菲涅尔透镜加工工艺研究.doc

《菲涅尔透镜加工工艺研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《菲涅尔透镜加工工艺研究.doc（35页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 长春理工大学光电信息学院毕业设计 编号20191521405本科生毕业设计 菲涅尔透镜的加工工艺研究Research on Processing Technology of Fresnel Lens学 生 姓 名巩欣鑫专 业光电信息科学与工程（工学）学 号1521405指 导 教 师刘赟分 院光电工程分院2019年 6月 长春理工大学光电信息学院毕业设计 摘 要随着科学技术的不断创新，可以将传统的大型光学元件转换为具有处理功能的小型化，阵列化和集成化的光学元件，并且在科学技术的迅速发展背景下，菲涅尔透镜已经非常普遍于军事应用，太阳能集中系统，空间技术，超精密加工，光纤通信等诸多领域。本文介绍

2、菲涅耳透镜的特点、结构、原理和设计方法。研究并解释了金刚石车削技术，微结构光学元件的金刚石车削慢滑伺服加工技术，金刚石成形、光栅切割和金刚石铣削后抛光等磨削加工。在过去的四十年中，光学质量塑料，压缩和注塑技术以及计算机控制加工的出现使得推动菲涅耳透镜的发展和广泛应用成为可能。现代计算机控制的加工方法可以是用于精确切割每个锥的表面以便所有的傍轴射线都集中在完全相同的点上， 避免球差。更好的是，现在可以在非球面中切割每个折射面、等高线(而不是圆锥近似)，从而避免了沟槽的宽度和焦点锐度的限制。不同于平面，光线过了每一个凹槽或者小面都会精确传播到焦点，但是缺陷是菲涅耳透镜的不连续表面降低可见光图像质量

3、。从菲涅耳透镜相应的球形配置看，菲涅耳透镜的每个凹槽都是一小块非球面，凹槽延伸到透镜的平底面。每一个的倾斜表面必须从非球面的原始部分，以补偿平移，创造出比以往菲涅尔透镜更高的光学质量。关键词:菲涅尔透镜 精密加工设计 金刚石车削 ABSTRACTWith the continuous innovation of science and technology, the traditional large-scale optical elements can be transformed into miniaturized, arrayed and integrated optical eleme

4、nts with processing functions. With the rapid development of science and technology, Fresnel lens has been widely used in military applications, solar energy centralized system, space technology, ultra-precision processing, optical fiber communication and many other fields. This paper introduces the

5、 characteristics, structure, principle and design method of Fresnel lens. Diamond turning technology, slow sliding servo turning technology for micro-structure optical elements, diamond forming, grating cutting and polishing after diamond milling are studied and explained. In the past 40 years, the

6、emergence of optical quality plastics, compression and injection moulding technology and computer controlled processing has made it possible to promote the development and wide application of Fresnel lenses. Modern computer-controlled processing methods can be used to precisely cut the surface of ea

7、ch cone so that all paraxial rays are concentrated at exactly the same point to avoid spherical aberration. Better yet, each refractive surface and contour can now be cut in aspheric surfaces (instead of conical approximation), thus avoiding the limitation of groove width and focus sharpness. Unlike

8、 the plane, light travels through every groove or facet to the focus accurately, but the defect is that the discontinuous surface of the Fresnel lens reduces the quality of the visible image. From the spherical configuration of Fresnel lens, each groove of Fresnel lens is a small aspheric surface, a

9、nd the groove extends to the flat bottom of the lens. Each inclined surface must be compensated for translation from the original aspheric part, Create higher optical quality than the before Fresnel lenses.Keywords: Fresnel lens Precision Machining Design Diamond turning 长春理工大学光电信息学院毕业设计 目 录第一章 绪 论1

