长春理工大学光学冷加工课件绪论

光学零件加工技术薛常喜光电工程学院,前 言,一.本课主要内容 1.光学材料：无色、有色、特殊 2.基本工艺、技术条件：粗磨、精磨 3.高精度、特种零件的加工、检测 ： 高精度平面、棱镜、非球面、晶体、塑料 4.特种加工：镀膜、刻划 二.课程性质 光电工程或光电信息工程专业主要专业课 综合性学科 实践性强 很受欢迎 ，市场经济需要，工作有利,三.任务 基本理论 分析解决工艺加工的能力 操作技能 四.现状及最新进展 1.高效、高精发展 铣抛（高效生产线）/100/200 2.微机控制 加工 镀膜 3.测试 激光数字波面干涉仪 4.光学零件模压技术 5.离子抛光 6.最新进展 五.工艺流程,前 言,一.课程的性质和任务 1.光学零件加工技术是光学工艺及测试和光电 信息工程专业（教委指导性目录专业）专业的一门必修 专业课。它的内容是本专业人员必须掌握的专业知识。从 目前的设计水平看，欲设计出/50的平面是不困难的， 尤其是电子计算机在光学设计方面的应用，大大提高了设 计的速度和精度。然而，在实际生产中欲加工出这样高精 度的零件并非是件容易的事。,前 言课程的性质和任务,国内一般工厂能加工出/10-/20的零件，当有较好的测试手段，操作人员技术水平高的情况下，也能加工出高精度的零件，所以，设计再好加工不出来的零件是徒劳的，无实际意义的。因此，研究如何运用工艺方法来多、快、好、省地制造光学零件是光学零件加工技术这门课程的主要任务。这也是本专业目前比较受欢迎的原因，因此我们必须树立坚定的思想，热爱自己专业，热爱自己的工作，把我国光学工艺提高上去，更上一层楼。 （本专业自1972年建立，院校专业调整下，经原兵工部、学院、专业坚持争取保留下来，历经坎坷走上了坦途，现在兵工部、机械部均很需要，我们的前途是光明的。,前 言课程的性质和任务,2.是一门综合性学科 光学零件加工技术这门课程，需要有广泛的基础知识 和专业知识。它涉及到光、机、电、算、化学等学科领域的 内容。如：光学零件的检验光学知识；零件的加工离不 开机床机械问题；机床运动离不开电；零件加工用 的材料、辅料、抛光液、精磨、冷却液，零件的腐蚀和防护 等都与化学有关，因此，它是综合性学科。 3.实践性强 光学零件加工技术是实践性很强的一门课程。他简 称光学工艺，顾名思义，即光学零件加工的艺术即研究 光学零件加工的技能技巧及其有关的基本理论。它是生产实 践中总结出来，并经过生产实践反复验证和不断充实的学 科，特别是随着光学专业的发展，它总结了不断涌现的新材 料、新工艺、新技术，进一步丰富了本学科的内容。,前 言课程的性质和任务,二.学习本课的任务，应使学生达到以下目的 .掌握光学零件加工技术的基础知识和基本理论。在从事光学零件加工过程中能合理选择光学材料、零件的外型尺寸和公差，使光学零件既满足光学设计要求，又符合经济合理的工艺原则。例如，分划板位于光学系统的象平面上，它的平面性要求不高N=510，而对零件气泡度要求严格，q=I，因气泡相当于凹透镜，可引起光线散射，影响成象质量，达不到预期效果，若平面性较高，N=2，即浪费工时、材料、辅料，加工困难，提高成本，不符合零件加工的工艺性和经济性。,前 言学习本课达到目的,.使学生具有分析、解决工艺问题的能力，经一段时间的实际锻炼，能从事光学工艺的技术工作。 .掌握光学零件加工的操作方法，具有工艺实践的能力，为以后从事该学科领域的科研、教学和组织管理工作打下良好的基础。,前 言学习本课达到目的,三国内、外发展概况和光学加工的最新进展 （一）国内 解放前，我国基本没有光学工厂，只有一个光学仪器的 修理工场，即现在的昆明298厂前身。