一种高光洁度的光学玻璃头罩的加工工艺及制品

技术领域

本发明涉及的是光学透镜的加工领域，B24B13/00，尤其涉及一种高光洁度的光学玻璃头罩的加工工艺及制品。

背景技术

透镜是用特定元素的透明物质制备得到的一种光学元件，其具有聚光、透光、成像、扩散光等优势，在交通、军工、医疗、天文等领域具有重要的影响，而光学透镜则是其中的核心部件，不同的应用场景对其表面粗糙度、面型精度等具有不同的高要求，而光学透镜的加工工艺则决定了其性能参数的优劣。对于高要求的光学透镜来讲，则会更多地选择古典抛光的方式来保证其符合标准，但是其加工效率低，在采用高速抛光的加工工艺的前提下，能够得到高高光洁度、高精度的成品则需要进一步探究与钻研。

专利CN201910067327.3提供了一种ZNSE透镜抛光工艺，通过电镀金刚砂轮片与抛光液进行分割，随后利用抛光液在研磨盘上进行粗磨、精磨、磨边、检测得到，在抛光液中加入钻石微粉，增加了抛光的精细度，缩短了加工时间，但是在加工过程中会由于温度的升高而导致透镜发生变形，精度降低。专利CN202011234248.6公开了一种光学镜片的加工工艺，通过铣磨、精磨、抛光、磨边、清洗、镀膜、涂墨、胶合的工艺进行加工，在精磨过程中，增加了喷雾喷头，实现加工过程中对温度的控制，进而提高其加工精度。但是该加工过程中的喷雾会影响操作人员的操作，增加加工成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种高光洁度的光学玻璃头罩的加工工艺，其包括如下步骤：

(1)坯料检测：检测透明坯料的面型精度、中心厚度尺寸和表面粗糙度。

在一些优选的实施方式中，所述透明坯料选自玻璃、石英中的一种或多种；优选地，所述透明坯料为石英；进一步优选地，所述石英为紫外熔融石英。

所述紫外熔融石英选自JGS1、JGS2、JGS3、7980中的一种；优选地，所述紫外熔融石英为7980。

(2)精磨：采用精磨模具对(1)中检验合格的透明坯料进行精磨处理，进一步提高表面精度、尺寸要求和表面误差。

优选地，所述精磨的具体操作为利用双组份粘合剂将金刚石丸片粘到精磨模具表面，对透镜分两段进行精磨处理，进一步提高表面精度、尺寸要求和表面误差。

在一些优选的实施方式中，所述双组份粘合剂选自双组份丙烯酸树脂粘合剂、双组份环氧树脂粘合剂、双组份聚氨酯粘合剂中的一种；优选地，所述双组份粘合剂为双组份聚氨酯粘合剂。

在一些优选的实施方式中，所述双组份聚氨酯粘合剂的混合粘度为50～200mPa·s，A组分与B组分的重量比为(2～3)：1；优选地，所述双组份聚氨酯粘合剂的混合粘度为100mPa·s，A组分与B组分的重量比为2.4：1。

在一些优选的实施方式中，所述精磨模具由苏州启明玻璃仪器有限公司定制所得，需搭配固定的夹具得以实现精磨处理。

在一些优选的实施方式中，所述精磨处理中第一段的金刚石丸的平均粒度为700～1500#，精磨处理时间为60～100s，精磨处理的转速为500～1000转/分；优选地，所述精磨处理中第一段式的金刚石丸的平均粒度为1200#，精磨处理时间为80s，精磨处理的转速为800转/分。

在一些优选的实施方式中，所述精磨处理中第二段的金刚石丸的平均粒度为1300～2000#，精磨处理时间为170～240s，精磨处理的转速为800～1500转/分；优选地，所述精磨处理中第二段式的金刚石丸的平均粒度为1500#，精磨处理时间为200s，精磨处理的转速为1000转/分。

在一些优选的实施方式中，所述精磨处理中第一段的尺寸消磨为0.15～0.3±0.05mm，第二段的尺寸消磨为0.01～0.05±0.02mm；优选地，所述精磨处理中第一段的尺寸消磨为0.2±0.05mm，第二段的尺寸消磨为0.02±0.02mm。

精磨处理可以实现对产品的中心、表面精度、尺寸进行调整。本申请中通过采用双组份粘合剂将两种不同粒度的金刚石丸固定于磨具表面，在提升精磨速率的同时，还能提高精磨的质量。特别是第一段选用平均粒度为700～1500#的金刚石丸，第二段选用平均粒度为1300～2000#的金刚石丸，二者在粘合剂、转速等参数、定制夹具的协同作用下，能够进一步提高对光学玻璃头罩的尺寸精度、中心、表面精度的把控，使所得的光学玻璃头罩的中心偏差可以小于2arcmin，精确度高。

