一种面向科学级CCD的保护外壳分离装置和方法

技术领域

本发明涉及非人体直接接触型的CCD操作装置及方法的技术领域，具体涉及一种面向科学级CCD的保护外壳分离装置和方法。

背景技术

随着空间科学及天文学的发展，其探测项目中对于精密度的需求也日益增加。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，因此，元器件生产商在运输过程中通常使用厚重的金属外壳对其进行密封保护，同时由于科学级CCD相机的靶面越来越大，单片的CCD无法满足靶面的要求，需要进行多片的CCD拼接，对于这样的需求厂商们设计了专门用于CCD拼接的封装，以减少最终的成像拼缝。在用户进行使用前必须要将CCD从其保护外壳内分离出来，装入轻便型保护外壳中以备后续使用。目前，国内尚无公开的相关装置或设备能够用于CCD及其保护外壳的分离，并放入适合后续操作的安装工件中。一般常规的做法是采用静电手环配合双手的方式进行拆卸。该方法在CCD的拆装及使用过程中存在

1、人体直接接触CCD极易留下污染物，劣化CCD的灵敏度，甚至损坏像元；

2、人体静电不仅会损坏像元，甚至能够因静电的泄放位置而直接损坏整块CCD；

3、CCD的运输外壳通常十分厚重，单靠操作者的人力，难以稳定维持。对于拆卸耗时较长的场合，存在因操作者力量不足导致CCD碰撞的风险。

本发明阐明一种典型可拼接CCD封装的CCD保护外壳分离装置，能够安全地取下CCD，同时避免人体直接接触CCD，并方便下一步CCD的探测器真空封装。该工具能够克服以下困难：

1、残留物污染；

2、静电冲击损失；

3、不稳固的操作引发的碰撞；

发明内容

现有的CCD分离方法一般采用静电手环配合双手的方式进行，具有CCD被污染，劣化CCD的灵敏度，甚至损坏像元的风险；CCD的运输外壳通常十分厚重，单靠操作者的人力，难以稳定维持，CCD有被碰撞的风险。面向一种典型的可拼接科学级CCD，能够将CCD从厂商厚重的保护外壳中安全、平稳取出，同时将CCD与轻便型保护安装外壳固定。本发明所要解决的技术问题是避免操作人员手部直接接触CCD分离厂商运输外壳时所导致的CCD污染风险和静电冲击风险，同时平稳的操作CCD。

本发明采用的技术方案如下：一种面向科学级CCD的保护外壳分离装置，该装置包括底板、防滑胶垫、大固定板、小固定板、伸缩杆、手轮、螺纹丝杆、导程螺母、轴承、直线轴承固定板、伸缩杆固定器、轻便型保护安装外壳和旋转合抱装置，其中，

防滑胶垫安装在底板的四个角上；底板与大固定板、两块小固定板垂直固定，大固定板中间镂空，以便为伸缩杆和CCD的软性电缆接口提供空间，大固定板的另一侧用于固定厂商运输外壳，大固定板上安装有旋转合抱装置，该旋转合抱装置一端与大固定板通过轴杆连接，另一端与轻便型保护安装外壳固定，轻便型安装保护外壳由两个相同的部分组成，合并后可以组成一个完整的、用于保护CCD的、方便下一步安装的外壳，外壳上有与CCD相匹配的固定孔位；

两块小固定板用于承载伸缩杆、导程螺母、螺纹丝杆和伸缩杆固定器，小固定板与伸缩杆相接的位置内部含有自润滑轴承，使得伸缩杆能够前后移动；自润滑轴承由直线轴承固定板固定，伸缩杆一端有与CCD安装柱相固定的内螺纹，另一端有一个手柄，便于旋转伸缩杆，在伸缩杆上，靠近CCD的位置还安装有上、下柔性电缆接口的承载架，用以固定柔性电缆，避免柔性电缆因未妥善固定而与其它机构发生撕扯；在小固定板上端固定有轴承，该轴承还与螺纹丝杆相连接；螺纹丝杆尾板采用了手轮来带动导程螺母与伸缩杆固定器，手轮可以更加精密稳定的操控伸缩杆的移动；螺纹丝杆还与导程螺母相连，导程螺母固定在伸缩杆固定器上，当伸缩杆固定器锁定伸缩杆时，旋转螺纹丝杆可以控制伸缩杆前后移动；当固定器未锁定伸缩杆时，旋转螺纹丝杆不会移动伸缩杆，此时，可以手动调节伸缩杆的位置以使其与CCD良好固定。

进一步地，伸缩杆固定器包括传动块、后挡板、丝杆、前盖板、手柄和摩擦垫，手柄与丝杆相连，旋转手柄将会使丝杆带动传动块，传动块在前盖板、后挡板之间，传动块上有用于限制其运动方向的凸起，后挡板上有与之匹配的凹槽，传动块与伸缩杆相接触的部分安装有摩擦垫，当旋转手柄控制传动块压紧伸缩杆后，伸缩杆前后移动的阻力越来越大，直至可以随着伸缩杆固定器沿伸缩杆方向前后移动。

