RU192399U1

RU192399U1 - DIVISION MACHINE OF PENDULUM TYPE FOR FORMATION OF HATCH STRUCTURES ON CONCAVATED SURFACES

Info

Publication number: RU192399U1
Application number: RU2019116896U
Authority: RU
Inventors: Андрей Николаевич Мельников
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2019-09-16

Abstract

Полезная модель может быть использована при изготовлении дифракционных решеток на вогнутых поверхностях с большой стрелкой прогиба. Делительная машина содержит станину, с расположенными на ней делительной кареткой с приводом ее перемещения и датчиком поворота делительной каретки, и 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, установленное на резцовой каретке устройство для формирования штриха, выполненное в виде лазерной головки, и блок управления упомянутыми приводами и устройством. Делительная каретка дополнительно содержит делительный механизм, выполненный с возможностью линейного перемещения при помощи его привода в плоскости, перпендикулярной плоскости угловых автоколебаний резцовой каретки, и снабженный датчиком положения и фиксирующим устройством, при этом делительная каретка снабжена поворотно-фиксирующим механизмом, устройство для формирования штриха установлено на конце резцовой каретки ниже оси ее угловых автоколебаний, делительный механизм установлен на конце делительной каретки ниже оси ее поворота, причем блок управления дополнительно соединен с поворотно-фиксирующим механизмом делительной каретки, приводом линейного перемещения, датчиком положения и фиксирующим устройством делительного механизма. Использование полезной модели позволяет расширить технологические возможности машины. 9 ил.The utility model can be used in the manufacture of diffraction gratings on concave surfaces with a large deflection arrow. The dividing machine comprises a bed, with a dividing carriage located on it with a drive for moving it and a rotation sensor for the dividing carriage, and a cutter carriage made in the form of a pendulum, with a drive for moving it, made with the possibility of providing angular self-oscillations of the cutter carriage relative to its axis, which is fixed on rotation bearings located on the bed, a line forming device mounted on a cutting carriage made in the form of a laser head, and a control unit for said drives and device. The dividing carriage further comprises a dividing mechanism configured to linearly move by means of its drive in a plane perpendicular to the plane of angular self-oscillations of the cutting carriage, and provided with a position sensor and a locking device, while the dividing carriage is equipped with a rotary-locking mechanism, the stroke forming device is mounted on the end of the cutting carriage below the axis of its angular self-oscillations, the dividing mechanism is mounted on the end of the dividing carriage below the axis of its rotation from, and the control unit is additionally connected to a rotary-locking mechanism of the dividing carriage, a linear displacement drive, a position sensor and a locking device of the dividing mechanism. Using a utility model allows you to expand the technological capabilities of the machine. 9 ill.

Description

Полезная модель относится к области станкостроения, а именно к устройствам лазерной микрообработки поверхности оптических компонентов, в частности к делительным машинам, и может быть использована при формировании штриховых структур на вогнутых поверхностях (сферических, асферических, в том числе тороидальных, и цилиндрических) с большой стрелкой прогиба (более 10 мм), например, дифракционных решеток, необходимых для создания, в частности, компактной светосильной спектральной аппаратуры (монохроматоров-осветителей, гиперспектрометров), мастер-матриц дифракционных оптических элементов, применяемых для изготовления пленочных концентраторов солнечной энергии и решеток-поляризаторов, оптических систем преобразователей солнечной энергии.The utility model relates to the field of machine tool construction, namely to 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 concave surfaces (spherical, aspherical, including toroidal, and cylindrical) with a large arrow deflection (more than 10 mm), for example, of diffraction gratings necessary to create, in particular, a compact fast-aperture spectral equipment (monochromators-illuminators, hyperspectrometers), master matrices of diffractive optical elements used for the manufacture of film solar energy concentrators and polarization gratings, optical systems of solar energy converters.

Известна круговая лазерная записывающая система (КЛЗС) для формирования дифракционных решеток на неплоских 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 non-planar surfaces, containing a bed, a radial displacement carriage, a drive device for moving the carriage, a desktop, a control unit, an autofocus sensor, while the focus plane of the red laser of the autofocus 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 3 tons of materials 2. - Novosibirsk: SGUGiT, 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, и 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, and a red laser AF sensor.

Прототипом является делительная машина маятникового типа для формирования штриховых структур на неплоских рабочих поверхностях, содержащая станину с расположенными на ней делительной кареткой с приводом ее перемещения, датчиком поворота и столиком, и 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, при этом делительная каретка со столиком установлена на опорах вращения с возможностью поворота относительно оси, расположенной вдоль ее опор вращения, в плоскости, перпендикулярной плоскости угловых автоколебаний резцовой каретки, причем геометрическая ось поворота делительной каретки пересекается с геометрической осью, относительно которой резцовая каретка совершает угловые автоколебания, устройство для формирования штриха, выполненное в виде лазерной головки и расположенное на резцовой каретке, и блок управления указанными приводами и устройством для формирования штриха, при этом устройство для формирования штриха установлено на конце резцовой каретки выше оси ее угловых автоколебаний, а столик - на конце делительной каретки выше оси ее поворота, причем на столике делительной каретки закреплена подложка изготавливаемой штриховой структуры [Патент на полезную модель RU 185038 U1, МПК B23Q 16/02, G02B 5/18, опубликован 19.11.2018 г.].The prototype is a pendulum type dividing machine for forming dashed structures on non-planar working surfaces, containing a bed with a dividing carriage located on it with a drive for its movement, a rotation sensor and a table, and a cutter carriage made in the form of a pendulum, with a drive for its movement, made with the possibility of providing angular self-oscillations of the tool carriage relative to its axis, which is fixed on the rotation bearings located on the bed, while the dividing carriage with the table is set Lena on the rotation supports with the possibility of rotation about an axis located along its rotation supports, in a plane perpendicular to the plane of the angular self-oscillations of the tool carriage, the geometric axis of rotation of the dividing carriage intersecting with the geometric axis, relative to which the tool carriage makes angular self-oscillations, a device for forming a stroke, made in the form of a laser head and located on a cutting carriage, and a control unit for said drives and a device for forming a stroke, etc. this device for forming the stroke is installed at the end of the incisor carriage above the axis of its angular self-oscillations, and the table is at the end of the dividing carriage above the axis of its rotation, and the substrate of the manufactured stroke structure is fixed on the table of the dividing carriage [Utility Model Patent RU 185038 U1, IPC B23Q 16 / 02, G02B 5/18, published November 19, 2018].

Основным недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности, так как данная делительная машина не обеспечивает формирование штриховых структур с постоянным или переменным шагом и с прямолинейными или криволинейными штрихами на вогнутых поверхностях (сферических, асферических, в том числе тороидальных, и цилиндрических) с большой стрелкой прогиба из-за того, что устройство для формирования штриха установлено на конце резцовой каретки выше оси ее угловых автоколебаний, а столик - на конце делительной каретки выше оси ее поворота, причем столик не имеет возможности осуществлять линейное перемещение относительно делительной каретки в плоскости, перпендикулярной плоскости угловых автоколебаний резцовой каретки.The main disadvantage of the prototype is limited functionality, since this dividing machine does not provide the formation of line structures with constant or variable pitch and with straight or curved strokes on concave surfaces (spherical, aspherical, including toroidal, and cylindrical) with a large arrow of deflection of - due to the fact that the device for forming the stroke is installed at the end of the incisal carriage above the axis of its angular self-oscillations, and the table is at the end of the dividing carriage above the axis and its rotation, and the table does not have the ability to linearly move relative to the dividing carriage in a plane perpendicular to the plane of the angular self-oscillations of the incisal carriage.

Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей делительной машины маятникового типа, а именно, обеспечение возможности формирования штриховых структур с постоянным или переменным шагом и с прямолинейными или криволинейными штрихами на вогнутых поверхностях (сферических, асферических, в том числе тороидальных, и цилиндрических) с большой стрелкой прогиба.The technical result of the utility model is to expand the functionality of a pendulum dividing machine, namely, providing the possibility of forming dashed structures with constant or variable pitch and with straight or curved strokes on concave surfaces (spherical, aspherical, including toroidal, and cylindrical) with large arrow deflection.

