一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109807720A(43)申请公布日2019.05.28(21)申请号201910239512.6B24B13/01(2006.01)(22)申请日2019.03.27(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人赵清亮潘永成郭兵白云峰(74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人牟永林(51)Int.Cl.B24B13/005(2006.01)B24B13/00(2006.01)B24B47/20(2006.01)B24B47/22(2006.01)B24B55/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法(57)摘要一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法，涉及一种范成式加工方法。本发明解决了现有的微透镜阵列加工方法存在刀具磨损、材料受限和面型精度差的问题。本发明选择半径大于微透镜球径Rs的V形砂轮并修整；使V形砂轮沿机床Z轴负向的尖点正好与机床C轴中心线重合；采用范成式方法加工在工件中心位置的微透镜P0，设定V形砂轮转速为Ng、进给速度为Vf，使V形砂轮沿着机床Z轴负向进给，直至在工件上产生深度为ap的磨痕，然后机床Z轴停止进给，保持不动，机床C轴以转速Nw顺时针旋转360°，Z轴正向退刀；采用范成式方法加工任意一个非工件中心位置的微透镜Pm；依次进行加工，形成微透镜阵列光学元件。本发明用于微透镜阵列光学元件的加工。CN109807720ACN109807720A权利要求书1/1页1.一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法，其特征在于：它包括如下步骤：步骤一：根据待加工微透镜阵列光学元件上透镜单元的球径Rs，选择半径大于球径Rs的V形砂轮，将V形砂轮(2)安装到机床的磨轴(1)上，然后对V形砂轮(2)进行在位精密修整，达到锋锐的砂轮尖端以及精确的砂轮半径Rg；步骤二：通过对刀操作，使V形砂轮(2)沿机床Z轴负向的尖点正好与机床C轴中心线重合；步骤三：将待加工工件(3)固定在夹具(4)的前端面上，并将夹具(4)固定在机床C轴前端面上，然后采用V形砂轮(2)对工件(3)进行平面磨削加工，使工件表面平整；步骤四：采用范成式方法加工在工件(3)中心位置的微透镜P0，设定V形砂轮(2)转速为Ng、进给速度为Vf，使V形砂轮(2)沿着机床Z轴负向进给，直至在工件(3)上产生深度为ap的磨痕，然后机床Z轴停止进给，保持位置不动，接着，机床C轴以转速Nw顺时针旋转360°，之后V形砂轮(2)沿着Z轴正向退刀，这样就完成了工件中心位置的微透镜P0的加工；步骤五：采用范成式方法加工任意一个非工件中心位置的微透镜Pm；步骤六：参照步骤五中的方案，根据微透镜阵列上其它微透镜相对于中心透镜的极坐标位置，采用范成式方法依次进行加工，最后形成所需的微透镜阵列光学元件。2.根据权利要求1所述的一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法，其特征在于：步骤五中的加工任意一个非工件中心位置的微透镜Pm的具体过程为：先使机床C轴顺时针旋转角度θm，再让机床X轴沿正向移动距离rm，使得V形砂轮(2)沿机床Z轴负向的尖点正好与待加工微透镜的中心线重合，设定V形砂轮(2)转速为Ng、进给速度为Vf，使V形砂轮(2)沿着机床Z轴负向进给，直至在工件(3)上产生深度为ap的磨痕，然后机床Z轴停止进给，保持位置不动，接着，机床X轴、Y轴和C轴进行三轴联动，其中X轴和Y轴通过联动实现1圈完整的顺时针圆弧差补运动，差补圆弧中心为机床C轴中心，差补圆弧半径大小等于rm，同时机床C轴以转速Nw顺时针旋转360°，之后V形砂轮(2)沿着Z轴正向退刀，机床X轴沿负向移动距离rm，机床C轴逆时针旋转角度θm，使砂轮回到加工前的起始位置，这样就完成了非工件中心位置的微透镜Pm的加工。3.根据权利要求2所述的一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法，其特征在于：步骤一中，微透镜阵列中每个单元透镜都是凹球面透镜，单元透镜的直径范围为0.1mm～10mm，单元透镜的球径Rs的范围为5mm～100mm。4.根据权利要求3所述的一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法，其特征在于：步骤一中，V形砂轮(2)的尖端角度为60°～120°，而且修整后的砂轮半径Rg必须等于待加工的单元透镜的球径Rs。5.根据权利要求4所述的一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法，其特征在于：步骤四和步骤五中，ap的取值等于微透镜单元的矢高，Ng为300rpm～60000rpm，Vf为0.005mm/min～5mm/min，Nw为0.01rpm～10rpm。6.根据权利要求5所述的一种微透镜阵列光学元件的范成式加工方法，其特征