CN112692650A - 一种光学球面的加工方法 - Google Patents

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熊长新
王鹏
王潺
刘彦清
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    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
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Abstract

本发明提供光学球面的加工方法，其不同之处在于，所述光学玻璃的加工方法包括：步骤S1:采用金刚砂磨削光学玻璃；步骤S2:将磨削光学玻璃清洗后浸入HF溶液腐蚀，然后用水清洗；反复交替进行步骤S1及步骤S2。与现有技术相比，本发明采用边磨削边用HF溶液腐蚀缺陷层，依次降低玻璃球面加工的损伤层，提高光学球面质量。

Description

一种光学球面的加工方法
技术领域
本发明属于光学器件加工领域，具体涉及一种光学球面的加工方法。
背景技术
光学球面在光学系统中广泛应用，一般采用石英玻璃、微晶玻璃或K9 玻璃等光学玻璃，玻璃球面主要作用是用于光学成像或光学能量汇聚等。在精密光学制造技术中，光学球面加工一般采用“成型复制法”或者“范成法”。“成型复制法”和“范成法”采用金刚砂或金刚石砂轮对光学玻璃进行磨削加工，由于光学玻璃属于一种硬脆材料，加工后玻璃表面会产生损伤层和加工应力。损伤层和加工应力会影响玻璃球面的表面疵病和面形质量，最终影响到整个光学系统的成像质量和光学能量汇聚。因此，降低玻璃球面加工的损伤层和加工应力是提高光学球面质量的关键所在。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种光学球面的加工方法。
具体技术方案如下：
一种光学球面的加工方法，其不同之处在于，所述光学玻璃的加工方法包括：
步骤S1:采用金刚砂磨削光学玻璃；
步骤S2:将磨削光学玻璃清洗后浸入HF溶液腐蚀，然后用水清洗；
反复交替进行步骤S1及步骤S2。
与现有技术相比，本发明采用边磨削边用HF溶液腐蚀缺陷层，依次降低玻璃球面加工的损伤层，提高光学球面质量。
进一步，所述步骤S1及所述步骤S2反复交替进行至少3次。
采取上述进一步技术方案的有益效果在于：循环3次，可控制玻璃表面粗糙度，提高精度，同时可以将损伤组织完全去除。
进一步，每次进行所述步骤S1时，所用金刚砂粒径均小于上一次的金刚砂粒径。
采取上述进一步技术方案的有益效果在于，可进一步控制玻璃加工的精度。
进一步，每次进行所述步骤S2时，光学玻璃浸入HF溶液腐蚀的时间依次递减。
进一步，所述步骤S1的磨削厚度与所述步骤S2的腐蚀厚度一致。
采取上述进一步技术方案的有益效果在于，可以确保去除损伤组织。
进一步，所述步骤S1中，采用数控铣磨机进行磨削。
进一步，所述步骤S1及所述步骤S2反复交替进行5次。
进一步，第一次循环时，采用粒度为W40金刚石砂轮；第二次循环时，采用粒度为W20金刚石砂轮；第三次循环时，采用粒度为W10金刚石砂轮。
进一步，第四次循环时，采用粒度为W5金刚石砂轮；第五次循环时，采用粒度为W1金刚石砂轮。
附图说明
图1实施例1中的应力检测图；
图2对比例1中的应力检测图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
采取下列方法加工光学球面：
共循环进行5阶段
第1阶段：
步骤S1，在数控铣磨机上，粒度为W40金刚石砂轮铣磨光学零件球面，至光学零件球面全被铣磨到；
