龙虾眼光学器件球面成形系统与方法技术方案

本发明专利技术提供一种龙虾眼光学器件球面成形系统与方法，包括加热炉、球面成形工装、加压系统、真空泵。加压系统包括电机以及电机驱动的丝杆，丝杠的下端通过金属缆绳连接一配重压盘，配重压盘位于球面成型工装的正上方，并可由所述丝杠驱动上下移动。球面成型工装包括热弯上模具、热弯下模具和底座，通过丝杠带动配重压盘下压热弯上模具进行球面热弯成型。球面成型工装为铝陶瓷材质，热弯上模具、热弯下模具的表面形成有微米级圆孔阵列，在热弯成型过程中通过对加热炉内抽真空处理使得龙虾眼型微孔光学元件在软化贴合模具过程中两者之间不产生气泡，同时通过表面的复合膜层防止热弯贴合时与模具发生粘连。

【技术实现步骤摘要】
龙虾眼光学器件球面成形系统与方法
本专利技术涉及龙虾眼光学器件
，具体而言涉及一种龙虾眼光学器件球面成形系统。
技术介绍
龙虾眼光学器件是一种基于龙虾眼仿生学原理的X射线光学器件，其主要由几百万个方形微孔阵列制作而成。由于其轻质量化的巨大优势，符合未来天文望远镜追求的主流趋势，可广泛应用于空间科学。龙虾眼光学器件主要采纳微通道板制作方式进行制作加工的，加工材质为玻璃，但与微通道板存在不同，其主要是方形微孔结构，且未具有一定曲率半径的球面。对于这种特定曲率半径的球面光学器件来说，需采用特定技术制作出这种球面形状。针对玻璃材质来说，热弯球面成型技术可以实现上述球面结构。结合玻璃材料的特殊性质在高温下通过特定方式将其弯曲成特定曲率半径的球面。对于龙虾眼光学器件来说，其球面成形的复杂程度更高，需确保光学器件内部的数百万个方形微通道指向同一个球心，这关系到最后的射线聚焦性能。在球面成形过程中，球面工装是其重要组成部分，因为在球面成形过程中，龙虾眼光学器件复制的形状来源就是球面工装，这关系到最重成形后的面形和曲率半径数值。为此球面工装成为一个不可忽视的影响因素。在现有的龙虾眼光学器件球面成形过程中，高温环境是必备，其需将玻璃材质加热到可变形温度区，采用外加力的作用将龙虾眼光学器件缓慢贴合球面工装，这需要对工装和玻璃材质的热膨胀系数进行考虑，确保两者的热膨胀系数可匹配，同时在器件贴合模具过程中工装表面与玻璃材质容易夹杂气泡存在，这对于后续成形后的面形有很大影响。目前国际上针对龙虾眼光学器件球面成形技术主要采用不锈钢材质，不锈钢材质的热膨胀系数高，影响最终成形后的曲率半径，同时出现玻璃粘结模具现象。在加工过程中无法实现超高精度的球面面形参数，使得龙虾眼光学器件经过球面成形后的球面质量较差，曲率半径等与设计值存在较大差距，最终影响X射线聚焦性能。现有技术文献：专利文献1：CN105110610A掠入射型微孔x射线光学元件的热弯装置
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种龙虾眼光学器件球面成形系统与方法，在龙虾眼光学器件球面成形过程中可避免气泡和玻璃粘连的缺陷，提高球面成型的质量。为实现上述目的的第一方面提出一种龙虾眼光学器件球面成形系统，包括：加热炉；球面成形工装，设置在加热炉内部中心位置的等温区内；加压系统，通过支架安装在加热炉的上方，并且通过开口波纹管与加热炉连通；真空泵，被设置与所述加热炉连接，用于对加热炉进行抽真空；其中，所述加压系统包括电机以及电机驱动的丝杆，所述丝杆穿过所述开口波纹管进入所述加热炉内，所述丝杠的下端通过金属缆绳连接一配重压盘，配重压盘位于球面成型工装的正上方，并可由所述丝杠驱动上下移动；所述球面成型工装包括热弯上模具、热弯下模具和底座，热弯下模具放置在底座内，随后将待加工的龙虾眼型微孔光学元件中心对称地放置进热弯下模具内，随后放置热弯上模具，通过所述丝杠带动配重压盘下压热弯上模具进行球面热弯成型；其中，所述球面成型工装为铝陶瓷材质，热弯上模具、热弯下模具为上下凹凸模具，所述热弯上模具、热弯下模具的表面形成有微米级圆孔阵列，在热弯成型过程中通过对加热炉内抽真空处理使得龙虾眼型微孔光学元件在软化贴合模具过程中两者之间不产生气泡。