CN114578542A - 一种适用于太阳望远镜热光阑的消光筒及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于太阳望远镜热光阑的消光筒，包括消光筒外筒、消光筒内筒、法兰和消光结构，消光筒外筒设置在消光筒内筒的外侧，消光结构与消光筒内筒相连，法兰分别连接消光筒内筒和消光结构；消光筒外筒的外筒壁上设有若干个定位平面，定位平面上设有上下两个外筒导流孔；消光筒内筒的外壁上设有若干个槽型冷却液流道，上方的外筒导流孔与消光筒内筒外壁面的槽型冷却液流道的起始位置对齐，所述下方的外筒导流孔与消光筒内筒外壁面的槽型冷却液流道的结束位置对齐。本发明还提供了一种消光筒的加工工艺。本发明提高了消光筒的换热效率，通过将消光筒分为内筒与外筒分开加工后进行装配组合，大大降低了整体加工难度。

Description

一种适用于太阳望远镜热光阑的消光筒及其加工工艺

技术领域

本发明涉及精密光学仪器技术领域，尤其涉及一种适用于太阳望远镜热光阑的消光筒及其加工工艺。

背景技术

在天文观测中，天文望远镜的成像质量具有举足轻重的作用，大气视宁度和杂散光是影响天文望远镜最主要的两个外部因素。太阳望远镜在工作时，由于光线汇聚，在主焦点处会产生大量热量，主焦点附近的空气受热会发生无规则湍流流动，影响大气视宁度，并且主焦面上除来自系统有效视场内的光能量之外，还存在杂散光，对太阳望远镜的成像造成极大的干扰，会明显降低成像质量。为了尽可能减小或消除这两者对成像质量的干扰，一般大型太阳望远镜会在主焦点处设计一个热光阑，既可以通过热光阑内部的冷却结构将多余热量带走，并且还可以有效的消除杂散光。

按照结构和原理的不同，热光阑主要分为反射式和全吸收式两种，反射式热光阑主要通过其反射结构将杂散光反射到望远镜光路外，全吸收式热光阑是将杂散光反射到消光筒中，经过消光筒消光结构的多次反射后，使出射光线削弱到适当程度，不在对太阳望远镜成像造成干扰。全吸收式热光阑到达主焦点附近的杂散光会被反射到消光筒中，经过消光筒内部的消光结构的多次反射后被削弱或吸收，从而达到消除杂散光的作用，并且由于吸收了大量光线，会使消光筒的温度升高，需要有冷却结构来消除多余热量对太阳望远镜成像的影响。因此，消光筒的尺寸要能够覆盖大部分杂散光的反射区域，消光筒的消光结构需要具有特定的角度以及深度，以便能够让光线在两个齿面间多次反射从而使出射光线削弱到适当程度，不再对太阳望远镜造成干扰，并且消光筒也要具有较好的导热性能，能够将吸收光线所产生的热量带走。

由于消光筒需要具有以上所述的特点，一般消光筒的吸光与散热结构难以达到理想的消除杂散光、带走多余热量的效果。常见的消光筒的消光结构采用小螺距长牙螺纹来实现，但内螺纹加工方法如车削，铣削，攻丝，冷轧等，难以满足所述消光筒消光结构角度和深度的加工要求，消光筒散热结构的设计更决定了消光筒的工作温度上限，为了实现一种能够满足上述特点的太阳望远镜热光阑的消光筒，有必要发明一种新的热光阑消光筒以及新的实现方法。

发明内容

为解决现有的技术问题，本发明提供了一种适用于太阳望远镜热光阑的消光筒及加工工艺。

本发明的具体内容如下：一种适用于太阳望远镜热光阑的消光筒，包括消光筒外筒、消光筒内筒、法兰和消光结构，消光筒外筒设置在消光筒内筒的外侧，消光结构与消光筒内筒相连，法兰分别连接消光筒内筒和消光结构；

消光筒外筒的外筒壁上设有若干个定位平面，定位平面上设有上下两个外筒导流孔；消光筒内筒的外壁上设有若干个槽型冷却液流道，

上方的外筒导流孔与消光筒内筒外壁面的槽型冷却液流道的起始位置对齐，所述下方的外筒导流孔与消光筒内筒外壁面的槽型冷却液流道的结束位置对齐。

进一步的，所述消光筒外筒顶部的筒沿上设有外筒螺栓定位孔；消光筒内筒顶部的筒沿上设有内筒螺栓定位孔和一圈内筒螺钉孔；其中内筒螺栓定位孔在外圈层，内筒螺钉孔在内圈层，法兰包括内圈层和外圈层，内圈层厚于外圈层，外圈层上设有法兰螺钉孔，内筒螺栓定位孔与外筒螺栓定位孔位置相对应，法兰螺钉孔与内筒螺钉孔位置相对应。

