CN112246561B - 一种超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置 - Google Patents
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Abstract
一种超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置，涉及光学设计制造领域，包括用于安装反射镜的固紧座、安装在固紧座上的多个径向调整机构和安装在固紧座上的多个固胶块；通过径向调整机构调整反射镜在固紧座中的径向位置；通过固胶块调整反射镜在固紧座中的周向位置。通过径向调整机构固紧反射镜的径向位置，能有效解决反射镜在加工过程中受到的重力影响所产生的下沉情况，提高镜面轴线与固紧座轴线之间的同轴度，同轴度应控制在0.1μm以内，提高了镜面面形加工精度。通过固胶块实现两次注胶能够增加反射镜与固紧座之间的有效胶接面积，提高反射镜与固紧座之间的粘结力，起到稳定固紧作用，实现反射镜在加工过程中的径向固定和周向固定。
Description
技术领域
本发明涉及光学设计制造技术领域，具体涉及一种超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置。
背景技术
X射线天文观测对深空探测、空间天气预报预测、星际空间飞行的高精度自动导航等领域的研究有着重要的意义。X射线具有波长短、穿透性强的特点，要求X射线探测器接收的X射线以小角度掠入射到光学表面上，获得较大反射率。应用广泛的掠入射光学系统主要有K-B型、Wolter型和龙虾眼型等三种结构。K-B型系统的结构较为简单，适合于中等分辨率成像和较弱光源的光谱观测，尚未作为卫星载荷进行空间观测，加工简单。Wolter型系统、龙虾眼型系统和为适应不同的X射线探测需求而改进的系统，均由非球面(双曲面、抛物面等)镜面组成。
当X射线入射到实际光学镜面上时，与波长尺寸相当的表面粗糙度会引起反射率的损失，为提高镜面反射率，要求表面粗糙度均方根值比工作波长小1-2个数量级，镜面面形误差≤0.35μm，镜面表面粗糙度≤0.01μm。高分辨率光学系统因要求超高精度，因而在加工和装调方面难度较大。在加工光学镜片的过程中，光学镜片与固紧座铝合金内腔壁之间是需要有间隙的配合，配合间隙不能过小，间隙过小会产生镜片变形、爆裂、裂纹、啃刀等不利于超精密加工的现象，单边距约为0.2mm，直径约为0.4mm。光学镜片在受热后应力释放，而在使用光学胶进行固紧时，会产生镜片与固紧座之间的粘结力不足的现象，导致镜片下沉，影响镜面精度。
发明内容
为了解决在加工X射线掠入射反射镜镜面的过程中存在的镜片与固紧座之间的间隙过小导致的镜片变形、爆裂、裂纹、啃刀等现象以及镜片与固紧座之间的粘结力不足所导致的镜片下沉、镜面精度降低的问题，本发明提供一种超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置，主要适用于X射线掠入射反射镜镜面的加工。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置，包括：用于安装反射镜的固紧座、安装在固紧座上的多个径向调整机构和安装在固紧座上的多个固胶块；通过径向调整机构调整反射镜在固紧座中的径向位置；通过固胶块调整反射镜在固紧座中的周向位置。
进一步的，所述固紧座包括：空心圆柱体和固定在空心圆柱体下端的环形底盘；
所述空心圆柱体上端均布有多个径向调整孔，用于径向调整和二次注胶固紧；
所述空心圆柱体下端均布有多个固胶孔，用于一次注胶固紧。
所述径向调整孔与固胶孔一一对应；
每个径向调整孔两侧分别设有径向调整机构连接孔，用于实现径向调整机构与固紧座的固连；
所述径向调整孔、固胶孔与径向调整机构的数量相同，均为6N个，N为正整数。
进一步的，所述径向调整孔、固胶孔和径向调整机构的数量均为6个，6个径向调整孔以空心圆柱体的中心为圆心60°均布，6个固胶孔以空心圆柱体的中心为圆心60°均布；6个径向调整孔与6个固胶孔一一对应设置。
进一步的，所述环形底盘上设有多个均布的螺栓孔，用于与机床卡盘连接。
