光学零件制造工艺学

光学工业在现代工业、农业、航天、航空、国防以及人民生活中起着非常重要的作用。“光学零件制造工艺学”可作为研究光学零件制造过程与工艺原理的应用课程，具有很强的实践性和应用性，是光电信息类、仪器仪表类专业的必备读物。

 

本书系统地介绍了光学材料、光学零件（包括精密及特殊光学零件）加工的基础理论和基本工艺及检测方法，全面反映了当前国内外光学加工技术的水平和*研究成果。内容上侧重于光学仪器类专业所必须的基本工艺知识及基本工艺理论。

本书可作为光电系光学制造专业的本科专业基础教材，也可作为光学工艺技术人员与工人的培训教材，亦可供相关专业师生、科技人员和工程技术人员参考。

任志君  浙江师范大学光电工程系主任、教授，从事“光学零件制造”工艺课的教学多年，主持国家自然科学基金面上项目2项，多次参与973科学项目，发表学术论文70余篇，第一发明人授权发明专利6项。

前言１

第1篇光学零件的材料与辅料

第1章光学材料3

1．1光学玻璃3

1．2光学晶体23

1．3光学塑料32

第2章光学加工的辅助材料42

2．1磨料与磨具42

2．2抛光材料52

2．3黏结材料58

2．4光学擦拭材料59

2．5保护材料62

第3章光学零件技术条件与技术准备65

3．1光学制图65

3．2光学零件技术条件综述75

3．3光学零件设计的工艺性89

第2篇光学零件制造基本工艺

第4章光学零件的毛坯成型95

4．1块料毛坯的加工成型95

4．2二次加热成型98

4．3槽沉成型103

4．4连续压制成型104

5章光学零件的研磨成型105

5．1散粒磨料粗磨105

5．2金刚石磨具铣磨111

5．3铣磨面型与铣磨机调整120

第6章光学零件的精磨128

6．1光学表面成型运动学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金刚石磨具高速精磨141

第7章光学零件的抛光164

7．1抛光机理164

7．2工艺因素对抛光的影响167

7．3古典法抛光170

7．4高速抛光179

7．5抛光完工后光学零件的检验192

第8章光学零件的定心磨边203

8．1定义与术语203

8．2光学定心法206

8．3机械定心原理及方法211

8．4定心磨边工艺214

8．5定心磨边常见的缺陷218

第9章光学零件的胶合220

9．1概述220

9．2胶合材料221

9．3胶合工艺227

9．4光胶法胶合232

9．5透镜胶合定中心235

9．6胶合件拆胶及检验237

第3篇光学制造的辅助工序

第10章光学制造工夹具设计243

10．1平模243

10．2球模246

10．3夹具设计262

第11章光学零件的上盘与下盘266

11．1光学零件上盘266

11．2光学零件下盘271

11．3其他辅助加工272

第4篇精密及特殊光学零件加工工艺

第12章高精光学零件的制造技术277

12．1精密光学零件加工277

12．2高精平面的制造工艺279

12．3高精度棱镜制造工艺289

12．4光学样板的制造293

第13章非球面光学零件工艺306

13．1概述306

13．2二次非球面理论309

13．3非球面光学零件制造工艺编制314

13．4非球面加工工艺320

13．5非球面光学零件的检验335

第14章光学塑料零件制造工艺352

14．1概述352

14．2光学塑料与光学塑料零件成型方法概述352

14．3光学塑料零件设计355

14．4光学塑料零件的注射成型技术360

14．5光学塑料注射成型机床366

14．6塑料光学零件注射成型工艺参数选择374

14．7塑料光学零件的工艺检测381

第15章光学晶体零件制造387

15．1光学晶体零件制造特点387

15．2晶体的定向389

15．3晶体零件加工的基本工艺392

15．4几种典型晶体的加工395附录400

附录1V形棱镜法测量材料折射率400

附录2光学材料均匀性的测量402

附录3材料应力双折射测量406

附录4光学零件表面疵病的国家标准（GB/T1185—1989）408

附录5光学零件的表面粗糙度412

附录6球面样板的检测414

附录7光学零件工艺规程的编制420

附录8常用刻划保护层428

附录9刻蚀腐蚀液的配制430参考文献434

光学工业在现代工业、农业、航天、航空、国防以及人民生活中起着非常重要的作用。随着现代科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，在各领域中都要用到各种各样的光学仪器。光学零件是组成光学仪器的基本元件，它的加工质量和生产效率对光学仪器的性能、使用寿命有直接的影响，有时甚至起着关键的作用。因此，研究如何运用工艺方法又快又好地制造光学零件是“光学零件制造工艺学”这门课程的主要任务。

