專利名稱：一種曲面棱鏡費里棱鏡的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)器件制造及超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種曲面棱鏡的加工方法，具體涉及一種費里棱鏡的加工方法。
背景技術(shù)：
隨著光學(xué)設(shè)計理念及光學(xué)加工技術(shù)的不斷發(fā)展，自由曲面棱鏡憑借其卓越的光學(xué)性能、體積小結(jié)構(gòu)緊湊以及減輕對裝配精度要求等眾多優(yōu)點被廣泛的應(yīng)用到頭盔顯示器、娛樂視頻眼鏡、模擬仿真訓(xùn)練、外科手術(shù)等多個領(lǐng)域。因此，曲面棱鏡的制造技術(shù)研究對于國防武器裝備、醫(yī)療器械等具有重大意義。目前光學(xué)曲面棱鏡的加工主要依靠金剛石車削技術(shù)來實現(xiàn)，其主要方法有兩種:一種是直接進行金剛石車削加工方法實現(xiàn)棱鏡加工；另一種是采用金剛石車削方法進行自由曲面模芯加工，然后借助注塑技術(shù)實現(xiàn)整個棱鏡的制造。直接進行金剛石車削加工方法對器件定位、裝卡提出了極高的要求，這樣的反復(fù)裝卡會引入比較嚴(yán)重的裝卡誤差，從而引起自由曲面棱鏡表面的相對位置誤差；而注塑加工方法也存在同樣的問題，在注塑加工過程中，模芯之間的位置調(diào)整過程存在誤差，同樣也會導(dǎo)致加工后自由曲面表面相對位置的偏差。并且，金剛石車削依賴多自由度聯(lián)動機床設(shè)備，因此成本較高。例如，中國發(fā)明專利申請CN 102139376A公開了一種自由曲面棱鏡加工方法，需要先將每個棱鏡的側(cè)面都初始化為平面以保證每個側(cè)面按照基準(zhǔn)平面進行位置調(diào)整，曲面之間的夾角需要采用精密多軸機床或加工中心一次裝卡銑削成型，每一個曲面光軸之間的夾角依靠加工機床的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)精度保證。這樣的加工方式嚴(yán)重依賴精密多軸機床，自由曲面棱鏡各光軸之間的夾角受機床旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角精度影響較大，并且同一批次加工多個相同結(jié)構(gòu)的自由曲面棱鏡每個曲面棱鏡的光軸加工誤差受機床系統(tǒng)誤差影響較大難以保證各個曲面棱鏡工件光軸角度誤差一致性。為了使攝譜儀得到“純凈”的光譜，1910年費里提出用曲面棱鏡取代平面棱鏡，結(jié)果表明這種改進具有很多平面棱鏡無法比擬的優(yōu)點。費里棱鏡以其吸收損失小，像散較大等特點，在光譜成像光學(xué)系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。相對復(fù)雜自由曲面棱鏡而言，費里棱鏡的兩個曲面通常被設(shè)計為關(guān)于光軸具有旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)的球面或者非球面，如果用現(xiàn)有的自由曲面棱鏡加工方法加工費里棱鏡成本高，且難以保證兩個曲面的光軸精度，因此有必要提出一種新型實用易于實現(xiàn)批量化生產(chǎn)的曲面棱鏡加工方法

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種能夠無需采用高精度數(shù)控加工設(shè)備即可實現(xiàn)高加工質(zhì)量和高效率的曲面棱鏡費里棱鏡的加工方法
為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種曲面棱鏡費里棱鏡的加工方法，包括如下步驟:
(I)加工曲面棱鏡費里棱鏡的初始結(jié)構(gòu)，所述初始結(jié)構(gòu)為圓柱體，所述圓柱體直徑與費里棱鏡第一個曲面的直徑相等且兩個端面都是與圓柱體軸心線垂直的平面；
