一种用于波前曲率传感器的拼接装置及拼接方法

技术领域

本发明属于光电传感器定位安装技术以及非人体直接接触型的成像CCD操作领域，具体涉及基于CCD的波前曲率传感器的高精度安装与拆卸。

背景技术

随着地球表面观测、测绘以及天文观测在大视场高分辨率方向上的需求日益增加，其对图像传感器大小和精度提出了很高的要求。为了研制更为精密的光电探测仪器，需要使用到科学级CCD光电传感器。科学级CCD，即科学级电荷耦合器件，此类传感器通常价格十分昂贵，其中的像元密集、微小、灵敏度高，需要设计不同专用的保护外壳进行运输和安装操作，包括将单片裸片CCD从供应商提供的封装中拆卸下来，安装到波前传感基板上进行装调。为了最大限度增加波前传感的有效面积，波前曲率传感器采用一种成像硅面没有进行封装，直接暴露给用户的CCD进行拼接操作。对于波前曲率传感器，需要有两个离焦的成像面，一个位于焦面的前面，一个位于焦面的后面，通过焦前和焦后两个像进行计算，获得望远镜波前误差分布以及波前改正量，并将其反馈给望远镜控制系统来进行修正。波前曲率传感器是此种主动光学修正的关键部件。

由于在此方案中采用了成像硅面没有进行封装的CCD，极大提高了成像效率，同时也提出了一系列挑战，包括各种情况下避免对CCD的直接接触，同时要考虑操作时的防护，因此需要设计相应的工具以实现安全、无接触的CCD拼接。

现有的探测器拆装装置基本都是采用工具夹持探测器到安装位置安装的方式。其缺陷是，这种根据探测器外形设计的夹持工具在裸片图像探测器上是难以实现的，其定位精度、效率和可靠性也十分受限，只适用于低精度低要求的探测器安装。

发明内容

为了实现仅依靠单片CCD背面的两个定位销上的螺纹孔和三个安装柱（如图９所示），完成2片CCD在波前曲率传感器成像基板上的安装，同时要保证其过程中的安全性和最终的安装精度，包括两个成像面的平行度，离焦距离，最小的拼接拼缝等；本发明提供一种用于波前曲率传感器的拼接装置，同时，提供基于所述拼接装置的拼接方法。

一种用于波前曲率传感器的拼接装置包括装调机构1和拼装机构；

所述装调机构1包括两对丝杆机构和提拉杆机构；

每对丝杆机构包括丝杆106和丝杆螺母108；提拉杆机构包括两对提拉杆105和两只阻尼器10；每对提拉杆105的上部通过夹板107固定连接着对应的丝杆螺母108，且随丝杆螺母108实现沿丝杆106的上下移动；两根丝杆106的下端均为螺杆；

所述拼装机构包括支撑龙门架2、拼装板3、两对支柱4和底板5；所述支撑龙门架2固定设于拼装板3上，所述拼装板3的底面固定设于两对支柱4的顶端，两对支柱4对称固定设于底板5上；所述底板5上设有一对L形支板7；

所述拼装板3为矩形框架板，被安装的成像基板9通过支板固定设于拼装板3的中部；被安装的成像基板9的一侧面为安装面，且安装面向下；

所述两对丝杆机构的丝杆106下端固定设于支撑龙门架2的水平梁上，使两根丝杆106呈直立平行状；两对提拉杆105平行位于两根丝杆106之间，且两对提拉杆105的下端分别穿过支撑龙门架2的水平梁和成像基板9；两只锁紧器10固定设于支撑龙门架2的水平梁上，且分别对应连接着每对提拉杆105中的一根提拉杆105；

通过所述拼接装置完成将一对CCD光电传感器安装到成像基板9上。

进一步的具体技术方案如下：

还包括保护机构，所述保护机构包括玻璃上盖910、保护壳912、一对准直杆911和一对支撑柱913；所述保护壳912为矩形框，相对的两侧边分别套设在一对准直杆911上，一对支撑柱913分别固定连接着一对准直杆911的下端；

将安装有一对CCD光电传感器的成像基板9套装在一对准直杆911，玻璃上盖910和保护壳912形成罩壳，罩壳罩设住成像基板9上的一对CCD光电传感器。

所述装调机构1还包括一对支架102和两只手轮101；所述支架102为长板状，支架102的一侧面两端分别设有轴承座，所述丝杆106通过一对轴承和轴承座104的配合固定设于支架102的一侧面上；所述支架102长度方向的下端设有直角翻边，支架102通过直角翻边固定在支撑龙门架2的水平梁上，使两对丝杆机构的两根丝杆106呈直立平行状位于支撑龙门架2上；所述两根丝杆106的上端分别固定设有手轮101，通过手轮101转动丝杆106，实现丝杆螺母108带动一对提拉杆105的上下移动。