10、1.1 研究背景及意义11.2 研究现状.21.3本课题研究内容2第二章 菲涅尔透镜设计32.1 引言32.2 菲涅尔透镜简要光路图分析42.3 减少误差设计分析72.4 菲涅尔透镜统一设计公式.72.5本章小结 .12第三章 金刚石车削加工精密光学元件方法 133.1 引言.133.2 金刚石晶体特点133.3 加工光学元件常用方法 143.3.1 金刚石车削慢滑伺服. 14 3.3.2 金刚石塑形.,153.3.3 光栅切割和金刚石铣削. .163.3.4 后抛光.183.3.5 快速刀具伺服.16 3.3.6 影响因素19 3.4 本章小结.19.第四章 菲涅尔透镜加工检测204.1 加

11、工所需要用的设备204.2 影响加工质量注意事项表204.3 菲涅尔透镜的检测.22 4.4 本章小结.23结 论24参考文献 .25致 谢27 V长春理工大学光电信息学院毕业设计第一章 绪论1.1 研究背景及意义菲涅尔透镜是一种超精密光学元件，其原理和菲涅尔波带片近似，把入射光尽可能汇聚起来，这一特点与凸透镜相似，但有些不同之处，如图1.1（a）：菲涅尔透镜和我们使用普通的凸透镜相比，前者移除透镜一部分并仅保留折射发生的表面，节省下光学材料但聚光效果并没有变，菲涅尔透镜看起来像一个带有无数同心圆的玻璃（即菲涅耳带），可以实现凸透镜的效果，还能消除一部分的球形像差。菲涅耳透镜在很多情况下相当于

12、红外可见凸透镜，效果更好，但成本远低于普通凸透镜。所以，为了节省材料从而降低成本，如图1.1（b）：塌陷到平面的结构，尽大可能的节省材料，加上现在微光学快速发展，人们对菲涅尔透镜加工达到纳米级，使过去以往的菲涅尔透镜变得微型化、阵列化。随之而来的是日常生活、军事应用、医疗设备等诸多领域对微光学元件有更高的需求，对加工菲涅尔透镜的精密度要求随之增高，因此，更高精度的菲涅尔透镜等许多微光学元件研究制作变得愈发迫切。高质量透镜必须具有光滑的表面和清晰的纹理，并且其厚度适合（大多在1mm左右），受此影响，人们不断深入研究，出来电子束直写、光刻、蚀刻、镀膜等现代常用加工技术，由其现在能加工出真正意义上的

13、三维结构，而且元件作的纳米级。但不足之处是三维加工时无可避免的产生影响性能的内应力，制作出的元件花费非常大，一般难以负担，还有对模具要求非常高和不能大批量生产等难题，需要人们去不断探索解决。 图1.1a 传统透镜到菲涅尔透镜的变化 图1.1b 塌陷到平面 31.2研究现状菲涅尔透镜有体积较为小，质量比较轻，结构紧密性强，应用广泛等好处。基于这些价值，美国Honeywell公司实现远红外系统复消色差，Hughes Aircraft公司研发出内变双视场红外望远镜。在国内，习近平主席提出“科技强国”口号，极大鼓舞广大科技工作者的信心，高校、企业和研究所争相努力，清华大学师生感应号召，已经研制出微透镜

14、列阵、激光光束控制等元件；成都光电所已经探索出并拥有微结构光学元件加工的多种办法，尤为突出的是用标量衍射理论的二元光学设计来完成主要的微光学设计与加工；北京理工大学不甘落后地完成衍射面在非球基底上的折-衍射红外混合成像透镜。1.3 本课题研究内容 对于菲涅尔透镜加工，先探讨此透镜原理及其公式、光路图和误差等分析研究，设计出满足加工条件的菲涅尔透镜。接下来是金刚石车削衍生出来的加工光学精密元件方法，选择最为合适的方法。最后是菲涅尔透镜加工与检测，选择适合的金刚石刀具用来切削，研究对加工工艺影响，并对透镜用以表面粗糙度和形状精度检测。 3第二章 菲涅尔透镜设计2.1 引言1822年，法国物理学家奥

