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      光學玻璃透鏡制造工藝

      文章出處: 人氣:發表時間:2020-8-5 15:41:46

      1.1  光學零件制造工藝的特點及一般過程
      制作光學零件的常見材料有三大類,即
      光學玻璃、光學晶體和光學塑料,其中以光學玻璃,特別是無色光學玻璃的使用量最大。雖然光學零件的加工按行業劃分歸入機械加工一類,但由于加工對象的材料性質和加工精度要求顯著地不同于金屬材料,因而加工工藝上也完全不同于金屬工藝而具有特殊性。
      1.1.1  光學零件的加工精度及其表示
      光學零件屬于高精度零件。平面零件的加工精度主要有角度和平面面形;球面零件的加工精度要求主要有曲率半徑和球面面形。高精度棱鏡的角誤差要求達到秒級。高精度平面面形精度可達到幾十分之一到幾百分之一波長。平面零件的平面性和球面零件的球面性統一稱為面形要求。光學車間一般用干涉法計量,用樣板疊合觀察等厚干涉條紋(俗稱看光圈)。表示面形誤差的光圈數符號是N,不規則性(或稱局部誤差)符號是△N。除面形精度外,光學零件表面還要有粗糙度要求。光學加工中各工序的表面粗糙度如表6-1所示。光學零件拋光表面粗糙度用微觀不平十點高度表示為R2=0.025um,用輪廓算術平均偏差表示為R2=0.025um,用符號表示則為0.008,在此基礎上,還有表面疵病要求,即對表面亮絲、擦痕、麻點的限制。
      1.1.2  光學零件加工的一般工藝過程及特點
      光學零件加工的工藝過程隨加工方式不同而異。光學零件的加工方式主要有兩類:傳統(古典)加工工藝和機械化加工工藝,這里我們只介紹傳統加工工藝。
      傳統工藝的特點主要有:
      (1)使用散粒磨料及通用機床,以輪廓成形法對光學玻璃進行研磨加工。操作中以松香柏油粘結膠為主進行粘結上盤。先用金剛砂對零件進行粗磨與精磨,然后使用松香柏油拋光模與拋光粉(主要是氧化鈰)對零件進行拋光加工。影響工藝的因素多而易變,加工精度可變性也大,通常是幾個波長數量級。高精度者可達幾百分之一波長數量級。
      (2)手工操作量大,工序多,操作人員技術要求高。對機床精度,工夾磨具要求不那么苛刻,適于多品種,小批量、精度變化大的加工工藝采用。
      傳統加工工藝過程,以一個
      透鏡為例,先后依次經過以下一些工序:
      1、毛坯加工。包括按光學零件圖選擇合適的塊料,切割整平、劃分、膠條、滾圓開球面。開球面是單件進行的。
      2、粗磨加工。使表面粗糙度及球面半徑符合細磨要求。傳統工藝中粗磨是單件進行的。一般采用傳統工藝加工的工廠中,粗磨車間往往包括毛坯加工。
      3、上盤:粗磨之后,經清洗,將一個個
      透鏡毛坯按同半徑組合成盤。即依靠粘結膠把分散的透鏡固定在球形粘結膜上,應注意的是成盤時要使每一個透鏡毛坯的被加工面都處于同一半徑的球面上。
      4、細磨拋光工序。在加工第一表面時,細磨到拋光過程中一般是不需拆盤的,即一次一盤完成。操作中,先使用粒度依次變細的三至四道金鋼砂將被加工面研磨到拋光要求的表面粗糙度,然后清洗,進行拋光。拋光是用一定半徑的拋光模加拋光粉進行。一面加工完畢后,涂上保護膜,翻面再進行上盤。細磨拋光加工第二表面。
      5、定心磨邊工序。透鏡加工過程中會出現光軸和定位軸偏離(稱為偏心)。定心磨邊的任務是消除偏心,并使側圓柱面徑向尺寸達到裝配要求。傳統工藝的磨邊常在光學定心磨邊機上進行。
      6、鍍膜工序,對表面有透光要求的透鏡,要加鍍增透膜。球面反射鏡要鍍反射膜。有的還要鍍其它性質的薄膜,依使用要求由設計決定。
      7、膠合工序。對成象質量要求較高的鏡頭,往往采用幾塊透鏡膠合而成。膠合應在鍍膜以后進行。
      以上這些工藝過程可簡略表示如下:
      選料——切割——整平——膠條——滾圓——開球面——粗磨球面——上盤——細磨——拋光——下盤;第二面上盤——細磨——拋光——下盤——定心磨邊——鍍膜
      1.2  光學工藝安全操作知識
      光學加工由于精度高,加工對象特殊,必須在專門的光學車間內進行。因此,除了遵守一般的機械加工規則外,還必須遵守光學加工所特有的安全操作要求。
      1.2.1  光學車間的特點
      在光學零件加工過程中,大多數工序對溫度、濕度、塵埃、振動、光照等環境因素是敏感的,特別是高精度零件和特殊零件的加工尤其如此。因此,光學車間都是封閉形,并要求恒溫、恒濕、限制空氣流動、人工采光,防塵。
      1、溫度對光學工藝的影響
      恒溫是光學車間一個明顯特點之一。這里包括恒溫溫度及波動范圍兩個問題。光學車間各工作場所由于要求不同,對恒溫溫度及其波動范圍的要求是各不相同的。
      (1)溫度對拋光效率與質量的影響
      由于拋光過程中存在的化學作用隨溫度升高而加劇,因而升溫會提高拋光效率。但由于古典工藝中采用的拋光模制模用膠、粘結膠等主要由松香和瀝青按一定配比制成,一定的配比只在一定的溫度下使用。而且它們對溫度的變化較為敏感,溫度過低,拋光模具與零件吻合性不好;溫度過高,拋光模具拋光工作面變形。這兩者將使加工零件的精度難以保證,具體表現在光圈難以控制和修改。實踐得出:拋光間的溫度一般應控制在22℃±2℃為宜。
      (2)檢驗對室溫的要求
      溫度的波動直接影響檢驗精度。一方面因為精密光學儀器對溫度的波動很敏感;另一方面被檢零件不恒溫時,檢具和零件間有溫差會直接影響讀數精度。所以,檢驗室必須恒溫,并且也應控制在22℃±2℃范圍內。
      2、濕度對光學工藝的影響
      在光學零件加工過程中,凡要求恒溫或空調的地方,均因控制濕度所需。因為,水份蒸發速度直接影響濕度恒定狀態。濕度過低,易起灰塵,零件表表清擦時也易產生靜電而吸附灰塵,影響其光潔度。特殊零件如晶體零件的加工以及光膠工藝等,對濕度的要求尤為嚴格。光學加工過程中室內溫度一般應控制在60%左右。
      3、防塵
      由于光學零件對表面質量即表面光潔度和表面疵病有極高的要求,所以光學車間的防塵問題也特別突出?;覊m在拋光時會使零件表面產生道子、劃痕、亮絲;在鍍膜時,會使膜層出現針孔、斑點、灰霧;在刻劃時會引起刻線位置誤差、斷線等。
      灰塵來源主要有:外間空氣帶入;由工作人員衣物上落下(粒徑一般在l一5μm左右,直徑小于1μm的灰塵,往往不能依靠自重降落,而長時間懸浮于空氣中,影響產品質量);
      不潔凈的材料、輔料、工夾具等帶入;生產過程中產生的灰塵(光學車間的凈化條件,若按室內含塵的重量濃度要求,應控制在毫克/米3的數量級。膠合室的要求更嚴,一般以顆粒濃度作為要求,達到粒數/升的數量級)。
      1.2.2  光學生產安全操作規則
      由于光學車間的特殊性和光學零件加工的高精度要求,學生進入光學車間實習時,必須遵守以下安全技術及操作規則:   
          1、進入光學車間,特別是進入細磨、拋光、檢驗、磨邊、膠合、鍍膜、刻劃等工作間時,應穿白色工作服,戴工作帽,穿專用鞋子或干凈拖鞋,以防止將室外灰塵帶入光學車間;
      2、在操作過程中禁止用手指直接觸摸光學表面,需要拿起光學零件時,手指也只能接觸光學零件的側面或非工作面。因為手指上留有汗漬、各種有機酸、鹽類等對光學表面有害物質,它們往往會使光學零件表面受到侵蝕。如果不小心觸摸后,必須立即用脫脂紗布或脫脂棉花蘸上酒精、乙醚混合液擦拭干凈;
          3、為保持光學車間的恒溫條件,不能在一個工作場所聚集過量人員,致使周圍氣溫上升。門窗也不能隨意打開;
      4、開機前,須先檢查機床設備、工夾具是否完好。發現電機有異?,F象或其它機械毛病時,應立即拉開電閘或停機檢查。安裝、拆卸零件和夾具時,機床主軸必須完全停止轉動;
      5、為了清洗光學零件和其它工作需要,光學車間常常使用或臨時存放多種易燃物質,如溶劑汽油、無水酒精、乙醚等。因此光學車間必須嚴格注意防火,加熱設備必須遠離上述物質。為了防火,同時也為了空氣衛生,光學車間內嚴格禁止吸煙;
      6、在加工過程中,粗砂禁止帶入細砂,細砂禁止帶入拋光區,因此在換砂以后,在磨砂完畢進入拋光前,必須對工件、工夾具、工作臺等進行徹底清洗,以防砂子帶入使工件表面出劃痕、亮絲,破壞光潔度;
          7、在上盤、下盤,或其它需要加熱光學零件情況時,不可使零件急熱急冷。加熱時應注意零件升高的溫度必須控制在材料的退火溫度以下。由于電爐表面溫度已接近或超過許多材料的退火溫度,所以不能將光學零件直接放置在電爐盤上加熱,必須墊上襯墊;
      8、在未了解實習所用機床及儀器設備的操作規范前,不允許擅自開動機床,試看試用有關的儀器設備。也不允許操作不在實習范圍內的儀器與設備,以免造成損壞和人身不安全事故。
      1.3  光學零件和光學零件圖
      光學零件是光學制造最后完成的目標,光學零件圖是加工和檢驗的依據,所以在加工之前必須熟悉光學零件圖及相應的技術指標、符號、尺寸等的含義。
      1.3.1光學零件及有關術語、符號
      光學工藝使用的圖紙,通常有光學零件圖、膠合部件圖、工序圖(毛坯圖、粗磨圖、拋光圖等).其中光學零件圖規定了加工時所必須的全部資料,包括外形尺寸,材料、技術要求及其它需說明的各項內容如圖(1—11)、圖(1—12)、圖(1—13)所示。其它工藝圖紙均按光學零件圖畫出,標注各工序完工后的尺寸和檢驗要求。
      繪制光學零件工藝圖樣的一般原則是:光學零件的光軸用點劃線表示,一般水平放置,光線方向應自左向右,零件一般對稱于光軸放置,圓零件只畫出沿光軸剖開的剖面圖。
      圖紙左上角的表格依次列出對玻璃的要求和對零件的加工要求,包括面形精度,表面質量等.零件的外形尺寸,有關技術要求在圖上注明或在圖紙下方用文字或符號注明。
      常用符號、術語說明如下:
      N  光圈數符號。表示被檢的零件表面和樣板標準表面曲率半徑偏差時產生的干涉條紋數(通稱光圈)數目;
      ΔN  光圈局部誤差符號,表示表面形狀的局部誤差;
      ΔR  樣板精度等級符號.即樣板曲率半徑實際值對名義值的偏差量符號;
      B(P)  光學零件表面疵病符號,也稱為光潔度。光學零件工作表面的粗糙度一般都要求達到R1=0.025μm,舊標準為V14。在此基礎上還需限制表面上存在的亮絲、擦痕、麻點,應與機械加工中的光潔度概念區分開。
      C(X)  透鏡偏心差符號,亦稱透鏡的中心偏差符號。用透鏡表面的球心對透鏡定位軸的偏離量表示;
      π  尖塔差符號。表示反射棱鏡的棱向誤差;
      θ  平行差符號。玻璃平板兩表面間的不平行度;
      S  屋脊棱鏡雙角差符號。屋脊棱鏡屋脊角有偏差時造成的雙象差的程度;
      d  透鏡中心厚度;
      φ  透鏡的口徑;
      鍍膜符號:④為增透膜, ②為增反鏡;
      Δnd 玻璃材料折射率允許誤差,包括對標準值的允差和同一批玻璃中的一致性允差。
      Δ(nF—nC)  色散允差,與Δnd一樣同樣包括二項:

