R209.08mm球面標(biāo)準(zhǔn)樣板設(shè)計(jì)與加工

目錄TOC\o"1-3"\h\u第一章緒論 51.1光學(xué)樣板的重要性 51.2球面樣板的應(yīng)用 51.3球面標(biāo)準(zhǔn)樣板 6第二章球面標(biāo)準(zhǔn)樣板設(shè)計(jì) 82.1球面加工各工序曲率半徑的工藝設(shè)計(jì)原則 82.1.1球面的余弦磨削 82.1.2球面的均勻磨削 92.1.3球面的均勻磨削和余弦磨削在光學(xué)冷加工中的應(yīng)用 102.1.4球面加工各工序曲率半徑的配合 102.2在單件加工透鏡球面在各工序測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)原則 102.2.1球面加工各工序曲率半徑設(shè)計(jì)的順序 112.2.2球面加工各工序曲率半徑計(jì)算過程之一 112.2.3球面加工各工序曲率半徑計(jì)算過程之二 112.3球面加工各工序曲率半徑計(jì)算過程的修正方法 122.3.1實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)還注意的事項(xiàng) 122.3.2解決這些問題的方法 122.4球面標(biāo)準(zhǔn)樣板的尺寸選擇 132.5球面樣板精度設(shè)計(jì) 132.6注意事項(xiàng) 13第三章球面樣板的制造 143.1球體的磨制 143.2弧形樣板的制造 15第四章球面樣板的曲率半徑 184.1球面曲率半徑的允差 184.2誤差分析 18第五章樣板的精度分析與檢驗(yàn) 205.1球面樣板的精度分析 205.2球面樣板的精度檢驗(yàn) 21結(jié)論 22參考文獻(xiàn) 35致謝 36第一章緒論1.1光學(xué)樣板的重要性光學(xué)模板簡稱為模板，是光學(xué)部件制造過程中使用最廣泛，最方便的精密測(cè)量工具。根據(jù)目的，模板可以分為標(biāo)準(zhǔn)模板和工作模板。前者用于復(fù)制工作模板，后者用于測(cè)試生產(chǎn)中的光學(xué)元件。根據(jù)形狀的不同，可以分為球體模板，平面模板，圓柱體模板等。模板的質(zhì)量直接影響光學(xué)元件表面的精度并影響光學(xué)系統(tǒng)的成像。模板的質(zhì)量在光學(xué)元件的制造中起著重要的作用。質(zhì)量。因此，在制造光學(xué)元件的技術(shù)準(zhǔn)備階段，必須設(shè)計(jì)和制造一系列標(biāo)準(zhǔn)模板和一定數(shù)量的工作模板。1.2球面樣板的應(yīng)用圖（1.1）光學(xué)模板是人造熔融石英光學(xué)板之一，并且經(jīng)常用作平面元件平面度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)表面。這也被稱為牛頓模式，日本公司也被稱為原創(chuàng)。光學(xué)平板上出現(xiàn)牛頓環(huán)，并根據(jù)牛頓環(huán)的數(shù)量和形狀測(cè)量和測(cè)量待測(cè)設(shè)備的表面精度。牛頓環(huán)是兩個(gè)表面間的間隙引起的干涉條紋。一個(gè)間隔相當(dāng)于測(cè)量波長的一半。(牛頓環(huán)法)每個(gè)光學(xué)樣板都被放置在一個(gè)保護(hù)木盒內(nèi)，并附有實(shí)測(cè)的干涉條紋照片和表面形狀數(shù)。1.3球面標(biāo)準(zhǔn)樣板在加工球形零件時(shí)，通常通過與光學(xué)模板的比較確保曲率半徑的精度。光學(xué)模板是一種復(fù)雜的光學(xué)計(jì)量設(shè)備，可以分為工作模板和標(biāo)準(zhǔn)模板。圖（1.2）在制造曲率半徑小于35毫米的球面標(biāo)準(zhǔn)樣板時(shí)，通常直接加工成玻璃球或者超半球形狀。用精度為0.001毫米的千分尺直接測(cè)量出球的直徑。圖（1.3）其它標(biāo)準(zhǔn)樣板的曲率半徑由環(huán)形球徑儀來測(cè)量。根據(jù)您的要求創(chuàng)思可以設(shè)計(jì)和加工A或B級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)樣板。選擇精度等級(jí)，確定曲率半徑公差范圍樣板精度允差值：（GB1240-76）精度等級(jí)球面標(biāo)準(zhǔn)樣板曲率半徑R（mm）0.5-5>5-10>10-35>35-350>350-1000>1000-40000允差（±）微米樣板曲率半徑R的百分?jǐn)?shù)A0.51.02.00.020.030.03R1000B1.03.05.00.030.050.05R1000表（1.1）確定球面的矢高理論值h

