一种中空回射器装配工装及包含其的中空回射器装调系统的制作方法

本发明涉及光电子器件制造，特别是涉及一种中空回射器装配工装及包含其的中空回射器装调系统。

背景技术：

1、中空回射器（又称角隅反射器）凭借可对任意入射角光束实现平行逆向回射的独特光学特性，无需严格匹配光源同轴度即可完成高精度光束折返，已成为激光远距离测距、空间对地通信、光电跟踪探测、精密光学基准校准、卫星姿态定位等高端光电系统中的核心基础元器件。相较于实心角锥棱镜，中空回射器采用三片平面反射镜合围构成空心角锥内腔，具备结构轻量化、光学通透损耗低、大口径制备成本低等突出优势。

2、目前业内中空回射器的制备主要依赖装配工装完成三片平面反射镜的定位与角度调节。现有装配工装主要存在以下技术缺陷：

3、其一，工装加工精度要求极高，装调精度受限于工装本身。现有技术中，第一类固定式整体粘接工艺直接依靠高精度实心角锥作为工装基准，将方形基片胶合在角锥的三个抛光侧面上进行定位，靠压薄胶水的厚度来微调垂直角精度。该类方案的产品精度完全依赖实心角锥的加工精度，对工装加工精度要求极高，且胶水在调制过程中越压越薄，无法反复调制，操作难度大。

4、其二，工装结构复杂，调节机构集成于产品中，批量生产适用性差。第二类可更换反射镜的中空回射器方案中，底座和调节部分作为成品的一部分使用，反射镜通过水溶性白乳胶粘接在调节部分的平板镜架上，产品成本高。由于调节机构作为产品组成部分保留在成品中，环境温度变化或振动等因素易使产品跑位，精度偏离初始状态，难以保证周转运输中的稳定性，无法适用于商用化批量生产。

5、其三，装调装置结构复杂、操作繁琐、生产效率低。第三类分体式装调工艺采用底座旋转台上设置金属圆盘，金属圆盘开设有三个推进槽，推进槽内固定斜角金属块，斜角金属块上设置光学调准架。该方案装置结构复杂，成本高，操作步骤繁琐，单件装调耗时久，无法满足大批量生产需求。

6、此外，现有装配工装在镜片角度调节方式上存在根本性局限。无论是依赖实心角锥基准的固定式方案，还是采用推进槽配合斜角金属块的分体式方案，均只能实现镜片在单一方向或有限范围内的粗略角度调整，缺乏对每片镜片空间角度进行独立、精细调节的能力。这导致三片反射镜之间的二面角与正交误差难以精准校正，叠加镜片、胶水产生的内应力，易造成镜面形变，成品回射精度与面型质量较差。目前市场上许多中空回射器精度不够，不能满足高精度要求，反射误差较大。

7、以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种中空回射器装配工装及包含其的中空回射器装调系统，以解决上述现有技术存在的问题，实现镜片角度的独立精细调节与量化闭环检测，从而降低成本、提高装调精度与效率，满足批量生产需求。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种中空回射器装配工装，用于中空回射器光学反射组件中平面反射镜的定位与角度调节，包括：

4、底座，所述底座具有两两相交的三个基准平面；

5、三块底板，分别设置于所述三个基准平面对应的位置处，每块所述底板具有用于承载一片所述平面反射镜的承载面；

6、角度调节机构，设置于各所述底板与对应的所述基准平面之间，用于分别调节各所述底板相对于对应的所述基准平面的空间角度；

7、所述角度调节机构包括三组调节件，三组所述调节件设置于同一所述底板与对应的所述基准平面之间，且三组所述调节件的支撑点呈三角形分布；

8、以及限位结构，设置于各所述底板的所述承载面上，用于对所述平面反射镜进行至少一个方向的定位。

9、在一示例性实施例中，所述调节件为丝杆，所述丝杆通过螺纹连接于所述底座，所述丝杆的顶端抵接于所述底板的背面，所述丝杆的端部固定连接有调节旋钮，通过旋转所述丝杆驱动所述底板移动。