      光學均勻性:玻璃內因折射率漸變造成的不均勻程度,影響零件的鑒別率,以鑒別率表示;雙折射:玻璃存在應力時呈現各向異性,產生雙折射現象,以雙折射光程差表示;紋:玻璃中的化學不均勻區,因折射率不同于主體而出現絲狀或層狀的疵病,塊料玻璃有從三個方向檢查的,也有二個或者一個方向檢驗的;氣泡:玻璃體內殘留氣泡程度,有大小與個數兩項指標。

       1.4  光學零件的加工余量
      1.4.1  加工余量的基本概念
          在光學零件加工過程中,為了從玻璃毛坯獲得所需要零件的形狀、尺寸,表面必須預留一定量的玻璃層,這一定量的玻璃層就稱為加工余量。加工余量的正確給出是十分重要的,如果給出的余量小,則加工不出符合技術要求的零件;如果余量太大,又會造成材料與工時的浪費。
          根據光學零件加工工序,零件的加工余量分為:鋸切余量、整平余量、滾圓余量、粗磨余量、細磨及拋光余量、定中心磨邊余量;在每一工序之后給下一道工序留下的余量稱為中間工序的余量;由加工中各個中間工序的余量所組成的余量總和稱為總加工余量;鑒于各工序的加工特點不同,需要很好地研究如何合理地規定各道工序的加工余量。
      1.4.2  確定加工余量的原則
      光學零件的絕大部分余量都是借助于散粒磨料或固著磨料磨除去的。在研磨過程中,磨料對玻璃表面施加壓力,形成一定的破壞層,往后的細磨、拋光等各道工序就是要除去這一破壞層,使玻璃表面形成符合要求的光學表面。因此,確定加工余量的原則應該是每道工序中除去的余量等于上一道工序產生的破壞層深度Fn-1,與本道工序產生的破壞層深度之差.玻璃經過第一道砂粗磨后,表面產生凹凸層hc和破壞層Fc,破壞層最深處以AA’表示;當第二道砂粗磨時,產生凹凸層h1和破壞層F1,而破壞層深度應與AA’線重合,而其加工余量應為圖中的△1,顯然△1等于Fc與F1之差。以后各道磨料的研磨加工余量均可類推,最后一道磨料的精磨所產生的h與F都己相當細微,因此,應該使最后一道磨料中的F略微超出AA線。然后通過拋光除去殘余的相當微細的破壞層。余量的表達式為:

      必須指出:根據上述原則計算的余量只是理論值,實際上還應該結合加工的具體情況給予適當地放大。
      1.4.3各工序余量的確定
      1、鋸切余量與公差
      鋸切余量與鋸片的側向振動、鋸片厚度、鋸切深度等因素有關,可按表1—1選取。
      表1—1鋸切余量

      鋸切深度
      (mm)
      散粒磨料鋸切余量mm
      金剛石鋸片鋸切余量mm
      鋸片厚度1mm
      鋸片厚度2mm
      鋸片厚度1mm
      鋸片厚度2mm
      〈10
      10~65
      〉65
      1.5
      2.0
      2.5
      3.0
      3.2
      3.6
      1.5
      1.8
      2.2
      2.5
      2.7
      3.0
       

      鋸切的尺寸公差取±0.2~0.5mm。
      2、整平余量
      整平時,磨去玻璃層的厚度,決定于毛坯玻璃的厚度,表面不平程度及其它表面疵病大小,一般加工中單面整平余量取0.2~0.6mm;
      3、磨外圓加工余量與公差
      磨外圓余量是指將整平后的方料,按其邊長磨到圓直徑之間的磨去量,根據磨外圓的加工機床與零件尺寸不同,可按表1-2確定,磨外圓公差可按表1-3確定。
      表1-2磨外圓余量

      零件直徑mm
      加工種類

      〈7
      無心磨床
      0.4~0.6
      7~40
      手搓滾圓
      外圓磨床
      改裝車床
      1.5~2.0
      1.5~2.0
      2.0~2.5
      〉40
      外圓磨床
      改裝車床
      2.0~3.0
      2.5~4.0
       

       
       
      表1—3 磨外圓公差

      加工方法
      外圓公差mm
      不同柱度mm
      無心磨床
      手搓滾圓
      外圓磨床
      改裝車床
      0.05
      0.10
      0.05~0.10
      0.10~0.20
      0.01
      0.01~0.10
      0.05
      0.10
       

      4、研磨、拋光余量與公差
      研磨的余量與被加工零件開關和尺寸、毛坯的種類、機床精度等因素有關。拋光余量十分微小,它與精磨余量一起給出。
      (1)用散粒磨料研磨時,粗磨余量參考表1-4:
      表1-4 散粒磨料粗磨余量

      零件
      毛坯種類
      加工面形狀
      透鏡直徑或長方形零件邊長(mm)
      單面余量
      0~25
      25~40
      40~65
      〉65
      1
      2
      1
      2
      1
      2
      1
      2
      透鏡
      球面型料
      凸面和凹面
      0.2
      0.3
      0.3
      0.4
      0.4
      0.6
      0.6
      0.6
      塊料
      凸面
      0
      0
      0
      0

      凹面
      h
      h
      h
      h
      平面鏡
      平面型料
      平面
      0.2
      0.4
      0.3
      0.5
      0.4
      0.6
      0.6
      0.9
      棱鏡
      型料和鋸料
      平面
      0.5
      0.5
      0.6
      0.6
      0.7
      0.7
      0.9
      0.9
       

      (2)用固著磨料研磨時,粗磨銑切余量參考表1—5,對于棱鏡,考慮到修磨角度,余量應當增大。
      表1—5  固著磨料粗磨余量

      種類
      零件直徑
      直徑
      直徑
      單面余量(mm)
      雙凸透鏡
      0.15
      0.20
      平凸透鏡
      0.075
      0.10
      雙凹透鏡
      有平臺
      1
      0
      無平臺
      0.1
      0.15
      平凹透鏡
      0.05
      0.075
       

