CN105629359B - 一种高精度五棱镜的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高精度五棱镜的制作方法，通过复制方砖的高精度角度，巧妙利用五棱镜角度关系，采用常规的光胶方法，实现五棱镜高精度加工；本发明在制作五棱镜过程中，利用光胶靠体(精度90°±2＂)保证五角棱镜四个工作面与侧面的垂直度在5＂以内，即保证第二平行差；利用比较测角仪监控角度光胶上盘，分别保证90°和22.5°角度的加工精度，并保证零件的第一平行差。本发明避免传统加工五棱镜过程中单件改角度流程，而采用复制方砖的高精度角度，批量成盘细磨控制平行，解决五角棱镜返工率高、成品率低的问题。

Description

一种高精度五棱镜的制作方法

技术领域

本发明属于光学冷加工技术领域，具体为一种高精度五棱镜的制作方法。

背景技术

在光学系统中，“五棱镜”是光束定角度(90°)转向器之一，其用途一是，不管第一面上的入射角是多少，出射光把入射光转向一定角度(90°)，用途二是，五棱镜的成像既无旋转也无镜面反射，其加工制造精度直接影响着其在光学系统中的作用，影响五棱镜在光学系统的技术指标包括：1.第一、第二平行差(θ_Ⅰ、θ_Ⅱ)，如图1所示，即光线从棱镜的入射面A垂直入射时，光线在出射前对出射面法线的偏差，在入射光轴截面方向的分量称为“第一平行差”，在垂直于入射光轴截面方向的分量称为“第二平行差”；2.90°及22.5°加工精度。

以图1中五棱镜为例，目前，五棱镜的传统加工方法先加工一侧面(F)作为基准面，然后单块改(C)面与基准面(F)垂直度，点胶、细磨面贴置到平面度好的平面平板上，上盘再抛光，接着单块改(D)面与(C)面的45°，同时与基准面(F)的垂直度，点胶、细磨面贴置到平面度好的平面平板上，上盘再抛光，而后单块改(A)面与(D)面的22.5°以及与基准面(F)的垂直度，点胶、细磨面贴置到平面度好的平面平板上，上盘再抛光，最后改(B)面与(C)面的22.5°以及与基准面(F)的垂直度，再抛光，该加工方法存在问题：

1、加工中贴置未贴紧而导致第一、第二平行超差；

2、点胶加工因未及时加工易出现走动，影响角度加工精度；

3、单块零件改角度及垂直度，费时、工作效率低；

4、易产生观察窗口印子或腐蚀影响表面疵病。

发明内容

本发明针对上述五棱镜传统加工方法存在的不足，提出了一种高精度五棱镜的制作方法。

本发明的技术方案为：

所述一种高精度五棱镜的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：加工粗磨成型若干个五棱镜毛坯；所述五棱镜毛坯中呈五边形的两个端面为F面和G面，要求制作完成后相互垂直的两个侧面为A面和B面，与A面相邻的另一侧面为C面，与B面相邻的另一侧面为D面，与C面和D面相邻的侧面为E面；对F面进行精磨和抛光，要求F面面形光圈数N满足-1≤N≤0；

步骤2：加工得到方砖，所述方砖四个侧面分别为H面、I面、J面和K面，方砖两个端面为L面和M面；对方砖六个面进行精磨和抛光，要求方砖六个面的面形均为低光圈，方砖四个侧面中相邻的两两侧面之间角度满足90°±2＂，方砖四个侧面与L面的垂直度满足90°±2＂，L面和M面的平行差不大于5＂，M面的表面疵病要求不超过Ⅴ级，方砖其余五面的表面疵病要求不超过Ⅳ级；

步骤3：将步骤1制得的所有五棱镜毛坯的F面光胶到方砖的四个侧面上，使得五棱镜毛坯的A面与方砖的M面在同一加工面上；精磨五棱镜毛坯的A面和方砖的M面，使得五棱镜毛坯A面以及方砖M面与方砖L面的平行差不大于2＂，再抛光五棱镜毛坯的A面和方砖的M面，面形要求光圈数N≤1，局部光圈△N≤0.2，表面疵病不超过Ⅳ级；最后五棱镜毛坯和方砖下盘、清洗；

