CN111580219B - 适用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置，包括：底座；旋转台，可转动地设置在底座上；支架，固定到所述旋转台上，所述支架成回字形，具有四个直角内角；Y向基准块、X向基准块、X向压块，压在Y向基准块上、沿着水平方向设置的X向传动机构，驱动X向压块在Y向基准块以及其所限定的基准面上滑动；沿着竖直方向的Y向压块，压在X向基准块上；Y向传动机构；和驱动X向传动机构、Y向传动机构运动的驱动装置；X向基准块、Y向基准块、X向压块以及Y向压块所包围形成的空间构成屏段排列的空间位置并限定屏段排列的基准。本发明可实现正方形、圆形或六边形等玻璃丝的精密排屏及熔压，具有排列精密的优点。

Description

适用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置
技术领域
本发明涉及微孔光学元件（MPO）技术领域，具体而言涉及一种适用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置。
背景技术
微孔光学元件（Micro Pore Optics，MPO）是目前能实现宽视场、轻质量、高聚焦效率的X射线聚焦方案，其为国际上几个有影响的空间项目所采用，包括中国科学院A类空间科学战略性先导科技专项“爱因斯坦探针卫星（EP）”、“太阳风－磁层相互作用全景成像卫星（SMILE）”和空间站软X射线全天监视器项目，国外最近有基于该技术的宽视场X 射线卫星的提案提出，如Lobster（NASA）和Theseus（ESA）。
MPO对内部微孔阵列结构要求极高，要求数百万个方形微通道的排列误差控制在角分量级，这给微孔元件排屏技术带来了前所未有的挑战。目前现有技术中通常采用传统的人工排列且并无有效的过程精度控制方式，排列误差易产生积累、均匀性难以保证，且受人为因素影响较大、稳定性差。
发明内容
本发明目的在于提供一种适用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置，包括：底座；旋转台，可转动地设置在底座上；支架，固定到所述旋转台上，所述支架成回字形，具有四个直角内角；Y向基准块，设置在支架的第一直角内角位置，并沿着支架的水平方向压紧在回字形的底部；X向基准块，设置在支架的所述第一直角内角位置，并沿着支架的竖直方向压紧在回字形的竖直侧壁，所述X向基准块与Y向基准块垂直；沿着水平方向设置的X向压块，压在Y向基准块上；X向压块采用与X向基准块相同的结构；沿着水平方向设置的X向传动机构，驱动X向压块在Y向基准块以及其所限定的基准面上滑动；沿着竖直方向设置的Y向压块，压在X向基准块上；沿着竖直方向设置的Y向传动机构，驱动Y向压块在X向基准块以及其所限定的基准面上滑动；以及用于驱动所述X向传动机构、Y向传动机构运动的驱动装置；
其中，所述X向基准块、Y向基准块、X向压块以及Y向压块所包围形成的空间构成屏段排列的空间位置并限定屏段排列的基准；
所述屏段排列的空间位置的其中一个背部设置有透明玻璃挡板。
进一步地，所述X向基准块、Y向基准块、X向压块以及Y向压块所包围形成的空间形成适用于正方形、圆形或六边形形状的玻璃丝，以排列成正方形、圆形或六边形形状的屏段。
进一步地，所述X向传动机构包括连接到X向压块的第一执行机构以及用于驱动第一执行机构的第一直线运动驱动机构，所述Y向传动机构包括连接到Y向压块的第二执行机构以及用于驱动第二执行机构的第二直线运动驱动机构，其中：
第一执行机构与第一直线运动驱动机构的轴线平行，二者延伸到支架外并通过一第一同步器固定连接，使得第一执行机构与第一直线运动驱动机构同步直线运动；
第二执行机构与第二直线运动驱动机构的轴线平行，二者延伸到支架外并通过一第二同步器固定连接，使得第二执行机构与第二直线运动驱动机构同步直线运动。
进一步地，所述第一直线运动驱动机构、第二直线运动驱动机构均为电动缸，具有与对应的第一执行机构、第二执行机构平行的液压推杆以及用于驱动液压推杆运动的步进电机。
