光学冷加工基础知识

1、光学冷加工基础知识宣导资料光学冷加工基础知识宣导资料光学基础知识讲解目录1.1.光学零件（镜片）概述光学零件（镜片）概述2.2.光学镜片材料介绍光学镜片材料介绍3.3.镜片加工流程镜片加工流程4.4.荒折工程简介荒折工程简介 5.5.砂挂工程简介砂挂工程简介6.6.研磨工程简介研磨工程简介7.7.芯取工程简介芯取工程简介8.8.镀膜工程简介镀膜工程简介9.9.粘合工程简介粘合工程简介10.10.涂墨工程简介涂墨工程简介11.11.光学基础知识光学基础知识12.12.QAQA检查检查光学零件概述光学零件按结构和工艺特点可分为光学零件按结构和工艺特点可分为：透镜棱镜反射镜分划元件平板元件光楔等光学

2、零件概述透镜： 由两个折射曲面或一个曲面和一个平面所围成的透射体。 作用：改变光线在光路中的运行方向，使光线产生会聚或发散效果光学零件概述按作用功能可分为:正透镜与负透镜(见后)按表面几何形状可分为双凸透镜双凹透镜平凸透镜平凹透镜 弯月透镜光学零件概述棱镜：由两个或两个以上相交的折射或反射平面所组成的透射体。 作用：分光或使光线转折作用 根据棱镜的结构和工艺特点，可分成多种类型。 棱镜举例:直角棱镜、等腰棱镜、斜方棱镜、五棱镜、直角屋脊棱镜、等腰屋脊棱镜等90度180度光学零件概述透镜图样透镜图面的表示一般以镜片的光轴为中心的全部面为制图标准，如：球面之曲率半径值表示：若曲率中心在图面之右侧，

3、R值即记入（+），反之为（）值，R绝对值大之为S面，反之为D面， 右图的曲率半径也可标示为：R1=+43.4526R2= -43.4526平面标:/PL1胡海涛误记0 8 - 6 - 1 9Y N 1n m 1 、 R 1 面镀多层膜镀膜规格如下：R 0 . 5% a t 4 0 0 - 6 0 0R 1 . 0% a t 7 0 0 n m0 . 0 0 7ABO注： R 2 面镀A L 2 O 3 , = 5 0 0 3 0 n m R 1 面欠膜自外径起0 . 5 以内可 R 2 面镀全膜（平面部膜附可） 2 、偏心检测基准：A + B / 透过式5 0 秒; 并A + B 测R 1 面

4、跳动0 . 0 0 7 ; 3 、面精度要求R 1 / R 2 ：分散、椭圆R 1 面为0 . 5 本 ，R 2 面为1 本； 中高、中落、塌边、翘边R 1 面为0 . 5 本 ，R 2 面为1 本； 塌边、翅边、中高、中落必须中心拉直测定 4 、外观要求：佳能D 级; 详细见检查作业标准书; 5 、裂边要求： R 1 、R 2 面：0 . 2 6 、一般公差：0 . 1 ，角度公差：1 7 、椭圆、锥度必须在外径公差内 AB( 3 . 9 4 )( 6 . 6 2 )R 2 = + 3 8 . 1R 1 = + 7 9 . 4 8R 0 . 3B 0 . 3 ( 4 5 )4 . 8 2 0

5、- 0 . 0 21 . 8 0 . 0 5(?37.1)?39.70.005凤凰光学( 上海) 有限公司作成日期见注1见注1面 别镀 膜光线有效径镀膜有效径公称R 值? 4 0 . 9- 0 . 0 3- 0 . 3 8化学特性订 正 内 容承 认 记号7423651日 期材 质Z 系数光学偏心dn d磨耗度担 当确 认1 0 0- 9 2 . 4 8 60 . 1 1 6见注2N B F D 1 51 . 8 0 6 1 0 5 03 3 . 3 0 . 3fY N 1 - 9 4 9 12 0 0 8 年0 5 月2 1 日耐酸性1 耐碱性1 耐水性1机 种部 番+ 7 9 . 4 8?

