CN113204112A

CN113204112A - 一种超薄自适应变形镜的脱模装置及脱模方法

Info

Publication number: CN113204112A
Application number: CN202110480172.3A
Authority: CN
Inventors: 姜自波; 焦晓洁; 陈哲
Original assignee: Nanjing Institute of Astronomical Optics and Technology NIAOT of CAS
Current assignee: Nanjing Institute of Astronomical Optics and Technology NIAOT of CAS
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2021-08-03
Anticipated expiration: 2041-04-30
Also published as: CN113204112B

Abstract

本发明公开了一种超薄自适应变形镜的脱模装置及脱模方法，属于自适应变形镜的加工技术领域，包括加热装置和分离装置，加热装置包括电源、电阻丝、导线和柏油层，柏油层均匀设于超薄自适应变形镜与基底镜之间，电阻丝均匀设于柏油层内，两端通过导线连接至电源；分离装置包括转台、真空吸盘和提升装置，基底镜固定于转台内，真空吸盘设于超薄自适应变形镜的凹面侧，用于吸取超薄自适应变形镜，提升装置与真空吸盘活动连接，用于提升真空吸盘，使超薄自适应变形镜与基底镜分离。本发明可避免或克服超薄自适应变形镜加热脱模之后取镜的困难；可避免或克服低温敲碎柏油造成镜面碎裂的问题；同时可避免或克服浸泡法所需时间久、中心不易脱落的问题。

Description

一种超薄自适应变形镜的脱模装置及脱模方法

技术领域

本发明涉及自适应变形镜的加工技术领域，具体涉及一种超薄自适应变形镜的脱模装置及脱模方法。

背景技术

地基望远镜受制于大气湍流的影响，像质只能达到视宁度极限而非仪器的衍射极限。自适应光学技术可降低大气湍流对望远镜成像的影响，提升地基望远镜的分辨本领。随着自适应光学技术的不断发展，超薄自适应变形镜的加工和制作成为其关键技术之一。在制作超薄自适应变形镜的过程中必须涉及到超薄自适应变形镜的脱模，常见的脱模方式有以下几种：第一种是将超薄自适应变形镜放入烘箱中，待柏油熔化后将超薄自适应变形镜与基底镜分离（[1] 黄启泰, 郭培基, 倪颖, 等. 超轻超薄反射镜加工工艺研究[J]. 光学技术, 2007, 33(5): 741-744.），该方案的不足是，镜面温度较高，人员操作困难，且将柏油融化后需要打开加热炉，操作过程易导致柏油和镜面的二次粘结；第二种是以某种溶液作为载体，间接加热柏油，常见的加热载体一般是沸点较高的液体物质，如甘油、蓖麻油等，待柏油熔化后超薄自适应变形镜利用自身重力自行脱落（[1] 黄启泰, 郭培基, 倪颖,等. 超轻超薄反射镜加工工艺研究[J]. 光学技术, 2007, 33(5): 741-744.），该方案的不足是超薄自适应变形镜滑移过程易导致磕碰和破损；第三种是将超薄自适应变形镜与基底镜一同放入低温箱，利用柏油与镜体的收缩率不同，等柏油冷冻裂开之后敲掉柏油，从而实现超薄自适应变形镜与基底镜的分离（[2] 蔡立, 耿素杰, 付秀华. 光学零件加工技术(第二版)[M]. 北京: 兵器工业出版社. 2006: 160-161.），该方案的不足是敲击过程易导致超薄自适应变形镜碎裂；第四种是浸泡法，将减薄后的胶合镜面放入有机溶液中浸泡，使超薄自适应变形镜和基底镜之间的柏油层逐渐融合，常见的溶解柏油的有机溶剂有石油醚、汽油等（[1] 黄启泰, 郭培基, 倪颖, 等. 超轻超薄反射镜加工工艺研究[J]. 光学技术, 2007, 33(5): 741-744. [3] 黄启泰, 郭培基, 余景池. 超轻超薄反射镜制造过程中的变形控制研究[J]. 光电工程, 2008, 35(8) : 128-133.），该方案的不足是柏油层融化较慢，有机溶剂不易渗入柏油中心。因此需要一种新的超薄自适应变形镜的脱模方法来克服上述不足。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供了一种超薄自适应变形镜的脱模装置及脱模方法，可避免或克服超薄自适应变形镜加热脱模之后取镜的困难；可避免或克服低温敲碎柏油造成镜面碎裂的问题；同时可避免或克服浸泡法所需时间久、中心不易脱落的问题。

技术方案：一种超薄自适应变形镜的脱模装置，所述脱模装置包括加热装置和分离装置，所述加热装置包括电源、电阻丝、导线和柏油层，所述柏油层均匀设于超薄自适应变形镜与基底镜之间，所述电阻丝均匀设于柏油层内，两端通过导线连接至电源；所述分离装置包括转台、真空吸盘和提升装置，所述基底镜固定于转台内，所述真空吸盘设于超薄自适应变形镜的凹面侧，用于吸取超薄自适应变形镜，所述提升装置与真空吸盘活动连接，用于提升真空吸盘，使超薄自适应变形镜与基底镜分离。

