炬科光学光洁度检验实景 ​
摘 要：本文就我国国家标准《光学零件表面疵病》与俄罗斯相关标准及美国军用相关标准进行对比、分析。就这三个国家（军）同类基础标准的标注方法、 麻点、 擦痕、 表面疵病密集和检验方法进行对比、 分析。仅供读者参考。炬科光学目前在黑暗背景环境下，按照标准规范对所有的光学元件进行全检，以确保产品及光学系统的质量和性能。
ΓOCT 11141《光学零件表面光洁度等级检测方法》及美国MIL-O-13830《火控仪器光学零件制造、装配和检验通用技术条件》与GB/ T1185-1989《光学零件表面疵病》是这三个国家的同类基础标准。规定了由玻璃、晶体和光学纤维等制成的光学零件（ 部件）上表面粗糙度参数Ra，即光学零件表面疵病的数量和级数（ 麻点、擦痕的允许尺寸、数量和位置）。
GB/T 1185-1 974《光学零件表面疵病》按照ΓOCT 11141《光学零件表面光洁度等级检测方法》制、修订而成，GB/T1185- 1989《光学零件表面疵病》 与 I SO 10110《光学和光学仪器光学零件和光学系统图样 第7部分：表面疵病公差》（ 德国提出的国际标准草案）与DIN3140 基本一致。
本文就将我国 1989版标准《光学零件表面疵病》（以下简称我国标准）俄罗斯相关标准（以下简称俄国标准）及美国军用相关标准（以下简称美军标）进行对比。
一、 表面疵病标注方法
（ 1 ）我国标准规定表面疵病的代号为B，其值由G×J表示（G为个数，J级数表示表面疵病的大小），如：一般物镜可选项3×0.4。
（ 2） 俄国标准规定表面疵病的代号为р,其值由阿拉伯数字或罗马数字（0- 10、0- 20、0- 40、Ⅰ 、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ等）表示。如：一般分划板的刻字面可选 0- 20 级，一般物镜可选Ⅴ级。
（ 3） 美军标规定表面疵病的极限尺寸应用两个数字表示（ 如 80- 50）， 第一个数字表示擦痕的等级（ 单位为μ m），第二个数字表示麻点的等级（ 单位为 1 / 1 00mm）。如：一般物镜可选60-40。
（ 4） 三个国家（军）标准在表面疵病的标注方法完全不同，但都很清楚，我国的标注方法较直观。
二、 麻点
（ 1 ） 我国标准规定表面疵病大小以毫米为单位，级数值是该级表面疵病大小的最大值，一般疵病的级数为疵病面积的平方根。一般疵病级数对应出点的直径，长圆形麻点以最大轴线长度和最小轴线长度的算术平均值折算成麻点的直径，不规则麻点以最大长度和最大宽度的算术平均值近似为面积的平方根。开口气泡和破点均当作麻点处理。级数小于 0. 004的表面疵病（ 麻点） 不作考核。表面疵病级数公比数为 1 . 6， 疵病个数换算系数公比数为 2. 5。 表面疵病原级数个数乘换算系数等于换算后的级数个数（ 结果应化为整数），但不允许将表面疵病换算成多于40个较小级数的表面疵病。换算表中给出了从 0. 004mm到 1 0mm1 8 个表面疵病级， 零件图上需给的表面疵病由设计师按此表中的数选取。表面疵病级数与疵病个数换算系数见表 1。