6、 3 8 . 5见注1NN见注3R 1- 2 2R 2+ 3 8 . 1? 3 6 . 1见注1- 2 3见注3客户版次图面名称：硝材外径社内版次外观等级第1版见注4审 核制 图 检 图完品图8 、部品中禁止使用R O H S 及C S E 0 4 0 1 1 禁止物质光学零件概述光学零件技术条件（透镜为例）透镜形状和结构参数：曲率半径R、曲率中心位置；透镜中心厚度d、边缘厚度t；外圆直径D、有效孔径DO；倒角的位置、角度和宽度。光学零件概述五项透镜加工精度及表面质量技术条件：光圈数 ：N；局部光圈数 ：N；中心偏差 ： C；原器精度 ：R；表面疵病(外观)等级： B光学零件概述光学面形精度（

7、光学面形精度（N N、 N N）标示：标示：N-光圈符号 N(-3) 表示被检球面和样板样板（原器）标准面R值存在偏差时，所允许出现的最大干涉条纹环数（牛顿环本数）。 以546nm的单色光为基准。 例：当N=-3时，如上述标示则公差范围为：0本！ 当N=3时, 则如上述标示公差范围为:+6本！当N=+3时, 则如上述标示公差范围为:+60本！N-N-局部光圈（亚斯） 表示上述干涉条纹的不规则程度（牛顿环之局部变形 量），表征光学表面存在的凹坑、凸起、折断等缺陷。N 和N 为光学表面的面形精度指标，通过垂直于被检面方向观察获得，也可用激光干涉仪检测。设计时一般取： N=(0.1N=(0.10.5

8、)N0.5)N+3-3光学零件概述光学表面疵病（光学表面疵病（B B）标示：标示：B表面疵病符号，只有光学表面用，表示光学表面存在的划伤、擦痕、破点、麻点、破口等缺陷。通常也称外观，国内外大部分使用美国军标，也有用德国标准的。外观的检查均是靠目视在特定环境及光源下进行判断。光学零件材料简介无色光学玻璃无色光学玻璃 行业内使用最多，光学常数是最主要的性能指标，也是分类及定牌号的主要依据。 无色光学玻璃类型无色光学玻璃类型 根据色散系数dd的大小，无色光学玻璃分二大类18种类别： 冕牌玻璃 dd50 火石玻璃 dd50冕牌与火石玻璃性能特征比较冕牌与火石玻璃性能特征比较 冕牌玻璃K（Pb3%）火石

9、玻璃F（Pb3%）折射率低（nd=1.501.55）折射率高（nd=1.581.95）色散大 (d=5562) )色散小 (d=2350) )性硬、质轻、透明度好性软、质重、带黄绿色光学零件概述光学偏心（C）C中心偏差： 光轴与镜片几何轴之偏差，也常用角度表示; 光轴:两轴面中心的连线称为光轴;偏心的存在会使系统产生慧差、象散的象差透镜存在偏心时，透镜的边缘厚度也有差异 （边厚差t）。 t=D*C/f*（n-1）加工中通过定心磨边保证偏心。 一般有光学定心及机械定心二种方式f光学零件概述镀膜：镀膜：光学零件表面一般都要镀膜，镀膜要求依光学设计进行薄膜分类：增透膜、反光膜、分光膜、滤光膜、保护膜

10、等等按结构分单层、多层大多数零件都是镀增透膜，主要参数是： 中心波长0、反射率R、透过率T若为多层膜须有透过率要求的曲率线图分光曲线光学零件材料简介光学玻璃的构成：光学玻璃的构成： 光学玻璃是由硅（Si）、硼（B）、磷（P）、铅（Pb）、钾（K）、钠（Na）、钡（Ba）、砷（As）、铝（Al）等多种氧化物在高温下形成复杂盐熔体，经过过冷而得到各向同性的无定形物体。 硅酸盐玻璃：以二氧化硅（SiO2）为主要成分 硼酸盐玻璃：以三氧化二硼（B2O3）为主要成分 磷酸盐玻璃：以五氧化二磷（P2O5）为主要成分光学玻璃的熔炼过程：光学玻璃的熔炼过程： 配料硅酸盐形成（800-900）玻璃形成（1000

