CN107159606A - 大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法，属于薄膜沉积技术领域。解决现有技术中传统的超声波清洗和人工擦拭方式已不能满足2m以上量级大口径SiC反射镜镀膜前清洗要求的技术问题。本发明提供的大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法利用旋转毛刷清洗和高压喷淋清洗相结合的清洗方式替代传统超声波清洗和人工擦拭，通过采用安全合理的清洗工艺方法和多项对清洗机构的精密控制措施，极大降低了清洗工艺的风险，实现了对大口径、复杂轻量化结构的SiC反射镜镜面的安全可靠的有效清洗和干燥，大大减轻了人工负担，同时提高了工作效率，满足了国内大口径SiC反射镜镀膜对相关应用的迫切需求，填补了国内相关领域的技术空白。
Description
技术领域
本发明属于薄膜沉积技术领域，具体涉及一种大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法。
背景技术
随着深空探测以及成像系统的快速发展，观测和成像系统迫切需求更大口径的光学系统，已满足人们看得更远、更清晰的要求。为此，人类不断地设法提高工艺水平，突破当前加工极限，使制备出的反射镜口径不断增大，以满足这迫切需求。但这也给大口径反射镜的制造、加工和镀膜带来了技术挑战。碳化硅(SiC)材料凭借其优异性能，成为目前大口径反射镜镜坯尤其是轻量化反射镜镜坯的首选材料。我国正在开发口径4m量级SiC反射镜光学系统。而对于口径4m量级SiC反射镜，镀膜前的清洗方法和工艺是需要解决的技术难题之一。
对于大口径反射镜来说，镀膜前镜面要经过机械加工和研磨抛光等工艺过程，镜面存在大量加工过程中残留的尘粒和抛光粉剂等污染物，必须对基底表面进行有效的清洗，去除基底表面的灰尘和杂质，才能提高膜层质量和牢固度，保证膜层较高的反射率和耐用性。在传统清洗工艺中，对口径相对较小的反射镜可以采用超声波浸没式清洗和人工直接进行擦拭的方法进行处理，可以达到较好的清洗效果，满足后续镀膜的需求。但如果反射镜口径较大达到2m以上量级时，传统的清洗工艺就不太适合了。对于大口径的SiC反射镜，镜体吊装翻转风险性较大，超声波清洗工艺清洗过程不宜操作，难以实现有效清洗。而且对于2m以上口径的反射镜，由于人体自身条件限制，人工直接擦拭操作很难实现对整个镜体表面进行有效清洗和擦拭。
发明内容
本发明要解决现有技术中传统的超声波清洗和人工擦拭方式已不能满足2m以上量级大口径SiC反射镜镀膜前的清洗要求的技术问题，为了满足国内镀膜工艺中2m以上量级大口径SiC反射镜镀膜前镜面清洗的需求，提供一种实际应用可行的大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法，包括以下步骤：
步骤1、将反射镜镜体固定在移动操作台上；
步骤2、激光测距传感器校验
当反射镜镜体定位后，控制横移机械臂慢速沿镜面径向往复一次，如果在往复运动过程中，激光测距传感器的反馈数值一直正常，则表示激光测距传感器的安装角度能匹配当前镜面；否则需调节激光测距传感器的安装角度，直至前述反馈数值一直正常；
步骤3、采用旋转毛刷和高压喷淋的方式同时对反射镜镜面进行清洗剂喷淋和刷洗；
开启移动操作台的旋转功能，然后由横向机械臂及垂直机械臂控制旋转毛刷在反射镜镜面渐进扫描，同时启动旋转毛刷与高压喷淋功能，实现对镜面的清洗；当旋转毛刷清洗了整个镜面后，将旋转毛刷升起并移出镜面；
步骤4、采用旋转毛刷和高压喷淋的方式同时对反射镜镜面进行纯水喷淋和刷洗；
开启移动操作台的旋转功能，然后由横向机械臂及垂直机械臂控制旋转毛刷在反射镜表面渐进扫描，同时启动旋转毛刷与高压喷淋功能，实现对镜面的清洗；当旋转毛刷清洗了整个镜面后，将旋转毛刷升起并移出镜面；
步骤5、最终高压喷淋清洗
将用于高压喷淋的喷淋管降落至镜面附近区域，对镜面用纯水做最终喷淋冲洗，同时仍保持镜体旋转，完成后再将喷淋管升回原位；
步骤6、高压风刀吹干
将高压风刀装置降落至镜面附近区域，对镜体表面用热风做吹扫风干，完成后再将高压风刀装置升回原位，完成反射镜镜面清洗。
