本发明涉及空心角镜及其制造方法，具体涉及一种基于大面积胶粘工艺的具有高精度高稳定性大口径的空心角镜及其粘接工装、制造方法。
背景技术：
1、空心角镜，全称为空心角锥棱镜，又称为光学回反器，是一种倒置的三角锥结构，中间为空心，具有在任意方向照射光线后能够沿原来传播方向返回的特性。这种器件被广泛应用于光通信、激光测距、光学测量、光学定位、汽车照明、科学研究、航空航天等多个领域。
2、目前，空心角镜在多个领域得到了广泛应用。其主要应用包括但不限于光通信系统中的信号传输和检测、激光测距系统中的测距和测速、光学测量仪器中的角度测量和光路校准、汽车照明系统中的光束控制、科学研究中的光学实验以及航空航天领域中的星务(卫星的运行和管理任务)和导航系统。
3、大口径的空心角镜通常指其口径(即孔径或入射口的直径)在50毫米以上，针对大口径空心角镜的研制，国内外采用了两种主要的技术路径：
4、(1)采用玻璃材料和氢氧分子催化键合：这种方法使用玻璃材料作为基底，通过氢氧分子催化键合。代表产品包括美国nasa研制的放置在月球上的阿波罗计划的170mm口径回射镜以及我国天琴引力物理研究中心为下一代月球距离探测研制的170mm空心角镜试验件。这种技术途径通过玻璃材料和特定的键合方法，实现了大口径空心角镜的制备。
5、(2)采用环氧胶粘接的方法：相比第一种方法，这种方法更加适应航天的复杂工作环境。通过使用环氧胶粘接，可以在空心角镜的制备过程中更好地处理航天环境中的温度变化、振动和其他不利因素。
6、但上述技术路径存在以下不足之处：
7、(1)小口径限制：目前主流的空心角镜制备技术基于分子键合，导致制造出的空心角镜口径相对较小，限制了其在一些领域的应用，如航空航天领域对大口径空心角镜的需求。
8、(2)粘接强度不足：现有技术中采用的侧面粘接方法，粘接面积较小，粘接强度不足，影响了空心角镜的耐冲击和抗震动能力。
9、(3)环境适应性不足：现有空心角镜安装结构未充分考虑环境适应性问题，缺乏专业设计，导致在稳定性和抗冲击等方面存在不足。
技术实现思路
1、本发明的目的是解决现有空心角镜粘接面积小、安装结构设计存在不足，导致基于现有工艺的大口径空心角镜稳定性不够，环境适应性不足的问题，而提供高精度高稳定性大口径的空心角镜及其粘接工装、制造方法。
2、为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：
3、高精度高稳定性大口径的空心角镜，其特殊之处在于：包括主体和金属安装结构；
4、所述主体用于反射入射光线，使其能够原路返回，主体包括两两互相垂直粘接的三个玻璃平面镜；每个所述玻璃平面镜的正面镀有反射膜，其中两个侧面分别与另外两个玻璃平面镜的其中一个侧面通过至少一个粘接块粘接，相互粘接的两个侧面之间构成180°；
5、所述金属安装结构为一体结构，金属安装结构包括分别与三个玻璃平面镜背面粘接的三个安装板，以及三角固定板；所述三个安装板上均设置有多个注胶孔，所述三角固定板的三边分别连接三个安装板，三角固定板上设置有多个机械安装接口，用于将三角固定板与外部结构固定。
6、进一步地，所述粘接块的结构为四棱柱，其中一个侧壁与所粘接的两个玻璃平面镜侧面接触。
7、进一步地，所述金属安装结构与三个玻璃平面镜背面通过粘接剂粘接，所述粘接剂由柔性胶、刚性胶组成。
8、一种上述高精度高稳定性大口径的空心角镜的粘接工装，其特殊之处在于：包括底板、设置在底板上的圆柱体和两个定位块；
9、所述圆柱体上端设置有分别与三个玻璃平面镜正面适配的三个第一定位面，所述两个定位块设置在主体两侧，且均设置有第二定位面，其中一个定位块的第二定位面用于与其中一个玻璃平面镜抵接，另一个定位块的第二定位面与剩余两个玻璃平面镜抵接，每个定位块下端侧壁上设置有多个连接块，多个连接块用于与底板固定连接，以限制连接块相对底板的位置。
10、进一步地，所述圆柱体与三个玻璃平面镜采用相同材料。
11、一种上述高精度高稳定性大口径的空心角镜的制造方法，采用上述粘接工装，其特殊之处在于，包括以下步骤：
12、步骤1、采用光敏胶将三个平面反射镜正面分别与三个第一定位面粘接，再采用光敏胶将圆柱体底端与底板粘接；
13、然后使其中一个定位块的第二定位面与其中一个玻璃平面镜外端贴合，另一个定位块的第二定位面与剩余两个玻璃平面镜外端贴合，再将每个定位块下端侧壁的连接块与底板固定连接，以限制连接块相对底板的位置；
14、通过修研相互粘接的两个侧面，使相互粘接的两个侧面之间构成180°；
15、最后使用粘接剂和多个粘接块粘接三个平面反射镜，得到主体镜胚；
