一种光学元件抛光工具及抛光方法

摘要

本发明公开一种光学元件抛光工具，包括连接杆、磨盘、压圈和抛光膜层，连接杆的上端与抛光机构连接，连接杆的下端与磨盘的顶部连接，连接杆的中心轴线与磨盘中心线重合，磨盘的底部中心设置向下凸起的凸台，抛光膜层包覆在凸台上，压圈中心开设中心孔，压圈与磨盘连接并且使包覆了抛光膜层的凸台从压圈的中心孔穿过，压圈将抛光膜层压紧贴附在凸台上。本发明所述的光学元件抛光工具无需安装辅助加工用的拼接块，有效提高加工效率，磨盘的运动范围扩展到元件的外部区域，磨盘不会发生倾覆，使得元件边缘区域与中间区域加工情况一致，有效消除塌边或翘边面形等边缘效应问题，实现光学元件全口径面形的高精度加工。

权利要求

1.一种光学元件抛光方法，其特征在于，采用光学元件抛光工具进行抛光，所述的光学元件抛光工具包括连接杆(1)、磨盘(2)、压圈(4)和抛光膜层(5)，所述的连接杆(1)的上端与抛光机构连接，连接杆(1)的下端与磨盘(2)的顶部连接，所述的连接杆(1)的中心轴线与磨盘(2)中心线重合，所述的磨盘(2)的底部中心设置向下凸起的凸台(23)，所述的抛光膜层(5)包覆在凸台(23)上，所述的压圈(4)中心开设中心孔(42)，压圈(4)与磨盘(2)连接并且使包覆了抛光膜层(5)的凸台(23)从压圈(4)的中心孔(42)穿过，压圈(4)将抛光膜层(5)压紧贴附在凸台(23)上，加工过程包括如下步骤：a、对元件原始面形数据进行向元件表面边缘外侧延伸的扩展处理，得到用于指导加工的面形扩展数据，所述的面形扩展数据向元件表面边缘外侧延伸的范围为凸台(23)的半径大小，通过等值填充方式进行面形扩展，面形扩展区域的面形高度与其相邻元件边缘面形高度相同；

b、根据面形扩展数据，生成数控加工程序；

c、将光学元件抛光工具连接在数控抛光机构上；

d、数控抛光机构执行数控加工程序，完成元件加工。

2.根据权利要求1所述的光学元件抛光方法，其特征在于，所述的抛光膜层(5)的厚度为0.2～1mm。

3.根据权利要求2所述的光学元件抛光方法，其特征在于，所述的中心孔(42)的直径比凸台(23)的直径大0.4～2mm。

4.根据权利要求1所述的光学元件抛光方法，其特征在于，所述的压圈(4)的厚度小于凸台(23)的高度。

5.根据权利要求4所述的光学元件抛光方法，其特征在于，所述的压圈(4)的厚度比凸台(23)的高度小1～2mm。

6.根据权利要求1所述的光学元件抛光方法，其特征在于，所述的压圈(4)的外径与磨盘(2)的外径相同。

7.根据权利要求1所述的光学元件抛光方法，其特征在于，所述的磨盘(2)的顶部中心设置连接台(21)，连接台(21)与连接杆(1)通过螺纹连接。

8.根据权利要求1至7任一项所述的光学元件抛光方法，其特征在于，所述的磨盘(2)上开设了通孔(22)，所述的压圈(4)上开设了与通孔(22)对应的螺孔(41)，螺钉(3)穿过通孔(22)并螺接在螺孔(41)中将压圈(4)固定在磨盘(2)上。

说明书

一种光学元件抛光工具及抛光方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光学元件加工技术领域，尤其涉及一种光学元件抛光工具及抛光方法。

背景技术

[0002] 随着高功率激光装置向大型化、高输出能量方向发展，对光学元件加工精度和加工效率的要求越来越高。计算机控制光学表面成型技术(CCOS)随着计算机、精密测量、新工艺新材料等综合技术的发展而不断自我完善，成为了光学玻璃元件高精度加工的主流技术，但是其抛光加工过程中容易产生塌边或者翘边面形等边缘效应问题，影响元件的加工精度和加工效率。

[0003] 传统消除边缘效应的方法是外环拼接法，即在待加工的元件周围粘接一圈与元件相同材料的拼接块，然后对元件和拼接块进行整体抛光，抛光结束后将拼接块撤除。该方法有效扩展了元件加工区域，使磨盘在抛光过程中始终与元件表面稳定接触，可以解决磨盘露边时出现压力分布不均匀的问题，避免出现塌边面形的边缘效应问题。但是，这种方法对拼接块与元件的拼接平面度提出了很高的要求，拼接难度大，影响加工效率，并且在撤除拼接块后，元件本身容易发生变形，影响元件的最终精度。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种光学元件抛光工具，解决目前技术中光学元件在抛光时采用外环拼接法，拼接块拼接难度大，影响加工效率，影响元件加工精度的问题。

