CN112692679A - 高精度棱镜粘接装置和加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及棱镜精加工领域，具体公开一种高精度棱镜粘接装置和加工方法，包括工装和光胶板，工装远离光胶板的一端和抛光机相连接，工装由圆形连接模和实体部粘结而成，实体部由一方形基块和对光块粘结而成，实体部的侧面粘结有棱镜，棱镜为透可见光棱镜，对光块的材质与棱镜相同，使用时先用工装结合光胶板将棱镜粘结好，然后置于抛光机上进行抛光，本发明运用光的反射原理观察棱镜待加工面和基准面之间的干涉条纹状态，保证了零件胶合过程中加工面与基准面的平行度，加工过程中，用平面激光干涉仪对工装和棱镜进行实时检测，从而更精确地控制零件的面型精度和第二平行差，保证加工时产生误差及时发现并修改，从而极大的提升了加工效率。

Description

高精度棱镜粘接装置和加工方法

技术领域

本发明涉及棱镜精加工领域，具体涉及一种高精度棱镜粘接装置和加工方法。

背景技术

棱镜具有面数多、面型精度高、加工技术难度大、附加值高的特点。高精度（精度要求小于3″）ZnSe棱镜的加工，技术要求极高，加工周期长，且测量误差容易累积，导致产品合格率不高。

传统的ZnSe棱镜加工工艺过程是利用光胶上盘批量加工成品后，从中检出符合高精度的成品，然后不合格的继续上盘批量加工， 再检出符合高精度的合格品， 难以确保棱镜一次加工的精度，耗费时间且成品率低；或者采用人工单件手修的办法来达到要求精度，其操作性差，同样效率不高。

高精度棱镜的加工指标包括第一光学平行差、第二光学平行差、面型精度和光洁度。镜面的面型精度、第二平行差均通过激光干涉仪来检测，如果镜面平滑，干涉条纹就是平行的亮、暗纹。如果条纹有凹凸的话，结合激光照到镜面的入射角来判断镜面的凸凹状况。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种高精度ZnSe棱镜粘接装置和加工方法，以解决背景技术中存在的问题，达到节省原料，提高加工效率的效果。

为达到以上目的，本发明主要提供以下技术方案：

一种高精度棱镜粘接装置，其特征在于，包括工装和光胶板，工装的底部设置有光胶板，远离光胶板的一端和抛光机相连接，所述工装由圆形连接模和实体部粘结而成，所述实体部由一方形基块和对光块粘结而成，实体部的侧面粘结有棱镜，且棱镜的加工面与实体部的底表面平行，所述棱镜为透可见光棱镜，对光块的材质与棱镜相同。

进一步地，所述连接模和实体部居中粘结，连接部分中心偏移量不超过0.02mm。

进一步地，所述实体部和棱镜加工面的垂直度＜10″。

进一步地，所述光胶板，其面型精度ΔN=0.2 fr，光圈N=+1 fr，直径φ＞350mm，厚度D＞30mm。

进一步地，所述基块为膨胀系数小于3.3×10-6/K、边长加2倍棱镜厚度小于对角线120%、径厚比大于1∶10的正方体基材，其平行度修正小于0.002mm，垂直度小于15″，面轮廓度小于0.002mm。

