光学材料-光学加工流程.ppt

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1、光学零件加工技术v概述概述光学零件加工技术光学零件加工技术光学零件加工技术v光学零件（按形状分）光学零件（按形状分）透镜：棱镜：光学零件加工技术平面镜：v工艺条件工艺条件v特殊零件加工特殊零件加工形状特殊、材料特殊第一章光学材料v一、光学材料的种类一、光学材料的种类光学玻璃：光学晶体：KDP类型晶体第一章光学材料光学塑料：光学玻璃光学玻璃:是光学设计最常用的光学材料；为满足光学设计对多种光学常数多种光学常数、高度均匀性高度均匀性、高度透明性高度透明性及化学稳定性化学稳定性的要求，应具有复杂的组成和严格的熔炼过程。第一章光学材料（一）光学玻璃与普通玻璃的区别（一）光学玻璃与普通玻璃的区别:折射率

2、：折射率：普通玻璃的组成：SiO2+Na2O+CaO 光学玻璃的组成：成分复杂成分复杂现代光学玻璃所含元素几乎遍及化学元素周期表，每一种光学玻璃都要由硅、磷、硼、铅、钾、钠、钡、钙、砷、铝等多种氧化物组成。高度透明：高度透明：高度均匀性：高度均匀性：各点各处的光学常数和其它一些物理化学性质一致第一章光学材料（二）光学玻璃的种类（二）光学玻璃的种类按主要组成成份分：以SiO2为主要成分的光学玻璃,称之为硅酸盐玻璃；占95%以B2O3为主要成分的光学玻璃,称之为硼酸盐玻璃；以P2O5为主要成分的光学玻璃,称之为磷酸盐玻璃。硅酸盐玻璃是制造透镜、棱镜等光学零件的主要材料。硅酸盐玻璃是制造透镜、棱镜等

3、光学零件的主要材料。v 二、物质的玻璃态二、物质的玻璃态物质按结构分晶体和非晶体。玻璃态的特点：物质内部氧化物的元素以元素的离子状态存在，它们之间的排列是没有规律的排列是没有规律的，无固化点无固化点和融化点融化点。第一章光学材料 玻璃态：玻璃态：玻璃在低温固态下仍保留了高温液态的无定形结构。又称过冷却液体。三、玻璃的物理特性三、玻璃的物理特性各向同性：各向同性：指玻璃内部沿任何方向测得的物理性能（如折射率、热膨胀系数、硬度等）都是同值。各向异性：沿任何方向测得的物理性能都是不同值。介稳状态：介稳状态：在一定条件下，物质可能处于相对稳定的状态，但不是能量最低储存状态，叫介稳状态。说明玻璃有像晶体

4、转化的趋势。说明玻璃有像晶体转化的趋势。第一章光学材料玻璃从熔融状态向固态转化是连续可逆的。玻璃从熔融状态向固态转化是连续可逆的。玻璃无固化点和熔化点。玻璃无固化点和熔化点。第一章光学材料v四、玻璃的结构四、玻璃的结构(一一)无规则网络学说认为：无规则网络学说认为：1932年荷兰查哈里阿生1、内容：内容：玻璃的原子、离子、或原子团之间的结合，构成一个连续的网络体；网络体呈现出很大的不规则性。2、一元体系玻璃特性（一元体系玻璃结构）：、一元体系玻璃特性（一元体系玻璃结构）：例如：SiO2 晶体：石英晶体玻璃：熔石英玻璃第一章光学材料由一个硅原子和四个氧原子构成的硅氧四面体SiO4。熔石英玻璃和石

5、英晶体的结构模型如下石英晶体 熔石英玻璃第一章光学材料化学结构式：由于在熔石英玻璃结构中，只有Si0键，且键力平衡，结合牢固。因此，熔石英玻璃具有较高的软化温度软化温度、化学稳定化学稳定性性、机械强度高机械强度高以及较低的热膨胀系数较低的热膨胀系数等特性。第一章光学材料3、二元体系玻璃、二元体系玻璃Na2OSiO2化学结构式第一章光学材料（二）（二）“晶子晶子”学说学说1921年苏联列别杰夫内容：内容：玻璃由无数玻璃由无数“晶子晶子”组成；组成；所谓所谓“晶子晶子”不同于一般的不同于一般的“微晶微晶”，而是带有点阵变形的，而是带有点阵变形的有序排列区；有序排列区；它们分散在无定形介质区；它们分

6、散在无定形介质区；从晶子区到无定形区的过渡是逐步完成的，两者之间并无明从晶子区到无定形区的过渡是逐步完成的，两者之间并无明显的界限。显的界限。强调：远程无序、近程有序。强调：远程无序、近程有序。第一章光学材料v 1-2 无色光学玻璃无色光学玻璃一、光学玻璃的组成一、光学玻璃的组成光学玻璃是由多种氧化物组成的，这些氧化物分为两大类：一类氧化物是能生成玻璃网络结构的氧化物能生成玻璃网络结构的氧化物，如SiO2、B2O3、P2O5等，属AO2、A2O3、A2O5型氧化物，称之为玻璃形成体或玻璃网络体；另一类氧化物，不能生成玻璃的网络体，只是插入玻璃的网不能生成玻璃的网络体，只是插入玻璃的网络结构中间

