CN113246358A - 一种用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置，包括支撑容器、润滑液、旋转模具、液垫、挠性轴、液体循环组件和与光源组件；支撑容器为顶部开口的筒状结构，支撑容器的内腔中填充有润滑液且润滑液浮力承托旋转模具，支撑容器的开口边缘处设置有液垫；旋转模具的边缘处与液垫抵接，旋转模具的底面与挠性轴一端连接，挠性轴垂直贯穿支撑容器的底面后浸没于润滑液；液体循环组件分别与支撑容器的内腔、液垫连通，且三者构成稳定的循环流动体系；光源组件设置于旋转模具远离支撑容器一侧。本发明通过采用润滑液和液垫对旋转模具进行低摩擦浮力支撑，使旋转模具在旋转过程中自适应保持平稳状态，从而提高制品下凹曲面的品质。

Description

一种用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置

技术领域

本发明涉及光固化装置领域，特别是一种用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置。

背景技术

随着光学技术的不断发展以及人类对高清晰的感知周围空间和探索太空的孜孜追求，大口径天文成像镜以及轻巧的大口径、高精度用于教育、航太工程、军事用途的成像镜需求与日俱增。但是造价及其高昂的大口径光学玻璃镜片的制造难度，严重阻碍了大口径天文成像镜以及轻巧的大口径且高精度用于教育、航太工程、军事用途的成像镜的普及。

大口径光学玻璃镜片的现有技术制作方法一般是：先用昂贵的光学玻璃熔铸出成像镜毛坯，冷却并消除热应力，然后用机械或手工及其缓慢的磨制成型，大口径光学玻璃镜片的磨制过程少则数月，多则数年。这两个因素造成大口径光学玻璃镜片极其昂贵的造价，因此难以普及。

故需要提供一种高效的针对大口径光学镜片制备的光固化高精度旋转曲面光学制品的装置用于解决现有技术中所存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置，用于解决现有技术中高精度大口径光学镜片制备工艺难度高、耗时长、造价贵的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置，包括支撑容器、润滑液、旋转模具、液垫、挠性轴、液体循环组件和光源组件；支撑容器为顶部开口的筒状结构，支撑容器的内腔中填充有润滑液，且润滑液浮力承托旋转模具，支撑容器的开口边缘处设置有液垫；旋转模具为中心对称且具有承载光固化胶的旋转曲面结构，旋转模具的边缘处下表面与液垫抵接，旋转模具的中部沿靠近支撑容器底面的方向凹陷并与挠性轴一端连接，挠性轴垂直贯穿支撑容器的底面后浸没于润滑液中；液体循环组件分别与支撑容器的内腔、液垫连通，润滑液依次在支撑容器、液体循环组件和液垫三者之间保持稳定循环流动状态；光源组件设置于旋转模具远离支撑容器一侧，且光源组件的辐照范围覆盖旋转模具承载光固化胶的旋转曲面。

其中，用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置还包括真空室，支撑容器、润滑液、旋转模具、液垫、挠性轴、液体循环组件和光源组件均设置于真空室中。

其中，支撑容器的开口边缘处为向外弯折状结构，液垫包括相互连通的径向液垫部和轴向液垫部，径向液垫部设置于支撑容器的开口边缘处的水平面上，轴向液垫部设置于支撑容器的开口边缘处的竖直面上；轴向液垫部设有若干通孔，且轴向液垫部中的填充介质通过通孔滴落并汇入润滑液。

优选的，液体循环组件包括储液管、若干对毛细管、泵、第一导液管和第二导液管；储液管为环状结构且环设于支撑容器外部，储液管上均匀设置有若干对毛细管，每一对毛细管贯穿支撑容器后分别与径向液垫部和轴向液垫部连通；第一导液管的一端贯穿支撑容器后与其内腔底部连通，另一端与泵的进液口连通；第二导液管的一端与泵的出液口连通，另一端与储液管的进液口连通；储液管的截面半径大于若干毛细管截面半径之和。

优选的，旋转模具包括径向弯折部、轴向弯折部和承载部；径向弯折部与轴向弯折部均为环状结构，径向弯折部的底面与轴向弯折部的顶部垂直连接并构成弯折状结构，轴向弯折部的底部与承载部的边缘固定连接；径向弯折部的底面与径向液垫部配合抵接，轴向弯折部与轴向液垫部配合抵接；承载部为承载光固化胶的旋转曲面结构，润滑液浮力承托承载部的底部，且承载部的底部中央与挠性轴一端固定连接。

