平面光学元件的加工技术
苏瑛-光学零件制造工艺学
光学零件特种加工工艺：特种加工工艺是按照不同技术要求 对冷加工或热加工之后的光学零件进行特殊加工。主要有光 学零件表面镀膜工艺、刻镀工艺、照相工艺、胶合工艺。 （1）光学零件镀膜工艺：它是在抛光或磨边好的零件表面上 镀一层薄膜，如镀增加透光或反光的膜层或其他用途的膜层。 该技术现在已形成一个薄膜光学技术，应用十分广泛。 （2）刻镀、照相工艺是在光学零件表面上制作各种分划标记 的工艺技术。 （3）胶合是将透镜、平面镜或棱镜按要求用光学胶胶合起来 的工艺。通常是将凸凹透镜胶合在一起来改善系统象差；棱 镜相胶来改变光路等。
图样绘制的要求应按照国家机械制图标准和光学制图标准及图样管理制度的 有关规定执行，一般应符合下列原则：
有关尺寸数据的标注均应符合国家制图标准。工艺图纸一般都要求标注允许 的公差范围，而不标注公差代号。需检验的尺寸、数据必须给出公差。
图样中所标注尺寸或数据有三种表示方法。 公称值：不带公差的名义值。加工中此值不做验收的依据，如透镜图中等焦距和
（2）按应力双折射大小分成三类
（3）按条纹大小分成四类
（4）按气泡大小和多少分成八类六级。
特殊玻璃
光学仪器中常用的特殊玻璃有耐辐射光学玻璃、石英光学玻璃、 微晶玻璃、窗用平板玻璃、硬质玻璃等。 一、耐辐射光学玻璃：在γ射线或高剂量的X射线的作用下，具有一 定的抗辐射性能的光学玻璃。耐辐射光学玻璃牌号的命名，按“无 色光学玻璃”牌号，根据其耐辐射性能的大小来分。 二、光学石英玻璃： 三、微晶玻璃：从原来的玻璃态经过热处理改变成的一种多晶体材 料。它的强度比普通玻璃大8倍；硬度比熔融石英还高，接近淬火 钢；密度低；具有高的热稳定性。 四、吸热玻璃：吸热滤光玻璃在可见光区域内有高的透过率而在红 外区域则大量吸收，对于光源的热辐射具有吸收性能。这种玻璃长 用于照明系统，吸收量随玻璃厚度的增加而增加，常用厚度为3mm。
传统光学加工(第一章粗磨)
磁性装夹是利用电磁吸力将工件固定的一种装夹方 式。透镜的磁性装夹，是将工件先粘在具有一定平 行度要求的金属导磁圆盘上，然后把粘好零件的导 磁圆盘放到铣磨机的磁性工作盘上，并使二者对好 中心，接着，打开磁力开关，将粘有透镜的导磁圆 盘吸住。另外，采用磁性装夹铣磨球面时定中心较 困难，而且粘结上盘下盘和清洗等辅助工序又费工 时，因此，球面铣磨很少采用磁性装夹，它多用于 平面的铣磨中。
（二）粒度磨料的粒度是以颗粒的大小分类的 。我国的磨料粒度号规定，对用筛选法获得 的磨料，粒度号用一英寸长度上有多少个筛 孔数来命名的。
二、磨具 通常采用的磨具有两种，一种是普通磨料制 成的砂轮，另一种是用结合剂固着的金刚石 磨具。 （一）金刚石磨具的结构 1．金刚石层：它是金刚石磨具的工作部分，由 金刚石颗粒和结合剂组成。 2. 过渡层：只含有结合剂，对金刚石层和基体 之间起着连接固结作用。过渡层厚一般为1～ 2mm。
（二）真空装夹的夹具设计
真空装夹是利用真空吸附的作用力，将工件固定在 夹具上。 真空吸附装夹的优点是：操作方便，易于实现自动 化，不仅能单件加工，而且也适用于立式铣磨机上 成盘加工，生产效率高。其缺点是：对工件的直径 公差要求严格，一般要求直径公差在(-0.02)～（0.05 ）mm。
（三）磁性装夹的夹具
过大的偏心量将增大磨边的磨削量，甚至造成零 件的报废。造成球面偏心的重要原因是夹具定位 面的偏心。因此在夹具制造中，要特别注意夹具 定位面d与口径D对工件回转袖线的同心度。
§1-7 球面铣磨夹具的设计
一、球面铣磨夹具的设计
在透镜铣磨中，所用的夹具通常有弹性装夹 、真空吸附装夹和磁性装夹。
无论设计和使用哪种夹具，都必须满足以下 要求： 1. 夹具装夹零件必须牢固可靠。如果装夹不 牢，加工零件会产生松劲，这不仅要影响加 工精度，甚至可能损坏零件，同时也容易造 成磨轮的磨损。
光学元件设计与制造技术
光学元件设计与制造技术近年来，光学元件在各种领域中得到了广泛应用，如安全检测、医疗诊断、半导体加工等。
而在这些应用中，光学元件的品质和性能则直接影响到整个系统的性能。
因此，对于光学元件的设计和制造技术的不断研究和发展显得尤为重要。
光学元件的设计光学元件的设计通常需要考虑许多因素，如材料选择、光波长、折射率、光学尺寸等。
其中，材料是影响光学元件品质的重要因素之一。
不同的材料具有不同的光学性能，比如说玻璃材料具有良好的光学性能，而塑料材料则相对较差，需要进一步改进。
当设计光学元件时，需要评估所选材料的机械和光学性能，以确定其是否适合该元件的特定用途。
在确定材料后，设计师需要考虑光学元件的形状和尺寸。
通常，光学元件采用球面或平面形式，其尺寸则取决于光学系统主镜和次镜等参数。
此外，对于一些特定的应用，例如激光成像等，光学元件的表面形貌和精度也需要考虑。
除了这些技术上的考虑，设计师还需要考虑到生产和成本方面的问题。
一般情况下，越复杂的设计和加工难度越大，生产过程的成本也会越高。
因此，设计师需要适当平衡这些因素，以设计出经济、高效、可行的光学元件。
光学元件的制造光学元件的制造过程既需要精密的机器设备，也需要熟练的操作人员。
其中，最基本的制造过程包括表面的磨削、抛光和涂膜等。
在这个过程中，制造人员需要在不损伤材料的情况下加工出符合要求的表面，以便光线能够充分地穿过。
在工艺中，制造人员需要使用特殊的设备进行操作，例如自动抛光机、球形成机等。
这些设备需要具有高度的精度和稳定性，以进行高精度的加工工作。
