CN112030128A - 一种用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具，解决现有Sagnac型干涉仪组件存在制作周期长、成本高以及使用时存在调制度降低的问题。该镀膜夹具包括干涉仪固定组件、镀膜窗口组件和上保护罩；干涉仪固定组件中，夹具法兰盘的端面设置有溅射孔；楔块相对的设置在溅射孔内，且其外侧面上设置有第一限位孔；抵紧块设置在夹具法兰盘的上端面，且其外侧面上设置有第二限位孔；调节支座均固定设置在夹具法兰盘上端面，调节螺杆一端伸入第一限位孔和第二限位孔内，另一端穿过设置在调节支座上的螺纹孔，与调节支座螺纹连接；镀膜窗口组件包括四个窗口刃片，四个窗口刃片依次首尾排布设置在溅射孔内；上保护罩设置在夹具法兰盘的上端面。
Description
技术领域
本发明属于光学镀膜领域，具体涉及一种用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具，用于实体Sagnac型横向剪切干涉仪组件两个半五角棱镜反射面镀膜时的固定。
背景技术
实体Sagnac型横向剪切干涉仪因具有高通量，能够实现大相对孔径、高灵敏度的干涉光谱探测，经常应用在空间调制型、时空联合调制型干涉光谱成像仪中，进而被广泛应用在航天、航空傅里叶变换型的遥感仪器中。
典型的Sagnac型干涉仪组件主要由干涉仪安装座、两个半五角棱镜玻璃件、上玻璃基板和下玻璃基板组成。两个半五角棱镜通过紫外光敏胶胶合为整体，并在上下表面分别粘接玻璃基板作为保护件，最后与干涉仪安装座通过环氧胶粘接，将其面形、剪切量、调制度指标测试合格后，集成在光谱成像仪中。
传统Sagnac型干涉仪组件的两个半五角棱镜反射面在胶合前已完成镀制内反射膜。镀膜合格后，进行测试、半五角棱镜胶合、测试、粘接玻璃基板、测试、干涉仪安装座粘接、测试工作等工序。此时，Sagnac型干涉仪的制作工序大于7道，制作周期大于1个月，若其中任何一道工序不合格，将造成零件报废，进而导致项目研制周期加长，成本增大。此外，Sagnac型干涉仪组件集成在光谱成像仪系统中后，存在因力学、热冲击、盐雾环境造成半五角棱镜反射面膜系脱落的情况，使得干涉仪调制度降低，进而导致光谱成像仪的传函下降，使用时需更换新的Sagnac型干涉仪组件。
发明内容
本发明的目的是解决现有Sagnac型干涉仪组件存在制作周期长、成本高以及使用时存在调制度降低的问题，提供一种用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现。
一种用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具，包括由金属制作的干涉仪固定组件、镀膜窗口组件和上保护罩；所述干涉仪固定组件用于固定Sagnac型干涉仪组件，包括夹具法兰盘、楔块、抵紧块、调节支座、调节螺杆和柔性板；所述夹具法兰盘的端面设置有溅射孔，用于溅射蒸发源；所述楔块为两组，沿Y方向相对的设置在溅射孔内，每组楔块的倾斜角与半五角棱镜的张角一致，且其外侧面上设置有第一限位孔；所述抵紧块沿X方向设置在夹具法兰盘的上端面，其外侧面上设置有第二限位孔；所述调节支座为三组，均固定设置在夹具法兰盘上端面，其中两组沿Y方向设置，且位于楔块的外侧，一组沿X方向设置，且位于抵紧块的外侧；所述调节螺杆为三组，其一端伸入第一限位孔和第二限位孔内，与抵紧块、楔块配合，另一端穿过设置在调节支座上的螺纹孔，与调节支座螺纹连接；所述柔性板的底端设置在夹具法兰盘上端面，顶端用于与干涉仪安装座连接；所述镀膜窗口组件用于控制Sagnac型干涉仪组件镀膜区域的大小及位置，包括四个窗口刃片，分别为第一窗口刃片、第二窗口刃片、第三窗口刃片和第四窗口刃片；四个窗口刃片依次首尾排布设置在溅射孔内，且刃口与夹具法兰盘的下端面呈一定夹角，使得镀膜区域在夹角范围内无遮挡；所述上保护罩设置在夹具法兰盘的上端面，用于包裹Sagnac型干涉仪组件，避免镀膜机内蒸发源溅射到干涉仪的其他表面。