一种面向典型的可拼接科学级CCD保护外壳分离装置的工作方法，包括：

第一步，首先将厂商运输外壳固定至大固定板前侧，大固定板上孔位与厂商运输外壳上孔位设计时即保持一致；

第二步，将CCD底面上的CCD安装柱与本装置的伸缩杆通过六角铜柱各自固定，此时CCD即与本装置相连接，不需要厂商运输外壳的装载，CCD底面的结构与三根伸缩杆的相对位置在设计时即为匹配的，通过杆的长度来与结构上的误差进行对冲，防止对CCD的底面结构造成损伤，在此固定步骤中，可以通过旋转伸缩杆的手柄来旋紧伸缩杆，手柄的转动半径及摩擦都较伸缩杆为大，可以使操作更为简便；

第三步，拆除厂商运输外壳的上盖玻璃，通过旋转手轮将CCD缓缓推出厂商运输外壳，手轮可以避免因为轴承与伸缩杆间的静摩擦向滑动摩擦转换所导致的突然加速前进，增加了装置的稳定性；

第四步，CCD被推出足够距离后，超过合拢装置合拢的距离，合抱装置合拢，使CCD可以回退进入轻便型安装保护外壳中，此时应注意轻便型安装保护外壳底面不要与CCD碰撞；

第五步，通过手轮的反向旋转将CCD拉回与轻便型保护外壳底面接触，通过轻便型安装保护外壳底面小结构将CCD与轻便型安装保护外壳相固定，此时CCD即完全与轻便型安装保护外壳固定，再固定轻便型安装保护外壳的玻璃上盖，实现对CCD的保护；

第六步，CCD安装柱与伸缩杆解除固定，轻便型安装保护外壳与旋转合抱装置的固定解除，此时CCD及轻便型安装保护外壳脱离本装置，可以用轻便型保护外壳带着CCD移动，完成拆卸过程。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明避免操作人员手部直接接触CCD分离厂商运输外壳时所导致的CCD污染风险和静电冲击风险。

(2)本发明中采用了较长的杆来固定CCD，可以容纳较大误差，即使厂商运输外壳到大固定板上存在一定的偏差也不会对CCD的自身结构造成影响。旋转手轮与伸缩杆固定器能够平稳的操作CCD前后移动。同时通过调节伸缩杆固定器与伸缩杆的松紧程度，还可以调节伸缩杆的位置并旋转伸缩杆使之与CCD相固定。

(3)本发明旋转合抱装置使得CCD在拆卸后可以直接进入自用的运输装置中。这些使得整个分离过程安全、平稳。

附图说明

图1为本发明实施实例的一种面向拼接的科学级CCD的典型封装图，其中，101为CCD安装柱，102为柔性电缆接口；

图2为本发明实施实例的CCD保护外壳分离装置的整体结构框图，其中，1为手轮，2为伸缩杆，3为伸缩杆固定器，4为直线轴承固定板，5为柔性电缆接口承载架，6为底板，7为防滑胶垫，8为旋转合抱装置，9为轻便型安装保护外壳，10为厂商运输外壳，11为大固定板，12为轴承，13为小固定板，14为导程螺母，15为螺纹丝杆；

图3为本发明实施实例的厂商运输外壳图，图3(a)为厂商运输外壳图一，图3(b)为厂商运输外壳图二，其中，201为CCD，10为厂商运输外壳。

图4为本发明实施实例伸缩杆固定器的结构框图，其中，301为手拧螺丝，302为传动块，303为后挡板，304为上挡块，305为导程螺母，306为丝杆，307为紧固螺丝，308为前盖板，309为手柄，310为下挡块，311为摩擦垫；

图5为本发明实施实例柔性电缆接口承载架图，其中，51为上柔性电缆承载架，52为下柔性电缆承载架；

图6为本发明实施实例伸缩杆图，其中，21为CCD安装柱连接头，22为直线轴杆，23为伸缩杆手柄。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式进一步详细说明。

如图1所示为本发明的实施实例的一种面向拼接的科学级CCD的典型封装图，包括CCD安装柱101，柔性电缆接口102。CCD安装柱101共有3根，与空置的一孔呈矩形分布，用以将CCD与本拆卸设备、运载设备或承载设备相连接，其螺纹为M3。柔性电缆接口102有两个，对称分布，与CCD底部相连，用以传输数据。

