塑膠非球面鏡片制作知識總結(jié)

1、第一部：(非球面)鏡片的開發(fā)，測量與生產(chǎn)技術(shù)本文章闡述了塑料鏡片的生產(chǎn)開發(fā)過程，包括成型從材料的介紹，模具的設(shè)計(jì)制造，非球面模仁的加工，成型射出的調(diào)整，表面精度測量(接觸/非接觸方式)等等。從而使各位讀者領(lǐng)會塑料鏡片加工的關(guān)鍵所在。一：塑料鏡片的起源文獻(xiàn)回顧:首先介紹非球面玻璃模造技術(shù)的發(fā)展，1970年首先由美國Kodak公司開始進(jìn)行非球面模造玻璃鏡片的計(jì)劃,直到1982年首度推出以精密模造方式生產(chǎn)的非球面透鏡應(yīng)用于簡單形相機(jī)上,非球面透鏡的開發(fā)才逐漸普及開來，雖然在1980年代美國Kodak公司已有數(shù)百萬片的產(chǎn)量，但是在精度上和成本上能有許多困難.幾年后，日本HoyaOhara等公司，開發(fā)大

2、量制造非球面的玻璃模造鏡片，成為技術(shù)領(lǐng)先的公司.另外關(guān)于非球面塑料鏡片由美國Polaroid公司于1940年首先發(fā)表，在1980年代開始使用射出成型技術(shù)進(jìn)行大量生產(chǎn)1985年，日本學(xué)者內(nèi)尾舜二也發(fā)表了非球面塑料鏡片在日本的趨勢，并提出三點(diǎn)問題:可用光學(xué)級塑料材料種類不多.非球面膜仁制造不容易.有關(guān)成形的問題.就地一個(gè)問題，新光學(xué)級的樹脂材料漸漸的被開發(fā)出來，并就特殊用途來做研發(fā)，例如最近所流行的安全鏡片，其材料具有奈沖擊性極佳的聚碳酸樹脂簡稱PC.第二個(gè)問題，直到70年代初期超精密加工技術(shù)的逐步建立，利用CNC來做形狀的研磨后續(xù)的拋光作業(yè)，可直接加工出形狀精度符合設(shè)計(jì)要求精度的非球面.在日本則

3、邁向非軸旋轉(zhuǎn)對稱形狀的非球面制造，即所謂3次元自由曲面，其加工機(jī)需要原有加工機(jī)更多自由度之運(yùn)動機(jī)能，在光學(xué)領(lǐng)域中形狀精度須達(dá)0.1um,表面粗度則為0.01umRa之高精度要求.第三個(gè)問題，是射出成形制程上經(jīng)常遇到的問題，例如如何控制收縮率已達(dá)到精密尺度，避免不均勻收縮所形成的翹曲變形(Warpage),或是控制分子定向(Orientating),使殘余應(yīng)力和雙折射率差直下降等,一般可以從制程中最重要的控制參數(shù)-溫度，壓力和充填時(shí)間來著手.此外，從模穴大小，澆道流道等模具設(shè)計(jì)，可以先利用模流分析的軟件建立起來，并進(jìn)行射出成形的模擬，這可以省下很多試模時(shí)藏是錯(cuò)誤的時(shí)間，以及模具設(shè)計(jì)上的說明。二：

4、何為非球面鏡片非球面的定義與公式:cH21+.1-(k+1)c2H2就幾何上所知，球面上每一點(diǎn)的曲率半徑皆相同,而所謂非球面(AsphericSurface),以狹義的觀點(diǎn)來看，其曲率會隨著曲面各點(diǎn)的位置而改變,而非一定值的曲面;包括橢圓面，雙曲面，拋物面等數(shù)學(xué)曲面;而已廣義的觀點(diǎn)來看，非球面光學(xué)應(yīng)該包含平面和馬鞍面等復(fù)雜的曲面.在光學(xué)設(shè)計(jì)上，鏡片大多為旋轉(zhuǎn)對稱，如此資可以用下列的多項(xiàng)式來定義非球面的輪廓，而球面祇是特例而已.24681012+AH2+AH4+AH6+AH8+AH10+AH12式中，C=1/RX:距非球面軸之水平距離.H:非球面的旋轉(zhuǎn)對偁軸.R:頂點(diǎn)曲率半徑.k:二次曲線常數(shù).

5、A4,A6,.:非球面修正系數(shù).k0扁橢圓K-1雙曲面K=0球面K=-1拋物面一般探討光學(xué)系統(tǒng)的成像理論,先以進(jìn)軸光線分析,以了解成像的基本特性,如成像位置及像的放大率等;再來是詳細(xì)研究成像的細(xì)節(jié),如光學(xué)像差等.而了解像差之后,便要設(shè)法消除之,以改良光學(xué)設(shè)計(jì)之成果質(zhì)量,提高其實(shí)用性.通常消除像，以前沒有非球面鏡片的時(shí)候，消除像差只有增加球面鏡片的數(shù)量或尺寸改善，但是那會直接導(dǎo)致成本的提高。非球面則解決了這個(gè)困擾。,輕,薄,短,小的產(chǎn)品正是目前潮流的趨勢,非球面的設(shè)計(jì)剛剛好符合這一方面的需求,利用非球面組件所組成的鏡組,其使用的鏡片數(shù)要比同質(zhì)量的球面鏡組少,若以成本來考慮,使用越少的鏡片鏡組,成