进一步地，所述楔块与Sagnac型干涉仪组件相配合的楔形面上设置有安装凸台，避免划伤Sagnac型干涉仪组件的工作面。
进一步地，所述溅射孔为方形台阶孔，且方形台阶孔的四个拐角处均设置有应力释放孔，所述楔块设置在方形台阶孔的大端，四个窗口刃片设置在方形台阶孔的小端。
进一步地，四个窗口刃片的刃口与夹具法兰盘下端面的夹角大于等于45°。
进一步地，四个窗口刃片的刃口与夹具法兰盘下端面的夹角为45°。
进一步地，所述柔性板为柔性L弯板，包括侧板和基板，所述基板上设置有第一腰形孔，用于与夹具法兰盘通过螺钉进行无应力连接，所述侧板上设置有第二腰形孔，用于与干涉仪安装座通过螺钉进行无应力连接。
进一步地，还包括设置在夹具法兰盘下端面的下保护罩，所述下保护罩用于包裹干涉仪安装座，避免蒸发源溅射到干涉仪安装座造成额外的杂散光。
进一步地，所述调节螺杆的末端设置为球形凸起，用于与第一限位孔、第二限位孔相配合。
进一步地，四个窗口刃片与溅射孔通过止口配合，且通过螺钉与夹具法兰盘固定连接。
进一步地，所述夹具法兰盘的外周面上设置有法兰盘止口，用于与镀膜机的旋转盘配合固定。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：
1.本发明用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具允许Sagnac型干涉仪组件的半五角棱镜先进行胶合，测试合格后再镀制内反射膜，避免了因胶合失败造成的时间、材料的浪费，使得Sagnac型干涉仪组件的制作周期和制作成本大幅降低。此外，该夹具可以对因力学、热冲击、盐雾环境等造成脱膜的Sagnac型干涉仪组件重新镀膜，避免了干涉仪组件调制度降低的缺陷，亦使得Sagnac型干涉仪组件的制作周期和制作成本大幅降低。
2.本发明镀膜夹具固定Sagnac型干涉仪组件后，与两块半五角棱镜无接触，不会产生额外应力，避免了对干涉仪工作面的划伤。
3.本发明镀膜夹具可通过更换或微调四个窗口刃片控制Sagnac型干涉仪组件反射面的镀膜区域大小，同时通过调整夹具法兰盘的尺寸，可匹配不同型号的真空镀膜机，可对不同尺寸的Sagnac型干涉仪组件反射面进行镀膜。
附图说明
图1为Sagnac型干涉仪组件的结构示意图；
图2为本发明用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具的外形示意图；
图3为本发明用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具的剖视图；
图4为本发明镀膜夹具中干涉仪固定组件结构示意图；
图5为本发明干涉仪固定组件与Sagnac型干涉仪组件的安装示意图；
图6为本发明镀膜夹具中镀膜窗口组件的结构示意图；
图7为本发明镀膜夹具中窗口刃片的结构示意图；
图8为本发明镀膜夹具中柔性板的结构示意图；
图9为本发明镀膜夹具中抵紧块的结构示意图；
图10为本发明镀膜夹具中调节螺杆的安装示意图。
附图标记：1-干涉仪固定组件；2-Sagnac型干涉仪组件；3-上保护罩；4-镀膜窗口组件；5-下保护罩；11-夹具法兰盘；12-楔块；13-调节支座；14-调节螺杆；15-抵紧块；16-柔性板；21-干涉仪安装座；22-第一半五角棱镜；23-第二半五角棱镜；24-下玻璃基板；25-上玻璃基板；41-第一窗口刃片；42-第二窗口刃片；43-第三窗口刃片；44-第四窗口刃片；111-法兰盘止口；112-溅射孔，113-应力释放孔，121-安装凸台；122-第一限位孔；141-球形凸起；151-第二限位孔；161-第二腰形孔；162-第一腰形孔；221-半五角棱镜第一反射面；231-半五角棱镜第二反射面；241-下玻璃基板靠面；251-上玻璃基板靠面；411-窗口刃片贴合面。
