RU185040U1

RU185040U1 - DIVISION MACHINE OF PENDULUM TYPE FOR FORMATION OF HATCH STRUCTURES ON CONVEX CYLINDRICAL SURFACES

Info

Publication number: RU185040U1
Application number: RU2018107311U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Васильевич Лукин; Андрей Николаевич Мельников
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2018-11-19

Abstract

Полезная модель может быть использована для формирования штриховых структур на выпуклых цилиндрических поверхностях с большой стрелкой прогиба (более 10 мм), например мастер-матриц дифракционных оптических элементов, применяемых для изготовления пленочных концентраторов солнечной энергии и решеток-поляризаторов. Делительная машина маятникового типа для формирования штриховых структур содержит станину, делительную каретку, резцовую каретку, выполненную в виде физического маятника, привод делительной каретки, выполненный с возможностью электронного управления процессом ее линейного перемещения, привод резцовой каретки, выполненный в виде автоколебательного спускового регулятора, устройство формирования штриха, расположенное на резцовой каретке, блок управления указанными приводами, а также устройством формирования штриха, и измерительную систему линейного перемещения делительной каретки в плоскости, перпендикулярной плоскости угловых автоколебаний резцовой каретки. Ось угловых автоколебаний резцовой каретки закреплена на опорах вращения, при этом резцовая каретка снабжена противовесом, расположенным ниже оси угловых автоколебаний резцовой каретки, причем противовес резцовой каретки и устройство формирования штриха расположены на резцовой каретке противоположно относительно оси угловых автоколебаний резцовой каретки, а устройство формирования штриха выполнено в виде лазерной головки. Техническим результатом является обеспечение возможности формирования штриховых структур на выпуклых цилиндрических поверхностях со стрелкой прогиба более 10 мм за счет угловых автоколебаний резцовой каретки с большой амплитудой, а также изменения места расположения устройства формирования штриха. 6 ил.The utility model can be used to form dashed structures on convex cylindrical surfaces with a large deflection arrow (more than 10 mm), for example, master matrices of diffractive optical elements used for the manufacture of film solar energy concentrators and polarization gratings. A pendulum-type dividing machine for forming dashed structures comprises a bed, a dividing carriage, a cutter carriage made in the form of a physical pendulum, a dividing carriage drive made with the possibility of electronic control of its linear movement, a cutter carriage made in the form of a self-oscillating trigger regulator, a forming device a line located on the tool carriage, a control unit for said drives, and also a line forming device, and a measuring unit the linear linear displacement of the dividing carriage in a plane perpendicular to the plane of the angular self-oscillations of the incisal carriage. The axis of the angular self-oscillations of the incisal carriage is mounted on the rotation supports, while the incisor carriage is provided with a counterweight located below the axis of the angular self-oscillations of the incisor carriage, the counterweight of the incisal carriage and the bar forming device located opposite the axis of the angular self-oscillations of the incisal carriage, and the bar forming device is made in the form of a laser head. The technical result is the provision of the possibility of forming dashed structures on convex cylindrical surfaces with a deflection arrow of more than 10 mm due to angular self-oscillations of the cutting carriage with a large amplitude, as well as changing the location of the stroke forming device. 6 ill.

Description

Делительная машина маятникового типа для формирования штриховых структур на выпуклых цилиндрических поверхностяхPendulum-type dividing machine for forming dashed structures on convex cylindrical surfaces

Полезная модель относится к области станкостроения, а именно, к устройствам для лазерной микрообработки поверхности оптических компонентов, в частности, к делительным машинам, и может быть использована при формировании штриховых структур на выпуклых цилиндрических поверхностях с большой стрелкой прогиба (более 10 мм), например мастер-матриц дифракционных оптических элементов, применяемых для изготовления пленочных концентраторов солнечной энергии и решеток-поляризаторов.The utility model relates to the field of machine tools, namely, devices for laser micro-processing of the surface of optical components, in particular, to dividing machines, and can be used to form dashed structures on convex cylindrical surfaces with a large deflection arrow (more than 10 mm), for example, a master matrices of diffractive optical elements used for the manufacture of film solar energy concentrators and polarization gratings.