(2)將費里棱鏡的初始結(jié)構(gòu)固定于光學(xué)加工中心旋轉(zhuǎn)臺上，調(diào)整工件位置使其圓柱軸心線與轉(zhuǎn)臺同軸，在圓柱端面上加工出第一個曲面，加工的費里棱鏡第一個曲面光軸與圓柱軸心線重合；
(3)根據(jù)所述費里棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計并制作夾具，所述夾具外形為圓柱體且設(shè)有圓柱形的夾持槽，夾持槽的軸心線與夾具的軸心線傾斜設(shè)置，使得將步驟(2)加工后的費里棱鏡初始結(jié)構(gòu)裝夾在夾持槽內(nèi)后，夾具的軸心線與費里棱鏡待加工的第二個曲面的光軸重合；
(4)將步驟(2)加工后的費里棱鏡初始結(jié)構(gòu)裝夾在夾具上，第一個曲面向下放置，將夾具固定于光學(xué)加工中心旋轉(zhuǎn)臺上，調(diào)整夾具位置使其圓柱軸心線與轉(zhuǎn)臺同軸，在費里棱鏡初始結(jié)構(gòu)的圓柱端面上加工出第二個曲面。上述技術(shù)方案中，加工費里棱鏡第一個曲面時轉(zhuǎn)臺的軸心線與費里棱鏡初始結(jié)構(gòu)圓柱軸心線重合，加工第二個曲面時轉(zhuǎn)臺的軸心線與裝夾費里棱鏡的圓柱夾具軸心線重
口 ο上述技術(shù)方案中，所述步驟(3)中的圓柱形夾具的軸心線與夾具上的夾持槽的軸心線間的夾角等于費里棱鏡兩個曲面光軸的夾角。由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點:
本發(fā)明僅需要按照費里棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計出夾具，即可通過精密車床上架構(gòu)完成費里棱鏡的加工，并且費里棱鏡兩個面的光軸精度很容易通過夾具的精度來保證，因此，該發(fā)明具有加工質(zhì)量高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高的特點，避免了采用現(xiàn)有技術(shù)加工光軸夾角精度控制不準(zhǔn)的缺點。


圖1為本發(fā)明實施例一中加工的曲面棱鏡費里棱鏡的初始結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明實施例一中圓柱體初始結(jié)構(gòu)上加工的第一個曲面示意 圖3為本發(fā)明實施例一中根據(jù)費里棱鏡結(jié)構(gòu)參數(shù)所設(shè)計的柱體夾具示意 圖4為本發(fā)明實施例一中加工費里棱鏡第二個面時的裝夾示意 圖5為本發(fā)明實施例一中加工成的費里棱鏡示意圖。其中:1、費里棱鏡初始結(jié)構(gòu)的圓柱體軸心線；2、第一個曲面；3、夾具的軸心線；4、夾持槽軸心線；5、夾具；6、費里棱鏡第二個曲面。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述:
實施例一:一種曲面棱鏡費里棱鏡的加工方法，包括如下步驟:
(1)依據(jù)需要加工曲面棱鏡費里棱鏡的初始結(jié)構(gòu)，計算初始結(jié)構(gòu)，參見圖1所示，將其初始結(jié)構(gòu)加工成圓柱體，該圓柱體直徑與費里棱鏡第一個面的直徑相等，兩個端面都是與圓柱體軸心線垂直的平面；
(2)將費里棱鏡初始結(jié)構(gòu)固定于光學(xué)加工中心旋轉(zhuǎn)臺上，參見圖2所示，調(diào)整工件位置使費里棱鏡初始結(jié)構(gòu)的圓柱體軸心線I與轉(zhuǎn)臺同軸，在圓柱端面上加工出第一個曲面2，加工的費里棱鏡第一個面光軸與圓柱軸心線重合；
(3)根據(jù)費里棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計并制作夾具，參見圖3所示，夾具5外形特征為圓柱體并且對費里棱鏡裝夾后夾具的軸心線3與費里棱鏡第二個面的光軸重合，夾具5上柱狀斜孔構(gòu)成夾持槽，夾持槽軸心線4與費里棱鏡第二個曲面6的光軸重合，圓柱體夾具5與夾具上夾持槽軸心線4的夾角等于費里棱鏡上兩個面的光軸夾角；巧妙地設(shè)計夾具是實現(xiàn)準(zhǔn)確控制費里棱鏡光軸夾角的重要技術(shù)手段；
