《光學工藝及測量》課件

1、第十一章 透鏡的定心和磨邊2定心磨邊的目的：u將光軸與其基準軸不重合的情況進行校正，從而滿足透鏡零件裝配的需要。u定心：通過光學或機械的方法尋找并確定透鏡光軸與基準軸重合的位置，即透鏡光學表面定心頂點處的法線與基準軸(機床的回轉(zhuǎn)軸)重合的位置。3u磨邊：透鏡定心后加緊，用砂輪或金剛石磨輪磨削透鏡的外圓，以獲得滿足圖紙上要求直徑的透鏡，u透鏡的定心方法：光學定心和機械定心4第1節(jié) 透鏡中心誤差的表述及相互關系5一、透鏡中心誤差的表述u它是指光學表面定心頂點處得法線對基準軸的偏離量。u定心頂點是光學表面與基準軸的交點。u透鏡中心誤差用光學表面定心頂點處的法線與基準軸的夾角來度量。6u面傾角x：光學

2、表面定心頂點處的法線與基準軸的夾角。u偏心差c/mm：透鏡幾何軸與光軸在透鏡中心處的偏離量；對于薄透鏡就是透鏡幾何中心對光心的偏離量。7u球心偏a/mm：透鏡光學表面的曲率中心對基準軸的偏離量。u邊厚差t：透鏡邊緣厚度的差值。8二、透鏡中心誤差各種表述之間的關系u1.偏心差與邊厚差之間的關系u2.面傾角與球心偏之間的關系u3.面傾角與偏心差之間的關系u4.偏心差與球心差之間的關系9第2節(jié) 光學法定心10一、表面反射像定心法 雙凹透鏡的定心原理示意圖 定心時，將一光源放在透鏡的前上方A處，轉(zhuǎn)動接頭，根據(jù)非粘結面的光源反射像的跳動來移動透鏡，使其光軸與夾頭軸線重合。當像轉(zhuǎn)到上面，則將透鏡沿著夾頭端

3、面向下移動，像轉(zhuǎn)到下面，則反之，直至像不移動或在允許范圍內(nèi)，即完成定心。11AA表面反射像定心表面反射像定心12 這種定心是用肉眼直接觀察像的跳動，與表示中心誤差的各參量之間沒有直接的關系，但是它的大小反映出透鏡中心誤差的大小。 這種定心方法精度不高，一般為0.05mm左右。但所需的設備簡單，操作方便，適用于單件或小批量生產(chǎn)。13二、球心自準反射像法 1.定心原理 球心自準反射像法定心原理如圖11-3所示。從十字分劃A發(fā)出的光線，由垂直放大率為的光學系統(tǒng)對透鏡的表面曲率中心成像，經(jīng)被檢面球心反射回來的十字像位于分劃板上A處。如果透鏡的球心偏為c，轉(zhuǎn)動透鏡，十字像A亦隨之跳動，像的跳動量為4c。

4、若分劃板的分劃值為b，則允許像A的跳動格數(shù)為m=4c/b14AA被定心透鏡自準顯微鏡的物鏡部分分劃板15 如果像的跳動格數(shù)超過了這個范圍，必須移動透鏡，直至十字像不跳動或在允許的范圍內(nèi)跳動。 定心時，首先必須找出透鏡的校正點。對于透鏡非粘結面，其校正點就是它的曲率中心，而粘結面的校正點位置可用近軸球面折射公式計算。16 然后根據(jù)校正點到透鏡非粘結面的距離，選擇合適的物鏡。 選擇的原則是： 當物鏡的物方焦點置于校正點上時，物鏡與透鏡非粘結面的距離x不小于10mm，以便于操作。 該方法具有較高的定心精度，主要用于小直徑、小曲率半徑的透鏡定心。17三、光學電視定心 如果把透鏡球心成像到一個可視化的顯

5、示屏上，就是所謂的光學電視定心法。 假設電視攝像管的分辨率為N（lp/mm），光學系統(tǒng)的垂軸分辨率為，則通過電視系統(tǒng)觀察透鏡球心像的定心精度P為： P=1/(4N) 該方法的特點：精度高、速度快、減輕了人眼疲勞。1819四、透射像定心法 它是通過觀察透鏡的透射像與幾何軸的偏離來定心的。 將透鏡膠在接頭上，接頭的端面嚴格垂直于機床主軸，即幾何軸。20 定心時，轉(zhuǎn)動透鏡，則通過透鏡透射過來的十字分劃像有跳動，其跳動量表示透鏡像方焦點對基準軸的偏離量，反映出透鏡幾何軸與光軸在透鏡光心處的偏離量。 透鏡的偏心差c： c=bn/2 n：跳動格數(shù) b:分劃板實際格值21五、激光定心法 激光定心儀由三部分組

6、成，即可調(diào)焦的激光器、二維的位置傳感器、電子處理和顯示部分。 其測量原理：從激光發(fā)出的光經(jīng)可調(diào)焦的光學系統(tǒng)通過定心透鏡，在透鏡后用帶可調(diào)千分尺的光電晶體轉(zhuǎn)換器接收光點像，然后將光點像顯示在顯示器上。22 透鏡是夾在兩個空心夾具之間的，激光可以通過，而且是通過透鏡的中心。 通過轉(zhuǎn)動透鏡可以從光點在感光片上的移動確定偏心差是多少。 特點：操作簡單、速度快、精度高。23第3節(jié) 機械法定心24一、定心原理 機械法定心是將透鏡放在一對同軸精度高、端面精確垂直于軸線的接頭之間，利用彈簧壓力夾緊透鏡，根據(jù)力的平衡來實現(xiàn)定心。其中一個接頭可以轉(zhuǎn)動，另一個既能轉(zhuǎn)動又能沿軸向移動。25 當透鏡光軸與機床主軸尚未重

