CN111796391B - 直角棱镜夹持固定装置、直角棱镜模块及其调试方法 - Google Patents

Abstract

为了克服高低温或振动等环境对直角棱镜的棱脊不平度及方位角稳定性所产生的不利影响，本发明提出了一种直角棱镜夹持固定装置、直角棱镜模块及其调试方法。直角棱镜夹持固定装置包括用于安装直角棱镜的直角棱镜框、用于压紧固定直角棱镜的棱镜压板、用于安装直角棱镜框的固定座和用于压紧固定直角棱镜框的固定压板；本发明的直角棱镜夹持固定装置能够实现直角棱镜的高稳定限位固定，保证直角棱镜被固定后，在高低温、振动等各种环境变化情况下，其棱脊不平度及方位角固定不变。

Description

直角棱镜夹持固定装置、直角棱镜模块及其调试方法

技术领域

本发明涉及一种直角棱镜夹持固定装置、直角棱镜模块及其调试方法。

背景技术

在高精度惯组等定位定向的光学仪器以及光学中光路的角度传递及转换领域，直角棱镜的应用非常普遍。随着环境变化，例如在高低温或者振动的情况下，高精度惯组等光学设备中的直角棱镜的棱脊不平度及方位角的稳定性不能很好的保证，会产生无规则的变化。这样就直接影响高精度惯组等光学设备的***参数的稳定性，从而导致角度测量或传递出现较大误差甚至出现错误，继而导致整个测量传递***的错误。

发明内容

为了克服高低温或振动等环境对直角棱镜的棱脊不平度及方位角稳定性所产生的不利影响，本发明提出了一种直角棱镜夹持固定装置、直角棱镜模块及其调试方法。

本发明的技术方案是：

直角棱镜夹持固定装置，其特殊之处在于：包括用于安装直角棱镜的直角棱镜框、用于压紧固定直角棱镜的棱镜压板、用于安装直角棱镜框的固定座和用于压紧固定直角棱镜框的固定压板；

直角棱镜框包括底框和分别设置在底框两端部的两个侧板；侧板的形状与直角棱镜的直角三角形面相适配；底框的形状与直角棱镜的底面形状相适配；底框的上部两侧分别设置有外凸的安装座，安装座上设有安装固定孔；底框的下部两侧分别设置有沿底框的长度和宽度方向均外凸的底座；定义底座面向直角棱镜的一侧为底座内侧，背向直角棱镜的一侧为底座外侧；在底座外侧上端设有第一压紧面，该第一压紧面由底座上端中部向底座外侧下方倾斜；底座的下端面是第一基面；安装座上面向直角棱镜的表面以及底座内侧表面为第二基面；

固定座上设置有与直角棱镜框形状相适配的安装腔体，直角棱镜框的底框上部通过螺钉固紧在安装腔体内；安装腔体的下端内侧壁为第三基面，安装腔体的底面为第四基面；所述第三基面用于与所述第一基面贴紧配合，第四基面用于与所述第二基面贴紧配合；

所述第四基面上设有压板安装槽；

所述固定压板的形状与所述压板安装槽相适配，并固定安装在所述压板安装槽内；固定压板的下部设有与所述第一压紧面相匹配的第二压紧面，中部具有螺钉孔，上部具有台阶，该台阶的上表面为圆弧面，该台阶的端面为支点面；所述第二压紧面用于与所述第一压紧面贴紧，以对直角棱镜框的底框下部限位固定；所述圆弧面与所述压板安装槽的上顶面相切，支点面与所述压板安装槽底面接触。

进一步地，第二基面与底框间设有卸应力槽。

进一步地，底座的内侧下端倒有棱角，通过棱角将第一基面与第二基面隔离开。

进一步地，第一压紧面的倾斜角为10°-80°。

进一步地，第一压紧面的倾斜角为60°。

本发明还提供了一种直角棱镜模块，包括直角棱镜；其特殊之处在于：还包括上述的直角棱镜夹持固定装置；所述直角棱镜固定安装在所述直角棱镜夹持固定装置的直角棱镜框内。

本发明同时提供了上述直角棱镜模块的调试方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1)装配直角棱镜组件：

