本发明涉及镀膜夹具及光学镀膜，特别是一种大尺寸光学元件镀膜夹具和装夹方法。
背景技术：
光学薄膜元件的波面质量会影响光学系统的光束质量，是光学薄膜元件的关键技术指标之一。光学薄膜元件波面质量取决于很多因素，其中，镀膜夹具是一个重要因素。
目前常用的大尺寸光学薄膜元件的镀膜夹具一般包括两种，一种是从待镀膜大尺寸光学元件的侧面夹持元件，另一种是从待镀膜大尺寸光学元件的底部边缘支撑元件。从侧面夹持装夹的镀膜夹具能够实现大尺寸光学元件的全口径镀膜，但要求在大尺寸光学元件的侧面开槽，从而在一定程度上增加了光学元件冷加工的难度和成本，且有些光学元件受限于功能要求，不能对侧面进行开槽。此外，该种镀膜夹具也不适合侧面不垂直于工作面的光学元件。另一种从底部边缘支撑装夹的镀膜夹具虽无需对光学元件的侧面进行开槽，但由于金属材质镀膜夹具的热膨胀系数和光学元件的热膨胀系数不匹配，导致采用该种镀膜夹具的大尺寸光学薄膜元件的波面质量较差，难以满足大尺寸光学薄膜元件在通光口径范围内的波面质量要求。此外，现有的大尺寸光学薄膜元件镀膜夹具无法与机械手配合使用，需由人工放置基片，而大尺寸光学元件，尤其是对角线接近甚至超过1米的光学元件，采用人工放置基片的方法，对元件和操作人员而言都存在安全隐患。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大尺寸光学元件镀膜夹具和装夹方法，能够从光学元件底部边缘装夹支撑，且能提升大尺寸薄膜元件的波面质量，同时还可以与机械手配合使用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种大尺寸光学元件的镀膜夹具，包括框架结构和方形支撑结构，所述的方形支撑结构四边各由加强筋、缓冲条、支撑板、定位块和螺栓组成，所述加强筋、缓冲条、支撑板和定位块设有多个螺栓通孔，所述的框架结构内侧面具有多个螺栓通孔和多个凹槽，所述的多个凹槽分别位于方形支撑结构其中一组对边的外侧，将所述的螺栓旋入四边的加强筋、缓冲条、支撑板和框架结构的螺栓通孔，用于支撑待镀膜的大尺寸光学元件，将所述的螺栓旋入定位块、缓冲条、支撑板和框架结构，对所述的待镀膜的大尺寸光学元件夹持定位，形成一个整体，所述的框架结构外框尺寸与镀膜夹具盘内框一致，正好放置于镀膜夹具盘中。
所述的镀膜夹具可通过机械手对大尺寸光学元件进行装夹，所述框架结构内侧面的多个凹槽的尺寸大于所使用的机械手手爪的尺寸，所述多个凹槽的个数与所使用机械手的手爪个数相同，所述方形支撑结构其中一边外侧的多个凹槽之间的间隔距离与所使用机械手手爪的间隔距离相同。
所述框架结构外框形状与镀膜夹具盘内框形状相同，优选地为方形或圆形。
一种大尺寸光学元件镀膜夹具的装夹方法，包括上述镀膜夹具，所述装夹方法包括以下步骤：
1)将所述的框架结构放置到镀膜夹具盘中；
2)选择方形支撑结构未对应凹槽的一组对边，将所述的螺栓依次旋入该组对边的加强筋、缓冲条、支撑板和框架结构的螺栓通孔进行定位与固定；
3)利用机械手将所述的待镀膜的大尺寸光学元件放置在与框架结构固定的步骤2)中所述的一组对边的缓冲条上；
4)选择方形支撑结构对应凹槽的另一组对边，将所述的螺栓依次旋入该组对边的加强筋、缓冲条、支撑板和框架结构的螺栓通孔进行定位与固定；
