光學零件工藝學79

1、光學零件工藝學光學零件的拋光工藝.第六章 拋 光 光學零件的拋光是獲得光學外表最主要的工序。其目的：一是去除精磨的破壞層，到達規(guī)定的外表質(zhì)量要求，二是精修面形，到達圖紙要求的光圈和部分光圈，最后構(gòu)成透明規(guī)那么的外表。 .光學零件的拋光工藝 玻璃拋光機理光圈的識別古典法拋光工藝高速拋光工藝.玻璃拋光機理玻璃拋光機理 拋光是獲得光學外表的最主要工序。其目的 消除精磨的破環(huán)層，到達規(guī)定的外表要求；經(jīng)修面形，到達圖紙要求的光圈數(shù)N和部分誤差。也就是在玻璃或其它光學資料上，產(chǎn)生規(guī)那么的透明外表。 拋光的本質(zhì)是機械、化學和物理三種作用綜合的結(jié)果。.機械磨削機械磨削 拋光與研磨的本質(zhì)是一樣的，都是鞏固的磨料

2、對玻璃外表進展微小切削作用的結(jié)果。由于拋光是用較細的磨料，所以微小切削作用可以在分子范圍內(nèi)進展，使玻璃外表凸出部分被切削掉，逐漸構(gòu)成光滑的外表。實驗根據(jù)是 拋光外表有起伏景象 當磨料很細時，精磨也能將玻璃拋光 拋光玻璃分量明顯減輕 拋光效率與拋光劑顆粒大小有關系 拋光效率與速度、壓力有關系.外表流動實際外表流動實際 玻璃外表由于摩擦和相對運動產(chǎn)生熱量，致使外表產(chǎn)生塑性流動，使外表凸起將凹陷填平。實驗根據(jù)是 玻璃外表分子的流動而掩蓋了劃痕 拋去玻璃的分量與拋去玻璃的厚度不對應 軟化點高的玻璃，拋光效率低.化學作用化學作用 拋光過程是水、拋光劑、拋光模和玻璃之間化學作用的結(jié)果。化學作用主要是再玻璃

3、外表發(fā)生水解作用。實驗根據(jù)如下 水對玻璃的作用 拋光模資料的化學作用 拋光劑的化學作用 拋光液PH值的影響 添加劑的化學作用 玻璃的化學作用.6-2 樣板檢驗原理被檢驗光學外表相對于參考光學外表的偏向稱面形偏向假設兩者的面形球面或平面不一致，存在微小誤差時，就構(gòu)成一個楔形空氣隙，類似一個薄膜，從而產(chǎn)生薄膜干涉景象。 假設用單色光源，空氣隙呈環(huán)形對稱時，那么產(chǎn)生明暗相間的同心圓干涉環(huán)，用白光照射產(chǎn)生彩色圓環(huán)。這些圓環(huán)稱作光圈，又叫牛頓環(huán)。光學零件面形偏向是在圓形檢驗范圍內(nèi)，經(jīng)過垂直位置所察看到的光圈數(shù)目、外形、變化和顏色來確定的，并且面形誤差用光圈數(shù)表示，所以，樣板檢驗亦稱“光圈檢驗。.光圈的識

4、別光圈的識別 對光學零件的拋光普通要到達兩個目的光學外表疵病符合規(guī)定的等級光學外表幾何外形到達規(guī)定的要求光學樣板檢驗原理 光學零件的外表精度是與光學樣板比較而鑒別出來的。光學零件的面型精度包括曲率半徑偏向、像散偏向和部分偏向三個內(nèi)容。.圖6-3 光圈檢驗原理a-干涉景象；b-干涉原理； 1-樣板；2-工件.一光圈數(shù)N與空氣隙厚度h的關系兩束光的光程差表達式為：式中， -與干涉條紋對應的空氣隙厚度； -折射角； -入射光的波長。當 時，產(chǎn)生第k級亮條紋。當 時，產(chǎn)生第k級暗條紋。 第k級和k1級亮條紋，所對應的空氣隙厚度為 和 ，由下式表示： .那么相鄰亮條紋空氣隙厚度差近似為：相鄰兩道光圈之間

5、的空氣隙厚度，近似等于二分之一波長，即一道光圈相當空氣隙厚度為。那么總的光圈數(shù)N與空氣總厚度 之間的關系為：光圈，即干涉條紋的外形是由空氣隙等厚層的軌跡決議的，即同一級干涉條紋對應的空氣隙厚度是相等的。利用干涉條紋的數(shù)量和不規(guī)那么程度，可以斷定球面的面形誤差。 .二光圈數(shù)N與曲率半徑偏向R的關系光學零件曲率半徑與任務樣板半徑之間的偏向，以干涉條紋數(shù)，即光圈數(shù)N表示。值不僅取決光圈數(shù)N、零件與樣板的接觸口徑D在此口徑范圍內(nèi)顯示于涉環(huán)干涉光的波長，還取決于樣板是沿邊緣接觸低光圈，還是在中部接觸高光圈。樣板與透鏡沿邊緣接觸情況 .-透鏡曲率半徑-透鏡曲率半徑偏向 -直徑之半 -零件與樣板接觸口徑 -

6、光圈數(shù) -入射光波長 光圈數(shù)與半徑偏向的關系是：.三光圈半徑 與波長 的關系 為第 級暗條紋所對應的空氣層厚度 為 級暗條紋對應的干涉條紋半徑， 為透鏡的曲率半徑。 滿足暗條紋條件為 = .四相鄰光圈的間隔 與干涉級的關系當k0時 當k逐漸增大時， 愈來愈小,即 逐漸減小，以致眼睛無法分辨，k的極限可由物理光學得知 : 為人眼所能分辨的波長范圍,用白光照射平均波長 條.由此得出。用白光檢驗時，干涉條紋超越50條，就無法分辨了。將k50代入暗環(huán)光程差公式：由此可知，用白光檢驗時，與k =50對應的最大空氣隙厚度不能超越12.5 ，否那么就看不到光圈。.二、光圈的識別與度量 低光圈: 用樣板檢驗工