Технический результат достигается за счет того, что в делительной машине маятникового типа для формирования штриховых структур на вогнутых поверхностях, содержащей станину с расположенными на ней делительной кареткой с приводом ее перемещения и датчиком поворота, и 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, при этом делительная каретка установлена на опорах вращения с возможностью поворота относительно оси, расположенной вдоль ее опор вращения, в плоскости, перпендикулярной плоскости угловых автоколебаний резцовой каретки, причем геометрическая ось поворота делительной каретки пересекается с геометрической осью, относительно которой резцовая каретка совершает угловые автоколебания, устройство для формирования штриха, выполненное в виде лазерной головки и расположенное на резцовой каретке, и блок управления указанными приводами и устройством для формирования штриха, согласно настоящей полезной модели, делительная каретка дополнительно содержит делительный механизм, выполненный с возможностью линейного перемещения при помощи его привода в плоскости, перпендикулярной плоскости угловых автоколебаний резцовой каретки, и снабженный датчиком положения и фиксирующим устройством, при этом делительная каретка снабжена поворотно-фиксирующим механизмом, устройство для формирования штриха установлено на конце резцовой каретки ниже оси ее угловых автоколебаний, делительный механизм установлен на конце делительной каретки ниже оси ее поворота, причем блок управления дополнительно соединен с поворотно-фиксирующим механизмом делительной каретки, приводом линейного перемещения, датчиком положения и фиксирующим устройством делительного механизма.The technical result is achieved due to the fact that in a pendulum type dividing machine for forming dashed structures on concave surfaces, containing a frame with a dividing carriage located on it with a drive for its movement and a rotation sensor, and a cutter carriage made in the form of a pendulum with a drive for its movement made with the possibility of providing angular self-oscillations of the tool carriage relative to its axis, which is fixed on the rotation supports located on the bed, while the dividing carriage is mounted on rotation supports with the possibility of rotation about an axis located along its rotation supports in a plane perpendicular to the plane of angular self-oscillations of the tool carriage, the geometric axis of rotation of the dividing carriage intersecting with the geometric axis, relative to which the tool carriage makes angular self-oscillations, a device for forming a stroke, made in the form of a laser head and located on a cutting carriage, and a control unit for said drives and a device for forming a stroke, According to the present utility model, the dividing carriage further comprises a dividing mechanism arranged to linearly move by means of its drive in a plane perpendicular to the plane of angular self-oscillations of the cutting carriage, and provided with a position sensor and a locking device, while the dividing carriage is provided with a rotary-locking mechanism, device for forming a stroke, it is installed at the end of the incisal carriage below the axis of its angular self-oscillations, a dividing mechanism is installed at the end of Call duration carriage below the axis of its rotation, wherein the control unit is further connected to a rotary-catch mechanism separatory carriage driven linear movement, and a position sensor fixing apparatus divider mechanism.

Сущность полезной модели поясняется чертежами (фиг. 1-фиг. 9).The essence of the utility model is illustrated by drawings (Fig. 1-Fig. 9).

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемой делительной машины.In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed dividing machine.

Фиг. 2-фиг. 9 иллюстрируют работу делительной машины при формировании штриховых структур с постоянным или переменным шагом и с прямолинейными или криволинейными штрихами на вогнутых (цилиндрической, сферической, асферической, в том числе тороидальной) поверхностях.FIG. 2-fig. 9 illustrate the operation of the dividing machine when forming dashed structures with constant or variable pitch and with straight or curved strokes on concave (cylindrical, spherical, aspherical, including toroidal) surfaces.

Делительная машина маятникового типа для формирования штриховых структур на вогнутых поверхностях (см. фиг. 1) содержит станину 1 с расположенными на ней делительной кареткой 2 и резцовой кареткой 3 с приводами 4 и 5 их перемещения, устройство 6 для формирования штриха, выполненное в виде лазерной головки, блок 8 управления приводами 4, 5 и устройством 6, датчик 9 поворота делительной каретки 2, представляющий собой прецизионный энкодер, встроенный в состав поворотной платформы модели М-062. В устройстве 6 для формирования штриха используется миниатюрный диодный лазер серии Lambda Mini Fiber с рабочей длиной волны 405 нм и выходной мощностью 100 мВт. Вход датчика 9 сопряжен с осью 21 поворота делительной каретки 2, а выход подключен к первому 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.A pendulum-type dividing machine for forming dashed structures on concave surfaces (see Fig. 1) contains a frame 1 with a dividing carriage 2 and a cutter carriage 3 with drives 4 and 5 for their movement, a device 6 for forming a bar made in the form of a laser heads, control unit 8 of the actuators 4, 5 and device 6, the rotation sensor 9 of the dividing carriage 2, which is a precision encoder built into the rotary platform of the model M-062. Device 6 uses a miniature diode laser of the Lambda Mini Fiber series with a working wavelength of 405 nm and an output power of 100 mW to form a stroke. The input of the sensor 9 is connected to the axis 21 of the rotation of the dividing carriage 2, and the output is connected to the first 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 a stroke and the third output is to the input of the drive 5, the output of which is paired with the incisor carriage 3.

Делительная каретка 2 установлена на опорах вращения 10 с возможностью поворота относительно оси 21, расположенной вдоль опор вращения 10.The dividing carriage 2 is mounted on the supports of rotation 10 with the possibility of rotation relative to the axis 21 located along the supports of rotation 10.

На резцовой каретке 3, выполненной в виде маятника, установлено устройство 6 для формирования штриха.On the incisor carriage 3, made in the form of a pendulum, a device 6 for forming a stroke is installed.

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.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.

Привод 5 выполнен с возможностью обеспечения угловых автоколебаний резцовой каретки 3 относительно ее оси 13, которая закреплена на опорах вращения 14, расположенных на станине 1. Опоры вращения 14 с осью 13 обеспечивают большую амплитуду угловых автоколебаний резцовой каретки 3 (в пределах ±20°). В плоскости, перпендикулярной плоскости угловых автоколебаний резцовой каретки 3, осуществляется поворот делительной каретки 2, причем геометрическая ось ее поворота пересекается с геометрической осью, относительно которой резцовая каретка 3 совершает угловые автоколебания.The drive 5 is configured to provide angular self-oscillations of the tool carriage 3 relative to its axis 13, which is mounted on the rotation bearings 14 located on the frame 1. The rotation bearings 14 with the axis 13 provide a large amplitude of angular self-oscillations of the tool carriage 3 (within ± 20 °). In the plane perpendicular to the plane of the angular self-oscillations of the incisor carriage 3, the dividing carriage 2 is rotated, the geometrical axis of its rotation intersecting with the geometrical axis relative to which the incisor carriage 3 makes angular self-oscillations.

Резцовая каретка 3 выполнена в виде вертикально расположенной рамы и может быть снабжена телескопическим механизмом 15 для подстройки своих геометрических размеров по высоте в условиях конкретных размеров подложки 11 изготавливаемой штриховой структуры. Резцовая каретка 3 обладает динамическими свойствами маятника с центром масс, расположенным ниже геометрической оси угловых автоколебаний резцовой каретки 3. Резцовая каретка 3 вместе с устройством 6 для формирования штриха совершает воспроизводимые быстрые, по отношению к повороту делительной каретки 2, угловые автоколебания с большой амплитудой в плоскости поворота. Причем траектория движения устройства 6 для формирования штриха в своем прямом и обратном рабочем ходе практически равна радиусу кривизны вогнутой поверхности подложки 11.The cutter carriage 3 is made in the form of a vertically located frame and can be equipped with a telescopic mechanism 15 for adjusting its geometric dimensions in height under the conditions of the specific dimensions of the substrate 11 of the manufactured stroke structure. The incisor 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 incisor carriage 3. The incisor carriage 3, together with the line forming device 6, makes reproducible fast angular oscillations with a large amplitude in the plane with respect to the rotation of the divider carriage 2 turning. Moreover, the trajectory of the device 6 for forming the stroke in its forward and reverse working stroke is almost equal to the radius of curvature of the concave surface of the substrate 11.

