基础知识：研磨（上）

 光学梦想：从这里开始！

目的：

①去除精磨的破坏层，达到规定的表面疵病等级要求；           

②精修面形，达到图纸要求的光圈和局部光圈数，形成

光滑透明的表面。

抛光方法：古典抛光法、高速抛光法、计算机数控抛光法。

本章的学习重点：

（1）抛光机理；                             

（2）光圈识别；                             

（3）准球心高速抛光工艺；                             

（4）抛光模层材料与抛光剂；                             

（5）抛光液的PH值控制。

难点：

（1）抛光机理；

（2）光圈识别；           

（3）抛光液的PH值控制。

v抛光机理 

大致可以归纳为三种理论：    

机械去除理论、化学作用理论、热的表面流动理论。

一、机械去除理论认为：

①抛光是研磨的继续，抛光与研磨的本质是相同的，都是尖硬的磨料颗粒对玻璃表面进行微小切削作用的结果。           

②由于抛光是用较细颗粒的抛光剂，所以微小切削作用可以在分子范围内进行。由于抛光模与工件表面相互吻合，抛光时切向力特别大，因此使玻璃表面的凹凸结构被切削掉，逐渐形成光滑的表面。

机械去除理论的主要实验依据：

（一）与研磨一样，零件抛光后重量明显减轻。    

通过实验测得，被抛掉的玻璃颗粒尺寸平均为1～1.2nm。

（二）抛光表面有起伏层和机械划痕    

用氧化铈抛光时，零件表面凹凸层厚度为30～90nm。用氧化铁抛光，凹凸层厚度为20～90nm。

（三）抛光剂的粒度和硬度对抛光速率有重要影响    

实验表明，抛光粉粒度在一定范围内，粒度愈大，抛光速率愈高。

（四）抛光速率与压力、相对速度成线性关系

（五）磨料也能用作抛光剂    

磨料很细而且加工压力很小时，也能作为抛光剂。如碳化硼（B4C）和刚玉（Al2O3）,本属磨料，但其粒度直径为0.5μm左右时，也能用于玻璃抛光。

二、化学作用理论认为：

抛光过程是在玻璃表层、抛光剂、抛光模和水的作用下，发生错综复杂的化学过程。主要是玻璃表面发生的水解过程，是水解生成物——硅酸凝胶薄膜不断生成和不断刮除的过程。

化学作用理论的实验依据如下：

（一）水与玻璃的作用

1. 水的作用用纯乙二醇代替水，抛光速率低，含水量增加，抛光速率增大。

2．玻璃的水解反应Na2SiO3 2H2O = H2SiO3 2NaOH 

（二）抛光液PH值的影响 

理论分析和实验结果表明：大多数光学玻璃时不耐碱的；至于耐酸的程度，则视光学玻璃的牌号不同而异。大多数光学玻璃，在弱酸性(PH=5.5～6.5)抛光液中抛光，具有较高的速率和表面质量。

（三）添加剂对抛光的影响添加剂包括加速剂、稳定剂、消泡剂等。u结果表明：硝酸锌是一种比较有效的添加剂。在氧化铈抛光液中，加入5%的硝酸锌（对氧化铈的重量比），使火石玻璃抛光速率提高一倍多，钡冕玻璃也提高近一倍。

（四）抛光剂的作用在抛光过程中抛光剂基本上以两种作用参与抛光。u其一是以抛光剂颗粒的坚硬特性，在模具和机床的作用下，对玻璃表面的硅胶层进行微小的切削，使玻璃露出新表面，进而继续水解；u其二是以抛光剂颗粒表面的吸附特征，使硅胶层以分子级程度被抛光剂吸附而剥落。

（五）抛光模的作用u光学零件抛光时，抛光模层不仅起着承载抛光粉的作用，用时也起一定的化学作用。u抛光柏油中含有树脂酸，其官能团为－COOH，而毛毡抛光模的羊毛纤维中，也含有官能团－COOH和－NH2，它们都是化学活性基，能与玻璃的阳离子发生交换反应，使玻璃表面以微量的分子形式被去除。

