CN102229082A - 一种楔形镜的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种楔形镜的制作方法，属于光学冷加工技术领域。该方法的实质内容是：用常规光学加工工艺制作楔镜毛坯和高精度的楔形玻璃夹具，保证楔镜第一通光面以及楔形玻璃夹具的面形和表面疵病达到规定要求；将楔镜的第一通光面光胶在已经光胶在平行平面光胶垫板上的楔形玻璃夹具的斜面上，并对楔镜的第二通光面进行精磨和抛光，通过控制第二通光面与平行平面光胶垫板下表面的厚度、平行差及面形精度，从而获得秒级精度的楔镜。采用本发明制作楔镜，不但过程简单、可操作性强，可大大缩短了楔镜的制作周期，尤其是易于保证小尺寸、大角度、秒级精度楔镜零件的单批成品率，克服了常规加工方法中质量不稳定、效率低及成品率低的难题。

Description

一种楔形镜的制作方法

技术领域

本发明属于光学冷加工技术领域，主要涉及一种楔形镜的制作方法，尤其是涉及一种小尺寸、大角度、秒级精度楔形镜的制作新法。

背景技术

众所周知，楔形镜是由两光学平面其间夹一小角度而构成，是光学系统中常用的光学元件，其楔角角值、直径楔角精度一般是根据不同产品的不同战技指标分解并经光学设计计算得出的。一般小角度楔形镜(小于1°)多用于光轴平行性的调节，而在某些光学系统中为了实现大范围的扫描通常采用一些小尺寸(5mm～15mm)，大楔角(1°～5°)，楔角精度高(优于±30″)即秒级精度的楔形镜零件。

楔形镜加工工艺流程是随楔形镜零件的直径尺寸、楔角值大小、楔角值精度及厚度尺寸公差等主要指标而选用不同的加工工艺方法。目前针对Φ40mm以下的楔形镜零件加工一般常用平行光胶垫板法、高精度楔形玻璃夹具复制法、楔形金属夹具法及单块改楔角角度贴置法等工艺方法磨制楔形镜。上述每种加工工艺虽然都有一定的适用范围和各自的优缺点，但只有高精度楔形玻璃夹具法适合于小尺寸、大角度，秒级精度楔形镜零件的加工。该工艺的加工原理是，当零件与高精度楔形玻璃夹具组合后，利用零件的完工楔角与楔形玻璃夹具的楔角互为内错角的关系进行加工，当零件与楔形玻璃夹具光胶后，磨去多余部分，从而使零件达到所要求的楔形角，因此该工艺方法实施的前提是必须得先有更高楔角精度的楔形玻璃夹具，但更高精度的楔形玻璃夹具本身又存在加工技术指标要求更高、加工难度更大、制作周期更长、加工效率及成品率更低、制作成本高且不适用于在研项目中楔形镜种类复杂且加工量不大等问题。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是，针对现有技术存在的不足，提供一种制作小尺寸、大角度、秒级精度楔形镜的制作方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的楔形镜制作方法包括以下工艺步骤：

第一步，采用光学零件加工工艺粗磨成型m×n个楔镜毛坯，并对楔镜毛坯的第一通光面进行精磨和抛光，使其面形和表面疵病达到规定的要求，且m、n为自然数；

第二步，采用光学零件加工工艺加工粗磨成型m个楔镜玻璃夹具，并对楔形玻璃夹具的斜面进行精磨和抛光，其中，楔镜玻璃夹具的斜面与基面为通光面，斜面与侧面倾斜，基面与侧面垂直，与斜面相接的顶面与基面平行；

第三步，选用与制作楔镜具有相同楔角且楔角精度≤2″的标准角度块规，并将其基面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，调节光学比较测角仪的自准直管，使所述标准角度块规斜面反射回来的自准直像对准基准点时固定自准直管，要求对准精度在±5″以内，之后，从光学比较测角仪取下标准角度块规；