6、本當(dāng)然也就降低下來.三：塑料鏡片材料應(yīng)用有優(yōu)點(diǎn)就有缺點(diǎn)，塑料的缺點(diǎn)有：溫度特性差：和玻璃相較，塑料容易受環(huán)境影響光學(xué)特性。因?yàn)橐坏┠蜔釡囟鹊?，熱膨脹系?shù)大，光學(xué)組件就會變形而影響光學(xué)特性。精度較玻璃低：塑料由于材料特性的關(guān)系因此不均勻性較高，容易產(chǎn)生收縮變形，導(dǎo)致精度不容易控制?？构瘟Σ睿核芰系臋C(jī)械強(qiáng)度較低，材質(zhì)的硬度不像玻璃堅(jiān)硬，因此抗刮力差。與光學(xué)玻璃相較，材料種類較少：由于光學(xué)玻璃發(fā)展已有很長一段時(shí)間，所以塑料鏡片和其相較之下，材料種類較少，而且折射率較低，大約在1.5到1.6之間，分布較狹窄。有雙折射現(xiàn)象：造成光學(xué)性能降低。要有一定的產(chǎn)量才符合經(jīng)濟(jì)效益：塑料射出成形的模具價(jià)格十分昂貴，

7、一個(gè)模具開下去，可能需要幾十萬或百萬的費(fèi)用，所以如果沒有達(dá)到一定的產(chǎn)量規(guī)模，便不符合經(jīng)濟(jì)效益。大小受限制：塑料鏡片射出成形在eiOOmm以上的精度不足，會有成形上的問題，也可以說尺寸愈大，精度愈難控制。我們常用的光學(xué)塑料材料如下：聚碳酸酯,Polycarbonate,俗稱PC,為熱可塑性樹酯。（AD5503）廠家：日本帝人PMMA:聚甲基丙烯酸甲脂樹脂,俗稱壓克力.廠家：三菱化學(xué)PS:聚苯乙烯酸（MS:為PMMA與PS的共聚物）ZEONEX（COC）非結(jié)晶體材料。包括E48R,480R日本東京材料APEL（COC）非結(jié)晶體材料，型號包括5014DP/DQ。ARTON（COC）非結(jié)晶體材料。型號

8、一般有D4531，D4532FX4727等等。其它的還有TOPAS，OKP4（OKP4-HT），QI5000等新材料。其中OKP4的折射率相對其他要高，具體資料就不表述了。四：光學(xué)模具設(shè)計(jì)，制造41模具設(shè)計(jì)（此篇幅針對有模具方面知識的人員講解）作為光學(xué)鏡片而言，精密射出成形的根本在于高精度的模具。模具的質(zhì)量是鏡片成形技術(shù)的關(guān)鍵，也是整個(gè)鏡片制造過程中，花費(fèi)最大的部分，不僅需要有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者加以設(shè)計(jì)，而且也需要制造人員具有精密加工以及檢測方面的知識。塑料光學(xué)鏡片按照外形一般分幾種：圓形，方形，圓含剖邊，多面棱鏡，含側(cè)面柱子的圓/方形鏡片，含側(cè)面導(dǎo)軸孔的鏡片，柱面鏡片，其它異形鏡片。我先針對不同的

9、類型敘述不同的模具結(jié)構(gòu)。4.1.1圓形鏡片對于模具來講是結(jié)構(gòu)比較簡單的。固定側(cè)分割出鑲塊和CORE,可動側(cè)亦同，可設(shè)計(jì)為EP頂出和CORE直接頂出，鑲塊可為套筒或方體積塊均可。但要注意的地方是盡量避免CORE作為頂出機(jī)構(gòu)，從而可以改善偏心大的狀況。方形的亦然。4.1.2圓含剖邊的鏡片之所以設(shè)計(jì)剖邊是為了讓開GATE，所以做模具設(shè)計(jì)者而言，一定要保證其GATE的突出量在外圓的最大范圍之內(nèi)。至于頂出方式可參考4.1.1.4.1.3多面棱鏡：由于鏡片含有多個(gè)光學(xué)有效面，并且一般多面棱鏡使用在相機(jī)的觀景窗里面，相對外觀要求特別的嚴(yán)格，而且面精度（平面干涉條紋）要求在1本以下。而對面的傾角要求也非常嚴(yán)格

10、，各面的結(jié)合處要求填充飽滿但不能有毛邊。這樣對于模具的要求就十分高。有上圖可以看出，為保證光學(xué)面，模具結(jié)構(gòu)必須要做雙滑塊。光學(xué)平面模仁固定在滑塊上面。而且此模具的加工難點(diǎn)在與各滑塊的配合精度,模具的傳熱效果等等。4.1.4其它像需要側(cè)面抽芯的，前后模抽芯的結(jié)構(gòu)需要看LENS的具體形狀而定。4.2模具的頂出機(jī)構(gòu)4.2.1一般模具的頂出機(jī)構(gòu)為EP頂出，但是考慮到LENS的微觀變形問題，設(shè)計(jì)者應(yīng)盡量避免使用模仁頂出，而是使用EP頂出，這樣可以是受力更加均勻，LENS不會因?yàn)轫敵龆斐善渌牟涣棘F(xiàn)象發(fā)生。4.2.2即便是EP頂出，也有缺陷，當(dāng)EP過長，過細(xì)的時(shí)候強(qiáng)度必然會受到影響，那么這個(gè)時(shí)候就需要做

