長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論課件

1、長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論光學(xué)零件加工技術(shù)長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論前 言一一. .本課主要內(nèi)容本課主要內(nèi)容1.光學(xué)材料：無色、有色、特殊2.基本工藝、技術(shù)條件：粗磨、精磨3.高精度、特種零件的加工、檢測 ： 高精度平面、棱鏡、非球面、晶體、塑料4.特種加工：鍍膜、刻劃二二. .課程性質(zhì)課程性質(zhì)光電工程或光電信息工程專業(yè)主要專業(yè)課綜合性學(xué)科實(shí)踐性強(qiáng)很受歡迎 ，市場經(jīng)濟(jì)需要，工作有利長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 三三. .任務(wù)任務(wù)基本理論分析解決工藝加工的能力操作技能 四.現(xiàn)狀及最新進(jìn)展1.高效、高精發(fā)展 銑拋（高效生產(chǎn)線）/100/2002.微機(jī)控制 加工 鍍膜3.測試 激光數(shù)字波面干涉儀4.光

2、學(xué)零件模壓技術(shù)5.離子拋光6.最新進(jìn)展 五.工藝流程前 言長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論一.課程的性質(zhì)和任務(wù)1.光學(xué)零件加工技術(shù)是光學(xué)工藝及測試和光電信息工程專業(yè)（教委指導(dǎo)性目錄專業(yè)）專業(yè)的一門必修專業(yè)課。它的內(nèi)容是本專業(yè)人員必須掌握的專業(yè)知識。從目前的設(shè)計(jì)水平看，欲設(shè)計(jì)出/50的平面是不困難的，尤其是電子計(jì)算機(jī)在光學(xué)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用，大大提高了設(shè)計(jì)的速度和精度。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中欲加工出這樣高精度的零件并非是件容易的事。 前 言課程的性質(zhì)和任務(wù)長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 國內(nèi)一般工廠能加工出/10-/20的零件，當(dāng)有較好的測試手段，操作人員技術(shù)水平高的情況下，也能加工出高精度的零件，所以，設(shè)計(jì)再好

3、加工不出來的零件是徒勞的，無實(shí)際意義的。因此，研究如何運(yùn)用工藝方法來多、快、好、省地制造光學(xué)零件是光學(xué)零件加工技術(shù)這門課程的主要任務(wù)。這也是本專業(yè)目前比較受歡迎的原因，因此我們必須樹立堅(jiān)定的思想，熱愛自己專業(yè)，熱愛自己的工作，把我國光學(xué)工藝提高上去，更上一層樓。 （本專業(yè)自1972年建立，院校專業(yè)調(diào)整下，經(jīng)原兵工部、學(xué)院、專業(yè)堅(jiān)持爭取保留下來，歷經(jīng)坎坷走上了坦途，現(xiàn)在兵工部、機(jī)械部均很需要，我們的前途是光明的。 前 言課程的性質(zhì)和任務(wù)長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 2.是一門綜合性學(xué)科 光學(xué)零件加工技術(shù)這門課程，需要有廣泛的基礎(chǔ)知識 和專業(yè)知識。它涉及到光、機(jī)、電、算、化學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的 內(nèi)容。如：

4、光學(xué)零件的檢驗(yàn)光學(xué)知識；零件的加工離不 開機(jī)床機(jī)械問題；機(jī)床運(yùn)動離不開電；零件加工用 的材料、輔料、拋光液、精磨、冷卻液，零件的腐蝕和防護(hù) 等都與化學(xué)有關(guān)，因此，它是綜合性學(xué)科。 3.實(shí)踐性強(qiáng) 光學(xué)零件加工技術(shù)是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程。他簡 稱光學(xué)工藝，顧名思義，即光學(xué)零件加工的藝術(shù)即研究 光學(xué)零件加工的技能技巧及其有關(guān)的基本理論。它是生產(chǎn)實(shí) 踐中總結(jié)出來，并經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐反復(fù)驗(yàn)證和不斷充實(shí)的學(xué) 科，特別是隨著光學(xué)專業(yè)的發(fā)展，它總結(jié)了不斷涌現(xiàn)的新材 料、新工藝、新技術(shù)，進(jìn)一步豐富了本學(xué)科的內(nèi)容。 前 言課程的性質(zhì)和任務(wù)長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論二.學(xué)習(xí)本課的任務(wù)，應(yīng)使學(xué)生達(dá)到以下目的.掌握光學(xué)零件

