光学零件实验指导书定稿

1、光学零件加工技术光学零件加工技术 实实 验验 指指 导导 书书 李艳红等编写李艳红等编写 长春理工大学光电工程学院长春理工大学光电工程学院 目目 录录 实验实验 1 块料毛坯的锯切与整平块料毛坯的锯切与整平.3 实验实验 2 块料毛坯的划割、滚圆与开球面块料毛坯的划割、滚圆与开球面.6 实验实验 3 球面透镜的铣磨工艺球面透镜的铣磨工艺.9 实验实验 4 透镜的上盘与下盘工艺透镜的上盘与下盘工艺.14 实验实验 5 光圈识别光圈识别.16 实验实验 6 高速抛光工艺及光圈修改实验高速抛光工艺及光圈修改实验.19 实验实验 7 透镜的定心磨边工艺透镜的定心磨边工艺.22 实验实验 8 透镜的胶合

2、透镜的胶合.26 实验实验 9 高精度平面的制造与检测高精度平面的制造与检测.30 实验实验 10 光学晶体的研磨与抛光光学晶体的研磨与抛光.32 实验实验 11 直角棱镜的制造与检测直角棱镜的制造与检测.33 实验实验 12 非球面加工实验非球面加工实验.36 实验实验 1 块料毛坯的锯切与整平块料毛坯的锯切与整平 一、一、实验目的实验目的 1、熟悉块料毛坯加工工艺过程及加工余量的确定； 2、掌握玻璃锯料机的使用方法及锯切工艺； 3、掌握单轴机使用方法及整平工艺； 4、掌握用散粒磨料整平的技巧。 二、二、实验设备与用具实验设备与用具 锯料机、单轴机、平模、玻璃块、磨料 80#、120#、卡尺

3、、厚度尺等。 三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容 块料毛坯是用玻璃块加工而成的毛坯。主要加工工序包括： 锯切、整平、划割、滚圆、开球面锯切、整平、划割、滚圆、开球面 1 1、锯切、锯切 将玻璃块按着毛坯的尺寸或角度要求，在锯料机上进行锯切。玻璃的锯切 主要采用金刚石锯料机，见图 1。 金刚石锯料机多为非标准设备，其结构型号各异。按其进给机构的特点， 可分为重锤进给、丝杠进给和液压进给三种形式的锯料机。 金刚石锯料机使用的锯片是金刚石锯片，锯片的直径一般为 300400mm，厚度为 23mm；边缘线速度一般为 2040m/s；金刚石颗粒的 粒度一般为 60#80#；浓度一般取 100%150%

4、。图 2 是在用金刚石锯片锯切玻 璃。 图 1 金刚石锯料机 图 2 金刚石锯片 2 2、整平、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。 整平的方法：散粒磨料研磨整平法和金刚石磨轮铣磨整平法两种。：散粒磨料研磨整平法和金刚石磨轮铣磨整平法两种。 前者是在普通的研磨机（见图 3）上，用铸铁平模盘，采用不同粒度的磨 料整平；后者是在平面铣磨机（见图 4）上进行整平。 图 3 单轴机 图 4 平面铣磨机 为提高生产效率，通常先单块整平第一面，然后再用粘结材料（由松香和 蜂蜡按一定比例融合而成）将其粘在平模上，成盘整平第二面。 整平加工余量，单面约取 0.

5、51mm，公差为0.1mm。 散粒磨料研磨整平法工艺过程：散粒磨料研磨整平法工艺过程： 开动机床，平模平稳转动起来后，往平模上撒适量的磨料； 双手拿着要整平的玻璃片，放在平模上研磨； 玻璃片在平模上要以一定摆幅，逆着平模转动方向运动； 不时地观察研磨面的研磨情况，当玻璃表面全部磨到后，停止第一面的 整平； 整平第二个表面（如果是成盘整平，需要胶盘后再整平） 。工艺过程与整 平第一面相同，但要注意控制毛坯厚度； 各项技术指标达到要求后，清洗，进入下一道工序。 四、实验报告四、实验报告 实验报告要求： 记录实验中所用的机床型号、锯片参数、磨料粒度及种类等； 画出完工毛坯图； 总结加工工艺过程； 回

6、答如下问题： 金刚石锯料机按其进给机构的特点，有哪几种？ 金刚石锯片，锯片的直径、厚度、边缘线速度、金刚石颗粒的粒度、 浓度一般取多少？ 锯切时玻璃是如何装夹的？ 整平时一般采用哪几个粒度的磨料？如何做才能保持平模的表面的平 面性？ 实验实验 2 块料毛坯的划割、滚圆与开球面块料毛坯的划割、滚圆与开球面 一、一、实验目的实验目的 1、熟悉块料毛坯加工工艺过程及加工余量的确定； 2、掌握玻璃滚圆机的使用方法及滚圆工艺； 3、掌握单轴机使用方法及滚圆工艺； 4、掌握用散粒磨料开球面的工艺及技巧； 5、了解玻璃滚圆机的结构和运动原理； 6了解单轴机的结构和运动原理。 二、实验设备与用具二、实验设备与

7、用具 滚圆机、单轴机、平模、玻璃块、磨料 80#、120#、卡尺、厚度尺等。 三、实验步骤与内容三、实验步骤与内容 块料毛坯是用玻璃块加工而成的毛坯。主要加工工序包括： 锯切、整平、划割、滚圆、开球面锯切、整平、划割、滚圆、开球面 锯切、整平工序在前一个实验中已做过，本实验进行毛坯的划割、滚圆和 开球面工序的实验。 1 1、划割、划割 划割是当整平后的玻璃板需要加工成小块时，采用的一道工序，通常用金 刚 石玻璃刀（或滚刀）按尺寸要求进行划割加工。 2 2、滚圆、滚圆 透镜的毛坯，整平后需要磨成圆片，称作滚圆。一般是先胶成长条，然后 再进行磨外圆。 图 1 滚圆机 磨外圆的常用方法有： 在平模上

