[0001] 本发明涉及镜片加工技术领域，具体涉及一种柱面镜片的加工装置及加工方法。

[0002] 近年来，大功率光学系统中大量的采用柱面光学元件实现激光光束的整形、扩束等功能，常见的有双凸柱面、平凸柱面、双凹柱面、平凹柱面等，随着激光系统需求光束质量的提升，激光系统对柱面光学元件的要求越来越高，其不仅要求柱面的表面面型精度，还需要严格控制柱面的几何精度误差，包括柱面上下表面母线的平行度误差，柱面偏心，柱面上下表面母线的平行度误差包含：横向平行度和纵向平行度，横向平行度导致上下两个面绕光轴旋转，造成较大的像散误差，而纵向平行度导致柱面的厚度不一致，造成光束的倾斜误差，同时其柱面面型误差更是影响很大，因此，柱面的母线平行度，面型精度等在加工中需严格控制，尤其是平凸传统柱面镜的加工方法为柱面粗磨成型、柱面精磨、柱面粗抛、柱面精抛修形四个阶段，并在各工序进行参数控制，所获得的平凸柱面的精度受限于加工机器及模具本身的精度，一般单片柱面镜片加工难以直接达到柱面镜片的几何形状，面型更高精度。

[0017] 现在将详细参照本公开的实施例，其一个或多个示例在本文中下面阐述。每个实施例和示例通过解释本公开的装置、组成和材料来提供，而不是限制。相反，以下描述提供了用于实现本公开的示例性实施例的方便图示。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，可在本公开的教导内容中制作出各种改型和变型，而不会脱离本公开的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一个实施例使用以产生又一个实施例。期望本公开覆盖归入所附权利要求和其等同物的范围内的此类改型和变型。本公开案的其它目的、特征和方面在以下详细描述中公开或从其清楚。要由本领域普通技术人员所理解的是，本论述仅为示例性实施例的描述，且不意在限制本公开的较宽的方面。

[0018] 如图1‑图4所示为本发明所公开的一种柱面镜片的加工装置，包括用于进行柱面镜片1曲率面加工的凸面加工组件、以及用于柱面镜片1平面加工的平面加工组件，所述凸面加工组件包括用于固定柱面镜片的固定治具2，用于对柱面镜片1曲率面进行精磨加工的精磨模3以及用于对柱面镜片1曲率面进行抛光加工的抛光模4；所述固定治具2的曲率小于柱面镜片1曲率面的曲率，精磨模3和抛光模4的加工面曲率均与柱面镜片1相匹配；在柱面镜片1外周设置用于辅助进行柱面镜片1曲率面加工的配片5，所述配片5沿固定治具2的表面排布，配片5的表面与柱面镜片1曲率面所在的圆柱面表面相匹配，曲率可以略小于柱面镜片1的曲率，从而在进行柱面镜片1加工时，同步对配片进行加工。

[0019] 在进行柱面镜片加工时，选用加工区域面积大于所需柱面镜片尺寸的精磨机，在精磨机相同加工精度的情况下，加工面积越大，则局部区域的面型精度越高，从而实现使用同一精磨机根据加工尺寸的不同，加工出不同面型精度的柱面镜片的目的。

[0020] 在柱面镜片1外周的配片5可以补充固定治具2表面的空余面积，从而保证精磨机的精磨模3和抛光模4在进行加工时，保持与柱面镜片1接触面的稳定，保证整体加工面的面型精度，进而使加工出的柱面镜片1精度符合需求。

[0021] 本发明的精磨模3和抛光模4在与自身加工面相对的另一侧设置与精磨机的压力头6相配合的装配孔7，通过装配孔7与压力头6相配合实现精磨模3与抛光模4在精磨机上的安装与拆卸。

[0022] 在一个具体的实施例中，本发明的平面加工组件包括用于夹持柱面镜片1的凹槽夹具8，设置在凹槽夹具8下方用于进行柱面镜片1平面加工的平面精磨磨具9和平面抛光磨具10，所述平面精磨磨具9和平面抛光磨具10的下部均通过同心的连接轴与精磨机的转动端相连接，进行柱面镜片1平面的精磨与抛光。

[0023] 为实现对柱面镜片准确夹持，保证加工过程中，柱面镜片位置的稳定，本发明的凹槽夹具8设有与柱面镜片1曲率面相匹配的凹槽，柱面镜片1的平面凸出凹槽夹具8的表面，在凹槽夹具8的底面上设置用于提供柱面镜片1平面精磨与抛光压力的压铁11；还可以在凹槽夹具8的外侧设置保持其在对应的磨具表面的空心柱面夹具12，所述空心柱面夹具12设置与凹槽夹具8外接圆相匹配的内孔，从而可以通过空心柱面夹具12保持凹槽夹具8在磨具上的位置保持稳定，并利用磨具与柱面镜片1之间的相对移动产生的摩擦力进行柱面镜片平面的精磨与抛光。

