00光學玻璃加工實習報告

實習報告姓名：蔣xx學號：2007312200xx指導老師：實習報告 實習時間：2011.6.27—7.8實習地點：武漢職業(yè)技術學院指導老師：陳謝師傅（下料粗磨和鍍膜）何師傅（精磨拋光）所在組成員：武漢的七月就像被鋪了層火似的，火熱的天氣更彰顯得火爐城市的美譽。就在這個七月，我們進行了為期兩周的實習期，從6月27日開始，到7月8日實習結束。盡管只有10天的實習，但我們從中學到的專業(yè)知識，能讓我們受益非淺。毫無實踐的我們，從實習中重新學習了大學所學的專業(yè)知識，并且將之前的理論運用到生產(chǎn)工藝當中，讓我們切身感受到了光學工業(yè)制造的過程。在實習前，我們已經(jīng)學習過了工程光學和光學設計這兩門專業(yè)課程，對光學零件的一些性質有所了解，陳書劍老師首先給我們介紹了光學制造技術，然后再從理論上給我講述了光學零件的加工工藝。光學制造技術從狹義上講，就是指光學零件的加工制造和光學系統(tǒng)的裝配和校正。光學零件加工工藝的發(fā)展由傳統(tǒng)的磨眼睛片，到傳統(tǒng)加工工藝，再到現(xiàn)代加工工藝。傳統(tǒng)加工工藝使用的是散粒磨料及通用機床，以以輪廓成形法對光學玻璃進行研磨加工。操作中以松香柏油粘結膠為主進行粘結上盤。用金剛砂進行粗磨與精磨，使用松香柏油拋光模與拋光粉（主要是氧化鈰）對零件進行拋光加工。影響工藝的因素多且易變，加工精度可變性大，對操作人員的技術要求高，而對機床精度、工夾磨具要求不是很苛刻。而光學零件的現(xiàn)代加工工藝，采用固著磨料，專用機床，以范成法對光學玻璃進行銑磨成型，用金剛石丸片粘結成成型模具對工件進行精磨；用拋光丸片粘結成拋光模，對工件進行拋光；工藝參數(shù)一經(jīng)確定則比較穩(wěn)定。精度變化小，易于定時定光圈定表面質量加工，形成流水線作業(yè)；機械化程度高，工序數(shù)少，對操作人員技術要求較低，而對機床調整要求較高，工夾磨具專用且精度要求高。適于大批量、單一品種加工工藝采用。光學零件的加工過程主要有10個步驟：1.設計光學零件圖，2.下料，3.粗磨，4.精磨，5.拋光，6.透鏡的定心定邊，7.光學零件的膠合，8.光學零件的鍍膜，9.光學光刻，10.晶體定向。其中我們參與的有設計光學零件圖，下料，粗磨，精磨，拋光和鍍膜這6個步驟，其中設計光學零件圖在我們的光學設計與系統(tǒng)裝校的課程中已經(jīng)學習過了，其余5個步驟就在武漢職業(yè)技術學院的實習中進行的。我們需要作的就是這5個步驟。在聽完了陳書劍老師的課后，我們在謝師傅的帶領下就進行實訓的第一個環(huán)節(jié)：粗磨。一．粗磨1.切割由于下料這一步比較簡單，謝師傅替我們先下料了，我們只要求做粗磨這個環(huán)節(jié)。粗磨，也分為幾步：毛坯加工，磨球面，磨平面，滾圓。在實訓中，我們需要使用兩種切割機，第一種是被稱作為外圓切割機（請看圖1）。這種切割機具有切口平整性好，勞動強度低的優(yōu)點，但是裝夾特別費事，不太適合小塊材料的切割。我們將一塊較大的毛坯切割成兩大塊，用得就是這個外圓切割機。而對于小塊材料的切割，我們使用的則是手工切割機（如圖2）。圖1：外圓切割機實圖手工切割機設備簡單，不需要裝夾，但是勞動強度差，平整性差，操作起來有一定的危險性。我們將一塊較大毛坯切割成8塊，一共切了16塊小毛坯，這些小毛坯用來滾圓。圖2：手工切割機2.