15、古斯丁菲涅尔设计出至今为止应用仍非常广泛的菲涅耳透镜，他设计的这款透镜还称为螺纹透镜，设计的最初目的是构建菲涅尔透镜系统，即信标镜头系统。此薄透镜的两侧一侧光滑，另一侧刻有从小到大排列的同心圆。这些同心面由多个锯齿形凹槽构成，并且从中心到外层分布的每个凹槽具有与相邻凹槽角度不同的特点，但最终的目标是集中光线于一点，就是焦点。让我们做出假设，若仅在光学表面上有透镜的折射能量发生（例如：镜片表面），在保留透镜表面曲率情况下，去掉其余用处不明显的光学材料。通俗说，透镜一侧有一个等距的齿纹，通过它可以实现指定光谱范围的光带通（反射或折射）的作用。图（2.1）a b是最早的菲涅尔透镜。 （a） （b）图

16、2.1 最早的菲涅尔透镜2.2 菲涅尔透镜简要光路图分析21世纪以来，设计用于诸多领域的菲涅耳透镜常使用轴上点消球差法，如图2.2所示，通过透镜（不计透镜吸收和漫反射）的平行光，沿不同的光路传播但都聚于一点。下方图是菲涅耳透镜通过消球差设计的，上方图是非球面平凸透镜，虽然有和下方图差别不明显的功能，但非球面平凸透镜这种过去以往透镜与菲涅耳透镜相比，后者重量比较轻，获取材料更为便捷，制作过成消耗少，制造起来较容易，而且菲涅尔透镜还具有直径大，厚度薄等特点。 图 2.2 菲涅尔透镜和非球面透镜等效光路图目前在图像质量上与传统透镜相互比较而言，菲涅尔透镜成像较差，离轴点或者透镜相对直径较大，该缺点尤

17、为明显。成像质量差的主要因素有以下几种：（1）通常，在设计菲涅耳透镜时，只有通过工作表面上的点的光可以集中到焦点F.如图2.3（a）所示，平行光从点A入射，并且在离开后，它会聚到点F。从两个点B和C入射的光不可能与主光轴和点F相交。之后将出现球面像差，并且透镜的间距越大，球面像差越大。减小镜片的间距可以缓解这个问题，因为间距不能是无限的收缩，所以这个问题只能最小化，不能完全消除;如果透镜具有宽齿距，则工作表面作为曲面的设计可以通过将图2.2（a）中的直线BC改变为弧来解决该问题。使传播到弧BC的所有水平平行光聚集点F，但弧度比原来直线厚度更厚，而且弧度厚薄不均匀，间距随之变宽，所以应用上受到限

18、制。 图 2.3 (a)光路示意图（2）光线损失在非工作面上。通常是两种原因：一是入射光通过非工作表面，二是入射光通过工作表面，经过透镜折射传播抵达非工作表面，干扰成像。因此，非工作面需要尽可能的缩小面积，但只能做到最小化，而无法彻底去掉。透镜上的齿距距离做小，可以增大工作表面和非工作表面之间的面积比，光的利用率随之提高。当平行光垂直入射时，菲涅耳透镜的齿被垂直于基面的非工作表面阻挡的情况（其中 n是折射率，是工作角 i是入射角， r是出射角，h是齿深， k是节距，t是光不能通过的区域的高度）如图2.2（b），当光入射位置高时，它可以从透镜的另一侧出射并集中在镜头的焦点上;如果光线照射位置底时

19、，非工作表面阻挡光线。根据几何关系，把光能通过的高度与齿距之比叫做这个齿的通光记为。 图 2.3（b）单齿非工作面挡光示意图 由公式 （2.1） 推导出 （2.2）可以求出的值。据此可得出齿所在的位置不同，齿深、通光比、光线利用率也不相同，见下表2-1表2-1 齿位置不同比较表齿位置齿深通光比光线利用率靠近边缘深小低靠近中部浅大高菲涅尔透镜各个齿上透光比如下图 2.3 图 2.3 菲涅尔透镜的各个齿上透光比2.3 减少误差设计分析平面菲涅尔透镜，轴上有球面像差。菲涅尔面的齿形分布在平面上，镜片的另一面是平面。从菲涅尔表面计算每个工作表面上与主光轴平行的光通过菲涅尔透镜后在同一点F会聚。在平行光