与一对支架102上的直角翻边对应，所述支撑龙门架2的水平梁上两侧分别开设有一对安装槽201，每个支架102上的直角翻边位于安装槽201内；支撑龙门架2的水平梁上还分别开设有提拉杆孔202和锁紧器安装孔203。

所述拼装板3的一对短边中的一侧边连接着左支板301的一端，一对短边中的另一侧边连接着右支板302的一端，左支板301的另一端和右支板302的另一端分别连接着成像基板9，使成像基板9固定在拼装板3上；拼装板3的一对短边上分别开设有用于安装支撑龙门架2的固定槽305，一对长边上分别开设有用于安装成像基板9的侧面固定孔303；拼装板3的四个角上分别开设有支柱固定孔304。

所述成像基板9的安装面上设有凸台面，所述凸台面由低安装凸台903和高安装凸台901依次连接组成；低安装凸台903的中部和高安装凸台901的中部分别开设有电缆通孔902，每个电缆通孔902两侧分别开设有定位销限位孔907和安装柱通孔908。

所述底板5为矩形板，相对应的两侧边处分别开设有一对支柱安装孔501，底板5的中部设有两对矩形凹槽502；所述一对L形支板7的一侧边板分别对应固定设于一对矩形凹槽502内，且使一对L形支板7的另一侧边板呈直立相对状态。

所述锁紧器10包括压筒1001、轴环1002、聚四氟乙烯垫圈1003、橡胶圈1004和底座圆筒1005；所述的底座圆筒1005固定于支撑龙门架2上的锁紧器固定孔内，底座圆筒1005内由上至下依次安装橡胶圈1004、四氟乙烯垫圈1003和轴环1002，压筒1001的内壁有内螺纹，下端穿过轴环1002、四氟乙烯垫圈1003和橡胶圈1004后与底座圆筒1005筒壁设有的外螺纹连接，旋转压筒1001实现锁紧或松开提拉杆105。

基于本发明拼接装置的拼接操作步骤如下：

1）将CCD与成像基板就位

将两对提拉杆105联动拉升至最高位置，然后拧紧两个锁紧器10实现悬停；将成像基板9固定到拼装板3上；将带有保护盒601的CCD光电传感器603正面朝下放置在底板5上，通过底板5上的一对L形支板7分别与保护盒601上的两个支板固定槽602的固定连接，完成CCD光电传感器603的固定。解除提拉杆105上的锁紧器10，转动手轮101缓缓放下一对提拉杆105，使其穿过成像基板9上的定位销限位孔907，并将一对提拉杆105的螺杆端与CCD光电传感器603的定位销的螺纹孔配合连接；

2）去除CCD安装保护装置

用螺丝刀拆除CCD光电传感器603背面和保护盒601连接的螺丝，使得CCD光电传感器603和保护盒601脱开；拆除保护盒601两侧与一对L形支板7连接的螺丝，去除一对L形支板7；

3）提拉CCD到成像基板安装

解除一对提拉杆105上的阻尼装置10，通过一对提拉杆105将CCD光电传感器603拉升至成像基板9位置；此时，CCD光电传感器603上的三个安装柱605和两个定位销609会穿过成像基板9，两个定位销609完成CCD光电传感器603的定位，同时采用扭矩扳手使用相同的扭矩拧动三个安装柱605上的铜柱，使CCD光电传感器603在成像基板9上的固定，完成一片CCD光电传感器603的安装；移走完成CCD光电传感器603安装的一对提拉杆105，拧紧锁紧器10使这对提拉杆105悬停在支撑龙门2上；

4）进行另一片CCD的安装

重复步骤1）-3），完成另一片CCD光电传感器603的安装；

5）安装波前曲率传感器保护外壳

拆除支撑龙门架2以上的装调机构1，去掉左支板301、右支板302和拼装板3，取下成像基板9，在成像基板9的底部装上支撑柱913，通过一对准直杆911装上保护壳912，然后装上玻璃上盖910，完成两件CCD光电传感器的无损伤组装；

实现相邻CCD光电传感器之间的间距为0.4～0.6mm，两片CCD光电传感器之间的夹角0.03°～0.04°。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1.本发明的拼接装置实现的功能是，在避免CCD光电传感器的成像硅面受到污染、金线被误触碰的情形下，完成两片CCD的拼接。本发明采用了从底面固定并提拉的设计，有效防止了污染物与CCD的成像硅面608的接触，同时使使用者免于与CCD直接接触，得以保护CCD光电传感器上的金线607，也避免了人体携带的静电。本发明以机械结构代替人手工的操作，使得安装精度得到保证，得以在设计需求范围内完成拼接任务。本装置实现正常完成CCD的精密拼接工作，在CCD间距为0.5mm的情形下，无损伤地拼接了两片CCD。测量得到两片CCD夹角0.038°、高度差2.013mm，满足使用需求。