7、件時，假設兩者在邊緣接觸，當空氣隙減少時，條紋從邊緣向中間挪動，那么稱低光圈 高光圈:用樣板檢驗工件時，假設兩者在中間接觸，當空氣隙減少時，條紋從中心向邊緣挪動，那么稱高光圈 。 .識別光圈高低常用方法有三種 ：1. 周邊加壓法 ：此方法適用于光圈N1的判別。采用周邊加壓法，識別光圈高低的原理是，將樣板置于零件上，兩者間存在空氣隙，在樣板周邊加壓時，那么使空氣隙由厚變薄，即空氣隙由大變小。這樣與對應的干涉條紋也隨之挪動。對于低光圈，空氣隙,等厚層的挪動方向是由邊緣移向中心，因此，與等厚層對應的干涉條紋也隨之從邊緣向中心挪動。高光圈識別，正好與此相反。 .2. 邊緣點力法：在樣板邊緣某一點悄然加

8、壓，使其另一端浮起，那么構(gòu)成楔形空氣隙，從而產(chǎn)生干涉條紋。它是根據(jù)干涉條紋的彎曲方向和彎曲程度來識別和度量光圈的。假設工件為理想平面，用平面樣板平晶檢驗零件時，那么呈現(xiàn)平直條紋，由于浮起程度不同，條紋數(shù)目也隨之增減 .假設工件為高光圈 ，見圖：設樣板面為A、B、C、D，加工面為E、F、G、H。邊緣一點加壓后C和G點接觸，那么兩面之間構(gòu)成楔形空氣層，從而產(chǎn)生干涉條紋。如將干涉圖形向平面上投影，那么各帶條紋勢必彎向受力點，這是由與其對應的空氣隙等厚層的軌跡方向決議的，此彎曲程度與條紋間隔之比為光圈數(shù)。低光圈干涉條紋彎曲方向與上相反，它是背向受力點。這種方法適用于N1判別，其精度可到達 左右。 .色

9、序法 按光圈顏色的序列來識別光圈高低的方法，稱色序法。 在白光照射下觀測時，光圈構(gòu)成色序，這是由于組成白光的各種色光，所對應的空氣隙不同所致。 低光圈：從中心到邊緣的顏色序列為“藍、紅、黃等。 高光圈：從中心到邊緣的顏色序列為“黃、紅、藍等。 色序法不僅適用N1光陰圈高低的識別，而且也可用于N35mm的規(guī)范樣板的制造.規(guī)范樣板的制造R35mm的規(guī)范樣板的制造 對于R35mm的規(guī)范樣板,為到達A級精度，凸樣板普通做成整球或超半球的方式。整球樣板的毛坯可以熱壓成球形；也可以是正方形毛坯，再磨成八角坯后進展?jié)L圓。然后再根據(jù)圓球制造凹凸樣板。面形的規(guī)那么性是經(jīng)過凹凸樣板的對磨來保證。.規(guī)范樣板的制造R

10、35mm的規(guī)范樣板的制造 當制造R35mm的規(guī)范樣板或R35mm的凹規(guī)范樣板是，先將樣板做成弧形，再用球徑儀丈量直徑R。樣板毛坯粗磨成型后，將非丈量面拋光，再在凸樣板的平面上粘上一個小平模，凹樣板平面上粘一個環(huán)形平模，進展對磨來修正曲率半徑，保證面形。.超光滑外表光學零件的拋光工藝超光滑外表光學零件的拋光工藝 超光滑外表是指粗糙度的均方根偏向小于0.5nm的外表。 現(xiàn)代光學技術對光學零件的外表的要求越來越高，其主要是由于 高能量激光器的開展和運用，要求諧振腔反射外表非常光滑。 隨著光學儀器的適用波段范圍向紫外和X光的延伸，對光學外表粗糙度的要求也就越來越高。 制造光電儀器時，要求被加工外表具有

11、物理的完好性。.水中拋光水中拋光 水中拋光又稱BFP法拋光，它是將工件和拋光模都浸在水中，在低速低壓下進展拋光。特 點 由于工件和拋光模均浸在水中，所以拋光時產(chǎn)生的熱量可以及時的分散到拋光液中，因此工件和拋光模的熱變形極小。 拋光時采用非常細的拋光劑、很小的壓力和速度，在拋光的最后階段還可用稀釋的拋光液或清水拋光。 不僅適用于玻璃，還適用于晶體的拋光，可以使得工件外表粗糙度的均方根偏向很小。.離子拋光離子拋光 將惰性氣體電離成為離子，再對離子進展加速，然后撞擊放在真空室中的工件外表，從其外表將資料以原子量級予以去除，從而構(gòu)成很好的拋光外表。特 點 由于去除資料的根本本單位是原子，所以可以獲得很高的加工精度。 適用范圍廣，可加工多種資料。 由于離子只是和外表原子發(fā)生能量交換，因此是不產(chǎn)生熱量的，所以不會出現(xiàn)變形、產(chǎn)生應力及裂紋。.浮法拋光浮法拋光 將磨料SiO2 和Al2O3用去離子水混合，拋光時，有數(shù)倍于磨料顆粒尺寸的液體層堅持在拋光模錫模和工件之間工件浮起，進展高速拋光。特 點 運用比普通拋光時用的柏油和樹脂更硬的資料錫來做