本發(fā)明涉及超精密光學制造領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種光學制造系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

超精密光學制造是指尺寸精度在100nm以內(nèi)的加工制造技術(shù)，主要應用于高端裝備制造領(lǐng)域。隨著航空、精密儀器、光學和激光技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人造衛(wèi)星姿態(tài)控制和遙感器件、光刻和硅片加工設備等高精度平面、曲面和復雜形狀零件的加工需求日益迫切，超精密加工應用范圍日益擴大，它的特點是可直接加工出具有納米級表面光潔度和亞微米級形面精度的表面，借以實現(xiàn)各種優(yōu)化的、高成像質(zhì)量的光學系統(tǒng)，并促使光學電子設備的小型化、陣列化和集成化。

在超精密光學制造過程中，當其設計精度達到亞微米級甚至納米級的時候，由環(huán)境參數(shù)特別是溫度引起的誤差就成了精度進一步提高的一項主要障礙，例如超精密光學元件面形檢測技術(shù)。目前高端的菲索干涉儀面形測量精度可以達到λ/10～λ/100。干涉檢測的工藝過程和測量結(jié)果精度需求都對環(huán)境的指標提出高的需求。另外，在微動電機、激光干涉儀測量系統(tǒng)、三坐標測量系統(tǒng)、高精度位移測量系統(tǒng)等超精密制造過程核心關(guān)鍵技術(shù)中，由于溫度的空間分布不均勻和波動、漂移產(chǎn)生形變，從而導致運動誤差；以激光干涉儀為代表的超精密傳感、測量裝置由于溫度、濕度、壓力的空間分布不均勻和波動、漂移產(chǎn)生測量誤差；空氣顆粒污染、化學污染而導超精密光學加工受到腐蝕，從而影響運行。除此以外，超精密光學制造系統(tǒng)中加工、裝配精度都對環(huán)境要求極高。上述情況都反應了急需引入環(huán)境控制系統(tǒng)來保證設計精度的實現(xiàn)和實際應用的穩(wěn)定性。

根據(jù)經(jīng)驗，針對超精密光學加工制造過程中環(huán)境控制的指標要求為：

溫度指標：其控制范圍為18～24℃，精度為優(yōu)于±0.05℃，穩(wěn)定性為±0.025℃/5min，均勻性為±0.1℃/1000mm。

濕度指標：其控制范圍為<70％RH。

氣浴風速指標：其控制范圍為0-0.5m/s，精度為0.1m/s。

潔凈度指標：J6級凈化/Class 1000。

噪聲指標：氣浴內(nèi)部≤50dB。

現(xiàn)有技術(shù)中，通常設計整體結(jié)構(gòu)方案采用立體“回”字間結(jié)構(gòu)。具體而言，首先，利用恒溫恒濕空調(diào)機組在超精密制造實驗室與外界之間的外圍搭建過渡區(qū)域，在超精密制造實驗室的上、左、右、前、后五個面(下部為回風側(cè))形成溫度精度為±0.2℃的空氣隔層，用以最大限度的隔離外界環(huán)境對實驗室造成的影響。然后，采用另外一套恒溫恒濕空調(diào)機組向?qū)嶒炇覂?nèi)部提供溫度受控、濕度受控和層流處理后的空氣，以保證實驗室最終±0.02℃的溫度精度和J6凈化等級及其他要求。

