本發(fā)明屬于光學(xué)鏡片的制造領(lǐng)域，特別涉及一種超細(xì)直徑內(nèi)窺鏡用物鏡鏡片的制造裝置及其制造方法。

背景技術(shù)：

內(nèi)窺鏡的發(fā)展已超過200年歷史，為醫(yī)療微創(chuàng)、工業(yè)無損檢測和公檢法痕跡識(shí)別等領(lǐng)域做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。內(nèi)窺鏡經(jīng)歷了硬性內(nèi)窺鏡、光纖內(nèi)窺鏡、電子內(nèi)窺鏡、膠囊內(nèi)窺鏡的發(fā)展階段，自1999年始超細(xì)直徑內(nèi)窺鏡由德國鉑立公司（polydiagnostgmbh.）率先采用日本藤倉公司（fujikuraltd.）的石英傳像光纖（imagefiber）和自聚焦透鏡組裝進(jìn)入市場，但由于自聚焦透鏡只能對確定工作距離的物方即沒有景深的物方成像以及色差很大的問題，得不到應(yīng)用領(lǐng)域的認(rèn)可，直到2010年具有景深物鏡系統(tǒng)的出現(xiàn)才真實(shí)地進(jìn)入市場，獲用戶認(rèn)同，但直徑小于0.7mm、公差滿足±0.01mm鏡片制造至今都是難題。

眾所周知超細(xì)直徑內(nèi)窺鏡將在醫(yī)療微創(chuàng)/無創(chuàng)、工業(yè)精密無損檢測、公檢法系統(tǒng)的微細(xì)痕跡識(shí)別等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，我國“國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃：基礎(chǔ)材料技術(shù)提升與產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)專項(xiàng)2016年度項(xiàng)目申報(bào)指南”列入超細(xì)直徑內(nèi)窺鏡的發(fā)展方向，顯然不能回避超細(xì)直徑鏡片的制造難題?，F(xiàn)在我國從事或?qū)碇圃斐?xì)直徑內(nèi)窺鏡的公司在直徑小于0.7mm、公差滿足±0.01mm鏡片都需委托瑞士、德國、美國、日本等發(fā)達(dá)國家去制造，將會(huì)失去自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)并受制于人，當(dāng)然發(fā)達(dá)國家的制造方法并不是十全十美。

現(xiàn)在世界通用制造超細(xì)直徑鏡片的方法有二種：1是先制造小球，然后磨邊再切割后光學(xué)冷加工，如圖1；2是采用無心磨床加工細(xì)直徑玻璃棒，切割后進(jìn)行光學(xué)冷加工，圖2為其工藝流程。這二種方法在加工直徑小于0.7mm鏡片時(shí)容易破裂，報(bào)廢率極高，直徑公差難以滿足要求。

美國專利7116486、7715105提出了制造直徑小于1mm鏡片的方法，先加工略粗直徑的圓柱棒，如1.7mm～2mm，置于支承槽中，通過鋸切多次逼近成超細(xì)直徑圓柱棒，切割后進(jìn)行光學(xué)冷加工。這種方法非常費(fèi)工費(fèi)時(shí)，成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種能夠制造直徑小于0.7mm的超細(xì)直徑內(nèi)窺鏡用物鏡鏡片的制造裝置及其制造方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：一種超細(xì)直徑內(nèi)窺鏡用物鏡鏡片的制造裝置，包括從左往右依次共軸設(shè)置于框架上的真空防塵式管式爐、牽引裝置和切割裝置；所述管式爐包括依次相接的加溫區(qū)、軟化區(qū)和退火區(qū)，且內(nèi)膛通過間隔距離設(shè)置電爐絲；所述加溫區(qū)的工作長度為3cm，加溫區(qū)的溫度由加溫進(jìn)口到加溫出口逐漸升高，加溫進(jìn)口處與加溫出口處的溫度差為100℃；所述軟化區(qū)的工作長度小于3cm；所述軟化區(qū)的溫度與玻璃軟化點(diǎn)溫度匹配；所述退火區(qū)的工作長度大于或等于10cm，退火區(qū)的溫度由退火進(jìn)口到退火出口逐漸降低，退火進(jìn)口處與退火出口處的溫度差為100℃；所述牽引裝置為雙機(jī)械手輪換夾持牽引或履帶夾持牽引；所述切割裝置包括通過電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)切割的樹脂切割片。