      (3)精磨拋光余量及公差
      精磨和拋光的余量:一般采用的數據為,零件直徑≤10mm時,單面余量取0.15~0.20mm,零件直徑>10mm時,單面余量取0.20~0.25mm。
      高速精磨余量一般取0.1mm。
      3、定心磨邊余量
      凹透鏡的定心磨邊余量參考表1—6選取。對于凸透鏡當其直徑與凹透鏡尺寸相同時,可選取比表1—6低一級的余量。
      表1—6  凹透鏡定心磨邊余量

      透鏡直徑(mm)
      1.5~2.5
      2.5~4
      4~6
      6~10
      10~15
      15~25
      25~65
      65~100
      >100
      加工余量(mm)
      0.4
      0.6
      0.8
      1.0
      1.2
      1.5
      2.0
      2.5
      3
       

      1.4.4  光學零件毛坯尺寸的計算
      各工序的加工余量確定之后,就可計算出毛坯的尺寸。
      1、透鏡的毛坯尺寸計算
      對于雙凸透鏡可按下式計算:
      t=t0+2(p1+p2)
      對于凹凸透鏡可按下式計算:
      t=t0+2(p1+p2)+h
      對于雙凹透鏡可按下式計算:
      t=t0+2(p1+p2)+h1+h2
      式中:t——毛坯的厚度;
           t0——透鏡的中心厚度;
           p1——精磨拋光余量(單面);
           p2——粗磨余量(單面);
            h1、h2――凹面的矢高。
      2、棱鏡的毛坯尺寸計算
      棱鏡的種類雖多種多樣,但都可認為是若干個三棱鏡的組合,所以只需分析三棱鏡毛坯尺寸的計算。
       
