超细直径内窥镜用物镜镜片的制造装置的制作方法

本实用新型属于光学镜片的制造领域，特别涉及一种超细直径内窥镜用物镜镜片的制造装置。

背景技术：

内窥镜的发展已超过200年历史，为医疗微创、工业无损检测和公检法痕迹识别等领域做出了不可磨灭的贡献。内窥镜经历了硬性内窥镜、光纤内窥镜、电子内窥镜、胶囊内窥镜的发展阶段，自1999年始超细直径内窥镜由德国铂立公司（Polydiagnost GmbH.）率先采用日本藤仓公司（Fujikura Ltd.）的石英传像光纤（image fiber）和自聚焦透镜组装进入市场，但由于自聚焦透镜只能对确定工作距离的物方即没有景深的物方成像以及色差很大的问题，得不到应用领域的认可，直到2010年具有景深物镜系统的出现才真实地进入市场，获用户认同，但直径小于0.7mm、公差满足±0.01mm镜片制造至今都是难题。

众所周知超细直径内窥镜将在医疗微创/无创、工业精密无损检测、公检法系统的微细痕迹识别等领域有广阔的应用前景，我国“国家重点研发计划：基础材料技术提升与产业化重点专项2016年度项目申报指南”列入超细直径内窥镜的发展方向，显然不能回避超细直径镜片的制造难题。现在我国从事或将来制造超细直径内窥镜的公司在直径小于0.7mm、公差满足±0.01mm镜片都需委托瑞士、德国、美国、日本等发达国家去制造，将会失去自主知识产权并受制于人，当然发达国家的制造方法并不是十全十美。

现在世界通用制造超细直径镜片的方法有二种：1是先制造小球，然后磨边再切割后光学冷加工，如图1；2是采用无心磨床加工细直径玻璃棒，切割后进行光学冷加工，图2为其工艺流程。这二种方法在加工直径小于0.7mm镜片时容易破裂，报废率极高，直径公差难以满足要求。

美国专利7116486、7715105提出了制造直径小于1mm镜片的方法，先加工略粗直径的圆柱棒，如1.7mm～2mm，置于支承槽中，通过锯切多次逼近成超细直径圆柱棒，切割后进行光学冷加工。这种方法非常费工费时，成本高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种能够制造直径小于0.7mm的超细直径内窥镜用物镜镜片的制造装置。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种超细直径内窥镜用物镜镜片的制造装置，包括从左往右依次共轴设置于框架上的真空防尘式管式炉、牵引装置和切割装置；所述管式炉包括依次相接的加温区、软化区和退火区，且内膛通过间隔距离设置电炉丝；所述加温区的工作长度为3cm，加温区的温度由加温进口到加温出口逐渐升高，加温进口处与加温出口处的温度差为100℃；所述软化区的工作长度小于3cm；所述软化区的温度与玻璃软化点温度匹配；所述退火区的工作长度大于或等于10cm，退火区的温度由退火进口到退火出口逐渐降低，退火进口处与退火出口处的温度差为100℃；所述牵引装置为双机械手轮换夹持牵引或履带夹持牵引；所述切割装置包括通过电机带动旋转切割的树脂切割片。

上述技术方案所述双机械手轮换夹持牵引包括夹持手、调速电机、丝杠和固定框架；所述固定框架固定安装于管式炉的出口端；所述丝杠具有两根，且以超细直径玻璃棒为中心对称轴对称设置于固定框架的两侧，各丝杠的一端分别与对应的调速电机的转轴相连接；所述夹持手为两个气动夹持手，一个夹持手通过对应连接件螺纹连接于一根丝杠的左端，另一个夹持手通过对应连接件螺纹连接于另一根丝杠的右端，两个夹持手的气动夹持夹头均对应超细直径玻璃棒位置设置。

上述技术方案所述履带夹持牵引包括并列设置的主动牵引履带和从动牵引履带；所述超细直径玻璃棒夹持于主动牵引履带和从动牵引履带之间；所述主动牵引履通过电机旋转作直线牵引。

上述技术方案所述管式炉真空压力介于0.01～4MPa，管式炉的内膛为刚玉管，管式炉的外壁上安装有温控仪表和速控仪表，且管式炉的炉壁一面有玻璃观察窗口。

一种超细直径内窥镜用物镜镜片的制造方法，包括以下步骤：

1）将玻璃料块切割成长料块；

2）通过滚圆机加工成直径介于4～20mm的粗直径玻璃棒，并研磨抛光；

3）将粗直径玻璃棒通过精密调速电机送至真空防尘的管式炉中加温软化；

4）将加温软化的粗直径玻璃棒通过牵引装置牵引制成超细直径的玻璃棒；

5）研磨抛光、切割、光学冷加工。

上述技术方案所述步骤4）中，由二个机械手在管式炉外沿导轨轮换牵引超细直径玻璃棒，牵引至终端的机械手在切断超细直径玻璃棒同时，前端机械手已夹持超细直径玻璃棒并开始牵引。

