光学表面超精密加工技术

超精密加工技术在光学仪器制造中的应用研究引言：光学仪器作为现代科学研究和工业生产的重要工具，需要具备高精度、高稳定性和高可靠性的特点。

而超精密加工技术的出现，为光学仪器的制造提供了全新的解决方式。

本文将探讨超精密加工技术在光学仪器制造中的应用研究。

一、超精密加工技术简介超精密加工技术是指在毫米以下尺度范围内进行的高精度、高速度的加工工艺，该技术涵盖了精密机械加工、精密控制技术、工艺参数优化等多方面内容。

特别是在光学仪器制造中，超精密加工技术的重要性不言而喻。

二、超精密加工技术在光学组件加工中的应用1. 光学透镜的加工光学透镜是光学仪器的核心组件之一，其表面的曲率和光滑度要求极高。

采用超精密加工技术，可以在材料的微观层面上进行原子级别的加工，实现镜面的高光洁度和精确的曲率控制。

2. 数控成型技术在光学镜头制造中的应用数控成型技术通过先进的计算机控制系统，将成型刀具与光学镜头材料进行高速的相对运动，从而实现对光学镜头形状和尺寸的精确控制。

超精密加工技术使得数控成型技术更加精细和灵活，可以满足各种光学参数的要求。

三、超精密加工技术在光学仪器组装中的应用1. 光学元件的定位和对准光学仪器的组装过程需要精确的定位和对准，超精密加工技术可以提供高精度的定位设备和系统，使得光学组件的装配更加准确和稳定。

2. 光路系统的调整和修正光学仪器的光路系统在组装后需要进行调整和修正，以实现最佳的光学性能。

超精密加工技术可以生产出高精度的光学元件，使得调整和修正过程更加精确和高效。

四、超精密加工技术在光学仪器测试中的应用1. 光学仪器的精度测试超精密加工技术可以制造出高精度的测试设备，用于对光学仪器进行精度测试。

这些测试结果可以帮助制造商确定产品的准确性和稳定性，进一步改进光学仪器的制造工艺。

2. 光学仪器的性能测试超精密加工技术还可以制造出高精度的光学元件和标准器件，用于对光学仪器的性能进行测试。

通过这些测试，制造商可以了解光学仪器的光学性能，提高产品的竞争力和市场价值。

飞秒激光加工超光滑光学表面综述精密和超精密加工技术、制造自动化是先进制造技术的两大领域，精密工程、精细工程和纳米技术是现代制造技术的前沿，也是未来制造技术的基础。

超精密加工是一门新兴的综合性加工技术，它集成了现代机械、电子、测量及材料等先级，极大地改善了产品的性能进技术成就，使得目前的加工精度达到了0.01m和可靠性。

超光滑表面加工技术是超精密加工体系的一个重要组成部分，在国防工业、信息产业民用产品的制造中占有非常重要的地位且有着广泛的市场需求，具有良好的发展前景。

科技的进步极大地推动了技术的发展，随着光学领域和微电子学领域及其相关技术的发展，对所需材料的表面质量的要求越来越高。

大规模和超大规模集成电路对所用衬底材料的表面精度提出了很高的要求；短波段光学的发展尤其是强激光技术的出现，对光学元件表面粗糙度的要求极为苛刻。

从而产生了超光滑表面的概念，并出现一系列用于进行超光滑表面加工的技术和方法。

超光滑表面具有以下主要特征[1]：（1）表面粗糙度小于1nm Ra，对于光学元件，表面粗糙度小于1nm RMS(粗糙度均方根值)，（2）尽可能小的表面疵病与亚表面损伤；（3）表面残余应力极小；（4）晶体表面具有完整的晶体结构，即表面无晶格错位。

超光滑表面的加工手段有抛光和超精密机械加工等，而抛光应用得最广泛。

超光滑表面加工的对象是晶体、陶瓷等硬脆性材料。

超光滑表面主要应用于现代武器惯导仪表的精密陀螺的平面反射镜、激光核聚变反射镜、大规模集成电路的基片、计算机磁盘、磁头和蓝宝石红外探测器窗口的透镜等。

对于各种超光滑表面的抛光加工手段，根据在加工过程中工件和抛光盘之间的接触状态可分为3种类型：直接接触、准接触和非接触。

在各种抛光方法中的接触状态均只属于其中一种，并在抛光过程中基本保持不变[1],[2]。

1.直接接触抛光直接接触抛光是指抛光盘和工件在抛光过程中直接发生接触，依靠抛光磨料的机械磨削作用和抛光盘的摩擦作用去除材料。

零件光学超精密加工检测技术摘要：随着数字数控机床和加工平台的产生与发展，机械零件的加工方式也向着大批量、专一化方向发展。

导致对机械零件的需求也逐渐加大，零件的尺寸和表面加工质量是否符合标准使用要求是影响机械零件正常工作的关键，因此，对机械零件的光学超精密检测成为主要研究任务。

机械零件表面的加工质量和尺寸大小虽然对零件的正常使用影响较低，但直接影响零件的可靠性、质量和使用寿命，而机械零件使用时间决定零件经济效益。

随着光学超精密加工技术的不断发展，零件光学超精密加工检测技术已成为超精密加工迫在眉睫的关键难题。

人工智能技术是一种新兴的用于模拟、延伸和扩展的智能理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。

人工智能技术中的机械学习法，使机械零件的光学超精密检测过程大大简化，并将操作结果保存在存储器中，便于后续光学超精密检测过程的快速执行。

关键词：光学检测；现状；发展引言单参数精密测量是精密测量中最简单的问题，近年来在复杂探测等问题中有了重要应用。

多参数精密测量复杂得多，参数之间存在精度制衡。

如何减少参数之间的精度制衡以实现多参数最优测量，是多参数精密测量的重要问题之一。

为了消除参数之间的精度制衡，研究人员将单参数测量实验中控制增强的次序测量技术应用到多参数测量中，通过调控测量系统动力学演化，完全解决了正演化算法中参数之间的精度制衡问题，实现了最优测量。

1测量系统将四组视觉传感器单元（包括ＣＣＤ相机和激光器）分别竖直放置于精密零件两侧，垂直于精密零件中轴线，安装在精密零件两侧的立柱上；其中两组视觉传感器单元放置于精密零件一侧立柱上，另外两组视觉传感器单元放置于精密零件另一侧立柱上。

