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文章编号:1001-2265(2007)05-0001-05收稿日期:2006-10-10;修回日期:2007-03-01作者简介:张坤领(1968—),男,河南长葛市人,许昌技术经济学校讲师,天津大学机械制造及其自动化专业在读硕士,主要从事数控磨削加工研究等,(E -m ail )lao9lao9@ 。
非球面加工现状张坤领1,2,林彬1,王晓峰1,3(1.天津大学机械学院,天津 300072;2.河南省许昌技术经济学校,河南许昌 461500;3.郑州职业技术学院,郑州 450121)摘要:文章阐述了非球面光学零件相对于球面零件的诸多优点及其在军事领域和一般工业领域的广泛运用,继而介绍了非球面光学零件加工的各种技术、方法以及其所适用的材料类型,例如单点金刚石车削技术、光学塑料成型技术、光学玻璃模压技术、ELI D 磨削技术等,并对国内外非球面光学零件的生产现状和相关设备做以概述,展望了非球面加工的研究方向和生产趋势。
关键词:非球面;光学零件;单点金刚石车削;ELI D 磨削中图分类号:T G 659 文献标识码:AThe St atus and D evelopi n g Tendency of t he A spher ic O ptic PartM achini n gZ HANG Kun -ling 1,2,LI N B i n 1,WANG Xiao -feng1,3(1.School ofM echanica l Engineering ,Tian jin University ,Tian jin 300072,China ;2.Xuchang Techno l o gy E -cono m ics Schoo l ,Xuchang H enan 461500,China )Abst ract :’’-K ey w ords :-0 引言近年来,随着光电子学的发展,非球面光学零件在军用和民用产品上的应用也越来越普及,如在电视摄像管、卫星红外望远镜、录像机镜头、激光视盘装置、光纤通信的接头、医疗仪器等中都有广泛的应用[1]。
数控加工光学非球面技术的研究The Aspheric optics processing technologystudies CNC摘要自从非球面加工技术出现以来，至今几百年来采用的加工方法已有50多种，传统的加工方法虽然能达到较高的精度，但这种加工方法加工效率低、重复精度差。
在最近几年出现的数控加工光学非球面技术大大解决了传统加工方法存在的缺陷。
它提高了加工精度和加工质量、缩短了产品研制周期等。
在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用。
由于生产实际的强烈需求，国内外都对数控加工技术进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果。
本文将简单的介绍一些非球面和数控机床的理论知识，传统加工非球面技术。
最后重点介绍数控加工光学非球面技术。
关键词: 数控加工非球面抛光技术计算机控制ABSTRACTSince the emergence of non-spherical processing technology ,about 50 methods in the optical processing have been used. Although traditional processing methods can achieve high accuracy, this processing method has processing inefficiency and poor repeatability precision . In recent years the NC aspheric optics technology greatly solve the traditional processing methods flawed. It improves processing accuracy and processing quality, and shorten the product development cycle and so on. A large number of applications has been found in some areas such like the aviation industry, and the auto industry. Because of the strong demand, Home and Abroad are on the NC