2.本发明的操作方法实现非人体直接接触完成成像CCD光电传感器安装操作。通过提拉杆连接到CCD底面上的定位销中，再以联动装置牵引提拉杆，带动CCD的运动，避免了对CCD的直接接触，防止了对CCD的损伤及污染。通过对定位销的限位，精确限定了CCD的位置，使之在位置上的精度能达到设计上的需求。同时，考虑到CCD的成像面未配置盖窗，且静电放电可能会使器件破坏或不可逆退化，安装过程应减少与CCD的不必要接触且采取全面的防静电处理预防措施，安装完成之后有相应的保护机构对整个波前曲率传感器进行良好的保护。

附图说明

图1 为本发明结构示意图。

图2 为装调机构结构示意图。

图3 为支撑龙门架结构示意框图。

图4 为拼装板上安装成像基板的结构示意图。

图5 为拼装板结构示意图。

图6 为成像基板的安装面结构示意图。

图7 为底板结构示意图。

图8 为科学级CCD光电传感器位于保护盒内的示意图。

图9 为科学级CCD光电传感器结构示意图。

图10 为拼接时CCD光电传感器与本装置连接状态示意图。

图11 为拼接完成将CCD光电传感器放置在保护机构上的示意图。

图12 为锁紧器结构示意图。

上图中序号：装调机构1、支撑龙门架2、拼装板3、支柱4、底板5、保护盒6、L形支板7、底板支座8、波前曲率传感器基板9、阻尼器10、手轮101、支架102、润滑件103、下端轴承104、提拉杆105、丝杆106、夹具107、丝杆螺母108、上端轴承109、装调机构安装槽201、准直孔及锁紧器固定孔202、支撑龙门固定孔203、左支板301、右支板302、侧面固定孔303、支柱固定孔304、固定槽305、保护盒6、支板固定槽602、CCD光电传感器603、安装柱605、电缆606、金线607、成像硅面608、定位销609、高安装凸台901、电缆通孔902、低安装凸台903、定位销限位孔907、安装柱通孔908、玻璃上盖910、准直杆911、保护壳912、支撑柱913、压筒1001、轴环1002、四氟乙烯垫圈1003、橡胶圈1004、底座圆筒1005。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地详细描述。

实施例

参见图1，一种用于波前曲率传感器的拼接装置包括装调机构1和拼装机构架。

参见图2，装调机构1包括两对丝杆机构和提拉杆机构。每对丝杆机构包括丝杆106和丝杆螺母108；提拉杆机构包括两对提拉杆105和两只锁紧器10；每对提拉杆105的上部通过夹板107固定连接着对应的丝杆螺母108，且随丝杆螺母108实现沿丝杆106的上下移动；两根丝杆106的下端均为螺杆。

参见图2，装调机构1还包括一对支架102和两只手轮101。支架102为长板状，支架102的一侧面两端分别安装有轴承座104；丝杆106通过一对轴承和轴承座104的配合固定安装于支架102的一侧面上。支架102长度方向的下端设有直角翻边，支架102通过直角翻边固定在支撑龙门架2的水平梁上，使两对丝杆机构的两根丝杆106呈直立平行状位于支撑龙门架2上。两根丝杆106的上端分别固定安装有手轮101，通过手轮101转动丝杆106，实现丝杆螺母108带动一对提拉杆105的上下移动。

参见图3，与一对支架102上的直角翻边对应，支撑龙门架2的水平梁上两侧分别开设有一对安装槽201，每个支架102上的直角翻边位于安装槽201内；支撑龙门架2的水平梁上还分别开设有提拉杆孔202和锁紧器安装孔203。

参见图1，拼装机构包括支撑龙门架2、拼装板3、两对支柱4和底板5。支撑龙门架2固定安装于拼装板3上，拼装板3的底面固定安装于两对支柱4的顶端，两对支柱4对称固定安装于底板5上；底板5上设有一对L形支板7。