解放后，我国光学工 业发展迅速，光学工厂有几百个，几千，几乎各主要省市豆 油，仅长春市就有10多家。就发展水平，也有了很大提高， 特别十一届三中全会以后，实行改革开放政策，打破闭关自 守的状况，改变了一把沙一把水的加工方式，出现新工艺粗 磨机械化，精抛高速化，定心磨边自动化，缩短了与先进国 家的差距，有的已达世界先进水平：如 .光学材料：一般的光学玻璃能自己生产，已基本自给，结束了光学玻璃靠进口的状况。,前 言国内、外发展概况和光学加工最新进展,.光学冷加工方面：大批量中等精度的透镜高效生产线已经在试生产中获得成功。该生产线中采用了高速精磨、超精磨、固着磨料抛光及水溶性冷却液等先进工艺技术，从而在一定条件下，连续加工90个镜盘达百分之九十的合格率。从球面铣磨到抛光结束只需十几分钟的加工时间。 .在光学测试技术方面，激光数字波面干涉仪已研制成功并投入生产，直径80mm的光学表面面形局部误差的测量可达到 /50的精度。由于在某种程度上，测试水平相应的反应了加工水平，故这标志加工精度达到新的高度。 .微机在光学工艺中的应用。如用微机控制机床、自动车削磨具，即省时又提高了精度；采用计算机自动设计膜系及控制多层膜的镀制。 .其他 圆刻度盘的精度达到0.1“；直径为1.56m和2.16m的大型天文镜面（非球面）已磨制成功。,前 言国内、外发展概况和光学加工最新进展,（二）国外 光学零件的生产朝着高效率、高精度的方向发展 .高效加工方面： 不仅能定时、定光圈，而且已建成自动生产线。 法国：中等尺寸、精度，35分钟（一面）； 西德：一人一日10001200件 苏联：自动生产线（4人），一小时50盘 2.高精度： 聚四氟乙烯塑料抛光模，可抛/100（高达/200） 我国最高达/50 环形抛光机直径为200mm的氯化钠晶体面形精度可达/8 3.精密光学塑料零件的成型工艺：光学另件的模压复制技术已普遍用于生产,前 言国内、外发展概况和光学加工最新进展,.特种工艺： 镀膜完全用计算机控制，膜系设计蒸镀检验.膜层牢固、机械强度高，不易划伤。镀膜或的零件放在口袋内与笔、钥匙一起摩擦，一周无划痕。 .计算机控制自动抛光，离子抛光（美国），用离子束轰击玻璃表面，原子一个个被溅射掉。 为此，要赶上国际先进光学工艺水平，需要我们继续努力。,前 言国内、外发展概况和光学加工最新进展,（三）光学零件加工技术最新进展 当前，现代光学科学技术和光电子技术迅猛发展，如信息技术、空间技术、核技术、生物技术、材料科技等各项技术的相互促进、相互为用，新的光学设计方法层出不穷，开辟了许多新的应用领域，更为突出的是许多新原理和新器件的出现，标志着光学领域进步的前沿。这些成就是与崭新的光学加工技术不可分割的。今天的光学加工技术已远远不止于传统的研磨抛光工艺，而正在形成新技术装备起来的具有理论与实践基础的学科体系。例如 非球面光学加工，不但用语大型天文望远镜，也用于红外及短波段的反射光学成象系统和光盘光学聚焦透镜，手持条形码扫描器；,前 言国内、外发展概况和光学加工最新进展,模压技术适应了规模生产的需要，如电视投影物镜，光盘聚焦透镜，以及廉价照相机物镜； 超光滑表面加工、全息光学、衍射光学、二元及阵列光学为光学应用提供了传统光学无法实现的新的功能和手段：如全息干涉用语无损探伤和动态测试，全息标志用于商品防伪，衍射原理用于激光加工，光纤技术不但用于光纤通信业，而且用作传感器，用于工业测试和医疗诊断。这些新的制造技术对光学工作者已是不可缺少的基本知识。,前 言国内、外发展概况和光学加工最新进展,四、课程的主要内容 .光学材料：无色光学材料，有色光学材料、特种光学材料、微晶光学材料、晶体光学材料、塑料 .光学零件加工的基本工艺：技术条件、毛坯成型、粗磨、精磨、抛光、磨边、胶合及有关的基本理论 .