将直角棱镜安装至直角棱镜框内，两侧封适量硅胶后用棱镜压板压紧，然后用压紧螺钉将棱镜压板固定安装在侧板上，得到直角棱镜组件；

步骤2)将直角棱镜组件装配至固定座内；

步骤3)调节直角棱镜的棱脊不平度：

修研直角棱镜框的第一基面，直至直角棱镜的棱脊与固定座的安装基面平行；

步骤4)调节直角棱镜的方位角：

修研直角棱镜框的第二基面，直至直角棱镜的方位角满足设计要求；

步骤5)利用固定压板和固定螺钉将直角棱镜框压紧固定。

本发明的优点是：

本发明的直角棱镜夹持固定装置能够实现直角棱镜的高稳定限位固定，保证直角棱镜被固定后，在高低温、振动等各种环境变化情况下，其棱脊不平度及方位角固定不变。

附图说明

图1是本发明直角棱镜模块的主视图。

图2是图1中的A-A向剖视图。图中所示基面B是调整直角棱镜组件方位角度的基准。

图3是图1中的B-B向剖视图。

图4是本发明中直角棱镜框的主视图。

图5是本发明中直角棱镜框的左视图。图6是本发明中直角棱镜框的后视图。

图7是本发明直角棱镜组件的结构图。

图8是本发明中固定座的结构图。

图9是图8中的C-C向剖视图。

图10是本发明中固定压板的主视图。

图11是本发明中固定压板的左视图。

图12是本发明中固定压板的后视图。

图13是本发明直角棱镜组件的自由度分析图。

附图标记说明：

1-压紧螺钉；2-棱镜压板；3-直角棱镜；4-直角棱镜框；41-底框；42-安装座；421-安装固定孔；43-底座；431-第一压紧面；432-棱角；44-第一基面；441-左侧凸台；442-右侧凸台；45-第二基面；46-卸应力槽；47-侧板；48-螺纹孔；491、492-安装凸台；5-固定压板；51-第二压紧面；52-圆弧面；53-支点面；54-螺钉孔；6-固定座；61-第三基面；62-第四基面；63-压板安装槽；64-上顶面；7-固定螺钉。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1-3所示，本发明所提供的直角棱镜模块包括直角棱镜3和直角棱镜夹持固定装置；直角棱镜夹持固定装置包括用于安装直角棱镜3的直角棱镜框4、用于压紧固定直角棱镜3的棱镜压板2、用于安装直角棱镜框4的固定座6和用于压紧固定直角棱镜框4的固定压板5。

如图4-6所示，直角棱镜框4包括底框41和分别设置在底框41两端部的两个侧板47；侧板47的形状与直角棱镜3的两个直角三角形面相适配；底框41的形状与直角棱镜3的底面形状相适配；侧板47上设置有用于与紧定螺钉配合的螺纹孔48，在直角棱镜装配时，用紧定螺钉将其适量顶紧；底框41的上部两侧分别设置有外凸的安装座42，安装座42上设有安装固定孔421；底框41的下部两侧分别设置有沿底框41的长度方向和宽度方向均外凸的底座43；为方便描述，定义底座43面向直角棱镜3的一侧为底座43内侧，背向直角棱镜3的一侧为底座43外侧；在底座43的外侧上端设有斜角为60°的第一压紧面431，该第一压紧面431由底座43上端中部向底座外侧下方倾斜；底座43的下端面是第一基面44；安装座42上面向直角棱镜3的表面以及底座43内侧表面为第二基面45；在第二基面45与底框41间设有卸应力槽46，卸应力槽46可以消除局部压紧应力对直角棱镜框4整体稳定性的影响。

修研第一基面44可以调节直角棱镜3棱脊不平度，修研第二基面45可以调节直角棱镜3反射的方位角度；如图5所示，为了保证直角棱镜3的棱脊不平度与方位角调节过程中互不影响，在底座43的内侧下端倒棱角432，通过棱角432将第一基面44与第二基面45隔离开。

