第3章-透镜的定心磨边

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定心角
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❖3.3机械定心的原理与方法
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一.机械定心的原理及定心条件
▪ (一)定心原理
• 若采用机械定心法，则定心前必须计算定心角，以判断能 否使用该种定心方法。
• 1．R1=R2时的定心条件
• 按定心原理，透镜的定心条件是，定心力P必须大于摩 擦力F，即P>F。如果透镜的曲率半径R1=R2=R，总定心 角用ψ表示，而玻璃与夹头之间的摩擦系数为u，则由图 7—10可知：
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❖3.3机械定心的原理与方法
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一.机械定心的原理及定心条 件
• 在图7—10中，当透镜处于非定心 状态时，由于其边厚不等，则透镜 受力不平衡。这时由弹簧产生的支 反力，可分解成垂直于夹头端面的 夹紧力和垂直轴线的定心力。夹紧 力P1。和P2与反作用力相平衡。 定心力的合力F将克服摩擦阻力F(F 是透镜两表面法线的切线方向上的 摩擦力F1和F2的合力)，使透镜沿 垂直轴线方向上移动，直到P＝F 时，透镜不再移动，此时，透镜光 轴与夹头轴线(即机床回轴轴线)达 到一定的重合精度，从而实现了透 镜的定心。
一.透镜表面直接反射像定心法
• 这种定心方法的原理如图所示。定心接头轴线与机床的回 转轴重合，并且接头端面MN精确地垂直于轴线。将透镜 胶接于接头端面时，如果胶层非常均匀，则透镜表面1的球 心必然落在接头的轴线上。如果再使透镜表面“2’’的球心 也置于接头轴上，则透镜实现了定心。
• 利用透镜表面直接反射灯像的方法进行定心，故称透镜表 面直接反射像法。
❖3.3机械定心的原理与方法
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一.概述
• 目前在中等精度透镜的大批量生产中，主要采用机械定心 的方法，这是因为这种方法操作简单，效率高，定心精度 能满足一定的要求。
一.机械定心的原理及定心条件
▪ (一)定心原理
• 利用一对同轴性很高的、 • 且端面垂直轴线的定心 • 夹头定心夹头1和3，借 • 助施加在夹头3上的弹簧 • 力将工件2夹紧。夹头1只 • 能转动，而夹头3既能转 • 动又能在装夹工件中沿轴向移动。
• 透镜表面直接反射像定心法，
• 由于是用肉眼直接观察灯像．
• 所以精度不高，这种方法
• 很少应用。
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❖3.2光学定心的原理及方法
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二.球心自准像定心法
▪ (一)定心原理与方法
• 下图是使用广泛的TD型自准定心仪的光学系统图。
• 使用时，定心仪放置在与磨边机回转轴平行的轨道上。 当把待定心的透镜胶连在定心接头上后，旋转机床主 轴。
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❖3.1定义及术语
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❖3.1定义及术语
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一.传统惯用的定义
▪ (一)定义及术语
• 中心偏差就是透镜外圆的几何轴与光轴在透镜曲率中心处的 偏离程度，用C表示。透镜中心偏差的几何意义。
• 1．R1≠R2时的定心条件 • 如果定心透镜的R1≠R2，那么ψ＝ψ1＋ψ2 ，则透镜定心
条件应满足下式：
tan1 tan2 2
• 应用公式(7—9)时，对双凸、双凹透镜取“+”号，对 弯月透镜取“-”号。
• 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β倍，
• 在分划板上看到的像是4Cβ ，
• 其值相当分划板的跳动量n β ，
• 则每格所表示的中心偏差C为
• 定心精度，用下式表示。
nb 4C或C＝ nb 4
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▪ (一)定心原理
• 光学电视定心法的原理
• 如右图所示
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❖3.2光学定心的原理及方法
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三、光学电视定心法
▪ (二)精度分析
• 采用光学电视定心法，其定心误差应包括透镜两表面定心 误差的总和。但粘结面的定心精度已由夹头端面垂直度保 证，因此透镜的定心精度是由非粘结面的定心精度决定的。
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❖3.2光学定心的原理及方法
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三、光学电视定wk.baidu.com法
• 为了提高定心精度，减轻人眼疲劳，在球心自准定心法 基础上，发展了光学电视定心法。这种方法采用自准显微 镜观测定心透镜球心像的跳动，然后通过电视屏显示定心 误差，因此，精度高、检测直观、效率也高。
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光学 加工
❖第3章
透镜的定心磨边
讲授：郎贤礼 单位：仪器科学与光电工程学院(HFUT)
❖本节内容
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1 定义及术语 2 光学定心的原理与方法 3 机械定心的原理与方法 4 激光技术在透镜定心的应用
5 定心磨边工艺
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❖3.2光学定心的原理及方法
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一.透镜表面直接反射像定心法
• 在图7—5，将一个白炽灯泡A置于透镜的前方L。处， 然后转动定心接头，观察A经过透镜表面“2”反射后所 成的像A’的跳动情况，灯像A’的跳动大小，反映了回转 轴QQ1轴相对光轴C1C2的偏离程度。移动透镜，直至 转动接头时，灯像完全不动或在允许范围，则表明透 镜定心完毕。这时再以QQ1轴为回转轴来修磨透镜外 圆，即所谓磨边。
• x——面倾角，(’)；
• n——透镜材料的折射率；
• l’F——透镜的像方焦距，mm。
•
注：1’=0.000291Rad
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❖二.新的术语与定义
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• 2.用反射式定心仪检验
• 根据图7—4标注的基准轴和中心误差的允许值，应采用 相应精度的反射式定心仪检验。
• 由图可知 tg ,tg , , 则
C t RD
t C D R