在上述技术方案中，采用激光测距装置对清洗机构进行精密控制，根据实际需要在清洗过程中使旋转毛刷盘始终与镜面保持一特定距离，既能实现刷洗工艺又可避免其与镜面发生摩擦碰撞。
在上述技术方案中，利用精密机械结构和程控软件控制旋转毛刷的水平移动和升降，在控制软件中根据反射镜镜面曲面参数，设定旋转毛刷下降的界限，使毛刷盘只能在安全距离内升降，防止由于误操作导致损伤镜面的情况发生。
在上述技术方案中，步骤3和4中所述移动操作台的转速为0.5-5r/min。
在上述技术方案中，步骤3和4中所述旋转毛刷为旋转圆盘式或旋转滚轮式，其刷毛长度为5～15cm，转速为50-150r/min。
在上述技术方案中，步骤3和4中用于高压喷淋的喷嘴沿半径方向排布，根据镜子实际情况适当设置喷嘴与镜面间距离，喷淋时旋转镜体或以镜面中心为圆心旋转喷淋管即可实现对整个镜面的喷淋清洗。
在上述技术方案中，所述喷嘴与镜面之间的距离为30～80mm。
在上述技术方案中，步骤3和4中所述高压喷淋的压力0.3-0.6MPa，喷淋流量10-20l/min。
在上述技术方案中，步骤6中所述高压风刀装置采用长条形封嘴形式或采用小风嘴进行直线型排布方式，高压风刀沿镜面半径方向布置，吹干时旋转镜体或以镜面中心为圆心旋转高压风刀即可实现对整个镜面的快速干燥。
在上述技术方案中，步骤6中对镜体表面用热风做吹扫风干时的出口风速为>80m/s，温度为40-60℃。
本发明的有益效果是：
本发明提供的大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法利用旋转毛刷清洗和高压喷淋清洗相结合的清洗方式替代传统超声波清洗和人工擦拭，通过采用安全合理的清洗工艺方法和多项对清洗机构的精密控制措施，极大降低了清洗工艺的风险，实现了对大口径、复杂轻量化结构的SiC反射镜镜面的安全可靠的有效清洗和干燥，大大减轻了人工负担，同时提高了工作效率，满足了国内大口径SiC反射镜镀膜对相关应用的迫切需求，填补了国内相关领域的技术空白，为我国大口径SiC反射镜的应用提供了有力的技术支持。
具体实施方式
本发明的发明思想为：实际应用中的大口径SiC反射镜镜面存在加工过程中残留大量的粉尘和抛光粉剂等杂质。在镀膜前，为了保证较高的镀膜质量，必须要对镜面进行有效的清洗。针对这一需求，找到合理有效的的机械清洗方法替代原有超声波清洗和人工擦拭操作，实现对2m以上量级大口径SiC反射镜镀膜前的自动清洗和干燥，同时采取必要措施保障整个清洗工艺具有较高的安全性和可靠性，满足实际工程应用中的相关需求。
由于SiC反射镜镜面的清洗是为了满足在镜面上制备金属反射膜而设计，因此保障后续镀膜的品质和牢固度清洁程度要求较高。另外在镀膜前镜面经过精密抛光，表面比较光滑，根据以上情况镜面清洗工艺设计选用旋转毛刷清洗和喷淋清洗相结合的方式替代传统的人工擦拭清洗，清洗后利用组合风刀对镜面进行快速干燥，辅以机械运转机构、自动控制系统实现对大口径反射镜镜面的有效清洗。为避免移动和翻转镜体，提高整个清洗过程的安全性和可靠性，始终采用镜面朝上的方式进行清洗。
1、高压喷淋
高压喷淋可以在一定程度上实现对镜面灰尘和污染物的清洗，但其对于附着力较强的污染物清洗效果有限。高压喷淋是实现毛刷清洗必不可少的辅助手段，既可以为刷洗过程提供必要的清洗液(如水和专用清洗剂)，又可以实现对镜面的喷淋清洗，清除污染物，冲净清洗剂等的残留。
由于大口径反射镜是圆形对称的，高压喷淋可把喷嘴沿半径方向排布，根据镜子实际情况适当设置喷嘴与镜面距离(30～80mm)，喷淋时旋转镜体或以镜面中心为圆心旋转喷淋管即可实现对整个镜面的喷淋清洗。喷淋液需选用纯水或去离子水，也可辅以专用清洗剂，但不可直接用自来水，影响清洗效果。对于形状不规则的镜体也可采用同样方式进行喷淋清洗。
2、旋转毛刷清洗
对于要进行镀膜工艺的大口径反射镜来说，单靠高压喷淋可能无法达到理想的清洗效果，为了清除镜面难以去除的污染物，可以采用旋转毛刷进行刷洗的自动清洗工艺。毛刷可旋转圆盘式也可旋转滚轮式，毛刷刷毛要有足够的长度(5～15cm)，刷洗时毛刷与镜面接触刷盘或毛刷轴要避免与镜面接触，防止划伤镜面。毛刷刷毛硬度要适当，且不易掉毛，既能保障对镜面进行有效的刷洗还要避免由于太硬而划伤镜面。毛刷刷洗工艺进行时应附以喷淋清洗工艺同时进行以实现最佳清洗效果。
