北理工珠海学院《光学工艺与测量》第06章课件

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国际标准气泡和杂质的标注规定： 气泡和杂质在图纸上的标注为：1/N×A N是气泡和杂质的数目; A是气泡和杂质投影面积的平方根，以mm计，也 就是说，气泡和杂质投影的最大总面积不超过：
N ×A
2
二、表面形状公差——面形公差
• 1.国家标准规定 • 用光圈数(N)和局部光圈数(ΔN)表示。 • 光圈数(N)：是指用工作样板检验光学表面时，在有 效孔径内的牛顿环数目。 • 光圈数也是表示被检表面曲率半径的一部分误差。 • 无论是球面和平面，光圈数都是表示实际表面和理想 表面在面形上的规则误差，也就是它们在整体上偏离 理想半径的程度。 2
九、棱镜和平板的角度
• 第一光学平行差 • 由于反射棱镜制造时，在棱镜主截面上的 角度误差，造成棱镜展开后，不是理想的 平行平板，而是光楔，这个光楔角就是第 一光学平行差；换言之，光线从反射棱镜 的入射面垂直入射，光线在出射前对出射 面的法线的偏离称为反射棱镜的第一光学 平行差。
• 第二光学平行差 • 表示将棱镜展成平行平板后，在棱镜主截 面的垂直平面内的平行差，主要由棱镜的 各光学表面垂直主截面的不一致性等因素 构成，形象地说，它由反射棱镜的位置误 差引起的，所以又称为棱差（或塔差）。
ΔR =
示被检光学球面 或平面的面形不规则的程度，也就是局部 偏离标准球面或平面的程度。 • 通常把局部光圈数分成两种，一种是像散 偏差，它是被检光学表面在两个相互垂直 方向上光圈数的允许最大差值，以Δ1N表 示；
• 第二种是局部偏差，它表示相对于平滑干 涉条纹的不规则程度的允许最大值，以 Δ2N表示； • 如果标注时不区分这两种局部光圈数，则 表示这两种局部光圈均应同样要求。
• 国际标准表面质地规定了对光学零件的表 面粗糙度要求，对没有抛光的粗糙表面， 规定用轮廓均方根偏差表示。 • 对抛光表面，国际标准规定表面粗糙度的 描述有三种方法，一是仍然用轮廓均方根 偏差表示；二是用微观缺陷密度来表示； 三是用功率谱密度函数PSD来表示。
• 微观缺陷可以理解为在一个光滑表面上的 系列麻点，微观缺陷密度的大小可以通过 机械轮廓仪的探针在光滑表面上扫描移动 10mm长度，记录的麻点个数来测量。
近似的标注球面和球面样板之间形成了弧矢误差；也就是 国际标准里的光圈数N； 而不规则效果在球面样板检验时则形成了不规则，即ΔN。
• 在标准中，光圈数N被称为弧矢误差，是近 似标准球面和球面样板之间的PV值； • 局部光圈数ΔN被称为不规则，是不规则效 果和球面样板之间的PV值； • 它们均以牛顿环数目表示，也允许用均方 根RMS表示。
光学工艺与测量
第六章 光学零件通用技术要求
光学零件通用技术要求是光学制图上出 现的对光学部件和光学零件的技术要求， 它反映了光学系统设计时对零件和部件 的要求，也是光学零件和部件制造时的 技术规范，制造时保证了零件、部件的 技术规范，才可能实现光学系统整体的 质量指标。
第1节 光学零部件图及其 标注
透镜的透明曲率半径过大时，在光学零件 图上其曲率允许夸大绘制，如果透镜的表 面为平面时，应该在图上标注R∞ 如果是非球面透镜，在光学零件图上可以 用球面绘制，但是应该注明“非球面”， 并列出曲线的方程式，并标明方程式的系 数。
在光学部件图中，要标明图中零件彼此的相 对位置，如果是胶合件，在图的右上角位置 应列出“对胶合件的要求”专用表格。 胶合件的部件图中必须用文字标注技术要求， 说明胶合所用的胶和对胶合面的要求。
第2节 对光学零部件的技 术要求
• 对光学零件的技术要求包括对零件材料的 要求和零件加工的技术要求两部分。 • 后者主要包括：面形精度、表面质量、中 心误差、角度精度、尺寸精度等。
一、材料和材料疵病
• 在光学零部件的图纸上，光学制图国际标 准规定：要注明制造该光学零件的材料牌 号和相应的标准号，并且要在“对材料的 要求”一览表中，逐项地填写其分类、分 级的技术要求，这类质量指标：折射率、 色散系数与标准数值的允许差值；同一批 玻璃中，折射率及色散系数的一致性、光 学均匀性、光吸收系数、应力双折射、条 纹度、气泡度等。
七、曲率半径R
• 曲率半径的标注规定： • 曲率半径的数值系列是根据公比表达式为 n 10 • ，并将数值化整的等比级数列构成，标准中 规定，有n=1000,500,250,125四种系列，其 相应的半径区域和区段内可选择的规范半径 数目见表6-10.
