CN112123597A - 一种小口径高精度光学透镜的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种小口径高精度光学透镜的加工方法,包括步骤:下料,得到透镜毛坯;精修工装并将精修后的工装及透镜毛坯装卡至机床主轴上;通过车床车削加工透镜毛坯第一光学面;通过车床对透镜毛坯的外径及第一光学面进行一体化车削;将工装由机床主轴上拆下,将透镜毛坯在工装上翻转,将工装及透镜毛坯重新装卡至机床主轴上;通过车床车削加工透镜毛坯的第二光学面;通过车床对透镜毛坯的外径及第二光学面进行一体化车削。本申请的有益效果是:采用以车代磨的加工方式,将光学表面、外径结构一体化车削加工,避开了采用传统的基准转换方式对中心偏差技术指标的工艺控制,实现了光学指标和结构指标的基准统一,加工出了小口径高精度光学透镜。
Description
技术领域
本公开涉及单点金刚石超精密车削技术领域,具体涉及一种小口径高精度光学透镜的加工方法。
背景技术
中国专利公开号CN 1785560 A,公开日是2006年6月14日,名称为“硒化锌和硫化锌非球面光学透镜的加工方法”中公开了一种非球面光学透镜的加工技术,主要用于硒化锌和硫化锌非球面透镜的加工。这种发明方法在加工过程中没有对中心偏技术指标进行工艺控制,只适用于中等精度的光学透镜加工。
中国专利授权公告号CN105467480B,授权公告日是2017年08月11日,名称为“一种高精度CVD ZnSe透镜非球面加工方法”中公开了一种非球面透镜车削加工技术,主要用于CVD ZnSe透镜非球面透镜的车削加工。该发明方法采用基准转换的方式把中心偏技术指标转换到外径和光学面进行工艺控制,加工出了高精度的光学透镜。这种发明方法对中等口径及以上的光学透镜加工能够达到高精度和高效率的目的,但对于小口径的光学透镜,粗磨工艺很达到证毛坯边缘厚度差、凸面对端面跳动量以及凸面对外径跳动量的技术要求,以至于加工出的光学透镜效率低、成本高,并且加工精度很难达到技术要求。
因此需要设计一种适用于小口径光学透镜的高精度、高效的加工方法。
发明内容
本申请的目的是针对以上问题,提供一种小口径高精度光学透镜的加工方法。
第一方面,本申请提供一种小口径高精度光学透镜的加工方法,包括以下步骤:
下料,得到透镜毛坯;
精修工装并将精修后的工装及透镜毛坯装卡至机床主轴上,使得透镜毛坯的第一光学面对应机床加工位置;
通过车床车削加工透镜毛坯的第一光学面,对第一光学面的面形精度进行检测:当面形精度符合设定要求时,停止第一光学面的加工跳至下一步;当面形精度不符合设定要求时,继续对第一光学面进行加工;
按照第一光学面的面形精度的设定要求通过车床对透镜毛坯的第一光学面及外径进行一体化的车削加工;
将工装及透镜毛坯由机床主轴上拆下,将透镜毛坯在工装上翻转,将工装及透镜毛坯重新装卡至机床主轴上,使得透镜毛坯上与第一光学面相对的第二光学面对应机床加工位置;
通过车床车削加工透镜毛坯的第二光学面,对第二光学面的面形精度进行检测:当面形精度符合设定要求时,停止第二光学面的加工跳至下一步;当面形精度不符合设定要求时,继续对第二光学面进行加工;
按照第二光学面的面形精度的设定要求通过车床对透镜毛坯的第二光学面及外径进行一体化的车削加工,得到目标透镜。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述下料,具体包括:采用内圆切割机对原材料切割下料,得到透镜毛坯,并使得透镜毛坯外径大于目标透镜外径的0.2mm-0.6mm范围。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述精修工装,具体包括:采用CNC超精密车床,通过天然金刚石刀具对工装进行超精密加工,工装外径比目标透镜外径尺寸大0.2mm-0.4mm范围。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述将精修后的工装及透镜毛坯装卡至机床主轴上,具体包括:将精修后的工装及透镜毛坯装卡至机床主轴上,使得工装外径与机床主轴回转中心同轴,工装端面与机床主轴回转中心垂直。