毛刷刷洗工艺中毛刷在自传清洗的同时沿镜面的一条半径直线运动，结合镜体自身的旋转，适当控制毛刷移动和镜体转动速度，二者合理配合可以实现对整个镜面的有效刷洗。由于大口径反射镜加工成本很高，因此必须保证清洗工艺的安全可靠。为防止旋转毛刷盘清洗过程中对镜面造成损伤，必须采用专门的保护措施。如采用激光测距装置，根据实际需要在清洗过程中使毛刷盘始终与镜面保持一特定距离，既能实现刷洗工艺又可避免其与镜面发生摩擦碰撞；还利用精密机械结构和程控软件控制毛刷的水平移动和升降，在控制软件中根据反射镜镜面曲面参数，设定毛刷下降的界限，使毛刷盘只能在安全距离内升降，防止误操作发生损伤镜面的情况。
3、风刀吹干
毛刷喷淋清洗后必须对镜面进行快速干燥，防止水分蒸发后形成水印或水渍残留影响清洗效果。镜面的干燥工艺可采用高压风刀进行快速干燥。风刀可采用长条形封嘴形式也可采用小风嘴进行直线型排布方式。风刀沿镜面半径方向布置，吹干时旋转镜体或以镜面中心为圆心旋转风刀即可实现对整个镜面的快速干燥。风刀内必须通入纯净气体(如氮气等)或经过高效过滤的纯净空气，防止对镜面产生二次污染。热风吹干效果会更好一些，但温度不易过高40-60℃为宜，防止温度过高造成镜体炸裂情况发生。
实施例
(1)镜片定位
利用行车将反射镜镜体吊装至旋转式移动操作台上，固定好镜体，保证镜体安置在操作台的中央，以确保旋转时整体平衡。
(2)激光测距传感器校验
该步骤用于确保激光测距传感器能在不同曲率镜面上正常工作。当镜体定位后，控制横移机械臂慢速沿镜面径向往复一次。如果在往复运动过程中，激光测距传感器的反馈数值一直正常，则表示激光测距传感器的安装角度能匹配当前镜面；否则需调节激光测距传感器的安装角度，直至前述反馈数值一直正常。
(3)采用旋转毛刷和高压喷淋的方式同时对反射镜镜面进行清洗剂喷淋&刷洗
准备就绪后，先开启移动操作台的旋转功能(转速大小0.5-5r/min)，然后由横向机械臂及垂直机械臂控制旋转毛刷在镜体表面渐进扫描，同时启动旋转毛刷(转速50-150r/min)与高压喷淋功能(喷淋压力0.3-0.6MPa，喷淋流量10-20l/min)，实现对镜面的清洗；当旋转毛刷清洗了整个镜片表面后，将旋转毛刷升起并移出镜面。
(4)采用旋转毛刷和高压喷淋的方式同时对反射镜镜面进行纯水喷淋&刷洗
(同步骤3)准备就绪后，先开启移动操作台的旋转功能，然后由横向机械臂及垂直机械臂控制旋转毛刷在镜体表面渐进扫描，同时启动旋转毛刷(转速50-150r/min)与喷淋功能(喷淋压力0.3-0.6MPa，喷淋流量10-20l/min)，实现对镜面的清洗；当旋转毛刷清洗了整个镜片表面后，将旋转毛刷升起并移出镜面。
步骤3和4中用于高压喷淋的喷嘴沿半径方向排布，根据镜子实际情况适当设置喷嘴与镜面间距离为30～80mm，喷淋时旋转镜体或以镜面中心为圆心旋转喷淋管即可实现对整个镜面的喷淋清洗。步骤3和4中所述旋转毛刷为旋转圆盘式或旋转滚轮式，其刷毛长度为5～15cm。
(5)最终喷淋
该步骤用于对镜体表面做大幅度喷淋清洗。将喷淋管降落至镜片表面附近区域，喷嘴距离镜面5-10cm，对镜片表面用纯水做最终喷淋冲洗，同时仍保持镜体旋转，完成后再将喷淋管升回原位。不同镜面使用前，需调节喷淋管的高度和倾斜角度，以匹配实际清洗的镜面。
(6)高压风刀吹干
该步骤用于对镜体表面做快速干燥。将高压风刀装置降落至镜片表面附近区域，对镜体表面用热风做吹扫风干(出口风速>80m/s)，温度为40-60℃，完成后再将高压风刀装置升回原位。不同镜片使用前，需调节高压风刀装置的高度倾斜角度，以匹配实际倾斜的镜面。所述高压风刀装置采用长条形封嘴形式或采用小风嘴进行直线型排布方式，高压风刀沿镜面半径方向布置，吹干时旋转镜体或以镜面中心为圆心旋转高压风刀即可实现对整个镜面的快速干燥。
(7)人工检查
移出操作台，由操作人员对镜体表面进行全面检查，如有必要，还可进行局部擦拭工作，确认合格后结束清洗工艺过程。
上述实例中：采用激光测距装置对清洗机构进行精密控制，根据实际需要在清洗过程中使旋转毛刷盘始终与镜面保持一特定距离，既能实现刷洗工艺又可避免其与镜面发生摩擦碰撞。利用精密机械结构和程控软件控制旋转毛刷的水平移动和升降，在控制软件中根据反射镜镜面曲面参数，设定旋转毛刷下降的界限，使毛刷盘只能在安全距离内升降，防止由于误操作导致损伤镜面的情况发生。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将反射镜镜体固定在移动操作台上；