高精度及特种零件的加工与检测：球面样板，高精度平、棱镜 .光学车间的组织管理与工艺规程的编制等 .特种加工 光学零件加工的工艺流程： 毛坯 只是几个主要工序，还有辅助工序：清洗、上下盘,前 言课程的主要内容,绪 论,绪 论,21世纪先进光学制造技术发展趋势研究 一、高技术牵引和市场需求推动是先进光学制造技术发展的动力 二、20世纪光学零件加工技术发展的回顾 三、先进光学制造技术分类 四、先进光学制造技术概念与特点 五、主要发展方向 六、21世纪初光电仪器及器件所具有的主要特征 七、展望21世纪初光学零件加工技术的发展趋势,主要讲述高技术的牵引和市场需求推动是先进光学制造技术发展的动力。从研磨抛光技术、金刚石车削技术、精密模压技术和超光滑表面加工等方面的回顾了20世纪光学加工的重要进展。接着列举了21世纪初光电仪器及器件所具有的主要特征，并结合我国的情况，指出了21世纪初光学零件加工的六个发展趋势。研究了先进光学制造技术分类方法。讨论了先进光学制造技术的概念, 指出了继承和集成是先进光学制造技术主要特点。一大一小, 一长一短, 一刚一柔是其主要发展方向。,绪 论概要,一、高技术牵引和市场需求推动是先进光学制造技术发展的动力 1、高技术牵引 高技术的全球竞争是无可避免的全球范围各国综合国力的竞争, 这种竞争在相当程度上体现为制造技术的竞争。1983 年美国总统里根的SDI 倡议, 其后欧共体的尤里卡计划, 日本的科技计划, 前苏联的对策计划, 以及我国的发展高技术“863 计划”等, 都是高技术全球竞争中相应国家的高技术发展战略计划。我国863 计划主要倡议者之一、著名科学家王大珩先生指出,“SDI的实质不拘最终目标能否达到, 但在高技术的各个方面,肯定会有新的突破出现, 这就发展了一个国家高技术的实力”。在80 年代美国SDI(战略防御倡议) 倡议一度被认为缺乏现实性, 但在1997 年美国由地面发射中红外激光对轨道卫星具有有效效力的公开报道, 表明这一技术领域已取得重大突破。,绪 论高技术牵引和市场需求推动是先进光学制造技术发展的动力,美国James W. Botkin 指出, 高技术工业的销售额之所以增长最快, 在于它的技术获得了爆炸性进展。106(即100 万) 这一数字代表着这种技术的发展速度。计算机自从问世以来, 在以100万计的速度前进。这就是说,今天2 美分可获得的某一电子功能, 在1950 年需花费20万美元。这里所说爆炸性进展即指以光刻技术为核心的超大规模集成电路制造设备与制造工艺技术。光刻线条的宽度成为计算机随机存储器容量大小的标志。如果说存储器容量由70年代初1K (1千位) 发展到16K 花费大约10年, 那么在90年代, 光刻线条由微米发展到亚微米, 64K、256K, 相继问世, 计算机更新换代的速度已经有日新月异之感。一代制造设备, 一代光刻技术, 一代集成度, 一代计算机, 无可争辩地揭示了高技术微电子工业与先进光学制造技术休戚相关程度。,绪 论高技术牵引和市场需求推动是先进光学制造技术发展的动力,70年代初启动的举世闻名的美国哈勃空间望远镜计划, 其直径2.4m 轻质主反射镜的制造直接牵动了美国光学制造商积极发展计算机控制抛光技术, 从而奠定了计算机控制抛光技术基础。 高技术发展计划的设立是一种政府行为, 涉及到当代科技前沿。高技术计划的实施在相当大程度上又表现为高技术市场竞争。不但有效地牵引了相关技术领域的突破性进展, 同时还充分地调动制造商自身的有效资源。 离开了高技术的牵引, 先进光学制造技术的发展将成为无源之水。