CN219026979U - 高精度低形变红外透镜抛光装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高精度低形变红外透镜抛光装置，包括：粘接模、至少两块吸附垫、定位环；吸附垫设置于粘接模的粘结面上；吸附垫围成吸附层，吸附层中心区域开设有空隙；任两相邻吸附垫间设置吹气缝隙；粘接模中心轴处开设轴向贯通粘接模的中心孔；中心孔与空隙、吹气缝隙相连通；粘接模顶面周缘上拆卸设置定位环。采用该装置完成抛光后，仅需进行吹气操作，即可实现粘接模与红外透镜的分离，且分离后的吸附垫还可二次使用，有效提高加工后红外透镜的加工精度、加工效率，产品合格率可达95%。

Description

高精度低形变红外透镜抛光装置

技术领域

本申请涉及光学器件加工技术领域，特别是一种高精度低形变红外透镜抛光装置。

背景技术

红外透镜是红外光学系统的重要光学元件，红外透镜是红外光学系统的核心部分，用于聚光、成像。一般情况下，红外透镜的面形精度和表面质量要求为镀膜后：光圈N：4-6，局部光圈ΔN：0.5-1，表面光洁度B：V级。

红外透镜的现有加工工艺为：切片、成形、粗磨、精磨、抛光和镀膜，抛光决定着红外透镜的面形精度，表面精度越高，镀膜后膜与镜片附着可靠性越高，则透镜的表面质量越高。

为完成抛光将光学元件固定到模具上的操作为“上盘”，现有上盘方法有零件和模具直接接触的刚性上盘和零件通过粘接剂与模具粘结的弹性上盘。由于刚性上盘容易划伤零件表面，更多选用弹性上盘。现有弹性上盘所用粘结剂为柏油、火漆点、柏油混入毛毡粉末实现粘结；现有粘结方式存在以下问题：

1、容易在镜片表面残留粘结剂，需根据镜片情况增加清洗步骤，增加处理工序；

2、粘结剂硬化后硬度较高，难以较好贴合镜片，且难以根据抛光工序中镜片受力的变化发生微量形变，导致镜片加工精度降低；

3、粘结剂硬化后实现粘结效果，当完成抛光操作后，如需取下镜片还需对粘结剂进行软化操作，增加操作工序；

4、粘结剂无法二次使用，增加生产成本。

并通过设置粘面、胶环实现粘结。但粘接剂硬度低，弹性大且易在上盘后发生形变，影响后续抛光加工精度。

现有技术中吸附垫主要用于芯片晶元的抛光工序中，但吸附垫无法直接实现对光学元件的可靠吸附，导致无法用于光学元件抛光工序中。

实用新型内容

本申请针对上述技术问题提供了一种高精度低形变红外透镜抛光装置，可实现对红外透镜的可靠吸附，减少抛光后镜片清洗、软化粘结剂工序，提高加工效率，提高镜片加工精度和合格率。

本申请提供了一种高精度低形变红外透镜抛光装置，包括：粘接模、至少两块吸附垫、定位环；

吸附垫设置于粘接模的粘结面上；吸附垫围成吸附层，吸附层中心区域开设有空隙；

任两相邻吸附垫间设置吹气缝隙；

粘接模中心轴处开设轴向贯通粘接模的中心孔；

中心孔与空隙、吹气缝隙相连通；

粘接模顶面周缘上拆卸设置定位环；

粘接模和待加工光学零件的相对粘结面加工精度大于0.5。

优选地，包括：环形台阶；环形台阶设置于粘接模周缘上；定位环卡接于环形台阶上。

优选地，当粘接模的粘结面为凸面时：R_粘接模=R_零件-H_吸附垫。其中，R_粘接模为粘接模粘结面的曲率半径；R_零件为加工零件固定面的曲率半径；H_吸附垫为吸附垫的厚度。

优选地，当粘接模的粘结面为凹面时：R_粘接模=R_零件-H_吸附垫；其中，R_粘接模为粘接模粘结面的曲率半径；R_零件为加工零件固定面的曲率半径；H_吸附垫为吸附垫的厚度。

