【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于精密光學(xué)制造領(lǐng)域，特別涉及一種大口徑高精度紅外非球面光學(xué)成像透鏡的加工方法。
技術(shù)介紹
1、隨著光學(xué)遙感等領(lǐng)域?qū)鈱W(xué)系統(tǒng)的性能指標(biāo)需求不斷提升，在紅外光學(xué)成像系統(tǒng)中大口徑高精度非球面透鏡的需求日益增加。這類透鏡與普通紅外領(lǐng)域涉及的透鏡在以下幾個方面存在顯著差異：1)在口徑上本文所提的透鏡尺寸遠(yuǎn)超普通紅外透鏡，普遍超過100mm，2)在加工指標(biāo)上，本文所提的透鏡面型精度要求優(yōu)于λ/50rms，同時要求表面光潔度達(dá)到iv級、表面粗糙度優(yōu)于2nm、有效通光口徑單元余量＜2mm，其加工精度要求遠(yuǎn)高于普通紅外透鏡；3)在加工方法上，普通紅外透鏡往往采用模壓、車削或古典拋光等工藝，很少涉及多個工藝的組合加工，無法滿足本文所提透鏡的加工指標(biāo)，必須采用多工藝組合的技術(shù)路線。
2、根據(jù)當(dāng)前文獻(xiàn)和專利，目前已有的針對大口徑透鏡的全鏈路數(shù)控加工工藝路線是基于銑磨-車削-機(jī)械手復(fù)合拋光-離子束精拋的工藝路線，但仍存在以下問題：1)透鏡車削后面型精度通常可優(yōu)于λ/10rms，采用機(jī)械手粗拋雖然可以去除車削殘留的亞表面損傷，但無法保留單點金剛石車削后的面型精度和表面粗糙度，仍需采取較長周期的機(jī)械手平滑和精拋才能修復(fù)，工藝上存在必然的精度退化，無法充分發(fā)揮單點金剛石車削工藝的技術(shù)優(yōu)勢；2)由于透鏡在機(jī)械手拋光階段經(jīng)過多輪粗拋光、平滑和精拋光工序的迭代，機(jī)械手拋光造成的邊緣效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)，加工軌跡疊加產(chǎn)生的中高頻誤差逐漸加重，為后續(xù)離子束精拋光增加了難度，勢必采用半高寬更小的去處函數(shù)實現(xiàn)中高頻誤差及邊緣效應(yīng)的修正，這將導(dǎo)致離子束精拋時間
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大口徑高精度紅外非球面光學(xué)成像透鏡的加工方法。
2、本專利技術(shù)解決技術(shù)的方案是：一種大口徑高精度紅外非球面光學(xué)成像透鏡的加工方法，包括：
3、s1、根據(jù)設(shè)計圖紙，利用銑磨機(jī)對透鏡鏡坯雙面輪廓和外圓基準(zhǔn)進(jìn)行粗加工，并保留中心厚度余量；銑磨成型后，透鏡形位公差優(yōu)于10μm，雙面面型輪廓優(yōu)于30μm?pv；
4、s2、以透鏡外圓和凸面/凹面平臺為基準(zhǔn)，將其安裝在單點金剛石車床主軸上，先對透鏡外圓和凹面/凸面面型進(jìn)行初步車削，使外圓圓柱度優(yōu)于0.005μm，面型初步車削完成后采用輪廓儀測試面型并根據(jù)面型誤差進(jìn)行補償車削；
5、s3、以透鏡外圓和凹面/凸面平臺為定位基準(zhǔn)翻面，采用與s2中相同的方式車削凸面/凹面面型；
6、s4、對透鏡面型進(jìn)行均勻無偏心平滑拋光，直至車削亞表面損傷被完全去除，同時表面粗糙度優(yōu)于2nm；
7、s5、安裝透鏡結(jié)構(gòu)件并重新測試面形，進(jìn)行磁流變精拋，磁流變精拋的工藝參數(shù)選擇拋光輪轉(zhuǎn)速150～250rpm，緞帶厚度控制在1.25～1.75mm，磁流變液壓入深度為0.15～0.3mm，迭代加工使其滿足透鏡加工指標(biāo)。
8、優(yōu)選的，銑磨粗加工保留的中心厚度余量0.1～0.2mm。
9、優(yōu)選的，對透鏡外圓和任一面面型進(jìn)行初步車削的刀具參數(shù)為前角-15～-25°，后角10～15°，圓弧半徑1.5～2mm，波紋度90～120nm，車削工藝參數(shù)為轉(zhuǎn)速1500～3000rpm，進(jìn)給速度5～10mm/min，進(jìn)給深度10～20μm，步進(jìn)間距0.005～0.01mm。
10、優(yōu)選的，所述的補償車削刀具與初步車削刀具相同，換另一側(cè)刀刃并設(shè)置于初步車削時相反的主軸轉(zhuǎn)向和進(jìn)刀方向進(jìn)行補償車削，車削工藝參數(shù)為轉(zhuǎn)速1500～3000rpm，進(jìn)給速度2～5mm/min，進(jìn)給深度2～5μm，步進(jìn)間距0.002～0.005mm。
11、優(yōu)選的，采用無偏心拋光工具頭進(jìn)行平滑拋光，所述無偏心拋光工具為φ10～30mm的無偏心拋光工具盤，拋光介質(zhì)為瀝青+黑色阻尼布，拋光輔料為氧化鈰拋光液，顆粒度為0.5～2μm，無偏心拋光頭轉(zhuǎn)速為100～200rpm，運動軌跡點間距為拋光工具盤口徑的1/10～1/5，單點駐留時間不超過15s，無偏心均勻拋光后透鏡面型誤差與車削后面型誤差的差值不大于5％。
12、優(yōu)選的，根據(jù)顆粒度從大到小的原則逐步過渡拋光輔料。
13、優(yōu)選的，s3中雙面車削完成后透鏡中心厚應(yīng)滿足圖紙上公差要求，且雙面面型精度優(yōu)于λ/10rms，亞表面損傷＜2μm。
14、優(yōu)選的，磁流變精拋的迭代加工為2-3輪。
15、優(yōu)選的，無偏心拋光后先安裝透鏡結(jié)構(gòu)件再重新測試面形，后接磁流變拋光，避免透鏡裝調(diào)時結(jié)構(gòu)變形造成的精度損失。
16、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