优选的，所述超薄自适应变形镜的材料为金属、光学玻璃、碳化硅或熔石英。

优选的，所述电阻丝在柏油层内呈S形分布，两端与导线焊接连接，连接处设有绝缘硅胶。

优选的，所述超薄自适应变形镜的凸面为非球面，朝向柏油层；所述基底镜的凹面为球面，朝向柏油层。

优选的，所述加热装置还包括可变电阻，用于控制加热电流的大小。

优选的，所述真空吸盘为3爪真空吸盘，按十字阵列均匀布置在超薄自适应变形镜的凹面侧。

优选的，所述提升装置为龙门式提升装置，通过手动或电机驱动。

一种超薄自适应变形镜的脱模方法，步骤如下：

S1. 用柏油将待减薄的厚镜与基底镜相粘接，并在柏油层中均匀铺设一根电阻丝；

S2. 从厚镜远离柏油层的一面进行减薄，将镜面加工成超薄自适应变形镜，厚度加工至所需要求；

S3. 打开电源对电阻丝通电，利用电阻丝产生的焦耳热融化柏油；

S4. 排出真空吸盘内的气体并控制真空度直至真空吸盘与超薄自适应变形镜稳定结合；

S5. 在柏油熔融状态下转动转台，利用提升装置提升真空吸盘，实现超薄自适应变形镜的脱模。

优选的，所述步骤S4中真空度通过位于真空吸盘的外部气路中的真空电气比例阀和真空气压表控制。

有益效果：（1）本发明克服了传统脱模方法的诸多缺点，脱模时无需借助烘箱、低温箱等设备，实施方案较为简便；

（2）本发明与浸泡法相比，脱模所需时间更短，可提高超薄自适应变形镜的脱模效率；

（3）本发明与低温敲击下盘法相比较为安全，避免了因敲击可能导致的超薄镜碎裂情况；

（4）本发明人员操作简单，柏油熔融状态下通过缓慢旋转平台与提升装置分离超薄自适应变形镜与基底镜，不会导致柏油和镜面的二次粘结；

（5）本发明主要利用电阻丝发热来熔化柏油，针对性的对柏油层进行加热，提高了加热效率。

（6）本发明采用真空吸盘阵列、提升装置和转台实现超薄自适应变形镜与基底镜的分离，操作简便，镜面分离安全性高。

附图说明

图1：本发明中电阻丝在柏油中的分布俯视图；

图2：超薄自适应变形镜与基底镜用柏油粘接图；

图3：电阻丝通电促使超薄自适应变形镜与基底镜脱模示意图；

图4：真空吸盘阵列俯视图；

图中各数字标号代表如下：1.电源；2.电阻丝；3.可变电阻；4.导线；5.基底镜；6.厚镜；7.柏油层；8.转台；9.真空吸盘；10.提升装置；11.超薄自适应变形镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

如图1~4所示，一种超薄自适应变形镜的脱模装置，包括加热装置和分离装置。所述加热装置包括电源1、电阻丝2、导线4和柏油层7。柏油层7均匀涂布在厚镜6（未加工的超薄自适应变形镜11）与基底镜5之间，涂布厚度约为1mm。电阻丝2的直径为0.15mm，呈S形均匀分布在柏油层7内，两端延伸出柏油层7，并与外部电路的导线4焊接连接，连接处均匀涂抹熔融状态下的绝缘硅胶，待凝固后形成绝缘保护层。导线4连接至电源1，电源1为220V直流或交流电源。所述加热装置还包括可变电阻3，用于控制加热电流的大小，使柏油层7平稳升温融化。所述分离装置包括转台8、真空吸盘9和提升装置10。基底镜5通过侧支撑装夹固定在转台8内，可以随转台8缓慢转动。真空吸盘9为3爪真空吸盘，按十字阵列均匀布置在超薄自适应变形镜11的凹面侧，用于吸取超薄自适应变形镜11。提升装置10为龙门式提升装置，通过手动或电机驱动，与真空吸盘9活动连接，用于提升真空吸盘9，使超薄自适应变形镜11与基底镜5分离。

