CN102179739B - 用于聚光光伏太阳能系统的多面锥体棱镜的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于聚光光伏太阳能系统的多面锥体棱镜的加工方法，所述的多面锥体棱镜为连续性3阶锥度棱镜，其特征在于包括以下步骤：a、将K9玻璃材料通过热压初始加工成上述形状的坯料，在每个面厚度方向上留出0.5~0.8mm的加工余量；b、将坯料的小端面粘贴在光学平板上，对大端面通过冷加工依次进行铣磨和抛光；c、将坯料的大端面粘贴在定位模具上，通过5个空间位置参数联动控制坯料在磨盘以及抛光盘上的移动和转动，分别对12个等腰梯形侧面以及小端面进行粗磨、精磨和抛光，获得成品。本发明加工时间短、加工过程容易控制，加工质量好。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于聚光光伏太阳能系统的多面锥体棱镜的加工方法，所述的多面锥体棱镜为连续性3阶锥度棱镜。
背景技术
多面锥体棱镜用于聚光光伏（CPV）系统中的太阳能接收转换。通过棱镜自身的全反射原理，将太阳光进行汇聚，再通过太阳能辅助物质，将光能转换成电能、热能等等，可供人们利用。
光伏发电经历了第一代晶硅电池和第二代薄膜电池，目前产业化进程正逐渐转向高效的CPV系统发电。与前两代电池相比，CPV采用多结的III-V族化合物电池，具有大光谱吸收、高转换效率等优点；而且所需的电池面积小，以相对廉价的聚光器件替代昂贵的半导体材料，在大规模应用于发电时可有效降低成本、降低生产能耗。
传统光学冷加工对多面锥体棱镜的加工采用成盘多件加工，将单件粘贴在光学靠体上，再将光学靠体几件或几十件粘贴在一块光学平板上，从而对一个面进行粗磨、精磨、抛光、清洗，当做完一个面是敲击下盘，再用同样的方法加工另一个面，由于多面锥体要加工的面较多，用此种方法工序较多，加工时间过长，并且过程不易控制，很容易造成棱镜的破口，疵病、及尺寸不对应等等。并且生产成本较高。
如专利号为200810140914.2，专利名称为“一种用于采集掌(指)纹图像的窗口棱镜的制作方法”中公开了一种棱镜的制作方法，它包括上盘、铣磨、研磨、二次上盘、二次铣磨、二次研磨、抛光、洗净、倒边、检测包转、镀膜等流程，整个制作方法中需要移动待加工的棱镜上盘，然后重复进行多次打磨，工序复杂，加工时间长效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足而提供一种加工时间短、加工过程容易控制，加工质量好的用于聚光光伏太阳能系统的多面锥体棱镜的加工方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：该用于聚光光伏太阳能系统的多面锥体棱镜的加工方法，所述的多面锥体棱镜形状为由下至上大小递减的三个正四棱台叠加而成，位于中层的正四棱台上底面与上层正四棱台的下底面重合，中层正四棱台的下底面与下层正四棱台的上底面重合，多面锥体棱镜整体包括14个外表面，所述的14个外表面分别为一大一小上下平行的两个正方形端面，以及12个等腰梯形侧面，其特征在于包括以下步骤：
a、将K9玻璃材料通过热压初始加工成上述形状的坯料，在每个面厚度方向上留出0.5~0.8mm的加工余量；
b、将坯料的小端面粘贴在光学平板上，对大端面通过冷加工依次进行铣磨和抛光；
c、将坯料的大端面粘贴在定位模具上，通过5个空间位置参数联动控制坯料在磨盘以及抛光盘上的移动和转动，分别对12个等腰梯形侧面以及小端面进行粗磨、精磨和抛光，获得成品。本发明对多面锥体棱镜采用单件加工，将光学冷加工工序中的粗磨、精磨、抛光在一台设备上实现，坯料一次装夹，需加工的外表面依次粗磨完工以后，再依次对需加工的外表面进行精磨加工，精磨完以后最后对需加工的外表面进行抛光，相对于原来的方法加工成本低、加工效率高、成品质量好的加工方法。
本发明所述的5个空间位置参数分别是1）X坐标控制坯料中心轴与水平面的夹角，2）Y坐标控制坯料平行于磨盘表面的直线往复运动，3）Z坐标控制坯料垂直于磨盘及抛光盘表面的上下移动，4）N坐标控制坯料以中心轴为转轴进行的90°旋转，5）M坐标控制坯料平行于磨盘及抛光盘表面的椭圆形轨迹运动。根据所要加工坯料本身的特性，5个坐标轴各自承担不同工作指令，5个坐标轴可独立进行工作，也可以同时进行工作；将复杂的工序简单化，并且节省工作时间，提高工作效率。