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述通过车床车削加工透镜毛坯的第一光学面,具体包括:采用CNC超精密金刚石车床,通过天然金刚石圆弧刀具车削加工透镜毛坯的第一光学面。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述对第一光学面的面形精度进行检测,具体包括:采用接触式轮廓仪或干涉仪对第一光学面的面形精度进行检测。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述按照第一光学面的面形精度的设定要求通过车床对透镜毛坯的第一光学面及外径进行一体化的车削加工,具体包括:采用CNC超精密金刚石车床,对透镜毛坯的外径及第一光学面进行一体化车削加工。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述将工装及透镜毛坯重新装卡至机床主轴上,具体包括:用千分表或电感仪调整工装在机床中的装卡位置,使透镜毛坯回转中心与机床主轴回转中心重合。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述通过车床车削加工透镜毛坯的第二光学面,具体包括:采用CNC超精密金刚石车床,通过天然金刚石圆弧刀具车削加工透镜毛坯的第二光学面。
根据本申请实施例提供的技术方案,所述对第二光学面的面形精度进行检测,具体包括:采用接触式轮廓仪或干涉仪对第二光学面的面形精度进行检测。
本发明的有益效果:本申请提供一种小口径高精度光学透镜的加工方法,采用CNC超精密车床及天然金刚石圆弧刀具对光学透镜进行超精密车削加工,采用以车代磨的加工方式,将光学表面、外径结构一体化车削加工,避开了采用传统的基准转换方式对中心偏差技术指标的工艺控制,实现了光学指标和结构指标的基准统一,提高了小口径光学透镜的加工精度、降低加工难度、提高加工效率。
附图说明
图1为本申请第一种实施例的流程图;
图2为本申请第一种实施例中具体实施例的目标透镜结构示意图;
图3为图2的一体化车削凹面加工时的结构示意图;
图4为图2的一体化车削凸面加工时的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图对本申请进行详细描述,本部分的描述仅是示范性和解释性,不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。
如图1所示为本申请的第一种实施例的流程图,包括以下步骤:
S1、下料,得到透镜毛坯。
本步骤具体包括:采用内圆切割机对原材料切割下料,得到透镜毛坯,并使得透镜毛坯外径大于目标透镜外径的0.3mm。本实施例中,目标透镜是指由透镜毛坯最终完工时加工的透镜称之为目标透镜。在其他实施方式中,透镜毛坯的外径还可设置为大于目标透镜外径的0.2mm、0.4mm、0.6mm或者0.2mm-0.6mm范围内的任意值。
S2、精修工装并将精修后的工装及透镜毛坯装卡至机床主轴上,使得透镜毛坯的第一光学面对应机床加工位置。
精修工装具体包括:采用CNC超精密车床,通过天然金刚石刀具对工装外径和端面进行超精密加工,工装外径比目标透镜外径尺寸大0.3mm。在其他实施方式中,工装外径还可设置为比目标透镜的外径大0.2mm、0.4mm或者0.2mm-0.4mm范围内的任意值。
本步骤中,所述将精修后的工装及透镜毛坯装卡至机床主轴上,具体包括:将精修后的工装及透镜毛坯装卡至机床主轴上,使得工装外径与机床主轴回转中心同轴,工装端面与机床主轴回转中心垂直。
S3、通过车床车削加工透镜毛坯的第一光学面,对第一光学面的面形精度进行检测:当面形精度符合设定要求时,停止第一光学面的加工跳至下一步;当面形精度不符合设定要求时,继续对第一光学面进行加工。
本步骤中,所述通过车床车削加工透镜毛坯的第一光学面,具体包括:采用CNC超精密金刚石车床,通过天然金刚石圆弧刀具车削加工透镜毛坯的第一光学面。