11、二次頂出機(jī)構(gòu)。使得EP的長度可以降低。達(dá)到穩(wěn)定作動的目的。五模具的制造：1材料的使用1.1模座鋼材一般使用S55,S45即可。特殊要求使用SKD51/61進(jìn)行熱處理后加硬。1.2鑲塊/套的材料一般使用S136/STAVAX牌號，真空熱處理到52。3頂針采用SKD61/SKH51等材料，但需要硬化到50HRC。1.4其它的標(biāo)準(zhǔn)件可以供貨商的具體規(guī)格為準(zhǔn)。何精度及定位精度對成品精度有很大的影響。一般LENS使用的模座尺寸在200*200至250*250mm之間，模座的精度比較好控制，首先平面度的保證，各模板包括AB板單獨(dú)每塊的正反面要求做到12um以下，只有這樣才能保證迭加后的平行度達(dá)到要求。一般

12、基本的加工流程為先開粗一做孔位T熱處理-T精加工。根據(jù)實(shí)際的設(shè)計(jì)需要設(shè)定各寸法的公差。3鑲塊/套筒的加工。作為成型零件的模具關(guān)鍵部份，對于鑲塊/套筒而言精度要求是非常嚴(yán)格的。下面的圖片有具體表示：相互孔之間位置寸法要求做到1um以下，孔的同軸度要求在00.002以下，然后做裝配的尺寸要求也是非常嚴(yán)格。*;二：卅|OQQ1|削sirg斗一站5q寸-0_0B.1OQ.OCZJD.回Cjl口,002B一:0.0023：1:-二OUCO.cjoH辺匚?。鸿倝K的加工精度要求非常高，所以對于機(jī)械加工人員來講，怎樣達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的要求成為難點(diǎn)，比如同心度2um以下的規(guī)格，一般加工非常困難，需要非常精密的坐標(biāo)磨

13、床進(jìn)行研磨才能達(dá)到要求。鑲套的同心度測量比較特殊，需要非常精密的真圓度儀器來測量，一般使用的比較多的三豐，TALYH公司的真圓度儀器。通過測量可以得到非常精確的數(shù)據(jù)：；Scalelumfdiy.9DqJLDiffBrBnredeltaR-0153umdeltaThsta46.riwietftiieetfijrP2tlG0GDnQMDl5RdN/LECircle/iCRil-50dpr2糾2DU切3：47躬r-jjjinz-3607AdrTilrLlTR29DMO耽CIM代1日C匚itrl自HDiyuticm:-ReferencePointjRO.COOurnTh日tmd.r:-CurrEnlj

14、Pnint沢-0!E3urriJh&ta313.9eetzzieeetiwzzRoundnEEEsppuinu和i匚咐F乎gnu“PEFiHerTmEFlllerRanqeLSCircle2C：尺1-50uprDartumSpindle卑衛(wèi)！EEJ6.29HJmrnVerlicalRNenative4模仁的設(shè)計(jì)與加工模仁作為一套模具的核心，也是附加價(jià)值最大的一個(gè)部分。射出成型使用的模仁一般采用鋼材制作，材料一般選用S136/STAVAX(HRC52)，進(jìn)行外形創(chuàng)成后鏡面端面進(jìn)行鍍鎳處理，因?yàn)殒嚨闹旅苄?，可加工性能都非常良好，所以對于超鏡面表面而言采用鎳做加工層是非常合適的。目前行業(yè)內(nèi)成像鏡頭使

15、用的小口徑非球面鏡片的模仁表面形狀誤差可以加工到0.1um以下，RA(表面粗糙度)可以達(dá)到0.05um。成型收縮后可以達(dá)到P-V值在0.3um以下。如下圖：MlodmcdProllle0.D3-O.DB0.D4-D.02O.DO-0.02-0.04-0.06-Aphiinc/1.OT&min/Asphgnc-L1nmm/Admin/PGhB402200/200613:57:1022/09/200613:57:41-adb-O.OG-M-0.02-ODD-0.02-004-a.DS-DD3SBBBSsSBBBS|SS|BBBBSSSSS|BB|SBBBSBB|SSSBBBBBB|SB|BSSSS

16、SSBBBSyS|BBSSyBBBBBBSB|BBBBSSBSBBpSS|-10-0.9-09-07-0.6-0.5-0.9-0.2-0.1-0.00.102090.4050.6D.7OJ0.91.0milhmetresRt0J264pmxp-0J567mmSmx117820凸Ra0.0168|jmXv-0.3438mmSmn1.6853oFig-0.0104pmxt0.5437mmTit0.11150非球面模仁是一個(gè)對稱的曲面，加工的時(shí)候使用單點(diǎn)金剛石車床進(jìn)行車削。由于車刀的刀頭R為0.2mm,所以一般設(shè)計(jì)模仁的時(shí)候請多注意留足夠的讓刀距離。模仁重要的尺寸要保證，特別是光學(xué)矢高，外徑，深度，