Отличием предлагаемой делительной машины является то, что делительная каретка 2 дополнительно содержит делительный механизм 16, выполненный с возможностью линейного перемещения при помощи его привода 17, и снабженный датчиком 18 положения и фиксирующим устройством 19. Подложка 11 жестко установлена на делительном механизме 16. Делительная каретка 2 снабжена поворотно-фиксирующим механизмом 20. Устройство 6 для формирования штриха установлено на конце резцовой каретки 3 ниже оси 13 ее угловых автоколебаний. Делительный механизм 16 установлен на конце делительной каретки 2 ниже оси 21 ее поворота. Блок 8 управления дополнительно соединен с поворотно-фиксирующим механизмом 20 делительной каретки 2, приводом 17 линейного перемещения, датчиком 18 положения и фиксирующим устройством 19 делительного механизма 16.The difference of the proposed dividing machine is that the dividing carriage 2 further comprises a dividing mechanism 16, made with the possibility of linear movement by means of its drive 17, and provided with a position sensor 18 and a locking device 19. The substrate 11 is rigidly mounted on the dividing mechanism 16. The dividing carriage 2 equipped with a rotary-locking mechanism 20. A device 6 for forming a stroke is installed at the end of the incisal carriage 3 below the axis 13 of its angular self-oscillations. The dividing mechanism 16 is installed at the end of the dividing carriage 2 below the axis 21 of its rotation. The control unit 8 is additionally connected to the rotary-locking mechanism 20 of the dividing carriage 2, the linear actuator 17, the position sensor 18 and the locking device 19 of the dividing mechanism 16.

Делительная каретка 2 может быть снабжена телескопическим механизмом 12 для подстройки расположения подложки 11 изготавливаемой штриховой структуры относительно устройства 6 для формирования штриха во время осуществления юстировочной операции, проводимой до формирования штриховой структуры.The dividing carriage 2 may be equipped with a telescopic mechanism 12 for adjusting the location of the substrate 11 of the manufactured stroke structure relative to the device 6 for forming the stroke during the adjustment operation, carried out before the formation of the stroke structure.

Привод 4 выполнен с возможностью электронного управления процессом поворота делительной каретки 2 и построен на основе использования прецизионной поворотной платформы модели М-062, включающей в свой состав двигатель постоянного тока мощностью 3 Вт и безлюфтовую червячную передачу (на фиг. 1 не показаны). Вход датчика 18 сопряжен с делительным механизмом 16, а выход подключен ко второму входу блока 8 управления. Четвертый выход блока 8 управления подключен к входу привода 17, сопряженного с делительным механизмом 16. Пятый выход блока 8 управления подключен к входу фиксирующего устройства 19, сопряженного с делительным механизмом 16. Шестой выход блока 8 управления подключен к входу поворотно-фиксирующего механизма 20, сопряженного с делительной кареткой 2.The drive 4 is made with the possibility of electronic control of the process of turning the dividing carriage 2 and is based on the use of a precision rotary platform of the M-062 model, which includes a 3 W DC motor and a gearless worm gear (not shown in Fig. 1). The input of the sensor 18 is coupled to the dividing mechanism 16, and the output is connected to the second input of the control unit 8. The fourth output of the control unit 8 is connected to the input of the drive 17 coupled to the dividing mechanism 16. The fifth output of the control unit 8 is connected to the input of a fixing device 19 coupled to the dividing mechanism 16. The sixth output of the control unit 8 is connected to the input of the rotary latch mechanism 20 with dividing carriage 2.

Делительный механизм 16 установлен на делительной каретке 2 с возможностью линейного перемещения на опорах 22 по направляющим 23 в плоскости, перпендикулярной плоскости угловых автоколебаний резцовой каретки 3.The dividing mechanism 16 is mounted on the dividing carriage 2 with the possibility of linear movement on the supports 22 along the guides 23 in a plane perpendicular to the plane of the angular self-oscillations of the cutting carriage 3.

Привод 17 линейного перемещения делительного механизма 16 построен на основе использования высокоточного устройства линейного перемещения модели V-551.The drive 17 linear displacement of the gear mechanism 16 is based on the use of high-precision linear displacement device model V-551.

Датчик 18 положения представляет собой прецизионный энкодер (датчик линейного перемещения), встроенный в состав высокоточного устройства линейного перемещения модели V-551.The position sensor 18 is a precision encoder (linear displacement sensor) integrated into the V-551 high-precision linear displacement device.

Поворотно-фиксирующий механизм 20 делительной каретки 2, а также привод 17 линейного перемещения, датчик 18 положения и фиксирующее устройство 19 делительного механизма 16 выполнены с возможностью электронного управления процессом их работы от блока 8 управления.The rotary-locking mechanism 20 of the dividing carriage 2, as well as the linear displacement drive 17, the position sensor 18 and the locking device 19 of the dividing mechanism 16 are configured to electronically control their operation from the control unit 8.

Перед началом работы делительной машины предварительно рассчитывают амплитуду и частоту угловых автоколебаний резцовой каретки 3 исходя из требуемых размеров изготавливаемой на вогнутой поверхности подложки 11 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 dashed structure made on the concave surface of the substrate 11, 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 11 - в стекле, в том числе LDW-стекле (Laser Direct Write), кварце, оптической керамике, карбиде кремния или в металле - в два этапа, при этом на первом этапе формируют маску-транспарант в тонком слое фоторезиста, хрома или халькогенида непосредственно на вогнутой поверхности подложки 11 сфокусированным лазерным лучом 7 с использованием делительной машины, а на втором этапе формируют штрихи путем химического или ионного травления сквозь маску-транспарант.By direct laser recording (photolithography), a diffractive optical element is obtained directly in the substrate material 11 — in glass, including LDW glass (Laser Direct Write), quartz, optical ceramics, silicon carbide, or in metal — in two stages, while in the first stage, a transparency mask is formed in a thin layer of photoresist, chromium or chalcogenide directly on the concave surface of the substrate 11 by the focused laser beam 7 using a fission machine, and in the second stage, strokes are formed by chemical or ion etching Nia-through transparency mask.

Дифракционный оптический элемент в качестве мастер-матрицы используется для последующего изготовления методом горячего тиснения или полимерной репликации дифракционных решеток-реплик, пленочных концентраторов солнечной энергии и решеток-поляризаторов.The diffractive optical element is used as a master matrix for subsequent fabrication by hot stamping or polymer replication of diffraction gratings-replicas, film solar energy concentrators and gratings-polarizers.

Рассмотрим работу предлагаемой делительной машины в случае формирования штриховых структур с постоянным или переменным шагом и с прямолинейными или криволинейными штрихами на вогнутых цилиндрических поверхностях (см. фиг. 2-фиг. 5).Consider the work of the proposed dividing machine in the case of the formation of dashed structures with constant or variable pitch and with straight or curved strokes on concave cylindrical surfaces (see Fig. 2-Fig. 5).

Для этого случая в исходном нерабочем положении узлов и механизмов делительной машины (см. фиг. 1) делительная каретка 2, делительный механизм 16, резцовая каретка 3, устройство 6 для формирования штриха находятся в статическом состоянии и расположены в вертикальной плоскости, при этом лазерный луч, привод 4 и датчик 9 поворота делительной каретки 2, а также фиксирующее устройство 19 делительного механизма 16 выключены.For this case, in the initial inoperative position of the nodes and mechanisms of the dividing machine (see Fig. 1), the dividing carriage 2, the dividing mechanism 16, the cutter carriage 3, the bar forming device 6 are in a static state and are located in a vertical plane, while the laser beam , the drive 4 and the rotation sensor 9 of the dividing carriage 2, as well as the locking device 19 of the dividing mechanism 16 are turned off.

Предварительно, до операции формирования штрихов мастер-матрицы дифракционного оптического элемента, осуществляют технологические операции по юстировке подложки 11 и настройке устройства 6 для формирования штриха.Previously, before the operation of forming the strokes of the master matrix of the diffractive optical element, technological operations are carried out to align the substrate 11 and configure the device 6 for forming the stroke.

