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摘　要: LED 的二次光学元件设计对LED 路灯的配光及光学输出效率至关重要。良好的道路照明要求LED 路灯的配光为长方形的光型, 路灯发出的所有光刚刚可以覆盖住马路, 而马路之外的光污染几乎为零。非对称自由曲面二次光学元件的采用可以使LED 路灯的长方形配光直接在单个LED 模组上实现。整体路灯只需要将这些LED 模组阵列按照相同方向排列即可, 从而可以简化路灯机构、散热及控制电源的设计。本文介绍了LED 路灯的二次光学设计, 及一种用于LED 路灯的自由曲面二次光学透镜的设计方法。

关键词: LED 路灯; 自由曲面; 二次光学元件; 配光; 道路照明; 散热

1 　背景LED (发光二极管) 技术的发展开辟了照明技术革命的新时代。由于LED 具有体积小、寿命长、电光效率高、环保节能等诸多优点。使得LED 路灯照明技术在最近几年得到了迅速发展。目前, 市面上单颗LED 光源的实际已经可以做到了每瓦100 流明, 采用传统250 瓦钠灯作光源的路灯, 用LED 光源代替之后, 大概只需要60 多颗LED 就可以产生相同的亮度, 从而极大地节省了能源的消耗。由于大部分LED 光源的辐射角分布为110 度至120 度的郎伯(Lambertian distribution) 分布, 如果没有经过配光设计, 照在地面上的光型将会为面积较大的圆型的光斑, 约50 %的光散落到马路之外没有被利用起来, 而且会对远处的车辆或行人产生眩光,与路面照明的要求不符。《城市道路照明设计标准》要求路灯的配光为长方形的光斑, 将几乎所有的光都分布在路面上[1 ] 。对于主干道还需要采用截光型或半截光型的配光设计, 一方面可以提高光的利用效率, 另一方面还可以避免产生眩光。

2 　LED 路灯的配光设计关于LED 路灯的配光设计有很多种, 最常见的有以下两种:第1 种是弧形排列的LED 路灯。单个LED 模组采用轴对称的全反射透镜或反光杯进行配光, 透镜配光的辐射角宽度足以覆盖道路的宽度; 再将LED模组排列在一个弧面上, 通过调整弧面的曲率在道路方向产生一个长方形的光型分布。图1 为弧形排列的一个LED 路灯的设计, 路灯采用了60 颗高功率OSRAM朗伯分布的Golden Dragon LED , 单颗LED的输出光通量为每瓦80 流明。透镜设计采用轴对称的透射———全反射组合结构, 如图2 所示。透镜中间部分为一平凸非球面透镜。平凸非球面透镜将从LED 出射的与光轴夹角±64°内的光均匀分布在±30°范围之内。剩余64°～90°部分的光透过透镜内部侧面的柱面之后, 由外边倾斜的曲面进行全反射, 这部分的反射光再经过上表面的锥面透射后也形成±30°范围内的分布。透镜的透射部分和全反射部分的光束经叠加后, 最后形成一个±30°范围内比较均匀的光束分布(均匀度大于60°) 。透镜的光线追迹和光强的远场角度分布见图3 , 光强的远场角度分布为蝴蝶形。 LED 路灯的构成方法为将LED 透镜模组排列在一个弧面上, 通过调整弧面的曲率, 使灯头在弧面方向形成±60°左右的配光, 于是灯头安装在10 米高的时候可以在路面上产生约长度约35 米, 覆盖215 个车道宽度约为10 米的方形的光型。这种LED 路灯的二次光学元件(透镜或反光杯) 的设计和加工较为简单, 引入全反射透镜可以最大可能地提高光的利用效率, 理论计算的效率超过98 %。但由于透镜材料本身的透射率约为92 % ,实际注塑出来的透镜效率约90 %。透镜需要产生一定的角度分布以便在要求的高度位置覆盖住所需的道路宽度, 而道路方向的配光则通过LED 排列的弧面来调整。弧形排列的LED 路灯比较美观, 不利因素是弧形的排列使高功率LED 的散热板设计和灯头的结构设计较为麻烦。第2 种是平面排列的LED 路灯。LED 路灯的设计采用了XY方向非对称的长方形配光的自由曲面光学元件(透镜或反光杯) , 长方形的配光直接在单个LED 光学元件上完成, 整体路灯只需将具有长方形配光的LED 模组简单的排列在一个平板上即可,这种LED 路灯在机械结构、散热及电源控制方面比较简单, 不同等级公路和不同灯杆高度的道路照明只需要增加不同数量的LED 模组即可。由于配光为长方形非对称的分布, 简单轴对称的全反射透镜无法实现, 需要采用非对称自由曲面的透镜, 透镜的设计和加工工艺比较复杂。这里将重点介绍这种自由曲面透镜的设计。 由于一般的光学软件(如Zemax , CodeV 等) 针对自由曲面的优化设计方法不够成熟, 设计一个非对称的自由曲面需要花很多的时间用手工不断反复的调整和设置操作参数, 一个比较复杂的自由曲面往往需要多达一个月甚至几个月的时间, 有时所优化出来的曲面, 光学效率还不够理想。这里采用了边缘光线扩展度( Etendue) 守恒的原理创建了一套自由曲面控制网格的节点矢量的精确计算方法, 可以在较短时间内(一般为几个小时甚至更短) 优化出具有最优效率及精确配光的自由曲面光学元件。边缘光线的扩展度守恒原理如图4 所示, 它结合了边缘光线原理[2 ] 及光源的扩展度守恒( Etendue Conservation)

[3 ] 。光源经过光学系统到达目标是个数学映射的关系。通过自由曲面的边缘的那部分光线,经过映射后, 也对应于目标的边缘, 自由曲面中间连续的部分, 经过映射后, 也在目标中间形成连续的分布。如果光学系统没有损耗, 那光学系统的光源及目标的扩展度是守恒的。扩展度为光源或目标第19 卷第4 期蒋金波等: LED 路灯透镜的二次光学设计介绍61的面积与光线发散角所形成的立体角的乘积。根据这一原理, 可将目标及自由曲面分割成等量的网格(如图4 中的V&U 网格及Y&X 网格) , 目标的网格节点与自由曲面的网格节点形成一一对应, 再根据目标节点的位置及法矢量, 就可以对应地精确计算出图5 所示的自由曲面的控制网格的节点法矢量,从而生成所需要的自由曲面。边缘光线的扩展度守恒原理可以由以下式子来表示:这种设计方法被用来设计LED 路灯的自由曲面透镜, 路灯安装高度为12 米, 路灯间隔40 米, 路面宽12 米(3 个车道) , 即路灯需要在路面上产生40 米长、12 米宽的方形光斑。根据这个要求, 需要设计在X方向产生±60°内均匀分布的配光, 在Y方向产生±30°内均匀分布的配光的方形光斑的自由曲面透镜。图6 为用边缘光线扩展度守恒方法设计的自由曲面透镜。透镜的控制网格的节点法线, 跟据边缘光线扩展度守恒原理, 以及斯涅尔(Snell) 折射定律, 有以下公式(2) 的关系, 式中N 为法线矢量, A 为入射光线矢量, A′为出射光线矢量。

 N = Nx i + Ny j + Nz k ;A = Ax i + Ay j + Az k ;A′= Bx i + By j + Bz k ;

将透镜曲面和目标光斑分成等量的网格, 根据入射光线及出射光线的Snell 方程, 将网格的节点矢量一一对应, 整个曲面的控制网格由计算机迭代法算出, 最后将控制网格蒙上蒙皮形成曲面再填充后形成透镜实体。整体路灯的光效模拟由光线追迹软件LightTools 进行光线追迹, 如图8 所示。模拟结果如图9 至图11 所示, 当路灯高度为12 米的时候,路灯在40 米×12 米的路面上可以产生非常均匀的配光。路灯的远场角度分布为蝙蝠翼形, 辐射强度X方向的峰值光强的一半约为±60°, 辐射强度Y方向的峰值光强的一半约为±30°。路灯的光型如图11所示, 实物照片如图12 所示, 路灯光形测试结果通过国家城市道路照明设计标准CJJ 45 —2006。图12  采用自由曲面透镜的LED路灯实物照片

3 　结论本文主要介绍了两种LED 路灯的配光设计并重点介绍了一种非对称配光的自由曲面透镜的光学设计。第一种LED 路灯采用了轴对称的全反射透镜或反光杯, LED 透镜模组排列于一个弧面上以产生长方形的配光。全反射透镜的引入可以极大地提高光的利用效率, 但是弧形的LED 模组的排列使高功率LED 的散热板设计和机械结构较为麻烦。第二种LED 路灯采用了非对称的自由曲面透镜, 可以将长方形的配光直接由单个LED 光学元件完成。整体灯头只需将具有长方形配光的LED 模组简单的排列在一个平板上即可, 这种LED 路灯在机械结、散热、及电源控制方面比较简单, 不同等级公路和不同灯杆高度的道路照明只需要增加不同数量的LED模组即可。自由曲面的设计采用了边缘光线扩展度(Etendue) 守恒的原理, 创建了一套自由曲面控制网格的节点矢量的精确计算方法。使透镜在X 方向产生±60°内均匀分布的配光, 在Y方向产生±30°内均匀分布的配光的方形光斑。

LED透镜即与LED紧密联系在一起的有助于提升LED的出光效率、改变LED的光场分布的光学系统。其它类型的透镜如：用于照相机、望远镜等的透镜不属于本文讲解范围，本文着重讲解用于大功率LED的二次聚光透镜。

一、LED透镜的材料种类

1． 硅胶透镜

　　a. 因为硅胶耐温高（也可以过回流焊），因此常用来直接封装在LED芯片上。

　　b. 一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm。

2．PMMA透镜

　　a. 光学级PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗称：亚克力）。

　　b .塑料类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑、挤塑完成）；透光率高（3mm厚度时穿透率93%左右）；缺点：温度不能超过80°（热变形温度92度）。

3．PC透镜

　　a. 光学级料Polycarbonate（简称PC）聚碳酸酯。

　　b. 塑料类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑、挤塑完成）；透光率稍低（3mm厚度时穿透率89%左右）；缺点：温度不能超过110°（热变形温度135度）。

4．玻璃透镜

　　光学玻璃材料，优点：具有透光率高（97%）、耐温高等特点；缺点：形状单一、易碎、批量生产不易实现、生产效率低、成本高等。但是，目前国内已有极少厂家开始研发玻璃模造工艺，如深圳万方达科技使用模具熔铸生产玻璃透镜，可生产各种形状、特殊表面的透镜。另外，模具化生产，产品一致性好、精密度高，并且可以极大的提升生产效率，有效降低玻璃透镜的成本，加上透光率高的特点，玻璃透镜势必成为光学塑料类大功率LED透镜的替代性产品。不过目前此类生产设备的价格高昂，短期内很难普及。此外玻璃较PMMA、PC料易碎的缺点，还需要更多的研究与探索，以现在可以实现的改良工艺来说，只能通过镀膜或钢化处理来提升玻璃的不易碎特性，虽然经过这些处理，玻璃透镜的透光率会有所降低，但依然会远远大于普通光学塑料透镜的透光效果。所以玻璃透镜的前景将更为广阔。

二、LED透镜的应用分类

1．一次透镜

　　a. 一次透镜是直接封装（或粘合）在LED芯片支架上，与LED成为一个整体。

　　b. LED芯片（chip）理论上发光是360度，但实际上芯片在放置于LED支架上得以固定及封装，所以芯片最大发光角度是180度（大于180°范围也有少量余光），另外芯片还会有一些杂散光线，这样通过一次透镜就可以有效汇聚chip的所有光线并可得到如180°、160°、140°、120°、90°、60°等不同的出光角度，但是不同的出光角度LED的出光效率有一定的差别（一般的规律是：角度越大效率越高）。

　　c. 一次透镜一般用PMMA、PC、光学玻璃、硅胶等材料。

2．二次透镜

　　a. 二次透镜与LED是两个独立的物体，但它们在应用时确密不可分。

　　b. 二次透镜的功能是将LED光源的发光角度再次汇聚光成5°至160°之间的任意想要的角度，光场的分布主要可分为：圆形、椭圆形、矩形。

　　c. 二次透镜材料一般用光学级PMMA或者PC；目前只在特殊情况下才选择玻璃。但随着玻璃模造工艺的推广与普及，二次透镜将会迎来一次材料性的革命，光学玻璃将替代光学级的PMMA或者PC。

三、LED透镜规格分类

1． 穿透式（凸透镜）

　　a. 当LED光线经过透镜的一个曲面（双凸有2个曲面）时光线会发生折射而聚光，而且当调整透镜与LED之间的距离时角度也会变化（角度与距离成反比），经过光学设计的透镜光斑将会非常均匀，但由于透镜直径和透镜模式的限制，LED的光利用率不高及光斑边缘有比较明显的黄边（产生黄边的原因暂不赘述）；

　　b．一般应用在大角度（50°以上）的聚光，如台灯、吧灯等室内照明灯具；

2． 折反射式（锥型或杯型）

　　a.透镜的设计在正前方用穿透式聚光，而锥形面又可以将侧光全部收集并反射出去，而这两种光线的重迭（角度相同）就可得到最完善的光线利用与漂亮的光斑效果；

　　b.也可在锥形透镜表面做些改变，可设计成镜面、磨砂面、珠面、条纹面、螺纹面、凸或凹面等而得到不同光斑效果。

3．透镜模块

　　a. 是将多个单颗透镜通过注塑完成一个整体的多头透镜，按不同需求可以设计成3合1、5合1甚至几十颗合一的透镜模块；也可以把两个单独的透镜通过支架组合在一起。

　　b. 此设计有效节省生产成本，实现产品质量的一致性，节省灯具机构空间，更容易实现“大功率”等特点。

四、LED透镜的设计与模具加工

　　1． 首先取决于光源（大功率LED），不同品牌的大功率LED（例如CREE、lumileds、首尔、欧司朗、亿光、艾笛森、长森源等），其芯片结构与封装方式、光线特性等均会有所区别，从而造成同样的透镜搭配不同规格品牌LED时会所差异；所以要求有针对性开发（以主流品牌为导向），才能达成实际需要的效果；

　　2． 利用光学设计软件（如Code V、ZEMAX、TracePro、ASAP、LighTools等）和机械建模软件（如：Pro/E、UG、SOLIDWORKS等)进行设计和光学仿真，不断优化而得到相应的光学透镜

　　3．LED透镜本身属于精密光学配件，故其对模具的精度要求极高，特别是透镜光学曲面的加工精度要达到 0.1μm。一般对此类高精度模具的加工必须具有以下设备：超精密加工机（如：PRECITECH NANOFORM 350）、CNC 综合加工机、精密磨床、精密铣床、钻床、CNC 精密火花机、表面轮廓仪、干涉仪等。

　　4．模具最精密的部件在于光学模仁，首先必须选用专用模仁钢材（如：瑞典S136镜面钢）经过热处理到55°，完成粗胚，在粗胚上经过镀镍处理后再用超精密加工机进行曲面加工而得到。

