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1、光学工艺与测量光学工艺与测量第十一章 透镜的定心和磨边定心磨边的目的：u将光轴与其基准轴不重合的情况进行校正，从而满足透镜零件装配的需要。u定心：通过光学或机械的方法寻找并确定透镜光轴与基准轴重合的位置，即透镜光学表面定心顶点处的法线与基准轴(机床的回转轴)重合的位置。u磨边：透镜定心后加紧，用砂轮或金刚石磨轮磨削透镜的外圆，以获得满足图纸上要求直径的透镜，u透镜的定心方法：光学定心和机械定心第1节 透镜中心误差的表述及相互关系一、透镜中心误差的表述u它是指光学表面定心顶点处得法线对基准轴的偏离量。u定心顶点是光学表面与基准轴的交点。u透镜中心误差用光学表面定心顶点处的法线与基准轴的夹角来度量
2、。u面倾角x：光学表面定心顶点处的法线与基准轴的夹角。u偏心差c/mm：透镜几何轴与光轴在透镜中心处的偏离量；对于薄透镜就是透镜几何中心对光心的偏离量。u球心偏a/mm：透镜光学表面的曲率中心对基准轴的偏离量。u边厚差t：透镜边缘厚度的差值。二、透镜中心误差各种表述之间的关系u1.偏心差与边厚差之间的关系u2.面倾角与球心偏之间的关系u3.面倾角与偏心差之间的关系u4.偏心差与球心差之间的关系第2节 光学法定心一、表面反射像定心法双凹透镜的定心原理示意图定心时，将一光源放在透镜的前上方A处，转动接头，根据非粘结面的光源反射像的跳动来移动透镜，使其光轴与夹头轴线重合。当像转到上面，则将透镜沿着夹
3、头端面向下移动，像转到下面，则反之，直至像不移动或在允许范围内，即完成定心。AA表面反射像定心表面反射像定心这种定心是用肉眼直接观察像的跳动，与表示中心误差的各参量之间没有直接的关系，但是它的大小反映出透镜中心误差的大小。这种定心方法精度不高，一般为0.05mm左右。但所需的设备简单，操作方便，适用于单件或小批量生产。二、球心自准反射像法1.定心原理球心自准反射像法定心原理如图11-3所示。从十字分划A发出的光线，由垂直放大率为的光学系统对透镜的表面曲率中心成像，经被检面球心反射回来的十字像位于分划板上A处。如果透镜的球心偏为c，转动透镜，十字像A亦随之跳动，像的跳动量为4c。若分划板的分划值
4、为b，则允许像A的跳动格数为m=4c/bAA被定心透镜自准显微镜的物镜部分分划板如果像的跳动格数超过了这个范围，必须移动透镜，直至十字像不跳动或在允许的范围内跳动。定心时，首先必须找出透镜的校正点。对于透镜非粘结面，其校正点就是它的曲率中心，而粘结面的校正点位置可用近轴球面折射公式计算。然后根据校正点到透镜非粘结面的距离，选择合适的物镜。选择的原则是：当物镜的物方焦点置于校正点上时，物镜与透镜非粘结面的距离x不小于10mm，以便于操作。该方法具有较高的定心精度，主要用于小直径、小曲率半径的透镜定心。三、光学电视定心如果把透镜球心成像到一个可视化的显示屏上，就是所谓的光学电视定心法。假设电视摄像
5、管的分辨率为N（lp/mm），光学系统的垂轴分辨率为，则通过电视系统观察透镜球心像的定心精度P为：P=1/(4N)该方法的特点：精度高、速度快、减轻了人眼疲劳。四、透射像定心法它是通过观察透镜的透射像与几何轴的偏离来定心的。将透镜胶在接头上，接头的端面严格垂直于机床主轴，即几何轴。定心时，转动透镜，则通过透镜透射过来的十字分划像有跳动，其跳动量表示透镜像方焦点对基准轴的偏离量，反映出透镜几何轴与光轴在透镜光心处的偏离量。透镜的偏心差c：c=bn/2n：跳动格数 b:分划板实际格值五、激光定心法激光定心仪由三部分组成，即可调焦的激光器、二维的位置传感器、电子处理和显示部分。其测量原理：从激光发出
6、的光经可调焦的光学系统通过定心透镜，在透镜后用带可调千分尺的光电晶体转换器接收光点像，然后将光点像显示在显示器上。透镜是夹在两个空心夹具之间的，激光可以通过，而且是通过透镜的中心。通过转动透镜可以从光点在感光片上的移动确定偏心差是多少。特点：操作简单、速度快、精度高。第3节 机械法定心一、定心原理机械法定心是将透镜放在一对同轴精度高、端面精确垂直于轴线的接头之间，利用弹簧压力夹紧透镜，根据力的平衡来实现定心。其中一个接头可以转动，另一个既能转动又能沿轴向移动。当透镜光轴与机床主轴尚未重合时，如图11-9所示，假设接头与透镜在A点接触，则接头施加给透镜压力N，方向垂直于透镜表面。压力N可分解为垂
