光学加工

1.除去精磨后的凹凸层及裂纹层，使表面透明光滑，达到规定的表面疵病等级B 2.精确地修正表面的几何形状，达到规定的面形精度N和ΔΝ 二、精磨表面结构对抛光过程的影响

抛光过程基本上可以分为两个阶段，第一阶段除去凹凸层，第二阶段除去裂纹层 1. 第一阶段开始时，抛光模和玻璃的凹凸层顶峰接触，压强很大，而凹谷为抛光液进入整个表面又提供了良好的条件，因此抛光十分迅速。随着抛光过程的继续，接触面积增大，压强减小，抛光液的附着能力降低，使抛光过程减慢。

2.第二阶段，抛光面达到裂纹层，玻璃表面同抛光模表面全部接触，抛光过程趋于稳定缓慢，而抛光模开始钝化，抛光继续，钝化加剧，抛光效率进一步降低。钝化程度随过程的持续时间而定，而持续时间直接决定于裂纹层的深度

实践证明，用钝化了的金刚石模具加工的工件，虽然凹凸层较小，但裂纹层却很深 第1节 抛光的机理 一、 纯机械作用说 抛光是研磨过程的继续，其区别仅在于抛光是用较细的磨料，形成细密的表面结构，呈现均匀连续的外形。并认为抛光剂在玻璃表面产生无数的互相交错的振动微痕，这些微痕的产生与研磨时相似，由于抛光时抛光模与工件局部产生光学接触，因此加工时切向力特别大，从而使得光学接触区域上的微痕结构被擦去，新表面由于表面张力的作用而形成平整光滑的表面结构 二、 流变作用说 在玻璃抛光时，由于摩擦热使玻璃表面产生塑性变形和流动，或者是热软化以致熔融而产生流动，因此认为抛光过程是玻璃表面分子重新流布而形成平整表面的过程

三、 机械、物理化学说

四、 当研磨好的玻璃表面在水的作用下发生水解，而形成胶态硅酸层（硅酸

凝胶），正常情况下它能保护玻璃表面不受进一步的侵蚀，但在被吸附在抛光模上的抛光剂的作用下，胶态膜层不断被割除，暴露出新的表面，又不断水解，割除，构成了抛光的过程，这样的过程从玻璃表面凹凸层

的顶部进行到根部，直到表面完全平整为止

四、化学学说

水在玻璃抛光过程的水解作用（H+扩散在表面形成硅酸胶层）；抛光模层的化学作用（沥青和动物性纤维与玻璃间存在化学作用）；抛光剂的化学吸附作用（机械作用和晶格缺陷的胶体化学作用）。 第2节 各工艺因素对抛光的影响 一、抛光剂的种类

氧化铈：硬度高，颗粒较大，且呈多边形，抛光效率高。（易划伤玻璃表面） 氧化铁（又称红粉）：硬度较低，颗粒较小，外形呈球状，抛光效率高。（表面光洁度较好）

二、抛光液的供给量 在一定工艺条件下，使抛光效率最高所需要的抛光液用量，叫做抛光液的适中量。

（最佳值：0.75㎏/h） 三、抛光液的浓度

氧化铈：液固比为5：1或稍稀些 氧化铁：液固比为4～8或1.1g/㎝3

五、 抛光液的酸度值

氧化铈：略显酸性（PH=5～6）。 氧化铁：显中性（PH=7）。 五、抛光压力和机床速度

在抛光液充分供给并且工件的装夹和抛光模的结构也都适应的情况下，抛光效率将随着压力和机床速度的增加而增加 六、 温度的影响

抛光车间的恒温要求：23ºC±3ºC 抛光车间的湿度要求：60%～70% 七、 抛光模材料

以沥青和松香为主体的柏油模：承受的压力和速度较小，抛光效率低，表面精度和光洁度较高

以呢绒和毛毡为主体的抛光模：承受的压力和速度较大，抛光效率高，表面精度和光洁度较低

八、精磨表面质量

精磨后的表面质量除了要有足够精确的表面几何形状和适当的光圈低凹值外，还要有最佳的精磨表面结构（凹凸层和裂纹层）。 第2节 古典法抛光 古典法抛光的特点

（1）采用普通的研磨抛光机床或手工操作； （2）抛光模层材料多采用柏油； （3）抛光剂是氧化铈或氧化铁； （4）压力用加荷重的方法实现； （5）效率低，但精度高。 一、抛光辅料的选择 （一）抛光柏油的选择

对抛光柏油的要求除具有良好的吸附性能、弹性、可塑性和稳定性外，还需要具有一定的硬度。（温度高，玻璃硬度大、压力大、转速快、镜盘面积小时，抛光柏油应选择硬一些，反之，应选择软一些。抛光柏油的硬度是以针入度值表示的）。 各种温度下抛光柏油的配比