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❖一.传统惯用的定义
▪ (二)中心偏差与边厚差的关系
• 右图是测量透镜边厚差的简易装置示意 图。
• 该装置由三只钢球支承着待测透镜， 透镜的外圆柱面紧靠着两只定位触头。 因此该装置称为五点定位等厚架，千分 头紧固在支架上，其测量触头顶住透镜 的边缘。透镜转动一周时，干分表针的 跳动量就是透镜的边厚差值。
• 当被检光学表面球半径尺为有限值时，可根据x值(见图 7—4)换算出球心到基准轴的距离a，也可按检验出的a值 换算出面倾角z值，即
a x R / 3438 0.291x R 103
x 3438a / R
• 式中：x——面倾角，(’); • a——被检光学表面球心到基准轴的距离，mm； • R——被检光学表面球半径，mm。
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❖3.2光学定心的原理及方法
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▪ (二)透镜中心偏差C的计算
• 由图7—7可知，透镜前表面的球心与回转轴的偏离量C， 即为透镜中心偏差。这是因为后表面的定心，一般靠接头 端面垂直度实现。由于反射面的纵向放大率为-1，所以透 镜球心的反射像偏离回
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▪ 2课时
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❖第3章 透镜的定心磨边
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概述
▪ 为了满足光学仪器成像的要求，必须保证 光学系统光轴的一致性。在仪器的装校中，通 常是靠透镜的外圆定位，但外圆定位只能保证 各透镜几何轴的共轴性，却不能保证光轴的一 致性。如果要达到靠外圆定位来实现光轴的共 轴性，那么，透镜在装配前必须进行定心磨边， 以消除或减小透镜的中心偏差。
❖一.传统惯用的定义
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▪ (二)中心偏差与边厚差的关系
• 在透镜研磨抛光过程中，通常采用控制透镜边厚差来校正镜 盘中心偏差，达到减小透镜中心偏差的目的。特别是对大口 径透镜不适合定性磨边，在抛光过程中必须通过控制边缘等 厚差的方法，达到中心偏差的要求。
• 一块存在边厚差的透镜。可以看成 是由一块无边厚差的透镜，再附加 上一块楔形镜组成，如右图所示。
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▪ (二)传统的中心偏差与新定义面倾角的关系
• 1.用透射式定心仪检验
• 透射式定心仪检验出的偏心差e，要保证图纸规定的面倾 角x的要求。
• 单透镜两光学表面中有一个选作基准面时，则偏心差c与 另一个光学表面的倾角的允许值，按下式计算：
c 0.291(n 1)lF' x 103
• 式中：c——偏心差，mm；
•
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❖二.新的术语与定义
▪ (一)术语与定义
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❖二.新的术语与定义
▪ (一)术语与定义
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❖二.新的术语与定义
• 定心就是使透镜的光轴和几何轴重合或在一定的公差范围内。
• 磨边就是将定心后的透镜进行 对称地磨外圆。
• 光学系统的中心偏差尽管很复 杂，但透镜中心偏差定义的c仍 适用于单块透镜。它符合磨边 工序的加工目的，也可以看成 是对磨边工序的主要技术要求。
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• 透镜表面直接反射像定心法，
• 由于是用肉眼直接观察灯像．
• 所以精度不高，这种方法
• 很少应用。
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❖3.2光学定心的原理及方法
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一.透镜表面直接反射像定心法
• 在图7—5，将一个白炽灯泡A置于透镜的前方L。处， 然后转动定心接头，观察A经过透镜表面“2”反射后所 成的像A’的跳动情况，灯像A’的跳动大小，反映了回转 轴QQ1轴相对光轴C1C2的偏离程度。移动透镜，直至 转动接头时，灯像完全不动或在允许范围，则表明透 镜定心完毕。这时再以QQ1轴为回转轴来修磨透镜外 圆，即所谓磨边。
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▪ (三)成像校正点与定心仪位置的确定
• 1．校正点位置的确定 • 所谓校正点就是透镜表面的球心像。当透镜定心时，此像要随接头而
移动，定心过程就是通过观测校正像的跳动来实现定心的。因此，首 先必须找出球心像的位置(校正点)，然后将定心仪物镜前焦点置于校正 点上，才能正确观测像的跳动。 • 2．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 • 择顶焦距合适的物镜。选择 • 的原则是：当物镜前焦点 • 置于校正点时，必须保证定心仪 • 物镜与定心透镜的间 • 距不小于10mm。
• 定心的实质就是通过一定的方法，将透 镜的两球心置于磨边机回转轴线上，从 而把以光轴为基准的磨边过程，变成以 机床轴为对称轴的修磨透镜外圆的过程。
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❖二.新的术语与定义
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▪ (一)术语与定义
• 传统规定的中心偏差C的定义，不能表示光轴与几何轴 相互位置的一般情况。所以提出新的术语与定义
• 设电视摄像管的分辨率为N，显微镜的放大率为β，则通过 电视系统所观察到的非粘结面球心，随主轴回转时的跳动 量为(1／N)·(1／β)。由此可得定心透镜非粘结面球心离 回转轴的垂直距离为C，则c表示光学电视定心法的定心精 度为
C＝ 1 1
4N
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• 满足定心条件时应有P>F，即
N1
sin
2
cos
2
tan
2
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一.机械定心的原理及定心条件
• 而 tan D '/(2R)
2 • 所以
D '/(2R) 或 R 1 D' 2
• 公式(7—8)表示透镜两表面曲率半径相同时，采用机械法 定心的条件。
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❖3.2光学定心的原理及方法
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概述
• 定心的方法很多，但基本的是光学定心法和机械定心法， 此外，还有激光定心、光电定心等。
• 光学定心法主要包括透镜表面直接反射像定心法、球心自 准反射像定心法、透射像定心法和电视定心法等，此外还 有激光干涉技术定心法。