В результате юстировки подложки 11 обеспечивается ее движение по заданной траектории.As a result of the alignment of the substrate 11, its movement along a predetermined path is ensured.

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 вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11.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 concave cylindrical surface of the substrate 11 are set.

При включении делительной машины блок 8 управления включает поворотно-фиксирующий механизм 20 делительной каретки 2 для обеспечения неподвижного углового положения делительной каретки 2 в течение всего периода формирования штриховой структуры, а с помощью привода 5 перемещения резцовой каретки выводит резцовую каретку 3, выполненную в виде маятника на опорах 14 вращения, в режим угловых автоколебаний.When you turn on the dividing machine, the control unit 8 includes a rotary-locking mechanism 20 of the dividing carriage 2 to ensure a fixed angular position of the dividing carriage 2 during the entire period of formation of the dashed structure, and using the drive 5 to move the incisal carriage displays the incisor carriage 3, made in the form of a pendulum on supports 14 rotation, in the mode of angular self-oscillations.

При этом блок 8 управления выключает привод 4 перемещения делительной каретки 2, датчик 9 поворота делительной каретки 2 и фиксирующее устройство 19 делительного механизма 16 в течение всего периода формирования штриховой структуры.In this case, the control unit 8 turns off the drive 4 for moving the dividing carriage 2, the sensor 9 for turning the dividing carriage 2 and the locking device 19 of the dividing mechanism 16 during the entire period of formation of the dashed structure.

Делительная машина готова к операции формирования прямолинейных или криволинейных штрихов на вогнутых цилиндрических поверхностях, например, штрихов мастер-матрицы дифракционного оптического элемента.The dividing machine is ready for the operation of forming straight or curved strokes on concave cylindrical surfaces, for example, strokes of the master matrix of a diffractive optical element.

Цикл формирования прямолинейных штрихов мастер-матрицы дифракционного оптического элемента рассмотрим на примере формирования штриховой структуры в меридиональном сечении световой зоны, расположенной между точками 6 и г фокусировки лазерного луча на вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11 (см. фиг. 2 и фиг. 3, на которых резцовая каретка 3 не показана).We will consider the cycle of forming straight strokes of the master matrix of a diffractive optical element using the example of the formation of a dashed structure in the meridional section of the light zone located between the points 6 and d of focusing the laser beam on the concave cylindrical surface of the substrate 11 (see Fig. 2 and Fig. 3, on which tool carriage 3 not shown).

Блок 8, подавая управляющие сигналы, синхронизирует работу трех основных систем - привода 17 линейного перемещения делительного механизма 16, привода 5 перемещения резцовой каретки 3 и устройства 6 для формирования штриха, выполненного в виде лазерной головки.Block 8, by supplying control signals, synchronizes the operation of three main systems - the drive 17 for linear movement of the dividing mechanism 16, 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 вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11, при этом делительный механизм 16 расположен 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 specified light zone of the concave cylindrical surface of the substrate 11, while the dividing mechanism 16 is stationary.

Далее резцовая каретка 3 перемещает устройство 6 для формирования штриха в положение б, совпадающее с началом световой зоны вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11. 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 вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11. 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 17 линейного перемещения делительного механизма 16 подается управляющий сигнал, в результате чего делительный механизм 16 с подложкой 11 начинает совершать линейное перемещение на расстояние, равное текущему периоду штрихов. При этом величина линейного перемещения делительного механизма 16 контролируется датчиком 18.Next, the cutter carriage 3 moves the stroke forming device 6 to position b, which coincides with the beginning of the light zone of the concave cylindrical surface of the substrate 11. From the block 8, a control signal is supplied to the stroke forming device 6, as a result of which the focused laser beam 7 begins to form a stroke in series and continuously from position b, passing position c, to position g inclusive, coinciding with the end of the light zone of the concave cylindrical surface of the substrate 11. Then, in position g, from block 8 to the device 6 for forming the stroke receives a control signal, as a result of which the laser beam is turned off. At the moment the cutter carriage 3 with the device 6 for forming the stroke of position r reaches the linear actuator 17 of the dividing mechanism 16, a control signal is supplied, as a result of which the dividing mechanism 16 with the substrate 11 begins to linearly move a distance equal to the current period of strokes. In this case, the linear displacement of the dividing mechanism 16 is controlled by the sensor 18.

Далее резцовая каретка 3 перемещает устройство 6 для формирования штриха в крайнее правое положение ∂ вне указанной световой зоны вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11.Next, the cutter carriage 3 moves the device 6 for forming a stroke to the extreme right position ∂ outside the specified light zone of the concave cylindrical surface of the substrate 11.

Достигнув крайнего правого положения ∂, устройство 6 для формирования штриха останавливается. Таким образом, устройство 6 для формирования штриха, пройдя траекторию своего движения от положения а до положения ∂, завершило прямой рабочий ход. Достигнув крайнего правого положения ∂, устройство 6 для формирования штриха начинает перемещаться в противоположном направлении - от положения ∂ к положению а, совершая обратный рабочий ход (см. фиг. 3, на которой резцовая каретка 3 не показана).Having reached the extreme right position ∂, the device 6 for forming the stroke stops. Thus, the device 6 for forming a stroke, having passed the trajectory of its movement from position a to position ∂, completed a direct working stroke. Having reached the extreme right position ∂, the device 6 for forming a stroke begins to move in the opposite direction - from position ∂ to position a, making a reverse stroke (see Fig. 3, in which the incisal carriage 3 is not shown).

В момент достижения резцовой кареткой 3 с устройством 6 для формирования штриха положения г делительный механизм 16 с подложкой 11 переместился на заданный линейный шаг, равный текущему периоду штрихов, и остановился. В положении г, совпадающем с началом световой зоны вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11 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 вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11 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 17 линейного перемещения делительного механизма 16 подается управляющий сигнал, в результате чего делительный механизм 16 с подложкой 11 начинает совершать линейное перемещение на расстояние, равное текущему периоду штрихов. При этом величина линейного перемещения делительного механизма 16 контролируется датчиком 18.At the moment the cutter carriage 3 with the device 6 for forming the stroke of position r reaches, the dividing mechanism 16 with the substrate 11 has moved to a predetermined linear step equal to the current period of strokes and stopped. In the position g, which coincides with the beginning of the light zone of the concave cylindrical surface of the substrate 11 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 concave cylindrical surface of the substrate 11 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. When the cutter carriage 3 with the device 6 for forming the stroke of position b reaches the linear actuator 17 of the dividing mechanism 16, a control signal is supplied, as a result of which the dividing mechanism 16 with the substrate 11 starts to linearly move a distance equal to the current period of strokes. In this case, the linear displacement of the dividing mechanism 16 is controlled by the sensor 18.

Далее резцовая каретка 3 перемещает устройство 6 формирования штриха в крайнее левое положение а вне указанной световой зоны вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11. Достигнув крайнего левого положения а, устройство 6 для формирования штриха останавливается. Таким образом, устройство 6 для формирования штриха, пройдя траекторию своего движения от положения ∂ до положения а, завершило обратный рабочий ход. Далее описанный выше цикл перемещения устройства 6 для формирования штриха - от положения а до положения ∂ в прямом рабочем ходе (см. фиг. 2) и от положения ∂ 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 делительный механизм 16 с подложкой 11 проходит последовательно траекторию (с соответствующими остановками на момент формирования каждого штриха) от своего начального положения (см. фиг. 4а) через свое среднее положение, соответствующее меридиональному сечению световой зоны вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11 (см. фиг. 4б), до своего конечного положения (см. фиг. 4в).Next, the cutter carriage 3 moves the stroke forming device 6 to the leftmost position a and outside the specified light zone of the concave cylindrical surface of the substrate 11. 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 ∂ 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 ∂ in a direct working stroke (see Fig. 2) and from position ∂ to position a in a reverse working stroke (see Fig. 3) —when working proposed dividing machine repeated. The process of forming all strokes is carried out similarly to the process described above, while the dividing mechanism 16 with the substrate 11 passes a successive path (with corresponding stops at the time of formation of each stroke) from its initial position (see Fig. 4a) through its mid-position corresponding to the meridional the cross section of the light zone of the concave cylindrical surface of the substrate 11 (see Fig. 4b), to its final position (see Fig. 4c).

