Алмазная лезвийная обработка оптических структурированных поверхностей на примере круговой линзы Френеля

К элементам оптических систем различного назначения относятся оптические элементы со структурированными поверхностями – линейные и круговые линзы Френеля. Целью проведенных исследований является анализ конструктивных параметров и технологическая отработка режимов и условий, обеспечивающих изготовление круговых линз Френеля с заданными техническими требованиями.

Предметом исследования является круговая линза Френеля толщиной 2 мм и диаметром 76,7 мм с обработанным профилем, состоящим из 126 концентрических колец с шагом по впадинам, равным 0,3 мм. Глубина профиля колец варьируется от 2,1 мкм до 337,4 мкм, при этом угол наклона профиля изменяется в пределах от 0,406° до 48,361^о. Материалом линзы является полиметилметакрилат (ПММА) -жесткий аморфный полимер, обладающий высокой прозрачностью, атмосферостойкостью, хорошими физико-механическими и электроизоляционными свойствами.

В статье приведены результаты технологических исследований по алмазной лезвийной обработке круговой линзы Френеля. Обоснована необходимость использования сверхточного станка для обработки линзы и приведены его основные технические характеристики.

Проанализированы конструктивные особенности и рекомендованы алмазные монокристаллические резцы отечественного производства и зарубежной фирмы для предварительной и финишной обработки структурированных поверхностей, в том числе линзы Френеля.

Предложена технология лезвийной алмазной обработки линз, приведены режимы и условия алмазного точения, исключающие образование заусенцев.

Результаты метрологического контроля подтвердили предъявляемые требования по точности профиля и шероховатости обработанных поверхностей.

 Разработанная технология была реализована в ОАО ”ВНИИИНСТРУМЕНТ” на сверхточном станке со специализированным числовым программным управлением и рекомендована для использования при обработке структурированных поверхностей из оргстекла различных типоразмеров и назначения.

1. Бегунов Б.Н., Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. Теория оптических систем. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1981. 431 c.

2. Лосев И.П., Тростянская Е.Б. Химия синтетических полимеров. 3-е изд. М.: Химия, 1971. 615 с.

3. Davis A., Kuhnlenz F. Optical design using Fresnel lenses: Basic principles and some practical examples // Optik & Photonik. 2007. Vol. 4. Iss. 2. Pp. 52-55. Режим доступа: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/opph.201190287/pdf (дата обращения 3.06.2017).

4. Gaurav A. Madhugiri, Karale S.R. High solar energy concentration with a Fresnel lens: A review // Intern. J. of Modern Engineering Research. 2012. Vol. 2. Iss. 3. Pp. 1381-1385. Режим доступа: http://www.ijmer.com/papers/vol2_issue3/EP2313811385.pdf (дата обращения 3.06.2017).

5. Sierra C., Vazquez A.J. High solar energy concentration with a Fresnel lens // J. of Materials Science. 2005. Vol. 40. Iss. 6. Pp. 1339-1343. DOI: 10.1007/s10853-005-0562-6

6. Khamooshi M., Salati H., Egelioglu F., Ali Hooshyar Faghiri, Tarabishi J., Saeed Babadi. A review of solar photovoltaic concentrators // Intern. J. of Photoenergy. 2014. Vol. 2014. Article ID 958521. 17 p. DOI: 10.1155/2014/958521

7. Лапшин В.В., Захаревич Е.М., Грубый С.В. Технология обработки линейных негативных матриц для линз и призм Френеля // Вестник машиностроения. 2016. № 7. С. 60-65. Режим доступа: http://www.mashin.ru/eshop/journals/vestnik_mashinostroeniya/2016/07/ (дата обращения 3.06.2017).