7、，络结构中间，如Na2O、K2O、CaO、BaO、PbO等，属于A2O、AO型氧化物，他们称之为玻璃的网络外体。称之为玻璃的网络外体。第一章光学材料v例如：K9的成分由SiO2：69.13%；B2O3：10.75%；K2O：6.29%；Na2O：10.40%；As2O3：0.36%；BaO：3.07%。加入氧化铝（Al2O3），能提高光学玻璃的化学稳定性和机械强度；加入氧化铅（PbO）和氧化钡（BaO），可增大光学玻璃折射率，但化学稳定性降低；加入氧化钠（NaCl），使光学玻璃化学稳定性和机械性能变差，但可降低熔炼温度；等等。第一章光学材料二、无色光学玻璃的分类及命名（牌号）二、无色光学玻璃的

8、分类及命名（牌号）大都采用拉丁字母作为品种的标志，在品种标志之后附有牌号的标志。1、分类划分界限：、分类划分界限：按光学玻璃折射率折射率和阿贝数阿贝数的大小将其分为冕牌玻璃冕牌玻璃和火石火石玻璃玻璃两大类。例如：德国规定nd1.6，d50为冕牌类，其余则为火石类；日本规定nd1.6，d55为冕牌类，其余则为火石类。我国光学玻璃标准规定：将玻璃分为2大类大类，用K代表冕牌玻代表冕牌玻璃璃，F代表火石玻璃代表火石玻璃。每一大类又进一步按nd及d分为18个个品种品种。第一章光学材料v 冕冕 牌牌 玻玻 璃（璃（8个）：个）：火火 石石 玻玻 璃（璃（10个）：个）：第一章光学材料2、牌号：、牌号：Z

9、F9（199）其中F种类；ZF品种；ZF9牌号l同一品种玻璃，它的折射率大致相同相差不多。三、无色光学玻璃的质量指标（七项）三、无色光学玻璃的质量指标（七项）（一）折射率、色散系数的允差及一致性（一）折射率、色散系数的允差及一致性折射率：表示光在空气中的传播速度与在玻璃中的传播速度之比。n=C/V（nd、nF、nc）色散系数：不同波长的光经过折射后，出射点不同。用中部色散nF-nc衡量nF-nC nd-1 d=第一章光学材料 nd、d的允差（允许差值）的允差（允许差值）分0、1、2、3、4四类u例如：K9：nd=1.51630类K9的nd：1.51581.5168 nd、d的一致性的一致性同一

10、批玻璃中要控制nd、d的差值不能过大。分A、B、C、D四级nd：5x10-4 7x10-410 x10-4nF-nc：5x10-5 7x10-510 x10-5nd：5x10-5 1x10-42x10-4 nF-nc：1x10-5 1x10-51x10-5 第一章光学材料u例如：K9：nd=1.51630类A级时nd的大小0类：1.51581.5168A级：1.516251.516350类A级去它们交集。选取时：小批量生产时，高级照相机物镜和高倍的望远镜物镜可选用nd为13类和d为23类玻璃。大批量生产时选用均为12类的玻璃。对于望远镜的第二组分和光焦度不大的透镜、目镜、会聚光路上的棱镜，可用

11、nd 和d均为34类玻璃。保护玻璃、分划板、毛玻璃、反射镜、聚光镜、场镜、平行光路中的棱镜级弯月透镜，对玻璃的nd 和d不做要求。第一章光学材料（二）光学均匀性（二）光学均匀性1、定义：同一块玻璃中，各部分折射率变化的不均匀程度。依据/0的比值，分1、2、3、4四类。/01.0、1.1、1.2、1.5根据光学系统选择均匀性：提高分辨率和高像质观察仪器的物镜，如高精度干涉仪、天文仪、测地仪、准直仪和显微镜等应用光学均匀性第1类的玻璃。制作精密的望远镜、瞄准镜、观察镜以及具有高分辨和高像质的复制镜，用23类玻璃。对普通的照相物镜，应使用第34类玻璃。第一章光学材料对望远物镜的第二组分、广角物镜的弯

12、月透镜、位置靠近像平面的光学零件（场景、分划板、棱镜），均可采用第4类玻璃。对于有一面为毛面的分化镜，均匀性不作规定；对于保护玻璃、棱镜和滤光镜，其玻璃的均匀性要求可与其位置靠近的零件的均匀性要求相同。（三）应力双折射（三）应力双折射按o光、e光通过每1cm厚的玻璃产生的光程差大小分1、1a、2、3、4五类nm/cm2、6、10、20、50以毛坯光程差最大方向之最大部分测的为准。第一章光学材料选取原则：干涉仪和天文仪，只能使用双折射为第1类的玻璃。对于高精度的望远镜、准直镜和复制显微镜的物镜以及反射镜，玻璃的应力双折射应该是第23类。照相物镜使用双折射第34类玻璃。聚光镜、普通仪器的目镜、放大

13、镜采用双折射第45类玻璃。（四）光吸收系数（四）光吸收系数 EE：表示白光通过1cm厚的玻璃所吸收的光通量与进入该玻璃光通量之比。E0.015=1.5%第一章光学材料分00、0、1、2、3、4、5、6八类。选取原则：凡是与空气临接面较多，玻璃内光程长度较短（2050mm）的复杂系统，光的主要损失是反射。因此，这种系统中以及较薄的光学零件，应采用46类玻璃。玻璃内光程较长的零件（棱镜、天文和照相仪器的透镜）、光的透过系数的降低主要是光的吸收造成的，因此这类零件应选用003类玻璃。（五）条纹度（五）条纹度按检验条件分00、0、1、2四类；按观察方向分A、B、C三级。第一章光学材料选取原则：对于具有

