CN100369709C - 一种模仁的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种模仁的制造方法是采用电子束作为电子束发生器光源，在真空或惰性气体环境下，通过电脑自动修正，驱动电子枪对模仁进行加工，这种加工方法与机械加工方法相比较，可大大减小模仁表面应力，使加工表面更为精细，且自动化程度高，缩短了加工周期。
Description
【技术领域】
本发明是关于一种模仁的制造方法，尤其是关于一种透镜模仁的制造方法。
【背景技术】
相机镜头特别是应用于手机等便携式电子装置的数码相机镜头作为一种高精度光学产品，其要求轻、薄、精确、耐用，一般数码相机镜头所需非球面透镜的厚度为1毫米左右，半径为20毫米左右，表面加工精度要求达到1微米。因此，形成数码相机镜头的模仁加工亦须达到相同甚至更好的精度，但是，形成非球面透镜的模仁一般仅有一对称轴，不能采用球面加工时的对研方法加工；另外，非球面各点的曲率半径不同，不易修正。因此，像相机镜头透镜的模仁等要求高精度且具不规则表面的产品，若采用传统机械加工方法进行加工，不仅加工周期长，精度不高，而且存在残留应力。且对于高精度要求的光学透镜模仁等微型产品通过机械加工方法很难通过修正达到相应精度要求。
因此，有必要提供一种生产周期短、精度高且表面应力分布均匀的模仁的加工方法。
【发明内容】
本发明提供一种生产周期短、精度高且表面应力分布均匀的模仁的制造方法。
本发明的目的是这样实现的：该方法先测出模仁原料的表面面形；后将测得表面面形的资料与用数学形式表达的精密光学表面形状进行比较，得到表面误差矩阵，并将其输入电脑；再根据表面误差矩阵驱动控制电子束发生器发射电子束在真空或惰性气体环境下，通过电子枪对模仁原材料进行精加工。
本发明的加工方法与常规加工方法相比较，可大大减小模仁表面应力，使加工表面更为精细，且自动化程度高，缩短了加工周期。
【附图说明】
图1是本发明一种模仁加工的示意图。
【具体实施方式】
参照图1所示，本发明模仁的制造方法所采用的电子束加工机100包括真空室1、电子束发生器10及聚焦加速装置20组成。
真空室1左侧壁开设有一进气管道11，可通入惰性气体，如氩气，右侧壁开设有一出气管道12，底部设置有两夹具31用以固定模仁原料，本实施例为相机镜头透镜的模仁30。
模仁30可由碳化钨制成，碳化钨具有高硬高熔、耐机械冲击强度高、热膨胀系数小、高温不易与光学玻璃发生反应、加工性能好、易加工成高精度和高表面光整程度的型面等优点。
电子束发生器10包括电子枪101、两阳极102和阴极103，阴极103由氧化锆及钨制成，该阴极是采用涂覆法或蒸镀法在电解腐蚀法制成的钨单晶尖端表面形成含氧化锆膜层。
为增加模仁30使用寿命，可在模仁30表面电镀上一层金刚石，厚度为10～30纳米，而且使模仁30与所要加工的非球面透镜更容易分开，起到固体润滑剂的作用。
下面详述电子束加工模仁的制造方法。
首先，求出与加工表面最接近的球面、抛物面或由多个球面与抛物面的组合曲面；然后用普通研磨抛光方法将模仁原材料加工出最接近的曲面以减小后续加工所需时间，通过激光干涉仪精确测量其表面面形；再将干涉仪测得表面面形的资料与用数学形式表达的精密光学表面形状进行比较，得到表面误差矩阵，此矩阵决定每一单位面积上应去除的材料，并将该表面误差矩阵输入电脑。
将经过普通研磨的模仁30放入真空室1中，将真空室1抽至真空度小于5×10-3帕斯卡，关闭进气管道11和出气管道12。电子束发生器10与电脑相连接，电脑根据表面误差矩阵控制、驱动电子枪101在模仁30表面，电子枪101的阴极103的氧化锆/钨被激发而发射出电子束40，该电子束强度为1×10-12～5×10-8安培。经过聚焦加速装置20通过1×103～8×104的加速电压将电子束40电磁聚焦取向，将电子束40聚合在直径为1～4纳米范围内，然后以高速撞击于模仁30表面，电子束40撞击处，动能转变成热能，使模仁材料局部熔化、蒸发。电子束40与模仁30表面的接触面越小，模仁30的热影响区域和压力越小，加工精度越高。通过电脑监控，自动控制电子枪101的扫描位置、电子束强度及加工时间，使得模仁30加工达到所要求的尺寸，不必经过多次面形测量，因此缩短了加工周期。
本发明模仁30亦可在惰性环境下进行加工。将真空室1充入惰性气体，如氩气，使得模仁30在电子束40高温加工过程中不被氧化。在模仁30加工前，先打开进气管道11和出气管道12，进气管道11通入惰性气体，真空室1充满惰性气体后慢慢关小出气管道12，然后电子束发生器100发射电子束40对模仁30进行加工，加工完毕，为了控制高温模仁30表面不被氧化，仍须继续通入惰性气体直至模仁30完全冷却。
本发明模仁的制造方法精度高、操作自动化程度高、加工周期短，其不仅可用于制造本实施例的相机镜头透镜的模仁，亦可用于制造加工各种精密模仁。
Claims (10)
1.一种模仁的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)测量模仁原料的表面面形，后将测得表面面形的资料与用数学形式表达的精密光学表面形状进行比较，得到表面误差矩阵，并将其输入电脑；
(2)根据表面误差矩阵驱动控制电子束加工机之电子束发生器发射电子束对模仁原材料进行精加工。
2.如权利要求1所述的模仁的制造方法，其特征在于所述模仁为相机镜头透镜的模仁，该模仁材料为碳化钨。
3.如权利要求1所述的模仁的制造方法，其特征在于电子束加工模仁在一真空室中进行。
4.如权利要求3所述的模仁的制造方法，其特征在于所述真空室中还充入惰性气体，防止模仁原材料在高温加工时被氧化，其中该惰性气体为氩气。
5.如权利要求1所述的模仁的制造方法，其特征在于所述模仁先通过机械加工方法将模仁原材料的待加工表面预加工成最接近的曲面或平面。
6.如权利要求1所述的模仁的制造方法，其特征在于所述电子束加工机进一步包括聚焦加速装置，电子束经过上述聚焦加速装置电磁聚焦取向，使得电子束直径更小以提高加工精度。
7.如权利要求1所述的模仁的制造方法，其特征在于所述电子束发生器包括电子枪、阳极和阴极，其中阴极材料为氧化锆及钨。
8.如权利要求1所述的模仁的制造方法，其特征在于模仁精加工后于其表面电镀一层金刚石。
9.如权利要求3所述的模仁的制造方法，其特征在于所述真空室的真空度低于5×10-3帕斯卡。
10.如权利要求6所述的模仁的制造方法，其特征在于所述聚焦加速装置的加速电压为1×103～8×104伏特，电子束强度为1×10-12～5×10-8安培。
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