我国高技术863计划七大领域15个主题, 其中空间光学领域与强激光等相关领域已经有效地牵引了我国一系列先进光学制造技术发展,绪 论高技术牵引和市场需求推动是先进光学制造技术发展的动力,2、市场需求推动 近20多年, 先进工业国加速用信息技术改造传统光学工业, 推动产品高技术化。产业结构发生深刻变化,一些传统的劳动密集型光学产品逐步转向亚洲发展中国家。 经过信息技术改造的光学仪器, 一般工作原理没有原则性变化, 然而整机性能却产生质的飞跃。例如数字波面干涉技术使延续数百年的目视判读干涉图形技术发展为精确定量的数字波前图像信息技术, 使测量精度由/10提高到一个数量级以上, 并可按被测表面几何坐标位置给出每点位的地貌偏差。为光学表面的计算机数控加工提供了基础。二维动态哈特曼波前传感仪使自适应光学波前探测与实时校正成为现实。非接触光学表面轮廓仪把人们研究表面粗糙度的分辨能力提高到一个埃(0.1nm )。各种新型光电子产品更是举不胜举。,绪 论高技术牵引和市场需求推动是先进光学制造技术发展的动力,近代光学工业市场需求推动产品高技术化发展, 为人类认识世界改造世界提供了新的方法和手段。同时,也为厂商带来了可观的高技术附加值。例如, 一台上述光学轮廓仪较之做为原型机的普通干涉显微镜售价高约百倍, 约相当于我国1.5万架普通双筒望远镜出口售价。 统计表明, 19811991 日本光学仪器出口额增长5倍, 美国增长9倍。增长速度普遍高于本国国民经济增长速度。此期间劳动生产率增长3倍以上。我国从19911994 光学仪器出口额增长5倍, 其中望远镜出口增长7倍, 达到年出口600万架, 行家估计我国望远镜年生产能力达1000万架。有预测表明, 本世纪末世界显微镜市场达12亿美元, 望远镜市场容量10亿美元。更有文章报道预计到本世纪末, 世界光电子产值将高达21300 亿美元。,绪 论高技术牵引和市场需求推动是先进光学制造技术发展的动力,经典光学仪器三大件 望远镜、显微镜、照相机市场的巨大容量极大地推动了大批量光学制造技术的发展。各种高效生产线设备技术更新迅速, 尤其在中国和亚洲发展迅猛、方兴未艾。美国为了提高光学工业的国际竞争力, 正在积极发展计算机一体化透镜高效自动化生产无人工厂的研究发展计划。 另一方面, 为适应高技术光学、光电子产品市场对于产品单件、小批、高精度或超高精度并能够迅速交货的需求, 新一代先进光学制造设备技术向着以计算机技术为主导的柔性化、便捷化、智能化的方向发展, 并已经迅速商用化, 形成一定的市场规模。其中, 尤以德国LOH 公司新一代产品引人注目。,绪 论高技术牵引和市场需求推动是先进光学制造技术发展的动力,二、20世纪光学零件加工技术发展的回顾 .研磨抛光技术 20世纪在研磨抛光技术这个领域取得了惊人的成就。由于从60年代起使用了金刚石磨具，使原来一把沙子一把水的研磨加工方法得到了彻底的改变。不断出现新的精度更高的加工设备和刀具。由于计算机技术的发展，加工设备的数控化和智能化程度大大提高。从而使几百年来一直依赖于操作者技能的光学加工实现了机械化和自动化。 美国的Union Cabridge等公司在80年代后期研制了与单点金刚石车床有同等精度的金刚石磨床，能够对光学玻璃、光学晶体得脆性材料进行磨削加工，面形精度可达0.30.5m（PV）。其中Rochester和Arizona大学与美国公司共同开发的Opticam SM和Opticam SX，5min内可加工出面形精度达1m（PV），直径为50mmde 玻璃非球面元件。由于磨削后工件表面存在破坏层，尚需要后续的抛光处理。,绪 论20世纪光学零件加工技术发展的回顾,国外70年代以来对非球面磨削、抛光成型机理进行了研究，并开始用计算机控制光学表面（CCOS）成型技术，这种技术是用计算机控制小磨头或小抛光模对元件进行研磨、抛光加工。