專利名稱：柱狀透鏡的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)元件制造技術(shù)。
自1960年Hopkins發(fā)明柱狀透鏡系統(tǒng)以來，西德等國先進(jìn)內(nèi)窺鏡廠家的產(chǎn)品已相繼采用了該種光學(xué)結(jié)構(gòu)，使內(nèi)窺鏡的光學(xué)性能、特別是系統(tǒng)的透過率有了突破性進(jìn)展。但柱狀透鏡的加工方法上述廠家卻不曾披露。本發(fā)明人為此進(jìn)行多年努力，現(xiàn)將研究出的一套可行方法公知于世。該方法的生產(chǎn)效率接近常規(guī)單支透鏡的加工水平;而質(zhì)量卻超過常規(guī)單支透鏡的加工效果。
柱狀透鏡制造的技術(shù)關(guān)鍵，在于如何實(shí)現(xiàn)柱狀透鏡的同軸性，即其幾何軸與光軸的同軸問題。用傳統(tǒng)方法加工常規(guī)透鏡時(shí)，對同軸度的保證是靠磨制好的兩端表面為基準(zhǔn)，進(jìn)行透鏡的裝夾固定，然后磨去外徑尺寸的多余部分實(shí)現(xiàn)的。以兩端表面為基準(zhǔn)進(jìn)行定中心的傳統(tǒng)方法分機(jī)械法和光學(xué)法兩種，而西德勞廠最新推出的激光定心磨邊機(jī)床則是該兩方法的結(jié)合，但現(xiàn)有機(jī)床無論采用那種方法進(jìn)行定心，對柱狀透鏡的加工都是不可能的。因?yàn)橹鶢钔哥R的軸向厚度相對過長，而兩端表面直徑又相對過小，靠夾持或粘結(jié)端部表面，進(jìn)行外徑磨削，都承受不了砂輪的徑向壓力。
本發(fā)明的基本方法，洽與傳統(tǒng)的工藝相反其同軸性的實(shí)現(xiàn)，是在以柱狀透鏡既已磨好的外園尺寸的軸線為基準(zhǔn)，進(jìn)行加工柱狀透鏡的兩端表面的過程中完成的。這一基本方法在理論上較傳統(tǒng)的方法更為切合實(shí)際，因?yàn)楣鈱W(xué)系統(tǒng)對光學(xué)元件的固定，也正是以其外園的軸線為基準(zhǔn)。
為此，本發(fā)明提出利用符合精度要求的專用定心機(jī)床，進(jìn)行對柱狀透鏡的外園裝夾，以取得柱狀透鏡的園柱體能延其軸線并與機(jī)床主軸同軸旋轉(zhuǎn)，且在旋轉(zhuǎn)中藉助表面擴(kuò)大模[4]調(diào)正每端的設(shè)計(jì)表面(如圖一所示)。所設(shè)計(jì)的表面可以是由各種曲線構(gòu)成的。
表面擴(kuò)大模[4]的提出，是要藉助其對柱狀透鏡端部設(shè)計(jì)表面的擴(kuò)大和曲線的延長，達(dá)到便于對該表面在上述機(jī)床上進(jìn)行調(diào)正幾何中心，使其與透鏡的園柱體同軸;達(dá)到有利對該表面進(jìn)行光學(xué)加工的目的。
表面擴(kuò)大模[4]其拋光面[16]是在事先或前次使用時(shí)進(jìn)行過加工和檢驗(yàn)，其垂軸投影曲線要與柱狀透鏡的設(shè)計(jì)端面一致和延長(但工藝上要求的微小差異除外)，中心孔徑要略大于柱狀透鏡直徑，材料接近被加工元件，厚度以加熱時(shí)不易崩裂為原則。
圖一，是上述基本方法的示意圖。圖中1加工面，2間隙，3柱狀透鏡，4表面擴(kuò)大模，5粘結(jié)劑，6夾頭，7滑面，8軟墊，9滑塊，10彈簧，11止端，12螺紋，13床體，14主軸套，15主軸。其中滑面[7]、螺紋[12]要進(jìn)行潤滑。
圖二、是柱狀透鏡[3]與表面擴(kuò)大模[4]由粘結(jié)劑[5]構(gòu)成的粘結(jié)體。圖中16拋光表面。
圖三、是加工端部表面為凹面的柱狀透鏡的裝夾情況。夾頭[6]中部的空間[17]用來避免粘結(jié)劑與夾頭[6]的粘結(jié)。
圖四、是控制柱狀透鏡端部表面加工量的工作圖，圖中18加工量卡，卡口寬度D只允許稍大于柱狀透鏡的直徑。加工量t值是用如圖五所示在相同曲率的光學(xué)樣板[19]上，用數(shù)值等于t的塞尺檢驗(yàn)和確定的。圖五中19光學(xué)樣板。
圖六、是為了精確測量加工量的另一種方法。此方法多用于加工柱狀透鏡的第二端面上。圖中20簡易球徑儀的測環(huán)，21百分表或千分表。該表指針零位在同一曲率光學(xué)樣板[19]上確定。