如图7所示，将直角棱镜3安装在直角棱镜框4内，两侧封适量硅胶后用棱镜压板2压紧，然后用压紧螺钉1将棱镜压板2固定安装在侧板47上，即构成直角棱镜组件。

固定座6的结构如图8-9所示，固定座6上设置有与直角棱镜框4形状相适配的安装腔体，安装腔体的下端内侧壁为第三基面61，安装腔体的底面为第四基面62；将装配好的直角棱镜组件安装于固定座6后，固定座6上的第三基面61与直角棱镜框4上的第一基面44贴紧配合，固定座6上的第四基面62与直角棱镜框4上的第二基面45贴紧配合，以保证直角棱镜的棱脊不平度的稳定。

直角棱镜框4安装于固定座6内后，通过如图10-12所示的固定压板5压紧固定，因此，固定座6的第四基面62上设计有与图10-12所示固定压板5的形状相适配的压板安装槽63以与固定压板5配合装配。

固定压板5的结构如图10-12所示，固定压板5的下部设有与直角棱镜框4上的第一压紧面431相匹配的第二压紧面51，第二压紧面的斜角也为60°；固定压板5的上部具有向固定压板5内侧沿伸的台阶，该台阶的上表面为圆弧面52，该台阶的端面为支点面53；固定压板5的中部设置有螺钉孔54；装配后状态如图1-3所示，固定压板5的第二压紧面51与直角棱镜框4的第一压紧面431贴紧，固定压板5的圆弧面52与固定座6上的压板安装槽63的上顶面64相切，支点面53与固定座6上的压板安装槽63底面接触。应用时固定压板5相当于一个以支点面53为支点的杠杆，固定压板5由固定螺钉7压紧在压板安装槽63内，由其第二压紧面51对直角棱镜框4进行限位固定。本发明将固定压板5上部台阶的上表面设计为圆弧面52目的是为了适应直角棱镜框4修研后的角度变化。

将直角棱镜组件安装至固定座6时，需要按下述方法调试：

①棱脊不平度调节：

根据具体需求修研直角棱镜框4的第一基面44的左侧凸台441或右侧凸台442(如图4所示)，以确保直角棱镜3的棱脊与固定座6的安装基面A平行；

②方位角的调节：

根据具体需求修研直角棱镜框4的第二基面45左侧两个安装凸台491或者右侧两个安装凸台492(如图6所示)，以保证直角棱镜3反射角(即方位角)的要求。

根据需求将直角棱镜组件的棱脊不平度及方位角调试满足要求后，按图1-3所示进行固定压紧。

如图1-3所示，直角棱镜组件装配至固定座6内后，直角棱镜框4的底框41下部由两个固定压板5分别压紧，底框41上部由两个固定螺钉固紧。如图2所示，固定压板5对直角棱镜框4的压力N的两个分力为N1和N2，其中分力N1的作用是将直角棱镜框4的第一基面44与固定座6的第三基面61压紧，以保证安装在直角棱镜框4内的直角棱镜3的棱脊不平度的稳定；分力N2的作用是将直角棱镜框4的第二基面45与固定座6的第四基面62压紧，以保证安装在直角棱镜框4内的直角棱镜3的方位角稳定。

本发明能够保证直角棱镜3的棱脊不平度和方位角稳定的原理是：

如图13所示，独立的直角棱镜组件共有6个自由度，分别是沿着X轴、Y轴及Z轴的平动，以及绕着X轴、Y轴及Z轴的转动。其中固定压板5对直角棱镜组件的压紧力N的分力N1约束了直角棱镜组件沿Y轴的平动及绕Z轴的转动，分力N2约束了直角棱镜组件沿Z轴的平动、绕Y轴的转动及绕X轴的转动，所以直角棱镜组件的6个自由度被约束了5个，只剩沿着X轴平动的一个自由度没有约束，但直角棱镜组件沿着X轴的平动不会影响其棱脊及方位角度的变化。

Claims (7)