[0005] 为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：

[0006] 一种光学元件抛光工具，包括连接杆、磨盘、压圈和抛光膜层，所述的连接杆的上端与抛光机构连接，连接杆的下端与磨盘的顶部连接，所述的连接杆的中心轴线与磨盘中心线重合，所述的磨盘的底部中心设置向下凸起的凸台，所述的抛光膜层包覆在凸台上，所述的压圈中心开设中心孔，压圈与磨盘连接并且使包覆了抛光膜层的凸台从压圈的中心孔穿过，压圈将抛光膜层压紧贴附在凸台上。本发明所述的光学元件抛光工具将抛光膜层通过压圈固定在磨盘上成为一个整体，并且连接杆的中心轴线与磨盘中心线重合，从而使得磨盘在露出元件边缘的部分小于磨盘的半径时，磨盘的中心线始终与元件的表面保持垂直，有效避免磨盘出现倾覆的状况，从而磨盘的加工范围可以向元件表面边缘外侧扩展一个凸台半径的范围，并且保障元件边缘区域与中间区域加工情况一致，消除了中间区域与边缘区域加工迭代的不一致性，无需在待加工的元件周围粘接一圈与元件相同材料的拼接块，无需辅助工装，提高加工效率，有效消除塌边或翘边面形等边缘效应问题，实现光学元件全口径面形的高精度加工。

[0007] 进一步的，所述的抛光膜层的厚度为0.2～1mm。

[0008] 进一步的，所述的中心孔的直径比凸台的直径大0.4～2mm，方便安装、拆卸，便于包覆了抛光膜层的凸台从压圈的中心孔穿过，并且确保压圈能可靠的将抛光膜层固定到凸台上，使得抛光膜层稳定的紧贴在凸台上，避免抛光膜层出现滑动，保障抛光加工质量。

[0009] 进一步的，所述的压圈的厚度小于凸台的高度，避免压圈接触元件表面造成元件表面划伤。

[0010] 进一步的，所述的压圈的厚度比凸台的高度小1～2mm。

[0011] 进一步的，所述的压圈的外径与磨盘的外径相同，装卸方便，结构稳定性好。

[0012] 进一步的，所述的磨盘的顶部中心设置连接台，连接台与连接杆通过螺纹连接。

[0013] 进一步的，所述的磨盘上开设了通孔，所述的压圈上开设了与通孔对应的螺孔，螺钉穿过通孔并螺接在螺孔中将压圈固定在磨盘上。

[0014] 一种采用上述的光学元件抛光工具的抛光方法，包括如下步骤：

[0015] a、对元件原始面形数据进行向元件表面边缘外侧延伸的扩展处理，得到用于指导加工的面形扩展数据，通过等值填充方式进行面形扩展，面形扩展区域的面形高度与其相邻元件边缘面形高度相同；

[0016] b、根据面形扩展数据，生成数控加工程序；

[0017] c、将光学元件抛光工具连接在数控抛光机构上；

[0018] d、数控抛光机构执行数控加工程序，完成元件加工。

[0019] 本发明所述的抛光方法所利用的光学元件抛光工具的连接杆的中心轴线与磨盘中心线重合，从而在磨盘露出元件边缘的部分小于磨盘的半径时，磨盘的中心线始终与元件的表面保持垂直，有效避免磨盘出现倾覆的状况，从而磨盘的加工范围可以向元件表面边缘外侧扩展一定的距离，保障元件边缘区域与中间区域加工情况一致，消除了中间区域与边缘区域加工迭代的不一致性，无需辅助工装，提高加工效率，有效消除塌边或翘边面形等边缘效应问题，实现光学元件全口径面形的高精度加工。

[0020] 进一步的，所述的面形扩展数据向元件表面边缘外侧延伸的范围为凸台的半径大小，在磨盘加工到超出元件表面边缘一定距离时仍然能保障磨盘的中心线与元件的表面保持垂直，避免出现磨盘露边时压力分布不均匀导致塌边面形的边缘效应问题，无需在待加工的元件周围粘接一圈与元件相同材料的拼接块，加工效率高、精度高。

[0021] 与现有技术相比，本发明优点在于：

[0022] 本发明所述的光学元件抛光工具结构简单、紧凑，取代传统的外环拼接法，无需安装辅助加工用的拼接块，有效提高加工效率，磨盘的运动范围扩展到元件的外部区域，磨盘不会发生倾覆，使得元件边缘区域与中间区域加工情况一致，消除了中间区域与边缘区域加工迭代的不一致性，有效消除塌边或翘边面形等边缘效应问题，实现光学元件全口径面形的高精度加工；

[0023] 本发明所述的抛光方法，光学元件抛光工具运动范围不仅覆盖光学元件表面，还扩展至光学元件外部区域，使光学元件边缘区域与中间区域加工迭代情况趋于一致，从而有效消除塌边或翘边面形等边缘效应问题，实现光学元件全口径面形的高精度加工，精简了加工工序，提高加工效率。