优选的，光源组件的辐照区域为弧形区域，且覆盖承载部中所承载光固化胶的铺展面积。

优选的，旋转模具的内部为六棱柱状的空心阵列结构。

优选的，光源组件为应用于光固化的紫外光源器件，且形状与旋转模具形状相匹配。

优选的，液垫的填充介质与润滑剂均为真空环境下非挥发性的液态介质。

优选的，用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置应用于电磁波反射曲面制品的制备，电磁波反射曲面制品中下凹曲面所对应的电磁波反射焦距与挠性轴的转速相适应。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置，通过采用润滑液和液垫对旋转模具进行低摩擦浮力支撑，使旋转模具能够在旋转过程中自适应保持平稳转动状态，提升了光学制品下凹旋转曲面的成型平滑度，从而提高了制品下凹旋转曲面的品质；该装置制备成本低，操作简单，能够适应高精度大口径光学镜片制备。

附图说明

图1是本发明中用于制备光固化高精度旋转曲面光学制品的装置一实施方式的结构示意图；

图2是图1中A区域的细节图；

图中：1-支撑容器，2-润滑液，3-旋转模具，31-径向弯折部，32-轴向弯折部，33-承载部，4-液垫，41-径向液垫部，42-轴向液垫部，43-通孔，5-挠性轴，6-液体循环组件，61-储液管，62-毛细管，63-泵，64-第一导液管，65-第二导液管，7-光源组件，8-真空室，9-光固化胶。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，本发明中用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置包括支撑容器1、润滑液2、旋转模具3、液垫4、挠性轴5、液体循环组件6、光源组件7和真空室8；支撑容器1为顶部开口的筒状结构，支撑容器1的内腔中填充有润滑液2，且润滑液2浮力承托旋转模具3，支撑容器1的开口边缘处设置有液垫4；旋转模具3为中心对称且具有承载光固化胶的旋转曲面结构，旋转模具3的边缘处下表面与液垫4抵接，旋转模具3的中部沿靠近支撑容器1底面的方向凹陷并与挠性轴5一端连接，挠性轴5垂直贯穿支撑容器的底面并浸没于所述润滑液中，挠性轴5的另一端与高稳定度的电机转动轴连接，该电机优选高精度且转速可调的精密电机，由电机通过挠性轴5带动旋转模具3转动，从而完成对旋转模具3的精密转速调节；液体循环组件6分别与支撑容器1的内腔、液垫4连通，润滑液2依次在支撑容器1、液体循环组件6和液垫4三者之间保持稳定循环流动状态；光源组件7设置于光学制品旋转模具3远离支撑容器1一侧，且与光源组件7的辐照范围覆盖旋转模具3承载光固化胶的旋转曲面；支撑容器1、润滑液2、旋转模具3、液垫4、挠性轴5、液体循环组件6和光源组件7均设置于真空室8中，使得光固化制备旋转制品保持真空环境，消除可能出现的气泡。下面对上述用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置各组成部分进行详细描述。

具体地，本实施方式中支撑容器1的开口边缘处为向外弯折的直角环状结构，液垫4配合支撑容器1设置于支撑容器1的开口边缘处，其包括相互连通的径向液垫部41和轴向液垫部42，径向液垫部41设置于支撑容器1的开口边缘处的水平面上，轴向液垫部42设置于支撑容器1的开口边缘处的竖直面上；轴向液垫部设有若干通孔，且轴向液垫部42中的填充介质通过通孔滴落并汇入润滑液2；通过设置两个方向相连通的径向及轴向液垫，对上方的旋转模具3起到轴向限位作用和径向限位作用，同时也对旋转模具3起到支撑缓冲和润滑的作用，并能够自适应旋转模具3的旋转运动状态，提高旋转过程的稳定度。

