[发明专利]一种曲面棱镜费里棱镜的加工方法

说明书

技术领域

本发明属于光学器件制造及超精密加工技术领域，涉及一种曲面棱镜的加工方法，具体涉及一种费里棱镜的加工方法。

背景技术

随着光学设计理念及光学加工技术的不断发展，自由曲面棱镜凭借其卓越的光学性能、体积小结构紧凑以及减轻对装配精度要求等众多优点被广泛的应用到头盔显示器、娱乐视频眼镜、模拟仿真训练、外科手术等多个领域。因此，曲面棱镜的制造技术研究对于国防武器装备、医疗器械等具有重大意义。

目前光学曲面棱镜的加工主要依靠金刚石车削技术来实现，其主要方法有两种：一种是直接进行金刚石车削加工方法实现棱镜加工；另一种是采用金刚石车削方法进行自由曲面模芯加工，然后借助注塑技术实现整个棱镜的制造。直接进行金刚石车削加工方法对器件定位、装卡提出了极高的要求，这样的反复装卡会引入比较严重的装卡误差，从而引起自由曲面棱镜表面的相对位置误差；而注塑加工方法也存在同样的问题，在注塑加工过程中，模芯之间的位置调整过程存在误差，同样也会导致加工后自由曲面表面相对位置的偏差。并且，金刚石车削依赖多自由度联动机床设备，因此成本较高。

例如，中国发明专利申请CN 102139376A公开了一种自由曲面棱镜加工方法，需要先将每个棱镜的侧面都初始化为平面以保证每个侧面按照基准平面进行位置调整，曲面之间的夹角需要采用精密多轴机床或加工中心一次装卡铣削成型，每一个曲面光轴之间的夹角依靠加工机床的旋转轴旋转精度保证。这样的加工方式严重依赖精密多轴机床，自由曲面棱镜各光轴之间的夹角受机床旋转轴转角精度影响较大，并且同一批次加工多个相同结构的自由曲面棱镜每个曲面棱镜的光轴加工误差受机床系统误差影响较大难以保证各个曲面棱镜工件光轴角度误差一致性。

为了使摄谱仪得到“纯净”的光谱，1910年费里提出用曲面棱镜取代平面棱镜，结果表明这种改进具有很多平面棱镜无法比拟的优点。费里棱镜以其吸收损失小，像散较大等特点，在光谱成像光学系统中得到广泛的应用。相对复杂自由曲面棱镜而言，费里棱镜的两个曲面通常被设计为关于光轴具有旋转对称结构的球面或者非球面，如果用现有的自由曲面棱镜加工方法加工费里棱镜成本高，且难以保证两个曲面的光轴精度，因此有必要提出一种新型实用易于实现批量化生产的曲面棱镜加工方法

发明内容

本发明的发明目的是提供一种能够无需采用高精度数控加工设备即可实现高加工质量和高效率的曲面棱镜费里棱镜的加工方法

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种曲面棱镜费里棱镜的加工方法，包括如下步骤：

（1）加工曲面棱镜费里棱镜的初始结构，所述初始结构为圆柱体，所述圆柱体直径与费里棱镜第一个曲面的直径相等且两个端面都是与圆柱体轴心线垂直的平面；

（2）将费里棱镜的初始结构固定于光学加工中心旋转台上，调整工件位置使其圆柱轴心线与转台同轴，在圆柱端面上加工出第一个曲面，加工的费里棱镜第一个曲面光轴与圆柱轴心线重合；

（3）根据所述费里棱镜的结构参数设计并制作夹具，所述夹具外形为圆柱体且设有圆柱形的夹持槽，夹持槽的轴心线与夹具的轴心线倾斜设置，使得将步骤(2)加工后的费里棱镜初始结构装夹在夹持槽内后，夹具的轴心线与费里棱镜待加工的第二个曲面的光轴重合；

（4）将步骤(2)加工后的费里棱镜初始结构装夹在夹具上，第一个曲面向下放置，将夹具固定于光学加工中心旋转台上，调整夹具位置使其圆柱轴心线与转台同轴，在费里棱镜初始结构的圆柱端面上加工出第二个曲面。

上述技术方案中，加工费里棱镜第一个曲面时转台的轴心线与费里棱镜初始结构圆柱轴心线重合，加工第二个曲面时转台的轴心线与装夹费里棱镜的圆柱夹具轴心线重合。

上述技术方案中，所述步骤（3）中的圆柱形夹具的轴心线与夹具上的夹持槽的轴心线间的夹角等于费里棱镜两个曲面光轴的夹角。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明仅需要按照费里棱镜的结构参数设计出夹具，即可通过精密车床上架构完成费里棱镜的加工，并且费里棱镜两个面的光轴精度很容易通过夹具的精度来保证，因此，该发明具有加工质量高、结构简单、成本低、效率高的特点，避免了采用现有技术加工光轴夹角精度控制不准的缺点。

附图说明

图1为本发明实施例一中加工的曲面棱镜费里棱镜的初始结构示意图；

图2为本发明实施例一中圆柱体初始结构上加工的第一个曲面示意图；

图3为本发明实施例一中根据费里棱镜结构参数所设计的柱体夹具示意图；