CN100591478C - 控制中空透镜中心厚度尺寸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学制造技术，涉及控制中空透镜中心厚度尺寸的方法。本发明充分利用现有大量程测厚仪的功能，在不能直接测量零件中心厚度尺寸的情况下，设计上盘辅助透镜及中心配盘透镜。在设计上盘辅助透镜及中心配盘透镜的基础上，采用蜡胶与弹性上盘相结合的上盘方式。上盘过程中通过加大中心配盘透镜的尺寸及添加厚薄均匀的环形衬垫，得到高光圈镜盘，从而使精磨过程中先从中心配盘透镜磨，而不改变中空透镜的中心厚度尺寸，在刚磨至中空透镜与中心配盘透镜交界处时，证明中心配盘透镜的曲率已和中空透镜曲率吻合，此时记录镜盘的总高度，控制两面的精磨、抛光余量，实现中空透镜中心厚度尺寸的精确控制。
Description
技术领域
本发明属于光学制造技术，涉及控制中空透镜中心厚度尺寸的方法。
背景技术
若是常规透镜完整透镜，加工过程很方便测量其中心厚度尺寸，而中空透镜中心是一圆孔，无法直接测量其中心厚度尺寸。光学透镜的中心厚度尺寸严重影响光学系统的像差，加工时需严格控制。因结构形式或重量限制，越来越多的光学系统中采用中空透镜，中空透镜的中心厚度尺寸控制问题迫切需要得到解决。
发明内容
本发明的目的是：解决中空透镜中心厚度尺寸的控制问题。
本发明的技术方案是，(1)加工一个与中空透镜两面曲率半径相同、内孔直径一致的中心配盘透镜，中心配盘透镜的中心厚度尺寸比中空透镜坯体中心厚度尺寸大0.1mm；
(2)加工一个与后加工面中空透镜曲率半径相反、外径一致的上盘辅助透镜；
(3)上盘先加工面，，先将上盘辅助透镜放在电热板上，再将中空透镜和中心配盘透镜放置在上盘辅助透镜上，缓慢加热至胶条蜡刚能融化的温度70℃～80℃，取下中空透镜及中心配盘透镜，在上盘辅助透镜、中空透镜、中心配盘透镜的粘结面上涂一层薄而均匀的胶条蜡，再缓慢将中空透镜、中心配盘透镜放在上盘辅助透镜上，自然冷却至室温；
(4)加工一个与上盘辅助透镜外径一致的弹性工装夹具；
(5)将中空透镜与上盘辅助透镜及中心配盘透镜组合放入工装夹具内，旋紧；
(6)精磨先加工面，在加工面上均匀画上记号，自中心配盘透镜磨至中空透镜与中心配盘透镜交界处时，测量中空透镜、上盘辅助透镜、中心配盘透镜及夹具组合的中心厚度尺寸d1，继续精磨至面形达到要求，测量中空透镜、上盘辅助透镜、中心配盘透镜及夹具组合的中心厚度尺寸d2，则精磨量为d2-d1；
(7)抛光先加工面，抛光完工后测量中空透镜、上盘辅助透镜、中心配盘透镜及夹具组合的中心厚度尺寸d3，则抛光量为d3-d2，则先加工面的加工量为d3-d1；
(8)上盘后加工面，先将上盘辅助透镜放在电热板上，再将中空透镜和中心配盘透镜放置在上盘辅助透镜上，上盘时剪一厚度尺寸为0.02mm的圆环垫在上盘辅助透镜上，圆环垫内径与中空透镜内孔直径一致，圆环垫外径与中空透镜外圆直径一致，在中空透镜及中心配盘透镜表面摆满厚度一致的火漆条，打开电热板，当零件表面火漆条软化、胶模刚能使其熔化时，关闭电热板，将胶模对正放置在放有火漆条中空透镜上，自然冷却至室温；
(9)精磨后加工面，在加工面上均匀画上记号，自中心配盘透镜磨至中空透镜与中心配盘透镜交界处时，测量中空透镜与胶膜及中心配盘透镜组合的中心厚度尺寸d4，继续精磨至面形达到要求，测量中空透镜与胶膜及中心配盘透镜组合的中心厚度尺寸d5，则精磨量为d5-d4；