上述技术方案所述步骤4）中， 超细直径玻璃棒夹持于主动牵引履带和从动牵引履带之间，主动牵引履带在电机旋转下作直线牵引。

上述技术方案中，牵引速度设定为V2，V2=V1×（ɸ/d）²，其中，ɸ为粗直径玻璃棒的直径、d为超细直径玻璃棒的直径。

上述技术方案所述步骤3）中，精密调速电机的速度设定为V1，V1的范围为0.5～2mm/分钟，精度要求±0.05mm/分钟。

上述技术方案所述步骤5）中，超细直径玻璃棒的切割采用电机带动树脂切割片旋转切割，电机的转速ω=L/V2，其中，L为所切割的长度，V2为牵引速度。

采用上述技术方案后，本实用新型具有以下积极的效果：

（1）本实用新型将玻璃通过滚圆机加工成粗直径的玻璃棒，粗直径玻璃棒送至管式炉中加温软化，通过牵引制成超细直径的玻璃棒，在加工直径小于0.7mm镜片时不容易破裂，报废率低，直径公差小，容易满足客户需求，同时具有生产成本低，效率高等特点。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1示出超细直径镜片的小球法制造工艺流程。

图2示出超细直径镜片的无心磨床法制造工艺流程。

图3示出通过多次锯切逼近超细直径玻璃棒的制造方法。

图4示出本实用新型超细直径镜片的制造流程图。

图5示出本实用新型超细直径玻璃棒机械手牵引成形装置示意图。

图6示出实施例一管式炉成形光学玻璃H-K9L的温度曲线。

图7示出双机械手轮换夹持牵引装置的结构示意图。

图8示出实施例二管式炉成形光学玻璃H-K9L的温度曲线。

图9示出超细直径玻璃棒履带牵引成形装置示意图。

图10示出履带夹持牵引结构原理图。

图11示出主动牵引履带与电机、框架的连接示意图。

图12示出实施例三管式炉成形光学玻璃H-K9L的温度曲线。

图13示出实施例四管式炉成形光学玻璃H-F4的温度曲线。

附图中标号为：粗直径玻璃棒1，管式炉2，双机械手轮换夹持牵引3，夹持手3.1，连接件3.2，丝杠3.3，调速电机3.4，固定框架3.5，切割机4，超细直径玻璃棒5，履带夹持牵引6，主动牵引履带6.1，从动牵引履带6.2，框架6.3，电机6.4。

具体实施方式

本实用新型涉及一种超细直径内窥镜用物镜镜片的制造装置，包括从左往右依次共轴设置于框架6.3上的管式炉2、牵引装置和切割装置；管式炉2包括依次相接的加温区、软化区和退火区，且内膛通过间隔距离设置电炉丝；加温区的工作长度为3cm，加温区的温度由加温进口到加温出口逐渐升高，加温进口处与加温出口处的温度差为100℃；软化区的工作长度小于3cm；软化区的温度与玻璃软化点温度匹配；退火区的工作长度大于或等于10cm，退火区的温度由退火进口到退火出口逐渐降低，退火进口处与退火出口处的温度差为100℃；牵引装置为双机械手轮换夹持牵引3或履带夹持牵引；切割装置包括通过电机6.4带动旋转切割的树脂切割片。

双机械手轮换夹持牵引3包括夹持手3.1、调速电机、丝杠3.3和固定框架3.5；固定框架3.5固定安装于管式炉2的出口端；丝杠3.3具有两根，且以超细直径玻璃棒为中心对称轴对称设置于固定框架3.5的两侧，各丝杠3.3的一端分别与对应的调速电机的转轴相连接；夹持手3.1为两个气动夹持手3.1，一个夹持手3.1通过对应连接件3.2螺纹连接于一根丝杠3.3的左端，另一个夹持手3.1通过对应连接件3.2螺纹连接于另一根丝杠3.3的右端，两个夹持手3.1的气动夹持夹头均对应超细直径玻璃棒位置设置。

履带夹持牵引包括并列设置的主动牵引履带6.1和从动牵引履带6.2；超细直径玻璃棒夹持于主动牵引履带6.1和从动牵引履带6.2之间；主动牵引履通过电机旋转作直线牵引。