首先利用激光跟踪仪建立基坐标系统，然后对每个视觉传感器单元进行相机参数标定、光平面参数方程标定以及全局标定，最终得到相机的内参矩阵、相机到基坐标系下的全局标定矩阵以及激光平面在基坐标系下的平面方程，完成系统使用以及测量前的预处理。

一、概述超精密车削镍层模仁光学表面的RA和RZ指标是评价工件表面质量的重要参数。

超精密车削技术是一种能够达到微纳级精度的高精密加工技术，镍层模仁则是一种常用的光学元件材料。

研究超精密车削对镍层模仁光学表面RA和RZ标准的影响对于提高镍层模仁的加工质量具有重要意义。

二、超精密车削技术的原理超精密车削是一种利用车床进行极其精密加工的技术，其原理是通过使用高速旋转的刀具，将工件表面经过数次切削，使其表面得到极高精度和光洁度的加工方法。

三、镍层模仁光学表面RA和RZ的概念RA值是表面粗糙度的平均值，用于表征加工后的表面光洁度；RZ 值是表面最大高度和最大谷深之间的垂直距离的平均值，更能反映表面的不平整程度。

四、超精密车削对镍层模仁光学表面RA和RZ的影响1. 优势：超精密车削技术能够显著降低镍层模仁的表面粗糙度，对提高光学元件的光学性能是非常有利的；2. 挑战：在超精密车削过程中，镍层模仁的表面质量容易受到各种因素的影响，从而对RA和RZ值产生一定的波动。

五、超精密车削下的镍层模仁光学表面RA和RZ的标准1. 国际标准：国际上对于镍层模仁光学表面RA和RZ的标准设立了一定的要求，主要是为了确保工件的核心光学指标得到满足；2. 制定标准的影响因素：超精密车削对镍层模仁光学表面RA和RZ 标准的影响主要受到刀具材料、车削参数的选取以及切削润滑方式等多种因素的影响。

六、未来工作展望超精密车削镍层模仁光学表面RA和RZ标准的研究对于提高镍层模仁的加工质量具有重要意义。

未来的工作可以从优化车削工艺、探索更合适的刀具材料以及研究新型的切削润滑方式等方面展开，以进一步提高镍层模仁光学表面的RA和RZ值，并为其应用提供技术支持。

七、结论总体而言，超精密车削对镍层模仁光学表面RA和RZ标准的研究，对于提高镍层模仁的加工质量和扩大其应用范围具有重要意义。

在实际的加工生产中，需要充分考虑超精密车削技术对镍层模仁光学表面RA和RZ值的影响，并制定相应的工艺控制方法，以确保工件表面质量的稳定性和一致性。

高精度光学制造技术在机械加工中的应用高精度光学制造技术是指利用计算机辅助设计、光学原理和新型光学材料，以及机械加工等先进技术制造出高精度光学元件的过程。

这种技术被广泛应用于先进的科学和技术领域，如天文学、半导体制造、光通信、激光技术、生物医学工程等领域，和机械加工一样。

随着工业化的发展，机械加工在现代制造业中处于至关重要的地位。

因此，如何减少加工误差，提高加工精度，提高加工效率，已成为制造业的一个主要挑战。

在这种情况下，高精度光学制造技术成为了一种重要的解决方案。

高精度光学制造技术的优点之一是可以精确控制加工过程中的光学参数，从而保证加工的精密度和稳定性，并可以调整工作和备用表面的形状。

尤其是在制造超精密级的光学元件上，高精度光学制造技术的优势尤为明显。

除此之外，高精度光学制造技术还具有与其他制造技术相比的优势。

例如：• 具有较高的灵活性和自动化程度，可以根据需要自由调整加工过程。

• 可以在单个加工过程中完成多种不同形状的工作件。

• 具有较高的表面质量和平整度，可以满足各种高要求的精密应用场合。

• 可以使用很小的切削力和切削速度来加工硬脆材料，尤其是在半导体制造和光学器件制造的过程中很容易实现。

• 在加工硬脆材料的过程中，可以保证工作表面的平面度和平行度较高，且未有表面裂纹。

不过，高精度光学制造技术也存在一些困难和挑战。

例如，加工过程中对光学系统的辐射光强、成像分辨率和透镜质量等要求非常高，同时机械加工设备的维护难度也高。

此外，该技术的开发成本较高，制造周期较长，需要大量的测试和实验验证。

因此，除了简单的机械加工方法，高精度光学制造技术还需要大量的输入、分析和处理计算机数据的方法，同时需要配备先进的光学计算软件、光学器件及设备。

这些技术和设备的发展和应用是其进一步发展和广泛应用的必要条件。

高精度光学制造技术在现代机械加工中的应用场景非常广泛，例如：1. 透镜制造：高精度光学制造技术可以大幅度提高透镜的质量和精度，使其能够应用于天文观测、半导体、光通信和偏光光学等领域。