(3)抛光：将(2)所得的透明坯料通过抛光膜与抛光磨具进行贴合，并进行抛光处理。

优选地，所述抛光处理的具体操作为：将(2)所得的透明坯料通过火烤加热处理的抛光膜与设计好R值的抛光磨具进行贴合，保证R值吻合，并加入抛光粉溶液进行抛光处理。

在一些优选的实施方式中，所述抛光处理的方式选自古典抛光、高速抛光中的一种或多种；优选地，所述抛光处理的方式为高速抛光。

在一些优选的实施方式中，所述高速抛光的转速为1000～2000转/分，高速抛光的时间为1000～1800s；优选地，所述高速抛光的转速为1400～1700转/分，高速抛光的时间为1100～1500s；进一步优选地，所述高速抛光的转速为1500转/分，高速抛光的时间为1200s。

在一些优选的实施方式中，所述抛光液在抛光过程中需要根据抛光液浓度进行不断补加，补加方式为通过毛笔将抛光液均匀撒于光学玻璃头罩表面。

在一些优选的实施方式中，所述抛光粉溶液选自抛光粉、去离子水、无机碱、水溶性酸中的一种或多种；优选地，所述抛光粉溶液选自抛光粉、去离子水、水溶性酸中的一种或多种；进一步优选地，所述抛光粉溶液为抛光粉、去离子水、水溶性酸。

在一些优选的实施方式中，所述抛光粉、去离子水、水溶性酸的质量比为1：(0.02～0.5)：(10～35)；优选地，所述抛光粉、去离子水、水溶性酸的质量比为1：(0.02～0.1)：(15～30)；进一步优选地，所述抛光粉、去离子水、水溶性酸的质量比为1：0.05：20。

在一些优选的实施方式中，所述抛光粉选自选自氧化铬、白刚玉、稀土系列抛光粉、碳酸锆、氯化铝、硝酸锌、二氧化硅、硫酸锌中的至少一种；优选地，所述抛光粉为稀土系列抛光粉。

在一些优选的实施方式中，所述稀土系列抛光粉选自氧化镧、氯化镧、氧化铈、硝酸铈、碳酸铈、硝酸铈铵、醋酸铈、氧化钕、硝酸钕、硝酸锆、氧化锆、氧化镓中的至少一种；优选地，所述稀土系列抛光粉为氧化铈。

在一些优选的实施方式中，所述氧化铈的粒径范围为0.5～5μm，硬度为5～10；优选地，所述氧化铈的粒径范围为1.1～3.0μm，硬度为6～9。

在一些优选的实施方式中，所述水溶性酸选自盐酸、硫酸、醋酸、草酸、柠檬酸、磷酸、硝酸、乙二酸、丙二酸中的至少一种；优选地，所述水溶性酸选自盐酸、硫酸、草酸、柠檬酸中的一种或多种；进一步优选地，所述水溶性酸为柠檬酸。

抛光粉的添加可以使抛光粉与光学玻璃头罩之间形成摩擦力，进而使光学玻璃头罩的表面达具有高光洁度，满足用途需求，采用粒径范围为0.5～5μm，硬度为5～10的氧化铈作为抛光粉，其硬度和粒径适用于光学玻璃头罩的，能够达到很好的抛光效果，最终产品的表面粗糙度小。但是抛光粉的分散性会严重影响光学玻璃头罩的抛光性能。本申请人发现在上述体系中加入柠檬酸能够提升抛光液的稳定性，提升产品的尺寸精准度。推测可能原因是，在柠檬酸和水的混合溶液中，氧化铈颗粒表面的静电斥力作用增加，减弱了范德华作用力，而且可以在氧化铈颗粒表面形成保护结构，避免了颗粒间在高速抛光过程中的相互碰撞导致的团聚现象，进而增加了氧化铈抛光粉分散性，同时还能提高抛光液的扩散速率和稳定性，增加抛光液在高速抛光中的高温稳定性，特别是抛光粉、去离子水、水溶性酸的质量比为1：(0.02～0.5)：(10～35)时，效果更佳。

(4)洗净：将(3)处理后得到的产品通过清洗剂对其进行表面清洗，从而达到品检要求。

本发明的第二方面提供了一种高光洁度的光学玻璃头罩，其是由上述加工工艺制备得到。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本申请中通过对检测合格的坯料分段进行精磨后，采用高速抛光的方法进行抛光处理，随后用清洗液清理即可得到光学玻璃头罩。该光学玻璃头罩的光洁度高、面型精度好，中心偏差、曲率半径公差小，不会发生变形，表面粗糙度小。

(2)本申请中选择抛光粉、水、柠檬酸组成的抛光粉溶液，能够促使抛光粉溶液的均匀分散性和加工稳定性，达到了更高的光洁度，同时加快了抛光速率，降低了抛光溶液的补加频率，经济成本低。

(3)本申请中所得的光学玻璃头罩两侧需要有特定尺寸的直角存在，通过特定夹具以精磨磨具的配合使用，可以保证其尺寸准确，还具有优异的耐高温性能，能够满足陆军军工装置、设备中的精准定位、发射需求，在陆军军工领域具有广泛的应用前景。