8、用散粒磨料滚圆， 在滚圆机上用金刚石砂轮磨外圆。 后者效率高，精度好，外圆公差可达0.02mm 以内。 滚圆余量，根据毛坯直径大小确定，一般取 24mm。 （1 1）散粒磨料滚圆工艺过程如下：）散粒磨料滚圆工艺过程如下： 胶条 将整平好的玻璃片放在电炉上稍稍加热，涂上白蜡，粘成长条。 手持玻璃长条，在单轴机的转动平盘上加 100#磨料浆进行滚圆。先磨去四 个棱角，变成八角，再磨成十六角，直到磨成圆形。 滚圆过程中要不断测量直径，达到要求为止。 （2 2）滚圆机磨外圆工艺过程如下：）滚圆机磨外圆工艺过程如下： 胶条 将整平好的玻璃片放在电炉上稍稍加热，涂上白蜡，粘成长条； 浆玻璃长条装夹在滚圆机

9、主轴上； 根据玻璃圆棒的直径大小，调整磨轮到固定位置； 启动磨轮、冷却液电机、主轴、托板，进行磨外圆，待磨轮从玻璃棒一端 走刀到另一端时停车。 测量玻璃棒直径，与标准数值比较，确定加工余量后在次调整机床磨外圆， 达到尺度公差范围内时止。 3 3、开球面、开球面 透镜毛坯的开球面，是将滚圆后的玻璃圆片的两个平面磨成球面，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,是古典的手工操作方法 金刚石磨轮铣磨，是先进的机械加工方法。 球面曲率半径的检验: 一般用金属弧形样板检验或用贴置模检查擦贴度； 厚 度: 用千分尺测量； 表面粗糙度:

10、用肉眼观察，无砂眼和擦痕即可。 铣磨法开球面的工艺过程，见实验铣磨法开球面的工艺过程，见实验 3 3。 研磨法开球面的基本工艺过程如下：研磨法开球面的基本工艺过程如下： 在单轴机的主轴上安装球模（凹或凸球模） ，启动机床主轴，在球模上加 100#磨料浆。 手持玻璃片在球模上研磨，达到要求时止。 清洗后送下一道工序。 四、实验报告四、实验报告 实验报告要求： 记录实验中所用的机床型号、参数、磨料粒度种类等； 画出完工毛坯图； 总结加工工艺过程； 回答如下问题： 散粒磨料滚圆工艺过程？ 滚圆机磨外圆工艺过程？ 金刚石磨轮的粒度、结合剂、浓度、转数？ 滚圆机磨外圆时使用什么冷却液？它有什么作用？ 块

11、料毛坯的加工工序分哪几步？ 实验实验 3 球面透镜的铣磨工艺球面透镜的铣磨工艺 一、一、实验目的实验目的 1、验证斜截圆形成球面的原理； 2、了解透镜铣磨成型的工艺过程； 3、熟悉透镜铣磨机的结构、工作原理和调整方法； 4、铣磨出既定的曲率半径球面透镜。 二、二、实验设备与用具实验设备与用具 透镜铣磨机 ZGX70 球面铣磨机 1 台 金刚石磨轮 D = 20 r =2 粒度 100# 浓度 100% 千分尺、扳手 透镜毛坯: 擦贴盘 三、三、实验原理实验原理 球面铣削成型原理，如图 2 所示。 球面的曲率半径为 R，磨轮的中径为 Dm，磨轮的刃口曲率半径为 r，金刚 石磨轮刃口通过工件顶点，

12、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，这种运动轨迹包络面就 形成球面。 球面曲率半径的大小与两轴的夹角 有关。当磨具选定后，中径 Dm 和刃口 半径 r 为定值。调节不同的 角，即可加工出不同曲率半径 R 的球面。R 与 的关系如下： sinsinDm/2(R+r)Dm/2(R+r) 铣削加工用的金刚石磨轮（图 3）的中径 Dm 一般为被加工透镜直径的四分 之三。 图 2 球面铣削成型原理 图 3 金刚石磨轮 四、实验步骤与内容四、实验步骤与内容 1、熟悉透镜铣磨机的结构及传动原理；、熟悉透镜铣磨机的结构及传动原理； 图 4 透镜铣磨机传

13、动原理 磨轮传动系统 由图 4 知，电机通过平皮带带动磨头轴高速旋转。 主轴传动系统 主轴电机经三角皮带传入刚性锥环式无级变速箱，此变速机构的变速比 从 1/33（即输出速度倍率为 9） ，通过两个联动的活动锥体来调速。经变速 后输入主轴箱，在主轴箱内先经二级蜗轮蜗杆减速，再经齿轮机构变速，驱动 工件轴转动。 工件进给系统 工件轴 5 由 6、7、8、9、10、11 机构控制其前进和后退，完成工件的进给 加工和装卸。 ZGX70 球面铣磨机主要参数 磨头轴转角: 0-45 磨头转数： n1=8500rpm n2=11000rpm 工件轴转数： n1=15rpm n2=22rpm 倒边磨头转速:

14、 n=7000rpm 倒角磨头转角: 0-90 主轴箱行程: 纵向: 50mm 横向: 50mm 加工透镜范围: 5-700mm 2 透镜铣磨机控制系统和按钮透镜铣磨机控制系统和按钮 主轴启动和停止控制系统和按钮； 磨轮启动和停止控制系统和按钮； 冷却液泵启动和停止控制系统和按钮； 主轴进给和后退控制系统； 铣磨机启动和停止按钮。 3 铣磨工艺铣磨工艺 参数选择 主轴（即工件轴）转数：n1=15rpm 磨头转数：n1=8500rpm 机床调整 调整磨轮轴与工件轴间的角度；调整加工余量 铣磨操作 启动磨轮和冷却液供给系统，再启动主轴，以手动方式进給加 工。 操作注意事项 参数选择、机床调整工作完