      第二章  光學零件制造工藝實習
      2.1光學零件的粗磨成型工藝
      2.1.1粗磨及其要求
      一、概  述
        1、什么是粗磨
        將玻璃加工成透明的光學表面,無論采用傳統工藝還是機械化工藝,均需要經過三大基本工序:即粗磨、細磨(精磨)、拋光。
          粗磨是將玻璃塊料或型料毛坯加工成具有一定幾何形狀、尺寸精度和表面粗糙度的工件的工序。按國內一般情況,粗磨工序是包括毛坯加工分工序的,而狹義的粗磨是僅指在已基本成型的毛坯上研磨表面,使其表面形狀(如球面半徑)和表面粗糙度滿足下一步上盤細磨要求的那一部分工作。這里所述粗磨則指較廣的范圍,即從由塊料加工毛坯開始,因此它所包含的分工序相應地要比成型毛坯的多一些。
        2、粗磨的要求
        粗磨的要求是隨零件的種類不同而不同的。
        對于球面零件,粗磨加工的要求是:一定的曲率半徑、中心厚度、中心偏不超過某一范圍;完工后的表面粗糙度要求達到3.2(R1=3.2μm)相當于舊標準光潔度等級為V5;對于平面零件,粗磨加工的要求是:一定的角度、厚度、外形尺寸;完工后的表面粗磨度一般應比球面零件的要求高一些。
      二、粗磨工藝的機床、設備與輔料
          傳統工藝用機床采用散粒磨粒加工,主要種類有:
          (1)割料機:主要結構為一高速旋轉的鐵片圓盤,下置一個砂桶,用手推動玻璃進行鋸割,俗稱泥鋸;
         (2)粗磨機:該機床由一電機通過皮帶驅動主軸轉動,主軸上端裝有平?;蚯蚰?,主軸轉速可以利用塔軋變速,研磨時可根據工件加工余量的大小,向平?;蚯蚰L砑硬煌6鹊哪チ吓c水的混合物。玻璃的磨除量和表面凹凸層與磨料粒度、磨料種類、磨料供給量、機床轉速及壓力等因素有關。該機只有一個主軸,故又稱單軸機,若有兩個主軸則稱粗磨二軸機。
      三、粗磨量具
      根據粗磨精度情況,量具使用范圍如下:
      (1) 鋼尺:用于劃線、切料、核料、測量;
      (2) 分厘卡:0—25mm規格,用于凸透鏡中心厚度測量;25mm以下的外圓及棱鏡尺寸測量;加裝測量頭還可測量凹透鏡的中心厚度;25~50mm規格,用于25—50內各種外圓尺寸、棱鏡尺寸測量;
        (3) 游標卡尺:用于零件直徑、長度、高度、內徑等大于50mm的尺寸測量;
      (4) 百分表:測量零件深度、平行度、凹透鏡中心厚度;
      (5)角尺:包括直角尺、調整角尺(角規)、萬能角尺,用于測量零件角度,是棱鏡加工的必備量具;
      (6)刀口尺:用于檢驗平面零件的平面性;
      以上量具校正時應用三級塊規。
      四、粗磨磨料
      粗磨磨料最常用的是金剛砂,其主要成份為Al2O3、SiO2、Fe2O3等,系天然礦物產品。
      磨料生產中,對于粗細不同的磨料是用其粒度來表示的。按國家標準規定,對用篩選法獲得的磨料粒度號用一英寸長度上的篩孔數目命名,如60、80、120、280。號數越大,磨料越細;較細的磨料用水選法分級,以實際尺寸命名粒度號。如W。、W20、Wo等,號數越大,磨料越粗。由于各種粒度的磨料實際上是一群粒徑在一定范圍內的混合體,因此,對磨料的質量還要求要有一定的粒度均勻性。
      五、粘結材料
          用于粘結零件,是一種零件粘結和裝夾輔助材料,常用的有柏油和松香。
      按一定比例配合熬制成的火漆、松香和黃蠟配制的粘結膠等,其主要指標是針入度和軟化點。軟化點越高,針入度越小,膠則越硬.對于粘結膠,軟化點約為上盤溫度,而適宜使用的室內溫度則應低于此值,粘結膠軟化點應大于80℃。
       2.1.2  粗磨磨具 
      粗磨磨具包括加工用的研磨模、倒角模和裝夾粘結用的粘結模。加工模具又稱工具,多用鑄鐵制造;粘結模又稱夾具,常用鋁合金或鑄鋁制成,按其外形可分為球面和平面兩類,各種球面模具的主要差別在于球面半徑精度和模具的矢高,不同模具原則上不能通用。平面模具主要指標是其口徑大小,通用性較大。
      一、球面零件的粗磨
      A、球面零件粗磨工藝過程
      球面零件粗磨工藝過程根據所用毛坯的類型及加工方式的不同而不同。
      1、塊料毛坯:傳統工藝下的球面零件粗磨工藝過程,可由下列工序構成:
        (1) 鋸料(切割):按零件毛坯尺寸進行鋸切;
        (2) 整平:磨去鋸切時留下的不平痕跡;
        (3) 切片(或割方):按零件直徑毛坯尺寸切片割方;
        (4) 膠條:按零件厚度方向膠成長條;
        (5) 滾圓:用手工方法將膠條磨去棱角再滾磨成圓柱,或裝在專用機床上直接按尺寸要求磨外圓;
      (6) 拆膠、清洗:膠條拆開獲得若干單個圓形玻璃片;
      (7) 磨球面(俗稱開R):將圓片平表面按圖紙要求磨成球面;
      (8) 倒角:磨去鋒利的邊緣;
      (9) 清洗送檢。
      2、型料毛坯:型料毛坯一般是已具有圓片形狀的玻璃料或是熱壓成型的球面玻璃料兩種,對于型料毛坯一般是采用機械化工藝加工,其工序過程有:
          (1)型料檢驗  型料是一定質量的光學玻璃經熱加工后的產品,其理化性質常有改變,因此用料時,一定要按圖紙要求逐項檢驗,合格方可使用;
          (2)上盤 將型料上剛性盤裝夾
          (3)銑磨球面  用金剛石磨輪在銑磨機上進行銑削形成球面;
          (4)粗磨修整  這一工序主要用于部分機械化工藝中,即成盤銑磨好的球面零件,下盤后要單只粗磨修整并倒角,方能送古典式細磨工序加工。
      B、主要工序操作方法
      1、鋸料(切割):鋸料的目的是將大塊料鋸切成小塊或片狀,以利下道工序加工??砂匆韵虏襟E完成。
      (1)選料:根據圖紙上對材料提出的各項指標要求,認真細致地選擇,不可出錯,稍有差錯,加王后即成廢品,既費工又費料,因為以后各道工序一般不再檢查,也很難檢查。 
      (2)劃線:劃線的尺寸是圖紙上零件要求的名義尺寸,總的加工余量與鋸縫寬度三部分之和。
      雙凸透鏡劃線尺寸計算:
      厚度劃線尺寸:6(圖紙上名義尺寸)+0.3(細磨拋光余量)+0.2(粗磨余量)+1(整干余量)+2(鋸縫寬度)=8.5。式中:單位是毫米(mm);
      直徑劃線尺寸:30(圖上名義尺寸)+1.5(磨邊余量)+1(滾圓余量)+1(磨方余量)+2(鋸縫寬度)=35.5 。
      (3)鋸切:在泥鋸上鋸切;先檢查機床是否正常,砂桶內有無合適的砂漿,工作臺是否可靠。然后開動機床,手持玻璃沿靠板緩緩推進切割;對較薄的玻璃塊,為防止最后崩邊可預先膠上一塊保護玻璃再行切割。
      若在金剛石鋸片切割機上切割,先按操作說明書檢查機床是否正常,鋸片裝夾是否緊固,冷卻液是否流通。然后裝夾玻璃,調整好位置,開動電機自動切割。
        (4)鋸切操作注意事項
      a、鋸片不平直時:應先調整平直,軸上安裝要正確、可靠;
      b、進料時,應對準鋸縫,鋸片和玻璃接觸線不應過長,并應從玻璃邊緣開始切割;
      c、用手握住玻璃時,不應有上下與左右方向的跳動,切割開始與結束時用力要輕,以防崩邊;
      d、鋸大的玻璃塊料時,切到中間應調轉180o再切;
      e、鋸下的余料,必須即時重新打印或者用玻璃鉛筆寫上原來的牌號及有關質量指標,以防止以后不可辨認而成為廢料。
        2、整平:整平的目的是磨平鋸切時留下的不平痕跡及破口,以保證零件平行度,控制尺寸,提高表面光潔度。也有手工整平與機械整平兩種方法。
      (1) 手工整平方法  手握工件,使其在鑄鐵研磨盤上沿橢圓形路線運動,運動方向應與磨盤轉動方向相反,同時加砂加水,研磨時需要多磨的地方應加大壓力,如在凸出部、形塊的厚端部或者讓需要多磨的部位在磨盤的邊緣部分停留的時間較長些;
      (2) 機械整平  用平面磨床進行磨平,或者用銑磨機床銑平,一般是多塊成盤加工;
      (3) 整平操作注意事項
      手工整平時,要防止在工件上加壓不勻造成工件表面成凸起的弧形,正確的加壓方法是使工件始終貼緊磨盤表面運動,同時不可一次加壓過劇,應從厚到薄逐漸過渡。
          3、劃方:劃方是傳統工藝中,加工小尺寸球面零件時常見的工序方法。對于較薄(<
      10mm)的整平毛坯,不用鋸切方法而是用金剛石玻璃刀劃方,使用金剛石玻璃刀劃方的要
      點如下:
          (1) 選擇號數合適的金剛石刀、玻璃厚時,相應的金剛石刀的號數要大;
          (2) 走刀時,切削刀刃加力要合適(約2kg)應與玻璃表面成一定傾角,走刀過程中不能
      停頓斷線;
      (3) 劃痕不能重復,交叉;
      (4) 工作臺面要平,玻璃較厚時,刀路上應涂上煤油,d>lOmm時,劃后用小錘輕輕敲擊劃痕背面,使之開裂。
      3、磨球面(開R)
      這是球面光學零件的第一次成形加工。磨球面工藝的要求除加工出符合粗磨圖紙上規定的球面半徑值外,還應該控制偏心差,并使加工面具有一定的粗糙度。同樣,磨球面也有手工與機械兩種方法。
      (1)手工法磨球面  用手工法磨球面指用散粒磨料單件手工粗磨球面的方法。
      ①研磨盤以速度w1作逆時針方向轉動,工件用手指按住(較小的工件可以用一木棒粘上)沿磨盤表面上下移動。為防止產生較大偏心差,工件還要依靠大拇指的推動,不斷圍繞自身軸線以速度w2轉動;
      ②粗磨球面一般要用從粗到細的三道磨料加工,每一號磨料應有相應曲率半徑的粗磨球模,第一道磨料要根據單件矢高的大小,選擇不同的粒度(矢高大于1毫米時用粒度180#磨料;矢高為0.4~l毫米時用200~180#磨料,矢高小于0.4毫米的,用小于200#的磨料);第二道選用280#磨料,第三道選用W40。(或W2a)磨料;
      ③為控制偏心和檢驗厚度,磨完第一道磨料后應留出具一定尺寸的檢驗環(凹球面)和檢驗  點(凸球面)用觀察檢驗環是否對徑等寬分布,檢驗點是否位于中心來判斷偏心的程度。磨完第二道磨料的中心厚度大于粗磨完工尺寸約0.1毫米,第三道磨料則磨到粗磨完工尺寸。
      2.1.3 平面零件的粗磨   
        一、平面零件的粗磨
      對于具有一個側圓柱面的一般平面零件,如分劃板、度盤、平面平晶,平行平晶等,傳統工藝的工藝過程類似于球面零件的粗磨工序,不同之處是無需磨制球面;平面零件粗磨表面質量比球面的要求高,應比球面零件多磨一道細一號的砂,同時要修改兩表面的平行性。
          用散粒磨料粗磨平面時,第一道砂根據工件的加工余量的不同,選用不同的粒度。用粒度小于180#的砂研磨后,厚度余量應比粗磨完工尺寸至少大0.5毫米;用180#砂研磨后留余量0.3毫米以上;用240#砂磨后留余量0.25毫米以上;用280#砂磨后留余量0.1毫米;
      最后用W40(或W2s)砂磨到粗磨完工尺寸,粗磨完工的工件表面以中間略凹些為好。
          粗磨時檢驗工件和平模的平面性用刀口平尺,根據平尺刃口下是否漏光的情況來判斷面形。檢驗前應將表面擦凈。平尺放到工件上后不要來回拖動,以免使平尺刃口很快被磨損。
          1、散粒磨料多片加工
          工件尺寸小于150mm時,可采用多片成盤加工工藝。具體操作過程是:將粘盤加熱,用
      石蠟或松香蠟將平面工件上盤,粘盤中心要凹;
          2、散粒磨料單件加工
      工件尺寸大于150mm時,應用小平模粘結單件加工,如外圓較規則,可不必粘結,裝在套模內加工即可。
      2.2  光學零件的細磨(精磨)工藝
         2.2.1  概  述
          一、細磨工藝及其要求
      粗磨完工的零件表面是比較粗糙的,其幾何形狀也與圖紙要求差距較大,還不能用來進  行拋光加工,為此,零件的粗磨工序完工之后還必須設置細磨工序。其目的有兩個,一是通過細磨工序將零件的表面粗糙度提高到0.8(R1=0.8μm)左右,相當于舊標準光潔度等級V  7;二是使零件幾何形狀更加精確,面形更為完善。所以細磨是粗磨與拋光之間的一道中間工序,也是不可少的基本工序。
          鑒于以上原因,細磨工藝過程并無嚴格的界限,通常是指從280#或320#到W1、W10等,粒度的散粒磨料的加工。有的地方,特別是采用金剛石丸片加工的機械化工藝場合,通常把  粗磨與拋光中間的工序叫精磨工序。其作用與要求與上述細磨相同。為便于區分,以下把這  一工序中用散粒磨料加工的叫細磨;用金剛石工具加工的叫精磨。
        二、細磨工序的特點
           1、細磨完工后工件表面粗糙度低,凹凸層深度接近拋光劑顆粒尺寸面形基本接近圖紙
        要求,角度用測角儀檢測應基本無誤差;
        2、細磨工序只要零件結構允許,多是成盤加工.必須指出,如果采用機械化工藝,用金剛石磨輪銑磨,金剛石丸片精磨的方式則往往在粗磨前即應完成成盤工作;
      3、細磨所用機床、工具應較粗磨時精密,特別是平面研磨模,球面研磨模等,必須經過反復修改,試磨、檢驗符合要求后才能使用;
      4、對清潔工作的要求更高,粗砂絕對不可帶入細砂。為此,每道砂后都必須對工件、磨具、機床臺面進行清洗。細磨完畢后用皂液作更精細地清洗。
      2.2.2上盤與下盤技術
      上盤是細磨<精磨)加工前的一道關鍵工序。無論用哪一種方法加工,無論是單件或多件加工,一般都要先上盤,即把零件按一定要求固定在粘結模上。固定的方式有用膠粘結的,也有不用膠粘結而依靠分子吸引力固定著的(光膠).對于單件上盤只是要求把零件無偏心地固定在粘結模上;對于多件上盤,則要求(1)所有零件在鏡盤上加工面一致,即要求球面鏡盤上所有零件的加工面位于同一球面上。如果是平面鏡盤,則要求所有加工面處于同一平面內。(2)零件在鏡盤上的排列必須符合可排片數多和磨損均勻的原則。由于機床功率限制和球面半徑的約束,每一鏡盤上所能排列的鏡片數量有一極限值。另外,由于鏡盤增大,均勻磨損困難程度也隨之增大,所以每一鏡盤上也不是排列的片數越多越好。因此,上盤以前必須進行鏡盤設計,確定采用鏡盤的排列方式和尺寸,所用粘結模的尺寸等。然后方能進行上盤操作。鏡盤設計一般由工藝人員完成。感興趣者可查閱曹天寧等編《光學零件制造工藝學》第五章有關內容,此處從略。
       