参见图4，拼装板3为矩形框架板，被安装的成像基板9通过支板固定安装于拼装板3的中部；被安装的成像基板9的一侧面为安装面，且安装面向下。

参见图4，拼装板3的一对短边中的一侧边连接着左支板301的一端，一对短边中的另一侧边连接着右支板302的一端，左支板301的另一端和右支板302的另一端分别连接着成像基板9，使成像基板9固定在拼装板3上。参见图5，拼装板3的一对短边上分别开设有用于安装支撑龙门架2的固定槽305，一对长边上分别开设有用于安装成像基板9的侧面固定孔303；拼装板3的四个角上分别开设有支柱固定孔304。

参见图6，成像基板9的安装面上设有凸台面，凸台面由低安装凸台903和高安装凸台901依次连接组成；低安装凸台903和高安装凸台901之间的高度差为2mm。低安装凸台903的中部和高安装凸台901的中部分别开设有电缆通孔902，每个电缆通孔902两侧分别开设有定位销限位孔907和安装柱通孔908。

参见图1，两对丝杆机构的丝杆106下端固定安装于支撑龙门架2的水平梁上，使两根丝杆106呈直立平行状。两对提拉杆105平行位于两根丝杆106之间，且两对提拉杆105的下端分别穿过支撑龙门架2的水平梁和成像基板9；两只锁紧器10固定安装于支撑龙门架2的水平梁上，且分别对应连接着每对提拉杆105中的一根提拉杆105。

参见图12，锁紧器10包括压筒1001、轴环1002、聚四氟乙烯垫圈1003、橡胶圈1004和底座圆筒1005；所述的底座圆筒1005固定于支撑龙门架2上的锁紧器固定孔内，底座圆筒1005内由上至下依次安装橡胶圈1004、四氟乙烯垫圈1003和轴环1002，压筒1001的内壁有内螺纹，下端穿过轴环1002、四氟乙烯垫圈1003和橡胶圈1004后与底座圆筒1005筒壁设有的外螺纹连接，旋转压筒1001实现锁紧或松开提拉杆105。

参见图7，底板5为矩形板，相对应的两侧边处分别开设有一对支柱安装孔501，两对支柱4通过支柱安装孔501对称固定安装于底板5上。底板5的中部设有两对矩形凹槽502；一对L形支板7的一侧边板分别对应固定安装于一对矩形凹槽502内，且使一对L形支板7的另一侧边板呈直立相对状态。

基于本拼接装置进行CCD光电传感器与成像基板的拼接操作步骤如下：

1）将CCD与成像基板就位

将两对提拉杆105联动拉升至最高位置，然后拧紧两个锁紧器10上的旋转压筒1001实现两对提拉杆105悬停。将成像基板9通过左支板301和右支板302固定安装到拼装板3上；参见图1，将带有保护盒601的CCD光电传感器603正面朝下放置在底板5上，通过底板5上的一对L形支板7分别与保护盒601上的两个支板固定槽602的固定连接，完成CCD光电传感器603的固定。解除一对提拉杆105上的锁紧器10，转动手轮101缓缓放下一对提拉杆105，使其穿过成像基板9上的定位销限位孔907，并将一对提拉杆105的螺杆端与CCD光电传感器603的定位销609的螺纹孔配合连接；

2）去除CCD安装保护装置

用螺丝刀拆除CCD光电传感器603背面和保护盒601连接的螺丝，使得CCD光电传感器603和保护盒601脱开；拆除保护盒601两侧与一对L形支板7连接的螺丝，去除一对L形支板7；

3）提拉CCD到成像基板上安装

解除一对提拉杆105上的阻尼装置10，通过一对提拉杆105将CCD光电传感器603拉升至成像基板9位置，并使电缆606穿过成像基板9上的电缆通孔902。此时，CCD光电传感器603上的三个安装柱605和两个定位销609会穿过成像基板9，两个定位销609完成CCD光电传感器603的定位，同时采用扭矩扳手使用相同的扭矩拧动三个安装柱605上的铜柱，使CCD光电传感器603在成像基板9上的固定，完成一片CCD光电传感器603的安装；移走完成CCD光电传感器603安装的一对提拉杆105，拧紧锁紧器10上的旋转压筒1001使这对提拉杆105悬停在支撑龙门2上；

4）进行另一片CCD的安装

重复步骤1）-3），完成另一片CCD光电传感器603在成像基板9上的安装；

5）安装波前曲率传感器保护外壳

拆除支撑龙门架2以上的装调机构1，去掉左支板301、右支板302和拼装板3，取下成像基板9，在成像基板9的底面装上一对支撑柱913，通过一对准直杆911装上保护壳912，然后装上玻璃上盖910，完成两件CCD光电传感器的无损伤组装。

实现相邻两件CCD光电传感器之间的间距为0.5mm的情形下，无损伤地拼接；测量得到两件CCD光电传感器之间的夹角0.038°、高度差2.013mm，满足使用需求。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。