14、极限分辨率和高像质的干涉仪、天文仪、平行光管以及显微镜的物镜必须采用C级0类玻璃。对于目镜、聚光镜、毛玻璃用的玻璃可选用条纹第2类的玻璃。（六）气泡度（六）气泡度首先按所含最大气泡的直径分为0、1、2三类；并按每100立方厘米玻璃内允许含有的气泡总截面积（平方毫米）分为A00、A0、A、B、C、D、E七级。第一章光学材料选取原则：对于位置靠近或处于像平面上的零件，其材料不允许有气泡，应使用第0类玻璃。大倍率观察仪器的分划板、分度盘、平行光管、分辨率板，应采用0类和1类玻璃。照相物镜、双筒望远镜和大地测量仪器的物镜，允许选用2类D、E级玻璃材料。在望远镜和大口径照像物镜中允许气泡度为E级。第一章

15、光学材料v 1-3 有色光学玻璃有色光学玻璃第一章光学材料能选择地透过特定波长的光线；1、作用:透过连续光谱中一定宽度的光谱范围的光线；均匀地减弱白光的光谱等。2、组成:是在基本的无色光学玻璃成分中，加入少量着色剂而成。（一）离子着色选择吸收玻璃（一）离子着色选择吸收玻璃着色剂在玻璃中呈离子状态，称离子着色选择吸收玻璃，简称离子着色玻璃。离子着色剂，通常采用金属钴、镍、钼、锰、铬、钛、铜的氧化物。第一章光学材料种类：透紫外线玻璃（ZWB）、紫色玻璃（ZB）、青色（蓝色）玻璃（QB）、绿色玻璃（LB）、透红外线玻璃（HWB）、防护玻璃（FB）、透紫外线白色玻璃（BB等）。（二）中性玻璃（二）中性

16、玻璃特点：在可见光区域内能比较均匀地降低光源的光强度，而不改变其光谱成分。作用：主要是做中性滤光片、减光镜。牌号：AB1，AB2，AB3，AB10等。第一章光学材料（三）硒镉玻璃（三）硒镉玻璃着色剂是采用硒化镉和硫化镉，故称硒镉玻璃。由于着色剂在玻璃中呈胶态，亦称胶态着色玻璃。品种：红色（HB）金色（JB）橙色（CB）1硒镉玻璃；2离子着色选择吸收玻璃；3离子着色中性玻璃第一章光学材料v 1-4 特种光学玻璃特种光学玻璃（一）耐辐射光学玻璃（一）耐辐射光学玻璃加入多价离子做抑制剂。二氧化铈（CeO2）就是抑制剂之一。牌号：例如K609。Kn09以K9玻璃为基底耐辐射能力为10伦琴，而且还保持K

17、9玻璃的光学常数和其它性质。（二）防辐射光学玻璃（二）防辐射光学玻璃目前我国使用的防辐射玻璃是含铅、含钡量高、密度大的ZF1、ZF6、ZF7玻璃。第一章光学材料（三）透红外和透紫外玻璃（三）透红外和透紫外玻璃目前，国内外红外光学材料发展的重点是适用于13m、35m和814m波段的光学材料。1、光学石英玻璃、光学石英玻璃含SiO299.9%，即可以透红外线，又能透过紫外线。牌号：JGS1、JGS2、JGS3。光谱特性：0.24.7m。2、铝酸钙玻璃、铝酸钙玻璃 以CaO、Al2O3为主要成分透过波长：11.5m。牌号：HWC31。第一章光学材料3、高硅氧玻璃、高硅氧玻璃含SiO2达96%，其性能

18、接近于石英玻璃。它的膨胀系数小，软化温度高，化学稳定性好，熔制温度比石英玻璃低得多。（四）石英玻璃（四）石英玻璃 1优良的光谱特性，在0.24.7m光谱范围内。2耐高温、热膨胀系数小，它的熔化温度在1713以上，软化温度是158010。3化学稳定性好，耐碱性差。4机械性能高。（五）光学功能材料（五）光学功能材料激光、电光、声光、磁光等光学功能材料。第一章光学材料v 1-5 微晶玻璃微晶玻璃一、结构一、结构介于玻璃与晶体之间玻璃陶瓷，按Li2O-Al2O3-SiO2做系统的玻璃。在玻璃内部各处形成晶核；经历两个阶段：形成晶核的玻璃在晶体生长过程中逐渐转变为陶瓷。微晶玻璃与普通玻璃的区别主要是具有

19、结晶的结构，而与陶瓷的主要区别是，它的结晶结构要比陶瓷细得多。第一章光学材料二、微晶玻璃的性能二、微晶玻璃的性能1、热膨胀系数小温度160范围内，热膨胀系数均很小，室温膨胀系数接近于零。2、强度大微晶玻璃比普通压延玻璃的强度高八倍。3、硬度高，比重小硬度比熔石英玻璃高，比重小，约为2.442.62，比铝还轻。4、稳定性极高它比目前使用的其它反射镜材料都好。三、应用三、应用平晶、标准米尺、大型反射镜、激光制导陀螺等。第一章光学材料v 1-6 光学晶体光学晶体一、概念一、概念晶体是具有格子结构的固体。晶体是具有格子结构的固体。定义定义：晶体的结构与玻璃不同，即构成晶体内部的质点（原子和离子），是以