      2.2.3  透鏡的細磨工藝
      透鏡的細磨方法有兩種,即用散粒磨粒細磨與金剛石工具高速精磨。
      一、用散粒磨料細磨球面
          用散粒磨料細磨時,磨料在研磨磨具和零件之間處于松散的自由狀態,借助細磨所加壓
      力,通過模具、磨料和零件之間的相對運動,實現零件表面成型目的。細磨前應根據零件粗磨后的表面質量,選擇細磨用磨料粒度號。通常粗磨完工,表面粗糙度為3.2,相當于用w28
      (302#)磨料加工的表面,則細磨第一道磨料粒度號應選用W28(302#)。
          散粒磨料細磨的技術關鍵在于細磨磨具的面形精度、研磨速度及壓力調整。如細磨研磨
      模具面形精度達不到要求,則應先修改研磨模具。
          1、細磨模具的修改
          細磨模具的修改方法根據修改量的大小,可有對磨法(凹凸一對磨具對磨),砂石或刮刀修改法。若表面誤差太大時,可在球面車床上進行修改。細磨模修改后,工作表面曲率半徑應符合要求,表面且不允許有不規則的凹凸不平,不允許有砂眼、氣孔、大擦痕,模具工作面相對鏡盤旋轉中心的跳動量應小于0.1毫米。
          對磨修改球面研磨模操作方法:
          (1)凹模修改
          ①用凹模在細磨機上細磨一盤零件;
          ②洗凈、擦干,用樣板檢查加工面光圈,若出現低光圈,凹模中心應多磨,將凸模安裝在主軸上,凹模在上,擺幅要大,擺幅量是凹模直徑的1/2左右;
          ③若零件表面出現高光圈,則凹模邊緣應多磨。修改方法:凹模在下,凸模在上,擺幅要大,擺幅量是凸模直徑的1/3左右;
          各道細磨用的研磨模具的修改順序以最后一道磨料所用模具為基準,逐步修改上一道磨料用的研磨模具。用擦貼度檢驗,擦貼度為1/3~1/2,即接觸面積占1/3~1/2,且接觸區不應集中在零件中心。如細磨用302#、302、303#三道磨料,相應有三對研磨模具。先修改303#磨料用模具,用廢零件試磨看光圈檢驗,303磨料用模具修改好后,修改302磨,用模具亦用零件檢驗,試磨后的零件在303#磨料模具上看擦貼度,若合格最后修改302#
      磨料用研模具。
          (2)凸模修改
      ①試磨一盤零件。用件板檢查被加工面,是高光圈時,應多磨模具邊緣、修改方法是凸模在下,凹模在上,加大擺幅,擺幅量是凹模直徑的1/2左右;
      ②用樣板檢查被加工面時,若是低圈則應多磨模子中心,凹模在下、凸模在上。擺幅要大,擺幅量是凸模直徑的1/3;
      ③擦貼度觀察方法  為了方便而有效地觀察擦貼度,可在零件(鏡盤)上哈氣,哈出的帶有水汽的氣體在玻璃表面冷凝成水膜,貼合在模子上,接觸處形成水印。取下鏡盤后,看水印大小及分布狀態即可判別擦貼度大小。
      2、細磨操作過程
      散粒磨料在普通細磨機上細磨過程如下:
          (1)根據被加工零件的技術要求和鏡盤大小選擇機床。一般機床可加工的最大鏡盤尺寸按平面鏡盤尺寸千計算,球面鏡盤應進行換算。決定機床轉速、三角架擺幅、鐵筆的前后位置和高低。
          (2)分清磨料粒度號,依次確定磨去余量分配。細磨余量根據磨料號。零件大小、零件材料軟硬程度確定。單面余量<0.01mm時可用Wu和Wzo號磨料;單面余量0.1mm左右時,可用Wo\Wi4\Wlo號磨料。為了保證零件厚度,對于厚度公差0.1mm的零件,在第二面加工時應按厚度大小配盤,若厚度差別過大,應單只修磨,整盤零件厚度公差在0.05mm以內;      
          (3)將鏡盤或模具裝上機床主軸。正常情況下,一般凸鏡盤及直徑大于350mm的凹鏡盤應裝在主軸上,而凹研磨模應扣在其上,由鐵筆撥動;
          (4)在下盤上均勻涂布濃些磨料漿,放上鏡盤,手推動幾下,使磨料分布均勻。然后手扶鐵筆,架至上盤支承孔內,開動機器。先開主軸開關,再開擺動開關。5分鐘左右取下鏡盤檢查零件是否全部磨到.如果均勻磨到,可繼續加磨料研磨。如果鏡盤邊緣或中間均勻地未磨到,應再修改模具。如鏡盤上局部區域未磨到,應預熱一下鏡盤再磨。如仍磨不到,則表示上盤時各零件的加工面不在一個球面上,應重新上盤。
          (5)鏡盤和模具研合后,可在鐵筆上部加荷重,以加快研磨速度,采用兩道磨料制時,球面第一道磨料應研磨10—20分鐘。
          (6)清洗鏡盤。檢驗無砂眼和擦痕時,換用第二道磨料。第二道磨料開始前,磨具、臺面、鐵筆等均應清洗干凈.當最后一道磨料在整個鏡盤表面研磨均勻之后應停止加磨料,再加5—10分鐘的水,磨到模具表面呈灰青色或灰黑色時取下。
          (7)用溫水洗凈鏡盤,檢查表面細磨質量。合格后送拋光。細磨中零件最后面形和樣板相比,一般應為低光圈,光圈數為2—3為宜。
      2.3  光學零件的拋光工藝
        光學零件要獲得透明的光學表面必須進行拋光加工,它是光學零件制造過程中所花工時最多,要求最高,影響質量的因素多而易變的一道主要工聲。
      2.3.1  概  述
          光學零件拋光工序在細磨(或精磨)之后進行。拋光的作用機理目前還沒有形成一個完整統—的理論。由于影響拋光質量的因素多而易變,故達到拋光作用的手段和途徑也多并各有差異。但對拋光操作的基本要求,拋光的基本過程和方法,拋光所用的各種輔料,拋光過程中的質量監控方法等均已比較成熟,在用散粒磨料的傳統工藝中尤為如此,是光學零件工藝實習的重點學習內容。
      一、 拋光的基本要求 
        細磨過的光學零件,外形幾何.尺寸已基本確定,拋光是對表面作微量修整,基本要求有:  1、獲得光學表面,即最后要磨除細磨加工留下的凹凸和裂紋層,獲得表面粗糙度為0.008 表面疵病符合圖紙要求的透肯表面。
      2、表面面形精度符合圖紙要求的N和△N。
      上述兩個要求在一般的拋光過程中是分步達到的。即先拋亮,達到第一個要求;然后精修光圈,使之合格達到第二個要求。
      二、 拋光過程和拋光方法
        1、古典拋光工藝的特點及過程
        古典法拋光是一種歷史悠久的加工方法。其主要特點是:采用普通的研磨拋光機床或手工操作;拋光模層材料多采用拋光柏油;拋光劑是用氧化鈰或氧化鐵;壓力是用加荷重方法實現。雖然這種方法效率低,但加工精度較高,故目前仍被采用著。其基本過程為:在和細磨通用的各種平擺式機床上(二軸機、四軸機)裝好鏡盤與拋光模,其安裝方式,不管是鏡盤還是拋光模,一般都是凸的在下,凹的在上,將拋光液加在拋光模和零件表面之間,借助兩者的相對運動,使鏡盤表面(零件表面)逐漸形成光學表面。
          拋光過程中,面形精度使用光學樣板檢驗其光圈數決定。拋光質量好壞的關鍵是準確的誤差判別(光圈識別)和各種工藝因素的合理調節,即取決于操作人員的技術水平。
      2.3.2 拋光輔料
          拋光過程中使用的輔助材料很多,其質量好壞對光學零件加工質量及生產效率有重要影響,其中以拋光中用作磨削物質的拋光粉與形成光學表面面形的拋光摸層材料最為重要。
      一、.拋光粉
          在古典法拋光工藝中,拋光粉是必不可少的磨削物質.對拋光粉的要求是:
          (1)應具有一定的晶格形態和晶格缺陷,有較高的化學活性;
          (2)粒度大小應均勻—致,純度高、不含有機械雜質;
          (3)硬度適中;
      (4)有良好的分散性(下易結塊)和吸附性。
          在光學玻璃拋光中,常用的拋光粉有以下幾種:   
          (1)氧化鐵,俗稱紅粉。(它屬于a型氧化鐵a-Fe2O3,)斜方晶系,顆粒成球形,邊緣有架狀物,顆粒大小約0.5—1Pm,莫氏硬度4—7比重5.2。
          由于氧化鐵價廉易得到,幾百年來,傳統工藝中一直以它為主要拋光物質。近二十年來除眼鏡行業外,已逐漸為氧化鈰代替。用氧化鐵拋光雖效率低,但光潔度高。
          (2)氧化鈰(CeO2)它是稀土金屬氧化物,屬于立方晶系,顆粒外形呈多邊形,棱角明顯平均直徑約為2Fro,莫氏硬度6~8,比重7.3,顏色有白色、黃色和褐色的幾種。利用氧化鈰拋光效率高,但光潔度要比用氧化鐵時低。
      二、 拋光模層材料
        光學表面形狀最終是依靠拋光模表面限制形成的,拋光粉也只有吸附在拋光模上,依照拋光模規定的表面運動,才能達到去除玻璃表層凹凸不平區及不規則表面上多余的玻璃層。所以拋光模要求:
        (1)有一定硬度以保證面形穩定;
        (2)有一定的彈性和可塑性使其與工件表面有效吻合;
        (3)對高速拋光用模層材料還要有耐熱、抗老化、自銳性及微孔結構。
        常用拋光模層材料有:
        (1)古典法拋光膠材料:主要由瀝青和松香按一定的配比加熱混合而成,又稱拋光柏油。①瀝青:是多種有機物的混合物。黑色,常用石油瀝青主要成份為油分、膠脂和瀝青質。油分使瀝青具有流動性,膠脂使瀝青具有彈性和延度,瀝青質使瀝青有粘度和溫度穩定性。  瀝青質軟,對溫度變化不大敏感。粘度變化緩慢,使拋光柏油具有可塑性和穩定性.瀝青溶解于汽油、苯、松節油。
      ②松香,由松脂提煉得到,黃色.沒有一定熔點,軟化點約50℃,松香溶于乙醇、乙醚、丙酮等;松香使拋光柏油具有粘性;
      ③蜂蠟:又稱黃蠟,熔點約60一70℃,蠟具有不透水性、可塑性、粘結性,使拋光柏油增強對拋光粉的吸附力;
      清潔零件光學表面用的輔助材料:
          在上、下盤以及檢驗光學零件加、工質量時,必須仔細地清潔光學零件,檢驗器具。常用方法是將零件先浸在溶劑汽油中,后浸酒精之中,若干時間后,用棉花沾上溶劑輕擦。(上、下盤),或者用脫脂紗布、綢布滴上乙醚酒精混合液清擦(清潔光學表面用),常用清潔材料特性如下:  
      (1)溶劑汽油:能溶解瀝青、油污、脂肪酸等,沸點120C~200℃,自燃溫度230山260℃;
      易揮發,空氣中含量達1。3~6%時,易引起爆炸,對皮膚有刺激性:
      (2)乙醚:能溶解油脂、瀝青、松青、蠟、冷杉樹脂膠。沸點34.6℃,自燃溫度188℃,極易揮發,空氣中含量達l 85—36.5%為爆炸極限;對粘膜有刺激,過多吸入則易于麻醉。乙醚在通常情況下含2%的水。
      (3)乙醇:能溶解蟲膠、松香、瀝青;沸點78.50℃,自燃溫度400℃;易揮發,與空氣混合的爆炸極限為3.5一18%;對眼及上呼吸道粘膜有輕度刺激。光學加工行業中,清擦光學表面時使用的無水乙醇,濃度為99.5%。