此外，涂膜也是光学元件制造的关键步骤。
涂层可以改善材料的反射和透射特性，从而提高光学元件的效率和品质。
制造人员需要掌握正确的沉积工艺和选择合适的材料，以制造出具备特定光学性能的涂层。
光学元件现状与发展趋势目前，光学元件的品质和制造技术已经得到显著提高。
随着技术的发展，制造人员已经能够制造出更精密的光学元件，并且在涂层材料和工艺等方面也有所改进。
第18章光学零件基本加工工艺规程设计 文档
? 锯切余量；
? 整平余量； ? 表面粗磨余量；
? 表面精磨、抛光余量； ? 定心磨边余量。
? ? 1.2(M n ? M n?1)
Δc
tc
Δj1
tj1
t j2
A
A
图18-1 加工余量的确定
三、各工序余量的计算
? 1.锯切余量与公差
2.研磨、抛光余量与公差
一般可以采用的数据：零件直径小于10mm时，单面余量取0.150.20mm，零件直径大于10mm时，单面余量取0.20-0.25mm。
第二节 加工余量
? 一、基本概念 ? 为了获得所需的零件形状、尺寸 和表面质量，必须从玻璃毛坯上 磨去一定量的光学材料层，此光 学材料层通常称为加工余量。
? 加工余量的种类： ? 线性尺寸余量 ? 角度余量 ? 工序余量 ? 总加工余量
? 根据光学零件加工工序的特点，一般零 件的全部加工余量是由下列余量组合而 成的。
? 确定粗磨余量 ? 确定粗磨完工尺寸 ? 设计粗磨工装 ? 选择粗磨辅助材料 ? 编制粗磨工艺规程
? （六）确定毛坯尺寸并绘制毛坯图
? （七）编制工艺规程，填写工艺卡片
? 设计工艺规程时，要充分发挥现有的生产技 术手段，同时应适当的采用最新的工艺技术。
? 工艺规程一旦确定下来，生产人员必须严格 遵守。当然工艺规程也不是一成不变的，随 着科学技术的发展，到一定时期，工艺规程 必须修改，否则就会阻碍生产的发展。
3.磨外圆与定心磨边余量与公差
焦距小于300mm，偏心差要求不高时： 易偏心零件：
光学零件通用技术要求最新
平板零件的类型 不平行度
滤光镜 高精度 3″-1′
保护镜 一般精度 1′-10′
分划板
10′-15′
表面涂层的反射镜 10′-15′
背面涂层的反射镜 2″-30″
光楔精度 公差 高精度 ±(0.2″-10″) 中等精度 ±(10″-30″) 一般精度 ±(30″-1 ′)
十三、对光学部件的技术要求
方案之3:光圈检验
外表形状公差〔N 、ΔN〕
n 对光圈数N和局部光圈ΔN的要求
n 光波在被检光学外表与参考光学外 表间由于干预所形成的条纹。它表 示被检光学零件外表曲率半径误差。
R
4NR2
D2
n 被检光学零件外表与参考光学外表由干 预所形成的干预条纹的不规那么程度， 它表示面形精度。
n ΔN应由光学设计确定。
第二节 对光学零件的要求
n 透镜
曲率半径及面形精度 中心误差 外圆直径及公差 厚度及公差 外表粗糙度 外表疵病 气泡度
棱镜
角度及直线尺寸误差 屋脊棱镜误差 非圆形零件的保护性倒角 平面度 分辨率 研磨外表的粗糙度 抛光外表的疵病 气泡度
一、气泡度q
n 限定气泡大小，可以不限制也可以限制数量
n q=0.01 n q=0.01×3
n N和ΔN的取值应协调一致。一般ΔN= 〔0.2~0.1〕N
曲率半径及面形精度
三、标准样板精度等级△R
n 标准样板的精度ΔR分为A、B两级。
精
标准样板的曲率半径R
度 0.5~5 ＞5~10 ＞10~35 ＞35~350 ＞350~1000 ＞1000~4000
等
半径允差
级
ΔR(µm)
相对R名义尺寸的百分比
十五、光学零件图
光学零件毛坯的成型
晶体毛坯成型材料
总结词
晶体毛坯成型材料具有特殊的晶体结构和光学性质，广泛应用于光学仪器和激 光技术领域。
详细描述
晶体毛坯成型材料主要用于制造各种晶体元件，如激光晶体、滤波器、调制器 等。其特殊的晶体结构和光学性质能够满足特定波段的光学需求。常用的晶体 毛坯成型材料有氧化物晶体、氟化物晶体等。
其他光学材料毛坯成型
随着工业革命的推进，光 学玻璃制造技术得到进一 步发展，出现了多种制造 方法和设备。
20世纪
随着科技的发展，光学玻 璃的应用领域不断扩大， 制造技术也日趋成熟。
光学零件毛坯成型技术的分类
铸造法
通过将光学玻璃熔化后倒 入模具中冷却凝固成型， 主要用于制造大尺寸的光 学零件毛坯。
研磨法
通过研磨和抛光的方法将 光学玻璃加工成所需形状 和精度，主要用于制造高 精度的光学零件毛坯。
压延成型
利用压延机将高温熔融的玻璃 液压制成一定形状和厚度的毛 坯，常用于制造平面光学元件 。
热弯成型
将玻璃加热至软化点附近，弯 曲成所需形状，然后进行冷却 硬化。
离心成型
利用旋转产生的离心力，将玻 璃液甩出并附着在旋转的模具
上，形成一定形状的毛坯。
晶体毛坯成型工艺
焰熔法
利用氢氧焰熔化晶体粉 末，在一定条件下结晶
利用金属的可塑性和延展性，通过铸 造、锻造、冲压等工艺制成毛坯。
塑料毛坯成型工艺
利用塑料的流动性和可塑性，通过注 塑、挤出、吹塑等工艺制成毛坯。
04
光学零件毛坯成型设备
成型设备种类
压机成型
利用压机对光学材料施加压力，使其变形并 形成所需形状的毛坯。
注塑成型
将熔融状态的光学材料注入模具中，冷却后 形成毛坯。
光学设备的精密加工与质量控制
光学设备的精密加工与质量控制一、光学设备的制造过程简介光学设备作为一种特殊的精密仪器，在制造过程中需要进行多道工序的加工和处理。