Цикл формирования криволинейных штрихов мастер-матрицы дифракционного оптического элемента рассмотрим на примере формирования штриховой структуры в меридиональном сечении световой зоны, расположенной между точками ж и к фокусировки лазерного луча на вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11 (см. фиг. 5, на которой делительная каретка 2 и резцовая каретка 3 не показаны).We consider the cycle of forming curved strokes of the master matrix of a diffractive optical element using the example of the formation of a dashed structure in the meridional section of the light zone located between the points f and f of focusing the laser beam on the concave cylindrical surface of the substrate 11 (see Fig. 5, on which the dividing carriage 2 and tool carriage 3 not shown).

Блок 8, подавая управляющие сигналы, синхронизирует работу трех основных систем - привода 17 линейного перемещения делительного механизма 16, привода 5 перемещения резцовой каретки 3 и устройства 6 для формирования штриха.Block 8, by supplying control signals, synchronizes the operation of three main systems - the drive 17 of the linear movement of the dividing mechanism 16, the drive 5 of the movement of the cutter carriage 3 and the device 6 for forming the stroke.

С целью получения заданной криволинейности штриха привод 17 непрерывно перемещает делительный механизм 16 во время рабочего хода устройства 6 для формирования штриха (при перемещении устройства 6 от положения е до положения л), причем начальная и конечная координаты положения механизма 16 совпадают с базовой координатой положения механизма 16. От этой базовой координаты положения механизма 16 в холостом ходе устройства 6 для формирования штриха (при перемещении устройства 6 от положения л до положения е) привод 17 перемещает делительный механизм 16 на постоянный или переменный шаг изготавливаемой штриховой структуры.In order to obtain the desired curvature of the stroke, the drive 17 continuously moves the dividing mechanism 16 during the stroke of the device 6 for forming the stroke (when moving the device 6 from position e to position l), the initial and final coordinates of the position of the mechanism 16 coinciding with the base coordinate of the position of the mechanism 16 From this basic coordinate of the position of the mechanism 16 at idle of the device 6 for forming a stroke (when moving the device 6 from position l to position e), the actuator 17 moves the dividing mechanism ZM 16 for a constant or variable step of the manufactured stroke structure.

На устройство 6 для формирования штриха подан управляющий сигнал, вследствие чего лазерный луч выключен, а устройство 6 для формирования штриха находится в нерабочем крайнем левом положении е вне указанной световой зоны вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11, при этом делительный механизм 16 расположен неподвижно. Далее резцовая каретка 3 перемещает устройство 6 для формирования штриха в положение ж, совпадающее с началом световой зоны вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11.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 inoperative extreme left position e outside the specified light zone of the concave cylindrical surface of the substrate 11, while the dividing mechanism 16 is stationary. Next, the cutter carriage 3 moves the device 6 for forming a stroke to the position g, which coincides with the beginning of the light zone of the concave cylindrical surface of the substrate 11.

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 ж, проходя положение и, до положения к включительно, совпадающего с окончанием световой зоны вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11. Одновременно, с момента достижения устройством 6 для формирования штриха положения ж, с блока 8 на привод 17 подается управляющий сигнал, вследствие чего привод 17 непрерывно перемещает механизм 16 от его базовой координаты положения, обеспечивая формирование траектории криволинейного штриха в пределах световой зоны от положения ж до положения к.A control signal is received from block 8 to the device 6 for forming the stroke, as a result of which the focused laser beam 7 begins to form a line sequentially and continuously from position g, passing through the position and, up to and including position k, coinciding with the end of the light zone of the concave cylindrical surface of the substrate 11. At the same time, from the moment the device 6 for forming the stroke shows the position g, a control signal is supplied from the unit 8 to the drive 17, as a result of which the drive 17 continuously moves the mechanism 16 from its bases novy coordinates of the position, providing the formation of the trajectory of the curved line within the light zone from position g to position k.

При этом величина и знак линейного перемещения делительного механизма 16 контролируются датчиком 18. В момент достижения устройством 6 для формирования штриха положения к делительный механизм 16 возвращается в свою базовую координату положения и останавливается.In this case, the magnitude and sign of the linear movement of the dividing mechanism 16 are controlled by the sensor 18. At the moment the device 6 for forming a stroke reaches the position of the dividing mechanism 16 returns to its base position coordinate and stops.

Затем, в положении к, с блока 8 на устройство 6 для формирования штриха поступает управляющий сигнал, в результате чего лазерный луч выключается. Далее резцовая каретка 3 перемещает устройство 6 для формирования штриха в крайнее правое положение л вне указанной световой зоны вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11. Достигнув крайнего правого положения л, резцовая каретка 3 с устройством 6 для формирования штриха останавливается.Then, in position k, from the block 8 to the device 6 for forming the stroke receives a control signal, as a result of which the laser beam is turned off. Next, the cutter carriage 3 moves the stroke forming device 6 to the extreme right position l outside the specified light zone of the concave cylindrical surface of the substrate 11. Having reached the right extreme position l, the cutter carriage 3 with the stroke forming device 6 stops.

Таким образом, устройство 6 для формирования штриха, пройдя траекторию своего движения от положения е до положения л, завершило рабочий ход.Thus, the device 6 for forming the stroke, having passed the trajectory of its movement from position e to position l, completed the working stroke.

Достигнув крайнего правого положения л, устройство 6 для формирования штриха начинает перемещаться в противоположном направлении - от положения л к положению е, совершая холостой ход.Having reached the extreme right position l, the device 6 for forming a stroke begins to move in the opposite direction - from position l to position e, making idle.

За время выполнения устройством 6 для формирования штриха холостого хода, с блока 8 на привод 17 поступает управляющий сигнал, вследствие чего делительный механизм 16 с подложкой 11 совершает линейное перемещение на расстояние, равное текущему периоду штриховой структуры, что соответствует постоянному или переменному шагу изготавливаемой штриховой структуры. При этом величина линейного перемещения делительного механизма 16 контролируется датчиком 18.During the execution of the device 6 for forming the idling stroke, a control signal is received from the unit 8 to the drive 17, as a result of which the dividing mechanism 16 with the substrate 11 linearly moves at a distance equal to the current period of the dashed structure, which corresponds to a constant or variable step of the dashed structure . In this case, the linear displacement of the dividing mechanism 16 is controlled by the sensor 18.

В момент достижения устройством 6 для формирования штриха положения е делительный механизм 16 с подложкой 11 останавливается, переместившись на линейное расстояние, равное текущему периоду штриховой структуры.At the moment the device 6 for forming the stroke reaches the position e, the dividing mechanism 16 with the substrate 11 stops, moving a linear distance equal to the current period of the dashed structure.

Далее описанный выше цикл перемещения устройства 6 для формирования штриха - от положения е до положения л - при работе делительной машины повторяется (см. фиг. 5).Further, the above-described cycle of moving the device 6 for forming the stroke — from position e to position l — is repeated during the operation of the dividing machine (see Fig. 5).

Процесс формирования всей штриховой структуры мастер-матрицы дифракционного оптического элемента с криволинейными штрихами выполняется аналогично процессу, описанному выше, при этом делительный механизм 16 с подложкой 11 проходит последовательно траекторию (с соответствующими остановками на момент формирования каждого штриха) от своего начального положения (см. фиг. 4а) через свое среднее положение, соответствующее меридиональному сечению световой зоны вогнутой цилиндрической поверхности подложки 11 (см. фиг. 4б), до своего конечного положения (см. фиг. 4в).The process of forming the entire dashed structure of the master matrix of a diffractive optical element with curved strokes is carried out similarly to the process described above, while the dividing mechanism 16 with the substrate 11 follows a successive path (with corresponding stops at the time of formation of each stroke) from its initial position (see Fig. 4a) through its middle position, corresponding to the meridional section of the light zone of the concave cylindrical surface of the substrate 11 (see Fig. 4b), to its final field burns (see Fig. 4c).