          光學加工行業中通常使用乙醚、酒精混合液作為清潔溶劑;乙醚脫脂力強,但揮發性大,加入乙醇可減慢揮發速度。乙醇過多則揮發太慢,水份殘留不易消去,常用乙醚,酒精混合液的配比為1:1。
        (4)脫脂棉:外觀潔白、均勻、無雜質;油脂及蠟質含量不應大于0.1%;水份5—8%;鹽含量不大于0.01%;酸堿反應呈中性。高級脫脂棉纖維不應短于30毫米;脫脂棉用于浸蘸有機溶劑(汽油、乙醚、乙醇等)清潔零件上的油脂、指印、水點等污物。
        (5)脫脂擦布:脫脂擦布常由細白布、府綢、紗布等經洗絳和脫脂處理制成。用于清擦拋、刻線、照相、鍍膜、膠合、裝配等過程中的光學零件。要求色白、柔軟、不掉毛、無雜質。使用時滴上有機溶劑,清擦光學零件。
        (6)碳酸鈣:白色粉末;莫氏硬度3,用于擦除玻璃表面不溶于汽油,乙醇等有機溶劑的附著物。
      2.3.3  光圈的形成與識別
      如何使用光學樣板和干涉儀準確地識別光圈所代表的加工誤差,是拋光操作中的重要技術。只有正確判斷光學零件加工中的誤差,才能合理地采取各工藝措施,有效地予以修正各種誤差,加工出完全符合圖紙要求的零件。而要正確判斷加工誤差,主要依靠對檢具(樣板及干涉儀)的正確使用及對光圈的正確識別。
      一、  光圈的形成
        拋光后零件的面形精度通常是用光學樣板來檢驗差異,反應為兩接觸表面間空氣隙的大小。樣板和零件接觸時曲率半徑大小的。當兩接觸表面存在微小的空氣隙時,入射光線通過該兩表面進行反射或透射,兩束反射光相干涉的結果形成干涉條紋。光學加工行業中習慣稱這組干涉條紋為光圈,光源是單色光時出現明暗相間的條紋;當用白光時則呈現彩色條紋;每一條紋和一定的空氣隙厚度相對應;由等厚干涉理論可知,兩條相鄰的干涉條紋之間的空氣隙厚度差,因此第n道光圈處對應的空氣隙厚度為h=n.對于白光,若取波長入的平均值為0.5fm,則相差一個光圈時,其厚度差即為0.25Pm。
      二、樣板及平面干涉儀
          1、樣板種類及其要求
          樣板分平面樣板和球面樣板兩種。平面樣板也叫平晶,其工作表面為平面,常用口徑有60、100、150、200幾種規格,大于200規格的樣板,由于制造困難而少見。球面樣板具有一個球形工作面。其曲軍半徑決定于所加工的零件。因此,一個半徑就要有一個樣板,球面樣板在不同半徑零件之間不能通用,而平面樣板是可以通用的,樣板要有一定高度,便于用手握持。   
         樣板因為作為標準使用,要求面形精度高,它相對理想面的誤差.應在0.5光圈以內。制作樣板的材料要求耐磨、膨脹系數小,以保持穩定。所以通常用石英玻璃,輕冕玻璃,K4、K9等制作樣板。
        2、樣板的使用
      使用樣板檢驗光學零件時,必須按以下方法操作:
      (1)、用乙醚、酒精混合液滴在職脂布上,擦凈樣板工作面和光學零件被檢面;
      (2)、放置一定時間。求得被檢零件和樣板之間溫度均衡一致,避免由于溫差造成讀數誤;
      (3)、將樣板輕輕疊合到零件上,稍微加壓,擠出間隙中空氣,使通過樣板看到較粗的光圈為了便于觀察計數,視場內以出現3—5道干涉條紋為好??赏ㄟ^調節樣板對零件的傾角來達到。
      (4)、為了同時觀察局部誤差和曲率誤差,應使球面樣板與被檢表面的一部分接觸以看到弧形條紋為好。如果被檢表面與樣板整體均勻接觸,則觀察到呈圓形的干涉圈,那樣只能讀得光圈數,不能讀得局部誤差數,故較少使用;
      (5)、根據干涉條紋彎曲狀況和規則程度;計算光圈數N和局部誤差△N。
        三、光圈的識別與度量
          在拋光加工中,正確地判斷光圈的高低程度及局部誤差的性質,對于修改工件面形誤差是非常重要的。所謂高光圈,系指樣板與工件中心接觸,而低光圈則相反是樣板與工件邊接觸,檢驗時一般規定,高光圈(凸)為正偏差;低光圈(凹)為負偏差。
      高低光圈的識別:
      (1)加壓法:(在樣板四周均勻加壓)
      低光圈:條紋從邊緣向中心收縮,光圈減少且變粗;
      高光圈:條紋從中心向邊緣擴散,光圈也相應減少變粗;
      (2)一側加壓法:在光圈數少的情況下常用此種方法。
      低光圈:條紋彎曲方向背向壓點;
      高光圈:條紋彎曲方向朝向壓點。
      (3)色序判斷法:在白光中,各色光的波長是從紅光向紫光逐漸減短的,因此,在同一個干涉級中,波長越長,所產生的干涉處的間隙也越大。當從中心到邊緣的色序為蘭、紅、黃、蘭、紅、黃循環時,則為低光圈;當從中心到邊的色序為黃、紅、蘭、黃、紅、蘭循環時,則為高光圈。
      2.3.4  古典法拋光
          古典法拋光是一種傳統工藝,歷史悠久。適用于各種精度的零件的加工,是許多光學材料拋光技術的基礎。雖然已出現的高速拋光技術在生產效率方面有很大的提高,但在高精度零件的加工中。仍往往需依靠古典法拋光。
      古典法拋光主要特點是采用普通平面擺動式機床,常用的有二軸機、四軸機、六軸機。此外,還有單軸機,腳踏研磨拋光機等。拋光模層材料采用瀝青和松香配制;加工壓力低;機床轉速慢,采用散粒拋光劑(氧化鈰、氧化鐵)。
      一、  拋光模制作技術
          拋光模是拋光技術中的關鍵模具,拋光模的質量直接影響加工面形的精度和效率。
          古典法拋光模制模所用拋光柏油應按工房溫度,鏡盤大小、玻璃種類、生產方式等因素選擇不同的配比熬制。
        1、常用拋光柏油配比選擇原則
         (1)鏡盤直徑大,拋光柏油軟些,即松香少些;鏡盤直徑小則硬些,即松香多些;
        (2)火石玻璃硬度低,拋光柏油軟些;冕牌玻璃硬些,拋光柏油硬些;
         (3)室溫高,拋光柏油硬些;室溫低,拋光柏油軟些;夏天硬些,冬天則軟些;
         (4)手修用,拋光柏油軟些;機床上加工,拋光柏油硬些。
        2、拋光模制作方法
        這里僅介紹采用拋光柏油作拋光層的制模方法:
        (1)選膠.即按具體情況,選擇配比合適的拋光柏油;
        (2)熬膠.把選好的拋光柏油放在熬膠鍋內慢慢加熱,并進行攪拌。升溫不可太快,也不可太高,一般在140℃左右,不可超過170℃,以免引起拋光柏油焦化。當有塑料粉等添加物時,要注意添加物允許的最高溫度。
      二、拋光操作過程
          1、調整好機床速度、擺幅;準備好水鍋、清潔用的脫脂棉、紗布;清洗工作臺、擺架,等拋光用的一切用具了;
          2、檢查鏡盤細磨后的面形與粗糙度,不合格要重磨;
          3、將拋光模在50一60℃溫水中燙一下,在拋光模面上涂上拋光液,復蓋在鏡盤上,用手推動幾下,使之均勻.放上鐵筆,開動機床,開始拋光;
          4、拋光的前半期,以去除工件表面麻點砂眼為主要目的,在這一階段,機床速比,擺幅與偏心均應調節在正常范圍內進行均勻拋光;
          5、拋光一段時間后,應即時檢驗表面質量和面形,若磨點、砂眼去除均勻,則拋光應繼續進行;若光圈過高,過低則要隨時調整有矢工藝參數以控制光圈變化;
          6、在拋光過程中,可根據需要修改拋光模,常用修改方法有兩種;
          (1)刮?;蚓植块_槽法,用于改變吻古程度以修改面形偏差;
          (2)燙模法用于鏡盤和拋光模曲率相差大的時候.
          7、當表面疵病和光圈合格后,鏡盤用溫水洗凈,擦干、涂保護漆,下盤,也可用拋光模采用手推法收干表面拋光液,用乙醚、乙醇混合液擦凈,涂保護漆、下盤。
      三、零件面形誤差(即光圈)修改方法
          修改光圈是拋光技術中較為復雜和具有經驗性的工作.是拋光操作的關鍵環節,常見誤差修改方法如下:
          1.凸鏡盤高光圈的修改;
          (1)凸面鏡盤高光圈產生原因(拋光模在上情況)
      ①拋光模曲率半徑太??;
      ②拋光模矢高太大;
      ③拋光模對鏡盤偏心太大;
      ④主軸轉速太快,擺速太慢,擺幅太大.
          (2)修改方法
      ①修刮拋光模邊緣,使拋光模曲率半徑增大;
      減慢主軸轉速,加大擺速,減小偏心;
      減小壓力
          2.凹面鏡盤高光圈(拋光模在下情況)的修改
          (1)凹面鏡盤高光圈產生原因
      ①拋光模曲率半徑太大;
      ②拋光模矢高太小,
      ⑧擺幅太小,
      ④偏心太小,主軸轉速快,擺速太慢.
          (2)修改方法
      ①修刮拋光模邊緣;
      ②主軸轉速減慢,擺速加快,擺幅增大,偏心增加;
      ⑧減小壓力.
        3.低光圈修改
        由于低光圈產生原因正好與高光圈產生原因相反,修改原則是使鏡盤邊緣多拋光.因此,修改方法與高光圈情況采取的措施亦相反,此處從略。
          4.局部誤差產生原因及修改方法
          (1)塌邊
      ①產生原因:拋光模太大;拋光柏油太硬,擺幅大大,拋光液太濃,細磨塌邊;高光圈改低過程中,邊緣還未改到。修改方法;選擇合適的拋光模,修刮拋光模邊緣;鏡盤在上時減小,塌邊嚴重時莊重新細磨。
          (2)翹邊(洼邊)
          產生原因與修改方法與塌邊時相反,此處從略。
          (3)中心局部低
      ①產生原因:拋光模中間凸起;拋光柏油太軟,使柏油流向中心而凸起;偏心與擺幅不合適,低光圈改高時未改到;
      ②修改方法:拋光模中心開槽或刮去一些,選用較硬拋光柏油:鏡盤在上時應減小偏心或擺幅。
          (4)中心局部高
      ①產生原因:拋光模中心有凹陷,拋光液未到中心,偏心和擺幅不合適。
      ②修改方法;修刮拋光模邊緣;鏡盤在上時增大擺幅或偏心。
          局部誤差種類很多,而且往往幾種誤差同時出現,要分清主次,如果總的光圈數要求差別大,則以修改光圈為主,當光圈數在達到要求或接近要求時,以修改局部誤差為主。
          修改光圈時要注意:
      ①修改光圈數要同時控制局部誤差的變化;
      ②修改中有幾個工藝參數可調節時,不要使各參數同時變動,以免改變過劇,出現相反結果;
      ⑧低光圈較少時,要減慢拋光速率,密切注意變化,以避免出現高光圃,重新修正造成零件厚度超差;
       