11、-1250） 澄清均匀化（1400-1500）冷却（200-300）成型 退火型料 * 澄清目的：消除气泡 * 均匀化目的：去除条纹 * 退火目的：消除内应力和校正光性 （再次加热到400-600摄氏度)光学零件材料简介环保玻璃环保玻璃 由于健康、环保的要求，欧美已禁止使用含Pb、As的玻璃，从而产生出了许多环保玻璃，环保玻璃在光学常数上完全可达到上述含Pb、As的玻璃，而且各类物理化学性能指标应符合标准。 无色光学玻璃的质量指标无色光学玻璃的质量指标 七项指标：七项指标： nd、d与标准的允许差值 nd和d在同一批玻璃中的一致性 光学均匀性 应力双折射 光吸收系数 条纹度 气泡度 光学零件材

12、料简介无色光学玻璃的工艺性无色光学玻璃的工艺性 工艺性指的是玻璃可加工性的好坏、直接影响加工精度、效率及成本。 1、工艺性取决于玻璃的理化特性，受玻璃的内部结构制约。 玻璃内部各类氧化物含量百分比不同，表现出的工艺性也不同。 2、工艺性具体指标： * 化学稳定性： 玻璃抵抗水溶液、潮湿空气及其它侵蚀介质如酸、碱、盐等破坏的能力。 * 机械性质： 比重 脆性 抗拉、抗压强度 硬度（超软FCD1/超硬S-LAL14）3.镜片加工流程从硝材投入到镜片完成主要工程：从硝材投入到镜片完成主要工程： 备料备料( (硝材硝材) ) 荒折荒折(CG)(CG) 砂挂砂挂 研磨研磨 芯取芯取 镀膜镀膜 粘合粘合

13、涂墨涂墨 QAQA检查检查 前工程后工程内部加工流程内部加工流程：（前工程）：（前工程）加工组别有加工组别有: :单片、多片单片、多片 由于设备的加工范围和镜片的由于设备的加工范围和镜片的特性，大流程有分：特性，大流程有分： * CG 砂挂D研磨D多片S * CG 多片S砂挂D研磨D * CG 多片S多片D * CG 砂挂S研磨S 砂挂D研磨D砂挂荒摺研磨硝材芯取涂墨镀膜粘合镜片加工流程(备料)备料：备料： 在加工光学零件时，需要为光学零件预备加工所用的材料，常称为毛坯料，硝材。 板料 条料 粗平料 型料型 料 图粗 平 图?40.9-0.03-0.38C 0 .4C 0 .4R 1 = +8

14、3R 2 = +36R 1=R 2=C 0 .3C 0 .3毛坯料4.荒折工程简介荒折目的（）开球） 将毛坯料在荒折机上进行荒折粗加工，将零件切削出与公称球面较为 接近的球面，为零件的砂挂做好准备。荒折加工对象： 零件的球面曲率半径、中心厚度以及表面光洁度。切削工具： 筒型金刚石砂轮荒折机床： 荒折机，如：CG2.0，零件加工范围：3mm80mm荒折工程简介（开球）上海工厂荒折机简介：上海工厂荒折机简介： 使用荒折机共使用荒折机共2 2种种： 1韩国时代机（CG2.0） 2. 台湾勇溢（单片机器）/（成盘加工机器）加工第二面加工第一面加加 工工 流流 程：程：硝 材荒摺完品荒折工程简介荒折加工