光学产品超精密加工工艺
光学产品超精密加工工艺是指对光学材料进行针对性的超精密加工，以满足高精度、高质量的光学需求。

在制造过程中，需要采用多项精密控制技术和工艺方法，充分保证光学材料的加工精度和光学品质。

该工艺包括以下几个方面：
加工设备：光学产品超精密加工通常采用数控机床、超精密切割机、电解抛光机、激光加工机以及光学检测设备等设备进行加工和检测。

加工工艺：超精密加工工艺主要包括磨削、电解抛光、激光加工、水切割等多种工艺方式，通过多种工艺流程的组合应用来达到超精密加工的效果，提高加工精度和表面平整度。

同时，在加工过程中，需要对原材料进行预处理，如去除油污、打磨等，以确保加工质量和产品的光学品质。

控制技术：超精密加工需要借助多项控制技术，如自适应加工控制技术、高速控制技术、软件控制技术等，实现超精密加工的精度和品质要求。

检测技术：光学产品超精密加工后需要进行严格的检测评估，以验证加工质量和产品的光学品质是否符合要求。

常用的检测技术包括干涉法、衍射法、像差评价、三维形貌检测、精度评价等方法。

超精密加工技术在光学元件制造中的应用引言光学元件作为现代光学系统的重要组成部分，对于光学设备的性能和品质至关重要。

而超精密加工技术的出现，为光学元件的制造带来了重大的变革。

本文将探讨超精密加工技术在光学元件制造中的应用，并重点介绍其在表面质量的提升和光学功能的实现方面所起到的作用。

表面质量的提升传统的加工方法往往难以满足光学元件对表面精度和光滑度的要求。

而超精密加工技术通过精密的加工工艺和先进的设备，能够在原材料的表面上实现亚纳米级甚至纳米级的加工精度。

例如，在透镜的制造过程中，超精密加工技术能够将原材料的表面平整度提升到亚纳米级，有效减少了表面的粗糙度和微缺陷，提高了透镜光学性能的稳定性和透过率。

这种精细加工不仅能够显著改善光学元件的质量，还能够提高其耐磨性和耐腐蚀性，延长了使用寿命。

在实际应用中，超精密加工技术已经成功应用于光学元件的球面加工、非球面加工和金属镀膜等多个环节。

通过超精密球面加工技术，可以实现光学表面的球面度误差控制在几个亚微米以内，使得光线能够在光学器件内得到精确的折射和反射，提高了光学设备的成像质量。

而超精密非球面加工技术则能够根据具体设计要求，在非球面镜片上实现复杂的曲面形状，使得光线的聚焦效果更为精准，应用于望远镜、显微镜等光学系统中，能够大大提高成像清晰度和分辨率。

光学功能的实现除了表面质量的提升，超精密加工技术还能够在光学元件的制造中实现更多的光学功能。

例如，在光学薄膜的设计与制备过程中，超精密加工技术能够利用离子束雾化沉积、分子束外延和物理气相沉积等技术，在光学元件表面制备出具有特殊光学性能的薄膜，如增透膜、反射膜和偏振膜等。

