Мастер-матрица для копирования оптических поверхностей - RU196896U1

Чертежи

Описание

Полезная модель относится к технологической оснастке, применяемой при формообразовании оптических поверхностей со сложной геометрической формой (выпуклых и вогнутых асферических, в том числе цилиндрических и тороидальных) методом копирования, а именно, к разработке конструкции мастер-матрицы для копирования оптических поверхностей, и может быть использована в оптико-электронном приборостроении при массовом изготовлении оптических элементов с асферическими поверхностями.

Наиболее трудоемким этапом при изготовлении технологической оснастки для копирования оптических поверхностей является этап изготовления уникальных прецизионных мастер-матриц с асферической поверхностью на сферической заготовке, которые очень сложно производить в большом количестве при осуществлении массового выпуска оптических элементов с асферическими рабочими поверхностями.

Известна мастер-матрица для копирования оптических поверхностей, используемая в способе изготовления гибридной асферической линзы, содержащая подложку, имеющую асферическую поверхность [WO 2004/097488 от 01.05.2004 г. МПК G02B 7/02. Дата публикации - 11.11.2004 г.].

Прототипом является прецизионная мастер-матрица для копирования оптических поверхностей, содержащая полированную подложку, имеющую асферическую поверхность [Справочник технолога-оптика / Под. ред. М.А. Окатова. - СПб.: Политехника, 2004. С. 333, рис. 7.1, г, С. 335-336].

Подложка, имеющая асферическую поверхность, изготавливается с высоким уровнем точности. Наиболее распространенными являются методы формообразования асферических поверхностей путем их шлифовки и полировки [В.К. Кирилловский, Е.В. Гаврилов. Оптические измерения. Часть 7. Инновационные методы контроля при изготовлении прецизионных асферических поверхностей. СПб ГУ ИТМО. 2009. - С. 6-8].

Основным недостатком аналога и прототипа является технологическая сложность и высокая трудоемкость изготовления мастер-матрицы из-за необходимости тонкого шлифования, полирования, прецизионной ручной доводки (ретуши) эталонной асферической поверхности.

Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является разработка конструкции мастер-матрицы, позволяющей упростить технологию и снизить трудоемкость ее изготовления за счет исключения операции асферизации сферической подложки мастер-матрицы, включающей тонкое шлифование, полирование и прецизионную доводку асферической поверхности.

Техническая задача решается тем, что в мастер-матрице для копирования оптических поверхностей, содержащей подложку с выполненной на ней асферической поверхностью, согласно настоящей полезной модели, асферическая поверхность выполнена на поверхности слоя из отвержденной полимерной композиции, нанесенного на сферическую поверхность подложки, при этом отвержденная полимерная композиция содержит наполнитель в виде порошка с размером частиц не более 10 мкм из той же предварительно отвержденной полимерной композиции, а сферическая поверхность подложки выполнена шлифованной.

На фиг. 1 изображена предлагаемая мастер-матрица для копирования оптических поверхностей.

Мастер-матрица содержит подложку 1, имеющую шлифованную сферическую поверхность 2, на которой выполнена асферическая поверхность 3 в виде слоя 4 отвержденной полимерной композиции, содержащей наполнитель 5.

В качестве наполнителя 5 использован порошок с размером частиц не более 10 мкм из той же предварительно отвержденной полимерной композиции.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

Подложка 1 предлагаемой мастер-матрицы представляет собой выпуклую сферическую шлифованную подложку с размерами 70×60×15 мм с радиусом кривизны рабочей поверхности 500 мм, выполненную из оптического стекла марки К8.

На сферическую шлифованную рабочую поверхность 2 подложки 1 мастер-матрицы нанесен методом копирования асферический слой 4 толщиной 300-400 мкм, представляющий собой отвержденную полимерную композицию на основе пропиленгликольмалеинатфталата с наполнителем 5.

Асферический слой 4 из отвержденной полимерной композиции с наполнителем 5 позволяет использовать в качестве подложки мастер-матрицы подложку 1, шлифованную до сферической поверхности 2, и, тем самым, исключить этап тонкого шлифования, полирования и прецизионной доводки мастер-матрицы для получения асферической поверхности 3.

В качестве наполнителя 5 использован порошок с размером частиц не более 10 мкм из предварительно отвержденной и измельченной полимерной композиции на основе пропиленгликольмалеинатфталата в количестве 60% от объема отверждаемой полимерной композиции, что позволяет получать рабочие асферические поверхности с требуемыми допусками на форму поверхности, шероховатость и чистоту.

Наличие наполнителя 5 в асферическом слое 4 мастер-матрицы позволяет снизить степень линейной усадки полимерной композиции до 4%, что, в свою очередь, позволяет выполнить однократное нанесение на сферическую шлифованную рабочую поверхность 2 асферического слоя 4 и, тем самым, снизить трудоемкость изготовления мастер-матрицы за счет снижения в 3-5 раз времени формирования асферической поверхности 3.