20、点阵的形式在三度空间作有规律的、重复的排列，构成所谓的格子结构。格子结构。格子结构：格子结构：空间格子中的点，称为结点；结点在直线上的排列称为行列；结点在平面上的分布称为面网；在三度空间中,空间格子的最小单位称为平行六面体。第一章光学材料实际晶体的最小单位称为晶胞。组成晶体多面体外形的平面称为晶面；两个晶面相交而成的直线称为晶棱；三条晶棱会聚的点称为角顶。晶胞三个棱的方向称为晶轴。晶体分为三大晶族，七大晶系，光学晶体多属中级和高级晶族的晶体，如石英晶体是属中级晶族中的六方晶系；萤石是高级晶族，属立方晶系。二、晶体的基本性质二、晶体的基本性质（一）均匀性（一）均匀性晶体内部质点性质和排列方式都是

21、相同的。第一章光学材料（二）各向异性（二）各向异性晶体内部不同方向上质点性质不同，排列方式也不同所引起的。（三）对称性（三）对称性晶体光轴为对称轴单轴（四）自范性（自限性）（四）自范性（自限性）晶体具有自发地形成封闭集合多面体外形的性质。（五）最小内能行及稳定性（五）最小内能行及稳定性第一章光学材料三、光学性质三、光学性质（一）双折射（一）双折射与晶体结构对称程度有关。（二）旋光性（二）旋光性当平面偏振波沿光轴方向传播时，偏振面旋转一定角度的现象。（三）吸收性和多色性（三）吸收性和多色性吸收性：各项异性。多色性：除等轴晶体外，同一晶体的不同方向上呈现出不同的颜色。第一章光学材料四、力学性质四、

22、力学性质（一）解理（一）解理解理性解理性：指晶体在外界定向机械力的作用下，按着一定的方向分裂成光滑平面的能力。解理面：因解理而成的平面。断口：依一定方向破裂而成的凹凸不平的表面。（二）硬度（二）硬度硬度硬度：表示物体对外来机械侵入所表现的抵抗能力。测定方法不同，硬度的标准也不同。对晶体最常用的是莫氏硬度。第一章光学材料磷灰石：正长石：滑石：第一章光学材料旧莫氏硬度：（旧莫氏硬度：（10种）种）滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。新莫氏硬度新莫氏硬度：（：（15种）种）滑石、石膏、方解石方解石、萤石萤石、磷灰石、正长石、熔融石英、石英石英、黄玉、石榴石石榴石、碳化

23、锆、刚玉刚玉、碳化硅碳化硅、碳化硼碳化硼、金金刚石刚石。五、晶体的溶解度五、晶体的溶解度晶体的溶解度表示在一定的温度下，该晶体在100g水中所能溶解的克数。第一章光学材料六、分类及应用六、分类及应用（一）按晶体的用途分类（一）按晶体的用途分类1、紫外、红外晶体、紫外、红外晶体有石英（SiO2）、萤石（CaF2）、氟化锂（LiF）、岩盐（NaCl）、硅（Si）、锗（Ge）等。石英：第一章光学材料萤石晶体：岩盐：第一章光学材料2、偏振晶体、偏振晶体常用的偏振晶体有方解石（CaCO3）、石英和硝酸钠（硝石）等。方解石：第一章光学材料3、复消色差晶体、复消色差晶体利用晶体特殊的色散特性制造复消色差物镜

24、，如萤石与玻璃组合制成复消色差系统，可以消除球差和二级光谱。4、激光晶体、激光晶体可用作固体激光器的工作物质，如红宝石、氟化钙和钇铝石榴石等。刚玉：石榴石：第一章光学材料（二）按硬度和工艺方法分类（二）按硬度和工艺方法分类1、硬质晶体、硬质晶体硬质晶体的硬度比玻璃高。玻璃的莫氏硬度约为6，石英晶体、红宝石、钇铝石榴石等，莫氏硬度在79之间。2软质晶体软质晶体大部分光学晶体均属软质晶体，莫氏硬度为24。常用的软质晶体有萤石和方解石等。3水溶性晶体水溶性晶体水溶性晶体的种类很多，例如氯化钠、氯化钾和ADP（磷酸氰氨）、KDP（磷酸氰钾）等。第一章光学材料v 1-7 光学塑料光学塑料一、光学塑料的组

25、成及种类一、光学塑料的组成及种类（一）组成（一）组成在树脂中添加增强剂、增塑剂、稳定剂和润滑剂等。塑料的基本性质，主要取决于树脂的性质，添加剂对改善塑料的性能起着重要作用。第一章光学材料（二）分类（二）分类光学塑料按其性质分为：热塑性塑料：是线性分子链结构。热固性塑料：是网状分子链结构。1、聚甲基丙烯酸甲酯（、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）高度透明，对可见光的透过率高达92%，并能透过73%的紫外光。它的折射率为1.492，与冕牌玻璃相近，故称王冕塑王冕塑料料。缺点：表面硬度低、易划伤。优点：冲击强度高、不易碎、质轻、价格低、已成型。成型方法：浇注成型法、注射成型法、机械加工成型法、热成型法。第