这些特殊的光学薄膜能够对光线的透过率、反射率和偏振效果进行精确控制，满足不同光学设备的特定需求。

此外，超精密加工技术还被广泛应用于光学微结构的制造。

光学微结构是一种具有微米尺寸特征的光学元件，如光栅和微透镜阵列等。

通过超精密加工技术，可以在光学元件表面制造出高度均匀、周期性排列的微结构，使得光线在光学元件中发生衍射、散射等特殊效应。

超精密加工技术在光学制造中的应用光学制造作为一门关键技术领域，一直扮演着重要的角色。

随着科技的不断发展，超精密加工技术逐渐应用于光学制造领域，为其注入了新的活力。

本文将探讨超精密加工技术在光学制造中的应用，并分析其优势和挑战。

超精密加工技术以其高精度、高表面质量和高可重复性的特点，让光学制造能够更好地满足市场需求。

首先，超精密加工技术通过控制加工参数和采用先进的工艺设备，实现了对光学元件尺寸和形状的精确控制。

这对于制造光学仪器和设备来说至关重要，因为稍微的尺寸偏差或形状不准确都会导致光学系统的性能下降。

其次，超精密加工技术能够实现高表面质量的光学元件制造。

光学元件表面的粗糙度和光学加工痕迹对光学系统的性能有着直接影响。

超精密加工技术借助先进的磨削和抛光方法，可以有效减小表面粗糙度和痕迹，提高光学元件的光学性能。

此外，超精密加工技术具有较高的可重复性。

光学制造过程中需要多次重复相同的加工步骤，每一次的加工结果都需要保持一致。

超精密加工技术通过自动化控制和高精度设备，可以确保每一次加工的一致性，有效提高生产效率和产品质量。

然而，超精密加工技术在光学制造中的应用还面临一些挑战。

首先是设备和技术成本的问题。

超精密加工设备价格昂贵，对于一些小型企业来说可能难以承受。

其次，超精密加工技术对操作人员的要求较高，需要掌握先进的光学制造知识和加工技术。

由于该领域的专业人才相对较少，这也限制了超精密加工技术在光学制造中的推广应用。

为了克服这些挑战，需要在多个方面进行努力。

首先，加强研发和技术创新，降低超精密加工设备的成本，提高其性能和稳定性，使其更加适合大规模生产。

其次，培养更多的光学制造专业人才，提高他们的技术熟练度和创新能力。

此外，加强产学研合作，促进超精密加工技术与光学制造的结合，共同推动行业的发展。

总体而言，超精密加工技术在光学制造中具有广阔的应用前景。

随着科技的不断进步和市场需求的增加，超精密加工技术将扮演更加重要的角色。

超精密光学元件先进制造关键算法与工艺研究摘要随着现代科技的发展，超精密光学元件在许多领域中的应用变得越来越广泛。

超精密光学元件的制造需要依赖一系列先进的算法和工艺。

本文将探讨超精密光学元件制造的关键算法和工艺，以及其在实际应用中的意义和挑战。

1.引言超精密光学元件广泛应用于激光技术、光通信、光刻、光谱分析等领域，在高精度和高品质的光学系统中起到关键作用。

超精密光学元件的制造需要克服多种难题，包括光学形状的精度控制、表面质量的提升、材料选择等。

本文将重点研究超精密光学元件制造中的关键算法与工艺。

2.关键算法与工艺研究2.1精度控制算法超精密光学元件制造中最为关键的挑战之一是精度控制。

精度控制算法涉及到在元件制造过程中实时监测和调整光学形状的方法。

其中，控制器的设计和控制算法的优化是提高控制精度的关键因素。

2.2表面加工工艺超精密光学元件的表面质量对其光学性能有着重要影响。

表面加工工艺是提高元件表面质量的关键环节。

包括抛光、划痕修复、镀膜等工艺的优化和改良将有助于提高元件的表面质量。

2.3材料选择与性能评估超精密光学元件的材料选择对于光学性能和制造过程都具有重要意义。

采用合适的材料可以提高元件的透光率、耐热性和光学稳定性。

而材料的性能评估则需要借助先进的测试和分析方法。

2.4成本效益分析超精密光学元件的制造过程往往需要耗费大量的时间和资源。

因此，进行成本效益分析对于制造过程的优化和效率提升至关重要。

成本效益分析需要考虑到材料成本、设备成本和人力成本等多个方面。

3.实际应用与挑战超精密光学元件的制造算法和工艺研究在实际应用中具有广泛意义，同时也面临一些挑战。

3.1激光技术应用超精密光学元件在激光技术领域中有着重要应用，如激光加工、激光测量等。

制造过程中的算法和工艺需要满足高精度和高效率的要求，以满足激光技术的发展需求。

3.2光通信领域应用光通信是现代通信技术的重要组成部分，超精密光学元件在光通信领域中扮演着关键角色。

自由曲面超精密加工技术疑难点自由曲面是指非对称性、不规则、不适合用统一的光学方程式来描述的光学曲面。

自由曲面光学元件在光电产品及光通讯产品中的应用日益广泛。

采用多轴超精密金刚石机床加工自由曲面，可达到亚微米级形状精度和纳米级表面粗糙的高精度水平。

文章介绍了自由曲面的超精密加工技术及其在光电产品领域的应用，并开发适合几种典型自由曲面超精密加工的刀具轨迹自动生成软件。

数码相机、传真机、扫描仪、激光雕刻机、光电显示器、光纤通讯等光电产品和光通讯产品已形成了一个数以万亿计的全球市场。

自由曲面光学元件已成为用于光电及通讯产品的关键零部件。

本文主要讨论V形槽列阵、微镜列阵和f-theta透镜等几种具有代表性的自由曲面。

微透镜阵列是指在一个平面基体上制作成一系列微透镜阵列,主要用于做显示设备的背光组模。

f-theta透镜主要用于扫描系统进行读取和打印。

对于一般的光学透镜，当一束激光射向处于透镜焦点的反射镜时，光线通过反射镜反射和透镜折射后汇聚于透镜的像面上，其理想像高y=f·tanθ(其中:y为像高，θ为入射角，f为透镜焦距)，即像高y与入射角θ的正切值成正比。

这种透镜用于激光扫描系统时，由于理想像高与扫描角θ之间不成线性关系，因此以等角速度偏转的入射光束在焦平面上的扫描速度并不是常数。

为了实现等速扫描，应使聚焦透镜产生一定的负畸变，使它的实际像高比几何光学确定的理想像高小并与扫描角θ成线性关系，为此必须用两个或两个以上的镜片组成的镜片组来取代单个镜片。

所谓f-theta镜，就是经过严格的设计，使像高与扫描角满足关系式y=f·θ的镜头，因此f-theta镜又称线性镜头。

自由曲面超精密加工技术自由曲面光学元件的设计和制造与传统光学元件有很大的差别。

传统的球面和非球面光学透镜有回转对称轴，用传统的2轴超精密车床就可以加工。

传统的加工设备和加工技术很难满足高精度光电产品中复杂自由曲面的加工要求。

光学仪器精密加工技术的研究与应用光学仪器精密加工技术是指通过光学加工技术对各种光学元件进行处理、改善与调制的技术。

光学仪器精密加工技术包括了高精度加工、超精密加工、反射镜表面加工等一系列的技术。

相应的，这些技术依托着先进的光学技术、材料科学与制造工艺等，有着非常广泛的应用范围与市场需求。

目前，光学仪器精密加工技术已经成为了光学制造领域中非常重要的技术之一。

并且，它也在其他领域的高新技术中得到了广泛的应用。

在半导体制造、摄影设备等行业或领域，都需要用到光学仪器。

这就意味着，光学仪器精密加工技术将会随着前沿科技的不断推进和新产品的诞生，得到更广泛的应用，也有更深层次的技术研究。

一、光学仪器精密加工技术的基础在光学仪器精密加工技术的基础研究中，包括了光学加工的原理研究、加工材料的研究、光学系统的优化与设计等。

这些基础研究将光学精密加工的理论提高到了更加深层次的认识与把握上。

其中，光学加工原理研究是光学仪器精密加工技术的核心。

这涉及到光与物质的相互作用过程，以及光源、材料、加工方式等因素的影响。

通过光学加工原理的研究，可以更加有效的控制光学加工过程中的误差，从而提高加工质量与精度。

同时，在加工材料研究上，必须选择适合的材料进行加工。

光学仪器精密加工对材料的纯度、刚度、导热性等有非常严格的要求。

这就要求科研人员在材料的选择上进行研究和探究，并在实践中验证其可行性。

二、光学仪器精密加工技术的实践在光学仪器精密加工技术的实践中，涉及到光学元件、光学器件、光学系统等方面的加工与制造。

这里我们以光学元件的加工为例进行分析。

首先，光学元件精密加工的要求非常高。

它的制造精度要求可以达到亚微米级别，间接影响着光路的稳定性、光学性能等方面。

其次，光学元件精密加工的工艺方法多样。

如单点钻孔、数控车削、加工后抛光等，有其各自的优点与适用范围。

最后，光学元件精密加工的质量保证是最为重要的问题。

必须通过多种手段进行质量检测，提前预判加工中出现的问题，从而减少加工误差，提高加工质量。

光学3D表面轮廓仪助推超精密加工技术发展机械零件的表面加工质量不仅直接影响零件的使用性能，而且对产品的质量、可靠性及寿命也至关重要。

随着超精密加工技术的飞速发展，超精密加工表面的微观形貌测量已成为超精密加工领域中亟待解决的关键课题。

超精密加工表面极为光滑，表面粗糙度Ra值在几分之一纳米到十几纳米之间。

加工超光滑表面的材料主要有光学玻璃、有机玻璃、石英玻璃等光学材料，锗、硅等半导体材料及铜、铝等金属材料。

表面微观形貌测量的传统方法是机械触针法，该方法可通过触测直接获得被测表面某一截面的轮廓曲线，经计算机进行数据处理分析，可得到接近真实轮廓的各种表面特征参数。

虽然该类仪器具有较高分辨率及较大量程（如Talystep触针式轮廓仪分辨率可达0.1nm，测量范围可达100μm），但由于测量时尖锐的金刚石触针极易划伤被测样件的超光滑表面并引起测量误差，因此其在超精密表面测量中的应用受到一定限制。

随着科技发展，扫描隧道显微镜（STM）及其衍生物原子力显微镜（AFM）相继出现，使表面微观轮廓测量技术发生了革命性变革。

该类仪器不但具有可达原子尺度的超高分辨率（横向分辨率0．1nm，垂直分辨率0．01nm），还能获得关于被测表面原子结构及功能特性的大量信息。

但STM和AFM对测量环境要求苛刻，需要采取良好的隔振措施和配备复杂的传感器运动伺服控制系统，且仪器价格昂贵，测量范围也较小，在实际应用中还需解决精密隔振技术、压电陶瓷的控制等技术难题。

