光学冷加工基础知识

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。
粗平图
C0.3
C0.3
板料
毛
条料
R1=∞来自百度文库
R2=∞
坯 料
粗平料
型料
型料图
C0.4
C0.4
R1=+83
R2=+36
?40.9--00..3083
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。
度来保证的；
加 工 流 程：
荒摺完品
加工第一面
加工第二面
砂挂完品
砂挂工程简介
砂挂加工原理：
设备底座马达带动主轴（砂挂皿）
上治具
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
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
根据色散系数νd的大小，无色光学玻璃分二大类18种类别： 冕牌玻璃 νd＞50 火石玻璃 νd＜50
冕牌与火石玻璃性能特征比较
冕牌玻璃K（Pb＜3%） 折射率低（nd=1.50~1.55） 色散大 (νd=55~62)
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：
备料(硝材)
荒折(CG) 砂挂 研磨
前 工
内部加工流程：（前工程）
出镜片表面（或球形之一部份）。 镜片
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）。
重点管理项目 品质保证项目 检查方式方法
串棒 钻石粒
检查工具
皿基座
砂挂液PH
砂挂丸片
合皿
中心厚度
抽检（自检、巡检、提检） 手提式百分表
光圈/△h
抽检（自检、巡检、提检） 样板、测环
外观（划痕、砂目等） 抽检（自检、巡检、提检） 目视
R1面欠膜自外径起0.5以内可
R2面镀全膜（平面部膜附可）
2、偏心检测基准：A+B/透过式50秒;并A+B测R1面跳动0.007;
3、面精度要求R1/R2：分散、椭圆R1面为0.5本 ，R2面为1本；
中高、中落、塌边、翘边R1面为0.5本 ，R2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;
加 工 流 程：
硝材
加工第一面
加工第二面
荒摺完品
荒折工程简介
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：
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）。
面别 公称R值 光线有效径 镀膜有效径
R1 +79.48 ?38.5 见注1
R2 +38.1 1 ?36.1 见注1
f
-92.486
镀膜
见注1
见注1
Z系数
0.116
N
-2±2
-2±3
光学偏心 磨耗度
见注2 100
ΔN 化学特性
见注3
见注3
耐酸性1 耐碱性1 耐水性 1
检
图制
图
社内版次
第1版
硝材外径
?40.9- -0 0. .0 33 8
芯取加工对象：
零件的中心偏（C）、外圆直径（D）、深度、跳动、倒角
定心方法：
光学定心法、机械定心法
重点管理项目 品质保证检 查方式方法
芯取机
检查工具
主轴精度 切削液 砂轮选择/调整
倒角、有效径 抽检（自检、巡检） 倒角显微镜
外径 、深度
抽检（自检、巡检） 分厘卡、 高度计
中心偏跳动
抽检（自检、巡检） 偏心仪
➢ 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
ε
光学零件概述
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：
程
加工组别有:单片、多片
由于设备的加工范围和镜片的
芯取 镀膜 粘合 涂墨 QA检查
特性，大流程有分：
后
* CG →砂挂D→研磨D→多片S
工
* CG →多片S→砂挂D→研磨D
程
* CG →多片S→多片D
* CG →砂挂S→研磨S
→砂挂D→研磨D
硝材
荒摺
砂挂
研磨
芯取
镀膜
粘合
涂墨
镜片加工流程(备料)
备料：
0.007 A B
R1=+79.48
(6.62) (3.94) R0.3
R2=+38.1
?39.7±0.005 (?37.1)
B
A
4.82-0 0.02
注：
1.8±0.05
1、R1面镀多层膜镀膜规格如下： R<0.5 % at 400-600nm R<1.0 % at 700 nm R2面镀AL2O3,λO=500±30nm
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：φ3mm～φ80mm
荒折工程简介（开球）
上海工厂荒折机简介： 使用荒折机共2种：
1．韩国时代机（CG2.0） 2. 台湾勇溢（单片机器）/（成盘加工机器）
例：当N=-3时，如上述标示则公差范围为：0～－６本！
当N=3时, 则如上述标示公差范围为:+6～－６本！
当N=+3时, 则如上述标示公差范围为:+6～0本！
➢ △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。
中心波长λ0、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。
➢ 设计时一般取： △N=(0.1～0.5)N
光学零件概述
光学表面疵病（B）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
外观（接头划伤）抽检/全检（自检、巡检） 目视
6.研磨工程简介 （抛光）
研磨主要机器：下摆机、SSP、上摆机、LF机等
光学零件的抛光是获得光学表面最主要的工序。
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
四种理论：机械磨削理论、化学作用理论、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综复杂的过程
机种
YN1
客户版次 外观等级
见注4
图面名称：
完品图
部番 作成日期
YN1-9491
2008年05月21日
凤凰光学(上海)有限公司
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（N、 △N）标示：
➢ N---光圈符号
N(-3)
+3 -3
表示被检球面和样板（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。
分类：单片研磨、多片研磨；低速研磨、高速研磨。
砂挂完品
加工第一面
加工第二面
研磨完品
7.芯取工程简介
光学零件芯取：
目的：校正偏心、外圆尺寸符合装配要求。 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。
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：
配料→硅酸盐形成（800℃-900℃）→玻璃形成（1000℃-1250℃） →澄清→均匀化（1400℃-1500℃）→冷却（200℃-300℃）→成型 →退火→型料
无色光学玻璃的质量指标
七项指标：
→ nd、νd与标准的允许差值 → nd和νd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
光学零件材料简介
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。
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：
砂挂皿
砂挂机器：砂挂机
主要有：下摆机、SSP、上摆机 LF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（高速砂挂）
高速砂挂类型：
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
* 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
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。
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
90度
180度
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
光学零件概述
光学零件概述
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
性硬、质轻、透明度好
火石玻璃F（Pb＞3%） 折射率高（nd=1.58~1.95） 色散小 (νd=23~50)
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ε; 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，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=+43.4526 R2= -43.4526
平面标:∞/PL
B0.3(45°)
光学冷加工基础知识宣导资料
光学基础知识讲解目录
1. 光学零件（镜片）概述 2. 光学镜片材料介绍 3. 镜片加工流程 4. 荒折工程简介 5. 砂挂工程简介 6. 研磨工程简介 7. 芯取工程简介 8. 镀膜工程简介 9. 粘合工程简介 10. 涂墨工程简介 11. 光学基础知识 12. QA检查
5、裂边要求：
R1、R2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
8、部品中禁止使用ROHS及CSE04011禁止物质
记号 日 期
1
08-6-19
2
3
4
5
6
7
承认
订 误记
审核
正内容
担 当确 认 胡海涛
材质
nd υd
NBFD15
1.80610±50 33.3±0.3