非球面光学零件超精密加工技术及现状

CIOE中国光博会 2018-11-07 13:38:07





  非球面光学元件是一种非常重要的光学元件,常用的有抛物面镜、双曲面镜、椭球面镜等。非球面光学元件可以获得球面光学元件无可相比的良好的成像质量,在光学系统中能够很好的矫正多种像差,改善成像质量,进步系统鉴别能力,它能以一个或几个非球面零件代替多个球面零件,从而简化仪器结构,降低本钱并有效的减轻仪器重量。


  非球面光学元件在军用和民用光电产品上的应用也很广泛,如在摄影镜头和取景器、电视摄像管、变焦镜头、电影放影镜头、卫星红外看远镜、录像机镜头、录像和录音光盘读出头、条形码读出头、光纤通讯的光纤接头、医疗仪器等中。



  非球面光学元件超加工技术


  80年代以来,出现了很多种新的非球面超精密加工技术,主要有:计算机数控单点金刚石车削技术、计算机数控磨削技术、计算机数控离子束成形技术、计算机数控超精密抛光技术和非球面复印技术等,这些加工方法,基本上解决了各种非球面镜加工中所存在的题目。前四种方法运用了数控技术,均具有加工精度较高,效率高等特点,适于批量生产。


  其中需要重点介绍的是“数控单点金刚石车削技术”,超精密单点金刚石车床具有超精密加工的特点,利用计算机数控单点金刚石车削技术,非球面光学元件加工技术。在超精密数控车床上,采用天然单晶金刚石刀具,在对机床和加工环境进行精确控制条件下,直接利用金刚石刀具单点车削加工出符合光学质量要求的非球面光学零件。单晶金刚石刀具与有色金属亲和力小,其硬度、耐磨性以及导热性都非常优越,且刀具刃口极为锋锐,刃口半径为0.5~0.01um,车削时金刚石刀具与工件单点或接近单点接触,切削深度多在lnm至数微米。


  在9月份深圳举办的2015第十七届中国光博会精密光学展上,国际知名公司:阿美特克•普瑞思泰克有限公司(Precitech)展出一款名为“Nanoform ® X ”的小框架金刚石车床。Nanoform X 设计用于光学透镜、模芯、反射镜和精密机械件的金刚石车削、铣削和磨削,生产效率提高并且易于操作。机床可以配置成两轴至四轴,用来加工球面、非球面和自由曲面,最大直径至440mm。



  该机床具有全开放式的上部外罩和下部工作空间,便于对设备进行设置和清洁;拥有独一无二的内部隔舱密封设计,可改善切屑防护;并配备一套创新的产能工具,可缩短工件和刀具的设置时间;采用 HS 150 主轴,使热稳定性提高5倍;双框架设计,配备 TMC MaxDamp减振装置,有效降低振动造成的影响;行业领先的表面粗糙度,小于 1 nm Ra。


  而另外一家国际知名公司:先利士劳尔Satisloh在展会上展出了两款分别为SPM-140钻磨机及SPS-140抛光机,使用了创新的双工具主轴技术可加工更大的光学球面及非球面光学元件。



  Satisloh拥有超过120年宝贵的光学加工经验,提供精密光学与眼鏡光学制造解决方案,包括表面成形、定心、抛光、镀膜、磨边、耗材和工具及售后服务。此次CIOE精密光学展上展出的SPS-140抛光机用于加工不同几何形状直径10-200毫米的工件,可灵活快速抛光脆性材质,如玻璃和陶瓷。


  该设备能保证快速有效的球面抛光。先进的非球面抛光修正技术, 使抛光后的工件达到极高的精度。可移走的修模轴,让工作腔空间更大。SPM-140钻磨机是用于铣磨直径最大至200毫米的高效球面、非球面的多功能加工中心。SPM-140采用双主轴技术的5轴精密铣磨机,用于加工脆性材质如玻璃、晶体,红外线材质和陶瓷。在同一台机床上,以碟形和杯形磨轮加工方式生产高度复杂的非球面, 使SPM-140机床提升为紧凑型加工中心。


  此外,由大昌华嘉商业(中国)有限公司代理销售的美国穆尔纳米技术公司(moore Nanotech) 也在此次2015第17届深圳光博会上展出了其单点金刚石车床产品。



  

  美国穆尔纳米技术公司(moore Nanotech)450UPL V2中型单点金刚石机床


  450UPL V2中型单点金刚石车床具有专利耐撞击多孔石墨涂层空气主轴,全转速范围内主轴跳动小于12.5纳米,C轴反馈分辨率为 0.01弧秒,业界领先的8.4皮米光栅尺反馈分辨率,Delta Tau 控制软件 - 程序预读能力40,000句,通过网络可进行实时设备监控以及远程操作控制,并具有 NanoSMART 业界首款触摸屏操作界面,应用了大量新功能,其中包括运行程序文件大小:最高可达5GB。