本步骤中,所述对第一光学面的面形精度进行检测,具体包括:采用接触式轮廓仪或干涉仪对第一光学面的面形精度进行检测。当面形精度符合设定要求时,停止第一光学面的加工跳至S4步骤;当面形精度不符合设定要求时,继续对第一光学面进行加工,即继续执行S3步骤。
S4、按照第一光学面的面形精度的设定要求通过车床对透镜毛坯的第一光学面及外径进行一体化的车削加工。
本步骤具体包括:采用CNC超精密金刚石车床,对透镜毛坯的外径及第一光学面进行一体化车削加工。
S5、工装及透镜毛坯由机床主轴上拆下,将透镜毛坯在工装上翻转,将工装及透镜毛坯重新装卡至机床主轴上,使得透镜毛坯上与第一光学面相对的第二光学面对应机床加工位置。
本步骤中,所述将工装及透镜毛坯重新装卡至机床主轴上,具体包括:用千分表或电感仪调整工装在机床中的装卡位置,使透镜毛坯回转中心与机床主轴回转中心重合。
S6、通过车床车削加工透镜毛坯的第二光学面,对第二光学面的面形精度进行检测:当面形精度符合设定要求时,停止第二光学面的加工,加工完成;当面形精度不符合设定要求时,继续对第二光学面进行加工。
本步骤中,所述通过车床车削加工透镜毛坯的第二光学面,具体包括:采用CNC超精密金刚石车床,通过天然金刚石圆弧刀具车削加工透镜毛坯的第二光学面。
本步骤中,所述对第二光学面的面形精度进行检测,具体包括:采用接触式轮廓仪或干涉仪对第二光学面的面形精度进行检测。当面形精度符合设定要求时,停止第二光学面的加工,跳至S7步骤;当面形精度不符合设定要求时,继续对第二光学面进行加工,即继续执行S6步骤。
S7、按照第二光学面的面形精度的设定要求通过车床对透镜毛坯的第二光学面及外径进行一体化的车削加工,得到目标透镜。
本步骤具体包括:采用CNC超精密金刚石车床,对透镜毛坯的外径及第二光学面进行一体化车削加工,最终得到各个部分面形精度一致的目标透镜。
在一具体实施实施例中:
加工一种弯月透镜,弯月透镜的凸面为非球面,凹面为球面,如图2所示,具体参数及技术要求如下:
材料:IR/Cz-Ge,外径凹面球面有效口径中心厚δ1=1.1±0.05mm,凹面矢高δ2=0.35±0.02mm,凹球面半径R凹=7.38mm,凸面非球面顶点半径R凸=6.22mm,表面疵病B:IR-III,表面粗糙度Ra<12nm,非球面PV<0.2μm,球面RMS<0.03wave@632.8nm,中心偏差:30"。
非球面标准方程:其中h2=x2+y2。凸面非球面系数为:K=0,c0=1/R0=0.1607717,A=-8.925403e-6,B=-1.180359e-8,C=3.945535e-9,D=-3.009222e-11。
按照以下步骤进行加工:
S10、下料;
用内圆切割机对原材料切割下料,得到透镜毛坯,毛坯外径5.7mm;
S20、精修工装并装卡;
采用CNC超精密车床,通过天然金刚石刀具对工装进行超精密加工,工装外径尺寸为D=6mm,将透镜毛坯装卡在工装上;
S30、车削凹面,并检测反馈修整面形;
采用CNC超精密车床,通过天然金刚石圆弧刀具车削加工凹面;采用干涉仪检测面形精度,最终加工的球面面形RMS=0.019wave@632.8nm;
S40、一体化车削凹面和外径;
S50、装卡;
将透镜毛坯重新安装至工装上,用千分表或电感仪调整工装在机床中的装卡位置,外径跳动量优于2μm;
S60、车削凸面,并检测反馈修整面形;
采用CNC超精密金刚石车床,通过天然金刚石圆弧刀具车削加工凸面;采用接触式轮廓仪检测面形精度,最终加工的非球面面形PV=0.13μm;
S70、一体化车削凸面和外径;
上述实施例中,采用本申请的加工方法,达到高精度指标:
通过S30和S60,采用以车代磨直接加工出高精度的光学面形;
通过S40和S70,将S30和S60加工出的高精度面形直接复刻。同时,采用光学表面和外径结构的一体化车削加工方式,避开了传统的基准转换方式加工引入的加工误差,保证了中心偏差技术指标。
