Keywords:光学零件,表面疵病,标准
光学零件加工后抛光表面需要进行加工质量检验,包括①表面质量检验;②面型检验;③几何尺寸、角度检验等。而光学零件的表面疵病,如擦痕、麻点、崩边、斑点等会影响光学系统的性能,造成挡光和杂散光的增多,光学工程师制图时需要在光学工程图中对光学零件的表面疵病提出要求。本文将介绍光学零件表面疵病的分级、标准对照、标注方法等。
当前常用的光学零件表面疵病的标注方法为美军标MIL-PRF-13830,标注方法为Scratch-Dig,例如60-40(或60/40)。前者表示擦痕的最大宽度(um),后者表示麻点的最大直径(10um)。
注意我国有新、旧两个表面疵病标准,分别是GB1185-2006和GB1185-1974。(光智百科在研究比对国家标准时,网上资料和书籍资料表示方法不符,甚为疑惑,经过一番struggling,恍然大悟,书上写错了!由此可见,光智百科君的严谨性。以后可以像孔乙己-样炫耀“你知道表面疵病有几种标注方法吗?”)网上可査到的最新的表面疵病国家标准为GB1185-2006,表示方法为B/GxJ,其中B-表面疵病标号,G-允许的表面疵病的数量,J-级数,表面疵病大小最大值(mm)。
而旧国标GB1185-1974在我国仍具有广泛影响,尽管网上下载不到,很多书籍依然沿用,分为0,I-10,I-20,I-30,I,I,IV,V,VI,VI级,表示方法举例B=IV。
可以想象为什么美军标和旧国标为什么受欢迎,因为他们分级或标注很便捷,而新国标则需要光学工程师给出好多数值,个数、级数(允许长度)等。
◆一图即懂
◆美国军用标准
美国军用标准MIL-PRF-13830B:军火控制设备用光学元件;监控生产、装配、检测的通用标准
道子、亮路都统称为划痕。斑点、坑点、点子 都称为麻点。一般来讲,长与宽的比大于4:1的为划痕;长与宽的比小于4:1的为麻点。
擦痕(scratch)和麻点(dig)用两个代表其限制尺寸的级数来标记,如20-10,40-20,60-40,第一个为擦痕级数;第二个为麻点级数。
表1:美军标标注示例
当元件的不同区域表面光洁度要求不一样时,等效直径的计算以区域进行:表面质量要求高的内区域其等效直径以内区域为准(如有效孔径的区域),表面质量要求低的外区域计算的是整体元件的等效直径。
对于非圆形元件其直径取相等面积圆的直径。
擦痕级数代表允许的擦痕最大宽度(单位μm),当元件的擦痕宽度超过表面质量要求的级数时,元件不合格
当光学元件的擦痕宽度未超过表面质量要求级数时,但元件存在最宽擦痕时,所有最宽尺寸擦痕的总长不得超过光学元件直径的四分之一。
如果存在最宽擦痕,则最宽擦痕的总数乘以擦痕长度与元件直径的比值之和,总和不得超过最宽擦痕级数的一半。
如果不存在最宽擦痕,则擦痕的数目乘以相应擦痕长度与直径的比值,总和不得超过擦痕级数。
当擦痕等级为20及更优等级时,光学元件不允许有密集擦痕,即不允许在Φ1/4inch区域内有4条及以上的擦痕。
圆形元件不允许有20级数以上与直径相等的擦痕,方形元件不允许有20级数以上贯穿元件的擦痕。
麻点级数表示允许的最大直径(单位为10μm,即一丝),不规则麻点的直径为长径和短径之和除2。
直径为20mm的范围内最大直径的麻点不能超过一个。如果没有最大直径的麻点,直径为20mm的范围内所有麻点直径之和不大于规定直径的2倍则为合格。小于2.5μm的麻点可以忽略。
麻点级数要求为10或更优等级时,任何两个麻点间距必须大于1mm。
没有特殊说明的情况下,气泡(Bubbles)和包含物(Inclusions)可以参照麻点的等级标准。
在透光区之外的表面质量应为80-50,除非另有要求。
崩口、崩边不能侵入有效通光口径,不能影响胶合效果。
崩边长度之和不可大于边长的10%。
表2:美军标表面疵病等级选择
旧国标GB1185-1974
旧国标GB1185-1974中光学零件表面允存疵病等级共分为10级,0,Ⅰ-10,Ⅰ-20,Ⅰ-30,Ⅱ,Ⅲ, Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ,见下表。
表3:GB1185-1974表面疵病等级
D0为光学零件的有效孔径,对于非圆形零件,按照有效通光口径面积的等效直径计算。
直径小于1μm的麻点和宽度小于0.5μm的擦痕,不计入疵病。
各级表面粗麻点的数量不得超过允许麻点总数量的10%,粗擦痕总长度不得超过允许擦痕总长度的10%。
表4:各限定区域内疵病尺寸及数量
0 ~ I - 30级适用位于光学系统的像平面上及其附近的光学零件,而Ⅱ~Ⅶ级适用于不位于光学系统的像平面上的光学零件,表面疵病等级选择见下表。
表5:表面疵病等级选择
◆新国标GB1185-2006
新国标GB1185-2006(原GB1185-1989)是基于ISO10110-7标准进行制定,因此与旧国标对表面疵病有完全不同的定义方式,如下表所示。勘误:P改为E表示崩边。
表6:新国标表面疵病标注方法示例
级数(grade number):表征表面疵病大小,以mm为单位的数值分级,级数值为疵病面积的平方根,也是该级表面疵病的最大值。
换算系数(sub-division factors):在疵病面积不变的前提下,一般疵病公差基本级数的疵病,分解成若干个较小级数的疵病的倍增系数;或由基本级数折算成不同长宽比的短擦痕的倍增系数。
表7:基本级数对应的麻点直径和擦痕尺寸