17、高度等等。一般使用的非球面車床有：TOSHIBA,MOOR等。不同的品牌有各自的優(yōu)點(diǎn)。但是綜合精度而言TOSHIBA的精度應(yīng)該是行業(yè)最高的。下表為不同品牌非球面加工機(jī)的加工精度對照表：型號C生產(chǎn)廠彖）卩M-18AGI(MooreSpecialTool匚美國ZUltoCmiRClCNCE9匚hine丄cTahi也匚g曰本)心XAAAAAAAAAAAAALathe4CIPT,德國2主丄*軸Q徑向跳動Cym匸0.0750.05(500r/min)0.048軸向跳動C馭20.05n.05(500r/min)Q徑向剛度CN/|jnn3心100Q軸向?qū)鵘度C叫妙心200P導(dǎo)丄Z向1主軸）宜線度衛(wèi)Q.5rn

18、j230rm,D44|jrTV8nmiTi攻.向【R架）直線度心,D44|jrTV8DmmX.Z向命肓度【犬）心1+1曲復(fù)逕位靖度1【全程70.5C25.4mm)A口加工丄工件丄形面樁度阪心平型厲：口0.1(P-V值)卩表面粗糙度C迦P40.O5(P-V值)心Ra0.002.2O.COBRMS位置辰遺系統(tǒng)分辨率（2,5溫控蓿度o.ori6p0.1卩隔媒系練固有頻率CHz01加工范團(tuán)cmm）Q256650i-gmCiQJ模仁的加工是多道非常精密的工序共同完成，加工者必須清楚的了解輪廓的形狀，并且熟悉表面輪廓測量技術(shù)，并具有相當(dāng)豐富的機(jī)械加工知識才能車削出高精度的模仁。精密和超精密制造工程是適應(yīng)前

19、沿高技術(shù)發(fā)展需求而發(fā)展起來的。它是一個(gè)國家重要經(jīng)濟(jì)和技術(shù)實(shí)力的體現(xiàn)，是其它高新技術(shù)實(shí)施的基礎(chǔ)。精密和超精密加工范疇劃分的界限見表1。表1按加工精度劃分加工精密度級別普通加工精密加工高精度加工超精密加工極超精密加工加工精度（um）100-1010-33-0.10.1-0.0050.005超精密制造技術(shù)是當(dāng)前各個(gè)工業(yè)國家發(fā)展的核心技術(shù)之一，各技術(shù)先進(jìn)國家在高技術(shù)領(lǐng)域（如國防工業(yè)、集成電路、信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)等）之所以一直領(lǐng)先，與這些國家高度重視和發(fā)展超精密制造技術(shù)有極其重要的關(guān)系。超精密制造技術(shù)是隨著測量技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。Renishaw、Heidenhain及SONY等公司發(fā)展了分辨率均可以達(dá)到1n

20、m的測量組件；美國HP公司、英國Taylor、美國zygo等公司的測量儀器均可以滿足納米測量的需求。超精密制造技術(shù)在國際上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。與國防工業(yè)有關(guān)的如人造衛(wèi)星用的姿態(tài)軸承和遙測部件、被送入太空的哈勃望遠(yuǎn)鏡（HST）、飛機(jī)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子葉片等；與集成電路（IC）有關(guān)的硅片加工（要求硅片的加工表面粗糙度Ra一般小于2nm，最高要求達(dá)01nm）；此外光刻設(shè)備和硅片加工設(shè)備的精度要求到亞微米和納米級。導(dǎo)彈慣性儀表的精度、激光陀螺儀的平面反射鏡的精度、紅外制導(dǎo)的導(dǎo)彈反射鏡等，其表面粗糙度均要求達(dá)到納米級。另外，光學(xué)非球曲面零件面形制造精度要求已達(dá)入/（3050）,表面粗糙度要求WO.5nm。1超精密

21、制造技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r1962年美國UnionCarbide公司研制出首臺超精密車床。在美國能源部支持下，LLI實(shí)驗(yàn)室和Y12工廠合作，與1983年成功地研制出大型超精密金剛石車床（DTM3型）。該機(jī)床可加工最大直徑02100mm,多路激光干涉測量系統(tǒng)分辨率為2.5nm。1984年，LLL實(shí)驗(yàn)室成功地研制出LODTM大型金剛石車床。該機(jī)床可加工的最大直徑為01625mmx500mm,重量1360kg。采用的雙頻激光測量系統(tǒng)分辨率為0.7nm,其主軸靜態(tài)精度為：徑向跳動W25nm，軸向竄動W51nm。LLL實(shí)驗(yàn)室這兩臺機(jī)床是目前公認(rèn)的國際上水平最高的超精密機(jī)床。CUPE（CranfieldUnitf