三、热的表面流动理论认为：

玻璃表面由于高压和相对运动，摩擦生热使表面产生塑性流动，凸起的部分将凹陷填平，形成光滑的抛光表面。

热的表面流动理论的实验依据是：u

实验发现抛光表面用金刚石刀划成图案，然后抛掉，再用酸腐蚀，结果看到划痕再现。

u

另一实验发现，由抛去厚度计算的抛去重量比实测的大得多，于是认为抛去的玻璃流到表面凸凹层的谷部。由此说明抛光过程存在流动作用。

普遍承认的观点是：抛光是机械去除作用，化学作用，表面流动作用的综合作用过程。

v样板检验原理

常用的检验方法有阴影法和干涉法。

1、阴影法

2、干涉法：接触法（样板法）和非接触法（干涉仪法）。

一、样板检验原理被检验的光学表面相对于参考光学表面的偏差称面形偏差。

斐索平面干涉仪的装置及光路

二、光圈的识别与度量    

在样板检验中，ΔR的大小表现为光圈数量的多少，ΔR的正负表现为光圈的高低。

低光圈：样板与工件边缘接触；高光圈：样板与工件中间接触。

对平面来说，低光圈，说明表面凹下；

高光圈，说明表面凸起。对凸球面来说，

低光圈，说明曲率半径R偏大；

高光圈，说明曲率半径R偏小；对凹球面来说，

低光圈，说明曲率半径R偏小；

高光圈，说明曲率半径R偏大。

在抛光过程中，被加工表面还可能出现局部偏差，即局部凸起或凹下，或叫局部高或局部低。

最常见的局部偏差有中心高或中心低、边缘高或边缘低。边缘高又叫翘边，边缘低又叫塌边。

（一）高低光圈的识别

通常是根据干涉条纹的形状、特征，移动情况、弯曲方向、疏密程度、颜色等来识别光圈的高低。

1、周边加压法

最适用于光圈N＞1的情况。高光圈，样板周边加压后，干涉条纹从中心向边缘移动。低光圈，样板周边加压后，干涉条纹从边缘向中心移动。

2、边缘点力法    

边缘点力法，是在样板边缘某一点轻轻加压，使其另一端浮起，则形成楔形空气隙，从而产生干涉条纹。    

这种方法最适用于N ＜1的光圈识别和度量，其精度可达λ/10左右。

工件表面为高光圈，各带干涉条纹弯曲方向是弯向受力点。

工件表面为低光圈，各带干涉条纹弯曲方向是背向受力点。

3、色序法

按光圈颜色的序列来识别光圈高低的方法，称色序法。色

序法不仅适用N ＞1时光圈高低的识别，而且也可用于N ＜1时光圈的度量。

低光圈：从中心到边缘的颜色序列为“红、黄、蓝”等。

高光圈：从中心到边缘的颜色序列为“蓝、黄、红”等。

（二）光圈的度量

光学零件的面形偏差是用光圈数表示的。光圈的度量包括下列三项面形偏差：

◆曲率半径偏差        

被检光学表面的R相对于参考光学表R的偏差，称半径偏差，又称整体偏差，用N表示。

◆像散偏差        

被检光学表面与参考光学表面在两个相互垂直方向上产生的光圈数不等所对应的偏差，称象散偏差，用Δ1N表示。

◆局部偏差        

被检光学表面与参考光学表面在任一位置上产生的干涉条纹的局部不规则程度，称局部偏差，Δ2N表示。

1、光圈数N的度量

（1）在光圈数N ＞1的情况下  

在光圈数N ＞1的情况下，在有效检验范围内，用直径方向上最多条纹数的一半来度量，并以红光的条纹数度量。

（2）在光圈数N ＜1的情况下  

在光圈数N＜1的情况下，光圈数N以通过直径方向上干涉条纹的弯曲量(h)相对于条纹的间距(H )的比值(N =h/H )来度量。 

如果对光圈的精度要求不高时，也可根据干涉色度量光圈数。用样板检验，以荧光灯作光源时，当边缘接触其颜色为灰白色时，则可根据中间部位的颜色确定光圈数。

与空气隙厚度相对应的光圈数和颜色。

2、象散光圈的度量    

象散光圈数，以两个互相垂直方向上光圈数N的最大代数差的绝对值来度量。

（1）椭圆形象散光圈数的度量 被检光学表面在X - X和Y - Y方向上的光圈数Nx和Ny不等，偏差方向相同。图中的象散光圈数为ΔN =|Nx -Ny |=|-2-(-3)|=1。

2）马鞍形象散光圈数的度量

被检光学表面在X - X和Y - Y方向上的偏差方向相反。图中的马鞍形象散光圈数ΔN=|Nx - Ny|=|-1-( 2)|=3。

（3）柱形象散光圈数的度量

被检光学表面的X - X和Y - Y方向上的光圈数Nx和Ny不等。其中，某一方向的光圈数N =0。图中的柱形象散光圈数ΔN=|Nx- Ny|=|-1-0|=1。

（4）在光圈数N ＜1的情况下，象散光圈的度量   

Nx和Ny都小于1。这时可根据两个方向的干涉条纹的弯曲度来确定Nx和Ny，而象散光圈数ΔN=|Nx - Ny|。

（三）局部光圈高低的识别与度量

1、局部光圈高低的识别

（1）中心局部光圈高低的识别        

若中心局部不规则干涉条纹相对平滑干涉条纹偏向加力点，称中心低。反之，则称中心高。

（2）边缘局部光圈高低的识别        

若边缘局部不规则干涉条纹相对平滑干涉条纹偏向加力点，称边缘低，又叫塌边。反之，则称边缘高，又叫翘边。

（3）中心及边缘均有局部偏差时的光圈识别其高低的判断同（1）、（2）。

（四）面形偏差归属的判断    

通常采用相对移动的方法来判断。即将上面一块样板拉开并移至一定的距离，如果局部偏差仍在原处不动，则表明偏差属于下面一块样板。反之，如果局部偏差随之移动，则表明局部误差属于上面一块样板。

（五）用小样板检验大零件

小样板检验时看到的光圈数：    

式中，N1—工件的实际光圈数；N2—用小样板检验时看到的光圈数；D1—零件的直径；D2—样板的直径。

未完待续------

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