開平面在切割完光學玻璃后，需要將零件進行磨平處理，這一步是為了下一步的磨球面處理做下基礎。放置好平面磨具，啟動機器后然后按照一定的順序進行開平面磨處理。如圖3所示圖3：開平面磨具3.開球面開平面工序完成后，然后就是開球面的工序了。取下平面磨具，放置球面磨具，啟動機器。磨球面時，必先進行倒角處理，一來防止操作人員受傷，二來可以避免光學零件在粗磨過程中出現(xiàn)的邊緣缺口現(xiàn)象。磨球面時，需要注意得是，如果受力不均勻，那么就會出現(xiàn)兩邊不對稱的現(xiàn)象，因此開球面是粗磨的最關鍵部分。為了避免出現(xiàn)受力不均勻，磨球面時謹記要定時的旋轉零件，這樣使它受力均勻。注意，在開球面時，先使用280的粗砂，磨到快成一球面時，必須使用240的細砂。粗砂由于顆粒比較大，對零件的磨損程度也較大，適合于零件的變形，而細砂顆粒比較少，使用它是為了使其表面光滑。請看圖4圖4：開球面磨具圖5：外圓銑磨機4.滾圓圓形零件的毛坯膠成長條后進行磨外圓，稱作滾圓。外圓銑磨機加工外圓，外圓銑磨機采用光學筒形砂輪，在磨削時砂輪與工件旋轉形成某一角度（平常為30°左右）使一次磨削量增大。這一步比較簡單，對粗磨的要求不是很高，因此大家都作得不錯。請看圖5粗磨的檢驗粗磨將塊料經(jīng)切割后具有一定形狀和大小的光學零件毛坯，利用磨料或磨具加工成具有一定幾何形狀、尺寸精度和表面粗糙度的半成品光學零件。在實訓過程中，謝師傅要求我們做到中心厚度在10.6mm左右，直徑應該達到53mm，光潔度應該達到球面沒有瑕疵。在粗磨完成后，需要進行包括面形檢驗、中心厚度檢驗和光潔度檢驗。（1）面形檢驗①樣板法：用金屬樣板卡工件被加工表面，觀察兩者曲率的吻合程度，這種方法精度不高；②用簡易球徑儀測量矢高，檢查被加工表面的曲率半徑，這種方法不能檢查零件表面形狀的局部誤差；③擦貼法：即貼置模表面涂上一層極薄的黃油，然后將工件表面與其對擦，觀察工件表面與模具的接觸情況，一般要求工件外圓要均勻擦貼。并且環(huán)帶要圓，其擦貼度約為1/2~1/3，這種檢查方法精度較高。（2）中心厚度檢驗：用游標卡尺測量中心厚度。（3）光潔度檢驗：用肉眼觀察表面粗糙度，無砂眼和擦痕即可。（4）光圈判斷：利用標準的光圈可以檢驗出是高光圈還是低光圈來。高光圈:樣板與工件中心接觸形成的光圈。低光圈:樣板與工件邊緣接觸形成的光圈。經(jīng)過上述四個檢驗，發(fā)現(xiàn)本人所做的毛坯中心厚度符合要求。由于本人在開始磨球面時沒有倒角處理，致使毛坯邊緣處有些許缺口，另外還有少許砂眼和擦痕。屬于低光圈，經(jīng)過謝師傅的解釋，球面磨具由于年代久遠，與標準的半徑有稍微的差距，因而形成低光圈。二精磨及拋光在粗磨完成后，接下來就是精磨和拋光的工序。這道工序同樣分成以下幾步：圖六：上盤及下盤上盤、下盤：把光學零件粘結在粘結模上的過程稱為上盤或膠盤，它是裝夾光學零件的一種方式。把零件從粘結模上取下的過程稱為下盤。精磨：進行上盤處理后，就可以精磨了。精磨的目的就是保證工件達到拋光前所需要的面形精度、尺寸精度、表面粗糙度。這是整個光學零件加工最重要的一道工序。精磨磨得好，那么光學零件的質量就比較高；如果精磨出現(xiàn)了一些差錯，那么這個零件將會達不到要求，很有可能成為次品處理。圖7：精磨機床圖七為精磨用得機床，從圖中可以看出來，精磨與粗磨的機器，有少許不同。粗磨需要人工來操作，對技術人員的要求比較高；而精磨完全需要機器來操作，對技術人員的要求不是那么高；精磨的效率在于粗磨的效率，得取決于使用了機器操作。3.