22、orPrecisionEngineering）研制的Nanocenter超精密車床已批量生產(chǎn)，其主軸精度W50nm，加工工件的面形精度W0.1umoTaylor公司兼并了Pneumo公司以后，批量生產(chǎn)Nanoform250超精密車床，產(chǎn)品占據(jù)了國際超精密加工很大部分應(yīng)用市場，是技術(shù)領(lǐng)先的產(chǎn)品。進(jìn)入90年代以后，超精密銑磨和拋光技術(shù)在幾個(gè)發(fā)達(dá)國家競相發(fā)展，個(gè)別實(shí)驗(yàn)室可以達(dá)到很高的水平，特別是其中包含的納米制造技術(shù)，受到很大的關(guān)注。開發(fā)超精密銑磨和納米拋光制造技術(shù)較好的公司及機(jī)構(gòu)有：美國M00RE公司、英國的TAYL0R、德國的ZEISS、LOH、SCHNEIDER、日本的NACHI、TOSHIB

23、A、荷蘭的PHILIP等。國內(nèi)有許多單位在從事研究和生產(chǎn)超精密加工設(shè)備和儀器，如：北京機(jī)床研究所、清華大學(xué)、長沙國防科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西安交通大學(xué)、303所等單位。北京機(jī)床研究所生產(chǎn)的超精密機(jī)床特點(diǎn)是：主軸性能好，精度可以達(dá)到20-50nm，剛度可以達(dá)到350N/um；溜板直線性W0.1um/200mm；加工件表面粗糙度值小，車銑表面最好可以小于1nm；運(yùn)動系統(tǒng)分辨率高，可以達(dá)到納米級；商品化程度高。機(jī)床類型包括：JCS027超精密車床、NAM800超精密車床、SQUARE300超精密銑床和SPHERE200超精密球面加工機(jī)床等。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的超精密機(jī)床型號為HCM，主軸精度W5

24、0nm，徑向剛度220N/um，軸向剛度160N/um,導(dǎo)軌Z向（主軸）直線度W0.2um/100mm，X向（刀架）直線度W0.2um/100mm，X、Z向垂直度Wl，加工工件精度形面精度（圓度）W0.lum。超精密制造技術(shù)將沿著三個(gè)方向發(fā)展：（1）在尖端技術(shù)和產(chǎn)品的需求下，開拓新的加工機(jī)理，進(jìn)入到納米級和亞納米級加工精度。（2）在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高的需求下，進(jìn)入國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場，提高國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。如汽車制造、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)路、光盤、家用電器等均緊密依賴于超精密制造技術(shù)的支持。（3）現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，學(xué)科交叉、復(fù)合加工技術(shù)的特點(diǎn)日益突出，精密加工和超精密加工不僅作為一門獨(dú)立的學(xué)科

25、發(fā)展，而且會以更多的交叉學(xué)科形式出現(xiàn)，甚至形成新的學(xué)科。例如：精密特種加工技術(shù)、納米制造技術(shù)等就包含了多種學(xué)科。超精密制造技術(shù)的發(fā)展將促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)主要領(lǐng)域和高技術(shù)各相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。2影響表面加工質(zhì)量的若干因素分析表面特征是控制工業(yè)產(chǎn)品表面質(zhì)量的主要內(nèi)容，它是實(shí)際表面上某些典型偏差的綜合。超精密加球面質(zhì)量，主要包括粗糙度、波紋度和面形精度，三者是根據(jù)表面測量的空間尺度和頻率不同來劃分的。一個(gè)復(fù)雜的表面輪廓可分為3類空間頻率成分：表面的低頻分量（面形）、高頻分量（表面粗糙度）、介于此二者之間的中頻分量（波紋度）。因?yàn)榱慵谋砻尜|(zhì)量是影響其使用性能的最重要因素。對于光學(xué)表面而言，面形誤差反映光線經(jīng)表

26、面后走向的準(zhǔn)確性，波紋度和粗糙度則與表面散射有關(guān)，特別地，波紋度與小角散射有關(guān)。對于成像系統(tǒng)，小角散射會產(chǎn)生像散，使像面模糊，降低系統(tǒng)的分辨率；對于反射系統(tǒng)，波紋度反映了表面的不均勻程度，它會造成鏡面反射及散射不均，這在某些應(yīng)用中是至關(guān)重要的。在超精密車削中，很多因素都對表面加工質(zhì)量有影響。如刀具的幾何參數(shù)、主軸回轉(zhuǎn)精度、溜板運(yùn)動精度、自振與隔振、系統(tǒng)穩(wěn)定性等。這些因素自身具有一定規(guī)律性，這些有規(guī)律的影響因素以其固有的規(guī)則對表面加工質(zhì)量產(chǎn)生影響。為了實(shí)現(xiàn)超精密車削必須對切削用量進(jìn)行優(yōu)選，因而需要預(yù)測將要獲得的表面粗糙度。通過對表面粗糙度影響因素分析模型理論的研究，可進(jìn)一步進(jìn)行機(jī)床、單元部件、刀