管式炉2真空压力介于0.01～4MPa，管式炉2的内膛为刚玉管，管式炉2的外壁上安装有温控仪表和速控仪表，且管式炉2的炉壁一面有玻璃观察窗口。

如图4本实用新型的制造流程，将光学玻璃H-K9L切割成（10.5×10.5）×300的条料，经滚圆机滚出ɸ10×300的粗直径玻璃棒1，并研磨抛光，用白绸布沾分析纯酒精擦拭以备用；同样将光学玻璃H-F4切割成（16.5×16.5）×300的条料，经滚圆机滚出ɸ16×300的粗直径玻璃棒1。

（实施例1）

如图5所示，将ɸ10×300 H-K9L粗直径玻璃棒1送入管式炉2中，送棒速度为1.5mm±0.05mm /分钟。管式炉2内膛为刚玉管，内径20mm，长度210mm，通过对电炉丝间隔距离来设置加温区、软化区和退火区，通过每间隔10mm距离的点温测量，其温度曲线如图6所示，纵坐标表示温度（单位℃），软化成形温度约850℃，横坐标表示炉膛长度（单位cm），加温区工作长度在25～30mm，软化区工作长度30mm左右，退火区工作长度150mm。牵引装置为双机械手轮换夹持牵引3，牵引速度为930mm/分钟，图7为双机械手轮换夹持牵引装置3的结构示意，夹持手3.1在气动作用下即气动夹持夹头充气时夹持超细直径玻璃棒5、停气时松开超细直径玻璃棒5，通过连接件3.2螺纹连接于丝杠3.3上，夹持手3.1夹持手3.1通过调速电机3.4沿丝杠3.3做往复直线运动，3.5为牵引装置的固定框架。切割机44由电机带树脂切割刀旋转，转速ω=0.3转/分钟，树脂切割片厚度0.5mm、外径100mm。上述装置安装在一有不锈钢板制造的腔体中，腔体侧面开一玻璃窗口，温控、速控仪表等被置于腔体外，用真空泵对腔体抽真空，真空压力设定为0.06MPa。

成形制成的超细直径玻璃棒为0.4（0/-0.008）mm，精度满足要求。

（实施例2）

采用图5的装置，即管式炉2、牵引装置和真空压力不变，将ɸ10×300 H-K9L粗直径玻璃棒1送入管式炉2中，送棒速度设为1.2mm±0.05mm /分钟、牵引速度为750mm/分钟、切割转速ω=0.4转/分钟。如图8所示，管式炉2的成型温度平均下降了30℃。

成形制成的超细直径玻璃棒5为0.4±0.005mm，精度满足要求。

（实施例3）

如图9所示，将ɸ10×300 H-K9L粗直径玻璃棒1送入管式炉2中，送棒速度为1.5mm±0.05mm/分钟。牵引装置为履带夹持牵引6，牵引速度设为460mm/分钟，图10和图11为履带夹持牵引6结构原理，履带分主动牵引履带6.16.1和从动牵引履带6.26.2，超细直径玻璃棒5被主动牵引履带6.16.1和从动牵引履带6.26.2夹持，主动牵引履带6.16.1在电机6.4旋转下作直线牵引，该装置固定在框架6.3上。切割转速ω=0.6转/分钟，真空压力设定为0.06MPa，如图9所示，管式炉2的成型温度比实施例2平均下降了10℃，如图12。

成形制成的超细直径玻璃棒5为0.6±0.01mm，精度满足要求。

（实施例4）

采用图9的装置，将ɸ16×300 H-F4履带夹持牵引送入管式炉2中，送棒速度设为1.2mm±0.05mm /分钟，牵引速度为850mm/分钟，切割转速ω=0.33转/分钟，如图13所示，管式炉的成型温度比H-K9L高了许多，说明不同玻璃材料成形温度有变化。

成形制成的超细直径玻璃棒5为0.6±0.01mm，精度满足要求。

实施例1～4，从炉膛升温开始到超细直径玻璃棒5成形结束基本没有超过8小时，且每次的生产量都超过1万镜片的毛坯量，效率高、成本低，特别适合规模化生产。形成的超细直径玻璃棒5公差≤±0.01mm。

实施例1～4，装置可以横放也可以竖置。若横放，管式炉退火区温度较难控制，可在刚玉管外设置冷凝管，另外退火区长度尽可能长，至少≥10cm；若竖置，退火区温度容易控制，但加温区需要加冷凝管进行温度控制。

实施例1～4，对粗玻璃棒直径没有做过多描述，若想批量大可以加大直径，但需提高成形温度；批量小，适当减小直径，但直径太小其直线度相对要差，可以将长度缩短。

注意管式炉的成形温度尽可能低，防止温度过高改变玻璃特性。

送棒、管式炉、牵引装置、切割等有多种结构变化，均为本实用新型的覆盖范围。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。