Известна круговая лазерная записывающая система (КЛЗС) для формирования дифракционных решеток на сферических поверхностях, содержащая станину, каретку радиального перемещения, приводное устройство для перемещения каретки, рабочий стол, блок управления, датчик автофокусировки, при этом плоскость фокусировки красного лазера датчика автофокусировки совпадает с плоскостью фокусировки записывающего ультрафиолетового лазера и зеленого дополнительного лазера [Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2015. XI Междунар. науч. конгр., 13-25 апреля 2015 г., Новосибирск: Междунар. науч. конф. «СибОптика-2015»: сб. материалов в 3 т. Т. 2. - Новосибирск: СГУГиТ, 2015, с. 65, рис. 1; с. 67, рис. 2].Known circular laser recording system (CLRS) for the formation of diffraction gratings on spherical surfaces, containing a frame, a radial displacement carriage, a drive device for moving the carriage, a desktop, a control unit, an AF sensor, while the focus plane of the red laser of the AF sensor coincides with the focus plane recording ultraviolet laser and green additional laser [Interexpo GEO-Siberia-2015. XI Int. scientific Congr., April 13-25, 2015, Novosibirsk: Intern. scientific conf. SibOptica 2015: Sat materials in 3 t. T. 2. - Novosibirsk: SSUGiT, 2015, p. 65, fig. one; from. 67, fig. 2].

Основными недостатками аналога являются конструктивно-технологические ограничения по величине стрелки прогиба (не более 1,25 мм) изготавливаемых штриховых структур на неплоских поверхностях, а также сложность схемы оптического канала, имеющего записывающий диодный ультрафиолетовый лазер, дополнительный зеленый лазер, используемый для записи котировочных элементов, а также красный лазер датчика автофокусировки.The main disadvantages of the analogue are structural and technological limitations on the value of the deflection arrow (not more than 1.25 mm) of the manufactured dashed structures on non-planar surfaces, as well as the complexity of the optical channel circuit having a recording diode ultraviolet laser, an additional green laser used to record quotation elements, as well as a red laser AF sensor.

Прототипом является делительная машина маятникового типа для изготовления периодических штриховых структур, например мастер-матриц дифракционных оптических элементов [Беляков Ю.М, Лукин А.В., Мельников А.Н. Устойчивость функционирования делительной машины маятникового типа к воздействию внешних факторов // Оптический журнал. 2007. Т. 74. №3. С. 23-28].The prototype is a pendulum type dividing machine for manufacturing periodic dashed structures, for example, master matrices of diffractive optical elements [Belyakov Yu.M., Lukin A.V., Melnikov A.N. The stability of the functioning of the pendulum dividing machine to the effects of external factors // Optical Journal. 2007.V. 74. No. 3. S. 23-28].

Данная делительная машина для изготовления мастер-матриц дифракционных оптических элементов содержит станину, делительную и резцовую каретки, приводы перемещения делительной и резцовой кареток, устройство для формирования штриха, выполненное в виде механизма подъема и опускания резца, блок управления приводами перемещения делительной и резцовой кареток, а также устройством для формирования штриха, и датчик линейного перемещения делительной каретки в плоскости, перпендикулярной плоскости угловых автоколебаний резцовой каретки, выполненной в виде маятника.This dividing machine for the manufacture of master matrices of diffractive optical elements contains a bed, dividing and cutting carriages, drives for moving dividing and cutting carriages, a device for forming a stroke made in the form of a mechanism for raising and lowering the cutter, a control unit for driving drives for moving dividing and cutting carriages, and also a device for forming a stroke, and a sensor for linear movement of the dividing carriage in a plane perpendicular to the plane of the angular self-oscillations of the cutting carriage, ying in the form of a pendulum.

Резцовая каретка закреплена не менее чем на двух опорах с трением упругости. Привод перемещения резцовой каретки выполнен в виде привода обеспечения угловых автоколебаний резцовой каретки. Устройство для формирования штриха расположено на резцовой каретке ниже оси угловых автоколебаний резцовой каретки. На делительной каретке закреплена подложка изготавливаемой штриховой структуры, а на резцовой каретке закреплен алмазный резец для формирования штрихов.The incisor carriage is fixed to at least two supports with elastic friction. The drive for moving the tool carriage is made in the form of a drive for providing angular self-oscillations of the tool carriage. The device for forming the stroke is located on the tool carriage below the axis of the angular self-oscillations of the tool carriage. The substrate of the manufactured stroke structure is fixed on the dividing carriage, and a diamond cutter is fixed on the cutting carriage to form strokes.

Основным недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности, так как данная делительная машина обеспечивает формирование штриховых структур на выпуклых цилиндрических поверхностях с небольшой стрелкой прогиба - не более 0,2 мм - из-за того, что устройство для формирования штриха расположено ниже оси угловых автоколебаний резцовой каретки, а также из-за наличия опор с трением упругости, ограничивающих амплитуду угловых автоколебаний резцовой каретки в пределах ±1°.The main disadvantage of the prototype is limited functionality, since this dividing machine provides the formation of dashed structures on convex cylindrical surfaces with a small deflection arrow of not more than 0.2 mm due to the fact that the device for forming the stroke is located below the axis of the angular self-oscillations of the incisal carriage , and also due to the presence of supports with elastic friction, limiting the amplitude of the angular self-oscillations of the incisal carriage within ± 1 °.

Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей делительной машины маятникового типа, а именно, обеспечение возможности формирования штриховых структур на выпуклых цилиндрических поверхностях с большой стрелкой прогиба.The technical result of the utility model is the expansion of the functionality of a pendulum dividing machine, namely, providing the possibility of forming dashed structures on convex cylindrical surfaces with a large deflection arrow.

Технический результат достигается за счет того, что в делительной машине маятникового типа для формирования штриховых структур на выпуклых цилиндрических поверхностях, содержащей станину с расположенными на ней резцовой кареткой, выполненной в виде маятника, с приводом ее перемещения, выполненным с возможностью обеспечения угловых автоколебаний резцовой каретки относительно ее оси, которая закреплена на опорах вращения, расположенных на станине, и делительной кареткой с приводом и датчиком ее перемещения, установленной с возможностью линейного перемещения относительно станины в плоскости, перпендикулярной плоскости угловых автоколебаний резцовой каретки, устройство для формирования штриха, расположенное на резцовой каретке, и блок управления указанными приводами и устройством для формирования штриха, согласно настоящей полезной модели, резцовая каретка снабжена противовесом, расположенным на ее конце ниже оси угловых автоколебаний резцовой каретки, а устройство для формирования штриха, выполненное в виде лазерной головки, установлено на противоположном конце резцовой каретки относительно оси ее угловых автоколебаний. Противовес резцовой каретки выполнен с возможностью регулирования по массе и моменту инерции.The technical result is achieved due to the fact that in a pendulum type dividing machine for forming dashed structures on convex cylindrical surfaces containing a frame with a cutting carriage located on it, made in the form of a pendulum, with a drive of its movement made with the possibility of providing angular self-oscillations of the cutting carriage relative to its axis, which is mounted on rotation bearings located on the bed, and a dividing carriage with a drive and a sensor for its displacement, installed with the possibility of linear movement relative to the bed in a plane perpendicular to the plane of angular self-oscillations of the tool carriage, a bar forming device located on the tool carriage, and a control unit for said drives and a bar forming device according to the present utility model, the tool carriage is equipped with a counterweight located at its end below the axis of the angular self-oscillations of the incisal carriage, and the device for forming the stroke, made in the form of a laser head, is installed at the opposite end the cutter carriage relative to its axis of angular oscillations. The counterweight of the tool carriage is made with the possibility of regulation by mass and moment of inertia.

Сущность полезной модели поясняется чертежами (фиг. 1 - фиг. 6).The essence of the utility model is illustrated by drawings (Fig. 1 - Fig. 6).

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемой делительной машины маятникового типа для формирования штриховых структур на выпуклых цилиндрических поверхностях, на которой стрелками показана возможность линейного перемещения делительной каретки и угловых автоколебаний резцовой каретки.In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed pendulum-type dividing machine for forming dashed structures on convex cylindrical surfaces, on which arrows show the possibility of linear movement of the dividing carriage and angular self-oscillations of the incisal carriage.

На фиг. 2 и 3 изображены вид сбоку на делительную каретку и траектория движения устройства для формирования штриха в прямом и обратном рабочем ходе соответственно при формировании штриха в меридиональном сечении световой зоны выпуклой рабочей поверхности подложки формируемой штриховой структуры (световая зона заключена между точками 6 и г фокусировки лазерного луча на выпуклой рабочей поверхности подложки), при этом показаны делительная каретка и устройство для формирования штриха.In FIG. Figures 2 and 3 show a side view of the dividing carriage and the trajectory of the device for forming the stroke in the forward and reverse working strokes, respectively, when forming the stroke in the meridional section of the light zone of the convex working surface of the substrate of the formed dashed structure (the light zone is enclosed between points 6 and d of the laser beam focusing on the convex working surface of the substrate), while showing a dividing carriage and a device for forming a stroke.

На фиг. 4 изображено расположение делительной каретки во время работы предлагаемой делительной машины в начальном положении А, при этом формирование штрихов выполняется в начальной краевой световой зоне выпуклой рабочей поверхности подложки.In FIG. 4 shows the location of the dividing carriage during operation of the proposed dividing machine in the initial position A, while the formation of strokes is performed in the initial edge light zone of the convex working surface of the substrate.

На фиг. 5 изображено расположение делительной каретки во время работы предлагаемой делительной машины в среднем положении Б, при этом формирование штрихов выполняется в среднем сечении световой зоны выпуклой рабочей поверхности подложки.In FIG. 5 shows the location of the dividing carriage during operation of the proposed dividing machine in the middle position B, while the formation of strokes is performed in the middle section of the light zone of the convex working surface of the substrate.