具体实施方式
下面将结合实施例和附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明提供了一种用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具，解决了成形后Sagnac型干涉仪组件半五角棱镜反射面镀制内反射膜的问题。该夹具对真空镀膜机无污染，通过楔块、调节螺杆、柔性板对Sagnac干涉仪组件进行可靠固定和无应力装夹，通过更换或微调四个窗口刃片可控制被镀面的镀膜区域大小及位置，避免了半五角棱镜因胶合失败造成的时间、材料浪费，同时该夹具可对脱膜的干涉仪组件重新镀制内反射膜，避免了干涉仪调制度降低导致的报废。
如图1所示，Sagnac型干涉仪组件2作为被镀膜的产品，在半五角棱镜第一反射面221或者半五角棱镜第二反射面231镀膜前已胶合完毕，且已与结构件连接，采用镀膜夹具镀制两个反射面的膜系合格后，可直接集成在光谱成像仪系统中使用。Sagnac型干涉仪组件2主要由两个光学参数相同、外轮廓不完全一致的第一半五角棱镜22和第二半五角棱镜23通过紫外光敏胶胶合而成，两棱镜上、下表面通过环氧胶分别与上玻璃基板25、下玻璃基板24粘接，最后将下玻璃基板24与干涉仪安装座21通过环氧胶粘接为一体。干涉仪安装座21上设置有螺纹孔，用于与光谱成像仪系统连接，也用于与镀膜夹具连接。
如图2所示，本发明用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具包括干涉仪固定组件1、镀膜窗口组件4、上保护罩3和下保护罩5。干涉仪固定组件1用于对Sagnac型干涉仪组件2进行可靠的固定，镀膜窗口组件4用于控制Sagnac型干涉仪组件2镀膜区域的大小及位置。上保护罩3和下保护罩5在镀膜过程中，防止镀膜机的蒸发源溅射到非镀膜面，造成污染或者杂光。镀膜夹具全部由金属材料组成，如采用2A12铝合金等材料，避免在镀膜时对镀膜机造成污染并导致镀膜失败。该镀膜夹具固定Sagnac型干涉仪组件2后，被镀区域90°锥角范围内无遮挡，下保护罩5位于被镀区域90°锥角范围外，不会阻挡蒸发源溅射至镀膜区域。
如图3、图4和图5所示，干涉仪固定组件1包括1个夹具法兰盘11、2个楔块12、3个调节支座13、3个调节螺杆14、1个抵紧块15以及2个柔性板16，用于对Sagnac型干涉仪组件2进行可靠的固定，避免划伤半五角棱镜的同时，还可保证Sagnac型干涉仪组件2的无应力装夹，使得镀膜机运转过程中夹具和干涉仪本身不发生位移。夹具法兰盘11的端面中心处设置有溅射孔112，用于溅射蒸发源，溅射孔112为方形台阶孔，且方形台阶孔的四个拐角处均设置有应力释放孔113，夹具法兰盘11的外周面上设置有法兰盘止口111，夹具法兰盘11通过法兰盘止口111与镀膜机的旋转盘配合固定，法兰盘止口111尺寸可根据不同型号的镀膜机进行匹配，本发明实施例中，止口可为直径300mm，止口高度可为7mm。