如图2所示为本发明的实施实例的整体结构框图和图3所示，包括手轮1，伸缩杆2，伸缩杆固定器3，直线轴承固定板4，柔性电缆接口承载架5，底板6，防滑胶垫7，旋转合抱装置8，轻便型安装保护外壳9，厂商运输外壳10，大固定板11，轴承12，小固定板13，导程螺母14以及螺纹丝杆15。底板6直接与大固定板11、小固定板13相连，由防滑胶垫7支撑，防止在桌面上滑动。大固定板11用以固定CCD的原运载工具即厂商运输外壳10，小固定板13用来固定伸缩杆2，内部含有PTFE自润滑轴承，使得伸缩杆2能够前后移动，自润滑轴承由直线轴承固定板4加以固定。伸缩杆2用来带动CCD 201的前进后退，在伸缩杆2与CCD底面连接时，需要杆转动，该转动操作由手柄来实现。通过轴承12、螺纹丝杆15、导程螺母14和固定器3的配合来控制伸缩杆2的推与拉，为了使这一操作更为精密，采用了手轮1来带动导程螺母14与固定器3。在CCD 201的运动过程中，采用了柔性电缆接口承载架5来固定FPC，防止FPC悬空。最后将CCD 201装入轻便型安装保护外壳9中，并固定底面。轻便型安装保护外壳9由旋转合抱装置8承载。

如图3所示为本发明实施实例的厂商运输外壳图，包括CCD 201以及厂商运输外壳10。CCD 201由其上的两个定位销与厂商运输外壳相连，定位销有M2.5内螺纹。

如图4所示为本发明实施实例伸缩杆固定器的结构框图，包括手拧螺丝301，传动块302，后挡板303，上挡块304，导程螺母305，丝杆306，紧固螺丝307，前盖板308，手柄309，下挡块310，摩擦垫311。后挡板303承载了上挡块304、下档块310和传动块302，以上三者又由前盖板308加以固定。下四个紧固螺丝307将前盖板308和后挡板303相固定。此时，上挡块304和下挡块310位置固定，传动块302只能在二者间移动。摩擦垫311与传动块302相连，增加了连接处的摩擦系数，使得能更紧密地固定伸缩杆。丝杆306与传动块302相连，带动传动块302运动，从而松开或锁死伸缩杆。手柄309由顶丝固定在丝杆306一端，增大了旋转半径，使得能更容易地拧动丝杆306。手拧螺丝301也用以固定伸缩杆，为了验证整体功能而设计，也可以在上述复杂结构失效时行使其功能。导程螺母305由上四个紧固螺丝固定在后挡板303上，与螺纹丝杆相连，带动整个伸缩杆固定器运动。

如图5所示为本发明实施实例柔性电缆接口承载架图，包括上柔性电缆承载架51，下柔性电缆承载架52。上柔性电缆承载架51与下柔性电缆承载架52均由与伸缩杆固定部分及固定柔性电缆部分组成，整体是为了在拆卸CCD时避免柔性电缆空置，导致其弯曲或损坏。

如图6所示为本发明实施实例伸缩杆图，包括CCD安装柱连接头21，直线轴杆22，伸缩杆手柄23。直线轴杆22为伸缩杆的主体部分，其长度是为了对冲CCD底面或操作产生的误差，避免对结构造成损坏。CCD安装柱连接头21一端与直线轴杆22一端由M3螺纹相连，CCD安装柱连接头21另一端与CCD底面上的CCD安装柱也由M3螺纹相连。伸缩杆手柄23由顶丝固定于直线轴杆另一端，增大了旋转半径，方便操作时旋转或推拉伸缩杆。

实际操作过程中，在将CCD 201从厂商运输外壳中分离出来时，如图2所示：

第一步，首先将厂商运输外壳固定至大固定板11前侧，大固定板11上孔位与厂商运输外壳10上孔位设计时即保持一致。

第二步，将CCD 201底面上的CCD安装柱101与本装置的伸缩杆2通过六角铜柱各自固定，此时CCD 201即与本装置相连接，不需要厂商运输外壳10的装载。CCD 201底面的结构与三根伸缩杆2的相对位置在设计时即为匹配的，通过杆的长度来与结构上的误差进行对冲，防止对CCD 201的底面结构造成损伤。在此固定步骤中，可以通过旋转伸缩杆的手柄309来旋紧伸缩杆2，手柄309的转动半径及摩擦都较伸缩杆2为大，可以使操作更为简便。

第三步，拆除厂商运输外壳10的上盖玻璃，通过旋转手轮1将CCD 201缓缓推出厂商运输外壳10。手轮1可以避免因为轴承与伸缩杆2间的静摩擦导致的突然前进，增加了装置的稳定性。

第四步，CCD 201被推出足够距离后，超过合拢装置合拢的距离，合抱装置合拢，使CCD 201可以回退进入轻便型安装保护外壳9中。此时应注意轻便型安装保护外壳9底面不要与CCD 201碰撞。

第五步，通过手轮1的反向旋转将CCD 201拉回与轻便型保护外壳9底面接触，通过轻便型安装保护外壳9底面小结构将CCD 201与轻便型安装保护外壳9相固定，此时CCD 201即完全与轻便型安装保护外壳9固定，再固定轻便型安装保护外壳9的玻璃上盖，实现对CCD的保护。

第六步，CCD 201安装柱与伸缩杆2解除固定，轻便型安装保护外壳9与旋转合抱装置8的固定解除。此时CCD 201及轻便型安装保护外壳9脱离本装置，可以用轻便型保护外壳9带着CCD 201移动，完成拆卸过程。