На фиг. 6 изображено расположение делительной каретки во время работы предлагаемой делительной машины в конечном положении В, при этом формирование штрихов выполняется в конечной краевой световой зоне выпуклой рабочей поверхности подложки.In FIG. 6 shows the location of the dividing carriage during operation of the proposed dividing machine in the final position B, while the formation of strokes is performed in the final edge light zone of the convex working surface of the substrate.

Делительная машина маятникового типа для формирования штриховых структур на выпуклых цилиндрических поверхностях содержит станину 1, делительную каретку 2, резцовую каретку 3, приводы 4 и 5 перемещения, соответственно, делительной и резцовой кареток, устройство 6 для формирования штриха, выполненное в виде лазерной головки, блок 8 управления приводами 4, 5 и устройством 6 для формирования штриха, датчик 9 линейного перемещения делительной каретки 2, представляющий собой прецизионный энкодер, встроенный в состав высокоточного устройства линейного перемещения модели V-551.The dividing machine of the pendulum type for forming dashed structures on convex cylindrical surfaces comprises a frame 1, a dividing carriage 2, a cutting carriage 3, displacement drives 4 and 5, respectively, a dividing and cutting carriages, a device 6 for forming a bar made in the form of a laser head, a block 8 controls the actuators 4, 5 and the device 6 for forming the stroke, the sensor 9 of the linear movement of the dividing carriage 2, which is a precision encoder built into the high-precision line device Nogo movement model V-551.

Вход датчика 9 линейного перемещения делительной каретки 2 сопряжен с делительной кареткой 2, а выход подключен к входу блока 8 управления, первый выход которого подключен к входу привода 4, сопряженного с делительной кареткой 2. Второй выход блока 8 управления подключен к входу устройства 6 для формирования штриха, а третий выход - к входу привода 5, выход которого сопряжен с резцовой кареткой 3.The input of the sensor 9 for linear movement of the dividing carriage 2 is coupled to the dividing carriage 2, and the output is connected to the input of the control unit 8, the first output of which is connected to the input of the drive 4 coupled to the dividing carriage 2. The second output of the control unit 8 is connected to the input of the device 6 for forming stroke, and the third output to the input of the drive 5, the output of which is paired with the incisor carriage 3.

Делительная каретка 2 с приводом 4 и датчиком 9 расположена на станине 1 и установлена на опорах 12 с возможностью линейного перемещения относительно станины 1. На делительной каретке 2 закреплена подложка 10 формируемой штриховой структуры с выпуклой цилиндрической рабочей поверхностью. Делительная каретка 2 может быть снабжена телескопическим механизмом 15, установленным на станине 1, для подстройки расположения подложки 10 относительно устройства 6 для формирования штриха во время осуществления юстировочной операции, проводимой до формирования штриховой структуры. Опоры 12 линейного перемещения размещены на платформе 17 телескопического механизма 15. Привод 4 выполнен с возможностью электронного управления процессом линейного перемещения делительной каретки 2 и построен на основе использования высокоточного устройства линейного перемещения модели V-551.The dividing carriage 2 with the drive 4 and the sensor 9 is located on the bed 1 and mounted on the supports 12 with the possibility of linear movement relative to the bed 1. On the dividing carriage 2, a substrate 10 of the formed stroke structure with a convex cylindrical working surface is fixed. The dividing carriage 2 can be equipped with a telescopic mechanism 15 mounted on the frame 1, to adjust the location of the substrate 10 relative to the device 6 for forming a stroke during the adjustment operation, carried out before the formation of the stroke structure. The linear displacement supports 12 are placed on the platform 17 of the telescopic mechanism 15. The actuator 4 is configured to electronically control the linear movement of the dividing carriage 2 and is based on the use of a high-precision linear displacement device of the V-551 model.

Резцовая каретка 3 с приводом 5 ее перемещения также расположена на станине 1. На резцовой каретке 3, выполненной в виде маятника, установлено устройство 6 для формирования штриха. В устройстве 6 для формирования штриха (лазерной головке) используется миниатюрный диодный лазер серии Lambda Mini Fiber с рабочей длиной волны 405 нм и выходной мощностью 100 мВт.The cutter carriage 3 with a drive 5 for its movement is also located on the frame 1. On the cutter carriage 3, made in the form of a pendulum, a device 6 for forming a stroke is installed. The device 6 for forming a bar (laser head) uses a miniature diode laser of the Lambda Mini Fiber series with an operating wavelength of 405 nm and an output power of 100 mW.