26、一章光学材料2、聚苯乙烯、聚苯乙烯它的折射率为1.591。与火石玻璃相近，故称火石塑料。缺点：强度低，耐热性差。优点：自由着色、无臭无味无毒、吸湿性小。3、烯丙基二甘醇碳酸脂、烯丙基二甘醇碳酸脂（CR39）是目前使用的唯一的热固性光学塑料，通常采用浇铸成型。缺点：收缩率大、价格贵。优点：耐磨、抗冲击、抗化学腐蚀性强。4、苯乙烯、苯乙烯丙烯酸酯共聚物丙烯酸酯共聚物 70%的苯乙烯和30%的丙烯酸酯的共聚物。可调其2者的成份，成份不同折射率不同。第一章光学材料二、光学塑料的优缺点二、光学塑料的优缺点优点：优点：1比重小光学塑料的比重在0.83-1.4之间，而光学玻璃为2.5-4.7。2耐冲击强度高

27、3透红外、紫外性能好4耐温度骤变能力强5易成型、成本低缺点：缺点：1热膨胀系数高，吸水性大2硬度低、易划伤3光学常数选择范围有限4耐溶剂性能差第二章光学零件加工的技术要求v 2-1 光学零件及零件图光学零件及零件图一、光学零件种类一、光学零件种类1、透镜、透镜第二章光学零件加工的技术要求2、棱镜：、棱镜：3、平面镜：、平面镜：分划板、度盘、码盘第二章光学零件加工的技术要求表面作用：表面作用：工作表面：有效表面，它用于光的透射、反射、改变光束方向或会聚光线等方面。辅助表面：用于连接、支撑和固定的，又称装夹或安装表面。自由表面：用于零件的夹紧或在完成零件基本加工后，为限制零件的形状和尺寸，去掉多余

28、材料得到的表面。二、光学零件图二、光学零件图在光学零件图中要反映以下内容：反映出零件的几何形状、结构参数和公差；反映出对光学材料的质量要求；反映出对光学零件加工精度和表面质量的要求。第二章光学零件加工的技术要求第二章光学零件加工的技术要求第二章光学零件加工的技术要求第二章光学零件加工的技术要求1、反映零件的几何形状、结构的主要尺寸、反映零件的几何形状、结构的主要尺寸（1）透镜）透镜表面曲率半径R；曲率中心位置；透镜的中心厚度d；边缘厚度t；透镜外圆直径D；有效孔径D0；倒角的位置、角度和宽度等。（倒角分工艺性倒角和装配性倒角）o1o2第二章光学零件加工的技术要求（2）棱镜）棱镜棱镜各面间的夹角

29、；棱镜的厚度和高度；倒角和成形截面的位置、角度和宽度等。2、对光学材料质量指标和光学零件加工的要求、对光学材料质量指标和光学零件加工的要求（1）光学材料质量指标）光学材料质量指标7项第二章光学零件加工的技术要求（2）光学零件加工要求）光学零件加工要求透镜透镜光圈数N；局部光圈数N；中心偏差C；样板精度R；表面疵病等级B；光学零件的气泡度q。棱镜棱镜N、N、B、q；光学平行差、；角度误差；两相同角度差值（如45）；尖塔差；平行平面的平行度公差；屋脊棱镜的双象差；有效孔径。第二章光学零件加工的技术要求3、其它技术要求、其它技术要求如镀膜、刻划及某些面的粗糙度要求等。增透膜外反光膜内反光膜分光膜滤光

30、膜防水膜保护膜光热膜感光膜第二章光学零件加工的技术要求v 2-2 光学玻璃的要求光学玻璃的要求一、对折射率和色散系数的要求一、对折射率和色散系数的要求 五类四级五类四级二、对光学均匀性的要求二、对光学均匀性的要求 四类四类三、对应力双折射的要求三、对应力双折射的要求 五类五类四、对光吸收的要求四、对光吸收的要求 八类八类五、对条纹度的要求五、对条纹度的要求 四类四类3级级六、对气泡度的要求六、对气泡度的要求 三类三类7级级第二章光学零件加工的技术要求v 2-3 对光学零件的要求对光学零件的要求一、对光学样板的要求一、对光学样板的要求（R R）光学样板半径所允许的半径偏差R，根据其大小分为A、B

31、两级。它不仅能检查R的大小，还能检查R的变化。第二章光学零件加工的技术要求二、对光圈数二、对光圈数N和局部光圈和局部光圈N的要求的要求零件表面与样板表面之间存在的偏差，用两表面间空气隙所产生的干涉条纹数N和N表示。N表示整个表面的面形偏差；N表示零件表面的局部偏差。N1=3，N1=0.3 N2=2，N2=0.2第二章光学零件加工的技术要求光学零件种类光学零件种类光学表面的允许误差光学表面的允许误差光圈数光圈数N N局部光圈局部光圈N N表面疵病等级表面疵病等级B B物物镜镜瞄准和天文仪瞄准和天文仪望远镜望远镜航空摄影机航空摄影机照相机照相机1-31-33-53-51-31-33-53-50.2

