一种二次曲面反射镜的制备方法与流程

本发明涉及曲面反射镜技术领域，尤其涉及一种二次曲面反射镜的制备方法。

背景技术：

在飞行模拟器虚像显示系统以及其他需要大型虚像显示的系统或设备中，需要大型二次曲面反射镜。成品大型二次曲面反射镜的曲面半径一般不超过3.5米，球带范围垂直不大于70度，水平不大于260度。目前该类反射镜用到的材质有金属、玻璃、麦拉膜和树脂四种。其中，金属材质尚处于研究阶段，未大面积推广；玻璃材质是目前在反射率、面型精度等技术性能方面最好的，但是现有的玻璃加工手段难以满足工业化批量生产的要求，成本居高不下，同时玻璃本身具有脆性、耐冲击差、安装难度大的问题；而麦拉膜是通过真空抽吸成型得到曲面反射镜的，生产效率高，可用于运动环境，但是膜寿命短，且不可清洗，使用中容易因为低温和人为因素造成爆裂，同时膜的反射率较低；树脂反射镜具有较好的综合优势，反射率高、耐冲击、寿命长，使用维护成本低，具有很好的发展前景。

目前，大型二次曲面反射镜的制备方法都是沿用传统思路，先利用一般设备制造出较小的反射镜单元，然后进行机械拼接以达到最终所需的大型内径。这种工艺的主要不足是无法根本解决树脂反射镜的边缘热变形问题，造成在偏离设计温度时各反射单元曲率半径变化不一致，接缝处出现尖锐折点，严重时导致反射镜无法使用，甚至是产生无法逆转的形变。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种二次曲面反射镜的制备方法，该方法可一次性成型大型的二次曲面反射镜，不需要拼接。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种二次曲面反射镜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将镀有金属膜的热塑型非结晶树脂板材依次进行切割和超声波焊接，得到型坯；所述型坯的形状和尺寸以完全覆盖所需制作的二次曲面反射镜的镜口展开形状为准；

(2)将所述型坯升温至目标温度，进行吹塑，得到二次曲面反射镜；所述目标温度大于型坯的变形温度，且小于所述型坯上的金属膜热损伤的温度。

优选的，所述镀有金属膜的热塑型非结晶树脂板材的热塑型非结晶树脂层的材料为聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯或聚碳酸酯；所述热塑型非结晶树脂层的厚度为1～5mm。

优选的，所述镀有金属膜的热塑型非结晶树脂板材的金属膜为铝膜、铬膜或银膜；所述金属膜的厚度为300～480nm。

优选的，所述超声波焊接的标准为最终所得成品的焊缝处反射成像畸变不大于5％。

优选的，所述吹塑过程中，吹塑腔内的压力为1.1～1.2标准大气压。

优选的，所述吹塑在恒温箱中进行。

优选的，所述吹塑完成后，还包括冷却降压，所述冷却降压包括如下步骤：

停止加热，在所述恒温箱箱门关闭的条件下，自然冷却，同时降低吹塑腔内的压力；

当所述恒温箱内温度达到50～60℃时，打开所述恒温箱箱门，自然冷却至室温。

优选的，当所述热塑型非结晶树脂板材为镀铝膜亚克力板材时，所述目标温度为102～106℃。

本发明提供了一种二次曲面反射镜的制备方法，包括如下步骤：(1)将镀有金属膜的热塑型非结晶树脂板材依次进行切割和超声波焊接，得到型坯；所述型坯的形状和尺寸以完全覆盖所需制作的二次曲面反射镜的镜口展开形状为准；(2)将所述型坯升温至目标温度，进行吹塑，得到二次曲面反射镜；所述目标温度大于型坯的变形温度，且小于所述型坯上的金属膜热损伤的温度。

本发明所提供的制备方法直接采用镀金属膜的热塑型非结晶树脂板材为原料，通过切割和超声波焊接，得到型坯，然后通过控制吹塑过程的温度，一次性成型得到了二次曲面反射镜。该方法降低了基础设备投入、生产成本和技术风险，且操作过程简单，显著提高了后期成品率，产品质量高且稳定；同时该方法面型一致性好，无需将单元反射镜拼接，制成品重量轻使用方便；尺寸规格变化灵活，本领域技术人员可以根据需要制作成型控制框，工艺适应性强，且所得产品外观整洁，可以直接使用。

附图说明

图1凹框示意图；

图2凸框示意图；

图3凹框、凸框、型坯、密封带、密封板的位置关系示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种二次曲面反射镜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将镀有金属膜的热塑型非结晶树脂板材依次进行切割和超声波焊接，得到型坯；所述型坯的形状和尺寸以完全覆盖所需制作的二次曲面反射镜的镜口展开形状为准；