具体地，液体循环组件6包括储液管61、若干对毛细管62、泵63、第一导液管64和第二导液管65；储液管61为环状结构且环设于支撑容器1外部，储液管61上沿环形结构均匀设置有若干对毛细管62，每一对毛细管62贯穿支撑容器1后分别与径向液垫部41和轴向液垫部42连通；第一导液管64的一端贯穿支撑容器1后与其内腔底部连通，另一端与泵63的进液口连通；第二导液管65的一端与泵63的出液口连通，另一端与储液管61的进液口连通。本实施方式中，在泵63作用下，将支撑容器1内腔中的润滑液2经第一导液管64导出，再经第二导液管65导入储液管61暂存，然后经若干毛细管将储液管61中的填充介质分别导入径向液垫部41和轴向液垫部42中，最后轴向液垫部42中的填充介质通过通孔滴落并汇入润滑液2，从而实现了填充介质在支撑容器1、液体循环组件6和液垫4三者之间循环流动，也正是由于这种循环流动的浮力支撑体系，使得润滑液2和液垫4能够给旋转模具3提供更稳定的支撑作用。其中，储液管61起到暂存填充介质的作用，为了保证能供给液垫4充足的填充介质，则要求储液管61的截面半径大于若干毛细管62截面半径之和，从而能够在支撑容器1、液体循环组件6和液垫4液体动态循环的体系内，液垫4能够始终保持充足介质并为旋转模具3提供支撑作用；需要根据实际情况，对泵的流量、储液管截面半径、毛细管截面半径以及毛细管数目等参数进行适应性设置，以满足上述循环体系内液体能够稳定循环流动，详细设置参数在此不做限定。

具体地，旋转模具3包括径向弯折部31、轴向弯折部32和承载部33；径向弯折部31与轴向弯折部32均为环状结构，径向弯折部31的底面与轴向弯折部32的顶部垂直连接并构成弯折状结构，轴向弯折部32的底部与承载部33的边缘固定连接；径向弯折部31的底面与径向液垫部41配合抵接，轴向弯折部32与轴向液垫部42配合抵接，从而使旋转模具3的边缘能够恰好活动地放置在径向及轴向的液垫4上，且不影响旋转模具3的旋转；承载部33为承载光固化胶的旋转曲面结构，承载部33向支撑容器1底部方向凹陷，承载部33的底部中央与挠性轴5一端连接，通过驱动挠性轴5带动旋转模具3旋转，利用润滑液2的浮力承托承载部33的底部，使其在旋转过程中能够自适应保持平稳的转动状态。其中，旋转模具3优选自重轻、强度高、弹性模量高的材料，如碳纤维、钛合金、铝合金、镁合金等，同时旋转模具3的内部结构为六棱柱状的空心阵列结构，保证旋转模具3具有足够的抗形变强度且自重较轻，有利于仅通过液垫4和润滑液2便能够很好地进行浮力支撑，以实现旋转模具3的自适应平衡。

本实施方式中，优选在真空条件下非挥发性的真空润滑剂作为润滑剂2，并且优选液垫4的滑动介质与润滑剂2的种类保持一致，以减少交叉污染导致旋转系统的稳定性下降。对于承载部33的半径和曲率，可根据实际的制品需求进行适应性选择，在此不做限定。

本实施方式中，上述装置具体用于制备电磁波反射旋转曲面制品，光源组件优选为用于光固化的紫外光源器件，光源组件的辐照区域为弧面形区域，其形状与旋转模具的形状相匹配，且覆盖承载部中所承载光固化胶的铺展面积，以便于对旋转模具3上的光固化胶进行固化辐照。

进一步地，基于上述用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置的结构描述，对其工作方式进行详述：将真空室8内抽真空，预设恒定的旋转速率，在稳定旋转的旋转模具3的承载部33内注入足量光固化胶9，由于旋转运动作用，使液态的光固化胶9产生预期的下凹旋转曲面；通过光学仪器检测确定所产生下凹旋转曲面保持稳定后，打开光源组件7，控制其紫外光的辐照强度和总光通量，使具有下凹旋转曲面的光固化胶固化，卸掉系统真空，得到电磁波反射旋转曲面制品。由于采用润滑液2和液垫4流体支撑的方式，使旋转模具3能够在可调高精度旋转过程中自适应保持恒定的转速平稳状态，从而能够获得与转速相匹配且连续光滑的制品下凹旋转曲面，显著提高了制品下凹旋转曲面的品质。本实施方式中，电磁波反射旋转曲面制品中下凹旋转曲面的电磁波反射焦距需要与挠性轴的预设转速一一对应，通常来说，下凹旋转曲面的电磁波反射焦距越短，所预设的转速越高，反之亦然，在旋转模具能够实现高精度转速变化时，则可以制备得到高精度的电磁波反射旋转曲面制品；在其他实施方式中，可根据实际的制品需求进行适应性的转速调节，在此不做限定。

上述工作方式仅仅只是列举了该装置制备电磁波反射旋转曲面制品这一应用方式，该装置还可以应用于真空旋转镀膜制品，具体步骤与上述制备电磁波反射旋转曲面制品的过程相似，仅将紫外固化替换成喷镀即可，两者均是利用了流体支撑的方式，来提高制品的品质，故在此不做赘述。