32、-0.30.2-0.30.30.30.1-0.50.1-0.50.3-0.50.3-0.5-显微镜显微镜低于低于1010倍倍10-4010-40倍倍高于高于4040倍倍2-32-31-21-20.5-1.00.5-1.00.2-0.50.2-0.50.1-0.20.1-0.20.05-0.100.05-0.10接目镜、放大镜接目镜、放大镜3-53-50.5-0.80.5-0.8-棱棱镜镜反射面反射面折射面折射面0.5-1.00.5-1.02-42-40.1-0.30.1-0.30.5-1.00.5-1.0-光栅盘和分划板光栅盘和分划板保护玻璃物镜前滤光镜保护玻璃物镜前滤光镜目镜前或后的滤光镜目

33、镜前或后的滤光镜中等精度的反射镜中等精度的反射镜5-105-103-53-55-105-100.5-1.50.5-1.51.0-2.01.0-2.00.3-0.50.3-0.50.8-2.00.8-2.00.1-0.30.1-0.31-10-1-301-10-1-30-第二章光学零件加工的技术要求三、对透镜中心偏差的要求三、对透镜中心偏差的要求C1、定义、定义：指透镜外圆的几何轴与光轴在曲率中心处的偏离量，用C表示。中心偏差会使轴上象点产生慧差、象散等象差。第二章光学零件加工的技术要求四、对透镜的厚度公差和空气间隙的要求四、对透镜的厚度公差和空气间隙的要求厚度公差的最小单位0.01。空气间隙第

34、二章光学零件加工的技术要求五、对表面疵病的要求五、对表面疵病的要求光学零件的表面疵病，系指抛光后的光学表面存在的麻点、划痕、开口气泡和破边等，用符号B表示。六、对光学零件气泡度的要求六、对光学零件气泡度的要求 标注方法有三种：标注方法有三种：1、只规定气泡大小，不限数量。如q=0.01，表示整个表面只允许直径小于0.01mm的气泡，数量不限。第二章光学零件加工的技术要求2、分区限制气泡的大小与数量如q=(2)0+(10)0.013+0.025。小于2mm：不允许有气泡；210mm：d0.01mm的气泡，少于3个；10mm以外：d0.02mm的气泡至多5个。3、限制在一定面积内，所允许的气泡总面

35、积如q=0.5/7。又如q=0.6D0第二章光学零件加工的技术要求七、棱镜的制造公差七、棱镜的制造公差 棱镜的制造误差包括：平面制造误差、外形尺寸误差和角度制造误差。重要控制等效平行玻璃板的平行差：在光轴截面方向的偏差称为第一光学平行差，用表示。垂直光轴截面方向上的偏差称为第二光学平行差，以表示。角度公差角度公差棱棱 镜镜 类类 型型一个反射面的棱镜一个反射面的棱镜二个反射面的棱镜二个反射面的棱镜五角棱镜五角棱镜屋脊棱镜屋脊棱镜直角或钝角公差直角或钝角公差锐角锐角(45(45)公差公差尖塔差尖塔差屋脊角公差屋脊角公差3 3-12-12 2 2-10-10 2 2-10-102 2-10-104

36、 4-10-102 2-10-100.50.5-5 50.20.2-3 31 1-5-50.50.5-6 61 1-5-51 1-5-51 1-5-5第二章光学零件加工的技术要求八、平板零件平行度公差八、平板零件平行度公差九、光楔角度公差九、光楔角度公差平板零件的类型平板零件的类型不平行度不平行度滤光镜滤光镜保护镜保护镜高精度高精度一般精度一般精度3-13-11 1-10-10分划板分划板表面图层的反射镜表面图层的反射镜背面图层的反射镜背面图层的反射镜1010-15-151010-15-152-302-30光楔精度光楔精度公差公差高精度高精度中等精度中等精度一般精度一般精度(0.2-10)(0

37、.2-10)(10-30)(10-30)(30-1(30-1)第二章光学零件加工的技术要求v 2-4 加工余量加工余量一、基本概念一、基本概念概念：概念：为了获得所需的一定零件形状、尺寸和表面质量，在加工过程中，必须从玻璃毛坯上磨去一定的玻璃层。此玻璃层（或其它材料层），通常称为加工余量。二、分类二、分类（一）线性尺寸余量（一）线性尺寸余量（二）角度余量（二）角度余量三、组成三、组成（1）锯切余量：依据金刚石锯片厚度确定余量。第二章光学零件加工的技术要求（2）滚圆余量：24mm（3）整平余量：0.51mm（4）厚度和平行度修磨余量1mm/面（棱镜、平面镜）（5）粗磨余量（6）精磨抛光余量（7）

38、定中心磨边余量第二章光学零件加工的技术要求四、确定加工余量的原则四、确定加工余量的原则破坏层n=凹凸层+裂纹层抛光后，裂纹深度小于/4，否则发生反射或者折射现象。第二章光学零件加工的技术要求五、各工序余量的计算五、各工序余量的计算1、锯切余量、锯切余量 锯切余量与锯片的厚度、侧向 振动、锯切深度等因素有关。一般可按经验公式计算确定：式中 A锯切余量；锯片的厚度；锯片转动时的振动余量。当锯切深度 B 10mm时，1.5；10B 65mm时，取2.0；B65mm时，取2.5。第二章光学零件加工的技术要求2、粗磨余量、粗磨余量表面粗糙度达180#砂眼，单面手修余量0.30mm；240#0.20mm；

