光学工艺实习报告

光学工艺实习报告实习地点：西安工业大学金花校区教五楼实验室实习时间：实习生：西安工业大学光电工程学院测控技术与仪器系一：序言光学冷加工过程分为以下几个主要步骤：铣磨，精磨，抛光，磨边，镀膜，胶合，装配,在对实际生产流程的实践同时结合书本上的理论的过程中，受益非浅。二：铣磨工艺在这个工艺过程中我们主要是进了粗磨实习，由于所用玻璃毛坯是直接从外厂进货，所得毛坯已经经过初加工处理，已到达相关要求，所以可以直接进行粗磨加工。实习过程中了解到，粗磨主要目的是去除毛坯余量，一般误差为80~90丝（10^-5m），粗磨方式有散粒和金刚石磨料研磨，我们主要是使用金刚石磨料粗磨，磨料根据来源不同分为天然磨料的和人造磨料，所使用的模具主要材料为金刚石，还有过渡层和基体组成，粗磨液（也叫冷却液）主要成分为三乙醇胺，其作用是冷却玻璃表面，冲走碎屑，同时对玻璃碎屑起沉淀作用。冷却液分为水溶性的，乳酸性的和油性的，加入三乙醇胺是为了提高研磨效率。此次实验使用的冷却液为水。在粗磨的过程中，力度和磨料的选择直接影响到工件的表面粗糙度。同时可以在磨轮上投入少量硝酸（HNO3）溶液，烧出磨轮上的金刚石颗粒使研磨均匀。减少砂眼。粗磨基本要求为：根据零件加工图纸，选择相应尺寸规格和粒度的磨轮及夹具，磨轮的中径为零件直径的1/2～1/3即可，利用所选磨轮与零件曲率半径，计算出磨轮轴与工作轴的夹角，由公式（图一）各种不同尺寸的磨轮该公司还拥有自己的加工要求，要求加工者先自检零件的擦贴度，中心厚度，边厚差，表面粗糙度等各项指标是否达到图纸的要求，然后由检验员进行各项指标的检测并记录，合格后方可批量加工，同时考虑机器运行过程中的误差，要求在批量加工过程中，每加工100件零件对其中5件零件进行各项指标的检测，并对起差项目进行相应的调整，表面粗糙度达不到要求的零件，必须进行表面修砂处理。对擦贴度的控制要求，根据光学零件在抛光工序加工过程中的工序不同（成盘或单片加工），有在对中心Φ≤20mm工件加工时，零件表面擦贴度低于抛光半径的0.015mm～0.002mm,在对Φ20mm零件加工时，零件表面擦贴度应低于抛光半径的0.005mm～0.01mm,在以个相对较小的车间我们看到了从粗磨到抛光一套成型的工序，他是用刚盘上钻孔，将多快毛坯同时研磨来进行的，这种方法适合那些不适合告诉旋转研磨的玻璃材料，通过上胶－粗磨－精磨－抛光－清洗一步一步完成的，粘合毛坯到钢盘口径上的粘合剂为火漆是沥青制作的，通过假漆保护毛坯防止烧熔，最后通过氢氧化钠（NaOH）硷液清洗,这样完工后的零件可以直接送检。粗磨机有两种方式夹注毛坯，一种是吸盘式，这种方式需要一面一面的磨，另外一种方式是夹盘式的，他可以两面同时磨，控制磨轮与毛坯相对角度即可达到我们索要磨出的相应曲率半径的工件。面磨完成后一般还有个倒边磨，通过加金刚砂颗粒做为磨料保护玻璃免受损坏以及使之受力均匀，一般大约倒边45°。（图二）粗磨机粗磨的检验，一般是观察砂眼，检验中心度，边厚差，表面擦贴度，都应使其达到相应的技术要求方能送精磨车间精磨以及抛光。三：精磨抛光工艺在精磨车间的实习，我们主要学习了精磨和抛光的工序，精磨的主要目的是使加工工件达到抛光所要求的尺寸，表面粗糙度以及其他相关要求。精磨金刚石模具与工件采用面面接触方式研磨，具体为若精磨工件凹面，则模具选择为凸形，反之选择为凹形。