CN108406505B - 一种斜方棱镜的加工方法及其热胶上盘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种斜方棱镜的加工方法及其热胶上盘装置，属于光学棱镜加工技术领域。该方法采用热胶上盘装置配合完成，步骤为：取托盘A并加热，熔化白蜡；取斜方棱镜摆放在托盘A上，待托盘A冷却后，粘结到托盘A上；对托盘A上斜方棱镜的上表面磨削加工；取托盘B并加热，熔化黄蜡，并将托盘A上斜方棱镜上表面贴紧托盘B，待托盘B冷却后，斜方棱镜的上表面粘结到托盘B上；将托盘A加热，使白蜡熔化，斜方棱镜与托盘A分离；对斜方棱镜的下表面进行磨削加工；从托盘B上取下斜方棱镜，重复上述步骤，加工另外两个工作面。本发明极大地简化斜方棱镜加工面定位难度，有效保证相对两加工面的平行差精度，降低操作难度，大幅度提高生产效率。

Description

一种斜方棱镜的加工方法及其热胶上盘装置

技术领域

本发明属于光学棱镜加工技术领域，更具体地说，涉及一种斜方棱镜的加工方法及其热胶上盘装置。

背景技术

棱镜是由光学材料组成的棱柱体，所有棱镜的折射面和反射面统称工作面，两工作面的交线称为棱，垂直棱的截面称为主截面。棱镜在光学中起着许多各不相同的作用，棱镜的组合可以用作分束器、起偏器等，但在大多数应用中，只是用了棱镜的色散功能，或使像的方向、光束传播方向发生改变的功能。色散功能使棱镜作为色散元件，如在分光计、摄谱仪、单色仪中的棱镜就是起着色散作用。

棱镜的工作面精度要求极高，一般是通过相应形状的棱镜毛坯，经过多道磨削加工得到，并且为了提高生产效率，通常批量加工。如何在大批量生产过程中保证棱镜各工作面参数(光洁度、平面度、角度等)达到设计精度要求，是每个工艺技术方案必须要解决的一个核心问题。因为在制造过程中的每道工序都可能影响最终成品精度，所以对加工精度的控制始终贯穿于整个制造过程，同时还要求对每道工序的影响因素都应有解决的方法。如果没有很好的工艺方法，即使有再先进的加工设备，也可能导致精度达不到要求而大幅增加工作量，造成大量的返修品或废品，不能完整的体现出高效生产的特征。

斜方棱镜一种结构形式的棱镜，形状如图1所示，其具有六个面，其中前后两个大面为菱形面，上下和左右四个面为相等的矩形面，这四个矩形面即为工作面，生产中需要对其进行加工，除各自光洁度要求高以外，还要求相对两矩形面的平行差高精度具有极高要求。现有技术中一般对这四个矩形工作面依次进行磨削加工，也就是需要经过四次安装定位，相邻两次之间周转时间过长，极大的降低了加工速度，每次定位都将导致误差增加，影响加工精度，且由于批量生产，多个棱镜之间误差参差不齐，即使后续返修，难度也极耗时。另外，现有的加工工艺，容易造成已加工工作面在后道工序定位时损伤，进一步导致产品合格率降低，影响了经济效益。

现有涉及斜方棱镜加工方面的专利相对较少，例如中国专利申请号为：201621011625.9，公开日为：2017年3月22日的专利文献，公开了一种斜方棱镜的胶合调校装置，包括用于放置待胶合棱镜的调校工具，所述调校工具上设置凹槽，所述待胶合棱镜嵌入调校工具的凹槽中，所述调校工具设置于调校平台上，所述调校平台底部设有三个调节螺钉，所述调校平台与调节螺钉相互配合连接，所述调校平台通过旋转调节螺钉调节其与水平面的夹角，所述调节螺钉固定于底座上，所述底座另一端连接测角仪，所述测角仪内设有光源和目镜，通过所述目镜观测光源发出的自准直光穿过待胶合棱镜后形成的像。该方案主要是提供胶合装置，以提高斜方棱镜的胶合效率，其完全没有考虑到斜方棱镜各工作面加工中所存在的上述问题。