Рассмотрим работу предлагаемой делительной машины в случае формирования штриховых структур с постоянным или переменным шагом и с прямолинейными штрихами на вогнутых (сферических, асферических, в том числе тороидальных) поверхностях (см. фиг. 6-фиг. 8).Consider the work of the proposed dividing machine in the case of the formation of dashed structures with constant or variable pitch and with straight strokes on concave (spherical, aspherical, including toroidal) surfaces (see Fig. 6-Fig. 8).

Для этого случая в исходном нерабочем положении узлов и механизмов делительной машины (см. фиг. 1) делительная каретка 2, делительный механизм 16, резцовая каретка 3, устройство 6 для формирования штриха находятся в статическом состоянии и расположены в вертикальной плоскости, при этом лазерный луч, поворотно-фиксирующий механизм 20 делительной каретки 2, привод 17 и датчик 18 положения делительного механизма 16 выключены.For this case, in the initial inoperative position of the nodes and mechanisms of the dividing machine (see Fig. 1), the dividing carriage 2, the dividing mechanism 16, the cutter carriage 3, the bar forming device 6 are in a static state and are located in a vertical plane, while the laser beam , the rotary-locking mechanism 20 of the dividing carriage 2, the actuator 17 and the position sensor 18 of the dividing mechanism 16 are turned off.

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 вогнутой поверхности подложки 11.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 concave surface of the substrate 11 are set.

При включении делительной машины блок 8 управления включает фиксирующее устройство 19 делительного механизма 16 для обеспечения неподвижного линейного положения делительного механизма 16 относительно делительной каретки 2 в течение всего периода формирования штриховой структуры, а с помощью привода 5 перемещения резцовой каретки 3 выводит резцовую каретку 3, выполненную в виде маятника на опорах 14 вращения, в режим угловых автоколебаний.When the dividing machine is turned on, the control unit 8 includes a locking device 19 of the dividing mechanism 16 to ensure a stationary linear position of the dividing mechanism 16 relative to the dividing carriage 2 during the entire period of formation of the dashed structure, and using the drive 5 to move the cutting carriage 3, displays the cutting carriage 3 made in in the form of a pendulum on bearings 14 of rotation, in the mode of angular self-oscillations.

При этом блок 8 управления выключает привод 17 линейного перемещения делительного механизма 16, датчик 18 положения делительного механизма 16 и поворотно-фиксирующий механизм 20 делительной каретки 2 в течение всего периода формирования штриховой структуры.In this case, the control unit 8 turns off the linear displacement drive 17 of the dividing mechanism 16, the position sensor 18 of the dividing mechanism 16 and the rotary locking mechanism 20 of the dividing carriage 2 during the entire period of formation of the dashed structure.

Делительная машина готова к операции формирования прямолинейных штрихов на вогнутых (сферических, асферических, в том числе тороидальных) поверхностях, например, штрихов мастер-матрицы дифракционного оптического элемента.The dividing machine is ready for the operation of forming straight strokes on concave (spherical, aspherical, including toroidal) surfaces, for example, strokes of the master matrix of a diffractive optical element.

Цикл формирования прямолинейных штрихов мастер-матрицы дифракционного оптического элемента рассмотрим на примере формирования штриховой структуры в меридиональном сечении световой зоны, расположенной между точками н и р фокусировки лазерного луча на вогнутой поверхности подложки 11 (см. фиг. 6 и фиг. 7, на которых резцовая каретка 3 не показана).We will consider the cycle of forming straight strokes of the master matrix of a diffractive optical element using the example of the formation of a dashed structure in the meridional section of the light zone located between the focal points n and p of the laser beam on the concave surface of the substrate 11 (see Fig. 6 and Fig. 7, 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.Unit 8, by supplying control signals, synchronizes the operation of three main systems - drive 4 for moving the dividing carriage 2, drive 5 for moving the cutter carriage 3 and device 6 for forming a stroke.

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 м вне указанной световой зоны вогнутой поверхности подложки 11, 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 m outside the specified light zone of the concave surface of the substrate 11, while the dividing carriage 2 is stationary.

Далее резцовая каретка 3 перемещает устройство 6 для формирования штриха в положение н, совпадающее с началом световой зоны вогнутой поверхности подложки 11.Next, the cutting carriage 3 moves the device 6 for forming a stroke to the position n, which coincides with the beginning of the light zone of the concave surface of the substrate 11.

С блока 8 на устройство 6 поступает управляющий сигнал, в результате чего сфокусированный лазерный луч 7 начинает формировать штрих последовательно и непрерывно от положения н, проходя положение п, до положения р включительно, совпадающего с окончанием световой зоны вогнутой поверхности подложки 11.From the block 8, a control signal is supplied to the device 6, as a result of which the focused laser beam 7 begins to form a stroke sequentially and continuously from position n, passing position n to position p inclusive, coinciding with the end of the light zone of the concave surface of the substrate 11.

Затем, в положении р, с блока 8 на устройство 6 поступает управляющий сигнал, в результате чего лазерный луч выключается. В момент достижения резцовой кареткой 3 с устройством 6 для формирования штриха положения р на привод 4 перемещения делительной каретки 2 подается управляющий сигнал, в результате чего делительная каретка 2 с подложкой 11 начинает совершать поворот на расстояние, равное текущему периоду штриховой структуры в угловой мере. При этом величина поворота делительной каретки 2 контролируется датчиком 9. Далее резцовая каретка 3 перемещает устройство 6 для формирования штриха в крайнее правое положение с вне указанной световой зоны вогнутой поверхности подложки 11.Then, in position p, from the block 8 to the device 6 receives a control signal, 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 p to form a stroke, a control signal is supplied to the actuator 4 to move the dividing carriage 2, as a result of which the dividing carriage 2 with the substrate 11 starts to rotate a distance equal to the current period of the dashed structure in an angular measure. In this case, the rotation value of the dividing carriage 2 is controlled by the sensor 9. Next, the cutter carriage 3 moves the device 6 to form a stroke to the extreme right position from the outside of the specified light zone of the concave surface of the substrate 11.

Достигнув крайнего правого положения с, устройство 6 для формирования штриха останавливается. Таким образом, устройство 6 для формирования штриха пройдя траекторию своего движения от положения м до положения с, завершило прямой рабочий ход. Достигнув крайнего правого положения с, устройство 6 для формирования штриха начинает перемещаться в противоположном направлении -от положения с к положению м, совершая обратный рабочий ход (см. фиг. 7, на которой резцовая каретка 3 не показана).Having reached the extreme right position c, the device 6 for forming the stroke stops. Thus, the device 6 for forming a stroke, having passed the trajectory of its movement from position m to position c, completed a direct working stroke. Having reached the extreme right position c, the device 6 for forming a stroke begins to move in the opposite direction — from position c to position m, making a reverse stroke (see Fig. 7, in which the incisal carriage 3 is not shown).

В момент достижения резцовой кареткой 3 с устройством 6 для формирования штриха положения р делительная каретка 2 с подложкой 11 переместилась на заданный угловой шаг, равный текущему периоду изготавливаемой штриховой структуры в угловой мере, и остановилась.At the moment the cutter carriage 3 with the device 6 for forming the stroke line reaches the position p, the dividing carriage 2 with the substrate 11 has moved by a predetermined angular step equal to the current period of the manufactured stroke structure in an angular measure, and has stopped.

В положении р, совпадающем с началом световой зоны вогнутой поверхности подложки 11 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 р, проходя положение п, до положения н.In the position p, which coincides with the beginning of the light zone of the concave surface of the substrate 11 in the reverse working stroke, the control signal from the control unit 8 is supplied to the line forming device 6, as a result of which the focused laser beam 7 begins to form a line sequentially and continuously from the position p, passing position n, to position n.

В этом случае положение н совпадает с окончанием световой зоны вогнутой поверхности подложки 11 в обратном рабочем ходе. Затем, в положении н, 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 н на привод 4 перемещения делительной каретки 2 подается управляющий сигнал, в результате чего делительная каретка 2 с подложкой 11 начинает совершать поворот на расстояние, равное текущему периоду штриховой структуры в угловой мере.In this case, the position n coincides with the end of the light zone of the concave surface of the substrate 11 in the reverse working stroke. Then, in position n, 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 for forming the stroke n positions is reached, a 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 11 starts to rotate at a distance equal to the current period of the dashed structure in an angular measure.