80年代中后期，由于计算机技术及精密测量技术的发展，美国Itek公司哟内首台CCOS抛光机床加工了500mm。F/3.5的抛物面反射镜，面形精度0.04m（rms），Ra5nm，但总加工周期为3个月。此后，国外对CCOS数字模型、理论误差的计算进行了研究，并根据不同运动方式的磨头加工效果进行了大量研究，建立了CCOS数据库，对CCOS技术的 CAD/CAM一体化作了大量工作。我国在80年代末开始了这项工作。,绪 论20世纪光学零件加工技术发展的回顾,由于光学加工工艺的复杂性，以至很难建立准确的、全面描述加工过程的数学模型。CCOS技术具有明显的优点，但由于磨头直径小磨削线速度低，不可避免的具有磨头易磨损，加工效率低，不能加工小直径工件等缺点。 90年代初期，日本4轴（或5轴）精密加工中心上用薄砂轮外缘点包络磨削加工非球面工件，砂轮工作表面垂直于磨头回转轴线（这点不同于CCOS）。在加工中心上安装微进给工作台，可以磨削大曲率半径的碳化硅非球面镜，在5轴超精密机床上磨削的化学沉积碳化硅（CVDSiV）斜入X线非球面镜面型精度低于0.75m/510 x110mm。 由于采用砂轮外缘磨削，磨削线速度提高，明显地提高了加工效率，但由于采用的是点接触方式，工件加工精度在一定的程度上依赖一机床的精度，对于陶瓷等脆性材料或大面积的加工，砂轮的磨损、堵塞等成为影响加工精度与效率的新问题。,绪 论20世纪光学零件加工技术发展的回顾,90年代中期，日本根据上述加工方法的利弊，开发了圆弧包络磨削法，采用厚砂轮，精修砂轮外缘截面呈圆弧型，在磨削运动中砂轮外缘各点包络出非球面轮廓型，在2轴数控机床上可以磨削出轴对称的非球面工件。在3轴数控机床上可以磨削出非轴对称的非球面工件。为了提高砂轮的整形精度，整形时在砂轮回转轴上采用半导体激光器做传感器调整金刚石砂轮的相对位置。采用圆弧包络磨削法磨削非轴对称SiC反射镜（100mmX100mm），Rmax达0.2m，对轴对称127mm的Si材质的反射镜Ra 9nm，形状精度为1.8m。 用此法可以加工用于光纤通信的微型玻璃透镜的模具。木器那，已经加工出硬质合金0.25mm的轴对称非球面模具。,绪 论20世纪光学零件加工技术发展的回顾,80年代末期，日本大森整提出在线电解修整铸铁金刚石砂轮（ELID）磨削的方法。由于对微细金刚石磨料铸铁砂轮在线修锐，使得高效的微细金刚石磨料铸铁砂轮能用于对硬脆材料的镜面磨削与抛光。由于砂轮磨料粒度小（可以低于W0.5），磨料在砂轮表面上的出刃高度极低，磨头的进给量小于1m，可以使得对脆性材料的磨削转变为韧性磨削。因此，广泛用于对陶瓷、硬质合金、单晶硅、光学玻璃、光学晶体、淬火钢得材料的高精度、低粗糙度的磨削。ELID磨削的关键技术涉及电解电源、电解液的配制、铸铁结合剂微细金刚石砂轮的制造。十年来，ELID磨削技术得到了进一步的发展。90年代初我国开始了这项技术的研究。现在国外可以制造和修整磨料粒度为数纳米的磨轮，加工各种玻璃、精细陶瓷、硅片和GaAs等，表面粗糙度为几个纳米（RMS）。,绪 论20世纪光学零件加工技术发展的回顾,.金刚石车削技术 用天然单晶金刚石做刀具，在计算机控制下车削加工光学表面是80年代初期发展起来的新技术。金刚石车削光学零件技术的迅速发展和金刚石车削机床的商品化使我们有可能重复的加工高精度的复杂面形的光学零件。 这种加工技术在非球面光学零件的生产中具有最显著的经济效益。同时它还可以用来加工扫描反射镜、激光反射镜、计算机软件盘、复制用模板、模压成型的型芯、锥形零件以及其它一切要求机械精度（如平面度、垂直度、平行度和同心度等）很高的非光学零件。另外，在加工光学表面的同时还可以加工出精确的定位面。