发明内容

1、要解决的问题

本发明提供一种斜方棱镜的加工方法，其目的在于解决现有斜方棱镜加工工艺中，四个工作面需要逐个定位并加工，造成加工周期长，相对两工作面间平行差高精度难以保证的问题。该方法通过采用热胶上盘装置对相对两个加工面进行磨削定位，极大地简化加工面定位难度，有效保证相对两侧加工面间的平行差精度，且将原有四次定位简化成两次定位，极大地降低操作难度，大幅度提高生产效率。

本发明还提供了采用上述斜方棱镜的加工方法所使用的热胶上盘装置，结构简单，能够实现斜方棱镜的上盘定位操作，以方便磨削加工。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种斜方棱镜的加工方法，其操作步骤为：

①取托盘A并加热，使其上的白蜡熔化；

②取待加工的斜方棱镜摆放在托盘A上，使其中一个工作面贴紧托盘A，待托盘A冷却后，斜方棱镜粘结到托盘A上；

③对托盘A上斜方棱镜的上表面进行磨削加工；

④取托盘B并加热，使其上黄蜡熔化，并将经步骤③处理后的托盘A上斜方棱镜上表面贴紧托盘B，待托盘B冷却后，斜方棱镜的上表面粘结到托盘B上；

⑤将托盘A加热，使白蜡熔化，而黄蜡未熔化，斜方棱镜与托盘A分离；

⑥对托盘B上斜方棱镜的下表面进行磨削加工，使得上下两面之间的厚度满足设计要求；

⑦从托盘B上取下斜方棱镜，重复上述步骤①到步骤⑥，加工另外两个工作面。

作为进一步改进，所述托盘A和托盘B的材质为铝。

作为进一步改进，所述步骤②中，取四个等高垫块随斜方棱镜一起粘结在托盘A上，随斜方棱镜一起磨削，四个等高垫块沿圆周方向均布于托盘A的四周边缘处。

作为进一步改进，所述步骤⑥中，通过测量四个等高垫块的厚度检测斜方棱镜的上下两面之间厚度，保证四个等高垫块的厚度差在0.001mm以内。

作为进一步改进，所述步骤③磨削后的斜方棱镜工作面用清洁布蘸取乙醇和乙醚按1:1混合的液体擦拭干净，并涂抹光学玻璃保护漆。

作为进一步改进，所述步骤④中，在托盘B表面熔化一层黄蜡后，先覆盖一层拷贝纸，再熔化一层黄蜡；所述步骤⑤中，在斜方棱镜与托盘A分离后，用汽油擦除斜方棱镜表面白蜡。

作为进一步改进，所述步骤①中托盘A的加热温度为71℃～74℃，步骤④中托盘B的加热温度为82℃～85℃，步骤⑤中托盘A的加热温度为60℃～65℃。

一种斜方棱镜的热胶上盘装置，用于上述的斜方棱镜加工，它包括加热炉和托盘；所述加热炉包括炉体和设置在炉体中的加热盘，加热盘上盘绕有电阻丝；所述加热炉用于对托盘进行加热。

作为进一步改进，所述托盘包括圆形的盘体，盘体的底部旋转中心处设置有连接套，盘体的四周边缘处沿圆周方向均匀开设有四个槽口。

作为进一步改进，所述加热盘上从内向外设置有多个直径逐渐增大的凸环，相邻两个凸环之间形成环槽，电阻丝盘绕在环槽内。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明斜方棱镜的加工方法，通过两个托盘，并配合白蜡和黄蜡的熔化温度差，使得斜方棱镜相对两个工作面交替粘结在两个托盘上，逐次进行磨削，极大的简化工作面之间切换磨削的安装定位等周转时间，一次性可加工多个斜方棱镜，且它们的加工面都位于同一平面上，相对两个工作面的平行度和差高精度容易保证，四个工作面的磨削加工可简化为两次定位周转，降低操作难度，大幅度提高生产效率，相比现有生产工艺效率提高约3～5倍；该方法思路巧妙，操作简单，对操作人员技术要求相对较低。

