球形安装的回射器的制作方法

本发明涉及一种球形安装的回射器。

背景技术：

1、现有技术中已知的回射器(retroreflector)通常被设置为实心玻璃回射器或中空棱镜。

2、针对实心玻璃棱镜，对实心玻璃棱镜的三点的3d位置进行测量取决于由于玻璃中的折射而产生的测量角。因此，使用实心玻璃棱镜很难完成工业测量任务中绝对位置的高精度测量。因此，实心玻璃棱镜通常仅用于监测应用，针对这些应用，执行相对位置变化的测量就足够了。

3、用作回射器的中空棱镜通常包括三个反射表面，其中，入射光被中空棱镜沿相反方向(与入射方向相反)反射回来。反射通常通过中空棱镜的三个反射表面处的直接反射来提供。与实心玻璃棱镜回射器相比，中空棱镜回射器的优点是，针对中空棱镜回射器，入射光的背向反射不受折射的影响。然而，三个反射表面需要相对于彼此精确定向，以避免二面角误差。此外，重要的是，三个反射表面具有高度的平面性。中空棱镜回射器也称为立方隅角(cube-corner)回射器。

4、针对干涉距离测量(例如，激光跟踪仪中的氦氖激光干涉测量)，二面角误差和反射表面的非平面性会导致可能的测量距离缩短：返回光不再与内部参考光发生相长干涉，从而导致干涉测量信号的对比度损失。

5、中空棱镜回射器通常使用成型工艺或通过将三个反射表面彼此胶合来构造，这三个反射表面需要彼此精确定向。成型工艺和胶合都很复杂，因此成本很高。

6、出于稳定性和保护目的，回射器通常布置(分别安装)在承载件上，该承载件通常至少部分地成形为球并且具有供回射器定位的腔体(cavity)。以这种方式安装的回射器可以称为球形安装的回射器。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是提供一种可以以成本有效的方式生产的球形安装的回射器。

2、本发明的另外的目的是提供一种具有由标称工作温度附近的温度变化引起的小二面角误差的球形安装的回射器。

3、本发明涉及一种球形安装的回射器。球形安装的回射器包括：1)光学嵌体(inlay)，所述光学嵌体包括具有顶点的回射器和对称轴线，以及2)承载件，所述承载件具有至少部分球形的外表面和腔体，其中，光学嵌体布置在腔体中，并且其中，至少部分球形的外表面具有球心，所述球心与顶点重合，其中，光学嵌体连接到承载件。光学嵌体包括联接部(coupling portion)，并且球形安装的回射器包括布置在光学嵌体与承载件之间的联接元件，其中，联接部和联接元件被具体实现为使得它们以如下方式彼此对应和相互作用：当以纯机械方式彼此连接时，光学嵌体相对于联接元件的平移移动性(movability)限于沿一个移动轴线(特别是对称轴线)的移动性。

4、特别地，当以纯机械方式彼此连接时，联接部和联接元件可以沿移动轴线彼此(排他地)远离。因此，仅通过至少初始地提供部件沿移动轴线在相反方向上的相对移动，才能提供(以纯机械连接的状态提供的)部件的解耦。

5、换言之，联接部和联接元件被具体实现为使得它们以如下方式彼此对应和相互作用：在联接部和联接元件以纯机械方式彼此连接时，光学嵌体至多可沿移动轴线(特别是对称轴线)远离联接元件平移移动。

6、在本发明的上下文中，纯机械方式的连接应理解为至少提供相应部件(例如，联接部和联接元件)的机械接触，而不存在将会影响部件的稳定性或装配的任何附加元件。例如，当使联接部和联接元件接触时(即，当提供联接部和联接元件的接触时)，已经提供了联接部和联接元件的纯(排他的)机械安装。特别地，为了提供联接部和联接元件纯机械连接时的状态，不存在粘合剂来例如将部件彼此固定。

7、联接元件布置在光学嵌体与承载件之间。光学嵌体以能够容纳联接元件的方式配置。在容纳状态下(即，在光学嵌体已容纳有联接元件并且光学嵌体和联接元件彼此机械连接的情况下)，光学嵌体和联接元件的相互作用限制了光学嵌体与联接元件之间的相对平移移动性：在光学嵌体纯机械地连接到联接元件的情况下，光学嵌体可以例如仅通过沿对称轴线远离联接元件平移光学嵌体，才能从联接元件上拆卸。因此，联接部和联接元件以如下方式配置(分别设计)：一旦彼此机械连接，相对移动性就已经受到纯机械考虑的限制，即，没有附加固定装置，诸如粘合剂。

