CN108161578B - 一种细长光学器件端面的加工方法 - Google Patents

一种细长光学器件端面的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种细长光学器件端面的加工方法，包括以下步骤：对普通双面研磨机、双面抛光机现有的外齿圈、太阳轮、带动帽进行尺寸改造；根据待加工的细长光学器件的长度和直径在现有的行星轮夹具上打孔；将待加工器件放入特制的行星轮夹具中，用粘结蜡将保护片贴在器件和夹具的接触端面上；采用平面研磨机将待加工器件和保护片上表面研磨到一个平面上，采用改造后的双面研磨机对器件的两个端面进行研磨；采用改造后的双面抛光机对器件的两个端面进行抛光，抛光过程中检查光洁度、平面度、平行度；合格后下盘，清洗，送检。本发明既能一次完成两个端面加工，又能一次完成多根细长光学器件的加工，加工效率高，加工成本低，可实现规模化。

Description

一种细长光学器件端面的加工方法
技术领域
本发明涉及光学加工技术领域，特别涉及一种细长光学器件端面的加工方法。
背景技术
随着科学技术的进步，对光学器件的需求量越来越大，对光学器件的加工要求也越来越高。
细长光学器件是一类特殊的光学器件，对于细长光学器件端面的加工，传统的方法是单面手工加工或机器单面加工，加工效率低，加工周期长，且平行度不好控制，已不能满足大量细长光学器件的规模加工。
发明内容
本发明的目的是提供一种细长光学器件端面的加工方法，该方法能极大提高细长光学器件端面的加工效率，且能较好地控制端面的平行度。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种细长光学器件端面的加工方法，该方法包括以下步骤：
(1)设备改造
基于普通双面研磨机、双面抛光机现有的外齿圈、太阳轮、带动帽通过尺寸的改造，实现特制夹具在设备内平稳运行，所述的尺寸改造为外齿圈和太阳轮的厚度增加到70mm，带动帽的高度增加到200mm；
(2)夹具制作
根据待加工的细长光学器件的长度和直径在现有的行星轮夹具上打孔，使孔的内径大于待加工的细长光学器件0.02mm，孔轴线与行星轮夹具的表面夹角小于90°±30"，行星轮夹具长度小于待加工的细长光学器件长度10mm；
(3)器件上盘
将待加工细长光学器件放入步骤(2)制作的行星轮夹具中，用粘结蜡将保护片粘在细长光学器件和行星轮夹具的接触端面上，保护片(2)略高出待加工细长光学器件，之后用粘结蜡封住；
(4)器件研磨
采用平面研磨机将待加工细长光学器件(3)和保护片(2)上表面磨到同一平面，器件表面和夹具表面不平度小于0.02mm，留0.2mm的加工余量；
采用步骤(1)改造后的双面研磨机对待加工的细长光学器件的两个端面进行研磨，留0.03mm的抛光余量；
(5)器件抛光
将装夹已完成研磨的细长光学器件的行星轮夹具清洗干净后放在步骤(1)改造后的双面抛光机上，同时对两个端面进行抛光，抛光过程中检查光洁度、平面度、平行度；
(6)清洗、送检
加工合格后将细长光学器件下盘，清洗，送检。
优选的，步骤(4)中所述平面研磨机采用的研磨盘为铸铁盘，转速为20～30rpm，磨料采用280#碳化硼或280#绿碳化硅。
优选的，步骤(4)中所述双面研磨机采用的研磨盘为铸铁盘，转速为40～50rpm，磨料采用W10碳化硼或W10绿碳化硅。
优选的，步骤(5)中所述双面抛光机采用的抛光盘为聚氨酯抛光盘，转速为40～50rpm，抛光液采用W1金刚石抛光液或W1氧化铈抛光液。
优选的，所述保护片(2)的材质与待加工的细长光学器件(3)的材质相同。
优选的，步骤(5)中采用超声清洗方式对装夹已完成研磨的细长光学器件的行星轮夹具进行清洗。
本发明的有益效果是：
(1)通过改造普通的研磨、抛光设备，使之在加工薄片光学器件的基础上能够加工细长光学器件的端面，
(2)通过特制行星轮夹具，可将细长光学器件装夹在夹具中由机器自动加工，降低了人员的劳动强度和加工难度，提高了人员的劳动效率，
(3)行星轮夹具在上、下磨盘中间通过外齿圈和行星轮的带动，使其在机器中平稳运行，器件的平面度、平行度、光洁度、垂直度满足加工要求，同时器件的上下两个端面可同时被加工，大大提高了加工效率。
附图说明
图1为本发明的细长光学器件端面的加工方法的工艺流程图；
图2为本发明特制的行星轮夹具在改造过的设备上、下磨盘中间的示意图；
图3为本发明特制的行星轮夹具在改造过的设备上加工的俯视示意图；
图中：1、带动帽，2、保护片，3、细长光学器件，4、下磨盘，5、行星轮夹具，6、太阳轮，7、上磨盘，8、外齿圈，9、档杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1～图3所示，以尺寸规格80×3×3mm玻璃光学器件为实验样件，样件数量为200个，加工步骤如下：
(1)设备改造
基于普通双面研磨机、双面抛光机现有的外齿圈8、太阳轮6、带动帽1通过尺寸的改造，实现特制夹具在设备内平稳运行，所述的尺寸改造为外齿圈8和太阳轮6的厚度增加到70mm，带动帽1的高度增加到200mm。
(2)夹具制作
根据待加工的玻璃光学器件的长度和直径在现有的行星轮夹具5上打孔，使孔的内径大于待加工的细长光学器件0.02mm，孔轴线与行星轮夹具的表面夹角小于90°±30"，行星轮夹具长度小于待加工的细长光学器件长度10mm。
(3)器件上盘