优选地，吸附层截面面积为待加工光学零件截面面积的30%~100%。

优选地，吹气缝隙的宽度为0.5~1mm。

优选地，粘接模和待加工光学零件的相对粘结面加工精度为0.5~0.8。

优选地，定位环、吸附层、粘接模、待加工光学零件的中心轴同轴。

优选地，中心孔的孔径为2~4mm。

本申请能产生的有益效果包括：

1）本申请所提供的高精度低形变红外透镜抛光装置，通过在粘接模的粘结面上设置吸附垫围成的吸附层，实现对加工精度为0.5以上的粘接模、待加工光学零件间的粘结固定；在任两相邻吸附垫间设置吹气缝隙，并在粘接模中心处设置中心孔，通过中心孔实现对待加工零件、粘接模之间的气压的控制，实现零件与粘接模的可靠连接。抛光工序后，仅需进行吹气操作，即可实现粘接模与红外透镜的分离，且分离后的吸附垫还可二次使用，有效提高加工后红外透镜的加工精度、加工效率，产品合格率可达95%。

2）本申请所提供的高精度低形变红外透镜抛光装置，采用该装置上盘后，粘接模与红外透镜的分离仅需在缝隙中吹入空气即可，有效减少手取或工具夹持下盘时造成的零件变形或损伤，避免残余柏油对零件表面的污染。上、下盘时均无需加热柏油，提高加工效率。

附图说明

图1为本申请提供的高精度低形变红外透镜抛光装置主视剖视结构示意图；

图2为本申请提供的高精度低形变红外透镜抛光装置俯视结构示意图；

图例说明：

5、粘接模；3、吸附垫、4、定位环；31、吹气缝隙；32、空隙；51、中心孔；321、环形台阶。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

本申请中未详述的且并不用于解决本申请技术问题的技术手段，均按本领域公知常识进行设置，且多种公知常识设置方式均可实现。

参见图1~2，本申请提供的高精度低形变红外透镜抛光装置，至少包括：粘接模、吸附垫3、定位环4；为实现对镜片的固定，还可以设置限位座等结构，实现对镜片的有效固定，具体可参见CN202010255380.9。

吸附垫3设置于粘接模5的粘结面上；吸附垫3根据待加工光学元件的形状设置，例如可以为对称圆形，吸附垫3层的中心区域开设有空隙32；同时在粘接模5中心轴处开设中心孔51。

粘接模粘结面的周缘上设置定位环4，定位环4形状与粘接模形状对应。定位环4、吸附层、粘接模5、待加工光学零件的中心轴同轴。

待抛光零件包括：两面，一面为抛光面，另一面安装于粘接模5上为固定面。零件的抛光面周缘抵接于定位环4内，同时排出零件固定面与吸附垫3之间的空气后，吸附垫3紧密贴合在一起。零件固定面的加工精度为0,5IMS可实现零件与粘接模5在抛光过程中的可靠固定。

该装置充分利用吸附垫3粘结后，具有一定弹性的特点，可较好的抵消抛光过程中产生的应力，避免对零件造成损坏，同时还可根据抛光头施加力的角度，弹性夹紧零件，有效提高零件加工精度，使其满足红外透镜的加工精度要求。

在一具体实施例中，粘接模粘结面曲率半径由待抛零件的曲率半径决定，由于需要粘接吸附模，粘接模的曲率半径要补偿吸附垫3厚度。

在一具体实施例中，当粘接模5的粘结面为凸面时：R_粘接模=R_零件-H_吸附垫3。其中，R_粘接模为粘接模5粘结面的曲率半径；R_零件为加工零件固定面的曲率半径；H_吸附垫3为吸附垫3的厚度；按此公式设置曲率半径可提高加工镜片的加工精度。

在一具体实施例中，当粘接模5的粘结面为凹面时：R_粘接模=R_零件-H_吸附垫3；当R_零件为∞时适用于平面光学零件比如锗窗等，当零件是非球面时，R_零件为非球面的最佳拟合半径，抛光在非球面加工前加工，H吸附垫3是所使用的吸附垫3的厚度。

在一具体实施例中，吸附垫3的截面面积为待加工光学零件截面面积的30%~100%，具体可根据被粘接透镜的口径大小和曲率半径进行调整。

在一具体实施例中，吸附垫3的形状为圆环，圆环对称的平均分成3块到8块，每块沿直径方向有0.5mm到1mm的缝隙，用于零件上盘安装时排出空气和零件下盘是吹进空气。

在一具体实施例中，吸附垫3在粘接到粘接模以后需要用数控精车，对其表面加工使吸附垫3的表面曲率半径和待粘接透镜的表面曲率半径相等，面形精度达到0.8，这样两个表面在接触时能完全吻合，排出空气，利用空气的压力使两个面粘接在一起。