15、成后要试运行，即在指导教 师指导下运行；手动进給时不要太快；磨轮完全停止后再取下零件； 五、实验报告五、实验报告 实验报告要求： 记录实验中所用的机床型号、磨轮参数、夹具尺寸、冷却液种类、喷射 方式、喷射量、磨头偏角、工件边缘线速度、工序周期等。 画出完工零件图。 总结消除中心凸包与调整磨轮轴偏角 之间的关系 回答如下问题： 铣磨后，零件与擦贴盘成中心接触或边缘接触，其曲率半径大小如何？ 在铣磨过程中，如果零件装夹不紧，磨出来的表面会出现什么情况？ 如何消除内外凸包？ 光刀的作用？ 本铣磨机能否用于磨外圆？磨外圆时如何调整？ 实验实验 4 透镜的上盘与下盘工艺透镜的上盘与下盘工艺 一、一、实验

16、目的实验目的 在透镜精磨和抛光时，多数是组成镜盘进行的。透镜的镜盘由透镜、火漆、 粘结模构成，镜盘上粘结多个零件，并按一定规律排列，见图 1。精磨前，按 一定规律将透镜粘结在粘结模上，叫上盘；透镜抛光完工后，将透镜从粘结模 上取下来，叫下盘。 本实验的目的： 1、了解透镜的上盘与下盘方法； 2、掌握透镜弹性上盘的工艺过程； 3、掌握透镜锤击下盘的操作方法。 二、二、设备与用具设备与用具 电热炉、工件、火漆、贴置模、粘结模、水盆、木锤、汽油、酒精等 三三 实验步骤与内容实验步骤与内容 （a） （b） 图 1 镜盘 1、上盘、上盘 将工件摆放在电热板上加热，控制温度在 5060之间； 在工件上做火

17、漆团； 工件贴置，将做上火漆团的透镜按着一定规律贴在贴置模上，见图 1（a） ； 在电炉上加热粘结模； 将加热的粘结模与贴置模上粘结的工件接触，烫化工件上的火漆，待火漆层 厚度达到要求时，立即放在凉水中冷却，形成镜盘； 用刀片刮去多余的火漆即做成镜盘。 2、下盘、下盘 用木锤敲击透镜，火漆碎裂，透镜即可取下； 用汽油浸泡透镜、擦洗之； 用酒精乙醚混合液浸泡透镜、再次擦洗干净。 四四 实验报告实验报告 实验报告要求： 记录实验中所用的设备、加热温度、操作过程。 画出镜盘结构图。 记录镜盘上的工件数量、排列方式和圈数。 回答如下问题： 如何保证火柒层的厚度？ 中间一圈的零件数一般粘几块？ 火漆团的

18、制作方法能否机械化？写出你的构想。 透镜镜盘的设计方法有哪几种？ 实验实验 5 光圈识别光圈识别 一、一、实验目的实验目的 1、掌握光圈的识别方法； 2、掌握光圈与表面形状的关系； 3、掌握高低光圈与曲率半径大小的关系 二、二、实验设备与用具实验设备与用具 工件、样板、毛刷、酒精、乙醚、脱脂纱布 三、三、实验原理实验原理 1、光圈的产生、光圈的产生 在光学加工中，光学零件表面的面形(球面或平面)偏差是通过与样板表面 比较来鉴别的。若两者的面形不一致、存在微小误差时，则形成一定厚度的空 气隙，类似一个薄膜，从而产生薄膜干涉现象。若用单色光源、空气隙呈环形 对称时，则产生明暗相间的同心圆干涉环；若

19、用白光照射则产生彩色圆环。这 些圆环称作牛顿环，又叫光圈。面形偏差的大小，根据光圈的数量、形状、颜 色来确定。 光圈数 N 与空气隙厚度h 的关系： h h = = N N/2/2 (71) 即相邻两道光圈之间的空气隙厚度差 h 近似等于二分之一波长，或者说, 变化一道光圈相当空气隙厚度变化 /2。 光圈的形状是由等厚空气隙的轨迹决定的，即同一级干涉条纹对应的空气 隙厚度是相等的。 因此，根据干涉条纹的数量和不规则程度，可以判定抛光表面的面形偏差。 2 2、光圈的识别与度量、光圈的识别与度量 高、低光圈高、低光圈 在样板检验中，R 的大小表现为光圈数量的多少，R 的正负表现为光圈 的高低。正确

20、识别光圈的高低，对于修改零件的面形偏差是非常重要的。 若样板与工件边缘接触，产生的光圈称低光圈。若样板与工件边缘接触，产生的光圈称低光圈。 若样板与工件中间接触，产生的光圈称高光圈。若样板与工件中间接触，产生的光圈称高光圈。 上述关系如图 7-1 所示。 对平面来说，低光圈，说明表面凹下；高光圈，说明表面凸起。 对凸球面来说，低光圈，说明曲率半径 R 偏大；高光圈，说明曲率半径偏 小； 对凹球面来说，低光圈，说明曲率半径 R 偏小；高光圈，说明曲率半径 R 偏大。 在抛光过程中，被加工表面还可能出现局部偏差，即局部凸起或凹下，叫 局部高或局部低局部高或局部低。最常见的局部偏差有中心高或中心低、

21、边缘高或边缘低。边 缘高又叫翘边，边缘低又叫塌边。各种局部偏差可以根据光圈形状来识别和度 量。 图 1 高、低光圈 2 2高、低光圈的识别方法高、低光圈的识别方法 通常是根据干涉条纹的形状、特征，移动情况、弯曲方向、疏密程度、颜 色等来识别光圈的高低。 识别光圈高低的常用方法有以下三种： 周边加压法周边加压法 周边加压法是识别光圈高低最常用的方法，此方法最适用于光圈 N1 的情 况。 周边加压法识别光圈高低的原理是：将样板置于零件之上，两者间存在一 定厚度的空气隙，在样板周边加压时，则空气隙由厚变薄，即空气隙 h 由大变 小。这样，与 h 对应的干涉条纹数由多变少,象似跑动。 低光圈：低光圈：

