适用于空间X射线探测用的环形微孔光学镜片的光学装配装置与方法与流程

适用于空间x射线探测用的环形微孔光学镜片的光学装配装置与方法
技术领域
1.本发明涉及微孔光学元件，尤其是环形微孔光学元件(mpos)技术领域，具体而言涉及一种适用于空间x射线探测用的环形微孔光学镜片的光学装配装置与方法。


背景技术：

2.环形微孔光学镜片(mpos)是一种特殊的阵列型微孔光学元件，采用辐射状微孔阵列制造技术，先制造出扇形的微孔阵列光学元件，经热弯成型，成为球面扇形结构。环形微孔光学镜片(mpos)在高能物理、天体物理领域具有重要的应用，是构成新型wolter
‑ⅰ
望远镜的关键光学器件。
3.目前国内外对环形微孔光学镜片(mpos)的制备工艺以及性能测试的研究基础相对较少，尚未发现能对环形微孔光学镜片(mpos)的光学性能进行全面评估的技术。申请人潜心研究制备环形微孔光学镜片(mpos)的材料和工艺，并研究开发对mpos镜片的光学性能进行全面评价的光学系统与电子学系统。为了实现便于对mpos镜片的光学测试，需要设计一个测试装置来装夹mpos镜片，该装置一方面不能影响到mpos的面型及光学测试，另一方面为了能够对mpos进行全面的质量性能评价，需要在装夹的基础上增加空间姿态的微调，因此对测试装置的要求极高。在装调的要求之外，考虑到mpos组件装配需要将不同mpos镜片进行超高精度的装配，这对光学装配装置的设计是一个较大的挑战。
4.mpos镜片的空间姿态直接决定了镜片的光学效果，为了根据镜片的光学结果进一步调整镜片的空间姿态，需要对mpos镜片光学装配装置进行研究。目前国内mpos镜片光学装配装置的研究起步较晚，目前仅有一种简易式的组件装配装置，如图1a
‑
1b所示，该装置的优点在于可同时装夹6片mpos镜片形成装配组件，劣势在于一旦镜片装夹上之后就不可对镜片进行拆卸和调节，对整体及单片镜片实现不了装配效果的全面评价。


技术实现要素：

5.本发明目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提出一种适用于空间x射线探测用的环形微孔光学镜片的光学装配装置，可有效地调节mpos空间姿态及装配配合精度，该装置可实施于mpos镜片及组件的光学测试，得到更全面的光学测试结果。
6.根据本发明目的的第一方面提供一种适用于空间x射线探测用的环形微孔光学镜片的光学装配装置，包括：
7.底板，作为承载基底，被设置能够安装到测试装置；所述底板在平面方向设置有n个等分圆周的第一镂空区，多个第一镂空区合围后形成圆环形形状并限定了底板内径部和底板外径部，所述第一镂空区为扇形形状；
8.n个支撑架，所述n个支撑架合围形成圆环形形状，支撑在所述底板上并具有支撑架内径部和支撑架外径部；所述支撑架为扇形形状；每个支撑架在平面方向设置有n个对应于所述第一镂空区的第二镂空区；
9.在每个支撑架与底板之间设置的标准球，压在底板外径部与支撑架外径部之间；
10.在每个支撑架与底板之间设置的缓冲调节部，所述缓冲调节部具有竖直地支撑在支撑架与底板之间的限位杆，所述限位杆被设置成能够通过从支撑架和/或底板方向的调节，实现支撑架与底板之间的相对松紧度以及相对位置的调节；
11.在每个支撑架与底板之间设置的姿态调节部，所述姿态调节部具有两端分别螺纹连接到支撑架与底板的调节螺钉，所述调节螺钉被设置成能够通过从支撑架方向的调节，实现支撑架与底板之间的姿态调节；以及
12.设置在每个支撑架上方的上盖，所述上盖为扇形形状，并具有与支撑架的第二镂空区相对应的第三镂空区，每个上盖与支撑架固定连接，并且在二者之间通过凹凸配合结构压紧固定环形微孔光学镜片在所述第三镂空区。
13.优选地，对应于每个支撑架，分别设置两个缓冲调节部和两个姿态调节部，其中第一个缓冲调节部和第一个姿态调节部，位于底板内径部对应的位置，另第二个缓冲调节部和第二个姿态调节部，位于底板外径部对应的位置。