8、在根据本发明的球形安装的回射器的实施方式中，光学嵌体使用第一附接机构固定地附接到联接元件，和/或联接元件使用第二附接机构固定地附接到承载件。

9、除了纯粹由于光学嵌体与联接元件之间的相互作用所施加的机械限制而导致光学嵌体与联接元件之间的移动性限制之外，第一附接机构可以将光学嵌体固定地附接到联接元件和/或第二附接机构可以将联接元件固定地附接到承载件。在彼此固定地附接之后，光学嵌体既不能围绕联接元件旋转移动也不能平移移动，并且联接元件相对于承载件既不能旋转移动也不能平移移动。

10、在根据本发明的球形安装的回射器的另外的实施方式中，联接元件被具体实现为填隙球，并且在填隙球以纯机械的方式连接到光学嵌体的情况下，光学嵌体可以围绕填隙球旋转。

11、特别地，联接元件可以被具体实现为倒圆形填隙球，并且光学嵌体可以适当地配置成容纳填隙球。例如，如果没有粘合剂用作光学嵌体与填隙球之间的第一附接机构，那么即使在容纳填隙球之后，光学嵌体也可以围绕填隙球旋转。

12、使用填隙球，光学嵌体可以以与承载件的限定关系定位。光学嵌体与填隙球之间以及填隙球与承载件之间的直接接触允许光学嵌体与承载件之间的高定位精度，特别是不受部件接触点之间的任何粘合剂层的影响。

13、制造公差可能导致不同尺寸的光学嵌体。通过选择具有合适尺寸的填隙球，可以补偿这种制造公差，从而允许顶点和球心重叠。针对工业测量应用，顶点和球心通常应位于彼此之间最多10微米的距离内，即，中心公差为10微米。

14、在根据本发明的球形安装的回射器的另外的实施方式中，回射器被具体实现为立方隅角回射器。

15、因此，回射器可以包括三个反射表面，例如，所述三个反射表面可以彼此成90度定向。

16、在根据本发明的球形安装的回射器的另外的实施方式中，回射器被具体实现为实心玻璃棱镜或包括光学塑料(如环烯烃聚合物(cop)光学聚合物，例如，zeonex)。

17、在根据本发明的球形安装的回射器的另外的实施方式中，第一附接机构和/或第二附接机构由粘合剂提供，所述粘合剂以使得粘合剂位于弯曲表面的至少一部分上的方式布置在联接元件与光学嵌体之间和/或联接元件与承载件之间，所述弯曲表面特别对应于围绕联接元件的紧密球体(tight sphere)。

18、光学嵌体与联接元件之间的粘合剂(例如，环氧树脂)因此可以分布在弯曲表面上。由于光学嵌体只能经由联接元件连接到承载件，所以施加在承载件上的外力不会导致光学嵌体上的力。因此，光学嵌体无应变地附接到承载件。因此，这种无应变的附接使光学嵌体的潜在变形最小化。

19、在根据本发明的球形安装的回射器的另外的实施方式中，光学嵌体和联接元件和/或联接元件和承载件使用按压或卡扣机构彼此固定连接，和/或联接元件和承载件或光学嵌体和联接元件使用粘合剂彼此固定地连接。

20、在根据本发明的球形安装的回射器的另外的实施方式中，光学嵌体被具体实现为待随后烧结的注塑成型塑料或注塑成型金属或金属/塑料组合，或伴随着后处理以提高表面质量的3d打印部件。立方隅角回射器可以由注塑成型塑料的表面的至少一部分的涂层提供，所述涂层对照射在球形安装的回射器上的测量辐射的波长具有反射性，所述涂层特别被具体实现为金涂层、银涂层或铝涂层。

21、利用注塑成型工艺制造的光学嵌体可以在室温下被后处理，从而允许精确制造光学嵌体。

22、在根据本发明的球形安装的回射器的另外的实施方式中，光学嵌体包括三个主侧，其中，三个主侧基本上彼此正交，每个侧基本上是平面的并且在相应主侧所在的相应侧平面内具有相应的2d侧坐标系，光学嵌体是按照使得温度变化(特别是在标称工作点附近高达10摄氏度)基本上仅使每个主侧在相应的2d侧坐标系的至多两个坐标方向上变形的方式进行配置的。

