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深圳海納光學有限公司
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Asphericon非球面鏡用于測量技術(shù)
2022-2-22 閱讀(458)
無論是在衛(wèi)星光學、攝影鏡頭還是內(nèi)窺鏡中——非球面光學元件已經(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，對測量方法也有更高的需求。非球面表面復雜性的測量仍然具有挑戰(zhàn)性，不同的測量方法根據(jù)測量任務(wù)和速度以及表面結(jié)構(gòu)使用。對于Asphericon非球面透鏡，下面介紹在非球面的加工工藝生產(chǎn)過程中非球面的接觸式測量非球面的基本原理。
測量技術(shù)在精密光學器件的生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。非球面通過CNC控制技術(shù)制造非球面光學元件，材料包括可用的玻璃類型，也包括塑料、金屬和晶體（例如，CaF2、鍺、硅）。在每個非球面的加工工藝步驟中，都需要準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)過程。隨著對光學器件（不僅是非球面鏡片）的需求不斷增長，Asphericon非球面透鏡生產(chǎn)的測量技術(shù)的需求也在不斷增長。
在非球面鏡片的加工工藝過程中，不同的測量任務(wù)以及所使用的測量技術(shù)各不相同。測量任務(wù)包括原材料的進貨檢驗、各個工藝步驟的鏡片形狀以及成品光學元件的完整測量并進行最終檢驗。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，對于測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)對稱的。通過加工過程中鏡片的旋轉(zhuǎn)（圖1），研磨工具會在未加工的鏡片上留下旋轉(zhuǎn)對稱的結(jié)構(gòu)。對于非球面光學元件的磨削過程，從測量技術(shù)的意義上來說，監(jiān)測非球面表面輪廓以優(yōu)化下一個加工工藝步驟通常就足夠了。這種簡單測量的優(yōu)點之一是測量時間短，有助于優(yōu)化整個非球面鏡片的工藝處理時間。
圖1 在研磨過程中進行接觸式測量
除了測量任務(wù)和工藝過程之外，不同的測量方法之間也有區(qū)別。在下文中，Asphericon通過各種設(shè)備的示例性介紹來討論非球面的接觸式測量方法。這種類型的測量技術(shù)基于物體表面的掃描，例如使用紅寶石接觸點。
輪廓儀是測量非球面表面的常用方法。確定旋轉(zhuǎn)對稱物體形狀的簡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，它以一條穿過天頂?shù)闹本€探測測量對象，并記錄接觸點在垂直于其軌跡的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量的示例規(guī)則。為了確定這種偏轉(zhuǎn)，需要一個恒定的測量力，將探頭壓在待測非球面透鏡上，以及一個堅硬的探頭系統(tǒng)。在研磨過程的兩個步驟之間使用輪廓儀，因為可以在進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)的示例性測量曲線
另外一種更復雜的非球面的接觸式測量設(shè)備是3D坐標測量系統(tǒng)（圖4）。這些也可用于測量非球面表面。測量對象用探頭尖跟蹤，其位置通過笛卡爾坐標系中的3個測量軸確定。使用形狀測試儀完成的旋轉(zhuǎn)對稱測試對象的測量使用圓柱坐標，因此3D坐標測量儀配備了高精度的旋轉(zhuǎn)軸，即C軸。
圖4 3D坐標測量系統(tǒng)方案
圖5展示了測量儀MarForm MFU 200 Aspheric 3D的示例性測量曲線。測量初始化后，為確定測量非球面透鏡的表面頂點，需要沿最大半徑進行直線測量，該測量在跟蹤模式下執(zhí)行。因此，使用恒定壓力沿輪廓引導頭部并記錄z坐標的變化。除了輪廓測量，測量儀還可用于各種應(yīng)用，例如確定圓度、圓柱度和運行。
圖 5：測量儀（MarForm MFU 200 Aspheric 3D）的示例性測量曲線
在拋光過程中使用非球面的接觸式測量方法可以相對快速地了解鏡片的表面輪廓。另一方面，缺點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程中消除。測量儀的分辨率能力取決于探頭尖的半徑，它充當?shù)屯V波器。無法正確檢測明顯小于探針尖的結(jié)構(gòu)（參見圖2中的詳細視圖）。由于非球面表面陡峭的斜率，高度彎曲的透鏡也可能導致測量精度的限制。
不管測量什么，測量任務(wù)和測量儀器在每種情況下都需要較好地去協(xié)調(diào)。因為測量方法的選擇，從來都不是一種或另一種。Asphericon在非球面光學元件上，對于Asphericon非球面透鏡的測量，通常也在光學測量和接觸式測量中選擇。