进一步的，槽型冷却液流道均匀分布在消光筒内筒的外壁上，外筒导流孔通过管接头与外部制冷系统管道相连，消光筒外筒的顶部内圈层设有外筒密封槽，消光筒内筒的底部外侧设有内筒密封槽，内筒密封槽位于槽型冷却流道的下方。

进一步的，所述消光结构包括若干个消光齿环，消光齿环包括外侧的定位平台和内侧的反射齿面，定位平台的厚度大于反射齿面的厚度，反射齿面上涂有吸光材料。

进一步的，消光内筒的底部内壁设有内筒定位肩，内筒定位肩呈圆环形，若干个消光齿环连接到消光筒内筒内壁上，内筒定位肩卡住底部的消光齿环，法兰的内圈层连接顶部的消光齿环。

进一步的，消光齿环的两反射齿面夹角为15°，消光齿深度为12mm。

本发明还提供了一种适用于太阳望远镜热光阑的消光筒的加工工艺，包括如下步骤：

S1、在消光筒内筒外壁面铣出槽型冷却液流道和内筒密封槽，消光筒内筒内壁面加工出内筒定位肩，消光筒内筒筒沿上打出内筒螺栓定位孔；

S2、制作消光齿环，在两侧齿面上涂上吸光涂料；

S3、将若干个齿环依次放在内筒定位肩上，通过法兰夹紧，将齿环与消光筒内壁连接起来；

S4、将消光筒外筒切出若干个定位平面，并在所切定位平面上打出上下两个外筒导流孔；

S5、将密封圈安装至外筒密封槽和内筒密封槽中，并将消光筒内筒和消光筒外筒通过定位孔螺栓连接。

进一步的，S2中制作消光齿环包括如下步骤：

S21，将材料成型制成圆环状待加工消光齿环，通过第一工装和夹具夹紧，第一工装与待加工消光齿环的接触部分截面呈直角，根据消光齿环的反射齿面夹角和定位平台的大小，从待加工消光齿环的侧边向顶部走刀得到第一个反射齿面；

S22，将步骤S21得到的待加工消光齿环通过第二工装和夹具加紧，第二工装与待加工消光齿环的接触部分与已加工的消光齿环的形状相适应，再从侧边向顶部走刀得到第二个反射齿面。

进一步的，S3中，消光齿环通过钎焊连接到消光筒内筒，具体步骤包括：

在消光筒内筒的内壁上开设若干个埋钎焊焊料的焊槽，埋入固态钎料，使其填满焊槽，将消光齿环和消光筒内筒内壁过盈连接，通过内筒定位肩和法兰共同定位和夹紧若干个消光齿环后，对消光筒内筒和消光齿环整体加热并使其整体振动，使埋藏的钎料熔化为液态，液态的钎料通过毛细作用浸润到消光筒内筒和消光齿环间的微小缝隙，待钎料冷却后将消光筒内筒与消光齿环连接起来。

进一步的，S3中，消光齿环通过钎焊连接到消光筒内筒，具体步骤包括：

消光齿环加工出均匀分布的若干个齿环定位面，在消光筒内筒的内壁上开设若干个竖形焊槽，放入钎料，通过内筒定位肩和法兰定位夹紧若干个消光齿环后，对消光筒内筒和消光齿环整体加热并振动，固态钎料熔化后填满消光齿环与内筒内壁面间隙，此时再灌入液态钎料补充剩余间隙,待冷却后，消光筒内筒与消光齿环将通过钎料连接起来。

本发明的内筒外壁面的槽型冷却液流道设计，提高了消光筒的换热效率，使得消光筒在工作时的受热更平均，其自身温差显著降低，在一定制冷条件下，消光筒的平均温度能够做到与环境温度一致，避免了在太阳望远镜中引入新热源，提高了太阳望远镜的工作温度上限，保证了太阳望远镜主焦点附近的空气的热稳定。通过采用将消光筒分为内筒与外筒分开加工后进行装配组合的方式，大大降低了整体加工难度，并且很容易复用到其他太阳望远镜上，具有良好的实用效果。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明整体结构的剖视示意图；