14.由此，在该实施例中，每个mpos对应的一套装夹机构中，包括支撑架和上盖的组合，对应在内径部分和外径部分都设置姿态调节部和缓冲调节部，标准球可根据实际需要选择合适直径单位的钢球，安装在支撑架和底板之间作为标准参考，通过缓冲调节部的限位杆进行基准的支撑，与钢球之间形成三角定位支撑，实现基本的高度调节和定位。并进一步地，通过姿态调节部的调节螺钉进行微调，在旋紧或者松开的过程中，可通过缓冲调节部的弹性垫片实现微小位移调节，实现整个安装面的微调，实现mpos的姿态调整。
15.优选地，在底板内径部和底板外径部对应的位置，对应于每个支撑架设置的标准球、缓冲调节部以及姿态调节部，按照预设的位置依次间隔设置。
16.优选地，对应于每个支撑架设置的标准球、缓冲调节部以及姿态调节部，在沿着圆周方向上，所述标准球与缓冲调节部之间的距离小于缓冲调节部与姿态调节部之间距离。
17.优选地，所述缓冲调节部具有第一螺栓和第二螺栓，所述限位杆纵长轴线方向的两个端部分别设置有第一内螺纹和第二内螺纹，第一螺栓配合第一弹性垫片穿过支撑架上的沉孔而拧入第一内螺纹，第二螺栓配合第二弹性垫片穿过底板上的沉孔而拧入第二内螺纹。
18.优选地，所述第一弹性垫片和第二弹性垫片为凹凸型弹簧垫片，具有凹面与凸面，所述第一弹性垫片的凹面与第二弹性垫片的凹面相对。例如，可采用上凸下凹的不锈钢材质、铁基、合金或者其他合适材料制备的垫片，实现大负载、小位移的调节功能。两个弹性垫片在上下两个螺旋之间的配合采用对向安装方式。
19.在另一些实施例中，所述第一弹性垫片和第二弹性垫片为碟形弹簧垫片，具有凹面与凸面，所述第一弹性垫片的凹面与第二弹性垫片的凹面相对。
20.在另一些实施例中，所述第一弹性垫片和第二弹性垫片还可以采用扁平状对顶波簧垫片、扁平状平端波簧垫片实现，套在对应的螺栓上，实现大负载、小位移的调节功能。
21.优选地，所述姿态调节部的调节螺钉为球头螺钉，其底部为圆弧球头形状，所述底板上对应与球头螺钉的位置布置有并排且间隔设置的钢丝，所述球头螺钉的底部支撑在两个钢丝的间隔位置。由此，采用球头螺钉防止在调节过程中对底板的损坏风险，同时通过钢丝进行限位，抑制水平方向的移位。
22.优选地，所述上盖的第三镂空区的边缘形成有压紧台阶面，所述支撑架的第二镂空区的边缘形成有凸起，所述环形微孔光学镜片放置在凸起上并通过所述上盖的压紧台阶面与凸起的过盈配合压紧。
23.优选地，所述上盖合围所形成的圆环形形状的内径部的直径d大于所述支撑架合围形成的圆环形形状的内径部的直径d；所述上盖合围所形成的圆环形形状的外径部的直径d小于所述支撑架合围形成圆环形形状的外径部的直径d。如此，以利于在支撑架上露出调节位置。
24.优选地，所述上盖合围所形成的圆环形形状、所述支撑架合围形成的圆环形形状与所述多个第一镂空区合围后形成圆环形形状，共中心轴线地设置。
25.根据本发明目的的第二方面还提出一种适用于空间x射线探测用的环形微孔光学镜片的装配调平方法，所述方法包括以下步骤：
26.步骤1、在装夹过程中，将环形微孔光学镜片装配至每个上盖与支撑架之间，并进行压紧固定；同时，通过支撑架下方的标准球和限位杆形成三角定位支撑，将支撑架支撑住；
27.步骤2、对于每个支撑架及上盖对应的一组环形微孔光学镜片的装夹过程，通过缓冲调节部的上下两端的螺栓，使得限位杆支撑的支撑架及上盖之间的高度距离h达到预设高度值h0；所述预设高度值h0＝标准球的直径d
‑
凹陷入支撑架的深度h2
‑
凹陷入底板的深度h1；h2和h1分别为支撑架上设置的用于容纳和定位标准球的圆弧形凹槽的深度和底板上设置的用于容纳和定位标准球的圆弧形凹槽的深度；
28.步骤3、调节姿态调节部的调节螺钉，以使得环形微孔光学镜片达到基本水平。
29.优选地，调节姿态调节部的调节螺钉过程中，通过水平尺或者水准泡观测环形微孔光学镜片的水平状态。
30.本发明的适用于空间x射线探测用的新型环形微孔光学镜片(mpos)及组件光学装配装置，通过六片mpos镜片的组合实现组件的装配，六片镜片在同一圆弧上且六片镜片均可独立调节，实现镜头组件装配的调节。通过控制球头螺钉的进给量实现mpos镜片的调节，使得mpos镜片的姿态达到理想的效果。
31.应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
32.结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
