專利名稱：空氣介質(zhì)分體式三向直角頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于幾何量角度 量領(lǐng)域，涉及一種三向直角頭，特別是涉及一種空氣介質(zhì)二向直角頭。
背景技術(shù)：
三向直角頭是準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡或者自準(zhǔn)直儀類儀器的重要附件，可以使入射平行光分成三束并按精確直角進(jìn)行轉(zhuǎn)折、傳遞，主要用來建立與基準(zhǔn)光學(xué)視線相垂直或平行的平面或直線。常用三向直角頭是由一塊玻璃五棱鏡和膠合在其半透半反工作面上的楔鏡組成的，其結(jié)構(gòu)形式及原理圖見圖I和圖2。五棱鏡的工作面為A、B和C三面，工作面均鍍半透半反膜，即光到達(dá)該面有一半光透射，一半光反射。測試儀器的入射光通過三次透射和反射光線被分成三束出射光，向前的出射光與入射光傳播方向一致，左右方向的出射光與入射光垂直。面五棱鏡保證光學(xué)直視視線精確轉(zhuǎn)角90°，膠合楔鏡使光學(xué)直視視線不發(fā)生折轉(zhuǎn)直行出射。當(dāng)改變五棱鏡工作面夾角值時，也可制成非90°的特定光束偏轉(zhuǎn)角裝置。在工程應(yīng)用中，通用整體式三向直角頭具有以下局限性(I)當(dāng)通光口徑增大時，由于光線在玻璃中的光程增大，玻璃對光能的吸收也增大，當(dāng)通光口徑大于Φ30πιπι時光能損耗顯著，此結(jié)構(gòu)不適用于對通光口徑要求較大的場
口 O(2)由于光多次透射和反射出射光的光能量會大大減低，圖I中前出射光能量為入射光的1/2，左出射光能量為入射光能量的1/8，右出射光能量為入射光能量的1/16，由于出射光能量損失較大，對測試儀器及反光鏡的要求會很高，適用性較低。(3)光學(xué)視線精確轉(zhuǎn)角90°需滿足以下條件a)B、C兩反射面成45°夾角，A與B面夾角67. 5° ;b)三反射面均垂直于底平面，此項(xiàng)要求常稱為“塔差”；C、三反光面的平面度。而玻璃五棱鏡由于用整塊玻璃制成，三反射面既要保證夾角準(zhǔn)確，又要保證垂直于同一平面，工藝上很難實(shí)現(xiàn)，并且一旦鍍膜，無法修復(fù)。由于“塔差”的影響很難實(shí)現(xiàn)精確轉(zhuǎn)角。(4)出射光由于玻璃五棱鏡及楔鏡的影響也會發(fā)生光線偏轉(zhuǎn)或平移,五棱鏡組很難保證光線通過后傳遞方向不發(fā)生改變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高測量準(zhǔn)確度，同時降低制造成本，改善光學(xué)傳遞質(zhì)量和擴(kuò)展使用范圍的空氣介質(zhì)分體式三向直角頭。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案一種空氣介質(zhì)分體式三向直角頭，其包括中空長方體狀的殼體，在殼體的側(cè)面開設(shè)入射光孔；第一反光鏡和第二反光鏡分別固定在兩個上反光鏡座下表面上，兩個上反光鏡座固定在上基座下表面上，第一反光鏡和第二反光鏡反光面均與上基座垂直，垂直度不大于2";第一反光鏡和第二反光鏡反光面間的夾角為45° ,45°夾角誤差不大于I"；
