非球面镜片的精密加工;光学镜片的加工及检测
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一、对光学技术人员的要求 二、光学冷加工工艺 三、加工辅料
一、对光学技术人员的要求
1. 操作要求：
会操作各类光学加工机床和设备，
熟悉光学加工工艺，能加工出满足特定要求的光学零 件(精确的直径、曲率半径、厚度、角度和平行度)；
会使用各种检测仪器（自准直仪、光具座及其附件、 干涉仪、罗契检验及刀口检验仪等）来保证精度；
2.2粗磨——棱镜和斜面
LOH公司PR－150－SL型棱镜粗磨机
2.2粗磨——球面
单件手工粗磨球磨
中心点
留边
2.2粗磨——球面
磨球面工艺技术参数
球面矢高量 磨料粒度
单面磨削量 凸面中心点直径
凹面边宽
<1 150＃～180＃
0.3～0.4 2～3 1～1.5
<0.5 240＃～280＃
0.1～0.2 1～2
光学加工与检测技术
主讲：朱健强 研究员
中国科学院 上海光学精密机械研究所 二零零六年九月
目录
I. 光学冷加工工艺通用工艺 II. 非球面加工与检验 III. 特种光学元件加工技术（强激光光学元件
与环抛技术） IV. 光学加工机械 V. 光学加工车间检验和终检 VI. 光学加工新技术概述
Ⅰ光学冷加工工艺通用工艺
松香蜂蜡胶上盘法
优点是操作简便，缺点是平行度精度不高，也不适用于面形精度 要求较高的薄片。
荷重 工件 粘结模
工件 粘结模
方法一
方法二
2.3 上 盘
点胶上盘法
优点是可获得较好的面形和平行度。缺点是承受不了高速高压 的加工条件，易“走动” 。
工件 软胶点 粘结模
工件 火漆点 粘结模
软点胶粘结
硬点胶（火漆）粘结
2.1 开料成形——材料切割
切割厚的工件
圆片的切割 （内圆切割和外圆切割）
2.1 开料成形——材料切割
棱镜和分束器的切割
2.1 开料成形——材料切割
金刚石切割机
fecker 80BQ 金刚石切割机
2.1 开料成形——材料切割
线切割
2.1 开料成形——钻孔
钻孔
在玻璃元件上钻、铣出圆形或其他形状的通孔和半通 孔。 航天光学元件的轻量化
2.1 开料成形——磨外圆
磨外圆
2.2 粗 磨
粗磨平面 粗磨棱镜和斜面 粗磨球磨
2.2粗磨——平面
散粒磨料多片加工—平面
双面加工
2.2粗磨——平面
LOH公司SPM平面铣磨机
2.2粗磨——棱镜和斜面
铣磨棱镜和斜面的准直夹具
制造精密的反射角及 小平面棱镜需要这种夹具
维护设备及工作场地，作工作笔录及进度，并养成安 全操作习惯；
一、对光学技术人员的要求
2. 理论要求
折射和衍射原理； 玻璃的特性； 玻璃或其他光学材料从粗加工零件到完工成品的加工
过程； 初等数学； 读懂各阶段生产工艺图的技术规格、公差； 光学检验理论
二、光学冷加工工艺
1. 开料成形 2. 粗磨 3. 上盘 4. 细磨 5. 抛光 6. 定心磨边
工件
沟槽模
2.2粗磨——球面
整盘粗磨球面
对直径小而曲率半径大的球面，可以 用弹性胶粘结平面毛坯然后整盘祖磨。
磨凸面
凹贴置模半径：
Rt = R2 + (φ / 2)2
凸粘结模半径：
Rz = R − d
R－粗磨曲率半径 Φ－工件直径 d－工件中心厚度
凸粘模 凹粘模
2.2粗磨——球面
磨凹面
凹粘结膜半径
2.3上 盘
浮胶上盘法
优点是工件和粘结平板都不 需加温，工件可达到较高的平行 度和面形精度，缺点是承受不了 高速高压的加工条件。
光胶上盘法
优点是平行度和平面度均可达到 很高的精度。缺点是对光胶面表面 疵病等级有一定影响，怕剧烈震动 和骤冷骤热。
工件 粘结胶 玻璃垫板
工件 防水涂层 玻璃垫板
光胶上盘法
优点是能得到较高的角度精度。缺点是要求有较高精度的光 胶工具；操作有一定的难度；对表面疵病要求高的棱镜，其光胶面 有一定局限性；光胶盘不宜受到剧烈震动和温度剧变。
棱镜
垫板
棱镜光胶到长方体上
光胶盘
2.3 上 盘
靠体上盘法
优点是加工精度席，对抛光面不易腐蚀，不需单件手工修 整角度，有些工件胶上靠体后，只需翻胶靠体就可连续加工2～3 个面。
