一体型棱镜论文和设计-赵楠

全文摘要

本实用新型提供了一种一体型棱镜，该棱镜包括镜体和一体成型的安装板与反射面。与现有技术中的棱镜组件相比，本实用新型的一体型棱镜没有棱镜和镜架组装时所导致的装配误差，除了安装精度更高，本实用新型的一体型棱镜尺寸精度和性能的长期稳定性更优。

主设计要求

1.一体型棱镜，其特征在于，所述棱镜包括镜体(10)；所述镜体(10)两边分别延伸有一体成型的第一安装板(110)和第二安装板(120)；所述第一安装板(110)上设置有一体成型的第一反射面(130)，所述第一安装板(110)与第一反射面(130)之间的夹角为45°±5”；所述第二安装板(120)上设置有一体成型、与所述第一反射面(130)相对的第二反射面(140)，所述第二安装板(120)与第二反射面(140)之间的夹角为45°±5”；所述第一反射面(130)与第二反射面(140)之间的夹角为90°±5”。

设计方案

1.一体型棱镜，其特征在于，所述棱镜包括

镜体(10)；

所述镜体(10)两边分别延伸有一体成型的第一安装板(110)和第二安装板(120)；

所述第一安装板(110)上设置有一体成型的第一反射面(130)，所述第一安装板(110)与第一反射面(130)之间的夹角为45°±5”；

所述第二安装板(120)上设置有一体成型、与所述第一反射面(130)相对的第二反射面(140)，所述第二安装板(120)与第二反射面(140)之间的夹角为45°±5”；

所述第一反射面(130)与第二反射面(140)之间的夹角为90°±5”。

2.根据权利要求1所述的一体型棱镜，其特征在于，所述第一反射面(130)与第二反射面(140)之间设置有退刀槽(150)。

3.根据权利要求1所述的一体型棱镜，其特征在于，所述安装板上设置有贯通安装板的镜架安装孔(160)。

4.根据权利要求3所述的一体型棱镜，其特征在于，所述镜架安装孔(160)周围、背离所述反射面的一侧设置有镜架安装卡台(170)，所述镜架安装卡台(170)的厚度为0.8～1.2mm。

5.根据权利要求1所述的一体型棱镜，其特征在于，所述反射面上设置有镀银层。

6.根据权利要求5所述的一体型棱镜，其特征在于，所述镀银层的厚度为50～100nm。

7.根据权利要求5所述的一体型棱镜，其特征在于，所述镀银层上设置有二氧化硅层。

8.根据权利要求7所述的一体型棱镜，其特征在于，所述二氧化硅层的厚度为5～10μm。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于光学设备技术领域，具体涉及一体型棱镜。

背景技术

在军事领域，平台瞄准棱镜组件是平台方位光学瞄准的基准，用于全箭初始对准，其安装精度的稳定性会直接影响火箭的落点精度。平台瞄准棱镜组件装在惯性导航平台上，用作方位对准，其中的直角光学棱镜，安装在平台系统的方向敏感轴上，可随方位轴一起转动。棱镜的尺寸精度、安装精度及性能的长期稳定性对于平台系统的方位对准精度有直接的影响。然而，单独的棱镜不能安装到平台上，必须组成棱镜组件才能确保安装固定，以调整棱镜相对于平台六面体的方位误差和水平安装误差。

现有技术中，棱镜组件包括微晶玻璃镜体、铝制或钢制棱镜基座和左右压板组合件等多个部件。过多的零件结构会增加装配的误差并使误差累加，同时铝制镜架较高的热膨胀系数也会使镜架尺寸因温差变化而不稳定，上述问题都极大地影响了棱镜系统的精度。

实用新型内容

为解决现有技术中，平台瞄准棱镜组件所存在的装配误差累加问题，本实用新型的目的在于提供一种一体型棱镜。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一体型棱镜，包括

镜体；

所述镜体两边分别延伸有一体成型的第一安装板和第二安装板；

所述第一安装板上设置有一体成型的第一反射面，所述第一安装板与第一反射面之间的夹角为45°±5”；

所述第二安装板上设置有一体成型、与所述第一反射面相对的第二反射面，所述第二安装板与第二反射面之间的夹角为45°±5”；

所述第一反射面与第二反射面之间的夹角为90°±5”。

优选地，所述第一反射面与第二反射面之间设置有退刀槽，设置该退刀槽有利于方便进行机加工。

优选地，所述安装板上设置有贯通安装板的镜架安装孔。

进一步优选地，所述镜架安装孔周围、背离所述反射面的一侧设置有镜架安装卡台，所述镜架安装卡台的厚度为0.8～1.2mm。

进一步优选地，所述镜架安装卡台的长为14mm，宽为10mm。

更进一步优选地，所述镜架安装卡台的厚度为1mm。

安装卡台用于将棱镜组件固定在惯性导航系统工作台体上，该固定精度直接影响整个惯导或导航系统的定位精度。

优选地，所述反射面上设置有镀银层。

进一步优选地，所述镀银层的厚度为50～100nm，可以保证反射面在400～800nm波段的反射率大于95％。

进一步优选地，所述镀银层上设置有二氧化硅层。

进一步优选地，所述二氧化硅层的厚度为5～10μm。

优选地，所述第一反射面与所述第一安装板之间的夹角为45°±5”；所述第二反射面与与所述第二安装板之间的夹角为45°±5”；所述第一反射面与第二反射面之间的夹角为90°±5”。