1.直角棱镜夹持固定装置，其特征在于：包括用于安装直角棱镜(3)的直角棱镜框(4)、用于压紧固定直角棱镜(3)的棱镜压板(2)、用于安装直角棱镜框(4)的固定座(6)和用于压紧固定直角棱镜框(4)的固定压板(5)；

直角棱镜框(4)包括底框(41)和分别设置在底框(41)两端部的两个侧板(47)；侧板(47)的形状与直角棱镜(3)的直角三角形面相适配；底框(41)的形状与直角棱镜(3)的底面形状相适配；底框(41)的上部两侧分别设置有外凸的安装座(42)，安装座(42)上设有安装固定孔(421)；底框(41)的下部两侧分别设置有沿底框(41)的长度和宽度方向均外凸的底座(43)；定义底座(43)面向直角棱镜(3)的一侧为底座(43)内侧，背向直角棱镜(3)的一侧为底座(43)外侧；在底座(43)上端设有第一压紧面(431)，该第一压紧面(431)由底座(43)上端中部向底座外侧下方倾斜；底座(43)的下端面是第一基面(44)；安装座(42)上面向直角棱镜(3)的表面以及底座(43)内侧表面为第二基面(45)；

固定座(6)上设置有与直角棱镜框(4)形状相适配的安装腔体，直角棱镜框(4)的底框(41)上部通过螺钉固紧在安装腔体内；安装腔体的下端内侧壁为第三基面(61)，安装腔体的底面为第四基面(62)；所述第三基面(61)用于与所述第一基面(44)贴紧配合，第四基面(62)用于与所述第二基面(45)贴紧配合；

所述第四基面(62)上设有压板安装槽(63)；

所述固定压板(5)的形状与所述压板安装槽(63)相适配，并固定安装在所述压板安装槽(63)内；固定压板(5)的下部设有与所述第一压紧面(431)相匹配的第二压紧面(51)，中部具有螺钉孔(54)，上部具有台阶，该台阶的上表面为圆弧面(52)，该台阶的端面为支点面(53)；所述第二压紧面(51)用于与所述第一压紧面(431)贴紧，以对直角棱镜框(4)的底框(41)下部限位固定；所述圆弧面(52)与所述压板安装槽(63)的上顶面(64)相切，支点面(53)与所述压板安装槽(63)底面接触。

2.根据权利要求1所述的直角棱镜夹持固定装置，其特征在于：第二基面(45)与底框(41)间设有卸应力槽(46)。

3.根据权利要求1或2所述的直角棱镜夹持固定装置，其特征在于：底座(43)的内侧下端倒有棱角(432)，通过棱角(432)将第一基面(44)与第二基面(45)隔离开。

4.根据权利要求3所述的直角棱镜夹持固定装置，其特征在于：第一压紧面(431)的倾斜角为10°-80°。

5.根据权利要求4所述的直角棱镜夹持固定装置，其特征在于：第一压紧面(431)的倾斜角为60°。

6.直角棱镜模块，包括直角棱镜(3)；其特征在于：还包括权利要求1-5任一所述的直角棱镜夹持固定装置；所述直角棱镜(3)固定安装在所述直角棱镜夹持固定装置的直角棱镜框(4)内。

7.权利要求6所述的直角棱镜模块的调试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)装配直角棱镜组件：

将直角棱镜(3)安装至直角棱镜框(4)内，两侧封适量硅胶后用棱镜压板(2)压紧，然后用压紧螺钉(1)将棱镜压板(2)固定安装在侧板(47)上，得到直角棱镜组件；

步骤2)将直角棱镜组件装配至固定座(6)内；

步骤3)调节直角棱镜(3)的棱脊不平度：

修研直角棱镜框(4)的第一基面(44)，直至直角棱镜(3)的棱脊与固定座(6)的安装基面(A)平行；

步骤4)调节直角棱镜(3)的方位角：

修研直角棱镜框(4)的第二基面(45)，直至直角棱镜(3)的方位角满足设计要求；

步骤5)利用固定压板(5)和固定螺钉将直角棱镜框(4)压紧固定。

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