光学零件检验方法

光学零件加工技术实验讲义实验一 光学零件毛坯的成型一、实验目的：1、了解古典法加工块料毛坯粗磨成型的工艺过程；2、熟悉所用设备、材辅料等相关知识。

二、实验设备及用品切割机、粗磨机、滚圆机、K9玻璃、金刚砂 三、实验步骤1、 取块料玻璃，在切割机上按30x30x20mm 切割；2、 在平面粗磨机上，分别用100#，240#金刚砂磨平第一面；3、 将磨平的一面用胶粘在平的垫板上，排列均匀；4、 在粗磨机上，手持垫板，用100#，240#金刚砂整盘研磨第二面，要不断更换垫板位置，使之研磨均匀。

同时要用卡尺测量，保证厚度和平行度； 5、 将两面磨平的平行玻璃板粘成条，宽：长=1：8～1：10；6、 在滚圆机上，将玻璃条滚圆成棒，∆Φ+Φ=Φ0；7、 将玻璃棒在电热板上加热，使粘胶熔化并逐一拆开玻璃板； 8、 用酒精等有机溶剂清洗玻璃；9、 用粗磨盘开球面，手持比例移动，更换位置，开出具有一定曲率半径的球面零件； 10、检验，用铁样板或试擦贴度的方法。

四、讨论1、在粗磨平面时，为什么第一面磨平单块加工，而第二面磨平可成盘加工？2、检验时，铁样板或试擦贴度为何从边缘接触密切？实验二金刚石磨轮铣磨球面一、实验目的1、验证光学零件铣磨原理；2、了解粗磨铣磨工艺过程；3、熟悉铣磨机工作原理和调整方法；4、要求铣磨如图1所示的透镜。

二、实验设备与用具透镜铣磨机QM08A 、金刚石磨轮（M D =20mm ，r=2mm ，粒度#100，浓度100%）、千分尺、扳手、透镜毛胚 （mm 010.025-φ，d15mm ）、擦镜盘等。

三、铣磨原理球面零件的铣磨原理如图2、图3所示。

磨轮轴轴线与工作轴轴线相交于0点，两轴线的交角为α，筒形磨轮1绕自身轴线作高速旋转，工件2绕工件轴转动。

磨轮断面在工件表图3-2凸球面铣磨原理 图3-3凹球面铣磨原理 按图2与图3，有以下关系式：)(2sin r R D M±=α （1）式中 α——磨轮轴与工作轴夹角；M D ——磨轮中径；R ——工件被加工面的曲率半径； r ——磨轮端面圆弧半径（凸面取“+”号，凹面取“-”号）上式也可以写成r D R Mαsin 2=（2）当磨轮选定后，M D 与r 均为，调节不同的α角，既可加不同曲率半径的球面零件。

四、实验步骤与内容（1）操作程序（参考图4）打开电源总开关，真空泵同时开始动作。

左手将工件轴进退轴手柄3向右扳动。

右手同时把毛胚及密封垫圈嵌入真空夹头，并轻轻转动毛坯看其是否吸牢，然后将手柄3一直扳倒右边极限位置并推入定位凹槽。

盖上防油雾罩9。

按动按钮20，磨头轴运转。

按动按钮19，工件轴运转。

加工完毕后，工件轴自动停转，同时冷却液停止供给。

按动按钮17，磨头轴停转。

打开防油雾罩，扳动手柄3将工件取下。

检查所磨的曲率半径是否符合要求（一般要求铣磨零件的表面要和擦贴盘有1/2~1/3的擦贴度），并根据加查结果修正各参数。

检查被加工面是否有凸台，若有凸台则可以观察磨削纹弧线的方向来确定磨头箱平移b 值的修正方向。

被加工面的曲率半径R 主要与磨头偏转角α有关，加工凸面时若曲率半径偏大则需增大α角。

反之则减小α角。

试磨工件的中心厚度，这只与工件轴箱体的纵向位置有关，根据试件实际厚度与所要求的厚度的差值来微量调整工件轴箱的位置。

所调值可以从箱体前的百分表上读出。

反复试磨和修正，使铣磨的R 值达到要求为止。

实验完毕，关掉总电源。

图3-4铣磨机外形图（2）操作注意事项1）试磨前必须在工件和磨轮的距离大于凸轮升程的情况下空转几个过程，观察各部位运转是否正常。

内部冷却液的喷射必须充分，真空吸附必须牢固；2）装卸磨轮时严禁敲打，为了便于装卸，装磨轮前必须把磨轮孔擦净并涂少许黄油；3）无极变速的变速手柄必须在运转的情况下进行调整。