但是上述方案存在空間浪費的問題，例如一個30m²實驗室內(nèi)僅一臺超精密光學制造設備需要高精度環(huán)境10m²，而上述方案卻要對30m²的環(huán)境進行控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種光學制造系統(tǒng)，能夠?qū)植凯h(huán)境的氣體濕度和潔凈度進行控制。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種光學制造系統(tǒng)，該光學制造系統(tǒng)包括：精密氣體控制裝置、氣體管路以及環(huán)境控制裝置，其中：所述氣體管路的兩端分別連接所述精密氣體控制裝置和環(huán)境控制裝置；所述精密氣體控制裝置包括：除濕裝置，用于吸附輸入的氣體的至少部分水蒸氣，以對輸入的氣體進行除濕；過濾器，用于對經(jīng)過除濕前和/或除濕后的氣體進行凈化過濾，并進一步將經(jīng)過溫度控制和凈化過濾的氣體通過所述氣體管路輸送到所述環(huán)境控制裝置；所述環(huán)境控制裝置包括：高效過濾器，用于對所述精密氣體控制裝置輸送的氣體進一步凈化過濾后輸送到所需的環(huán)境中。

其中，環(huán)境控制裝置還包括：溫度傳感器、濕度傳感器以及風速傳感器，分別對環(huán)境的溫度參數(shù)、濕度參數(shù)以及風速參數(shù)進行采集并反饋給所述精密氣體控制裝置。

其中，過慮器包括初效過濾器和中效過濾器，其中：所述初效過濾器設置在所述除濕裝置的前端，用于對輸入的氣體進行初步凈化過濾，并將經(jīng)過初步過濾的氣體輸送到所述除濕裝置；所述中效過濾器設置在所述除濕裝置的后端，用于對經(jīng)過除濕裝置除濕的氣體進行二次凈化過濾，以通過所述氣體管路輸送到所述環(huán)境控制裝置中。

其中，所述氣體回路還包括換熱器，用于對輸入的氣體進行溫度控制。

其中，換熱器采用翅片管式換熱器，且所述換熱器的形式、換熱面積、迎風面積、總管長、水管排數(shù)和水管口徑可根據(jù)實際需要進行配置。

其中，氣體回路還包括均風裝置、離心風機以及電加熱器，所述換熱器包括初級換熱器和次級換熱器，其中：所述均風裝置的一側(cè)與外部環(huán)境空氣直接接觸，另一側(cè)與所述初效過濾器相連接，所述均風裝置用于將外部空氣經(jīng)過勻化后送入所述初效過濾器內(nèi)部；所述離心風機的一側(cè)與所述初效過濾器連接，另一側(cè)與所述除濕裝置相連接，所述離心風機用于向經(jīng)過初步凈化過濾的氣體提供吸力；所述除濕裝置的一側(cè)與所述離心風機相連接，另一側(cè)與所述初級換熱器相連接；所述初級換熱器的一側(cè)與所述除濕裝置連接，另一側(cè)與所述電加熱器連接，所述初級換熱器用于向經(jīng)過除濕后的氣體提供初級溫度穩(wěn)定的溫度場，以進行初級氣體溫度控制；所述電加熱器的一側(cè)與所述初級換熱器相連接，另一側(cè)與所述次級換熱器相連接，所述電加熱器用于對經(jīng)過初級氣體溫度控制的氣體進行加熱升溫控制；所述次級換熱器的一側(cè)與電加熱器相連接，另一側(cè)與所述中效過濾器相連接，所述次級換熱器用于向經(jīng)過加熱升溫控制的氣體提供次級溫度穩(wěn)定的溫度場，以進行精密氣體溫度控制；所述中效過濾器的一側(cè)與所述次級換熱器連接，另一側(cè)與所述氣體管路連接。

其中，精密氣體控制裝置還包括液體回路，所述液體回路包括初級調(diào)節(jié)閥和次級調(diào)節(jié)閥，其中：所述初級調(diào)節(jié)閥通過管路與所述初級換熱器連接，所述初級調(diào)節(jié)閥用于控制流入和流出所述初級換熱器的循環(huán)液的流量，以向所述初級換熱器提供初級溫度穩(wěn)定的溫度場；所述次級調(diào)節(jié)閥通過管路與所述次級換熱器連接，所述次級調(diào)節(jié)閥用于控制流入和流出所述次級換熱器的循環(huán)液的流量，以向所述次級換熱器提供次級溫度穩(wěn)定的溫度場。