上述技術(shù)方案所述雙機(jī)械手輪換夾持牽引包括夾持手、調(diào)速電機(jī)、絲杠和固定框架；所述固定框架固定安裝于管式爐的出口端；所述絲杠具有兩根，且以超細(xì)直徑玻璃棒為中心對稱軸對稱設(shè)置于固定框架的兩側(cè)，各絲杠的一端分別與對應(yīng)的調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連接；所述夾持手為兩個(gè)氣動(dòng)夾持手，一個(gè)夾持手通過對應(yīng)連接件螺紋連接于一根絲杠的左端，另一個(gè)夾持手通過對應(yīng)連接件螺紋連接于另一根絲杠的右端，兩個(gè)夾持手的氣動(dòng)夾持夾頭均對應(yīng)超細(xì)直徑玻璃棒位置設(shè)置。

上述技術(shù)方案所述履帶夾持牽引包括并列設(shè)置的主動(dòng)牽引履帶和從動(dòng)牽引履帶；所述超細(xì)直徑玻璃棒夾持于主動(dòng)牽引履帶和從動(dòng)牽引履帶之間；所述主動(dòng)牽引履通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)作直線牽引。

上述技術(shù)方案所述管式爐真空壓力介于0.01～4mpa，管式爐的內(nèi)膛為剛玉管，管式爐的外壁上安裝有溫控儀表和速控儀表，且管式爐的爐壁一面有玻璃觀察窗口。

一種超細(xì)直徑內(nèi)窺鏡用物鏡鏡片的制造方法，包括以下步驟：

1）將玻璃料塊切割成長料塊；

2）通過滾圓機(jī)加工成直徑介于4～20mm的粗直徑玻璃棒，并研磨拋光；

3）將粗直徑玻璃棒通過精密調(diào)速電機(jī)送至真空防塵的管式爐中加溫軟化；

4）將加溫軟化的粗直徑玻璃棒通過牽引裝置牽引制成超細(xì)直徑的玻璃棒；

5）研磨拋光、切割、光學(xué)冷加工。

上述技術(shù)方案所述步驟4）中，由二個(gè)機(jī)械手在管式爐外沿導(dǎo)軌輪換牽引超細(xì)直徑玻璃棒，牽引至終端的機(jī)械手在切斷超細(xì)直徑玻璃棒同時(shí)，前端機(jī)械手已夾持超細(xì)直徑玻璃棒并開始牽引。

上述技術(shù)方案所述步驟4）中，超細(xì)直徑玻璃棒夾持于主動(dòng)牽引履帶和從動(dòng)牽引履帶之間，主動(dòng)牽引履帶在電機(jī)旋轉(zhuǎn)下作直線牽引。

上述技術(shù)方案中，牽引速度設(shè)定為v2，v2=v1×（?/d）²，其中，?為粗直徑玻璃棒的直徑、d為超細(xì)直徑玻璃棒的直徑。

上述技術(shù)方案所述步驟3）中，精密調(diào)速電機(jī)的速度設(shè)定為v1，v1的范圍為0.5～2mm/分鐘，精度要求±0.05mm/分鐘。

上述技術(shù)方案所述步驟5）中，超細(xì)直徑玻璃棒的切割采用電機(jī)帶動(dòng)樹脂切割片旋轉(zhuǎn)切割，電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω=l/v2，其中，l為所切割的長度，v2為牽引速度。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下積極的效果：

（1）本發(fā)明將玻璃通過滾圓機(jī)加工成粗直徑的玻璃棒，粗直徑玻璃棒送至管式爐中加溫軟化，通過牽引制成超細(xì)直徑的玻璃棒，在加工直徑小于0.7mm鏡片時(shí)不容易破裂，報(bào)廢率低，直徑公差小，容易滿足客戶需求，同時(shí)具有生產(chǎn)成本低，效率高等特點(diǎn)。

附圖說明

為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中

圖1示出超細(xì)直徑鏡片的小球法制造工藝流程。

圖2示出超細(xì)直徑鏡片的無心磨床法制造工藝流程。

圖3示出通過多次鋸切逼近超細(xì)直徑玻璃棒的制造方法。

圖4示出本發(fā)明超細(xì)直徑鏡片的制造流程圖。

圖5示出本發(fā)明超細(xì)直徑玻璃棒機(jī)械手牽引成形裝置示意圖。

圖6示出實(shí)施例一管式爐成形光學(xué)玻璃h-k9l的溫度曲線。

圖7示出雙機(jī)械手輪換夾持牽引裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8示出實(shí)施例二管式爐成形光學(xué)玻璃h-k9l的溫度曲線。