22、光圈由边缘向中心跑动。 高光圈：高光圈：光圈由中心向边缘跑动。 边缘点力法边缘点力法 边缘点力法，是在样板边缘的某一点轻轻加压，使其另一端浮起，形成楔 形空气隙，从而产生弯曲的干涉条纹。根据干涉条纹的弯曲方向和弯曲程度来 识别光圈的高低。下面以平面为例来说明之。 如果工件表面为理想平面，用平面样板(平晶)检验时，则呈现平直条纹， 因浮起程度不同，条纹数目也随之增减，见图 2 和图 3。 图 2 高光圈干涉图 图 3 低光圈干涉图 如果工件表面为高光圈，如图 7-2 所示, 各带条纹势必弯向受力点，这是 由与其对应的空气隙等厚层的轨迹决定的，以弯曲程度与条纹间隔之比表示光 圈数。 低光圈干涉条纹

23、弯曲方向与上相反，它是背向受力点。如图 3 所示。 这种方法最适用于局部光圈的识别。 光圈数光圈数 N N 的度量的度量 在光圈数在光圈数 N N1 1 的情况下的情况下 在光圈数 N1 的情况下，在有效检验范围内，用半径方向上最多的条纹数 来度量，如图 1 所示，N=2。如果在白光下观察干涉条纹，应以红光的条纹数度 量。 在光圈数在光圈数 N N1 1 的情况下的情况下 在光圈数 N1 的情况下，光圈数 N 以通过直径方向上干涉条纹的弯曲量(h)相 对于条纹的间距(H)的比值(N=h/HN=h/H)来度量，详见教材。 四、四、实验步骤与内容实验步骤与内容 1、整体高、低光圈的识别、整体高、低

24、光圈的识别 用蘸有酒精乙醚混合液的脱脂纱布擦拭工件和样板； 将擦拭干净的样板轻轻地放在擦拭干净的工件上； 周边加压，看光圈的高低及光圈数量； 在边缘某一点加压，看光圈的高低并计算光圈数量。 2、局部光圈高低的识别、局部光圈高低的识别 用蘸有酒精乙醚混合液的脱脂纱布擦拭工件和样板； 将擦拭干净的样板轻轻地放在擦拭干净的工件上； 周边加压，看中心和边缘的光圈高低并计算光圈数量； 在边缘某一点加压，看中心和边缘的光圈高低并计算光圈数量。 五、五、实验报告实验报告 实验报告要求： 记录实验中所用的工具、材料、操作过程。 画出高低光圈图。 记录光圈的数量。 回答如下问题： 判断光圈高低的方法有哪几个？

25、凸球面，高光圈，曲率半径是偏大还是偏小？ 周边加压法判别光圈高低的原理？ 看光圈时应注意什么？ 实验实验 6 高速抛光工艺及光圈修改实验高速抛光工艺及光圈修改实验 一、一、实验目的实验目的 1、了解球面高速抛光机的结构、工作原理及操作方法； 2、熟悉球面高速抛光模的制作方法； 3、熟悉球面高速抛光工艺及影响表面光圈的因素； 4、熟悉工件精磨光圈与抛光光圈间如何匹配； 5、熟悉工件的装夹方法； 6、 选取其中的一个工艺因素，进行光圈的修改实验。 二、二、实验设备与用具实验设备与用具 1、下摆球面高速抛光机 1 台 2、 球面高速抛光模、压球模、电热器、刮刀 3、 球面样板、工件、千分尺、放大镜

26、4、 氧化铈抛光粉、脱脂纱布、酒精乙醚混合液等。 三、三、实验内容与步骤实验内容与步骤 （一）熟悉下摆高速抛光机的结构及性能（一）熟悉下摆高速抛光机的结构及性能 1 机床的组成：机床的组成： 主要有两大部分组成，即主轴和压力头（见图 1） 。 2 机床的主要技术参数：机床的主要技术参数： 工件轴转速 2503600/min 加工工件直径 90mm 加工工件半径 R80mm 主轴径跳 0.005mm 主轴端跳 0.005 上下轴同轴度 0.02 摆座摆频 10100r/min 摆座摇角 045 上轴加压（max）约 5Kg 图 1 下摆准球心高速抛光机 图 2 上摆准球心高速抛光机 （二）实验步

27、骤（二）实验步骤 1、调整机床：、调整机床： 选择主轴转数为 2500 转； 压力头压力为 4 Kg； 摆角 25； 摆幅 40角； 液温为 32C。 2、制作聚胺脂抛光模：、制作聚胺脂抛光模：加热抛光基模；将抛光柏油涂于抛光基模上；将剪 好的聚胺脂抛光膜片在电热器上方烤软放在抛光基模内；用压球模挤压成型。 成型后的聚胺脂抛光模如图 3 所示。 图 3 聚胺脂抛光模 3、抛光工艺：、抛光工艺：将制作好的抛光模装夹在主轴上；将工件放入夹具中；调整 压力头与抛光模接触；启动主轴、压力头、抛光液泵进行抛光；按预定时间抛 光完工后，检验光圈；再次修改光圈；往复多次。 4、改变摆幅、摆角，作摆幅、摆角影

28、响实验。、改变摆幅、摆角，作摆幅、摆角影响实验。 四、四、实验报告实验报告 实验报告的要求： 阐述实验目的、原理； 重点写清工艺过程； 记录光圈的数量及修改方法。 回答如下问题： 工件的光圈数为-5N，图纸中的要求为-3N，如何修改？ 聚胺脂抛光模的制作与使用，应注意哪些问题？ 高速抛光对精磨光圈有何要求？ 球面高速抛光机的结构、工作原理？ 实验实验 7 透镜的定心磨边工艺透镜的定心磨边工艺 一、一、实验目的实验目的 透镜的定心磨边是光学零件制造的基本工艺之一。透镜定心磨边的主要方 法有二种：光学定心磨边法与机械定心磨边法。本实验的主要目的如下： 1、熟悉光学定心法的原理与方法； 2、了解透镜