其中，精密氣體控制裝置還包括主控器，所述主控器分別與所述離心風機、電加熱器、初級調(diào)節(jié)閥以及次級調(diào)節(jié)閥相連接，分別對所述離心風機的送風風量、電加熱器的加熱量、初級調(diào)節(jié)閥控制的循環(huán)液的流量以及次級調(diào)節(jié)閥控制的循環(huán)液的流量進行控制。

其中，主控器進一步與所述環(huán)境控制裝置的溫度傳感器、濕度傳感器以及風速傳感器連接，以接收所述溫度參數(shù)、濕度參數(shù)以及風速參數(shù)并反饋給用戶。

其中，光學制造系統(tǒng)還包括液體恒溫控制裝置，所述液體恒溫控制裝置與所述精密氣體控制裝置相連接，用于利用外部循環(huán)液體對所述精密氣體控制裝置內(nèi)部的氣體溫度進行控制。

本發(fā)明的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明提供了一種光學制造系統(tǒng)，該光學制造系統(tǒng)包括精密氣體控制裝置、氣體管路以及環(huán)境控制裝置，其中，氣體管路的兩端分別連接精密氣體控制裝置和環(huán)境控制裝置；精密氣體控制裝置包括除濕裝置和過濾器，其中除濕裝置用于吸附輸入的氣體的至少部分水蒸氣，以對輸入的氣體進行除濕；過濾器用于對經(jīng)過除濕前和/或除濕后的氣體進行凈化過濾，并進一步將經(jīng)過除濕和凈化過濾的氣體通過氣體管路輸送到環(huán)境控制裝置；環(huán)境控制裝置包括高效過濾器，用于對精密氣體控制裝置輸送的氣體進一步凈化過濾后輸送到所需的環(huán)境中。因此，本發(fā)明避免了精密氣體控制裝置直接對整個大環(huán)境空間進行控制，從而導致浪費資源，環(huán)境控制裝置能夠僅對需要進行控制的局部環(huán)境的氣體濕度和潔凈度進行控制。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種光學制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的一種精密氣體控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的一種光學制造系統(tǒng)實測的外部環(huán)境溫度變化曲線圖；

圖4為本發(fā)明的一種光學制造系統(tǒng)的內(nèi)部實測穩(wěn)定后溫度變化曲線圖。

具體實施方式

請參閱圖1和圖2，圖1是本發(fā)明實施例提供的一種光學制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明實施例提供的一種精密氣體控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1和圖2所示，本實施例的光學制造系統(tǒng)10包括精密氣體控制裝置100、氣體管路200以及環(huán)境控制裝置300。

其中，氣體管路200的兩端分別連接精密氣體控制裝置100和環(huán)境控制裝置300。氣體管路200優(yōu)選為軟管連接方式，方便移動。在其他實施例中，氣體管路200也可為固定管路。

精密氣體控制裝置100的一側(cè)與外部空氣直接接觸，另一側(cè)與氣體管路200相連接，精密氣體控制裝置100用于將外部空氣經(jīng)過除濕和凈化后送至氣體管路200。具體的，精密氣體控制裝置100包括除濕裝置4和過濾器28。其中除濕裝置4用于吸附輸入的氣體的至少部分水蒸氣，以對輸入的氣體進行除濕，達到降低氣體濕度的作用。過濾器28用于對經(jīng)過除濕前和/或除濕后的氣體進行凈化過濾，并進一步將經(jīng)過除濕和凈化過濾的氣體通過氣體管路200輸送到環(huán)境控制裝置300。