（ 2） 俄国标准规定， 位于光学系统像平面及其像平面附近的光学零件表面采用 0- 1 0、 0- 20或 0- 40 级别的表面疵病（ 麻点直径从 0. 004mm至 0. 025mm）（ 见表 2）， 小于 0. 002mm的麻点不作考核。对位于光学系像平面及其像平面附近的光学零件表面采用 0- 1 0、 0- 20 或 0- 40级别的表面病还分别给出了不同通光孔径的表面中心区和边缘区， 某一级别表面疵病麻点的最大直径和最大麻点的个数。 使用这个标准， 设计师在图样上很好标注， 检验人员也很容易计算。不在光学系统像平面附近的光学零件表面采用Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ、 Ⅳ、 Ⅴ 、 Ⅵ、 Ⅶ、 Ⅷ、 Ⅷ a、 Ⅸ、Ⅸ a等11 个别的表面疵病（ 麻点直径从0. 02mm至 3. 0mm） 见表 3。俄标准对光学零件表面疵病给出的这两个表，表2和表3中分别规定了不同通光孔径的光学表面某一级别表面疵病麻点的最大直径和最大尺寸麻点的个数。
（ 3） 美军标规定表面疵病的第二个数字（ 如80- 50） 表示麻点的级数（ 计量单位为 1 %mm），是该光学表面允许麻点的最大直径。任何一个光学表面上， 每 20mm直径上， 最多只允许有一个最大尺寸的麻点， 该 20mm直径上所有麻点的直径总和， 不得超过最大尺寸麻点直径的一倍。而直径小于 0. 0025mm的麻点可不作统计。同时还规定，若图样上未规定表面疵病的极限尺寸时，应按表 4 求算。
表 4 中的光束直径是指进入观察者眼睛的轴向光束在所研究的光学表面上的直径。如是出瞳直径大于 3 . 5 mm， 则 进入人眼的 光束直 径取3 . 5mm， 若出瞳直径小于 3. 5mm， 则进入人眼的光束直径应与出瞳直径相同， 可见美军标规定表面疵病的标注方法也很方便， 只要设计师选好（也可以参考表 4） 该表面疵病的级数（ 最大尺寸的麻点直径） 标注在图样上就可以了。设计人员比较容易标注， 检验人员也很容易计算。
（ 4）三个国家（军）标准均规定了麻点的最大允许尺寸。我国标准没有出可供设计师参考的任何数据，仅仅给出了一个供检验人员对疵病级数的换算表（表1）。俄标准的表2、表3中，不仅给设计师提供光学系统中不同位置和不同尺寸光学零件表面的疵病级数参考值，而且给检验人员提供了某一级别，某一直径的光学表面上允许麻点的确切数值。美军标准的表 4 中， 给设计师提供光学系统中不同位置光学零件表面的疵病级数参考值， 标准内容中给检验人提供了某一级别， 某一直径的光学表面上允许麻点的确切数值。
三、 擦痕
（1）我国标准规定，光学表面除已注的疵病外，如允许有任意长度的擦痕， 则应标注擦痕的数目和允许最大宽度的数值。
（2）俄国标准也在表 2 和表 3 中分别规定了不同通光孔径的光学表面中， 某一表面疵病级别允许擦痕的最大直径和最大尺寸擦痕的长度。
（3）美军标准规定，光学零件表面疵病级数中，两个数字的前一个数字为擦痕。并规定圆形光学零件的每个表面上，最大尺寸擦痕的总长度不得超过零件直径的1/4；没有最大尺寸的擦痕时，擦痕数量乘以擦痕长度与零件直径之比的乘积之和，不得超过最大擦痕级数。
（4）三个国家（军）标准均规定了应标注擦痕的最大允许尺寸。我国标准没有给出可供设计师参考的任何数据，仅仅给出了标注实例表。俄标准的表2、表3中，不仅给设计师提供光学系统中不同位置和不同尺寸光学零件表面的疵病级数参考值，而且给检验人提供了某一级别，某一直径的光学表面上允许擦痕的确切数值。美军标准的表 4 中， 给设计师提供光学系统中不同位置光学零件表面的疵病级数参考值，标准内容中给检验人提供了某一级别，某一直径的光学表面上允许擦痕的确切数值。
四、表面疵病密集
（1）我国标准规定，光学零件表面疵病不允许密集，在 4%的检验范围内（ 在圆形检验区相应于1/5直径范围内），不超过 2个原表面疵病数或不超过经换算后的1/5表面疵病数。
（2）俄国标准规定，位于光学系统像平面及其像平面附近光学零件表面疵病不允许密集，对于其他光学零件表面疵病则在表 3 中给出规定。
