Оформление рабочих чертежей оптических деталей и выбор допусков на их характеристики. Часть 1

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

Б.З. Быков, В.А. Перов

ОФОРМЛЕНИЕ РАБОЧИХ ЧЕРТЕЖЕЙ
ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ И ВЫБОР ДОПУСКОВ
НА ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Часть 1

Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2007

УДК 535.8(075.8)
ББК 32.86
Б95

Б95

Рецензенты: Г.М. Мосягин, М.Н. Семчуков

Быков Б.З., Перов В.А.
Оформление рабочих чертежей оптических деталей и выбор допусков на их характеристики.
– Ч. 1: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 64 с.: ил.
ISBN 978-5-7038-2962-2
В учебном пособии рассмотрены правила выполнения рабочих чертежей оптических деталей и
узлов, требования к материалам и способам обработки деталей, выбор и расчет допусков на различные типы оптических деталей. Приведены примеры оформления чертежей деталей разнообразной
конфигурации, изготовленных из всевозможных оптических материалов.
Для студентов 3 – 6-го курсов оптических специальностей.
Ил. 9. Табл. 33. Библиогр. 22 наим.

УДК 535.8(075.8)
ББК 32.86

Учебное издание

Борис Захарович Быков
Василий Александрович Перов

ОФОРМЛЕНИЕ РАБОЧИХ ЧЕРТЕЖЕЙ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
И ВЫБОР ДОПУСКОВ НА ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Редактор С.А. Серебрякова
Корректор Р.В. Царева
Компьютерная верстка В.И. Товстоног

Подписано в печать 24.04.2007. Формат 60×84/16.
Бумага офсетная.
Печ. л. 8,0. Усл. печ. л. 8,0. Уч.-изд. л. 6,5 Тираж 100 экз. Изд. № 5.
Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
105005, Москва, 2-я Бауманская, 5

ISBN 978-5-7038-2962-2
c⃝ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящее время значительное внимание уделяется разработке и созданию оптико-электронных
приборов и устройств. Особый интерес представляют новейшие модели приборов, основанные на использовании лазерного и инфракрасного излучений.
Их изготовление требует грамотного и квалифицированного подхода к проектированию, соответствующего прогрессивным методам конструирования и технологии производства оптических деталей.
Чертежи конструкций, узлов и деталей прибора являются одним из основных источников информации, раскрывающих не только конструкцию прибора, его характеристики, но и технологию его изготовления.
Грамотно спроектированная оптическая деталь позволяет разработать оптимальный технологический процесс ее изготовления для любого типа производства.
Чертежи оптических деталей значительно отличаются от чертежей деталей, выполненных из конструкционных материалов: металлов, сплавов, пластических масс и др.
В последнее время научные и технические проблемы, лежащие в основе технологии изготовления
оптических деталей, находят более прогрессивные решения. Появились новые данные по оптическим
материалам, методам их контроля и испытаний. Это нашло отражение в оформлении чертежей на оптические детали.
На чертежах оптических деталей, которые обычно просты по своей конфигурации, приводится большое количество различных данных, характеризующих требования к материалу оптической детали, обработке поверхностей детали, а также ее контролю.
Технологический процесс изготовления оптической детали, даже самой простой по конфигурации,
такой, как линза или призма, включает не один десяток различных технологических операций.
Для лучшего восприятия материала, приведенного в учебном пособии, и пользования данным материалом (особенно чертежами) формат пособия увеличен в два раза по сравнению с обычным, принятым
для учебных изданий.
Учебное пособие построено таким образом, что вначале рассматривается порядок оформления чертежей на оптические детали, затем обозначения их параметров: всевозможных покрытий, взаимного расположения поверхностей и т. п. Далее приведены требования к материалам оптических деталей (бесцветным и цветным стеклам, оптической керамике, инфракрасным стеклам, ситаллам, кварцевым стеклам и
др.), работающим в различных оптических диапазонах длин волн. Рассматриваются требования, предъявляемые к обработке и контролю рабочих поверхностей оптических деталей (N, ΔN, P, δ45o, π, ε, l и
др.), в том числе и деталей с асферическими поверхностями (Kλ, α, Dпр, δр, А, γ, ϕ). Это иллюстрируют
чертежи оптических деталей различного назначения (см. приложение), выпускаемых промышленными
предприятиями.
После подробного знакомства с чертежами оптических деталей рассматриваются вопросы выбора и
расчета допусков и характеристик их основных параметров.
Сведения, приведенные в учебном пособии, могут быть использованы студентами старших курсов, обучающимися по специальности «Оптотехника», а также инженерами и разработчиками оптикоэлектронных приборов для первичного ознакомления с проектированием оптических деталей и технологией их производства.

