玻璃光学透镜冷加工流程简介

光学透镜冷加工

摘要:光学冷加工行业主要生产光学元器件,为光学仪器、光电子图像信息处理产品等的下游行业提供镜片、镜头等光学元件,在整个产业链构成中处于生产半成品的中间环节。光学冷加工工艺的合理性,对产品的质量,生产效率有显著影响。

关键词:光学;冷加工;工艺

1.光学冷加工发展现状

我国光学冷加工加工技术,虽然有较长历史但具有完整的生产工艺是在1950年以后。光学冷加工工艺在1950年之前虽然已有所采用,但完整性不足。新中国成立以后,经过光学行业各方面人士的努力,逐步形成了较为完善的加工工艺。经过半个多世纪的发展,本世纪初,我国光学制造业进入了发展的高峰,已形成了很强的生产能力,并取得了较为辉煌的成果。

据不完全统计,我国光学制造能力已达到每年可达五亿件以上。我国光学冷加工的能力在国际上应当是名列前茅的,但我们的生产工艺却是比较落后的。主要表现在以下几个方面:

(1)不能大批量生产高精度元件。
(2)不能制造高精度的特种光学零件。

究其原因有很多,主要原因如下:

(1)生产设备比较落后,精度及速度无法适应现代化生产的需要。
(2)执行工艺规程不够。
(3)没有专门工艺研究和工艺设备的研究开发单位。
(4)暂未形成相关的行业法规。

在国际光电产业结构调整、产业转移的趋势下,世界范围内的光学冷加工产能均大规模向中国转移。目前中国的元件制造商主要给亚洲的光电产品制造商配套生产为主。

国内的传统光学加工企业抓住机遇,向现代光学加工企业转型。通过与国际先进企业的积极合作,国内企业凭借制造成本优势使企业的生产规模迅速扩大,拉动光学冷加工行业进入一轮高速成长的景气循环,中国大陆成为继中国台湾之后全世界最大规模的光学冷加工产能承接地和聚集地。

国内光学元件产业的发展现状如下:

(1)国内企业凭借制造成本优势使企业的生产规模迅速扩大。
(2)国家大幅增加了对光学元器件及光电应用的技术研发与投入。
(3)通过与国际先进企业的积极合作,国内的传统光学加工企业抓住机遇,向现代光学加工企业转型。
(4)不少产品的国内市场主要份额已被中国厂家所占据并保持较大数量的出口。

以上这些都为中国光学元件产业进一步参与国际竞争奠定了可靠的基础。

国内光学元件产业发展势头强硬,但同时有着阻碍产业发展的因素:

(1)企业群体庞大,但规模小而分散。
(2)高端技术难以达到,而传统光学元件产业竞争激烈,利润低而微薄。
(3)工艺技术、核心材料、关键器件与生产设备4个关键因素落后。
(4)在产业布局上,目前国内光学产业大部分仍集中在产业链的中低端,缺乏规模化的系统配套与产业,部分重要的器件与材料依旧需要进口。
(5)光电企业与研究院所相互独立,难以取得相互支持的有利效应。

2.光学零件加工的工艺流程

光学零件加工的工艺流程随加工方式不同而异。光学零件的加工方式主要有两类:传统(古典)加工工艺和机械化加工工艺,中小批量主要以传统加工工艺为主。传统工艺的特点主要有:

(1)使用散粒磨料及通用机床,以轮廓成形法对光学玻璃进行研磨加工。操作中以松香柏油粘结胶为主进行粘结上盘。先用金刚砂对零件进行粗磨与精磨,然后使用松香柏油抛光模与抛光粉(主要是氧化铈)对零件进行抛光加工。影响工艺的因素多而易变,加工精度可变性也大,通常是几个波长数量级。高精度者可达几百分之一波长数量级。
(2)手工操作量大,工序多,操作人员技术要求高。对机床精度,工夹磨具要求不那么苛刻,适于多品种,小批量、精度变化大的加工工艺采用。

传统加工工艺过程,以一个透镜为例,先后依次经过以下一些工序:

(1)毛坯加工。包括按光学零件图选择合适的块料,切割整平、划分、胶条、滚圆开球面。
(2)粗磨加工。使表面粗糙度及球面半径符合细磨要求。传统工艺中粗磨是单件进行的。一般采用传统工艺加工的工厂中,粗磨车间往往包括毛坯加工。
(3)上盘:粗磨之后,经清洗,将一个个透镜毛坯按同半径组合成盘。即依靠粘结胶把分散的透镜固定在球形粘结膜上,应注意的是成盘时要使每一个透镜毛坯的被加工面都处于同一半径的球面上。
(4)细磨抛光工序。在加工第一表面时,细磨到抛光过程中一般是不需拆盘的,即一次一盘完成。操作中,先使用粒度依次变细的三至四道金钢砂将被加工面研磨到抛光要求的表面粗糙度,然后清洗,进行抛光。抛光是用一定半径的抛光模加抛光粉进行。一面加工完毕后,涂上保护膜,翻面再进行上盘。细磨抛光加工第二表面。
(5)定心磨边工序。透镜加工过程中会出现光轴和定位轴偏离(称为偏心)。定心磨边的任务是消除偏心,并使侧圆柱面径向尺寸达到装配要求。传统工艺的磨边常在光学定心磨边机上进行。
(6)镀膜工序,对表面有透光要求的透镜,要加镀增透膜。球面反射镜要镀反射膜。有的还要镀其它性质的薄膜,依使用要求由设计决定。
(7)胶合工序。对成象质量要求较高的镜头,往往采用几块透镜胶合而成。胶合应在镀膜以后进行。

以上这些工艺过程可简略表示如下:

选料——切割——整平——胶条——滚圆——开球面——粗磨球面——上盘——细磨——抛光——下盘;
第二面上盘——细磨——抛光——下盘——定心磨边——镀膜——镜片胶合。

3.结束语

本文对我国光学零件的加工工艺过程进行简要的总结,并提出一套适合中小批量光学产品生产的工艺要求。对中小批量光学镜片的生产具有一定的指导意义。 随着科学技术的不断变革,近年来精密玻璃模压工艺也日趋完善。这种先进的压型工艺是将玻璃直接压制成光学元件,不再经过粗磨、细磨、抛光、镀膜工序,即可直接装备到光学仪器上。 这样可大量节省人力和设备,降低能耗,提高原材料的利用率,缩短生产周期。详情请参考 全电机驱动高温精密玻璃模压机简介

[1]王元康.光学零件高效加工工艺研究.西安工业大学硕士论文,2012.
[2]凌嘉功.光学冷加工工艺简介.仪器仪表通讯,1978.
[3]包振远.球面透镜的加工.仪器制造,1978.

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