所述超薄自适应变形镜11的材料可以为金属、光学玻璃、碳化硅或熔石英，其凸面为非球面，朝向柏油层7；所述基底镜5的凹面为球面，朝向柏油层7。

利用所述脱模装置进行脱模的步骤如下：

S1. 用柏油将待减薄的厚镜6与基底镜5相粘接，并在柏油层7中均匀铺设一根电阻丝2；

S2. 从厚镜6远离柏油层7的一面进行减薄，将镜面加工成超薄自适应变形镜11，厚度加工至所需要求2mm；

S3. 打开电源1对电阻丝2通电，利用电阻丝2产生的焦耳热融化柏油层7；

S4. 排出真空吸盘9内的气体，并利用位于真空吸盘9的外部气路中的真空电气比例阀和真空气压表控制真空度，直至真空吸盘9与超薄自适应变形镜11稳定结合；

S5. 在柏油熔融状态下转动转台8，利用提升装置10提升真空吸盘9，实现超薄自适应变形镜11的脱模。

采用本实施例的脱模装置及脱模方法，操作简单，用时仅为1小时，且镜面均安全分离无破损。

对比例1：

苏州大学黄启泰在超轻超薄反射镜加工工艺研究中，使用一凹球面基底，凸球面超薄镜镜坯，应用的超薄镜材料和基底材料均为K9玻璃，球面半径975.8mm，基底厚度50mm，超薄镜镜坯厚20mm，基底与超薄镜用沥青粘结，其脱模方法为：以汽油作为溶剂，将基底与超薄镜放入容器，倒入汽油，汽油淹过工件，在汽油溶解度将要达到饱和状态时更换新的汽油，经过10天浸泡，粘接在基底和超薄镜之间的沥青完全溶解，超薄镜自然脱落。该脱膜方法耗时较长，且超薄镜与基底间间隙较小，汽油渗入缓慢。

对比例2：

以某种溶液作为载体，间接加热柏油，待柏油熔化后超薄自适应变形镜利用自身重力自行脱落的方法，常见的加热载体一般是沸点较高的液体物质，如甘油、蓖麻油等。甘油的脱模温度为240℃，整个脱膜过程需几小时；蓖麻油的脱模温度为270-290℃，整个脱膜过程需要几小时至十几小时。此外该方法需借助重力自行脱落，因此出现了镜面的磕碰和破损问题。

对比例3：

将超薄自适应变形镜放入烘箱中，加热至所需温度，待柏油熔化后将超薄自适应变形镜与基底镜分离，该方案中，柏油的熔化温度为200℃左右，拿出工件时，温度过高有烫伤危险，且遇室温出现了柏油与镜面二次粘结的情况。

对比例4：

将超薄自适应变形镜与基底镜一同放入低温箱，利用柏油与镜体的收缩率不同，等柏油冷冻裂开之后敲掉柏油，从而实现超薄自适应变形镜与基底镜的分离，该方案需要复杂的设备，当采用液态氧获得低温时，需要防火，不可与油脂接触，以防爆炸，且敲击过程易导致超薄自适应镜碎裂。

Claims

1.一种超薄自适应变形镜的脱模装置，其特征在于，所述脱模装置包括加热装置和分离装置，所述加热装置包括电源（1）、电阻丝（2）、导线（4）和柏油层（7），所述柏油层（7）均匀设于超薄自适应变形镜（11）与基底镜（5）之间，所述电阻丝（2）均匀设于柏油层（7）内，两端通过导线（4）连接至电源（1）；所述分离装置包括转台（8）、真空吸盘（9）和提升装置（10），所述基底镜（5）固定于转台（8）内，所述真空吸盘（9）设于超薄自适应变形镜（11）的凹面侧，用于吸取超薄自适应变形镜（11），所述提升装置（10）与真空吸盘（9）活动连接，用于提升真空吸盘（9），使超薄自适应变形镜（11）与基底镜（5）分离。

2.根据权利要求1所述的一种超薄自适应变形镜的脱模装置，其特征在于，所述超薄自适应变形镜（11）的材料为金属、光学玻璃、碳化硅或熔石英。

3.根据权利要求1所述的一种超薄自适应变形镜的脱模装置，其特征在于，所述电阻丝（2）在柏油层（7）内呈S形分布，两端与导线（4）焊接连接，连接处设有绝缘硅胶。

4.根据权利要求1所述的一种超薄自适应变形镜的脱模装置，其特征在于，所述超薄自适应变形镜（11）的凸面为非球面，朝向柏油层（7）；所述基底镜（5）的凹面为球面，朝向柏油层（7）。

5.根据权利要求1所述的一种超薄自适应变形镜的脱模装置，其特征在于，所述加热装置还包括可变电阻（3），用于控制加热电流的大小。

6.根据权利要求1所述的一种超薄自适应变形镜的脱模装置，其特征在于，所述真空吸盘（9）为3爪真空吸盘，按十字阵列均匀布置在超薄自适应变形镜（11）的凹面侧。

7.根据权利要求1所述的一种超薄自适应变形镜的脱模装置，其特征在于，所述提升装置（10）为龙门式提升装置，通过手动或电机驱动。

8.一种超薄自适应变形镜的脱模方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

S1. 用柏油将待减薄的厚镜（6）与基底镜（5）相粘接，并在柏油层（7）中均匀铺设一根电阻丝（2）；

S2. 从厚镜（6）远离柏油层（7）的一面进行减薄，将镜面加工成超薄自适应变形镜（11），厚度加工至所需要求；

S3. 打开电源（1）对电阻丝（2）通电，利用电阻丝（2）产生的焦耳热融化柏油层（7）；

S4. 排出真空吸盘（9）内的气体并控制真空度直至真空吸盘（9）与超薄自适应变形镜（11）稳定结合；

S5. 在柏油熔融状态下转动转台（8），利用提升装置（10）提升真空吸盘（9），实现超薄自适应变形镜（11）的脱模。

9.根据权利要求8所述的一种超薄自适应变形镜的脱模方法，其特征在于，步骤S4中真空度通过位于真空吸盘（9）的外部气路中的真空电气比例阀和真空气压表控制。