式中：R-球面半徑

:D-通過鋼球中心的圓周直徑；

:h-鋼球頂點(diǎn)所決定的平面到球面頂點(diǎn)的距離；

:ρ-鋼球半徑（測(cè)凸面取"+"，測(cè)凹面取"-"）確定球面的矢高公差Δh，見圖（1.4）所示：

式中：ΔR-半徑允差值

圖（1.4）第二章球面標(biāo)準(zhǔn)樣板設(shè)計(jì)2.1球面加工各工序曲率半徑的工藝設(shè)計(jì)原則加工扁平零件時(shí)，每道工序中精加工的表面都是一個(gè)平坦的表面，這樣表面的所有部分都可以被均勻地去除。當(dāng)處理球形零件時(shí)，每道工序中的表面應(yīng)該如何處理？下面我們討論。2.1.1球面的余弦磨削在平坦化的過程中，我們?cè)诓桓淖兦拾霃降那闆r下研磨球體，最終它仍然具有相同的球體，球體上的點(diǎn)的尺寸向下一致，并且新的球體均勻加工。表面處理量真的很統(tǒng)一？當(dāng)加工曲率半徑為R的凸球面時(shí)，如果加工前的曲率半徑也是R，則加工量為△。在加工前后，如上所示，球面初始曲率半徑為R，旋轉(zhuǎn)為圍繞Y軸進(jìn)行磨削。在中心Y軸方向上具有Y的研磨量之后，形成具有曲率半徑R的新球面，并且球體的中心是O1。沿著Y軸移動(dòng)到O2，原球面參加研磨的各點(diǎn)沿Y軸移動(dòng)量都是△。由于球體的大小在球體上向下移除，因此主觀地認(rèn)為球體被均勻地移除并且球體應(yīng)該被如此處理。事實(shí)上，在球體部件的表面處理之后的缺陷深度在而不是在垂直軸的方向上，并且球面的去除量也應(yīng)該在徑向上計(jì)算。當(dāng)球面角度小時(shí)，徑向和軸向之間的差異小，但球面角較大時(shí)差異明顯。去除球面是基于從一個(gè)球面上的每個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)球面上的相應(yīng)點(diǎn)的最小距離對(duì)應(yīng)的點(diǎn)之間的距離。當(dāng)加工量遠(yuǎn)小于球面的曲率半徑時(shí)，可以使用兩個(gè)球面之間的距離來計(jì)算距離?，F(xiàn)在我們來討論張角γ方向的去除量。球面的去除情況如圖所示，O1A為原球面的半徑R，與新球面交于B，O2B為新面的半徑R，C為B點(diǎn)在Y軸上的垂點(diǎn)，γ1、γ為A、B點(diǎn)對(duì)兩球面的張角。O1A=O2B=R，BC=Rsinγ，O2C=Rcosγ，O1C=Rcosγ-△，公式見《常用公式推導(dǎo)》從我們推導(dǎo)出的公式δ=△COSγ可以看出，球面的徑向去除量隨張角的增加而減少并成余弦函數(shù)分布。因此，我們正在研磨一個(gè)球體而不改變其稱作余弦研磨的曲率半徑。該公式不僅適用于凸面，而且適用于凹面。該結(jié)論告訴我們，當(dāng)處理球面時(shí)，以每個(gè)過程的曲率半徑恒定的方式處理球面是有問題的。球體中心的缺陷被去除，并且不能保證球體邊緣的缺陷被去除，因?yàn)榍蝮w邊緣的去除小于中間，特別是在大的球形開口角度的情況下。所有球形邊緣缺陷被去除，球心的去除將會(huì)非常大，所以在工藝設(shè)計(jì)上是不合理的。請(qǐng)注意，球形余弦磨削方程是一個(gè)近似值，而不是一個(gè)精確的公式，因?yàn)槿绻h(yuǎn)小于球面曲率半徑，則可以得出它。當(dāng)去除量較大或球面曲率半徑較小時(shí)，與實(shí)際計(jì)算結(jié)果有較大差異。另外請(qǐng)注意，如果處理的球是半球或半球，則會(huì)發(fā)生其他不同的結(jié)果。2.1.2球面的均勻磨削在球面被均勻去除之后，曲率半徑如何變化？我們?cè)O(shè)想有一個(gè)球體，原先的曲率半徑為R1，球體被均勻的去除深度Δ后，新球體的曲率半徑為R2。R2和R1的關(guān)系是：R2=R1-Δ。我們可以得出的結(jié)論是：在加工凸球面時(shí)，在球形均勻去除為Δ之后，我們需要得到一個(gè)曲率半徑為R2的球體，在處理前，球面的曲率半徑應(yīng)該是R1=R2+Δ。當(dāng)處理凹球面時(shí)，如果球的均勻去除為Δ，則獲得具有曲率半徑R2的球面，在處理之前，球面的曲率半徑應(yīng)為R1=R2-Δ。2.1.3球面的均勻磨削和余弦磨削在光學(xué)冷加工中的應(yīng)用在球磨，精磨和拋光的工藝設(shè)計(jì)中，每道工序的曲率半徑必須在均勻磨削的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。