光学纤维传像元件组件精密加工工艺研究.pdf

2023年 云光技术 第55卷 第1期 45 光学纤维传像元件组件精密加工工艺研究 李小军1，朱宇宇2，马怀超1，黄丽书1，朱世聪1（1北方夜视技术股份有限公司，云南 昆明 650217；2.云南昆物新跃光电科技有限公司，云南 昆明 650223）摘要：研究了像增强管关键组件-光学纤维传像元件组件的加工工艺，分析了传统工艺存在的弊端，结合数控设备的在线测量及真空吸附功能，介绍了一种新的加工工艺，所加工的光学纤维传像元件组件质量及效率均明显提升。关键词：像增强管；光学纤维传像元件；铣磨外圆；倒边 0 引言 光学纤维传像元件是由光学纤维按一定规则排列，能把图像从输入端面传输到输出端面的元件。光学纤维传像元件是像增强管的重要零件，价值高，易划伤或碰伤，经常需要反复加工。反复加工后，光学纤维传像元件会出现倒边（或倒角）偏小甚至出现棱边，对荧光屏制作良品率产生影响，制管后像增强管容易出现黑边、屏脱、高压击穿放电等现象，影响像增强管良品率。多次加工后，光学纤维传像元件的废品率也同时增加。其次，部分像增强管阴极透镜（AVG）和阳极光学纤维传像元件轴心偏差大，受制于加工设备和手段，在铣磨像增强管阳极光学纤维传像元件外圆时，用 AVG 定位，造成部分像增强管阳极光学纤维传像元件外圆铣磨后出现轴心偏，造成像增强管有效孔径不够。1 传统工艺存在的弊端 光学纤维传像元件组件返工后，需重新进行精磨及抛光，反复加工后，光学纤维传像元件会出现倒边（或倒角）偏小甚至出现棱边，位置见图 1。当操作人员手工操作时，还会出现倒边（或倒角）宽度不一致的问题。铣磨像增强管阳极光学纤维传像元件外圆时，传统工艺采用的是装夹阴极透镜，以阴极透镜（AVG）外圆定位，而制作光电阴极时，采用的封装工艺为热铟封，像增强管的 AVG 和阳极光学纤维传像元件的轴心并不完全同轴，有些甚至偏差很大，见图 2。2 新工艺加工思路 光学纤维传像元件组件倒边（或倒角）及外圆铣磨加工面均在阳极光学纤维传像元件上，因此装夹时，考虑以阳极光学纤维传像元件外圆定位。此外，由于人工手工操作时，技艺水平参差不齐，因此考虑采用数控机床代替人工操作。数控机床具备在线检测系统和真空系统。通过夹具设计、刀具设计、编写加工程序，可实现光学纤维传像元件组件倒边（或倒角）及外圆铣磨数控加工。2.1 夹具设计 在设计夹具时，结合数控机床的真空吸附功能并考虑加工时装夹快捷方便，设计成通孔的凹槽结构，见图 3。收稿日期：2022-11-08；修订日期：2023-05-15.作者简介：李小军（1982-），男，高级工程师，主要从事基础技术工作。2023年 云光技术 第55卷 第1期 46 图 1 倒边（或倒角）后易出现棱边位置 图 2 阴极透镜（AVG）和阳极光学纤维传像元件的轴心 2.2 刀具设计 刀具设计时，考虑光学纤维传像元件组件材料、尺寸、加工余量及加工效率，设计为一体成型刀具，见图 4，成型刀具根据光学纤维传像元件组件材料选用两种粒度。图 3 夹具实物 图 4 成型刀具实物 2.3 编写加工程序 模型建立及加工路径生成：利用机台配套的 CAD/CAM 软件“JDSoft SurfMill 7.0”进行建模、加工路径生成，输出.NC 格式的文件。机台加工代码编辑：将 NC 文件导入机台，确认刀具编号、坐标编号；增加判断语句，实现判断高度差的功能，高度差合格才允许加工；增加坐标计算语句，实现在圆心探测后更新坐标原点。3 加工流程 3.1 生产加工工艺流程 自动换刀：测头。测量高度差：在边缘向内 1 mm 的圆上，测 4 个象限点的高度差、z 坐标。探测圆心位置：测量圆柱上边缘处 3 个点的坐标，计算出圆心坐标(x,y)。倒边(或倒角)位置 阳极光学纤维传像元件轴心 阴极透镜(AVG)轴心 光学纤维传像元件组件精密加工工艺研究 李小军，朱宇宇，马怀超，等 47 坐标补偿：以测头探测出的新坐标作为加工时的坐标原点。自动换刀：倒圆角刀具，铣磨外圆刀具。根据倒圆角或铣磨外圆加工路径，进行倒圆角或铣磨外圆加工。3.2 倒边（或倒角）对阳极光学纤维传像元件进行倒边（或倒角）工艺调试，优化倒边（或倒角）R 的大小：R0.231 mm、R0.255 mm、R0.3 mm、R0.4 mm、R0.45 mm、R0.5 mm。将不同倒边（或倒角）尺寸的阳极光学纤维传像元件进行制屏，制屏完成后进行目视检查，观察其成像质量，见图 5。图 5 电子枪下荧光屏成像质量 通过目视检查，R0.231 mm、R0.255 mm、R0.3 mm、R0.4 mm 的边缘较黑，说明该位置较尖，荧光粉不易涂上；R0.5 mm 的黑线较靠近中心，较容易出现在有效区域内；R0.45 mm 的圆弧区域尺寸适中，且无明显的尖锐，故 R0.45 mm 的效果较好。3.3 铣磨外圆 铣磨外圆前，自动定中心，倒边时自动测量，实现光学纤维传像元件组件铣磨外圆和倒边，见图 6。加工完后，铣磨前和铣磨后两外圆的同轴度在0.02 mm 以内。4 结束语 本文结合工厂实际生产能力和设备，通过夹具设计、刀具设计、编写加工程序，实现了光学纤维传像元件组件倒角（或倒边）及外圆铣磨数控加工，加工尺寸精度和一致性均在 0.02 mm 内，产品良品率和加工效率均得到提升。参考文献：1 光学纤维传像元件:GB/T20244-2006S.北京:中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,2006-05-08.2 光学纤维传像元件试验方法:GB/T265972011S.北京:中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,2011-06-16.图 6 铣磨外圆和倒边后实物 铣磨外圆位置