自1960年激光器问世以来，由于激光具有单色性、相干性和方向性好、光强度高等特点，很快成为精密光学测量的理想光源，各种类型的激光干涉仪均以真空中的激光波长作为长度测量基准。

主要采用激光作为测量光源的表面微观形貌光学测量方法不仅能实现高精度的快速非接触测量，而且系统结构简单、成本低，因此在超精密表面非接触测量领域得到了迅速发展。

目前较为成熟的光学测量方法就是仪白光干涉为原理，结合精密Z向扫描模块、3D 建模算法的光学3D表面轮廓仪，也叫白光干涉仪。

浅析光学零件的超精密加工技术摘要：光学元件广泛应用于航空航天设备（雷达侦察）、卫星（先进光学望远镜系统、高分辨率电视摄像系统、高灵敏度红外传感系统）、激光制导、红外探测等领域，产品应用更加广泛。

因此针对其超精密加工技术展开研究，可以有效提高光学零件的精密度。

基于此，本文将针对光学零件展开概述，结合超精密加工技术原理，针对其展开研究，旨为相关人员提供参考帮助。

关键词：光学零件；非球面；超精密加工前言：超精密加工技术广泛应用于国家重大专项，如磷酸二氢钾（Potassium DihydrogenPhosphate，KDP）激光核聚变聚焦晶体及透镜、一种航天大型飞机反射镜、大型抛物面国家重点模型等。