29、光学定心磨边机的结构及性能； 3、掌握透镜光学定心磨边的工艺流程； 二、二、实验设备与用具实验设备与用具 1、光学定心磨边机 2、定心胶、酒精灯、工件、打火机、卡尺等 三、三、实验原理实验原理 (一一)球心自准像定心法原理球心自准像定心法原理 透镜的光学定心法是利用球心自准反射像进行中心偏差校正的一种方法。 球心自准像定心法原理如图 1 所示。 图 1 球心自准像定心法原理 O 点为透镜待定心球面的球心，O 点右侧为自准像定心仪光学系统，O 点左 侧为接头，二者的轴线重合。接头的端面与其轴线严格垂直，当将透镜胶接在 该端面上时(胶层厚度一致)，胶接面的球心会自动定位在接头轴线上。 另一个球面的

30、球心定位用球心自准像定心法来完成。从光源 1 发出的光线， 经过聚光镜 2 会聚在刻有透明十字丝的反光镜 3 上，再经固定物镜 4 和可调物 镜 5，十字丝成像于物镜 5 的像方焦点上。如果定心透镜 6 无偏心(其球心与物 镜 5 的像焦点重合)，光线沿原路返回，则转动接头时，通过目镜 9 观察，十字 丝像在分划板 8 上无跳动。否则，转动接头时十字丝像在分划板上划圈。如果 像的跳动超出允许范围，须加热接头，使粘结胶软化后移动透镜，直到十字像 不跳动或在允许范围内，即实现定心。 定心仪备有 6 组不同焦距的可调物镜，供各种曲率半径的透镜定心时选用。 球心自准像定心法，定心精度较高，可达 0.0

31、05mm。但由于视场较小，找 像困难。另外，供定心仪移动的导轨与机床主轴的平行度要求较高。 ( (二二) ) 透镜中心偏差透镜中心偏差 C C 的计算的计算 图 2 是图 1 的简化原理图。 图 2 定心仪简化原理图 设透镜待定心表面的球心与回转轴的偏离量为 C，由于球心反射像的垂 轴放大率为-1，所以透镜的球心反射像偏离回转轴 2C，当转动接头时，透镜球 心像的回转直径为 4C，再经定心仪光学系统放大 倍，在分划板上看到的像为 4C，其值相当在分划板上的跳动量 nb，则： n n b b = = 4 4 C C 或或 C C = = n n b b / / 4 4 (1)(1) 式中，n分划

32、板的格数；b分划板的格值； 将一格所表示的中心偏差定义为定心精度 C,则： C C= = b b / / 4 4 (2)(2) 表 1 表示 TD 型定心仪 6 组可调物镜相应的定心精度。 表 1 TD 型定心仪的定心精度 序号 可调物镜焦 距 lp(mm) 物镜焦距 f(mm) 系统放大率 定心精度 C(mm/格) 示值误差 (mm) 14324402.50.04 0.004 2212.522050.02 0.002 3103110100.01 0.001 45255200.005 0.0005 5-116-110-100.01 0.001 6-227-220-50.02 0.002 ( (

33、三三) )成像校正点与定心仪位置的确定成像校正点与定心仪位置的确定 11校正点位置的确定校正点位置的确定 所谓校正点就是透镜待定心表面的球心位置。当球面未定心时，球心反射 像要随接头的转动而转动，定心就是通过观测校正像的跳动来实现的。如图 9- 3 所示，首先须找出球心的位置(校正点)A1或 A2，然后将定心仪物镜前焦点 O 置于校正点上 A1或 A2，才能正确观测像的跳动。 透镜后表面的定心，一般是靠接头端面的垂直度实现的，所以，通常情况 下不必用定心仪观测像的跳动。 22定心仪位置的确定定心仪位置的确定 校正点确定后，则可根据此点到前表面的距离，选择焦距合适的物镜。选 择的原则是：当物镜前

34、焦点置于校正点时，必须保证定心仪物镜与定心透镜的 间隔不小于 10mm。 图 3 定心仪位置与校正点的确定 四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 了解光学定心磨边机结构、熟悉其工作原理，见图 3。 根据透镜的类型及结构参数算出球心像校正点的位置，然后按偏心差要求和 校正点位置选择 TD 型定心仪的可换物镜。 根据透镜的磨边后直径确定夹头的直径，并精车夹头或对已有夹头验收、测 量； 图 4 光学定心磨边机 加热夹头，粘结透镜； 调整定心仪的位置，使定心仪的可换物镜前焦点与待定心球面的校正点重合， 找到该面的球心反射像。转动透镜，十字像在目镜前的分划板上跳动，用手推 动透镜，使跳动量在要求的格数内

35、； 定心后，进行磨边； 磨边后，倒角； 加热夹头，取下透镜，并清洗干净。 四、四、实验报告实验报告 实验报告的要求： 写出光学定心磨边工艺过程； 计算透镜的球心像位置； 计算跳动格数与偏心量的关系。 回答如下问题： 透镜为什么要定心磨边？ 球心反射像定心法原理？ 定心时，对接头有何要求？ 实验实验 8 透镜的胶合透镜的胶合 一、一、实验目的实验目的 1、熟悉用加拿大胶进行透镜胶合的工艺过程； 2、熟悉透射式焦点像定心仪的工作原理及使用方法。 二、二、实验设备与用具实验设备与用具 加拿大树脂胶、胶合透镜、电热器、玻璃钟罩、长水泡、 竹镊子、脱脂纱布、酒精乙醚混合液、定心仪、绒布黑屏、 电热烘箱等