20、入射的情况下，可以在焦点上获得漫射点。然而，倾斜入射的平行光将通过透镜并且将具有不可控制的漫射点。还可以看出，随着视野的增加，明显的昏暗，昏暗将更加严重。并且会有散光。平面型菲涅耳透镜一面是菲涅尔面，菲涅耳面的齿形分布在平面上，透镜的另外一个面为平面。计算每一个工作面上一条与主光轴平行的光线从菲涅耳面入射，通过菲涅耳透镜后会聚于同一点 F。在平行光垂直入射的情况下，在焦而上能得到一个弥散斑 ，如果设计合理 ，有可能把这个弥散斑控制在较小的范围内。但是斜入射平行光经过透镜后将会得到一个无法控制的弥散斑，最小弥散斑的位置也会离开焦面 ，从而产生场曲。还可以看出明显的彗差 ，随视场增大 ，彗差会更加

21、严重。而且会出现像散 ，随着视场逐渐增大 ，彗差和像散越来越严重。2.4 菲涅尔透镜统一设计公式设在菲涅尔透镜轴线上F点处，有一点光源，由它发出的光束穿过周围空气到达透镜的曲折面一侧。在此，我们只讨论第o、n 两束光，它们分别经O、A折射后，穿过透镜O，B点，会聚于透镜另一侧F点处，如图 图 2.4 根据光的折射定律： （2.3） 式中，N1：空气折射率 近似等于1；N2：透镜折射率； ：分别为透镜的斜面和直平面两侧的入射角度和折射角度 由图： （2.4）式中，an为每个小三角形斜面和底边的夹角，un，un为入射光与折射光和光轴FF的夹角。 （2.5） (2.6) 所以 （2.7） 上边的两式

22、展开可得： （2.8）由式（2.3）得： （2.9）将式（2-9）代入式（2-8）得出： （2.10）由图知： FA=FO-AO=f-AO=f-h AO=h，它是小棱镜的斜面中心矩平面一侧的距离。 式中b为小棱镜的宽度。 （2.11）式中，、分别为入射点A、B距透镜光轴OO的距离；、分别为F、F点距透镜平面一侧O点的距离。将式（2.11）代入式（2.10）可得： （2.12）在了解以上公式之后，下面介绍菲涅尔透镜在不同条件设计的公式。1：通过透镜平面一侧的平行光束是垂直入射， 则式（2.10）变为 （2.13）（1）以r为定值刻画，而且h远小于，得： （2.14）将式（2.14）代入式（2.1

23、3） （2.15）（2）以a定值刻画，式（2.13） 经变换： （2.16）当h远小于时： （2.17）将式（2.17）代入（2.16）： （2.18）式（2.18）是菲涅尔透镜另一种设计公式2.当透镜的曲折面一侧有平行光垂直入射，则式（2.10）变为 （2.19）（1）以为定值刻画 （2.20）式（2-20）代入式（2-19）可得： （2.21）式（2.21）是设计一种特殊透镜（梅本透镜）的基本公式。（2）当为定值刻画由式（2.19）得： (2.22)因为 代入式（2.12）得： 两边平方得： （2.23）由式（2.23）得，N和是常数，而值由透镜棱角的值，该值定之后棱镜的位置可定。2.5

24、本章小结本章重点分析菲涅尔透镜简要光路图，分析成像误差和光线损失等影响光学零件精度原因，确保实际设计时尽量减小误差影响。还介绍了用于设计菲涅尔透镜时需要的一些公式，从而计算出所需参数和尺寸等。第三章 金刚石车削加工精密光学元件方法3.1.引言工欲善其事，必先利其器，研磨工艺高，研磨出的菲涅尔透镜质量就越好，金刚石车削在精密光学元件的生产中发挥了重要作用。近年来，金刚石车削技术的发展大大提高了金刚石加工的技术水平，扩大了金刚石加工的能力，提高了金刚石加工的效率。使金刚石加工具有微结构的光学器件和非径向对称的光学表面成为可能。金刚石铣床、金刚石成形、光栅切割、慢速、滑动、伺服（SSS）和快速刀具伺