(2)本发明斜方棱镜的加工方法，托盘采用铝，导热性较好，加热速度快，蜡熔化和凝固时间短，从而斜方棱镜可快速粘结或脱离托盘；而且铝相对较软，不易划伤斜方棱镜表面，保证加工后表面的光洁度不受影响。

(3)本发明斜方棱镜的加工方法，采用等高垫块随斜方棱镜一起粘结在托盘上，以及后续磨削加工，其类似检测块，磨削所得尺寸与斜方棱镜相同，并从四个方向测量等高垫块厚度尺寸，有效保证托盘上多个斜方棱镜相对两工作面之间的平行度和厚度精度，通过长期试验摸索总结所得，保证四个等高垫块的厚度差在0.001mm以内，多个斜方棱镜加工基本全部满足设计要求。

(4)本发明斜方棱镜的加工方法，托盘A上斜方棱镜磨削后采用清洁布蘸取乙醇和乙醚按1:1混合的液体擦拭，能够较为彻底地擦拭干净磨削残留的抛光粉溶液，擦拭完后涂抹光学玻璃保护漆对加工面进行保护，防止后续加工面与托盘B接触时受到磨损。

(5)本发明斜方棱镜的加工方法，斜方棱镜磨削后的工作面不直接与托盘B表面接触，而是在托盘B表面垫一层拷贝纸，可进一步保护斜方棱镜磨削后的工作面，避免工作面损伤，保证其光洁度。

(6)本发明斜方棱镜的加工方法，综合考虑白蜡和黄蜡的熔化温度，使得步骤①中托盘A的加热温度为71℃～74℃，白蜡可快速熔化，步骤④中托盘B的加热温度为82℃～85℃，黄蜡可快速熔化，而步骤⑤中托盘A的加热温度为60℃～65℃，此时白蜡基本熔化，斜方棱镜可较轻松从托盘A上脱离，而黄蜡处于较好凝固状态，斜方棱镜与托盘B粘结性较强，不影响精度。

(7)本发明斜方棱镜的热胶上盘装置，专为斜方棱镜的加工所设计，加热炉可对托盘进行加热，使蜡熔化，且托盘与加热炉是分体式设计，托盘可方便拿走进行后续对斜方棱镜磨削加工。

(8)本发明斜方棱镜的热胶上盘装置，托盘上的连接套方便拿取托盘，更重要是斜方棱镜磨削时可作为支撑使力点；而托盘上的槽口方便磨削加工中，使得在不取下斜方棱镜的同时，对等高垫块的厚度进行实时测量，便于把控磨削精度。

(9)本发明斜方棱镜的热胶上盘装置，电阻丝在加热盘的多个环槽中的盘绕方式，可对托盘较为均匀的加热。

附图说明

图1为斜方棱镜的立体结构视图；

图2为本发明热胶上盘装置中加热炉的立体结构视图；

图3为本发明热胶上盘装置中加热炉的附图结构视图；

图4为本发明热胶上盘装置中托盘的正面立体结构视图；

图5本发明热胶上盘装置中托盘的反面立体结构视图；

图6为采用热胶上盘装置对斜方棱镜加工时的中间状态视图；

图7为采用热胶上盘装置对斜方棱镜加工时的另一中间状态视图。

图中：100、加热炉；110、炉体；120、加热盘；121、凸环；122、环槽；123、连通槽；124、通孔；130、电阻丝；200、托盘；210、盘体；220、槽口；230、连接套；300、等高垫块。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

本实施例的一种斜方棱镜的热胶上盘装置，其专门为斜方棱镜的新磨削加工工艺所设计，它主要包括加热炉100和托盘200；其中，加热炉100作为加热元件，可对托盘200进行加热，而托盘200可支撑放置在加热炉100上进行加热。

