CN108481183B - 用于机载高光谱分辨率光谱仪的多直狭缝组件加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于机载高光谱分辨率光谱仪的多直狭缝组件加工方法，提供两个带单刃的第一刃体和若干带双刃的第二刃体，所述第一刃体分居两侧，所述第二刃体并排设于两所述第一刃体之间，最终拼接成并列的多狭缝组件，所述第二刃体的加工包括如下步骤：对第二刃体的底面进行精研并逐级抛光，以第二刃体的底面为基准，精研所述第二刃体的刃口端面；将所述第二刃体进行检测；将检测合格的所述第二刃体安装在斜面研磨工装上，对所述第二刃体的两个斜面进行精研和抛光，使第二刃体的刃口端面厚度控制在0.03mm～0.04mm之间；对所述第二刃体进行最终复检，按照以上加工方法，完成每个第二刃体的加工；在工具显微镜下将第一刃体、第二刃体进行拼接出整个多狭缝组件。
Description
技术领域
本发明涉及光谱仪技术领域，特别涉及一种用于机载高光谱分辨率光谱仪的多直狭缝组件加工方法。
背景技术
机载高光谱分辨率光谱仪通过光纤图像分割器，对大视场进行分割，然后分别将子视场导入到光谱仪的多狭缝中，通过阵列布置的多狭缝组件后，成像在面阵探测器上，进而实现超大视场高光谱成像探测。这种采用多狭缝视场拼接的技术，扩展了面阵探测器的空间尺寸，降低了大视场数据获取对探测器的需求。而这种视场拼接技术的核心就是多狭缝的制备。
目前，对于多直狭缝的加工，比较成熟的技术主要是MEMS加工技术、电火花线切割加工技术及激光切割技术。MEMS加工技术采用刻蚀原理，自动化程度较高，相比于传统机械加工方法，该技术手段更灵活，同时也能够刻划出较高精度的狭缝，易于批量化制作，加工出的多狭缝一致性好；电火花线切割加工技术一般是采用慢走丝加工方法，工具电极通常采用的是钼丝，可以加工出形状复杂的半封闭狭缝，对封闭式狭缝的加工则需要在零件上预加工穿丝孔；激光切割技术是使用可控制的高能量激光束来切割狭缝，属于非接触加工，不需要借助刀具，不受零件材料硬度的限制，而且在金属和非金属材料上，都可以加工出形状复杂的狭缝。
MEMS加工技术对加工基体的材料要求比较严格，一般选用硅片作为刻蚀基体。当光谱仪应用在可见光波段时，采用MEMS加工技术刻划出的硅片狭缝，就会存在硅片透光的弊端，给系统带来杂光，降低光谱仪的信噪比。
电火花线切割加工技术加工封闭狭缝时，需要在工件上预加工穿丝孔，如果穿丝孔会影响零件的使用功能，那就不能应用线切割加工。此外，由于光谱仪中的狭缝宽度很小，当狭缝宽度小于电极丝时，也不能用线切割加工，而且当电极丝过细时，电极丝预紧和加工时很容易断丝，重新穿丝后继续加工很难保证狭缝的高精度要求。
激光加工技术既可以加工金属材料，也可以加工非金属材料，但是需要将待加工部位预加工到很薄的厚度，否则激光产生的热能不足以将其烧蚀。而对于尺寸较小的狭缝刃体来说，局部位置做薄后再用激光加工很容易使狭缝刃口处产生变形，进而不能保证狭缝的精度。
在机载高光谱分辨率光谱仪中，选取谱段为可见光和近红外波段的光，因此不能选用MEMS加工技术。而且，狭缝缝宽要求为19.5μm，受电极丝直径的限制，不能用线切割加工方法直接加工该狭缝。而且光学系统要求狭缝每个刃口的直线度必须控制在1μm左右，不得有过大的豁口。考虑到激光加工会使狭缝刃体产生变形，很难保证1μm的加工精度。