第三反光鏡和第四反光鏡分別固定在下反光鏡座上表面上，兩個下反光鏡座固定在下基座上表面上，第三反光鏡和第四反光鏡反光面均與下基座垂直，垂直度不大于2 "；第三反光鏡和第四反光鏡反光面間的夾角為45°，45°夾角誤差不大于I"；上基座和下基座與殼體的上下兩個安裝面分別固連；安裝后，上部分的第一反光鏡和第二反光鏡、與下部分的第三反光鏡和第四反光鏡之間有一條通光狹縫。如上所述的一種空氣介質(zhì)分體式三向直角頭，其在殼體的入射通光孔處，通過永久磁鐵吸合一個找正平面鏡，找正平面鏡裝上后與殼體上下兩個安裝面垂直。如上所述的一種空氣介質(zhì)分體式三向直角頭，其所述的找正平面鏡材料為9Crl8，真空淬火，淬火硬度HRC58-62，研磨反光面，使其平面 度不大于O. lum。如上所述的一種空氣介質(zhì)分體式三向直角頭，其所述的殼體(4)的上下兩個安裝面平行，平行度不大于O. 002mm,殼體的入射光孔所在面與下安裝面垂直，垂直度不大于
O.002mm。如上所述的一種空氣介質(zhì)分體式三向直角頭，其所述的殼體、上基座、下基座、上反光鏡座和下反光鏡均采用Nb-因瓦鋼材料。本發(fā)明的效果在于本發(fā)明所述的空氣介質(zhì)分體式三向直角頭具有以下特點(diǎn)
(I)主要零部件采用溫度膨脹系數(shù)很小的因瓦鋼制造，反光鏡采用微晶玻璃制造，儀器因溫度變化(-5 35°C)引起的角度測量誤差不大于±1"，裝置的溫度環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可以將儀器的使用環(huán)境擴(kuò)大到野外。(2)可制成較大的通光口徑，使用方便。由于兩反射面間的介質(zhì)為空氣，不存在玻璃內(nèi)長光程的光能吸收損耗，因此可制成較大的通光口徑，很容易捕捉目標(biāo)，前、左、右出射光光強(qiáng)相等為入射光光強(qiáng)的1/3。(3)直角頭的單面反射率可提高到98%以上，工作測試距離可達(dá)20m。(4)出射光與入射光90°轉(zhuǎn)角誤差不大于2"，與90°轉(zhuǎn)角平面相垂直的平面內(nèi)，出射光與入射光的平行度不大于3"。(5)當(dāng)分體式直角頭位置偏轉(zhuǎn)時，能顯著減小自準(zhǔn)直像的變化量?；谆尜N住平板擺動±5°時，自準(zhǔn)直儀檢測值的變化量不大于±1"。(6)通過找正反光鏡和直角頭上、下基板基面進(jìn)行找正后，儀器光線分出的三束出射光與五棱鏡棱線的垂直度均不大于3"，大大提高了儀器的測量準(zhǔn)確度。


圖I為整體式玻璃三向直角頭結(jié)構(gòu)圖；圖2為整體式玻璃三向直角頭原理圖；圖3為本發(fā)明所述的空氣介質(zhì)分體式三向直角頭整體圖；圖4為本發(fā)明所述的空氣介質(zhì)分體式三向直角頭分解圖；圖5為空氣介質(zhì)分體式三向直角頭上部分光路圖；圖6為空氣介質(zhì)分體式三向直角頭下部分光路圖；圖中1、上基座；2、上反光鏡座；3、第一反光鏡；4、殼體；5、找正平面鏡；6、第三反光鏡；7、下基座；8、下反光鏡座；9、第四反光鏡；10、第二反光鏡。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明所述的空氣介質(zhì)分體式三向直角頭作進(jìn)一步描述。如圖3和圖4所示，本發(fā)明所述的空氣介質(zhì)分體式三向直角頭包括殼體4、上基座
I、下基座7、上反光鏡座2、下反光鏡座8和四個反光鏡3、10、6和9。殼體4、上基座I、下基座7、上反光鏡座2和下反光鏡座8均采用Nb-因瓦鋼材料。四個反光鏡3、10、6和9均采用微晶玻 璃，四個反光鏡的工作面上都鍍上相應(yīng)高反射率的介質(zhì)膜，其余非工作面磨砂。殼體4為中空長方體狀,在殼體4的側(cè)面開設(shè)入射光孔。找正平面鏡5材料為9Crl8，真空淬火，淬火硬度HRC58-62，研磨反光面，使其平面度不大于O. Ium ;找正平面鏡5通過嵌入其中的永久磁鐵吸合在殼體4入射通光孔處，保證裝上后與殼體4上下安裝面垂直。找正平面鏡5僅在找正時使用，一旦找正完成，即拿下找正平面鏡，保證入射光孔能夠通光。