光学设备的制造需要通过特殊的加工方法和技术，包括机械研磨、电解抛光、电子束加工、激光加工等手段，对光学材料进行加工打磨得到复杂的三维形状和高精度的表面质量。
然后再通过精密测量和质量控制手段进行检验和调整，确保光学设备的精度和可靠性。
二、光学设备加工过程的特殊性1.材料的特殊性光学设备通常是使用光学玻璃和半导体材料等特殊材料制成，而这些材料具有较高的硬度和脆性。
这就需要在加工过程中使用先进的磨削设备和切削工具，针对不同材料的特性进行合理的选择和处理。
2.形状的特殊性光学设备通常具有非常复杂的形状和曲面，而这些曲面在精度要求上通常达到毫米级别，并且需要满足非常苛刻的光学要求和精度要求。
针对不同形状的光学器件，需要选用不同的加工设备和磨削工具，如球面磨床、平面磨床、螺旋磨床等。
3.表面质量的特殊性对于光学器件来说，表面质量是非常关键的指标之一，需要满足非常苛刻的表面形态要求和表面粗糙度要求。
光学器件表面质量的优劣对器件的性能和使用寿命有着极为重要的影响，因此需要使用非常精密的加工和磨削手段来保证表面质量的精度和可靠性。
三、光学设备加工过程中的主要工艺1.机械研磨机械研磨是一种将工件在磨料的作用下进行削减、打磨和修整的加工方法，具有非常重要的作用。
机械研磨可以用于光学设备中球面、平面等形状的加工，使用不同形状的磨头进行磨削和修整，并配合不同类型的研磨液来增强研磨效果。
2.电解抛光电解抛光是一种利用电化学反应来进行金属加工的方法，通过电极腐蚀、离子沉积等反应将工件表面进行平整。
电解抛光可以用于对光学器件复杂曲面的加工，可以得到非常精密的表面质量和形态。
3.电子束加工电子束加工是利用电子冲击物质表面进行切割、打孔、雕刻等加工一系列过程的加工方法，可以用于针对光学设备中微小元件的加工，并可以得到非常精密的表面形态和质量。
光学零件加工流程综述(完整版)
镀膜材料包括金属、介质等，根据不同的光学要求选择不同的镀膜 材料。
镀膜工艺
镀膜工艺包括真空蒸发、化学气相沉积、物理气相沉积等，以达到不 同的光学要求。
切割技术
1 2
切割技术
通过切割将光学零件加工成所需的形状和尺寸。
切割工具
切割工具包括金刚石刀具、线切割等，根据不同 的材料和要求选择不同的切割工具。
光学元件的污染问题与对策
污染问题
在光学零件加工过程中，由于空气中悬 浮颗粒、油雾、手汗等原因，可能导致 光学元件的污染，如表面污渍、颗粒附 着等，这些问题会影响光学元件的光学 性能和寿命。
VS
对策
为了减小污染，加工车间应保持清洁和干 燥，定期进行空气净化处理；操作人员应 穿戴干净的工作服和手套，避免直接接触 光学元件；在加工完成后，应及时对光学 元件进行清洗和保护，避免污染和损伤。 同时，可以采用一些表面处理技术来提高 光学元件的抗污染能力，如镀膜、涂层等 。
光学零件加工流程综述（完整版
contents
目录
• 光学零件简介 • 光学零件加工流程 • 光学零件加工技术 • 光学零件加工中的问题与对策 • 光学零件加工的未来发展 • 结论
01 光学零件简介
光学零件的定义与分类
定义
光学零件是指利用光的折射、反射、 干涉等原理制成的各种元件，如透镜、 棱镜、反射镜等。
06 结论
总结
01
本文对光学零件加工流程进行了全面综述，详细介绍了光学零 件的种类、加工原理、工艺流程和关键技术。
02
通过分析不同类型的光学零件加工流程，总结了各流程的特点
和适用范围，为实际生产提供了指导。
针对现有加工技术的不足，提出了改进和优化的方向，为未来
超高精度光学元件加工技术
Ｉ Ｂ Ｆ ｉ ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ｉ ｔ ｓ ｓ ｕ ｆａ ｒ ｃ ｅ ｉ ｆ ｇ ｕ ｒ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｒ ｏ ｏ ｔ — ｍｅ ａ ｎ — ｓ ｑ ｕ ａ ｒ ｅ（ Ｉ ｑ Ｔ Ｉ Ｓ ）ｉ ｓ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ａ ｌ ３ ５ ． ０ ４ ２ ｎ ｍ ｔ ｏ
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｈ１ ６ １ ； Ｔ Ｑ１ ７ １ ． ６ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ７ — ２ ２ ７ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — １ ４ ８ ５ — ０ ６
Ｕｌ ｔ ｒ ａ－ ｐｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｆ ａ ｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
第４ ２卷 第 ６期
ＶＯ １ ． ４ ２ ＮＯ． ６
红 外 与 激 光 工 程
Ｉ ｎ ｒａ ｆ ｒ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ Ｌａ ｓ ｅ ｒ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０ １ ３年 ６ 月
Ｊ ｕ ｎ． ２ ０ １ ３
超 高精 度 光 学元 件 加 工 技 术
