1、光學(xué)工藝與測(cè)量第十一章 透鏡的定心和磨邊第1頁(yè)，共48頁(yè)。定心磨邊的目的：將光軸與其基準(zhǔn)軸不重合的情況進(jìn)行校正，從而滿足透鏡零件裝配的需要。定心：通過(guò)光學(xué)或機(jī)械的方法尋找并確定透鏡光軸與基準(zhǔn)軸重合的位置，即透鏡光學(xué)表面定心頂點(diǎn)處的法線與基準(zhǔn)軸(機(jī)床的回轉(zhuǎn)軸)重合的位置。2第2頁(yè)，共48頁(yè)。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，透鏡的定心方法：光學(xué)定心和機(jī)械定心3第3頁(yè)，共48頁(yè)。第1節(jié) 透鏡中心誤差的表述及相互關(guān)系4第4頁(yè)，共48頁(yè)。一、透鏡中心誤差的表述它是指光學(xué)表面定心頂點(diǎn)處得法線對(duì)基準(zhǔn)軸的偏離量。定心頂點(diǎn)是光學(xué)表面與基準(zhǔn)軸的交點(diǎn)。透鏡中心

2、誤差用光學(xué)表面定心頂點(diǎn)處的法線與基準(zhǔn)軸的夾角來(lái)度量。5第5頁(yè)，共48頁(yè)。面傾角x：光學(xué)表面定心頂點(diǎn)處的法線與基準(zhǔn)軸的夾角。偏心差c/mm：透鏡幾何軸與光軸在透鏡中心處的偏離量；對(duì)于薄透鏡就是透鏡幾何中心對(duì)光心的偏離量。6第6頁(yè)，共48頁(yè)。球心偏a/mm：透鏡光學(xué)表面的曲率中心對(duì)基準(zhǔn)軸的偏離量。邊厚差t：透鏡邊緣厚度的差值。7第7頁(yè)，共48頁(yè)。二、透鏡中心誤差各種表述之間的關(guān)系1.偏心差與邊厚差之間的關(guān)系2.面傾角與球心偏之間的關(guān)系3.面傾角與偏心差之間的關(guān)系4.偏心差與球心差之間的關(guān)系8第8頁(yè)，共48頁(yè)。第2節(jié) 光學(xué)法定心9第9頁(yè)，共48頁(yè)。一、表面反射像定心法雙凹透鏡的定心原理示意圖定心時(shí)，

3、將一光源放在透鏡的前上方A處，轉(zhuǎn)動(dòng)接頭，根據(jù)非粘結(jié)面的光源反射像的跳動(dòng)來(lái)移動(dòng)透鏡，使其光軸與夾頭軸線重合。當(dāng)像轉(zhuǎn)到上面，則將透鏡沿著夾頭端面向下移動(dòng)，像轉(zhuǎn)到下面，則反之，直至像不移動(dòng)或在允許范圍內(nèi)，即完成定心。10第10頁(yè)，共48頁(yè)。AA表面反射像定心11第11頁(yè)，共48頁(yè)。這種定心是用肉眼直接觀察像的跳動(dòng)，與表示中心誤差的各參量之間沒(méi)有直接的關(guān)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(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，適用于單件或小批量生產(chǎn)。12第12頁(yè)，共48頁(yè)。二、球心自準(zhǔn)反射像法1.定心原理球心自準(zhǔn)反射像法定心原理如圖11-3所示。從十字分劃A發(fā)