(2)将所述型坯升温至目标温度，进行吹塑，得到二次曲面反射镜；所述目标温度大于型坯的变形温度，且小于所述型坯上的金属膜热损伤的温度。

本发明所提供的制备方法直接采用镀金属膜的热塑型非结晶树脂板为原料，通过切割和超声波焊接，得到型坯，然后通过控制吹塑过程的温度，一次性成型得到了二次曲面反射镜。该方法降低了基础设备投入、生产成本和技术风险，且操作过程简单，显著提高了后期成品率，产品质量高且稳定；同时该方法面型一致性好，无需将单元反射镜拼接，制成品重量轻使用方便；尺寸规格变化灵活，本领域技术人员可以根据需要制作成型控制框，工艺适应性强，且所得产品外观整洁，可以直接使用。在本发明中，超声波焊接形成的焊缝很细，可以使成品中焊缝处的反射成像畸变减小。

本发明将镀有金属膜的热塑型非结晶树脂板材依次进行切割和超声波焊接，得到型坯；所述型坯的形状和尺寸以完全覆盖所需制作的二次曲面反射镜的镜口展开形状为准。

在本发明中，所述镀有金属膜的热塑型非结晶树脂板材的热塑型非结晶树脂层的材料优选为聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯或聚碳酸酯；所述热塑型非结晶树脂层的厚度优选为1～5mm。在本发明中，以上述树脂材料为基底制备大型二次曲面反射镜，制备过程中，易于吹塑，可塑性强，且得到的产品质量较轻，耐冲击。

在本发明中，所述镀有金属膜的热塑型非结晶树脂板材的金属膜优选为铝膜、铬膜或银膜；所述金属膜的厚度优选为300～480nm。在本发明中，上述金属膜具有延展性好、反射率高的优势。

本发明对所述镀有金属膜的热塑型非结晶树脂板材的规格没有特殊限定，可以为任意规格。在本发明实施例中，优选采用市售标准规格(1.8*1.2m)即可。

在本发明中，所述超声波焊接过程不损坏金属膜；所述超声波焊接的标准优选为最终所得成品的焊缝处反射成像畸变不大于5％。

得到型坯后，本发明将所述型坯升温至目标温度，进行吹塑，得到二次曲面反射镜；所述目标温度大于型坯的变形温度，且小于所述型坯上的金属膜热损伤的温度。在本发明中，在上述目标温度进行吹塑，可保证型坯能够缓慢变形，同时也不会损伤金属膜，有利于提高成品率。

在本发明中，升温至目标温度后，优选先试漏，再进行吹塑。

在本发明中，所述试漏包括如下步骤：向吹塑腔内充气至腔内压力为1.1标准大气压，采用非接触式位移传感器监测型坯的形变情况。当所述型坯发生形变时，说明密封良好。

在本发明中，所述吹塑过程中，吹塑腔内的压力优选为1.1～1.2标准大气压。

在本发明中，当所述热塑型非结晶树脂板材为镀铝膜亚克力板材时，所述目标温度优选为102～106℃。

在本发明中，所述吹塑优选在恒温箱中进行。

在本发明中，所述恒温箱中的压力优选为常压，即1个标准大气压。

本发明对所述吹塑使用的模具没有特殊限定，能够得到所需的二次曲面反射镜即可。

在本发明实施例中，所述吹塑的模具优选为成型控制框；所述成型控制框包括凹框和凸框；所述凹框的框口和凸框的框口形状和尺寸相同，且与所需制作的二次曲面反射镜的镜口形状和尺寸相同。

在本发明实施例中所用的凹框和凸框分别如图1和图2所示。如图1所示，凹框的框口形状为二次曲面反射镜的镜口的形状，凹框后面为凹框支撑部分；类似的凸框的框口形状为二次曲面反射镜的镜口的形状，凸框后面为凸框支撑部分。

在本发明实施例中，所述成型控制框的材质优选为钢或铝。在本发明实施例中，上述材质在200℃以内不会因为紧固、吹塑和正常搬运发生超过1％的永久变形，因此可以确保吹塑得到的目标产物的形状为所需的形状。

