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

一种高精度五棱镜的制作方法 Download PDF

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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、θ),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。
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五角棱镜补偿法加工工艺研究;刘昕;《应用光学》;20100131;第31卷(第1期);全文 *
角锥棱镜加工工艺研究;罗青山;《光学技术》;20151130;第41卷(第6期);全文 *

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CN105629359A (zh) 2016-06-01

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