进一步地，所述X向传动机构和Y向传动机构内分别设置有力传感器，分别用于检测对应方向通过电动缸所施加的压力值。
进一步地，所述X向传动机构和Y向传动机构内分别内置光栅尺，用于检测X向、Y向屏段的排列尺寸。
进一步地，还包括控制系统，与所述力传感器信号连接，所述控制系统被设置用于控制电动缸的运动从而控制施加到对应压块上的压力，并且根据力传感器反馈的压力进行实时调控。
进一步地，所述控制系统与所述光栅尺信号连接，所述控制系统根据监测的排列尺寸与预设值的差值，调节压力输出。
进一步地，所述控制系统还被设置成用于控制一回转驱动电机，通过齿轮传动机构驱动所述旋转台转动。
由以上本发明的技术方案可见，本发明提出适用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏方法及装置，可实现正方形、圆形或六边形等玻璃丝的精密排屏及熔压，具有排列精密、实时反馈排屏误差、实时补偿排屏精度，又兼顾耐高温、可实现精密热成型等特点，相比传统排屏方式，精度可提高一个量级，对于微孔元件的阵列结构起到显著的改善作用，提高微孔元件的角分辨率。
（1）本发明通过X向、Y向基准组件提供高精度的初始排屏基准。以正方形丝排列正方形屏段为例，基准组件为相互垂直的两个基准面，基准面的尺寸精度要求在0.01mm，装配后两个基准面的垂直度要求在90°±0.02°。
（2）通过电动缸与直线驱动执行机构构成的精密压力机构，可提供X、Y维度的精密尺寸调节，通过读取控制系统设定的压力值，对排屏过程进行加压收紧，优选地加压精度在≤0.1kg，加压量程可根据需要控制在0.1T-3T，以正方形丝排列正方形屏段为例，配置X、Y两个维度相互垂直的压力机构，在设定加压压力后，压力机构根据设定值同时进行加压，以保证两个维度均匀收紧；
（3）通过光栅尺构成的精密测量机构，为对具体排屏的对边尺寸进行实时跟踪检测，并反馈至控制系统，本发明的实现过程中测量精度≤0.01mm，测量量程根据屏段尺寸选择，以正方形丝排列正方形屏段为例，需配备两个维度相互垂直的测量机构，每次加压过程即时测量屏段尺寸，将数值反馈至控制系统中，实现闭环的精确反馈与控制；
（4）本发明的高精度玻璃丝排屏熔压装置，可以采用耐高温高硬度合金材质，可以直接进行下一步的高温熔压成型，无需进行转模，精度可控程度高。在高温条件下，同样依靠各测量机构实时测量尺寸，反馈至控制系统实时调节压力精度，从而实现玻璃丝阵列的精密可控熔压成型。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是本发明的用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置的结构示意图。
图2-图3实图1所示的用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置的另外2个方向的结构示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图1-图3所示，根据本发明的实施例的适用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置，包括一底座10，提供整个装置的整体支撑。
旋转台11，可转动地设置在底座上。优选地，旋转台11配套地设置一回转驱动电机，尤其是直流旋转电机12，通过齿轮传动机构驱动旋转台11转动，从而在排屏过程中可以通过控制系统实时控制旋转台11转动，将屏段进行任意角度的旋转，便于用户实现对两个端面及四个侧面结构的及时查看，保证全方位结构精度。
支架20，固定到旋转台11上。支架20优选地设置成回字形结构，具有四个直角内角。
结合图1、2所示，Y向基准块21，设置在支架20的第一直角内角位置（如图示的左下角，并沿着支架的水平方向压紧在回字形的底部。
X向基准块22，设置在支架的第一直角内角位置，并沿着支架的竖直方向压紧在回字形的竖直侧壁，如图1所示，X向基准块22与Y向基准块21垂直.