(4)參見圖4所示，將加工好第一個面的費里棱鏡裝夾在夾具上，并將其固定于光學(xué)加工中心旋轉(zhuǎn)臺上，調(diào)整工件位置使其圓柱軸心線與轉(zhuǎn)臺同軸，在圓柱端面上加工出第二個曲面，即可得到如圖5所示的費里棱鏡。本發(fā)明的曲面棱鏡費里棱鏡的加工方法，僅需要按照費里棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計出夾具，即可通過精密車床上架構(gòu)完成費里棱鏡的加工，并且費里棱鏡兩個面的光軸精度很容易通過夾具的精度來保證，因此，該發(fā)明具有加工質(zhì)量高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高的特點，避免了采用現(xiàn)有技術(shù)加工光軸夾角精度控制不準(zhǔn)的缺點。
權(quán)利要求
1.一種曲面棱鏡費里棱鏡的加工方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)加工曲面棱鏡費里棱鏡的初始結(jié)構(gòu)，所述初始結(jié)構(gòu)為圓柱體，所述圓柱體直徑與費里棱鏡第一個曲面的直徑相等且兩個端面都是與圓柱體軸心線垂直的平面； (2)將費里棱鏡的初始結(jié)構(gòu)固定于光學(xué)加工中心旋轉(zhuǎn)臺上，調(diào)整工件位置使其圓柱軸心線與轉(zhuǎn)臺同軸，在圓柱端面上加工出第一個曲面，加工的費里棱鏡第一個曲面光軸與圓柱軸心線重合； (3)根據(jù)所述費里棱鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計并制作夾具，所述夾具外形為圓柱體且設(shè)有圓柱形的夾持槽，夾持槽的軸心線與夾具的軸心線傾斜設(shè)置，使得將步驟(2)加工后的費里棱鏡初始結(jié)構(gòu)裝夾在夾持槽內(nèi)后，夾具的軸心線與費里棱鏡待加工的第二個曲面的光軸重合； (4)將步驟(2)加工后的費里棱鏡初始結(jié)構(gòu)裝夾在夾具上，第一個曲面向下放置，將夾具固定于光學(xué)加工中心旋轉(zhuǎn)臺上，調(diào)整夾具位置使其圓柱軸心線與轉(zhuǎn)臺同軸，在費里棱鏡初始結(jié)構(gòu)的圓柱端面上加工出第二個曲面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲面棱鏡費里棱鏡的加工方法，其特征在于:所述步驟(3)中的圓柱形夾具的軸心線與夾具上的夾持槽的軸心線間的夾角等于費里棱鏡兩個曲面光軸的夾角。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種曲面棱鏡費里棱鏡的加工方法，其特征在于，包括如下步驟加工曲面棱鏡費里棱鏡的初始結(jié)構(gòu)；將費里棱鏡的初始結(jié)構(gòu)固定于光學(xué)加工中心旋轉(zhuǎn)臺上，使圓柱軸心線與轉(zhuǎn)臺同軸，在圓柱端面上加工出第一個曲面，加工的費里棱鏡第一個曲面光軸與圓柱軸心線重合；設(shè)計并制作夾具，所述夾具外形為圓柱體且設(shè)有圓柱形的夾持槽，夾持槽的軸心線與夾具的軸心線傾斜設(shè)置，使夾具的軸心線與費里棱鏡待加工的第二個曲面的光軸重合；將加工第一個曲面后的費里棱鏡初始結(jié)構(gòu)裝夾在夾具上，使夾具的圓柱軸心線與轉(zhuǎn)臺同軸，在費里棱鏡初始結(jié)構(gòu)的圓柱端面上加工出第二個曲面。本發(fā)明具有加工精度高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高易于批量加工的特點。
文檔編號B23B1/00GK103111630SQ201310033499
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者陳曦, 郭培基 申請人:蘇州大學(xué)