θ1角为第一倾角 θ2为第二倾角 R为曲率半径， r为毛坯的半直径 d为磨轮直径 a为l1与l2间的距离
2.2粗磨——球面
LOH公司的GII－4球面粗磨精磨机
2.2粗磨——球面
粗磨凸面镜
粗磨凹面镜
自动换磨头
2.2 粗磨——球面
铣磨机可以完成的各种工作
2.3 上 盘
平行平面上盘
ａ） ｄ）
ｂ）
ｃ）
ｅ）
ｆ）
ｇ）
ｈ）
2.3 上 盘
棱镜上盘
夹模上盘法
优点是上盘操作简单。缺点是只适用于中、低精度的零件，对 形状复杂的零件也有一定局限性。
火漆条
棱镜
2.3 上 盘
石膏模上盘法
优点是棱镜的形状可以任意，缺点是角度精度不高；对抛光 面需有较好的保护措施，否则易被腐蚀。
2.3 上 盘
2.3 上 盘
透镜上盘
弹性上盘法
优点是粘结模较简单，通用性较大。缺点是不能承受高速高 压工艺条件，效率较低，工房温度梯度不能太大。
a)
b)
火漆团
2.3 上 盘
上盘装置
2.3 上 盘
刚性上盘法
优点是上盘过程简单，粗磨可以成盘加工，能承受较高的速度 和压力。缺点是粘结模专用性强，加工模具较费事。
靠体
棱镜
挡板 棱镜
平行垫板
靠体
定位工具
棱镜光胶到靠体上
棱镜光胶时的定位
2.4 细 磨
散粒磨料细磨
散粒磨料细磨(又称高速精磨)的优点是粗糙度小，残余 应力小。
0.3～0.5
<0.1 Ｗ40～Ｗ28 0.05～0.1
0 0
2.2粗磨——球面
沟槽模加工
直径小于8mm、半径小于6mm、 矢高大于0.5R的球面，可采用 沟槽模加工。整个平模上可同时开多条槽。槽深等于或小于曲率半 径R。研磨时，粘棍顺着槽倾斜60°～70°左右，同时围绕自身轴 线转动。
铝棍
胶层 Ｒ
Rz = (R + d )2 + (φ / 2)2
凹粘模
2.2粗磨——棱镜和斜面
铣磨球磨原理
球面半径R和砂轮倾斜角α的关系：
sinα = D
2(R ± r)
α－砂轮倾斜角 D－砂轮中径 r－砂轮刃口圆弧半径
凸面取“＋”， 凹面取“一” R－工件曲率半径
2.2粗磨——球面
用小磨轮铣磨大球面
分步铣磨方法
一、对光学技术人员的要求
1. 操作要求：
会操作各类光学加工机床和设备，
熟悉光学加工工艺，能加工出满足特定要求的光学零 件(精确的直径、曲率半径、厚度、角度和平行度)；
会使用各种检测仪器（自准直仪、光具座及其附件、 干涉仪、罗契检验及刀口检验仪等）来保证精度；
2.2粗磨——棱镜和斜面
LOH公司PR－150－SL型棱镜粗磨机
2.2粗磨——球面
单件手工粗磨球磨
中心点
留边
2.2粗磨——球面
磨球面工艺技术参数
球面矢高量 磨料粒度
单面磨削量 凸面中心点直径
凹面边宽
<1 150＃～180＃
0.3～0.4 2～3 1～1.5
<0.5 240＃～280＃
0.1～0.2 1～2
光学加工与检测技术
主讲：朱健强 研究员
中国科学院 上海光学精密机械研究所 二零零六年九月
目录
I. 光学冷加工工艺通用工艺 II. 非球面加工与检验 III. 特种光学元件加工技术（强激光光学元件
与环抛技术） IV. 光学加工机械 V. 光学加工车间检验和终检 VI. 光学加工新技术概述
Ⅰ光学冷加工工艺通用工艺
松香蜂蜡胶上盘法
优点是操作简便，缺点是平行度精度不高，也不适用于面形精度 要求较高的薄片。
荷重 工件 粘结模
工件 粘结模
方法一
方法二
2.3 上 盘
点胶上盘法
优点是可获得较好的面形和平行度。缺点是承受不了高速高压 的加工条件，易“走动” 。
工件 软胶点 粘结模
工件 火漆点 粘结模
软点胶粘结
硬点胶（火漆）粘结
2.1 开料成形——材料切割
切割厚的工件
圆片的切割 （内圆切割和外圆切割）
2.1 开料成形——材料切割
棱镜和分束器的切割
2.1 开料成形——材料切割
金刚石切割机
fecker 80BQ 金刚石切割机
2.1 开料成形——材料切割
线切割
2.1 开料成形——钻孔
钻孔
在玻璃元件上钻、铣出圆形或其他形状的通孔和半通 孔。 航天光学元件的轻量化