因此，不仅加快了单块光学零件的加工速度，而且还节省了装配、校正 和定心等辅助时间。,绪 论20世纪光学零件加工技术发展的回顾,最初，用金刚石车削的标卖内存在着肉眼看得见的加工印迹，所以只能用在远红外波长（812m）。经稍稍抛光后，此表面可以在较短的波长（3m）处使用。随着空气轴承、导轨和金刚石刀具的发展，以及在对加工过程进行深入研究后认识到改变切削参数的重要作用，现在已经可以加工出用于工作波长为623.8nm（He-Ne激光器）的光学表面。金刚石车削的非球面反射镜也已经成功地用在大量生产的紫外光学仪器中（波长为180nm）。在这种仪器中，反射镜作为集能器，可以不考虑加工印记对性能的影响。如果要在短波长情况下成像，那么还需要将其表面进行后续抛光。 金刚石车削所得的金属反射镜表面比一般抛光的表面更能经受高能量激光束的照射而不发生表面损伤，而且不易变暗或被腐蚀，加工造成的表面塌边也很小。,绪 论20世纪光学零件加工技术发展的回顾,3、精密模压技术 70年代以前，模压成型技术主要是用来给光学零件的研磨抛光加工提供毛坯或制造一些低精度的光学塑料透镜。但是，随着模具材料、模具制造技术和精密模压工艺的发展以及现在可以不经过熔融状态而采用溶胶凝胶法来在制造高纯度的玻璃，因此，精密的光学零件，特别是非球面光学零件和其他一切难以加工的特殊形状的零件，有可能用模压成型方法直接制成，而不需要进行任何的研磨和抛光，从而能大批量生产。并且可以同时压制出一些参考平面作为装配时的基准，从而大大减少装配和校准的时间和工作量。 这种无材料去除的加工方法对光学零件的制造业来说是一次革命。非球面光学零件模压成型是80年代初才用于生产的高新技术，它还在不断的发展和提高，成品零件的精度也在不断地改进。,绪 论20世纪光学零件加工技术发展的回顾,精密模压技术包括光学塑料零件和光学玻璃零件的模压技术。 光学塑料非球面光学零件大多采用注射成型的方法制造。由于非球面光学零件要求亚微米的面形精度和极高的表面质量，不仅要求模具的型芯有很高的镜面质量，而且有很高的面形精度。在一模多腔时，还要达到全部零件有很高的一致性。考虑到模具的膨胀和收缩，光学塑料的冷收缩和固化收缩，零件的形状和压力、温度等工艺因素，要研究解决摸芯的设计问题，可以说摸芯设计正确与否是注射成型的关键。另外还有浇注系统的设计。 其次要研制出耐高温、化学稳定性好、耐磨，并可用单点金刚石车削的模具材料或模具镀层材料，以提高光学塑料零件的成型精度和模具的寿命。,绪 论20世纪光学零件加工技术发展的回顾,有了理想的注射成型机，正确的模具和高质量的光学塑料后，还必须通过合理的成型工艺才能生产出优质的光学塑料零件。主要要研究如料筒温度、模具温度、注射压力和注射时间等工艺因素。同时要解决静电和环境静化的问题。 通过40年的努力，美国柯达公司在70年代研究成功的玻璃精密模压技术FLM），依次就完成光学球面或非球面的零件的成型加工，不需要用研磨抛光的加工方法。并在1982年首次在35mm照相机中用了两片以精密模压制造的非球面玻璃透镜，在世界上引起了很大的震动。 80年代日本大力开展了光学玻璃的精密压型，从发表的专利数量、文献内容的广度和深度来看，在此项技术领域中日本已经是后来居上。,绪 论20世纪光学零件加工技术发展的回顾,4、超光滑表面加工 由于短波光学和高能量激光器的需要，光学表面的粗糙度要比一般抛光的表面低12数量级。 浸液抛光、浮法抛光、离子抛光是较为常用的方法。 综上所述，在20世纪光学加工中发生的最有意义的两大革命是60年代的金刚石革命和80年代的精密模压（无去除加工）革命。,绪 论20世纪光学零件加工技术发展的回顾,三、先进光学制造技术分类 分类是一种研究内容, 同时也是一种研究方法。