高精度角度反射镜的安装制造方法及高精度角度反射镜

技术领域

本发明涉及角度反射镜制造技术领域，尤其是高精度角度反射镜的安装制造方法及高精度角度反射镜。

背景技术

角度反射镜是激光干涉仪角度测量镜组的核心零件。由于其本身精度要求高，制造困难，成品率低。因此，一个进口的雷尼绍角度干涉镜售价较高。由于国产零件的制造精度不如国外，成品率又很低，因此实际价格与进口相似甚至更高。零件精度也不稳定。

角度反射镜包括壳体和设置在壳体内的两个角锥反射镜，角度反射镜自身结构看似简单，将两个角锥反射镜装入壳体用胶固定即可。

难点在于精度高，角锥中心距理论允差为±0.005，且误差越小干涉仪整体精度越高。因此，现有的角度反射镜结构使其具有以下问题：

一、现有结构制造难点：

影响角锥中心距尺寸因素很多：

1、壳体机加误差。大概在±0.01左右，单是这个误差就已经超出镜组要求公差。

2、反射镜与壳体的配合误差。因为反射镜材料是玻璃，壳体是金属如果不留间隙强行塞入会导致镜片破碎。实测间隙在+0.03～0.05时镜片可放入。即使镜片以+0.03的间隙配合放入后，其中心距误差也在±0.04左右。

3、凝固胶收缩误差。镜片放入后打胶固定，胶水在粘合过程中，从粘稠的液态变为固态时会有不确定方向的收缩变形，这一过程的误差不可控。

4、额外的，作为光学反射镜，在镜片粘胶之前其中心距没有可靠的检测方法。打胶凝固后即使检测尺寸超差也无法再拆卸重装。所以，成品率很低(成品率低于20％)。算上角锥反射镜，壳体零件成本等，其价格与进口不相上下而且精度还不可控。

发明内容

本发明针对以上问题提出了一种高精度角度反射镜的安装制造方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种高精度角度反射镜的安装制造方法，包括以下步骤，

步骤1、将两个角锥反射镜分别置于反射镜壳体内的两个角锥反射镜安装腔内，将中心距调节结构安装在反射镜壳体内，形成角度反射镜组件；

步骤2、将角度反射镜组件安装在激光测试台的高精度转台上，旋转高精度转台，通过激光测试台的激光反射回路获得两个角锥反射镜的中心距；

步骤3、判断获得的两个角锥反射镜的中心距是否满足第一安装要求值，若是，执行步骤4，若否，通过所述中心距调节结构调节两个所述角锥反射镜的中心距并返回步骤2；

步骤4、在角锥反射镜和角锥反射镜安装腔之间均匀涂抹胶水，待胶水凝固后进行去应力处理。

进一步地，所述第一安装要求值小于或等于两个角锥反射镜的中心距的设计要求值。

进一步地，所述步骤2中旋转高精度转台，通过激光测试台的激光反射回路获得两个角锥反射镜的中心距采用以下方法：

步骤20、以设定角度±θ往复旋转高精度转台，并通过激光测试台的激光干涉仪测得激光干涉仪与两个角锥反射镜之间的光程L1和L2与L1′和L2′,计算激光干涉仪与两个角锥反射镜之间的光程差Δl

步骤21、根据激光干涉仪与两个角锥反射镜之间的光程差Δl

其中：θ

将公式(1)+(2)得到公式(3)：

其中：K为两个角锥反射镜的中心距测量值与设计值的比值；

根据三角公式得到公式(4)：

最后化简得到公式(5)：

将公式(1)－(2)得到公式(6)：

根据三角公式得到公式(7)：

最后化简得到公式(8)：

用公式(5)除以公式(8)得到公式(9)：

将公式(9)求出的θ

进一步地，所述中心距调节结构包括设置在两个角度反射镜之间的隔垫和设置在反射镜壳体一侧的侧顶丝。

进一步地，所述隔垫的材质为刚性材质；所述步骤3中是通过对隔垫的不断研磨以改变隔垫的厚度，进而通过隔垫的厚度不断改变以实现对两个角锥反射镜的中心距的调整，使得调节后的两个角锥反射镜的中心距满足第一安装要求值。