五、LED透镜的用料及生产

　　1． LED透镜作为光学级的产品，对透光性、热稳定性、密度、折射率均匀性、折射率稳定性、吸水性、混浊度、最高长期工作温度等都有严格的要求。因此，必须根据实际选择透镜的材料。原则上选择光学级PMMA，如有特殊的需求可选择光学级PC。目前为日本三菱PMMA材料为最好（VH001是经常选择的牌号），三菱公司在中国的分厂南通丽阳就会稍逊一些；

　　2． 必须配备万级甚至更高级别的无尘车间，作业人员必须着防静电服装、戴手指套、戴口罩等防静电防尘措施，并且定期对车间做检验与清理。

　　3． 须有专业的光学注塑机如东芝、德马格、海天、震雄等品牌的注塑机，并严格控制注塑工艺才能得到合格的产品。

　　4． 产品检验：无气泡、无凹陷、无缩痕、无流纹、无月牙；形状精度 Rt<0.005 表面粗糙度 Ra<0.0002。

　　5． 产品必须用防静电防尘PVC包装，并且须完全密封包装，存放必须严格控制温度与湿度，并且最好不要存放超过一年以上。

　　从以上LED透镜的设计与生产过程来看，看似简单的LED透镜，从设计到成品，其对软件、硬件的要求都非常高，这也造成了市场上LED透镜的价格差异很大。从LED照明普及的美好前景来看，透镜做为LED照明灯具的必备部件，市场前景也将越来越好。

球面透镜是指从透镜的中心到边缘具有恒定的曲率，而非球而透镜则是从小心到边缘之曲率连续发生变化。在摄影镜头中，为了保证光学性能，必须校正众多的“像差”。若仅仅用球面透镜来校正，则对应镜头的技术要求需要有许多透镜组合。仆巳对于特殊的高级镜头，汉仅用球面透镜有时不能使像差校正到用户满意的程度。
光学设计中的计算公式：

1，技术原理
　　非球面透镜，曲率半径随着中心轴而变化，用以改进光学品质，减少光学元件，降低设计成本。非球面透镜相对于球面透镜具有独特的优势，因此在光学仪器、图像、光电子工业得到了广泛的应用，例如数码相机、CD播放器、高端显微仪器。

　　2，对比优势

　　a 球差校准

　　非球面透镜用以替换球面透镜，最显著的优势在于可以修正球面透镜在准直和聚焦系统中所带来的球差。通过调整曲面常数和非球面系数，非球面透镜可以最大限度的消除球差。非球面透镜（光线汇聚到同一点，提供光学品质），基本上消除了球面透镜所产生的球差（光线汇聚到不同点，导致成像模糊）。

　　采用三片球面透镜，增大有效焦距，用于消除球差。但是，一片非球面透镜（高数值孔径，短焦距）就可以实现，并且简化系统设计和提供光的透过率。

　　b 系统优势

　　非球面透镜简化了光学工程师为了提高光学品质所涉及的元素，同时提高了系统的稳定性。例如在变焦系统中，通常情况下10片或者更多的透镜被采用（附加：高的机械容差，额外装配程序，提高抗反射镀膜），然而1片或者2片非球面透镜就可以实现类似或更好的光学品质， 从而减小系统尺寸，提高成本率，降低系统的综合成本。

　　3，成型工艺

　　a 精密玻璃模压成型

　　精密玻璃模压成型，是将玻璃材料加热至高温而变得具有可塑性，通过非球面模具来成型，然后逐步冷却至室温。目前，精密玻璃模压成型，不适用于直径大于10mm的非球面透镜。但是，新的工具、光学玻璃和计量过程，都在推动该项技术的发展。 精密玻璃模压成型，虽然在设计初期时成本较高（高精密的模具开发），但是模具成型后，生产的高品质产品可以平摊掉前期的开发成本，特别适合于需要大批量生产的场合。

　　b 精密抛光成型

　　研磨和抛光一般适用于一次生产单片非球面透镜的场合，随着技术的提高，其精度越来越高。最为显著，精准抛光由计算机进行控制，自动调整以实现参数优化。如果需要更高品质的抛光，磁流变抛光（magneto-rheological finishing）将被采用。磁流变抛光相对于标准抛光而言，具有更高的性能和更短的时间。精密抛光成型，需要专业的设备，目前是样品制作和小批量试样的首要选择。

　　c 混合成型

　　混合成型，以球面透镜为基底，通过非球面模具在球面透镜表面压铸并采用紫外光固化上一层高分子聚合物的非球面体。混合成型，一般采用消色差球面透镜为基底，表面压铸一层非球面，用以实现同时消除色差和球差。图7是混合成型非球面透镜的制造工艺流程。混合成型非球面透镜， 适用于需要附加特性（同时消除色差和球差），大批量制造的场合。

　　d 注塑成型

　　除了玻璃材质的非球面透镜，还存在塑料材质的非球面透镜。塑料成型，是将熔融的塑料注射入非球面模具中。相对于玻璃，塑料的热稳定性和抗压性较差，需要经过特别处理，以得到类似的非球面透镜。然而，塑料非球面透镜最大的特点是成本低、重量轻、易成型，广泛应用于光学品质适中、热稳定性不敏感、抗压力不大的场合。

　　4，选择依据

　　各种类型的非球面透镜，都有其自身的相对优势。因此针对不同的应用场合，选择合适的产品就现得很重要。主要的考虑因素，包括：批量、品质和成本。

　　a 精密玻璃成型非球面透镜， 具有批量化生产和热稳定性高的特点，适合于批量大、品质高、热稳定性高的场合

　　b 精密抛光成型非球面透镜，具有制样周期短和不需要模具的特点，适合于样品制作和小批量试样的场合

　　c 混合成型非球面透镜，具有球差和色差同时校准的特点，适合于宽光谱、批量大、品质高的场合

　　d 塑料成型非球面透镜，具有成本低和重量轻的特点，适合于批量大、品质适中、热稳定性不高的场合

　　需要定制非球面透镜时（没有标准产品或者库存产品不足），开发成本、试样成本、批量化价格、交货周期等因素都要考虑在内。

　　光学玻璃透镜模压成型技术是一种高精度光学元件加工技术，它是把软化的玻璃放入高精度的模具中，在加温加压和无氧的条件下，一次性直接模压成型出达到使用要求的光学零件。这项技术自80年代中期开发成功至今已有十几年的历史了，现在已成为国际上最先进的光学零件制造技术方法之一，在许多国家已进入生产实用阶段。这项技术的普及推广应用是光学行业在光学玻璃零件加工方面的重大革命。由于此项技术能够直接压制成型精密的非球面光学零件，从此便开创了光学仪器可以广泛采用非球面玻璃光学零件的时代。因此，也给光电仪器的光学系统设计带来了新的变化和发展，不仅使光学仪器缩小了体积、减少了重量、节省了材料、减少了光学零件镀膜和工件装配的工作量、降低了成本，而且还改善了光学仪器的性能，提高了光学成像的质量。

　　光学玻璃模压成型法制造光学零件有如下优点：①不需要传统的粗磨、精磨、抛光、磨边定中心等工序，就能使零件达到较高的尺寸精度、面形精度和表面粗糙度；②能够节省大量的生产设备、工装辅料、厂房面积和熟练的技术工人，使一个小型车间就可具备很高的生产力；③可很容易经济地实现精密非球面光学零件的批量生产；④只要精确地控制模压成型过程中的温度和压力等工艺参数，就能保证模压成型光学零件的尺寸精度和重复精度；⑤可以模压小型非球面透镜阵列；⑥光学零件和安装基准件可以制成一个整体。

  目前批量生产的模压成型非球面光学零件的直径为2～50mm，直径公差为±0.01mm；厚度为0.4～25mm，厚度公差为±0.01mm；曲率半径可达5mm；面形精度为1.5λ，表面粗糙度符合美国军标为80－50；折射率可控制到±5×10－4mm，折射均匀性可以控制到<5×10－6mm；双折射小于0.01λ/cm。

　　现在，世界上已掌握这项先进玻璃光学零件制造技术的著名公司和厂家有美国的柯达、康宁公司，日本的大原、保谷、欧林巴斯、松下公司，德国的蔡司公司和荷兰的菲利浦公司等。

　　玻璃光学零件模压成型技术是一项综合技术，需要设计专用的模压机床，采用高质量的模具和选用合理的工艺参数。成型的方法，玻璃的种类和毛坯，模具材料与模具制作，都是玻璃模压成型中的关键技术。

  3.1 成型方法

　　玻璃之所以能够精密模压成型，主要是因为开发了与软化的玻璃不发生粘连的模具材料。

　　原来的玻璃透镜模压成型法，是将熔融状态的光学玻璃毛坯倒入高于玻璃转化点50℃以上的低温模具中加压成形。这种方法不仅容易发生玻璃粘连在模具的模面上，而且产品还容易产生气孔和冷模痕迹（皱纹），不易获得理想的形状和面形精度。后来，采用特殊材料精密加工成的压型模具，在无氧化气氛的环境中，将玻璃和模具一起加热升温至玻璃的软化点附近，在玻璃和模具大致处于相同温度条件下，利用模具对玻璃施压。接下来，在保持所施压力的状态下，一边冷却模具，使其温度降至玻璃的转化点以下（玻璃的软化点时的玻璃粘度约为107。6泊，玻璃的转化点时的玻璃粘度约为1013。4泊）。这种将玻璃与模具一起实施等温加压的办法叫等温加压法，是一种比较容易获得高精度，即容易精密地将模具形状表面复制下来的方法。这种玻璃光学零件的制造方法缺点是：加热升温、冷却降温都需要很长的时间，因此生产速度很慢。为了解决这个问题，于是对此方法进行了卓有成效的改进，即在一个模压装置中使用数个模具，以提高生产效率。然而非球面模具的造价很高，采用多个模具势必造成成本过高。针对这种情况，进一步研究开发出与原来的透镜毛坯成型条件比较相近一点的非等温加压法，借以提高每一个模具的生产速度和模具的使用寿命。另外，还有人正在研究开发把由熔融炉中流出来的玻璃直接精密成型的方法。

　　3.2 玻璃的种类和毛坯

　　玻璃毛坯与模压成型品的质量有直接的关系。按道理，大部分的光学玻璃都可用来模压成成型品。但是，软化点高的玻璃，由于成型温度高，与模具稍微有些反应，致使模具的使用寿命很短。所以，从模具材料容易选择、模具的使用寿命能够延长的观点出发，应开发适合低温（600℃左右）条件下模压成型的玻璃。然而，开发的适合低温模压成型的玻璃必需符合能够廉价地制造毛坯和不含有污染环境的物质（如PbO、As2O3）的要求。对模压成型使用的玻璃毛坯是有要求的：①压型前毛坯的表面一定要保持十分光滑和清洁；②呈适当的几何形状；③有所需要的容量。毛坯一般都选用球形、圆饼形或球面形状，采用冷研磨成型或热压成型。

　　3.3 模具材料与模具加工

　　模具材料需要具备如下特征：①表面无疵病，能够研磨成无气孔、光滑的光学镜面；②在高温环境条件下具有很高的耐氧化性能，而且结构等不发生变化，表面质量稳定，面形精度和光洁度保持不变；③不与玻璃起反应、发生粘连现象，脱模性能好；④在高温条件下具有很高的硬度和强度等。

　　现在已有不少有关开发模具材料的专利，最有代表性的模具材料是：以超硬合金做基体，表面镀有贵金属合金和氮化钛等薄膜；以碳化硅和超硬合金做基体，表面镀有硬质碳、金刚石状碳等碳系薄膜；以及Cr2O-ZrO2-TiO2系新型陶瓷。

  玻璃透镜压型用的模具材料，一般都是硬脆材料，要想把这些模具材料精密加工成模具，必需使用高刚性的、分辨率能达到0.01μm以下的高分辨率超精密计算机数字控制加工机床，用金刚石磨轮进行磨削加工。磨削加工可获得所期盼的形状精度，但然后还需再稍加抛光精加工成光学镜面才行。在进行高精度的非球面加工中，非球面面形的测试与评价技术是非常重要的。对微型透镜压型用模的加工，要求更加严格，必需进一步提高精度和减轻磨削的痕迹。

  3.4 玻璃模压成型技术的应用

　　目前，光学玻璃透镜模压成型技术，已经用来批量生产精密的球面和非球面透镜。平时，除了一般生产制造直径为15mm左右的透镜外，还能生产制造直径为50mm的大口径透镜、微型透镜阵列等。现已能制造每个透镜的直径为100μm的微型透镜阵列。

　　（1）制造军用和民用光学仪器中使用的球面和非球面光学零件，如各透镜、棱镜、以及滤光片等；
　　（2）制造光通信用的光纤耦合器用非球面透镜；
　　（3）制造光盘用的聚光非球面透镜。使用一块模压成型法制造的非球面透镜，可代替光盘读出器光学镜头内使用的三块球面透镜。由于模压成型非球面透镜的精度很高，不仅能够控制和校正大数值孔径的轴向像差，而且还使原来的光学镜头的重量减轻、成本降低30～50%。
　　（4）制造照相机取景器非球面透镜、电影放映机和照相机镜头的非球面透镜等。美国仅柯达公司每年就需要压型几百万个非球面光学零件。