5)将所述的螺栓旋入定位块、缓冲条、支撑板和框架结构的螺栓通孔，对所述的待镀膜大尺寸光学元件定位，所述的定位块一侧与待镀膜大尺寸光学元件的外侧面接触，与镀膜夹具形成一个整体。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
1.本发明的镀膜夹具框架结构内侧具有与机械手相匹配的凹槽，能够与机械手配合使用，实现机械装夹，提升了操作安全性。
2.本发明的镀膜夹具从光学元件底部边缘装夹支撑，可以对侧面没有开槽不能从侧面夹持的大尺寸光学元件进行装夹。
3.本发明的方形支撑结构外侧和框架结构内侧不完全接触，能够减少因镀膜夹具和光学元件热膨胀系数不匹配引起的问题，抑制大尺寸光学薄膜元件的边缘效应，提升大尺寸光学元件的波面质量。
附图说明
图1为本发明实施例1的大尺寸光学元件镀膜夹具的俯视图；
图2为图1中aa’向剖视图；
图3为本发明实施例1的大尺寸光学元件镀膜夹具装夹大尺寸光学元件后的俯视图；
图4为采用常规镀膜夹具和本发明实施例1大尺寸光学元件镀膜夹具分别制备的反射薄膜镀膜前后的波面质量psd1的增量；
图5为采用常规镀膜夹具和本发明实施例1大尺寸光学元件镀膜夹具分别制备的反射薄膜的波面质量psd1；
图6为本发明实施例2的大尺寸光学元件镀膜夹具的俯视图；
图7为本发明实施例2的大尺寸光学元件镀膜夹具装夹大尺寸光学元件后的俯视图；
附图标注说明：1-框架结构；2-方形支撑结构；3-加强筋；4-缓冲条；5-支撑板；6-定位块；7-凹槽；8-大尺寸光学元件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：圆形框架结构的镀膜夹具
如图1至3所示，一种大尺寸光学元件的镀膜夹具，包括框架结构1和方形支撑结构2，所述的框架结构1材料为硬铝，所述的方形支撑结构2四边各由加强筋3、缓冲条4、支撑板5、定位块6和螺栓组成，所述的加强筋3和支撑板5材料为不锈钢，所述的缓冲条4和定位块6材料为聚四氟乙烯，所述加强筋3、缓冲条4、支撑板5和定位块6设有多个螺栓通孔，所述的框架结构1内侧面具有多个螺栓通孔和四个凹槽7，所述的四个凹槽7分别位于方形支撑结构2其中一组对边的外侧，所述的一组对边中每边各对应两个凹槽，将所述的螺栓旋入四边的加强筋3、缓冲条4、支撑板5和框架结构1的螺栓通孔，用于支撑待镀膜的大尺寸光学元件8，将所述的螺栓旋入定位块6、缓冲条4、支撑板5和框架结构1，对所述的待镀膜的大尺寸光学元件8夹持定位，形成一个整体，所述方形支撑结构2四边外侧和框架结构1内侧不完全接触，均留有空隙，能够减少因镀膜夹具和光学元件热膨胀系数不匹配引起的问题，所述的框架结构外框尺寸与镀膜夹具盘内框一致，正好放置于镀膜夹具盘中。
所述的镀膜夹具可通过机械手对大尺寸光学元件进行装夹，在本实施例中，所使用机械手手爪个数为4个，所述框架结构内侧面的四个凹槽7的尺寸大于所使用的机械手手爪的尺寸，凹槽宽度为110mm，所述方形支撑结构2一组对边中每边两个凹槽的间隔距离和机械手一侧手爪的间隔距离相同，两个凹槽的中心距离为300mm。
所述框架结构1外框形状与镀膜夹具盘内框形状相同，为圆形，所述框架结构1上下两侧的圆孔可放置用于性能测试的小尺寸陪镀样品，如图6所示。
一种大尺寸光学元件镀膜夹具的装夹方法，包括上述镀膜夹具，所述装夹方法包括以下步骤：
1)将所述的圆形框架结构1放置到镀膜夹具盘中；