（抛光柏油过硬一些，则容易使零件表面造成划痕，且光圈也不易修改。反之，则使零件表面光圈不一控制，并会降低抛光效率。） （二）抛光剂和抛光柏油的匹配

抛光柏油较软，则抛光粉颗粒就要选择粗一点；反之，则细一些。 三）抛光剂的选择 1.对抛光剂的要求

1）应具有一定的晶格形态和晶格缺陷，有较高的化学活性； （2）颗粒大小应均匀一致，不含有机械杂质； （3）合适的硬度；

（4）具有良好的分散性（不易结块）和吸附性 2.抛光剂的种类和性能 1）氧化铁抛光粉（红粉）：颗粒成球形，大小约为0.5～1μm，莫氏硬度约为4～7，比重为5.2，颜色从浅红色到暗红色若干种，成本低，抛光能力也较低，用于光洁度要求较高的零件加工。

（2）氧化铈抛光粉（黄粉）：颗粒成多边形，棱角明显，平均直径为2μm，莫氏硬度约为6～8，比重为7.3，颜色有白色、黄色、褐色若干种，抛光能力也较强，但光洁度差（含5.1%的氟化铈，易于消除玻璃表面的起雾现象）。 （3）氧化锆抛光粉：颗粒成白色粉末状，莫氏硬度约为5.7～6.2，颗粒为0.5～1μm时，抛光速度最大。 二、机床的选择

加工平面镜盘时的机床选择，一般以机床的加工范围为主，较少的考虑到平面镜盘的大小。而加工球面镜盘时的机床选择，大球面镜盘需有较慢的转速、摆速，较大的摆幅和较大的功率，而小镜盘则相反。 三、光圈的修改 1.影响光圈的因素 （1）原材料本身热处理的好坏对光圈变形有较大的影响：退火不良的光学玻璃，应力的变化引起光圈的变形。

（2）在零件上盘的过程中（弹性装置），由于零件受热，会产生预应力而引起变形。

（3）零件上盘时，因粘结胶的收缩变形而使零件在下盘后引起光圈变形。 （4）抛光模与零件表面接触不良也会引起光圈变形。 （5）室内温度不均引起的变形。

（6）最主要的因素是机床调整是否准确（转速、压力、摆幅、摆速）。 2.规则光圈的修改

规则光圈修改几点说明

（1）表中所列是指单项工艺因素的改变对光圈的影响，当几项工艺因素同时考虑时，必须结合具体情况，否则，有时会出现相反的效果。

（2）一般情况下，凸镜盘在下，凹镜盘在上，平面镜盘除石膏盘在下外，一般在上。

（3）压力的影响，在古典法抛光中，从法向分力的角度考虑，高光圈时应加重，低光圈时应减轻。但实际上，抛光模是有变形的，低光圈应该抛得紧些，高光圈应该抛得松些。改高光圈时若加大压力，必然会使抛光模变形，造成边部比压大，抛得很紧。因此，改高光圈时宜轻，而改低光圈时应重。