太阳能是一种取之不竭、用之不尽又无污染的洁净的自然能源。太 阳辐射到地球的总能量虽只有其本身每年产生的能量的２０亿分之一（相当于１８ ０万亿千瓦，约每平方米１０００瓦），这一巨大的能量十分惊人。如果把１００ 平方公里面积上的太阳能收集起来，仅仅几秒钟就相当于爆炸一颗原子弹所释放出 来的能量。因此，太阳能作为一种新的洁净能源正在受到人们的高度重视，世界各 国都在致力于开发和利用太阳能资源为人类造福。 目前，已有两种类型的太阳能转换技术装置被人们研制开发成功，并得到广为 应用。一是将太阳能转换为热能，即利用一种装置吸收或反射太阳辐射能并将其转 换成可利用的热能。二是将太阳能转换为电能，即利用特制材料（玻璃、硅电池） 所产生的光电效应，使太阳能直接转换为电能。 太阳能的利用装置和材料，无论是透光材料、吸收涂层和各种反射薄膜，以及 当今最为走俏的太阳能电池等都离不开玻璃。玻璃已成为太阳能开发与利用中最具 有竞争力的优秀一族。 透明的平板玻璃，作为一种基板材料，无论用于太阳能的热转化装置，还是用 于电能的转换装置，它都具有诸多优点：透明玻璃的表面经加工处理后，对太阳光 具有高的透过率或低反射率；玻璃中通过掺入特定的着色剂后，对太阳光谱的不同 波长可进行选择性吸收为人类所利用；玻璃具有耐高温而不变形的特点；易于拉制 成适用于太阳能利用所需的超薄、极超薄、普通薄玻璃等各种不同厚度的透明板材 ；玻璃的表面光滑平整，便于清洗镀膜加工，它具有抗风化和潮湿的腐蚀；玻璃虽 脆而易碎，但可以通过钢化等处理来增加其功能，达到增强效果，消除和防范脆而 易碎的弊病。 因此，国内外玻璃商们正大力开发太阳能玻璃。太阳能玻璃开发利用得好，就 有可能成为我国平板玻璃行业一个新的经济增长点。编辑部从本期开始连载太阳能 玻璃的专业文章，供企业参考。 据报道，世界上采用透明平板玻璃作基板研制应用于太阳能电池最早的国家为 德国。当初德国科技人员将这种板状的太阳能电池作为窗玻璃安装在建筑物上，它 可将摄取的电能直接供住户使用，多余的电能还可输入电网，这种最初的太阳能电 池用玻璃的开发利用，不久被一些欧、美工业发达国家及亚洲日本等国所重视，并 加快了用于太阳能的低铁、超薄太阳能玻璃的研制开发与应用的步伐。 用于太阳能的玻璃，在国际上玻璃商一般研制生产三种主要类型，一是从厚度 范围的开发、生产与应用；二是表面镀膜的太阳能玻璃；三是低铁太阳能玻璃的开 发、生产及应用。 太阳能玻璃的主要分类 据有关资料显示，当今人们开发应用的太阳能玻璃主要分厚度类、镀膜类及低 铁类三种主要类型。 一定厚度范围内的太阳能玻璃，从厚度范围看一般有三种： ①普通薄板玻璃２～６毫米：它们大量用于人类居住在地球上的各种太阳能（ 作为电池基板的光电幕墙、太阳光热能转换）装置的基板； ②超薄平板玻璃０.１～１.５毫米：它可用于太阳能发电用反射的玻璃镜、太 阳能电池的玻璃盖板（罩）等以及电子工业的平面显示器基板等； ③极超薄玻璃厚度≤０.１毫米：这种无碱极超薄玻璃不仅是电子工业各种平 面显示器用基片，同时也是宇宙开发领域中所急需的太阳能电池玻璃罩（玻璃盖玻 片），当今在太阳能电池中已崭露头角，成为玻璃中的俏品。 表面镀膜层的太阳能玻璃 英国皮尔金顿公司已将一种浮法玻璃在线镀膜工艺生产太阳能玻璃的使用权转 让日本板硝子。该镀膜技术系采用化学气相沉积法，在生产浮法玻璃的同时，在其 表面形成极薄的半导体膜层。不同的膜层可用来生产不同的产品。采用这种技术生 产的太阳能玻璃可用来制造电太阳能电池，即玻璃将吸收的太阳能转变成电能。 另据报道，１９９８年日本板硝子投资４０亿日元从英国皮尔金顿引进非晶形 镀膜太阳能电池用玻璃基板在线生产技术与设备，该设备已安装在日本千叶县的日 产４５０吨级的浮法玻璃生产线上，并于１９９９年底投产。由于环保要求日趋严 格，该公司预测到２０１０年，面向住宅的太阳能电池用玻璃市场将扩大到４００ 万平方米，为此该公司断定今后硅用量少的非晶形镀膜太阳能电池玻璃的需求量将 会有明显增长。这种在浮法玻璃成型过程中通过喷、吹工艺，直接在玻璃表面镀膜 ，与以往公司引进的化学气相沉积法相比，其生产成本大幅度降低，产品质量稳定 。日本除大批量生产在线镀膜的太阳能电池用玻璃外，还可生产建筑用低辐射膜玻 璃。 低铁太阳能玻璃 玻璃界专家指出，要生产优质的太阳能玻璃，提高玻璃的阳光透光率，就必须 减少浮法玻璃的铁含量；减少玻璃中铁含量，提高玻璃的透光率，生产低铁太阳能 玻璃最早由美国的福特公司玻璃厂研制成功。该公司生产低铁太阳能玻璃的工艺措 施是： ①在配合料中完全去除（确保玻璃颜色一致的）红粉（即氧化铁）； ②选择含铁量低的硅质原料，从源头上降低铁的含量； ③减少或除去外界掺入的机械铁，因这些外来铁是通过称量和混合过程而进入 窑炉熔制的。 ④在配合料中尽量少用还原剂，而利用氧化剂，因此公司为了制取低铁的太阳 能玻璃，在配合料中去除煤粉（还原剂），稍增加一些芒硝用量，并相应降低纯碱 用量。 美国福特公司玻璃厂采用上述工艺措施利用浮法玻璃熔窑拉制生产了９０００ ０平方米高透过率的低铁浮法玻璃，用于Ｐａｓｔｏ（巴斯脱）的１０兆瓦太阳能 电站，获得高效率的成功。该公司所生产的９００００平方米低铁太阳能浮法玻璃 ，厚度约为３毫米左右，光透过率为８９.３％，用这种低铁浮法玻璃制造的镀银 太阳能反射镜的太阳光反射率达８９.６％以上。 如今，美国ＰＰＧ公司已可自如地生产透过率高达９２％以上的低铁太阳能用 浮法玻璃。该公司技术人员，采取一系列切实有效的工艺措施，使玻璃原料中的Ｆ ｅ２Ｏ３（三氧化二铁）含量现已低于英国皮尔金顿公司含量的９３％；现今ＰＰ Ｇ生产的低铁浮法玻璃Ｆｅ２Ｏ３含量仅为０.００６３％，高透过率低铁浮法玻 璃不仅用作太阳能玻璃，而且作为汽车玻璃、导电膜玻璃、制镜玻璃及高档建筑玻 璃，它已成为一流的无缺陷优质浮法玻璃。 玻璃在太阳能集热器领域里的开发与应用 太阳能集热器，最早出现于１９１３年的欧洲，当时的英国人发明了利用平板 玻璃罩着的锅筒，沿槽形抛物面的焦点轴线放置，并使其长轴沿南北方向，白天自 动旋转，追踪太阳的光照来获得热能。这是最早的平板玻璃太阳能集热器。随着世 界工业、经济的飞速发展，太阳能的开发利用已成为世界各国能源工业研究和发展 的重点项目。据悉，太阳能集热器以聚焦型和玻璃护罩型两大类为主，并以平板型 和管状型等为辅的多种形式，在世界各国得到了广泛开发与利用。 聚焦型太阳能集热器 聚焦型集热器是利用玻璃镜的聚焦反射，将太阳的辐射热能聚焦在集热器锅炉 上而加热液体，驱动透平机发电。玻璃在太阳能利用的高温集热器系统中起到热能 聚集而转换为电能的重要作用。 太阳能通过大量的玻璃镜反射聚焦的热能可使锅炉内液体加热到５００℃的高 温，足以用于发电。据太阳能利用专家的估算，如以每片玻璃表面积约为２５平方 米的聚光镜建有１６０００个聚光玻璃镜系统来加热液体发电，可年发电达７亿千 瓦时左右。为此，美国在加利福尼亚州的一个沙漠地区耗资约１.４２亿美元，建 成了一座目前世界上最大的１０兆瓦塔式太阳能发电站而闻名于世界。据报道，该 发电站选用了１８１８面定目镜（聚焦玻璃镜），并按加州地区一定的日照规律追 踪太阳光照而排列组成。每一面玻璃聚焦镜由１２块玻璃镜片组成，面积３９.３ 平方米。该聚焦型太阳能发电站共耗用９００００平方米的３毫米厚高透光率低铁 浮法玻璃。该低铁玻璃全部由美国福特汽车公司浮法玻璃厂生产供货。该太阳能电 站于２０世纪８０年代末正式投入商业营运，至今运行良好，为世界太阳能聚焦型 发电工程提供了一个典范。 (.E501W03037.)

特种玻璃产品涉及的名称有：单向透视玻璃、耐高压玻璃、耐高温高压玻璃、高温玻璃、耐高温玻璃、壁炉玻璃、波峰焊玻璃、烤箱玻璃、高温耐高压玻璃、透紫外线玻璃、光学玻璃、蓝色钴玻璃、激光防护玻璃、电焊防护玻璃、玻璃视筒、高铝玻璃、铝硅酸盐玻璃、陶瓷玻璃、微晶玻璃、高硼硅玻璃、电控变色玻璃、防火玻璃、船用防火玻璃、管道视镜、钢化玻璃、夹丝玻璃、防弹玻璃、防爆玻璃、防紫外线玻璃、透红外线玻璃等。

特种玻璃概念股如下：

北玻股份【002613】玻璃次新龙头，未来翻番势在必行！

　　东材科技：光伏PET薄膜业务出现回暖迹象

亚厦股份(002375)：收购雅迪装饰51%股权

南玻A(000012)：新品量产与成本技改协助业绩逐步提升

　　洛阳玻璃：电子玻璃供需缓解,普通玻璃经济回暖提供支撑

中航三鑫(002163)：业绩稳步增长,特玻业务值得关注

江河幕墙(601886)：正在崛起的国际幕墙巨头

中材科技：研发中的超高压气瓶空间广阔

　　方大集团(000055)：依凭技术优势拓展未来发展空间

　　金刚玻璃（300093）：上游玻璃原片价格下降,四季度业绩环比大幅提升

装修中玻璃是不可少的，其中最基本的就是门窗了，玻璃有很多种，普通玻璃、艺术玻璃、钢化玻璃等等多种多样，不知道大家有没有听说过浮法玻璃呢？浮法玻璃与普通玻璃又有什么区别呢？下面和一起装修网小编来详细的了解一下。

浮法玻璃是什么?

用海沙、石英砂岩粉、纯碱、白云石等原料配制，经熔窑高温熔融，玻璃液从池窑连续流至并浮在金属液面上，摊成厚度均匀平整、经火焰抛光的玻璃带，冷却硬化后脱离金属液，再经退火切割而成的透明无色平板玻璃。

浮法玻璃与普通玻璃区别说明

浮法生产的成型过程是在通入保护气体的锡槽中完成的。浮法玻璃应用广泛，分为着色玻璃、浮法银镜、浮法玻璃/汽车挡风级、浮法玻璃/各类深加工级、 浮法玻璃/扫描仪级、浮法玻璃/镀膜级、浮法玻璃/制镜级。其中超白浮法玻璃具有广泛的用途及广阔的市场前景，主要应用在高档建筑、高档玻璃加工和太阳能光电幕墙领域以及高档玻璃家具、装饰用玻璃、仿水晶制品、灯具玻璃、精密电子行业、特种建筑等。

浮法玻璃的优势

它是在锡槽里，玻璃浮在锡液的表面上出来的。因此，这种玻璃首先是平度好，没有水波纹。

用于制镜、汽车玻璃。不发脸，不走形，这是它的一大优点。

其次是浮法玻璃选用的矿石石英砂，原料好。生产出来的玻璃纯净、透明度好。明亮、无色。没有玻璃疔、气泡之类。

第三是结构紧密、重，手感平滑，同样厚度每平方米比平板比重大，好切割，不易破损。

全国200多条生产线都严格按照国家标准生产，这种玻璃是民用建筑的最好玻璃。它的价格，同等厚度相比，仅比平板玻璃每平方米高4元左右。

浮法玻璃的用途

浮法玻璃应用广泛，分为着色玻璃、浮法银镜、浮法玻璃/汽车挡风级、浮法玻璃/各类深加工级、浮法玻璃/扫描仪级、浮法玻璃/镀膜级、浮法玻璃/制 镜级。其中超白浮法玻璃具有广泛的用途及广阔的市场前景，主要应用在高档建筑、高档玻璃加工和太阳能光电幕墙领域以及高档玻璃家具、装饰用玻璃、仿水晶制 品、灯具玻璃、精密电子行业、特种建筑等。

浮法玻璃与普通玻璃区别说明

什么是超白玻璃?

超白玻璃是一种超透明低铁玻璃，也称低铁玻璃、高透明玻璃。它是一种高品质、多功能的新型高档玻璃品种，透光率可达91.5%以上，具有晶莹剔透、高档典雅的特性，有玻璃家族 “水晶王子”之称。

超白玻璃同时具备优质浮法玻璃所具有的一切可加工性能，具有优越的物理、机械及光学性能，可像其它优质浮法玻璃一样进行各种深加工。如钢化、镀膜、彩釉、热弯、夹胶、中空装配等。

在建筑领域超白琉璃不仅节能、环保，也让建筑设计融入时尚、前卫的建筑风格和设计理念。超白玻璃其优越的光学性和光电技术结合在光电幕墙昭示着一个全新的、前景广阔的领域。

浮法玻璃和超白玻璃的区别：

浮法无色玻璃与浮法超白玻璃从外观上看，最大的区别就是透明度。前者没有严格要求，通常可见光透射比在89%(3mm)，而超白则有严格要求，而且 对引起玻璃上色(发蓝、发绿)的氧化铁含量也有严格规定：可见光透射比不低于91.5%(3mm)，氧化铁(Fe2O3)含量不高于0.015%(普通浮 法为0.1%左右，高了10倍)。

普通平板玻璃与浮法玻璃的区别

A：普通平板玻璃与浮法玻璃都是平板玻璃。只是生产工艺、品质上不同。

普通平板玻璃是用石英砂岩粉、硅砂、钾化石、纯碱、芒硝等原料，按一定比例配制，经熔窑高温熔融，通过垂直引上法或平拉法、压延法生产出来的透明无色的平板玻璃。普通平板玻璃按外观质量分为特选品、一等品、二等品三类。按厚度分为2、3、4、5、6mm五种。

B：浮法玻璃是用海沙、石英砂岩粉、纯碱、白云石等原料，按一定比例配制，经熔窑高温熔融，玻璃液从池窑连续流至并浮在金属液面上，摊成厚度均匀平 整、经火抛光的玻璃带，冷却硬化后脱离金属液，再经退火切割而成的透明无色平板玻璃。玻璃表面特别平整光滑、厚度非常均匀，光学畸变很小的特点。浮法玻璃 按外观质量分为优等品、一级品、合格品三类。按厚度分为3、4、5、6、8、10、12、15、19mm九种。

C：普通平板玻璃外观质量等级是根据波筋、气泡、划伤、砂粒、疙瘩、线道等缺陷多少而判定。浮法玻璃外观质量等级是根据光学变形、气泡、夹杂物、划伤、线道、雾斑等缺陷多少来判的。

D：普通玻璃，翠绿色，易碎，透明度不高，雨淋暴晒下易老化变形。

浮法玻璃，透明浮法玻璃是玻璃膏经控制闸门进入锡槽，由于地心引力及本身表面张力作用浮于熔融锡表面上后，再进入徐冷槽，使玻璃两面平滑均匀，波纹消失而制成。暗绿色，表面平滑无波纹，透视性佳，具有一定韧性。