本实用新型的一体型棱镜，可以采用一体成型的铝碳化硅复合材料代替现有棱镜组件中的铝合金以及微晶玻璃。通过将镜体、镜架、压板等结构整合为一个整体，不仅有效地避免了装配误差，同时铝碳化硅材料低热膨胀系数的特性还可以有效提高棱镜系统的精度。

上述一体型棱镜的制备方法，步骤包括：

(1)确定一体型棱镜结构尺寸；

(2)烧制高体份(70％)多孔碳化硅陶瓷预制体；

(3)通过压力鋳造法，将铝合金和步骤(2)的碳化硅陶瓷预制体制备为铝碳化硅复合材料粗坯，机加工后光学加工。

步骤(2)的具体方法为：

(s1)用粒径1μm(5～10％)、5μm(15～20％)、15μm(25～30％)、65μm(剩余)的碳化硅颗粒进行混料；

(s2)加入粒径为5～200μm的蜡质粘结剂粉末进行二次混料，使用电阻炉加热至100～150℃，将半液态的腊浆注入尺寸大于70*70*40的钢制模具；

(s3)对冷却后的预制体进行烧结后即完成预制体的烧制。

步骤(3)中，铝合金优先7075牌号，机加工使用快走丝线切割机对铝碳化硅材料进行粗坯下料，给进速率为3mm\/min，然后用氮化硼铣刀加工至尺寸外形，进刀深度为0.2mm，转速为2000rpm，进给速率为100mm\/min。再用PG加工的方式对反射面进行加工，反射面加工至光洁度为Ra0.02，平面度1μm。

与现有技术中的棱镜组件相比，本实用新型的一体型棱镜没有棱镜和镜架组装时所导致的装配误差(通常体现为螺栓安装、组件间隙导致的误差)。

本实用新型的一体型棱镜材料为铝碳化硅复合材料，该材料的热膨胀系数(7.1*10^{-6<\/sup>\/K) 远低于铝合金的热膨胀系数(20～23*10 ^{-6<\/sup>\/K)，可以有效提高系统的整体稳定性。此外，铝碳化硅复合材料导热率极高(200W\/(m·K))，有利于棱镜散热，并且铝碳化硅复合材料的高弹性模量也可以保证棱镜在承受微应力的情况下不易变形。表1所示为铝碳化硅和铝合金的性能对比。}}

表1铝碳化硅和铝合金的性能对比

本实用新型的有益效果

1、与现有技术中的棱镜组件相比，本实用新型的一体型棱镜解决了棱镜和镜架组装时所导致的装配误差(通常体现为螺栓安装、组件间隙导致的误差)问题；

2、除了安装精度更高，本实用新型的一体型棱镜尺寸精度和性能的长期稳定性更优。

附图说明

图1为一体型棱镜的正面结构示意图。

图2为一体型棱镜的背面结构示意图。

图3为镀银层的反射率图。

图4为现有棱镜组件的反射模式示意图。

图5为一体型棱镜的反射模式示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于再次描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及\/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

本例提供了一种一体型棱镜，如图1和图2所示，该一体型棱镜包括

镜体10，在镜体10的两边分别延伸有一体成型的第一安装板110和第二安装板120，第一安装板110上设置有一体成型的第一反射面130，第二安装板120上设置有一体成型、与第一反射面130相对的第二反射面140，两个反射面与镜体10位于安装板的不同侧，为了方便机加工的进行，在第一反射面130与第二反射面140之间设置有退刀槽150。第一安装板与第一反射面之间的夹角为45°±5”，第二安装板第与二反射面之间的夹角为45°±5”，第一反射面与第二反射面之间的夹角为90°±5”。

安装板上设置有贯通安装板的镜架安装孔160，用于固定棱镜。

此外，在镜架安装孔160周围、背离所述反射面的一侧还设置有镜架安装卡台170，该镜架安装卡台170的厚度为1mm，用于将棱镜固定在惯性导航系统工作台体上，该固定精度直接影响整个惯导或导航系统的定位精度。

在反射面上设置有厚度为50～100nm的镀银层，可以保证反射面在400～800nm波段的反射率大于95％，镀银层反射率如图3所示，在镀银层上设置有厚度为5～10μm的二氧化硅保护层。

现有技术中，传统的棱镜组件至少包括微晶玻璃镜体、铝制或钢制棱镜基座和左右压板组合件，本实用新型的一体型棱镜，将传统棱镜组件中的微晶玻璃镜体(相当于本例中的反射面)、铝制或钢制棱镜基座(相当于本例中的镜体)和左右压板组合件(相当于本例中的安装板)采用铝碳化硅复合材料，将镜体(本实用新型一体型棱镜的反射面)、基座(本实用新型一体型棱镜中的镜体)和压板组合件(本实用新型一体型棱镜的安装板)等结构整合为一个整体，不仅有效地避免了装配误差，此外铝碳化硅材料低热膨胀系数的特性还可以有效提高棱镜系统的精度。图4为现有棱镜组件的反射模式示意图。图5为本实用新型的一体型棱镜的反射模式示意图。

实施例2

本例提供了一体型棱镜的制备方法，步骤包括：