本发明所述的磨盘上设置有粗磨区和精磨区。本发明将粗磨工序与精磨工序在同一张磨盘上完成，该磨盘表面在加工过程中形成自然修盘，始终保证磨盘的平行度。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明打破现阶段光学冷加工工艺，将依靠人工完成的工艺采用设备一次性完成并且保证产品的要求；将传统光学冷加工方法中分别在多台机器设备上完成的粗磨、精磨、抛光工序，集合在一个机器上完成，提高工作效率，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明多面锥体棱镜立体示意图。
图2为本发明多面锥体棱镜主视图。
图3为本发明多面锥体棱镜仰视图。
图4为本发明坯料粘贴在定位模具上的示意图。
图5为本发明坯料小端面粗磨加工示意图。
图6为本发明坯料上层正四棱台侧面粗磨加工示意图。
图7为本发明坯料中层正四棱台侧面粗磨加工示意图。
图8为本发明坯料下层正四棱台侧面粗磨加工示意图。
图9为本发明坯料小端面精磨加工示意图。
图10为本发明坯料上层正四棱台侧面精磨加工示意图。
图11为本发明坯料上层正四棱台侧面抛光加工示意图。
具体实施方式
参见图1-图3，本发明所述的多面锥体棱镜外轮廓形状为由下至上大小递减的三个正四棱台叠加而成，上层正四棱台1四个等腰梯形侧面分别为A1、A2、A3、A4，中层正四棱台2四个等腰梯形侧面分别为B1、B2、B3、B4，下层正四棱台3四个等腰梯形侧面分别为C1、C2、C3、C4。中层正四棱台2上底面与上层正四棱台1的下底面重合，中层正四棱台2的下底面与下层正四棱台3的上底面重合，三个正四棱台连为一体而非粘贴拼合而成。多面锥体棱镜整体包括14个外表面，除去上述的12个等腰梯形侧表面之外，还包括一大一小上下平行的两个正方形端面，小端面为E面，大端面为F面。其中上层正四棱台1的相对两个侧面夹角均为a，即A1与A3的夹角角度为a， A2与A4的夹角角度为a。中层正四棱台2的相对两个侧面夹角均为b，即B1与B3的夹角角度为b，B2与B4的夹角角度为b。下层正四棱台3的相对两个侧面夹角均为c， 即C1与C3的夹角角度为c，C2与C4的夹角角度为c。
本发明中待加工的坯料其在空间的移动和转动通过5个空间位置参数共同调整，这5个空间位置参数分别是：1）X坐标控制坯料中心轴与水平面的夹角，2）Y坐标控制坯料平行于磨盘表面的直线往复运动，3）Z坐标控制坯料垂直于磨盘及抛光盘表面的上下移动，4）N坐标控制坯料以中心轴为转轴进行的90°旋转，5）M坐标控制坯料平行于磨盘及抛光盘表面的椭圆形轨迹运动。这5个空间位置参数互相独立，互补干扰。
本发明所述的磨盘5上分别设置有粗磨区6和精磨区7，粗磨区6和精磨区7环状分布在同一个磨盘5上。粗磨区6采用400#～500#金刚砂烧结而成，精磨区7采用采用1000#～1200#金刚砂烧结而成。
具体加工过程如下：
1、将K9或其他材质的玻璃材料热压初始加工成上述形状的坯料D，所有面厚度上留出0.5～0.8mm加工余量。
2、以坯料D的小端面E面为基准，粘贴在光学平板上，对大端面F面进行光学冷加工工艺的研磨抛光。
3、参见图4，将铣磨和抛光好的坯料D的大端面F面用冷胶粘贴在定位模具4上并通过气压锁紧装置进一步锁紧。参见图5，调整X坐标，使得坯料D的小端面E面与磨盘5上的粗磨区6平行，坯料D的中心轴与磨盘5上的粗磨区6垂直，磨盘5转动同时调整Z坐标，使得坯料D垂直下降，当坯料D的小端面E与磨盘5接触时同步调整Y坐标，使得坯料D在垂直下降的同时还水平直线往复运动，当坯料D下降到设定的加工余量的数值时，小端面E面粗磨完成。
4、参见图6，当坯料D的小端面E面粗磨完成之后，调整X坐标，使得坯料D的上层正四棱台1的侧面A1与磨盘5上的粗磨区6平行，调整Z坐标，使得坯料D垂直向下移动同时磨盘5转动，当侧面A1与磨盘5接触时同步调整Y坐标，使得坯料D在垂直下降的同时还水平直线往复运动，当坯料D下降到设定的加工余量的数值时，上层正四棱台1的侧面A1粗磨完成。
