專利名稱：超大型精密光學(xué)軸對稱面薄膜反射鏡及其生產(chǎn)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)元件及其加工方法。
現(xiàn)有的光學(xué)反射鏡是用光學(xué)玻璃或晶體加工后鍍膜制成，或用有機材料，例如用塑料壓制而成。但要制作(Φ1米～Φ10米)的超大型反射鏡用以上兩種方法很難實現(xiàn)。大型光學(xué)玻璃反射鏡內(nèi)應(yīng)力消除很困難，退火周期長，大約2—3個月，光學(xué)精加工周期也很長，要求加工精度高，因此成本高。使用一、兩年以后，因內(nèi)應(yīng)力釋放容易變形，影響使用效果。即使用塑料壓制材料，模具和加工成本也比較高，而且精度難以保證。
本發(fā)明的目的是為了克服上述缺點，提供一種使聚脂薄膜在近熱熔溫度下負(fù)壓抽吸成形的方法制作的超大型精密光學(xué)軸對稱面薄膜反射鏡生產(chǎn)方法和加工裝置。
本發(fā)明可制成如球面、雙曲面、拋物面、擺線面等超大型精密光學(xué)軸對稱面薄膜反射鏡，用來制作各種視景顯示系統(tǒng)，本發(fā)明的實施實例是用來制作高性能飛行模擬器的廣角虛像視景顯示系統(tǒng)。
超大型精密光學(xué)軸對稱薄膜反射鏡的加工系統(tǒng)裝置，包括加熱系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等三大部分。主要裝置有予熱器、電熱加熱器、曲面加熱器、高溫油循環(huán)油泵、力矩電機、減速器、中心軸、轉(zhuǎn)動體及控制部分等。各部分的位置及連接關(guān)系減速器12的殼體與中心軸15固定連接，力矩電機13的傳動軸一端與光電編碼器14連接，另一端通過聯(lián)軸器9與減速器連接，減速器輸出軸上裝有齒輪17，該齒輪與裝在轉(zhuǎn)動體16上的齒輪18相嚙合。轉(zhuǎn)動體是套在中心軸上的，轉(zhuǎn)動體的下端坐在壓力軸承1上，因而轉(zhuǎn)動體可繞中心軸旋轉(zhuǎn)。預(yù)熱器4與球面加熱器3連在一體，并通過支架20使二者與轉(zhuǎn)動體相連接，加熱油箱5、高溫油循環(huán)油泵8、電機10、高溫膨脹槽11等也都裝在支架20上，溫度傳感器6裝在曲面加熱器3上，用來感受曲面加熱器的溫度，在曲面加熱器和預(yù)熱器的最下端裝有放油閥2。配重17裝在曲面加熱器的對面，以使整個轉(zhuǎn)動部分平衡。
油泵是由電機10通過聯(lián)軸器9帶動工作的，油泵進口與加熱油箱的上端及高溫膨脹槽相通，出口與曲面加熱器及預(yù)熱器的上端相通，曲面加熱器及預(yù)熱器的下端與加熱油箱的下端相通，電熱加熱器7裝在加熱油箱上。溫度傳感器6與溫度控制箱22相連，光電編碼器14與轉(zhuǎn)速控制計算機21相連。工作過程力矩電機通過聯(lián)軸器帶動減速器輸入軸轉(zhuǎn)動，經(jīng)過減速器減速后，帶動裝在減速器輸出軸上的齒輪轉(zhuǎn)動，通過該齒輪與裝在轉(zhuǎn)動體上的齒輪相嚙合，帶動轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)動，從而帶動裝在轉(zhuǎn)動體上的所有部件轉(zhuǎn)動，當(dāng)球面加熱器從裝在泡沫玻璃鋼制作的高精度框架上的末成形平面聚脂薄膜上壓過時，在負(fù)壓抽吸的作用下，便使末成形的聚脂薄膜成形為超大型精密光學(xué)軸對稱曲面薄膜反射鏡的基面。
轉(zhuǎn)動體的轉(zhuǎn)速與力矩電機的轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，力矩電機的轉(zhuǎn)速由光電編碼器記錄，并將記錄的數(shù)字信號送給控制計算機，由控制計算機根據(jù)力矩電機當(dāng)前轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的差值輸出控制信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和放大后送給力矩電機，從而形成一個閉環(huán)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在給定的轉(zhuǎn)速0.2～0.4轉(zhuǎn)/分上。曲面加熱器和預(yù)熱器內(nèi)通有循環(huán)加熱油，循環(huán)加熱油的流動路線是已加熱的高溫油由高溫油循環(huán)油泵的出口打出，自上而下流經(jīng)曲面加熱器和預(yù)熱器后進入加熱油箱的下端，經(jīng)電熱加熱器加熱后，進入高溫油循環(huán)油泵，如此循環(huán)不已，直至關(guān)機。當(dāng)油由于溫度升高體積變大時，多余的油進入高溫膨脹槽，反之，當(dāng)油的溫度下降體積變小時，膨脹槽內(nèi)的油返回循環(huán)系統(tǒng)進行補充。曲面加熱器和預(yù)熱器的溫度由溫度傳感器感受，并由溫度控制箱進行控制，使工作溫度控制在230～235±1℃這一薄膜的近熱熔溫度上，系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)熱油由高溫膨脹槽通氣孔處加入。并可從放油閥處全部放出。
轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)速在0.2～0.4轉(zhuǎn)/分，曲面加熱器溫度控制在薄膜的近熱熔溫度(230～235±1℃)，當(dāng)將上述裝置從裝嵌在由泡沫玻璃鋼制作的高精度框架上的末成型平面聚脂薄膜上壓過時，在負(fù)壓抽吸的作用下，平面薄膜形成軸對稱薄膜，轉(zhuǎn)動體繼續(xù)轉(zhuǎn)動，離開曲面加熱器后的薄膜溫度降低，但由于薄膜始終處于負(fù)壓作用，該薄膜以加熱器曲面為準(zhǔn)，精確定形為軸對稱面反射鏡。
本發(fā)明是集光、機、電為一體的高科技項目，其優(yōu)點是1、采用聚苯乙烯泡沫填充玻璃鋼框架結(jié)構(gòu)和負(fù)壓熱抽吸成型的技術(shù)生產(chǎn)超大型(直徑1～8米、曲面面積10平方米以上)的精密光學(xué)軸對稱面薄膜反射鏡。
2、該反射鏡的表面光潔度高、精度高、面形好、成像質(zhì)量高。
3、該系統(tǒng)裝置設(shè)計合理、技術(shù)先進、性能穩(wěn)定、使用和維護方便；加工精度高。
4、采用本發(fā)明制造超大型精密光學(xué)軸對稱反射鏡，制造方法簡便，生產(chǎn)周期短、成本低、價格便宜，約為光學(xué)玻璃和光學(xué)晶體反射鏡價格的二十分之一以下。


圖1為超大型精密光學(xué)軸對稱面薄膜反射鏡加工系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)圖，其中1、壓力軸承 12、減速器2、放油閥13、力矩電機3、曲面加熱器14、光電編碼器4、預(yù)熱器15、中心軸5、加熱油箱 16、轉(zhuǎn)動體6、溫度傳感器17、齒輪17、電熱加熱器18、齒輪28、高溫油循環(huán)油泵19、配重9、聯(lián)軸器20、支架10、油泵電機 21、轉(zhuǎn)數(shù)控制計算機11、高溫油膨脹槽 22、溫度控制箱
具體實施例方式利用本發(fā)明的方法制作成球面半徑為2米，球面面積為10平方米以上的超大型聚脂薄膜凹面光學(xué)球面反射鏡，已用于空軍多臺飛行模擬器的廣角無限遠(yuǎn)視景系統(tǒng)，使用兩年效果良好，薄膜反射鏡2-3年更換一次。使用方便，價格低廉，圖象清晰。
權(quán)利要求
1.一種超大型(鏡面直徑1～8米、面積10平方米以上)精密光學(xué)軸對稱面薄膜反射鏡，其特征在于它是采用泡沫玻璃鋼框架結(jié)構(gòu)，用聚脂薄膜作反射鏡基面，再用特制設(shè)備鍍反射膜和保護膜，將鍍膜后的聚脂薄膜用壓條鑲嵌在泡沫玻璃鋼框架上，制成超大型精密光學(xué)軸對稱面薄膜反射鏡。
2.超大型(直徑1～8米)精密光學(xué)軸對稱面薄膜反射鏡的生產(chǎn)方法，其特征在于轉(zhuǎn)動體在近熱熔溫度(230～235℃±1℃)下，以0.2～0.4轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速；在裝嵌于由泡沫玻璃鋼制作的高精度框架上的未成型聚脂薄膜上壓制時，在負(fù)壓抽吸作用下，形成加熱器曲面為準(zhǔn)的曲面，成型為超大型精密光學(xué)軸對稱面薄膜反射鏡的基面，再用特制真空鍍膜設(shè)備鍍反射膜和保護膜，制成超大型精密光學(xué)軸對稱面薄膜反射鏡。
3.超大型(直徑1～8米)精密光學(xué)軸對稱面薄膜反射鏡加工系統(tǒng)裝置，其特征在于它包括加熱系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，主要設(shè)備有予熱器、電加熱器、曲面加熱器、高溫油循環(huán)油泵、力矩電機、減速器、中心軸、轉(zhuǎn)動體以及控制系統(tǒng)。各部分的位置與連接關(guān)系減速器12的殼體與中心軸15固定連接，力矩電機13與光電編碼器14連接，轉(zhuǎn)動體套在中心軸上并坐在壓力軸承1上，繞中心軸旋轉(zhuǎn)，予熱器4與曲面加熱器3連在一起并通過支架20與轉(zhuǎn)動體相連，加熱油箱5，高溫油循環(huán)油泵8、電機10、高溫膨脹槽11等都裝在支架19上，溫度傳感器裝在曲面加熱器上，在予熱器與曲面加熱器的下端裝有放油閥2，配重19裝在曲面加熱器的對面，油泵是由電機10通過聯(lián)軸器9帶動工作，電加熱器7裝在加熱油箱5上，溫度傳感器6與溫度控制箱22相連，光電編碼器14與轉(zhuǎn)速控制計算機21相連。
全文摘要
超大型精密光學(xué)軸對稱面薄膜反射鏡，采用使平面聚酯薄膜處于近熱熔溫度負(fù)壓抽吸作用下，成型為超大型精密光學(xué)軸對稱面薄膜反射鏡的基面，再用特制真空鍍膜設(shè)備鍍反射膜和保護膜，然后鑲嵌在特制泡沫玻璃鋼框架上，制成超大型精密光學(xué)軸對稱面薄膜反射鏡。該反射鏡表面光潔度高、精度高、面形好、成像質(zhì)量高，該生產(chǎn)工藝先進，加工設(shè)備穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)周期短，成本低，價格僅為光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體反射鏡的二十分之一以下。
文檔編號G02B5/08GK1118442SQ9410866
公開日1996年3月13日 申請日期1994年9月6日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月6日
發(fā)明者倪政國, 盧穎, 劉樹德 申請人:空軍第二航空學(xué)院