝切换转动系统、高精密定位和夹紧系统有三个子系统组成。
狭缝有多种工作方式，对需要特定宽度狭缝，通过手动旋转将不同缝宽狭缝切入光路即可，当狭缝切入光路时，狭缝上下两端分别对应有狭缝定位杆7在弹簧9作用下压在V型面中使狭缝和狭缝旋转定位块连接成整体，固定狭缝位置。具体设施过程后续将详细说明。
总体结构图精确的描述了本发明狭缝切换转动原理，狭缝基板连接座1和狭缝连接板8通过转轴10连接，用于定位狭缝和光纤相对工作位置；狭缝5和狭缝连接板8通过狭缝旋转定位块连接6，旋转定位块和狭缝连接座之间设计了狭缝定位杆7、定位预紧弹簧9和V型面配合的定位机构，保证切换后狭缝位置固定，通过可以通过手动旋转完成狭缝切换，最后通过定位和预紧力机构完成设备定位和夹紧。
图2是狭缝高精密定位和夹紧原理图，狭缝切换旋转狭缝定位杆7球头沿狭缝旋转定位块运动槽滑动，当滑入V型槽内，通过狭缝5上下两端V型面和球头定位，确定狭缝位置，定位预紧弹簧9将狭缝定位杆7紧紧压在狭缝旋转定位杆6上，提高稳定性。
狭缝5上下均设计了同轴度极高的圆柱和旋转定位块连接保证狭缝5始终处于竖直状态，狭缝连接座8和狭缝旋转定位块通过高精密轴承配合，保证狭缝机构所有机械元件精密位置关系。
定位和夹紧机构通过狭缝定位连接块V型面和球面配合获取高精度定位值，获取最大定位精度。
狭缝基板上下安装了位置可调节的狭缝基板连接座，通过位置调节座来精密调节狭缝位置，使狭缝的位置在光纤焦点位置。
狭缝基板连接座1两侧加工有高同轴度两个精密孔，通过转轴10精密配合，提高狭缝5和光纤安装调节时精度。
狭缝为双曲线圆柱面，防止狭缝旋转切换时碰撞光纤表面，同时，狭缝入射端为狭缝，出射端设计为光阑，所述狭缝光阑设计有效压制杂散光。
狭缝、狭缝切换机构和光纤安装于狭缝基板上，狭缝基板有若干个螺纹孔，方便狭缝整体机构安装和拆卸。
狭缝切换采用手动调节，不会出现卡机等现象，该系统对狭缝具有较好的保护作用。
该高分辨光谱仪狭缝切换和夹紧机构材料表面全部发黑处理，降低杂散光对光谱仪或者相关检测设备的性能影响。
本发明不限于上述设施方式，凡是在本发明权利要求1技术方案基础上作简单变形，都在本发明意图保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置，由一个入射狭缝，一束光纤，一个狭缝切换系统和狭缝定位夹紧系统组成，其特征在于，所述入射狭缝、狭缝旋转切换机构和光纤安装于狭缝基板上，该狭缝基板通过带预紧钢带连接在支撑座上；光纤安装在狭缝基板上；狭缝基板连接座固定在狭缝基板上，固定在狭缝上端狭缝基板连接座的定位孔和旋转定位座的定位孔重合并通过高精度轴承配合，狭缝和狭缝基板连接座之间通过狭缝旋转定位块连接，狭缝旋转定位块和狭缝通过高精度加工配合，所述的狭缝旋转定位块和狭缝之间，根据狭缝数量设有相应数量的球形定位机构，用于控制切换后狭缝精确定位。
2.根据权利要求1所述的用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置，其特征在于，所述相应数量的球形定位机构是指：设有3种及3种以上的狭缝，及3种及3种以上的球形定位机构。
3.根据权利要求1所述的用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置，其特征在于，狭缝模式切换时，采用高精密轴承轴旋转配合；同时，狭缝旋转定位块和狭缝之间根据狭缝数量设有相应数量的球形带预紧力定位机构，用于控制切换后狭缝精确定位。
4.根据权利要求1所述的用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置，其特征在于，所述狭缝为双曲线圆柱面，防止狭缝旋转切换时碰撞光纤表面，同时，狭缝入射端为狭缝，出射端设计为光阑，所述狭缝光阑设计有效压制杂散光。
5.根据权利要求1所述的用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置和方法，其特征在于，所述狭缝切换采用手动调节。
6.根据权利要求1所述的用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置，其特征在于，所述狭缝上下均设有同轴度极高的圆柱和旋转定位块连接，以保证狭缝始终处于竖直状态，狭缝连接座和狭缝旋转定位块通过高精密轴承配合，以保证狭缝机构所有机械元件精密位置关系。
7.根据权利要求1所述的用于多目标光纤光谱仪多通道狭缝旋转式切换装置，其特征在于，本切换装置采用的切换和转动方式是：采用轴承转动机构，通过多个定位连接块V型面和球面配合获取高精度定位值，以获得最大定位精度。
8.根据权利要求1-7之一所述的用于多目标光纤光谱仪的多通道狭缝旋转式切换装置，其特征在于，所述入射狭缝两端分别和狭缝基板连接座连接，上下两端的狭缝基板连接座V型面分别和狭缝连接座球面配合，并固定连接保证狭缝位置稳定；旋转定位块根据实际狭缝数量设计对应V型面数量，通过带预紧力球头配合，精确定位切换后狭缝位置，狭缝上下两端均设计对称有效保证切换精度，同时在旋转定位块上设有球头滑动面，保证切换过程中运动稳定性。
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