第四步，将其中一块楔形玻璃夹具的基面紧贴在光学测角仪的检测台面上，通过调整楔形玻璃夹具使其斜面反射的自准直像出现在自准直管的视场中央区，并将该自准直像与基准点进行比较，若所述自准直像与基准点P的相对位置差超出1′，则对楔形玻璃夹具的基面进行精磨修改，直至自准直像与基准点的相对位置差≤1′，与此同时，控制楔形玻璃夹具基面与顶面的厚度尺寸达到要求值，且使两者的平行差≤0.005mm；按照上述操作步骤将其它各块楔形玻璃夹具精磨修改到位；

第五步，选用平行差≤2″的平行平面光胶垫板并将其下表面紧贴光学比较测角仪的检测台面，再将标准角度块规的基面紧贴平行平面光胶垫板的上表面，调整光学比较测角仪的自准直管，使标准角度块规斜面反射的自准直像对准基准点时固定自准直管，之后，从平行平面光胶垫板上取下标准角度块规；

第六步：用光学胶将第一块楔形玻璃夹具的基面粘接在平行平面光胶垫板的上表面左侧位置处，通过调整楔形玻璃夹具使该块楔形玻璃夹具斜面反射的自准直像位于基准，其对准精度在±5″以内，之后，在光学比较测角仪上向左移动平行平面光胶垫板，采用与第一块楔形玻璃夹具相同的粘接和调整方法，在平行平面光胶垫板的上表面由左向右的位置上依次粘接和调整其它块楔形玻璃夹具，同时，在块楔形玻璃夹具的初固化期间，以1次/0.5h的监测频率且通过光学比较测角仪监控m块楔形玻璃夹具，以使其自准直像与各自位置基准点的对准精度始终满足对准精度要求，初固化时间为7h-9h；后固化时间大于48h；

第七步，将m×n个楔镜毛坯按m组对应与所述平行平面光胶垫板上固化的m块楔形玻璃夹具进行光胶，其中n个楔镜毛坯的第一通光面均匀光胶在一块楔形玻璃夹具的斜面上，且各楔镜毛坯的外圆与对应楔形玻璃夹具顶面的内侧边相切；

第八步，精磨楔镜毛坯的第二通光面，控制楔镜毛坯的第二通光面与平行平面光胶垫板下表面之间的厚度尺寸达到规定的要求，同时用千分比较仪控制m×n个楔镜毛坯的第二通光面与平行平面光胶垫板下表面之间的厚度差≤0.002mm；然后，抛光楔镜毛坯的第二通光面，面形要求为光圈N≤2、局部光圈ΔN≤0.3；最后用铅笔在楔镜毛坯的外圆上标识出楔镜毛坯的第二通光面即楔镜零件的斜面，之后下盘，倒角，清洗，从而获得m×n个楔镜零件。

本发明的有益效果体现在以下几个方面。

(一)本发明通过常规光学零件加工工艺保证楔镜一平面的面形精度和表面疵病精度要求；采用常规光学零件工艺保证楔形玻璃夹具一平面的面形精度和表面疵病精度要求；采用胶合方法将楔形玻璃夹具粘结在平行平面光胶垫板上监控、制作出比楔镜精度更高精度的楔形玻璃夹具，最后将楔镜零件已抛光面与高精度楔形玻璃夹具进行光胶，通过控制整盘平行差及面形精度从而获得秒级精度的楔镜零件。本发明为楔形镜的制作开辟了一条新途径，该工艺方法新颖，独特，且具有较强的实用性和推广性。

(二)本发明在制作楔镜过程中，先将楔形玻璃夹具的楔角角度通过精磨修改至±1′以内，同时控制其大端尺寸及两端的平行差，这有利于在胶合楔角角度监控中不同楔形玻璃夹具的尺寸一致性，胶层厚度的一致性及均匀性，最终使楔镜零件加工的尺寸一致性好。

(三)本发明在制作楔镜零件过程中，摒弃了传统的楔形玻璃夹具制作方法，而是采用胶合法进行楔形玻璃夹具制作，即采用胶合法不仅大大降低了楔形玻璃夹具的高精度楔角加工难度，同时制作周期也大大缩短，制作成本大幅度降低，显著提高了生产效率，更重要的是，易于保证小尺寸、大角度、秒级精度楔镜零件的精度要求，并经实践的反复、验证，楔镜零件的精度指标都能满足要求，因此说，本发明提供的制作方法可以很好地保证楔镜零件的质量及精度。