其中，精密氣體控制裝置100還對外部空氣進行均勻化、溫度控制等，具體將在后文詳述。

環(huán)境控制裝置300包括高效過濾器201，用于對精密氣體控制裝置100輸送的氣體進一步凈化過濾后輸送到所需的環(huán)境中。

具體的，環(huán)境控制裝置200的進風口連接高效過濾器201，高效過濾器201用于對精密氣體控制裝置100輸送的氣體的進行過濾，以提高氣體的潔凈度。高效過濾器201主要過濾氣體內(nèi)0.1μm和0.3μm以上塵埃粒。高效過濾器201可更換，可拆卸。氣體通過環(huán)境控制裝置200內(nèi)部的區(qū)間后排放到所在的空氣環(huán)境中。

可選的，環(huán)境控制裝置300可以為一個封閉或半封閉的設備，將其設置在實驗室或者其他工作環(huán)境中，然后將需要高精度環(huán)境的超精密光學制造設備置于其中，進而僅對該超精密光學制造設備提供高精度環(huán)境。

其中，環(huán)境控制裝置300的大小、尺寸可根據(jù)實際應用調(diào)節(jié)，其形狀可為矩形、正方形等規(guī)則形狀或不規(guī)則形狀。其大小可以為3m³、6m³、9m³、15m³幾個標準尺寸。由此其適用的環(huán)境面積大小包括3m³、6m³、9m³以及15m³。

因此，本發(fā)明實施例的光學制造系統(tǒng)10通過將氣體的濕度控制和凈化的裝置，即精密氣體控制裝置100與環(huán)境控制的裝置，即環(huán)境控制裝置300進行單獨設置，使得環(huán)境控制裝置300可以根據(jù)需要將進行除濕和凈化后的合格氣體輸送到所需的局部環(huán)境中，從而實現(xiàn)僅對所需的局部環(huán)境進行控制，達到節(jié)省資源的目的。

光學制造系統(tǒng)10可放置在外部環(huán)境溫度范圍優(yōu)于±2℃的溫度精度的工作環(huán)境中，例如實驗室，局部環(huán)境的溫度精度可達優(yōu)于±0.05℃。

可選的，光學制造系統(tǒng)10還可放置外部無控制的環(huán)境，則局部環(huán)境的溫度控制精度和外部環(huán)境溫度相關(guān)，內(nèi)/外溫度變化優(yōu)選比例為：1：50。

可選的，精密氣體控制裝置100可根據(jù)計算配置，與多個環(huán)境控制裝置300連接，從而實現(xiàn)對多個局部環(huán)境進行控制。

本實施例中，環(huán)境控制裝置300還包括溫度傳感器202、濕度傳感器203以及風速傳感器204。

溫度傳感器202、濕度傳感器203以及風速傳感器204，分別對局部環(huán)境的溫度參數(shù)、濕度參數(shù)以及風速參數(shù)進行采集并反饋給精密氣體控制裝置100。具體的，光學制造系統(tǒng)10還包括電氣線纜700，溫度傳感器202、濕度傳感器203以及風速傳感器204具體是通過電氣線纜700將采集到的信息實時反饋給精密氣體控制裝置100。

可選的，溫度傳感器202、濕度傳感器203以及風速傳感器204可分別為一個或多個。當溫度傳感器202、濕度傳感器203以及風速傳感器204分別為多個時，其均勻設置在環(huán)境控制裝置300的不同位置。

本實施例中，精密氣體控制裝置100包括氣體回路101。其中，氣體回路101包括前文所述的除濕裝置4和過濾器28。進一步的，過慮器28包括初效過濾器2和中效過濾器8。其中，初效過濾器2設置在除濕裝置4的前端，用于對輸入的氣體進行初步凈化過濾。初效過濾器2主要用于過濾5μm以上塵埃粒子。中效過濾器8設置在除濕裝置4的后端，用于對經(jīng)過除濕裝置4除濕的氣體進行二次凈化過濾，以通過精密氣體控制裝置100外部的氣體管路200送到環(huán)境控制裝置300中，其中，中效過濾器8可更換，可拆卸。本實施例中，過濾器28為板式過濾器、折疊式過濾器以及袋式，過濾材料為無紡布、尼龍網(wǎng)、活性碳濾材以及金屬孔網(wǎng)。