33.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
34.图1a
‑
1b是现有技术中简易式组件装配装置的示意图；
35.图2是本发明示例性实施例的适用于空间x射线探测用mpos的光学装配装置的结
构示意图。
36.图3a
‑
3b是本发明示例性实施例的光学装配装置的底板的结构示意图，其中3a为上表面的示意图，3b为下表面的示意图。
37.图4是本发明示例性实施例的光学装配装置的底板与支撑架的装配关系示意图。
38.图5是本发明示例性实施例的光学装配装置的支撑架与上盖的装配关系示意图。
39.图6是本发明示例性实施例的光学装配装置的支撑架的下表面的示意图。
40.图7是本发明示例性实施例的光学装配装置的调节螺钉及其安装的局部放大示意图。
41.图8是本发明示例性实施例的光学装配装置整体装配后的示意图。
42.图9是本发明示例性实施例的光学装配装置与现有技术中简易式组件装配装置的对比示意图，其中左侧为简易式组件装配装置，右侧为本发明实施例的光学装配装置。
具体实施方式
43.为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
44.在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
45.结合图2
‑
图8所示，本发明示例性实施例的适用于空间x射线探测用环形微孔光学镜片mpos的光学装配装置包括底板10、支撑架20、标准球30、缓冲调节部40、姿态调节部50以及上盖60。
46.结合图2和图8所示的结构示意以及装配示意，其中每一支撑架20与对应的上盖60构成一个mpos的装夹机构，可装夹一个mpos，通过标准球30、缓冲调节部40支撑在底板10上，并可通过姿态调节部50进行姿态的调节，实现mpos的水平调节。
47.在图2和图8所示的示例中，以6个装夹机构，对应装夹6个mpos为例进行说明。
48.【底板】
49.如图3a、3b所示，底板10作为承载基底，被设置能够安装到测试装置；所述底板(10)在平面方向设置有n个等分圆周的第一镂空区11，多个第一镂空区11合围后形成圆环形形状并限定了底板内径部17和底板外径部18，相邻的第一镂空区11之间通过梁连接部12过度，并且梁连接部12的两个端部分别连接至底板内径部17和底板外径部18。
50.如图3a、3b，第一镂空区11为扇形形状。
51.底板10的上表面还设置有一个第一圆弧形凹槽14，用于容纳标准球30，以及形成对标准球30的定位。其中的标准球30，设置在每个支撑架20与底板10之间设置的，压在底板外径部18与支撑架外径部29b之间，在调节开始以及调节过程中，标准球30提供支撑架20与底板10之间的标准参考距离。
52.可选的实施例中，标准球30可采用一定直径的钢球，其直径d可根据mpos的装配与测试进行选取。图2所示示例中，标准球30的直径选择为10mm。
53.优选地，第一圆弧形凹槽14的直径与标准球30的直径适配，可取相同的值。第一圆
弧形凹槽14的深度h1，在图2所示的示例中取值为1mm。
54.如图3a，底板10的上表面还设置有与缓冲调节部40配合的第一通孔13a、第二通孔13b，第一通孔13a位于底板外径部18位置，第二通孔13b位于底板内径部17位置。结合图2、图5所示，每一个装夹机构，即每一个支撑架对应地都包括一组第一通孔13a与第二通孔13b。
55.如图3b所示，底板10的下表面上，对应于上表面设置的第一通孔13a、第二通孔13b的位置，对应的设置有底板第一沉孔15a和底板第二沉孔15b，分别位于底板外径部18和底板内径部17位置。
56.【支撑架】
57.如图2、4、5所示，n个支撑架20合围形成圆环形形状，支撑在底板10上并具有支撑架内径部29a和支撑架外径部29b，与底板10相对应。如图2所示以6个支撑架20为例进行说明。
58.支撑架20为扇形形状。每个支撑架20在平面方向设置有n个对应于底板的第一镂空区11的第二镂空区21。