步骤S2，将光学零件从数控铣磨机取下并用水冲洗干净，浸泡在40％的氢氟酸中20min对光学零件进行化学腐蚀，腐蚀深度为0.2mm。腐蚀完成后，迅速将玻璃用水冲淋3min。
第2阶段：
步骤S1，在数控铣磨机上，粒度为W20金刚石砂轮铣磨光学零件球面，铣磨深度为0.2mm；
步骤S2，将光学零件从数控铣磨机取下并用水冲洗干净，浸泡在40％的氢氟酸中10min对光学零件进行化学腐蚀，腐蚀深度为0.1mm。腐蚀完成后，迅速将玻璃用水冲淋3min。
第3阶段
步骤S1，在数控铣磨机上，粒度为W10金刚石砂轮铣磨光学零件球面，铣磨深度为0.1mm；
步骤S2，将光学零件从数控铣磨机取下并用水冲洗干净，浸泡在40％的氢氟酸中5min对光学零件进行化学腐蚀，腐蚀深度为0.05mm。腐蚀完成后，迅速将玻璃用水冲淋3min。
第4阶段
步骤S1，在数控铣磨机上，粒度为W5金刚石砂轮铣磨光学零件球面，铣磨深度为0.05mm；
步骤S2，将光学零件从数控铣磨机取下并用水冲洗干净，浸泡在40％的氢氟酸中3min对光学零件进行化学腐蚀，腐蚀深度为0.03mm。腐蚀完成后，迅速将玻璃用水冲淋3min。
第5阶段
步骤S1，在数控铣磨机上，粒度为W1金刚石砂轮铣磨光学零件球面，铣磨深度为0.02mm；
步骤S2，将光学零件从数控铣磨机取下并用水冲洗干净，浸泡在40％的氢氟酸中2min对光学零件进行化学腐蚀，腐蚀深度为0.01mm。腐蚀完成后，迅速将玻璃用水冲淋3min。
实施例2
采取下列方法加工光学球面：
共循环进行5阶段
第1阶段：
步骤S1，使用粒度为W40金刚砂精磨光学零件球面，至光学零件球面全被磨到；
步骤S2，将光学零件用洗衣液清洗干净，浸泡在40％的氢氟酸中20min 对光学零件进行化学腐蚀，腐蚀深度为0.2mm。腐蚀完成后，迅速将玻璃用水冲淋3min。
第2阶段：
步骤S1，使用粒度为W20金刚砂精磨光学零件，精磨深度为0.2mm；
步骤S2，将光学零件用洗衣液清洗干净，浸泡在40％的氢氟酸中10min 对光学零件进行化学腐蚀，腐蚀深度为0.1mm。腐蚀完成后，迅速将玻璃用水冲淋3min。
第3阶段：
步骤S1，使用粒度为W10金刚砂精磨光学零件，精磨深度为0.1mm；
步骤S2，将光学零件用洗衣液清洗干净，浸泡在40％的氢氟酸中5min 对光学零件进行化学腐蚀，腐蚀深度为0.05mm。腐蚀完成后，迅速将玻璃用水冲淋3min。
第4阶段：
步骤S1，使用粒度为W5金刚砂精磨玻璃球面，精磨深度为0.05mm；
步骤S2，将光学零件用洗衣液清洗干净，浸泡在40％的氢氟酸中3min 对光学零件进行化学腐蚀，腐蚀深度为0.03mm。腐蚀完成后，迅速将玻璃用水冲淋3min。
第5阶段：
步骤S1，使用粒度为W1金刚砂精磨光学零件，精磨深度为0.02mm；
步骤S2，将光学零件用洗衣液清洗干净，浸泡在40％的氢氟酸中2min 对光学零件进行化学腐蚀，腐蚀深度为0.02mm。腐蚀完成后，迅速将玻璃用水冲淋3min。
实施例3
采取下列方法加工光学球面：
共循环进行4阶段
第1阶段：
步骤S1，在数控铣磨机上，粒度为W40金刚石砂轮铣磨光学零件球面，至光学零件球面全被铣磨到；
步骤S2，将光学零件从数控铣磨机取下并用水冲洗干净，浸泡在40％的氢氟酸中20min对光学零件进行化学腐蚀，腐蚀深度为0.2mm。腐蚀完成后，迅速将玻璃用水冲淋3min。
第2阶段：
步骤S1，在数控铣磨机上，粒度为W20金刚石砂轮铣磨光学零件球面，铣磨深度为0.2mm；
步骤S2，将光学零件从数控铣磨机取下并用水冲洗干净，浸泡在40％的氢氟酸中10min对光学零件进行化学腐蚀，腐蚀深度为0.1mm。腐蚀完成后，迅速将玻璃用水冲淋3min。