E：浮法玻璃与普通玻璃的生产工艺不同，优点是表面坚硬，光滑、平整，浮法玻璃侧面看颜色与一般的玻璃不同，发白，反光后物体不失真，而一般的有水纹型的变形。

1.1  光学零件制造工艺的特点及一般过程
制作光学零件的常见材料有三大类，即光学玻璃、光学晶体和光学塑料，其中以光学玻璃，特别是无色光学玻璃的使用量最大。虽然光学零件的加工按行业划分归入机械加工一类，但由于加工对象的材料性质和加工精度要求显著地不同于金属材料，因而加工工艺上也完全不同于金属工艺而具有特殊性。
1.1.1  光学零件的加工精度及其表示
光学零件属于高精度零件。平面零件的加工精度主要有角度和平面面形；球面零件的加工精度要求主要有曲率半径和球面面形。高精度棱镜的角误差要求达到秒级。高精度平面面形精度可达到几十分之一到几百分之一波长。平面零件的平面性和球面零件的球面性统一称为面形要求。光学车间一般用干涉法计量，用样板叠合观察等厚干涉条纹（俗称看光圈）。表示面形误差的光圈数符号是N，不规则性（或称局部误差）符号是△N。除面形精度外，光学零件表面还要有粗糙度要求。光学加工中各工序的表面粗糙度如表6-1所示。光学零件抛光表面粗糙度用微观不平十点高度表示为R₂=0.025um，用轮廓算术平均偏差表示为R₂=0.025um，用符号表示则为0.008，在此基础上，还有表面疵病要求，即对表面亮丝、擦痕、麻点的限制。
1.1.2  光学零件加工的一般工艺过程及特点
光学零件加工的工艺过程随加工方式不同而异。光学零件的加工方式主要有两类：传统（古典）加工工艺和机械化加工工艺，这里我们只介绍传统加工工艺。
传统工艺的特点主要有：
（1）使用散粒磨料及通用机床，以轮廓成形法对光学玻璃进行研磨加工。操作中以松香柏油粘结胶为主进行粘结上盘。先用金刚砂对零件进行粗磨与精磨，然后使用松香柏油抛光模与抛光粉（主要是氧化铈）对零件进行抛光加工。影响工艺的因素多而易变，加工精度可变性也大，通常是几个波长数量级。高精度者可达几百分之一波长数量级。
（2）手工操作量大，工序多，操作人员技术要求高。对机床精度，工夹磨具要求不那么苛刻，适于多品种，小批量、精度变化大的加工工艺采用。
传统加工工艺过程，以一个透镜为例，先后依次经过以下一些工序：
1、毛坯加工。包括按光学零件图选择合适的块料，切割整平、划分、胶条、滚圆开球面。开球面是单件进行的。
2、粗磨加工。使表面粗糙度及球面半径符合细磨要求。传统工艺中粗磨是单件进行的。一般采用传统工艺加工的工厂中，粗磨车间往往包括毛坯加工。
3、上盘：粗磨之后，经清洗，将一个个透镜毛坯按同半径组合成盘。即依靠粘结胶把分散的透镜固定在球形粘结膜上，应注意的是成盘时要使每一个透镜毛坯的被加工面都处于同一半径的球面上。
4、细磨抛光工序。在加工第一表面时，细磨到抛光过程中一般是不需拆盘的，即一次一盘完成。操作中，先使用粒度依次变细的三至四道金钢砂将被加工面研磨到抛光要求的表面粗糙度，然后清洗，进行抛光。抛光是用一定半径的抛光模加抛光粉进行。一面加工完毕后，涂上保护膜，翻面再进行上盘。细磨抛光加工第二表面。
5、定心磨边工序。透镜加工过程中会出现光轴和定位轴偏离（称为偏心）。定心磨边的任务是消除偏心，并使侧圆柱面径向尺寸达到装配要求。传统工艺的磨边常在光学定心磨边机上进行。
6、镀膜工序，对表面有透光要求的透镜，要加镀增透膜。球面反射镜要镀反射膜。有的还要镀其它性质的薄膜，依使用要求由设计决定。
7、胶合工序。对成象质量要求较高的镜头，往往采用几块透镜胶合而成。胶合应在镀膜以后进行。
以上这些工艺过程可简略表示如下：
选料——切割——整平——胶条——滚圆——开球面——粗磨球面——上盘——细磨——抛光——下盘；第二面上盘——细磨——抛光——下盘——定心磨边——镀膜
1.2  光学工艺安全操作知识
光学加工由于精度高，加工对象特殊，必须在专门的光学车间内进行。因此，除了遵守一般的机械加工规则外，还必须遵守光学加工所特有的安全操作要求。
1.2.1  光学车间的特点
在光学零件加工过程中，大多数工序对温度、湿度、尘埃、振动、光照等环境因素是敏感的，特别是高精度零件和特殊零件的加工尤其如此。因此，光学车间都是封闭形，并要求恒温、恒湿、限制空气流动、人工采光，防尘。
1、温度对光学工艺的影响
恒温是光学车间一个明显特点之一。这里包括恒温温度及波动范围两个问题。光学车间各工作场所由于要求不同，对恒温温度及其波动范围的要求是各不相同的。
（1）温度对抛光效率与质量的影响
由于抛光过程中存在的化学作用随温度升高而加剧，因而升温会提高抛光效率。但由于古典工艺中采用的抛光模制模用胶、粘结胶等主要由松香和沥青按一定配比制成，一定的配比只在一定的温度下使用。而且它们对温度的变化较为敏感，温度过低，抛光模具与零件吻合性不好；温度过高，抛光模具抛光工作面变形。这两者将使加工零件的精度难以保证，具体表现在光圈难以控制和修改。实践得出：抛光间的温度一般应控制在22℃±2℃为宜。
（2）检验对室温的要求
温度的波动直接影响检验精度。一方面因为精密光学仪器对温度的波动很敏感；另一方面被检零件不恒温时，检具和零件间有温差会直接影响读数精度。所以，检验室必须恒温，并且也应控制在22℃±2℃范围内。
2、湿度对光学工艺的影响
在光学零件加工过程中，凡要求恒温或空调的地方，均因控制湿度所需。因为，水份蒸发速度直接影响湿度恒定状态。湿度过低，易起灰尘，零件表表清擦时也易产生静电而吸附灰尘，影响其光洁度。特殊零件如晶体零件的加工以及光胶工艺等，对湿度的要求尤为严格。光学加工过程中室内温度一般应控制在60%左右。
3、防尘
由于光学零件对表面质量即表面光洁度和表面疵病有极高的要求，所以光学车间的防尘问题也特别突出。灰尘在抛光时会使零件表面产生道子、划痕、亮丝；在镀膜时，会使膜层出现针孔、斑点、灰雾；在刻划时会引起刻线位置误差、断线等。
灰尘来源主要有：外间空气带入；由工作人员衣物上落下（粒径一般在l一5μm左右，直径小于1μm的灰尘，往往不能依靠自重降落，而长时间悬浮于空气中，影响产品质量）；
不洁净的材料、辅料、工夹具等带入；生产过程中产生的灰尘（光学车间的净化条件，若按室内含尘的重量浓度要求，应控制在毫克／米³的数量级。胶合室的要求更严,一般以颗粒浓度作为要求，达到粒数／升的数量级）。
1.2.2  光学生产安全操作规则
由于光学车间的特殊性和光学零件加工的高精度要求，学生进入光学车间实习时，必须遵守以下安全技术及操作规则：   
    1、进入光学车间，特别是进入细磨、抛光、检验、磨边、胶合、镀膜、刻划等工作间时，应穿白色工作服，戴工作帽，穿专用鞋子或干净拖鞋，以防止将室外灰尘带入光学车间；
2、在操作过程中禁止用手指直接触摸光学表面，需要拿起光学零件时，手指也只能接触光学零件的侧面或非工作面。因为手指上留有汗渍、各种有机酸、盐类等对光学表面有害物质，它们往往会使光学零件表面受到侵蚀。如果不小心触摸后，必须立即用脱脂纱布或脱脂棉花蘸上酒精、乙醚混合液擦拭干净；
    3、为保持光学车间的恒温条件，不能在一个工作场所聚集过量人员，致使周围气温上升。门窗也不能随意打开；
4、开机前，须先检查机床设备、工夹具是否完好。发现电机有异常现象或其它机械毛病时，应立即拉开电闸或停机检查。安装、拆卸零件和夹具时，机床主轴必须完全停止转动；
5、为了清洗光学零件和其它工作需要，光学车间常常使用或临时存放多种易燃物质，如溶剂汽油、无水酒精、乙醚等。因此光学车间必须严格注意防火，加热设备必须远离上述物质。为了防火，同时也为了空气卫生，光学车间内严格禁止吸烟；
6、在加工过程中，粗砂禁止带入细砂，细砂禁止带入抛光区，因此在换砂以后，在磨砂完毕进入抛光前，必须对工件、工夹具、工作台等进行彻底清洗，以防砂子带入使工件表面出划痕、亮丝，破坏光洁度；
    7、在上盘、下盘，或其它需要加热光学零件情况时，不可使零件急热急冷。加热时应注意零件升高的温度必须控制在材料的退火温度以下。由于电炉表面温度已接近或超过许多材料的退火温度，所以不能将光学零件直接放置在电炉盘上加热，必须垫上衬垫；
8、在未了解实习所用机床及仪器设备的操作规范前，不允许擅自开动机床，试看试用有关的仪器设备。也不允许操作不在实习范围内的仪器与设备，以免造成损坏和人身不安全事故。
1.3  光学零件和光学零件图
光学零件是光学制造最后完成的目标，光学零件图是加工和检验的依据，所以在加工之前必须熟悉光学零件图及相应的技术指标、符号、尺寸等的含义。
1.3.1光学零件及有关术语、符号
光学工艺使用的图纸，通常有光学零件图、胶合部件图、工序图(毛坯图、粗磨图、抛光图等)．其中光学零件图规定了加工时所必须的全部资料，包括外形尺寸，材料、技术要求及其它需说明的各项内容如图(1—11)、图(1—12)、图(1—13)所示。其它工艺图纸均按光学零件图画出，标注各工序完工后的尺寸和检验要求。
绘制光学零件工艺图样的一般原则是：光学零件的光轴用点划线表示，一般水平放置，光线方向应自左向右，零件一般对称于光轴放置，圆零件只画出沿光轴剖开的剖面图。
图纸左上角的表格依次列出对玻璃的要求和对零件的加工要求，包括面形精度，表面质量等．零件的外形尺寸，有关技术要求在图上注明或在图纸下方用文字或符号注明。
常用符号、术语说明如下：
N  光圈数符号。表示被检的零件表面和样板标准表面曲率半径偏差时产生的干涉条纹数(通称光圈)数目；
ΔN  光圈局部误差符号，表示表面形状的局部误差；
ΔR  样板精度等级符号．即样板曲率半径实际值对名义值的偏差量符号；
B(P)  光学零件表面疵病符号，也称为光洁度。光学零件工作表面的粗糙度一般都要求达到R₁=0．025μm，旧标准为V14。在此基础上还需限制表面上存在的亮丝、擦痕、麻点，应与机械加工中的光洁度概念区分开。
C(X)  透镜偏心差符号，亦称透镜的中心偏差符号。用透镜表面的球心对透镜定位轴的偏离量表示；
π  尖塔差符号。表示反射棱镜的棱向误差；
θ  平行差符号。玻璃平板两表面间的不平行度；
S  屋脊棱镜双角差符号。屋脊棱镜屋脊角有偏差时造成的双象差的程度；
d  透镜中心厚度；
φ  透镜的口径；
镀膜符号：④为增透膜， ②为增反镜；
Δnd 玻璃材料折射率允许误差，包括对标准值的允差和同一批玻璃中的一致性允差。
Δ(n_F—n_C)  色散允差，与Δn_d一样同样包括二项：

光学均匀性：玻璃内因折射率渐变造成的不均匀程度，影响零件的鉴别率，以鉴别率表示；双折射：玻璃存在应力时呈现各向异性，产生双折射现象，以双折射光程差表示；纹：玻璃中的化学不均匀区，因折射率不同于主体而出现丝状或层状的疵病，块料玻璃有从三个方向检查的，也有二个或者一个方向检验的；气泡：玻璃体内残留气泡程度，有大小与个数两项指标。

1.4  光学零件的加工余量
1.4.1  加工余量的基本概念
    在光学零件加工过程中，为了从玻璃毛坯获得所需要零件的形状、尺寸，表面必须预留一定量的玻璃层，这一定量的玻璃层就称为加工余量。加工余量的正确给出是十分重要的，如果给出的余量小，则加工不出符合技术要求的零件；如果余量太大，又会造成材料与工时的浪费。
    根据光学零件加工工序，零件的加工余量分为：锯切余量、整平余量、滚圆余量、粗磨余量、细磨及抛光余量、定中心磨边余量；在每一工序之后给下一道工序留下的余量称为中间工序的余量；由加工中各个中间工序的余量所组成的余量总和称为总加工余量；鉴于各工序的加工特点不同，需要很好地研究如何合理地规定各道工序的加工余量。
1.4.2  确定加工余量的原则
光学零件的绝大部分余量都是借助于散粒磨料或固着磨料磨除去的。在研磨过程中，磨料对玻璃表面施加压力，形成一定的破坏层，往后的细磨、抛光等各道工序就是要除去这一破坏层，使玻璃表面形成符合要求的光学表面。因此，确定加工余量的原则应该是每道工序中除去的余量等于上一道工序产生的破坏层深度Fn-₁，与本道工序产生的破坏层深度之差．玻璃经过第一道砂粗磨后，表面产生凹凸层hc和破坏层Fc，破坏层最深处以AA’表示；当第二道砂粗磨时，产生凹凸层h₁和破坏层F₁，而破坏层深度应与AA’线重合，而其加工余量应为图中的△₁，显然△₁等于F_c与F1之差。以后各道磨料的研磨加工余量均可类推，最后一道磨料的精磨所产生的h与F都己相当细微，因此，应该使最后一道磨料中的F略微超出AA线。然后通过抛光除去残余的相当微细的破坏层。余量的表达式为：

必须指出：根据上述原则计算的余量只是理论值，实际上还应该结合加工的具体情况给予适当地放大。
1.4.3各工序余量的确定
1、锯切余量与公差
锯切余量与锯片的侧向振动、锯片厚度、锯切深度等因素有关，可按表1—1选取。
表1—1锯切余量

锯切的尺寸公差取±0.2～0.5mm。
2、整平余量
整平时，磨去玻璃层的厚度，决定于毛坯玻璃的厚度，表面不平程度及其它表面疵病大小，一般加工中单面整平余量取0.2～0.6mm；
3、磨外圆加工余量与公差
磨外圆余量是指将整平后的方料，按其边长磨到圆直径之间的磨去量，根据磨外圆的加工机床与零件尺寸不同，可按表1-2确定，磨外圆公差可按表1-3确定。
表1-2磨外圆余量

表1—3 磨外圆公差

4、研磨、抛光余量与公差
研磨的余量与被加工零件开关和尺寸、毛坯的种类、机床精度等因素有关。抛光余量十分微小，它与精磨余量一起给出。
（1）用散粒磨料研磨时，粗磨余量参考表1-4：
表1-4 散粒磨料粗磨余量

（2）用固着磨料研磨时，粗磨铣切余量参考表1—5，对于棱镜，考虑到修磨角度，余量应当增大。
表1—5  固着磨料粗磨余量

（3）精磨抛光余量及公差
精磨和抛光的余量：一般采用的数据为，零件直径≤10mm时，单面余量取0.15~0.20mm，零件直径>10mm时，单面余量取0.20~0.25mm。
高速精磨余量一般取0.1mm。
3、定心磨边余量
凹透镜的定心磨边余量参考表1—6选取。对于凸透镜当其直径与凹透镜尺寸相同时，可选取比表1—6低一级的余量。
表1—6  凹透镜定心磨边余量

1.4.4  光学零件毛坯尺寸的计算
各工序的加工余量确定之后，就可计算出毛坯的尺寸。
1、透镜的毛坯尺寸计算
对于双凸透镜可按下式计算：
t=t0+2(p1+p2)
对于凹凸透镜可按下式计算：
t=t0+2(p1+p2)＋h
对于双凹透镜可按下式计算：
t=t0+2(p1+p2)+h1+h2
式中：t——毛坯的厚度；
     t0——透镜的中心厚度；
     p1——精磨抛光余量（单面）；
     p2——粗磨余量（单面）；
      h1、h2――凹面的矢高。
2、棱镜的毛坯尺寸计算
棱镜的种类虽多种多样，但都可认为是若干个三棱镜的组合，所以只需分析三棱镜毛坯尺寸的计算。