5、当上层正四棱台1的侧面A1粗磨完成后，调整Z坐标使得坯料D垂直上移，同时调整N坐标使得坯料D以中心轴为转轴旋转90°，即使得上层正四棱台1的侧面A2与磨盘5上的粗磨区6平行，然后重复侧面A1的粗磨加工过程完成上层正四棱台1的侧面A2的粗磨，上层正四棱台1的侧面A3和A4的粗磨加工过程与侧面A2的加工过程相同，至此完成上层正四棱台1四个侧面的粗磨工序。
6、参见图7，当上层正四棱台1四个侧面粗磨完成后，调整N坐标，使得坯料D以中心轴为转轴旋转90°，同时调整X坐标使得中层正四棱台2的侧面B1与磨盘5上的粗磨区6平行，调整Z坐标，使得坯料D垂直向下移动同时磨盘5转动，当侧面B1与磨盘5接触时同步调整Y坐标，使得坯料D在垂直下降的同时还水平直线往复运动，当坯料D下降到设定的加工余量的数值时，中层正四棱台2的侧面B1粗磨完成。
7、当中层正四棱台2的侧面B1粗磨完成后，调整Z坐标使得坯料D垂直上移，同时调整N坐标使得坯料D以中心轴为转轴旋转90°，即使得中层正四棱台2的侧面B2与磨盘5上的粗磨区6平行，然后重复侧面B1的粗磨加工过程完成中层正四棱台2的侧面 B2的粗磨，中层正四棱台2的侧面B3和B4的粗磨加工过程与侧面B2的加工过程相同，至此完成中层正四棱台2四个侧面的粗磨工序。
8、参见图8，当中层正四棱台2四个侧面粗磨完成后，调整N坐标，使得坯料D以中心轴为转轴旋转90°，同时调整X坐标使得下层正四棱台3的侧面C1与磨盘5上的粗磨区6平行，调整Z坐标，使得坯料D垂直向下移动同时磨盘5转动，当侧面C1与磨盘5接触时同步调整Y坐标，使得坯料D在垂直下降的同时还水平直线往复运动，当坯料D下降到设定的加工余量的数值时，下层正四棱台3的侧面C1粗磨完成。
9、当下层正四棱台3的侧面C1粗磨完成后，调整Z坐标使得坯料D垂直上移，同时调整N坐标使得坯料D以中心轴为转轴旋转90°，即使得下层正四棱台3的侧面C2与磨盘5上的粗磨区6平行，然后重复侧面C1的粗磨加工过程完成下层正四棱台3的侧面 C2的粗磨，下层正四棱台3的侧面C3和C4的粗磨加工过程与侧面C2的加工过程相同，至此完成下层正四棱台3四个侧面的粗磨工序。
10、参见图9，当下层正四棱台3的侧面C4粗磨工序完工后为坯料13个面的粗磨工序完工，调整Z坐标使得坯料D垂直上移，同时调整X坐标，使得坯料D旋转至小端面E面与磨盘5上的精磨区7平行，调整Z坐标使得坯料D垂直下降同时磨盘5转动，当小端面E面与磨盘5接触时同步调整Y坐标，使得坯料D在垂直下降的同时还水平直线往复运动，当坯料D下降到设定的加工余量的数值时，小端面E面精磨完成。
11、参见图10，当坯料D的小端面E面精磨完成之后，调整X坐标，使得坯料D的上层正四棱台1的侧面A1与磨盘5上的精磨区7平行，调整Z坐标，使得坯料D垂直向下移动同时磨盘5转动，当侧面A1与磨盘5接触时同步调整M坐标，使得坯料D在垂直下降的同时还在精磨区7上做椭圆形轨迹运动（运动轨迹公式为e=f+g，其中f与g的数值以精磨区7有效面积为参考），当坯料D下降到设定的加工余量的数值时，上层正四棱台1的侧面A1精磨完成。坯料D在Z坐标的控制下垂直上移一定的距离，再调整N坐标使得坯料D绕中心轴旋转90°开始正四棱台1的侧面A2的精磨，加工方法与上层正四棱台1的侧面A1相同，依此类推完成上层正四棱台1的侧面A3、A4的精磨。
12、当上层正四棱台1的侧面全部精磨完毕后，调整Z坐标使得坯料D上移，调整N坐标使得坯料D绕中心轴转动90°，调整X坐标使得坯料D旋转至中层正四棱台2的侧面B1与磨盘5上的精磨区7平行，调整Z坐标，使得坯料D垂直向下移动同时磨盘5转动，当侧面B1与与磨盘5接触时同步调整M坐标，使得坯料D在垂直下降的同时还在精磨区7上做椭圆形轨迹运动（运动轨迹公式为e=f+g，其中f与g的数值以精磨区7有效面积为参考），当坯料D下降到设定的加工余量的数值时，中层正四棱台2的侧面B1精磨完成，调整Z坐标使得坯料D垂直上移，调整N坐标使得坯料D绕中心轴转动90°，中层正四棱台2的侧面B2与磨盘5平行，依照侧面B1的精磨过程开始侧面B2的精磨，并以此类推完成侧面B3和B4的精磨。
13、当中层正四棱台2的侧面全部精磨完毕后，依照中层正四棱台2的精磨方法对下层正四棱台3的各个侧面进行精磨。