36、。 三、三、实验原理实验原理 在光学设计上，为改善像质，经常采用胶合透镜。光学零件的胶合是把两 块或多块单个零件，用胶粘剂或光胶等办法，按一定技术要求连接在一起的工 艺过程。常用的胶合方法有树脂胶胶合法、光胶法。 在透镜胶合过程中，无论采用树脂胶胶合法，还是光胶法，都必须进行定 中心，以保证正负透镜光轴重合，否则会影响系统的像质。 透镜胶合定中心的方法有焦点像定心法，球心反射像定心法和自重定心法 等。焦点像定心法原理如图 1 所示。 图 1 定中心检查仪光学系统图 1分划板；2棱镜；3平行光管物镜；4承座；5工件；6物镜； 7转向棱镜；8目镜分划板；9目镜；10分光棱镜 分划板 1,棱镜 2,

37、物镜 3 构成了一个平行光管系统； 承座 4 的轴与平行光 管光轴重合，透镜组 5 装在承座 4 的定位槽内，负透镜与承座 4 的定位槽配合， 其光轴与承座轴重合；物镜 6、转向棱镜 7、分划板 8、目镜 9 构成一个显微镜 系统。当由平行光管出射的平行光通过待定心的透镜组 5 时，如果正、负透镜 光轴重合，则焦点像(十字像)成在光轴上，以承座轴线为基准转动透镜组，焦 点像不动；如果正、负透镜光轴不重合，则焦点像的位置将偏离光轴一定距离， 以承座轴线为基准转动透镜组时，在显微镜系统的分划板 8 上可看到一个十字 像在划圈，如果像的跳动量超过允许范围，应推动正透镜，边推边转，直到十 字像不跳动或

38、在允许范围内，即实现定心。设焦点像偏离光轴的距离为 2C。则 转动透镜组时，十字像的最大跳动量为 2C。如果分划板的格值为 b，显微镜的 放大倍率为 ，十字像跳动格数为 n，则可得到如下关系式： 2Cnb C nb/2 (5) 那么十字像跳动一格所代表的中心偏差 a 可用下式表示： ab/2 (6) 由于胶合定中心的透镜焦距长短不同，因此，中心检查仪的物镜作成可 换式的，以变换倍率，实现对不同焦距透镜的定心。定心仪如图 2 所示。 图 2 定心仪 四四 实验内容与步骤实验内容与步骤 1 准备工作准备工作 胶合前的检查 按厚度和外径尺寸选配分组,使凸透镜外径稍小于凹透镜外径,中心厚度之 和在胶合

39、透镜的公差范围之内。 用脱脂纱布蘸着酒精乙醚混合液仔细擦拭镜片，注意擦拭镜片的手势（示范） 。 先擦拭凹透镜，再将凸透镜放在凹透镜上，当凸透镜能在凹透镜上来回自由 摆动且出现圆而粗的光圈时，说明胶合面已擦拭干净。然后，用玻璃钟罩罩住， 以备后用。 2 加热镜片加热镜片 用水泡校平电热板； 将钟罩内的透镜成对转置于电热板上； 注意控制电炉温度，缓慢加热到胶合温度 100130 3 涂胶压泡涂胶压泡 用竹镊子将凸透镜与凹透镜分离； 在凹透镜的胶合面涂布适当的加拿大胶； 凸透镜与凹透镜粘合，用软木塞压住凸透镜作缓慢旋转和移动，迫使气泡从 胶层排出，并注意控制胶层厚度为 0.010.03mm。 4 定

40、中心定中心 电炉冷却到 40时，将胶合透镜安置于胶合定心仪的承座上； 调整定心仪显微镜的位置，使之物镜前焦点与胶合透镜的理想焦点重合； 旋转透镜，从定心仪目镜观察亮十字像的跳动，推动凸透镜，逐渐缩小跳动 直径，直到达到要求为止。 5 冷却清洗冷却清洗 将定心的胶合透镜置于水平板上，缓冷至室温； 擦除胶合透镜上的残余树脂胶并清洗干净镜片； 6 6 退火退火 按胶合透镜的大小选用退火温度 4060，在烘箱内保温 45 小时，然后 随炉冷却到室温。 检查胶合透镜的胶层质量及表面光圈数。 7 7 注意事项注意事项 本实验时间较长，故胶层退火工作不进行； 酒精乙醚是易燃溶剂，切勿接近电炉； 加热的透镜不

41、可接触水及冷风，以防炸裂； 实验结束后，拆开镜组并清洁之，以便下次实验用。 五五 实验报告实验报告 实验报告的要求： 写出加拿大胶胶合的工艺过程； 记录胶合透镜偏心差的跳动格数，计算偏心差数值。 检查透镜的胶层质量（气泡、灰尘点、开胶等） ，分析原因。 回答如下问题： 焦点像定心法与球心反射像定心法哪个定心精度高？ 胶合定心时，对承座有何要求？ 胶合后为什么要退火？ 实验实验 9 高精度平面的制造与检测高精度平面的制造与检测 一、实验目的 高精度平面是用途很广泛和具有代表性的精密光学零件。高精度平面的制造与检测是 基础的和典型的精密光学工艺技术。本实验应达到下述目的： 1、了解用环形抛光盘加工

42、法抛光高精度平面的方法。 2、了解用菲索干涉仪检测高精度平面及对平面干涉图的常规判读方法。 二、实验设备及用具 环形抛光机、菲索平面干涉仪、完成粗抛光（N=0.51）的 60 的平晶、精抛的 60 的平晶夹持器、抛光辅料、酒精乙醚混合剂、脱脂棉布 三、实验原理 高精度平面一般是指平面度达到二十分之一波长的平面零件。这种平面的制造关键在 于抛光阶段，抛光一般分粗抛光（N=0.51）和精抛光（N0.1） 。粗抛光用一般抛光方法 就可以达到。精抛光的方法很多，例如分离器抛光法，而环形抛光盘加工法是其中的一种 新工艺，如图 7-1 所示。环形抛光机是一台带有 1m 抛光盘的精抛光机。主轴有好的刚性，