附图说明

[0024] 图1为光学元件抛光工具的结构示意图；

[0025] 图2为连接杆的结构示意图；

[0026] 图3为磨盘的结构示意图；

[0027] 图4为压圈的结构示意图；

[0028] 图5为磨盘、压圈和抛光膜层连接的剖面结构示意图。

具体实施方式

[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0030] 本发明实施例公开的一种光学元件抛光工具，取代传统的外环拼接法，无需在待加工的元件周围粘接一圈与元件相同材料的拼接块，无需辅助工装，提高加工效率，抛光工具的运动范围扩展到元件的外部区域，并且抛光工具不会发生倾覆，使得元件边缘区域与中间区域加工情况一致，有效消除塌边或翘边面形等边缘效应问题，实现光学元件全口径面形的高精度加工。

[0031] 如图1至图5所示，一种光学元件抛光工具，主要包括连接杆1、磨盘2、压圈4和抛光膜层5，所述的连接杆1的上端与抛光机构连接，连接杆1的下端与磨盘2的顶部可拆卸连接，所述的连接杆1的中心轴线与磨盘2中心线重合，所述的磨盘2的底部中心设置向下凸起的圆形的凸台23，所述的抛光膜层5包覆在凸台23上，所述的压圈4中心开设了中心孔42，中心孔42为圆孔，压圈4整体为圆环状的板材，压圈4从磨盘2的底部安装连接在磨盘2上，并且包覆了抛光膜层5的凸台23从压圈4的中心孔42穿过，压圈4将抛光膜层5压紧，使得抛光膜层5紧紧贴附在凸台23上，抛光膜层5紧贴凸台23的底部平面和侧面。

[0032] 连接杆1、磨盘2、压圈4和抛光膜层5连接成一个整体，当磨盘露出待加工元件边缘距离小于凸台半径时，可以保证磨盘中心线与待加工元件表面始终保持垂直，磨盘不会发生倾覆，使得元件边缘区域与中间区域加工情况一致，有效消除塌边或翘边面形等边缘效应问题。

[0033] 在本实施例中，磨盘2上开设了沿上下方向的通孔22，所述的压圈4上开设了与通孔22对应的螺孔41，螺钉3穿过通孔22并螺接在螺孔41中将压圈4固定在磨盘2上；并且通孔22沿磨盘2中心线的周向均匀间隔分布，通孔22与螺孔41的数量相同，通孔22与螺孔41一一对应，优选的，通孔22、螺孔41分别开设3～6个。

[0034] 抛光膜层5的厚度为0.2～1mm，中心孔42的直径大于凸台23的直径，在本实施中，中心孔42的直径比凸台23的直径大0.4～2mm，更优选的为，中心孔42的直径比凸台23的直径大抛光膜层5厚度的两倍，从而压圈4将抛光膜层5可靠的压紧在凸台23上，提高抛光膜层5贴附在凸台23表面的稳定性，避免抛光膜层5出现滑动的状况，保障抛光过程的可靠性和抛光质量。

[0035] 并且为了避免压圈4接触光学元件造成光学元件表面划伤，压圈4的厚度小于凸台23的高度，在本实施例中，压圈4的厚度比凸台23的高度小1～2mm，并且压圈4的外径与磨盘
2的外径相同，方便装拆，整体结构稳定性好。

[0036] 连接杆1上下端分别设置了外螺纹，连接杆1通过上端的外螺纹与抛光机构螺接，磨盘2的顶部中心设置连接台21，连接台21与连接杆1下端的外螺纹螺接，连接台21侧壁表面的两侧开设有腰型槽，连接杆1表面的两侧也开设有腰型槽了，利用腰型槽可方便的采用工具进行拧紧组装或拆卸。

[0037] 连接杆1、磨盘2由金属材料制成，可以为不锈钢、铝合金等，也可采用其他材料，保障稳定的结构，加工精度高，使用寿命长；所述的压圈4采用非金属材料制成，可以为尼龙、聚四氟乙烯等，以能保障不会对光学元件表面造成损伤为准；抛光膜层5采用柔性材料制成，可以为阻尼布或聚氨酯材料等，确保能良好的对光学元件进行抛光作业。

[0038] 利用上述的光学元件抛光工具的抛光方法，主要包括如下步骤：

[0039] a、对元件原始面形数据进行向元件表面边缘外侧延伸的扩展处理，得到用于指导加工的面形扩展数据，所述的面形扩展数据向元件表面边缘外侧延伸的范围为凸台23的半径大小，通过等值填充方式进行面形扩展，面形扩展区域的面形高度与其相邻元件边缘面形高度相同；

[0040] b、根据面形扩展数据，生成数控加工程序；

[0041] c、将光学元件抛光工具连接在数控抛光机构上；

[0042] d、数控抛光机构执行数控加工程序，完成元件加工。

[0043] 抛光工具运动范围不仅覆盖光学元件表面，还扩展至光学元件外部区域，使光学元件边缘区域与中间区域加工迭代情况趋于一致，从而有效消除塌边或翘边面形等边缘效应问题，实现光学元件全口径面形的高精度加工，省去了在待加工的元件周围粘接一圈与元件相同材料的拼接块的工序，有效提高加工效率。

[0044] 以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。