五、实验报告实验报告中除了要求阐述本实验的实验目的，实验原理外，重点讨论实验结果。

在实验结果中要求：1. 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，磨头轴偏转角α，工件边缘线速度，工序周期等；2. 画出完工零件图；3. 总结消除工件凸台和调整磨轮轴偏转角α之间的关系。

六、思考题1. 粗磨铣磨中，如果磨削后的零件与擦贴盘成中心接触和边缘接触但是腰部不接触。

其面型是什么？并解释出现这种现象的原因，是由于机床的哪部分调整不当造成的？应如何调整？假如把擦贴度调得再紧一些，则只有边缘接触而中心不接触，此时是否还是原面型？2. QM08A球面铣磨机能否用于磨外圆？磨外圆时机床应如何调整？3. 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？4. 在铣磨零件时，如果最后没有光刀过程将磨出怎样的表面？5. 若用调整b值消除外凸包后，零件的曲率半径R比调整前是变大还是变小？此时α应作如何调整？分别用凸零件和凹零件说明之。

若要消除内凸包，应如何调整？实验四样板检验一、实验目的用光学样板检验光圈是光学零件制造中检验面形偏差的一种使用最广泛、最简便的精密检测方法，需要熟练地掌握。

通过实验应该达到以下目的：1、掌握识别高低光圈的方法（如样板四周加压法、一侧加压法、色序判断法等）及光圈的度量。

2、学会识别常见的几种局部光圈（如中心局部高、中心局部低、塌边、翘边等）及象散偏差。

3、了解影响光圈的工艺因素，并掌握修改光圈的方法。

二、实验设备与工具、量具Q8412型四轴透镜研磨机、球面工作样板、镜盘、抛光模、氧化铈抛光液、酒精乙A醚混合液、脱脂纱布、酒精灯、刮刀、活动扳手、台灯三、实验方法光学零件的面形偏差是指被检光学表面相对于参考光学表面（光学样板）的偏差。

它包括有三项内容：1、半径偏差，它所对应的光圈数以N表示；2、象散偏差，此偏差所对应的光圈数用N1∆表示；∆表示。

3、局部偏差，它所对应的光圈数以N2在光学零件抛光过程中，它的面形偏差一般是通过光学样板（基于光波等厚干涉原理）来检验的，根据对所观察到的干涉条纹（通称光圈）的数目、形状、变化和颜色来确定面形偏差的性质与大小。

对光圈的识别、度量与修改，其具体方法简述如下：（一）高低光圈的识别及其度量当样板与零件接触时，如果两者在中心接触，则为高光圈；反之，两者在边缘接触，则为低光圈。

常用的识别方法有：1、样板四周加压法低光圈：当空气隙缩小时，条纹从边缘向中心移动，光圈减小且变粗。

高光圈：当空气隙缩小时，条纹从中心向边缘移动，光圈也相应减小变粗。

如图4-1所示。

图4-1 样板四周加压法图4-2 一侧加压法2、一侧加压法低光圈：当空气隙缩小时，条纹弯曲方向背向加力点，条纹移动方向如图4-2所示。

高光圈：当空气隙缩小时，条纹弯曲方向朝向加力点，条纹移动方向如图4-2所示。

3、色序判断法在白光中，各色光的波长是从红光向紫光逐次减短，因此，在同一个干涉级中，波长越大，产生干涉处的间隙也越大，当从中心到边缘的颜色序列为蓝、红、黄时为低光圈；当从中心到边缘的颜色序列为黄、红、蓝时，则为高光圈，参见图4-3。