27、具、切削機(jī)理和切削工藝的研究。六：鏡片射出成形。鏡片射出成形同普通黑色零件有明顯的區(qū)別：l一般射出采用電動高精密注塑機(jī)。2模具需要加溫裝置（電熱/油溫度控制）3射出速度，壓力都比較小。4對射出工程的工作環(huán)境要求非常嚴(yán)格。一般使用的是萬級或千級的無塵室。甚至有使用l00級或l0級的。5對自動化程度要求高。下圖是常見的兩種精密電動射出成形機(jī)。日本FANUC電動成形機(jī)日本SOMITOMO電動成形機(jī)成形的整個(gè)過程中塑料產(chǎn)生了相變化、密度變化、溫度變化及壓力變化。為了要能掌握塑料變化的情形，除了要了解材料的加工性質(zhì)外，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)計(jì)劃法分析成形條件的趨勢，更是精密成形的關(guān)鍵。成形技術(shù)的目的，是希望成品能夠有

28、良好的再現(xiàn)性，并符合形狀精度要求。前者需要的是成形條件范圍大,機(jī)臺和模具的精度及穩(wěn)定性高；后者需要成形收縮變形小，成品對稱性高。這些要求除了需要良好的成形技術(shù)外，也需要模具技術(shù)、硬設(shè)備及環(huán)境的配合。1圖表是作者多年光學(xué)成形經(jīng)驗(yàn)的總結(jié):干涉條紋NG現(xiàn)象R值不良現(xiàn)象干涉條紋NG現(xiàn)象R值不良現(xiàn)象球面偏大偏小條紋變形條紋無法全部拉開不良原因模具溫度過高壓力/溫度過高模具溫度過低增加即可調(diào)整方式降低溫度/壓力/速度降低即可提高溫度/壓力/速度增加即可上圖表敘述的是球面發(fā)生成形不良現(xiàn)象的對策方式，由于具體象限現(xiàn)象各有不同，實(shí)際情況還看現(xiàn)狀為準(zhǔn)。球面機(jī)能主要的不良為面精度NG即干涉條紋NG,干涉條紋的不良狀

29、況一般就是上面圖片的兩種情況。對策方式也基本相同。球面的面精度還與模具的離型有很大的關(guān)系。但離型NG的時(shí)候，LENS被頂出的過程就產(chǎn)生的變形，導(dǎo)致表面扭曲，從而是面精度不良。有時(shí)候模具的逃氣也直接會導(dǎo)致面精度不良。譬如當(dāng)逃氣不良的時(shí)候，LENS的表面就無法轉(zhuǎn)寫CORE的表面，從而導(dǎo)致表面發(fā)生變化，造成不良的發(fā)生。2非球面不良現(xiàn)象及對策方式。P-V(RT)不良(鏡片凸面)P-V(RT)不良(鏡片凹面)/非球面測量的誤差圖形為凹的形狀測量的誤差圖形為凹的形狀不良原因模具溫度，成形保持壓力過低模具溫度，成形保持壓力過高調(diào)整方式提升溫度/壓力/速度降低溫度/壓力/速度P-V(RT)不良(鏡片凹面)P-

30、V(RT)不良(鏡片凸面)非球面廠/測量的誤差圖形為凹的形狀/測量的誤差圖形為凹的形狀不良原因模具溫度，成形保持壓力過低模具溫度過高調(diào)整方式提升溫度/壓力/速度降低溫度/壓力/速度上面的圖表是以LENS的實(shí)際設(shè)計(jì)輪廓作參考來調(diào)整的，成形者必須確定LENS的實(shí)際形狀再做判斷，從而在作調(diào)整。總的而言，LENS的射出成形以多段射出，多段保壓，多段計(jì)量，低速低壓為準(zhǔn)則，盡量避免高溫，高壓,高速的出現(xiàn)，從而提高精度，延長模具的壽命。六：測量非球面鏡片測量除外形尺寸與其它類型零件相同外，其它各種特殊的規(guī)格必須使用特殊的儀器來測量。偏心測量偏心可分為透過式偏心和反射式偏心兩種。其中透過式偏心采用偏心顯微鏡測

31、量。下圖是目前行業(yè)使用的幾種偏心測量儀器：德國TRIOPTICS面精度的測量面型是光學(xué)制造中的重要精度指標(biāo)之一，簡單來說是表面不平整度；這就好像鋪水泥路面，鋪的好的表面很平整，沒有坑坑洼洼，車子開過去好的路面很平穩(wěn)、不好的坑坑洼洼的，就顛簸得厲害！面型的兩個(gè)參數(shù)PV和RMS值，PV是表示路面的最高處與最低處的差值，RMS值是全部路面高低的平均值；因此PV值能夠做到0.1個(gè)波長，RMS值至少在0.02左右，一般來說，PV值是RMS值的6-8倍。目前很多商家說出所謂的1/8波長或1/10波長實(shí)際上多指RMS值，其PV值往往達(dá)不到1個(gè)波長，而良好的天文觀測器材應(yīng)該具備PV=1/2波長才算是精度比較好

32、的。在實(shí)際中，光學(xué)圖紙對光學(xué)零件的要求用光圈數(shù)（N）和局部光圈表示，而在加工出來后用zygo干涉儀檢測卻是pv和rms值，用ZYG0可以測出光圈，局部光圈，PV。RMS。不同的設(shè)置測出來的是不同的。并不是出來的都是PV。光圈和PV的關(guān)系是：光圈好的。PV肯定好。PV好的。光圈不一定好。PV是光圈的波峰和波谷的相對值。不考慮局部誤差的影響。說光圈時(shí)一般要考慮局部光圈誤差的影響。/*GHZZ用ZYGO儀器測量光學(xué)零件的光圈（N）,讀的不是很準(zhǔn)，要讀的話就是軟件上面surfacemap中的power值，不過要把單位轉(zhuǎn)化成光學(xué)單位。至于局部光圈讀profilemap中的pv直，很準(zhǔn)確，把surface

