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深圳海納光學(xué)有限公司
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Asphericon非球面鏡用于測(cè)量技術(shù)
2022-2-22 閱讀(473)
無(wú)論是在衛(wèi)星光學(xué)、攝影鏡頭還是內(nèi)窺鏡中——非球面光學(xué)元件已經(jīng)在廣泛的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中變得*。Asphericon為滿足非球面透鏡的精確要求、持續(xù)發(fā)展以及小型化趨勢(shì)，對(duì)測(cè)量方法也有更高的需求。非球面表面復(fù)雜性的測(cè)量仍然具有挑戰(zhàn)性，不同的測(cè)量方法根據(jù)測(cè)量任務(wù)和速度以及表面結(jié)構(gòu)使用。對(duì)于Asphericon非球面透鏡，下面介紹在非球面的加工工藝生產(chǎn)過(guò)程中非球面的接觸式測(cè)量非球面的基本原理。
測(cè)量技術(shù)在精密光學(xué)器件的生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。非球面通過(guò)CNC控制技術(shù)制造非球面光學(xué)元件，材料包括可用的玻璃類(lèi)型，也包括塑料、金屬和晶體（例如，CaF2、鍺、硅）。在每個(gè)非球面的加工工藝步驟中，都需要準(zhǔn)確了解非球面透鏡的形狀和非球面表面形狀偏差，并優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。隨著對(duì)光學(xué)器件（不僅是非球面鏡片）的需求不斷增長(zhǎng)，Asphericon非球面透鏡生產(chǎn)的測(cè)量技術(shù)的需求也在不斷增長(zhǎng)。
在非球面鏡片的加工工藝過(guò)程中，不同的測(cè)量任務(wù)以及所使用的測(cè)量技術(shù)各不相同。測(cè)量任務(wù)包括原材料的進(jìn)貨檢驗(yàn)、各個(gè)工藝步驟的鏡片形狀以及成品光學(xué)元件的完整測(cè)量并進(jìn)行最終檢驗(yàn)。在非球面透鏡中，例如：鏡片的形狀，表面形狀偏差，坡度公差，中央厚和粗糙度。
以非球面的磨削加工工藝為例，對(duì)于測(cè)量非球面表面形狀偏差而言，由于非球面表面的幾何形狀不同于球面，但它仍然是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的。通過(guò)加工過(guò)程中鏡片的旋轉(zhuǎn)（圖1），研磨工具會(huì)在未加工的鏡片上留下旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)。對(duì)于非球面光學(xué)元件的磨削過(guò)程，從測(cè)量技術(shù)的意義上來(lái)說(shuō)，監(jiān)測(cè)非球面表面輪廓以優(yōu)化下一個(gè)加工工藝步驟通常就足夠了。這種簡(jiǎn)單測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)之一是測(cè)量時(shí)間短，有助于優(yōu)化整個(gè)非球面鏡片的工藝處理時(shí)間。
圖1 在研磨過(guò)程中進(jìn)行接觸式測(cè)量
除了測(cè)量任務(wù)和工藝過(guò)程之外，不同的測(cè)量方法之間也有區(qū)別。在下文中，Asphericon通過(guò)各種設(shè)備的示例性介紹來(lái)討論非球面的接觸式測(cè)量方法。這種類(lèi)型的測(cè)量技術(shù)基于物體表面的掃描，例如使用紅寶石接觸點(diǎn)。
輪廓儀是測(cè)量非球面表面的常用方法。確定旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)物體形狀的簡(jiǎn)單方法是確定表面輪廓。Asphericon非球面透鏡使用輪廓儀（圖2），在紅寶石尖的接觸下，它以一條穿過(guò)天頂?shù)闹本€探測(cè)測(cè)量對(duì)象，并記錄接觸點(diǎn)在垂直于其軌跡的z方向上的偏轉(zhuǎn)。
圖2 輪廓儀示意圖
圖3展示了非球面的接觸式測(cè)量的示例規(guī)則。為了確定這種偏轉(zhuǎn)，需要一個(gè)恒定的測(cè)量力，將探頭壓在待測(cè)非球面透鏡上，以及一個(gè)堅(jiān)硬的探頭系統(tǒng)。在研磨過(guò)程的兩個(gè)步驟之間使用輪廓儀，因?yàn)榭梢栽谶M(jìn)一步的制造步驟中去除非球面表面可能由紅寶石頂部造成的損壞。
圖3 輪廓儀 (MarSurf LD 120)的示例性測(cè)量曲線
另外一種更復(fù)雜的非球面的接觸式測(cè)量設(shè)備是3D坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)（圖4）。這些也可用于測(cè)量非球面表面。測(cè)量對(duì)象用探頭尖跟蹤，其位置通過(guò)笛卡爾坐標(biāo)系中的3個(gè)測(cè)量軸確定。使用形狀測(cè)試儀完成的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)測(cè)試對(duì)象的測(cè)量使用圓柱坐標(biāo)，因此3D坐標(biāo)測(cè)量?jī)x配備了高精度的旋轉(zhuǎn)軸，即C軸。
圖4 3D坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)方案
圖5展示了測(cè)量?jī)xMarForm MFU 200 Aspheric 3D的示例性測(cè)量曲線。測(cè)量初始化后，為確定測(cè)量非球面透鏡的表面頂點(diǎn)，需要沿最大半徑進(jìn)行直線測(cè)量，該測(cè)量在跟蹤模式下執(zhí)行。因此，使用恒定壓力沿輪廓引導(dǎo)頭部并記錄z坐標(biāo)的變化。除了輪廓測(cè)量，測(cè)量?jī)x還可用于各種應(yīng)用，例如確定圓度、圓柱度和運(yùn)行。
圖 5：測(cè)量?jī)x（MarForm MFU 200 Aspheric 3D）的示例性測(cè)量曲線
在拋光過(guò)程中使用非球面的接觸式測(cè)量方法可以相對(duì)快速地了解鏡片的表面輪廓。另一方面，缺點(diǎn)是探頭可能損壞透鏡表面。然而，可能發(fā)生的損壞可以在后面的非球面的加工工藝過(guò)程中消除。測(cè)量?jī)x的分辨率能力取決于探頭尖的半徑，它充當(dāng)?shù)屯V波器。無(wú)法正確檢測(cè)明顯小于探針尖的結(jié)構(gòu)（參見(jiàn)圖2中的詳細(xì)視圖）。由于非球面表面陡峭的斜率，高度彎曲的透鏡也可能導(dǎo)致測(cè)量精度的限制。
不管測(cè)量什么，測(cè)量任務(wù)和測(cè)量?jī)x器在每種情況下都需要較好地去協(xié)調(diào)。因?yàn)闇y(cè)量方法的選擇，從來(lái)都不是一種或另一種。Asphericon在非球面光學(xué)元件上，對(duì)于Asphericon非球面透鏡的測(cè)量，通常也在光學(xué)測(cè)量和接觸式測(cè)量中選擇。