加热炉100的结构如图2和图3所示，它包括炉体110和设置在炉体110中的加热盘120，加热盘120上盘绕有电阻丝130，电阻丝130接通电路即可产生热量对托盘200进行加热。具体地，炉体110包括四个支撑腿和四对横梁，四个支撑腿成方形分布，相邻两个支撑腿之间通过横梁连接，且一对横梁分别位于支撑腿的上下两端，靠下方的四个横梁构成下支撑平台，加热盘120支撑设置在下支撑平台上，靠上方的四个横梁构成上支撑平台，用于支撑托盘200。此处，支撑腿和横梁均采用角钢，简单易得。

本实施例中，加热盘120上从内向外设置有多个直径逐渐增大的凸环121，相邻两个凸环121之间形成环槽122，电阻丝130盘绕在环槽122内，从而可对托盘200整个底面进行加热，并且电阻丝130采用犹如弹簧形式的螺旋形结构，单位长度加热功率可以更高。为了方便电阻丝130的布置，以及加热的均匀性，此处，每个凸环121上开设两个彼此靠近的连通槽123，可连通相邻两个环槽122，且相邻两个凸环121上的连通槽123在圆周方向相差180°，并在最内侧一个凸环121的内部开设两个贯穿加热盘120上下表面的通孔124。在电阻丝130安装时，先从最外面一个环槽122开始，电阻丝130围绕该环槽122一圈后，通过凸环121上的两个连通槽123，电阻丝130两端穿入靠内一个环槽122，然后，电阻丝130两端反向环绕半圈后，再经靠内侧凸环121上的两个连通槽123进入下一环槽122，以此类推，最后，电阻丝130两端都进入最内层的凸环121内，并穿过两个通孔124后，接电源的两端，形成闭合回路，完成电阻丝130的安装。此种布置形式，电阻丝130可较为均匀地布置在加热盘120上，对托盘200进行较为均匀的加热。

托盘200的结构如图4和图5所示，它包括圆形的盘体210，具有一定厚度，在盘体210的底部旋转中心处设置有连接套230，连接套230具有螺纹孔，方便拿取托盘200，更重要是斜方棱镜研磨时的动作为圆周摆动，其可作为支撑使力点；盘体210的四周边缘处沿圆周方向均匀开设有四个槽口220，加工中可在不取下斜方棱镜的同时，对固定于槽口220处的等高垫块300的厚度进行实时测量，便于把控磨削精度。本实施例，托盘200采用铝盘，导热性较好，加热速度快，蜡熔化和凝固时间短，从而斜方棱镜可快速粘结或脱离托盘200；而且铝相对较软，不易划伤斜方棱镜表面，保证加工后表面的光洁度不受影响。

实施例2

本实施例提供了一种斜方棱镜的加工方法，对斜方棱镜的四个工作面进行磨削加工，并能够保证相对两个工作面的平行度和厚度，且也较好保证各工作面光洁度。该方法使用实施例1中的热胶上盘装置配合完成，下面对加工过程进行较为详细的说明。

加工前准备材料：待加工斜方棱镜，白蜡(熔点约为60℃)，黄蜡(松香和白蜡3:1的混合物，熔点约为80℃)，清洁布，乙醇和乙醚1:1的混合液，光学玻璃保护胶，汽油，拷贝纸，实施例1中的热胶上盘装置。这里，热胶上盘装置中铝制的托盘200有两个，直径为300mm，厚度为25mm，槽口220的宽度为10mm。如图1所示斜方棱镜的加工方法，具体步骤如下：

①棱镜前处理：用干净的清洁布蘸取乙醇和乙醚的混合液，擦拭斜方棱镜的加工面，擦净为止。

②取一个托盘200，这里定为托盘A，将托盘A放置到加热炉100上，电阻丝130接通电源，对托盘A进行加热，加热到71℃后断电，在托盘A上放入白蜡，白蜡熔化，并均匀涂抹于托盘A表面。