7、直于接头端面的夹紧力F和垂直于轴线的定心力P。定心力P将克服透镜与接头之间的摩擦力，使透镜沿垂直于轴线方向移动，夹紧力F将推动透镜沿轴线方向移动。当透镜光轴重合时，定心力就达到平衡，即完成定心。二、定心系数光学镜片在定心之前，可计算定心系统K值来判断加工的难易度，作为设计工艺与夹具的参考。定心精度除与机床、接头精度有关外，与透镜和接头之间的摩擦系数、透镜的曲率半径和接头直径有关。摩擦系数越小，定心精度越高。在接头直径不变时，透镜的曲率半径越小，定心精度越高。第4节 磨边与倒角工艺一、磨边与倒角1.磨边方式：平行磨削：是指磨轮轴线与透镜轴线平行，磨削效率高，而且易于调整，是一种最为常见的磨削方式
8、。倾斜磨削：将磨轮调整一定的角度，这样可以改善零件的受力状况，避免零件受磨轮推力过大而造成脱落。平行磨削倾斜磨削端面磨削：采用磨轮端面磨削玻璃，不存在使零件脱落的作用力，磨削效率高；缺点是容易磨出锥面或非柱面。垂直磨削：这种磨削方式也不会使零件脱落，而且进刀比较容易。端面磨削垂直磨削2.倒角类别：保护性倒角+设计性倒角保护性倒角是为了防止零件在装配时，尖锐的边缘被碰破，也防止划破工人的手。又分为：成型金刚石倒角、砂轮倒角和倒角模倒角。倒角宽度与零件直径和零件类型有关系。二、影响定心精度的因素1.机床主轴的径向跳动 机床主轴径向跳动会造成透镜基准轴的位置变化，因此，应使其径向跳动量小于定心精度。
9、2.接头 为了保证机械定心的精度，防止接头划伤透镜的通光表面，以及透镜粘结面的曲率中心与接头几何轴重合的程度，接头应满足以下要求：接头的几何轴与机床主轴的重合精度应高于定心精度；接头端面应与几何轴线严格垂直；接头端面应光滑，不能擦伤透镜表面，端面粗糙度为0.16以上；接头外径应比定心透镜名义直径小0.15-0.30mm，并带有通气小孔，接头壁厚一般为1mm；接头具有一定的刚度，光学法定心接头用黄铜，机械法定心接头可用黄铜或45号钢。对于机械法定心，夹持透镜的两个主轴的同轴度也有要求，一般为0.0050.010mm。一般接头外径比透镜完工直径小0.20.4mm。3.定心角对于机械定心，除了上述两
10、个影响因素外，透镜与接头的摩擦系数、透镜的曲率半径以及接头直径对定心精度也有影响。透镜与接头的摩擦系数越小，定心精度越高，而摩擦系数又与润滑液种类有关；在接头直径不变时，透镜的曲率半径越小，定心精度越高。对于弯月透镜，可使曲率半径较小的一面对直径较大的接头，曲率半径较大的一面对直径较小的接头，以提高定心精度。三、影响定心的工艺因素1.磨轮 透镜的定心磨边通常采用金刚石砂轮或碳化硅砂轮，加工光学玻璃常用青铜结合剂，加工晶体可以用树脂结合剂。 其磨料粒度按透镜的直径大小选择，对于大直径透镜，采用180#，小直径透镜采用240#或280#。磨轮的转速与透镜的直径有关系，直径越大，转速越高，一般为15
11、35m/s。2.粘结胶 它的主要成分是松香和虫胶漆，还有少量的蜂蜡和矿物油。需满足以下要求：1）足够的强度，以保证透镜不会从接头上脱落2）软化点低，以便稍加热即可调节透镜的位置3）磨边后，容易清洗透镜和接头4）良好地化学稳定性，不致腐蚀磨边透镜3.冷却液它可分为油性和水性，具有粘度低、冷却性强、润滑性好等特点。同时不损害皮肤，对机床设备无腐蚀，对环境无污染。一般采用401#冷却液、GX水基冷却液等。另透镜的磨边一般都是在抛光之后进行，因此，磨边时必须考虑抛光表面的防腐蚀处理，一般是在磨边冷却液中加入1%的抛光液稳定性。四、磨边余量与磨边疵病双凸型透镜定心磨边余量计算公式双凹.平凸、平凹.正弯月.负弯月.五、定心方法的比较及疵病分析崩边工件脱落椭圆划伤尺寸不准锥度六、透镜边厚差的检验测量透镜边厚差的装置示意图，如图11-17所示。