25、服（FTS）都是从金刚石车床和技术中衍生出来的。虽然它们都是在金刚石加工的框架下建立起来的，但程序、工装夹具甚至是切削刀具都各不相同。每种方法的优缺点在实践中都很明显。在制作特殊光学零件时使用哪种方法主要取决于工作要求和工程师的经验。 3.2金刚石晶体特点众所周知 ,金刚石晶体材料具有高硬度高脆性的特点 ,其加工难度非常大 ,需要特殊的加工工艺机，械研磨是最传统的方法 ,该方法工艺简单 ,费用低廉 ,经过精细研磨的金刚石晶体能获得高质量的表面，但研磨过程中表层材料的去除机理还未清楚。为研究金刚石晶体机械研磨过程中表层材料的去除机理 ,首先从理论上分析了金刚石晶体在机械研磨过程中表层材料发生塑性

26、变形的临界条件 ,并利用原子力显微镜对研磨后的不同的两个晶面进行观测 ,发现两个晶面沿易磨方向和难磨方向研磨时的研磨表面都存在塑性变形后的纳米沟槽 ,表明表层材料实现了塑性方式去除. 但在相同的晶面和扫描范围内 ,沿易磨方向研磨的表面塑性沟槽数目少，表面波纹明显；而难磨方向的研磨表面塑性沟槽数目多 ,所获得的表面粗糙度低. 对这两个晶面各个研磨方向的最大塑性沟槽深度比较的结果表明 ,两个晶面的最大塑性沟槽深度具有显著的各向异性。 图 3.1 金刚石晶体研磨装置示意图3.3 加工光学元件常用方法3.3.1 金刚石车削慢滑伺服金刚石车削和慢滑伺服是制造精密光学元件和模具镶件的两种主要方法。他们在工

27、作上有一些相似之处和不同之处。相似之处在于设置；不同之处在于Z轴运动和程序菱形车削，提供真实的三维轮廓生成；精确的轮廓和表面光洁度，最常用于生产任何旋转对称光学零件或透镜阵列。图3.2前两张照片（a，b）是金刚石车削法生产的扩散器。扩压器直径为20 mm，具有旋转正弦波曲线形式。理论上，曲线连接半径为零。然而，对于一个实际的制造过程，我们用来金刚石旋转零件的工具的半径小于50微米。与金刚石车削相比，慢滑伺服又称慢刀伺服，主要采用C轴和Z轴。刀具与Z轴配合工作主轴C轴的旋转移动，以或多或少地从零件的某些区域去除材料。使用慢滑伺服方法的优点在于能够制造具有圆曲线或较大偏差的零件，而其他方法不可能做

28、到这一点。虽然这种技术的最大缺点是低带宽，这限制了切割速度慢主轴带来了降低表面光洁度的可能性。刀具间隙角也有限制。图3.2中的第三和第四张照片（c;d）是用慢滑伺服方法制作的非球面透镜阵列的照片。由于阵列在每个圆中包含16个以上的平滑正弦波周期，因此它不能只是菱形旋转。采用慢滑伺服法生产该零件。在车床的Z轴上安装了一个金刚石工具；零件安装在工作主轴上。当零件旋转时，承载金刚石工具的Z轴以正弦波型运动来回摆动以生成表面。C轴只是机器坐标系中的一个附加轴。该轴垂直于Z轴旋转工件，位置控制精度非常高。虽然用慢滑伺服方法加工的零件表面质量可能不如用DT加工的好，但也不算太差，在许多情况下被认为是可以接

29、受的。由SSS完成的图1所示的透镜阵列的表面光洁度约为10 nm. (a) (b） （c） (d) 图 3.23.3.2 金刚石塑形成形加工是传统机床厂常用的一种成熟的加工工艺，但传统的加工方法可以在金刚石刀具上应用，尽管DT机床一般是车床，但这种加工方法仍可以在金刚石车床上进行。由于金刚石工具的锋利和精确性，所述工具所刮取的材料层可以是，所述工具所刮取的材料层可以是，所述工具所刮取的材料层可以用微米来控制，因此被称为金刚石微成形（DMS）。DMS技术可以通过运动产生平面和曲面，以更快的速度完成，包括侧向进给运动。图3.3是用金刚石成形法制作V形槽的示意图。图 3.3 金刚石成形法制作V形槽的