本发明镀膜夹具中，楔块12为两组，沿Y方向相对的设置在溅射孔112的大端，每组楔块12的倾斜角与半五角棱镜的张角一致，均为112.5°。楔块12与干涉仪组件相配合的楔形面上设置有两处安装凸台121，同时其外侧面上设置有第一限位孔122。两处安装凸台121分别与Sagnac型干涉仪组件2中的下玻璃基板靠面241和上玻璃基板靠面251接触，与半五角棱镜的第一反射面或者第二反射面不接触，安装凸台121避免了楔块12与第一半五角棱镜22、第二半五角棱镜23直接接触，进而避免了划伤工作面的风险。此外，楔块12凸台的高度要求大于被镀反射面与玻璃基板的高度差，本发明实施例中，由于光学玻璃尺寸误差、胶合误差影响，被镀反射面与玻璃基板的高度差在-0.5mm至0.8mm范围内变动，因此安装凸台121高度设计为0.8mm，保证安装凸台121与反射面之间的间隙最小0.3mm，最大1.6mm。
如图3、图9所示，抵紧块15沿X方向设置在夹具法兰盘11上端面，其外侧面上设置有第二限位孔151，抵紧块15与干涉仪安装座21为面接触，避免了点接触造成局部应力过大，本发明实施例中，接触面积可为80mm2。
本发明调节支座13为三组，均通过螺钉固定设置在夹具法兰盘11上端面，其中两组沿Y方向设置，且位于楔块12的外侧，一组沿X方向设置，且位于抵紧块15的外侧；同时，调节螺杆14为三组，其一端伸入第一限位孔122和第二限位孔151内，与抵紧块15、楔块12配合，另一端穿过设置在调节支座13上的螺纹孔，与调节支座13螺纹连接。如图10所示，调节螺杆14的末端设置有球形凸起141，第一限位孔122具体为盲孔，其尺寸与调节螺杆14的球形凸起141相对应，固定Sagnac型干涉仪组件2后，调节螺杆14的球头前端伸入第一限位孔122，在镀膜过程中可防止镀膜机旋转盘转动时离心力导致楔块12发生位移或碰撞，同样，第二限位孔151与调节螺杆14的球形凸起141尺寸对应，当调节螺杆14的球头伸入第二限位孔151时，在镀膜过程中可防止镀膜机旋转盘转动时的离心力导致抵紧块15发生位移或碰撞，在本发明实施例中，调节螺杆14球头直径可为6mm，第二限位孔151和第一限位孔122的大小可为5.8mm。球形凸起141可以视为一系列不同直径的圆片叠加而成，能够对第一限位孔122和第二限位孔151的加工误差进行补偿，使之紧密配合。同时，接触区域为线接触，降低摩擦区域大小，避免调节螺杆14螺旋拧紧时，引起抵紧块15、楔块12的旋转。
如图8所示，柔性板16在X方向具备一定的柔性，便于与Sagnac型干涉仪组件2进行无应力连接，通过控制根部厚度t，可控制柔性的大小，t值一般不大于1mm，本发明具体实施例中，该柔性板16具体可为柔性L弯板，包括侧板和基板，根部厚度t为0.6mm。基板上设置有第一腰形孔162，与夹具法兰盘11通过螺钉进行无应力连接，侧板上设置有第二腰形孔161，与干涉仪安装座21通过螺钉进行无应力连接，可避免实体Sagnac干涉仪组件在固定时带来额外应力。
如图6、图7所示，镀膜窗口组件4由四个窗口刃片组成，分别为第一窗口刃片41、第二窗口刃片42、第三窗口刃片43、第四窗口刃片44。四个窗口刃片均与溅射孔112通过止口配合，且依次首尾排布在方形台阶孔的小端，最后通过螺钉与夹具法兰盘11连接，与被镀面间隙不超过0.1mm，刃口高度均为0.2mm，刃口与安装面成一定的夹角，该夹角需大于等于45°，本发明实施例中设定为45°，该夹角避免真空镀膜时，蒸发源溅射至半五角棱镜第一反射面221或半五角棱镜第二反射面231时，因蒸发源溅射时受阻而导致镀膜区域边缘不均匀而造成膜系后期脱落。半五角棱镜的反射面不可能全口径进行镀膜，在四个方向根据实际情况需要进行一定程度的遮挡，通过控制四个窗口刃片的刃口与安装孔中心距L，可控制半五角棱镜第一反射面221或半五角棱镜第二反射面231四个方向的遮挡范围，从而控制镀膜区域大小及位置，遮挡范围一般为0.2mm至3mm。镀膜区域的大小还可通过四个窗口刃片的螺钉过孔进行0.5mm范围内的微调。窗口刃片贴合面411与被镀的反射面之间的间隙不超过0.1mm，本发明实施例中，间隙为0.02mm，贴合面的平面度优于0.01mm，通过研磨控制其粗糙度优于0.8。