(10)抛光后加工面，抛光完工后测量中空透镜与胶膜及中心配盘透镜组合的中心厚度尺寸d6，则抛光量为d6-d5，则后加工面的加工量为d6-d4；
(11)总去除余量为(d3-d1)+(d6-d4)，通过控制总去除余量，实现中空透镜中心厚度尺寸的控制。
本发明的优点，本发明充分利用现有大量程测厚仪的功能，在不能直接测量零件中心厚度尺寸的情况下，设计上盘辅助透镜及中心配盘透镜。在设计上盘辅助透镜及中心配盘透镜的基础上，采用蜡胶与弹性上盘相结合的上盘方式。上盘过程中通过加大中心配盘透镜的尺寸及添加厚薄均匀的环形衬垫，得到高光圈镜盘，从而使精磨过程中先从镜盘中心磨，而不改变中空透镜的中心厚度尺寸，在刚磨至中空透镜与中心配盘透镜交界处(即中空透镜中心孔边缘)时，证明中心配盘透镜曲率已和中空透镜曲率吻合，此时记录镜盘的总高度，控制两面的精磨、抛光余量，实现中空透镜中心厚度尺寸的精确控制。
附图说明
图1为本发明先加工面上盘后镜盘示意图；
图2为本发明后加工面上盘后镜盘示意图。
具体实施方式
本发明首先设计中心配盘透镜1及上盘辅助透镜2，采取先加工面蜡胶上盘、后加工面弹性上盘的方式，两种上盘方式相结合的合理上盘方法，利用间接测量的手段，通过加工过程中余量的控制解决中心厚度尺寸问题。
工艺步骤如下：
(1)加工一个与中空透镜3两面曲率半径相同、内孔直径一致的中心配盘透镜1，中心配盘透镜1的中心厚度尺寸比中空透镜3坯体中心厚度尺寸大0.1mm；
(2)加工一个与后加工面中空透镜3曲率半径相反、外径一致的上盘辅助透镜2；
(3)上盘先加工面，上盘先加工面采用蜡胶法，将上盘辅助透镜2放在电热板上，为保证温度相等，先将中空透镜3和中心配盘透镜1放置在上盘辅助透镜2上，缓慢加热至胶条蜡刚能融化的温度70℃～80℃。取下中空透镜及中心配盘透镜1，在上盘辅助透镜2、中空透镜3、中心配盘透镜1的粘结面上涂一层涂一层薄而均匀的胶条蜡(蜡层厚度通常为0.02mm)，再缓慢将中空透镜3、中心配盘透镜1放在上盘辅助透镜2上(注意中空透镜的外圆与上盘辅助透镜的外圆对正，用直角尺监控)。因中心配盘透镜的中心厚度设计使比中空透镜坯体尺寸大0.1mm，蜡层薄而均匀，上盘后先加工面为高光圈；
(4)自然冷却至室温。
(5)将中空透镜与上盘辅助透镜及中心配盘透镜组合放入工装夹具4内，旋紧，则整个镜盘(中空透镜3、上盘辅助透镜2、中心配盘透镜1及夹具4的组合)为高光圈；
(6)精磨先加工面在先加工面上均匀画上记号，因镜盘(中空透镜3、上盘辅助透镜2、中心配盘透镜1及夹具4的组合)为高光圈，记号从中间消失，当自中心配盘透镜1磨至中空透镜3与中心配盘透镜1交界处时，测量镜盘的中心厚度尺寸d1，继续精磨至面形达到要求，测量镜盘的中心厚度尺寸d2，则精磨量为d2-d1；
(7)抛光先加工面，抛光完工后测量镜盘的中心厚度尺寸d3，则抛光量为d3-d2，则先加工面的加工量为d3-d1；
(8)上盘后加工面，为保护先加工面的表面质量，后加工面采用弹性上盘法，将上盘辅助透镜2放在电热板上，中空透镜3和中心配盘透镜1放置在上盘辅助透镜2上，上盘时为了保证镜盘(中空透镜3与胶膜4及中心配盘透镜1的组合)为高光圈，可以剪一厚度尺寸为0.02mm的圆环垫在上盘辅助透镜2上，圆环垫内径与中空透镜3内孔直径一致，圆环垫外径与中空透镜外圆直径一致，则中心配盘透镜1高出中空透镜3，在中空透镜3和中心配盘透镜1表面摆满厚度一致的火漆条，打开电热板，监视温度。当火漆条软化、胶模刚能使其熔化时，关闭电热板，将胶模对正放置在放有火漆条的中空透镜3和中心配盘透镜1上；