面形 由初 始 的 ｒ ｎ ３ ｓ 值３ ５ ． ０ ４ ２ ａ ｍ 改善到 ３ ． ３ ９ ３ ｎ ｍ，中频粗糙 度 由 ｒ ｎ ｌ ｓ 值０ ． ３ ８ ９ｎ ｍ 改善 到 ０ ． ３ ０ ９ｎ ｍ， 高
标准 光学元件 粗糙度 平行度 平面度
标准光学元件粗糙度平行度平面度光学元件是指应用于光学系统中的各种光学设备，包括透镜、棱镜、反射镜等。
在光学系统中，粗糙度、平行度和平面度是十分重要的光学元件质量指标。
首先，光学元件的粗糙度是指表面的不规则程度。
粗糙度越小，表明元件表面越光滑，能够减少光的散射和反射，提高光的利用率。
在光学设计和制造中，经常采用光学表面粗糙度的Ra值来表示。
Ra值越小，表面质量越好。
为了提高粗糙度，制造中会使用精密的加工工艺，如研磨和抛光等。
同时，还可以采用涂膜技术来降低光学元件表面的粗糙度，提高光学性能。
其次，光学元件的平行度是指两个平面之间的平行程度。
在光学系统中，平行度的要求非常高，特别是对于平行板、棱镜和透镜等元件来说。
平行度的好坏会直接影响光束的传播方向和质量。
在制造过程中，要通过加工和检测来保证元件平行度的要求。
例如，使用平行度检测仪来检测平行度是否满足要求，或使用研磨和抛光工艺来提高平行度。
再次，光学元件的平面度是指表面与参考平面之间的平面接触程度。
平面度越好，表明元件表面越平坦，能够提高光束的质量和传播精度。
在光学设计和制造中，平面度的要求也很高。
常用的表面形状指标如平面度、直线度等。
为了保证光学元件的平面度，一般会使用高精度的检测设备进行测量，并采取相应的加工工艺来提高平面度。
光学元件的粗糙度、平行度和平面度是相互关联的，它们共同影响着光学系统的性能。
例如，当光束通过光学元件表面时，如果表面粗糙度较大，会导致光的散射，降低光的传输效率；如果平行度不好，会导致光束的偏折和扩散；如果平面度不好，会导致光束的畸变和损失。
为了满足光学元件的规格要求，制造商需要采用高精度的加工设备和工艺，以及严格的质量控制措施。
同时，检测设备和方法的改进也对提高光学元件的精度和质量起到了重要作用。
总结起来，光学元件的粗糙度、平行度和平面度是光学系统中十分重要的质量指标，它们直接影响着光学元件的光学性能和传输效果。
通过采用精密的加工工艺和检测手段，能够提高光学元件的精度和质量，从而满足不同光学系统的要求。
精密光学狭缝的加工过程
精密光学狭缝的加工过程光学狭缝是一种重要的光学元件，用于控制光的传播和衍射。
它具有狭缝宽度小、平面度高、表面粗糙度低等特点，因此在一些精密光学系统中得到广泛应用。
下面将介绍精密光学狭缝的加工过程。
一、材料选择光学狭缝常用的材料有金属和玻璃。
金属材料通常选择不锈钢、铜、铝等，而玻璃材料则选择光学玻璃。
材料的选择要根据实际需求来确定，考虑到狭缝的耐磨性、耐腐蚀性和光学性能等因素。
二、切割加工切割是精密光学狭缝加工的第一步。
切割的目的是将大块的材料切割成适当尺寸的片状。
常用的切割方法有机械切割、激光切割和电火花加工等。
机械切割适用于金属材料，利用锯片或切割机械将材料切割成所需形状。
激光切割则适用于金属和玻璃材料，利用激光束的高能量密度将材料切割开。
电火花加工主要用于金属材料，通过电脉冲放电的方式将材料加工成所需形状。
三、精密研磨在切割后，材料表面会存在一定的毛刺和粗糙度。
精密研磨是为了去除这些表面缺陷，使狭缝的表面平整度和光学性能得到提高。
研磨过程中需要使用研磨液和研磨工具，根据狭缝的尺寸和要求进行逐级研磨，直到达到所需的平面度和粗糙度。
四、抛光处理抛光是进一步提高光学狭缝表面质量的重要工艺。
在抛光过程中，需要使用抛光液和抛光布，将狭缝的表面进行细致的抛光处理。
抛光的目的是去除研磨过程中留下的微小划痕和表面缺陷，使狭缝的表面光洁度得到进一步提高。
五、清洗与干燥在加工过程中，狭缝的表面会附着一些杂质和残留物。
为了保证狭缝的光学性能，需要进行清洗和干燥处理。
清洗可以使用超声波清洗机或特定的清洗液，将狭缝表面的污染物彻底清除。
干燥则需要使用干燥箱或风扇等设备，将狭缝表面的水分和残留液体完全蒸发。
六、检测与检验加工完成后，需要对光学狭缝进行检测和检验，确保其达到设计要求。
常用的检测方法包括显微镜观察、干涉仪检测和光谱仪测试等。
显微镜观察可以用于检查狭缝的外观质量和精度。
干涉仪检测可以用于测量狭缝的平面度和平行度等参数。
BK7光学平面玻璃环抛工艺实验研究
BK7光学平面玻璃环抛工艺实验研究大口径光学平面玻璃元件是激光核聚变系统(ICF)的核心部件,为保证激光打靶的准确性和系统的安全性,人们对光学玻璃的加工精度有着严苛的要求。
环形抛光具有良好的全频谱均匀去除能力、加工精度高和生产成本低等特点,使其成为大口径光学元件加工的首选方式,但是我国的环抛技术严重依赖操作者的经验,加工效率低下,究其原因是对抛光过程中工件材料去除的规律、抛光工艺参数对抛光面形的影响规律认识不够。
本文基于环形抛光加工技术,研究了 BK7光学平面玻璃的材料去除量,进一步实验,建立了材料去除率数学模型,将其用于加工分析,优化环抛加工工艺,最终用于Φ300×28mm的大口径BK7光学玻璃的抛光加工,主要内容如下:1)在环形抛光机床上以抛光盘转速、抛光压强为实验变量,对BK7光学玻璃的材料去除量及抛光后的工件表面质量进行了研究。
结果表明:工件材料去除量是和抛光速度、抛光压强成正比的;抛光压力的增大,工件表面容易出现划痕。