1. РАБОЧИЕ ЧЕРТЕЖИ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ.
ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ ДЕТАЛЕЙ

1.1. Общие требования к оформлению чертежей

Чертежи оптических деталей оформляют в соответствии с существующими ГОСТами и другими
нормативными документами.
Оптические детали и сборочные единицы изображают на чертеже по ходу луча, идущего слева направо. При падении лучей справа (в оптических системах с отражением) деталь изображают в ее рабочем
положении (см. приложение, рис. П1).
Все обозначения на чертежах выполняют в соответствии с существующими стандартами:
– величин физической оптики — по ГОСТ 7601–78 [1];
– величин геометрической оптики — по ГОСТ 7427–76 [2];
– радиусов оптических поверхностей — по ГОСТ 1807–75 [3];
– элементов оптических деталей, предельных отклонений физических величин и допусков на изготовление оптических деталей — по ГОСТ 2.412–81 ЕСКД [4];
– шероховатости поверхностей — по ГОСТ 2.309–73 ЕСКД [5];
– классов оптической чистоты полированных поверхностей — по ГОСТ 11141–84 [6];
– специальных оптических покрытий — по НО 3611–61. [7].
На чертежах поверхности оптических деталей обозначают прописными буквами русского алфавита,
наносимыми на полки-выноски. Допускается их обозначение цифрами.
Примеры оформления чертежей наиболее характерных оптических деталей приведены в приложении (см. рис. П1 – П25). Номер рисунка в приложении указан в нижней правой части штампа соответствующего чертежа.
В левой части чертежа помещают изображение оптической детали. Радиусы сферических поверхностей обозначают буквой R. Профиль осевого сечения асферических поверхностей задают уравнением
асферической поверхности (см. рис. П1 – П3).
Цилиндрические поверхности задают значением их радиуса R, перед которым пишут слово «цилиндр» (см. рис. П4) .
Шероховатость поверхностей оптических деталей зависит от свойств обрабатываемых материалов,
методов их обработки (алмазное шлифование, полирование и др.), от характеристик инструмента и зернистости абразива. Параметры шероховатости для простановки на рабочем чертеже детали выбирают в
соответствии с ГОСТ 2.309–73 [5] (табл. 1).
Рабочие поверхности оптических деталей имеют шероховатость Rz, ее значение обычно на порядок
меньше длины волны светового излучения, в диапазоне которого работает данная деталь. Для детали,
работающей в видимом диапазоне длин волн (λср ≈ 0,5 мкм), Rz 0,05, что соответствует наивысшему
по шероховатости классу поверхности.
На рабочих поверхностях оптических деталей проставляют также условные обозначения покрытий.

4

Таблица 1
Параметры шероховатости поверхностей оптических деталей

Характеристика
обрабатываемых
поверхностей

Числовые значения
шероховатости по
ГОСТ 2789–73, мкм

Базовая
длина l

Обрабатывающий
инструмент с зернистостью
по ГОСТ 9206–80 и ГОСТ

3647–81

Характеристика
обрабатываемых
поверхностей

Ra
Rz

Rz 320√

–
320–160
25,0
Твердосплавный инструмент

Поверхности
прессованных,
литых,
точеных
и
моллированных заготовок.
Поверхности деталей без
обработки

Rz 160√

–
160–40
25,0

Алмазный
инструмент
с
зернистостью от 250/200 до
400/315
на
металлической
связке. Абразивный порошок
с номером зернистости от 16
до 25

Грубо обработанные поверхности после распиливания, сверления, обдирки

Rz 40√

–
40–20
25,0

Алмазный
инструмент
с
зернистостью от 160/125 до
200/160
на
металлической
связке. Абразивный порошок
с номером зернистости от 10
до 16

То же

Rz 20√

–
20–10
25,0

Алмазный
инструмент
с
зернистостью
от
80/63
до
125/100
на
металлической
связке. Абразивный порошок
с номером зернистости от 4
до 8

Поверхности,
обработанные на операции грубого
шлифования,
сверления,
распиливания, боковые
поверхности пластин,
призм

2,5√

2,50–1,25
–
8,0

Алмазный
инструмент
с
зернистостью
от
50/40
до
63/50 на металлической связке.
Абразивный
порошок
зернистостью от М28 до М40

Поверхности,
обработанные на операции среднего
шлифования и центрирования.
Цилиндрические
поверхности пластин, сеток, светофильтров. Боковые поверхности призм.
Фаски