附图说明

图1是楔镜零件示意图。

图2是楔镜毛坯的外形及尺寸示意图。

图3是楔形玻璃夹具的外形及尺寸示意图。

图4是楔形玻璃夹具的楔角粗调校监控示意图。

图5是光学比较测角仪中自准直管的视场像。

图6是楔形玻璃夹具精调校前的角度监控示意图。

图7是楔形玻璃夹具的楔角精调校示意图。

图8是楔镜与楔形玻璃夹具的光胶示意图。

图9是楔镜与楔形玻璃夹具的光胶位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

本发明针对图1所示的楔镜1制作方法包括以下加工及检验步骤。

第一步，采用光学零件加工工艺粗磨成型楔镜毛坯2(参见图2)，成型达到的指标为：直径Φ12f9mm；厚度2.9mm±0.1mm；平行差≤0.02mm；投产数量：16个。采用光学加工工艺对楔镜毛坯2的第一通光面A进行精磨、抛光，加工指标要求：光圈N≤1，局部光圈ΔN≤0.3，表面疵病B≤IV。

第二步，采用光学零件加工工艺加工粗磨成型楔镜玻璃夹具3(参见图3)，其中：与侧面相垂直的一通光面定义为基面C，与侧面不垂直的另一通光面定义为斜面D，与基面C平行的面定义为顶面W。楔镜玻璃夹具3的材料选K4玻璃，投产数量4件；顶面W与基面C的平行差≤0.03mm。随后，将粗磨成型的楔形玻璃夹具3先用清水冲洗掉粗砂粒，并对楔形玻璃夹具3的斜面D进行精磨和抛光，加工指标要求为光圈N≤0.2，局部光圈ΔN≤0.2，表面疵病B≤IV；然后将楔形玻璃夹具3的斜面D用醇醚混合液擦拭干净，沿楔形玻璃夹具3的长度方向涂洋干漆进行保护，要求中间部位预留宽15mm～20mm范围的楔角角度观察区域。

第三步，根据图4所示，将2.4°标准角度块规5的基面紧贴在光学比较测角仪4的检测台面F上，调节光学比较测角仪4的自准直管6，使2.4°标准角度块规5斜面E反射回来的自准直像出现在自准直管6的视场中央区域，在对准基准点P(0，20)位置时固定自准直管6(参见图5)，要求对准精度在±5″以内。之后，从光学比较测角仪4上取下2.4°标准角度块规5。在使用2.4°标准角度块规5和光学比较测角仪4之前，需用醇醚混合液擦净两者的接触面后再用弹刷弹掉这两个表面的浮灰等杂物。在本实施例中，光学比较测角仪4的格值精度为15″，2.4°标准角度块规5的角度精度为2″。

第四步，用混合液擦拭其中一块楔形玻璃夹具3的基面C，并将基面C紧贴在光学测角仪4的检测台面F上，通过调整该楔形玻璃夹具3使其斜面D反射的自准直像出现在自准直管6的视场中央区，并将该自准直像与基准点P(0，20)的位置进行比较，若该自准直像与基准点P(0，20)的相对位置差超出1′，则用302#金刚砂对楔形玻璃夹具3的基面C进行精磨修改，直至自准直像与基准点P的相对位置差≤1。与此同时，控制楔形玻璃夹具3基面C与顶面W的厚度尺寸达到要求值，且使两者的平行差≤0.005mm。此后，按照上述操作步骤将其它各块楔形玻璃夹具3精磨修改到位。