machining techniques for a wide range of research, and achieved fruitful results.This paper will briefly introduces some technology of the Non-spherical and NC machine tools and the traditional processing.And highlights NC aspheric optical processing technology in the last part.Keywords : CN Aspheric optics Polishing Technology CCOS目录第一章绪论 (1)1.1研究的目的和意义 (1)1.2国内外发展现状 (1)第二章非球面的理论基础 (3)2.1非球面的优缺点 (3)2.2非球面的数学表达式 (3)2.3非球面的加工方法 (4)2.4传统加工非球面技术 (5)2.5光学非球面的检验 (7)第三章数控机床的介绍 (10)3.1数控机床的发展概况 (10)3.2数控机床的结构和特点 (10)第四章非球面的数控加工技术 (14)4.1常见的计算机控制抛光技术 (14)4.2计算机数控研磨和抛光技术 (15)4.3数控抛光技术中工艺参数选择 (19)4.4数控加工技术的检验 (20)4.5阴影法检验非球面 (22)4.6数控加工非球面实例 (23)结论 (25)参考文献 (26)致谢 (27)第一章绪论1.1研究的目的和意义自从1638年法国学者笛卡儿第一个提出凸面是椭圆面，凹面是球面的无球差非球面透镜，各国公司都进行了大量的非球面透镜技术研究和开发，但加工精度不高。
国内外非球面光学零件超精密加工技术现状四：非球面零件超精密切削加工技术美国UnionCarbide公司于1972年研制成功了R―θ方式的非球面创成加工机床。
这是一台具有位置反馈的双坐标数控车床，可实时改变刀座导轨的转角θ和半径R，实现非球面的镜面加工。
加工直径达φ380mm，加工工件的外形精度为±0.63μm，表面粗糙度为Ra0.025μm。
摩尔公司于1980年首先开发出了用3个坐标控制的M―18AG非球面加工机床，这种机床可加工直径356mm的各种非球面的金属反射镜。
英国RankPneumo公司于1980年向市场推出了利用激光反馈控制的两轴联动加工机床(MSG―325)，该机床可加工直径为350mm的非球面金属反射镜，加工工件外形精度达0.25-0.5μm，表面粗糙度Ra在0.01-0.025μm之间。
随后又推出了ASG2500、ASG2500T、Nanoform300等机床，该公司又在上述机床的基础上，于1990年开发出Nanoform600，该机床能加工直径为600mm的非球面反射镜，加工工件的外形精度优于0．1μm，表面粗糙度优于0.01μm。
代表当今员高水平的超精密金刚石车床是美国劳伦斯．利弗莫尔(LLNL)实验室于1984年研制成功的LODTM，它可加工直径达2100mm，重达4500kg的工件其加工精度可达0.25μm，表面粗糙度Ra0.0076μm，该机床可加工平面、球面及非球面，主要用于加工激光核聚变工程所需的零件、红外线装置用的零件和大型天体反射镜等。
英国Cranfield大学精密工程研究所(CUPE)研制的大型超精密金刚右镜面切削机床，可以加工大型X射线天体看远镜用的非球面反射镜(最大直径可达1400mm，最大长度为600mm的圆锥镜)。
该研究所还研制成功了可以加工用于X射线看远镜内侧回转抛物面和外侧回转双曲面反射镜的金刚石切削机床。
日本开发的超精密加工机床主要是用于加工民用产品所需的透镜和反射镜，目前日本制造的加工机床有：东芝机械研制的ULG―l00A(H)不二越公司的ASP―L15、丰田工机的AHN10、AHN30×25、AHN60―3D非球面加工机床等。
非球面研究是光学设计和制造领域中的一个重要方向。
非球面表面相对于传统的球面表面具有更灵活的光学设计和更广泛的应用。
以下是国内外非球面研究的一些主要现状：
国内非球面研究现状：
1. 科研机构和企业：中国的一些光学研究院、大学光学研究团队以及一些光学制造企业在非球面技术研究方面取得了一些成果。
例如，中国科学院光电研究院、清华大学等都有相关研究团队。
2. 军事应用：在军事光学系统中，非球面光学元件的应用也相当广泛，如在航空、航天等领域。
国外非球面研究现状：
1. 研究领域：国外的一些先进光学研究机构致力于非球面光学系统的设计、制造和应用。
美国、欧洲、日本等地的大学和研究机构在非球面研究方面都有重要的贡献。
2. 行业应用：非球面技术在行业中得到广泛应用，包括激光系统、成像系统、光学通信系统等。
