光学冷加工基础知识教育资料概要.ppt

1、凤凰光学上海有限公司,光学冷加工基础知识新人教育资料,光学基础知识讲解目录,光学零件（镜片）概述 光学镜片材料介绍 镜片加工流程 荒折工程简介 砂挂工程简介 研磨工程简介 芯取工程简介 镀膜工程简介 粘合工程简介 涂墨工程简介 光学基础知识 QA检查,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,双凸透镜,双凹透镜,平凸透镜,平凹透镜,

2、弯月透镜,光学零件概述,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,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=+43.4526R2= -43.4526平面标:/PL,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

3、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) 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。 例：当N=-3时，如上述标示则公差范围为：0本！ 当N=3时, 则如上述标示公差范围为:+6本！ 当N=+3时, 则如上述标示公差范围为:+60本！ N-

4、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。 设计时一般取： N=(0.10.5)N,+3,-3,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,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。

5、 无色光学玻璃类型 根据色散系数d的大小，无色光学玻璃分二大类18种类别： 冕牌玻璃 d50 火石玻璃 d50 冕牌与火石玻璃性能特征比较,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; 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,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

6、零件都是镀增透膜，主要参数是： 中心波长0、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。 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（20

7、0-300）成型 退火型料 * 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。 无色光学玻璃的质量指标 七项指标： nd、d与标准的允许差值 nd和d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

8、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。 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 芯取 镀膜 粘合 涂墨 QA检查,前 工 程,后 工 程,内部加工流程：（前工程） 加工组别有:单片、多片 由于设备的加工范围和镜片的 特性，大流程有分： * CG 砂挂D研磨D多片S * CG 多

9、片S砂挂D研磨D * CG 多片S多片D * CG 砂挂S研磨S 砂挂D研磨D,砂挂,荒摺,研磨,硝材,芯取,涂墨,镀膜,粘合,镜片加工流程(备料),备料： 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。 板料 条料 粗平料 型料,毛 坯 料,4.荒折工程简介,荒折目的： 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。 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：3mm80mm,荒折工程简介,上海工厂荒折机简介： 使用荒折机

10、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）,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,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）。 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

11、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度来保证的；,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） 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 出镜片表面（或球形之一部份）。,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）。,砂挂液PH 中心厚度 抽检（自检、巡检、提检） 手提式百分表 砂挂丸片 光圈/h

12、抽检（自检、巡检、提检） 样板、测环 合皿 外观（划痕、砂目等） 抽检（自检、巡检、提检） 目视,重点管理项目 品质保证项目 检查方式方法 检查工具,皿基座,钻石粒,镜片,串棒,上治具,6.研磨工程简介,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 分类：单片研磨、多片研磨；低速研磨、高速研磨。,加工第一面,

13、砂挂完品,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。 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,主轴精度 倒角、有效径 抽检（自检、巡检） 倒角显微镜 切削液 外径 、深度 抽检（自检、巡检） 分厘卡、 高度计 砂轮选择/调整 中心偏跳动 抽检（自检、巡检） 偏心仪 外观（接头划伤）抽检/全检（自检

14、、巡检） 目视,重点管理项目 品质保证检 查方式方法 检查工具,主要日本机器：馆野机、湘南机、齐田机 韩国机器：光进机,芯取机,洗净机器,清洗溶剂 外观 目视 轻拿轻放,重点管理项目 品质保证检 查方式方法 检查工具,8.镀膜工程简介,镀膜： 为了使光学零件具有所需的光学、电学、物理化学性能，可以在其表面镀上单层、双层或多层不同用途的薄膜，使其达到一定的光谱特性和其他性能。 镀膜方法：真空镀膜、化学镀膜 真空镀膜设备： 真空镀膜机 说明： 1 特种光学工艺 2 光学加工中技术含量最高、高新技术密集、投资最大、回报最高。 3 衡量一个光学企业的水平,真空度、温度 膜色、外观 多层全数检查 透明胶

15、带/目视 水循环 分光特性 （上、中、下）曲线图 分光光度计 喷砂周期 膜强度 抽2PCS/伞 试膜棒 膜料 膜欠 抽检 目视/倒角显微镜,重点管理项目 品质保证检 查方式方法 检查工具,镀膜工程简介,薄膜的技术要求： 1. 增透膜的中心波长、表面反射率、透过率 2. 反光膜的反射率 3.薄膜的表面疵病 4 .膜层的抗磨强度 5. 膜层的牢固度 6. 膜层的环境稳定性,机器：光驰机 （AR1300/OTFC） 韩一机/南光机,9.粘合工程简介,粘合目的： * 改善象质 * 减少反射光能损失 * 简化复杂零件的加工 * 保护刻划表面,粘合： 是把二块或多块零件，用光学用胶或光敏胶按一定的技术要求

16、粘结在一起的工艺过程。,UV胶有效期 外观 全数检查 目视 冷光源强度/有效期 中心偏跳动 抽检 偏心仪 初固化/后期固化时间 光圈（N/N） 抽检 样板、干涉仪,重点管理项目 品质保证 检查方式方法 检查工具,10.涂墨工程简介,涂墨目的： * 改善镜头象质 例：鬼影等。 * 减少杂散光反射的影响,涂墨： 是把零件的外径或面取部位，用黑色涂料进行均匀涂黑以便达到消光和特殊要求的过程。,涂料配比 外观 涂层厚度 涂层厚度 全数检查 目视 干燥时间/温度,重点管理项目 品质保证 检查方式方法 检查工具,11、光学基础知识,一、光的性质 a.发光体：象太阳或电灯自身能发光的“物体”叫做发光体； b

17、.光的直线传播：发光体的光向各个方向发散。发散的光在无障碍的情况 下，都沿直线传播；这种现象叫作光的直线传播； C.光的传播速度：在空气中的传播速度约为299790km/s; 二、球面的作用 1.凸透镜：中心比边缘厚的透镜叫做凸透镜，具有将光会聚的作用； 2.凹透镜：中心比边比薄的透镜叫做凹透镜，具有将光散开的作用； 三、光的反射与折射 反射：水面发光，行走的汽车车玻璃的闪闪发光是因为太阳的反弹，光的反 弹现象叫做反射； 反射定律：入射光线与法线在同一平面上，且入射角与反射角相等； 折射：光具有在同一物质（介质）中直线传播的性质。但是，如果光倾斜地 从空气进入水或玻璃中时，在空气与水或玻璃的界

18、面上，一部分光被反射，剩余部分进入水或玻璃中。这时在两种介质的界面上，进入界面后的传播方向发生了变化，此现象称为折射,光学基础知识,折射定律： a.进入水中的改变了方向的光线叫做折射光线 b.在水中折射光线与法线的夹角称折射角 c.入射光线、折射光线、法线在同一平面上； d.当两介质不变时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值是一定的； 此比值称为第二介质（水）相对于第一介质的折射率； 四、折射率 a.即使同样的光,材质不同的话折射量也不一样.光的折射量用材质折射率来表示 b.即使是相同的材质，光的波长（色）不同的话折射率也不一样 c.所以在说某一材质的折射率时，一定要弄清楚是与哪个波长相对应的折射率 五、光的波长 波长：收音机的电波、红外线、紫外线等线都已被称作电磁波的横波以 光的速度传播，这只不过波长不同而已。光（电磁波）的传播真空中的速度虽然是固定的，但振动频率因光的颜色而不同，由振动数除以光的速度就是波长 可