59.如图5所示，支撑架20的上表面20a，被设置成与上盖60的下表面60b配合。
60.如图2、5所示，每个支撑架20上方设置有一个上盖60，上盖60为扇形形状，并具有与支撑架20的第二镂空区21相对应的第三镂空区61。每个上盖60与支撑架20固定连接，并且在二者之间通过凹凸配合结构压紧固定环形微孔光学镜片在第三镂空区61。
61.支撑架20的上表面20a上，在第二镂空区21的边缘形成有凸起22，为扇形形状。环形微孔光学镜片放置在凸起22上，并通过所述上盖60的压紧台阶面62与凸起22的过盈配合压紧。
62.如图5所示，上盖60设置有四个上盖沉孔，分别为第一上盖沉孔63a、第二上盖沉孔63b、第三上盖沉孔63c以及第四上盖沉孔63d，位于四个顶角位置，分别与上盖下表面设置的对应通孔连通，上盖60盖合到支撑架20的上表面20a时，通过螺栓穿过四个顶角位置的沉孔以及通孔，拧紧到支撑架20的上表面对应设置的四个螺纹孔23a、23b、23c以及23d中，实现上盖60与对应的支撑架20的固定。
63.如图2、4、6所示，支撑架的下表面20b，被设置成与底板10的上表面配合。
64.如图6所示，支撑架20的下表面20b设置有一个第二圆弧形凹槽24，与底板10的上表面还设置的第一圆弧形凹槽14配合，实现对标准球30的容纳与定位。
65.优选地，第二圆弧形凹槽24的直径与标准球30的直径适配，可取相同的值。第二圆弧形凹槽24的深度h2，与第一圆弧形凹槽14的深度h1相同，在图5所示的示例中取值为1mm。
66.如图6所示，支撑架20的下表面20b设置有第三通孔27a和第四通孔27b，分别对应地设置于支撑架外径部29b位置和支撑架内径部29a位置，并且分别与上表面20a设置的支撑架第一沉孔25a和支撑架第二沉孔25b对应，支撑架第一沉孔25a和支撑架第二沉孔25b分别位于支撑架外径部29b位置和支撑架内径部29a位置。
67.如图6，支撑架20的下表面20b设置有第一螺丝孔28a和第二螺丝孔28b，分别对应地设置于支撑架外径部29b位置和支撑架内径部29a位置，并且分别与上表面20a设置的支撑架第三沉孔26a和支撑架第四沉孔26b对应，支撑架第三沉孔26a和支撑架第四沉孔26b分别位于支撑架外径部29b位置和支撑架内径部29a位置。
68.【缓冲调节部】
69.结合图2、4所示，缓冲调节部40，设置在每个支撑架20与底板10之间。
70.缓冲调节部40具有竖直地支撑在支撑架20与底板10之间的限位杆41，所述限位杆41被设置成能够通过从支撑架20和/或底板10方向的调节，实现支撑架20与底板10之间的相对松紧度以及相对位置的调节。
71.可选的实施例中，缓冲调节部40，例如以外径部的缓冲调节部40为例，具有第一螺栓和第二螺栓，限位杆41在纵长轴线方向的两个端部分别设置有第一内螺纹和第二内螺纹。
72.第一螺栓配合第一弹性垫片穿过支撑架20的上表面20a的沉孔，如图6所示，即支撑架第一沉孔25a，并穿过对应的第三通孔27a，而拧入限位杆41的第一内螺纹。
73.第二螺栓配合第二弹性垫片穿过底板10的下表面设置的沉孔，如图3b所示，即底板第一沉孔15a，并穿过底板的第一通孔13a，而拧入第二内螺纹。
74.由此，在调节开始时，可通过第一螺栓和第二螺栓的拧动，而调节限位杆41的支撑高度，达到预设高度值h0，例如都达到标准球对应的高度(即标准球30的直径10mm
‑
深度h1
‑
深度h2)，然后通过姿态调节部50来进行姿态微调，在姿态微调过程中，通过调节螺钉的上下运动，带动支撑架与底板之间的相对距离调节，同时第一弹性垫片和第二弹性垫片受力发生微小变形，可实现支撑架与底板之间的微小位移调节，实现同步、协调的调节。
75.同样地，对于内径部的缓冲调节部40，其第一螺栓配合第一弹性垫片穿过支撑架20的上表面20a的沉孔，如图6所示，即支撑架第二沉孔25b，并穿过对应的第四通孔27b，而拧入对应的限位杆41的第一内螺纹。
76.内径部的第二螺栓配合第二弹性垫片穿过底板10的而下表面设置的沉孔，如图3b所示，即底板第二沉孔15b，并对应的第二通孔13b，而拧入对应的限位杆41的第二内螺纹。