30、示意图塑形方法：为了生产带有V形槽的零件，在转盘中心安装了一个金刚石车削刀具，刀具轨迹可编程为沿X、Y、Z和B轴移动。直形或自由V形槽的切削由Y轴和Z轴控制，切削点可以是金刚石车削刀尖，也可以是金刚石车削刀刃，这取决于零件的形状、公差和要求。结果表明，该成形方法能产生平面和曲面、槽、T形槽、燕尾槽和自由形状。但是，可加工部件的尺寸受金刚石车削机器行程长度的限制，最大可变化约300 mm。由于切削速度慢，表面光洁度可能需要一些后抛光，这取决于工作要求和零件公差。图3.4是一个具有自由槽表面的模具镶块。从计算机辅助设计模型或照片上可以看出，槽中含有不同的角度，有些角度的度数比其他的要大。我们用金刚

31、石微成形做了这个插件。该方法具有周期短、设置简单、编程简单等优点。 图 3.43.3.3光栅切割和金刚石铣削 光栅切割和金刚石铣削是制作微结构光学器件的两种有效方法。光栅切割或飞刀切割与金刚石铣削有着密切的关系。这两者的主要区别在于工具的形状。飞刀在垂直和平行于其旋转轴的方向上具有非常不同的半径，而铣刀通常是圆形或近似圆形的。在这两种技术中，任意形状都可以通过在任意或多个图案（光栅、螺旋、偏移等）的表面上进行跟踪来制造。飞切通常用于开放的、几乎平坦的零件，而铣削通常用于陡峭的零件和透镜阵列。在我们的实践中，当光栅切割零件时，我们将零件安装在刀架和刀具上，固定在刀具夹具中，在主轴上。主轴上的刀具

32、快速旋转以切割非旋转部件。该方法由于切削速度快、切削点强烈，可获得良好的表面光洁度。但是，应注意切割凹形零件时，刀具旋转半径应小于形状曲率的最小半径。否则，较大的刀具半径会破坏形状。图3.5是用光栅切割法在DT机上制作V型槽零件的示意图。图3.6显示了由光栅切割法制成的自由形状V型槽PMMA反射器，其尺寸为80*80 mm，包含90度V型槽。齿尖半径小于2微米。图 3.5 图 3.6与光栅切削相比，金刚石铣削（DM）是一种非常灵活的加工过程，因为除了车削和铣削中的刀具差异外，铣与削设置还有许多自由度。它可以制作非球面透镜阵列和正午轴对称自由曲面透镜阵列。它所产生的细胞大小可以是直径0.5毫米或

33、更小。刀具具有二维形状，在被切割表面的轴线上旋转。当旋转工具接触到基板时，它将从根本上对称的表面切割到亚微米的精度。图3.7是用DM方法制作微观结构零件的示意图。图3.8显示了微透镜阵列。该零件直径为20毫米，阵列中有大约120个非球面透镜单元。光学测试表明，透镜阵列的形状和表面质量均符合设计要求。 图 3.7 图 3.83.3.4 后抛光后抛光并不是精密光学制造的新进展。金刚石加工的光学表面通常含有周期性的工具痕迹。有时，零件或模具镶块从机器上取下后需要进行一些后抛光，以去除加工过程中留下的螺旋或其他类型的痕迹。在试图保持表面轮廓与机器上一样精确的同时，去除机器痕迹并非易事。除了考虑抛光工具

34、、抛光剂和抛光主轴外，还必须考虑一些其他因素，例如不能抛光的材料，例如铝，在加工前必须加以考虑。如果预计或需要进行后抛光，则必须在零件表面镀上一层镍。聚合物零件相对容易抛光以去除机器痕迹。但是金属材料则需要更长的时间。抛光时，零件应施加多少时间和压力，这对表面质量至关重要。更长的时间和更大的压力不能保证更好的表面。相反，过度抛光往往会在零件表面留下微小的腐蚀点，这在显微镜下很容易检测到。要用微结构表面抛光光学元件，即抛光V型槽零件，必须使抛光工具气体两侧的程度与V型槽的程度相同。工具尖端接触V型槽底部半径。我们在实践中尝试抛光V型槽。表面。我们在抛光前后测量了表面。从抛光前的12纳米提高到抛光