在粗磨的情況下，細(xì)磨和拋光過程中，模具表面的磨損優(yōu)選為余弦磨損。在返工時(shí)，單透鏡球體的加工體積是余弦磨削。球面加工后的過度磨削加工設(shè)計(jì)尺寸也屬于余弦磨削。2.1.4球面加工各工序曲率半徑的配合透鏡表面處理通常有四個(gè)研磨步驟，精細(xì)研磨，超級(jí)研磨和拋光，精磨加工量為Δ2、超精磨加工量為Δ3、拋光量為Δ4，假定銑磨后曲率半徑為R1、精磨后曲率半徑為R2、超精磨后曲率半徑為R3，拋光后曲率半徑為R4。因此得出：R3=R4±Δ4，R2=R3±Δ3，R1=R2±Δ2。式中：“+”表示為凸面，“-”表示為凹面。這是每個(gè)過程曲率半徑的過程參數(shù)的計(jì)算原理。在實(shí)際加工過程中，直接測(cè)量球面曲率半徑是非常困難的，所以通常采用比較法進(jìn)行測(cè)量。2.2在單件加工透鏡球面在各工序測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)原則球面鏡片精度檢測(cè)的一般方法是拋光和超級(jí)拋光。使用球形玻璃模板干涉儀檢查孔的數(shù)量并使用球形高度環(huán)法測(cè)量高度。兩種方法都通過測(cè)量檢測(cè)到的球體和參考球體之間的矢量高度差來測(cè)量曲率半徑的偏差。其中，干涉測(cè)量方法的測(cè)量精度較高，條件是表面應(yīng)光滑反射。由于需要進(jìn)行兩次表面接觸測(cè)量，因此很容易劃傷或破碎表面。盡管矢量高度法的高度測(cè)量精度相對(duì)較低，但測(cè)量工具具有很強(qiáng)的通用性，對(duì)表面粗糙度沒有嚴(yán)格的要求。2.2.1球面加工各工序曲率半徑設(shè)計(jì)的順序當(dāng)設(shè)計(jì)球面加工中每個(gè)工藝的曲率半徑時(shí)，必須按照從后到前的順序計(jì)算，即先計(jì)算拋光后的曲率半徑，再計(jì)算超精加工后的曲率半徑，精磨和銑削按順序計(jì)算。由于球體的最后一次操作是在拋光之后完成的，因此可以根據(jù)鏡頭參考要求確定鏡頭參數(shù)。其他工藝基于下一個(gè)工藝要求和加工余量以及工藝尺寸。2.2.2球面加工各工序曲率半徑計(jì)算過程一設(shè)：鏡片圖中球面的標(biāo)稱曲率半徑為R0，拋光后孔徑數(shù)的中心值為N0，檢測(cè)孔徑的波長為λ，工作模板的孔徑為Ny，孔徑的球面是Dj，球面環(huán)的工作直徑D0。2.2.3球面加工各工序曲率半徑計(jì)算過程二在銑削，研磨和拋光時(shí)，透鏡的外徑通常大于透鏡的成品尺寸。最準(zhǔn)確的說法是：“球面的加工直徑大于鏡片成品球面的直徑”。設(shè)：球完成后球的直徑為Dj，球的直徑球體是D。當(dāng)球面光學(xué)模板的球面大于球面加工過程的大小時(shí)。則設(shè)：球面光學(xué)樣板的球面口徑為Dy。當(dāng)球面光學(xué)樣板的與球面對(duì)板的光圈不為零時(shí)，則設(shè)：球面光學(xué)樣板的光圈為Ny。測(cè)量銑磨和精磨時(shí)的參考球面的光圈也不為零，由于其偏差通常小于0.001mm，千分表的測(cè)量精度是0.001mm，所以在銑磨和精磨測(cè)量矢高差時(shí)，參考球面的誤差可以忽略不計(jì)。2.3球面加工各工序曲率半徑計(jì)算過程的修正方法2.3.1實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)還注意的事項(xiàng)以上是計(jì)算球面加工各工序曲率半徑的原理。如果將上述公式的計(jì)算結(jié)果用于直接生產(chǎn)，存在很多困難，我們甚至無法處理。因此，上述計(jì)算過程與實(shí)際應(yīng)用存在較大差距，需要對(duì)過程進(jìn)行修改。我們必須特別注意以下幾點(diǎn)：1）最突出的問題是當(dāng)球體的相對(duì)口徑較大時(shí)，每個(gè)過程的球體之間的矢量高度的計(jì)算是非常不同的，并且研磨和初始精磨之間的高度差可能特別大，所以初始精度當(dāng)鏡片在打磨時(shí)劇烈跳動(dòng)時(shí)，球形邊緣的邊緣被打破，鏡片就報(bào)廢了。2）當(dāng)球體的相對(duì)孔徑較小時(shí)，每個(gè)操作的球體之間的矢狀高度差很小，有時(shí)幾乎為零。在透鏡研磨和拋光過程中，必須同時(shí)在邊緣處處理整個(gè)球體，以確保整個(gè)球體被對(duì)稱加工。如果首先接觸中心，球形表面傾向于磨損，而加工量大，另一側(cè)的加工量小，獲得表面缺陷，并且邊緣厚度差異也被放大。3）由于加工精度的限制以及各工藝球形精度（開口數(shù)量和高度差）的經(jīng)濟(jì)性，球形表面的開度和高度差不能準(zhǔn)確處理，只能在一定程度上加工。