圖9示出超細(xì)直徑玻璃棒履帶牽引成形裝置示意圖。

圖10示出履帶夾持牽引結(jié)構(gòu)原理圖。

圖11示出主動(dòng)牽引履帶與電機(jī)、框架的連接示意圖。

圖12示出實(shí)施例三管式爐成形光學(xué)玻璃h-k9l的溫度曲線。

圖13示出實(shí)施例四管式爐成形光學(xué)玻璃h-f4的溫度曲線。

附圖中標(biāo)號(hào)為：粗直徑玻璃棒1，管式爐2，雙機(jī)械手輪換夾持牽引3，夾持手3.1，連接件3.2，絲杠3.3，調(diào)速電機(jī)3.4，固定框架3.5，切割機(jī)4，超細(xì)直徑玻璃棒5，履帶夾持牽引6，主動(dòng)牽引履帶6.1，從動(dòng)牽引履帶6.2，框架6.3，電機(jī)6.4。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及一種超細(xì)直徑內(nèi)窺鏡用物鏡鏡片的制造裝置，包括從左往右依次共軸設(shè)置于框架6.3上的管式爐2、牽引裝置和切割裝置；管式爐2包括依次相接的加溫區(qū)、軟化區(qū)和退火區(qū)，且內(nèi)膛通過間隔距離設(shè)置電爐絲；加溫區(qū)的工作長度為3cm，加溫區(qū)的溫度由加溫進(jìn)口到加溫出口逐漸升高，加溫進(jìn)口處與加溫出口處的溫度差為100℃；軟化區(qū)的工作長度小于3cm；軟化區(qū)的溫度與玻璃軟化點(diǎn)溫度匹配；退火區(qū)的工作長度大于或等于10cm，退火區(qū)的溫度由退火進(jìn)口到退火出口逐漸降低，退火進(jìn)口處與退火出口處的溫度差為100℃；牽引裝置為雙機(jī)械手輪換夾持牽引3或履帶夾持牽引；切割裝置包括通過電機(jī)6.4帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)切割的樹脂切割片。

雙機(jī)械手輪換夾持牽引3包括夾持手3.1、調(diào)速電機(jī)、絲杠3.3和固定框架3.5；固定框架3.5固定安裝于管式爐2的出口端；絲杠3.3具有兩根，且以超細(xì)直徑玻璃棒為中心對稱軸對稱設(shè)置于固定框架3.5的兩側(cè)，各絲杠3.3的一端分別與對應(yīng)的調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連接；夾持手3.1為兩個(gè)氣動(dòng)夾持手3.1，一個(gè)夾持手3.1通過對應(yīng)連接件3.2螺紋連接于一根絲杠3.3的左端，另一個(gè)夾持手3.1通過對應(yīng)連接件3.2螺紋連接于另一根絲杠3.3的右端，兩個(gè)夾持手3.1的氣動(dòng)夾持夾頭均對應(yīng)超細(xì)直徑玻璃棒位置設(shè)置。

履帶夾持牽引包括并列設(shè)置的主動(dòng)牽引履帶6.1和從動(dòng)牽引履帶6.2；超細(xì)直徑玻璃棒夾持于主動(dòng)牽引履帶6.1和從動(dòng)牽引履帶6.2之間；主動(dòng)牽引履通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)作直線牽引。

管式爐2真空壓力介于0.01～4mpa，管式爐2的內(nèi)膛為剛玉管，管式爐2的外壁上安裝有溫控儀表和速控儀表，且管式爐2的爐壁一面有玻璃觀察窗口。

如圖4本發(fā)明的制造流程，將光學(xué)玻璃h-k9l切割成（10.5×10.5）×300的條料，經(jīng)滾圓機(jī)滾出?10×300的粗直徑玻璃棒1，并研磨拋光，用白綢布沾分析純酒精擦拭以備用；同樣將光學(xué)玻璃h-f4切割成（16.5×16.5）×300的條料，經(jīng)滾圓機(jī)滾出?16×300的粗直徑玻璃棒1。