③在白蜡凝固前，取待加工的斜方棱镜迅速摆放在托盘A上并压紧，使其中一个工作面(这里为下表面)贴紧托盘A，待托盘A冷却后，斜方棱镜可靠粘结到托盘A上，如图6所示。

在此步骤中，同时取四个等高垫块300随斜方棱镜一起粘结在托盘A上，且等高垫块300对准托盘A上的槽口220处，方便后续测量。等高垫块300采用与斜方棱镜相同的材质，随斜方棱镜一起磨削，作为测量基准，磨削所得尺寸与斜方棱镜相同，并从四个方向测量等高垫块300厚度尺寸，有效保证托盘200上多个斜方棱镜相对两工作面之间的平行度和厚度精度。

④从加热炉100上取下托盘A，送至相应的磨削设备对托盘A上斜方棱镜的上表面进行磨削加工；这里，磨削需要经过研磨和抛光，研磨又分为粗研磨和精研磨，抛光又分为粗抛光和精抛光，通过这两道磨削工序即可完成工作面的加工，并达到设计要求，磨削过程即采用现有的磨削工艺，此处不在赘述；需要注意的是，本方法中采用托盘A作为支撑件，且斜方棱镜通过蜡粘结在托盘A表面，磨削过程中必须保证粘结的可靠性，这对加工精度尤为重要，因此，需要注意相应磨削参数的控制；在研磨时，斜方棱镜在上，托盘A在下，驱动机构接连接套230，驱动托盘200转动，并采用树脂砂轮砂磨，保证粗研磨的砂粒径在320目，精研磨的砂粒径在500目；而抛光时，托盘A在上，斜方棱镜在下，驱动机构通过连接套230驱动托盘200圆周摆动，并采用抛光粉溶液进行抛光，为综合考虑可靠性和研磨效率，在托盘A上增加两块铁块，增加压力，每个铁块重3Kg，且采用400目抛光粉粗抛光，500目抛光粉精抛光。

此步骤中，磨削加工后斜方棱镜的上表面用用清洁布蘸取乙醇和乙醚按1:1混合的液体擦拭干净，能够较为彻底地擦拭干净磨削残留的抛光粉溶液，并涂抹光学玻璃保护漆，对加工面进行保护，防止后续此加工面与托盘200接触时受到磨损。

⑤取另一个托盘200，这里定位托盘B，将托盘B放置在加热炉100上并通电加热，加热到82℃后断电，在托盘B上放入黄蜡，黄蜡熔化，于托盘B表面先均匀涂抹一层黄蜡，然后覆盖一层拷贝纸，保证拷贝纸平整，无褶皱、气泡等缺陷，再熔化并均匀涂抹一层黄蜡；将上步加工后的托盘A倒置，斜方棱镜倒扣压在托盘B上，斜方棱镜上表面贴紧托盘B，待托盘B冷却后，斜方棱镜的上表面粘结到托盘B上，如图7所示。此步骤中，注意托盘B上的槽口220需要对准等高垫块300。

⑥小心取出上步骤处理后的两个托盘200，并整体翻转后，将托盘A向下放置到加热炉100上，通电加热到60℃，使白蜡熔化，而黄蜡未熔化，拿起托盘B，斜方棱镜与托盘A分离。

此步骤中，在斜方棱镜与托盘A分离后，在白蜡凝固之前，用汽油擦除斜方棱镜表面白蜡，以免对后续加工精度的影响。

⑦对托盘B上斜方棱镜的下表面进行磨削加工，在磨削过程中采用螺旋测微器测量四个等高垫块300的厚度，保证四个等高垫块300的厚度差在0.001mm以内，从而使得斜方棱镜上下相对两工作面之间的平行度和厚度精度满足设计要求。此步骤中，采用步骤④中的步骤和参数耐心磨削加工，此处不再多说。