第五步，将平行平面光胶垫板7的下表面紧贴光学比较测角仪4的检测台面F，再将2.4°标准角度块规5的基面紧贴平行平面光胶垫板7的上表面(参见图6)，要求各接触表面之间形成的干涉条纹越粗越好，条纹数越少越好，最好为同心圆。调节光学比较测角仪4的自准直管6，使2.4°标准角度块规5斜面E反射的自准直像出现在自准直管6的视场中央区域，当对准基准点P(0，20)位置时固定自准直管6。之后，从平行平面光胶垫板7上取下2.4°标准角度块规5。平行平面光胶垫板7的口径尺寸为Φ120，厚度20mm，面形精度N₁＝+0.3，N₂＝+0.3，平行差≤2″。在进行本步骤之前，应将各接触面用醇醚混合液擦净并用弹刷弹掉相互接触表面的浮灰等杂物。

第六步：用光学胶将第一块楔形玻璃夹具3的基面C粘接在平行平面光胶垫板7的G面a1位置处(参见图7)，，通过调整楔形玻璃夹具3使该块楔形玻璃夹具3斜面D反射的自准直像位于基准点P(0，20)的位置，要求对准精度在±5″范围以内。之后，沿图7中箭头方向移动平行平面光胶垫板7，采用与第一块楔形玻璃夹具3相同的粘接和调整方法，在平行平面光胶垫板7G面的a2、a3、a4位置上依次粘接和调整第二、第三、第四块楔形玻璃夹具3，并使四块楔形玻璃夹具3均匀对称分布在平行平面光胶垫板7上。在此过程中，要求在自准直管6的视场中以前一块楔形玻璃夹具3的横坐标位置“0”为基准，在监控到当前块楔形玻璃夹具3的自准直像横坐标位置也为“0”的情况下，再调节其纵坐标而到达位置20处。在上述四块楔形玻璃夹具3的初固化期间，以1次/0.5h的监测频率且通过光学比较测角仪4监控m块楔形玻璃夹具3，以使其自准直像与各自位置基准点P的对准精度始终满足对准精度±5″的要求。初固化时间为7h-9h；之后再进行48h以上的后固化。光学胶是用光学环氧胶A、B组份按1瓶：1瓶混合摇匀配制，静置时间约2h左右，视胶液的流动性较缓慢为准。在进行本步骤之前，需用醇醚混合液擦拭各块楔形玻璃夹具3的基面C及平行平面光胶垫板7的表面G。

第七步，将十六个楔镜毛坯2分四组对应与平行平面光胶垫板7上固化的四块楔形玻璃夹具3进行光胶(参见图8)，其中四个楔镜毛坯2的第一通光面A均匀光胶在一块楔形玻璃夹具3的斜面D上(参见图9)，在光胶过程中，要求楔镜毛坯2的外圆与楔形玻璃夹具3的顶面W的内侧边相切。

第八步，用302#、303#金刚砂精磨楔镜毛坯2的的第二通光面B，控制楔镜毛坯2的第二通光面B与平行平面光胶垫板7下表面之间的厚度尺寸达到规定的要求，即控制在25.2mm±0.05mm，与此同时，用千分比较仪控制16个楔镜毛坯2的第二通光面B与平行平面光胶垫板7下表面之间的厚度差≤0.002mm，第二通光面B的面形达到光圈N≤2、局部光圈ΔN≤0.3。最后用铅笔在楔镜毛坯2的外圆上标识出第二通光面B即楔镜零件1的斜面，之后下盘，倒角，清洗，从而获得16个满足图1要求的楔镜零件1。

Claims (3)

1.一种楔形镜的制作方法，其特征在于：该制作方法包括以下工艺步骤：

第一步，采用光学零件加工工艺粗磨成型m×n个楔镜毛坯(2)，并对楔镜毛坯(2)的第一通光面(A)进行精磨和抛光，使其面形和表面疵病达到规定的要求，m、n为自然数；

第二步，采用光学零件加工工艺加工粗磨成型m个楔镜玻璃夹具3，并对楔形玻璃夹具(3)的斜面(D)进行精磨和抛光，其中，楔镜玻璃夹具(3)的斜面(D)与基面(C)为通光面，斜面(D)与侧面倾斜，基面(C)与侧面垂直，与斜面(D)相接的顶面(W)与基面(C)平行；