[0024] 本发明公开还一种柱面镜片加工方法，使用上述的柱面镜片加工装置，根据柱面镜片的尺寸及加工精度，选取柱面镜片毛坯尺寸；使用凸面加工组件进行柱面镜片曲率面加工，然后通过平面加工组件进行柱面镜片平面的加工，最后对柱面镜片的外形进行修整，得到符合要求的柱面镜片。

[0025] 本发明选取柱面镜片毛坯尺寸的过程包括：柱面镜片的长为L1，宽为L2，厚度为d，柱面曲率为R，中心偏为X；根据柱面镜片的尺寸计算柱面镜片平面的外接圆直径；将柱面镜片的最大中心偏转为最大允许边厚差，根据精磨机加工的柱面边厚差值精度计算加工柱面镜片的假想外接圆直径D1，根据柱面镜片母线方向的加工余量需求确认柱面镜片毛坯的长度L3，再通过假想外接圆直径D1和L3确定柱面镜片毛坯宽度L4。

[0026] 本发明使用凸面加工组件进行柱面镜片曲率面加工的过程包括：将选取的柱面镜片毛坯粘结固定在固定治具的曲率面上，并处于固定治具的中心区域，将配片沿柱面镜片毛坯外周间隔固定在固定治具表面，固定治具带动柱面镜片沿柱面的母线方向往复移动，同时使用精磨机带动精磨模、抛光模沿固定治具曲率方向往复运动完成对柱面镜片曲率面的加工。

[0027] 本发明使用平面加工组件进行柱面镜片平面加工的过程包括：使用凹槽夹具夹持柱面镜片，使柱面镜片的平面朝向对应的磨具，在凹槽夹具外周设置用于保持凹槽夹具在磨具上位置保持稳定的空心柱面夹具，空心柱面夹具的内周与凹槽夹具的轮廓外接圆相匹配，通过压铁提供对柱面镜片平面加工的压力。

[0028] 本发明对柱面镜片外形修整的过程包括：将柱面镜片同心装夹固定在磨具上，装夹区域小于所需的柱面镜片尺寸，以柱面镜片中心为加工中心，按照柱面镜片外接圆的直径范围有大到小进行磨边加工，直至柱面镜片的外接圆直径符合加工需求，再根据柱面镜片宽度需求对两侧进行切边。

[0029] 按照上述方法步骤，基于本发明提供的加工装置即可加工出符合需求的柱面镜片。

[0030] 下面以一具体的实施例对本发明的加工方法进行进一步说明。

[0031] 柱面镜片尺寸为：L1=120mm，L2=100mm，厚度为d=20，柱面曲率R=400，中心偏X为1分，材料K9折射率=1.5168。

[0032] 可以根据柱面镜片尺寸计算出其投影的外接圆直径，如图5所示。

[0033] 根据偏心转换公式： ，其中，C为线性值，n为柱面镜片材料折射率， 为像顶焦距，将柱面镜片参数代入得：C=0.1164。

[0034] 将中心偏线性值转换成边厚差，从而获取柱面镜片加工的最大允许边厚差：，边厚差为0.045mm。

[0035] 本发明选用的精磨机的加工能力能够加工出的镜片边厚差值为0.075mm，并未达到柱面镜片加工需求，为实现柱面镜片的加工，需要根据计算得出的柱面镜片边厚差值，将精磨机的加工能力代入边厚差公式，即可得出所需的镜片投影外接圆直径D1=262.06mm；同时由于柱面镜片母线方向需要留有1mm的玻璃破边余量，因此L3=120+1=121mm，相应的L4=232.45mm。

[0036] 选用的柱面镜片毛坯尺寸记为L3、L4的数值尺寸，选定后直接使用加工装置进行曲率面和平面的加工；在加工完成后，由于柱面镜片毛坯的宽度方向大于所需尺寸，需要进行修整以符合要求。

[0037] 为快速进行修整，提高效率，本发明直接使用磨边机对柱面镜片按照直径由大到小逐步进行磨削，在磨削过程中，由于是以柱面镜片中心为磨削中心，因此随着磨削进行，因为加工产生的母线偏差也会被去除，在磨削到所需柱面镜片的外接圆尺寸即D时，再对柱面镜片两侧的圆弧面进行切割加工，即可得出成品的柱面镜片。