针对以上方案的缺点，本发明采用机械研磨的方式加工出多狭缝的每个刃体，然后再用每个独立的刃体拼接出五条并列的直狭缝。每个狭缝之间的中心距为2.6mm，缝宽为19.5μm，每个狭缝的长度为14mm。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种用于机载高光谱分辨率光谱仪的多直狭缝组件加工方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：提供一种用于机载高光谱分辨率光谱仪的多直狭缝组件加工方法，提供两个带单刃的第一刃体和若干带双刃的第二刃体，所述第一刃体分居两侧，所述第二刃体并排设于两所述第一刃体之间，最终拼接成并列的多狭缝组件，所述第二刃体的加工包括如下步骤：
(1)对第二刃体的底面进行精研并逐级抛光，然后以所述第二刃体的底面为基准，精研所述第二刃体的刃口端面；
(2)将所述第二刃体进行检测；
(3)将检测合格的所述第二刃体安装在斜面研磨工装上，对所述第二刃体的两个斜面进行精研和抛光，使所述第二刃体的刃口端面厚度控制在0.03mm～0.04mm之间；
(4)完成以上工序后，对所述第二刃体进行最终复检，按照以上这种加工方法，完成每个所述第二刃体的加工；
(5)在工具显微镜下将所述第一刃体、第二刃体进行拼接出整个多狭缝组件。
步骤(2)中，所述将所述第二刃体进行检测，包括：将所述第二刃体的基准面平放在工具显微镜的检测平台上，通过背打光的方式，对所述第二刃体进行检测，使所述第二刃体需要满足以下条件：两端刃口端面的间距为2.58mm±0.001mm，两端刃口端面的直线度为1μm-2μm，并且它们之间的平行度为2μm。
所述第一刃体及第二刃体均选用4Cr13材料，所述第二刃体的刃口宽度小于3mm，且所述第二刃体的长宽比小于6：1。
所述第一刃体和第二刃体均通过热处理，使得材料硬度不小于HRC50。所述第二刃体需要满足两端刃口端面的间距为2.58mm±0.001mm，两端刃口端面的直线度为1μm，并且它们之间的平行度为2μm。
本发明的有益效果在于：本发明采用的是精密研磨技术，选取尺寸稳定性好的4Cr13作为第一刃体和第二刃体的材料，可以提高狭缝组件的稳定性；通过热处理来提高材料的硬度，可以降低研磨的加工量，提高研磨加工的精度；通过与其他近似加工手段进行比较，本发明的加工技术加工出的多狭缝组件，可以更好的满足设计指标的要求；这种通过机械加工方法加工出的多狭缝组件，不存在透过率的问题，可以广泛应用到全谱段的光谱仪中；通过本发明提出的加工技术，理论上可以加工出具有更多狭缝的多狭缝组件，这样做的好处就是可以大大的提高了光谱仪对探测器的利用率在探测器尺寸受限制的情况下，研制出功能更加强大的光谱仪。
附图说明
图1所示为多直狭缝组件的装配示意图。
图2为第一刃体的结构示意图。
图3为第二刃体的结构示意图。
图4为第二刃体的截面视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
本发明实施例提供一种用于机载高光谱分辨率光谱仪的多直狭缝组件加工方法，如图1-3所示的实施例中，提供两个带单刃的第一刃体1和四个带双刃的第二刃体2，所述第一刃体1分居两侧，所述第二刃体2并排设于两所述第一刃体1之间，最终拼接成并列的五狭缝组件，所述第二刃体2的加工包括如下步骤：
(1)如图4所示，对第二刃体2的底面21进行精研并逐级抛光，然后以所述第二刃体2的底面21为基准，精研所述第二刃体2的刃口端面22；
(2)将所述第二刃体进行检测；
(3)将检测合格的所述第二刃体安装在斜面研磨工装上，对所述第二刃体的两个斜面进行精研和抛光，使所述第二刃体的刃口端面厚度控制在0.03mm～0.04mm之间；
(4)完成以上工序后，对所述第二刃体进行最终复检，按照以上这种加工方法，完成每个所述第二刃体的加工；