优选地，所述铝陶瓷材质的球面成型工装上通过微纳加工形成数百万个微米级圆孔阵列，圆孔的直径为2微米，圆孔之间的间距小于2微米。优选地，所述铝陶瓷材质的球面成型工装的微米级圆孔阵列布满模具表面。优选地，所述热弯上模具、热弯下模具的模具表面为面形RMS小于0.05λ的光滑球面。优选地，所述热弯上模具和热弯下模具的光滑球面上镀制有复合膜层，包括底层的铬膜以及在铬膜的表面的铂膜。优选地，所述铂膜的厚度为60-70nm，铬膜厚度为8nm。优选地，所述系统还包括一位移监测模块，用于监控配重压盘向下移动的距离，并且响应于所述距离不再变化时控制停止下压。优选地，所述配重压盘采用三点式悬挂方式以保持配重压盘的水平状态。优选地，在配重压盘上端面设置三个成三角形分布的点，三点采用螺丝旋钮与金属缆绳连接，螺丝旋钮用于水平度调节，使配重压盘保持水平；金属缆绳向上与一三角支架相连接，三角支架的另一端通过一根金属缆绳与丝杠连接。根据本专利技术的第二方面还提出一种龙虾眼光学器件球面成形方法，包括以下步骤：对球面成形工装进行清洁；将待成型的龙虾眼光学器件放入热弯下模具，然后再压上热弯上模具，放入加热炉内的等温区进行加热；当温度升温到400摄氏度时开启真空泵，进入抽真空模式，将真空度保持在40Pa；当温度升温到设定温度时，进入保温阶段；保温5h后控制电机驱动丝杠进行加压，通过配重压盘向球面成形工装加压，加压时间为4-6h，驱动龙虾眼龙虾眼光学器件贴合光滑球面，实现龙虾眼光学器件的形状复制；其中加压过程中温度和真空度保持恒定；在加压过程中，监测配重压盘的下移量，当监测到配重压盘下移量不再增加时，即表明龙虾眼光学器件完全贴合球面成形工装，不再施加向下压力，然后进入保压状态，维持球面成形工装上现有的压力数值，时间4h，保持龙虾眼光学元件完整贴合模具；保压结束后，进行加压处理，卸载加载到球面成形工装上的压力；启动降温程序，以恒定的降温速率降温至室温。由此，本专利技术的龙虾眼器件球面成型系统的显著优点在于：1、采用铝陶瓷材质的模具材料，材质的热膨胀系数小，耐温系数高，同时结合模具球面的复合膜层，使得工装与光学器件之间具有保护层，减少和消除在高温软化贴合模具过程中的粘连；2、工装为凹凸组合球面，通过精密微纳加工方法对表面进行微孔阵列加工，随后进行光学加工形成具有一定曲率半径的球面模具，在进行球面成形过程中通过抽真空方式确保龙虾眼光学器件在软化贴合模具过程中两者之间不会产生气泡，影响提高成型面形质量；3、采用精密监控的方式，一方面采用光栅尺结合丝杠进行加压驱动运动以及对应的下压的移动距离实时监测，另一方面采用金属缆绳+配重压块的方式进行加压，避免传统的直接刚性加压带来对玻璃施压过度，导致玻璃热弯过度的问题，而热弯过度后，由于模具采用的凹凸设计，具有不可逆性，直接造成废品率高，难以实现紧密控制。应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种龙虾眼光学器件球面成形系统，其特征在于，包括：/n加热炉；/n球面成形工装，设置在加热炉内部中心位置的等温区内；/n加压系统，通过支架安装在加热炉的上方，并且通过开口波纹管与加热炉连通；/n真空泵，被设置与所述加热炉连接，用于对加热炉进行抽真空；/n其中，所述加压系统包括电机以及电机驱动的丝杆，所述丝杆穿过所述开口波纹管进入所述加热炉内，所述丝杠的下端通过金属缆绳连接一配重压盘，配重压盘位于球面成型工装的正上方，并可由所述丝杠驱动上下移动；/n所述球面成型工装包括热弯上模具、热弯下模具和底座，热弯下模具放置在底座内，随后将待加工的龙虾眼型微孔光学元件中心对称地放置进热弯下模具内，随后放置热弯上模具，通过所述丝杠带动配重压盘下压热弯上模具进行球面热弯成型；/n其中，所述球面成型工装为铝陶瓷材质，热弯上模具、热弯下模具为上下凹凸模具，所述热弯上模具、热弯下模具的表面形成有微米级圆孔阵列，在热弯成型过程中通过对加热炉内抽真空处理使得龙虾眼型微孔光学元件在软化贴合模具过程中两者之间不产生气泡。/n