图4-3 色序判断法4、光圈数N的度量光圈数的多少，反映了被检光学表面的曲率半径相对于参考光学表面曲率半径偏差的大小。

光圈越多，偏差越大。

反之则小。

（1）当光圈数多的情况下（1>N 时），以有效检验范围内直径方向上最多条纹数的一半来度量。

在白光照明下，通常以红色为计量标准色，表面上出现几个红色光圈即为几道圈。

（2）当光圈数少的情况下（1<N 时），光圈数N 是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 ）的比值来度量。

如图4-4所示。

光圈数N 可通过下式计算：HhN =（4-1） 对于较小曲率半径的球面，当1<N 时，通常是根据整个表面上边缘和中间光斑颜色和差异来度量其光圈数的。

如以荧光灯作光源，当边缘颜色为灰白色时，则可根据中间颜色来确定其光圈数，也可根据与空气隙厚度相对应的颜色和光圈数的关系来计算与颜色对应的空气隙厚度差或光圈数。

图 4-4 1<N 时光圈数的度量（二）局部光圈的识别及其度量局部偏差是指被检光学表面与参考光学表面在任一方向上产生的干涉条纹的局部不规则程度，它所对应的光圈数用N 2∆表示。

常见的局部光圈有中心高、中心低、塌边、翘边等如图4-5、图4-6所示。

图4-5中心局部光圈数N 2∆的度量 图4-6边缘局部光圈数N 2∆的度量 （·表示加力点） （·表示加力点）局部光圈数N 2∆是以局部不规则干涉条纹对理想平滑干涉条纹的偏离量（e ）与两相邻条纹间距（H ）的比值来度量的。

其关系式为HeN =∆2 （4-2） （三）象散光圈的识别及其度量象散偏差是指被检光学表面与参考光学表面在两个相互垂直方向上产生的光圈数不等所对应的偏差，此偏差所对应的光圈数用N 1∆表示。

常见象散光圈有椭圆形象散光圈、马鞍形象散光圈、柱形象散光圈等。

如图4-7、图4-8、图4-9、图4-10所示。

象散光圈数N 1∆是以两个相互垂直方向上光圈数N 的最大代数差的绝对值来度量的其关系式为y x N N N -=∆1 （4-3）图 4-7 椭圆形象散光圈数N 1∆的度量 图4-8马鞍形象散光圈数N 1∆的度量图4-9 柱形象散光圈数N 1∆的度量 图4-101<N 的象散光圈数N 1∆的度量 （四）影响光圈的工艺因素及光圈的修改方法在光学零件的抛光过程中，常用的调整光圈的工艺因素有：摆幅大小、顶针位置、主轴转速、摆速的增减、压力的增减、抛光模的修刮、抛光液的浓淡等。

当光圈高时，说明零件边缘磨多了，修改时应使中间多磨。

反之，光圈低时，零件中间磨多了，修改时应使边缘多磨。

在加工过程中，对光圈的修改，主要是通过正确地熟练地调整有关工艺因素来实现的。

修改光圈的具体方法归纳成下列二表。

1、规则光圈的修改方法如表4-1所示。

表4-1 规则光圈的修改方法 镜盘位置 凸镜盘在下 凹镜盘在上 原光圈情况低高低高曲率半径R的变化趋势R由大变小（光圈由低改高）R由小变大（光圈由高改低）R由小变大（光圈由低改高）R由大变小（光圈由高改低）抛光情况多抛边缘多抛中部多抛边缘多抛中部各工艺因素的调整摆幅顶针位置主轴转速摆速压力抛光模抛光液加大拉出来加快放慢略加重修刮中部浓些减小放中心放慢加快宜轻修刮边缘淡些减小放中心加快放慢略加重修刮中部浓些加大拉出来放慢加快宜轻修刮边缘淡些表4-2 局部光圈及象散偏差的修改方法工艺因素局部低和塌边局部高和翘边象散偏差抛光模的修改主轴转速摆速摆幅顶针位置压力修改抛光模有误差部分减小减小减小放中心减小修改抛光模无误差部分加大加大加大拉出来加大均匀修改整个抛光模表面减小加大对称摆幅加大表中所列系指单项工艺因素的改变对光圈的影响，运用时可根据具体情况，同时采取几项主要工艺因素措施，就可迅速达到预期目的。