进一步地，所述隔垫的材质为弹性材质；所述步骤3中是通过侧顶丝对角锥反射镜的不断挤压以改变隔垫的厚度，进而通过隔垫的厚度不断改变以实现对两个角锥反射镜的中心距的调整，使得调节后的两个角锥反射镜的中心距满足第一安装要求值。

进一步地，所述去应力处理包括以下步骤，

步骤50、将涂胶后的角锥反射镜放置在温度控制在60℃左右的环境内，保温8小时以上，再将零件放在-10℃环境保温8小时以上；

步骤51、重复上述过程2至3次。

进一步地，还包括，步骤5、将去应力后的角度反射镜固定在激光测试台上，再次测量其中心距并做参数补偿。

一种高精度角度反射镜，包括反射镜壳体、角锥反射镜、扣盖以及中心距调节结构；

所述反射镜壳体内加工有两个并排设置的角锥反射镜安装腔，两个所述角锥反射镜安装腔之间加工有隔垫安装槽，所述反射镜壳体的一侧加工有侧顶丝孔；

所述中心距调节结构包括厚度可调整的隔垫以及侧顶丝；

两个所述角锥反射镜分别置于两个所述角锥反射镜安装腔内，所述隔垫置于所述隔垫安装槽内且所述隔垫的两侧面分别与两个所述角锥反射镜的侧边抵接，所述侧顶丝安装在所述侧顶丝孔中且与一个角锥反射镜的一侧边抵接，侧顶丝与角锥反射镜抵接并通过调整隔垫的厚度进而实现两个所述角锥反射镜中心距的调整，并通过固定胶将所述角锥反射镜固定在所述角锥反射镜安装腔内。

进一步地，所述隔垫的两侧面分别加工有凹槽，所述凹槽的两侧边沿与所述角锥反射镜的侧边抵接；

所述隔垫的材质为刚性材质，通过对隔垫的不断研磨实现对隔垫厚度的调整；或者，所述隔垫的材质为弹性材质，通过对隔垫的施加不同的挤压力实现对隔垫厚度的调整。

与现有技术比较，本发明公开的高精度角度反射镜的安装制造方法具有以下有益效果：在角度反射镜安装制造过程中，通过不断的对两个角锥反射镜的中心距进行检测和调整，然后实现对其进行固定，可以有效的降低壳体的加工误差、角锥反射镜与壳体的安装误差以及由于凝固胶收缩误差造成的角度反射镜的误差，降低了角度反射镜的制造成本，并显著的提高了成品率。

附图说明

图1为本发明公开的高精度角度反射镜的安装制造方法的流程图；

图2为用于本发明公开的高精度角度反射镜的安装制造的激光测量台示意图；

图3为本发明公开的高精度角度反射镜的结构图；

图4为图3的俯视图；

图5为图4中Ⅰ处的局部放大图；

图6为误差引入的示意图。

图中：1、反射镜壳体，10、角锥反射镜安装腔，11、角锥反射镜抵接凸起，12、扣盖安装腔，13、隔垫安装槽，14、侧顶丝孔，2、角锥反射镜，3、扣盖，4、隔垫，40、凹槽，41、凹槽的侧边沿，5、侧顶丝，6、高精度转台，7、激光干涉仪，8、角度干涉镜，9、角度反射镜。

具体实施方式

如图1和图2所示本发明公开的高精度角度反射镜的安装制造方法，包括以下步骤，

步骤1、将两个角锥反射镜分别置于反射镜壳体内的两个角锥反射镜安装腔内，将中心距调节结构安装在反射镜壳体内，形成角度反射镜组件；具体地，如图3和图4所示，反射镜壳体1内设有两个并排设置的角锥反射镜安装腔10和用于调节置于角锥反射镜安装腔10内两个角锥反射镜2中心距的中心距调节结构，所述中心距调节结构包括设置在两个角度反射镜2之间的隔垫4和设置在反射镜壳体1一侧的侧顶丝5，在两个并排设置的角锥反射镜安装腔10之间加工有隔垫安装槽13，反射镜壳体1的一侧加工有侧顶丝孔14，隔垫安装槽13用于设置隔垫4以将两个角锥反射镜2隔开，侧顶丝孔14内拧入侧顶丝5，侧顶丝5可与角锥反射镜2抵接以使得角锥反射镜不能从角锥反射镜安装腔中自由脱落，形成了角度反射镜组件；