10、在一示例性实施例中，还包括连接组件，所述连接组件包括弹性连接件和定位销，各所述底板分别通过所述弹性连接件和所述定位销与所述底座连接，所述弹性连接件用于提供使所述底板与所述角度调节机构保持抵接的预紧力。

11、在一示例性实施例中，所述底座的三个棱边位置分别开设有通光孔，所述通光孔设置于所述底座上对应两两所述基准平面相交棱边的位置处，且所述通光孔的轴线指向相邻两片所述平面反射镜的贴合交汇区域，所述通光孔用于供固化光线穿过所述底座照射至镜片装配区域。

12、在一示例性实施例中，所述限位结构为沿所述承载面的边缘凸起设置的限位挡边，所述限位挡边用于对所述平面反射镜的短边进行限位。

13、本发明还提供一种中空回射器装调系统，包括：

14、上述的中空回射器装配工装；

15、以及自准直检测单元，设置于所述装配工装的外部，所述自准直检测单元的光路出口朝向承载于所述装配工装上的所述平面反射镜；

16、所述自准直检测单元包括光源、分划板、分光镜、准直透镜及图像传感器；所述光源发出的光束经所述分划板、所述分光镜及所述准直透镜后出射至所述平面反射镜，经所述平面反射镜反射后返回至所述图像传感器成像，所述图像传感器根据采集到的十字叉丝像的偏移量输出所述平面反射镜的装配角度误差信息。

17、在一示例性实施例中，所述光源包括白光光源和激光光源，所述白光光源与所述激光光源可切换地接入所述自准直检测单元的光路中。

18、在一示例性实施例中，所述系统被配置为：所述平面反射镜的数量为三片，三片所述平面反射镜在所述装配工装上两两垂直布置，所述自准直检测单元分别采集各所述平面反射镜在不同反射顺序下的多组十字叉丝像，以各组所述十字叉丝像的汇聚重合作为判定所述平面反射镜装配角度误差是否满足预设要求的条件。

19、在一示例性实施例中，所述系统被配置为根据所述十字叉丝像的偏移量δs及所述准直透镜的焦距f，按照α=1/2·arctan(δs/f)计算所述平面反射镜的角度偏差α，其中δs为所述十字叉丝像的成像偏移量，f为所述准直透镜的焦距，α为所述平面反射镜的角度偏差。

20、在一示例性实施例中，所述装配工装的底座上开设有通光孔，所述通光孔设置于所述底座上对应两两所述基准平面相交棱边的位置处，所述系统还包括紫外光源，所述紫外光源设置于所述底座下方，所述紫外光源发出的固化光线经所述通光孔导向所述平面反射镜的贴合棱边区域。

21、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

22、1、工装结构简单、加工成本低，通过三点支撑实现空间角度独立精细调节：本发明中，角度调节机构包括三组调节件，三组调节件的支撑点呈三角形分布。三点确定一个平面，通过分别调节三组调节件，可实现对底板空间角度的独立、连续、精细调节，进而精确调整承载于其上的平面反射镜的姿态。这与现有技术中依赖实心角锥高精度加工基准（第一类）、或将调节机构集成于产品中的复杂结构（第二类）、或采用推进槽配合斜角金属块的单向粗调方式（第三类）存在本质区别。本发明无需对工装提出极高的加工精度要求，工装结构简单、成本低，同时三点支撑结构赋予了每片镜片独立的空间角度调节能力。

23、2、镜片无应力装夹，避免镜面形变，保障面型精度：现有技术中，镜片通过胶水粘接或夹具夹紧的方式固定在工装上，胶合与夹紧产生的应力会导致镜面形变，影响面型质量。本发明中，平面反射镜仅放置于底板的承载面上，通过限位结构进行至少一个方向的定位，无需胶合或夹紧即可完成定位。这种无应力装夹方式从根本上避免了因装夹应力导致的镜面形变，为高面型精度提供了结构保障。