对与抛光，其主要目的是去除精磨的破坏层，精修工件已达到相应的光洁度等要求，从相应的资料上了解到光学玻璃的抛光，经历了从古典抛光到高速抛光的发展过程。与此相适应的抛光材料也经历了由天然高分子材料到混合抛光材料及合成高分子材料的发展过程。该公司所用精磨液仍然选用三乙醇胺溶液，磨具材料为金刚石，夹具材料为聚氨酯（对于不同的光学玻璃材料所要求使用的夹具材料也不相同，还要依据客户要求以及所达到的零件精度来选择夹具材料的）（图三）不同类型的精磨金刚石丸片磨具在实习工组中我们观察到，一台精磨机装配两种磨具，它们根据金刚石丸片的密度不同加以区分，密度越小工件所受摩擦力越大，他们所使用的机器中装配的是W14和W7两种不同金刚石丸片密度的磨具，改研磨机可以控制其转速，研磨时间以及压力PIN等，它们对应的由所要求的光学镜片的中心尺寸厚度、曲率半径、光圈数等技术要求来决定的。加工图纸方面，我们与以前作光学课程设计是自己设计的图纸进行了比较，了解了相关参数的意义和相应尺寸等的标注，请教了图纸各项要求的实现方式以及检测方式等，发现在机械制图方面我们掌握的知识还是太少了。在具体精磨加工方面，其操作有：将休整好的精磨磨具上紧在机床的主轴上，将加工的零件放在相应的夹具内，与精磨模相贴，调整机床摆幅，启动机床对零件第一面进行精磨加工，重复上述步骤，对零件进行第二面精磨加工，在加工过程中，每加工100件需对其中五件进行相应的中心厚度和面型精度的检测，并作相应的调整，使之达到抛光的要求，然后使零件流转到抛光工序。精磨加工过程中的检测工具主要有测厚仪，千分表以及千分尺等。根据零件加工图纸，选择相应的抛光模及夹具，粘贴聚氨酯抛光片，休整抛光模。抛光的工艺中，所用的抛光液为二氧化锶（CeO2），夹具为比较柔软的纤维布料，其具体操作步骤为：将休整好的抛光模上紧在机床的光轴上，把待加工的零件放置在相应的夹具内，与机床上的抛光模相贴，调整机床的摆幅，启动机床对零件的第一面进行抛光，抛光完工后重复上述步骤，对零件进行第二面抛光，在抛光过程中，操作者必须对每件零件进行相应的自检，如零件的中心厚度、表面光洁度、光圈及光圈不规则度等必须达到图纸的要求。控制光圈时在抛光模不改动的情况下，高光圈改低光圈时，摆幅向抛光模的边缘移动，使工件与抛光模的边缘接触；低光圈改高光圈的时候，摆幅向抛光模的中间移动，使工件与抛光模的中间接触，此种方法如果不能使光圈达到图纸的要求，须利用休整膜对表面进行休整。光圈是由同一束光在经过两个反射面后又会合于一处发生干涉现象而产生的明暗相间的条纹。而低光圈的判断是指用手指在样板的四周加压,如果样板四周与工件相接触,而顶部有空隙,那么被测零件是属于低光圈.反之就是属于高光圈.。还有一种方法是通过色序法，与标准样板叠放，观察彩色条纹的色序。若为高光圈则红色在外圈，反之红色在内圈.光圈数的判断:在N1的情况下,用单色光照明下,可以直接数圈数,在白光时以红色为准数圈数。还有其他一些专业名词如塌边是因为工件边缘环带比其它地方多磨所造成的结果而勾边是因为工件边缘环带比其它地方少磨所造成的结果.（图三）精磨抛光机在光学镜片的精磨与抛光过程中，光圈稳定性是一个很重要的参数。在相关资料上查阅到现在客户对镜片的亚斯要求是越来越高，如何在加工过程中让光圈趋于稳定状态，并且不影响作业效率、不增加成本及保证质量。