【技术特征摘要】
1.一种龙虾眼光学器件球面成形系统，其特征在于，包括：
加热炉；
球面成形工装，设置在加热炉内部中心位置的等温区内；
加压系统，通过支架安装在加热炉的上方，并且通过开口波纹管与加热炉连通；
真空泵，被设置与所述加热炉连接，用于对加热炉进行抽真空；
其中，所述加压系统包括电机以及电机驱动的丝杆，所述丝杆穿过所述开口波纹管进入所述加热炉内，所述丝杠的下端通过金属缆绳连接一配重压盘，配重压盘位于球面成型工装的正上方，并可由所述丝杠驱动上下移动；
所述球面成型工装包括热弯上模具、热弯下模具和底座，热弯下模具放置在底座内，随后将待加工的龙虾眼型微孔光学元件中心对称地放置进热弯下模具内，随后放置热弯上模具，通过所述丝杠带动配重压盘下压热弯上模具进行球面热弯成型；
其中，所述球面成型工装为铝陶瓷材质，热弯上模具、热弯下模具为上下凹凸模具，所述热弯上模具、热弯下模具的表面形成有微米级圆孔阵列，在热弯成型过程中通过对加热炉内抽真空处理使得龙虾眼型微孔光学元件在软化贴合模具过程中两者之间不产生气泡。


2.根据权利要求1所述的龙虾眼光学器件球面成形系统，其特征在于，所述铝陶瓷材质的球面成型工装上通过微纳加工形成数百万个微米级圆孔阵列，圆孔的直径为2微米，圆孔之间的间距小于2微米。


3.根据权利要求1所述的龙虾眼光学器件球面成形系统，其特征在于，所述铝陶瓷材质的球面成型工装的微米级圆孔阵列布满模具表面。


4.根据权利要求1所述的龙虾眼光学器件球面成形系统，其特征在于，所述热弯上模具、热弯下模具的模具表面为面形RMS小于0.05λ的光滑球面。


5.根据权利要求1所述的龙虾眼光学器件球面成形系统，其特征在于，所述热弯上模具和热弯下模具的光滑球面上镀制有复合膜层，包括底层的铬膜以及在铬膜的表面的铂膜。


6.根据权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜博文，吴超，廖亦戴，顾燕，金戈，张振，徐昭，黎龙辉，朱波，宋淳，
申请(专利权)人：北方夜视技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53