图3为本发明内筒的结构示意图；

图4为本发明内筒槽型冷却液流道的结构示意图；

图5为本发明外筒的结构示意图；

图6为本发明齿环的截面示意图；

图7为本发明齿环的加工装夹示意图；

图8为本发明齿环与内筒第一种钎焊加工工艺示意图；

图9为本发明齿环与内筒第二种钎焊加工工艺示意图。

图中：1、消光筒内筒；11、内筒定位肩；12、槽型冷却液流道；13、内筒密封槽；14、内筒螺栓定位孔；15、螺钉孔；16、环形钎焊填料槽；17、竖形钎焊填料槽；2、消光筒外筒；21、外筒密封槽；22、定位平面；23、外筒导流孔；24、外筒螺栓定位孔；3、消光齿环；31、齿环定位面；4、法兰；5、管接头；6、待加工消光齿环；61、第一工装；62、第二工装；63、夹具；7、消光齿环与内筒内壁面间隙。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一种适用于太阳望远镜热光阑的消光筒，其整体结构示意图如图1-2所示，从外层向内层依次包括：消光筒外筒2、消光筒内筒1、法兰4和消光结构；其中：消光筒外筒2为圆筒型结构，如图5所示，其顶部设有筒沿，筒沿具有一定的宽度，其上均匀地分布有外筒螺栓定位孔24；消光筒外筒2的外筒壁上均匀地分布有四个定位平面22，每个定位平面22上均有上下两个外筒导流孔23，外筒导流孔23通过管接头5与外部制冷系统管道相连，消光筒外筒2的顶部内圈层设有外筒密封槽21。

消光筒内筒1为圆筒型结构，如图3-4所示，消光筒内筒1的底部内壁有内筒定位肩11，其呈圆环形结构；消光筒内筒1的外壁有均匀分布有四条槽型冷却液流道12，槽型冷却液流道12下方为内筒密封槽13，消光筒内筒1的顶部设有筒沿，筒沿具有一定的宽度，其上均匀地分布有一圈内筒螺栓定位孔14和一圈螺钉孔15；其中内筒螺栓定位孔14在外圈层；螺钉孔15在内圈层。

所述上方的外筒导流孔23与消光筒内筒1外壁面的槽型冷却液流道12的起始位置对齐，所述下方的外筒导流孔23与消光筒内筒1外壁面的槽型冷却液流道12的结束位置对齐。

内筒螺栓定位孔14与外筒螺栓定位孔24对应排列。

消光筒的消光结构由若干个消光齿环3组合而成。

如图6所示，消光齿环3呈圆环型，外侧(有一定厚度)为定位平台，内侧(逐渐变薄)为反射齿面，反射齿面上涂有吸光涂料。消光齿环3的定位平台便于消光齿环3之间的安装和焊接。

优先地，对消光结构的消光齿面角度与深度的要求为：消光齿环的两齿面夹角为15°，消光齿深度为12mm。

法兰4呈圆环形结构，包括内圈层和外圈层，内圈层厚于外圈层，且在外圈层有螺钉孔，与消光筒内筒1上的螺钉孔15相对应。

若干消光齿环3焊接于消光筒内筒1中，将消光筒内筒1填满；底部内筒定位肩11卡住消光齿环3；顶部的法兰4内圈层连接在消光齿环3的平面端，法兰4外圈层上的螺钉孔与消光筒内筒1螺钉孔15重合，并通过螺钉固定。

消光筒内筒1设置于消光筒外筒2中，且消光筒内筒1顶部筒沿上的内筒螺栓定位孔14与消光筒外筒2顶部筒沿上的外筒螺栓定位孔24重合，通过螺栓固定连接内外筒。

导流孔23通过管接头5与外部制冷系统管道相连，冷却液通过管接头5流入槽型冷却液流道12。管接头5与外筒导流孔23焊接连接。

若干个消光齿环3与消光筒内筒1通过钎焊连接。

工作原理：本发明的消光筒工作时，从太阳望远镜主焦点处反射来的光线以及杂散光通过在消光齿环3之间的多次反射后被削弱或吸收，消光筒吸收的热量通过消光筒内筒1传导到槽型冷却液流道12，由外部的循环冷却系统的循环冷却液将热量带出消光筒，从而达到消除杂散光，带走多余热量的功能。此外，钎焊工艺的焊接变形小，焊接接头光滑美观，采用钎焊的工艺来连接消光齿环3与消光筒内筒1，能够满足消光筒的工作要求。本发明所述的消光筒具有优秀的吸光和散热性能，尤其适合于大口径太阳望远镜。