(9)自然冷却至室温；
(10)精磨后加工面，在后加工面上均匀画上记号，自中心配盘透镜磨至中空透镜与中心配盘透镜交界处时，测量镜盘的中心厚度尺寸d4，继续精磨至面形达到要求，测量镜盘的中心厚度尺寸d5，则精磨量为d5-d4；
(11)抛光后加工面，抛光完工后测量镜盘的中心厚度尺寸d6，则抛光量为d6-d5，则后加工面的加工量为d6-d4；
(12)总去除余量为(d3-d1)+(d6-d4)，通过控制总去除余量，实现中空透镜中心厚度尺寸的控制。
实施例一
利用本方法加工中空透镜：
●中心孔尺寸φ83；
●中空透镜坯体尺寸16；
●中空透镜外圆直径φ167；
●中心厚度尺寸15.5±0.1；
●曲率半径R+123.88，R-169.43；
●因需要测量整个镜盘的高度，测厚仪的量程要大，但零位可调，量程不足时加一标准量块调节零位，记录相对测量结果即可。使用德国LOH公司生产的与SPM120配套的测厚仪。
加工的工艺过程如下：
(1)加工曲率半径为R+123.88，R-169.43；中心厚度尺寸为16.1；外圆直径为φ83的中心配盘透镜1；
(2)加工R+169.43、外圆直径φ167的上盘辅助透镜2；
(3)R+123.88面上盘此面上盘采用蜡胶法，将上盘辅助透镜2放在电热板上，先将中空透镜3和中心配盘透镜1放置在上盘辅助透镜2上，缓慢加热至胶条蜡刚能融化的温度70℃～80℃。取下中空透镜3及中心配盘透镜1，在上盘辅助透镜2、中空透镜3、中心配盘透镜1的粘结面上涂一层涂一层薄而均匀的胶条蜡(蜡层厚度通常为0.02mm)，再缓慢将中空透镜3、中心配盘透镜1放在上盘辅助透镜2上(注意透镜1的外圆与上盘辅助透镜2的外圆对正，用直角尺监控)。因设计中心配盘透镜1的中心厚度比中空透镜3坯体的中心厚度尺寸大0.1mm，蜡层薄而均匀，上盘后保证了R+123.88面为高光圈；
(4)自然冷却至室温；
(5)将中空透镜3与上盘辅助透镜2及中心配盘透镜1组合放入工装夹具4内，旋紧，则整个镜盘(中空透镜3、上盘辅助透镜2、中心配盘透镜1及夹具4的组合)为高光圈；
(6)精磨R+123.88面在R+123.88面上均匀画上记号，当刚磨至中空透镜3与中心配盘透镜1交界处时，测量镜盘中心厚度尺寸70.39，继续精磨至面形达到要求，测量镜盘中心厚度尺寸70.2，则R+123.88面的精磨量为0.19；
(7)抛光R+123.88面抛光完工后测量镜盘中心厚度尺寸70.15，R+123.88面抛光量为0.05，R+123.88面的加工量为0.24；
(8)R-169.43面上盘为保护R+123.88面的表面质量，R-169.43面采用弹性上盘法，将上盘辅助透镜2放在电热板上，中空透镜3和中心配盘透镜1放置在上盘辅助透镜2上，上盘时为了保证R-169.43面为高光圈，可以剪一厚度尺寸为0.02mm的圆环垫在上盘辅助透镜2上(圆环内径φ83，外径φ167)，则中心配盘透镜1高出中空透镜3，在中空透镜3及中心配盘透镜1表面摆满厚度一致的火漆条，打开电热板，监视温度。当中空透镜3及中心配盘透镜1表面的火漆条软化、胶模5刚能使其熔化时，关闭电热板，将胶模5对正放置在放有火漆条的中空透镜3及中心配盘透镜1上；