      第三章  光學零件的定心磨邊
          對于圓形的光學零件,精磨拋光完工之后一般都還要進行磨邊,使其側圓柱面尺寸滿足裝配要求;對于球面透鏡,磨邊還有一個重要作用:就是校正透鏡在研磨拋光過程中很難完全避免的偏心,即校正兩球心連線(光軸)與外圓對稱軸(幾何袖)的偏離。
          根據透鏡的使用要求,光學設計時往往預先給定這種偏離的大小,并用符號C表示。定心磨邊就是使透鏡滿足這種技術要求。
      3.1  偏心及其產生原因
      3.1.1  偏心與定心方法
          透鏡在粗磨成型、細磨拋光過程中,由于磨損不均勻,往往造成球面相對傾斜或偏移,出現邊緣厚度不一致,結果使光軸和幾何軸不重合。
      造成零件磨損不均勻的原因較多。如開球面時,球面頂點不在毛坯中心;粗磨時用力不均勻,上盤時鏡盤頂點偏高旋轉中心;粘結膠軟化,零件走動;研磨拋光時各工藝參數調節不合理等等。
      3.1.2  偏心的計量
      偏心如何計量,按要求不同,可有以下兩種方法。
      1、角偏移計量法:
      以被定心表面相對定位面(定位軸)的角偏移表示。定位面可以是某一光學表面或者側圓柱面。這種方法對偏心的計量準確精度高,是正在推廣的一種方法。
      2、線編移計量法
      以透鏡外圓幾何軸和光軸在透鏡曲率中心處的線偏離表示。這種表示方法不能確切表示出兩軸相互位置以及各面偏心對象差貢獻的大小,但它適合目前使用的儀器和磨邊工序的加工目的,特別是單透鏡的情況,故仍被廣泛采用。
      3.2  定心磨邊工藝
          如前所述:定心磨邊工藝有兩類:一是以光學定心儀或其它定心方法先校正偏心量,然后磨邊;二是采用自動磨邊機床,自動定心磨邊。以下主要敘述光學法中球心反射象定心磨邊工藝。
      3.2.1  定心磨邊準備工作
        1、選擇所用定心夾頭,檢驗其是否可用,誤差太大則應修整。
        (1)夾頭直徑確定,可根據以下兩個條件:
      ①夾頭直徑D小于零件直徑 約0.2~0.3毫米,此處為磨邊完工直徑;
      ②滿足定心系數k的要求,一般情況下應有k>0.15,據此,R已知,可算出D要求的最小數  值。  
        (2)夾頭的其它要求
      ①夾頭軸與磨邊機主軸同軸度應在0.003—0.005mm以內;
      ②夾頭端面與幾何軸垂直度在0.003—0.005mm以內;
      ③夾頭壁厚lmm,壁的端部呈錐面;
      ④與零件粘接部分粗糙度R:≤0.05(拋光面);
      ⑤材料的導熱性要好,耐磨、變形小,一般用黃銅制作。   
        (3)夾頭修整
          夾頭如不符合上述要求,應當修整。由于精度要求高,一般是將夾頭直接裝在磨邊機的主軸上。在磨邊機導軌上安裝刀架精車后,用金相細砂紙研磨,最后用棉花球上拋光液手工拋光,用乙醚、酒精混合液清洗。
          2、球心象校正點位置確定
          所謂校正點就是透鏡表面球心象所處的位置。當定心儀物鏡前焦點置于校正點上時,球心反射象可以在目鏡分劃板上清晰地觀察到。
          透鏡前表面(非粘結面)的校正點與它的曲率中心(球心)置于同一縱向位置。到前表面的距離x2=R2,定心儀物鏡(頂焦距為LF)到被定心透鏡前面頂點距離L2為:
      L2=LF2+R2
      式中:凸面時,R2取負值;凹面時,R2取正值。透鏡啟表面定心,一般靠夾頭端面垂直度保證,不需要觀察球心象跳動,當要檢驗時,則要計算x1的值:
      Ll=LF一zl
      3、定心儀物鏡選擇原則
        為適合不同曲率半徑的透鏡定心,定心儀物鏡分兩部分、最外面部分是可更換的,可換物鏡選擇的原則是:
          (1)定心凸面時,可換物鏡頂焦距LF必須大于R2,因為此時R2為負值;球心在透鏡后面,L2=LF-R2,I>0,L2值一般不得少于lOmm,否則會造成定心儀物鏡可能撞擊被定心透鏡或物鏡焦點根本落不到球心上。
          (2)保證一定的球心象跳動量
      為保證球心象有一定的跳動量,要求可換物鏡放大倍數要合適。過大,象的跳動量大,不易找象,過小,象的跳動范圍小,格值大,精度低。
      4、磨邊膠特征及配比
      磨邊膠用于將透鏡粘接于夾頭上。必須具備以下特征:
      (1)粘結強度大,經得起砂輪磨削時的拉力;
          (2)稍熱即軟化,便于移動透鏡定心;
          (3)容易清洗去除;
          (4)中性,不腐蝕玻璃,無雜質。因為粘接面一般也是光學面,不允許因磨邊操作不慎而出現損傷,使前面的各道工序前功盡棄。
          目前常使用的能滿足上述各項特性的配方有:
          (1)松香+膠  1 :1配比;
          (2)松香+黃蠟  (90~95):(10~5);
          (3)松香+礦物油(86~95):(14~5)。
      3.2.2  定心磨邊操作過程
          1、按加工圖紙要求,準備好粘接夾頭,選配好合適的定心儀物鏡;
          2、用酒精燈加熱夾頭,均勻地涂上磨邊膠;
          3、迅速粘上物鏡,注意使膠層均勻;
          4、移動定心儀,使其物鏡前焦點落在校正點上,在目鏡視場內能清晰地看到球心反射象(亮十字象);
          5、用手轉動夾頭,觀察球心反射象的跳動量是否在規定范圍內,如偏大,趁透鏡在未完全固定前移動透鏡在夾頭上的位置(貼著夾頭端面稍加擠壓)直到球心反射象不跳動或跳動在規定的范圍內。   
          6、開動機床,移動砂輪拖板磨削外圓,達到圖紙規定尺寸。磨削時,同時開通冷卻液,砂輪線速度以15—35m/s、工件線速度0.3~2m/s、進刀量以0.0l~0.08mm為宜;
      7、倒角,用成型砂輪倒角或用倒角模倒角;
      8、加熱夾頭,拆下零件,清洗擦干送下道工序或保存;
      9、關閉機床,清洗工作場所。
      3.2.3  磨邊中常見缺陷及克服方法
      在磨邊過程中經常會出現各種缺陷,必須及時進行原因分析和采取相應克服辦法。
      1、崩邊破口產生原因   
      (1)砂輪或磨輪表面不平,或已磨鈍后微孔堵塞,砂輪以選中軟硬度為宜;
      (2)砂輪粒度太租,工件越小,粒度越細,見表3-1:
      表3—1 常用砂輪種類