第三步，选用与制作楔镜具有相同楔角且楔角精度≤2″的标准角度块规(5)，并将其基面紧贴在光学比较测角仪(4)的检测台面(F)上，调节光学比较测角仪(4)的自准直管(6)，使所述标准角度块规(5)斜面(E)反射回来的自准直像对准基准点(P)时固定自准直管(6)，要求对准精度在±5″以内，之后，从光学比较测角仪(4)上取下标准角度块规(5)；

第四步，将其中一块楔形玻璃夹具(3)的基面(C)紧贴在光学测角仪(4)的检测台面(F)上，通过调整楔形玻璃夹具(3)使其斜面(D)反射的自准直像出现在自准直管(6)的视场中央区，并将该自准直像与基准点(P)进行比较，若所述自准直像与基准点(P)的相对位置差超出1′，则对楔形玻璃夹具(3)的基面(C)进行精磨修改，直至自准直像与基准点(P)的相对位置差≤1′，与此同时，控制楔形玻璃夹具(3)基面(C)与顶面(W)的厚度尺寸达到要求值，且使两者的平行差≤0.005mm；按照上述操作步骤将其它各块楔形玻璃夹具(3)精磨修改到位；

第五步，选用平行差≤2″的平行平面光胶垫板(7)并将其下表面紧贴光学比较测角仪(4)的检测台面(F)，再将标准角度块规(5)的基面紧贴平行平面光胶垫板(7)的上表面(G)，调整光学比较测角仪(4)的自准直管(6)，使标准角度块规(5)斜面(E)反射的自准直像对准基准点(P)时固定自准直管(6)，之后，从平行平面光胶垫板(7)上取下标准角度块规(5)；

第六步：用光学胶将第一块楔形玻璃夹具(3)的基面(C)粘接在平行平面光胶垫板(7)的上表面(G)左侧位置a1处，通过调整楔形玻璃夹具(3)使该块楔形玻璃夹具(3)斜面(D)反射的自准直像位于基准点(P)，其对准精度在±5″以内，之后，在光学比较测角仪(4)上向左移动平行平面光胶垫板(7)，采用与第一块楔形玻璃夹具(3)相同的粘接和调整方法，在平行平面光胶垫板(7)的上表面(G)由左向右的位置上依次粘接和调整其它块楔形玻璃夹具(3)，同时，在m块楔形玻璃夹具(3)的初固化期间，以1次/0.5h的监测频率且通过光学比较测角仪(4)监控m块楔形玻璃夹具(3)，以使其自准直像与各自位置基准点(P)的对准精度始终满足对准精度要求，初固化时间为7h-9h；后固化时间大于48h；

第七步，将m×n个楔镜毛坯(2)按m组对应与所述平行平面光胶垫板(7)上固化的m块楔形玻璃夹具(3)进行光胶，其中n个楔镜毛坯(2)的第一通光面(A)均匀光胶在一块楔形玻璃夹具(3)的斜面(D)上，且各楔镜毛坯(2)的外圆与对应楔形玻璃夹具(3)顶面(W)的内侧边相切；

第八步，精磨楔镜毛坯(2)的第二通光面(B)，控制楔镜毛坯(2)的第二通光面(B)与平行平面光胶垫板(7)下表面之间的厚度尺寸达到规定的要求，同时用千分比较仪控制m×n个楔镜毛坯(2)的第二通光面(B)与平行平面光胶垫板(7)下表面之间的厚度差≤0.002mm；然后，抛光楔镜毛坯(2)的第二通光面(B)，面形要求为光圈N≤2、局部光圈ΔN≤0.3；最后用铅笔在楔镜毛坯(2)的外圆上标识出第二通光面(B)即楔镜零件(1)的斜面，之后下盘，倒角，清洗，从而获得m×n个楔镜零件(1)。

2.根据权利要求1所述楔形镜的制作方法，其特征在于：所述光学胶是用光学环氧胶A、B组份按1瓶：1瓶混合摇匀配制。

3.根据权利要求1或2所述楔形镜的制作方法，其特征在于：精磨所述楔镜毛坯(2)第二通光面(B)的磨料为302#、303#金刚砂。

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