2)在前面实验的基础上,进一步研究了 BK7光学玻璃的抛光材料去除率,提出了一种工件抛光表面高度绝对变化量的测量方法,并建立了基于Preston方程的BK7光学玻璃材料去除率数学模型。
3)在主动式环形抛光机床上,研究了转速比、工件偏心距、修正盘偏心距这些抛光参数与BK7光学玻璃抛光面形的关系,结合前面的理论对实际抛光加工进行了分析和指导。
并加工出了面形PV值为0.09λ和PV0.2λ(λ=632.8nm)的高精度面形的BK7光学玻璃(Φ100mm)。
4)通过前面章节的理论和工艺实验,对直径300mm的BK7光学玻璃进行抛光加工,成功达到了加工要求。
针对抛光过程中,工件出现的“塌边”现象,通过对抛光接触区域的压强进行仿真,以抛光压强的角度对其进行了解释,并发现在工件表面进行加载可以有效的降低工件材料去除的不均匀性。
光学元件的加工与应用
光学元件的加工与应用光学元件是一类非常重要的光学元件，广泛应用于各种光学设备中。
它们的加工和应用对于提高光学设备的性能至关重要。
本文将分为两部分，探讨光学元件的加工和应用技术。
一、光学元件的加工技术1. 光学元件的加工方式光学元件的加工方式包括机械加工、研磨抛光、电子束加工、激光加工等。
其中，机械加工比较简单，通常用于加工较大的光学元件，如透镜和平面镜。
研磨抛光是光学元件加工的主要方法，它可以通过高效研磨和精细抛光来获得高精度的光学表面。
电子束加工、激光加工等是新兴的加工方式，可以用于加工尺寸更小的光学元件和独特的表面形状。
2. 研磨抛光技术研磨抛光技术是目前应用最广泛的光学元件加工技术，可以用于制造各种类型的光学元件，如平面镜、透镜、棱镜等。
研磨抛光要求加工精度非常高，通常可以达到亚微米级别。
研磨抛光中的关键步骤是抛光过程，这个过程需要高度的技术和经验。
3. 光学元件加工中的材料选择光学元件的加工材料通常是光学材料，如石英玻璃、普通玻璃、硅等。
对于不同的光学元件，需要选择不同的材料。
例如，透镜通常需要采用具有良好折射率的透明材料，平面镜需要使用具有高反射率的材料。
二、光学元件的应用技术1. 光学元件在光学系统中的应用光学元件在光学系统中的应用非常广泛，包括激光器、半导体物理等领域。
例如，在激光器中，光学元件可以用于引导激光束和调节激光束的尺寸等。
在半导体物理领域，光学元件可以用于制造太阳能电池等。
2. 光学元件在医疗器械中的应用光学元件在医疗器械中的应用也非常广泛。
例如，眼科医生可以使用透镜和棱镜来修复患者的视力，放大或缩小眼球的像。
此外，光学元件还可以用于放射性检测和热成像等医学领域，为医疗诊断提供帮助。
3. 光学元件在工业制造中的应用光学元件在工业制造中的应用也非常广泛。
例如，在汽车制造中，光学元件可以用于检测汽车玻璃是否具有光滑均匀的表面。
另外，航空航天工业中的检测和成像系统，也需要使用高精度的光学元件。
自由曲面光学的超精密加工技术及其应用
自由曲面光学的超精密加工技术及其应用自由曲面光学指的是将光学元件的表面形状设计为任意曲面，而不是传统的平面或球面。
这种技术的应用非常广泛，包括天文望远镜、激光器、显微镜等。
超精密加工技术是指在高精度、高效率、高质量的基础上实现自由曲面光学元件的加工。
这种技术通常采用数控磨削、激光切割、电火花加工等方法。
超精密加工技术在自由曲面光学领域的应用主要有以下几点：
天文望远镜：通过超精密加工技术实现高精度的自由曲面形状，提高望远镜的解析度和成像质量。
激光器：通过超精密加工技术实现高精度的自由曲面形状，提高激光器的能量转换效率和光束质量。
显微镜：通过超精密加工技术实现高精度的自由曲面形状，提高显微镜的成像质量和放大倍数。
总之，自由曲面光学的超精密加工技术是一种关键技术，在提高光学元件的性能和增强光学系统性能方面发挥着重要作用。
光学元件加工工艺流程
光学元件加工工艺流程光学元件是指用于控制和调节光的传输和传播的装置，广泛应用于光学仪器、激光器、通信设备等领域。
光学元件的加工工艺流程是指将光学元件的原材料经过一系列的加工工艺，最终制成符合要求的光学元件的过程。
下面将详细介绍光学元件加工工艺流程的主要步骤。
1. 材料选择光学元件的材料选择非常重要，通常根据光学元件的具体用途和要求来选择合适的材料。
常用的光学元件材料包括玻璃、晶体、塑料等。
不同的材料具有不同的光学性质和机械性能，因此需要根据具体要求进行选择。
2. 切割切割是将原材料切割成适当尺寸的工艺步骤。
切割通常使用钻孔、锯片、激光等工具进行。
在切割过程中，需要注意控制切割尺寸的精度和表面质量。
3. 粗磨粗磨是将切割好的材料进行粗加工的过程。
粗磨通常使用砂轮或研磨机进行，目的是将材料的表面进行初步修整，去除切割时产生的毛刺和不平整。
4. 细磨细磨是在粗磨的基础上进一步提高材料表面的光洁度和平整度的工艺步骤。
细磨通常使用细砂轮、研磨液等工具进行，通过不断的磨削和抛光，使材料的表面达到所需的光学要求。
5. 抛光抛光是在细磨的基础上进一步提高材料表面质量的工艺步骤。
抛光通常使用抛光机或抛光液进行，通过不断的摩擦和磨削，使材料的表面变得光滑、亮度提高。
6. 镀膜镀膜是为了改善光学元件的光学性能而进行的工艺步骤。
镀膜通常使用真空蒸发、溅射等技术进行，通过在光学元件表面镀上一层特定的薄膜，来实现对光的反射、透射等特性的调控。
7. 检测与测试在光学元件加工的每个环节中，都需要进行相应的检测和测试，以确保加工质量符合要求。
常用的检测手段包括平面度检测、表面粗糙度检测、光学性能测试等。
只有通过严格的检测和测试，才能保证光学元件的质量和性能。