沿着水平方向设置的X向压块23，压在Y向基准块上。X向压块采用与X向基准块相同的结构。沿着水平方向设置的X向传动机构24，其穿过支架水平方向的另一竖直侧壁，另一端与X向压块连接，以驱动X向压块在Y向基准块以及其所限定的基准面上滑动。
沿着竖直方向设置的Y向压块25，压在X向基准块上；沿着竖直方向设置的Y向传动机构26，其一端穿过支架的顶部，另一端与Y向压块连接，以驱动Y向压块在X向基准块以及其所限定的基准面上滑动。
X向基准块22、Y向基准块21、X向压块23以及Y向压块25所包围形成的空间构成屏段排列的空间位置并限定屏段排列的基准。其中，屏段排列的空间位置的其中一个背部设置有透明玻璃挡板30。通过辅助机构的玻璃挡板13可将丝端面控制整齐，提供较高的基准面。
结合图1、2，X向基准块为水平方向，X向基准块、Y向基准块互相垂直并固定，保证屏段排列的基准。方丝排列以这两个基准块为基准。基准面的尺寸精度要求在0.01mm，装配后两个基准面的垂直度要求在90°±0.02°。
所述X向压块、Y向压块分别为X向、Y向对丝的加压接触面，且各自与该方向的基准块平行，平行度精度在0°±0.02°；X向压块、Y向压块两个压块互相垂直，垂直度要求在90°±0.02°。在开始排屏前可以进行初始化，确定测量的初始基准。
加压过程的实现， X向传动机构7收到来自电动缸的压力，控制X向压块对X向的方丝进行加压收紧。同样，通过Y向传动机构控制Y向压块对Y向的方丝进行加压收紧。X向与Y向加压机构相互垂直，垂直度阔赞在90°±0.02°。
通过读取控制系统设定的压力值，对排屏过程进行加压收紧，加压量程可根据需要控制在0.1T-3T，优选地加压精度在≤0.1kg。在控制系统设定加压压力后，电动缸根据设定值同时进行加压，以保证两个维度均匀收紧。
优选地，X向基准块、Y向基准块、X向压块以及Y向压块所包围形成的空间形成适用于正方形、圆形或六边形形状的玻璃丝，以排列成正方形、圆形或六边形形状的屏段。
如图1-3，X向传动机构24包括连接到X向压块的第一执行机构以及用于驱动第一执行机构的第一直线运动驱动机构，Y向传动机构包括连接到Y向压块的第二执行机构以及用于驱动第二执行机构的第二直线运动驱动机构。其中：第一执行机构与第一直线运动驱动机构的轴线平行，二者延伸到支架外并通过一第一同步器固定连接，使得第一执行机构与第一直线运动驱动机构同步直线运动；第二执行机构与第二直线运动驱动机构的轴线平行，二者延伸到支架外并通过一第二同步器固定连接，使得第二执行机构与第二直线运动驱动机构同步直线运动。
所述第一直线运动驱动机构、第二直线运动驱动机构均为电动缸，具有与对应的第一执行机构、第二执行机构平行的液压推杆(31a、32a)以及用于驱动液压推杆运动的步进电机(31、32)。液压推杆均与对应的执行机构平行设置，并且二者均位于回字形的支架内并延伸穿过支架，在支架外部通过连轴固定器使二者固定在一起，并在液压推杆运动时，驱动对应的执行机构一起在对应的方向（维度）同步运动，从而推定对应的压块运动。
优选地，X向传动机构和Y向传动机构内分别设置有力传感器（27、28），分别用于检测对应方向通过电动缸所施加的压力值。
进一步地，所述X向传动机构和Y向传动机构内分别内置光栅尺（41、42），用于检测X向、Y向屏段的排列尺寸。如此，实现实时测量Y向屏段排列尺寸，并将测量数据实时回传控制系统。光栅尺测量精度≤0.01mm，即时测量屏段尺寸。
如此，力传感器信号连接到控制系统，控制系统被设置用于控制电动缸的运动从而控制施加到对应压块上的压力，并且根据力传感器反馈的压力进行实时调控。
控制系统还与光栅尺信号连接，控制系统根据监测的排列尺寸与预设值的差值，调节压力输出。
如此，在可选的实施例中，控制系统根据光栅尺返回的测量值，计算下一次加压的重量，并据此对步进电机（31、32）进行相应的驱动，通过闭环控制可以保证X向及Y向尺寸的高精度实现，通过外形结构控制内部阵列结构的均匀性。尤其是，以测量机构实时测试值与理论值的误差作为控制系统的输入，以压力调节为输出，误差偏大则增大该维度压力值，反之则减小该维度压力值，最终达到多个实测值与理论值的偏差分布在0.01mm以内，视为闭环控制，达到系统稳定状态。