1,2√

1,12–0,63
–
8,0

Алмазный
инструмент
с
зернистостью
от
40/28
до
50/40 на металлической связке.
Абразивный
порошок
зернистостью от М14 до М28

То же

0,6√

0,63–0,32
–
2,5

Алмазный
инструмент
с
зернистостью
от
20/14
до
28/20 на металлической связке.
Абразивный
порошок
зернистостью от М10 до М14

Поверхности,
обработанные на операции тонкого
шлифования
и
центрирования
линз
малого
размера

0,32√

0,32–0,16
–
2,5

Алмазный инструмент с зернистостью от 14/10 до 10/7 на
металлической связке.
Абразивный порошок зернистостью от М5 до М7

Поверхности,
обработанные на операции тонкого
шлифования

0,16√

0,04√
0,16–0,02
–
2,5

Алмазный инструмент с зернистостью от 10/7 до 20/14 на
органической связке.
Абразивный порошок зернистостью М5

То же

5

Окончание табл. 1

Характеристика
обрабатываемых
поверхностей

Числовые значения
шероховатости по
ГОСТ 2789–73, мкм

Базовая
длина l

Обрабатывающий
инструмент с зернистостью
по ГОСТ 9206–80 и ГОСТ

3647–81

Характеристика
обрабатываемых
поверхностей

Ra
Rz

Rz 0,1√

–
0,100–
0,050
0,8

Полировальные порошки на
волокнистой, смоляной или
синтетической подложке. Алмазный инструмент на органической связке

Поверхности,
обработанные на операции полирования с незначительными
следами
недополировки
(шероховатости, видимые
невооруженным глазом)

Rz 0,05√

–
0,050–
0,025
0,8

Полировальные порошки на
волокнистой, смоляной или
синтетической подложке.
Алмазный инструмент на органической связке

Поверхности,
обработанные
на
операции
полирования.
Чистота
оптической
поверхности
должна
соответствовать
ГОСТ 11141–84

Rz 0,05
–
0,050–
0,025
0,8
Без обрабатывающего инструмента

Поверхности без механической обработки.
Литье, прессование полимеров.
Вытягивание
горячей
стекломассы

П р и м е ч а н и е. В связи с изменениями № 1, 2, 3 редакции ГОСТ 2.309–73 возможно обозначение параметра шероховатости
под полкой знака.

Приняты следующие условные обозначения типов покрытий поверхностей оптических деталей [4]:

— просветляющее покрытие, предназначено для уменьшения коэффициента отражения ρ
(ρ → 0);

— зеркальное покрытие с передним (наружным) отражением, предназначено для увеличения
коэффициента отражения (ρ → 100 %);

— зеркальное покрытие с задним (внутренним) отражением;

— светоделительное покрытие, предназначено для разделения падающего светового потока на
отраженный и проходящий в соотношении ρ/τ;

— фильтрующее покрытие (общее обозначение). Служит для выделения определенной части
светового диапазона и по обозначению подразделяется следующим образом:

— отрезающее;

— узкополосное;

— полосовое;

— специальное;

— защитное прозрачное покрытие, предназначено для предохранения оптической поверхности
от неблагоприятных воздействий;

— токопроводящее (обогревное) покрытие, предназначено для предохранения поверхности от
запотевания;

— поляризующее, предназначено для получения поляризованного излучения;

— светопоглощающее (непрозрачное).
Под изображением оптической детали указывают наносимое вещество и способ его нанесения, обозначаемые буквами:

6

Р — из раствора;
И — испарением в вакууме;
ИЭ — электронным испарением;
Т — травлением;
К — катодным распылением;
Г — пиролизом (обработкой в парах и газах);
П — пульверизатором или кистью;
Е — электролизом;
Н — нагревом в расплаве.
Исходные материалы для нанесения оптических покрытий обозначают цифрами. Для покрытий можно использовать более 100 материалов. Все они условно обозначаются цифрами. Наиболее часто применяемые материалы покрытий и их обозначения приведены в табл. 2.