进一步的，所述径向调整孔与固胶孔均沿空心圆柱体轴线方向设置。
进一步的，所述径向调整孔与固胶孔为结构尺寸均相同的长条形孔，每个长条形孔的四个角均设置成弧形。
进一步的，所述径向调整机构包括：
固定在固紧座上的径向调整块；
设置在径向调整块中心的螺纹孔；
旋入径向调整块中心螺纹孔中的调整螺钉；
与调整螺钉下端端面接触的铝合金压块；
胶接在铝合金压块下表面的聚四氟乙烯压块，所述聚四氟乙烯压块与反射镜凸面接触；
通过调节调整螺钉的螺旋位移来微调聚四氟乙烯压块与反射镜凸面之间的距离，实现微调反射镜在固紧座中的径向位置。
进一步的，所述径向调整机构两端分别设有凸台，所述凸台上设有螺纹孔，该螺纹孔与径向调整机构连接孔相互配合，实现径向调整块与固紧座的固连。
进一步的，所述固胶块的本体上设有两个注胶孔；所述固胶块的本体上表面左右两端分别设有储胶槽；所述固胶块的本体上表面上下两端分别设有两个固胶块侧壁槽；所述固胶块的本体下表面设有注胶槽。
进一步的，通过两个注胶孔将光学胶注入注胶槽，使固胶块下表面与反射镜凸面胶接在一起，所述储胶槽中的光学胶流动到固胶块侧壁槽中使固胶块上下外侧壁与固胶孔侧壁胶接在一起，使反射镜固定在固紧座中的周向位置。
本发明的有益效果是：
1、本发明中设计的径向调整机构，通过径向调整机构固紧反射镜的径向相对位置，能够有效解决反射镜在加工过程中受到的重力影响所产生的下沉情况，提高镜面轴线与固紧座轴线之间的同轴度，同轴度应控制在0.1μm以内，解决了光学超精密加工过程中因加工装夹误差而产生的镜面面形误差，提高了镜面面形加工精度。
2、本发明中设计的固胶块，能够扩大光学胶与反射镜之间的接触面积，起到稳定固紧的作用。
3、本发明中，通过设计的固胶块完成两次注胶，能够增加反射镜与固紧座之间的有效胶接面积，提高反射镜与固紧座之间的粘结力，实现反射镜在加工过程中的径向固定和周向固定。
附图说明
图1为本发明的一种超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置的结构示意图。
图2为固紧座的结构示意图。
图3为径向调整机构的结构示意图。
图4为固胶块的结构示意图。
图5为固胶块的结构示意图。
图中：
1、固紧座；
1.1、径向调整孔，1.2、径向调整机构连接孔，1.3、固胶孔，1.4、环形底盘，1.5、空心圆柱体，1.6、螺栓孔；
2、径向调整机构；
2.1、调整螺钉，2.2、径向调整块，2.3、铝合金压块，2.4、聚四氟乙烯压块，2.5、凸台；
3、固胶块；
3.1、注胶槽，3.2、注胶孔，3.3、储胶槽，3.4、固胶块侧壁槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1至图4所示，本发明的一种超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置，主要包括：固紧座1、多个径向调整机构2和多个固胶块3；多个径向调整机构2和多个固胶块3均安装在固紧座1上，反射镜安装在固紧座1中，其中，径向调整机构2用于调整反射镜在固紧座1中的径向位置，固胶块3用于调整反射镜在固紧座1中的周向位置。
如图2所示，固紧座1主要包括环形底盘1.4和空心圆柱体1.5，环形底盘1.4固定在空心圆柱体1.5下端，环形底盘1.4内壁与空心圆柱体1.5下端外壁固连。环形底盘1.4和空心圆柱体1.5采用机械一体化加工成型。
其中，环形底盘1.4上设置有多个均匀分布的螺栓孔1.6，用于与机床卡盘连接。
其中，空心圆柱体1.5上设置有多个径向调整孔1.1、多个径向调整机构连接孔1.2和多个固胶孔1.3。
其中，径向调整孔1.1用于径向调整和二次注胶固紧；径向调整机构连接孔1.2用于实现径向调整机构2与固紧座1之间的固连；固胶孔1.3用于一次注胶固紧。
其中，多个径向调整孔1.1均匀分布在空心圆柱体1.5上端，多个固胶孔1.3均匀分布在空心圆柱体1.5下端，径向调整孔1.1与固胶孔1.3一一对应设置，径向调整孔1.1与固胶孔1.3均沿着空心圆柱体1.5轴线方向设置。
其中，径向调整孔1.1与固胶孔1.3为结构和尺寸均相同的长条形孔，且每个长条形孔的四个角均设置成弧形。