        砂輪種類              
      粒  度(號)
      砂輪線速度(m/s)
      適用范圍(工件直徑mm)
          碳化硅
      180240
      25
      < 25
          碳化硅
      180
      28
      25~28
          碳化硅
      120
      32
      >80
          金剛石
      280
      32
      < 25
          金剛石
      240
      34
      >50





       

      (3)砂輪量太大,或進給太快;
      (4)砂輪和工件軸的相對跳動太大;
      (5)砂輪或透鏡轉整選擇不當;
      2、透鏡上徑出現橢圓或錐度,產生原因:
      (1)砂輪與工件的徑向跳動太大;
      (2)夾頭端面與工件軸不垂直;
      (3)往復運動方向與砂輪工作面不平行;
      3、表面疵病等級下降.產生原因
      (1)夾頭端面不光滑而劃傷;
      (2)粘結膠不清潔或對透鏡起腐蝕作用;
      (3)機械定中心時壓力過大;
      (4)冷卻液對玻璃起腐蝕作用;
      (5)倒角時擦傷;
      (6)清洗時擦傷。
       
      第四章  光學加工質量檢驗
      光學加工質量檢驗是指光學車間里各道工序后加工質量的檢驗,主要內容有:
      1、表面質量檢驗;
      2、面形檢驗;
      3、棱鏡的角度檢驗;
      4、幾何尺寸的檢驗等。
      4.1  粗糙度及表面疵病檢驗
      4.1.1  粗糙度及檢驗方法
      粗糙度舊標準中稱為光潔度,系指研磨加工后零件表面的微觀幾何形狀特性,用符號  表示。一般情況下,零件粗磨完工后應達到3.2,即Ra=3.2;細磨完工后應達到0.8,即Ra=0.8;拋光完工后應達到0.008。即Ra=0.008。分別相當于用W40(302)、W14(303
      )和拋光粉加工過的表面,對應于舊標準光潔度等級為5、7 和14。
      2、粗糙度檢驗方法
      研磨件表面粗糙度,通常是在60—100瓦的白熾燈照明下,用目視進行觀察,其等級可與樣品比較來確定。要求研磨面砂眼均勻,不允許有下道工序中難以消除的劃痕及麻點存在。檢驗過的零件要洗凈、擦干。
      4. 2  表面疵病及檢驗方法
      表面疵病系指麻點、擦痕、開口汽泡、破點及破邊,在圖紙上用B表示。根據光學零件表面疵病尺寸和數量,共分10級,0~1—30級適用于位于光學系統象平面上及其附近的光學零件,其允許疵病尺寸和數量如表4—2所示。
      表4—2 疵病尺寸和數量

      疵病等級
      疵病的尺寸及數量
      麻點
      擦痕
      麻點最大直徑(mm)
      D(mm)
      至20
      20~40
      40~60
      60
      允許的麻點數量(個)
      0
      在規定的檢驗條件下,不允許有任何疵病
      1—10
      1—20
      1—30
      0.005
      0.01
      0.02
      4
      4
      4
      6
      6
      6
      9
      9
      9
      15
      15
      15
      0.002
      0.004
      0.006
      0.5D
      0.5D
      0.5D














       

       
      I~V11級適用于不位于光學系統象平面上的光學零件,其允許疵病尺寸和數量如表4—3所示:
      表4—3  I~VI級疵病的尺寸及數量

      疵病等級
      疵病的尺寸及數量
      麻點
      擦痕
      直徑(mm)
      總數量(個)
      粗麻點直徑
      寬度(mm)
      總長度(mm)
      粗擦痕寬度(mm)
      I
      I
      IV
      V
      VI
      VII
      0.002~0.05
      0.004~0.1
      0.015~0.2
      0.015~0.4
      0.015~0.7
      0.1~1
      0.5D
      0.8D
       
      1D
       
       
      0.03~0.05
      0.05~0.1
      0.1~0.2
      0.2~0.4
      0.4~0.7
      0.7~1
      0.002~0.008
      0.004~0.01
      0.006~0.02
      0.006~0.04
      0.01~0.07
      0.01~0.1
       
       
      2D
       
       
       
      0.006~0.008
      0.008~0.01
      0.01~0.02
      002~0.04
      0.04~0.07
      0.07~0.1
       

      注:各級表面粗麻點之數量不得超過允許麻點數量的10%,粗擦痕總長度不得超過允許擦痕總長度的10%,計算粗麻點數量時,計算結果按四舍五入湊整。
      零件表面疵病的尺寸及數量雖未超過表4—3的規定,但發現有疵病密集在一起的現象時,還須補充測定表4—4各級所規定之限定內疵病的尺寸和數量。
      表4—4 疵病的尺寸和數量

      疵病等級
      零件表面任何一部分限定區內疵的尺寸及數量
      限定區直徑
      (mm)
      麻點
      擦痕
      總數量(個)
      其中粗麻點數量(個)
      總長度(mm)
      其中粗擦痕長度(mm)
      I
      I
      IV
      V
      VII
      2
      3
      5
      10
      20
      2
      3
      5
      10
      20
      1
      1
      1
      2
      3
      4
      6
      10
      20
      40
      2
      3
      5
      10
      20
       

      限定區內如滑粗麻點和粗擦痕,則細麻點數量和細擦痕的長度允許按疵病換算后相應增加,但整個表面允許疵病的尺寸及總數量不得超過表4—4的規定。
      1、表面疵病檢驗方法
      (1)檢驗時,應以黑色屏幕為背景,光源為電壓36V,功率60W—100W的普通白熾燈,在透射光和反射光下觀察。
        為了便于發現疵病,觀察時允許朝任意方向轉動零件,怛在確定疵病大小時,應以透射光為準,在透射光下觀察不出的疵病不予考核。
        透射光觀察常用于檢驗各種透鏡,玻璃平板和小角度楔形鏡;反射光觀察常用于檢驗棱鏡、大角度的楔形鏡以及便于使用反射光觀察的其他零件表面。
      2、各種表面疵病特征
          (1)麻點:是直徑較小,并且凹下的點狀疵病,呈灰白色或與拋光劑顏色相同。
          (2)擦痕:是條狀疵病,顏色與麻點的顏色相同。有些細擦痕在轉動零件觀察時,帶有閃光或呈彩色。
          (3)開口氣泡:是由于氣泡磨穿后形成的圓形或長圓形的點狀疵病,多與拋光劑顏色相同,直徑較大。
          (4)破點:不規則的點狀損傷,常帶有閃光或同于拋光劑顏色。
          (5)破邊:即零件邊緣部分的缺損。
          (6)裂痕;伸向玻璃體內.的條狀裂紋疵病,帶有閃光或呈彩色。
          (7)印跡:是凸起在零件表面上的粘附物或霉霧,它們具有各種形狀、呈黑褐色  其它顏色等。一般在自然光或用被薄形紙遮擋的燈光下用外反射光進行觀察。
       3、注意事項
        檢驗表面疵病時,一股應注意;
        (1)檢驗中,若用清潔方法不能擦掉的印跡應重新拋光;
        (2)裂痕疵病,原則上不允許存在。若在有效孔徑外,可用油石磨毛,但不得肴殘留的裂痕痕跡;
      (3)對于小于標準所規定之疵病尺寸下限的聚焦麻點和擦痕,在其內側間距大于或等于麻點直徑或擦痕寬度時,應理解為明顯分開-,否則按密集處理;
        (4)由于工藝因素及玻璃化學穩定性差、而產生的灰霧狀疵病,可根據零件疵病等級要求,按選定的樣品比較檢驗。、觀察中,不允許使用方向特殊的光線;
      (5)為了便于發現疵病,觀察時允許將零件向任何方向轉動,但判斷時應以正確的觀察方向為準;
        (6)由于溫差影響,使零件表面造成霧氣不便觀察時,可先在燈下烘烤,消、除霧氣;
        (7)檢驗后不合格的零件,應用專用鉛筆(或臘筆)在疵病所在面上按規定符號作出標記。

       

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