步骤2、将角度反射镜组件安装在激光测试台的高精度转台上，旋转高精度转台，通过激光测试台的激光反射回路获得两个角锥反射镜的中心距；

具体地，如图2所示，激光测试台包括激光干涉仪7、角度干涉镜8以及高精度转台6，将角度反射镜组件安转在高精度转台6上，图中激光干涉仪7、角度干涉镜8以及高精度转台6之间垂直设置，激光干涉仪7发出的激光通过角度干涉镜8反射至角度反射镜上，然后，旋转高精度转台，通过激光测试台的激光反射回路获得两个角锥反射镜的中心距，具体采用以下方法：

在基准面偏差反射镜误差分析部分中可知干涉仪中角度的读数与两光束相对长度的关系式为θ＝arcsin(Δl/S)，假设反射镜关于激光束垂直，S和Δl为一个直角三角形的两边。然而，如果反射镜相对于基准面不垂直，这样将引入一个小的测量误差。

假设激光系统中反射镜与基准线有一个小的夹角θ

θ＝arcsin(sin(θ

步骤20、以设定角度±θ往复旋转高精度转台，并通过激光测试台的激光干涉仪测得激光干涉仪与两个角锥反射镜之间的光程L1和L2与L1′和L2′,计算激光干涉仪与两个角锥反射镜之间的光程差Δl

步骤21、根据激光干涉仪与两个角锥反射镜之间的光程差Δl

其中：θ

将公式(1)+(2)得到公式(3)：

其中：K为两个角锥反射镜的中心距测量值与设计值的比值；

根据三角公式得到公式(4)：

最后化简得到公式(5)：

将公式(1)－(2)得到公式(6)：

根据三角公式得到公式(7)：

最后化简得到公式(8)：

用公式(5)除以公式(8)得到公式(9)：

将公式(9)求出的θ

步骤3、判断获得的两个角锥反射镜的中心距是否满足第一安装要求值，若是，执行步骤4，若否，通过所述中心距调节结构调节两个所述角锥反射镜的中心距并返回步骤2；

具体地，当满足第一安装要求值时，说明此时两个角锥反射镜之间距离不需要进行调节，当不满足第一安装要求值时，说明此时两个角锥反射镜之间距离需要进行调节，所述隔垫的材质可以为刚性材质，当隔垫为刚性材质时，通过对隔垫的不断研磨以改变隔垫的厚度(或更换隔垫)，进而通过隔垫的厚度不断改变以实现对两个角锥反射镜的中心距的调整，使得调节后的两个角锥反射镜的中心距满足第一安装要求值；

所述隔垫的材质也可以为弹性材质；当隔垫的材质也可以为弹性材质时通过侧顶丝对角锥反射镜的不断挤压隔垫发生形变进而以改变隔垫的厚度，从而通过隔垫的厚度不断改变以实现对两个角锥反射镜的中心距的调整，使得调节后的两个角锥反射镜的中心距满足第一安装要求值；

在上述调节过程中需要反复的多次通过测量的两个角锥反射镜的中心距和第一安装要求值计算隔垫需要研磨的厚度(或挤压变形量)，然后不断的隔垫进行研磨(或调整侧顶丝的旋入长度)，直至两个角锥反射镜的中心距满足第一安装要求值；

步骤4、在角锥反射镜和角锥反射镜安装腔之间均匀涂抹胶水，待胶水凝固后进行去应力处理。

进一步地，所述第一安装要求值小于或等于两个角锥反射镜的中心距的设计要求值，本发明中，胶水凝固时会产生收缩变形，为了控制应力变形，如图3所示，x轴向已经被反射镜壳体和侧顶丝固定，Z轴向被螺纹扣盖3固定，因此，其凝固收缩方向只能是Y向。从图4中可以看出，无论两个反射镜Y向如何偏转，其中心距都只能增加不会减小，因此，本申请中第一安装要求值小于或等于两个角锥反射镜的中心距的设计要求值，当胶水凝固收缩时，由于胶水凝固收缩造成两个角锥反射镜的中心距改变量符合中心距设计要求值，进一步使其满足角度反射镜的中心距要求。