切割好的玻璃光学器件3平均放入加工好的行星轮夹具5中，每个夹具中放40根，玻璃光学器件3在行星轮夹具5的每个端面露出5mm，用毛笔将融化的粘结蜡涂在玻璃光学器件3和行星轮夹具5的两个端面上，把光学玻璃保护片加热到能融化粘结蜡的热度，用竹镊子夹起光学玻璃保护片2紧贴玻璃光学器件3和行星轮夹具5的端面，待石蜡冷却即把玻璃光学器件3固定在行星轮夹具5上，玻璃光学器件3固定后，用酒精将保护片表面擦干净。
(4)器件研磨
在平面研磨机上将固定好玻璃光学器件3的行星轮夹具5的两个端面上的保护片2和玻璃光学器件3研磨到一个平面上，器件表面和夹具表面不平度小于0.02mm；先在平面研磨机的铸铁盘上加280#绿碳化硅，启动平面研磨机，转速设置为30rpm，用手拿住行星轮夹具5在铸铁盘上研磨，先磨平第一面，再磨平第二面，最后留0.2mm的加工余量；
将研磨好的行星轮夹具5置于水池中，清洗干净后放在已改造的双面研磨机外齿圈8和太阳轮6之间的下磨盘4上，再把上磨盘7放在行星轮夹具5上，上磨盘7和带动帽1用档杆9固定，打开自动给料开关，磨料采用W10绿碳化硅，启动双面研磨机，转速设置为50rpm，行星轮夹具5在双面研磨机中运行，研磨1个小时后检查玻璃光学器件3表面光洁度和长度，研磨完成后留0.03mm的抛光余量。
(5)器件抛光
将研磨好的行星轮夹具5置于超声波清洗机中，清洗干净后放在已改造的双面抛光机外齿圈8和太阳轮6之间的下磨盘4上，再把上磨盘7放在行星轮夹具5上，上磨盘7和带动帽1用档杆9固定，抛光液采用W1氧化铈抛光液，用针管手工吸料后喷在行星轮夹具5和下磨盘4上，启动双面抛光机，转速设置为50rpm，行星轮夹具5在双面抛光机中运行，抛光1小时后检查光洁度、平面度、平行度，检查合格后下盘。
(6)清洗、送检
加工合格后将细长光学器件下盘，清洗，送检。
将加工后的200根玻璃光学器件分别置于Hi-Marc-60激光平面干涉仪上检测平面度，测试方式：PZT移相，面形，测试波长：632.8nm，测试分辨率：512*512Pix，0.290mm/Pix，用比较测角仪检查平行度及垂直度，在暗室中用60瓦白炽灯检查光洁度。
检测结果为平面度小于0.2N，平行度≤10"，光洁度≤Ⅱ级，垂直度≤3'，其中只有1根上面有亮丝(光洁度不合格)，200根玻璃光学器件合格197根，合格率98.5％。整个加工周期：平面研磨机上手工研磨110分钟，双面研磨机上自动研磨70分钟，双面抛光机上自动抛光135分钟，共用时5.25小时，加工效率非常高。
实施例2
如图1～图3所示，以尺寸规格4×4×120mm陶瓷光学器件3为实验样件，样件数量为300个，加工步骤如下：
(1)设备改造
基于普通双面研磨机、双面抛光机现有的外齿圈8、太阳轮6、带动帽1通过尺寸的改造，实现特制夹具在设备内平稳运行，所述的尺寸改造为外齿圈8和太阳轮6的厚度增加到70mm，带动帽1的高度增加到200mm。
(2)夹具制作
根据待加工的细长光学器件的长度和直径在现有的行星轮夹具5上打孔，使孔的内径大于待加工的细长光学器件0.02mm，孔轴线与行星轮夹具的表面夹角小于90°±30"，行星轮夹具长度小于待加工的细长光学器件长度10mm。
(3)器件上盘
将切割好的陶瓷光学器件3平均放入加工好的行星轮夹具5中，每个夹具中放60根，陶瓷光学器件3在行星轮夹具5的每个端面露出5mm，用毛笔将融化的粘结蜡涂在陶瓷光学器件3和行星轮夹具5的两个端面上，把陶瓷保护片加热到能融化粘结蜡的热度，用竹镊子夹起陶瓷保护片2紧贴陶瓷光学器件3和行星轮夹具5的端面，待石蜡冷却即把陶瓷光学器件3固定在行星轮夹具5上，陶瓷光学器件3固定后，用酒精将保护片表面擦干净。
(4)器件研磨
在平面研磨机上将固定好陶瓷光学器件3的行星轮夹具5的两个端面上的保护片2和陶瓷光学器件3研磨到一个平面上，器件表面和夹具表面不平度小于0.02mm；先在平面研磨机的铸铁盘上加280#碳化硼磨料，启动平面研磨机，转速设置为20rpm，用手拿住行星轮夹具5在铸铁盘上研磨，先磨平第一面，再磨平第二面，最后留0.2mm的加工余量；
将研磨好的行星轮夹具5置于水池中，清洗干净后放在已改造的双面研磨机外齿圈8和太阳轮6之间的下磨盘4上，再把上磨盘7放在行星轮夹具5上，上磨盘7和带动帽1用档杆9固定，打开自动给料开关，磨料采用W10碳化硼，启动双面研磨机，转速设置为40rpm，行星轮夹具5在双面研磨机中运行，表面被上、下磨盘和碳化硼磨料研磨，研磨1个小时后检查陶瓷光学器件3表面光洁度和长度，研磨完成后留0.03mm的抛光余量。
(5)器件抛光
将研磨好的行星轮夹具5置于超声波清洗机中，清洗干净后放在已改造的双面抛光机外齿圈8和太阳轮6之间的下磨盘4上，再把上磨盘7放在行星轮夹具5上，上磨盘7和带动帽1用档杆9固定，抛光液采用W1金刚石抛光液，用针管手工吸料后喷在行星轮夹具5和下磨盘4上，启动双面抛光机，转速设置为40rpm，行星轮夹具5在双面抛光机中运行，抛光1小时后检查光洁度、平面度、平行度，检查合格后下盘。
(6)清洗、送检
加工合格后将细长光学器件下盘，清洗，送检。
将加工后的300根陶瓷光学器件分别置于Hi-Marc-60激光平面干涉仪上检测平面度，测试方式：PZT移相，面形，测试波长：632.8nm，测试分辨率：512*512Pix，0.290mm/Pix，用比较测角仪检查平行度及垂直度，在暗室中用60瓦白炽灯检查光洁度。
检测结果为平面度小于0.2N，平行度≤10"，光洁度≤Ⅱ级，垂直度≤3'，其中只有4根上面有亮丝(光洁度不合格)，300根陶瓷光学器件合格296根，合格率98.7％。整个加工周期：平面研磨机上手工研磨两小时，双面研磨机上自动研磨1.2小时，双面抛光机上自动抛光2.3小时，共用时5.5小时，加工效率非常高。