经过此步骤后，即可完成斜方棱镜中四个工作面中上下两个相对面的磨削加工，并能达到设计要求。

⑧托盘B放到加热炉100上加热，使黄蜡熔化，从托盘B上取下斜方棱镜，并用汽油清洗去除黄蜡；然后，重复上述步骤①到步骤⑦，即可加工左右两个相对的工作面。

对上述加工后的成品斜方棱镜的四个工作面进行检测，均能保证相对两工作面平行度和厚度差在0.001mm以内，满足设计要求。

综上所述，本实施例斜方棱镜的加工方法，通过两个托盘200，并配合白蜡和黄蜡的熔化温度差，使得斜方棱镜相对两个工作面交替粘结在两个托盘200上，逐次进行磨削，极大的简化工作面之间切换磨削的安装定位等周转时间，一次性可加工多个斜方棱镜，且它们的加工面都位于同一平面上，相对两个工作面的平行度和差高精度容易保证，四个工作面的磨削加工可简化为两次定位周转，降低操作难度，大幅度提高生产效率；该方法思路巧妙，操作简单，对操作人员技术要求相对较低，节约了人工成本。

实施例3

本实施例提供了一种斜方棱镜的加工方法，与实施例2基本相同，所不同的是：步骤②中托盘A的加热温度为73℃；步骤⑤中托盘B的加热温度为83℃；步骤⑥中托盘A的加热温度为63℃。

加工后对成品斜方棱镜的四个工作面进行检测，均能保证相对两工作面平行度和厚度差在0.001mm以内，满足设计要求。

实施例4

本实施例提供了一种斜方棱镜的加工方法，与实施例2基本相同，所不同的是：步骤②中托盘A的加热温度为74℃；步骤⑤中托盘B的加热温度为85℃；步骤⑥中托盘A的加热温度为65℃。

加工后对成品斜方棱镜的四个工作面进行检测，均能保证相对两工作面平行度和厚度差在0.001mm以内，满足设计要求。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种斜方棱镜的加工方法，其操作步骤为：

① 取托盘A并加热，使其上的白蜡熔化；

② 取待加工的斜方棱镜摆放在托盘A上，使其中一个工作面贴紧托盘A，待托盘A冷却后，斜方棱镜粘结到托盘A上；

③ 对托盘A上斜方棱镜的上表面进行磨削加工；

④ 取托盘B并加热，使其上黄蜡熔化，并将经步骤③处理后的托盘A上斜方棱镜上表面贴紧托盘B，待托盘B冷却后，斜方棱镜的上表面粘结到托盘B上；

⑤ 将托盘A加热，使白蜡熔化，而黄蜡未熔化，斜方棱镜与托盘A分离；

⑥ 对托盘B上斜方棱镜的下表面进行磨削加工；

⑦ 从托盘B上取下斜方棱镜，重复上述步骤①到步骤⑥，加工另外两个工作面。

2.根据权利要求1所述的一种斜方棱镜的加工方法，其特征在于：所述托盘A和托盘B的材质为铝。

3. 根据权利要求1所述的一种斜方棱镜的加工方法，其特征在于：所述步骤②中，取四个等高垫块(300)随斜方棱镜一起粘结在托盘A上，随斜方棱镜一起磨削，四个等高垫块(300)沿圆周方向均布于托盘A的四周边缘处。

4. 根据权利要求3所述的一种斜方棱镜的加工方法，其特征在于：所述步骤⑥中，通过测量四个等高垫块(300)的厚度检测斜方棱镜的上下两面之间厚度，保证四个等高垫块(300)的厚度差在0 .001mm以内。

5.根据权利要求1所述的一种斜方棱镜的加工方法，其特征在于：所述步骤③磨削后的斜方棱镜工作面用清洁布蘸取乙醇和乙醚按1:1混合的液体擦拭干净，并涂抹光学玻璃保护漆。

6.根据权利要求5所述的一种斜方棱镜的加工方法，其特征在于：所述步骤④中，在托盘B表面熔化一层黄蜡后，先覆盖一层拷贝纸，再熔化一层黄蜡；所述步骤⑤中，在斜方棱镜与托盘A分离后，用汽油擦除斜方棱镜表面白蜡。

7. 根据权利要求1所述的一种斜方棱镜的加工方法，其特征在于：所述步骤①中托盘A的加热温度为71℃～74℃，步骤④中托盘B的加热温度为82℃～85℃，步骤⑤中托盘A的加热温度为60℃～65℃。

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