8. 清洗与包装在光学元件加工完成后，需要进行清洗和包装，以确保光学元件的表面干净无尘，避免污染和损坏。
清洗通常使用特殊的清洗液和设备进行，包装则需要采用防震、防潮等适当的包装材料，以保护光学元件的完整性和安全性。
光学元件的表面处理技术及其应用研究
光学元件的表面处理技术及其应用研究引言：光学元件作为光学系统中的关键组成部分，其表面处理技术在光学应用中起着举足轻重的作用。
优秀的表面处理技术可以提高光学元件的光学性能和寿命，拓展其应用领域。
本文将以光学元件的表面处理技术为主要研究内容，探讨其原理、实验准备和应用，并从物理专业性角度进行详细解读。
一、光学元件的表面处理技术原理1. 理想表面特性光学元件的表面特性直接决定了光的传播和反射情况，理想的表面特性应具备高反射率、低发射率、低散射率，以及良好的平整度和光学均匀性等。
2. 表面处理技术分类光学元件的表面处理技术可分为光学薄膜技术、超精密加工技术和微纳结构技术等几个方面。
2.1 光学薄膜技术光学薄膜技术主要通过改变光学元件表面的光学薄膜结构来调节其光学性能。
常见的薄膜包括反射膜、透射膜、吸收膜等，通过合理的设计和选择，可以实现对光的传播和反射进行有效的控制。
2.2 超精密加工技术超精密加工技术通过高精度的加工手段，使光学元件表面达到亚纳米级别的平整度和光学均匀性。
常用的超精密加工技术包括机械加工、化学加工和物理加工等，通过精确控制加工过程和参数，可以消除光学元件表面的垂直度、平面度和光滑度等缺陷。
2.3 微纳结构技术微纳结构技术通过在光学元件表面构筑微米或纳米级别的结构，改变其光学性能。
常见的微纳结构技术包括纳米抗反射结构、微米刻蚀结构、微透镜阵列结构等，这些结构可以使得光的传输损耗降低、散射减小、入射角通量增大等。
二、光学元件表面处理技术实验准备和过程光学元件的表面处理技术实验主要分为以下几个步骤。
1. 实验准备在进行表面处理实验前，需要提前准备一系列实验设备和材料，包括光学元件、镀膜设备、加工设备和测试设备等。
同时，根据具体实验要求，合理选择和设计实验方案。
2. 实验过程2.1 表面清洁对于光学元件的表面处理，在进行其它表面处理技术之前，首先要进行表面的清洁处理，以去除表面的杂质、油脂等污染物。
超分辨平面超构透镜代加工
超分辨平面超构透镜代加工
超分辨平面超构透镜代加工是一种让光学元件具有超分辨率能力
的技术，主要是对普通的平面超构透镜进行代加工，通过不同的表面
来实现显微镜的分辨率。
超分辨平面超构透镜代加工的主要运行原理是通过改变普通平面
超构透镜的表面结构，使其具有超分辨率能力，从技术上实现了放大
望远镜、显微镜和无线电望远镜等光学元件的分辨率。
超分辨平面超构透镜代加工技术能够满足一些特殊的应用场景，
如设计显微镜或研究望远镜，它具有分辨率高、效率高、成本低的特点。
通过超分辨平面超构透镜代加工的技术，可以达到不同的分辨率，这也使得光学元件望远镜的像质有了更大的改变，也为研究显微镜或
望远镜的深入研究提供了良好的实验条件。
超分辨平面超构透镜代加工技术受到众多光学公司和研究所的重视，它可以帮助我们以更为有效高效的实现显微镜镜头或者望远镜镜
头的分辨率较高的设计，从而节省开发和生产成本，提高成品的质量，缩短产品的研发周期。
光学元件的完整加工过程
光学元件的完整加工过程设计：光学元件的设计是整个加工过程的第一步。
首先，需要确定元件的功能需求和性能指标，例如透过率、反射率、折射率等。
然后，根据这些需求和指标，使用适当的软件工具进行光学系统的设计，包括光学元件的形状、曲面参数和结构等。
制造：制造阶段是将设计好的光学元件转化成实际产品的过程。
首先，需要选择适当的材料。
常见的光学材料包括玻璃、晶体和塑料。
然后，通过材料的切割、研磨和抛光等工艺，获得具有特定形状和表面质量的光学元件原型。
接下来，使用特殊的涂膜技术，在元件的表面添加薄膜，以改变元件的光学性能。
加工：加工是将制造好的原型进一步加工成最终的产品的过程。
在加工过程中，需要使用精密的工具和设备，例如数控机床和光学磨床等。
根据元件的形状和要求，采用不同的加工方法，例如球面磨削、平面磨削、切割和抛光等。
在加工过程中，需要严格控制加工参数，确保光学元件的形状和表面质量满足设计要求。
测试：测试是为了验证光学元件的性能和质量。
通过使用光学测试仪器，例如干涉仪、散射仪和反射仪等，对元件进行测试和测量。
测试包括透过率、反射率、折射率、色散等性能参数的测试，以及表面形貌、平整度和表面粗糙度等质量参数的测试。
如果测试结果不符合设计要求，需要进行调整和修正，直到满足要求为止。
总结：光学元件的完整加工过程包括设计、制造、加工和测试。
设计阶段确定元件的功能需求和性能指标，并进行光学系统的设计。
制造阶段选择合适的材料，通过切割、研磨和抛光等工艺制造光学元件原型。
加工阶段使用精密的工具和设备进行球面磨削、平面磨削、切割和抛光等工艺。
测试阶段通过光学测试仪器对元件进行测试和测量，确保满足设计要求。
整个加工过程需要精密、细致和耐心，以保证光学元件的性能和质量。
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平面光学元件的加工技术浙江大学光电系曹天宁宁波华光精密仪器公司周柳云光学平面零件包括棱镜、平行平面板、平面反光镜、平晶、光楔、光盘片基、滤光片、波片、倍频器等等。