Привод 5 перемещения резцовой каретки 3 предназначен для обеспечения поперечного движения устройства 6 для формирования штриха в виде незатухающих угловых колебаний, что достигается в режиме угловых автоколебаний резцовой каретки 3. Привод 5 выполнен с возможностью обеспечения угловых автоколебаний резцовой каретки 3 относительно ее оси 14, которая закреплена на опорах 11 вращения, расположенных на станине 1. Опоры 11 вращения с осью 14 обеспечивают большую амплитуду угловых автоколебаний резцовой каретки 3 (в пределах±20°). В плоскости, перпендикулярной плоскости угловых автоколебаний резцовой каретки 3, осуществляется линейное перемещение делительной каретки 2 относительно станины 1. Резцовая каретка 3 выполнена в виде вертикально расположенной рамы и может быть снабжена телескопическим механизмом 16 для подстройки своих геометрических размеров по высоте в условиях конкретных размеров подложки 10 изготавливаемой штриховой структуры. Резцовая каретка 3 снабжена противовесом 13, расположенным на ее конце ниже оси 14 угловых автоколебаний резцовой каретки 3. Противовес 13 резцовой каретки 3 выполнен с возможностью регулирования по массе и моменту инерции для того, чтобы резцовая каретка 3 обладала динамическими свойствами маятника с центром масс, расположенным ниже геометрической оси угловых автоколебаний резцовой каретки 3. Регулируемый противовес 13 позволяет подбирать частоту угловых автоколебаний резцовой каретки 3 с целью достижения оптимальной производительности формирования штрихов. Устройство 6 для формирования штриха, выполненное в виде лазерной головки, установлено на противоположном конце резцовой каретки 3 относительно оси 14 ее угловых автоколебаний.The drive 5 for moving the tool carriage 3 is designed to provide lateral movement of the device 6 for forming a stroke in the form of undamped angular oscillations, which is achieved in the mode of angular self-oscillations of the tool carriage 3. The drive 5 is configured to provide angular self-oscillations of the tool carriage 3 relative to its axis 14, which is fixed on the rotation supports 11 located on the bed 1. The rotation supports 11 with the axis 14 provide a large amplitude of angular self-oscillations of the tool carriage 3 (within ± 20 °). In the plane perpendicular to the plane of angular self-oscillations of the incisal carriage 3, the dividing carriage 2 is linearly moved relative to the bed 1. The incisor carriage 3 is made in the form of a vertically located frame and can be equipped with a telescopic mechanism 16 for adjusting its geometric dimensions in height in the context of the specific dimensions of the substrate 10 manufactured stroke structure. The cutter carriage 3 is equipped with a counterweight 13 located at its end below the axis 14 of the angular self-oscillations of the cutter carriage 3. The counterweight 13 of the cutter carriage 3 is configured to control the mass and moment of inertia so that the cutter carriage 3 has the dynamic properties of a pendulum with a center of mass located below the geometric axis of the angular self-oscillations of the tool carriage 3. The adjustable counterweight 13 allows you to select the frequency of the angular self-oscillations of the tool carriage 3 in order to achieve optimal performance f rmirovaniya strokes. The device 6 for forming the stroke, made in the form of a laser head, is installed on the opposite end of the incisor carriage 3 relative to the axis 14 of its angular self-oscillations.

Резцовая каретка 3 позволяет совершать устройству 6 для формирования штриха, воспроизводимые быстрые, по отношению к линейному перемещению делительной каретки 2, угловые автоколебания с большой амплитудой в плоскости качания. Причем траектория движения сфокусированного лазерного луча 7 устройства 6 для формирования штриха в рабочем ходе практически равна радиусу кривизны выпуклой рабочей поверхности подложки 10.The cutter carriage 3 allows the device 6 to form a stroke to reproduce fast angular self-oscillations with a large amplitude in the rocking plane with respect to the linear movement of the dividing carriage 2. Moreover, the trajectory of the focused laser beam 7 of the device 6 for forming the stroke in the working stroke is practically equal to the radius of curvature of the convex working surface of the substrate 10.

Перед началом работы делительной машины предварительно рассчитывают амплитуду и частоту угловых автоколебаний резцовой каретки 3 исходя из требуемых размеров формируемой на подложке 10 штриховой структуры, геометрических размеров и динамических свойств резцовой каретки 3.Before starting the work of the dividing machine, the amplitude and frequency of the angular self-oscillations of the incisal carriage 3 are preliminarily calculated based on the required dimensions of the line structure formed on the substrate 10, the geometric dimensions and the dynamic properties of the incisor carriage 3.

Делительная машина работает следующим образом.Dividing machine operates as follows.