如图2所示，装配完成的Sagnac型干涉仪组件2镀膜夹具包含上保护罩3和下保护罩5。上保护罩3与夹具法兰盘11通过螺钉连接，用于包裹Sagnac型干涉仪组件2，避免镀膜机内蒸发源溅射到干涉仪的其他表面，导致干涉仪报废。若干涉仪安装座21在安装时需穿过夹具法兰盘11，则将露出夹具法兰盘11部分通过下保护罩5进行保护，下保护罩5与夹具法兰盘11通过螺钉连接，避免蒸发源溅射到干涉仪安装座21，造成额外的杂散光。Sagnac型干涉仪组件2安装到镀膜夹具后，只有被镀反射面裸露在外。
本发明用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具的具体使用方法如下：
1)用酒精、丙酮、乙醚清洗Sagnac型干涉仪组件2以及镀膜夹具；
2)将夹具法兰盘11水平放置，法兰盘止口111垂直向下；
3)将第一个楔块12从-Y侧放入夹具法兰盘11，并靠紧夹具法兰盘11的-Y侧和+X侧；
4)将Sagnac型干涉仪组件2被镀面(半五角棱镜第一反射面221)垂直向下落入夹具法兰盘11，上玻璃基板25在X侧靠紧夹具法兰盘11，上玻璃基板25和下玻璃基板24在-Y侧靠紧楔块12的楔块12凸台；此时，干涉仪安装座21穿过夹具法兰盘11；
5)在+Y侧放入第二个楔块12并靠紧Sagnac型干涉仪组件2；
6)在-Y侧和+Y侧均安装调节支座13、调节螺杆14，先拧紧+Y侧调节螺杆14后，再拧紧-Y侧调节螺杆14，固定Sagnac型干涉仪组件2在Y方向的位置；
7)在-X侧安装调节支座13、调节螺杆14，拧紧-X侧调节螺杆14并通过抵紧块15贴合干涉仪安装座21，固定Sagnac型干涉仪组件2在X方向的位置；
8)安装2个柔性板16，通过-第二腰形孔162与干涉仪安装座21的螺纹孔连接，通过第一腰形孔162与夹具法兰盘11连接；
9)安装上保护罩3，将上保护罩3与夹具法兰盘11用螺钉连接，之后翻转180度，将上保护罩3置于工作台上；
10)依次安装并微调第一窗口刃片41、第二窗口刃片42、第三窗口刃片43、、第四窗口刃片44的位置，保证被镀反射面合适的遮挡范围；四个窗口刃片均通过2个螺钉与夹具法兰盘11连接；
11)安装下保护罩5，将下保护罩5与夹具法兰盘11用螺钉连接；
12)将上述组装好的Sagnac型干涉仪组件2镀膜夹具装入真空镀膜机的旋转盘上，准备开始镀膜；
13)半五角棱镜第一反射面221镀膜完成后，松开夹具，按上述步骤重新组装后镀制半五角棱镜第二反射面231膜系，被镀面的镀膜无先后顺序，可以先镀制半五角棱镜第二反射面231膜系，后镀制半五角棱镜第一反射面221膜系。
Claims (10)
1.一种用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具，其特征在于：包括由金属制作的干涉仪固定组件(1)、镀膜窗口组件(4)和上保护罩(3)；
所述干涉仪固定组件(1)用于固定Sagnac型干涉仪组件(2)，包括夹具法兰盘(11)、楔块(12)、抵紧块(15)、调节支座(13)、调节螺杆(14)和柔性板(16)；
所述夹具法兰盘(11)的端面设置有溅射孔(112)，用于溅射蒸发源；
所述楔块(12)为两组，沿Y方向相对的设置在溅射孔(112)内，每组楔块(12)的倾斜角与半五角棱镜的张角一致，且其外侧面上设置有第一限位孔(122)；
所述抵紧块(15)沿X方向设置在夹具法兰盘(11)的上端面，其外侧面上设置有第二限位孔(151)；
所述调节支座(13)为三组，均固定设置在夹具法兰盘(11)上端面，其中两组沿Y方向设置，且位于楔块(12)的外侧，一组沿X方向设置，且位于抵紧块(15)的外侧；