15、原理荒折加工原理（球面荒折原理）： 1.球面荒折俗称CG，即为球面创成之意。如图： 5.砂挂工程简介（精磨）砂挂工程定义砂挂工程定义： 镜片加工流程：荒折砂挂研磨 砂挂工程处于中间工序；相当于机械加工中的半精加工。 定义：对于来料之CG完品，切除其裂层，且达至规定之表面粗糙度 （外观）和面形误差（光圈N）、以及中心厚度（T）。砂挂的目的：砂挂的目的： 保证零件达到抛光前所需要的尺寸精度、表面粗糙度及面形 精度.磨削工具：磨削工具： 砂挂皿砂挂机器：砂挂机器：砂挂机主要有：下摆机、下摆机、SSPSSP、上摆机、上摆机 LFLF机机、砂挂工程简介砂挂方法分： 散粒磨料砂挂（细磨） 金刚石丸片砂挂（

16、高速砂挂）高速砂挂类型： 成型法成型法：准球心、用成形模具加工。 特点：零件表面的形状和精度是依靠磨具的形状与精度来保证的； 加加 工工 流流 程：程：加工第一面荒摺完品加工第二面砂挂完品砂挂工程简介砂挂加工原理砂挂加工原理： 设备底座马达带动主轴（砂挂皿）转动：1000 3000min-1；摆动马达带动工件轴(治具内镜片)左右摆动(或前后)、治具+镜片因摩擦力产生之自身转动，加以压力使镜片被砂挂皿切削，从而三者运动之复合即为球芯运动，加工出镜片表面（或球形之一部份）。各工程特点各工程特点: CG砂挂第1道（半精加工）砂挂第2道（精加工）研磨（抛光）。 砂挂液PH 中心厚度 抽检（自检、巡检、

17、提检） 手提式百分表砂挂丸片 光圈/h 抽检（自检、巡检、提检） 样板、测环 合皿 外观（划痕、砂目等） 抽检（自检、巡检、提检） 目视重点管理项目 品质保证项目 检查方式方法 检查工具皿基座钻石粒镜片串棒上治具6.研磨工程简介（抛光）研磨研磨主要机器：下摆机、主要机器：下摆机、SSPSSP、上摆机、上摆机、LFLF机等机等 光学零件的抛光是获得光学表面最主要的工序。目的：目的： 1 去除精磨的破坏层，达到规定的表面疵病要求； 2 精修面形，达到要求的光圈和局部光圈，最后形成透明规则的表面。研磨机理研磨机理 四种理论：机械磨削理论、化学作用理论、热的表面流动理论、四种理论：机械磨削理论、化学作

18、用理论、热的表面流动理论、 研磨的本质是机械、化学和物理三种作用的错研磨的本质是机械、化学和物理三种作用的错综复杂的过程综复杂的过程分类分类：单片研磨、多片研磨；低速研磨、高速研磨。 加工第二面研磨完品加工第一面砂挂完品7.芯取工程简介光学零件芯取：光学零件芯取： 目的目的：校正偏心、外圆尺寸符合装配要求。 定义：定义：校正偏心的过程即为定心。是把透镜二个球面的球心调 整到磨边机主轴线上，使得磨边时透镜是绕自身二个球 心连线旋转，则用砂轮磨削出的外圆柱面几何轴和光轴 一致。 芯取的实质是把透镜的几何轴固定到光轴上芯取的实质是把透镜的几何轴固定到光轴上。芯取芯取加工对象加工对象： 零件的中心偏（

19、C）、外圆直径（D）、深度、跳动、倒角定心方法：定心方法： 光学定心法、机械定心法主轴精度 倒角、有效径 抽检（自检、巡检） 倒角显微镜切削液 外径 、深度 抽检（自检、巡检） 分厘卡、 高度计 砂轮选择/调整 中心偏跳动 抽检（自检、巡检） 偏心仪 外观（接头划伤）抽检/全检（自检、巡检） 目视 重点管理项目 品质保证检 查方式方法 检查工具主要日本机器：馆野机、湘南机、齐田机主要日本机器：馆野机、湘南机、齐田机 韩国机器：光进机韩国机器：光进机芯取机芯取机洗净机器清洗溶剂 外观 目视 轻拿轻放重点管理项目 品质保证检 查方式方法 检查工具8.镀膜工程简介镀膜：镀膜： 为了使光学零件具有所需