Методом прямой лазерной записи (фотолитографии) дифракционный оптический элемент получают непосредственно в материале подложки 10 - в стекле, в том числе LDW-стекле (Laser Direct Write), или в металле - в два этапа, при этом на первом этапе формируют маску-транспарант в тонком слое фоторезиста, хрома или халькогенида непосредственно на выпуклой рабочей поверхности подложки 10 сфокусированным лазерным лучом 7 с использованием делительной машины, а на втором этапе формируют штрихи путем химического или ионного травления сквозь маску-транспарант. Дифракционный оптический элемент используется в качестве мастер-матрицы для последующего изготовления методом горячего тиснения или полимерной репликации пленочных концентраторов солнечной энергии и решеток-поляризаторов.Using direct laser recording (photolithography), a diffractive optical element is obtained directly in the substrate material 10 — in glass, including LDW glass (Laser Direct Write), or in metal — in two stages, and at the first stage, a transparency mask is formed in a thin layer of photoresist, chromium or chalcogenide directly on the convex working surface of the substrate 10 by a focused laser beam 7 using a fission machine, and in the second stage, strokes are formed by chemical or ion etching through a transparency mask. A diffractive optical element is used as a master matrix for subsequent fabrication of solar energy film concentrators and polarization gratings by hot stamping or polymer replication.

В исходном нерабочем положении узлов и механизмов делительной машины делительная каретка 2, резцовая каретка 3 с противовесом 13, устройство 6 для формирования штриха, находятся в статическом состоянии и расположены в вертикальной плоскости, при этом лазерный луч выключен (см. фиг. 1, на которой стрелками показана возможность линейного перемещения делительной каретки и угловых автоколебаний резцовой каретки).In the initial inoperative position of the nodes and mechanisms of the dividing machine, the dividing carriage 2, the cutting carriage 3 with a counterweight 13, the device 6 for forming the stroke are in a static state and are located in a vertical plane, while the laser beam is turned off (see Fig. 1, on which arrows indicate the possibility of linear movement of the dividing carriage and angular self-oscillations of the incisal carriage).

Предварительно, до операции формирования штрихов на выпуклых цилиндрических поверхностях, осуществляют технологические операции по юстировке подложки 10 и настройке устройства 6 для формирования штриха.Previously, before the operation of forming strokes on convex cylindrical surfaces, technological operations are carried out to align the substrate 10 and configure the device 6 for forming the stroke.

В результате юстировки подложки 10 обеспечивается движение ее выпуклой рабочей поверхности по заданной линейной траектории.As a result of the alignment of the substrate 10, its convex working surface is moved along a predetermined linear path.

В результате настройки устройства 6 для формирования штриха устанавливаются требуемая величина выходной оптической мощности сфокусированного лазерного луча 7, величина диаметра наименьшего кружка рассеяния сфокусированного лазерного луча 7 и требуемое расположение оптической оси сфокусированного лазерного луча 7 по нормали к выпуклой рабочей поверхности подложки 10.As a result of adjusting the device 6 for forming the stroke, the required output optical power of the focused laser beam 7, the diameter of the smallest scattering circle of the focused laser beam 7, and the required location of the optical axis of the focused laser beam 7 along the normal to the convex working surface of the substrate 10 are set.

При включении делительной машины блок 8 управления, с помощью привода 5 перемещения резцовой каретки 3, выводит резцовую каретку 3, выполненную в виде маятника на опорах 11 вращения, в режим угловых автоколебаний.When the dividing machine is turned on, the control unit 8, using the drive 5 for moving the cutting carriage 3, displays the cutting carriage 3, made in the form of a pendulum on the bearings 11 of rotation, in the mode of angular self-oscillations.

Делительная машина готова к операции формирования штрихов мастер-матрицы дифракционного оптического элемента.The dividing machine is ready for the operation of forming the strokes of the master matrix of the diffractive optical element.

Цикл формирования штрихов мастер-матрицы дифракционного оптического элемента рассмотрим на примере формирования штрихов в меридиональном сечении световой зоны, расположенной между точками б и г фокусировки лазерного луча на выпуклой рабочей поверхности подложки 10 (см. фиг. 2 и 3, на которых резцовая каретка 3 не показана).We consider the cycle of forming strokes of the master matrix of a diffractive optical element using the example of forming strokes in the meridional section of the light zone located between the points b and d of the laser beam focusing on the convex working surface of the substrate 10 (see Fig. 2 and 3, on which the incisor carriage 3 is not shown).

Блок 8, подавая управляющие сигналы, синхронизирует работу трех основных систем - привода 4 перемещения делительной каретки 2, привода 5 перемещения резцовой каретки 3 и устройства 6 для формирования штриха, выполненного в виде лазерной головки.Unit 8, by supplying control signals, synchronizes the operation of three main systems - the drive 4 for moving the dividing carriage 2, the drive 5 for moving the cutter carriage 3 and the device 6 for forming a bar made in the form of a laser head.