按照上述加工方法加工出的实施例中的透镜,其中心偏差技术指标达5",表面疵病达IR-III级,表面粗糙度Ra=3.2nm,球面面形RMS=0.019wave@632.8nm,非球面面形PV=0.13μm,制备出了高精度锗透镜。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式,应当指出,由于文字表达的有限性,而客观上存在无限的具体结构,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以做出若干改进、润饰或变化,也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合;这些改进润饰、变化或组合,或未经改进将申请的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种小口径高精度光学透镜的加工方法,其特征在于,包括以下步骤:
下料,得到透镜毛坯;
精修工装并将精修后的工装及透镜毛坯装卡至机床主轴上,使得透镜毛坯的第一光学面对应机床加工位置;
通过车床车削加工透镜毛坯的第一光学面,对第一光学面的面形精度进行检测:当面形精度符合设定要求时,停止第一光学面的加工跳至下一步;当面形精度不符合设定要求时,继续对第一光学面进行加工;
按照第一光学面的面形精度的设定要求通过车床对透镜毛坯的第一光学面及外径进行一体化的车削加工;
将工装及透镜毛坯由机床主轴上拆下,将透镜毛坯在工装上翻转,将工装及透镜毛坯重新装卡至机床主轴上,使得透镜毛坯上与第一光学面相对的第二光学面对应机床加工位置;
通过车床车削加工透镜毛坯的第二光学面,对第二光学面的面形精度进行检测:当面形精度符合设定要求时,停止第二光学面的加工跳至下一步;当面形精度不符合设定要求时,继续对第二光学面进行加工;
按照第二光学面的面形精度的设定要求通过车床对透镜毛坯的第二光学面及外径进行一体化的车削加工,得到目标透镜。
2.根据权利要求1所述的小口径高精度光学透镜的加工方法,其特征在于,所述下料,具体包括:采用内圆切割机对原材料切割下料,得到透镜毛坯,并使得透镜毛坯外径大于目标透镜外径的0.2mm-0.6mm范围。
3.根据权利要求1所述的小口径高精度光学透镜的加工方法,其特征在于,所述精修工装,具体包括:采用CNC超精密车床,通过天然金刚石刀具对工装进行超精密加工,工装外径比目标透镜外径尺寸大0.2mm-0.4mm范围。
4.根据权利要求1所述的小口径高精度光学透镜的加工方法,其特征在于,所述将精修后的工装及透镜毛坯装卡至机床主轴上,具体包括:将精修后的工装及透镜毛坯装卡至机床主轴上,使得工装外径与机床主轴回转中心同轴,工装端面与机床主轴回转中心垂直。
5.根据权利要求1所述的小口径高精度光学透镜的加工方法,其特征在于,所述通过车床车削加工透镜毛坯的第一光学面,具体包括:采用CNC超精密金刚石车床,通过天然金刚石圆弧刀具车削加工透镜毛坯的第一光学面。
6.根据权利要求1所述的小口径高精度光学透镜的加工方法,其特征在于,所述对第一光学面的面形精度进行检测,具体包括:采用接触式轮廓仪或干涉仪对第一光学面的面形精度进行检测。
7.根据权利要求1所述的小口径高精度光学透镜的加工方法,其特征在于,所述按照第一光学面的面形精度的设定要求通过车床对透镜毛坯的第一光学面及外径进行一体化的车削加工,具体包括:采用CNC超精密金刚石车床,对透镜毛坯的外径及第一光学面进行一体化车削加工。
8.根据权利要求1所述的小口径高精度光学透镜的加工方法,其特征在于,所述将工装及透镜毛坯重新装卡至机床主轴上,具体包括:用千分表或电感仪调整工装在机床中的装卡位置,使透镜毛坯回转中心与机床主轴回转中心重合。
9.根据权利要求1所述的小口径高精度光学透镜的加工方法,其特征在于,所述通过车床车削加工透镜毛坯的第二光学面,具体包括:采用CNC超精密金刚石车床,通过天然金刚石圆弧刀具车削加工透镜毛坯的第二光学面。
10.根据权利要求1所述的小口径高精度光学透镜的加工方法,其特征在于,所述对第二光学面的面形精度进行检测,具体包括:采用接触式轮廓仪或干涉仪对第二光学面的面形精度进行检测。
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