菲涅爾透鏡是一種典型的微結構功能表面,大尺寸菲涅爾透鏡在聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)、投射照明系統(tǒng)及激光電視等光學系統(tǒng)和產(chǎn)品中應用越來越廣泛,市場需求及質量要求越來越高,因此開發(fā)高效率、高精度的大尺寸菲涅爾透鏡制造工藝的具有迫切需求。Roll-to-Roll（RTR）超精密復制加工工藝具有高效率,高精度,低成本的優(yōu)點,是微結構功能表面的理想制造工藝。目前,針對菲涅爾透鏡的RTR制造工藝未能得到充分發(fā)展,主要原因是作為大尺寸菲涅爾透鏡的RTR制造工藝的關鍵環(huán)節(jié),徑向菲涅爾輥筒模具的制造不僅對機床的靜、動態(tài)特性,運動精度及溫控精度等方面提出了嚴苛要求,同時,徑向菲涅爾結構的復雜面型決定了刀具加工軌跡的復雜性,要求機床具有特殊的結構布局及更多的運動軸。因此,菲涅爾輥筒模具的制造工藝成為當前大尺寸菲涅爾透鏡制造工藝面臨的重要技術難題。為解決大尺寸菲涅爾輥筒模具的制造難題,本課題設計并搭建了旋轉慢刀伺服裝置,將其集成到課題組自主研制的輥筒模具超精密加工機床上,得到加工菲涅爾輥筒模具的專用超精密機床,在此基礎上開展菲涅爾輥筒模具的加工工藝研究。本文首先從徑向菲涅爾輥筒模具的加工原理出發(fā),分析了機床的功能需求,... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

微結構陣列a)柱狀透鏡陣列[11]b)金字塔微結構陣列[12]

醬螅?棖罅吭嚼叢蕉啵?剿?高效率、高精度的大尺寸菲涅爾透鏡的加工方法的需求越來越迫切。Roll-to-Roll復制加工技術是超精密復制加工技術的一種，其原理是通過輥筒模具的連續(xù)輥壓，將輥筒模具圓柱表面的微結構利用UV光固技術復刻到PET膜片上形成高品質光學膜[28,29]。與注塑成型，平板模具壓印等復制成形工藝相比，Roll-to-Roll復制加工技術具有模具尺寸大，輥壓過程連續(xù)，自動化程度高，效率極高的優(yōu)點。采用UV光固膠進行復刻，具有接觸面積小，模具與膜片易分離的優(yōu)點。Roll-to-Roll復制加工技術原理如圖1-3所示。圖1-3Roll-to-Roll復制加工技術原理[30]圖1-4超精密輥筒模具綜上所述，菲涅爾透鏡在光學系統(tǒng)中領域的應用十分廣泛，菲涅爾透鏡尺寸的增加能夠大大提高部分光學系統(tǒng)性能。但是，當前的菲涅爾透鏡制造方法存在加工效率低、加工質量受限、成本高等缺點，而采用Roll-to-Roll壓印的方法能夠有效改善以上加工方法的缺陷，提高加工質量與效率。因此，研究大尺寸菲涅爾透鏡的Roll-to-Roll復制加工工藝具有重要意義，工藝的關鍵是大尺寸的徑向菲涅爾輥筒模具的制造。

成型的方法將模具上的菲涅爾結構壓印到光學膜片上，得到大尺寸菲涅爾透鏡。此工藝的關鍵環(huán)節(jié)是大尺寸菲涅爾透鏡模具的超精密加工[32]。超精密加工機床的研制始于20世紀60年代[33]。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前，針對大尺寸菲涅爾透鏡模具的制造，國際上商業(yè)化水平的超精密機床公司已經(jīng)研制了的專用超精密加工機床。如日本東芝機械生產(chǎn)的UTD-2200B(H)和UTD-3400B(H)型號機床是加工聚焦式太陽能系統(tǒng)中使用的大尺寸菲涅爾透鏡模具的專用立式精密車床[34]，分別能夠加工最大直徑2200mm和3400mm的菲涅爾透鏡模具。機床構型如圖1-5所示。圖1-5日本東芝機械UTD系列機床構型[34]UTD系列機床由兩個旋轉軸與兩個直線軸組成。機床的C軸是一個大直徑液體靜壓支承形式的旋轉工作臺，C軸配備有真空吸盤，用來裝夾工件，同時工作臺也配備了減振和散熱裝置，能夠有效抑制外界振動和機床的熱變形誤差對加工精度的影響。B軸是高精度的空氣靜壓主軸，用來實現(xiàn)刀具角度的高精度調整。X軸和Z軸采用高精度的V-V滾針導軌作為其導向部件，能夠在實現(xiàn)超低摩擦的同時抑制導軌運動過程的振動在20nm以內。機床工作時，X軸用來調整加工的菲涅爾模具的半徑，Z軸控制金剛石刀具切削深度，C軸控制工件旋轉，B軸精密調整金剛石刀具傾斜角度。C軸與Z軸的聯(lián)動可實現(xiàn)刀具與工件的模擬車削運動，從而完成大尺寸平板菲涅爾模具的加工。美國Precitech公司生產(chǎn)的Nanoform700ultra和NanoformL1000多軸超精密加工系統(tǒng)可以根據(jù)需求配置成兩軸至四軸，用來進行球面、非球面和自由曲面的超1.2國內外研究現(xiàn)狀分析


本文編號：3567062