在某些情況下，兩個(gè)過程之間的球面精度公差會(huì)影響鏡片邊緣加工余量的設(shè)計(jì)。2.3.2解決問題的方法為了解決上述問題，有必要首先評(píng)估我們的加工技術(shù)水平，確定每個(gè)工藝的合理的球形精度公差，并計(jì)算每個(gè)工藝的曲率半徑和中心厚度。同時(shí)，有必要考慮過程設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。2.4球面標(biāo)準(zhǔn)樣板的尺寸選擇球形模板設(shè)計(jì)應(yīng)按照滿足使用要求和確保測(cè)量精度的原則確定。球面工作樣板的尺寸應(yīng)比透鏡每邊大約0.5～1毫米。厚度則根據(jù)曲率半徑的大小適當(dāng)確定。一般的話：凸樣板邊緣厚度不小于10～15mm凹樣板中心后度不小于12～18mm球面標(biāo)準(zhǔn)樣板的長和寬應(yīng)略比工作樣板大些，厚度與工作樣板基本相同。表面粗糙度，測(cè)量面粗糙度為14，觀察面粗糙度為12，非工作面粗糙度5。2.5球面樣板精度設(shè)計(jì)球面是可用光學(xué)樣板來檢驗(yàn)的球面。根據(jù)一般實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，柱面標(biāo)準(zhǔn)樣板的精度等級(jí)分為A、B兩個(gè)等級(jí)（見表2-2）。表2-2球面標(biāo)準(zhǔn)樣板精度等級(jí)（△R）A△R/R±0.03%~±0.3%B△R/R±0.05%~±0.5%球面標(biāo)準(zhǔn)樣板精度等級(jí)定為A級(jí)2.6注意事項(xiàng)在實(shí)際的工藝設(shè)計(jì)中，這個(gè)計(jì)算是每個(gè)工藝尺寸的初始設(shè)計(jì)。這里沒有增加一些特殊形狀的部件和特殊的材料部分，在實(shí)際工作中我們要根據(jù)具體情況討論并制定具體的工藝設(shè)計(jì)方法。球形加工余量的大小不僅與表面粗糙度有關(guān)，而且與球形加工精度有關(guān)，加工余量越小，生產(chǎn)效率越高。同時(shí)，上工序的加工精度越高，上工序的難度越大，工廠的加工水平也有很大影響，工藝設(shè)計(jì)必須在實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)施。第三章球面樣板的制造3.1球體的磨制在制造一般模型時(shí)，使用球形儀來測(cè)量弧矢高度以確保模板曲率半徑的準(zhǔn)確性。但是，使用曲率半徑小于35毫米的標(biāo)準(zhǔn)模板難以達(dá)到A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。因此，在制作這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型時(shí)，我們通常會(huì)開發(fā)一個(gè)全局體，然后設(shè)置凸凹模板。球體的的半徑可用百分尺，立式光學(xué)計(jì)、烏氏干涉儀做精確測(cè)定。球體在傳輸曲率半徑方面發(fā)揮著作用。它具有比球形儀更高的精度。條件允許時(shí)，可以將球形鋼坯制造成球體。球體的最小直徑比成品尺寸大0.7-1mm。如果使用塊體坯料，則應(yīng)將其磨成方形。其側(cè)面的長度大于球的最終直徑0.7-1mm，先磨去八角，然后開始滾圓。球形滾圓一般使用圓柱形工具，其外徑約為球直徑的0.8倍，壁厚為1-2mm。在精磨機(jī)的主軸上安裝圓柱體，并將圓柱體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。接下來，用兩根手指水平并交叉旋轉(zhuǎn)球體，具體如下圖所示。并添加磨料使磨球在磨料上滾動(dòng)。在加工過程中應(yīng)始終檢查球體的圓度。在磨制球體時(shí)，第一道砂用180，磨到直徑比完工尺寸大0.4-0.7mm；第二道砂用280，磨到直徑比完工尺寸大0.2-0.3mm；第三道砂用W47或W28,磨到直徑余量為0.006-0.008mm后開始拋光。在拋光圓柱體的端面上涂上一層拋光膏可以作為拋光板使用，并且拋光球本身也可以進(jìn)行拋光。拋光過程中手轉(zhuǎn)動(dòng)球的方向與打磨相同。保持拋光，直到尺寸符合要求。3.2弧形樣板的制造弧形標(biāo)準(zhǔn)樣板的下料和粗磨與一般零件相同，粗磨后，表面砂眼一般不低于W28的磨砂面，曲率半徑可用金屬樣板或簡易球徑儀檢查。一般矢高誤差Δh不超出0.2-0.3mm，檢查合格后即可精磨。