39、280#0.10mm。第二章光学零件加工的技术要求3、研磨、抛光余量、研磨、抛光余量当零件直径（边长）d10mm，单面余量为0.200.25mm。4、定心磨、定心磨边余量余量最少0.6mm，最多3.0mm。六、光学零件毛坯尺寸的六、光学零件毛坯尺寸的计算算双凸透镜：双凹透镜：弯月透镜：第三章光学零件的毛坯生产块料毛坯（小批量）毛坯是光学零件的初型：型料毛坯（大批量）棒料毛坯v 3-1 块料毛坯生产块料毛坯生产块料毛坯是用玻璃块加工而成的毛坯。主要加工工序有：锯切锯切、整平整平、划割划割、滚圆滚圆、开球面开球面。一、一、锯切切玻璃的切割主要采用金刚石锯料机。第三章光学零件的毛坯生产按其进给机构的

40、特点，可分为重锤进给、丝杠进给和液压进给三种。（一）重锤进给（一）重锤进给重锤进给又称弹性进给。锯料机的重锤进给机构工作原理如图。（二）丝杠进给（二）丝杠进给 丝杠进给又称刚性进给。机构工作原理如图。第三章光学零件的毛坯生产（三）液压进给（三）液压进给介于弹性进给和刚性进给之间。液压进给机构传动平稳，适合精密下料。锯切的线性尺寸精度可达0.05mm，角度精度可达5。常用的金刚石锯片有外圆锯料机上用的烧结金刚石锯片（如左图）和内圆切割机上用的电镀金刚石锯片（如右图）两种。第三章光学零件的毛坯生产二、整平二、整平整平是把锯切后的坏料不平整的表面磨平，并修磨厚度和两面的平行度，或修磨角度等。整平的方

41、法：整平的方法：散粒磨料研磨和金刚石磨轮铣磨两种。三、划割三、划割常采用金刚石玻璃刀（或滚刀）进行划割加工。第三章光学零件的毛坯生产四、四、滚圆圆形零件的毛坯，整平后胶成长条进行磨外圆，称作滚圆。常用方法有：在平磨盘上用散粒磨料滚圆。在外圆磨床上用砂轮磨外圆。五、开球面五、开球面透镜毛坯的开球面，是将滚圆后的毛坯磨成球面，使其达到零件粗磨完工后的曲率半径和中心厚度的要求，所以开球面亦称粗磨。开球面有两种方法:散粒磨料研磨法金刚石磨轮铣磨第三章光学零件的毛坯生产球面曲率半径的检验球面曲率半径的检验:金属弧形样板检验贴置模检查擦贴度厚度厚度:用千分尺测量；表面粗糙度表面粗糙度:用肉眼观察，无砂眼和

42、擦痕即可。第三章光学零件的毛坯生产v 3-2 型料毛坯的生产型料毛坯的生产光学玻璃零件的型料毛坯加工方法有：热压成型热压成型、浇铸成型浇铸成型等多种方法。热压成型毛坯的主要工艺过程包括：备料备料、加热加热、压制成型压制成型、退火退火。一、一、备料料通过计算重量、下料、修选、滚磨等工序，制成热压成型的坯料。二、加二、加热拍型拍型加热是使坯料升温到塑性变形温度，以便软化成型。第三章光学零件的毛坯生产三、三、压制成型制成型料软化拍型后，即可送到压力机上的压模内压制成型。根据毛坯直径大小不同，压制时间一般在0.53s之间。四、退火四、退火退火的目的退火的目的：为了消除玻璃在热压成型过程中产生的内应力和

43、光学常数的不均匀性。退火可分为粗退火粗退火和精密退火精密退火两个阶段。第三章光学零件的毛坯生产1、粗退火、粗退火粗退火是为了防止刚脱模的压型毛坯因急冷而变形炸裂。粗退火的方式有两种：电炉退火电炉退火和草灰退火草灰退火。2.精密退火精密退火目的目的：使同一批玻璃的每块毛坯，达到光学常数的高度一致性。第三章光学零件的毛坯生产v 3-3 棒料毛坯的生产棒料毛坯的生产一、棒料的成型一、棒料的成型 二、用棒料生二、用棒料生产毛坯毛坯用棒料生产毛坯的一般工艺过程为：切割、开球面。第三章光学零件的毛坯生产棒料的切割可采用如下方法：1、内圆切割法、内圆切割法2、单锯片多棒切割法、单锯片多棒切割法第三章光学零件

44、的毛坯生产3、排锯切割法、排锯切割法 第四章光学零件的粗磨目的目的:是将块料或型料毛坯加工成具有一定几何形状、尺寸精度和表面粗糙度的工序。粗磨的方式粗磨的方式：散粒磨料加工法固着磨料加工法v 4-1 散粒磨料粗磨散粒磨料粗磨 散粒磨料粗磨是指用金刚砂和水搅拌而成的磨料在磨盘对玻璃工件进行的粗加工。一、加工原理一、加工原理仿型法第四章光学零件的粗磨1、粗磨球模形状：、粗磨球模形状：磨凸面零件用凹球磨磨凹面零件用凸球磨2、粗磨工序、粗磨工序粗磨球面一般要用从粗到细三道磨料三道磨料加工。第一道磨料粒度的选择要根据加工工件弧高大小而定。单件弧高大于1mm时，第一道磨料粒度粗于180#；单件弧高在0.4

