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【激埃特光电】光学玻璃透镜制造工艺(一)

文章出处:网络整理 人气:发表时间:2022-01-12

1.1  光学零件制造工艺的特点及一般过程
制作光学零件的常见材料有三大类,即光学玻璃、光学晶体和光学塑料,其中以光学玻璃,特别是无色光学玻璃的使用量最大。虽然光学零件的加工按行业划分归入机械加工一类,但由于加工对象的材料性质和加工精度要求显著地不同于金属材料,因而加工工艺上也完全不同于金属工艺而具有特殊性。

1.1.1  光学零件的加工精度及其表示
光学零件属于高精度零件。平面零件的加工精度主要有角度和平面面形;球面零件的加工精度要求主要有曲率半径和球面面形。高精度棱镜的角误差要求达到秒级。高精度平面面形精度可达到几十分之一到几百分之一波长。平面零件的平面性和球面零件的球面性统一称为面形要求。光学车间一般用干涉法计量,用样板叠合观察等厚干涉条纹(俗称看光圈)。表示面形误差的光圈数符号是N,不规则性(或称局部误差)符号是△N。除面形精度外,光学零件表面还要有粗糙度要求。光学加工中各工序的表面粗糙度如表6-1所示。光学零件抛光表面粗糙度用微观不平十点高度表示为R2=0.025um,用轮廓算术平均偏差表示为R2=0.025um,用符号表示则为0.008,在此基础上,还有表面疵病要求,即对表面亮丝、擦痕、麻点的限制。
1.1.2  光学零件加工的一般工艺过程及特点
光学零件加工的工艺过程随加工方式不同而异。光学零件的加工方式主要有两类:传统(古典)加工工艺和机械化加工工艺,这里我们只介绍传统加工工艺。
传统工艺的特点主要有:
(1)使用散粒磨料及通用机床,以轮廓成形法对光学玻璃进行研磨加工。操作中以松香柏油粘结胶为主进行粘结上盘。先用金刚砂对零件进行粗磨与精磨,然后使用松香柏油抛光模与抛光粉(主要是氧化铈)对零件进行抛光加工。影响工艺的因素多而易变,加工精度可变性也大,通常是几个波长数量级。高精度者可达几百分之一波长数量级。
(2)手工操作量大,工序多,操作人员技术要求高。对机床精度,工夹磨具要求不那么苛刻,适于多品种,小批量、精度变化大的加工工艺采用。
传统加工工艺过程,以一个透镜为例,先后依次经过以下一些工序:
1、毛坯加工。包括按光学零件图选择合适的块料,切割整平、划分、胶条、滚圆开球面。开球面是单件进行的。
2、粗磨加工。使表面粗糙度及球面半径符合细磨要求。传统工艺中粗磨是单件进行的。一般采用传统工艺加工的工厂中,粗磨车间往往包括毛坯加工。
3、上盘:粗磨之后,经清洗,将一个个透镜毛坯按同半径组合成盘。即依靠粘结胶把分散的透镜固定在球形粘结膜上,应注意的是成盘时要使每一个透镜毛坯的被加工面都处于同一半径的球面上。
4、细磨抛光工序。在加工第一表面时,细磨到抛光过程中一般是不需拆盘的,即一次一盘完成。操作中,先使用粒度依次变细的三至四道金钢砂将被加工面研磨到抛光要求的表面粗糙度,然后清洗,进行抛光。抛光是用一定半径的抛光模加抛光粉进行。一面加工完毕后,涂上保护膜,翻面再进行上盘。细磨抛光加工第二表面。
5、定心磨边工序。透镜加工过程中会出现光轴和定位轴偏离(称为偏心)。定心磨边的任务是消除偏心,并使侧圆柱面径向尺寸达到装配要求。传统工艺的磨边常在光学定心磨边机上进行。
6、镀膜工序,对表面有透光要求的透镜,要加镀增透膜。球面反射镜要镀反射膜。有的还要镀其它性质的薄膜,依使用要求由设计决定。
7、胶合工序。对成象质量要求较高的镜头,往往采用几块透镜胶合而成。胶合应在镀膜以后进行。

以上这些工艺过程可简略表示如下:
选料——切割——整平——胶条——滚圆——开球面——粗磨球面——上盘——细磨——抛光——下盘;第二面上盘——细磨——抛光——下盘——定心磨边——镀膜
1.2  光学工艺安全操作知识
光学加工由于精度高,加工对象特殊,必须在专门的光学车间内进行。因此,除了遵守一般的机械加工规则外,还必须遵守光学加工所特有的安全操作要求。
1.2.1  激埃特光学车间的特点
在光学零件加工过程中,大多数工序对温度、湿度、尘埃、振动、光照等环境因素是敏感的,特别是高精度零件和特殊零件的加工尤其如此。因此,光学车间都是封闭形,并要求恒温、恒湿、限制空气流动、人工采光,防尘。
1、温度对光学工艺的影响
恒温是光学车间一个明显特点之一。这里包括恒温温度及波动范围两个问题。光学车间各工作场所由于要求不同,对恒温温度及其波动范围的要求是各不相同的。
(1)温度对抛光效率与质量的影响
由于抛光过程中存在的化学作用随温度升高而加剧,因而升温会提高抛光效率。但由于古典工艺中采用的抛光模制模用胶、粘结胶等主要由松香和沥青按一定配比制成,一定的配比只在一定的温度下使用。而且它们对温度的变化较为敏感,温度过低,抛光模具与零件吻合性不好;温度过高,抛光模具抛光工作面变形。这两者将使加工零件的精度难以保证,具体表现在光圈难以控制和修改。实践得出:抛光间的温度一般应控制在22℃±2℃为宜。
(2)检验对室温的要求
温度的波动直接影响检验精度。一方面因为精密光学仪器对温度的波动很敏感;另一方面被检零件不恒温时,检具和零件间有温差会直接影响读数精度。所以,检验室必须恒温,并且也应控制在22℃±2℃范围内。
2、湿度对光学工艺的影响
在光学零件加工过程中,凡要求恒温或空调的地方,均因控制湿度所需。因为,水份蒸发速度直接影响湿度恒定状态。湿度过低,易起灰尘,零件表表清擦时也易产生静电而吸附灰尘,影响其光洁度。特殊零件如晶体零件的加工以及光胶工艺等,对湿度的要求尤为严格。光学加工过程中室内温度一般应控制在60%左右。
3、防尘
由于光学零件对表面质量即表面光洁度和表面疵病有极高的要求,所以光学车间的防尘问题也特别突出。灰尘在抛光时会使零件表面产生道子、划痕、亮丝;在镀膜时,会使膜层出现针孔、斑点、灰雾;在刻划时会引起刻线位置误差、断线等。
灰尘来源主要有:外间空气带入;由工作人员衣物上落下(粒径一般在l一5μm左右,直径小于1μm的灰尘,往往不能依靠自重降落,而长时间悬浮于空气中,影响产品质量);
不洁净的材料、辅料、工夹具等带入;生产过程中产生的灰尘(光学车间的净化条件,若按室内含尘的重量浓度要求,应控制在毫克/米3的数量级。胶合室的要求更严,一般以颗粒浓度作为要求,达到粒数/升的数量级)。
1.2.2  光学生产安全操作规则
由于光学车间的特殊性和光学零件加工的高精度要求,学生进入光学车间实习时,必须遵守以下安全技术及操作规则:
1、进入光学车间,特别是进入细磨、抛光、检验、磨边、胶合、镀膜、刻划等工作间时,应穿白色工作服,戴工作帽,穿专用鞋子或干净拖鞋,以防止将室外灰尘带入光学车间;