本書系統(tǒng)地介紹了光學材料、光學零件(包括精密及特殊光學零件)加工的基礎(chǔ)理論和基本工藝及檢測方法,全面反映了當前國內(nèi)外光學加工技術(shù)的水平和*研究成果。內(nèi)容上側(cè)重于光學儀器類專業(yè)所必須的基本工藝知識及基本工藝理論。
本書可作為光電系光學制造專業(yè)的本科專業(yè)基礎(chǔ)教材,也可作為光學工藝技術(shù)人員與工人的培訓教材,亦可供相關(guān)專業(yè)師生、科技人員和工程技術(shù)人員參考。
光學工業(yè)在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天、航空、國防以及人民生活中起著非常重要的作用。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,在各領(lǐng)域中都要用到各種各樣的光學儀器。光學零件是組成光學儀器的基本元件,它的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率對光學儀器的性能、使用壽命有直接的影響,有時甚至起著關(guān)鍵的作用。因此,研究如何運用工藝方法又快又好地制造光學零件是光學零件制造工藝學這門課程的主要任務。
光學零件制造工藝學是一門研究光學零件制造過程與工藝原理的應用課程,具有很強的實踐性和應用性。光學零件工藝學主要包括利用傳統(tǒng)方法制造折射、反射光學零件的研磨工藝,制造消色差透鏡,能改變光程和有保護作用的膠合工藝,通過光輻射能產(chǎn)生各種物理光電效應的鍍膜工藝,制造各種分劃元件的刻劃、照相復制工藝以及在光學加工過程中所采用的各種輔助工藝和光學輔料的制備工藝等。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展,還包括相繼出現(xiàn)的與傳統(tǒng)工藝概念完全不同的新工藝,例如毛坯加工的一步成型、光學零件的切削加工、塑料光學零件的注射壓鑄、光學零件的復制、變折射率光學零件的制造、聚合物光學零件的制造、衍射光學元件、纖維光學元件以及集成光路等。因此,光學零件工藝學既是一門古老的學科,又是一門涉及現(xiàn)代材料學、控制學和測量學等方面,引人注目的較新穎的學科。光學零件工藝學是從生產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的,并經(jīng)過生產(chǎn)實踐反復驗證和不斷充實的學科。
學習本課程有以下幾個方面的要求:
(1) 掌握光學零件加工工藝的基礎(chǔ)知識和基本理論,在光學儀器設(shè)計的過程中能夠合理地選擇光學材料、零件的外形尺寸和公差,制訂恰當?shù)募夹g(shù)指標,使得所設(shè)計的光學零件既滿足設(shè)計要求,又符合經(jīng)濟合理的工藝原則。
(2) 具有分析問題和解決問題的能力,經(jīng)過一定時間的實踐后,能夠從事光學工藝相關(guān)的技術(shù)工作。
(3) 了解光學加工的操作方法,初步具備工藝實驗的能力。
與金屬零件的加工相比,光學零件的加工方法和裝夾方法有很大不同,這是因為:
(1) 光學零件加工的對象大多是一些脆性材料(如玻璃、晶體等),而金屬則是塑性材料。
(2) 相對于金屬加工,光學零件的面型精度和表面質(zhì)量的加工要求要高得多。
光學零件中大量的透鏡、棱鏡及平面零件,它們的加工工藝流程一般為:
毛坯(塊料或型料)粗加工精磨拋光定心磨邊(對透鏡)表面鍍膜、刻劃或膠合。
因此,本課程的主要內(nèi)容為:
(1) 光學材料與輔料的性能。光學玻璃的光學性能、化學性能、機械性能及熱性能,光學玻璃的分類及質(zhì)量指標,光學晶體和光學塑料的性能及其在光學儀器中的應用。
(2) 光學零件的基本工藝。光學零件的一般加工過程,主要包括光學零件的技術(shù)條件、毛坯的成型、精磨和拋光及定心磨邊的原理、設(shè)備、工夾具、輔料及工藝因素的影響等。
(3) 精密及特殊光學零件的加工工藝。光學樣板、薄形零件、非球面及晶體的加工原理和方法。
(4) 光學零件的特種工藝。光學零件的表面鍍膜、刻劃及膠合的原理、作用、設(shè)備及工藝。