本发明还提供了上述消光筒的加工工艺，包括如下步骤：

S1、在消光筒内筒1外壁面铣出槽型冷却液流道12和内筒密封槽13，消光筒内筒1内壁面加工出内筒定位肩11，内筒筒沿上打出内筒螺栓定位孔14；

S2、制作消光齿环3，在两侧齿面上涂上吸光涂料；

S3、将若干个消光齿环3依次放在内筒定位肩11上，通过法兰4夹紧，将消光齿环3与消光筒内筒1内壁连接起来；

S4、将消光筒外筒2切出若干个定位平面22，并在所切定位平面22上打出上下两个外筒导流孔23；

S5、将密封圈安装至外筒密封槽21和内筒密封槽13中，并将消光筒内筒1和消光筒外筒3通过定位孔螺栓连接。

如图7所示，S2中制作消光齿环包括如下步骤：

S21，将材料成型制成圆环状待加工消光齿环6，通过第一工装61和夹具63夹紧，第一工装61与待加工消光齿环6的接触部分截面呈直角，根据消光齿环的反射齿面夹角和定位平台的大小，从待加工消光齿环的侧边向顶部走刀得到第一个反射齿面；

S22，将步骤S21得到的待加工消光齿环通过第二工装62和夹具加紧，第二工装与待加工消光齿环的接触部分与已加工的消光齿环的形状相适应，再从侧边向顶部走刀得到第二个反射齿面。

本发明还提供了消光筒消光结构的焊接工艺，具体是指消光齿环与消光筒内筒两种钎焊工艺。如图8-9所示。

具体的，第一种方法为埋料法，在消光筒内筒1的内壁上开设若干个埋钎焊焊料的焊槽16，埋入固态钎料，使其填满焊槽16，将消光齿环3和消光筒内筒1内壁过盈连接，通过内筒定位肩11和法兰4共同定位和夹紧若干个消光齿环3后，对消光筒内筒1和消光齿环3整体加热并使其整体振动，使埋藏的钎料熔化为液态，液态的钎料通过毛细作用，会浸润到消光筒内筒1和消光齿环3间的微小缝隙，待钎料冷却后即可将消光筒内筒1与消光齿环3连接起来。

具体的，第二种方法为灌料法，采用此种方法，消光齿环3需加工出均匀分布的3个齿环定位面31，齿环定位面31厚0.1mm，在消光筒内筒1的内壁上开设若干个竖形焊槽17，放入钎料，通过内筒定位肩11和法兰4定位夹紧若干个消光齿环3后，对消光筒内筒1和消光齿环3整体加热并振动，固态钎料熔化后，由于重力和毛细作用，会填满消光齿环与内筒内壁面间隙7，此时再灌入液态钎料补充剩余间隙,待冷却后，消光筒内筒1与消光齿环3将通过钎料连接起来。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种适用于太阳望远镜热光阑的消光筒，其特征在于：包括消光筒外筒、消光筒内筒、法兰和消光结构，消光筒外筒设置在消光筒内筒的外侧，消光结构与消光筒内筒相连，法兰分别连接消光筒内筒和消光结构；

消光筒外筒的外筒壁上设有若干个定位平面，定位平面上设有上下两个外筒导流孔；消光筒内筒的外壁上设有若干个槽型冷却液流道，

上方的外筒导流孔与消光筒内筒外壁面的槽型冷却液流道的起始位置对齐，所述下方的外筒导流孔与消光筒内筒外壁面的槽型冷却液流道的结束位置对齐。

2.根据权利要求1所述的适用于太阳望远镜热光阑的消光筒，其特征在于：所述消光筒外筒顶部的筒沿上设有外筒螺栓定位孔；消光筒内筒顶部的筒沿上设有内筒螺栓定位孔和一圈内筒螺钉孔；其中内筒螺栓定位孔在外圈层，内筒螺钉孔在内圈层，法兰包括内圈层和外圈层，内圈层厚于外圈层，外圈层上设有法兰螺钉孔，内筒螺栓定位孔与外筒螺栓定位孔位置相对应，法兰螺钉孔与内筒螺钉孔位置相对应。