4、出的光線，由垂直放大率為的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)透鏡的表面曲率中心成像，經(jīng)被檢面球心反射回來(lái)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(dòng)透鏡，十字像A亦隨之跳動(dòng)，像的跳動(dòng)量為4c。若分劃板的分劃值為b，則允許像A的跳動(dòng)格數(shù)為m=4c/b13第13頁(yè)，共48頁(yè)。AA被定心透鏡自準(zhǔn)顯微鏡的物鏡部分分劃板14第14頁(yè)，共48頁(yè)。如果像的跳動(dòng)格數(shù)超過(guò)了這個(gè)范圍，必須移動(dòng)透鏡，直至十字像不跳動(dòng)或在允許的范圍內(nèi)跳動(dòng)。定心時(shí)，首先必須找出透鏡的校正點(diǎn)。對(duì)于透鏡非粘結(jié)面，其校正點(diǎn)就是它的曲率中心，而粘結(jié)面的校正點(diǎn)位置可用近軸球面折射公式計(jì)算。15第15頁(yè)，共48頁(yè)。然后根據(jù)校正點(diǎn)到透鏡非粘結(jié)面的距離，選擇合適的物

5、鏡。選擇的原則是：當(dāng)物鏡的物方焦點(diǎn)置于校正點(diǎn)上時(shí)，物鏡與透鏡非粘結(jié)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。16第16頁(yè)，共48頁(yè)。三、光學(xué)電視定心如果把透鏡球心成像到一個(gè)可視化的顯示屏上，就是所謂的光學(xué)電視定心法。假設(shè)電視攝像管的分辨率為N（lp/mm），光學(xué)系統(tǒng)的垂軸分辨率為，則通過(guò)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(diǎn)：精度高、速度快、減輕了人眼疲勞。17第17頁(yè)，共48頁(yè)。18第18頁(yè)，共48頁(yè)。四、透射像定心法它是通過(guò)觀察透鏡的透射像與幾何軸的偏離來(lái)定心的。將透鏡膠在接頭上，接頭的端面嚴(yán)格垂直于機(jī)

6、床主軸，即幾何軸。19第19頁(yè)，共48頁(yè)。定心時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)透鏡，則通過(guò)透鏡透射過(guò)來(lái)的十字分劃像有跳動(dòng)，其跳動(dòng)量表示透鏡像方焦點(diǎn)對(duì)基準(zhǔn)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/2n：跳動(dòng)格數(shù) b:分劃板實(shí)際格值20第20頁(yè)，共48頁(yè)。五、激光定心法激光定心儀由三部分組成，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(cè)量原理：從激光發(fā)出的光經(jīng)可調(diào)焦的光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)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(diǎn)像，然后將光點(diǎn)像顯示在顯示器上。21第21頁(yè)，共48頁(yè)。透鏡是夾在兩個(gè)空心夾具之間的，激光可以通過(guò)，而且是通過(guò)透鏡的中心。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)透鏡

7、可以從光點(diǎn)在感光片上的移動(dòng)確定偏心差是多少。特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、速度快、精度高。22第22頁(yè)，共48頁(yè)。第3節(jié) 機(jī)械法定心23第23頁(yè)，共48頁(yè)。一、定心原理機(jī)械法定心是將透鏡放在一對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)定心。其中一個(gè)接頭可以轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)既能轉(zhuǎn)動(dòng)又能沿軸向移動(dòng)。24第24頁(yè)，共48頁(yè)。當(dāng)透鏡光軸與機(jī)床主軸尚未重合時(shí)，如圖11-9所示，假設(shè)接頭與透鏡在A點(diǎn)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。25第25頁(yè)，共48頁(yè)。定心力P將克服透鏡與接頭之間的摩擦力，使透鏡沿垂直

8、于軸線方向移動(dòng)，夾緊力F將推動(dòng)透鏡沿軸線方向移動(dòng)。當(dāng)透鏡光軸重合時(shí)，定心力就達(dá)到平衡，即完成定心。26第26頁(yè)，共48頁(yè)。二、定心系數(shù)光學(xué)鏡片在定心之前，可計(jì)算定心系統(tǒng)K值來(lái)判斷加工的難易度，作為設(shè)計(jì)工藝與夾具的參考。27第27頁(yè)，共48頁(yè)。定心精度除與機(jī)床、接頭精度有關(guān)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(guān)。摩擦系數(shù)越小，定心精度越高。在接頭直徑不變時(shí)，透鏡的曲率半徑越小，定心精度越高。28第28頁(yè)，共48頁(yè)。第4節(jié) 磨邊與倒角工藝29第29頁(yè)，共48頁(yè)。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