步骤4：将90°标准角度块规的基面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，调整光学比较测角仪的自准直管，使90°标准角度块规反射的自准直像刻度线与光学比较测角仪内刻度线的0刻度重合，得到90°标准角度块规反射的自准直像刻度线与光学比较测角仪内刻度线的0刻度对准的位置作为基准点P，并且固定自准直管；

步骤5：将方砖的M面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，要求接触面有光圈，并且将步骤3处理后的某个五棱镜毛坯B面放置在光学比较测角仪的检测台面上；调整五棱镜毛坯，使得五棱镜毛坯A面反射的自准直像位于基准点P上，并将五棱镜毛坯的F面光胶在方砖的侧面上，使得五棱镜毛坯B面与方砖M面在同一加工面上；

步骤6：重复步骤5，将所有步骤3处理后的五棱镜毛坯均光胶到方砖的侧面上；精磨五棱镜毛坯的B面和方砖的M面，使得五棱镜毛坯B面以及方砖M面与方砖L面的平行差不大于2＂，再抛光五棱镜毛坯的B面和方砖的M面，面形要求光圈数N≤1，局部光圈△N≤0.2，表面疵病不超过Ⅳ级；最后五棱镜毛坯和方砖下盘、清洗；

步骤7：将22.5°标准角度块规的基面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，调整光学比较测角仪的自准直管，使22.5°标准角度块规斜面反射的自准直像对准基准点P，并且固定自准直管；

步骤8：将方砖的M面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，要求接触面有光圈，并且将步骤6处理后的某个五棱镜毛坯C面放置在光学比较测角仪的检测台面上；调整五棱镜毛坯，使得五棱镜毛坯B面反射的自准直像位于基准点P上，并将五棱镜毛坯的F面光胶在方砖的侧面上，使得五棱镜毛坯C面与方砖M面在同一加工面上；

步骤9：重复步骤8，将所有步骤6处理后的五棱镜毛坯均光胶到方砖的侧面上；精磨五棱镜毛坯的C面和方砖的M面，使得五棱镜毛坯C面以及方砖M面与方砖L面的平行差不大于2＂，再抛光五棱镜毛坯的C面和方砖的M面，面形要求光圈数N≤0.5，局部光圈△N≤0.1，表面疵病不超过Ⅳ级；最后五棱镜毛坯和方砖下盘、清洗；

步骤10：将方砖的M面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，要求接触面有光圈，并且将步骤9处理后的某个五棱镜毛坯D面放置在光学比较测角仪的检测台面上；调整五棱镜毛坯，使得五棱镜毛坯A面反射的自准直像位于基准点P上，并将五棱镜毛坯的F面光胶在方砖的侧面上，使得五棱镜毛坯D面与方砖M面在同一加工面上；

步骤11：重复步骤10，将所有步骤9处理后的五棱镜毛坯均光胶到方砖的侧面上；精磨五棱镜毛坯的D面和方砖的M面，使得五棱镜毛坯D面以及方砖M面与方砖L面的平行差不大于2＂，再抛光五棱镜毛坯的D面和方砖的M面，面形要求光圈数N≤0.5，局部光圈△N≤0.1，表面疵病不超过Ⅳ级；最后五棱镜下盘、清洗，得到若干个高精度五棱镜。

有益效果

本发明的效益体现在以下几个方面：

1、本发明通过复制方砖的高精度角度，巧妙利用五棱镜角度关系，采用常规的光胶方法，实现五棱镜高精度加工，本发明为五棱镜的制作开辟了一条新途径，该方法新颖，独特，可推广到直角棱镜、等腰棱镜等一序列高精度棱镜加工中。