第3阶段
步骤S1，在数控铣磨机上，粒度为W10金刚石砂轮铣磨光学零件球面，铣磨深度为0.1mm；
步骤S2，将光学零件从数控铣磨机取下并用水冲洗干净，浸泡在40％的氢氟酸中5min对光学零件进行化学腐蚀，腐蚀深度为0.05mm。腐蚀完成后，迅速将玻璃用水冲淋3min。
第4阶段
步骤S1，在数控铣磨机上，粒度为W1金刚石砂轮铣磨光学零件球面，铣磨深度为0.02mm；
步骤S2，将光学零件从数控铣磨机取下并用水冲洗干净，浸泡在40％的氢氟酸中2min对光学零件进行化学腐蚀，腐蚀深度为0.01mm。腐蚀完成后，迅速将玻璃用水冲淋3min。
各阶段加工后，光学球面的应力及粗糙度变化如表1所示。
表1各加工阶段光学球面的应力及粗糙度
Figure BDA0002856361830000061
从表1看出，加工应力以及表面粗糙度随着加工循环次数增加而减小， W10磨削循环完成后加工应力答复减小。
而每次经机械铣磨后，再经氢氟酸处理后，加工应力减小。
对比例1
采用传统方法加工光学球面
第1阶段：
在数控铣磨机上，粒度为W40金刚石砂轮铣磨光学零件球面，至光学零件球面全被铣磨到；
第2阶段：
在数控铣磨机上，粒度为W20金刚石砂轮铣磨光学零件球面，铣磨深度为0.2mm；
第3阶段
在数控铣磨机上，粒度为W10金刚石砂轮铣磨光学零件球面，铣磨深度为0.1mm；
第4阶段
在数控铣磨机上，粒度为W5金刚石砂轮铣磨光学零件球面，铣磨深度为0.05mm；
第5阶段
在数控铣磨机上，粒度为W1金刚石砂轮铣磨光学零件球面，铣磨深度为0.02mm；
将实施例1及对比例1加工后的光学球面玻璃进行检测，实施例1结果如图1所示，对比例1加工结果如图2所示。
两图对比可知，相较于不用化学腐蚀玻璃，本发明采用机械加工结合化学腐蚀后的玻璃，其应力集中在0～3.8区域，而对比例则集中在4.8～8.4区域，因此本发明可以降低加工应力，降低损伤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光学球面的加工方法，其特征在于，所述光学玻璃的加工方法包括：
步骤S1:采用金刚砂磨削光学玻璃；
步骤S2:将磨削光学玻璃清洗后浸入HF溶液腐蚀，然后用水清洗；
反复交替进行步骤S1及步骤S2。
2.根据权利要求1所述的光学球面的加工方法，其特征在于，所述步骤S1及所述步骤S2反复交替进行至少3次。
3.根据权利要求2所述的光学球面的加工方法，其特征在于，每次进行所述步骤S1时，所用金刚砂粒径均小于上一次的金刚砂粒径。
4.根据权利要求1所述的光学球面的加工方法，其特征在于，每次进行所述步骤S2时，光学玻璃浸入HF溶液腐蚀的时间依次递减。
5.根据权利要求1所述的光学球面的加工方法，其特征在于，所述步骤S1的磨削厚度与所述步骤S2的腐蚀厚度一致。
6.根据权利要求1所述的光学球面的加工方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用数控铣磨机进行磨削。
7.根据权利要求1或2所述的光学球面的加工方法，其特征在于，所述步骤S1及所述步骤S2反复交替进行5次。
8.根据权利要求1或2所述的光学球面的加工方法，其特征在于，第一次循环时，采用粒度为W40金刚石砂轮；第二次循环时，采用粒度为W20金刚石砂轮；第三次循环时，采用粒度为W10金刚石砂轮。
9.根据权利要求7所述的光学球面的加工方法，其特征在于，第四次循环时，采用粒度为W5金刚石砂轮；第五次循环时，采用粒度为W1金刚石砂轮。
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