圖七、是在傳統(tǒng)機(jī)床上對經(jīng)過定心調(diào)正好幾何關(guān)系的如圖二的粘結(jié)體，進(jìn)行常規(guī)光學(xué)加工的示意圖。圖中22光學(xué)加工夾具、23彈性開口、24毛坯室。
圖八、為平面擴(kuò)大模，用以保證柱狀透鏡毛坯[3]長度和端面垂軸度的裝置;也可專用于加工柱狀透鏡[3]的平面端面，但此時(shí)應(yīng)在加工面[25]下粘貼相應(yīng)厚度，孔數(shù)和孔徑的平行平面玻璃板，以便進(jìn)行研磨和拋光。圖中25加工面、26模體、27螺釘、28拱濉 9撥針、30螺釘。
具體加工步驟1.將符合要求的柱狀透鏡毛坯[3]與專門制做或前次使用中經(jīng)過拋光或檢驗(yàn)的表面擴(kuò)大模[4]進(jìn)行如圖二的粘結(jié)。毛坯外徑應(yīng)與表面擴(kuò)大模[4]的中心孔之間有一定間隙[2]，便于定心時(shí)調(diào)正，其間隙過大容易使加工端面崩邊，過小則不利調(diào)正。粘結(jié)體盡量接近應(yīng)有幾何關(guān)系，用加工量卡[18]初步確定加工量。
2.將如圖二所示粘結(jié)體裝進(jìn)定心機(jī)床，并對粘結(jié)體加熱，在粘結(jié)劑[5]軟化的情況下，用加工量卡[18]將粘結(jié)體向定心床頭靠緊，因?yàn)閵A頭[6]內(nèi)部設(shè)有軟墊[8]、滑塊[9]、彈簧[10]、止端[11]對柱狀透鏡毛坯[3]向外彈壓，以消除加工面[1]與加工量卡[18]測量頭之間的間隙。然后旋緊夾頭[6]。
3.旋轉(zhuǎn)主軸[15]，觀察拋光面[16]所反射的燈絲象的跳動情況，針對燈絲象跳動的方向，對表面擴(kuò)大模[4]進(jìn)行徑向移動。(必要時(shí)再次對表面擴(kuò)大模[4]加熱)，直至在主軸[15]旋轉(zhuǎn)時(shí)，在粘結(jié)劑[5]硬化的前提下，燈絲象不發(fā)生跳動為止(必要時(shí)還要交替測量加工量和燈絲象的跳動量)。為了滿足更高的定心精度要求，可采用反射式光學(xué)定心儀或反射式激光定心儀進(jìn)行定心觀測和調(diào)正。實(shí)現(xiàn)該拋光面[16]與柱狀透鏡的同軸性。以消除拋光面[16]的面傾角或球心偏，實(shí)現(xiàn)該拋光面[16]與柱狀透鏡的同軸度。
4.旋松夾頭[6]，在取下已調(diào)好如圖二的粘結(jié)體之前，如懷疑定心機(jī)床裝夾精度及其可靠性時(shí)，可將粘結(jié)體延軸線與機(jī)床主軸相對旋轉(zhuǎn)180°后重新夾緊，再觀察燈絲象有無跳動。直到認(rèn)為滿意時(shí)，再旋松夾頭[6]取下粘結(jié)體。
5.將上述粘結(jié)體[3-5]裝進(jìn)光學(xué)加工模[22]。因光學(xué)加工模[22]設(shè)有彈性開口[23]，可將粘結(jié)體穩(wěn)妥地夾持，柱狀透鏡毛坯[3]在毛坯室[24]內(nèi)受到保護(hù)。然后放進(jìn)常規(guī)機(jī)床進(jìn)行如圖七的一般性光學(xué)加工(研磨和拋光等)用光學(xué)樣板檢驗(yàn)光圈N時(shí)，可在表面擴(kuò)大模的拋光面[16]上進(jìn)行。
6.加工柱狀透鏡第二端面時(shí)，為了保證中心厚度的較高要求，必須準(zhǔn)確確定加工量。為此，采用簡易球徑儀[20.21]有時(shí)是必要的，方法如圖六所示。但應(yīng)注意千分表(或百分表)[21]的測量頭要對準(zhǔn)加工面[1]的中心部位。
7.柱狀透鏡端部平面的加工，可采用如圖八所示的平面擴(kuò)大模。調(diào)正螺丁[27]和螺丁[30]，可控制毛坯的長度及平行度。如果需要對柱狀透鏡[3]端部進(jìn)行平面加工時(shí)，可在其工作面[25]粘貼相應(yīng)厚度、孔數(shù)和孔徑的平行平面玻璃板進(jìn)行平面光學(xué)加工(研磨拋光等)。圖中L值等于柱狀透鏡中心厚加上兩表面的加工量。