2、本发明在制作五棱镜过程中，利用光胶靠体(精度90°±2＂)保证五角棱镜四个工作面与侧面的垂直度在5＂以内，即保证第二平行差；利用比较测角仪监控角度光胶上盘，分别保证90°和22.5°角度的加工精度，并保证零件的第一平行差。

3、本发明避免传统加工五棱镜过程中单件改角度流程，而采用复制方砖的高精度角度，批量成盘细磨控制平行，解决五角棱镜返工率高、成品率低的问题。

附图说明

附图1五棱镜示意图；

附图2方砖示意图；

附图3 90°标准块规示意图；

附图4基准点P在光学比较测角仪基准点读数示意图；

附图5五棱镜光胶到方砖的示意图；

附图6 22.5°标准块规示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

步骤1：采用光学零件加工工艺粗磨成型2×4个五棱镜毛坯。如图1所示，五棱镜毛坯尺寸：30±0.1mm，角度：90°±30＂，第一、二平行差≤30＂。所述五棱镜毛坯中呈五边形的两个端面为F面和G面，要求制作完成后相互垂直的两个侧面为A面和B面，与A面相邻的另一侧面为C面，与B面相邻的另一侧面为D面，与C面和D面相邻的侧面为E面，E面粗磨成型即可。对F面进行精磨和抛光，要求F面面形光圈数(干涉条纹数)N满足-1≤N≤0，(+、-分别表示光圈高、低)，局部光圈△N≤0.3，表面疵病不超过Ⅳ级。

步骤2：采用光学冷加工工艺加工得到一个120mm×120mm×30mm方砖。如图2所示，所述方砖四个侧面分别为H面、I面、J面和K面，方砖两个端面为L面和M面；先加工方砖四个侧面(光胶面)，要求光胶面光圈数-1≤N≤0，局部光圈△N≤0.3，表面疵病不超过Ⅳ级，方砖四个侧面中相邻的两两侧面之间角度为90°±2＂；再细磨、抛光端面L面，要求L面光圈数N≤1，局部光圈△N≤0.3，表面疵病不超过Ⅳ级，且方砖四个侧面与L面的垂直度为90°±2＂；最后细磨、抛光端面M面，要求抛亮即可，面形为低光圈，并控制L面和M面的平行差不大于5＂。

步骤3：加工五棱镜A面：先用醇醚混合液将所有8个五棱镜毛坯F面和方砖四个光胶面擦拭干净，再逐个将五棱镜毛坯的F面光胶到方砖H、I、J、K面上，一个光胶面上光胶两个五棱镜，使得五棱镜毛坯的A面与方砖的M面在同一加工面上。

精磨五棱镜毛坯的A面和方砖的M面，用光学比较测角仪控制精磨面(五棱镜毛坯A面以及方砖M面)与方砖L面的平性差不大于2＂，再抛光精磨面，面形要求光圈数N≤1，局部光圈△N≤0.2，表面疵病不超过Ⅳ级；最后五棱镜毛坯和方砖下盘、清洗。

步骤4：将90°标准角度块规(要求标准角度块规的楔角精度≤2＂，如图3所示)的基面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，调整光学比较测角仪的自准直管，使90°标准角度块规反射的自准直像与光学比较测角仪刻度0重合，得到90°标准角度块规反射的自准直像与刻度0对准(对准精度在±5＂以内)的位置作为基准点P，并且固定自准直管；然后从光学比较测角仪上取下90°标准角度块规。

步骤5：加工五棱镜B面：先将方砖和光学测角仪检测台面用醇醚混合液擦拭干净，再将方砖的M面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，要求接触面有光圈，并且将步骤3处理后的某个五棱镜毛坯B面放置在光学比较测角仪的检测台面上；调整五棱镜毛坯，使得五棱镜毛坯A面反射的自准直像位于基准点P上(如图4所示)，其对准精度在±5＂以内，并将五棱镜毛坯的F面光胶在方砖的侧面上，使得五棱镜毛坯B面与方砖M面在同一加工面上。