（ 3）美军标准规定，麻点级数为 10级或优于10级的光学表面上，所有麻点（ 从边缘到边缘）应至少相隔 1 mm。对于麻点级数大于 1 0 级的光学表面上，无需测定麻点分散度。
（ 4）三个国家（ 军）标准在表面疵病密集方面均给出了很具体的规定，检验人员比较容易操作。
五、 检验方法
（ 1） 我国标准规定， 检验时应以黑色屏幕为背景， 光源为 36V、 60W～ 1 08W的普通白 炽灯泡，在透射光或反射光下用 4 × ～ 10 × 放大镜观察。
（ 2） 俄国标准规定， 检验时光源为 60W～ 100W的普通白炽灯泡， 在透射光或反射光下观察。检验像面附近的光学表面时应采用不小于 6×放大镜，检验Ⅰ ～ Ⅲ级的光学表面时应采用不大于 6 × 放大镜， 检验低于Ⅳ级的光学表面时不采用放大镜。
（ 3）美军标准规定，方法1：检验时以磨砂玻璃为背景观察零件， 光源为 40W的日光灯， 放在玻璃后面3i n. 处。玻璃正面放2根以上的无光泽横条，与玻璃接触；横条约占玻璃面积一半。方法2：40W的日光灯的灯光透过磨砂玻璃后再透过零件， 借助零件表面散射光观察疵病。观察时应以黑色为背景。
（ 4） 三个国家（ 军） 标准在表面疵病检验方面均给出了很具体的规定， 检验人员比较容易操作。以笔者多年光学检验的经验认为， 我国的方法与俄国的方法基本一样。美军标准的方法较好，在某一照度下， 看不到的疵病不作计算。何况光学检验人员的眼睛都很好。
六、 俄国标准和美军标准光学零件表面疵病套改为我国标准的实例
（ 1 ） 俄罗 斯图样中一个有效孔径为φ 41 mm的物镜， 给出Ⅳ级光洁度。套改为我国相应图样时， 表面疵病如何？套改过程如下： ①从表 3 可以查出Ⅳ级光洁度的最大擦痕为0 . 0 2 mm， 擦痕总长度为 两倍的有效孔径直径（ 82mm）， 其中大擦痕为 0. 01 mm～ 0. 02mm, 总长度不大于一倍的有效孔径直径（ 41 mm）；
②最大麻点直径为 0. 3mm， 麻点总数不大于0. 5倍有效孔径直径数值（ 21 个）， 其中大麻点直径从 0. 1 mm～ 0. 3mm, 数目 不大于 0. 2 倍的有效孔径直径数值（ 8 个）， 换算下来， 总面积相当于 4 个直径为 0 麻点；
③根据我国标准规定， 表面疵病级数 J 等于面积开平方根， 从表 1 中选级数为 0. 25， 且例子中没有规定任意长的擦痕， 所以图样上表面疵病 套改为：4× 0. 25 即可。
（ 2） 采用美军标准的图样中一个有效孔径为φ 41 mm的物镜， 给出表面疵病为 60- 30。套改为我国相应图样时， 表面疵病如何？套改过程如下： ①从表 4 可以查出 60- 30 表面疵病的最大擦痕为 0. 06mm， 最大擦痕总长度为 1 / 4 倍的有效孔径直径（ 1 0mm）；
②最大麻点直径为 0. 3mm， 最大麻点总数在每 20mm直径上不大于 1 个， 其他麻点直径总和，不大于最大麻点直径的一倍， 换算下来总面积相当于 4 个直径为 0. 3mm的麻点；
③根据我国标准规定，我国表面疵病级数J 等于面积开平方根， 从表 1 中选级数为 0. 25， 且例子中 没有规定任意长的擦痕， 所以图样上套改为：4 × 0. 25 即可。
刘庆明 盛益鹏( 中国兵器工业集团公司第 5308 厂) （ 本文作者通讯地址：江苏省扬州市110信箱，邮编：225009）
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发表于 2020-1-3 09:13