На устройство 6 для формирования штриха подан управляющий сигнал, в результате чего лазерный луч выключен, а устройство 6 для формирования штриха находится в крайнем левом положении а вне указанной световой зоны выпуклой рабочей поверхности подложки 10, при этом делительная каретка 2 расположена неподвижно.A control signal is supplied to the line forming device 6, as a result of which the laser beam is turned off, and the line forming device 6 is in the extreme left position and outside the indicated light zone of the convex working surface of the substrate 10, while the dividing carriage 2 is stationary.

Далее резцовая каретка 3 перемещает устройство 6 для формирования штриха в положение 6, совпадающее с началом световой зоны выпуклой рабочей поверхности подложки 10. С блока 8 на устройство 6 для формирования штриха поступает управляющий сигнал, в результате чего сфокусированный лазерный луч 7 начинает формировать штрих последовательно и непрерывно от положения б, проходя положение в, до положения г включительно, совпадающего с окончанием световой зоны выпуклой рабочей поверхности подложки 10. Затем, в положении г, с блока 8 на устройство 6 для формирования штриха поступает управляющий сигнал, в результате чего лазерный луч выключается. В момент достижения резцовой кареткой 3 с устройством 6 для формирования штриха положения г на привод 4 перемещения делительной каретки 2 подается управляющий сигнал, в результате чего делительная каретка 2 с подложкой 10 начинает совершать линейное перемещение на расстояние, равное периоду штрихов.Next, the cutter carriage 3 moves the line forming device 6 to position 6, which coincides with the beginning of the light zone of the convex working surface of the substrate 10. From block 8, a control signal is supplied to the line forming device 6, as a result of which the focused laser beam 7 begins to form a bar in series and continuously from position b, passing position c to position inclusive, coinciding with the end of the light zone of the convex working surface of the substrate 10. Then, in position g, from block 8 to the device 6 for forming stroke receives a control signal, whereby the laser beam is switched off. At the moment the cutter carriage 3 with the device 6 for forming the stroke of position r reaches the drive 4, the movement of the dividing carriage 2 is supplied with a control signal, as a result of which the dividing carriage 2 with the substrate 10 begins to linearly move at a distance equal to the stroke period.

При этом величина линейного перемещения делительной каретки 2 контролируется датчиком 9. Далее резцовая каретка 3 перемещает устройство 6 для формирования штриха в крайнее правое положение д вне указанной световой зоны выпуклой рабочей поверхности подложки 10. Достигнув крайнего правого положения д, устройство 6 для формирования штриха останавливается. Таким образом, устройство 6 для формирования штриха, пройдя траекторию своего движения от положения а до положения д, завершило прямой рабочий ход. Достигнув крайнего правого положения д, устройство 6 для формирования штриха начинает перемещаться в противоположном направлении - от положения д к положению а, совершая обратный рабочий ход (см. фиг. 3, на которой резцовая каретка 3 не показана). В момент достижения резцовой кареткой 3 с устройством 6 для формирования штриха положения г делительная каретка 2 с подложкой 10 переместилась на заданный линейный шаг, равный периоду штрихов, и остановилась. В положении г, совпадающем с началом световой зоны выпуклой рабочей поверхности подложки 10 в обратном рабочем ходе, на устройство 6 для формирования штриха поступает управляющий сигнал от блока 8 управления, в результате чего сфокусированный лазерный луч 7 начинает формировать штрих последовательно и непрерывно от положения г, проходя положение в, до положения б. В этом случае положение б совпадает с окончанием световой зоны выпуклой рабочей поверхности подложки 10 в обратном рабочем ходе. Затем, в положении б, на устройство 6 для формирования штриха подается управляющий сигнал, в результате чего лазерный луч выключается. В момент достижения резцовой кареткой 3 с устройством 6 для формирования штриха положения б на привод 4 перемещения делительной каретки 2 подается управляющий сигнал, в результате чего делительная каретка 2 с подложкой 10 начинает совершать линейное перемещение на расстояние, равное периоду штрихов. При этом величина линейного перемещения делительной каретки 2 контролируется датчиком 9.In this case, the linear movement of the dividing carriage 2 is controlled by the sensor 9. Next, the cutter carriage 3 moves the device 6 for forming a stroke to the rightmost position d outside the specified light zone of the convex working surface of the substrate 10. Having reached the rightmost position d, the device 6 for forming the stroke stops. Thus, the device 6 for forming the stroke, having passed the trajectory of its movement from position a to position d, completed a direct working stroke. Having reached the extreme right position d, the device 6 for forming a stroke begins to move in the opposite direction - from position d to position a, making a reverse stroke (see Fig. 3, in which the incisal carriage 3 is not shown). At the moment the cutter carriage 3 with the device 6 for forming the stroke of position r reaches, the dividing carriage 2 with the substrate 10 has moved to a predetermined linear step equal to the period of the strokes and stopped. In the position g, which coincides with the beginning of the light zone of the convex working surface of the substrate 10 in the reverse working stroke, the control signal from the control unit 8 is supplied to the stroke forming device 6, as a result of which the focused laser beam 7 begins to form a line sequentially and continuously from the position g, passing position c, to position b. In this case, position b coincides with the end of the light zone of the convex working surface of the substrate 10 in the reverse working stroke. Then, in position b, a control signal is supplied to the stroke forming device 6, as a result of which the laser beam is turned off. At the moment the cutter carriage 3 with the device 6 reaches the position 6 for forming a stroke, the control signal is supplied to the drive 4 of the movement of the dividing carriage 2, as a result of which the dividing carriage 2 with the substrate 10 starts linear movement at a distance equal to the stroke period. In this case, the linear displacement of the dividing carriage 2 is controlled by the sensor 9.