步骤6：重复步骤5，将步骤3处理后的所有8个五棱镜毛坯均光胶到方砖的侧面上，一个光胶面上光胶2个五棱镜；精磨五棱镜毛坯的B面和方砖的M面，使得五棱镜毛坯B面以及方砖M面与方砖L面的平行差不大于2＂，再抛光五棱镜毛坯的B面和方砖的M面，面形要求光圈数N≤1，局部光圈△N≤0.2，表面疵病不超过Ⅳ级；最后五棱镜毛坯和方砖下盘、清洗。

步骤7：将22.5°标准角度块规(要求标准角度块规的楔角精度≤2＂，如图6所示)的基面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，调整光学比较测角仪的自准直管，使22.5°标准角度块规斜面反射的自准直像对准基准点P，对准精度在±5＂以内，并且固定自准直管，然后从光学比较测角仪上取下22.5°标准角度块规。

步骤8：加工五棱镜C面：先将方砖和光学测角仪检测台面用醇醚混合液擦拭干净，再将方砖的M面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，要求接触面有光圈，并且将步骤6处理后的某个五棱镜毛坯C面放置在光学比较测角仪的检测台面上；调整五棱镜毛坯，使得五棱镜毛坯B面反射的自准直像位于基准点P上，其对准精度在±5＂以内，并将五棱镜毛坯的F面光胶在方砖的侧面上，使得五棱镜毛坯C面与方砖M面在同一加工面上。

步骤9：重复步骤8，将步骤6处理后的所有8个五棱镜毛坯均光胶到方砖的侧面上，一个光胶面上光胶2个五棱镜；精磨五棱镜毛坯的C面和方砖的M面，使得五棱镜毛坯C面以及方砖M面与方砖L面的平行差不大于2＂，再抛光五棱镜毛坯的C面和方砖的M面，面形要求光圈数N≤0.5，局部光圈△N≤0.1，表面疵病不超过Ⅳ级；最后五棱镜毛坯和方砖下盘、清洗。

步骤10：加工五棱镜D面：先将方砖和光学测角仪检测台面用醇醚混合液擦拭干净，再将方砖的M面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，要求接触面有光圈，并且将步骤9处理后的某个五棱镜毛坯D面放置在光学比较测角仪的检测台面上；调整五棱镜毛坯，使得五棱镜毛坯A面反射的自准直像位于基准点P上，其对准精度在±5＂以内，并将五棱镜毛坯的F面光胶在方砖的侧面上，使得五棱镜毛坯D面与方砖M面在同一加工面上；

步骤11：重复步骤10，将步骤9处理后的所有8个五棱镜毛坯均光胶到方砖的侧面上，一个光胶面上光胶2个五棱镜；精磨五棱镜毛坯的D面和方砖的M面，使得五棱镜毛坯D面以及方砖M面与方砖L面的平行差不大于2＂，再抛光五棱镜毛坯的D面和方砖的M面，面形要求光圈数N≤0.5，局部光圈△N≤0.1，表面疵病不超过Ⅳ级；最后五棱镜下盘、清洗，得到8个高精度五棱镜。

Claims (1)

1.一种高精度五棱镜的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：加工粗磨成型若干个五棱镜毛坯；所述五棱镜毛坯中呈五边形的两个端面为F面和G面，要求制作完成后相互垂直的两个侧面为A面和B面，与A面相邻的另一侧面为C面，与B面相邻的另一侧面为D面，与C面和D面相邻的侧面为E面；对F面进行精磨和抛光，要求F面面形光圈数N满足-1≤N≤0；

步骤2：加工得到方砖，所述方砖四个侧面分别为H面、I面、J面和K面，方砖两个端面为L面和M面；对方砖六个面进行精磨和抛光，要求方砖六个面的面形均为低光圈，方砖四个侧面中相邻的两两侧面之间角度满足90°±2＂，方砖四个侧面与L面的垂直度满足90°±2＂，L面和M面的平行差不大于5＂，M面的表面疵病要求不超过Ⅴ级，方砖其余五面的表面疵病要求不超过Ⅳ级；