首先，研磨和拋光球形標(biāo)準(zhǔn)模板的非測(cè)量表面（平面或球體），并將標(biāo)準(zhǔn)模板的曲率半徑刻在拋光平面上。取比標(biāo)準(zhǔn)樣板直徑小的平?；蚪宇^，用柏油粘在毛坯的表面上。凸模一般采用平模，凹樣板用環(huán)狀帶螺紋的接頭粘接。標(biāo)準(zhǔn)模板的精磨是成對(duì)進(jìn)行的，即凸凹模板同時(shí)加工。如果凸板在主軸上旋轉(zhuǎn)，則凹板在凸板上擺動(dòng)。結(jié)果，凸板邊緣被磨損。因此，無論凸板還是凹板增加矢量高度，曲率半徑都會(huì)減小。樣板對(duì)磨相反，凹凸模板交換位置，結(jié)果是矢量高度h減小，曲率半徑增大?？梢钥闯?，當(dāng)測(cè)量矢量的高度較高時(shí)，如果h的值為太小，凸?？梢苑旁谙旅?否則，情況正好相反。其他條件如主軸轉(zhuǎn)速，擺動(dòng)，壓力等工藝因素，與一般磨削一樣。“樣板對(duì)”磨到矢高符合要求再進(jìn)行粗拋光。當(dāng)用球形儀測(cè)量矢量高度時(shí)，首先從標(biāo)準(zhǔn)半徑確定標(biāo)準(zhǔn)高度，然后將測(cè)得的矢量高度與它比較。如果測(cè)量矢量的高度大于標(biāo)準(zhǔn)矢量高度，則半徑更小;否則，半徑較大，然后進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和修改。曲面球面標(biāo)準(zhǔn)模板的拋光模具應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)模板的曲率半徑相同，其直徑應(yīng)略大于模板的直徑。在拋光時(shí)，如果矢量高度滿足要求，但當(dāng)凹凸模型相互檢查時(shí)，光圈是錯(cuò)誤的，例如低N環(huán)，此時(shí)凸模板和凹模板可以變?yōu)楦逳|2環(huán)，則弧高值保持不變。如果精細(xì)研磨和粗加工后的高度有偏差，并且光圈不正確，則修改光圈和改變矢量高度。通常，對(duì)于每個(gè)光圈變化，矢量高度會(huì)改變0.25μm。也就是說，如果凸孔改變到更高的孔徑或者凹孔降低到更低的值，那么矢狀面的高度應(yīng)該增加0.25μm。相反，當(dāng)凸面降低一圈時(shí)，或當(dāng)凹面改變?yōu)楦呷r(shí)，弧矢高度減小0.25μm。例如，凸凹表面的高度應(yīng)該增加0.5μm。當(dāng)凸面和凹面相互檢測(cè)時(shí)，光圈為6圈以下。此時(shí)，考慮將凸面提升到2個(gè)圓以達(dá)到增加矢量高度0.5μm的目的。這樣，凸凹表面仍然低4個(gè)圓，所以凸凹表面分別變?yōu)?個(gè)圓，解決了4個(gè)孔徑下孔徑的問題?；肿３植蛔儯@樣就滿足了高度要求并改變光圈。對(duì)板互檢時(shí)，局部誤差屬于哪一塊，這可以利用兩塊樣板做相對(duì)移動(dòng)來判斷。若局部誤差隨移動(dòng)的那塊樣板而動(dòng)，則光圈的局部誤差就屬于這塊移動(dòng)的樣板。對(duì)光圈誤差修改到很小時(shí)，每次檢查都要有一定的定溫時(shí)間，以減少熱變形對(duì)光圈的影響。樣板直徑越大，定溫時(shí)間就越長。每次修改時(shí)間應(yīng)該很短以避免超出光圈。球面標(biāo)準(zhǔn)樣板制造完成后，一般不用于檢查零件，而是依據(jù)它套制工作樣板，檢驗(yàn)零件光圈是用工作樣板。工作樣板不必成對(duì)制造，可以根據(jù)需求，復(fù)制一塊凸的或凹的即可。光學(xué)樣板的材料，應(yīng)具有高硬度，低線膨脹系數(shù)，小應(yīng)力等。常用的材料有：硬質(zhì)玻璃K9、QK2、K4。最理想的材料是石英玻璃，硬度高，但價(jià)格昂貴。制造標(biāo)準(zhǔn)球面樣板時(shí)的檢測(cè)儀器，主要是球徑儀。近年出現(xiàn)的新型檢測(cè)儀器有激光球面干涉儀及激光全息球面干涉儀等。對(duì)于特大曲率半徑的球面，可使用刀口儀檢測(cè)。第四章球面樣板的曲率半徑4.1球面曲率半徑的允差球體模板的曲率半徑與光學(xué)部件的標(biāo)稱曲率半徑相同。它是由設(shè)計(jì)計(jì)算得出的半徑值。這個(gè)標(biāo)稱值通常被集中到數(shù)字光學(xué)曲面半徑標(biāo)準(zhǔn)系列中規(guī)定的值中。這樣一來，半徑的允差就有很大的變化。例如根據(jù)WT標(biāo)準(zhǔn)，就其最密的1000系列來看，其△R∕R＝0.23℅，而通常光學(xué)樣板的曲率半徑允差要求不低于△R∕R＝0.23℅。兩者相比，約差一個(gè)數(shù)量級(jí)。