先进光学制造技术可按多种方法分类, 本文给出一种分类方法, 其特点是: 尽可能考虑到先进制造技术发展的历史脉络, 反映出主要发展趋势。 1、大规模生产 2、高精度单件、小批量 3、大型与微型 4、特殊加工技术,绪 论先进光学制造技术分类,1、大规模生产 a）传统工艺技术革新、改造、优化 b）光学元件大批量高效生产线设备技术 c）CIOMS 计算机一体化光学制造系统 d）光学元件柔性生产线设备技术,绪 论先进光学制造技术分类,2、高精度单件、小批量 a）新一代柔性化、便捷化、智能化设备技术 b）光刻物镜、超高精度、元件制造技术 数字波前探测技术 计算机控制抛光技术 数控自动无变形胶合技术 计算机辅助光学装校技术,绪 论先进光学制造技术分类,3、大型与微型 a）大光学 轻量化毛坯成型技术（离心熔铸、焊接、机械加工、复合材料） 柔性研磨成形设备技术 计算机控制抛光技术（小工具、大型能动工具） 计算机控制离子束抛光 超薄型大镜加工技术 高精度大口径平面、平板环型连续抛光技术 超光滑表面加工技术 大镜抗激光损伤高阈值强激光薄膜技术 大型能动反射镜综合技术 综合孔径技术 b）微光学 微光学元件列阵制造 二元光学元件制造 列阵元件的拼接技术 球基底大尺寸微光学制造,绪 论先进光学制造技术分类,4、特殊加工技术 自适应光学变形反射镜、快速倾斜镜制造 金刚石车削加工技术 梯度折射率光学元件制造 全息工艺技术 表面复制技术 光学元件精密模压成型技术 光波导器件的制作 强激光薄膜激光预处理 生长法加工技术 红外与紫外、软X 射线波段的加工检测技术 其它特种加工技术,绪 论先进光学制造技术分类,四、先进光学制造技术概念与特点 先进光学制造技术远非传统意义上的加工。它集光、机、电、算、测、材、新为一体, 熔当代最新科学技术成果为一身, 发展成为一门多种学科技术交叉的新领域,成长为光学科学的一个新兴的学术分支。为光学科学的发展前沿服务,为国民经济发展服务。 继承和集成是先进光学制造技术的两大特点。任何一项先进技术总能够追寻到其发展轨迹和生长它的技术原型母体, 即继承性。以计算机控制技术为主要特征,把其它领域的先进技术引进、嫁接、熔熔、集成, 为光学制造所用, 体现了一种典型的集成性。 高、大、精、尖、奇、绝、微是先进技术, 对传统技术的革新、优化也是先进技术。推陈出新, 兼容并蓄, 发展新技术。优化老技术, 是发展先进光学制造技术的切实可行的方针。,绪 论先进光学制造技术概念与特点,五、主要发展方向 1、一大一小 2、一长一短 3、一刚一柔,绪 论先进光学制造技术主要发展方向,1、一大一小 空间光学, 天文、航天、卫星、激光聚变、激光定向能武器等等高技术计划, 几乎无一不涉及大尺寸光学元件制造。大镜制造已经成为活跃在当代科技前沿的不可或缺的关键支撑技术。美国哈勃空间望远镜计划的主题科学家C.Robert O Dell 在他撰写的“哈勃空间望远镜制造”一文, 第二节的标题就幽默地使用了“MIRROR、MIRROR ”即“反射镜、反射镜”重叠词。大型反射镜已经使中外大型工程光学科学家们念念不忘。 激光定向能系统1m 口径、1m 光波长在100km处形成10cm光焦斑是基于瑞利判据的理论估算。然而“算”何容易“做”何难, 以致这个领域的专家不得不常用X倍衍射极限这一用词来描述大口径光学系统对于理想技术要求偏差的程度。显然, 激光发射系统除经典应用光学意义上的要求外, 更重要的同时又要满足高功率密度能量载体的激光光束控制与定向的相关技术要求。,绪 论先进光学制造技术主要发展方向,有趣的是传统概念上的一个大光学系统需要一块大镜的惯例, 正在向一个系统多个大镜的批量生产方式发展。