(5)在工具显微镜下将所述第一刃体、第二刃体进行拼接出整个五狭缝组件，即将所述第一刃体置于两侧，而将四条所述第二刃体置于两所述第一刃体之间，然后通过工具显微镜进行拼接。
步骤(2)中，所述将所述第二刃体进行检测，包括：将所述第二刃体的基准面平放在工具显微镜的检测平台上，通过背打光的方式，对所述第二刃体进行检测，使所述第二刃体需要满足以下条件：两端刃口端面的间距为2.58mm±0.001mm，两端刃口端面的直线度为1μm-2μm，并且它们之间的平行度为2μm。
所述第一刃体及第二刃体均选用4Cr13材料，所述第二刃体的刃口端面宽度小于3mm，且所述第二刃体的长宽比小于6：1。
所述第一刃体和第二刃体均通过热处理，使得材料硬度不小于HRC50。
所述第二刃体需要满足两端刃口端面的间距为2.58mm±0.001mm，两端刃口端面的直线度为1μm，并且它们之间的平行度为2μm。
本发明的关键点如下：
1、所述第一刃体和第二刃体选用4Cr13材料，第二刃体具有双侧刃口，两侧刃口宽度小于3mm，狭缝体长宽比小于6：1；
2、材料热处理硬度不小于HRC50；
3、第二刃体的刃口处的刃厚度不得大于0.04mm；
4、机械精加工后，所述第二刃体需要满足两端刃口端面的间距为2.58mm±0.001mm，两端刃口端面的直线度为1μm，并且它们之间的平行度为2μm。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种用于机载高光谱分辨率光谱仪的多直狭缝组件加工方法，提供两个带单刃的第一刃体和若干带双刃的第二刃体，所述第一刃体分居两侧，所述第二刃体并排设于两所述第一刃体之间，最终拼接成并列的多狭缝组件，其特征在于，所述第二刃体的加工包括如下步骤：
(1)对第二刃体的底面进行精研并逐级抛光，然后以所述第二刃体的底面为基准，精研所述第二刃体的刃口端面；
(2)将所述第二刃体进行检测；
(3)将检测合格的所述第二刃体安装在斜面研磨工装上，对所述第二刃体的两个斜面进行精研和抛光，使所述第二刃体的刃口端面厚度控制在0.03mm～0.04mm之间；
(4)完成以上工序后，对所述第二刃体进行最终复检，按照以上加工方法，完成每个所述第二刃体的加工；
(5)在工具显微镜下将所述第一刃体、第二刃体进行拼接出整个多狭缝组件。
2.如权利要求1所述的用于机载高光谱分辨率光谱仪的多直狭缝组件加工方法，其特征在于：步骤(2)中，将所述第二刃体进行检测，包括：将所述第二刃体的基准面平放在工具显微镜的检测平台上，通过背打光的方式，对所述第二刃体进行检测，使所述第二刃体需要满足以下条件：两端刃口端面的间距为2.58mm±0.001mm，两端刃口端面的直线度为1μm-2μm，并且它们之间的平行度为2μm。
3.如权利要求1所述的用于机载高光谱分辨率光谱仪的多直狭缝组件加工方法，其特征在于：所述第一刃体及第二刃体均选用4Cr13材料，所述第二刃体的刃口端面的间距小于3mm，且所述第二刃体的长宽比小于6：1。
4.如权利要求1所述的用于机载高光谱分辨率光谱仪的多直狭缝组件加工方法，其特征在于：所述第一刃体和第二刃体均通过热处理，使得材料硬度不小于HRC50。
5.如权利要求3所述的用于机载高光谱分辨率光谱仪的多直狭缝组件加工方法，其特征在于：所述第二刃体需要满足两端刃口端面的间距为2.58mm±0.001mm，两端刃口端面的直线度为1μm，并且它们之间的平行度为2μm。
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