在一具体实施例中，抛光装置在把吸附垫3粘接到粘接模上前，粘接模需要采用数控精车加工其表面，是表面的曲率半径达到精度优于0.5，面形达到0.8，

在一具体实施例中，粘接模边缘设置环形台阶321，环形台阶321深度大于3mm小于10mm，宽度为1mm到3mm，设置环形台阶321后方便固定安装定位环4。

在一具体实施例中，所用定位环4为尼龙或是塑料类的材料制造，其内径大小为零件的口径，外径大于内劲5mm左右，具体尺寸根据材料而定，以定位环4安装操作时不会变形为适，定位环4的厚度大于环形台阶321的深度，方便移除和固定零件，减少上、下盘时对零件造成的损伤。

在一具体实施例中，粘接模中心轴处设置直径2~4mm的中心孔51，中心孔51与粘接模同轴，其目的用于下盘时方便吹入高压空气，根据空气短路原理，空气顺吸附垫3间的吹气缝隙31，方便的进入零件和吸附垫3之间，外部空气压力和零件与吸附垫3之间的压力相等，实现零件从吸附垫3表面自动脱落。

该装置使用方法包括如下步骤：

步骤一，根据待抛光的零件的被粘接面的半径和使用的吸附垫3的厚度计算粘接模的表面的曲率半径，并用数控精车或是单点加工的方法对表面进行高精度的加工，曲率半径精度达到优于0.5，面形达到0.8；

步骤二，将吸附垫3按照需要的形状和大小裁剪出，并按粘接位置粘接在粘接模的表面，等候数小时待粘接牢固后，用数控精车或是单点加工的方法对其表面进行高精度加工，表面曲率半径和零件待粘接表面的曲率半径相等，曲率半径精度达到优于0.5，面形达到0.8；

步骤三，将定位环4安装在粘接模边缘环形台阶321上，用手转动一下，确保定位安装到位；

步骤四，将零件沿着定位环4的边缘放置在吸附垫3的表面，稍微用力排出零件表面和吸附垫3之间的空气，利用空气的压力把零件压紧在吸附垫3的表面；

步骤五，将定位环4从固定好零件的粘接模上取下，放在一边安装下一个使用，零件完成上盘可以开始抛光。

步骤六，待粘零件完成抛光以后，从粘接模中心的通孔内吹入高压空气，空气顺吸附垫3之间的空隙32进入零件与吸附垫3之间，待外界空气气压和零件与吸附垫3之间的空气气压相等，零件从吸附垫3表面脱落完成下盘。

实施例

以下实施例中所用设备和光学器件，如无特殊说明，均为市售。

实施例1

本实施例中待加工光学元件为圆形红外透镜，结构如图所示。该元件的直径D为Φ140mm，厚度10mm，抛光面为凹面曲率半径为274mm。抛光时的粘接面为凸面，其曲率半径为104mm。

采用本申请提供装置加工后所得光学元件的抛光加工的面形要求为光圈N:3，较一般红外透镜面形精度提高2倍以上。

该红外透镜加工其他环节按现有方法进行，且精准控制红外透镜的面形及其变化。

采用本申请提供的上述装置，具体参数为：包括粘接模、吸附垫3和定位环4；吸附垫3为圆环结构，粘接于粘接模的一端面；定位环4与环粘接模同轴直径和光学透镜的口径相等；粘接模外缘有一个环形台阶321，台阶的深度大于3mm小于10mm，宽度为1mm到3mm，环形台阶321用于安装定位环4，光学透镜沿定位环4的边缘放置在粘接模的吸附垫3上，通过每块吸附垫3之间的缝隙，排出空气，可通过中心孔51对零件与粘接模5之间抽气，排出空气后形成的压力差实现红外透镜在粘接模5上的固定。

吸附垫3的面积大约是透镜面积的60%，所用吸附垫3具体如图2所示，其厚度为1mm，粘接模的表面的曲率半径按R粘接模=R透镜-R吸附=103mm，所用粘接模的半径比红外透镜大1mm，边缘处设置环形台阶321，台阶的深度为3mm，宽度为1mm，环形台阶321用于安装定位环4。

如图2所示，所用吸附垫3等分为4等分，吸附垫3的圆环形状和粘接模同轴，并设置1mm的吹气缝隙31，此缝隙用于上盘时排出光学透镜和吸附垫3之间的空气，下盘时把高压空气吹入。