14、当下层正四棱台3的各个侧面精磨完成之后，调整Z坐标使得坯料D垂直上移，调整Y坐标使得坯料D平移至抛光盘8上方，调整X坐标使得坯料D旋转至小端面E面与抛光盘8平行，调整Z坐标使得坯料D垂直下移，同时抛光盘8开始转动，抛光盘8与磨盘5安装在同一台机器上,抛光盘8与磨盘5相隔2～5cm，当小端面E面与抛光盘8接触时，同时调整Y坐标，使得坯料D在垂直下降的同时还水平直线往复运动，当坯料D下降到设定的加工余量时，小端面E面抛光完成。
15、参见图11，当小端面E面抛光完成后，调整X坐标使得坯料D旋转至上层正四棱台1的侧面A1与抛光盘8平行，抛光盘8转动，调整Z坐标使得坯料D垂直下移，当侧面A1与抛光盘8接触时，调整M坐标，使得坯料D在垂直下降的同时还做椭圆形轨迹运动，当侧面A1面下移到Z坐标设定的加工余量时，上层正四棱台1的侧面A1抛光工序完工。分别调整Z坐标和N坐标，使得坯料D上移并旋转90°至上层正四棱台1的侧面A2与抛光盘8平行，侧面A2面的抛光方法与侧面A1相同，侧面A3、A4面的抛光方法与侧面A2相同。
16、当上层正四棱台1的所有侧面抛光完成后，分别调整X坐标、N坐标和X坐标，使得中层正四棱台2的侧面B1与抛光盘8平行，并按照上层正四棱台1侧面的加工过程对中层正四棱台2各个侧面进行抛光，中层正四棱台2各个侧面抛光完毕后再对下层正四棱台3的各个侧面进行抛光，抛光方法参照中层中层正四棱台2。当下层正四棱台3的各个侧面抛光完成后，整个坯料D加工完成，得到成品。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种用于聚光光伏太阳能系统的多面锥体棱镜的加工方法，所述的多面锥体棱镜形状为由下至上大小递减的三个正四棱台叠加而成，位于中层的正四棱台上底面与上层正四棱台的下底面重合，中层正四棱台的下底面与下层正四棱台的上底面重合，多面锥体棱镜整体包括14个外表面，所述的14个外表面分别为一大一小上下平行的两个正方形端面，以及12个等腰梯形侧面，其特征在于包括以下步骤：
a、将K9玻璃材料通过热压初始加工成上述形状的坯料，在每个面厚度方向上留出0.5~0.8mm的加工余量；
b、将坯料的小端面粘贴在光学平板上，对大端面通过冷加工依次进行铣磨和抛光；
c、将坯料的大端面粘贴在定位模具上，通过5个空间位置参数联动控制坯料在磨盘以及抛光盘上的移动和转动，分别对12个等腰梯形侧面以及小端面进行粗磨、精磨和抛光，获得成品，所述的5个空间位置参数分别是1）X坐标控制坯料中心轴与水平面的夹角，2）Y坐标控制坯料平行于磨盘及抛光盘表面的直线往复运动，3）Z坐标控制坯料垂直于磨盘及抛光盘表面的上下移动，4）N坐标控制坯料以中心轴为转轴进行的90°旋转，5）M坐标控制坯料平行于磨盘及抛光盘表面的椭圆形轨迹运动，磨盘与抛光盘水平设置。
2.根据权利要求1所述的用于聚光光伏太阳能系统的多面锥体棱镜的加工方法，其特征在于：所述的磨盘上设置有粗磨区和精磨区。
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| JP特开2005-125430A 2005.05.19 |
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Denomination of invention: Method for machining multi-surface cone prism of concentrated photovoltaic solar system Effective date of registration: 20180110 Granted publication date: 20130102 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Jiaxing science and Technology Branch Pledgor: ZHEJIANG LANTE OPTICS Co.,Ltd. Registration number: 2017330000334 |
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