3.根据权利要求1所述的适用于太阳望远镜热光阑的消光筒，其特征在于：槽型冷却液流道均匀分布在消光筒内筒的外壁上，外筒导流孔通过管接头与外部制冷系统管道相连，消光筒外筒的顶部内圈层设有外筒密封槽，消光筒内筒的底部外侧设有内筒密封槽，内筒密封槽位于槽型冷却流道的下方。

4.根据权利要求1所述的适用于太阳望远镜热光阑的消光筒，其特征在于：所述消光结构包括若干个消光齿环，消光齿环包括外侧的定位平台和内侧的反射齿面，定位平台的厚度大于反射齿面的厚度，反射齿面上涂有吸光材料。

5.根据权利要求4所述的适用于太阳望远镜热光阑的消光筒，其特征在于：消光内筒的底部内壁设有内筒定位肩，内筒定位肩呈圆环形，若干个消光齿环连接到消光筒内筒内壁上，内筒定位肩卡住底部的消光齿环，法兰的内圈层连接顶部的消光齿环。

6.根据权利要求4所述的适用于太阳望远镜热光阑的消光筒，其特征在于：消光齿环的两反射齿面夹角为15°，消光齿深度为12mm。

7.一种适用于太阳望远镜热光阑的消光筒的加工工艺，其特征在于：包括如下步骤：

S1、在消光筒内筒外壁面铣出槽型冷却液流道和内筒密封槽，消光筒内筒内壁面加工出内筒定位肩，消光筒内筒筒沿上打出内筒螺栓定位孔；

S2、制作消光齿环，在两侧齿面上涂上吸光涂料；

S3、将若干个齿环依次放在内筒定位肩上，通过法兰夹紧，将齿环与消光筒内壁连接起来；

S4、将消光筒外筒切出若干个定位平面，并在所切定位平面上打出上下两个外筒导流孔；

S5、将密封圈安装至外筒密封槽和内筒密封槽中，并将消光筒内筒和消光筒外筒通过定位孔螺栓连接。

8.根据权利要求7所述的适用于用于太阳望远镜热光阑的消光筒的加工工艺，其特征在于：S2中制作消光齿环包括如下步骤：

S21，将材料成型制成圆环状待加工消光齿环，通过第一工装和夹具夹紧，第一工装与待加工消光齿环的接触部分截面呈直角，根据消光齿环的反射齿面夹角和定位平台的大小，从待加工消光齿环的侧边向顶部走刀得到第一个反射齿面；

S22，将步骤S21得到的待加工消光齿环通过第二工装和夹具加紧，第二工装与待加工消光齿环的接触部分与已加工的消光齿环的形状相适应，再从侧边向顶部走刀得到第二个反射齿面。

9.根据权利要求7所述的适用于用于太阳望远镜热光阑的消光筒的加工工艺，其特征在于：S3中，消光齿环通过钎焊连接到消光筒内筒，具体步骤包括：

在消光筒内筒的内壁上开设若干个埋钎焊焊料的焊槽，埋入固态钎料，使其填满焊槽，将消光齿环和消光筒内筒内壁过盈连接，通过内筒定位肩和法兰共同定位和夹紧若干个消光齿环后，对消光筒内筒和消光齿环整体加热并使其整体振动，使埋藏的钎料熔化为液态，液态的钎料通过毛细作用浸润到消光筒内筒和消光齿环间的微小缝隙，待钎料冷却后将消光筒内筒与消光齿环连接起来。

10.根据权利要求7所述的适用于用于太阳望远镜热光阑的消光筒的加工工艺，其特征在于：S3中，消光齿环通过钎焊连接到消光筒内筒，具体步骤包括：

消光齿环加工出均匀分布的若干个齿环定位面，在消光筒内筒的内壁上开设若干个竖形焊槽，放入钎料，通过内筒定位肩和法兰定位夹紧若干个消光齿环后，对消光筒内筒和消光齿环整体加热并振动，固态钎料熔化后填满消光齿环与内筒内壁面间隙，此时再灌入液态钎料补充剩余间隙,待冷却后，消光筒内筒与消光齿环将通过钎料连接起来。

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