23、塑料作为一种材料的行为和形状通常强烈依赖于温度。温度变化通常会导致塑料变形。因此，基本由塑料组成的光学嵌体可能会由于温度变化而发生变形。

24、三个主侧可以对应于三个反射表面，所述三个反射表面可以是立方隅角回射器的一部分。每个主侧可以位于平面内，即，基本上是平面的。平面可以通过二维坐标系在数学上表征。

25、光学嵌体可以被设计成使得在标称工作点(例如，室温)附近高达10摄氏度的温度变化基本上仅使每个主侧以每个变形的主侧仍然基本上是平面的(即，在其相应的侧平面内)的方式变形。三个主侧(即，三个反射表面)因此可以被设计成在20摄氏度的温度范围内保持每个反射表面的平面性。在所述范围内与平面性的偏差特别可以在亚微米范围内。每个反射表面的基本上在其相应侧平面内发生的变形不会影响反射信号的角精度。

26、可以在迭代过程中设计光学嵌体，该迭代过程包括光学嵌体的温度行为的基于有限元分析的模拟。该迭代过程可以提供光学嵌体的机械设计，其确保反射表面在温度范围内的高平面性。

27、顶点可以对应于三个主侧的交点。由于顶点和球心重合，所以光学嵌体和承载件的不同热变形行为(塑料制成的光学嵌体的热膨胀系数通常远大于例如由不锈钢制成的承载件的热膨胀系数)不会导致顶点与球心之间的显著相对移动。光学嵌体无应变地附接到承载件。

28、在根据本发明的球形安装的回射器的另外的实施方式中，光学嵌体是按照使得温度变化(特别是在标称工作点附近高达10摄氏度)使光学嵌体以围绕联接元件对称的方式变形的方式进行配置的。

29、对称变形尤其可以使由塑料制成的光学嵌体中热引起的应变的发生最小化。

30、在根据本发明的球形安装的回射器的另外的实施方式中，联接部被具体实现为填隙球端，光学嵌体在填隙球端中容纳填隙球，其中，光学嵌体的填隙球端围绕对称轴线是对称的，并且其中，填隙球端具有通过凹部彼此隔开的突出的外区段和缩进的内区段，缩进的内区段具有与填隙球的曲率互补的曲率，并且突出的外区段具有接触区域。

31、在根据本发明的球形安装的回射器的另外的实施方式中，在光学嵌体已容纳有填隙球的容纳状态下，填隙球直接接触缩进的内区段，并且在突出的外区段的接触区域与填隙球之间存在空间，其中，粘合剂布置在空间中，粘合剂在接触区域与填隙球之间延伸并且将填隙球固定地附接到光学嵌体。

32、在接触区域，突出的外区段还可以具有与填隙球的曲率互补的曲率。

33、缩进的内区段的互补曲率可以允许填隙球相对于光学嵌体的准确定位，而接触区域与填隙球之间的空间可以确保将填隙球固定地附接到光学嵌体的粘合剂不会影响填隙球相对于光学嵌体的定位。

34、在根据本发明的球形安装的回射器的另外的实施方式中，承载件具有填隙球容纳部分，所述填隙球容纳部分围绕对称轴线是对称的，其中，填隙球容纳部分具有中心凹部和相邻的倾斜区段，其中，填隙球与倾斜区段接触，并且填隙球与承载件之间的粘合剂布置在倾斜区段周围和/或中心凹部中。

35、在根据本发明的球形安装的回射器的另外的实施方式中，光学嵌体仅连接到联接元件，并且经由联接元件间接连接到承载件。

36、仅经由联接元件将光学嵌体连接到承载件允许使由作用在球形安装的回射器上的外力引起的光学嵌体中的应变最小化。

37、在根据本发明的球形安装的回射器的另外的实施方式中，承载件被实现为不锈钢承载件。

38、在根据本发明的球形安装的回射器的另外的实施方式中，保护环安装在承载件上，所述保护环横向包围光学嵌体的从承载件突出的部分，并且所述保护环仅机械地连接到承载件。

39、保护环可以至少部分地屏蔽回射器的反射表面。光学嵌体可以不机械连接到保护环。