特别是在高精度光学仪器、光学元件制造方面，非球面技术的应用已经成为提高光学系统性能的重要手段。
3. 软件工具：光学设计软件在非球面设计中发挥着关键作用。
例如，Zemax、CODE V等光学设计软件提供了强大的非球面设计和优化工具，使工程师能够更灵活地设计非球面光学系统。
4. 制造技术：先进的制造技术，包括数控加工、精密抛光、电解加工等，对于制造高精度的非球面光学元件也发挥了重要作用。
总体而言，非球面研究在国内外都是一个活跃的领域，其应用涵盖了广泛的科学、工程和军事领域。
由于技术的不断进步和应用领域的拓展，非球面研究在未来仍将持续发展。
关于非球面加工工艺的研究发布时间：2021-07-01T17:00:40.510Z 来源：《科学与技术》2021年第29卷3月7期作者：詹达举[导读] 近年来，随着非球面的光学器件在越来越多的光电产品中广范应用，因此市场的规模也在不断扩大，詹达举世大光电（深圳）有限公司 518000摘要：近年来，随着非球面的光学器件在越来越多的光电产品中广范应用，因此市场的规模也在不断扩大，在这样的情况下，高精度、低成本以及非球面的光学元器加工工艺也越发重要，在这样的情况下，提升对于光学元器件的加工工艺研究，成为了当前的研究主要方向，有着非常广阔的市场，因此本文主要对非球面加工工艺进行研究，希望对相关从业人员有一定的参考作用。
关键词：非球面；光学镜片，加工工艺引言：光电产品在当前的社会中，承担着非常重要的作用，在各行业的生产之中，很多技术都离不开光学非球面元件的使用，非球面镜片的曲率半径随中心轴而变化，以提高光学质量，减少光学元件，降低设计成本。
与球面透镜相比，非球面透镜具有独特的优势，因此已广泛用于光学仪器，图像和光电行业，如在摄影镜头，电影变焦镜头、手机摄像，航天卫星，红外望远镜、录像机镜头、光纤通信的光纤接头、医疗仪器等。
当前的市场中，有着广阔的前景，提升对于非球面技术的应用，取得了非常有效的成果，当前市面上有很多这种类型的机器，本身加工技术也较为成熟，所以以下就是对这部分技术的一个初步分析，研究非球面加工工艺应该如何实施。
一、非球面分类在当前实际的使用之中，非球面通常分为二次非球面，高次非球面和自由曲面。
二次非球面是光学系统中使用最广泛的表面，与其他类型的非球面相比，它具有特殊的位置是最常见的非球面。
高次非球面广泛用于光学系统中消除球差、彗差，像散、场曲,减少色差，减化结构，从而获得高质量的图像效果和高品质的光学特性。
自由曲面在不对称的光学系统领域有突出的作用。
如可视VR，离轴影像处理。
二、非球面技术的优势（一）像差校准非球面透镜是用来代替球面透镜的，其最大的优点是可以校正由准直聚焦系统中的球面透镜引起的球面像差。
非球面模造玻璃镜片发展现况模造玻璃技术是颠覆光学产业传统的一项新技术，但是要跨入该领域，并不是那么容易，除了在光学组件生产技术上需要累积多年的经验，也需要结合材料端的高温处理技术精密模具加工技术及非球面检测技术，才有办法有效的提高良率，顺利量产。
LEICA于1966在德国柯隆发表了全世界第一支采2片非球面镜片(Aspheric lens)标准定焦镜NOCTILUX 50mm f/1.2。
该非球面镜片都是以人工研磨的方式生产，耗费极大的人力与成本，但从未量产。
接着CANON于1971年发表了第一只可用于35mm可交换镜头式单眼相机(SLR)上，采非球面镜片的量产镜头FD55mm f1.2 AL SSC，就开启了镜头设计的新时代。
6群8片的设计，第二片采非球面镜片（见图），当时售价高达14万日币。
但超乎传统的大光圈，轻量化的设计，以及矫正良好的光学像差，使得非球面镜片的应用开始受到市场的瞩目。
图片来源: Canon非球面玻璃镜片应用在光学仪器及镜头上，其主要功能是1.用来消弭光学像差，如球差、彗差，畸变等。
2.减少镜片使用数目。
3.缩小镜头组的体积与重量。
早期非球面镜片皆是以光学研磨方法或是以钻石刀具作精密切削所作成的，良率不高且耗时费工，生产难度及耗费之成本相当高昂。
所以一般镜头设计上由于成本与制作难度的考量，稀少使用非球面镜片，除非是单眼相机所采用的高价镜头中，如广角镜头、望远镜头或是高倍率变焦镜头，才会采用非球面玻璃镜片。
但由于数字化时代的来临，对于相机所呈现出来的影像品质需求日益提高。
因应这样的需求，市面上一般消费型数字相机所搭载的3倍光学的变焦镜头亦多采用非球面镜片，以提高影像品质。
因应非球面镜片的庞大需求，光学界业者无不努力开发其它等同玻璃非球面镜片功能但其它形式的光学组件，如DOE绕射光学组件，Hybrid lens复合镜片或是非球面塑料镜片等。
但根究之下，其它光学组件还是无法取代玻璃非球面镜片的良好光学性质，如高透光性，高温潮湿环境耐受度，故克服玻璃非球面镜片量产技术成为首要的难题。