其大小从φ1mm到φ1000mm,材料主要是光学玻璃,有时是光学晶体,为了达到高精度与高效率,采用技术方法很多,有铣磨、精磨、研磨、抛光、分离器抛光、环抛、水中抛光、单点金刚石飞切(SPDFC)、计算机机控制小工具抛修(CCP) 、离子抛光等等。
从机理上考察,可以归纳为三类基本方法一、范成法形成平面特点是依靠机床的精确运动形成平面包络面,对机床精度要求高.如用筒状金刚石磨轮铣磨平面,按正弦公式当α=0时,R=∞范成了片面(生产上为了排屑排冷却液方便, α有一个小量,表面微凹)。
单点金刚石飞切也是依靠高速旋转的轴与飞刀作直线运动的工作台垂直而范成了平面.工具与工件的加工接触为线接触。
二、轮廓复印法或母板复制法这种复制法与光栅复制法不一样,在复制过程有磨削研磨、抛光过程。
采用精磨模、抛光模(固着磨料抛光模与柏油抛光磨)加工的均属于这一类.工具与工件的接触为面接触。
三、小工具修磨法计算机控制抛光(CCP)离子束抛光与手修属于这一类,逐点抛修,边检边修,精度可以很高，对局部修正非常方便.工具与工件的接触为点接触。
(一) 、铣磨成型光学平面元件我国QM30、PM500、XM260研磨机直到NVG-750THD型双轴超精密平面磨床等大型平面铣磨机利用范成法原理高效铣磨出平面,而且可以采用适当的金属夹具,将角度修磨变为平行平面的铣磨.机床磨轮轴与工件的平行度、轴向经向跳动影响棱镜的角度精度.铣磨成型是光学平面元件毛胚加工的主要技术方法之一。
图一就是PM500铣磨平面的范成运动,图二就是改进的QM30铣削平面的范成运动。
图三是大型的NVG-750THD型双轴超精密平面磨床。
图三. 大型双轴超精密平面磨床(二) 、光学平面的磨削、研磨与抛光重点在于加工出高精度光学表面面型(N、△N),磨削、研磨与抛光的运动形式很多,但其特点是一样的,光学平面精度的获得不主要依靠机床的精度,而主要依靠母板的精度的传递,应该重点研究与把握三个机理。
1、轮廓复制法2、母板的产生、保持与修复3、三块平面的对磨与修正平面精磨模要用金属平磨来修磨,金属平模就是母板,低速环抛机的校正板是母板,高速环抛机的聚氨酯抛光盘修正好后也成了母板.母板最原始最基本获得的办法是三块平模的对磨与相互修正.研磨(精磨)与抛光过程就是母板的精度的保持、破坏与修复过程.精磨模、聚氨酯抛光模与固体磨料抛光模接近刚体,比较好满足抛光方程要求,所以母板面型保持的时间长,适合高效加工要求。
柏油抛光模塑性大,不满足抛光方程要求,柏油模在抛光过程一直处于破坏与修复过程,是古典抛光的特点,效率低,精度高,并且表面粗糙度好。
1、平面的高速精磨与抛光这是平面的高效的加工的基本方法。
例如,在JM030.3、三轴精密精磨抛光机床(φ300)与PLM400平面精磨机(φ500)(图4、图5),采用高速高压、固着磨料精磨模、固着磨料抛光磨与聚氨酯抛光模等,并采用合理的工艺参数(速度、压力、工具大小、摆幅、供液量、液温等),可以达到定时定光圈定表面质量的目的.精磨模与抛光模是工作母板,而合理的工艺参数修工作母板不容易破坏,因而可以较长时间保持面型,维持正常生产。
图四.JM030.3三轴精磨抛光机2、高速环型抛光法HPM60、80、100及JP650型环型抛光机的抛光盘直径为600、800、1000及600mm.工件可以为平面,也可以为棱镜组合光胶镜盘或金属夹具组合棱镜镜盘.由于HPM机型采用变频调速,软启动,软停止,运动平稳,低噪音使用更为方便。
这类机床的工作原理也是母板复制法,要求底盘具有高的平面性,工作盘有时常修正环或分离器,主轴转速高15-85rpm，通常用聚酸脂抛光片加抛光悬浮液抛光.显然修好聚酸脂光盘的平面性是一个关键，可以用平面金属模来修正也可以用金属修正环来修正，这种方法是中等精度的高效加工方法.图六a.JP560环抛机示意图图6b.JP560环抛机图六c.HPM100环型平面研磨抛光机3、低速环型抛光法高精度的平面(如平晶或薄型平面)适合用低速环型抛光法。
这种方法也是母板复制法,由于工作母板(柏油抛光盘)具有可塑性,是边抛光边修正的,校正板起保持与修正作用,而速度、压力也起保持与修正作用.⑴低速环抛法的原理根据Preston抛光方程.对工件平面上任意一点M(x,y)(图六)的抛光量h(x,y)为h(x,y)=A∫T O P(x,y)V(x,y)dt式中,P －M(x,y)点的瞬时压强 V(x,y)－M(x,y)点的瞬时速度 T －加工时间A －与加工过程有关的工艺系数 V －(x,y)作如下分析: 21),(vv y x v -=, V 1=R i ω 1, V 2=r i其瞬时速度中心在M 0时, → V 1(x,y)=0, V 1=ω 1, V 2=(R0+e),2120ωωω-=e R当ω1→ω2时，当R 0→∞，产生平动，速度趋于均匀。
当推动平面的着力点接近接触面时，压力也趋于均匀，从而获得了均匀抛光（磨损）的条件。
热变形是精密加工时要关注的问题，由于抛光热使平行平面工件产生厚度方向的温度线性分布，用△t 表示，设工件外经为D ，厚度为d ，工件材料的热膨胀系数为α，则平面变成球面性变形，求面的矢高为h ，则h=D 2α△t/8d如工件材料采用微晶玻璃或石英玻璃，则热变形很小。
⑵ 低速环型抛光法的工艺参数及工艺装备以浙江大学1984年机械部签定通过的RP-1000环型抛光机（图七A ），南京利生光学机械责任有限公司HPM150型环型机是低速环抛机（图七B ）为例讨论参数。