這樣，就從根本上解決了內(nèi)窺鏡生產(chǎn)中柱狀透鏡加工的技術(shù)關(guān)鍵。為普及Hopkins光學(xué)系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。
權(quán)利要求
1.一種柱狀透鏡的加工方法，本發(fā)明的特征在于柱狀透鏡的同軸性，是在以柱狀透鏡外園的軸線為基準(zhǔn)，進(jìn)行加工其端部表面的過程中實(shí)現(xiàn)的。
2.按照權(quán)利要求1所述的柱狀透鏡加工方法，其特征在于提出一種能對柱狀透鏡外園進(jìn)行裝夾、實(shí)現(xiàn)以柱狀透鏡外園軸線為基準(zhǔn)的定心機(jī)床。
3.按照權(quán)利要求1所述柱狀透鏡加工方法，其特征在于提出一種表面擴(kuò)大模[4]，用粘結(jié)劑[5]與柱狀透鏡[3]粘結(jié)，藉其拋光面[16]對柱狀透鏡設(shè)計(jì)表面的擴(kuò)大和延長，以便在以柱狀透鏡外園軸線為基準(zhǔn)的定心機(jī)床上進(jìn)行光學(xué)調(diào)整，使其與柱狀透鏡園柱體同軸，以保證柱狀透鏡加工面的同軸性和光學(xué)性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱狀透鏡的加工方法，其特征在于提出一種能對已經(jīng)調(diào)好幾何關(guān)系地粘結(jié)體[3-5]，進(jìn)行研磨和拋光的光學(xué)加工夾具[22]，該光學(xué)加工夾具[22]可使粘結(jié)體[3-5]能在常規(guī)機(jī)床上進(jìn)行研磨和拋光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱狀透鏡的加工方法，其特征在于提鲆恢旨庸ち靠╗18]，用以限定柱狀透鏡端部的加工量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱狀透鏡的加工方法，其特征在于利用簡易球徑儀[19、20]測量柱狀透鏡端部的加工量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱狀透鏡的加工方法，其特征在于提出一種加工柱狀透鏡毛坯端部的平面擴(kuò)大模[25-30]，該平面擴(kuò)大?？梢员ＷC柱狀透鏡毛坯的長度、平面性及其垂軸性;并可對具有平面端面的柱狀透鏡進(jìn)行研磨和拋光。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述對表面擴(kuò)大模[3]的拋光面[16]在定心機(jī)床上進(jìn)行地光學(xué)調(diào)整，其特征在于所說的光學(xué)調(diào)整包括經(jīng)加熱在粘結(jié)劑軟化的情況下，用目測燈絲象或用光學(xué)定心儀、激光定心儀、藉徑向移動表面擴(kuò)大模[4]，以消除該拋光面[16]的面傾角或球心偏。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述，提出的加工量卡[18]其特征在于加工量卡的卡口寬度D只允許稍大于柱狀透鏡直徑，加工量t值可在同曲率光學(xué)樣板[18]上用塞尺檢測。
全文摘要
自1960年Hopkins發(fā)明柱狀透鏡系統(tǒng)以來，西德等國先進(jìn)內(nèi)窺鏡廠家的產(chǎn)品已相繼采用了該種光學(xué)結(jié)構(gòu)，使內(nèi)窺鏡的光學(xué)性能、特別是系統(tǒng)的透過率有了突破性進(jìn)展。但柱狀透鏡的加工方法上述廠家卻不曾披露。本發(fā)明人為此進(jìn)行多年努力，現(xiàn)將研究出的一套可行方法公之于世。特點(diǎn)是投資少、見效快。該方法的生產(chǎn)效率接近常規(guī)單支透鏡的加工水平；而質(zhì)量卻超過常規(guī)單支透鏡的加工效果。
文檔編號B24B13/04GK1033022SQ8710511
公開日1989年5月24日 申請日期1987年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月7日
發(fā)明者姜克讓 申請人:姜克讓