在其他實施例中，為了降低成本，還可以僅設置一個過濾器，例如僅設置初效過濾器2或僅設置中效過濾器8，分別對除濕前或除濕后的氣體進行過濾。

本實施例中，氣體回路101還包括換熱器57，用于對輸入的氣體進行溫度控制。本實施例中，換熱器57優(yōu)選采用翅片管式換熱器，翅片管式換熱器通常有幾排與氣流方向垂直的、外側(cè)帶翅片的翅片管組成。且換熱器57的形式、換熱面積、迎風面積、總管長、水管排數(shù)和水管口徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)可根據(jù)實際需要進行配置。

進一步的，氣體回路101還包括均風裝置1、離心風機3以及電加熱器6，換熱器57包括初級換熱器5和次級換熱器7。其中依次連接順序為：均風裝置1、初效過濾器2、離心風機3、除濕裝置4、初級換熱器5、電加熱器6、次級換熱器7以及中效過濾器8。具體的：

均風裝置1的一側(cè)與外部環(huán)境空氣直接接觸，另一側(cè)與初效過濾器2相連接，均風裝置1用于將外部空氣經(jīng)過勻化后送入初效過濾器內(nèi)部2。均風裝置1能提高換熱器57的效率和空氣溫度均勻性。

離心風機3的一側(cè)與初效過濾器2連接，另一側(cè)與除濕裝置4相連接，離心風機3用于向經(jīng)過初步凈化過濾的氣體提供吸力。其中，離心風機3的吸入風量可調(diào)。離心風機3的送風風量可根據(jù)局部環(huán)境的面積，即環(huán)境控制裝置300的大小進行配置。

除濕裝置4的一側(cè)與離心風機3相連接，另一側(cè)與初級換熱器5相連接，除濕裝置4用于吸附經(jīng)過離心風機3后的氣體的至少部分水蒸氣，以達到降低氣體濕度的作用。

初級換熱器5的一側(cè)與除濕裝置4連接，另一側(cè)與電加熱器6連接，初級換熱器5用于向經(jīng)過除濕后的氣體提供初級溫度穩(wěn)定的溫度場，以進行初級氣體溫度控制。

電加熱器6的一側(cè)與初級換熱器5相連接，另一側(cè)與次級換熱器7相連接，電加熱器6用于對經(jīng)過初級氣體溫度控制的氣體進行加熱升溫控制。電加熱器6的加熱量大小可調(diào)。

次級換熱器7的一側(cè)與電加熱器6相連接，另一側(cè)與中效過濾器8相連接，次級換熱器7用于向經(jīng)過加熱升溫控制的氣體提供次級溫度穩(wěn)定的溫度場，以進行精密氣體溫度控制。

中效過濾器8的一側(cè)與次級換熱器7連接，另一側(cè)與氣體管路連接200。

進一步的，本實施例的精密氣體控制裝置100還包括液體回路102。液體回路102包括初級調(diào)節(jié)閥11和次級調(diào)節(jié)閥12。其中：

初級調(diào)節(jié)閥11通過管路與初級換熱器5連接，初級調(diào)節(jié)閥11用于控制流入和流出初級換熱器5的循環(huán)液的流量，具體是控制流入和流出初級換熱器5的盤管結(jié)構(gòu)的循環(huán)液的流量，以向初級換熱器5提供初級溫度穩(wěn)定的溫度場。初級換熱器5將氣體通過盤管結(jié)構(gòu)提供的初級溫度穩(wěn)定的溫度場，以進行粗略氣體溫度控制。

次級調(diào)節(jié)閥12通過管路與次級換熱器7連接，次級調(diào)節(jié)閥12用于控制流入和流出次級換熱器7的循環(huán)液的流量，具體是控制流入和流出次級換熱器7的盤管結(jié)構(gòu)的循環(huán)液的流量，以向次級換熱器7提供次級溫度穩(wěn)定的溫度場。次級換熱器7將氣體通過盤管結(jié)構(gòu)提供的次級溫度穩(wěn)定的溫度場，以進行精密氣體溫度控制。