球面镜应用范围较广，多目标光纤光谱望远镜（LAM-OST），国家重大科学项目反射镜等。

为了获得高质量的图像并减小尺寸和重量，许多武器装备采用非球面光学元件。

为了进一步扩大视野和提高分辨率，光学元件的尺寸越来越大。

一、光学零件概述1.非球面光学零件椭偏仪是非球面光学领域中应用广泛的光学仪器。

抛物面和双曲面镜是重要的光学器件。

与球面玻璃相比，非球面玻璃具有许多优点。

非球面镜消除了光传输过程中球面造成的慧差、曲率散射和像畸变，减少了光能的损失，光学性能高，成像好。

此外，钢珠可用一个或多个非球面零件代替，简化了刀具结构，减轻了刀具整体重量，降低了成本。

研制国防和航天领域的优质或超优质光学器件是国家航天和国防科技发展的关键，体现了一个国家的科技水平和经济实力。

数码相机、电脑相机、条码扫描器、光纤通讯、激光设备等。

公共物品是可以阻碍人类生活的工具。

因此，追求非球面光学元件的超精密加工是制造业的热点。

2.大口径光学零件一般来说，大口径光学零件的加工必须经过复杂而漫长的过程（加工面的大小决定加工时间），周期长。

主要工序包括磨削、粗磨、精磨、粗抛、精抛、电镀等环节。

同时，每个环节都必须配备一种或多种检测手段，以保证流程的高效运行。

自由曲面光学的超精密加工技术及其应用自由曲面光学指的是将光学元件的表面形状设计为任意曲面，而不是传统的平面或球面。

这种技术的应用非常广泛，包括天文望远镜、激光器、显微镜等。

超精密加工技术是指在高精度、高效率、高质量的基础上实现自由曲面光学元件的加工。

这种技术通常采用数控磨削、激光切割、电火花加工等方法。

超精密加工技术在自由曲面光学领域的应用主要有以下几点：
天文望远镜：通过超精密加工技术实现高精度的自由曲面形状，提高望远镜的解析度和成像质量。

激光器：通过超精密加工技术实现高精度的自由曲面形状，提高激光器的能量转换效率和光束质量。

显微镜：通过超精密加工技术实现高精度的自由曲面形状，提高显微镜的成像质量和放大倍数。

总之，自由曲面光学的超精密加工技术是一种关键技术，在提高光学元件的性能和增强光学系统性能方面发挥着重要作用。

文章编号:1005-56B0(200B)0B -0047-05光学表面超精密加工技术张华 王文 庞媛媛(浙江大学现代制造工程研究所 浙江杭州B 10027)摘要:介绍了国内外光学器件超精密加工的各种先进方法 重点阐述了磁流变抛光技术及其抛光机理和关键技术G 并对光学超精密加工技术的发展进行了展望G关键词:超精密加工;磁流变抛光;光学中图分类号:T 171-7B 文献标识码:AUltra -precision machining technology of optical surfaceZHANG Hza WANG Wen PANG Yzan -yzan(Institute of Advanced Manufacturing Engineering Zhejiang university -angzhou B 10027 China )Abstract :The advanced ultra -precision machining technology of optical material in the World is introduced .And emphasizes Magnetorheological Finishing (MRF ) its mechanism and its key technology .At the same time the future of ultra -precision machining technology of optical material is given in the paper .Key words :ultra -precision machining ;MRF ;opticsl 引言现代科学技术的不断发展对超光滑表面的需要越来越多 世界各国都在积极研究新的加工方法与技术 特别是对光学器件的超精密抛光加工进行了大量的研究工作 提出了许多新的超精密加工方法 包括离子束加工~在线电解修整(Electrolytic In -process Dressing E L ID )磨削抛光~等离子体辅助抛光(P lasma Assisted Chemical Etching P ACE ) 磁流变抛光(Magnetorheological Finishing MRF )等[1 2]G 这些技术成功地实现了光学器件的超精密加工 达到了较高的精度 是现在以至今后光学器件超精密加工的主要方法G2超精密光学表面加工技术近年来 人们对光学器件超精密加工进行了大量的实验研究工作 从而提出了许多新的超精密加工方法G2.l 离子束加工离子束加工是把中性离子在电场中加速 将这种高速的离子束流射向工作表面 利用离子束的力学作用撞击工件表面的原子或分子 将能量直接传给工件材料的原子或分子 使其逸出表面从而将材料去除G第25卷第B 期200B 年6月光学仪器OP TICA L I NS TRuME N T S V ol.25 N o.BJ une 200B收稿日期:2002-11-14作者简介:张华(1978-) 男 湖北潜江人 浙江大学硕士研究生 主要从事超精密加工 CAD /CAM 方面的研究G离子束加工采用离子碰撞的方法 可以实现以原子为计量单位的纳米级加工 得到质量较高的加工表面[ ] 1 87年 美国学者 n 等人用A 离子束对石英玻璃 微晶玻璃等进行了表面精整加工 在直径为0. m 的工件上得到了面形精度为170nm 表面粗糙度值为0.6nm 的超精密表面[1]离子束抛光的加工范围较广 对工件尺寸没有严格控制 并且可加工球面 非球面和非对称面形 离子束抛光可以获得面形精度0.015A 表面粗糙度优于0.6nm 的表面[4] 但是这种加工方法需要有一套复杂的离子束产生设备 大且昂贵的真空系统 同时仍然存在着生产率低 加工过程不易控制 加工材料有限等缺点 还有待于进一步研究解决z.z 在线电解修整<ELID >磨削抛光ELID 磨削技术是日本理化学研究所大森整等人于187年提出的磨削新工艺 它是利用在线的电解作用对金属基砂轮进行修整 即在磨削过程中在砂轮和工具电极之间浇注电解磨削液并加上直流脉冲电源 通过电解磨削液 利用电解过程中的阳极溶解效应 砂轮表层的金属基体被电解去除 露出崭新锋利的磨粒 同时形成一层氧化膜附着于砂轮表面 抑制砂轮过度电解 从而使砂轮始终以最佳磨削状态连续进行磨削加工 所以 该技术利用金属基砂轮进行磨削加工的同时 利用电解方法对砂轮进行修整 保持了砂轮的面形 从而达到超精密镜面磨削[5 6]ELID 磨削工艺很好地解决了金属砂轮的钝化和修整难题 保持了砂轮的锋利性 而其最大的特点在于 采用粗粒度的ELID 技术可代替通常的磨削技术 采用1pm ~10pm 的微磨粒可代替一般的超精密磨削和研磨 用0.1pm ~1pm 超微粒砂轮的ELID 技术可进行超精密镜面磨削 可代替抛光加工 这能有效提高工件的加工效率和精度 自该技术诞生以来虽然只有十几年 但已受到各国的重视 在许多方面特别是各种材料的超精密镜面磨削上获得极大的成功 现已生产出粒度为0.5nm 的以钴粉作结合剂的金刚石砂轮 磨削的表面粗糙度为0.5nm 达到了较高的加工精度[7]ELID 磨削技术可以实现对脆性材料表面的超精密加工 但是加工过程中仍存在砂轮表面氧化膜或砂轮表面层未电解物质被压入工件表面 形成表面层釉化 以及电解磨削液的配比等问题 这些还有待于进一步的研究z.3等离子体辅助抛光<PACE>图1PACE 抛光示意图等离子体辅助抛光是一种利用化学反应来除去工作表面材料而实现抛光的方法 PACE 是在真空环境下进行 如图1所示 工作时 化学气体在射频< f >激励离子激光器作用下产生活性等离子体 活性等离子体与工件表面材料发生化学反应 生成易挥发的混合气体 从排气孔中排除 从而将工件表面材料去除 常规方法粗加工后的工件 不仅表面粗糙而且亚表面有破坏层 对这样的工件进行PACE 抛光 由于只有表面化学反应而不会产生机械损伤 所以在实现面形加工的同时 只要工件表面材料的去除深度足够消除亚表面破坏层 就可以获得较好的表面粗糙度 表1列出几种材料和相应抛光气体及化学反应式[8]-84-光学仪器第25卷表1几种材料及其抛光气体及化学反应式材料抛光气体反应方程式SiO 2SF 6~NF 3~ F 4SiO 2+ F 4 SiF 4 + O 2 SiF 4~SF 6~NF 3Si +NF 3 SiF X + F y Be 12Be + 12 Be 12PA E 加工具有抛光效率高 工作不受机械压力 没有机械变形 加工完成面无亚表面破坏 无污染 加工球面和非球面难易相当等优点O 目前Perkin -E1mer 公司用该技术已在+0.5m ~+1m 的非球面上加工出面形精度小于1/50A 粗糙度小于0.5nm 的表面[9]O PA E 实现了超精密加工 然而其适用范围比较狭隘 对于反应方程式未知的材料无法加工O 而且加工过程难以控制O2.4磁流变抛光(MRF )磁流变液这一概念最早是RabinOW J 在1948年提出的O 它是由磁性颗粒~基液和稳定剂组成的悬浮液O 而磁流变效应 是磁流变液在不加磁场时是可流动的液体 而在强磁场的作用下 其流变特性发生急剧的转变 