《光学工艺及测量》.pptVIP

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： 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。 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。 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， 透镜的定心方法：光学定心和机械定心 一、透镜中心误差的表述 它是指光学表面定心顶点处得法线对基准轴的偏离量。 定心顶点是光学表面与基准轴的交点。 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。 面倾角x：光学表面定心顶点处的法线与基准轴的夹角。 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。 球心偏a/mm：透镜光学表面的曲率中心对基准轴的偏离量。 边厚差Δt：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 1.偏心差与边厚差之间的关系 2.面倾角与球心偏之间的关系 3.面倾角与偏心差之间的关系 4.偏心差与球心差之间的关系 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。 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β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4cβ。若分划板的分划值为b，则允许像A‘的跳动格数为m=4cβ/b 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。 假设电视摄像管的分辨率为N（lp/mm），光学系统的垂轴分辨率为β，则通过电视系统观察透镜球心像的定心精度P为： P=1/(4Nβ) 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/2β n：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。 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