第二章  光学零件制造工艺实习
2.1光学零件的粗磨成型工艺
2.1.1粗磨及其要求
一、概  述
  1、什么是粗磨
  将玻璃加工成透明的光学表面，无论采用传统工艺还是机械化工艺，均需要经过三大基本工序：即粗磨、细磨(精磨)、抛光。
    粗磨是将玻璃块料或型料毛坯加工成具有一定几何形状、尺寸精度和表面粗糙度的工件的工序。按国内一般情况，粗磨工序是包括毛坯加工分工序的，而狭义的粗磨是仅指在已基本成型的毛坯上研磨表面，使其表面形状(如球面半径)和表面粗糙度满足下一步上盘细磨要求的那一部分工作。这里所述粗磨则指较广的范围，即从由块料加工毛坯开始，因此它所包含的分工序相应地要比成型毛坯的多一些。
  2、粗磨的要求
  粗磨的要求是随零件的种类不同而不同的。
  对于球面零件，粗磨加工的要求是：一定的曲率半径、中心厚度、中心偏不超过某一范围；完工后的表面粗糙度要求达到3.2(R₁＝3.2μm)相当于旧标准光洁度等级为V5；对于平面零件，粗磨加工的要求是：一定的角度、厚度、外形尺寸；完工后的表面粗磨度一般应比球面零件的要求高一些。
二、粗磨工艺的机床、设备与辅料
    传统工艺用机床采用散粒磨粒加工，主要种类有：
    (1)割料机：主要结构为一高速旋转的铁片圆盘，下置一个砂桶，用手推动玻璃进行锯割，俗称泥锯；
   （2）粗磨机：该机床由一电机通过皮带驱动主轴转动，主轴上端装有平模或球模，主轴转速可以利用塔轧变速，研磨时可根据工件加工余量的大小，向平模或球模添加不同粒度的磨料与水的混合物。玻璃的磨除量和表面凹凸层与磨料粒度、磨料种类、磨料供给量、机床转速及压力等因素有关。该机只有一个主轴，故又称单轴机，若有两个主轴则称粗磨二轴机。
三、粗磨量具
根据粗磨精度情况，量具使用范围如下：
(1) 钢尺：用于划线、切料、核料、测量；
(2) 分厘卡：0—25mm规格，用于凸透镜中心厚度测量；25mm以下的外圆及棱镜尺寸测量；加装测量头还可测量凹透镜的中心厚度；25～50mm规格，用于25—50内各种外圆尺寸、棱镜尺寸测量；
  (3) 游标卡尺：用于零件直径、长度、高度、内径等大于50mm的尺寸测量；
(4) 百分表：测量零件深度、平行度、凹透镜中心厚度；
(5)角尺：包括直角尺、调整角尺（角规）、万能角尺，用于测量零件角度，是棱镜加工的必备量具；
(6)刀口尺：用于检验平面零件的平面性；
以上量具校正时应用三级块规。
四、粗磨磨料
粗磨磨料最常用的是金刚砂，其主要成份为Al₂O₃、SiO_2、Fe₂O₃等，系天然矿物产品。
磨料生产中，对于粗细不同的磨料是用其粒度来表示的。按国家标准规定，对用筛选法获得的磨料粒度号用一英寸长度上的筛孔数目命名，如60、80、120、280。号数越大，磨料越细；较细的磨料用水选法分级，以实际尺寸命名粒度号。如W。、W20、Wo等，号数越大，磨料越粗。由于各种粒度的磨料实际上是一群粒径在一定范围内的混合体，因此，对磨料的质量还要求要有一定的粒度均匀性。
五、粘结材料
    用于粘结零件，是一种零件粘结和装夹辅助材料，常用的有柏油和松香。
按一定比例配合熬制成的火漆、松香和黄蜡配制的粘结胶等，其主要指标是针入度和软化点。软化点越高，针入度越小，胶则越硬．对于粘结胶，软化点约为上盘温度，而适宜使用的室内温度则应低于此值，粘结胶软化点应大于80℃。
2.1.2  粗磨磨具
粗磨磨具包括加工用的研磨模、倒角模和装夹粘结用的粘结模。加工模具又称工具，多用铸铁制造；粘结模又称夹具，常用铝合金或铸铝制成，按其外形可分为球面和平面两类，各种球面模具的主要差别在于球面半径精度和模具的矢高，不同模具原则上不能通用。平面模具主要指标是其口径大小，通用性较大。
一、球面零件的粗磨
A、球面零件粗磨工艺过程
球面零件粗磨工艺过程根据所用毛坯的类型及加工方式的不同而不同。
1、块料毛坯：传统工艺下的球面零件粗磨工艺过程，可由下列工序构成：
  (1) 锯料(切割)：按零件毛坯尺寸进行锯切；
  (2) 整平：磨去锯切时留下的不平痕迹；
  (3) 切片(或割方)：按零件直径毛坯尺寸切片割方；
  (4) 胶条：按零件厚度方向胶成长条；
  (5) 滚圆：用手工方法将胶条磨去棱角再滚磨成圆柱，或装在专用机床上直接按尺寸要求磨外圆；
(6) 拆胶、清洗：胶条拆开获得若干单个圆形玻璃片；
(7) 磨球面(俗称开R)：将圆片平表面按图纸要求磨成球面；
(8) 倒角：磨去锋利的边缘；
(9) 清洗送检。
2、型料毛坯：型料毛坯一般是已具有圆片形状的玻璃料或是热压成型的球面玻璃料两种，对于型料毛坯一般是采用机械化工艺加工，其工序过程有：
    (1)型料检验  型料是一定质量的光学玻璃经热加工后的产品，其理化性质常有改变，因此用料时,一定要按图纸要求逐项检验，合格方可使用；
    (2)上盘 将型料上刚性盘装夹
    (3)铣磨球面  用金刚石磨轮在铣磨机上进行铣削形成球面；
    (4)粗磨修整  这一工序主要用于部分机械化工艺中，即成盘铣磨好的球面零件，下盘后要单只粗磨修整并倒角，方能送古典式细磨工序加工。
B、主要工序操作方法
1、锯料(切割)：锯料的目的是将大块料锯切成小块或片状，以利下道工序加工。可按以下步骤完成。
(1)选料：根据图纸上对材料提出的各项指标要求，认真细致地选择，不可出错，稍有差错，加王后即成废品，既费工又费料，因为以后各道工序一般不再检查，也很难检查。 
(2)划线：划线的尺寸是图纸上零件要求的名义尺寸，总的加工余量与锯缝宽度三部分之和。
双凸透镜划线尺寸计算：
厚度划线尺寸：6(图纸上名义尺寸)+0.3(细磨抛光余量)+0.2(粗磨余量)＋1(整干余量)+2(锯缝宽度)=8.5。式中：单位是毫米（mm）；
直径划线尺寸：30(图上名义尺寸)+1.5(磨边余量)+1(滚圆余量)+1(磨方余量)+2(锯缝宽度)=35.5 。
(3)锯切：在泥锯上锯切；先检查机床是否正常，砂桶内有无合适的砂浆，工作台是否可靠。然后开动机床，手持玻璃沿靠板缓缓推进切割；对较薄的玻璃块，为防止最后崩边可预先胶上一块保护玻璃再行切割。
若在金刚石锯片切割机上切割，先按操作说明书检查机床是否正常，锯片装夹是否紧固，冷却液是否流通。然后装夹玻璃，调整好位置，开动电机自动切割。
  (4)锯切操作注意事项
a、锯片不平直时：应先调整平直，轴上安装要正确、可靠；
b、进料时，应对准锯缝，锯片和玻璃接触线不应过长，并应从玻璃边缘开始切割；
c、用手握住玻璃时，不应有上下与左右方向的跳动，切割开始与结束时用力要轻，以防崩边；
d、锯大的玻璃块料时，切到中间应调转180o再切；
e、锯下的余料，必须即时重新打印或者用玻璃铅笔写上原来的牌号及有关质量指标，以防止以后不可辨认而成为废料。
  2、整平：整平的目的是磨平锯切时留下的不平痕迹及破口，以保证零件平行度，控制尺寸，提高表面光洁度。也有手工整平与机械整平两种方法。
(1) 手工整平方法  手握工件，使其在铸铁研磨盘上沿椭圆形路线运动，运动方向应与磨盘转动方向相反，同时加砂加水，研磨时需要多磨的地方应加大压力，如在凸出部、形块的厚端部或者让需要多磨的部位在磨盘的边缘部分停留的时间较长些；
(2) 机械整平  用平面磨床进行磨平，或者用铣磨机床铣平，一般是多块成盘加工；
(3) 整平操作注意事项
手工整平时，要防止在工件上加压不匀造成工件表面成凸起的弧形，正确的加压方法是使工件始终贴紧磨盘表面运动，同时不可一次加压过剧，应从厚到薄逐渐过渡。
    3、划方：划方是传统工艺中，加工小尺寸球面零件时常见的工序方法。对于较薄(<
10mm)的整平毛坯，不用锯切方法而是用金刚石玻璃刀划方，使用金刚石玻璃刀划方的要
点如下：
    (1) 选择号数合适的金刚石刀、玻璃厚时，相应的金刚石刀的号数要大；
    (2) 走刀时，切削刀刃加力要合适(约2kg)应与玻璃表面成一定倾角，走刀过程中不能
停顿断线；
(3) 划痕不能重复，交叉；
(4) 工作台面要平，玻璃较厚时，刀路上应涂上煤油，d>lOmm时，划后用小锤轻轻敲击划痕背面，使之开裂。
3、磨球面（开R）
这是球面光学零件的第一次成形加工。磨球面工艺的要求除加工出符合粗磨图纸上规定的球面半径值外，还应该控制偏心差，并使加工面具有一定的粗糙度。同样，磨球面也有手工与机械两种方法。
（1）手工法磨球面  用手工法磨球面指用散粒磨料单件手工粗磨球面的方法。
①研磨盘以速度w1作逆时针方向转动，工件用手指按住(较小的工件可以用一木棒粘上)沿磨盘表面上下移动。为防止产生较大偏心差，工件还要依靠大拇指的推动，不断围绕自身轴线以速度w2转动；
②粗磨球面一般要用从粗到细的三道磨料加工，每一号磨料应有相应曲率半径的粗磨球模，第一道磨料要根据单件矢高的大小，选择不同的粒度(矢高大于1毫米时用粒度180#磨料；矢高为0.4~l毫米时用200～180#磨料，矢高小于0.4毫米的，用小于200#的磨料)；第二道选用280#磨料，第三道选用W40。(或W2a)磨料；
③为控制偏心和检验厚度，磨完第一道磨料后应留出具一定尺寸的检验环(凹球面)和检验  点(凸球面)用观察检验环是否对径等宽分布，检验点是否位于中心来判断偏心的程度。磨完第二道磨料的中心厚度大于粗磨完工尺寸约0.1毫米，第三道磨料则磨到粗磨完工尺寸。
2.1.3 平面零件的粗磨  
  一、平面零件的粗磨
对于具有一个侧圆柱面的一般平面零件，如分划板、度盘、平面平晶，平行平晶等，传统工艺的工艺过程类似于球面零件的粗磨工序，不同之处是无需磨制球面；平面零件粗磨表面质量比球面的要求高，应比球面零件多磨一道细一号的砂，同时要修改两表面的平行性。
    用散粒磨料粗磨平面时，第一道砂根据工件的加工余量的不同，选用不同的粒度。用粒度小于180#的砂研磨后，厚度余量应比粗磨完工尺寸至少大0.5毫米；用180#砂研磨后留余量0.3毫米以上；用240#砂磨后留余量0.25毫米以上；用280#砂磨后留余量0.1毫米；
最后用W40(或W2s)砂磨到粗磨完工尺寸，粗磨完工的工件表面以中间略凹些为好。
    粗磨时检验工件和平模的平面性用刀口平尺，根据平尺刃口下是否漏光的情况来判断面形。检验前应将表面擦净。平尺放到工件上后不要来回拖动，以免使平尺刃口很快被磨损。
    1、散粒磨料多片加工
    工件尺寸小于150mm时，可采用多片成盘加工工艺。具体操作过程是：将粘盘加热，用
石蜡或松香蜡将平面工件上盘，粘盘中心要凹；
    2、散粒磨料单件加工
工件尺寸大于150mm时，应用小平模粘结单件加工，如外圆较规则，可不必粘结,装在套模内加工即可。
2.2  光学零件的细磨(精磨)工艺
  2.2.1  概  述
    一、细磨工艺及其要求
粗磨完工的零件表面是比较粗糙的，其几何形状也与图纸要求差距较大，还不能用来进  行抛光加工，为此，零件的粗磨工序完工之后还必须设置细磨工序。其目的有两个，一是通过细磨工序将零件的表面粗糙度提高到0.8(R₁=0.8μm)左右，相当于旧标准光洁度等级V  7；二是使零件几何形状更加精确，面形更为完善。所以细磨是粗磨与抛光之间的一道中间工序，也是不可少的基本工序。
    鉴于以上原因，细磨工艺过程并无严格的界限，通常是指从280#或320#到W1、W1₀等，粒度的散粒磨料的加工。有的地方，特别是采用金刚石丸片加工的机械化工艺场合，通常把  粗磨与抛光中间的工序叫精磨工序。其作用与要求与上述细磨相同。为便于区分，以下把这  一工序中用散粒磨料加工的叫细磨；用金刚石工具加工的叫精磨。
  二、细磨工序的特点
     1、细磨完工后工件表面粗糙度低，凹凸层深度接近抛光剂颗粒尺寸面形基本接近图纸
  要求，角度用测角仪检测应基本无误差；
  2、细磨工序只要零件结构允许，多是成盘加工．必须指出，如果采用机械化工艺，用金刚石磨轮铣磨，金刚石丸片精磨的方式则往往在粗磨前即应完成成盘工作；
3、细磨所用机床、工具应较粗磨时精密，特别是平面研磨模，球面研磨模等，必须经过反复修改，试磨、检验符合要求后才能使用；
4、对清洁工作的要求更高，粗砂绝对不可带入细砂。为此，每道砂后都必须对工件、磨具、机床台面进行清洗。细磨完毕后用皂液作更精细地清洗。
2.2.2上盘与下盘技术
上盘是细磨<精磨)加工前的一道关键工序。无论用哪一种方法加工，无论是单件或多件加工，一般都要先上盘，即把零件按一定要求固定在粘结模上。固定的方式有用胶粘结的，也有不用胶粘结而依靠分子吸引力固定着的(光胶)．对于单件上盘只是要求把零件无偏心地固定在粘结模上；对于多件上盘，则要求(1)所有零件在镜盘上加工面一致，即要求球面镜盘上所有零件的加工面位于同一球面上。如果是平面镜盘，则要求所有加工面处于同一平面内。(2)零件在镜盘上的排列必须符合可排片数多和磨损均匀的原则。由于机床功率限制和球面半径的约束，每一镜盘上所能排列的镜片数量有一极限值。另外，由于镜盘增大，均匀磨损困难程度也随之增大，所以每一镜盘上也不是排列的片数越多越好。因此，上盘以前必须进行镜盘设计，确定采用镜盘的排列方式和尺寸，所用粘结模的尺寸等。然后方能进行上盘操作。镜盘设计一般由工艺人员完成。感兴趣者可查阅曹天宁等编《光学零件制造工艺学》第五章有关内容，此处从略。