本实施例中所用上盘、下盘的方法，包括如下步骤：

步骤一，根据待抛光的红外透镜的被粘接面的半径和使用的吸附垫3的厚度计算粘接模的表面的曲率半径为103mm，并用数控精车或是单点加工的方法对表面进行高精度的加工，曲率半径精度达到xxx，面形达到xxx；

步骤二，将吸附垫3沿圆环的半径分成4等分，每一等分并沿半径方向两边各去掉0.5mm的部分，并按粘接位置粘接在粘接模的表面，粘接时相邻两等分之间有1mm的缝隙，等候数小时待粘接牢固后，用数控精车或是单点加工的方法对其表面进行高精度加工，表面曲率半径和零件待粘接表面的曲率半径相等，曲率半径精度达到优于0.5，面形达到0.8；

步骤三，将定位环4安装在粘接模边缘环形台阶321上，用手转动一下，确保定位安装到位；

步骤四，将零件沿着定位环4的边缘放置在吸附垫3的表面，稍微用力排出零件表面和吸附垫3之间的空气，利用空气的压力把零件压紧在吸附垫3的表面；

步骤五，将定位环4从固定好零件的粘接模上取下，放在一边安装下一个使用，零件完成上盘可以开始抛光。

步骤六，待粘零件完成抛光以后，从粘接模中心的通孔内吹入高压空气，空气顺吸附垫3之间的空隙32进入零件与吸附垫3之间，待外界空气气压和零件与吸附垫3之间的空气气压相等，零件从吸附垫3表面脱落完成下盘。

采用本申请实施例提供方法加工的红外透镜合格率可达95%，合格标准为满足抛光加工的面形要求为光圈N:3。该方法无需熔化粘结剂或待其硬化，且完成操作后，镜片表面无任何残留，有效提高加工效率。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高精度低形变红外透镜抛光装置，其特征在于，包括：粘接模、至少两块吸附垫（3）、定位环（4）；

吸附垫（3）设置于粘接模（5）的粘结面上；吸附垫（3）围成吸附层，吸附层中心区域开设有空隙（32）；

任两相邻吸附垫（3）间设置吹气缝隙（31）；

粘接模（5）中心轴处开设轴向贯通粘接模（5）的中心孔（51）；

中心孔（51）与空隙（32）、吹气缝隙（31）相连通；

粘接模（5）顶面周缘上拆卸设置定位环（4）；

粘接模（5）和待加工光学零件的相对粘结面加工精度大于0.5。

2.根据权利要求1所述的高精度低形变红外透镜抛光装置，其特征在于，包括：环形台阶（321）；环形台阶（321）设置于粘接模（5）周缘上；定位环（4）卡接于环形台阶（321）上。

3.根据权利要求1所述的高精度低形变红外透镜抛光装置，其特征在于，当粘接模（5）的粘结面为凸面时：R_粘接模=R_零件-H_{吸附垫（3）}；其中，R_粘接模为粘接模（5）粘结面的曲率半径；R_零件为加工零件固定面的曲率半径；H_{吸附垫（3）}为吸附垫（3）的厚度。

4.根据权利要求1所述的高精度低形变红外透镜抛光装置，其特征在于，当粘接模（5）的粘结面为凹面时：R_粘接模=R_零件-H_{吸附垫（3）}；其中，R_粘接模为粘接模（5）粘结面的曲率半径；R_零件为加工零件固定面的曲率半径；H_{吸附垫（3）}为吸附垫（3）的厚度。

5.根据权利要求1所述的高精度低形变红外透镜抛光装置，其特征在于，吸附层截面面积为待加工光学零件截面面积的30%~100%。

6.根据权利要求1所述的高精度低形变红外透镜抛光装置，其特征在于，吹气缝隙（31）的宽度为0.5~1mm。

7.根据权利要求1所述的高精度低形变红外透镜抛光装置，其特征在于，粘接模（5）和待加工光学零件的相对粘结面加工精度为0.5~0.8。

8.根据权利要求1所述的高精度低形变红外透镜抛光装置，其特征在于，定位环（4）、吸附层、粘接模（5）、待加工光学零件的中心轴同轴。

9.根据权利要求1所述的高精度低形变红外透镜抛光装置，其特征在于，中心孔（51）的孔径为2~4mm。

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