(9)自然冷却至室温；
(10)精磨R-169.43面在R-169.43面上均匀画上记号，当刚磨至中空透镜3与中心配盘透镜1交界处时，测量镜盘(中空透镜3与胶膜4及中心配盘透镜1的组合)中心厚度尺寸67.50，继续精磨至面形达到要求，测量镜盘中心厚度尺寸67.28，则R-169.43面的精磨量为0.22；
(11)抛光R-169.43面抛光完工后测量镜盘中心厚度尺寸67.25，R-169.43面的抛光量为0.03，R-169.43面的加工量为0.25；
(12)总去除余量为0.24+0.25＝0.49，通过控制总去除余量0.49，中空透镜3的实际厚度尺寸为15.51，实现中空透镜3中心厚度尺寸15.5±0.1的控制。
实施例二
利用本方法加工中空透镜：
●中心孔尺寸φ83；
●中空透镜坯体尺寸12.5；
●中空透镜外圆直径φ172；
●中心厚度尺寸12±0.1；
●曲率半径R-119.67，R+179.47；
●因需要测量整个镜盘的高度，测厚仪的量程要大，但零位可调，量程不足时加一标准量块调节零位，记录相对测量结果即可。使用德国LOH公司生产的与SPM120配套的测厚仪。
加工的工艺过程如下：
(1)加工曲率半径为R+179.47，R-119.67；中心厚度尺寸为12.6；外圆直径为φ83的中心配盘透镜1；
(2)加工R+119.67、外圆直径φ172的上盘辅助透镜2；
(3)R+179.47面上盘，R+179.47面上盘采用蜡胶法，将上盘辅助透镜1放在电热板上，为保证温度相等，先将中空透镜3和中心配盘透镜1放置在上盘辅助透镜2上，缓慢加热至胶条蜡刚能融化的温度70℃～80℃。取下中空透镜3及中心配盘透镜1，在上盘辅助透镜2、中空透镜3、中心配盘透镜1的粘结面上涂一层薄而均匀的胶条蜡(蜡层厚度通常为0.02mm)，再缓慢将中空透镜3、中心配盘透镜1放在上盘辅助透镜2上(注意透镜2的外圆与上盘辅助透镜2的外圆对正，用直角尺监控)。因设计中心配盘透镜1的中心厚度比中空透镜3坯体的中心厚度尺寸大0.1mm，蜡层薄而均匀，上盘后R+179.47面为高光圈；
(4)自然冷却至室温。
(5)将中空透镜3与上盘辅助透镜2及中心配盘透镜1组合放入工装夹具4内，旋紧，则整个镜盘(中空透镜3、上盘辅助透镜2、中心配盘透镜1及夹具4的组合)为高光圈
(6)精磨R+179.47面在R+179.47面上均匀画上记号，当刚磨至中空透镜3与中心配盘透镜1交界处时，测量镜盘的中心厚度尺寸60.75，继续精磨至面形达到要求，测量镜盘中心厚度尺寸60.55，则精磨量为0.20；
(7)抛光R+179.47面，抛光完工后测量镜盘的中心厚度尺寸为60.51，R+179.47面的抛光量为0.03，则R+179.47面的加工量为0.23；
(8)R-119.67面上盘为保护R+179.47面的表面质量，R-119.67面采用弹性上盘法，将上盘辅助透镜2放在电热板上，中空透镜3和中心配盘透镜1放置在上盘辅助透镜2上，上盘时为了保证镜盘(透镜2与胶膜4及中心配盘透镜1的组合)为高光圈，可以剪一厚度尺寸为0.02mm的圆环垫在上盘辅助透镜2上(圆环内径φ83，外径φ172)，则中心配盘透镜1高出中空透镜3，在中心配盘透镜1和中空透镜3表面摆满厚度一致的火漆条，打开电热板，监视温度。当中心配盘透镜1和中空透镜3表面火漆条软化、胶模5刚能使其熔化时，关闭电热板，将胶模5对正放置在放有火漆条的中心配盘透镜1和中空透镜3上；
