一种高精度光学透镜冷加工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高精度光学透镜冷加工工艺，包括以下步骤：S1、下料及粗磨：切方，改厚度，粗磨外圆。S2、精滚外圆：精滚外圆达图纸要求，铣磨半径，控制面型及中心厚度。S3、精密研磨：透镜材料放入研磨用夹具里，在高速平摆精磨机上用金钢石丸片，对透镜进行研磨。S4、预抛光：用聚氨酯片在高速平摆抛光机对透镜进行预抛光。S5、精密抛光：在低速抛光机上将工件进行精密抛光、修改光圈和检测，以最终满足中心厚度、表面面型及粗糙度的要求。本工艺流程针对高精度的光学透镜设计，利用高速精磨抛光机和低速抛光机进行结合加工，加工得到的光学透镜具有表面疵病低，光洁度高，表面面型好，表面粗糙度低的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学透镜的加工工艺，特别涉及一种高精度光学透镜冷加工工艺，属于光学设备加工制备领域。
技术介绍
光学透镜是构成光学系统的最基本单元，是用透明物质制成的表面为球面、非球面的光学元件，光通过其表面发生折射、反射而成像。透射材料分为光学玻璃、光学晶体和光学塑料三类，其中光学玻璃是最常用的光学材料。近年来随着光学仪器的广泛使用，对光学元件的需求也逐渐增多，特别是对于高精度光学透镜的需要更是直线增长。对于高精度的光学透镜而言，对于光学透镜的性质要求极高，因此必须在加工的过程中保证透镜表面疵病低，光洁度高，表面面型好，表面粗糙度低。比如航空航天，激光系统，自适应光学系统，波前检测，红外探测系统，军用等特殊用途要求：光洁度达到B＝I级以上，表面面型RMS≥1/10λ，最好的能达到1/20λ，甚至更高，表面粗糙度≤1nm，甚至更低，要达到这些要求目前一般采用传统的古典式加工工艺。古典加工方法可以对面型进行精抛修圈，达到高精度质量要求。但是一般周期长，机床转速低、压力低，效率低，费时费力，适合单件、样品及小批量研制生产。现代高速精磨抛光加工方法，比如平摆机床转速快，压力大，模具精度较高，效率高生产周期短，能达到中级以上精度要求，适合大批量流水线生产加工。但是加工精度受到限制，难以达到特殊使用情况下的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的高精度光学透镜加工过程中高速精磨抛光加工方法精度不满足高精度光学透镜要求，古典加工方法加工速度慢的不足，提供一种全新的高精度光学透镜加工工艺，本专利技术的加工工艺属于冷加工工艺，能够在常规环境中进行，更准确的来说，可以在25-30℃的环境温度下进行加工。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种光学透镜加工工艺，属于光学透镜冷加工工艺，包括以下步骤：S1、下料及粗磨：将原料切割成基础方块料，修改厚度，粗磨方块料形成透镜外圆轮廓。S2、精滚外圆：将S1加工的透镜材料，继续磨削外圆，并控制透镜的外径尺寸及公差在透镜图纸要求的范围内。优选的，精滚外圆采用将透镜材料装夹在工件轴上并随之匀速转动，用金刚石砂轮进行切削，修磨外圆，使透镜材料在转动的过程中完成外圆轮廓的研磨成型，并达到一定的粗糙度。然后，铣磨机铣磨透镜的球面半径，同时控制面型及中心厚度。S3、精密研磨，简称精磨：将S2加工的透镜材料研磨达到设计厚度。对于大直径的光学透镜，一般需要控制球面半径等厚差，采用装有千分表的等厚座控制等厚差，按图纸厚度打磨控制，可以用等厚座测量透镜修改的等厚尺寸，通过研磨对透镜表面修改等厚尺寸，一般控制等厚差＜0.005mm，保证光学偏心C值。等厚座一般在大直径的透镜加工过程中，用于大直径透镜的曲率面形误差校正，进而保证其光学偏心。