2.2.3  透镜的细磨工艺
透镜的细磨方法有两种，即用散粒磨粒细磨与金刚石工具高速精磨。
一、用散粒磨料细磨球面
    用散粒磨料细磨时，磨料在研磨磨具和零件之间处于松散的自由状态，借助细磨所加压
力，通过模具、磨料和零件之间的相对运动，实现零件表面成型目的。细磨前应根据零件粗磨后的表面质量，选择细磨用磨料粒度号。通常粗磨完工，表面粗糙度为3.2，相当于用w28
(302#)磨料加工的表面，则细磨第一道磨料粒度号应选用W28(302#)。
    散粒磨料细磨的技术关键在于细磨磨具的面形精度、研磨速度及压力调整。如细磨研磨
模具面形精度达不到要求，则应先修改研磨模具。
    1、细磨模具的修改
    细磨模具的修改方法根据修改量的大小，可有对磨法(凹凸一对磨具对磨)，砂石或刮刀修改法。若表面误差太大时，可在球面车床上进行修改。细磨模修改后，工作表面曲率半径应符合要求，表面且不允许有不规则的凹凸不平，不允许有砂眼、气孔、大擦痕，模具工作面相对镜盘旋转中心的跳动量应小于0.1毫米。
    对磨修改球面研磨模操作方法：
    (1)凹模修改
    ①用凹模在细磨机上细磨一盘零件；
    ②洗净、擦干，用样板检查加工面光圈，若出现低光圈，凹模中心应多磨，将凸模安装在主轴上，凹模在上，摆幅要大，摆幅量是凹模直径的1／2左右；
    ③若零件表面出现高光圈，则凹模边缘应多磨。修改方法：凹模在下，凸模在上，摆幅要大，摆幅量是凸模直径的1／3左右；
    各道细磨用的研磨模具的修改顺序以最后一道磨料所用模具为基准，逐步修改上一道磨料用的研磨模具。用擦贴度检验，擦贴度为1／3～1／2，即接触面积占1／3～1／2，且接触区不应集中在零件中心。如细磨用302#、302、303#三道磨料，相应有三对研磨模具。先修改303#磨料用模具，用废零件试磨看光圈检验，303磨料用模具修改好后，修改302磨，用模具亦用零件检验，试磨后的零件在303#磨料模具上看擦贴度，若合格最后修改302#
磨料用研模具。
    (2)凸模修改
①试磨一盘零件。用件板检查被加工面，是高光圈时，应多磨模具边缘、修改方法是凸模在下，凹模在上，加大摆幅，摆幅量是凹模直径的1／2左右；
②用样板检查被加工面时，若是低圈则应多磨模子中心，凹模在下、凸模在上。摆幅要大，摆幅量是凸模直径的1/3；
③擦贴度观察方法  为了方便而有效地观察擦贴度，可在零件(镜盘)上哈气，哈出的带有水汽的气体在玻璃表面冷凝成水膜，贴合在模子上，接触处形成水印。取下镜盘后，看水印大小及分布状态即可判别擦贴度大小。
2、细磨操作过程
散粒磨料在普通细磨机上细磨过程如下：
    (1)根据被加工零件的技术要求和镜盘大小选择机床。一般机床可加工的最大镜盘尺寸按平面镜盘尺寸千计算，球面镜盘应进行换算。决定机床转速、三角架摆幅、铁笔的前后位置和高低。
    (2)分清磨料粒度号，依次确定磨去余量分配。细磨余量根据磨料号。零件大小、零件材料软硬程度确定。单面余量<0.01mm时可用Wu和Wzo号磨料；单面余量0.1mm左右时，可用Wo＼Wi4＼Wlo号磨料。为了保证零件厚度，对于厚度公差0.1mm的零件，在第二面加工时应按厚度大小配盘，若厚度差别过大，应单只修磨，整盘零件厚度公差在0.05mm以内；      
    (3)将镜盘或模具装上机床主轴。正常情况下，一般凸镜盘及直径大于350mm的凹镜盘应装在主轴上，而凹研磨模应扣在其上，由铁笔拨动；
    (4)在下盘上均匀涂布浓些磨料浆，放上镜盘，手推动几下，使磨料分布均匀。然后手扶铁笔，架至上盘支承孔内，开动机器。先开主轴开关，再开摆动开关。5分钟左右取下镜盘检查零件是否全部磨到．如果均匀磨到，可继续加磨料研磨。如果镜盘边缘或中间均匀地未磨到，应再修改模具。如镜盘上局部区域未磨到，应预热一下镜盘再磨。如仍磨不到，则表示上盘时各零件的加工面不在一个球面上，应重新上盘。
    (5)镜盘和模具研合后，可在铁笔上部加荷重，以加快研磨速度，采用两道磨料制时，球面第一道磨料应研磨10—20分钟。
    (6)清洗镜盘。检验无砂眼和擦痕时，换用第二道磨料。第二道磨料开始前，磨具、台面、铁笔等均应清洗干净．当最后一道磨料在整个镜盘表面研磨均匀之后应停止加磨料，再加5—10分钟的水，磨到模具表面呈灰青色或灰黑色时取下。
    (7)用温水洗净镜盘，检查表面细磨质量。合格后送抛光。细磨中零件最后面形和样板相比，一般应为低光圈，光圈数为2—3为宜。
2.3  光学零件的抛光工艺
  光学零件要获得透明的光学表面必须进行抛光加工，它是光学零件制造过程中所花工时最多，要求最高，影响质量的因素多而易变的一道主要工声。
2.3.1  概  述
    光学零件抛光工序在细磨(或精磨)之后进行。抛光的作用机理目前还没有形成一个完整统—的理论。由于影响抛光质量的因素多而易变，故达到抛光作用的手段和途径也多并各有差异。但对抛光操作的基本要求，抛光的基本过程和方法，抛光所用的各种辅料，抛光过程中的质量监控方法等均已比较成熟，在用散粒磨料的传统工艺中尤为如此，是光学零件工艺实习的重点学习内容。
一、 抛光的基本要求 
  细磨过的光学零件，外形几何．尺寸已基本确定，抛光是对表面作微量修整，基本要求有：  1、获得光学表面，即最后要磨除细磨加工留下的凹凸和裂纹层，获得表面粗糙度为0.008 表面疵病符合图纸要求的透肯表面。
2、表面面形精度符合图纸要求的N和△N。
上述两个要求在一般的抛光过程中是分步达到的。即先抛亮，达到第一个要求；然后精修光圈，使之合格达到第二个要求。
二、 抛光过程和抛光方法
  1、古典抛光工艺的特点及过程
  古典法抛光是一种历史悠久的加工方法。其主要特点是：采用普通的研磨抛光机床或手工操作；抛光模层材料多采用抛光柏油；抛光剂是用氧化铈或氧化铁；压力是用加荷重方法实现。虽然这种方法效率低，但加工精度较高，故目前仍被采用着。其基本过程为：在和细磨通用的各种平摆式机床上(二轴机、四轴机)装好镜盘与抛光模，其安装方式，不管是镜盘还是抛光模，一般都是凸的在下，凹的在上，将抛光液加在抛光模和零件表面之间，借助两者的相对运动，使镜盘表面(零件表面)逐渐形成光学表面。
    抛光过程中，面形精度使用光学样板检验其光圈数决定。抛光质量好坏的关键是准确的误差判别(光圈识别)和各种工艺因素的合理调节，即取决于操作人员的技术水平。
2.3.2 抛光辅料
    抛光过程中使用的辅助材料很多，其质量好坏对光学零件加工质量及生产效率有重要影响，其中以抛光中用作磨削物质的抛光粉与形成光学表面面形的抛光摸层材料最为重要。
一、．抛光粉
    在古典法抛光工艺中，抛光粉是必不可少的磨削物质．对抛光粉的要求是：
    (1)应具有一定的晶格形态和晶格缺陷，有较高的化学活性；
    (2)粒度大小应均匀—致，纯度高、不含有机械杂质；
    (3)硬度适中；
(4)有良好的分散性(下易结块)和吸附性。
    在光学玻璃抛光中，常用的抛光粉有以下几种：   
    (1)氧化铁，俗称红粉。(它属于a型氧化铁a-Fe2O3，)斜方晶系，颗粒成球形，边缘有架状物，颗粒大小约0.5—1Pm，莫氏硬度4—7比重5.2。
    由于氧化铁价廉易得到，几百年来，传统工艺中一直以它为主要抛光物质。近二十年来除眼镜行业外，已逐渐为氧化铈代替。用氧化铁抛光虽效率低，但光洁度高。
    (2)氧化铈(CeO2)它是稀土金属氧化物，属于立方晶系，颗粒外形呈多边形，棱角明显平均直径约为2Fro，莫氏硬度6～8，比重7.3，颜色有白色、黄色和褐色的几种。利用氧化铈抛光效率高，但光洁度要比用氧化铁时低。
二、 抛光模层材料
  光学表面形状最终是依靠抛光模表面限制形成的，抛光粉也只有吸附在抛光模上，依照抛光模规定的表面运动，才能达到去除玻璃表层凹凸不平区及不规则表面上多余的玻璃层。所以抛光模要求：
  (1)有一定硬度以保证面形稳定；
  (2)有一定的弹性和可塑性使其与工件表面有效吻合；
  (3)对高速抛光用模层材料还要有耐热、抗老化、自锐性及微孔结构。
  常用抛光模层材料有：
  (1)古典法抛光胶材料：主要由沥青和松香按一定的配比加热混合而成，又称抛光柏油。①沥青：是多种有机物的混合物。黑色，常用石油沥青主要成份为油分、胶脂和沥青质。油分使沥青具有流动性，胶脂使沥青具有弹性和延度，沥青质使沥青有粘度和温度稳定性。  沥青质软，对温度变化不大敏感。粘度变化缓慢，使抛光柏油具有可塑性和稳定性．沥青溶解于汽油、苯、松节油。
②松香，由松脂提炼得到，黄色．没有一定熔点，软化点约50℃，松香溶于乙醇、乙醚、丙酮等；松香使抛光柏油具有粘性；
③蜂蜡：又称黄蜡，熔点约60一70℃，蜡具有不透水性、可塑性、粘结性，使抛光柏油增强对抛光粉的吸附力；
清洁零件光学表面用的辅助材料：
    在上、下盘以及检验光学零件加、工质量时，必须仔细地清洁光学零件，检验器具。常用方法是将零件先浸在溶剂汽油中，后浸酒精之中，若干时间后，用棉花沾上溶剂轻擦。(上、下盘)，或者用脱脂纱布、绸布滴上乙醚酒精混合液清擦(清洁光学表面用)，常用清洁材料特性如下：  
(1)溶剂汽油：能溶解沥青、油污、脂肪酸等，沸点120C～200℃，自燃温度230山260℃；
易挥发，空气中含量达1。3~6%时，易引起爆炸，对皮肤有刺激性：
(2)乙醚：能溶解油脂、沥青、松青、蜡、冷杉树脂胶。沸点34．6℃，自燃温度188℃，极易挥发，空气中含量达l 85—36．5％为爆炸极限；对粘膜有刺激，过多吸入则易于麻醉。乙醚在通常情况下含2％的水。
(3)乙醇：能溶解虫胶、松香、沥青；沸点78．50℃，自燃温度400℃；易挥发，与空气混合的爆炸极限为3.5一18％；对眼及上呼吸道粘膜有轻度刺激。光学加工行业中，清擦光学表面时使用的无水乙醇，浓度为99.5％。
    光学加工行业中通常使用乙醚、酒精混合液作为清洁溶剂；乙醚脱脂力强，但挥发性大，加入乙醇可减慢挥发速度。乙醇过多则挥发太慢，水份残留不易消去，常用乙醚，酒精混合液的配比为1：1。
  (4)脱脂棉：外观洁白、均匀、无杂质；油脂及蜡质含量不应大于0.1％；水份5—8％；盐含量不大于0.01％；酸碱反应呈中性。高级脱脂棉纤维不应短于30毫米；脱脂棉用于浸蘸有机溶剂(汽油、乙醚、乙醇等)清洁零件上的油脂、指印、水点等污物。
  (5)脱脂擦布：脱脂擦布常由细白布、府绸、纱布等经洗绦和脱脂处理制成。用于清擦抛、刻线、照相、镀膜、胶合、装配等过程中的光学零件。要求色白、柔软、不掉毛、无杂质。使用时滴上有机溶剂，清擦光学零件。
  (6)碳酸钙：白色粉末；莫氏硬度3，用于擦除玻璃表面不溶于汽油，乙醇等有机溶剂的附着物。
2.3.3  光圈的形成与识别
如何使用光学样板和干涉仪准确地识别光圈所代表的加工误差，是抛光操作中的重要技术。只有正确判断光学零件加工中的误差，才能合理地采取各工艺措施，有效地予以修正各种误差，加工出完全符合图纸要求的零件。而要正确判断加工误差，主要依靠对检具(样板及干涉仪)的正确使用及对光圈的正确识别。
一、  光圈的形成
  抛光后零件的面形精度通常是用光学样板来检验差异，反应为两接触表面间空气隙的大小。样板和零件接触时曲率半径大小的。当两接触表面存在微小的空气隙时，入射光线通过该两表面进行反射或透射，两束反射光相干涉的结果形成干涉条纹。光学加工行业中习惯称这组干涉条纹为光圈，光源是单色光时出现明暗相间的条纹；当用白光时则呈现彩色条纹；每一条纹和一定的空气隙厚度相对应；由等厚干涉理论可知，两条相邻的干涉条纹之间的空气隙厚度差，因此第n道光圈处对应的空气隙厚度为h=n．对于白光，若取波长入的平均值为0.5fm，则相差一个光圈时，其厚度差即为0.25Pm。
二、样板及平面干涉仪
    1、样板种类及其要求
    样板分平面样板和球面样板两种。平面样板也叫平晶，其工作表面为平面，常用口径有60、100、150、200几种规格，大于200规格的样板，由于制造困难而少见。球面样板具有一个球形工作面。其曲军半径决定于所加工的零件。因此，一个半径就要有一个样板，球面样板在不同半径零件之间不能通用，而平面样板是可以通用的，样板要有一定高度，便于用手握持。   
   样板因为作为标准使用，要求面形精度高，它相对理想面的误差．应在0.5光圈以内。制作样板的材料要求耐磨、膨胀系数小，以保持稳定。所以通常用石英玻璃，轻冕玻璃，K4、K9等制作样板。
  2、样板的使用
使用样板检验光学零件时，必须按以下方法操作：
(1)、用乙醚、酒精混合液滴在职脂布上，擦净样板工作面和光学零件被检面；
(2)、放置一定时间。求得被检零件和样板之间温度均衡一致，避免由于温差造成读数误；
(3)、将样板轻轻叠合到零件上，稍微加压，挤出间隙中空气，使通过样板看到较粗的光圈为了便于观察计数，视场内以出现3—5道干涉条纹为好。可通过调节样板对零件的倾角来达到。
(4)、为了同时观察局部误差和曲率误差，应使球面样板与被检表面的一部分接触以看到弧形条纹为好。如果被检表面与样板整体均匀接触，则观察到呈圆形的干涉圈，那样只能读得光圈数，不能读得局部误差数，故较少使用；
(5)、根据干涉条纹弯曲状况和规则程度；计算光圈数N和局部误差△N。
  三、光圈的识别与度量
    在抛光加工中，正确地判断光圈的高低程度及局部误差的性质，对于修改工件面形误差是非常重要的。所谓高光圈，系指样板与工件中心接触，而低光圈则相反是样板与工件边接触，检验时一般规定，高光圈(凸)为正偏差；低光圈(凹)为负偏差。
高低光圈的识别：
(1)加压法：（在样板四周均匀加压）
低光圈：条纹从边缘向中心收缩，光圈减少且变粗；
高光圈：条纹从中心向边缘扩散，光圈也相应减少变粗；
(2)一侧加压法：在光圈数少的情况下常用此种方法。
低光圈：条纹弯曲方向背向压点；
高光圈：条纹弯曲方向朝向压点。
(3)色序判断法：在白光中，各色光的波长是从红光向紫光逐渐减短的，因此，在同一个干涉级中，波长越长，所产生的干涉处的间隙也越大。当从中心到边缘的色序为兰、红、黄、兰、红、黄循环时，则为低光圈；当从中心到边的色序为黄、红、兰、黄、红、兰循环时，则为高光圈。
2.3.4  古典法抛光
    古典法抛光是一种传统工艺，历史悠久。适用于各种精度的零件的加工，是许多光学材料抛光技术的基础。虽然已出现的高速抛光技术在生产效率方面有很大的提高，但在高精度零件的加工中。仍往往需依靠古典法抛光。
古典法抛光主要特点是采用普通平面摆动式机床，常用的有二轴机、四轴机、六轴机。此外，还有单轴机，脚踏研磨抛光机等。抛光模层材料采用沥青和松香配制；加工压力低；机床转速慢，采用散粒抛光剂(氧化铈、氧化铁)。
一、  抛光模制作技术
    抛光模是抛光技术中的关键模具，抛光模的质量直接影响加工面形的精度和效率。
    古典法抛光模制模所用抛光柏油应按工房温度，镜盘大小、玻璃种类、生产方式等因素选择不同的配比熬制。
  1、常用抛光柏油配比选择原则
   (1)镜盘直径大，抛光柏油软些，即松香少些；镜盘直径小则硬些，即松香多些；
  （2）火石玻璃硬度低，抛光柏油软些；冕牌玻璃硬些，抛光柏油硬些；
   (3)室温高，抛光柏油硬些；室温低，抛光柏油软些；夏天硬些，冬天则软些；
   (4)手修用，抛光柏油软些；机床上加工，抛光柏油硬些。
  2、抛光模制作方法
  这里仅介绍采用抛光柏油作抛光层的制模方法：
  (1)选胶．即按具体情况，选择配比合适的抛光柏油；
  (2)熬胶．把选好的抛光柏油放在熬胶锅内慢慢加热，并进行搅拌。升温不可太快，也不可太高，一般在140℃左右，不可超过170℃，以免引起抛光柏油焦化。当有塑料粉等添加物时，要注意添加物允许的最高温度。
二、抛光操作过程
    1、调整好机床速度、摆幅；准备好水锅、清洁用的脱脂棉、纱布；清洗工作台、摆架，等抛光用的一切用具了；
    2、检查镜盘细磨后的面形与粗糙度，不合格要重磨；
    3、将抛光模在50一60℃温水中烫一下，在抛光模面上涂上抛光液，复盖在镜盘上，用手推动几下，使之均匀．放上铁笔，开动机床，开始抛光；
    4、抛光的前半期，以去除工件表面麻点砂眼为主要目的，在这一阶段，机床速比，摆幅与偏心均应调节在正常范围内进行均匀抛光；
    5、抛光一段时间后，应即时检验表面质量和面形，若磨点、砂眼去除均匀，则抛光应继续进行；若光圈过高，过低则要随时调整有矢工艺参数以控制光圈变化；
    6、在抛光过程中，可根据需要修改抛光模，常用修改方法有两种；
    (1)刮模或局部开槽法，用于改变吻古程度以修改面形偏差；
    (2)烫模法用于镜盘和抛光模曲率相差大的时候．
    7、当表面疵病和光圈合格后，镜盘用温水洗净，擦干、涂保护漆，下盘，也可用抛光模采用手推法收干表面抛光液，用乙醚、乙醇混合液擦净，涂保护漆、下盘。
三、零件面形误差(即光圈)修改方法
    修改光圈是抛光技术中较为复杂和具有经验性的工作．是抛光操作的关键环节，常见误差修改方法如下：
    1．凸镜盘高光圈的修改；
    (1)凸面镜盘高光圈产生原因(抛光模在上情况)
①抛光模曲率半径太小；
②抛光模矢高太大；
③抛光模对镜盘偏心太大；
④主轴转速太快，摆速太慢，摆幅太大．
    (2)修改方法
①修刮抛光模边缘，使抛光模曲率半径增大；
减慢主轴转速，加大摆速，减小偏心；
减小压力
    2．凹面镜盘高光圈(抛光模在下情况)的修改
    (1)凹面镜盘高光圈产生原因
①抛光模曲率半径太大；
②抛光模矢高太小，
⑧摆幅太小，
④偏心太小，主轴转速快，摆速太慢．
    (2)修改方法
①修刮抛光模边缘；
②主轴转速减慢，摆速加快，摆幅增大，偏心增加；
⑧减小压力．
  3．低光圈修改
  由于低光圈产生原因正好与高光圈产生原因相反，修改原则是使镜盘边缘多抛光．因此，修改方法与高光圈情况采取的措施亦相反，此处从略。
    4．局部误差产生原因及修改方法
    (1)塌边
①产生原因：抛光模太大；抛光柏油太硬，摆幅大大，抛光液太浓，细磨塌边；高光圈改低过程中，边缘还未改到。修改方法；选择合适的抛光模，修刮抛光模边缘；镜盘在上时减小，塌边严重时庄重新细磨。
    (2)翘边(洼边)
    产生原因与修改方法与塌边时相反，此处从略。
    (3)中心局部低
①产生原因：抛光模中间凸起；抛光柏油太软，使柏油流向中心而凸起；偏心与摆幅不合适，低光圈改高时未改到；
②修改方法：抛光模中心开槽或刮去一些，选用较硬抛光柏油：镜盘在上时应减小偏心或摆幅。
    (4)中心局部高
①产生原因：抛光模中心有凹陷，抛光液未到中心，偏心和摆幅不合适。
②修改方法；修刮抛光模边缘；镜盘在上时增大摆幅或偏心。
    局部误差种类很多，而且往往几种误差同时出现，要分清主次，如果总的光圈数要求差别大，则以修改光圈为主，当光圈数在达到要求或接近要求时，以修改局部误差为主。
    修改光圈时要注意：
①修改光圈数要同时控制局部误差的变化；
②修改中有几个工艺参数可调节时，不要使各参数同时变动，以免改变过剧，出现相反结果；
⑧低光圈较少时，要减慢抛光速率，密切注意变化，以避免出现高光圃，重新修正造成零件厚度超差；