拋光：精磨與拋光使用的是同一臺機器，粗磨完成后，缷下精磨磨具，裝上拋光用得磨具。然后涂上拋光粉，啟動機器，不定時地加拋光粉，以免機器磨壞光學零件。4.清洗：拋光完成后，需要對玻璃元件進行清洗。零件的清洗是光學零件生產(chǎn)過程中，在各工序之間必須采取的工藝。清洗目的是清除前道工序在零件表面的殘余物，為下道工序創(chuàng)造清潔的零件表面。由于使用了有機物品，因此清洗時必須使用含有高濃度的酒精，或者汽油才能清洗掉光學零件表面的雜物。精磨的檢驗：清洗完后，需要對光學零件進行檢驗，檢驗包括光學零件的氣泡度、應力雙折射、光學均勻性、條紋度、表面疵病、光圈數(shù)等，精磨的檢驗非常嚴格，使用得儀器也是比較多，由于條件有限，何老師只檢驗光圈數(shù)、表面疵病。光圈檢驗的基本原理：球面零件經(jīng)拋光后，其面形精度主要使用光學樣板檢驗，若兩者的面形不一致，就形成一定的空氣隙，當波長為λ的光射到空氣隙上，便形成等厚干涉條紋。所得到的干涉圖樣就是牛頓環(huán)，又叫光圈。所以樣板檢驗又叫“光圈檢驗”。相鄰兩條紋之間空氣隙厚度差近似為λ/2，光圈數(shù)為N部位所對應的空氣隙厚度變化。表面疵病是指拋光后的光學表面存在的擦痕、麻點、開口氣泡、破點及破邊等，光學零件表面疵病在圖紙上用字母“B”表示。開口氣泡和破點可以視為麻點，所以表面疵病主要是標注擦痕、麻點及破邊。表面疵病的檢驗方：以黑色屏幕為背景，光源為電壓36V，功率60W-100W的普通白熾燈，在透射光和反射光下用6×放大鏡觀察。檢驗結果：在檢查光圈時，大多數(shù)同學沒有達到0光圈的要求，只有極少數(shù)人能夠達到0光圈的要求，在進行表面疵病檢驗時，由于在粗磨過程中出現(xiàn)的問題，以致全組都出現(xiàn)了較多的疵病，因此被列為次品處理。三鍍膜在鍍膜這道工序中，陳書劍老師先給我們講述了鍍膜的基本原理及一些重要的理論，實踐操作過程由謝師傅進行操作的，我們一組的人在一旁觀賞。由于鍍膜機已經(jīng)壞了，這道工序沒有做成，因此稍帶遺憾。光學薄膜不僅用于純光學器件，在光電器件、光通信器件上也得到廣泛的應用。幾乎所有的光學系統(tǒng)和廣電系統(tǒng)或光電儀器都包含有各種光學薄膜。鍍膜是將光學薄膜沉積在光學零件表面的制造過程。光學薄膜按照用途分為增透膜（減反射膜）、內反射膜、外反射膜、分束膜、濾光膜、保護膜、導電膜、偏振模、新型功能薄膜；按照薄膜的材料分為金屬膜，電解質膜，有機薄膜，鍍膜采用的工藝主要有沉積的方法和真空蒸發(fā)鍍膜。沉積的方法：（1）物理氣相沉積PVD技術的沉積物直接來自鍍料。需要使用真空鍍膜機，制造成本，但膜層厚度可以精確控制，膜層強度好，目前已廣泛使用。根據(jù)膜料氣化方式的不同，又分為熱蒸發(fā)、濺射、離子鍍及離子輔助鍍技術。其中熱蒸發(fā)技術使用廣泛。（2）化學氣相沉積CVD技術是反應器內化學物質經(jīng)化學反應形成固態(tài)沉積物的技術。其工藝簡單，制造成本低，但膜層厚度不能精確控制，膜層強度差，較難獲得多層膜，還存在廢水廢氣造成污染的問題，已很少使用。圖8：鍍膜機的真空室本次實訓中使用得是真空蒸發(fā)鍍膜，其基本原理是真空蒸發(fā)鍍膜法就是在的真空中加熱鍍膜材料，使它在極短時間內蒸發(fā)，蒸發(fā)了的鍍膜材料分子沉積在基片表面上，由于基片表面溫度較低，便凝結其上形成薄膜。鍍膜機如圖8和圖9所示。圖9：鍍膜機的正面圖真空鍍膜機的最主要的部分就是真空系統(tǒng)，如圖8所示。