17、本專利技術(shù)對大口徑紅外透鏡的高精度加工方法提出了改進(jìn)，通過工藝鏈路的優(yōu)化不僅實現(xiàn)了全鏈路的數(shù)字化確定性加工，而且克服了加工過程中精度反復(fù)、表面質(zhì)量與加工周期互相制約、無法實現(xiàn)組件級精拋等問題。
18、本專利技術(shù)采用無偏心拋光，不僅能夠有效避免拋光階段出現(xiàn)邊緣效應(yīng)，影響透鏡有效通光口徑，而且具有很好的保形拋光效果，能夠使透鏡拋光后仍保持車削后較好的面型精度，克服了機(jī)械手拋光后面型精度下降的工藝缺陷，從而避免了原工藝中因拋光表面損傷造成面型精度降低、多輪拋光導(dǎo)致中高頻誤差累積等工藝瓶頸。
19、本專利技術(shù)在透鏡精拋前先進(jìn)行結(jié)構(gòu)件預(yù)裝配，能夠真實反映透鏡在裝調(diào)時的變形量，此時再改用磁流變拋光，相比當(dāng)前方法中采用離子束精拋的方法，避免了多輪離子束精拋鏡面熱積累造成的鏡面光潔度下降的問題，最關(guān)鍵的是實現(xiàn)了組件級透鏡的精拋，保證了透鏡加工與裝調(diào)面型精度的一致性。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種大口徑高精度紅外非球面光學(xué)成像透鏡的加工方法，其特征在于包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于銑磨粗加工保留的中心厚度余量0.1～0.2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于：對透鏡外圓和任一面面型進(jìn)行初步車削的刀具參數(shù)為前角-15～-25°，后角10～15°，圓弧半徑1.5～2mm，波紋度90～120nm，車削工藝參數(shù)為轉(zhuǎn)速1500～3000rpm，進(jìn)給速度5～10mm/min，進(jìn)給深度10～20μm，步進(jìn)間距0.005～0.01mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加工方法，其特征在于：所述的補償車削刀具與初步車削刀具相同，換另一側(cè)刀刃并設(shè)置于初步車削時相反的主軸轉(zhuǎn)向和進(jìn)刀方向進(jìn)行補償車削，車削工藝參數(shù)為轉(zhuǎn)速1500～3000rpm，進(jìn)給速度2～5mm/min，進(jìn)給深度2～5μm，步進(jìn)間距0.002～0.005mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于：采用無偏心拋光工具頭進(jìn)行平滑拋光，所述無偏心拋光工具為φ10～30mm的無偏心拋光工具盤，拋光介質(zhì)為瀝青+黑色阻尼布，拋光輔料為氧化鈰拋光
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的加工方法，其特征在于：根據(jù)顆粒度從大到小的原則逐步過渡拋光輔料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于：S3中雙面車削完成后透鏡中心厚應(yīng)滿足圖紙上公差要求，且雙面面型精度優(yōu)于λ/10rms，亞表面損傷＜2μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于：磁流變精拋的迭代加工為2-3輪。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于：無偏心拋光后先安裝透鏡結(jié)構(gòu)件再重新測試面形，后接磁流變拋光，避免透鏡裝調(diào)時結(jié)構(gòu)變形造成的精度損失。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種大口徑高精度紅外非球面光學(xué)成像透鏡的加工方法，其特征在于包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于銑磨粗加工保留的中心厚度余量0.1～0.2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于：對透鏡外圓和任一面面型進(jìn)行初步車削的刀具參數(shù)為前角-15～-25°，后角10～15°，圓弧半徑1.5～2mm，波紋度90～120nm，車削工藝參數(shù)為轉(zhuǎn)速1500～3000rpm，進(jìn)給速度5～10mm/min，進(jìn)給深度10～20μm，步進(jìn)間距0.005～0.01mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加工方法，其特征在于：所述的補償車削刀具與初步車削刀具相同，換另一側(cè)刀刃并設(shè)置于初步車削時相反的主軸轉(zhuǎn)向和進(jìn)刀方向進(jìn)行補償車削，車削工藝參數(shù)為轉(zhuǎn)速1500～3000rpm，進(jìn)給速度2～5mm/min，進(jìn)給深度2～5μm，步進(jìn)間距0.002～0.005mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于：采用...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王國燕，王經(jīng)華，張建華，孟曉輝，王超，張兆健，
申請(專利權(quán))人：北京空間機(jī)電研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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