（實(shí)施例1）

如圖5所示，將?10×300h-k9l粗直徑玻璃棒1送入管式爐2中，送棒速度為1.5mm±0.05mm/分鐘。管式爐2內(nèi)膛為剛玉管，內(nèi)徑20mm，長度210mm，通過對電爐絲間隔距離來設(shè)置加溫區(qū)、軟化區(qū)和退火區(qū)，通過每間隔10mm距離的點(diǎn)溫測量，其溫度曲線如圖6所示，縱坐標(biāo)表示溫度（單位℃），軟化成形溫度約850℃，橫坐標(biāo)表示爐膛長度（單位cm），加溫區(qū)工作長度在25～30mm，軟化區(qū)工作長度30mm左右，退火區(qū)工作長度150mm。牽引裝置為雙機(jī)械手輪換夾持牽引3，牽引速度為930mm/分鐘，圖7為雙機(jī)械手輪換夾持牽引裝置3的結(jié)構(gòu)示意，夾持手3.1在氣動(dòng)作用下即氣動(dòng)夾持夾頭充氣時(shí)夾持超細(xì)直徑玻璃棒5、停氣時(shí)松開超細(xì)直徑玻璃棒5，通過連接件3.2螺紋連接于絲杠3.3上，夾持手3.1夾持手3.1通過調(diào)速電機(jī)3.4沿絲杠3.3做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，3.5為牽引裝置的固定框架。切割機(jī)44由電機(jī)帶樹脂切割刀旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速ω=0.3轉(zhuǎn)/分鐘，樹脂切割片厚度0.5mm、外徑100mm。上述裝置安裝在一有不銹鋼板制造的腔體中，腔體側(cè)面開一玻璃窗口，溫控、速控儀表等被置于腔體外，用真空泵對腔體抽真空，真空壓力設(shè)定為0.06mpa。

成形制成的超細(xì)直徑玻璃棒為0.4（0/-0.008）mm，精度滿足要求。

（實(shí)施例2）

采用圖5的裝置，即管式爐2、牽引裝置和真空壓力不變，將?10×300h-k9l粗直徑玻璃棒1送入管式爐2中，送棒速度設(shè)為1.2mm±0.05mm/分鐘、牽引速度為750mm/分鐘、切割轉(zhuǎn)速ω=0.4轉(zhuǎn)/分鐘。如圖8所示，管式爐2的成型溫度平均下降了30℃。

成形制成的超細(xì)直徑玻璃棒5為0.4±0.005mm，精度滿足要求。

（實(shí)施例3）

如圖9所示，將?10×300h-k9l粗直徑玻璃棒1送入管式爐2中，送棒速度為1.5mm±0.05mm/分鐘。牽引裝置為履帶夾持牽引6，牽引速度設(shè)為460mm/分鐘，圖10和圖11為履帶夾持牽引6結(jié)構(gòu)原理，履帶分主動(dòng)牽引履帶6.16.1和從動(dòng)牽引履帶6.26.2，超細(xì)直徑玻璃棒5被主動(dòng)牽引履帶6.16.1和從動(dòng)牽引履帶6.26.2夾持，主動(dòng)牽引履帶6.16.1在電機(jī)6.4旋轉(zhuǎn)下作直線牽引，該裝置固定在框架6.3上。切割轉(zhuǎn)速ω=0.6轉(zhuǎn)/分鐘，真空壓力設(shè)定為0.06mpa，如圖9所示，管式爐2的成型溫度比實(shí)施例2平均下降了10℃，如圖12。

成形制成的超細(xì)直徑玻璃棒5為0.6±0.01mm，精度滿足要求。

（實(shí)施例4）

采用圖9的裝置，將?16×300h-f4履帶夾持牽引送入管式爐2中，送棒速度設(shè)為1.2mm±0.05mm/分鐘，牽引速度為850mm/分鐘，切割轉(zhuǎn)速ω=0.33轉(zhuǎn)/分鐘，如圖13所示，管式爐的成型溫度比h-k9l高了許多，說明不同玻璃材料成形溫度有變化。

成形制成的超細(xì)直徑玻璃棒5為0.6±0.01mm，精度滿足要求。

實(shí)施例1～4，從爐膛升溫開始到超細(xì)直徑玻璃棒5成形結(jié)束基本沒有超過8小時(shí)，且每次的生產(chǎn)量都超過1萬鏡片的毛坯量，效率高、成本低，特別適合規(guī)?；a(chǎn)。形成的超細(xì)直徑玻璃棒5公差≤±0.01mm。

實(shí)施例1～4，裝置可以橫放也可以豎置。若橫放，管式爐退火區(qū)溫度較難控制，可在剛玉管外設(shè)置冷凝管，另外退火區(qū)長度盡可能長，至少≥10cm；若豎置，退火區(qū)溫度容易控制，但加溫區(qū)需要加冷凝管進(jìn)行溫度控制。

實(shí)施例1～4，對粗玻璃棒直徑?jīng)]有做過多描述，若想批量大可以加大直徑，但需提高成形溫度；批量小，適當(dāng)減小直徑，但直徑太小其直線度相對要差，可以將長度縮短。

注意管式爐的成形溫度盡可能低，防止溫度過高改變玻璃特性。

送棒、管式爐、牽引裝置、切割等有多種結(jié)構(gòu)變化，均為本發(fā)明的覆蓋范圍。

以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。