其中，每个径向调整孔1.1两侧各设置有2个径向调整机构连接孔1.2。
其中，径向调整孔1.1、固胶孔1.3和径向调整机构2的数量相同，均为6N个，N为正整数。
在本实施方式中，径向调整孔1.1、固胶孔1.3和径向调整机构2的数量均为6个，这6个径向调整孔1.1以空心圆柱体1.5的中心为圆心60°均匀分布，这6个固胶孔1.3以空心圆柱体1.5的中心为圆心60°均匀分布；这6个径向调整孔1.1与6个固胶孔1.3一一对应设置。
如图3所示，径向调整机构2主要包括调整螺钉2.1、径向调整块2.2、铝合金压块2.3和聚四氟乙烯压块2.4。
径向调整块2.2两端分别设置有凸台2.5，每个凸台2.5上均设置有两个螺纹孔，螺纹孔与固紧座1上的径向调整机构连接孔1.2相互配合，用于实现径向调整块2.2与固紧座1的连接。径向调整块2.2通过4个螺钉固定在固紧座1上，螺钉依次穿过凸台2.5的螺纹孔和固紧座1的径向调整机构连接孔1.2。
聚四氟乙烯压块2.4胶接在铝合金压块2.3下表面，铝合金压块2.3和聚四氟乙烯压块2.4胶接后组成压块组。径向调整块2.2中心设置有螺纹孔，调整螺钉2.1旋入径向调整块2.2的中心螺纹孔中，两者螺纹配合。调整螺钉2.1下端端部与压块组中的铝合金压块2.3上表面接触。聚四氟乙烯压块2.4与反射镜的凸面接触，通过调节调整螺钉2.1的螺旋位移来微调压块组与反射镜凸面之间的距离，从而微调反射镜在固紧座1中的径向位置。
如图4和图5所示，在固胶块3本体上开设有两个注胶孔3.2，在固胶块3本体上表面左右两端分别设置有一储胶槽3.3，在固胶块3本体上表面上下两端分别设置有两个固胶块侧壁槽3.4，即左侧的注胶孔3.2对应左端的储胶槽3.3，右侧的注胶孔3.2对应右端的储胶槽3.3，同时，左侧的注胶孔3.2上端对应第一个固胶块侧壁槽3.4，左侧的注胶孔3.2下端对应第二个固胶块侧壁槽3.4；右侧的注胶孔3.2上端对应第三个固胶块侧壁槽3.4，右侧的注胶孔3.2下端对应第四个固胶块侧壁槽3.4。
如图5所示，在固胶块3本体下表面上设置有注胶槽3.1。
其中，光学胶通过两个注胶孔3.2进入注胶槽3.1，使固胶块3下表面与反射镜凸面胶接在一起，储胶槽3.3中的光学胶流动到固胶块侧壁槽3.4中使固胶块3上下外侧壁与固紧座1的固胶孔1.3侧壁胶接在一起，使反射镜固定在固紧座1中的周向位置。
本发明的一种超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置，其具体装夹过程如下：
1、固紧座1的环形底盘1.4通过螺栓组与机床卡盘连接，待加工的反射镜装入固紧座1；
2、在固紧座1的径向调整孔1.1中装入径向调整机构2，通过调整螺钉2.1调整反射镜在固紧座1中的间隙和镜面轴线与固紧座1轴线之间的同轴度，同轴度应控制在0.1μm以内；
3、在固胶孔1.3中依次装入固胶块3，通过固胶块3上的两个注胶孔3.2向反射镜和固紧座1腔壁之间的间隙内一次注入光学胶，注满间隙，并充满注胶槽3.1、储胶槽3.3和固胶块侧壁槽3.4；通过两个注胶孔3.2一次注入光学胶，使固胶孔1.3中的固胶块3下表面与反射镜凸面胶接在一起，储胶槽3.3中的光学胶流入固胶块侧壁槽3.4使固胶块3上下外侧壁与固紧座1的固胶孔1.3侧壁胶接在一起，完成反射镜在超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置中的径向和周向位置的调整；
4、完成一次注胶后，拆下固紧座1的径向调整孔1.1中的径向调整机构2，在径向调整孔1.1中依次放入固胶块3，通过固胶块3上的两个注胶孔3.2向反射镜和固紧座1腔壁之间的间隙内一次注入光学胶，注满间隙，并充满注胶槽3.1、储胶槽3.3和固胶块侧壁槽3.4；通过两个注胶孔3.2二次注入光学胶，使径向调整孔1.1中的固胶块3下表面与反射镜凸面胶接在一起，储胶槽3.3中的光学胶流入固胶块侧壁槽3.4使径向调整孔1.1中固胶块3上下外侧壁与固紧座1的固胶孔1.3侧壁胶接在一起，从而实现反射镜在加工过程中的径向定位和周向定位。