20、的光学、电学、物理化学性能，可以在其表面镀上单层、双层或多层不同用途的薄膜，使其达到一定的光谱特性和其他性能。镀膜方法镀膜方法：真空镀膜、化学镀膜真空镀膜设备：真空镀膜设备： 真空镀膜机真空镀膜机说明：说明： 1 1 特种光学工艺特种光学工艺 2 2 光学加工中技术含量最高、高新技光学加工中技术含量最高、高新技术密集、投资最大、回报最高。术密集、投资最大、回报最高。 3 3 衡量一个光学企业的水平衡量一个光学企业的水平真空度、温度 膜色、外观 多层全数检查 透明胶带/目视水循环 分光特性 （上、中、下）曲线图 分光光度计喷砂周期 膜强度 抽2PCS/伞 试膜棒 膜料 膜欠 抽检 目视/倒角显微

21、镜重点管理项目 品质保证检 查方式方法 检查工具镀膜工程简介薄膜的技术要求薄膜的技术要求： 1. 增透膜的中心波长、表面反射率、透过率 2. 反光膜的反射率 3.薄膜的表面疵病 4 .膜层的抗磨强度 5. 膜层的牢固度 6. 膜层的环境稳定性 机器：光驰机 （AR1300/OTFC） 韩一机/南光机9.粘合工程简介粘合目的：粘合目的： * 改善象质改善象质 * 减少反射光能损失减少反射光能损失 * 简化复杂零件的加工简化复杂零件的加工 * 保护刻划表面保护刻划表面粘合：粘合： 是把二块或多块零件，用光学用胶或光敏胶按一定的技术要求粘结在一起的工艺过程。UV胶有效期 外观 全数检查 目视 冷光源

22、强度/有效期 中心偏跳动 抽检 偏心仪 初固化/后期固化时间 光圈（N/N） 抽检 样板、干涉仪 重点管理项目 品质保证 检查方式方法 检查工具10.涂墨工程简介涂墨目的：涂墨目的： * 改善镜头象质改善镜头象质 例：鬼影等例：鬼影等。 * 减少杂散光反射的影响减少杂散光反射的影响 涂墨：涂墨： 是把零件的外径或面取部位，用黑色涂料进行均匀涂黑以便达到消光和特殊要求的过程。涂料配比 外观 涂层厚度 涂层厚度 全数检查 目视 干燥时间/温度 重点管理项目 品质保证 检查方式方法 检查工具11、光学基础知识一、光的性质 a.a.发光体：象太阳或电灯自身能发光的“物体”叫做发光体； b.b.光的直线

23、传播：发光体的光向各个方向发散。发散的光在无障碍的情况 下，都沿直线传播；这种现象叫作光的直线传播； C.C.光的传播速度：在空气中的传播速度约为299790km/s;二、球面的作用 1 1.凸透镜：中心比边缘厚的透镜叫做凸透镜，具有将光会聚的作用； 2 2.凹透镜：中心比边比薄的透镜叫做凹透镜，具有将光散开的作用；三、光的反射与折射 反射反射：水面发光，行走的汽车车玻璃的闪闪发光是因为太阳的反弹，光的反 弹现象叫做反射； 反射定律反射定律：入射光线与法线在同一平面上，且入射角与反射角相等； 折射折射：光具有在同一物质（介质）中直线传播的性质。但是，如果光倾斜地 从空气进入水或玻璃中时，在空气与水或玻璃的界面上，一部分光被反射，剩余部分进入水或玻璃中。这时在两种介质的界