所述调节螺杆(14)为三组，其一端伸入第一限位孔(122)和第二限位孔(151)内，与抵紧块(15)、楔块(12)配合，另一端穿过设置在调节支座(13)上的螺纹孔，与调节支座(13)螺纹连接；
所述柔性板(16)的底端设置在夹具法兰盘(11)上端面，顶端用于与干涉仪安装座(21)连接；
所述镀膜窗口组件(4)用于控制Sagnac型干涉仪组件(2)镀膜区域的大小及位置，包括四个窗口刃片，分别为第一窗口刃片(41)、第二窗口刃片(42)、第三窗口刃片(43)和第四窗口刃片(44)；四个窗口刃片依次首尾排布设置在溅射孔(112)内，且刃口与夹具法兰盘(11)的下端面呈一定夹角，使得镀膜区域在夹角范围内无遮挡；
所述上保护罩(3)设置在夹具法兰盘(11)的上端面，用于包裹Sagnac型干涉仪组件(2)，避免镀膜机内蒸发源溅射到干涉仪的其他表面。
2.根据权利要求1所述的用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具，其特征在于：所述楔块(12)与Sagnac型干涉仪组件(2)相配合的楔形面上设置有安装凸台(121)，避免划伤Sagnac型干涉仪组件(2)的工作面。
3.根据权利要求2所述的用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具，其特征在于：所述溅射孔(112)为方形台阶孔，且方形台阶孔的四个拐角处均设置有应力释放孔(113)，所述楔块(12)设置在方形台阶孔的大端，四个窗口刃片设置在方形台阶孔的小端。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具，其特征在于：四个窗口刃片的刃口与夹具法兰盘(11)下端面的夹角大于等于45°。
5.根据权利要求4所述的用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具，其特征在于：四个窗口刃片的刃口与夹具法兰盘(11)下端面的夹角为45°。
6.根据权利要求5所述的用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具，其特征在于：所述柔性板(16)为柔性L弯板，包括侧板和基板，所述基板上设置有第一腰形孔(162)，用于与夹具法兰盘(11)通过螺钉进行无应力连接，所述侧板上设置有第二腰形孔(161)，用于与干涉仪安装座(21)通过螺钉进行无应力连接。
7.根据权利要求6所述的用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具，其特征在于：还包括设置在夹具法兰盘(11)下端面的下保护罩(5)，所述下保护罩(5)用于包裹干涉仪安装座(21)，避免蒸发源溅射到干涉仪安装座(21)造成额外的杂散光。
8.根据权利要求7所述的用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具，其特征在于：所述调节螺杆(14)的末端设置为球形凸起(141)，用于与第一限位孔(122)、第二限位孔(151)相配合。
9.根据权利要求8所述的用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具，其特征在于：四个窗口刃片与溅射孔(112)通过止口配合，且通过螺钉与夹具法兰盘(11)固定连接。
10.根据权利要求9所述的用于Sagnac型干涉仪组件的镀膜夹具，其特征在于：所述夹具法兰盘(11)的外周面上设置有法兰盘止口(111)，用于与镀膜机的旋转盘配合固定。
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