從幾何光學(xué)的角度來看，焦距的要求一般不是很嚴(yán)格，誤差通常為±1％。然而，也有一些要求非常苛刻的部分，如長焦距大口徑攝影物鏡等，并且要去除曲率半徑的公差需要達(dá)到0.01％。否則，成像質(zhì)量和焦距將受到顯著影響。因此，考慮到設(shè)計(jì)的需要以及制造過程和測(cè)量方法的可能性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于不同的曲率半徑應(yīng)該給出不同的允差。1.R0.5～35區(qū)間的半徑允差這一區(qū)間的基準(zhǔn)凸樣板一般都會(huì)做成超半球或者全球型，在制造中多采用指示千分尺或立式光學(xué)比較儀測(cè)量其直徑控制半徑R的誤差，其精度一般可達(dá)到微米數(shù)量級(jí)。所以本區(qū)間的半徑允差直接以絕對(duì)值“微米”表示。如果他們的直徑磨制的很規(guī)則，那么，套制出來的工作樣板的半徑精度一定會(huì)很高。2.35﹤R﹤4000區(qū)間的半徑允差在35﹤R﹤4000區(qū)間的樣板一般都做成弧形。其實(shí)際半徑通常先用球徑儀測(cè)出矢高，再用球徑公式換算得出，其允差采用相對(duì)誤差形式△R∕R℅表示。4.2誤差分析在制造過程中△R會(huì)產(chǎn)生四個(gè)方面的誤差。1)測(cè)量誤差△Rc由上圖求出球徑公式R＝(r2／2h)＋H／2全微分得dR＝(r／h)dr＋1／2(1-r3／h3)dh有此可得環(huán)形球徑儀的測(cè)量誤差：△Rc≤（r／h）△rc＋[1-(r／h)2]△hc2)矢高的制造誤差△Rb將球徑公式中的變量微分，整理后可導(dǎo)出矢高制造誤差：Rb＝{1＋1／1-(r／R)2}△Rz式中:△Rz制造標(biāo)準(zhǔn)樣板時(shí)所控制的矢高。由計(jì)算得到的名義矢高和制造測(cè)量矢高的偏差稱作矢高的制造誤差，用R表示。引起半徑偏離名義值的誤差，即半徑偏差用D表示。4.3標(biāo)準(zhǔn)樣板的光圈誤差△RNB制造標(biāo)準(zhǔn)樣板時(shí)因凸、凹兩塊樣板的半徑不可能完全一制而產(chǎn)生的半徑偏差，用△RNB表示，欲將其換成曲率半徑誤差時(shí)，可變量微分，令r＝D／2＞△h=Nαλ[1+(2R／D)2]式中：Nα標(biāo)準(zhǔn)樣板的光圈數(shù)D標(biāo)準(zhǔn)樣板的直徑λ波長4.4工作樣板的光圈誤差△RNG將Nα換算成半徑偏差，則：RNG＝NGλ／2{1＋1／1-(r／R)2}式中NG工作樣板的光圈數(shù)D標(biāo)準(zhǔn)樣板的直徑λ波長上述錯(cuò)誤是標(biāo)準(zhǔn)模型柱面誤差。通過分析可知，可觀測(cè)誤差值和測(cè)量誤差最大，可達(dá)到容差的1/2或更多；由標(biāo)準(zhǔn)模板的孔徑誤差和工作模板的孔徑誤差引起的半徑偏差是不可忽略的誤差。第五章樣板的精度分析與檢驗(yàn)5.1球面樣板的精度分析在光學(xué)零件的制造過程中，由于弗勞恩霍夫首次使用光波干涉原理來創(chuàng)建一個(gè)簡單實(shí)用的光學(xué)模型，盡管人們一直試圖以高精度和難加工來代替這種光學(xué)模型，但從經(jīng)濟(jì)角度而言目前，盡管全息模板（使用全息圖的光學(xué)元件的非接觸式檢測(cè)）已經(jīng)出現(xiàn)，但它的使用還為時(shí)過早。因此，仍然有必要討論光學(xué)模板精度的分布規(guī)律和一些基本處理方法以促進(jìn)生產(chǎn)。光學(xué)模板分為兩種類型，即標(biāo)準(zhǔn)模板和工作模板，第一種形式是創(chuàng)建工作模板的基礎(chǔ)。為確保曲率半徑和表面形狀的準(zhǔn)確性，標(biāo)準(zhǔn)模板必須成對(duì)制造；后者是一種基本的測(cè)量工具，它可以直接用于檢測(cè)光學(xué)部件，即曲率半徑和光學(xué)部件的表面形狀。光學(xué)模板的精度是光學(xué)元件加工的重要因素，考慮到圖像質(zhì)量，生產(chǎn)效率和光學(xué)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，兩個(gè)精度等級(jí)A和B在國家標(biāo)準(zhǔn)GB1240-76中規(guī)定如下表。精度等級(jí)球面標(biāo)準(zhǔn)樣板曲率半徑R（mm）0.5～5＞5～10＞10～35＞35～350＞350～1000＞1000～4000允差（±）微米樣板曲率半徑R的百分比A0.51.02.00.020.030.03R／1000B1.03.05.00.030.050.03R／1000曲率半徑R（mm）0.5～750＞750～40000－精度等級(jí)ABABABN0.51.00.20.50.050.10△N0.15.2球面樣板的精度檢驗(yàn)我們通過分析隨變化的曲線和隨變化的曲線發(fā)現(xiàn)：曲率半徑與樣板的誤差變化的趨勢(shì)是一致的。