进一步地，所述光胶板为直径大于基块1.5倍对角线、膨胀系数小于3.3×10-6/K、径厚比大于1∶10的玻璃材质并双面抛光。

进一步地，所述连接模膨胀系数小于3.3×10-6/K、直径小于基块的边长。

进一步地所述对光块边长小于基块边长1mm、直径为5～10mm，对光块面与基块面平行差小于0.002mm并抛光，面型精度ΔN＜0.5fr。

进一步地，所述棱镜为ZnSe棱镜，所述对光块的材质为ZnSe。

本发明使用上述装置提供了一种高精度棱镜的加工方法，包括以下步骤：

S1：取粗略加工过的棱镜毛料，先研磨加工出两个侧面，要求ΔN＜1fr、垂直度小于15″，第一平行差θ1＜2″；

S2：将工装、光胶板完全擦拭干净，将光胶板水平放置于操作台上，上表面为基准面，工装的底表面与基准面相互贴合，并排出空气至干涉条纹为净色或无色；

S3：把棱镜擦干净，并置于工装实体部一个侧面的中间部位，棱镜待加工的面和工装底面完全平齐，偏移量为±0.5mm；

S4：形成一加工平面后在光胶板上将棱镜和工装进行粘接，胶合时观察棱镜和光胶板之间的干涉条纹状态，保证棱镜待加工面与基准面的平行；

S5：将粘结有零件的工装从光胶板上取下，安装到抛光机上进行抛光加工；

S6：加工过程中，把粘结好棱镜的工装置于平面X射线干涉仪下观测干涉条纹，通过干涉条纹的状态实时监测棱镜面型精度ΔN和第二平行差。

本发明运用光的反射原理观察棱镜待加工面和基准面之间的干涉条纹状态，来保证零件胶合过程中加工面与基准面的平行度；

加工过程中，用平面激光干涉仪对工装和棱镜进行实时检测，从而更精确地控制零件的面型精度和第二平行差，保证加工时产生误差及时发现并修改，从而极大的提升了加工效率。

附图说明

图1本发明粘结装置结构示意图；

图2本发明使用装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明，本发明中用于部件之间粘结的粘结剂可使用光学零件粘结使用的多种粘结剂，如特殊502，UV光敏胶，乐泰417等，均可以从市场直接进行购买得到，本发明所叙述的透可见光棱镜，透波长为540纳米或632纳米的检测光波，例如ZnS、ZnSe、各类白光玻璃等。

实施例1

如图1和图2所示，一种高精度ZnSe棱镜粘接装置，包括工装和光胶板3，工装的底部设置有光胶板3，远离光胶板的一端和抛光机相连接，工装由圆形连接模1和实体部2粘结而成，实体部2由一方形基块21和ZnSe材质的对光块22粘结而成，实体部2的侧面中部粘结有棱镜4，且棱镜4的加工面与实体部2的底表面平行。

基块21的四个侧面和棱镜4加工面垂直度＜10″，连接模1和实体部2居中粘结，且中心偏移量不超过0.02mm，以此保证第一、二光学平行差；

光胶板3，其面型精度ΔN=0.2，光圈N=+1，直径φ＞350mm，厚度D＞30mm，以光胶板上表面为基准面，以此保证第一、二光学平行差。

工装制作时，选用膨胀系数小于3.3×10-6/K、边长加2倍棱镜厚度小于对角线120%（2D棱镜+L边长＜120%L对角线）、径厚比大于1∶10的正方体基块，（2倍零件厚度加基块边长小于基快对角线的120%，径就是直径，对角线的长度）将平行度修正小于0.002mm、垂直度小于15″面轮廓度小于0.002mm；

选用膨胀系数小于3.3×10-6/K、直径小于基材边长的连接模和基块粘合，中心偏离小于0.02mm；

选用边长小于基块边长1mm、直径5～10mm的ZnSe对光块和基块粘合，ZnSe面与基块面平行差小于0.002mm并抛光，面型精度ΔN＜0.5fr；

选用直径大于基材1.5倍对角线、膨胀系数小于3.3×10-6/K、径厚比大于1∶10的玻璃材质双面抛光，径指代对角线的长度，其中一面要求N=+1fr、ΔN＜0.2fr，作为光胶板。

具体的使用上述装置加工高精度ZnSe棱镜的方法如下：

1.取粗略加工过的棱镜毛料，先研磨加工出两个侧面，要求ΔN＜1fr、垂直度小于15″，第一平行差θ1＜2″；

2.将工装、光胶板完全擦拭干净，将光胶板水平放置于操作台上，上表面为基准面，工装的下表面与基准面相互贴合，并排出空气至干涉条纹为净色或无色；

3.把棱镜1擦干净，按照附图所示，将其置于工装侧面的中部，棱镜待加工的面和工装的下表面完全平齐，偏移量为±0.5mm；

4.形成一加工平面后在光胶板上进行棱镜和工装的粘接，胶合时观察棱镜和光胶板之间的干涉条纹状态，保证棱镜待加工面与基准面的平行；

5.将粘结有零件的工装从光胶板上取下，安装到抛光机上进行抛光加工；

6.加工过程中，把粘结好棱镜的工装置于平面激光干涉仪下观测干涉条纹，将会出现棱镜内部反射或全反射的形成的干涉条纹，依据干涉条纹方向来调整加工过程中的参数，控制棱镜面型精度ΔN；