具体实施方式

实施例1

1、一种高光洁度的光学玻璃头罩的加工工艺，其包括如下步骤：

(1)坯料检测：检测透明坯料的面型精度、中心厚度尺寸和表面粗糙度。

所述透明坯料的检测方法为：利用目视法测定其面型精度，采用百分表、千分尺对其面中心厚度尺寸和表面粗糙度进行测试。

所述面型精度为ΔN＝0.5，中心厚度尺寸为36mm，表面粗糙度为光洁度：40-20。

所述透明坯料为石英；所述石英为紫外熔融石英。

所述紫外熔融石英为7980(美国康宁，HPFS7980)。

(2)精磨：采用精磨模具对(1)中检验合格的透明坯料进行精磨处理，进一步提高表面精度、尺寸要求和表面误差。

所述精磨的具体操作为利用双组份粘合剂将金刚石丸片粘到精磨模具表面，对透镜分两段进行精磨处理，进一步提高表面精度、尺寸要求和表面误差。

所述双组份粘合剂为双组份聚氨酯粘合剂。

所述双组份聚氨酯粘合剂的混合粘度为100mPa·s，A组分与B组分的重量比为2.4：1(余姚市汇鸿塑料厂)。

所述精磨模具由苏州启明玻璃仪器有限公司定制所得，需搭配固定的夹具得以实现精磨处理。

所述精磨磨具的直径D1为110.0mm，内孔H1为30.00，倒角C1为0.5×45°，半径R1为4.5cm，宽度T1为7.0cm，高度A1为2.7cm，偏摆度为0。

所述精磨处理中第一段式的金刚石丸的平均粒度为1200#，精磨处理时间为80s，精磨处理的转速为800转/分。

所述精磨处理中第二段式的金刚石丸的平均粒度为1500#，精磨处理时间为200s，精磨处理的转速为1000转/分。

所述第一段式的金刚石丸、第二段式的金刚石丸均购自郑州三泰金刚石砂轮有限公司(日本三合株式会社)。

所述精磨处理中第一段的尺寸消磨为0.2±0.05mm，第二段的尺寸消磨为0.02±0.02mm。

精磨处理可以实现对产品的中心、表面精度、尺寸进行调整。

(3)抛光：将(2)所得的透明坯料通过抛光膜与抛光磨具进行贴合，并进行抛光处理。

所述抛光处理的具体操作为：将(2)所得的透明坯料通过火烤加热处理的抛光膜与设计好R值的抛光磨具进行贴合，保证R值吻合，并加入抛光粉溶液进行抛光处理。

所述抛光处理的方式为高速抛光。

所述高速抛光的转速为1500转/分，高速抛光的时间为1200s。

所述抛光液在抛光过程中需要根据抛光液浓度进行不断补加，补加方式为通过毛笔将抛光液均匀撒于光学玻璃头罩表面。

所述抛光粉溶液为抛光粉、去离子水、水溶性酸。

所述抛光粉、去离子水、水溶性酸的质量比为1：0.05：20。

所述抛光粉为稀土系列抛光粉。

所述稀土系列抛光粉为氧化铈。

所述氧化铈的粒径范围为1.1～3.0μm，硬度为6～9(购自石家庄润邦新材料科技有限公司)。

所述水溶性酸为柠檬酸。

(4)洗净：将(3)处理后得到的产品通过清洗剂对其进行表面清洗，从而达到品检要求。

所述清洗剂为污水乙醇，购自苏州市中意化工原料有限公司。

2、一种高光洁度的光学玻璃头罩，其是由上述加工工艺制备得到

所述光学玻璃头罩的光洁度为40-20，中心偏差为＜2arcmin，倒边：0.2×45°，曲率半径公差：0.5％。

实施例2：

1、一种高光洁度的光学玻璃头罩的加工工艺，与实施例1的不同之处在于：

所述抛光粉、去离子水、水溶性酸的质量比为1：0.07：20。

2、一种高光洁度的光学玻璃头罩，其是由上述加工工艺制备得到。

对比例1：

1、一种高光洁度的光学玻璃头罩的加工工艺，与实施例1的不同之处在于：

所述抛光粉、去离子水、水溶性酸的质量比为1：1：20。

2、一种高光洁度的光学玻璃头罩，其是由上述加工工艺制备得到。

对比例2：

1、一种高光洁度的光学玻璃头罩的加工工艺，与实施例1的不同之处在于：

所述精磨处理中第二段式精磨处理的转速为1800转/分。

2、一种高光洁度的光学玻璃头罩，其是由上述加工工艺制备得到。

对比例3：

1、一种高光洁度的光学玻璃头罩的加工工艺，与实施例1的不同之处在于：

所述精磨处理中第一段的尺寸消磨为0.4±0.05mm。

2、一种高光洁度的光学玻璃头罩，其是由上述加工工艺制备得到。

性能测试

1、面型精度：根据国家标准GB/T 2831-2009中光圈识别法，测定实施例及对比例所得透镜的牛顿环。

2、表面光洁度：通过10倍的目镜对实施例及对比例所得镜片进行人工检验透镜表面，然后利用千分尺、百分表进行数值。

表1实施例及对比例性能测试结果

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