“光学零件制造工艺学”是一门研究光学零件制造过程与工艺原理的应用课程，具有很强的实践性和应用性。光学零件工艺学主要包括利用传统方法制造折射、反射光学零件的研磨工艺，制造消色差透镜，能改变光程和有保护作用的胶合工艺，通过光辐射能产生各种物理光电效应的镀膜工艺，制造各种分划元件的刻划、照相复制工艺以及在光学加工过程中所采用的各种辅助工艺和光学辅料的制备工艺等。随着现代科学技术的发展，还包括相继出现的与传统工艺概念完全不同的新工艺，例如毛坯加工的一步成型、光学零件的切削加工、塑料光学零件的注射压铸、光学零件的复制、变折射率光学零件的制造、聚合物光学零件的制造、衍射光学元件、纤维光学元件以及集成光路等。因此，光学零件工艺学既是一门古老的学科，又是一门涉及现代材料学、控制学和测量学等方面，引人注目的较新颖的学科。光学零件工艺学是从生产实践中总结出来的，并经过生产实践反复验证和不断充实的学科。

学习本课程有以下几个方面的要求：　

（1）　掌握光学零件加工工艺的基础知识和基本理论，在光学仪器设计的过程中能够合理地选择光学材料、零件的外形尺寸和公差，制订恰当的技术指标，使得所设计的光学零件既满足设计要求，又符合经济合理的工艺原则。

（2）　具有分析问题和解决问题的能力，经过一定时间的实践后，能够从事光学工艺相关的技术工作。

（3）　了解光学加工的操作方法，初步具备工艺实验的能力。

与金属零件的加工相比，光学零件的加工方法和装夹方法有很大不同，这是因为：　

（1）　光学零件加工的对象大多是一些脆性材料（如玻璃、晶体等），而金属则是塑性材料。

（2）　相对于金属加工，光学零件的面型精度和表面质量的加工要求要高得多。

光学零件中大量的透镜、棱镜及平面零件，它们的加工工艺流程一般为：　

毛坯（块料或型料）→粗加工→精磨→抛光→定心磨边（对透镜）→表面镀膜、刻划或胶合。

因此，本课程的主要内容为：　

（1）　光学材料与辅料的性能。光学玻璃的光学性能、化学性能、机械性能及热性能，光学玻璃的分类及质量指标，光学晶体和光学塑料的性能及其在光学仪器中的应用。

（2）　光学零件的基本工艺。光学零件的一般加工过程，主要包括光学零件的技术条件、毛坯的成型、精磨和抛光及定心磨边的原理、设备、工夹具、辅料及工艺因素的影响等。

（3）　精密及特殊光学零件的加工工艺。光学样板、薄形零件、非球面及晶体的加工原理和方法。

（4）　光学零件的特种工艺。光学零件的表面镀膜、刻划及胶合的原理、作用、设备及工艺。

“光学零件制造工艺学”是光电信息类专业、仪器仪表类专业的一门专业基础课，学习它要求具有工程光学、光学设计及其他相关的基础知识。由于其固有的实践性强的特点，在学习本课程之前，应对光学零件的加工过程有比较完整的感性认识和了解，在学习中紧密联系生产实际，才能把学到的书本知识更好地运用到生产实践中去。

该书稿是在任志君教授和汤一新副教授为浙江师范大学光电信息科学与工程专业本科生讲授光学冷加工技术所编写的讲义基础上形成的，钱义先博士和山东理工大学秦华博士补充了他们最新的研究成果和教学心得。在书稿试用过程中，虽经多次修改完善，但限于水平，错误仍在所难免，恳请读者不吝赐教，并多提宝贵意见。

 

作者于浙江师范大学2019年3月