7、合時，如圖11-9所示，假設接頭與透鏡在A點接觸，則接頭施加給透鏡壓力N，方向垂直于透鏡表面。壓力N可分解為垂直于接頭端面的夾緊力F和垂直于軸線的定心力P。26 定心力P將克服透鏡與接頭之間的摩擦力，使透鏡沿垂直于軸線方向移動，夾緊力F將推動透鏡沿軸線方向移動。當透鏡光軸重合時，定心力就達到平衡，即完成定心。27二、定心系數(shù) 光學鏡片在定心之前，可計算定心系統(tǒng)K值來判斷加工的難易度，作為設計工藝與夾具的參考。221141=RDRDK28 定心精度除與機床、接頭精度有關外，與透鏡和接頭之間的摩擦系數(shù)、透鏡的曲率半徑和接頭直徑有關。 摩擦系數(shù)越小，定心精度越高。在接頭直徑不變時，透鏡的曲率半徑越小

8、，定心精度越高。29第4節(jié) 磨邊與倒角工藝30一、磨邊與倒角 1.磨邊方式： 平行磨削：是指磨輪軸線與透鏡軸線平行，磨削效率高，而且易于調(diào)整，是一種最為常見的磨削方式。 傾斜磨削：將磨輪調(diào)整一定的角度，這樣可以改善零件的受力狀況，避免零件受磨輪推力過大而造成脫落。31平行磨削傾斜磨削32 端面磨削：采用磨輪端面磨削玻璃，不存在使零件脫落的作用力，磨削效率高；缺點是容易磨出錐面或非柱面。 垂直磨削：這種磨削方式也不會使零件脫落，而且進刀比較容易。33端面磨削垂直磨削34 2.倒角類別： 保護性倒角+設計性倒角 保護性倒角是為了防止零件在裝配時，尖銳的邊緣被碰破，也防止劃破工人的手。 又分為：成型

9、金剛石倒角、砂輪倒角和倒角模倒角。 倒角寬度與零件直徑和零件類型有關系。3536二、影響定心精度的因素1.機床主軸的徑向跳動 機床主軸徑向跳動會造成透鏡基準軸的位置變化，因此，應使其徑向跳動量小于定心精度。372.接頭 為了保證機械定心的精度，防止接頭劃傷透鏡的通光表面，以及透鏡粘結面的曲率中心與接頭幾何軸重合的程度，接頭應滿足以下要求：38 接頭的幾何軸與機床主軸的重合精度應高于定心精度； 接頭端面應與幾何軸線嚴格垂直； 接頭端面應光滑，不能擦傷透鏡表面，端面粗糙度為0.16以上； 接頭外徑應比定心透鏡名義直徑小0.15-0.30mm，并帶有通氣小孔，接頭壁厚一般為1mm；39 接頭具有一定

10、的剛度，光學法定心接頭用黃銅，機械法定心接頭可用黃銅或45號鋼。 對于機械法定心，夾持透鏡的兩個主軸的同軸度也有要求，一般為0.0050.010mm。一般接頭外徑比透鏡完工直徑小0.20.4mm。40 3.定心角 對于機械定心，除了上述兩個影響因素外，透鏡與接頭的摩擦系數(shù)、透鏡的曲率半徑以及接頭直徑對定心精度也有影響。 透鏡與接頭的摩擦系數(shù)越小，定心精度越高，而摩擦系數(shù)又與潤滑液種類有關；41 在接頭直徑不變時，透鏡的曲率半徑越小，定心精度越高。 對于彎月透鏡，可使曲率半徑較小的一面對直徑較大的接頭，曲率半徑較大的一面對直徑較小的接頭，以提高定心精度。42三、影響定心的工藝因素1.磨輪 透鏡的

11、定心磨邊通常采用金剛石砂輪或碳化硅砂輪，加工光學玻璃常用青銅結合劑，加工晶體可以用樹脂結合劑。 其磨料粒度按透鏡的直徑大小選擇，對于大直徑透鏡，采用180#，小直徑透鏡采用240#或280#。43 磨輪的轉(zhuǎn)速與透鏡的直徑有關系，直徑越大，轉(zhuǎn)速越高，一般為1535m/s。442.粘結膠 它的主要成分是松香和蟲膠漆，還有少量的蜂蠟和礦物油。需滿足以下要求：1）足夠的強度，以保證透鏡不會從接頭上脫落2）軟化點低，以便稍加熱即可調(diào)節(jié)透鏡的位置3）磨邊后，容易清洗透鏡和接頭4）良好地化學穩(wěn)定性，不致腐蝕磨邊透鏡453.冷卻液 它可分為油性和水性，具有粘度低、冷卻性強、潤滑性好等特點。同時不損害皮膚，對機床設備無腐蝕，對環(huán)境無污染。 一般采用401#冷卻液、GX水基冷卻液等。 另透鏡的磨邊一般都是