Изготовление предлагаемой мастер-матрицы производится без трудоемких операций тонкого шлифования, полирования и прецизионной ручной доводки (ретуши) асферической поверхности 3, при этом изготовление шлифованной сферической подложки 1 мастер-матрицы осуществляется на оптическом станке с ЧПУ.

Подготовительный этап ее изготовления включает в себя только обработку подложки грубой фрезой и последующее шлифование для получения сферической поверхности (время операции - приблизительно 3 часа).

Окончательный этап изготовления мастер-матрицы включает в себя операцию однократного нанесения методом копирования на сферическую шлифованную рабочую поверхность 2 асферического слоя 4 (время операции - приблизительно 3 часа).

Возможна, но не обязательна, операция напыления в вакууме путем термического испарения на поверхность асферического слоя 4 тонкого металлического слоя с использованием вакуумной установки (время операции - приблизительно 8 часов).

Таким образом, общее время изготовления мастер-матрицы составляет приблизительно 14 часов.

По окончании процесса изготовления мастер-матрицы контролируют параметры ее оптической поверхности на соответствие техническим требованиям (точность заданной поверхности, шероховатость, класс чистоты поверхности).

Мастер-матрица, изготовленная для осуществления массового выпуска зеркал с асферической поверхностью, имеющих размеры 70×60×15 мм и радиусы кривизны рабочей поверхности в меридиальной и в сагиттальной плоскостях равные 500 мм и 334 мм, соответственно, зеркально повторяет копируемую асферическую поверхность и соответствует техническим требованиям.

Износоустойчивость поверхности асферического слоя 4 из отвержденной полимерной композиции с наполнителем 5 сопоставима с износоустойчивостью асферической поверхности 3 подложки из оптического стекла известной мастер-матрицы (прототипа).

Количество копий оптических поверхностей, получаемых при помощи предлагаемой мастер-матрицы и известной мастер-матрицы (прототипа) также сопоставимы и составляет приблизительно 20 единиц.

Были проведены климатические и вибрационные испытания образцов предлагаемой мастер-матрицы, которые показали, что она выдерживает воздействие повышенной влажности и вибраций, а также воздействие перепадов температуры при эксплуатации в диапазоне от -70°С до +90°С.

Пример 2 (прототип).

Подложка данной мастер-матрицы представляет собой полированную подложку, выполненную из оптического стекла марки К8, имеющую заданную асферическую поверхность, с размерами 70×60×15 мм с радиусом кривизны рабочей поверхности в меридиальной и в сагиттальной плоскостях равными 500 мм и 334 мм, соответственно.

Изготовление мастер-матрицы производится с использованием трудоемких операций тонкого шлифования, полирования на оптическом станке с ЧПУ и прецизионной ручной доводки (ретуши) асферической поверхности.

Подготовительный этап ее изготовления включает следующие процессы обработки поверхности подложки мастер-матрицы:

- обработка подложки грубой фрезой и последующее шлифование для получения сферической поверхности (время операции - приблизительно 3 часа);

- тонкое шлифование подложки для получения асферической поверхности (время операции - приблизительно 8 часов);

- полирование асферической поверхности подложки (время операции - приблизительно 24 часа);

- прецизионная доводка асферической поверхности (время операции - приблизительно 12 часов).

Окончательный этап изготовления мастер-матрицы включает в себя напыление в вакууме путем термического испарения на асферическую поверхность тонкого металлического слоя с использованием вакуумной установки (время операции напыления - приблизительно 8 часов).

Общее время изготовления мастер-матрицы, выбранной в качестве прототипа, составляет приблизительно 55 часов.

Таким образом, использование предлагаемой полезной модели, благодаря тому, что асферическая поверхность мастер-матрицы выполнена на поверхности слоя из отвержденной полимерной композиции, нанесенного на сферическую поверхность подложки, при этом отвержденная полимерная композиция содержит наполнитель в виде порошка с размером частиц не более 10 мкм из той же предварительно отвержденной полимерной композиции, а сферическая поверхность подложки выполнена шлифованной, позволяет упростить технологию и снизить время изготовления мастер-матрицы приблизительно в 3-4 раза за счет исключения операций тонкого шлифования подложки для получения асферической поверхности, полирования этой поверхности и ее прецизионной доводки.

Реферат

Полезная модель относится к технологической оснастке, применяемой при формообразовании оптических поверхностей со сложной геометрической формой методом копирования, и может быть использована в оптико-электронном приборостроении при массовом изготовлении оптических элементов с асферическими поверхностями. Мастер-матрица содержит подложку с выполненной на ней асферической поверхностью. Асферическая поверхность выполнена на поверхности слоя из отвержденной полимерной композиции, нанесенного на сферическую поверхность подложки, при этом отвержденная полимерная композиция содержит наполнитель в виде порошка с размером частиц не более 10 мкм из той же предварительно отвержденной полимерной композиции, а сферическая поверхность подложки выполнена шлифованной. Использование полезной модели позволяет упростить технологию и снизить трудоемкость изготовления мастер-матрицы приблизительно в 3-4 раза за счет исключения операций тонкого шлифования подложки для получения асферической поверхности, полирования этой поверхности и ее прецизионной доводки. 1 ил.

Формула