《光学工艺及测量》课件.ppt

光学工艺与测量光学工艺与测量第十一章 透镜的定心和磨边定心磨边的目的：u将光轴与其基准轴不重合的情况进行校正，从而满足透镜零件装配的需要。u定心：通过光学或机械的方法寻找并确定透镜光轴与基准轴重合的位置，即透镜光学表面定心顶点处的法线与基准轴(机床的回转轴)重合的位置。2u磨边：透镜定心后加紧，用砂轮或金刚石磨轮磨削透镜的外圆，以获得满足图纸上要求直径的透镜，u透镜的定心方法：光学定心和机械定心3第1节 透镜中心误差的表述及相互关系4一、透镜中心误差的表述u它是指光学表面定心顶点处得法线对基准轴的偏离量。u定心顶点是光学表面与基准轴的交点。u透镜中心误差用光学表面定心顶点处的法线与基准轴的夹角来度量。5u面倾角x：光学表面定心顶点处的法线与基准轴的夹角。u偏心差c/mm：透镜几何轴与光轴在透镜中心处的偏离量；对于薄透镜就是透镜几何中心对光心的偏离量。6u球心偏a/mm：透镜光学表面的曲率中心对基准轴的偏离量。u边厚差t：透镜边缘厚度的差值。7二、透镜中心误差各种表述之间的关系u1.偏心差与边厚差之间的关系u2.面倾角与球心偏之间的关系u3.面倾角与偏心差之间的关系u4.偏心差与球心差之间的关系8第2节 光学法定心9一、表面反射像定心法双凹透镜的定心原理示意图定心时，将一光源放在透镜的前上方A处，转动接头，根据非粘结面的光源反射像的跳动来移动透镜，使其光轴与夹头轴线重合。当像转到上面，则将透镜沿着夹头端面向下移动，像转到下面，则反之，直至像不移动或在允许范围内，即完成定心。10AA表面反射像定心表面反射像定心11这种定心是用肉眼直接观察像的跳动，与表示中心误差的各参量之间没有直接的关系，但是它的大小反映出透镜中心误差的大小。这种定心方法精度不高，一般为0.05mm左右。但所需的设备简单，操作方便，适用于单件或小批量生产。12二、球心自准反射像法1.定心原理球心自准反射像法定心原理如图11-3所示。从十字分划A发出的光线，由垂直放大率为的光学系统对透镜的表面曲率中心成像，经被检面球心反射回来的十字像位于分划板上A处。如果透镜的球心偏为c，转动透镜，十字像A亦随之跳动，像的跳动量为4c。若分划板的分划值为b，则允许像A的跳动格数为m=4c/b13AA被定心透镜自准显微镜的物镜部分分划板14如果像的跳动格数超过了这个范围，必须移动透镜，直至十字像不跳动或在允许的范围内跳动。定心时，首先必须找出透镜的校正点。对于透镜非粘结面，其校正点就是它的曲率中心，而粘结面的校正点位置可用近轴球面折射公式计算。15然后根据校正点到透镜非粘结面的距离，选择合适的物镜。选择的原则是：当物镜的物方焦点置于校正点上时，物镜与透镜非粘结面的距离x不小于10mm，以便于操作。该方法具有较高的定心精度，主要用于小直径、小曲率半径的透镜定心。16三、光学电视定心如果把透镜球心成像到一个可视化的显示屏上，就是所谓的光学电视定心法。假设电视摄像管的分辨率为N（lp/mm），光学系统的垂轴分辨率为，则通过电视系统观察透镜球心像的定心精度P为：P=1/(4N)该方法的特点：精度高、速度快、减轻了人眼疲劳。1718四、透射像定心法它是通过观察透镜的透射像与几何轴的偏离来定心的。将透镜胶在接头上，接头的端面严格垂直于机床主轴，即几何轴。19定心时，转动透镜，则通过透镜透射过来的十字分划像有跳动，其跳动量表示透镜像方焦点对基准轴的偏离量，反映出透镜几何轴与光轴在透镜光心处的偏离量。透镜的偏心差c：c=bn/2n：跳动格数 b:分划板实际格值20五、激光定心法激光定心仪由三部分组成，即可调焦的激光器、二维的位置传感器、电子处理和显示部分。其测量原理：从激光发出的光经可调焦的光学系统通过定心透镜，在透镜后用带可调千分尺的光电晶体转换器接收光点像，然后将光点像显示在显示器上。21透镜是夹在两个空心夹具之间的，激光可以通过，而且是通过透镜的中心。通过转动透镜可以从光点在感光片上的移动确定偏心差是多少。特点：操作简单、速度快、精度高。22第3节 机械法定心23一、定心原理机械法定心是将透镜放在一对同轴精度高、端面精确垂直于轴线的接头之间，利用弹簧压力夹紧透镜，根据力的平衡来实现定心。