表现为类似固体的性质O 撤掉磁场时又恢复其流动特性的现象O 磁流变抛光技术 正是利用磁流变抛光液在梯度磁场中发生流变而形成的具有粘塑行为的柔性 小磨头 与工件之间具有快速的相对运动O 使工件表面受到很大的剪切力 从而使工件表面材料被去除O1995年美国ROchester 大学的光学加工中心( enter Of Optica1Manufacturing OM )利用MRF 方法对一批直径小于50mm 的球面和非球面光学元件进行了加工研究[10]O 1996年~1998年 OM 中心通过大量实验 建立了材料去除理论模型[11] 在该模型指导下 OED TechnO1Ogies 公司于1998年研制出小工件尺寸的计算机控制磁流变抛光机O 22系统[12]O O 22型加工系统能提高抛光光学零件的最终面形精度0.05波(峰~谷) 而且只需几分钟O O 22系统是抛光和精密成形加工高精度光学零件(非球面~球面和平板)方面的一项突破O在国内 中国科学院长春精密光学机械与物理研究所张峰等研究了磁流变抛光中几种主要工艺参数对抛光区大小~形状和材料去除率的影响情况 并根据几个参数的定性研究 建立了磁流变抛光的数学模型O3磁流变抛光技术磁流变抛光(MRF )是电磁理论~流体力学~分析化学等应用于光学表面加工而形成的一项综合技术 是由白俄罗斯的研究人员首先提出的 后经与ROchester 大学光学加工中心( OM )合作 使这一技术得到了长足发展O3.1磁流变抛光机理图2磁流变抛光示意图注;h (X ) 高梯度磁场V 运动盘的运动方向以用磁流变抛光技术加工凸球面光学元件为例 阐述这种抛光方法的抛光机理O 图2为磁流变抛光方94第3期张华等;光学表面超精密加工技术法加工凸球面的原理示意图,被加工工件位于运动盘上方,与运动盘表面形成了一个凹空隙,磁极置于运动盘的下方,并且在工件和运动盘所形成的小空隙附近产生一个高梯度磁场,运动盘内装有磁流变抛光液,当磁流变抛光液随运动盘一起运动到工件与运动盘所形成的小空隙附近时,高梯度场使之聚结,变硬,形成一凸起缎带,成为具有粘塑性的Bingham 介质,具有较高运动速度的Bingham 介质通过小空隙时,对工件表面产生更大的剪切力,从而将材料从工件表面去除[13],在抛光过程中,工件轴绕自身轴线回转运动,可对工件的某一带区进行抛光,同时,工件轴也可以作以轴上某点为中心,以工件的曲率半径为半径的摆动,从而对工件的每个带区进行抛光,利用改变暴露给磁流变液工件部分的时间来实现工件表面的磨料去除,简单地说,磁流变液抛光工件表面任何一个区域的时间越长,该部分磨料去除得也越多,利用改变工件通过磁流变液的扫过速率(或停留时间D 来实现选择性工件表面磨料去除,当去除非对称误差时,可改变旋转轴的转动速度,使转动在工件表面误差高的区域有效停留时间比低的区域更长些,来控制各带区材料的去除量,进而精修工件面形,磁流变抛光方法具有传统非定形沥青或化合物抛光无法替代的优点:(1D 适用于抛光任何几何形状的光学零件G (Z D 加工速度快,效率高G (3D 加工精度高G (AD 不存在工具磨损问题G (5D 抛光碎片及抛光热及时被带走,避免影响加工精度G (G D 不产生下表面破坏层G (7D 无需专用工具和特殊机构G (8D 易于实现微机数控,磁流变精修抛光与计算机控制精密研磨的组合,重新定义了精密光学工业的加工能力和竞争范围,磁流变抛光也必将成为下一代光学零件加工方法,3.2磁流变抛光技术实现的关键磁流变抛光有如下两个关键技术:(1D 磁流变液的研究,要求无磁场作用时流动性好,有外加磁场作用时流变性好,硬度大且响应快,(Z D 磁流变抛光过程的数字化控制,通过确定磁流变抛光的材料去除率函数,利用材料去除量控制设备监控工件表面的去除量,进而实现闭环控制,达到抛光过程的数字化控制,在这两项关键技术上,国外许多单位特别是Rochester 大学的光学加工中心的研究人员做了大量的工作,并取得了一定的成果,他们自行研制了许多种类的磁流变抛光液,把各种条件下所形成的抛光区形状输入微机,初步对磁流变抛光过程实现了数控,1998年研制出小工件尺寸的计算机控制磁流变抛光机G Z Z 系统,但G Z Z 系统现在还只局限于对小口径(直径在1OO mm 以下D 光学元件的加工,所以这两项关键技术仍需进一步研究以便这种抛光技术更加完善,4对光学表面超精密加工技术展望将数控加工技术与光学加工技术相结合的数控化加工方法,是光学表面超精密加工技术未来的发展方向,通过确定光学加工技术中材料的去除函数,用计算机控制精密抛光技术来保证加工过程的面形修正,辅以高精度干涉仪完成高精度面形的实时测量,进而实现闭环控制,提高光学表面加工效率和质量,如何将数控加工与光学加工技术紧密地结合起来,解决在光学零件加工中的一些问题,还需做许多研究工作,相信随着数控和光学加工技术的飞速发展,超精密加工技术的发展前景无限广阔,5结束语从上面所列举的这些超精密加工方法中可看出,光学器件的超精密加工研究已取得了很大进展,尤其是磁流变抛光技术的出现,使得光学非球曲面器件的超精密加工有了质的飞越,对于光学非球曲面器件来说,无论是它加工的效率还是加工的表面质量都得到了较大的提高,目前,在光学超精密加工领域里,我国与发达国家的差距还很大,这不仅需要我们从理论上深入研究超精密加工机理,也要在实践中研制出高水平的超精密加工设备,6参考文献[1]陈明君,李旦,董申.光学非球曲面器件塑性域的超精密加工方法[J ].高技术通讯,Z OOO,1O(1OD :97~99.-O 5-光学仪器第Z 5卷[2]高宏刚 陈斌 曹健林.超光滑光学表面加工技术.光学精密工程[J ] l 995 3(4):7~l 4.[3]Wilson S R et al .Surface figuring using neutral ion beams [J ].Proc .SPIE . l 988 960:74~8l.[4]Allen L N et al .Demonstration of an ion figuring process [J ].Proc .SPIE . l 990 l 333:22~33.[5]Ball M J et al .Electrolytically assisted ductile mode diamond grinding of BK 7and SF l 0optical glasses [J ].Proc .SPIE . l 99l l 573:30~38.[6]Ohmon ~ et al .Analysis of mirror surface generation of 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INSTRUMENTS年，卷(期)：2003,25(3)被引用次数：9次1.陈明君;李旦;董申光学非球曲面器件塑性域的超精密加工方法[期刊论文]-高技术通讯 2000(10)2.高宏刚;陈斌;曹健林超光滑光学表面加工技术[期刊论文]-光学精密工程 1995(04)3.Wilson S R Surface figuring using neutral ion beams 19884.Allen L N Demonstration of an ion figuring process 19905.Ball M J Electrolytically assisted "ductile" mode diamond grinding of BK7 and SF10 optical glasses[外文期刊] 19916.Ohmon H Analysis of mirror surface generation of hard and brittle materials by ELID grinding with superfine grain metallic bond wheels 1995(01)7.刘中杰ELID磨削技术及其在光学加工中的应用[期刊论文]-应用光学 1997(01)8.杨力先进光学制造技术 20019.Bollinger L D;Steinberg G;Zarowing C B Rapid optical figuring of asperical surface with plasma-assisted chemical etching(PACE)[外文期刊] 199110.Jacobs S D;Goloni D;Hsu Y Magnetorheological finishing:a deterministic process for optics manufacturing 199511.Kordonski W I;Jacobs S D Magnetorheological finishing 199612.张峰;余景池磁流变抛光技术[期刊论文]-光学精密工程 1999(05)13.Pollicove;Harvey M Next generation optics manufacturing technologies[外文期刊] 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光学元件的表面处理技术及其应用研究引言：光学元件作为光学系统中的关键组成部分，其表面处理技术在光学应用中起着举足轻重的作用。