第三章  光学零件的定心磨边
    对于圆形的光学零件，精磨抛光完工之后一般都还要进行磨边，使其侧圆柱面尺寸满足装配要求；对于球面透镜，磨边还有一个重要作用：就是校正透镜在研磨抛光过程中很难完全避免的偏心，即校正两球心连线(光轴)与外圆对称轴(几何袖)的偏离。
    根据透镜的使用要求，光学设计时往往预先给定这种偏离的大小，并用符号C表示。定心磨边就是使透镜满足这种技术要求。
3.1  偏心及其产生原因
3.1.1  偏心与定心方法
    透镜在粗磨成型、细磨抛光过程中，由于磨损不均匀，往往造成球面相对倾斜或偏移，出现边缘厚度不一致，结果使光轴和几何轴不重合。
造成零件磨损不均匀的原因较多。如开球面时，球面顶点不在毛坯中心；粗磨时用力不均匀，上盘时镜盘顶点偏高旋转中心；粘结胶软化，零件走动；研磨抛光时各工艺参数调节不合理等等。
3.1.2  偏心的计量
偏心如何计量，按要求不同，可有以下两种方法。
1、角偏移计量法:
以被定心表面相对定位面(定位轴)的角偏移表示。定位面可以是某一光学表面或者侧圆柱面。这种方法对偏心的计量准确精度高,是正在推广的一种方法。
2、线编移计量法
以透镜外圆几何轴和光轴在透镜曲率中心处的线偏离表示。这种表示方法不能确切表示出两轴相互位置以及各面偏心对象差贡献的大小,但它适合目前使用的仪器和磨边工序的加工目的,特别是单透镜的情况,故仍被广泛采用。
3.2  定心磨边工艺
    如前所述：定心磨边工艺有两类：一是以光学定心仪或其它定心方法先校正偏心量，然后磨边；二是采用自动磨边机床，自动定心磨边。以下主要叙述光学法中球心反射象定心磨边工艺。
3.2.1  定心磨边准备工作
  1、选择所用定心夹头，检验其是否可用，误差太大则应修整。
  (1)夹头直径确定，可根据以下两个条件：
①夹头直径D小于零件直径 约0.2～0.3毫米，此处为磨边完工直径；
②满足定心系数k的要求，一般情况下应有k>0.15，据此，R已知，可算出D要求的最小数  值。  
  (2)夹头的其它要求
①夹头轴与磨边机主轴同轴度应在0.003—0.005mm以内；
②夹头端面与几何轴垂直度在0.003—0.005mm以内；
③夹头壁厚lmm，壁的端部呈锥面；
④与零件粘接部分粗糙度R：≤0.05(抛光面)；
⑤材料的导热性要好，耐磨、变形小，一般用黄铜制作。   
  (3)夹头修整
    夹头如不符合上述要求，应当修整。由于精度要求高，一般是将夹头直接装在磨边机的主轴上。在磨边机导轨上安装刀架精车后，用金相细砂纸研磨，最后用棉花球上抛光液手工抛光，用乙醚、酒精混合液清洗。
    2、球心象校正点位置确定
    所谓校正点就是透镜表面球心象所处的位置。当定心仪物镜前焦点置于校正点上时，球心反射象可以在目镜分划板上清晰地观察到。
    透镜前表面(非粘结面)的校正点与它的曲率中心(球心)置于同一纵向位置。到前表面的距离x2=R2，定心仪物镜(顶焦距为L_F)到被定心透镜前面顶点距离L₂为：
L2=LF2+R2
式中：凸面时，R2取负值；凹面时，R2取正值。透镜启表面定心，一般靠夹头端面垂直度保证，不需要观察球心象跳动，当要检验时，则要计算x1的值：
Ll＝LF一zl
3、定心仪物镜选择原则
  为适合不同曲率半径的透镜定心，定心仪物镜分两部分、最外面部分是可更换的，可换物镜选择的原则是：
    (1)定心凸面时，可换物镜顶焦距LF必须大于R2，因为此时R2为负值；球心在透镜后面，L2=LF-R2，I>0，L2值一般不得少于lOmm，否则会造成定心仪物镜可能撞击被定心透镜或物镜焦点根本落不到球心上。
    (2)保证一定的球心象跳动量
为保证球心象有一定的跳动量，要求可换物镜放大倍数要合适。过大,象的跳动量大，不易找象，过小，象的跳动范围小，格值大，精度低。
4、磨边胶特征及配比
磨边胶用于将透镜粘接于夹头上。必须具备以下特征：
(1)粘结强度大，经得起砂轮磨削时的拉力；
    (2)稍热即软化，便于移动透镜定心；
    (3)容易清洗去除；
    (4)中性，不腐蚀玻璃，无杂质。因为粘接面一般也是光学面，不允许因磨边操作不慎而出现损伤，使前面的各道工序前功尽弃。
    目前常使用的能满足上述各项特性的配方有：
    (1)松香+胶  1 ：1配比；
    (2)松香+黄蜡  (90～95)：(10～5)；
    (3)松香+矿物油(86～95)：(14～5)。
3.2.2  定心磨边操作过程
    1、按加工图纸要求，准备好粘接夹头，选配好合适的定心仪物镜；
    2、用酒精灯加热夹头，均匀地涂上磨边胶；
    3、迅速粘上物镜，注意使胶层均匀；
    4、移动定心仪，使其物镜前焦点落在校正点上，在目镜视场内能清晰地看到球心反射象(亮十字象)；
    5、用手转动夹头，观察球心反射象的跳动量是否在规定范围内，如偏大，趁透镜在未完全固定前移动透镜在夹头上的位置(贴着夹头端面稍加挤压)直到球心反射象不跳动或跳动在规定的范围内。   
    6、开动机床，移动砂轮拖板磨削外圆，达到图纸规定尺寸。磨削时，同时开通冷却液，砂轮线速度以15—35m／s、工件线速度0.3～2m／s、进刀量以0.0l～0．08mm为宜；
7、倒角，用成型砂轮倒角或用倒角模倒角；
8、加热夹头，拆下零件，清洗擦干送下道工序或保存；
9、关闭机床，清洗工作场所。
3.2.3  磨边中常见缺陷及克服方法
在磨边过程中经常会出现各种缺陷，必须及时进行原因分析和采取相应克服办法。
1、崩边破口产生原因   
(1)砂轮或磨轮表面不平，或已磨钝后微孔堵塞，砂轮以选中软硬度为宜；
(2)砂轮粒度太租，工件越小，粒度越细，见表3－1：
表3—1 常用砂轮种类

(3)砂轮量太大,或进给太快；
(4)砂轮和工件轴的相对跳动太大；
(5)砂轮或透镜转整选择不当；
2、透镜上径出现椭圆或锥度，产生原因:
(1)砂轮与工件的径向跳动太大；
(2)夹头端面与工件轴不垂直；
(3)往复运动方向与砂轮工作面不平行；
3、表面疵病等级下降.产生原因
(1)夹头端面不光滑而划伤；
(2)粘结胶不清洁或对透镜起腐蚀作用；
(3)机械定中心时压力过大；
(4)冷却液对玻璃起腐蚀作用；
(5)倒角时擦伤；
(6)清洗时擦伤。

第四章  光学加工质量检验
光学加工质量检验是指光学车间里各道工序后加工质量的检验，主要内容有：
1、表面质量检验；
2、面形检验；
3、棱镜的角度检验；
4、几何尺寸的检验等。
4.1  粗糙度及表面疵病检验
4.1.1  粗糙度及检验方法
粗糙度旧标准中称为光洁度，系指研磨加工后零件表面的微观几何形状特性，用符号  表示。一般情况下，零件粗磨完工后应达到3.2，即Ra=3.2；细磨完工后应达到0.8，即Ra=0.8；抛光完工后应达到0.008。即Ra=0.008。分别相当于用W40（302）、W14（303