光學零件制造工藝學是光電信息類專業(yè)、儀器儀表類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,學習它要求具有工程光學、光學設(shè)計及其他相關(guān)的基礎(chǔ)知識。由于其固有的實踐性強的特點,在學習本課程之前,應對光學零件的加工過程有比較完整的感性認識和了解,在學習中緊密聯(lián)系生產(chǎn)實際,才能把學到的書本知識更好地運用到生產(chǎn)實踐中去。
該書稿是在任志君教授和湯一新副教授為浙江師范大學光電信息科學與工程專業(yè)本科生講授光學冷加工技術(shù)所編寫的講義基礎(chǔ)上形成的,錢義先博士和山東理工大學秦華博士補充了他們最新的研究成果和教學心得。在書稿試用過程中,雖經(jīng)多次修改完善,但限于水平,錯誤仍在所難免,懇請讀者不吝賜教,并多提寶貴意見。
作者于浙江師范大學2019年3月
前言1
第1篇光學零件的材料與輔料
第1章光學材料3
1.1光學玻璃3
1.2光學晶體23
1.3光學塑料32第2章光學加工的輔助材料42
2.1磨料與磨具42
2.2拋光材料52
2.3黏結(jié)材料58
2.4光學擦拭材料59
2.5保護材料62第3章光學零件技術(shù)條件與技術(shù)準備65
3.1光學制圖65
3.2光學零件技術(shù)條件綜述75
3.3光學零件設(shè)計的工藝性89
第2篇光學零件制造基本工藝
第4章光學零件的毛坯成型95
4.1塊料毛坯的加工成型95
4.2二次加熱成型98
4.3槽沉成型103
4.4連續(xù)壓制成型104第5章光學零件的研磨成型105
5.1散粒磨料粗磨105
5.2金剛石磨具銑磨111
5.3銑磨面型與銑磨機調(diào)整120第6章光學零件的精磨128
6.1光學表面成型運動學128
6.2散粒磨料精磨134
6.3平面精磨139
6.4球面精磨139
6.5金剛石磨具高速精磨141第7章光學零件的拋光164
7.1拋光機理164
7.2工藝因素對拋光的影響167
7.3古典法拋光170
7.4高速拋光179
7.5拋光完工后光學零件的檢驗192第8章光學零件的定心磨邊203
8.1定義與術(shù)語203
8.2光學定心法206
8.3機械定心原理及方法211
8.4定心磨邊工藝214
8.5定心磨邊常見的缺陷218第9章光學零件的膠合220
9.1概述220
9.2膠合材料221
9.3膠合工藝227
9.4光膠法膠合232
9.5透鏡膠合定中心235
9.6膠合件拆膠及檢驗237
第3篇光學制造的輔助工序
第10章光學制造工夾具設(shè)計243
10.1平模243
10.2球模246
10.3夾具設(shè)計262第11章光學零件的上盤與下盤266
11.1光學零件上盤266
11.2光學零件下盤271
11.3其他輔助加工272
第4篇精密及特殊光學零件加工工藝
第12章高精光學零件的制造技術(shù)277
12.1精密光學零件加工277
12.2高精平面的制造工藝279
12.3高精度棱鏡制造工藝289
12.4光學樣板的制造293第13章非球面光學零件工藝306
13.1概述306
13.2二次非球面理論309
13.3非球面光學零件制造工藝編制314
13.4非球面加工工藝320
13.5非球面光學零件的檢驗335第14章光學塑料零件制造工藝352
14.1概述352
14.2光學塑料與光學塑料零件成型方法概述352
14.3光學塑料零件設(shè)計355
14.4光學塑料零件的注射成型技術(shù)360
14.5光學塑料注射成型機床366
14.6塑料光學零件注射成型工藝參數(shù)選擇374
14.7塑料光學零件的工藝檢測381第15章光學晶體零件制造387
15.1光學晶體零件制造特點387
15.2晶體的定向389
15.3晶體零件加工的基本工藝392
15.4幾種典型晶體的加工395附錄400
附錄1V形棱鏡法測量材料折射率400
附錄2光學材料均勻性的測量402
附錄3材料應力雙折射測量406
附錄4光學零件表面疵病的國家標準(GB/T11851989)408
附錄5光學零件的表面粗糙度412
附錄6球面樣板的檢測414
附錄7光學零件工藝規(guī)程的編制420
附錄8常用刻劃保護層428
附錄9刻蝕腐蝕液的配制430參考文獻434