Claims (2)

1.一种细长光学器件端面的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）设备改造
基于普通双面研磨机、双面抛光机现有的外齿圈（8）、太阳轮（6）、带动帽（1）通过尺寸的改造，实现特制夹具在设备内平稳运行，所述的尺寸改造为外齿圈（8）和太阳轮（6）的厚度增加到70mm，带动帽（1）的高度增加到200mm；
（2）夹具制作
根据待加工的细长光学器件（3）的长度和直径在现有的行星轮夹具（5）上打孔，使孔的内径大于待加工的细长光学器件（3）0.02mm，孔轴线与行星轮夹具（5）的表面夹角小于90°±30"，行星轮夹具（5）长度小于待加工的细长光学器件（3）长度10mm；
（3）器件上盘
将待加工细长光学器件（3）放入步骤（2）制作的行星轮夹具（5）中，用粘结蜡将保护片（2）粘在细长光学器件（3）和行星轮夹具（5）的接触端面上，保护片（2）略高出待加工细长光学器件（3），之后用粘结蜡封住；所述保护片（2）的材质与待加工的细长光学器件（3）的材质相同；
（4）器件研磨
采用平面研磨机将待加工细长光学器件（3）和保护片（2）上表面磨到同一平面，器件表面和夹具表面不平度小于0.02mm，留0.2mm的加工余量；所述平面研磨机采用的研磨盘为铸铁盘，转速为20～30rpm，磨料采用280#碳化硼或280#绿碳化硅；
采用步骤（1）改造后的双面研磨机对待加工的细长光学器件（3）的两个端面进行研磨，留0.03mm的抛光余量；所述双面研磨机采用的研磨盘为铸铁盘，转速为40～50rpm，磨料采用W10碳化硼或W10绿碳化硅；
（5）器件抛光
将装夹已完成研磨的细长光学器件（3）的行星轮夹具（5）清洗干净后放在步骤（1）改造后的双面抛光机上，同时对两个端面进行抛光，抛光过程中检查光洁度、平面度、平行度；所述双面抛光机采用的抛光盘为聚氨酯抛光盘，转速为40～50rpm，抛光液采用W1金刚石抛光液或W1氧化铈抛光液；
（6）清洗、送检
加工合格后将细长光学器件下盘，清洗，送检。
2.根据权利要求1所述的细长光学器件端面的加工方法，其特征在于，步骤（5）中采用超声清洗方式对装夹已完成研磨的细长光学器件（3）的行星轮夹具（5）进行清洗。
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