一种大尺寸红外非球面硅透镜的高效加工方法技术

本发明专利技术提供了一种大尺寸红外非球面硅透镜的高效加工方法，根据图纸设计要求，切割出留有加工余量的圆柱形镜坯；对镜坯外圆柱面、凸面侧和凹面侧的平台面、球面凸面和非球面凹面进行铣磨加工；以透镜的外圆和任一平台面作为安装基准，对铣磨后的非球面透镜先后进行非球面凹面、球面凸面的车削；采用集成抛光工具头的机械手对车削后的硅透镜表面进行粗抛光、精抛光；采用离子束抛光技术进行精抛光，完成红外非球面硅透镜的加工。本发明专利技术提供了一种采用数字化、定量化的的大尺寸非球面硅透镜高效加工方法，针对红外非球面硅透镜等红外用途的零件进行技术的专用性定制，明确了各个工艺步骤的边界，加快了工艺衔接速度，提高了最终成型精度。型精度。型精度。

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸红外非球面硅透镜的高效加工方法


[0001]本专利技术属于先进光学制造与检测
，特别涉及一种大尺寸红外非球面硅透镜的高效加工方法。

技术介绍

[0002]以单晶硅材料为代表的红外光学元件在半导体、光学遥感、红外夜视等领域有着大量的应用需求，但由于各领域的应用需求不同，导致不同领域的单晶硅光学元件在尺寸及制造质量方面有着明显的差异，如在半导体领域，单晶硅常作为晶圆，面型轮廓为平面面型，尺寸最大可达300mm；在红外夜视等民用领域，单晶硅常被设计为球面，尺寸集中在50
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200mm范围内，加工精度要求约为λ/10RMS；而在空间遥感领域，出于高分辨率军事侦察的目的，单晶硅用于红外通道中的高次非球面透镜，尺寸最大可达Φ500mm，面型多为高次非球面，加工精度要求优于λ/50RMS。
[0003]行业内关于单晶硅透镜的加工方法主要采用了铣磨、车削、古典抛光或数控抛光的组合工艺流程，其中对于口径100mm以内的小尺寸非球面硅透镜，通过单点金刚石车削技术即可实现纳米级的表面粗糙度，一般不需要经过后续抛光或进行短暂抛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸红外非球面硅透镜的高效加工方法，其特征在于，包括如下步骤：根据图纸设计要求，对单晶硅透镜坯料进行切割下料，切割出留有加工余量的圆柱形镜坯；利用铣磨机对镜坯外圆柱面、凸面侧和凹面侧的平台面、球面凸面和非球面凹面进行铣磨加工；采用单点金刚石车床，以透镜的外圆和凸面侧和凹面侧任一平台面作为安装基准，对铣磨后的非球面透镜先后进行非球面凹面、球面凸面的车削；车削后的面型频段特征在15～20mm高斯高通滤波情况下，面型RMS中高频残差优于0.03λ；采用集成抛光工具头的机械手对车削后的硅透镜表面进行粗抛光和面型频段平滑，面型抛光至优于λ/20、RMS中高频残差优于0.02λ后转入机械手精抛光；机械手精抛光后，采用离子束抛光技术，优化离子源氩气流量、射频功率、离子束电压、加速电压、离子源距离参数，优化去除函数，使其频段去除能力与待加工非球面频段特征相吻合，经离子束抛光，完成红外非球面硅透镜的加工。2.根据权利要求1所述的大尺寸红外非球面硅透镜的高效加工方法，其特征在于，所述利用铣磨机对镜坯外圆柱面、凸面侧和凹面侧的平台面、球面凸面和非球面凹面进行铣磨加工的步骤，通过以下方式实施：利用镜坯初始的外圆圆柱度和底面作为调整基准，对镜坯上平面进行铣磨，铣磨后上平面的平面度误差加工至10μm以内；在完成镜坯上平面加工的基础上，先后在底面和上平面对透镜的凹面、凸面进行面型铣磨；铣磨后的凸面侧和凹面侧径向外缘具有平行的平台面，以任一平台面作为基准，建立铣磨坐标系，对透镜的外圆柱面进行精度加工。3.根据权利要求2所述的大尺寸红外非球面硅透镜的高效加工方法，其特征在于，所述利用铣磨机对镜坯外圆柱面、凸面侧和凹面侧的平台面、球面凸面和非球面凹面进行铣磨加工的步骤中，铣磨后圆柱度误差优于10μm，凸面侧和凹面侧平台面的平面度误差优于10μm，凸面侧和凹面侧平台面的平行度误差优于10μm。4.根据权利要求1所述的大尺寸红外非球面硅透镜的高效加工方法，其特征在于，所述对铣磨后的非球面透镜先后进行非球面凹面、球面凸面的车削步骤前，车削凸面侧或凹面侧的平台面的平面度精度，将其平面度误差车削至2μm以内。5.根据权利要求1所述的大尺寸红外非球...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟晓辉，王国燕，梁慧龙，许瑞，郝言慧，赵静，李昂，李文卿，王永刚，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：