所述等厚座是用于调整控制透镜曲率表面相等厚度差值的一个仪器，是以外圆为基准用于控制透镜球面等厚的工具。然后，将透镜材料放入研磨用夹具，优选的透镜材料和夹具之间垫上阻尼布以保护表面，用夹圈加以固定，在研磨用模盘上粘接金钢石丸片，利用平摆精磨机对透镜进行研磨。此时利用平摆精磨机研磨透镜表面的球面半径、面型，根据透镜材料选用金刚石丸片的直径、粒度进行研磨，控制表面疵病(划痕、砂眼)达到预抛光要求。优选的，使用高速平摆精磨机进行研磨。高速平摆精磨机研磨速度快、效率高，能够保证透镜的初步精度控制，快速将透镜材料加工到后续的预抛光的原材料要求。优选的，步骤S3中所述精密研磨分为：一次研磨和二次研磨。在研磨的过程中控制好初级表面疵病，控制中心厚度，控制表面面型。平摆精磨机在研磨的过程中使用的是金刚石丸片，使用金刚石丸片进行研磨，具有研磨切削速度快的特点，一般需要注意研磨表面疵病，防止高速研磨过程中造成不可挽回的缺陷或损坏。所述高速精磨机速度大于1200rpm，更优选大于1800rpm，最优选大于2000rpm。包括高速平摆精磨机、高速上摆精磨机、高速下摆精磨机。本专利技术所述的高速精磨机，亦可称为高速研磨机。同样适用于高速抛光机，其速度优选大于1200rpm，更优选大于1800rpm，最优选大于2000rpm，包括高速平摆抛光机、高速上摆抛光机、高速下摆抛光机。S4、预抛光：在抛光用模盘上粘接聚氨酯片，将步骤S3精密研磨好的透镜清洗干净，放入抛光用装夹夹具里，用夹圈加以固定，进行预抛光。优选的，在平摆抛光机上进行预抛光，特别是高速平摆抛光机。优选的，装夹夹具内放入阻尼布以保护透镜表面，阻尼布具有减震的功效，提高抛光精度，同时阻尼布能够防止透镜被夹具刮花、磨花、压印。注
意应当先放入阻尼布，再放入透镜进行装夹，保证阻尼布对透镜的表面的保护。S5、精密抛光：根据凹凸透镜选择以下加工方式之一：①对于凸面光学透镜：把预抛光好的透镜粘在抛光模盘上，在低速抛光机上先装上过度接头，然后再接上所述抛光模盘。工件在下，抛光胶盘在上，进行精密抛光、修改光圈、局部光圈和检测，以最终满足中心厚度、表面面型及粗糙度的要求。优选使用高速抛光模盘。优选的，所述抛光胶盘是沥青抛光胶盘。工件粘接在抛光模盘上，放在下面，工件的上面用沥青抛光胶进行抛光。②对于凹面光学透镜：把预抛光好的透镜装夹在夹具里，在低速抛光机上直接装上抛光胶盘。工件在上，抛光胶盘在下，进行精密抛光、修改光圈、局部光圈和检测，以最终满足中心厚度、表面面型及粗糙度的要求。优选的，所述抛光胶盘是沥青抛光胶盘。优选的，所述低速抛光机是转速低于400rpm的抛光机，最好是低于200rpm的抛光机，如160rpm、100rpm、60rpm的抛光机。控制精密抛光过程中抛光机的转速不超过400rpm，当然可以优选以上更低的转速。本专利技术方法采用高速精磨抛光方法和古典抛光方法相结合的方式，提高了生产效率，降低了劳动强度，缩短了工序流转，同时保证了透镜加工质量。进一步，对于精密抛光过程，必要时采用手动修圈，透镜加工位置根据需要上下调动，以利于最后的修抛过程，达到图纸要求。本工艺流程针特别适用于高精度的光学透镜冷加工(处理)过程，对高精度的光学透镜，先利用高速精磨抛光机加工出具有初步外形和中低级精度的元件，再利用低速精磨抛光机进行深加工，抛光精修表面面型及粗糙度，加工出具有表面疵病低，光洁度高，表面面型好，表面粗糙度低的光学透镜，满足要求。透镜高精度的参考标准：光洁度达到B＝I级以上，表面面型RMS≥1/10λ，最好的能达到1/20λ，甚至更高，表面粗糙度≤1nm，甚至更低。进一步，步骤S1中，将切割好的基础方块料粘接成条，然后粗磨形成透镜外圆轮廓。采用粘接成条，磨削外圆的方式大幅度的提高生产的效率，加快加工速度，实现小批量生产。而且粘接成条的基础方块料在磨削外圆的过程中，外圆轮廓更加均匀一致，有利于透镜后续加工的一致性控制。进一步，步骤S1中，所述透镜最终加工外廓为圆形。进一步，步骤S2中，可以分几次磨削透镜外圆使直径、粗糙度达到要求。特别的，对于边缘尺寸较厚的透镜可以分次磨削透镜外圆达到要求。对于切斜台透镜先设计装夹工具