进一步地，所述去应力处理包括以下步骤，

步骤50、将涂胶后的角锥反射镜放置在温度控制在60℃左右的环境内，保温8小时以上，再将零件放在-10℃环境保温8小时以上；

步骤51、重复上述过程2至3次，经历此过程后，可以保证在凝固胶产生的不稳定应力已经大部分被释放，后续较长的生命周期内，其应力产生的变形不再会对精度造成很大影响，在一具体实施例中，通过近几十次灌满胶去应力实验，最终测量出其收缩变形大概在0.001～0.004左右，根据此实验结果，后续安装时预置中心距应调整在30±0.0015之间，考虑未来即使存在缓慢的应力释放也只能使中心距增大，所以预调整中心距应更偏向30的减公差。

进一步地，还包括，步骤6、将去应力后的角度反射镜固定在激光测量台上，再次测量其中心距并做参数补偿，然后存档入库，至此镜组制造完成。本发明公开的角度反射镜结构及其安装制造方法，具有零件精度提高，且零件成品率接近98％且可控，生产效率提高，零件自身寿命提高，温度补偿更加稳定。成本降低。有效的提高了市场竞争力。

如图3、图4和图5所示为本发明公开的高精度角度反射镜，包括反射镜壳体1、角锥反射镜2、扣盖3以及中心距调节结构；

所述反射镜壳体1内加工有两个并排设置的角锥反射镜安装腔10，所述角锥反射镜安装腔10的一端加工有向安装腔中心线方向凸出的角锥反射镜抵接凸起11，另一端加工有扣盖安装腔12，两个所述角锥反射镜安装腔10之间加工有隔垫安装槽13，所述反射镜壳体1的一侧加工有侧顶丝孔14，侧顶丝孔与两个角锥反射镜安装腔的中心位于一条直线上；

中心距调节结构包括隔垫4以及侧顶丝5；

两个所述角锥反射镜2分别置于两个所述角锥反射镜安装腔10内，所述隔垫4置于所述隔垫安装槽13内且所述隔垫4的两侧面分别与两个所述角锥反射镜2的侧边抵接，所述侧顶丝5安装在所述侧顶丝孔14中且与一个角锥反射镜的一侧边抵接，侧顶丝5与角锥反射镜2抵接并通过调整隔垫的厚度进而实现两个所述角锥反射镜中心距的调整，并通过固定胶将所述角锥反射镜固定在所述角锥反射镜安装腔内。

本发明公开的高精度角度反射镜由于反射镜壳体两个角锥反射镜安装腔之间加工有隔垫安装槽，隔垫安装槽内设有隔垫，隔垫的材质可以为刚性材质，当隔垫为刚性材质时，通过对隔垫的不断研磨以改变隔垫的厚度，进而通过隔垫的厚度不断改变以实现对两个角锥反射镜的中心距的调整；隔垫的材质也可以为弹性材质；当隔垫的材质也可以为弹性材质时通过侧顶丝对角锥反射镜的不断挤压隔垫发生形变进而以改变隔垫的厚度，从而通过隔垫的厚度不断改变以实现对两个角锥反射镜的中心距的调整；因此，本发明中的角度反射镜不需要考虑反射镜壳体的加工误差和角锥反射镜与壳体的安装误差，可以将角度反射镜安装腔的加工误差放大，让其可以任意方向移动通过结构调整中心距。

进一步地，如图5所示，所述隔垫4的两侧面分别加工有凹槽40，所述凹槽40的两侧边沿41与所述角锥反射镜的侧边抵接，由于隔垫两侧加工凹槽，使得隔垫与角锥反射镜成两点(线)接触，再加上侧顶丝刚好实现三点定位角锥反射镜的位置，保证了定位精度。

进一步地，所述反射镜壳体的材质与所述隔垫的材质的膨胀系数相同或相近。优选地，当隔垫为弹性材质时，所述反射镜壳体的材质为铝合金，所述隔垫的材质为尼龙66，可以使温度发生变化时，零件整体伸缩趋势一致，不会让固定胶承受很大的应力使零件寿命更长，后续通过温度补偿得到的结果更准确。当隔垫为刚性材质时，隔垫和反射镜壳体可以采用相同材质。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。