2.1 开料成形——磨外圆
磨外圆
2.2 粗 磨
粗磨平面 粗磨棱镜和斜面 粗磨球磨
2.2粗磨——平面
散粒磨料多片加工—平面
双面加工
2.2粗磨——平面
LOH公司SPM平面铣磨机
2.2粗磨——棱镜和斜面
铣磨棱镜和斜面的准直夹具
制造精密的反射角及 小平面棱镜需要这种夹具
维护设备及工作场地，作工作笔录及进度，并养成安 全操作习惯；
一、对光学技术人员的要求
2. 理论要求
折射和衍射原理； 玻璃的特性； 玻璃或其他光学材料从粗加工零件到完工成品的加工
过程； 初等数学； 读懂各阶段生产工艺图的技术规格、公差； 光学检验理论
二、光学冷加工工艺
1. 开料成形 2. 粗磨 3. 上盘 4. 细磨 5. 抛光 6. 定心磨边
工件
沟槽模
2.2粗磨——球面
整盘粗磨球面
对直径小而曲率半径大的球面，可以 用弹性胶粘结平面毛坯然后整盘祖磨。
磨凸面
凹贴置模半径：
Rt = R2 + (φ / 2)2
凸粘结模半径：
Rz = R − d
R－粗磨曲率半径 Φ－工件直径 d－工件中心厚度
凸粘模 凹粘模
2.2粗磨——球面
磨凹面
凹粘结膜半径
2.3上 盘
浮胶上盘法
优点是工件和粘结平板都不 需加温，工件可达到较高的平行 度和面形精度，缺点是承受不了 高速高压的加工条件。
光胶上盘法
优点是平行度和平面度均可达到 很高的精度。缺点是对光胶面表面 疵病等级有一定影响，怕剧烈震动 和骤冷骤热。
工件 粘结胶 玻璃垫板
工件 防水涂层 玻璃垫板
光胶上盘法
优点是能得到较高的角度精度。缺点是要求有较高精度的光 胶工具；操作有一定的难度；对表面疵病要求高的棱镜，其光胶面 有一定局限性；光胶盘不宜受到剧烈震动和温度剧变。
棱镜
垫板
棱镜光胶到长方体上
光胶盘
2.3 上 盘
靠体上盘法
优点是加工精度席，对抛光面不易腐蚀，不需单件手工修 整角度，有些工件胶上靠体后，只需翻胶靠体就可连续加工2～3 个面。
θ1角为第一倾角 θ2为第二倾角 R为曲率半径， r为毛坯的半直径 d为磨轮直径 a为l1与l2间的距离
2.2粗磨——球面
LOH公司的GII－4球面粗磨精磨机
2.2粗磨——球面
粗磨凸面镜
粗磨凹面镜
自动换磨头
2.2 粗磨——球面
铣磨机可以完成的各种工作
2.3 上 盘
平行平面上盘
ａ） ｄ）
ｂ）
ｃ）
ｅ）
ｆ）
ｇ）
ｈ）
2.3 上 盘
棱镜上盘
夹模上盘法
优点是上盘操作简单。缺点是只适用于中、低精度的零件，对 形状复杂的零件也有一定局限性。
火漆条
棱镜
2.3 上 盘
石膏模上盘法
优点是棱镜的形状可以任意，缺点是角度精度不高；对抛光 面需有较好的保护措施，否则易被腐蚀。
2.3 上 盘
2.3 上 盘
透镜上盘
弹性上盘法
优点是粘结模较简单，通用性较大。缺点是不能承受高速高 压工艺条件，效率较低，工房温度梯度不能太大。
a)
b)
火漆团
2.3 上 盘
上盘装置
2.3 上 盘
刚性上盘法
优点是上盘过程简单，粗磨可以成盘加工，能承受较高的速度 和压力。缺点是粘结模专用性强，加工模具较费事。
靠体
棱镜
挡板 棱镜
平行垫板
靠体
定位工具
棱镜光胶到靠体上
棱镜光胶时的定位
2.4 细 磨
散粒磨料细磨
散粒磨料细磨(又称高速精磨)的优点是粗糙度小，残余 应力小。
0.3～0.5
<0.1 Ｗ40～Ｗ28 0.05～0.1
0 0
2.2粗磨——球面
沟槽模加工
直径小于8mm、半径小于6mm、 矢高大于0.5R的球面，可采用 沟槽模加工。整个平模上可同时开多条槽。槽深等于或小于曲率半 径R。研磨时，粘棍顺着槽倾斜60°～70°左右，同时围绕自身轴 线转动。
铝棍
胶层 Ｒ
Rz = (R + d )2 + (φ / 2)2
凹粘模
2.2粗磨——棱镜和斜面
铣磨球磨原理
球面半径R和砂轮倾斜角α的关系：
sinα = D
2(R ± r)
α－砂轮倾斜角 D－砂轮中径 r－砂轮刃口圆弧半径
凸面取“＋”， 凹面取“一” R－工件曲率半径
2.2粗磨——球面
用小磨轮铣磨大球面
分步铣磨方法