2)选择方形支撑结构2未对应凹槽7的一组对边，将所述的螺栓依次旋入该组对边的加强筋3、缓冲条4、支撑板5和框架结构1的螺栓通孔进行定位与固定；
3)利用机械手将所述的待镀膜的大尺寸光学元件8放置在与框架结构固定的步骤2)中所述的一组对边的缓冲条4上；
4)选择方形支撑结构2对应凹槽7的另一组对边，将所述的螺栓依次旋入该组对边的加强筋3、缓冲条4、支撑板5和框架结构1的螺栓通孔进行定位与固定；
5)将所述的螺栓旋入定位块6、缓冲条4、支撑板5和框架结构1的螺栓通孔，对所述的待镀膜大尺寸光学元件8定位，所述的定位块一侧与待镀膜大尺寸光学元件8的外侧面接触，与镀膜夹具形成一个整体。
在本实施例中，所述的待镀膜大尺寸光学元件8尺寸为610mm×440mm×60mm，通过上述方法对其进行夹装，放置到镀膜夹具盘中，之后开始镀膜，本实施例镀制45度角入射，s偏振分量，1053nm处反射率高于99.5％的反射薄膜。
本实施例对采用本发明大尺寸光学元件镀膜夹具制备的反射薄膜的波面质量进行了测试，采用的测试仪器为zygo600mm口径干涉仪(24inchverfiremst)，入射角度：45°，测量波长：632.8nm，测试量：反射波前psd1，滤波方法：2.5mm～33mm带通滤波。图4为采用常规镀膜夹具和本发明大尺寸光学元件镀膜夹具分别制备的反射薄膜镀膜前后的波面质量psd1的增量，如图4所示，与常规镀膜夹具制备的薄膜相比，本发明镀膜夹具制备的薄膜在镀膜前后的psd1增量明显更低，且随着通光口径的增加，psd1增量基本稳定，本发明显著降低了大尺寸光学薄膜元件波面质量的边缘效应。图5为采用常规镀膜夹具和本发明大尺寸光学元件镀膜夹具分别制备的反射薄膜的波面质量psd1(通光口径为380mm)，如图5所示，本发明镀膜夹具制备的反射薄膜波面质量psd1明显优于常规镀膜夹具，显著提升了大尺寸光学薄膜元件的波面质量。
多次实验表明：本发明镀膜夹具能够对大尺寸光学薄膜元件进行安全、有效的夹持；利用本发明镀膜夹具能够显著降低大尺寸光学薄膜元件的波面质量边缘效应，提升大尺寸光学薄膜元件的波面质量。
实施例2：方形框架结构的镀膜夹具
如图6和7所示，一种大尺寸光学元件的镀膜夹具，包括框架结构1和方形支撑结构2，所述的框架结构1材料为硬铝，所述的方形支撑结构2四边各由加强筋3、缓冲条4、支撑板5、定位块6和螺栓组成，所述的加强筋3和支撑板5材料为不锈钢，所述的缓冲条4和定位块6材料为聚四氟乙烯，所述加强筋3、缓冲条4、支撑板5和定位块6设有多个螺栓通孔，所述的框架结构1内侧面具有多个螺栓通孔和四个凹槽7，所述的四个凹槽7分别位于方形支撑结构2其中一组对边的外侧，所述的一组对边中每边各对应两个凹槽，将所述的螺栓旋入四边的加强筋3、缓冲条4、支撑板5和框架结构1的螺栓通孔，用于支撑待镀膜的大尺寸光学元件8，将所述的螺栓旋入定位块6、缓冲条4、支撑板5和框架结构1，对所述的待镀膜的大尺寸光学元件8夹持定位，形成一个整体，所述方形支撑结构2四边外侧和框架结构1内侧不完全接触，均留有空隙，能够减少因镀膜夹具和光学元件热膨胀系数不匹配引起的问题，所述的框架结构外框尺寸与镀膜夹具盘内框一致，正好放置于镀膜夹具盘中。
所述的镀膜夹具可通过机械手对大尺寸光学元件进行装夹，在本实施例中，所使用机械手手爪个数为4个，所述框架结构内侧面的四个凹槽7的尺寸大于所使用的机械手手爪的尺寸，凹槽宽度为110mm，所述方形支撑结构2一组对边中每边两个凹槽的间隔距离和机械手一侧手爪的间隔距离相同，两个凹槽的中心距离为300mm。