优秀的表面处理技术可以提高光学元件的光学性能和寿命，拓展其应用领域。

本文将以光学元件的表面处理技术为主要研究内容，探讨其原理、实验准备和应用，并从物理专业性角度进行详细解读。

一、光学元件的表面处理技术原理1. 理想表面特性光学元件的表面特性直接决定了光的传播和反射情况，理想的表面特性应具备高反射率、低发射率、低散射率，以及良好的平整度和光学均匀性等。

2. 表面处理技术分类光学元件的表面处理技术可分为光学薄膜技术、超精密加工技术和微纳结构技术等几个方面。

2.1 光学薄膜技术光学薄膜技术主要通过改变光学元件表面的光学薄膜结构来调节其光学性能。

常见的薄膜包括反射膜、透射膜、吸收膜等，通过合理的设计和选择，可以实现对光的传播和反射进行有效的控制。

2.2 超精密加工技术超精密加工技术通过高精度的加工手段，使光学元件表面达到亚纳米级别的平整度和光学均匀性。

常用的超精密加工技术包括机械加工、化学加工和物理加工等，通过精确控制加工过程和参数，可以消除光学元件表面的垂直度、平面度和光滑度等缺陷。

2.3 微纳结构技术微纳结构技术通过在光学元件表面构筑微米或纳米级别的结构，改变其光学性能。

常见的微纳结构技术包括纳米抗反射结构、微米刻蚀结构、微透镜阵列结构等，这些结构可以使得光的传输损耗降低、散射减小、入射角通量增大等。

二、光学元件表面处理技术实验准备和过程光学元件的表面处理技术实验主要分为以下几个步骤。

1. 实验准备在进行表面处理实验前，需要提前准备一系列实验设备和材料，包括光学元件、镀膜设备、加工设备和测试设备等。

同时，根据具体实验要求，合理选择和设计实验方案。

2. 实验过程2.1 表面清洁对于光学元件的表面处理，在进行其它表面处理技术之前，首先要进行表面的清洁处理，以去除表面的杂质、油脂等污染物。

超精密加工技术在光学元件制造中的应用近年来，随着科技的不断发展和现代工业的不断进步，各种新型材料和光学器件也不断出现，为人类生产生活带来了无限的便利和发展。

而为了满足这些新型材料和光学器件在精度上的要求，超精密加工技术越来越被广泛地应用于光学元件的制造过程中。

一、超精密加工技术的概念和应用超精密加工技术是近年来迅猛发展起来的一种高精度加工技术，是指在微小尺寸范围内，对光学元件进行精密加工的机械加工技术。

这种技术利用了光束的自相干性和波前控制技术，可以对光学元件进行高精度的加工，并且实现微尺度的三维加工，并且其加工精度可以达到亚纳米甚至更高的水平。

超精密加工技术在光学元件的制造中，广泛应用于光学棱镜、光学透镜、光学反射器等领域。

这种技术在光学元件制造领域的应用可以解决传统机械加工技术在加工精度、表面质量等方面存在的局限性，可以实现更高效更精准的加工效果。

二、超精密加工技术在光学元件制造中的优势1. 高加工精度：超精密加工技术采用了非接触式的加工方式，避免了直接接触对工件产生的形变和精度损失，可以将加工精度控制在亚纳米甚至更高的水平，可以满足高精度光学元件的制造需求。

2. 高表面质量：超精密加工技术的加工过程需要在超高真空的环境下进行，可以避免采用传统机械加工技术所存在的磨损、热变形等问题，加工出来的表面非常光滑，表面质量非常高。

3. 可加工性广：超精密加工技术采用非接触加工方式，所以可以加工多种各样的材料，如单晶体、非金属材料、金属材料等。

三、超精密加工技术在光学元件制造中的应用案例1. 超精密加工技术在反射器制造中的应用：反射器是一种广泛应用于天文望远镜、光学测试等领域的光学器件，制造精度要求高，制造难度大。

超精密加工技术可以在单晶材料上实现反射镜的精密制造，可以实现数百万次的精密加工，从而达到亚纳米级的表面粗糙度和形状精度。

2. 超精密加工技术在透镜制造中的应用：透镜是光学元件中重要的一种，广泛应用于光学仪器、电子设备、照相机等领域。

超精密加工技术——试论述AFM，接触式粗糙度测量仪及白光干涉仪对表面粗糙度的测试原理及应用范围1.1 AFM对表面粗糙度的测试原理AFM 是一种类似于STM 的微观技术，它的许多元件和STM是共同的，如用于三维扫描的电压陶瓷系统以及反馈控制器等。

它和STM 最大的不同是用一個对微弱作用力极其敏感的微观臂针尖代替了STM隧道针尖，并以探测原子间的微小作用力(Vander Walls’ Force)代替了STM 的微小穿透电流。

因为这样所以AFM 不在像STM 局限于样品必须为导体才行，AFM 适用于导体和非导体，它的应用范围比STM 广泛的多，因此AFM为目前最被广泛应用在工业界的扫描探针式显微术。

但值得注意的是AFM 的解析度并沒有STM 来的的好！AFM的探针,一般是利用半导体工业的平面制程方法一体成行的。

为了使探针有原子级的解析度，探针乃呈角锥形，使顶端只具有一颗或数颗稳定原子；为使探针具高灵敏的原子力感应度，角锥形探针底部乃连接与一杠杆的前缘，此杠杆弯曲程度将反映出原子力的大小。

为测量弯曲度的大小，常用的方法是打一雷射光与悬臂上，而反射回來的雷射光則利用一能区分光点位置的感光二极体来接收，如此便能得到悬臂受原子力弯曲的程度，进而得到原子力图像。

(AFM工艺由美国与萨诸塞州Dynetics公司开发的Dynaflow磨料流加工工艺(AFM)是一种强迫含磨料的介质在工件表面或孔中往复运动的金属精加工工艺, 它具有广泛的应用前景。

AFM当最先出现时, 它主要用于清除金属件中难于到达的内通道及相交部位的毛刺。

它特别适用于加工难加工合金材料制成的结构复杂的航空元件。

近年来, 它已被用于精加工流体动力元件中表面粗糙度要求达0.127µm的不能接近的内表面。

AFM的基本原理：介质速度最大时, 磨光的能力也最大。

这里, 夹具的结构起着重要作用, 它决定着介质速度在何处最大。

夹具用于使工件定位和建立介质流动轨迹, 是精加工所选择部位而不触及相邻部位的关键所在。