[發(fā)明專利]曲率半徑可調(diào)式非球面凹透鏡加工裝置

有效

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• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104493662A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬志超;趙宏偉;任露泉;劉先華;劉長宜;程虹丙
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: B24B13/00
• 分類號: B24B13/00;B24B47/20;B24B47/12;B24B41/04
• 代理公司: 吉林長春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明涉及精密加工領(lǐng)域，特別涉及非球面透鏡精密磨削加工領(lǐng)域，尤指一種曲率半徑可調(diào)式非球面凹透鏡加工裝置。通過該裝置磨削加工出的非球面凹透鏡可有效改善球面透鏡矯正像差的效果，改善成像品質(zhì)，提高系統(tǒng)鑒別能力。非球面透鏡在航天航空、照相攝像、軍事系統(tǒng)、光通訊和激光應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，本發(fā)明因其結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉、操作簡易、加工效率高，可為微小型非球面凹透鏡的制造提供加工方法。

背景技術(shù)

應(yīng)用非球面光學(xué)元器件可以增加光學(xué)設(shè)計(jì)的自由度,并且對改善光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量,提高光學(xué)性能,減小外形尺寸和重量起著重要的作用。小型非球面光學(xué)器件的加工技術(shù)主要包括數(shù)控研磨成型、離子束拋光法、模壓成型法、真空鍍膜法、精密單點(diǎn)金剛石車削等。目前,加工小型非球面透鏡的方法主要是研磨法和模壓成型法，而離子拋光法和真空鍍膜法主要用來加工較大的反射非球面。研磨法是非球面光學(xué)器件的基本加工方法。按照磨具與零部件的基礎(chǔ)特點(diǎn)，研磨法可分為點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸三種。一般的點(diǎn)接觸制造方法加工精度較低,主要用于研磨過程的粗成型加工，而線接觸制造精度稍高，面接觸的制造精度為最高。研磨法一般是借助凸輪仿形機(jī)以及數(shù)控機(jī)床等工藝設(shè)備實(shí)現(xiàn)的。對于小尺寸的非球面光學(xué)器件而言，一般預(yù)先采用數(shù)控機(jī)床研磨成型，然后再利用手工拋光方法成型，若高精度要求，則該過程中附以檢驗(yàn)和修帶工藝。模壓成型方法主要是針對塑料光學(xué)零件。由這種加工方法生產(chǎn)的光學(xué)零件，可以用作一般的聚光鏡和較為簡易的光學(xué)系統(tǒng)透鏡。目前國內(nèi)生產(chǎn)的塑料非球面透鏡大多數(shù)是采用金屬模具熱壓成型的，如菲涅耳放大鏡和史密特矯正板。隨著高精度金屬模具的發(fā)展，目前已經(jīng)出現(xiàn)了能夠滿足光學(xué)零件的表面粗糙度要求和曲面形狀要求的金屬模具，因此采用模壓成型制造的塑料非球面光學(xué)零件可在一定程度上替代部分玻璃態(tài)光學(xué)零件。

如前所述,非球面透鏡加工技術(shù)采用的主要加工方法為數(shù)控研磨與拋光技術(shù)、模壓成型技術(shù)和超精密單點(diǎn)金剛石車削等。

(1)?數(shù)控研磨與拋光技術(shù)

數(shù)控研磨與拋光技術(shù)是從計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形技術(shù)(CCOS)發(fā)展而來的。CCOS技術(shù)是由美國Itek公司在七十年代初期最先提出的技術(shù)思想。它用計(jì)算機(jī)控制超精密統(tǒng)磨機(jī)床對工件進(jìn)行成形磨削，然后再用柔性拋光設(shè)備拋光，在提高精磨面形精度的同時(shí)改變工件表面粗糖度，使其達(dá)到光學(xué)元件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。此技術(shù)的基本原理是：根據(jù)光學(xué)面形檢測儀器檢測出的面形數(shù)據(jù)，創(chuàng)建加工的控制模型，利用計(jì)算機(jī)控制小磨頭在工件表面的駐留時(shí)間及相對壓力來控制材料的去除量，從而實(shí)現(xiàn)對工件進(jìn)行拋光。

(2)模壓成型技術(shù)

模壓成型技術(shù)是一項(xiàng)需要特定機(jī)床的綜合性比較強(qiáng)的加工方法，主要適用于玻璃等材料。在高溫高壓和無氧的條件下，把軟化的光學(xué)材料放入高精度模具中，直接模壓出達(dá)到光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的成型零件。自20世紀(jì)八十年代中期開發(fā)此技術(shù)至今已將近三十年，模壓成型技術(shù)已成為非球面制造行業(yè)中較為先進(jìn)的加工技術(shù)之一，并且在許多國家得到廣泛應(yīng)用。由于此技術(shù)可以直接將光學(xué)材料模壓成精密光學(xué)系統(tǒng)元件，大大降低了制造成本，使得非球面玻璃材料的光學(xué)零件在光學(xué)系統(tǒng)中開始得到廣泛應(yīng)用,也給光電系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了巨大變化和發(fā)展。此技術(shù)不僅使光學(xué)設(shè)備重量降低、體積減小、材料節(jié)省、光學(xué)零件渡膜和工件裝配的工作量減少、成本降低，而且還提高了光學(xué)系統(tǒng)成像的質(zhì)量，改善了光學(xué)系統(tǒng)的性能。模壓法的特點(diǎn)是：①可以批量化生產(chǎn)非球面透鏡；②模具制造難度大、成本高,適用于超大批量生產(chǎn)；③無法進(jìn)行中大口徑的模壓；④工藝參數(shù)復(fù)雜,如溫度、時(shí)間、壓力等。

?(3)超精密數(shù)控單點(diǎn)金剛石車削

車削非球面所用的超精密加工設(shè)備為超精密單點(diǎn)金剛石車床，其溜板運(yùn)動精度和主軸旋轉(zhuǎn)精度比一般數(shù)控機(jī)床要高很多。超精密單點(diǎn)金剛石車床是加工高精密光學(xué)零件的重要裝備。超精密單點(diǎn)金剛石車床主要用于中小尺寸、中等批量的紅外晶體和金屬材料光學(xué)零件的加工，其特點(diǎn)是加工精度高、生產(chǎn)效率高、重復(fù)性好，加工成本與傳統(tǒng)加工相比明顯降低，適合批量生產(chǎn)。