其原理圖如圖10所示。圖10：鍍膜機的真空系統(tǒng)其工藝流程圖如圖11所示四實驗總結經(jīng)過兩周的實訓過期，獲得了不少的知識。首先是對生產(chǎn)工藝有了深刻地了解，然后也學到很多東西。在學習理論時，沒有理解透的知識點，通過實習加深了印象。以前還不太清楚自己的專業(yè)是做什么用得，現(xiàn)在我已經(jīng)對自己的專業(yè)有所深厚的了解?，F(xiàn)代光學制造技術，仍然十分廣泛，如光端機、激光等，都已經(jīng)是光機電一體化了，希望光學專業(yè)出身的人會有一個美好的未來。當自己第一次制造出自己的成品來時，心中有一種極大的滿足感，實習是快樂的，盡管武漢的天氣一點也不饒人。雖然自己的成品仍然是件次品，可是在這做的過程中，收獲很大。在粗磨過程中，由于沒有仔細聽師傅的話，我不慎把手磨傷了，成為這一期第一個也是唯一一個掛彩的人，但是這也是一個教訓。幸虧這只是一點點小傷，如果碰到那種大型機器時，有可能會有生命危險，因此要多聽從老師傅的建議。在進行生產(chǎn)工藝時，安全才是第一的要求。這一點我深有體會。第二點體會：做事要認真。不管一道工序是何其簡單，但是每一道工序會對生產(chǎn)出來的產(chǎn)品都會有些影響，即使是看起來微不足道的工序。就像做精磨的實訓中，由于等待時間非常長，而且工序非常簡單，只是在那里添加拋光粉的工作，結果大家都不以為然地在那里磨洋工，玩手機聊天，最后這一組出來的成品被師傅宣布全都成為次品。這樣的結果雖然令人很失望，但是也表明了做事要認真，不能一點馬虎。第三點體會：理論與實踐同樣的重要。沒有人會對理論感興趣，但是，由于理論的缺乏，一開始動手做時腦袋感到一片空白，不知道如何下手。幸好有師傅的幫助，才會知道如何操作。即使會做，但是沒有理論的支撐，只會像一臺機器一樣，知其然不知所以然。因此理論與實踐同等重要，要重視理論?，F(xiàn)在好多人都輕視理論，輕視知識，這樣的結果只會給個人帶來文化上的缺失和技術的退步。沒有成熟的理論，計算機也不會無緣無故地產(chǎn)生。建立在理論上的技術，才會帶來生活上的進步。重視傳統(tǒng)技術，無論有多古老。我們一開始都很輕視這種半機械半手工的制造工藝，師傅們也說這是比較老的一種工藝，但是上網(wǎng)查查才知道，精密光學玻璃全部都是由手工制造的，沒有一塊玻璃是全由機器制造。精密儀器，多半是傳統(tǒng)工藝，這讓我很吃驚。當今社會，智能與自動化早就橫行天下，為何還有手工工藝的制造？反而是越高精湛的技術越傳統(tǒng)。這就說明了傳統(tǒng)是不能由機器代替的，傳統(tǒng)有其過人之處，因此應該重視傳統(tǒng)。這是我的第四點體會，希望能與人產(chǎn)生共鳴。需要有革新的想法，亦步亦趨的做法固然可取，不過新想法會帶來更便利。我們的創(chuàng)新思維，似乎已經(jīng)衰竭得一干而凈，面對復雜的設備和不可挑剔的技術，我們貌似只有屈從于其膝下的命運。革新，不等于創(chuàng)新，革新只是技術上的一點小改變，而不是顛覆了整個技術，這其實很多人是可以做到的。比如秦國的李冰父子修了一條水利工程，叫都江堰，他們吸收了韓國人修水利的做法，并且繼承了韓國的技術，但做了一點小小的改變，在水湍急之處修建了一個魚嘴型的口了，就這個小小的改變，就成全了天府之國的美譽；現(xiàn)在修的水利工程多半是繼承前蘇聯(lián)的技術，卻沒有一點革新之處，帶來了嚴重的生態(tài)災害。這一點要學習下秦人李冰父子。這是體會之五