33、map中的line放在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)位置，看高或低所占的pv的比例就行.BOvF9rb圖紙中的光圈數(shù)是加工元件與樣板的偏差而產(chǎn)生的干涉條紋數(shù)；而干涉儀測量時(shí)，參考球半徑（類似于樣板半徑）可變，條紋多少是可以變化的，測量結(jié)果（PV和RMS值）是加工元件與最接近參考球的偏差.v!X+一道圈是面型偏差有二分之一個(gè)波長大小,546.1nm是標(biāo)準(zhǔn)波長,PV是面型偏差的最大值，除以546.1就是幾分之幾波長，和二分之一個(gè)波長比較，有幾個(gè)二分之一波長就有幾到圈.C/7w|wE總之呢，光圏和PV、RMS是兩種不同的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。局部光圈如果作為PV來評價(jià)的話，是比對的PV值還要高。3.1非接觸式測量（球面干涉儀器

34、）FUJIN0N干涉儀器ZYGO干涉儀球面干涉儀器是鑒定球面面形精度的快速準(zhǔn)確的工具之一，屬于非接觸式測量。在測量的過程中不會造成工件（鏡片）損傷。2.1接觸式測量2.1.1TaylorhobsonTaylorhobson輪廓測定誤差儀器是英國TAYLOR公司的一款十分精確的輪廓測量儀器。根據(jù)不同的規(guī)格它可以測量不同外形的LENS，測量數(shù)據(jù)包括P-V（RT）形狀誤差，RA表面粗糙度等等。測量精度可以達(dá)到0.15um.PanasonicUA3P三次元量測儀是日本松下公司的一寬測量儀器，其特點(diǎn)是可以針對非球面鏡片整個(gè)表面進(jìn)行掃略測量，然后生成3D誤差形狀，而且測量精度非常高，為目前世界上納米級的輪

35、廓測量儀器的先驅(qū)。PanasonicUA3P三次元量測儀七：結(jié)束語非球面鏡片的生產(chǎn)和測量技術(shù)目前國內(nèi)還是比較落后，和日本，美國，德國等發(fā)達(dá)國家還有相當(dāng)大的差距，無論是在理論上，還是在加工/測量的機(jī)器上都有。希望借此一章小小的總結(jié)，能對有需要的同仁有所借鑒。因資歷淺薄，文章中提到許多經(jīng)驗(yàn)方面的東西難免有誤，請各位多多指正。注：專業(yè)性術(shù)語/圖片有摘自其它期刊/文章，此處不做詳細(xì)描述。塑料鏡片成型工藝&測試評價(jià)塑料鏡片用模具及其結(jié)構(gòu)1.塑料在注射機(jī)內(nèi)加熱成熔融狀態(tài)并射出到模具中，塑料在模具中冷卻后形成固態(tài)的鏡片。塑料鏡片的模具對鏡片的質(zhì)量影響非常大，是生產(chǎn)中的關(guān)鍵因素。塑料鏡片模具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：1

36、結(jié)構(gòu)簡單，但加工精度要求高。2公母模座都設(shè)計(jì)有冷卻水道來控制公母模具溫度。3模具要求不可有油，潔凈度要求比較高。4模仁精度高，表面鎳層非常脆弱，容易受損。模具結(jié)構(gòu)圖如下：澆道母模仁墊片母模仁上固定板冷卻水流道公模仁母模仁板公模仁板公模板上頂板（圖母模板下頂板止動塊公模仁墊片流道頂針模仁座導(dǎo)向結(jié)構(gòu)HTNrKRO-l；8U頂出板導(dǎo)向結(jié)rT構(gòu)/V.7頂出板導(dǎo)向結(jié)構(gòu)兼模架支撐（圖二）2.模具用零件材料表零件名稱材料要求上下固定板P5平面度0.005以內(nèi)公母模板NAK80平面度0.005以內(nèi)公母模仁座V-4（熱處理）HRC:6062度公母模仁STAVAX-420HRC:5254度澆口STAVAX-420

37、HRC:5254度公母模仁墊片SKD61熱處理HRC:5254度上頂板P5平面度0.005以內(nèi)下頂板SKD61熱處理HRC:5254度模架支撐塊P5模仁的制造鏡片的鏡面為模仁成型，模仁鍍鎳（厚度約0.1mm）,在鎳層上采用超精密加工車床車削出需要的鏡面回轉(zhuǎn)曲面。新模具一般先制做一套鏡面模仁，并把該模仁組立入模具后，試模并在射出的最佳狀態(tài)下射出試模鏡片，并對試模的鏡片進(jìn)行鏡片的面精度測量，如果誤差太大則在成品測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計(jì)算出對模仁修正所需要的加工量，模仁進(jìn)行二次超精密加工補(bǔ)正作業(yè)，以使最終產(chǎn)品精度進(jìn)入圖面范圍。如果一次補(bǔ)正不行則進(jìn)行二次補(bǔ)正，直至圖面要求。當(dāng)首套模仁確認(rèn)OK后，再對其它穴的

