[实用新型]曲率半径可调式非球面凹透镜加工装置

说明书

技术领域

    本实用新型涉及精密加工领域，特别涉及非球面透镜精密磨削加工领域，尤指一种曲率半径可调式非球面凹透镜加工装置。通过该装置磨削加工出的非球面凹透镜可有效改善球面透镜矫正像差的效果，改善成像品质，提高系统鉴别能力。非球面透镜在航天航空、照相摄像、军事系统、光通讯和激光应用领域的应用极为广泛，本实用新型因其结构紧凑、成本低廉、操作简易、加工效率高，可为微小型非球面凹透镜的制造提供加工方法。

背景技术

应用非球面光学元器件可以增加光学设计的自由度,并且对改善光学系统成像质量,提高光学性能,减小外形尺寸和重量起着重要的作用。小型非球面光学器件的加工技术主要包括数控研磨成型、离子束抛光法、模压成型法、真空镀膜法、精密单点金刚石车削等。目前,加工小型非球面透镜的方法主要是研磨法和模压成型法，而离子抛光法和真空镀膜法主要用来加工较大的反射非球面。研磨法是非球面光学器件的基本加工方法。按照磨具与零部件的基础特点，研磨法可分为点接触、线接触和面接触三种。一般的点接触制造方法加工精度较低,主要用于研磨过程的粗成型加工，而线接触制造精度稍高，面接触的制造精度为最高。研磨法一般是借助凸轮仿形机以及数控机床等工艺设备实现的。对于小尺寸的非球面光学器件而言，一般预先采用数控机床研磨成型，然后再利用手工抛光方法成型，若高精度要求，则该过程中附以检验和修带工艺。模压成型方法主要是针对塑料光学零件。由这种加工方法生产的光学零件，可以用作一般的聚光镜和较为简易的光学系统透镜。目前国内生产的塑料非球面透镜大多数是采用金属模具热压成型的，如菲涅耳放大镜和史密特矫正板。随着高精度金属模具的发展，目前已经出现了能够满足光学零件的表面粗糙度要求和曲面形状要求的金属模具，因此采用模压成型制造的塑料非球面光学零件可在一定程度上替代部分玻璃态光学零件。

如前所述,非球面透镜加工技术采用的主要加工方法为数控研磨与抛光技术、模压成型技术和超精密单点金刚石车削等。

(1) 数控研磨与抛光技术

数控研磨与抛光技术是从计算机控制光学表面成形技术(CCOS)发展而来的。CCOS技术是由美国Itek公司在七十年代初期最先提出的技术思想。它用计算机控制超精密统磨机床对工件进行成形磨削，然后再用柔性抛光设备抛光，在提高精磨面形精度的同时改变工件表面粗糖度，使其达到光学元件质量标准。此技术的基本原理是：根据光学面形检测仪器检测出的面形数据，创建加工的控制模型，利用计算机控制小磨头在工件表面的驻留时间及相对压力来控制材料的去除量，从而实现对工件进行抛光。

(2)模压成型技术

模压成型技术是一项需要特定机床的综合性比较强的加工方法，主要适用于玻璃等材料。在高温高压和无氧的条件下，把软化的光学材料放入高精度模具中，直接模压出达到光学标准的成型零件。自20世纪八十年代中期开发此技术至今已将近三十年，模压成型技术已成为非球面制造行业中较为先进的加工技术之一，并且在许多国家得到广泛应用。由于此技术可以直接将光学材料模压成精密光学系统元件，大大降低了制造成本，使得非球面玻璃材料的光学零件在光学系统中开始得到广泛应用,也给光电系统设计带来了巨大变化和发展。此技术不仅使光学设备重量降低、体积减小、材料节省、光学零件渡膜和工件装配的工作量减少、成本降低，而且还提高了光学系统成像的质量，改善了光学系统的性能。模压法的特点是：①可以批量化生产非球面透镜；②模具制造难度大、成本高,适用于超大批量生产；③无法进行中大口径的模压；④工艺参数复杂,如温度、时间、压力等。

 (3)超精密数控单点金刚石车削

车削非球面所用的超精密加工设备为超精密单点金刚石车床，其溜板运动精度和主轴旋转精度比一般数控机床要高很多。超精密单点金刚石车床是加工高精密光学零件的重要装备。超精密单点金刚石车床主要用于中小尺寸、中等批量的红外晶体和金属材料光学零件的加工，其特点是加工精度高、生产效率高、重复性好，加工成本与传统加工相比明显降低，适合批量生产。