优选地，本发明的前述实施例的排屏熔压装置采用耐高温的高硬度合金材质，可以直接进行下一步的高温熔压成型，无需进行转模，精度可控程度高。在高温条件下，同样依靠各测量机构实时测量尺寸，反馈至软件算法实时调节压力精度，从而实现玻璃丝阵列的精密可控熔压成型。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种适用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置，其特征在于，包括：
底座；
旋转台，可转动地设置在底座上；
支架，固定到所述旋转台上，所述支架成回字形，具有四个直角内角；
Y向基准块，设置在支架的第一直角内角位置，并沿着支架的水平方向压紧在回字形的底部；
X向基准块，设置在支架的所述第一直角内角位置，并沿着支架的竖直方向压紧在回字形的竖直侧壁，所述X向基准块与Y向基准块垂直；
沿着水平方向设置的X向压块，压在Y向基准块上；X向压块采用与X向基准块相同的结构；
沿着水平方向设置的X向传动机构，其一端穿过支架水平方向的另一竖直侧壁，另一端与X向压块连接，以驱动X向压块在Y向基准块以及其所限定的基准面上滑动；
沿着竖直方向设置的Y向压块，压在X向基准块上；
沿着竖直方向设置的Y向传动机构，其一端穿过支架的顶部，另一端与Y向压块连接，以驱动Y向压块在X向基准块以及其所限定的基准面上滑动；以及
用于驱动所述X向传动机构、Y向传动机构运动的驱动装置；
其中，所述X向基准块、Y向基准块、X向压块以及Y向压块所包围形成的空间构成屏段排列的空间位置并限定屏段排列的基准；
所述屏段排列的空间位置的背部设置有透明玻璃挡板。
2.根据权利要求1所述的用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置，其特征在于，所述X向基准块、Y向基准块、X向压块以及Y向压块所包围形成的空间形成适用于正方形、圆形或六边形形状的玻璃丝，以排列成正方形、圆形或六边形形状的屏段。
3.根据权利要求1所述的用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置，其特征在于，所述X向传动机构包括连接到X向压块的第一执行机构以及用于驱动第一执行机构的第一直线运动驱动机构，所述Y向传动机构包括连接到Y向压块的第二执行机构以及用于驱动第二执行机构的第二直线运动驱动机构，其中：
第一执行机构与第一直线运动驱动机构的轴线平行，二者延伸到支架外并通过一第一同步器固定连接，使得第一执行机构与第一直线运动驱动机构同步直线运动；
第二执行机构与第二直线运动驱动机构的轴线平行，二者延伸到支架外并通过一第二同步器固定连接，使得第二执行机构与第二直线运动驱动机构同步直线运动。
4.根据权利要求3所述的用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置，其特征在于，所述第一直线运动驱动机构、第二直线运动驱动机构均为电动缸，具有与对应的第一执行机构、第二执行机构平行的液压推杆以及用于驱动液压推杆运动的步进电机。
5.根据权利要求4所述的用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置，其特征在于，所述X向传动机构和Y向传动机构内分别设置有力传感器，分别用于检测对应方向通过电动缸所施加的压力值。
6.根据权利要求5所述的用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置，其特征在于，所述X向传动机构和Y向传动机构内分别内置光栅尺，用于检测X向、Y向屏段的排列尺寸。
7.根据权利要求6所述的用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置，其特征在于，还包括控制系统，与所述力传感器信号连接，所述控制系统被设置用于控制电动缸的运动从而控制施加到对应压块上的压力，并且根据力传感器反馈的压力进行实时调控。
8.根据权利要求7所述的用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置，其特征在于，所述控制系统与所述光栅尺信号连接，所述控制系统根据监测的排列尺寸与预设值的差值，调节压力输出。
9.根据权利要求7所述的用于微孔元件制作的高精度玻璃丝排屏及熔压装置，其特征在于，所述控制系统还被设置成用于控制一回转驱动电机，通过齿轮传动机构驱动所述旋转台转动。
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