Далее резцовая каретка 3 перемещает устройство 6 формирования штриха в крайнее левое положение а вне указанной световой зоны выпуклой рабочей поверхности подложки 10. Достигнув крайнего левого положения а, устройство 6 для формирования штриха останавливается. Таким образом, устройство 6 для формирования штриха, пройдя траекторию своего движения от положения д до положения а, завершило обратный рабочий ход. Далее описанный выше цикл перемещения устройства 6 для формирования штриха - от положения а до положения д в прямом рабочем ходе (см. фиг. 2) и от положения д до положения а в обратном рабочем ходе (см. фиг. 3) - при работе предложенной делительной машины повторяется. Процесс формирования всех штрихов выполняется аналогично процессу, описанному выше, при этом делительная каретка 2 проходит последовательно траекторию (с соответствующими остановками на момент формирования каждого штриха) от своего начального положения А (см. фиг. 4) через положение Б, соответствующее среднему сечению световой зоны выпуклой рабочей поверхности подложки 10 (см. фиг. 5) до своего конечного положения В (см. фиг. 6).Next, the cutter carriage 3 moves the stroke forming device 6 to the leftmost position a and outside the indicated light zone of the convex working surface of the substrate 10. Having reached the leftmost position a, the stroke forming device 6 stops. Thus, the device 6 for forming a stroke, having passed the trajectory of its movement from position d to position a, completed the reverse stroke. Further, the above-described cycle of movement of the device 6 for forming a stroke — from position a to position d in a direct working stroke (see FIG. 2) and from position d to position a in a reverse working stroke (see Fig. 3) —when the proposed dividing machine repeated. The process of forming all strokes is carried out similarly to the process described above, while the dividing carriage 2 passes the trajectory (with corresponding stops at the time each stroke is formed) from its initial position A (see Fig. 4) through position B corresponding to the average section of the light zone convex working surface of the substrate 10 (see Fig. 5) to its final position B (see Fig. 6).

Использование предлагаемой делительной машины маятникового типа обеспечит возможность формирования штриховых структур на выпуклых цилиндрических поверхностях с большой стрелкой прогиба (например, 50 мм), в частности, мастер-матриц дифракционных оптических элементов, применяемых для изготовления пленочных концентраторов солнечной энергии и решеток-поляризаторов, за счет угловых автоколебаний резцовой каретки с большой амплитудой, а также изменения места расположения устройства для формирования штриха на резцовой каретке.Using the proposed pendulum-type dividing machine will enable the formation of dashed structures on convex cylindrical surfaces with a large deflection arrow (for example, 50 mm), in particular, master matrices of diffractive optical elements used for the manufacture of film solar energy concentrators and polarization gratings, due to angular self-oscillations of the tool carriage with a large amplitude, as well as changes in the location of the device for forming a stroke on the tool carriage.

Claims

1. A pendulum-type dividing machine for forming dashed structures on convex cylindrical surfaces, comprising a bed with a cutter carriage located on it, made in the form of a pendulum, with a drive of its movement, configured to provide angular self-oscillations of the cutter carriage relative to its axis, which is fixed on supports rotation, located on the frame, and a dividing carriage with a drive and a sensor for its movement, mounted with the possibility of linear movement relative to the frame in flat a bone perpendicular to the plane of the angular self-oscillations of the incisal carriage, a device for forming a stroke located on the incisal carriage, and a control unit for said drives and a device for forming a bar, characterized in that the incisal carriage is provided with a counterweight located at its end below the axis of angular self-oscillations of the incisal carriage, and the device for forming the stroke, made in the form of a laser head, is installed on the opposite end of the incisal carriage relative to the axis of its angular self-oscillations.

2. The dividing machine according to claim 1, characterized in that the counterweight of the tool carriage is made with the possibility of regulation by weight and moment of inertia.