（4）虽然铁笔向里推和向外拉都可以达到加大其与主轴中心距离的目的，但由于铁笔向外拉可使上架摆动的弧线加长，故光圈变化速度要快些。 3.局部误差修改

当光圈不规则比较严重时，可将镜盘先望低光圈方向修改，然后再抛到所要求的表面几何形状。若光圈不规则十分严重，则必须重新精磨 4.抛光模的修改形式

第五章 光学零件的定心磨边 一、定心磨边的目的

1.对于圆形光学零件，使侧圆柱面尺寸满足装配要求。

2.对于球面透镜，校正两球心连线（光轴）与外圆对称轴（几何轴）的偏离（中心偏差c：交叉性中心偏差和平行性中心偏差）。 二、透镜定中心的方法

光学定心法（表面反射象定心法、投射象定心法、球心反射象定心法）、机械定心法和光电定心法 第1节 光学法定心磨边

一、 光学法定心（光轴向几何轴靠拢） （一）透镜表面反射象定心法 成实像，精度较低。 （二）透射象定心法

实质是用显微镜观察被定心透镜的焦点像，精度较低。 （三）球心反射象定心法

实质是采用自准直显微镜观察十字叉丝象在分划板上的跳动格数，精度较高

二、 透镜定心磨边工艺（光轴向几何轴靠拢） （一）光学法透镜定心磨边机床

注意砂轮向工件的进给量，手轮每格0.005㎜，手轮每转一周为1㎜ （二）对定心夹头的设计要求及磨边胶的基本要求 对定心夹头的设计要求：

（1）定心夹头的几何轴与机床主轴的重合精度应该超过定心精度，一般为0.003～0.005㎜；

（2）定心夹头的端面应严格垂直于夹头的几何轴；

（3）定心夹头端面的两个棱边应对几何轴成同心圆，形成薄而等厚的圆周，表面经过研磨与抛光，以免划伤透镜；

（4）定心夹头的外径应比被定心磨边后透镜直径小0.2～0.5㎜；

（5）根据定心夹头接触的表面形状（凸、平、凹）选择定心夹头边缘的倾斜方向（粘结凸面时修成向内倾斜）。此外为了避免定心夹头加热而使透镜受压，夹头要有透气小孔。

对定心磨边胶的基本要求：

（1）磨边胶的强度使加工时透镜不脱落；

（2）磨边胶稍热即软化，便于将透镜移到所要求的位置； （3）磨边胶从定心夹头和透镜上容易清除；

（4）磨边胶应成中性，对玻璃表面不产生腐蚀作用 定心磨边胶的配方：松香、白蜡（蜂蜡）、虫胶。

松香和白蜡的比例为：1：8～1：22。虫胶量为松香和白蜡总量的5%～10%。 三、 透镜定心磨边工艺（光轴向几何轴靠拢）

通常砂轮线速度为15～35m/s，工件线速度为0.3～2m/s ，进刀量为0.01～0.08㎜，透镜除了径向进外，还有轴向往复送进

平行磨削：砂轮以最大的线速度磨削零件，效率较高，而且机床也易于调整 倾斜磨削：砂轮轴与工件轴成30º或45º的倾斜，使工件向下脱落的力减小，同时产生一个使工件紧固的力。

端面磨削：消除使工件脱落的力，加大工件紧固力，效率也较高，但在砂轮磨损变形后容易使工件外圆出现大小头或非柱面，砂轮的磨削面的修磨也较困难。 垂直磨削：为防止工件在磨边时脱落采用垂直磨削，点接触，进刀比较容易。 四、 透镜倒角的方法

砂轮或磨轮倒角、倒角铁模借助散粒磨料倒角、倒角砂模倒角（只需水冷，不易碰伤抛光面）。

零件图上已标注角度时用 第2节 其它定心磨边方法

机械法定心原理（r<180㎜，D=6～70㎜，定心精度为0.01㎜）

机械法定心是利用一对同轴夹头借助弹簧力夹紧透镜实现自动定心的。

光电自动法定心原理（光敏电阻电桥平衡）

第六章 光学加工质量检验

第1节 粗糙度及表面疵病检验 一、 粗糙度及检验方法 粗糙度旧标准中称为光洁度，系指研磨加工后零件表面的微观几何形状特性。一般情况下，零件粗磨完工后应达到Ra=3.2μm；细磨完工后应达到Ra=0.8μm；抛光完工后应达到Ra=0.008μm。

检验方法：在60-100W的白炽灯照明下，用目视进行观察，与样品进行比较，要求研磨面砂眼均匀，不允许有下道工序中难以消除的划痕及麻点存在 二、 表面疵病及检验方法

表面疵病系指麻点、擦痕、开口气泡、破点及破边，在图纸上用B表示。共分10级，0～I-30级适用于位于光学系统像平面上及其附近的光学零件，Ⅱ～Ⅶ级适用于不位于光学系统像平面上的光学零件

注：①直径小于0.001㎜的麻点和宽度小于0.0005㎜的擦痕，均不作疵病考核；②当D0≤60㎜时，零件表面的任意象限内麻点数量不得超过三个，D0>60㎜时不得超过五个，任意两麻点内侧间距应≥ 0.2㎜③D0为零件的有效孔径（对于环形和非圆形零件， D0则是工作区面积的等效直径），单位为㎜

检验方法：

1.检验时应用黑色屏幕为背景，光源为60～100W（电压为36V）的普通白炽灯泡。在投射光或反射光下观察。在检验零件时，为了便于发现疵病，观察时允许朝任意方向转动零件，但在确定疵病大小时，应以投射光为准（不包括棱镜和一面磨砂一面抛光的零件）。

2.检验0～I-30级零件时，用6×～10×放大镜观察，检验Ⅱ～Ⅴ级零件时，用4×～6×放大镜观察。但对于直径小于5㎜的透镜，允许用6×～8×放大镜观察。检验Ⅵ～Ⅶ级零件时，用肉眼观察。但对于直径小于30㎜的圆形零件和棱镜、超半圆、圆柱体等特殊零件，允许用4×～6×放大镜观察