其中一个接头可以转动，另一个既能转动又能沿轴向移动。24当透镜光轴与机床主轴尚未重合时，如图11-9所示，假设接头与透镜在A点接触，则接头施加给透镜压力N，方向垂直于透镜表面。压力N可分解为垂直于接头端面的夹紧力F和垂直于轴线的定心力P。25定心力P将克服透镜与接头之间的摩擦力，使透镜沿垂直于轴线方向移动，夹紧力F将推动透镜沿轴线方向移动。当透镜光轴重合时，定心力就达到平衡，即完成定心。26二、定心系数光学镜片在定心之前，可计算定心系统K值来判断加工的难易度，作为设计工艺与夹具的参考。27定心精度除与机床、接头精度有关外，与透镜和接头之间的摩擦系数、透镜的曲率半径和接头直径有关。摩擦系数越小，定心精度越高。在接头直径不变时，透镜的曲率半径越小，定心精度越高。28第4节 磨边与倒角工艺29一、磨边与倒角1.磨边方式：平行磨削：是指磨轮轴线与透镜轴线平行，磨削效率高，而且易于调整，是一种最为常见的磨削方式。倾斜磨削：将磨轮调整一定的角度，这样可以改善零件的受力状况，避免零件受磨轮推力过大而造成脱落。30平行磨削倾斜磨削31端面磨削：采用磨轮端面磨削玻璃，不存在使零件脱落的作用力，磨削效率高；缺点是容易磨出锥面或非柱面。垂直磨削：这种磨削方式也不会使零件脱落，而且进刀比较容易。32端面磨削垂直磨削332.倒角类别：保护性倒角+设计性倒角保护性倒角是为了防止零件在装配时，尖锐的边缘被碰破，也防止划破工人的手。又分为：成型金刚石倒角、砂轮倒角和倒角模倒角。倒角宽度与零件直径和零件类型有关系。3435二、影响定心精度的因素1.机床主轴的径向跳动 机床主轴径向跳动会造成透镜基准轴的位置变化，因此，应使其径向跳动量小于定心精度。362.接头 为了保证机械定心的精度，防止接头划伤透镜的通光表面，以及透镜粘结面的曲率中心与接头几何轴重合的程度，接头应满足以下要求：37接头的几何轴与机床主轴的重合精度应高于定心精度；接头端面应与几何轴线严格垂直；接头端面应光滑，不能擦伤透镜表面，端面粗糙度为0.16以上；接头外径应比定心透镜名义直径小0.15-0.30mm，并带有通气小孔，接头壁厚一般为1mm；38接头具有一定的刚度，光学法定心接头用黄铜，机械法定心接头可用黄铜或45号钢。对于机械法定心，夹持透镜的两个主轴的同轴度也有要求，一般为0.0050.010mm。一般接头外径比透镜完工直径小0.20.4mm。393.定心角对于机械定心，除了上述两个影响因素外，透镜与接头的摩擦系数、透镜的曲率半径以及接头直径对定心精度也有影响。透镜与接头的摩擦系数越小，定心精度越高，而摩擦系数又与润滑液种类有关；40在接头直径不变时，透镜的曲率半径越小，定心精度越高。对于弯月透镜，可使曲率半径较小的一面对直径较大的接头，曲率半径较大的一面对直径较小的接头，以提高定心精度。41三、影响定心的工艺因素1.磨轮 透镜的定心磨边通常采用金刚石砂轮或碳化硅砂轮，加工光学玻璃常用青铜结合剂，加工晶体可以用树脂结合剂。其磨料粒度按透镜的直径大小选择，对于大直径透镜，采用180#，小直径透镜采用240#或280#。42磨轮的转速与透镜的直径有关系，直径越大，转速越高，一般为1535m/s。432.粘结胶 它的主要成分是松香和虫胶漆，还有少量的蜂蜡和矿物油。需满足以下要求：1）足够的强度，以保证透镜不会从接头上脱落2）软化点低，以便稍加热即可调节透镜的位置3）磨边后，容易清洗透镜和接头4）良好地化学稳定性，不致腐蚀磨边透镜443.冷却液它可分为油性和水性，具有粘度低、冷却性强、润滑性好等特点。同时不损害皮肤，对机床设备无腐蚀，对环境无污染。一般采用401#冷却液、GX水基冷却液等。另透镜的磨边一般都是在抛光之后进行，因此，磨边时必须考虑抛光表面的防腐蚀处理，一般是在磨边冷却液中加入1%的抛光液稳定性。45四、磨边余量与磨边疵病双凸型透镜定心磨边余量计算公式双凹.平凸、平凹.正弯月.负弯月.46五、定心方法的比较及疵病分析崩边工件脱落椭圆划伤尺寸不准锥度47六、透镜边厚差的检验测量透镜边厚差的装置示意图，如图11-17所示。48