表6-10 （不全）
曲率半径 0.5-2 2-5 5-10 10-200
六、中心公差
• 中心公差的概念： • 是指透镜的基准轴和光轴之间的偏差。该偏差在 透镜的定中心工序中需要修正，但是仍然会残留。 • 中心公差的标注规定——国际标准： • 光学表面定心顶点处的法线对基准轴的偏离量， 而定心顶点就是该光学表面和基准轴的交点，这 个偏离量以角度来表示，并称为面倾角。
• 国际标准描述清晰，但国家标准没有涉及 的： • 1.给出了基准点的定义 • 2.给出了以线量形式表达的中心误差 • 3.明确了非球面光学表面的中心误差 • 4.明确了胶合透镜因胶层楔角造成的误差也 属于中心误差 • 5.给出与形状位置误差的关系
一、国家标准的规定
国家标准光学制图（GB13323-91） 光轴的标注： 光轴一般水平放置，用点划线表示，光线方向一 般是由左向右，零件先遇到光线的表面通常放在 左边。 尺寸标注方法： 公称值（不带公差的名义值）、实际值（名义值 并加注公差，验收依据）、参考值（不加公差）
光学零件图上一般用图形和文字表明倒角 要求，如倒角尺寸小于2mm，可以不画出 倒角图形，只需要在倒角处引出细实线， 标注倒角尺寸或用文字说明。 对像屋脊棱镜的屋脊这样不允许倒角的应 该用细实线引出，并注明“尖棱”的字样。
8.胶合部件的标注不同 在胶合部件的规定和要求中，国际标准强 调，表面面形和表面疵病等技术要求在部 件图纸中不用标注，但是在相应的零件图 纸中应该明确标注在胶合以后，这些要求 应该达到。
胶合件的厚度公差如果小于被胶合零件厚 度公差之和，则必须对被胶合零件进行选 配，这样的要求在图纸的尺寸标注后面注 明，用英文字母“M”表示。
• 屋脊棱镜的双像差： • 如果屋脊棱镜的屋脊角不是理想的90°， 一束平行光线进入有屋脊角误差的屋脊棱 镜后，经过两个屋脊面的反射，将成为彼 此间具有一定角度的两束光，从而在像面 上产生双像，这就是屋脊棱镜的双像差， 用S表示。
• 在图6-23中，当入射的平行光束位于屋脊 棱的垂直平面内，屋脊角误差δ产生的双 像差为：4nδ
表6-3
精度等级 N ΔN
高精度
中精度 一般精度
0.1-1.0
1.0-5.0 5.0-10
0.05-0.2
0.2-0.5 0.5-1.0
2.国际标准规定
• • • • • • 被检验表面面形误差的分解 A。有误差的被检表面 B。具有弧矢误差的近似标准球面 C。形成不规则的不规则效果面 D。具有旋转对称的近似非球面 E。具有RMS不对称的剩余表面
n
半径数目
125 75 250 99 500 150 100 1302 0 200500 349 比如，在200-1000mm范围内，不能任意确定， 1000 必须从标准中规定的349个数值中，根据像差平
衡的需要来选择。选择时，要优先选择n的数值 小的系列中的曲率半径。
八、标准样板精度等级
• 曲率半径的公差不标注在曲率半径处，而 是通过标准样板的等级→工作样板间的光 圈误差→工作样板与工件被检表面间光圈 数N，这样的误差传递来表示的。
二、国际标准的规定
国际标准的规定与国家标准的主要不同有哪些？ 1.光轴的表示不同： 国际标准光轴是双点划线，单点划线是表示中心 线的；国家标准是单点划线； 2.尺寸标注有差别 在尺寸标注上，公称值、实际值和参考值的表示 两个标准大致相同，实际值在国际标准中允许不 加注公差，只标注公差代号。
十、保护性倒角
• 为了防止透镜、棱镜和平板破边，国家标 准光学零件的倒角规定：除了屋脊棱镜的 屋脊角以外，凡小于135°的二面角均需 倒角。
十一、对光学部件的技术要求
• • • • • • 1.光圈数 2.局部光圈数 3.光学零件表面疵病 4.透镜中心偏差 5.棱镜第一、第二平行差 6.气泡度
二、国际标准的规定
国际标准的规定与国家标准的主要不同有 哪些？ 3.检验区域的表示 在光学零件图上国际标准允许引线给出一 定的面积，用细实线封闭，并画剖面线， 以表示检验区域。 4.零件倒棱倒边的表示
二、国际标准的规定
国际标准的规定与国家标准的主要不同有 哪些？ 4.零件倒棱倒边的表示 类似屋脊棱镜的屋脊这样的不允许倒边的 尖棱，需要用引线引出，标注“∟°”。 如果允许倒棱倒边的尺寸很小，则用毫米 为单位的数字在直角符号中写明。
一、材料和材料疵病
• 气泡度的标注： • 是指光学零件内部允许气泡存在的程度。即 规定光学零件内允许存在气泡的大小和个数， 或允许从光学零件在光学系统中光束通过的 方向观察气泡呈现的总面积大小。
• 疵病的标注办法： • 在光学零部件的图纸上，要注明光学材料的 生产厂家、材料牌号、折射率公差、色散公 差，并要标注三种材料疵病的技术要求： • 0——标注材料的应力双折射 • 1——标注材料的气泡和杂质 • 2——标注材料的不均匀性和条纹
• 功率谱密度函数是表面粗糙度的频谱域的 物理量，如果将表面粗糙度作为空间域的 原函数，那么它的两维傅里叶变换则是表 面粗糙度在频谱域的谱函数，将谱函数取 模平方就是功率谱密度函数。
四、表面疵病
• 国家标准中规定在图纸上的标注方法：B • 表面疵病的种类：擦痕、麻点、开口气泡、 破点及破边，而开口气泡和破点可以视为 麻点，所以表面疵病的主要形式是：擦痕、 麻点和破边。 • 表面疵病的标注方法：B/G×J • G:代表允许的表面疵病数目 • J：代表表面疵病的面积+的平方根
• 为了描述非球面的不规则，还引入了旋转对 称不规则的定义： • 它表示被检表面的近似标准球面和最近似它 的样板这两个表面的PV值，也就是这两个表 面之间的最大距离减去最小距离的值。