）和抛光粉加工过的表面，对应于旧标准光洁度等级为5、7 和14。
2、粗糙度检验方法
研磨件表面粗糙度，通常是在60—100瓦的白炽灯照明下，用目视进行观察，其等级可与样品比较来确定。要求研磨面砂眼均匀，不允许有下道工序中难以消除的划痕及麻点存在。检验过的零件要洗净、擦干。
4. 2  表面疵病及检验方法
表面疵病系指麻点、擦痕、开口汽泡、破点及破边，在图纸上用B表示。根据光学零件表面疵病尺寸和数量，共分10级，0~1—30级适用于位于光学系统象平面上及其附近的光学零件，其允许疵病尺寸和数量如表4—2所示。
表4—2 疵病尺寸和数量

I~V11级适用于不位于光学系统象平面上的光学零件，其允许疵病尺寸和数量如表4—3所示：
表4—3  I~VI级疵病的尺寸及数量

注：各级表面粗麻点之数量不得超过允许麻点数量的10%，粗擦痕总长度不得超过允许擦痕总长度的10%，计算粗麻点数量时，计算结果按四舍五入凑整。
零件表面疵病的尺寸及数量虽未超过表4—3的规定，但发现有疵病密集在一起的现象时，还须补充测定表4—4各级所规定之限定内疵病的尺寸和数量。
表4—4 疵病的尺寸和数量

限定区内如滑粗麻点和粗擦痕，则细麻点数量和细擦痕的长度允许按疵病换算后相应增加，但整个表面允许疵病的尺寸及总数量不得超过表4—4的规定。
1、表面疵病检验方法
（1）检验时，应以黑色屏幕为背景，光源为电压36V，功率60W—100W的普通白炽灯，在透射光和反射光下观察。
  为了便于发现疵病，观察时允许朝任意方向转动零件，怛在确定疵病大小时，应以透射光为准，在透射光下观察不出的疵病不予考核。
  透射光观察常用于检验各种透镜，玻璃平板和小角度楔形镜；反射光观察常用于检验棱镜、大角度的楔形镜以及便于使用反射光观察的其他零件表面。
2、各种表面疵病特征
    (1)麻点：是直径较小，并且凹下的点状疵病，呈灰白色或与抛光剂颜色相同。
    (2)擦痕：是条状疵病，颜色与麻点的颜色相同。有些细擦痕在转动零件观察时，带有闪光或呈彩色。
    (3)开口气泡：是由于气泡磨穿后形成的圆形或长圆形的点状疵病，多与抛光剂颜色相同，直径较大。
    (4)破点：不规则的点状损伤，常带有闪光或同于抛光剂颜色。
    (5)破边：即零件边缘部分的缺损。
    (6)裂痕；伸向玻璃体内．的条状裂纹疵病，带有闪光或呈彩色。
    (7)印迹：是凸起在零件表面上的粘附物或霉雾，它们具有各种形状、呈黑褐色  其它颜色等。一般在自然光或用被薄形纸遮挡的灯光下用外反射光进行观察。
 3、注意事项
  检验表面疵病时，一股应注意；
  (1)检验中，若用清洁方法不能擦掉的印迹应重新抛光；
  (2)裂痕疵病，原则上不允许存在。若在有效孔径外，可用油石磨毛，但不得肴残留的裂痕痕迹；
(3)对于小于标准所规定之疵病尺寸下限的聚焦麻点和擦痕，在其内侧间距大于或等于麻点直径或擦痕宽度时，应理解为明显分开-，否则按密集处理；
  (4)由于工艺因素及玻璃化学稳定性差、而产生的灰雾状疵病，可根据零件疵病等级要求，按选定的样品比较检验。、观察中，不允许使用方向特殊的光线；
(5)为了便于发现疵病，观察时允许将零件向任何方向转动，但判断时应以正确的观察方向为准；
  (6)由于温差影响，使零件表面造成雾气不便观察时，可先在灯下烘烤，消、除雾气；
  (7)检验后不合格的零件，应用专用铅笔(或腊笔)在疵病所在面上按规定符号作出标记。

如何使钢化玻璃镜片使用时间更长。

玻璃将用于家庭装饰，钢化玻璃比普通玻璃具有更高的韧性、更高的抗弯性和安全性能。虽然有很多优点，但基本上还是玻璃。如果在应用过程中操作不当，玻璃可能会破裂，影响正常应用效果。

在购买钢化玻璃镜片时，家里应该注意哪些问题，如何延长玻璃的使用寿命，使用更持久？

一、维护好棱角。

钢化玻璃镜片自爆炸的风险会增加，大部分是由于玻璃角的损坏。钢化玻璃镜片会将应力点集中在角落的位置，因此其角落的维护尤为关键。如果角落损坏，没有办法及时处理，很容易出现爆裂问题。

二、长期受压状态。

为了整体美观，为了整体美观，茶几和餐桌将使用钢化玻璃，其压力接受度在70-100mpa之间。其接受能力是将压力乘以玻璃的应力面积。如果没有必要，不要长时间将重物放在钢化玻璃上。虽然没有什么大问题，但如果压力值达到临界点，钢化玻璃镜片会因压力过大而破碎，影响其正常使用和安全。

三、冷热不均。

如果玻璃处于高温和低温的极端环境中，玻璃自爆的概率将超过90%，就像我们家中使用的白炽灯一样。照明时，在上面倒一点冷水，你会发现白炽灯的玻璃会破裂，无法继续使用。

虽然这个问题对于钢化玻璃镜片来说，这个问题的发作概率会比较低，但害怕小概率的发生，所以在使用时要注意高温和低温。

四、注意酸碱物质。

钢化玻璃的耐久性会更强，但家里使用的钢化玻璃要注意，不能让它接触到碱性物质，如氢氧化钠和氢氟酸。因为玻璃本身就是二氧化硅，如果遇到这些东西，会让它们产生化学反应，影响玻璃的正常使用效果。

钢化玻璃似乎是一种非常简单的装饰材料，在家里使用的频率也比较高，但在使用中也有一些小细节，可以使玻璃的质量和适用性变得更好。

五、防止锋利和硬物接触玻璃的边角。

众所周知，钢化玻璃镜片的应力点集中在拐角处。如果玻璃的棱角破裂，钢化玻璃爆裂的概率会增加很多。在家里使用钢化玻璃时，一定要注意不要用锋利、坚硬的东西敲击玻璃的棱角，这样会增加玻璃爆裂的概率。

为了家庭居住环境的安全，在家中使用钢化玻璃镜片后，应注意保持其角落。如果角落有颠簸，很容易使玻璃爆裂，影响玻璃的正常使用，使其破碎，影响安全和使用。

在家里装修时，很多人会选择钢化玻璃镜片。它的安全性比普通玻璃好。除了淋浴房、茶几和餐桌外，他们还会选择使用钢化玻璃镜片。空间的质地和层次感因此而变得更好。但是，在正常使用时，注意保持角落，否则小角落很容易打破整个玻璃。

使用钢化玻璃镜片时，将其粘贴在薄膜上，这样玻璃破裂就不会出现玻璃碎片四处飞扬影响安全的问题。在家里使用钢化玻璃来关注这些问题，可以使玻璃的适用性和耐久性更强，使用时间更长，可以安全使用。

嘉腾LED玻璃透镜模组优势
1.散热快,产品更耐用
2.配光优,照明效果更佳
3.光衰少,延长使用寿命
4.外观美,产品设计独特
5.组件好,品质更优
6.品质更优,寿命10年以上
玻璃透镜优势
玻璃透镜连板设计，突破了传统的模组采用的PC连板透镜，带来一种全新的体验，有效地克服了PC透镜的不良问题：
1、抗腐蚀能力：高硼硅3.4玻璃属于硼硅酸盐玻璃中的硼硅玻璃，耐酸耐碱，抗腐蚀性能优越。
2、耐温性强：相比PC透镜，其热膨胀系数较低，拥有良好的热稳定性，光学表面温度的变化小，保留原有的光学照明效果。
3、透光率高：常规PC透镜透光率在85%左右，造成光照的浪费，玻璃透镜透光率为90-93%，镀加增透膜后可高达97%。
4、相比于PC透镜，玻璃透镜不会产生老化/黄化现象，从而影响透镜透光率。
5、相比于PC透镜，玻璃透镜不会吸附灰尘，并且方便清洗。
隧道照明配光
发光角度120°×80°、150°×80°（对称）等多种配光角度，合理的照度均匀度和防眩光等级等
设计有效的改善隧道内路面的墙壁照明状况，改善隧道内视觉享受，减轻驾驶员驾驶疲劳。

道路配光
有TYPE2-M、TYPE3-M等多种配光角度，其配光在路面形成照度均匀的类矩形光斑，
可以适用于双向八车道、六车道、四车道、二车道、一车道道路情况。
高杆灯配光
应用于大型广场、主干道交叉路口、码头、车站和体育场等场所中，悬挂高度较高，照明范围比较
广泛而且均匀，能够带来较好的照明效果，满足大面积场所的照明需求。
工矿灯配光
发光角度25°/45°/60°/90°/120°，主要应用于大楼外墙、桥梁、公园、广告招牌、球场广场、
工厂车间照明。

下面小编将介绍石英玻璃的抛光工艺！经过研磨后，石英玻璃透镜表面有2~3m厚的裂纹层，清理裂纹的方法是抛光。抛光和抛光的机制是相同的，但它使用的材料不同于抛光液，抛光材料是天鹅绒布。抛光皮肤。沥青等，一般要达到高精度的抛光表面，常用的材料是一次抛光沥青。沥青抛光是利用沥青表面激发镜片表面的热量，熔化玻璃，熔化粗糙点，填充裂缝底部，逐渐去除裂缝层。目前，用于抛光玻璃镜头的抛光粉主要是氧化铈，抛光液体分布的比例随镜头抛光期的不同而不同，在普通抛光初期使用高浓度抛光液体和抛光模具使用高浓度抛光液体镜头表面光，改为厚抛光液体，防止镜面橙皮现象。研磨机构与研磨中使用的研磨机构相同。除了磨料和磨料液之间的差异外，抛光所需的环境条件也比研磨所需的环境条件更严格。一般情况下，抛光时应注意以下几点：抛光沥青表面和抛光液中不得有杂质，否则会形成镜面划痕。抛光沥青表面应与透镜表面一致，否则抛光时会跳动，因此咬磨粉并刮去表面。

石英玻璃与普通玻璃的区别。石英玻璃棒:石英棒的纯度主要取决于原材料。用四氯化硅等高纯度原料生产的石英棒纯度可达6个9(99.999%)，纯化优质天然石英纯度可达4个9，主要用于光纤生产。半导体行业优质天然石英生产的流行石英棒纯度约为3个9，用于生产高强度电光源。石英杆的热膨胀系数很小，只有玻璃的1/10-1/20，具有很高的耐急性和急性冷却性。明亮的石英杆在电炉中加热1100℃15分钟，然后放入冷水中，反复试验不会破裂。石英杆软化点温度约为1730℃，连续使用温度为1100-1200℃，短时间高使用温度达到1450℃。由于石英杆纯度高、耐高温、热膨胀系数低，一般用于制造单端卤素灯的压桥杆、光纤硅片等。

石英玻璃与普通玻璃的区别。

石英玻璃棒:石英棒的纯度主要取决于原材料。用四氯化硅等高纯度原料生产的石英棒纯度可达6个9(99.999%)，纯化优质天然石英纯度可达4个9，主要用于光纤生产。半导体行业优质天然石英生产的流行石英棒纯度约为3个9，用于生产高强度电光源。石英杆的热膨胀系数很小，只有玻璃的1/10-1/20，具有很高的耐急性和急性冷却性。明亮的石英杆在电炉中加热1100℃15分钟，然后放入冷水中，反复试验不会破裂。石英杆软化点温度约为1730℃，连续使用温度为1100-1200℃，短时间高使用温度达到1450℃。由于石英杆纯度高、耐高温、热膨胀系数低，一般用于制造单端卤素灯的压桥杆、光纤硅片等。

石英玻璃的缺点取决于业主需要比较哪些材料。

与塑料管相比，石英玻璃管不耐氢氟酸，易碎，不变形等。

当然，我认为房东想要比较石英玻璃管和普通氟硅酸盐玻璃管，石英玻璃管有以下缺点。

1.价格比较高。

2.石英玻璃是一种抗压强度好但抗张强度小的脆性材料。

3.在高温条件下(1000℃以上)，石英玻璃变成方石英。

石英玻璃的强度比强化玻璃差。

石英玻璃和普通玻璃的区别在于耐热性。石英玻璃能承受意想不到的温度。例如，在火中烧红后，立即将其放入水中而不破裂！不要说普通玻璃烧红后不会在水中破裂，但烧红后会破裂四分之五。一般来说，在玻璃杯中加入新鲜煮熟的热水不会破裂。这是一个很好的玻璃，但它仍然属于普通玻璃的范畴。石英玻璃的生产成本非常高，只能在有特殊性能要求的地方使用。！因此，在一般市场上很难看到它。石英管与玻璃管的区别在于，石英管的材料主要是二氧化硅，硬度和透明度高于玻璃管，石英管耐高温、耐磨、抗氧化能力强。玻璃管的成分是硅酸钠。二氧化硅和硅酸钙，主要是硅酸钠，它的硬度。透明度。耐高温性。耐磨性较差。石英玻璃管是一种由二氧化硅制成的特殊工业技术玻璃，是一种很好的基础材料。石英玻璃具有一系列优良的物理性能。化学性质。用于电动桶。电炉。电加热器。

嘉腾LED玻璃透镜模组优势
1.散热快,产品更耐用
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3.光衰少,延长使用寿命
4.外观美,产品设计独特
5.组件好,品质更优
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玻璃透镜优势
玻璃透镜连板设计，突破了传统的模组采用的PC连板透镜，带来一种全新的体验，有效地克服了PC透镜的不良问题：
1、抗腐蚀能力：高硼硅3.4玻璃属于硼硅酸盐玻璃中的硼硅玻璃，耐酸耐碱，抗腐蚀性能优越。
2、耐温性强：相比PC透镜，其热膨胀系数较低，拥有良好的热稳定性，光学表面温度的变化小，保留原有的光学照明效果。
3、透光率高：常规PC透镜透光率在85%左右，造成光照的浪费，玻璃透镜透光率为90-93%，镀加增透膜后可高达97%。
4、相比于PC透镜，玻璃透镜不会产生老化/黄化现象，从而影响透镜透光率。
5、相比于PC透镜，玻璃透镜不会吸附灰尘，并且方便清洗。
隧道照明配光
发光角度120°×80°、150°×80°（对称）等多种配光角度，合理的照度均匀度和防眩光等级等
设计有效的改善隧道内路面的墙壁照明状况，改善隧道内视觉享受，减轻驾驶员驾驶疲劳。

道路配光
有TYPE2-M、TYPE3-M等多种配光角度，其配光在路面形成照度均匀的类矩形光斑，
可以适用于双向八车道、六车道、四车道、二车道、一车道道路情况。
高杆灯配光
应用于大型广场、主干道交叉路口、码头、车站和体育场等场所中，悬挂高度较高，照明范围比较
广泛而且均匀，能够带来较好的照明效果，满足大面积场所的照明需求。
工矿灯配光
发光角度25°/45°/60°/90°/120°，主要应用于大楼外墙、桥梁、公园、广告招牌、球场广场、
工厂车间照明。