图七a 、RP-1000环型抛光机（照片）图七b HPM150型环型抛光机① 环型抛光模：抛光模环带宽度通常为抛光模直径的0.33～0.38,抛光模底盘用铝合金制成，在抛光机上通过端面车削后即可制作柏油模，模层厚度10～10mm 之间，抛光胶中通常加入K －17塑料粉，以增加韧性与稳定性，抛光模应加制不通过中心的方格槽，抛光模通过车削或其他方法进行修整。
如果采用玻璃或花岗岩作衬底，则模层厚度可以大大减薄。
② 校正板：可以用熔融石英、微晶玻璃，K4及K9玻璃制作，也有用金属盘贴以玻璃来代替整块玻璃制成校正板。
校正板直径通常为抛光模直径的1/2～2/3。
③ 工件夹持器：可以用玻璃分离器，也可以用金属贴以玻璃制成工件夹持器。
④ 转速：主轴速度在精抛时为10～15cm/s 之间，速度精度为1%，这时ω1 与ω2接近。
当然，也可以在校正盘卡轮上加装马达，以驱动校正盘的旋转，使ω2趋近ω1。
⑤ 抛光液：采用点滴式加入氧化铈抛光液，或采用浸没式抛光，后者有利于温度控制，最 好采用离子水，控制PH 值。
⑥ 温度：室内温度为23℃～25℃，最重要的是室内温度梯度（空间）与温度变化（时间）的控制，通常用局部自动温控在±0.05℃内。
⑦ 校正板工件（工件夹持器）装御器：我们设计了一台特殊的推车，高度可以调整， 并带有一组带橡皮圈的滚柱，装御很发方便。
我国几个主要单位的1m环抛机主要工艺参数对照表如表1所示。
⑶K17的作用K17是塑料的商业牌号，就是聚乙烯醇，呈粉末状，色白。
聚乙烯醇没有一定的熔点，加热时软化，拉伸又重新结晶，有着明显的纤维圈。
温度高于71±0.2℃时热膨胀系数大，重复加热出现滞后现象，其变形率如图所示。
在抛光模中增加韧性，提高切削性能；提高稳定性，低于60℃时，不会变形。
抛光的工作温度低于30℃～40℃，高于71℃时易变形。
⑷制胶与制模工艺180°配胶，140℃保温，100℃加K17（有的单位70～80℃时加K17），40～50℃倒胶制模（底模预热到40～50℃），自然冷却、固化，车平开槽，一般为25X25，宽5，深4，（美国宽4，深6），50℃温水修模，用校正板与工件夹持器修平，有时用工具（刮刀、砂轮）作局部修正。
⑸环型抛光法的优点①、环型抛光模比圆盘型抛光模的相对速度工均匀，光ω1→ω2时工件与抛光模之间相当于直线匀速运动。
②、用校正板与夹持器代替分离器，仍保持了分离器的作用，当工件尺寸或形状改变时，只要改变夹持器即可，不必加工一个高精度平面的大分离器。
③、允许在不停机、不取下校正板与夹持器的情况下进行检验或调换工作，维持连续抛光，有利于提高效率与温度的平衡，保持抛光模的平面性。
④、抛光模表面各部分依次外露，使之散热容易。
⑤、抛光模露出的空间位置固定，易于实现自动抛光与自动加水。
4、分离器抛光法在二轴杠杆式抛光机上用分离器抛光法（图七A）实现高精加工平面是比较简便的方法。
我们在YM015.2A型二轴机上安装了二个蟹钳式分离器摆架(图七B),主轴1.5～20rpm,摆2～25rpm(变频无极调速),抛光模铝底模直径为ø500,水盆ø530,分离器ø400,通常D抛=1.25D分.当工件为ø150时,一只分离器可以有三个分离孔，同时加工三块ø150平晶。
为了操作方便，摆架应有抬起功能，推动分离器的滚轮的着力点应在滚轮的下部。
5、双面抛光法双面抛光法适用于平行度要求高的薄片,如石英波片、滤光片、平行平面窗等，行星式双面研磨抛光机使用很广泛,太多引进国外机床,国内风雷机械厂有这类机床产品.通常上下抛光模用聚氨酯制造,中间工件隔离圈用聚四氟乙烯薄板或有机玻璃板、PVC 板制造,利用工件在分离器孔的位置互换使工件的平行度得到修正,工件的平面性主要是抛光模的轮廓复印,要求高时仍要做微量修正，实际上,在二轴机上采用档圈也可以实现双面抛光,不仅可以加工平行平面,还可以加工小圆柱棒,图九是二轴机双面精磨与抛光示意图。
(三) 、计算机控制抛光与离子抛光计算机控制抛光(CCP)是利用小抛光头在工件上作局部抛修运动,边检边修,再过几个循环,使平面达到很高的精度,离子抛光与CCP类似,把小抛光头换成离子束就成了离子抛光,离子抛光不仅提高了面形精度,而且改善了表面粗糙度.计算机控制抛光在浙江大学、北京理工大学、长春光机所与成都光学工程中心等均先后开展这项研究工作,后者还从俄罗斯引进了CCP三轴与五轴抛光机,加工出不少高精度平面.离子抛光在国内仍属空白.图十是浙大CCP实验装置与俄罗斯国立光学研究所的计算机上控制抛光机.图十a.浙江大学试验装置图十b.俄罗斯国立光学研究所的计算机控制抛光机(四) 、单点金刚石飞切光学平面美国Pam&Pneumo Inc. 生产的MSG-325金刚石车床用飞切方法加工过ø170mm KDP晶体高精度平行平面,用作倍频器;用飞切方法香港理工大学、云南光仪厂等单位的Nanoform300也可以实现平面的飞切.我国为了解决270X270及310X310mmKDP平面加工问题，近年引进了俄国NCM-600立式飞切平面机床(图十一)图十一.俄国NCM-600立式飞切平面机床加工工件直径可达ø550mm,其工作原理为单点金刚石飞刀高速旋转,形成一个圆的轨迹，工作的直线运动,使单点包络成一个平面,平面的精度主要取决于机床运动的超精密度.主轴跳动:0.05ｕm，主轴刚性：200N/um，导轨的直线性0.1um/250mm,在这个机床上已经加工出ø270KDP平面,透过波面达λ/2(PV)精度,在此基础上我国将开始研制这种机床,技术指标将超过MO-600的水平。