步骤2、激光测距传感器校验
当反射镜镜体定位后，控制横移机械臂慢速沿镜面径向往复一次，如果在往复运动过程中，激光测距传感器的反馈数值一直正常，则表示激光测距传感器的安装角度能匹配当前镜面；否则需调节激光测距传感器的安装角度，直至前述反馈数值一直正常；
步骤3、采用旋转毛刷和高压喷淋的方式同时对反射镜镜面进行清洗剂喷淋和刷洗；
开启移动操作台的旋转功能，然后由横向机械臂及垂直机械臂控制旋转毛刷在反射镜镜面渐进扫描，同时启动旋转毛刷与高压喷淋功能，实现对镜面的清洗；当旋转毛刷清洗了整个镜面后，将旋转毛刷升起并移出镜面；
步骤4、采用旋转毛刷和高压喷淋的方式同时对反射镜镜面进行纯水喷淋和刷洗；
开启移动操作台的旋转功能，然后由横向机械臂及垂直机械臂控制旋转毛刷在反射镜表面渐进扫描，同时启动旋转毛刷与高压喷淋功能，实现对镜面的清洗；当旋转毛刷清洗了整个镜面后，将旋转毛刷升起并移出镜面；
步骤5、最终高压喷淋清洗
将用于高压喷淋的喷淋管降落至镜面附近区域，对镜面用纯水做最终喷淋冲洗，同时仍保持镜体旋转，完成后再将喷淋管升回原位；
步骤6、高压风刀吹干
将高压风刀装置降落至镜面附近区域，对镜体表面用热风做吹扫风干，完成后再将高压风刀装置升回原位，完成反射镜镜面清洗。
2.根据权利要求1所述的大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法，其特征在于，采用激光测距装置对清洗机构进行精密控制，根据实际需要在清洗过程中使旋转毛刷盘始终与镜面保持一特定距离，既能实现刷洗工艺又可避免其与镜面发生摩擦碰撞。
3.根据权利要求1所述的大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法，其特征在于，利用精密机械结构和程控软件控制旋转毛刷的水平移动和升降，在控制软件中根据反射镜镜面曲面参数，设定旋转毛刷下降的界限，使毛刷盘只能在安全距离内升降，防止由于误操作导致损伤镜面的情况发生。
4.根据权利要求1所述的大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法，其特征在于，步骤3和4中所述移动操作台的转速为0.5-5r/min。
5.根据权利要求1所述的大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法，其特征在于，步骤3和4中所述旋转毛刷为旋转圆盘式或旋转滚轮式，其刷毛长度为5～15cm，转速为50-150r/min。
6.根据权利要求1所述的大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法，其特征在于，步骤3和4中用于高压喷淋的喷嘴沿半径方向排布，根据镜子实际情况适当设置喷嘴与镜面间距离，喷淋时旋转镜体或以镜面中心为圆心旋转喷淋管即可实现对整个镜面的喷淋清洗。
7.根据权利要求6所述的大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法，其特征在于，所述喷嘴与镜面之间的距离为30～80mm。
8.根据权利要求1所述的大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法，其特征在于，步骤3和4中所述高压喷淋的压力0.3-0.6MPa，喷淋流量10-20l/min。
9.根据权利要求1所述的大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法，其特征在于，步骤6中所述高压风刀装置采用长条形封嘴形式或采用小风嘴进行直线型排布方式，高压风刀沿镜面半径方向布置，吹干时旋转镜体或以镜面中心为圆心旋转高压风刀即可实现对整个镜面的快速干燥。
10.根据权利要求1或9所述的大口径碳化硅反射镜镀膜镜面自动清洗工艺方法，其特征在于，步骤6中对镜体表面用热风做吹扫风干时的出口风速为>80m/s，温度为40-60℃。
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