進一步的，精密氣體控制裝置100還包括主控器9。主控器9分別與離心風機3、電加熱器6、初級調(diào)節(jié)閥11以及次級調(diào)節(jié)閥12相連接。具體主控器9是通過控制線纜13分別與離心風機3、電加熱器6、初級調(diào)節(jié)閥11以及次級調(diào)節(jié)閥12相連接。

其中，主控器9控制離心風機3的開關(guān)、吸入風量以及送風風量。主控器9控制電加熱器6的開關(guān)和加熱量。主控器9控制初級調(diào)節(jié)閥11控制的循環(huán)液的流量以及次級調(diào)節(jié)閥12控制的循環(huán)液的流量進行電氣控制。

進一步的，主控器9還通過電氣連接線纜700連接環(huán)境控制裝置300內(nèi)設置的溫度傳感器202、濕度傳感器203以及風速傳感器204，以獲取對應的溫度、濕度以及風速信息。

進一步的，精密氣體控制裝置100還包括觸摸屏10。主控器9與觸摸屏10相連接，發(fā)送觸摸屏10需要的人機交互數(shù)據(jù)并接受觸摸屏10的控制指令。觸摸屏10接收并實時顯示主控器9發(fā)送的環(huán)境數(shù)據(jù)，且提供外部人員控制操作。

本實施例中，光學制造系統(tǒng)10還包括液體恒溫控制裝置800，液體恒溫控制裝置800與精密氣體控制裝置100相連接，具體是與精密氣體控制裝置100的進液口和出液口相連接，其中，進液口連接初級調(diào)節(jié)閥11、次級調(diào)節(jié)閥12，出液口連接初級換熱器5和次級換熱器7。液體恒溫控制裝置800用于利用外部循環(huán)液體對精密氣體控制裝置100內(nèi)部的氣體溫度進行控制。

前文介紹了一種光學系統(tǒng)裝置10，經(jīng)過實際測試，得到一組數(shù)據(jù)，參見附圖3，外部環(huán)境溫度變化曲線圖，其外部環(huán)境的溫度變化為：最大值(Max)為22.74℃，最小值(Min)為19.63℃，標準值(Std)為0.7095，平均值(mean)為20.59℃，中值(median)為20.42℃，測量值(PV)為3.109℃。得到的光學系統(tǒng)內(nèi)部的環(huán)境控制裝置的溫度變化數(shù)據(jù)為：最大值(Max)為20.16℃，最小值(Min)為Min:20.02℃，平均值(mean)為20.12℃，標準值(Std)為0.02872，測量值(PV)為0.146℃，具體參見附圖4。得到濕度14％RH，PV：1％RH；潔凈度：class1000級別；噪聲45db。由測試結(jié)果可知，前文介紹的光學系統(tǒng)裝置10能夠滿足超精密光學制造過程中的高精度環(huán)境控制要求。

綜上所述，本發(fā)明的，光學系統(tǒng)裝置10實現(xiàn)對超精密光學制造過程需要超高精度環(huán)境的區(qū)域進行控制，提供局部穩(wěn)定的溫度、濕度、壓力、風速、潔凈度的氣浴環(huán)境。主要應用于超精密光學制造系統(tǒng)加工、裝配等環(huán)境控制精度要求極高的場合，滿足超精密光學制造正常過程的指標要求，保障設計精度的實現(xiàn)和實際應用的穩(wěn)定性，解決了以前設計不能移動、建造及維護費用高昂、空間浪費等問題。本發(fā)明的優(yōu)點在于：局部環(huán)境控制精度高(溫度優(yōu)于±0.05℃，潔凈度class1000級)，費用低，能耗低，可移動，易操作，維護方便。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。