Таблица 2
Материалы для нанесения оптических покрытий

Материал
Условное
обозначение

Материал
Условное
обозначение

Алюминий
Золото
Медь
Никель
Палладий
Платина
Серебро
Хром
Кремний
Титан
Германий
Аммоний фосфорно-кислый
Криолит
Магний фтористый
Серебро азотно-кислое
Олово двухлористое
Цинк сернистый
Оксид кремния
Оксид цинка
Оксид алюминия

1
2
3
4
5
6
8
9
12
15
16
21
23
24
25
26
29
31
32
35

Диоксид кремния
Эфир кремниевый
Эфир титановый
Смесь кремниевого и титанового эфиров
Диоксид циркония
Кислота азотная
Кислота соляная
Кислота уксусная
Винилтрихлорсилан и уксусно-кислая ртуть
Лак бакелитовый прозрачный
Лак бакелитовый с наполнителем (алюминиевая пыль,
сажа и др. )
Полистирол
Лак бутиральнобакелитовый с наполнителем
Полиметилметакрилат
Эмаль ЭП-274
Парафин
Воск пчелиный
Диоксид неодима
Мышьяк теллуристый

41
43
44
45
57
61
62
63
70
71
72

74
75
78
80
84
85
105
109

Однослойные покрытия обозначаются следующим образом [20]:

— зеркальн. 1И — наружное алюминирование испарением в вакууме;

— просветл. 24И — испарение фтористого магния (Mg2F) в вакууме.
Двухслойные покрытия обозначаются так:

— просветл. 44Р.43Р — двухслойное просветление из раствора эфиров оксидов титана (TiO2) и
кремния (SiO2);

— зеркальн. 1И.21Е — зеркальное двухслойное с наружным отражением. Алюминирование
испарением в вакууме, фосфорно-кислый аммоний наносится электролизом.
Трехслойные покрытия обозначают следующим образом:

— зеркальн. 25Р.3Е.75П — трехслойное зеркальное покрытие с задним отражением. Азотнокислое серебро наносится из раствора, медь — электролизом и бакелитовый лак — кистью.

7

— зеркальн. 1И.15И.21Е — трехслойное покрытие с наружным отражением. Алюминирование
испарением в вакууме, титан наносится испарением в вакууме, фосфорно-кислый аммоний — электролизом. Если покрытие многослойное с чередующимися слоями (а и в), то указывают количество чередующихся слоев.

Тринадцатислойное покрытие обозначают так:

— светоделит. (44Р.43Р.)х6.44Р — светоделительное покрытие из растворов эфиров оксидов
титана и кремния.

Рис. 1

На основании ГОСТ 2.412–81 [4] приняты и вводятся в употребление несколько иные обозначения покрытий, отличные от
приведенных в [20]. Так, после условного графического знака типа покрытия ставят букву В или Х, определяющую способ нанесения покрытия (В — вакуумный, Х — химический). Затем ставят
точку и номер покрытия. В случае нанесения слоев различными
способами указывают обе буквы через тире (В—Х). Для зеркальных и светоделительных покрытий после условного графического знака следует указывать вид наносимых слоев: М — металлические, Д — диэлектрические, МД — металлодиэлектрические.

В правой части чертежа оптической детали размещают таблицу (рис. 1), состоящую из трех частей, которые включают требования к материалу, требования к изготовлению оптической детали и оптические характеристики детали.

В верхней части таблицы приводят требования к материалу
детали. Перечень этих требований сведен в табл. 3, в которой
нормируемые требования отмечены знаком + [8]. Знак заключен
в скобки, если требование не является обязательным.

Таблица 3
Нормируемые требования к материалам оптических деталей

№
п/п
Параметры

Оптический материал

Бесцветное
стекло

Бесцветное
стекло серии
100, 200

Цветное
стекло

Стекло
с особыми
свойствами

Генерирующее стекло
типа ГЛС

Кварцевое
стекло

Кристаллы

Оптическая
керамика

Полимеры

1
Показатель преломления
+
+
–
(+)
(+)
–
–
–
–

2
Средняя дисперсия
+
+
–
(+)
–
–
–
–
–

3
Показатель
ослабления
для источника А

+
+
–
–
–
+
–
–
–

4
Спектральный показатель
ослабления или поглощения

(+)
(+)
+
+
+
+
+
+
+

8

Окончание табл. 3

№
п/п
Параметры

Оптический материал

Бесцветное
стекло

Бесцветное
стекло серии
100, 200

Цветное
стекло

Стекло
с особыми
свойствами

Генерирующее стекло
типа ГЛС

Кварцевое
стекло

Кристаллы

Оптическая
керамика

Полимеры

5
Радиационно-оптическая
устойчивость

(+)
+
(+)
(+)
–
+
–
–
–

6
Коротковолновая граница
пропускания

(+)
–
(+)
(+)
–
–
–
–
–

7
Показатель,
характеризующий особое свойство

–
–
–
+
+
+
+
+
+

8
Однородность партии
по показателю преломления

+
+
–
–
–
–
–
–
–

9
Однородность партии
по средней дисперсии

+
+
–
–
–
–
–
–
–

10
Однородность
по
спектральному
показателю
ослабления или поглощения

–
–
По
λ∗

гр

–
–
–
–
+
–

11
Оптическая однородность
+
+
–
–
–
+
(+)
–
–

12
Двойное лучепреломление
+
+
+
+
+
(+)
(+)
–
–

13
Бессвильность стекла или
свилеподобные
дефекты
кристаллов

+
+
+
+
+
+
(+)
–
–

14
Пузырность
+
+
+
+
+
+
+
(+)
–

15
Включения
Приравнены к пузырям
+
+
+
+
+

∗ λгр — граничное (минимальное) значение длины волны.