При этом величина поворота делительной каретки 2 контролируется датчиком 9. Затем резцовая каретка 3 перемещает устройство 6 для формирования штриха в крайнее левое положение м вне указанной световой зоны вогнутой поверхности подложки 11. Достигнув крайнего левого положения м, устройство 6 останавливается. Таким образом, устройство 6 для формирования штриха, пройдя траекторию своего движения от положения с до положения м, завершило свой обратный рабочий ход. Далее описанный выше цикл перемещения устройства 6 для формирования штриха - от положения м до положения с в прямом рабочем ходе (см. фиг. 6) и от положения с до положения м в обратном рабочем ходе (см. фиг. 7) - при работе предлагаемой делительной машины повторяется. Процесс формирования всей штриховой структуры 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 (см. фиг. 8а) через свое среднее положение, соответствующее меридиональному сечению световой зоны вогнутой поверхности подложки 11 (см. фиг. 8б), до своего конечного положения (см. фиг. 8в).In this case, the rotation value of the dividing carriage 2 is controlled by the sensor 9. Then, the cutter carriage 3 moves the device 6 to form a stroke to the leftmost position m outside the specified light zone of the concave surface of the substrate 11. Having reached the leftmost position m, the device 6 stops. Thus, the device 6 for forming the stroke, having passed the trajectory of its movement from position c to position m, completed its reverse working stroke. Further, the above-described cycle of movement of the device 6 for forming the stroke - from position m to position c in a direct working stroke (see Fig. 6) and from position c to position m in a reverse working stroke (see Fig. 7) - during the work of the proposed dividing machine repeated. The process of forming the entire stroke structure is carried out similarly to the process described above, while the dividing carriage 2 traverses the path (with corresponding stops at the time each stroke is formed) from its initial position (see Fig. 8a) through its middle position corresponding to the meridional light section zone of the concave surface of the substrate 11 (see Fig. 8b), to its final position (see Fig. 8c).

Рассмотрим работу предлагаемой делительной машины в случае формирования штриховых структур с постоянным или переменным шагом и с криволинейными штрихами на вогнутых (сферических, асферических, в том числе тороидальных) поверхностях (см. фиг. 8 и фиг. 9).Consider the work of the proposed dividing machine in the case of the formation of dashed structures with constant or variable pitch and with curved strokes on concave (spherical, aspherical, including toroidal) surfaces (see Fig. 8 and Fig. 9).

Для этого случая в исходном нерабочем положении узлов и механизмов делительной машины (см. фиг. 1) делительная каретка 2, делительный механизм 16, резцовая каретка 3, устройство 6 для формирования штриха находятся в статическом состоянии и расположены в вертикальной плоскости, при этом лазерный луч, поворотно-фиксирующий механизм 20 делительной каретки 2 и фиксирующее устройство 19 делительного механизма 16 выключены.For this case, in the initial inoperative position of the nodes and mechanisms of the dividing machine (see Fig. 1), the dividing carriage 2, the dividing mechanism 16, the cutter carriage 3, the bar forming device 6 are in a static state and are located in a vertical plane, while the laser beam , the rotary locking mechanism 20 of the dividing carriage 2 and the locking device 19 of the dividing mechanism 16 are turned off.

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 вращения 14, в режим угловых автоколебаний. При этом блок 8 управления выключает фиксирующее устройство 19 делительного механизма 16 и поворотно-фиксирующий механизм 20 делительной каретки 2 в течение всего периода формирования штриховой структуры.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 rotation supports 14, into the mode of angular self-oscillations. In this case, the control unit 8 turns off the locking device 19 of the dividing mechanism 16 and the rotary-locking mechanism 20 of the dividing carriage 2 during the entire period of formation of the dashed structure.

Делительная машина готова к операции формирования криволинейных штрихов на вогнутых (сферических, асферических, в том числе тороидальных) поверхностях мастер-матрицы дифракционного оптического элемента.The dividing machine is ready for the operation of forming curved strokes on the concave (spherical, aspherical, including toroidal) surfaces of the master matrix of the diffractive optical element.

Цикл формирования криволинейных штрихов с постоянным или переменным шагом мастер-матрицы дифракционного оптического элемента рассмотрим на примере формирования штриховой структуры в меридиональном сечении световой зоны, расположенной между точками у и х фокусировки лазерного луча на вогнутой поверхности подложки 11 (см. фиг. 9, на которой резцовая каретка 3 не показана).The cycle of forming curved strokes with a constant or variable step of the master matrix of a diffractive optical element is considered using the example of the formation of a dashed structure in the meridional section of the light zone located between the focal points x and x of the laser beam on the concave surface of the substrate 11 (see Fig. 9, on which tool carriage 3 not shown).

Блок 8, подавая управляющие сигналы, синхронизирует работу четырех основных систем - привода 4 перемещения делительной каретки 2, привода 17 перемещения делительного механизма 16, привода 5 перемещения резцовой каретки 3 и устройства 6 для формирования штриха.Unit 8, by supplying control signals, synchronizes the operation of four main systems - the drive 4 for moving the dividing carriage 2, the drive 17 for moving the dividing mechanism 16, the drive 5 for moving the cutter carriage 3 and the device 6 for forming a stroke.

С целью получения заданной криволинейности штриха привод 17 непрерывно перемещает делительный механизм 16 во время рабочего хода устройства 6 для формирования штриха (при перемещении устройства 6 от положения т до положения ц), причем начальная и конечная координаты положения механизма 16 совпадают с базовой координатой положения механизма 16, при этом привод 4 неподвижен.In order to obtain the desired curvature of the stroke, the drive 17 continuously moves the dividing mechanism 16 during the stroke of the device 6 for forming the stroke (when moving the device 6 from position t to position c), and the initial and final coordinates of the position of the mechanism 16 coincide with the base coordinate of the position of the mechanism 16 , while the actuator 4 is stationary.

В холостом ходе устройства 6 для формирования штриха привод 17 неподвижен (при перемещении устройства 6 от положения ц до положения т), при этом привод 4 перемещает делительную каретку 2 на заданный постоянный или переменный угловой шаг изготавливаемой штриховой структуры, равный текущему периоду штриховой структуры в угловой мере.When the device 6 for forming the stroke is idle, the drive 17 is stationary (when moving the device 6 from position c to position t), while the drive 4 moves the dividing carriage 2 by a given constant or variable angular pitch of the manufactured stroke structure, equal to the current period of the stroke structure in the corner least.

На устройство 6 для формирования штриха подан управляющий сигнал, вследствие чего лазерный луч выключен, а устройство 6 для формирования штриха находится в нерабочем крайнем левом положении т вне указанной световой зоны вогнутой поверхности подложки 11, при этом делительная каретка 2 и делительный механизм 16 расположены неподвижно относительно друг друга и устройства 6.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 inoperative extreme left position t outside the specified light zone of the concave surface of the substrate 11, while the dividing carriage 2 and the dividing mechanism 16 are stationary relative to each other and devices 6.

Далее резцовая каретка 3 перемещает устройство 6 для формирования штриха в положение у, совпадающее с началом световой зоны вогнутой поверхности подложки 11.Next, the cutting carriage 3 moves the device 6 for forming a stroke to the position y, which coincides with the beginning of the light zone of the concave surface of the substrate 11.

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 у, проходя положение ф, до положения х включительно, совпадающего с окончанием световой зоны вогнутой поверхности подложки 11. При этом делительная каретка 2 остается неподвижной в течение всего периода перемещения устройства 6 - от положения т до положения ц.A control signal is received from block 8 to the device 6 for forming a stroke, as a result of which the focused laser beam 7 begins to form a bar sequentially and continuously from position y, passing position f to position x inclusive, coinciding with the end of the light zone of the concave surface of the substrate 11. When this dividing carriage 2 remains stationary during the entire period of movement of the device 6 from position m to position c.