45、1mm时，选用180磨料；单件弧高小于0.4mm时，选用240#或280#磨料。第二道、第三道粗磨磨料力度选择比第一道磨料粒度要依次减小1、2个粒度号。粗磨完后表面粗糙度要求达1.6m，相当于W40或W28磨料加工的表面。第四章光学零件的粗磨注意：注意：磨凸面用凹球模，磨凹球面用凸球模。粗磨用球模的材料多为铸铁。三道磨料不同，三道球模曲率半径也不一样。3、粗磨检验、粗磨检验在粗磨过程中应随时检查偏心量和厚度公差。第四章光学零件的粗磨检验：检验点检验点对凸球面检验环检验环对凹球面凸球面零件：第一道砂完后，中心留24mm圆台。第二道砂完后，检验点被磨去自身直径的1/22/3。第三道砂完后，检验点消

46、失，查看擦贴度是否达1/22/3。凹球面零件：第一道砂完后，检验环宽度大于1mm。第二道砂完后，检验环宽度大于0.3mm。第三道砂完后，检验环消失，查看擦贴度是否达1/22/3。第四章光学零件的粗磨二、散粒磨料研磨机理二、散粒磨料研磨机理主要是尖硬的磨料颗粒对玻璃表面的机械破碎去除过程，水解作用是次要的。注意：注意：在加工过程中，首先起作用是粒度较大的磨料颗粒，大致占所加磨料的15%左右璃被去除的同时，磨盘表面也会有微量的磨损，研磨中水的作用，一是均匀分布磨料的作用；二是冷却作用；三是水解作用。第四章光学零件的粗磨v 4-2 球面铣削加工球面铣削加工铣削加工，又称范成法加工。所谓范成法是利用磨

47、轮刃口轨迹包络面成型球面的方法。是一种固着磨料加工方法。第四章光学零件的粗磨一、球面一、球面铣削原理削原理条件：金刚石磨轮刃口通过工件顶点。磨轮轴线和工件轴线相交于O点。两轴夹角为。磨轮绕自身轴高速旋转，工件绕自身轴低速转动。第四章光学零件的粗磨二、磨削机理二、磨削机理概括地讲，磨削是一种脆性材料的多刀刃切削去除过程。当在金刚石棱尖施加一定的压力，并沿玻璃滑动时，玻璃表面将被破坏，出现一个具有一定宽度和一定开裂角的划痕，同时在划痕下面有一深入玻璃表面内部的裂纹。第四章光学零件的粗磨v 4-3 球面铣削加工球面铣削加工一、磨料一、磨料（一）种（一）种类主要的天然磨料有：金刚石、刚玉（Al2O3）

48、和金刚砂等。常用的人造磨料有：人造金刚石、人造刚玉、碳化硼（B4C）、人造碳化硅（SiC）等。在粗磨及精磨中，使用最多、效率最高的磨料是碳化硅。其莫氏硬度为9.59.75。（二）粒度（二）粒度磨料的粒度是指其颗粒的大小。磨料的粒度是指其颗粒的大小。分为筛选法和水选法。筛选法筛选法：粒度号用一英寸长度上有多少个筛孔数来命名的。如60粒度，是指一英寸长度上有60个筛孔，依次类推。第四章光学零件的粗磨水选法水选法：其粒度号表示磨料的实际尺寸。如W20，表示该号微粉的颗粒上限尺寸为20m。二、磨具二、磨具（一）金（一）金刚石磨具特征石磨具特征标志志（1）磨料种类：人造金刚石磨料，标志为JR，天然金刚石

49、磨料，标志为JT。（2）粒度：常用80W5。（3）硬度：常用Z（中），ZY（中硬），Y（硬）。（4）浓度：常用25%，50%，70%，100%。（5）结合剂：有树脂结合剂（S），青铜结合剂（Q），陶瓷结合剂（A），电镀结合剂（D）。第四章光学零件的粗磨（6）形状：有平行轮（P）、薄片轮（PB）、杯形轮（B）、碗形一号轮（BW1）、碗形二号轮（BW2）、蝶形一号轮（D1）、蝶形二号轮（D2）、单面凹轮（PDA）、双面凹轮（PSA）、简形轮（NP，NH）、切割轮（PBG）等。（7）外径：代号D（8）厚度：代号H（9）孔径：代号d（10）金刚石层环厚：代号b（11）金刚石层层厚：代号h（12）金刚石

50、角度：代号第四章光学零件的粗磨（二）金（二）金刚石磨具特性参数的石磨具特性参数的选择1、粒度、粒度金刚石磨具的粒度对磨削效率和表面粗糙度的影响正好相反。一般铣削用的磨具粒度，范围在80120。2、结合剂、结合剂 目前，国内外使用四类结合剂。耐磨性由弱到强的顺序为：树脂结合剂；陶瓷结合剂；金属结合剂；电镀结合剂。3、硬度、硬度磨轮的硬度是指磨具表面的磨粒在外力作用下脱落的难易程度。第四章光学零件的粗磨4、浓度、浓度浓度浓度：是指在磨具金刚石层内每立方厘米的体积内含有金刚石的重量。规定每立方厘米中含有4.4克拉金刚石作为100%浓度。v 4-4 铣磨加工中的工艺参数的选择铣磨加工中的工艺参数的选择