Для деталей из оптического бесцветного стекла [9], работающих в видимом диапазоне длин волн,
как следует из табл. 3, обязательных требований девять. Основные из них следующие:
Δne — предельно допустимое отклонение показателя преломления от расчетного. Нормируется в
категориях и классах (табл. 4, 5);
Δ(nF ′ − nC′) — предельно допустимое отклонение средней дисперсии от расчетной. Нормируется
в категориях и классах (см. табл. 4, 5).
Однородность — величина, характеризующая неоднородность стекла по показателю преломления
и по средней дисперсии. Измеряется на коллиматорной установке. Нормируется в категориях (табл. 6).
Двойное лучепреломление — измеряется на полярископе-поляриметре и характеризует наличие в стекле остаточных внутренних напряжений, не удаленных после отжига стекла. Нормируется в категориях

9

Таблица 4
Категории стекла по отклонениям показателя преломления и средней дисперсии

Категория

стекла
Допустимые отклонения

показателя преломления Δne
средней дисперсии Δ(nF ′ − nC′)

1
2
3
4
5

±2 ∙ 10−4
±3 ∙ 10−4
±5 ∙ 10−4
±10 ∙ 10−4
±20 ∙ 10−4

±2 ∙ 10−5
±3 ∙ 10−5
±5 ∙ 10−5
±10 ∙ 10−5
±20 ∙ 10−5

П р и м е ч а н и е. Показатель преломления и средняя дисперсия стекла всех заготовок в партии должны удовлетворять указанной для партии категории стекла. Допустимый разброс внутри партии заготовок характеризуется классом стекла по указанным
константам (см. табл. 5).

Таблица 5
Классы стекла по отклонениям показателя преломления и средней дисперсии в партии заготовок

Класс
стекла
Наибольшая разность в партии заготовок

показателя преломления Δne
средней дисперсии Δ(nF ′ − nC′)

А
Б
В
Г

0, 2 ∙ 10−4
0, 5 ∙ 10−4
1 ∙ 10−4
В переделах заданной категории

–
–
10−5
В переделах заданной категории

Таблица 6
Категории стекла по оптической однородности

Категория
однородности

стекла

Отношение ϕ/ϕ0,
не более
Дополнительные требования к дифракционному изображению
точки

1

2
3
4
5

1,0

1,0
1,1
1,2
1,5

Дифракционная картина должна состоять из круглого пятна, окруженного концентрическими кольцами, и не должна иметь разрывов,
хвостов, углов и заметного на глаз отклонения от круга
–
–
–
–

(табл. 7), указывающих расстояние между обыкновенным и необыкновенным лучами на выходе в нанометрах на сантиметр.
Ослабление — нормируется по показателю ослабления, представляющему собой величину, обратную
расстоянию (в сантиметрах), на котором поток излучения от источника света типа А (2850 K) ослабляется
в результате поглощения и рассеяния в 10 раз. Вводится 8 категорий (табл. 8).
Бессвильность — нормируется по количеству свилей∗ в 1 кг стекла (категория) и направлением просмотра этих свилей на теневой установке (класс) (табл. 9).
Пузырность — нормируется по размеру пузырей в 1 кг стекла и их количеству (табл.10, 11).
По допустимым отклонениям показателя преломления и средней дисперсии (оба параметра носят
название оптических констант) от значений, установленных для стекла каждой марки, оптическое стекло
разделяют на пять категорий (см. табл. 4).
По однородности партии заготовок по показателю преломления и средней дисперсии оптическое
стекло делят на четыре класса (см. табл. 5).
По оптической однородности для заготовок диаметром (или со сторонами) не более 150 мм устанавливают пять категорий оптической однородности (см. табл. 6), характеризуемых численным значением
отношения угла разрешения ϕ, наблюдаемого с помощью коллиматорной установки, в параллельный
пучок лучей которой введена заготовка стекла, к углу разрешения ϕ0 той же установки без заготовки.
Категории обозначаются цифрами 1, 2, 3, 4, 5 (см. табл. 6).

∗ Термин свиль происходит от слов вить, свивать.

10