步骤3：将步骤1制得的所有五棱镜毛坯的F面光胶到方砖的四个侧面上，使得五棱镜毛坯的A面与方砖的M面在同一加工面上；精磨五棱镜毛坯的A面和方砖的M面，使得五棱镜毛坯A面以及方砖M面与方砖L面的平行差不大于2＂，再抛光五棱镜毛坯的A面和方砖的M面，面形要求光圈数N≤1，局部光圈△N≤0.2，表面疵病不超过Ⅳ级；最后五棱镜毛坯和方砖下盘、清洗；

步骤4：将90°标准角度块规的基面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，调整光学比较测角仪的自准直管，使90°标准角度块规反射的自准直像刻度线与光学比较测角仪内刻度线的0刻度重合，得到90°标准角度块规反射的自准直像刻度线与光学比较测角仪内刻度线的0刻度对准的位置作为基准点P，并且固定自准直管；

步骤5：将方砖的M面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，要求接触面有光圈，并且将步骤3处理后的某个五棱镜毛坯B面放置在光学比较测角仪的检测台面上；调整五棱镜毛坯，使得五棱镜毛坯A面反射的自准直像位于基准点P上，并将五棱镜毛坯的F面光胶在方砖的侧面上，使得五棱镜毛坯B面与方砖M面在同一加工面上；

步骤6：重复步骤5，将所有步骤3处理后的五棱镜毛坯均光胶到方砖的侧面上；精磨五棱镜毛坯的B面和方砖的M面，使得五棱镜毛坯B面以及方砖M面与方砖L面的平行差不大于2＂，再抛光五棱镜毛坯的B面和方砖的M面，面形要求光圈数N≤1，局部光圈△N≤0.2，表面疵病不超过Ⅳ级；最后五棱镜毛坯和方砖下盘、清洗；

步骤7：将22.5°标准角度块规的基面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，调整光学比较测角仪的自准直管，使22.5°标准角度块规斜面反射的自准直像对准基准点P，并且固定自准直管；

步骤8：将方砖的M面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，要求接触面有光圈，并且将步骤6处理后的某个五棱镜毛坯C面放置在光学比较测角仪的检测台面上；调整五棱镜毛坯，使得五棱镜毛坯B面反射的自准直像位于基准点P上，并将五棱镜毛坯的F面光胶在方砖的侧面上，使得五棱镜毛坯C面与方砖M面在同一加工面上；

步骤9：重复步骤8，将所有步骤6处理后的五棱镜毛坯均光胶到方砖的侧面上；精磨五棱镜毛坯的C面和方砖的M面，使得五棱镜毛坯C面以及方砖M面与方砖L面的平行差不大于2＂，再抛光五棱镜毛坯的C面和方砖的M面，面形要求光圈数N≤0.5，局部光圈△N≤0.1，表面疵病不超过Ⅳ级；最后五棱镜毛坯和方砖下盘、清洗；

步骤10：将方砖的M面紧贴在光学比较测角仪的检测台面上，要求接触面有光圈，并且将步骤9处理后的某个五棱镜毛坯D面放置在光学比较测角仪的检测台面上；调整五棱镜毛坯，使得五棱镜毛坯A面反射的自准直像位于基准点P上，并将五棱镜毛坯的F面光胶在方砖的侧面上，使得五棱镜毛坯D面与方砖M面在同一加工面上；

步骤11：重复步骤10，将所有步骤9处理后的五棱镜毛坯均光胶到方砖的侧面上；精磨五棱镜毛坯的D面和方砖的M面，使得五棱镜毛坯D面以及方砖M面与方砖L面的平行差不大于2＂，再抛光五棱镜毛坯的D面和方砖的M面，面形要求光圈数N≤0.5，局部光圈△N≤0.1，表面疵病不超过Ⅳ级；最后五棱镜下盘、清洗，得到若干个高精度五棱镜。