美国ICF计划的国家点火装置需要410410mm方型标称尺寸的高精度高破坏阈值各类大尺寸光学元件7518 件。一架综合孔径望远镜需1m 以上大口径薄型反射镜数十件早已非天方夜谈。这无疑是对光学制造工作者的严峻挑战。 微光学制造技术支撑微光学的发展, 有可能为光学技术带来革命性进展。使传统光学系统实现微型化、列阵化和集成化, 发展具有信息处理功能的集成光学组件。同电子技术相比, 光学技术具有响应时间更快、传输容量更大、集成化程度更高的显著特点。可望发展为信息时代的主要信息载体。微光学技术可能发展成为并不十分遥远的光计算机技术基础。 目前, 微透镜列阵已经成功地应用于二维动态哈特曼传感仪, 取代了尺寸较大的实体小型光楔阵列组件。也应用于提高光束均匀性或控制光束聚焦焦斑的图形。大尺寸球面基底的微光学表面结构研究也有重要应用意义。 一大一小的先进光学制造技术的发展正未有穷期。,绪 论先进光学制造技术主要发展方向,2、一长一短 如所周知的激光与红外光学技术, 尤其是中红外激光技术在国防技术领域获得重要应用和发展, 引起了广泛关注。光学制造技术在长波段的发展将是一个重要的发展方向。 微电子技术为了不断追求更细的线条, 光刻技术采用的光波长由紫外向软X射线更短波段发展。相关的光学系统, 尤其短波段的光刻物镜的制造检测技术面临新的挑战。 涉及科学技术前沿的光学制造技术向长波和短波长发展趋向已经十分清晰。,绪 论先进光学制造技术主要发展方向,3、一刚一柔 面向光学工业市场的大规模生产光学制造技术在相当长的时间内仍然会保持强劲的发展势头,“刚性”自动化仍然有广阔的市场。 服务于高精度单件小批高技术光学产品生产的柔性化、便捷化与智能化制造设备技术将会得到进一步的应用和发展。 社会正由工业化向信息化转移。信息化需要先进制造技术支撑, 先进制造技术依靠信息化加以改造和发展。高技术产业化, 产业高技术化。先进光学制造技术将持续不断地发展并在科学技术前沿取得新的成就。,绪 论先进光学制造技术主要发展方向,六、21世纪初光电仪器及器件所具有的主要特征 1、工作波长进一步拓宽； 2、探测器的性能进一步提高（例如，到2005年会出现2千万像素的CCD探测器）； 3、数字化程度进一步提高； 4、小型化、集成化、非球面得到更广泛的应用； 5、材料多样化； 6、新产品开发周期进一步缩短； 7、光学产品市场发生了变化，中小批量的产品增加，卖方市场转变为买方市场，交货迅速而准时。,绪 论21世纪初光电仪器及器件所具有的主要特征,七.展望21世纪初光学零件加工技术的发展趋势 21世纪初光学零件的加工技术有下面几个发展趋势： 研磨抛光的数控加工进一步发展完善。由于探测器和数字技术的发展，实时检测技术使光学零件的数控加工做到闭环控制。零件的制造精度和表面质量进一步提高。磁流体抛光技术（MRF）进一步实用化，为实现研磨抛光全部数控加工奠定基础。 金刚石车削技术在加工精度和适用材料等方面会有进一步的发展。我国在引进外国机床的基础上这种技术会有很大的发展。 精密模压进一步推广使用，二元光学元件、微透镜阵列、光栅等衍射光学元件的模压技术日趋成熟。我国在光学塑料非球面零件的注射成型技术方面会得到较大的发展。,绪 论展望21世纪初光学零件加工技术的发展趋势,在科研和军事装备需要的推动下，超光滑表面的加工会进一步发展，逐步从科研试制转化为实际的生产能力。 由于光电元件更加集成化信息的采集传输处理等单元逐渐集成一体，光电元件的制造要综合采用多种加工方法。 批量生产的效率进一步提高。因望远镜、显微镜和照相机市场有巨大的容量，我们的光学零件的批量制造技术会进一步发展，但在机床设备和生产管理上要有很大的进步。,绪 论展望21世纪初光学零件加工技术的发展趋势,