下面我們對(duì)不同曲率半徑樣板的誤差分配做一下討論：在R0.5mm-R35mm內(nèi)，各種誤差與允許誤差的近似比例通過分析顯示，對(duì)于A級(jí)精度的標(biāo)準(zhǔn)模型，該范圍的測(cè)量誤差通常約為公差的1/2，并且標(biāo)準(zhǔn)模型的孔徑誤差占公差的1/10。即使更小，這種分布也是合理的。在35mm<R<4000mm的范圍內(nèi)，測(cè)量誤差約占A級(jí)精度公差的3/4。此時(shí)，矢量高度的制造誤差只能達(dá)到公差的1/5，標(biāo)準(zhǔn)模型的孔徑誤差仍為1/10.此時(shí)在采取措施降低測(cè)量誤差的情況下，上限后模型精度基本保證。在R>4000mm的范圍，柱徑儀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣板已不合理。結(jié)論中國的光學(xué)設(shè)備加工技術(shù)歷史悠久，規(guī)?；a(chǎn)，工藝流程齊全，是在新中國成立后成立的。在發(fā)布之前使用了冷卻處理技術(shù)，但缺乏完整性。解放后，經(jīng)過輕工行業(yè)利益相關(guān)方和員工的不懈努力，我們逐步形成了比較完整的加工方式。在二十世紀(jì)五十年代初期，眼鏡行業(yè)已經(jīng)過時(shí)并且退卻。進(jìn)入第一個(gè)五年計(jì)劃后，加工技術(shù)主要基于“蘇聯(lián)”進(jìn)程。該設(shè)備也被蘇聯(lián)使用，并根據(jù)“蘇聯(lián)”圖紙制造。在二十世紀(jì)六十年代初，由于設(shè)備和工藝的改進(jìn)，加工效率大大提高，但后來受政治形勢(shì)的影響，光學(xué)工藝創(chuàng)新受到影響，工藝才剛剛奏效。眼鏡行業(yè)已經(jīng)意識(shí)到冷光加工的“季銨化”，為光學(xué)儀器的生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二十世紀(jì)八十年代針對(duì)當(dāng)時(shí)民用光學(xué)儀器生產(chǎn)，又提出了光學(xué)零件制造的新四化，即拋光高速化，清洗超聲化，輔助工序機(jī)械化和輔料商品化。“新四化”，雖然受到了管理體制改變的影響，在研制設(shè)備和進(jìn)行工藝科研的時(shí)間和深度不夠理想，但也全部實(shí)現(xiàn)了。在20世紀(jì)80年代，重點(diǎn)是光學(xué)處理機(jī)制和技術(shù)因素的研究和討論。在研究人員和工作小組的努力下，他們都取得了理想的科研成果。在光學(xué)擺研磨和光學(xué)零件加工中，不同等級(jí)的玻璃和不同的結(jié)合劑顆粒之間的合理匹配在光學(xué)加工方面取得了突破，這些科研成果在光學(xué)加工行業(yè)中發(fā)揮了重要作用。為了進(jìn)一步提高光學(xué)加工的研究水平，我們奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為新的創(chuàng)新開辟了道路。進(jìn)入90年代后，中國眼鏡行業(yè)取得了較大進(jìn)展。這是由于光學(xué)產(chǎn)品的出口，光學(xué)工藝也經(jīng)歷了更大的變化和進(jìn)步。我們受到數(shù)十年光盤加工的沖擊，單元光學(xué)加工一直是光學(xué)量產(chǎn)的主導(dǎo)。本世紀(jì)初，中國光學(xué)制造業(yè)取得輝煌業(yè)績，已進(jìn)入發(fā)展高峰期，形成了強(qiáng)大的生產(chǎn)能力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國光學(xué)制造能力每年超過5億，這當(dāng)然不包括幾家小型私營企業(yè)的生產(chǎn)能力，在亞洲或全球，最佳的中國光學(xué)加工能力應(yīng)該是最好的之一，但我們的技術(shù)有點(diǎn)落后。主要在高精度元件不能量產(chǎn)，大多數(shù)公司不能長期穩(wěn)定生產(chǎn)，不能生產(chǎn)高精度的特種光學(xué)元件。造成這種現(xiàn)象的原因主要有以下幾個(gè)方面：a。技術(shù)規(guī)范執(zhí)行不力。b。沒有專門工藝研究和工藝設(shè)備的研發(fā)單位。c。沒有行業(yè)規(guī)定。d。