第一反光鏡3和第二反光鏡10分別通過光學(xué)結(jié)構(gòu)膠與兩個上反光鏡座2的下表面粘接在一起，兩個上反光鏡座2與上基座I的下表面使用螺釘固連，通過研磨上反光鏡座2，保證安裝后第一反光鏡3和第二反光鏡10反光面均與上基座I垂直，垂直度不大于2 "；調(diào)整安裝螺釘，使第一反光鏡3和第二反光鏡10反光面間的夾角為45°，45°夾角誤差不大于I"。同樣，第三反光鏡6和第四反光鏡9通過光學(xué)結(jié)構(gòu)膠與下反光鏡座8的上表面粘接在一起，然后通過下反光鏡座8與下基座7的上表面使用螺釘固連，通過研磨下反光鏡座8，保證安裝后第三反光鏡6和第四反光鏡9反光面均與下基座7垂直，垂直度不大于2"；調(diào)整安裝螺釘，第三反光鏡6和第四反光鏡9反光面間的夾角為45°，45°夾角誤差不大于
I" O上基座I和下基座7與殼體4的上下兩個安裝面分別通過螺釘固連；安裝后，上部分的第一反光鏡3和第二反光鏡10、與下部分的第三反光鏡6和第四反光鏡9之間有一條通光狹縫，寬IOmm;檢測三束出射光與入射光的“塔差”，保證“塔差”不大于3"。研磨殼體4的上下兩個安裝面和入射光孔所在面外表面，使其上下兩個安裝面平行，平行度不大于O. 002mm，入射光孔所在面與下安裝面垂直，垂直度不大于O. 002mm。如圖5和圖6所示，本發(fā)明所述的空氣介質(zhì)分體式三向直角頭使用時，用準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡或光電自準(zhǔn)直儀等光電測角儀器光軸對準(zhǔn)入射光孔，入射光線直接通過上、下反光鏡間狹縫出射，其余部分又分上下兩部分，上部分經(jīng)反光鏡III、反光鏡IV反射后出射，出射光與入射光成90°夾角；下部分經(jīng)反光鏡I、反光鏡II反射后出射，出射光與入射光成90°夾角。本發(fā)明所述的空氣介質(zhì)分體式三向直角頭(1)采用空心直角頭設(shè)計(jì)方案，使光線始終在空氣介質(zhì)中傳播，最大程度的減少光能的損失。(2)根據(jù)準(zhǔn)直類儀器的出射光線為平行光的特點(diǎn)，空心直角頭可將一束平行光切割為三束，只要減小反射面“塔差”，出射光在與直角相垂直的平面內(nèi)的平行度即可保證。(3)摒棄整體式五棱鏡組的方式采用分體式五棱鏡的方式，便于提高90°轉(zhuǎn)角或固定轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確度，同時降低“塔差”的影響，提高測量精度，提高環(huán)境適應(yīng)性，簡化結(jié)構(gòu)并降低制造調(diào)試成本。(4)去掉楔鏡，避免光線因通過玻璃介質(zhì)而發(fā)生的光線偏轉(zhuǎn)或平移。上下兩個五棱鏡之間留有一條狹縫，光線可以通過狹縫進(jìn)行直線傳播，這樣，入射平行光就被分為三束光，兩束出射光與入射光垂直，一束光沿入射光方向出射。本發(fā)明所述的空氣介質(zhì)分體式三向直角頭(1)采用玻璃鍍介質(zhì)膜做反光鏡的方式提高反射率，根據(jù)測量儀器光源波長的不同鍍相應(yīng)的介質(zhì)膜，可以提高反射率(最高可到98% )，這樣適應(yīng)較遠(yuǎn)距離目標(biāo)的測量，也可適應(yīng)目標(biāo)反光鏡反射率低或平面度差的測量情況。(2)通過修研玻璃反光鏡的金屬安裝座與底板的接觸面，保證反射面與底板底面的垂直度即“塔差”(不大于2")，以保證90°轉(zhuǎn)角的出射光與入射光在垂直方向上平行。(3)采用上下兩個分體五棱鏡的方式，制成二向直角頭，即儀器出射直視視線被分為兩束與直視視線相垂直的折轉(zhuǎn)視線。(4)采用上下兩個分體五棱鏡之間留有通光孔，即在光線直視方向留有通光孔的方式，可制成三向直角頭裝置，即儀器出射直視視線被分為直視視線和兩束與直視視線垂直的折轉(zhuǎn)視線三部分。(5)在入射孔處放置找正平面鏡，當(dāng)入射光線與找正反光鏡法線重合時，入射光線即與直角頭內(nèi)五棱鏡棱線垂直，可進(jìn)行粗找正。直角頭上下兩底板基面均與五棱鏡棱線垂直，便于對直角頭的放置位置精確找正 。