7.依据光学定律公式θII=arctan[（mλ）/（2nd）]，通过棱镜内部干涉条纹来判断第二平行差。

8.重复以上步骤，直到将其加工指标控制在理论范围内。

9.加工过程中，实体部和连接模的偏移量不超过0.02mm，则保证了第一平行差不会产生偏移，第二平行差和面型精度用干涉仪实时检测判断，第一、二平行差均保证误差可控，同时将粗加工的面型和光洁度修正至要求即可。

10.本发明所涉及的光胶板和工装也可用于其他形状棱镜的精细加工。

Claims (10)

1.一种高精度棱镜粘接装置，其特征在于，包括工装和光胶板，工装的底部设置有光胶板，远离光胶板的一端和抛光机相连接，所述工装由圆形连接模和实体部粘结而成，所述实体部由一方形基块和对光块粘结而成，实体部的侧面粘结有棱镜，且棱镜的加工面与实体部的底表面平行，所述棱镜为透可见光棱镜，对光块的材质与棱镜相同。

2.根据权利要求1所述的一种高精度棱镜粘接装置，其特征在于，所述连接模和实体部居中粘结，连接部分中心偏移量不超过0.02mm。

3.根据权利要求1所述的一种高精度棱镜粘接装置，其特征在于，所述实体部和棱镜加工面的垂直度＜10″。

4.根据权利要求1所述的一种高精度棱镜粘接装置，其特征在于，所述光胶板，其面型精度ΔN=0.2 fr，光圈N=+1 fr，直径φ＞350mm，厚度D＞30mm。

5.根据权利要求1-4所述的任意一种高精度棱镜粘接装置，其特征在于，所述基块为膨胀系数小于3.3×10-6/K、边长加2倍棱镜厚度小于对角线120%、径厚比大于1∶10的正方体基材，其平行度修正小于0.002mm，垂直度小于15″，面轮廓度小于0.002mm。

6.根据权利要求5所述的一种高精度棱镜粘接装置，其特征在于，所述光胶板为直径大于基块1.5倍对角线、膨胀系数小于3.3×10-6/K、径厚比大于1∶10的玻璃材质并双面抛光。

7.根据权利要求6所述的一种高精度棱镜粘接装置，其特征在于，所述连接模膨胀系数小于3.3×10-6/K、直径小于基块的边长。

8.根据权利要求7所述的一种高精度棱镜粘接装置，其特征在于，所述对光块边长小于基块边长1mm、直径为5～10mm，对光块面与基块面平行差小于0.002mm并抛光，面型精度ΔN＜0.5fr。

9.根据权利要求8所述的一种高精度棱镜粘接装置，其特征在于，所述棱镜为ZnSe棱镜，所述对光块的材质为ZnSe。

10.一种高精度棱镜的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：取粗略加工过的棱镜毛料，先研磨加工出两个侧面，要求ΔN＜1fr、垂直度小于15″，第一平行差θ1＜2″；

S2：将工装、光胶板完全擦拭干净，将光胶板水平放置于操作台上，上表面为基准面，工装的底表面与基准面相互贴合，并排出空气至干涉条纹为净色或无色；

S3：把棱镜擦干净，并置于工装实体部一个侧面的中间部位，棱镜待加工的面和工装底面完全平齐，偏移量为±0.5mm；

S4：形成一加工平面后在光胶板上将棱镜和工装进行粘接，胶合时观察棱镜和光胶板之间的干涉条纹状态，保证棱镜待加工面与基准面的平行；

S5：将粘结有零件的工装从光胶板上取下，安装到抛光机上进行抛光加工；

S6：加工过程中，把粘结好棱镜的工装置于平面X射线干涉仪下观测干涉条纹，通过干涉条纹的状态实时监测棱镜面型精度ΔN和第二平行差。

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