(9)自然冷却至室温；
(10)精磨R-119.67面，在R-119.67面上均匀画上记号，当刚磨至中空透镜3与中心配盘透镜1交界处时，测量镜盘的中心厚度尺寸为59.3，继续精磨至面形达到要求，测量镜盘的中心厚度尺寸为59.12，则R-119.67面的精磨量为0.18；
(11)抛光R-119.67面 抛光完工后测量镜盘的中心厚度尺寸59.07，抛光量为0.05，则R-119.67面的加工量为0.23；
(12)总去除余量为0.23+0.23＝0.46，通过控制总去除余量0.44，中空透镜3的实际厚度尺寸为12.06，实现中空透镜3中心厚度尺寸12±0.1的控制。
二次加工的中空透镜的中心厚度尺寸均满足要求。
Claims (1)
1.控制中空透镜中心厚度尺寸的方法，其控制方法是：
(1)加工一个与中空透镜两面曲率半径相同、内孔直径一致的中心配盘透镜，中心配盘透镜的中心厚度尺寸比中空透镜坯体中心厚度尺寸大0.1mm；
(2)加工一个与后加工面中空透镜曲率半径相反、外径一致的上盘辅助透镜；
(3)上盘先加工面，先将上盘辅助透镜放在电热板上，再将中空透镜和中心配盘透镜放置在上盘辅助透镜上，缓慢加热至胶条蜡刚能融化的温度70℃～80℃，取下中空透镜及中心配盘透镜，在上盘辅助透镜、中空透镜、中心配盘透镜的粘结面上涂一层薄而均匀的胶条蜡，再缓慢将中空透镜、中心配盘透镜放在上盘辅助透镜上，自然冷却至室温；
(4)加工一个与上盘辅助透镜外径一致的弹性工装夹具；
(5)将中空透镜与上盘辅助透镜及中心配盘透镜组合放入工装夹具内，旋紧；
(6)精磨先加工面，在加工面上均匀画上记号，自中心配盘透镜磨至中空透镜与中心配盘透镜交界处时，测量中空透镜、上盘辅助透镜、中心配盘透镜及夹具组合的中心厚度尺寸d1，继续精磨至面形达到要求，测量中空透镜、上盘辅助透镜、中心配盘透镜及夹具组合的中心厚度尺寸d2，则精磨量为d2-d1；
(7)抛光先加工面，抛光完工后测量中空透镜、上盘辅助透镜、中心配盘透镜及夹具组合的中心厚度尺寸d3，则抛光量为d3-d2，则先加工面的加工量为d3-d1；
(8)上盘后加工面，先将上盘辅助透镜放在电热板上，再将中空透镜和中心配盘透镜放置在上盘辅助透镜上，上盘时剪一厚度尺寸为0.02mm的圆环垫在上盘辅助透镜上，圆环垫内径与中空透镜内孔直径一致，圆环垫外径与中空透镜外圆直径一致，在中空透镜及中心配盘透镜表面摆满厚度一致的火漆条，打开电热板，当零件表面火漆条软化、胶模刚能使其熔化时，关闭电热板，将胶模对正放置在放有火漆条中空透镜上，自然冷却至室温；
(9)精磨后加工面，在加工面上均匀画上记号，自中心配盘透镜磨至中空透镜与中心配盘透镜交界处时，测量中空透镜与胶膜及中心配盘透镜组合的中心厚度尺寸d4，继续精磨至面形达到要求，测量中空透镜与胶膜及中心配盘透镜组合的中心厚度尺寸d5，则精磨量为d5-d4；
(10)抛光后加工面，抛光完工后测量中空透镜与胶膜及中心配盘透镜组合的中心厚度尺寸d6，则抛光量为d6-d5，则后加工面的加工量为d6-d4；
(11)总去除余量为(d3-d1)+(d6-d4)，通过控制总去除余量，实现中空透镜中心厚度尺寸的控制。
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