9、。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(guò)大而造成脫落。30第30頁(yè)，共48頁(yè)。平行磨削傾斜磨削31第31頁(yè)，共48頁(yè)。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(diǎn)是容易磨出錐面或非柱面。垂直磨削：這種磨削方式也不會(huì)使零件脫落，而且進(jìn)刀比較容易。32第32頁(yè)，共48頁(yè)。端面磨削垂直磨削33第33頁(yè)，共48頁(yè)。2.倒角類別：保護(hù)性倒角+設(shè)計(jì)性倒角保護(hù)性倒角是為了防止零件在裝配時(shí)，尖銳的邊緣被碰破，也防止劃破工人的手。又分為：成型金剛石倒角、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(guān)系。34第34頁(yè)，共48頁(yè)。35第

10、35頁(yè)，共48頁(yè)。二、影響定心精度的因素1.機(jī)床主軸的徑向跳動(dòng) 機(jī)床主軸徑向跳動(dòng)會(huì)造成透鏡基準(zhǔn)軸的位置變化，因此，應(yīng)使其徑向跳動(dòng)量小于定心精度。36第36頁(yè)，共48頁(yè)。2.接頭 為了保證機(jī)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(jié)面的曲率中心與接頭幾何軸重合的程度，接頭應(yīng)滿足以下要求：37第37頁(yè)，共48頁(yè)。接頭的幾何軸與機(jī)床主軸的重合精度應(yīng)高于定心精度；接頭端面應(yīng)與幾何軸線嚴(yán)格垂直；接頭端面應(yīng)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(yīng)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；38第38頁(yè)，共48頁(yè)。接頭具有一定的剛度，光學(xué)

11、法定心接頭用黃銅，機(jī)械法定心接頭可用黃銅或45號(hào)鋼。對(duì)于機(jī)械法定心，夾持透鏡的兩個(gè)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。39第39頁(yè)，共48頁(yè)。3.定心角對(duì)于機(jī)械定心，除了上述兩個(gè)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(duì)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(rùn)滑液種類有關(guān)；40第40頁(yè)，共48頁(yè)。在接頭直徑不變時(shí)，透鏡的曲率半徑越小，定心精度越高。對(duì)于彎月透鏡，可使曲率半徑較小的一面對(duì)直徑較大的接頭，曲率半徑較大的一面對(duì)直徑較小的接頭，以提高定心精度。41第41頁(yè)，共48頁(yè)。三

12、、影響定心的工藝因素1.磨輪 透鏡的定心磨邊通常采用金剛石砂輪或碳化硅砂輪，加工光學(xué)玻璃常用青銅結(jié)合劑，加工晶體可以用樹脂結(jié)合劑。 其磨料粒度按透鏡的直徑大小選擇，對(duì)于大直徑透鏡，采用180#，小直徑透鏡采用240#或280#。42第42頁(yè)，共48頁(yè)。磨輪的轉(zhuǎn)速與透鏡的直徑有關(guān)系，直徑越大，轉(zhuǎn)速越高，一般為1535m/s。43第43頁(yè)，共48頁(yè)。2.粘結(jié)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(qiáng)度，以保證透鏡不會(huì)從接頭上脫落2）軟化點(diǎn)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(xué)穩(wěn)定性，不致腐蝕磨邊透鏡44第44頁(yè)，共48頁(yè)。3.冷卻液它可分為油性和水性，具有粘度低、冷卻性強(qiáng)、潤(rùn)滑性好等特點(diǎn)。同時(shí)不損害皮膚，對(duì)機(jī)床設(shè)備無(wú)腐蝕，對(duì)環(huán)境無(wú)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在拋光之后進(jìn)行，因此，磨