Устройство для деформационной полировки асферических оптических элементов

Авторы патента:

B29D11 - Изготовление оптических элементов, например линз, призм (шлифование или полирование оптических элементов B24B; конструктивные формы оптических элементов G02B)

Полезная модель относится к оборудованию для экономичного изготовления асферических оптических деталей с повышенными требованиями к качеству преобразования световых потоков - минимизации аберраций, увеличенной апертурой точной фокусировки и т.д. До настоящего времени массовая экономичная технология асферической оптики отсутствует, хотя в научно-технических публикациях и патентах описаны множества устройств и приемов изготовления линз и зеркал параболических и более сложных геометрий [1]. Среди наиболее часто используемых при изготовлении асферической оптики технических решений - абразивная обработка разных секторов оптических поверхностей с варьируемыми по специальной программе скоростями вращения и давлением обрабатывающего инструмента, напыление дополнительных слоев регулируемой толщины, подклейка сверхтонкой отражающей мембраны на основу из отверждаемого материала, толщина которого регулируется заданным образом. Вариант с тонкой упруго гибкой мембраной, опирающейся на основу асферического профиля, представляет интерес не только как асферическое зеркало (см. патенты [2]), но и как пуансон регулируемого асферического профиля для деформационной полировки. В таком случае необходимо упруго гибкую мембрану, используемую в указанных выше патентах в качестве асферического зеркала, ввести в плотный контакт с механически прочной опорой, имеющей огибающую соответствующего асферического профиля, для создания асферического пуансона с оптически гладкой контактной поверхностью. В качестве прототипа выбрана пресс-форма, в которой механическое нагружение с амплитудой, достаточной для пластического деформирования, создается с помощью разницы в коэффициентах термического расширения (КТР) внутреннего штока и охватывающей пресс-форму внешней рамы [3]. При нагреве пресс-формы за счет значительно большего КТР внутреннего штока он оказывает на деталь, размещенную между пуансонами пресс-формы давление, пропорциональное увеличению температуры и разнице в КТР вышеназванных деталей.

Недостатками асферического зеркала из тонкой мембраны, выгнутой внешним давлением либо опирающейся на асферическую основу из отверждаемого материала, в качестве контактной поверхности пуансона для формования асферической оптики давлением являются слабая механическая прочность опоры и отсутствие возможностей в случае необходимости оперативно изменять профиль асферической детали.

Недостатками пресс-формы, в которой давление на оптический элемент, подвергаемый деформационной полировке, возникает при ее нагреве за счет разницы в КТР внутреннего штока пресс-формы и внешней рамкой, применительно к полировке асферик являются трудности с приготовлением опоры с асферической геометрией, плотно прилегающей к упруго гибкой мембране.

Технический результат, для достижения которого предназначена заявляемая полезная модель, заключается в создании устройства для деформационной полировки асферических оптических элементов, в котором выгодно сочетаются способность упруго гибкой мембраны точно повторять профиль опоры и возможность точно управлять формой профиля опоры прецизионной регулировкой температуры. Для решения этой задачи внутренний опорный шток пресс-формы составляется из коаксиально вставленных друг в друга на скользящую посадку втулок, как показано на приведенной фиг.1.

На фиг.1 Схема устройства для деформационной полировки асферической оптики, где:

1 - обрабатываемое зеркало,

2 - составной внутренний шток пресс-формы, составленный из коаксиальных втулок

3 - упруго гибкая мембрана из твердого инертного материала

4 - внешняя рама пресс-формы из материала с низким коэффициентом термического расширения.

Поверхность обрабатываемого зеркала 1 первоначально подготавливается под сферический профиль, наилучшим образом приближающийся к профилю асферической поверхности, которую необходимо получить в результате деформационной полировки. Профиль упруго гибкой мембраны 3 в исходном состоянии делается соответствующим такой же сферической поверхности. Составная поверхность внутреннего штока 2, на который опирается гибкая мембрана 3, так же первоначально полируется под такую же сферическую поверхность. Разницы в длинах отдельных коаксиальных втулок составного опорного штока 2, которые опираются на крышку внешней рамы 4, рассчитываются так, чтобы при увеличении температуры пресс-формы на заданную величину огибающая нижней поверхности составного штока 4 образовала заданный асферический профиль. Средняя длина составного штока определяется величиной перемещения штока в целом вместе с упругой мембраной 3, необходимого для придания поверхности зеркала 4 заданного уровня гладкости посредством деформационной полировки. Необходимо подчеркнуть, что материал упруго гибкой мембраны подбирается так, чтобы при описанном выше процессе деформационной полировки не происходило прилипания поверхности мембраны к поверхности зеркала.

Отличительными особенностями предлагаемого устройства являются:

1) Наличие в пресс-форме опорного штока, составленного из коаксиальных втулок разной длины, опирающихся на крышку рамы с малым коэффициентом термического расширения, огибающая которых при повышении температуры на расчетную величину образует заданную асферическую поверхность.

2) Наличие в пресс-форме упруго гибкой мембраны, которая, опираясь на торцевую поверхность опорного штока, принимает форму ее огибающей и передает деформирующее усилие от штока на поверхность детали, подвергающейся деформационной полировке. Материал мембраны подбирается так, чтобы в процессе деформационной полировки не происходило прилипания поверхности мембраны к обрабатываемой поверхности.

Литературные источники:

1. «Технология оптических деталей» под. ред. М.Н.Семибратова, «Машиностроение», Москва, 1978

2. Патент США US 4382657 от 10.05.1983. Полузакрепленные астрономические зеркала и асферические решетки и методы их изготовления упругим изгибом. Патент CN 101387711, университет Сучоу (Китай, приоритет от 16.03.2009. Метод изготовления асферического зеркала большого размера.

3. Авторское свидетельство СССР 584958, приоритет от 17.05.1976. Н.Е.Гришина, A.M.Зиндер, Ф.В.Тулянкин. Матрица для горячего деформирования металлов.

Устройство для деформационной полировки асферических оптических элементов, содержащее упругогибкую мембрану, внутренний шток из материала с относительно большим коэффициентом термического расширения и внешнюю раму пресс-формы с низким коэффициентом термического расширения, отличающееся тем, что внутренний шток выполнен составным из коаксиальных втулок, причем длина каждой из них рассчитана так, чтобы при нагреве пресс-формы до заданной температуры торцы втулок образовали асферическую поверхность заданного профиля, а упругогибкая мембрана передавала деформирующее усилие от опорного штока на поверхность обрабатываемой детали.

Изготовление декоративного облицовочного материала относится к строительству, а именно, к ручному, механизируемому, автоматическому производству из бетонной смеси декоративных облицовочных материалов для фасадов дома и каминов для бесшовной укладки при облицовке арок, стен, фасадов домов декоративным камнем.