3.透射光观察常用于检验各种透镜、玻璃平板和小角度楔形镜；反射光观察常用于检验棱镜、大角度的楔形镜以及便于使用反射光观察的其他零件表面。 三、关于表面疵病等级选择的建议

1.0～I-30级：光学系统中的玻璃分划板、分划尺和度盘的抛光表面和聚光分划镜，以及位于或非常接近光学系统像平面上的零件。

2.Ⅱ级：距光学系统像平面较近的光学零件，如棱镜、场镜等。ⅤⅢⅣⅤⅥⅦ。 3. Ⅲ级：显微镜物镜和目镜，望远镜系统中的目镜和反射镜

4.Ⅳ级：望远镜系统中的物镜，倒像系统中的透镜，平行光束通过的棱镜和平面玻璃、投影物镜、放大镜、聚光镜

5.Ⅴ级：望远镜系统中的物镜，倒像系统中的透镜，接物棱镜和接物保护玻璃，投影及照相物镜、放大镜、聚光镜。

6.Ⅵ级：大口径的望远镜系统中的物镜和倒像系统中的透镜，大口径投影及照相物镜

7.Ⅶ级：大口径的一般天文，各种零件表面的非工作区，不在仪器光学系统中的零件

8.目视仪器及观察的光学仪器，如：前置镜、显微镜也可按其表面上的轴上点光束孔径大小来选择

当出瞳直径d'p≤2㎜时，任一表面n的光束孔径

当出瞳直径d'p > 2㎜时，任一表面n的光束孔径：

第n面的轴上光束边缘光线的高度（㎜）。 第七章 光学零件的真空镀膜工艺 第1节 膜层的种类和作用 一、 增透膜 1.作用：

光在薄膜中产生相消干涉，使反射光减小，透射光增大，故又称减反射膜，在图纸上用符号⊕表示 2.增透膜的原理

当光线从空气进入玻璃或从玻璃进入空气时，垂直入射的情况下反射率为：

以最常用的K9玻璃为例得：R≈0.043。光学玻璃的ng=1.46～1.93，它的反射率R=4～9.6%，玻璃的折射率越大，光的反射系数也越大。 一般目视仪器都使用白光，因此选择对人眼最灵敏的黄绿光增透，使反射率达最小值。而其它光谱仍有反射存在（但反射率比不镀膜时低些），故我们看到的镜头的反射光颜色是黄绿色的补色——紫红色。

另外，要使反射光消除到最小：

解上式得

二、 反射膜 1.作用：

使指定波段的光线在膜层上大部分或接近全部反射出去，在图纸上用符号 和 表示。根据膜层材料，可分为两类：金属反射镜和电介质反射镜。 2.反射膜的原理：

金属反射镜：对较宽光谱区都有较高的反射率，镀层工艺简单。但由于金属本身具有较大的吸收而使反射率受到。银、铝、金、铬等

电介质反射膜：如果在玻璃表面镀一层光学厚度为¼λ的电介质膜，其折射率为n1，则对垂直入射的反射率显然有

当n1 ng时，膜层起增反作用，而厚度为¼λ及其奇数倍时出现反射率极大值。 第3节 真空镀膜及其设备 一、真空镀膜原理 1.真空度：

表明真空状态中气体稀薄程度的量。（机械泵、油扩散泵） 2.真空镀膜的原理：

利用真空条件下加热金属或介质材料（如金、银、铝、氟化镁、硫化锌等），在一定温度下，发生汽化，即被加热的金属或介质的分子从本体逸出而形成蒸汽，以直线形式向四面八方辐射。如果在一定距离放置待镀零件，蒸发分子撞击而凝聚在待镀零件上，形成我们所需要的均匀薄膜。 2. 真空镀膜的优点

减少大气对膜层的污染和化学作用；加大被镀材料汽化分子的平均自由路程；真空度高，达到饱和蒸汽压的温度低，材料容易蒸发。饱和蒸汽压是指一定温度下，物体表面逸出的气体分子和从空间回到物体表面的分子数相等时的蒸汽压力。显然，外界压强越低，就越容易蒸发。因此，真空镀膜必须在高真空（压强在10-5㎜Hg以下）的条件下进行 二、真空镀膜机的结构

抽气系统：是获得真空技术的手段，它可分成机械泵、油扩散泵、管路阀、冷阱、高真空测量装置等几部分。

真空室：是完成镀膜工件的关键部分，它可分成蒸发器、挡板、离子轰击电极、安放零件的支架、加热罩、轴的引入及密封等几部分。 膜厚控制装置：在生产中控制膜层厚度的方法常用目视法和极值法。而对精度要求高的膜层，可采用波长扫描法和双光束法。