区别于现有技术的情况，本发明提供了一种用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置，通过采用润滑液和液垫对旋转模具进行低摩擦浮力支撑，使旋转模具能够在旋转过程中自适应保持极为恒定的转速平稳状态，提升了光学制品下凹旋转曲面的成型平滑度，从而提高了制品下凹曲面的品质；该装置制备成本低，操作简单，能够适应高精度大口径光学镜片制备。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置，其特征在于，包括支撑容器、润滑液、旋转模具、液垫、挠性轴、液体循环组件和光源组件；

所述支撑容器为顶部开口的筒状结构，所述支撑容器的内腔中填充有所述润滑液，且所述润滑液浮力承托所述旋转模具，所述支撑容器的开口边缘处设置有所述液垫；

所述旋转模具为中心对称且具有承载光固化胶的旋转曲面结构，所述旋转模具的边缘处下表面与所述液垫抵接，所述旋转模具的中部沿靠近所述支撑容器底面的方向凹陷并与所述挠性轴一端连接，所述挠性轴垂直贯穿所述支撑容器的底面后浸没于所述润滑液中；

所述液体循环组件分别与所述支撑容器的内腔、液垫连通，所述润滑液依次在所述支撑容器、液体循环组件和液垫三者之间保持稳定循环流动状态；

所述光源组件设置于所述旋转模具远离所述支撑容器一侧，且所述光源组件的辐照范围覆盖所述旋转模具承载光固化胶的旋转曲面。

2.根据权利要求1中所述的用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置，其特征在于，所述用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置还包括真空室，所述支撑容器、润滑液、旋转模具、液垫、挠性轴、液体循环组件和光源组件均设置于所述真空室中。

3.根据权利要求1中所述的用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置，其特征在于，所述支撑容器的开口边缘处为向外弯折状结构，所述液垫包括相互连通的径向液垫部和轴向液垫部，所述径向液垫部设置于所述支撑容器的开口边缘处的水平面上，所述轴向液垫部设置于所述支撑容器的开口边缘处的竖直面上；

所述轴向液垫部设有若干通孔，且所述轴向液垫部中的填充介质通过所述通孔滴落并汇入所述润滑液。

4.根据权利要求3中所述的用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置，其特征在于，所述液体循环组件包括储液管、若干对毛细管、泵、第一导液管和第二导液管；

所述储液管为环状结构且环设于所述支撑容器外部，所述储液管上均匀设置有若干对所述毛细管，每一对毛细管贯穿所述支撑容器后分别与所述径向液垫部和轴向液垫部连通；

所述第一导液管的一端贯穿所述支撑容器后与其内腔底部连通，另一端与所述泵的进液口连通；

所述第二导液管的一端与所述泵的出液口连通，另一端与所述储液管的进液口连通；

所述储液管的截面半径大于若干所述毛细管截面半径之和。

5.根据权利要求3中所述的用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置，其特征在于，所述旋转模具包括径向弯折部、轴向弯折部和承载部；

所述径向弯折部与轴向弯折部均为环状结构，所述径向弯折部的底面与所述轴向弯折部的顶部垂直连接并构成弯折状结构，所述轴向弯折部的底部与所述承载部的边缘固定连接；

所述径向弯折部的底面与所述径向液垫部配合抵接，所述轴向弯折部与轴向液垫部配合抵接；

所述承载部为承载光固化胶的旋转曲面结构，所述润滑液浮力承托所述承载部的底部，且所述承载部的底部中央与所述挠性轴一端固定连接。

6.根据权利要求3中所述的用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置，其特征在于，所述光源组件的辐照区域为弧形区域，且覆盖所述承载部中所承载光固化胶的铺展面积。

7.根据权利要求1中所述的用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置，其特征在于，所述旋转模具的内部为六棱柱状的空心阵列结构。

8.根据权利要求1中所述的用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置，其特征在于，所述光源组件为应用于光固化的紫外光源器件，且形状与所述旋转模具形状相匹配。

9.根据权利要求1中所述的用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置，其特征在于，所述液垫的填充介质与所述润滑剂均为真空环境下非挥发性的液态介质。

10.根据权利要求1中所述的用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置，其特征在于，所述用于制备光固化旋转曲面光学制品的装置应用于电磁波反射曲面制品的制备，所述电磁波反射曲面制品中下凹曲面所对应的电磁波反射焦距与所述挠性轴的转速相适应。

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