采用本发明的超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置装夹加工出的反射镜镜面面形误差≤0.35μm，镜面表面粗糙度≤0.01μm。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置，其特征在于，包括：用于安装反射镜的固紧座(1)、安装在固紧座(1)上的多个径向调整机构(2)和安装在固紧座(1)上的多个固胶块(3)；通过径向调整机构(2)调整反射镜在固紧座(1)中的径向位置；通过固胶块(3)调整反射镜在固紧座(1)中的周向位置；
所述固紧座(1)包括：空心圆柱体(1.5)和固定在空心圆柱体(1.5)下端的环形底盘(1.4)；
所述空心圆柱体(1.5)上端均布有多个径向调整孔(1.1)，用于径向调整和二次注胶固紧；
所述空心圆柱体(1.5)下端均布有多个固胶孔(1.3)，用于一次注胶固紧；
所述径向调整孔(1.1)与固胶孔(1.3)一一对应；
每个径向调整孔(1.1)两侧分别设有径向调整机构连接孔(1.2)，用于实现径向调整机构(2)与固紧座(1)的固连；
所述径向调整孔(1.1)、固胶孔(1.3)与径向调整机构(2)的数量相同，均为6N个，N为正整数；
所述径向调整机构(2)包括：
固定在固紧座(1)上的径向调整块(2.2)；
设置在径向调整块(2.2)中心的螺纹孔；
旋入径向调整块(2.2)中心螺纹孔中的调整螺钉(2.1)；
与调整螺钉(2.1)下端端面接触的铝合金压块(2.3)；
胶接在铝合金压块(2.3)下表面的聚四氟乙烯压块(2.4)，所述聚四氟乙烯压块(2.4)与反射镜凸面接触；
通过调节调整螺钉(2.1)的螺旋位移来微调聚四氟乙烯压块(2.4)与反射镜凸面之间的距离，实现微调反射镜在固紧座(1)中的径向位置；
所述固胶块(3)的本体上设有两个注胶孔(3.2)；所述固胶块(3)的本体上表面左右两端分别设有储胶槽(3.3)；所述固胶块(3)的本体上表面上下两端分别设有两个固胶块侧壁槽(3.4)；所述固胶块(3)的本体下表面设有注胶槽(3.1)；
通过两个注胶孔(3.2)将光学胶注入注胶槽(3.1)，使固胶块(3)下表面与反射镜凸面胶接在一起，所述储胶槽(3.3)中的光学胶流动到固胶块侧壁槽(3.4)中使固胶块(3)上下外侧壁与固胶孔(1.3)侧壁胶接在一起，使反射镜固定在固紧座(1)中的周向位置。
2.根据权利要求1所述的一种超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置，其特征在于，所述径向调整孔(1.1)、固胶孔(1.3)和径向调整机构(2)的数量均为6个，6个径向调整孔(1.1)以空心圆柱体(1.5)的中心为圆心60°均布，6个固胶孔(1.3)以空心圆柱体(1.5)的中心为圆心60°均布；6个径向调整孔(1.1)与6个固胶孔(1.3)一一对应设置。
3.根据权利要求1所述的一种超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置，其特征在于，所述环形底盘(1.4)上设有多个均布的螺栓孔(1.6)，用于与机床卡盘连接。
4.根据权利要求1所述的一种超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置，其特征在于，所述径向调整孔(1.1)与固胶孔(1.3)均沿空心圆柱体(1.5)轴线方向设置。
5.根据权利要求1所述的一种超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置，其特征在于，所述径向调整孔(1.1)与固胶孔(1.3)为结构尺寸均相同的长条形孔，每个长条形孔的四个角均设置成弧形。
6.根据权利要求1所述的一种超精密光学掠入射反射镜加工径向调整固紧装置，其特征在于，所述径向调整机构(2)两端分别设有凸台(2.5)，所述凸台(2.5)上设有螺纹孔，该螺纹孔与径向调整机构连接孔(1.2)相互配合，实现径向调整块(2.2)与固紧座(1)的固连。
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| GR01 | Patent grant | ||
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