43、通过可控硅调速控制直流马达，并通过机械减速传动系统使主轴获得 0.56r/min 的转速。 环形抛光盘用柏油松香等制作而成，由校正板 1 控制抛光盘 2 的面形。调整可调支架 3 使 校正板远离中心，则抛光盘变凸；反之，校正板移向中心，则抛光盘变凹。抛光盘的面形 变化，使粗抛后的平晶 4 的平面性得到进一步的修正。凸的抛光盘将精抛出的平晶。大的 抛光盘将复制出高精度的平面。当控制校正板并保持环形抛光盘的平面性为 10 个光圈时， 如果抛光正常，略去热变形的影响，则不难复制出平面性达到 /50 的 60mm 的平晶。 n N d Dp 2 2 式中 Dp环形抛光盘直径； d平晶直径； N环形抛光

44、盘光圈数； N平晶光圈数。 若 Dp=1000mm。D=60mm，N=10，则 n=0.036 502 nW 式中 W平晶的面形误差。 图 1 环形抛光盘加工法 平晶的平面性或面性误差通常用菲索平面干涉仪测量。一般应该获得垂直方向、水平 方向和 450方向三幅干涉图。干涉图的条纹数以 5 条为好，中央条纹通过的中心，如图 7-2 所示。干涉图的判读可以用目镜测微器，也可以拍摄下来，用手工计读或用工具显微镜计 读，并按下式读出面形误差 W 图 2 平面干涉图 2 H h W 式中 h干涉条纹的最大弯曲量；H干涉条纹的平均间距；干涉仪光源波长 四、实验准备 1、准备工作 （1）启动环形抛光机，调节

45、机床主轴转速为 12r/min，使之处于适合精抛状态。 （2）将已经粗抛光的平晶在干涉仪上测量，并计读其表面误差。 2、精抛平晶 （1）将平晶放入环形抛光机的工件夹持器内。 （2）半小时后取出平晶，在干涉仪上对一个方位的干涉图进行估读。 （3）根据平晶误差情况，适当调节校正板的位置（平晶如太凹，则使校正板向环形抛光机 中心移动） 。 （4）再放入平晶，精抛半小时后取出，作平面性的最后检测，环形抛光机停机。 3、平晶的检测 将精修后的平晶在菲索平面干涉仪上最后的检测。读取垂直、水平及 450方位的三副干涉 图中的最大误差值，即为该平晶的平面面形误差。 五、实验报告 1、记录与分析第一次精抛平晶的

46、结果。 2、记录与分析第二次（校正板移位后）精抛平晶的结果。 3、记录并判读平晶精抛结束后的干涉图。 4、回答思考题。 六、思考题 1、环形抛光机的抛光盘的面形变化与哪些因素有关？ 2、平晶平面性的获得与哪些因素有关（提示：材料、转速、校正板位置与大小、工件的位 置及室温等） 。 3、计读平面干涉条纹为什么需要三个方位的干涉图？为什么需要 5 根条纹？为什么中央条 纹必须通过干涉图的中心？ 4、精抛平晶时，如果出现平晶中间凹和塌边的现象，在精抛过程中应采用什么措施？干涉 图上应如何判读？ 实验实验 10 光学晶体的研磨与抛光光学晶体的研磨与抛光 一、实验目的 光学晶体类繁多、用途广泛，其加工成

47、光学零件的方法与一般加工方法不完全一样或 完全不一样，并往往因晶体的种类而异。光学晶体的研磨与抛光的理论与方法尚不成熟， 仍处于发展之中。本实验试图通过红宝石的研磨与抛光试验达到下述目的： 1、了解光学晶体研磨与抛光方法的特殊性与多样性。 2、了解红宝石的研磨与抛光新工艺的技术要点与效果。 二、实验设备及用具 六轴研磨抛光机、金刚石研磨膏、金刚石研磨膏、红宝石抛光盘、锡抛光模、白灯、放 大镜、红宝石试件、酒精乙混合液滴瓶、脱脂布、毛巾等。 三、实验原理 光学晶体工艺特性分类可分为硬质晶体、软质警惕与水溶性晶体。同一类晶体中的加 工工艺也不完全相同。例如，硬质晶体中的石英晶体，研磨与抛光方法除需

48、要定轴外与光 学玻璃相近，红宝石晶体与石英晶体的加工方法大不相同，即使白宝石晶体和红宝石晶体 的加工方法也不一样。加工方法的差异，其主要目的是为了获得晶体光学表面的良好粗糙 度（微观不平度）与表面病等级。 红宝石棒是激光器的工作物质，红宝石棒端面的表面质量影响激光器输出功率和转换 效率。而传统的红宝石研磨与抛光工艺只能大到 B=N 的程度。传统工艺方法是采用钢、铜 与锡三种金属盘精磨与抛光。三种金属盘相比较，锡盘最好，钢盘最差。精磨与抛光剂是 采用金刚石微粉或金刚石研磨膏。也有采用硬胶盘加金刚石微粉抛光的方法，使表面质量 有所改善。 用红宝石抛光盘抛光红宝石是本实验的要点，工艺实践表明这种新工

49、艺将可获得 B=I 的表面病等级。其它工艺条件完全相同的条件下用红宝石抛光盘与锡金属抛光盘作对比试 验，以验证新工艺方法的效果。 四、实验步骤 1、将六轴机主轴转速调到 200300r/min。偏心、摆幅按 20 镜盘大小适当调节。 2、在二个主轴上分别安装 20 红宝石经盘，分别用红宝石盘与锡盘研磨（图 1） ，W10 研磨 膏研磨 15min，观察并记录研磨表面的质量。 3、清洁试件及研磨盘，换用 W0.1 研磨膏抛光半小时，观察并记录其抛光表面的质量。表 面质量用 100W 白灯照明，6放大镜观察。 4、对比良种抛光盘的工艺效果。 5、继续抛光半小时，再观察抛光表面的质量，对比两种抛光盘