35、后的7纳米。我们用来做抛光剂的材料包括毛毡、沥青、蜡、丝绸等。3.3.5 快速刀具伺服快速刀具伺服（FTS）的金刚石车削技术，适用于超精密单点金刚石车床，通常采用压电陶瓷驱动器，可以用来加工表面微结构，如微棱镜、环形离轴非球面以及各种各样的透镜阵列。刀具路径规划软件使用C程序或位图图像来描述加工目标部分的轮廓。通过一个带有数字信号处理器（DSP）的外部电脑，利用主轴上高分辨率的角度反馈，以及机床滑动导轨上的直线位置反馈，来实时计算刀具的轴向位置。FTS系统可以在加工过程中实现非常高的动态运动，并且具有较低的机械噪声，被公认为一种获得高柔性、高质量的光学自由曲面。一种快速刀具伺服的金刚石车削技术

36、工作原理如图3.9，阴影部分是作为机械动作细小调动的平台，空心圆作为单轴直性铰链，当平台作平移时，仅铰链处发生可恢复原样的变形，其他视作不动部分。当A驱动，平台受铰链变形导向影响只做平动。 图3.9 FTS工作原理3.3.6 影响因素从上面我们了解到了金刚石车削、慢滑伺服、金刚石成形、金刚石铣削、光栅切割等都可以应用于微结构光学元件的生产，然而，要在生产中使用哪种方法，需要考虑以下因素:(a) 图案：图案决定了使用哪种方法。成形和光栅切割都是制作V形槽的好方法。它们可以在自由曲面上形成不同角度的V形槽。然而，相对而言，光栅切割更灵活，与成形相比更容易获得更好的表面光洁度。(b)形状：透镜阵列通

37、常包含许多单元。铣削方法可用于制造陡峭的凸凹单元或大偏差的自由曲面。然而，由于金刚石铣削的性能部分取决于刀具制造技术，例如刀尖半径和刀具形状，这反过来限制了单元或我们能够生产的形状5。慢滑伺服系统在生产光滑过渡曲线表面的大、浅电池时效果更好。这两种方法同样适用于制作凹面，但都会在透镜阵列上的两个凸起透镜的凹槽中留下一个工具半径。(c)表面粗糙度：选择机器方法时，表面粗糙度要求是要考虑的一个重要因素。如果需要良好的表面质量，金刚石车削将是首选。不幸的是，金刚石车削方法不能用于制作非对称的V形槽和透镜阵列表面，必须选择第二或第三种方法。后抛光法通过去除机械痕迹有助于提高表面质量，但也有局限性。好消

38、息是，如果处理得当，慢滑伺服和铣削也可以产生具有上述微观结构特征的良好表面。3.4 本章小结微结构光学元件的应用是未来的发展趋势。考虑到用金刚石车削、铣削、成形和SSS制造此类零件的加工工艺和方法，具体用哪种工艺由零件的要求、公差、尺寸、形状以及弯曲度与名义偏差决定。一般来说，了解复杂的机械和应用以及精密加工技术的知识是使用各种方法制造微结构的基础。结构光学部件。选择合适的方法来生产光学元件，并应用最佳可能的工艺参数，对于产品的成功制造至关重要，对于加工工艺所需时间、用料、人力等资源综合考虑，选择计算机数控单点金刚石车削快速刀具伺服技术。第四章 菲涅尔透镜的加工与检测4.1 引言本文选择用计算机数控单点金刚石车削技术，然后结合菲涅尔透镜结构加工特点，选择金刚石刀具，来更好的贴合加工，使加工尺寸更小，精度更精密，在辅助以严格工艺生产流程，产品检测确保工艺生产合格。4.2 金刚石刀具选择金刚石刀具的好坏的判断，首先是测试它能否具有加工出高精度、高质量、超光滑表面，然后检测它是否可以在加工过程中刀尖较长时间保持锋利状态，不卷刃，切出需要的光学零件表面，选择金刚石刀具最主