沒有軟件貿(mào)易公司，沒有“光學(xué)工程”承包商。從光學(xué)加工技術(shù)的發(fā)展來看，中國的光學(xué)加工技術(shù)分為兩大支柱。一個(gè)是德國工廠從原來的五十三工廠繼承的加工技術(shù)?；旧希媾R寬松粗糙和經(jīng)典的拋光;另一個(gè)分支是新中國成立后引入的蘇聯(lián)加工技術(shù)，以支持156個(gè)重建項(xiàng)目。它由粗磨，經(jīng)典和半拋光拋光，彈性橡膠盤，瀝青拋光模具自動(dòng)對(duì)中并確定觸摸。從經(jīng)典方法到粗加工機(jī)械化和半球形核心拋光的過渡是光學(xué)制造業(yè)的一個(gè)重大變化。武器工業(yè)“739”大會(huì)在推動(dòng)光學(xué)工藝改革中發(fā)揮了重要作用。七十年代中期是中國光學(xué)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生重大變化的時(shí)期。二十世紀(jì)八十年代，光學(xué)制造業(yè)在從光盤加工到單件加工的技術(shù)上經(jīng)歷了巨大的變化。三、技術(shù)引進(jìn)對(duì)我國光學(xué)加工的促進(jìn)我們的大部分光學(xué)加工設(shè)備和技術(shù)均從日本，德國和韓國進(jìn)口，部分從英國和美國進(jìn)口。四、光學(xué)加工實(shí)力及存在問題隨著光電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)后會(huì)有更大的發(fā)展和豐富，光學(xué)加工行業(yè)也存在一些問題，主要問題有：a.光伏產(chǎn)業(yè)取得了長足的發(fā)展，并開發(fā)了許多具有世界先進(jìn)水平的產(chǎn)品。雖然產(chǎn)品開發(fā)成熟，但很難進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，主要原因是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)分離，不合作我們對(duì)這個(gè)過程的調(diào)查仍然很淺，光學(xué)處理過程中還沒有形成完整的過程系統(tǒng)。b.生產(chǎn)手段是影響生產(chǎn)力的重要因素。制造水平低與設(shè)備有關(guān)，光學(xué)處理設(shè)備數(shù)量不平衡是一個(gè)原因，大多數(shù)設(shè)備處理效率低，精度低，有超過30％的仿蘇設(shè)備和家用電器設(shè)備家用電器的原型大多是日本和韓國的設(shè)備，其中有些設(shè)備根本不包含在產(chǎn)品中，從現(xiàn)有檢測(cè)設(shè)備和儀器的角度來看，我們無法滿足發(fā)展需要。c.多年來，我們的眼鏡行業(yè)一直遵循異常的概念。專注于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研究的技術(shù)人員以及參與設(shè)計(jì)和制造流程的技術(shù)人員沒有得到足夠的重視。因此，參與技術(shù)研究的人數(shù)減少了，影響了處理水平。d.近年來，許多光學(xué)工廠已經(jīng)發(fā)生了變化，但在引進(jìn)光學(xué)加工技術(shù)和技術(shù)改造方面的項(xiàng)目并不多。與此同時(shí)，國有企業(yè)在這一領(lǐng)域投入不足，生產(chǎn)空間達(dá)到預(yù)期產(chǎn)出。五、發(fā)展對(duì)策回顧歷史，了解現(xiàn)實(shí)，其目的是為了今后的發(fā)展，如何發(fā)展光學(xué)加工產(chǎn)業(yè)，以適應(yīng)光電儀器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和市場(chǎng)需求，提出如下對(duì)策為：1、建立完整的光學(xué)加工工藝體系：a.制定工藝方法及確定發(fā)展道路根據(jù)產(chǎn)品和市場(chǎng)需求的發(fā)展，我們決定自己的流程和發(fā)展路徑，在開發(fā)產(chǎn)品時(shí)，必須考慮這項(xiàng)技術(shù)是否被繼承，并且該流程也必須考慮繼承。目前日本的鏡片制造主要基于單件加工，而德國實(shí)際上是基于一個(gè)圓盤，那么中國應(yīng)該用于確定我們光學(xué)處理技術(shù)發(fā)展道路的處理方法類型是建立技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵，也是光學(xué)處理發(fā)展和改進(jìn)的一項(xiàng)緊迫任