所述框架结构1外框形状与镀膜夹具盘内框形状相同，为方形，所述框架结构1左右两侧的圆孔可放置用于性能测试的小尺寸陪镀样品，如图6所示。
一种大尺寸光学元件镀膜夹具的装夹方法，包括上述镀膜夹具，所述装夹方法包括以下步骤：
1)将所述的方形框架结构1放置到镀膜夹具盘中；
2)选择方形支撑结构2未对应凹槽7的一组对边，将所述的螺栓依次旋入该组对边的加强筋3、缓冲条4、支撑板5和框架结构1的螺栓通孔进行定位与固定；
3)利用机械手将所述的待镀膜的大尺寸光学元件8放置在与框架结构固定的步骤2)中所述的一组对边的缓冲条4上；
4)选择方形支撑结构2对应凹槽7的另一组对边，将所述的螺栓依次旋入该组对边的加强筋3、缓冲条4、支撑板5和框架结构1的螺栓通孔进行定位与固定；
5)将所述的螺栓旋入定位块6、缓冲条4、支撑板5和框架结构1的螺栓通孔，对所述的待镀膜大尺寸光学元件8定位，所述的定位块一侧与待镀膜大尺寸光学元件8的外侧面接触，与镀膜夹具形成一个整体。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
1.一种大尺寸光学元件的镀膜夹具，其特征在于：所述的镀膜夹具包括框架结构和方形支撑结构，所述的方形支撑结构四边各由加强筋、缓冲条、支撑板、定位块和螺栓组成，所述的加强筋、缓冲条、支撑板和定位块设有多个螺栓通孔，所述的框架结构内侧面具有多个螺栓通孔和多个凹槽，所述的多个凹槽分别位于方形支撑结构其中一组对边的外侧，将所述的螺栓旋入四边的加强筋、缓冲条、支撑板和框架结构的螺栓通孔，用于支撑待镀膜的大尺寸光学元件，将所述的螺栓旋入定位块、缓冲条、支撑板和框架结构，对所述的待镀膜的大尺寸光学元件夹持定位，形成一个整体，所述的框架结构外框尺寸与镀膜夹具盘内框一致，正好放置于镀膜夹具盘中。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸光学元件的镀膜夹具，其特征在于：所述的镀膜夹具可通过机械手对大尺寸光学元件进行装夹，所述框架结构内侧面的多个凹槽的尺寸大于所使用的机械手手爪的尺寸，所述多个凹槽的个数与所使用机械手的手爪个数相同，所述方形支撑结构其中一边外侧的多个凹槽之间的间隔距离与所使用机械手一侧手爪的间隔距离相同。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸光学元件的镀膜夹具，其特征在于，所述框架结构外框形状与镀膜夹具盘内框形状相同。
4.一种大尺寸光学元件镀膜夹具的装夹方法，其特征在于：包括如权利要求1-3中所述的镀膜夹具，所述装夹方法包括以下步骤：
1)将所述的框架结构放置到镀膜夹具盘中；
2)选择方形支撑结构未对应凹槽的一组对边，将所述的螺栓依次旋入该组对边的加强筋、缓冲条、支撑板和框架结构的螺栓通孔进行定位与固定；
3)利用机械手将所述的待镀膜的大尺寸光学元件放置在与框架结构固定的步骤2)中所述的一组对边的缓冲条上；
4)选择方形支撑结构对应凹槽的另一组对边，将所述的螺栓依次旋入该组对边的加强筋、缓冲条、支撑板和框架结构的螺栓通孔进行定位与固定；
5)将所述的螺栓旋入定位块、缓冲条、支撑板和框架结构的螺栓通孔，对所述的待镀膜大尺寸光学元件定位，与镀膜夹具形成一个整体。
技术总结