50、的工艺效果。 五、实验报告 1、记录两种抛光研磨盘的研磨结果。 2、记录两种抛光盘的抛光效果，估测及对比两个镜盘的表面疵病等级。 3、评价两种工艺条件 下的抛光速率。 六、思考题 1 分析实验中红宝石研磨与抛光的工艺条件，讨论 红宝石研磨与抛光的本质差别。 2 红宝石抛光中采用红宝石抛光模与采用锡抛光模 对抛光过程将产生哪些影响？初步分析前者获得好的表面 质量的原因。 3 晶体抛光的效率与哪些因素有关？采用红宝石抛光模 为 图 8-1 红宝石抛光 什么能够提高效率？ 实验实验 11 直角棱镜的制造与检测直角棱镜的制造与检测 一、实验目的 直角棱镜是常用的、典型的棱镜类零件、直角棱镜的制造与检测

51、是棱镜制造中具有代 表性的制造技术。本实验应达到下述目的： 1、学习直角棱镜制造中的关键工序手修角度，从而了解棱镜的制造过程。 2、了解棱镜修角度过程中的工艺检测技术比较测角法。 二、实验设备及用具 二轴机、200 铸铁平模、简单比较测角仪、W40（302#）金刚砂等辅料、 直角棱镜与直角棱镜的毛坯（直角边 30mm，材料为普通玻璃） 、 0 90D 0 180D 平行平面玻璃等。 3 5 . 21515mm 三、实验原理 直角棱镜是等腰直角棱镜的简称，按用途不同分为具有一个反射面的棱镜 棱镜和具有两个反射面的棱镜棱镜，这二种棱镜具有不同的技 0 90D 0 180D 术要求和不同的制造过程，

52、如图所示。 图 1 直角棱镜 棱镜的角度要求是，为两个 450角度相互之间的差值，即 0 90D、 0 45 0 45 ， 为尖塔差或称 A 棱差，其意义如图所示。具有三个工作CB 0 45 AA 面的棱镜（不限定反射面数）中，某一指定的棱与其所对应的工作面之间的夹角称为 A 棱 差。45， 也可以用平行差表示。 =45 = 式中 第一平行差； 第二平行差。 D-90棱镜的特征是弦面镀反射 膜，直角面镀增透膜，有时也标出 45， 误差。这种棱镜的制造特点 是要保证 45角的制造精度，其次是尖 塔差。因而，应选弦面为工艺基准。在 抛光顺序上，应先抛光侧面，再抛光弦 面，保证弦面与侧图 2 直角棱

53、镜的尖塔差 面垂直。然后，以侧面和弦面作工艺基准及测量基准，精磨与抛光两个直角面。但是， 由于 45角的制造精度要求是 45，即二个 45角之差值。显然，要保证 45，只要 当 90达到一定精度时，然后加工弦面，则在一道工序里就保证了 45的要求。因此， 通常在大量生产与单个手修时仍以直角面与侧面作基准，先加工两个侧面，再加工两个直 角面，最后加工弦面。 D-180棱镜的角度要求是 90，用平行差表示时为 =290 （3） =2 （4） 式中 9090角度误差。 D-180棱镜的特征是二直角面镀反射膜，弦面镀增透膜，有时也标注出 90、 误差。这种棱镜的制造特点是要保证直角的制造精度，其次是尖

54、塔差。因而，应选任一 直角面及一侧面为工艺基准，在抛光顺序上应先抛光侧面，再抛光任一直角面，保证该直 角面与侧面垂直。然后以侧面和直角面作基准加工另一直角面和弦面。显然，在手修时， 应以侧面和直角面作测量基准和工艺基准，修磨另一直角面，获得要求的直角精度和尖塔 差要求。 在手修棱镜角度时，因为棱镜未全部抛好，只能用比较测角法测量。单筒自准直测角 仪如图 4-3 所示。自准直管 5 何以在任何位置固定， 松开分划板调节螺钉 7 以后，旋转目镜 8，使反射 回来的亮标尺平行于平台工作面装支架的一边，标 准棱镜 4 通常光胶在玻璃平板 2 上，被测棱镜 3 紧 靠在标准棱镜的旁边，实现比较测量。测角

55、仪视场 中水平刻尺呈水平位置，被照亮的垂直刻尺的象呈 垂直位置。如果被检棱镜角度与标准棱镜的角度不 等，则两垂直刻尺象在垂直方向不重合，其分开的 格数即为被检棱镜角度的误差值（分） 。图 4-3 为 测角仪比较测量直角棱镜 45角度的情况。 图 3 自准直测角仪 四、实验步骤 1.测量及修磨棱镜 0 180DII （1）测量二直角面所形成的直角误差，自准直测角仪光管调成水平位置，对准玻璃平板上 的直角标准棱镜，用比较法测处。 0 90 （2）测量被修磨直角面于侧面所形成的直角误差。 0 90 （3）根据和的正负确定被修磨棱镜的直角面的多磨部位。 0 90 0 90 （4）在二轴机的平模上用 W

56、40 金刚砂修磨棱镜的直角面，平修时侧重着力于多磨部位并 使多磨部位经常磨在平模的边部。 （5）边修边测，一直修到和均在以内。 0 90 0 45 3 2、测量棱镜的值（棱镜无抛光面） 0 90D 0 45 （1）将自准直测角仪调整到测 450角状态，如图 3 所示。 （2）以弦面作基准并贴在玻璃平板上，两直角面贴平行平面玻璃片，以达到获得反射刻尺 象的目的。 (3)分别测出和，并重复三次。BC (4)计算。| 0 45 CB 五、实验报告 1、如实记录棱镜、棱镜的测量及修磨过程及最后修磨结果。 0 90D 0 180DII 2、分析测量和的重复性和计算的结果，并回答思考题。BC 0 45 六、思考题 1、棱镜在修正角度过程中，选用直角面作基准对产生怎样的影响？ 0 90D 0 45 2、修磨棱镜角度时，需手工达到多磨修磨面的某一个部位，修磨面的面形常产生什么误差？ 修磨面的面形应为凹状或凸状？为什么需要这种形状？ 3、用平行平面辅助平板使未抛光棱