16、将主体镜胚与粘接工装分离并清洗两者粘接处的残留光敏胶，得到主体；
17、步骤2、基于有限元分析优化步骤1得到的主体和金属安装结构之间的粘接设计，得到最优的粘接设计；根据最优的粘接设计，通过注胶孔向主体和金属安装结构之间的粘接界面注入粘接剂，同时监控每个玻璃平面镜的应力分布和表面形变量、玻璃平面镜之间的垂直角度、出入射光线的平行角度的变化，如果发现任一项的变化超出对应的预设阈值，立即调整粘接剂的成分比例和注入位置，直至粘接完成；
18、所述粘接设计包括主体和金属安装结构之间粘接块的尺寸和形状，以及粘接剂的类型和厚度；
19、步骤3、在三个玻璃平面镜的正面镀反射膜，得到空心角镜；然后检测空心角镜的面型精度和出入射光平行角精度，若符合预设指标，则完成空心角镜的制造，否则去除所有粘接剂和粘接块，返回步骤1。
20、进一步地，步骤2中，所述基于有限元分析优化步骤1得到的主体和金属安装结构之间的粘接设计，得到最优的粘接设计具体为：
21、步骤a、建立具有高精度高稳定性大口径的空心角镜的有限元模型，设置材料属性及主体和金属安装结构之间的粘接界面；
22、步骤b、设定正常重力条件和预期的温度变化范围，定义边界条件；
23、步骤c、分别进行静力学分析和热力学分析，得到应力分布、面型变化和角度变化的结果；所述应力分布指主体和金属安装结构各个区域所承受的应力大小及其分布情况，所述面型变化指每个玻璃平面镜表面在粘接过程中和粘接完成后相对于预设值的形变量，所述角度变化指玻璃平面镜之间的垂直角度、出入射光线的平行角度的变化量；
24、步骤d、根据步骤c得到的应力分布、面型变化和角度变化的结果，判断是否满足终止条件，若是，则得到最优的粘接设计，否则优化粘接设计，并应用到有限元模型中，返回步骤c；
25、所述终止条件为：所述应力分布、面型变化和角度变化的结果均在预设范围内。
26、进一步地，步骤2中，所述通过注胶孔向主体和金属安装结构之间的粘接界面注入粘接剂具体为：通过注胶孔向主体和金属安装结构之间的粘接界面少量交替注入柔性胶和刚性胶。
27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
28、(1)本发明高精度高稳定性大口径的空心角镜，解决了当前大口径角镜设计、研制和安装的难点，为大口径航天应用提供了基础。
29、(2)本发明相比传统基于胶合工艺的大口径空心角镜，玻璃平面镜之间采用侧面粘接，且增加了侧面粘接的面积，提高了玻璃平面镜的可调节能力以及粘接固化的稳定性。
30、(3)本发明高精度高稳定性大口径的空心角镜的粘接工装，相比传统大口径空心角镜的装调方法，采用了三个分别与三个玻璃平面镜正面适配的第一定位面进行定位，极大的降低了三个玻璃平面镜的装调难度，保证了空心角镜的精度要求。
31、(4)本发明高精度高稳定性大口径的空心角镜的制造方法，相比其他技术方案，提出一种大面积的玻璃和金属粘接方法，极大的提高了空心角镜和金属安装结构之间的安装稳固性，从而保证了空心角镜的抗冲击和抗震动的能力，使其具有更好的环境适应性。
32、(5)本发明高精度高稳定性大口径的空心角镜的制造方法，相较传统空心角镜粘接为避免造成应力变形多采用柔性胶，导致强度较低，本发明为解决大面积胶粘过程中存在的应力变形和强度不足问题，采用了柔性胶结合刚性胶的混合粘接方法，通过有限元分析方法，分析玻璃和金属粘接过程中的形变问题，通过迭代有效的控制了胶粘引起的面型变化问题，保证了面型精度，从而保证了基于空心角镜的成像系统的成像质量。
1.高精度高稳定性大口径的空心角镜，其特征在于：包括主体(1)和金属安装结构(2)；
2.根据权利要求1所述的高精度高稳定性大口径的空心角镜，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的高精度高稳定性大口径的空心角镜，其特征在于：
4.一种权利要求1所述的高精度高稳定性大口径的空心角镜的粘接工装，其特征在于：包括底板(31)、设置在底板(31)上的圆柱体(32)和两个定位块(34)；
5.根据权利要求4所述高精度高稳定性大口径的空心角镜的粘接工装，其特征在于：
6.一种权利要求1所述高精度高稳定性大口径的空心角镜的制造方法，采用权利要求4所述粘接工装，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的高精度高稳定性大口径的空心角镜的制造方法，其特征在于：
8.根据权利要求6或7所述的高精度高稳定性大口径的空心角镜的制造方法，其特征在于：