在本发明实施例中，所述凹框或凸框优选为带有向外翻出的边沿，所述边沿优选与凹框或凸框的截面相平。在本发明中，所述边沿的设计有利于后续的固定。

本发明对所述成型控制框的制备方法没有特殊限定，能够得到所需结构的成型控制框即可。在本发明实施例中，所述成型控制框优选通过金属数控加工得到。

在本发明中，所述型坯的边缘优选超出所述凹框边缘5～10mm。

在本发明实施例中，所述成型控制框的使用方法优选包括如下步骤：

在凹框上依次放置型坯、密封板和凸框，所述型坯的金属膜侧与密封板接触，所述型坯的非结晶树脂层侧与凹框框口接触，且所述型坯和密封板能够完全覆盖凹框或凸框的框口，凹框和凸框的边缘对齐；在型坯和密封板之间放置密封带，所述密封带在垂直方向上与凹框的边缘对齐，所述密封板和型坯之间形成吹塑腔；所述密封板上设置有进气口；将凹框、型坯、密封板和凸框固定。

在本发明实施例中，完成上述固定后，优选将所述固定后的凸框、型坯和凹框置于恒温箱中，进行吹塑。

在本发明中，所述密封板的材质优选为钢。在本发明中，以钢质板材为密封板，可保证吹塑过程中密封板不变形。本发明对所述密封板的形状和尺寸没有特殊限定，能够覆盖凸框即可。在本发明实施例中，所述密封板的形状与所需制备的二次曲面镜的镜口形状相同，所述密封板的边缘优选超出所述凸框边缘5～10mm。

在本发明中，所述密封带优选为热熔带。在本发明中，所述热熔带在加热至高温时可熔化，将密封板和型坯之间的缝隙密封，从而使密封板和型坯之间形成吹塑腔。

在本发明中，所述凹框、凸框、型坯、密封带、密封板的位置关系如图3所示，从下到上依次为凹框、型坯、密封带、密封板和凸框。

在本发明中，优选在凹框和型坯之间设置密封带，所述密封带沿凹框框口铺放，以对型坯起到保护作用。

本发明对所述固定的方式没有特殊限定，采用本领域常规的固定方式即可。在本发明实施例中，所述固定方式优选为螺栓固定。

在本发明中，所述吹塑完成后，优选还包括冷却降压，所述冷却降压优选包括如下步骤：

停止加热，在所述恒温箱箱门关闭的条件下，自然冷却，同时降低吹塑腔内的压力；

当所述恒温箱内温度达到50～60℃时，打开所述恒温箱箱门，自然冷却至室温。

在本发明中，上述冷却降压过程可保证温度和压力缓慢下降，在降温的过程中，吹塑腔内带有一定的压力，可以使产品的形状更加稳固，同时，有利于避免由于温度下降过快导致型坯发生破损。

当自然冷却至室温，且吹塑腔内压力为常压后，取出二次曲面反射镜。

下面结合实施例对本发明提供的一种二次曲面反射镜的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

(1)通过金属数控加工工艺制备钢制成型控制框，其结构如图1和图2所示，包括凹框和凸框；所述凹框的框口和凸框的框口形状和尺寸相同，且与所需制作的二次曲面反射镜的镜口形状和尺寸相同；

(2)以镀有铝膜的亚克力板为制作大型二次曲面反射镜的材料，镀有铝膜的亚克力板中亚克力基体板的厚度为5mm，铝膜的厚度为300～480nm，所述镀有铝膜的亚克力板的规格为1.8*1.2m；将所述镀有铝膜的亚克力板依次进行切割和超声波焊接，得到直径为4米的型坯；所述超声波焊接的焊缝尽量细且规整，确保气密性；

(3)在所述凹框上依次放置型坯、钢质密封板和凸框，所述型坯的金属膜侧与密封板接触，所述型坯的非结晶树脂层侧与凹框框口接触，且所述型坯和密封板能够完全覆盖凹框或凸框的框口，凹框和凸框的边缘对齐；在型坯和密封板之间放置密封带，所述密封带在垂直方向上与凹框的边缘对齐，所述密封板和型坯之间形成吹塑腔；所述密封板上设置有进气口；将凹框、型坯、密封板和凸框固定，所述型坯边缘超出凸框和凹框的边缘至少5mm；

(4)将所述固定后的凹框、型坯、密封板和凸框置于恒温箱中，升温至107℃，通过进气口向吹塑腔内充气，当吹塑腔内的压力达到1.1标准大气压，采用非接触式位移传感器监测型坯的形变情况，保持吹塑腔内的压力为1.1标准大气压，当非接触式位移传感器测试型坯的形变达到设计值时，停止吹气，停止加热；在恒温箱箱门关闭的条件下，自然冷却，同时缓慢降低所述吹塑腔内的压力，恒温箱内温度降至60℃，打开箱门，继续自然冷却至室温，吹塑腔内的压力降为常压，松开紧固螺栓，取出直径为4m的二次曲面反射镜。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。