24、3、三片镜片独立可调，为精准校正二面角误差提供结构基础：中空回射器的光束回射精度根本上取决于三片平面反射镜之间的二面角与正交误差。现有工装难以对每片镜片进行独立、精细的角度调节，导致正交误差无法精准校正。本发明通过三块底板分别对应三个基准平面，每块底板由呈三角形分布的三组调节件独立支撑，实现了对三片镜片空间角度的独立调节，为精准校正三面反射镜正交误差、保障成品回射精度提供了可靠的结构基础。

25、4、装调效率高，适配批量工业化生产：本发明工装结构简洁、操作直观，镜片放置于承载面上即可完成定位，无需复杂的装夹操作；三点支撑式角度调节机构使得调试过程连续可控。单件产品整体装调时长可压缩至5分钟左右，生产效率高，可广泛适配工业化批量生产场景。

26、本发明所公开的其他技术方案还具有如下技术优势：

27、1、检测基准与装配基准天然统一，消除系统级累积误差：本发明中，自准直检测单元设置于装配工装的外部，其光路出口朝向承载于装配工装上的平面反射镜。相较于现有技术中自准直仪与装配工装相互独立、使用时需分别架设并反复进行基准对准的传统模式，本发明的检测光路与工装装配基准形成固定的空间对应关系，避免了基准传递与反复对位产生的系统级累积误差，从系统架构层面保障了检测数据的真实性与可靠性。

28、2、可视化闭环调试，大幅降低装调难度：本发明中，光源发出的光束经分划板、分光镜及准直透镜后出射至平面反射镜，经反射后返回至图像传感器成像，图像传感器根据十字叉丝像的偏移量输出装配角度误差信息。该方案将镜片角度误差以十字叉丝成像形式直观呈现，操作人员仅需观察十字叉丝偏移即可实时判断偏差方向与大小，实现“边调边测”的闭环调试。相较于现有技术中依赖人工经验、缺乏量化手段的粗放式装调方式，显著降低了操作门槛。

29、3、双光源切换设计，兼顾粗调效率与精调精度：本发明中，光源包括白光光源和激光光源，二者可切换地接入自准直检测单元的光路中。当镜片初始偏差过大、视野内无有效十字叉丝时，可先行切换为激光光源，凭借光斑高可视性快速完成粗调定位；随后切换为白光光源进行高精度精调。双光源设计兼顾了粗调阶段的快速性与精调阶段的高精度需求，有效缩短了单件产品的整体装调时长。

30、4、六组十字叉丝全息判定，精准量化三面镜片正交误差：本发明中，系统被配置为采集三片平面反射镜在不同反射顺序下的多组十字叉丝像，以各组十字叉丝像的汇聚重合作为判定装配角度误差是否满足预设要求的条件。六组十字叉丝像分别对应三片镜片两两之间的二面角误差信息，以六组叉丝完全汇聚重合作为收敛判据，从根本上解决了三面反射镜正交度不足的行业痛点，确保成品回射精度稳定控制在5″以内。同时，系统被配置为根据十字叉丝像的偏移量δs及准直透镜焦距f，按照α=1/2·arctan(δs/f)计算镜片角度偏差，为精密调节提供了精确的数学依据，避免盲目试调。

31、5、通光孔与紫外光源配合，实现原位固化避免二次跑位：本发明中，装配工装的底座上开设有通光孔，系统还包括设置于底座下方的紫外光源，固化光线经通光孔导向平面反射镜的贴合棱边区域。该设计使得镜片在完成角度调试后无需移动即可直接进行紫外预固化，将镜片姿态“锁定”在当前最优状态，避免了传统方案中因将镜片从调试工装转移至固化设备过程中发生的跑位与精度损失。

32、6、系统整体协同增效，实现高精度与高效率的统一：本发明通过装配工装与自准直检测单元的有机组合，形成了“机械定位—角度调节—实时检测—原位固化”的完整闭环系统。工装的三点支撑式角度调节机构提供独立精细的镜片角度调节能力，自准直检测单元提供实时量化的误差反馈，通光孔与紫外光源配合实现原位固化。三者协同作用，使单件中空回射器的整体装调时长压缩至5分钟左右，成品回射精度稳定控制在5″以内、面型精度可达λ/2，系统性地解决了传统方案中精度差、效率低、操作难的技术问题。