再用光学定心滚边机切削出带角度的斜台。切斜台的过程应当在透镜抛光面加工之前进行，以防止透镜表面抛光后又受到装夹工具的伤害导致抛光面损伤，避免透镜表面二次返工/抛光。本专利技术设计适合高速精本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学透镜加工工艺，包括以下步骤：S1、下料及粗磨：将原料切割成基础方块料，修改厚度，粗磨方块料形成透镜外圆轮廓；S2、精滚外圆：将S1加工的透镜材料，继续磨削外圆，并控制透镜的外径尺寸及公差在透镜图纸要求的范围内；铣磨机铣磨透镜的球面半径，同时控制面型及中心厚度；S3、精密研磨：将S2加工的透镜材料研磨达到设计厚度；然后，将透镜材料放入研磨用夹具，用夹圈加以固定，在研磨用模盘上粘接金钢石丸片，利用平摆精磨机对透镜进行研磨；S4、预抛光：在抛光用模盘上粘接聚氨酯片，将步骤S3精密研磨好的透镜清洗干净，放入抛光用装夹夹具里，用夹圈加以固定，进行预抛光；S5、精密抛光：根据凹凸透镜选择以下加工方式之一：①对于凸面光学透镜：把预抛光好的透镜粘在抛光模盘上，在低速抛光机上先装上过度接头，然后再接上所述抛光模盘；工件在下，抛光胶盘在上，进行精密抛光、修改光圈、局部光圈和检测，以最终满足中心厚度、表面面型及粗糙度的要求；②对于凹面光学透镜：把预抛光好的透镜装夹在夹具里，在低速抛光机上直接装上抛光胶盘；工件在上，抛光胶盘在下，进行精密抛光、修改光圈、局部光圈和检测，以最终满足中心厚度、表面面型及粗糙度的要求；所述低速抛光机是转速低于400RPM的抛光机。...

【技术特征摘要】
1.一种光学透镜加工工艺，包括以下步骤：S1、下料及粗磨：将原料切割成基础方块料，修改厚度，粗磨方块料形成透镜外圆轮廓；S2、精滚外圆：将S1加工的透镜材料，继续磨削外圆，并控制透镜的外径尺寸及公差在透镜图纸要求的范围内；铣磨机铣磨透镜的球面半径，同时控制面型及中心厚度；S3、精密研磨：将S2加工的透镜材料研磨达到设计厚度；然后，将透镜材料放入研磨用夹具，用夹圈加以固定，在研磨用模盘上粘接金钢石丸片，利用平摆精磨机对透镜进行研磨；S4、预抛光：在抛光用模盘上粘接聚氨酯片，将步骤S3精密研磨好的透镜清洗干净，放入抛光用装夹夹具里，用夹圈加以固定，进行预抛光；S5、精密抛光：根据凹凸透镜选择以下加工方式之一：①对于凸面光学透镜：把预抛光好的透镜粘在抛光模盘上，在低速抛光机上先装上过度接头，然后再接上所述抛光模盘；工件在下，抛光胶盘在上，进行精密抛光、修改光圈、局部光圈和检测，以最终满足中心厚度、表面面型及粗糙度的要求；②对于凹面光学透镜：把预抛光好的透镜装夹在夹具里，在低速抛光机上直接装上抛光胶盘；工件在上，抛光胶盘在下，进行精密抛光、修改光圈、局部光圈和检测，以最终满足中心厚度、表面面型及粗糙度的要求；所述低速抛光机是转速低于400RPM的抛光机。2.如权利要求1所述光学透镜加工工艺，其特征在于，对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐丽，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所光学元件厂，
类型：发明
国别省市：四川;51