Одновременно, с момента достижения устройством 6 для формирования штриха положения у, с блока 8 на привод 17 подается управляющий сигнал, вследствие чего от базовой координаты положения делительного механизма 16 привод 17 непрерывно перемещает механизм 16, обеспечивая формирование траектории криволинейного штриха в пределах световой зоны от положения у до положения х. При этом величина и знак линейного перемещения делительного механизма 16 контролируются датчиком 18. В момент достижения устройством 6 для формирования штриха положения х делительный механизм 16 возвращается в свою базовую координату положения и останавливается.At the same time, from the moment the device 6 for forming the stroke y reaches the position y, a control signal is supplied from the unit 8 to the actuator 17, as a result of which the drive 17 continuously moves the mechanism 16 from the base coordinate of the position of the dividing mechanism 16, ensuring the formation of a curved line trajectory within the light zone from the position y to position x. In this case, the magnitude and sign of the linear movement of the dividing mechanism 16 are monitored by the sensor 18. When the device 6 reaches the position x to form a stroke, the dividing mechanism 16 returns to its basic position coordinate and stops.

Затем, в положении х, с блока 8 на устройство 6 для формирования штриха поступает управляющий сигнал, в результате чего лазерный луч выключается.Then, in position x, from the block 8 to the device 6 for forming the stroke receives a control signal, as a result of which the laser beam is turned off.

Далее резцовая каретка 3 перемещает устройство 6 для формирования штриха в крайнее правое положение ц вне указанной световой зоны вогнутой поверхности подложки 11.Next, the cutter carriage 3 moves the device 6 for forming a stroke to the extreme right position c outside the specified light zone of the concave surface of the substrate 11.

Достигнув крайнего правого положения ц, резцовая каретка 3 с устройством 6 для формирования штриха останавливается.Having reached the extreme right position c, the tool carriage 3 with the device 6 for forming the stroke stops.

Таким образом, устройство 6 для формирования штриха, пройдя траекторию своего движения от положения т до положения ц, завершило рабочий ход.Thus, the device 6 for forming the stroke, having passed the trajectory of its movement from position m to position c, completed the working stroke.

Достигнув крайнего правого положения ц, устройство 6 для формирования штриха начинает перемещаться в противоположном направлении - от положения ц к положению т, совершая холостой ход.Having reached the extreme right position c, the device 6 for forming a stroke begins to move in the opposite direction - from position c to position m, making idle.

В момент, когда устройство 6 начинает перемещаться в противоположном направлении - от положения ц, с блока 8 на привод 4 подается управляющий сигнал, вследствие чего привод 4 перемещает делительную каретку 2 на заданный постоянный или переменный угловой шаг изготавливаемой штриховой структуры, равный текущему периоду штриховой структуры в угловой мере.At the moment when the device 6 begins to move in the opposite direction - from the position c, a control signal is supplied from the unit 8 to the actuator 4, as a result of which the actuator 4 moves the dividing carriage 2 by a given constant or variable angular step of the manufactured stroke structure, equal to the current period of the stroke structure in an angular measure.

При этом величина поворота делительной каретки 2 контролируется датчиком 9. Причем делительный механизм 16 остается неподвижным относительно делительной каретки 2 в течение всего холостого хода устройства 6 (от его положения ц до положения т).In this case, the rotation of the dividing carriage 2 is controlled by the sensor 9. Moreover, the dividing mechanism 16 remains stationary relative to the dividing carriage 2 during the entire idle of the device 6 (from its position c to position t).

В момент достижения устройством 6 для формирования штриха положения т делительная каретка 2 останавливается, переместившись на угловое расстояние, равное текущему периоду штриховой структуры в угловой мере.When the device 6 for forming the stroke line reaches the position t, the dividing carriage 2 stops, moving at an angular distance equal to the current period of the dashed structure in an angular measure.

Далее описанный выше цикл перемещения устройства 6 для формирования штриха - от положения т до положения ц, цикл перемещения делительной каретки 2 и делительного механизма 16 при работе делительной машины повторяется (см. фиг. 9).Further, the above-described cycle of movement of the device 6 for forming the stroke — from position m to position c, the cycle of movement of the dividing carriage 2 and the dividing mechanism 16 is repeated during the operation of the dividing machine (see Fig. 9).

Процесс формирования всей штриховой структуры мастер-матрицы дифракционного оптического элемента с криволинейными штрихами и с постоянным или переменным шагом 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 (см. фиг. 8а) через свое среднее положение, соответствующее меридиональному сечению световой зоны вогнутой поверхности подложки 11 (см. фиг. 8б), до своего конечного положения (см. фиг. 8в).The process of forming the entire stroke structure of the master matrix of a diffractive optical element with curvilinear strokes and with constant or variable steps is carried out similarly to the process described above, while the dividing carriage 2 passes a successive path (with corresponding stops at the time of formation of each stroke) from its initial position ( see Fig. 8a) through its middle position, corresponding to the meridional section of the light zone of the concave surface of the substrate 11 (see Fig. 8b), to its final about the position (see Fig. 8B).

Предлагаемая делительная машина маятникового типа для формирования штриховых структур на вогнутых поверхностях с большой стрелкой прогиба, по сравнению с прототипом, позволяет расширить свои функциональные возможности по изготовлению светосильных дифракционных оптических элементов в части коррекции их аберраций за счет обеспечения переменного шага изготавливаемых штриховых структур и криволинейности их штрихов.The proposed pendulum-type dividing machine for forming dashed structures on concave surfaces with a large deflection arrow, in comparison with the prototype, allows expanding its functionality for manufacturing high-aperture diffractive optical elements in terms of correcting their aberrations by providing a variable pitch of manufactured dashed structures and curvilinearity of their strokes .

Использование предлагаемой делительной машины маятникового типа обеспечит возможность формирования штриховых структур, например, дифракционных решеток, мастер-матриц дифракционных оптических элементов, с постоянным или переменным шагом и с прямолинейными или криволинейными штрихами на вогнутых поверхностях (сферических, асферических, в том числе тороидальных, и цилиндрических) с большой стрелкой прогиба (например, 50 мм) за счет введения делительного механизма, его месторасположения и обеспечения возможности его линейного перемещения относительно делительной каретки, а также изменения места расположения устройства для формирования штриха на резцовой каретке.Using the proposed pendulum dividing machine will provide the possibility of forming dashed structures, for example, diffraction gratings, master matrices of diffractive optical elements, with constant or variable pitch and with straight or curved strokes on concave surfaces (spherical, aspherical, including toroidal, and cylindrical ) with a large deflection arrow (for example, 50 mm) due to the introduction of the dividing mechanism, its location and the possibility of its linear movement I'm relatively separating carriage and change the device's location to form a stroke at the cutting carriage.

Claims

A pendulum-type dividing machine for forming dashed structures on concave surfaces, comprising a bed with a dividing carriage located on it with a drive for its movement and a rotation sensor, and a cutting carriage made in the form of a pendulum, with its moving drive made with the possibility of providing angular self-oscillations of the cutter carriage relative to its axis, which is mounted on the rotation bearings located on the frame, while the dividing carriage is mounted on the rotation bearings with the possibility of rotation from relative to the axis located along its supports of rotation, in a plane perpendicular to the plane of the angular self-oscillations of the cutter carriage, and the geometric axis of rotation of the dividing carriage intersects the geometric axis, relative to which the cutter carriage makes angular self-oscillations, a device for forming a stroke made in the form of a laser head and located on the tool carriage, and a control unit for said drives and a stroke forming device, characterized in that the dividing carriage is additional but contains a rotary-locking mechanism and a dividing mechanism, made with the possibility of linear movement by means of its drive in a plane perpendicular to the plane of angular self-oscillations of the cutting carriage, and equipped with a position sensor and a locking device, while the device for forming a stroke is installed at the end of the cutting carriage below the axis its angular self-oscillations, the dividing mechanism is mounted on the end of the dividing carriage below the axis of its rotation, and the control unit is additionally connected to the rotary locking mechanism of the dividing carriage, linear displacement drive, position sensor and locking device of the dividing mechanism.