權(quán)利要求
1.一種空氣介質(zhì)分體式三向直角頭，其特征在于它包括中空長方體狀的殼體(4),在殼體(4)的側(cè)面開設(shè)入射光孔； 第一反光鏡(3)和第二反光鏡(10)分別固定在兩個上反光鏡座(2)下表面上，兩個上反光鏡座(2)固定在上基座(I)下表面上，第一反光鏡(3)和第二反光鏡(10)反光面均與上基座(I)垂直，垂直度不大于2 ";第一反光鏡(3 )和第二反光鏡(10 )反光面間的夾角為45° ,45°夾角誤差不大于I"； 第三反光鏡(6 )和第四反光鏡(9 )分別固定在下反光鏡座(8 )上表面上,兩個下反光鏡座(8)固定在下基座(7)上表面上，第三反光鏡(6)和第四反光鏡(9)反光面均與下基座(7)垂直，垂直度不大于2";第三反光鏡(6)和第四反光鏡(9)反光面間的夾角為45°，45°夾角誤差不大于I"; 上基座(I)和下基座(7)與殼體(4)的上下兩個安裝面分別固連；安裝后，上部分的第一反光鏡(3)和第二反光鏡(10)、與下部分的第三反光鏡(6)和第四反光鏡(9)之間有一條通光狹縫。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空氣介質(zhì)分體式三向直角頭，其特征在于在殼體(4)的入射通光孔處，通過永久磁鐵吸合一個找正平面鏡(5)，找正平面鏡(5)裝上后與殼體(4)上下兩個安裝面垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種空氣介質(zhì)分體式三向直角頭,其特征在于所述的找正平面鏡(5)材料為9Crl8，真空淬火，淬火硬度HRC58-62，研磨反光面，使其平面度不大于O. lum。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空氣介質(zhì)分體式三向直角頭，其特征在于所述的殼體(4)的上下兩個安裝面平行，平行度不大于O. 002mm，殼體(4)的入射光孔所在面與下安裝面垂直,垂直度不大于O. 002mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種空氣介質(zhì)分體式三向直角頭，其特征在于所述的殼體(4 )、上基座(I)、下基座(7 )、上反光鏡座(2 )和下反光鏡(8 )均采用Nb-因瓦鋼材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種空氣介質(zhì)分體式三向直角頭，其在殼體的側(cè)面開設(shè)入射光孔；第一反光鏡和第二反光鏡分別固定在兩個上反光鏡座下表面上，兩個上反光鏡座固定在上基座下表面上，第一反光鏡和第二反光鏡反光面間的夾角為45°；第三反光鏡和第四反光鏡分別固定在下反光鏡座上表面上，兩個下反光鏡座固定在下基座上表面上，第三反光鏡和第四反光鏡反光面均與下基座垂直，第三反光鏡和第四反光鏡反光面間的夾角為45°；上基座和下基座與殼體的上下兩個安裝面分別固連。本發(fā)明裝置的溫度環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可以將儀器的使用環(huán)境擴(kuò)大到野外，可制成較大的通光口徑，使用方便。
文檔編號G02B7/182GK102830483SQ20121031732
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者李永剛, 王強(qiáng), 王蕾, 商秋芳, 張俊杰, 張忠武 申請人:北京航天計(jì)量測試技術(shù)研究所, 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院