现在以成为讨论的“热门话题”。因此对有代表性（代表性指面形精度难加工、局部误差要求严）的部品，寻找光圈稳定的基本条件所在有着很重要的意义。四：镀膜工艺各种光学玻璃因为其使用目的和环境的不同，对工艺的要求和光线的通透等也就不相同，镀膜这道工序就是为了满足这些要求而对光线光路等做出相应的调整。镀膜要求较高，该公司所采用的是箱式电子真空镀膜机，在相关师傅的介绍下，其基本原理是通过电子枪发射出来的电子在磁场的作用下受洛仑兹力作用而打在膜料上使膜料蒸发较均匀的粘附在玻璃镜片上，然后烘烤镜片使膜料粘固。其基本原理图如下：镀膜后的镜片通过封光光光度计来检查其光谱曲线来计算其反射率、透射率等是否达到技术要求。在这种镀膜方式下，由于边缘线速度与中心线速度是不相同的，温度也并非出处相同，所以不能保证光学表面镀膜的均匀，边缘和中心必然存在一定的偏差，技术人员介绍说边缘部分和中心部分镀膜虚边应控制在1/3以内，其他解决方法有用行星夹模法，运用自转和公转相结合的方法使镀膜均匀。镀膜机工作时要求真空环境，真空等级分为初真空，低真空，高真空，极高真空，超高真空，一般要求工作环境为高真空,所处气压为10－3～10－5Pa。镀膜后的检验方法主要有判别颜色，观察器件的表面光洁度，测试所镀膜层的牢固度（使用擦拭法）。镀膜的具体工序如下所示：1．操作人员，必须取得岗位资格证书2．膜料的选择膜料MgF2纯度≥99.99％3．工房的要求温度控制在22°C±4°C，湿度≤80％，工房内一切设施摆放整洁。4．清洁基片用脱脂布蘸醇醚混合液擦拭零件表面，若表面印记不能用混合液擦去，可用细抛光粉擦，然后用醇醚混合液擦干，以哈气检查表面清洁程度。5．装料装件将擦拭干净的基片放置在镀膜用夹具上，并调整好夹具及基片的位置，以便蒸发时目测干涉色的变化，同时将蒸发源及膜料装好。6．开冷却水和扩散泵7．抽低真空打开机械泵低阀，抽低真空，打开低真空测量表头（热电偶真空计），测低真空度。8．离子轰击当真空抽至10～20Pa时开始轰击，轰击电流50～150uA，启动工转旋转工作，将低阀关闭，抽预阀（管道），当真空度降至20Pa时，关闭预阀，重新抽低阀，重复动作维持真空度在10～0.1Pa之间，时间10～20分钟。9．开高阀离子轰击10～20分钟，低真空在1～10Pa时，打开高真空阀门，待离子轰击辉光消失后，切断轰击电源。10．烘烧250°C～300°C11．测高真空当真空度到0.001Pa时，用电离真空计测量12．预熔除气当真空度至0.008Pa时开始预熔除气，预熔缓慢，至膜料彻底变为流动的液体。13．蒸镀当温度达到250°C～300°C时，真空度达到0.005～0.007Pa，即可蒸发，蒸发电流应比预熔时的电流略低，避免出现“打点子”，用目测观测反射色控制膜厚，到达指定颜色时停止蒸镀。14．冷却，充气当真空室温度降至200°C时，充气15．送检（图四）镀膜车间五：总结本次光学工艺实习，了解具体的加工工艺流程，让所学专业知识与具体实践得到了有机的结合，既是对我们专业知识的巩固同时也是对我们动手能力的培养，在具体实习过程中了解了生产车间的相关规章制度，体会了科学技术带给产业的重大变革，对以后的工作实践有很大的帮助，感觉实习效果很好。希望以后多得到类似的锻炼机会。