77.优选地，第一弹性垫片和第二弹性垫片为凹凸型弹簧垫片，具有凹面与凸面，所述第一弹性垫片的凹面与第二弹性垫片的凹面相对。
78.在一些可选的实施例中，第一弹性垫片和第二弹性垫片为碟形弹簧垫片，具有凹面与凸面，第一弹性垫片的凹面与第二弹性垫片的凹面相对。
79.【姿态调节部】
80.姿态调节部50，设置在每个支撑架20与底板10之间。
81.在优选的实施例中，结合图姿态调节部50具有两端分别螺纹连接到支撑架20与底板10的调节螺钉51，调节螺钉51被设置成能够通过从支撑架20方向的调节，实现支撑架20与底板10之间的姿态调节。
82.如图5、6、7所示，以外径部的调节螺钉51为例，其穿过对应一组支撑架第三沉孔26a、第一螺丝孔28a，进入底板内。同理，内径部的调节螺钉51，穿过对应一组支撑架第四沉孔26b、第二螺丝孔28b，进入底板内。
83.由此，通过拧动调节螺钉51可实现底板10与支撑架20之间的相对高度的微调。
84.如图7所示的示例，姿态调节部50的调节螺钉51为球头螺钉，其底部为圆弧球头形状，以减少在调节过程中对底板的损害。
85.底板10上对应与球头螺钉的位置布置有并排且间隔设置的钢丝52a和52b，球头螺钉的底部支撑在两个钢丝52a和52b的间隔位置，通过钢丝52a和52b限制周向移动，限位区
域主要由两根φ1.2mm并且相距1mm距离的钢丝52a和52b嵌入组成。
86.在图8所示的示例中，底板10的均匀镂空的六个第一镂空区域11，扇形角度57
°
。
87.支撑架20具有中轴线，第二圆弧形凹槽24与支撑架20的中轴线所成角度18
°
。支撑架的角度57
°
。
88.上盖60的扇形角度为57
°
。
89.结合图2所示，优选的实施例中，对应于每个支撑架20，分别设置两个缓冲调节部40和两个姿态调节部50，其中第一个缓冲调节部40和第一个姿态调节部50，位于底板内径部17对应的位置，另第二个缓冲调节部40和第二个姿态调节部50，位于底板外径部18对应的位置。
90.在底板内径部17和底板外径部18对应的位置，对应于每个支撑架设置的标准球30、缓冲调节部40以及姿态调节部50，按照预设的位置依次间隔设置。
91.在优选的实施例中，对应于每个支撑架20设置的标准球30、缓冲调节部40以及姿态调节部50，在沿着圆周方向上，所述标准球30与缓冲调节部40之间的距离小于缓冲调节部40与姿态调节部50之间距离。
92.结合图2，上盖60合围所形成的圆环形形状的内径部的直径d31大于所述支撑架20合围形成的圆环形形状的内径部的直径d21；所述上盖60合围所形成的圆环形形状的外径部的直径d32小于所述支撑架20合围形成圆环形形状的外径部的直径d21,由此可露出对应的姿态调节部和缓冲调节部，利于从外部操作进行调节。
93.如图2、8所示，上盖60合围所形成的圆环形形状、支撑架20合围形成的圆环形形状与多个第一镂空区11合围后形成圆环形形状，共中心轴线地设置。
94.结合以上实施例的适用于空间x射线探测用的环形微孔光学镜片的光学装配装置，其结果过程包括以下步骤：
95.步骤1、在装夹过程中，将环形微孔光学镜片200装配至每个上盖60与支撑架20之间，并进行压紧固定；同时，通过支撑架20下方的标准球30和限位杆41形成三角定位支撑，将支撑架20支撑住；
96.步骤2、对于每个支撑架20及上盖60对应的一组环形微孔光学镜片200的装夹过程，通过缓冲调节部40的上下两端的螺栓，使得限位杆41支撑的支撑架20及上盖60之间的高度距离h达到预设高度值h0；所述预设高度值h0＝标准球30的直径d
‑
凹陷入支撑架20的深度h1
‑
凹陷入底板10的深度h2；h1和h2分别为支撑架20上设置的用于容纳和定位标准球30的圆弧形凹槽的深度和底板10上设置的用于容纳和定位标准球30的圆弧形凹槽的深度；
97.步骤3、调节姿态调节部50的调节螺钉51，以使得环形微孔光学镜片200达到基本水平。
98.其中，在调节姿态调节部50的调节螺钉51过程中，通过水平尺或者水准泡观测环形微孔光学镜片200的水平状态。
99.虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。