38、模仁進(jìn)行復(fù)制作業(yè)，復(fù)制的模仁再進(jìn)行實(shí)際射出并確認(rèn)，如果不符合圖面則進(jìn)行補(bǔ)正修改直到符合要求為止。模仁的曲面外形與最終射出完成品的曲面外形不一定完全相同，其取決于鏡片的結(jié)構(gòu)狀況等。因模仁制造使用了超精密加工車床加工，故可以制造出非球面的軸回轉(zhuǎn)曲面塑料鏡片，這是球面磨鏡片所無法達(dá)到的。而非球面鏡片對于光學(xué)組件改善球差等像差是非常重要的，故射出鏡片的重要性得到了肯定。二塑料鏡片射出成型成型過程在很大程度上會影響塑料產(chǎn)品的質(zhì)量。OCBU/PIM使用的是日本FANUC的射出機(jī)臺，公母模都使用水溫機(jī)進(jìn)行模具溫度控制，溫度可以控制在-/+1度內(nèi)。使用的塑料顆粒在射出前先進(jìn)行干燥處理，確保成型品的質(zhì)量穩(wěn)定。成

39、型條件及設(shè)定參數(shù)包括以下：1公母模模具溫度；2射出料管溫度（噴嘴，料管1,料管2，料管3，進(jìn)料口）；3射出及保壓參數(shù)；4模具動作設(shè)定；5頂板動作設(shè)定；6計(jì)量條件設(shè)定其中第1，3項(xiàng)對成型鏡片影響最大。射出的整個(gè)循環(huán)如下：1合模，2射出，3保壓，4計(jì)量，5.開模，6推頂中射出及保壓參數(shù)中：射出段數(shù)一般45段，各段表示射出的塑料充填到模具的料頭，料桿，進(jìn)料口，鏡片主體各部位時(shí)的塑料料流速、壓力及活塞活動距離等數(shù)值。當(dāng)設(shè)定的切換條件（位置或壓力）達(dá)到設(shè)定值的時(shí)候，進(jìn)入保壓狀態(tài)。保壓也可分多段保壓，每段保壓有相應(yīng)的壓力設(shè)定及保壓時(shí)間。常用的23段保壓，后段的保壓比前段的壓力下降。射出穩(wěn)定后，機(jī)器手把射出

40、的鏡片從模具中夾出，并用離子風(fēng)扇吹至室溫。射出的鏡片溫度降低為室溫后放在相應(yīng)治具上，用表面輪廓儀測量面形精度（抽檢），如果發(fā)現(xiàn)與圖面要求有差異，修改射出條件待射出穩(wěn)定后再進(jìn)行成品測量。一般情況下射出可以改善的精度范圍在l“m以內(nèi)?，F(xiàn)在PIM所使用到的塑料材料有：1.PMMA（00134-000日本三菱）；2.PC（00134-100日本帝人化成）；3.PS（00134-200）；4.ZEONEX（00134-300）；5.PMMA（00134-001日本旭化成）。在成型過程中既需要注意測量鏡片的面形精度也需要注意測量鏡片的機(jī)械尺寸，因每次模仁的修正皆要拆卸模仁，每次組裝模仁后都需要從新調(diào)整鏡片

41、的中心肉厚和R1/R2面高度，以達(dá)到圖面要求。因模具上無法確定產(chǎn)品的中心肉厚等，故試模的時(shí)候就需要通過射出的鏡片數(shù)據(jù)來反饋調(diào)整模具上中心肉厚及R1/R2高的數(shù)值。在成型過程中有一些客觀的因素會導(dǎo)致產(chǎn)品的不良，常見的有黑白點(diǎn)、白霧、刮傷線、流痕、紅線等等，部分與模具有關(guān)，部分與射出條件有關(guān)，具體原因需要具體分析。三塑料鏡片的鍍膜塑料鏡片鍍膜為真空冷鍍，通過鍍膜材料汽化及離子化后打擊在鏡片表面以形成非常薄的薄膜。PIM現(xiàn)在可以在塑料鏡片上鍍的膜有:全反射鋁膜、半反射膜、增透膜。其中PIM現(xiàn)在所鍍的半反射膜、增透膜都為多層膜，每面57層。因PMMA塑料不耐高溫，故鍍膜時(shí)溫度必須控制的比較低（45度以內(nèi)），否則容易在鏡片表面形成裂紋狀的膜。PC耐候性較好，可以承受的溫度較高一些。塑料鍍膜較玻璃鍍膜設(shè)備多個(gè)低溫度冷凍機(jī)，用于降低鍍膜室溫度和抽取水分和氮?dú)獾墓δ堋Ｋ芰乡R片鍍膜后有幾項(xiàng)評價(jià)項(xiàng)目：1.透過率；2外觀（膜欠、膜不、燒蝕、白點(diǎn)、其它外觀不良）；3.膜強(qiáng)度；4.環(huán)境測試等。PIM塑料鏡片鍍增透膜后，