5、加工技術(shù)的基礎(chǔ)知識和基本理論。在從事光學(xué)零件加工過程中能合理選擇光學(xué)材料、零件的外型尺寸和公差，使光學(xué)零件既滿足光學(xué)設(shè)計(jì)要求，又符合經(jīng)濟(jì)合理的工藝原則。例如，分劃板位于光學(xué)系統(tǒng)的象平面上，它的平面性要求不高N=510，而對零件氣泡度要求嚴(yán)格，q=I，因氣泡相當(dāng)于凹透鏡，可引起光線散射，影響成象質(zhì)量，達(dá)不到預(yù)期效果，若平面性較高，N=2，即浪費(fèi)工時、材料、輔料，加工困難，提高成本，不符合零件加工的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。 前 言學(xué)習(xí)本課達(dá)到目的長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論.使學(xué)生具有分析、解決工藝問題的能力，經(jīng)一段時間的實(shí)際鍛煉，能從事光學(xué)工藝的技術(shù)工作。.掌握光學(xué)零件加工的操作方法，具有工藝實(shí)踐的能力，

6、為以后從事該學(xué)科領(lǐng)域的科研、教學(xué)和組織管理工作打下良好的基礎(chǔ)。 前 言學(xué)習(xí)本課達(dá)到目的長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論三國內(nèi)、外發(fā)展概況和光學(xué)加工的最新進(jìn)展（一）國內(nèi)解放前，我國基本沒有光學(xué)工廠，只有一個光學(xué)儀器的修理工場，即現(xiàn)在的昆明298廠前身。解放后，我國光學(xué)工業(yè)發(fā)展迅速，光學(xué)工廠有幾百個，幾千，幾乎各主要省市豆油，僅長春市就有10多家。就發(fā)展水平，也有了很大提高，特別十一屆三中全會以后，實(shí)行改革開放政策，打破閉關(guān)自守的狀況，改變了一把沙一把水的加工方式，出現(xiàn)新工藝粗磨機(jī)械化，精拋高速化，定心磨邊自動化，縮短了與先進(jìn)國家的差距，有的已達(dá)世界先進(jìn)水平：如.光學(xué)材料：一般的光學(xué)玻璃能自己生產(chǎn)，已基

7、本自給，結(jié)束了光學(xué)玻璃靠進(jìn)口的狀況。 前 言國內(nèi)、外發(fā)展概況和光學(xué)加工最新進(jìn)展長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論.光學(xué)冷加工方面：大批量中等精度的透鏡高效生產(chǎn)線已經(jīng)在試生產(chǎn)中獲得成功。該生產(chǎn)線中采用了高速精磨、超精磨、固著磨料拋光及水溶性冷卻液等先進(jìn)工藝技術(shù)，從而在一定條件下，連續(xù)加工90個鏡盤達(dá)百分之九十的合格率。從球面銑磨到拋光結(jié)束只需十幾分鐘的加工時間。.在光學(xué)測試技術(shù)方面，激光數(shù)字波面干涉儀已研制成功并投入生產(chǎn)，直徑80mm的光學(xué)表面面形局部誤差的測量可達(dá)到 /50的精度。由于在某種程度上，測試水平相應(yīng)的反應(yīng)了加工水平，故這標(biāo)志加工精度達(dá)到新的高度。.微機(jī)在光學(xué)工藝中的應(yīng)用。如用微機(jī)控制機(jī)床、

8、自動車削磨具，即省時又提高了精度；采用計(jì)算機(jī)自動設(shè)計(jì)膜系及控制多層膜的鍍制。.其他 圓刻度盤的精度達(dá)到0.1“；直徑為1.56m和2.16m的大型天文鏡面（非球面）已磨制成功。 前 言國內(nèi)、外發(fā)展概況和光學(xué)加工最新進(jìn)展長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論（二）國外 光學(xué)零件的生產(chǎn)朝著高效率、高精度的方向發(fā)展.高效加工方面： 不僅能定時、定光圈，而且已建成自動生產(chǎn)線。法國：中等尺寸、精度，35分鐘（一面）；西德：一人一日10001200件蘇聯(lián)：自動生產(chǎn)線（4人），一小時50盤2.高精度： 聚四氟乙烯塑料拋光模，可拋/100（高達(dá)/200） 我國最高達(dá)/50 環(huán)形拋光機(jī)直徑為200mm的氯化鈉晶體面形精度可

9、達(dá)/83.精密光學(xué)塑料零件的成型工藝：光學(xué)另件的模壓復(fù)制技術(shù)已普遍用于生產(chǎn) 前 言國內(nèi)、外發(fā)展概況和光學(xué)加工最新進(jìn)展長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論.特種工藝： 鍍膜完全用計(jì)算機(jī)控制，膜系設(shè)計(jì)蒸鍍檢驗(yàn).膜層牢固、機(jī)械強(qiáng)度高，不易劃傷。鍍膜或的零件放在口袋內(nèi)與筆、鑰匙一起摩擦，一周無劃痕。.計(jì)算機(jī)控制自動拋光，離子拋光（美國），用離子束轟擊玻璃表面，原子一個個被濺射掉。 為此，要趕上國際先進(jìn)光學(xué)工藝水平，需要我們繼續(xù)努力。 前 言國內(nèi)、外發(fā)展概況和光學(xué)加工最新進(jìn)展長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論（三）光學(xué)零件加工技術(shù)最新進(jìn)展當(dāng)前，現(xiàn)代光學(xué)科學(xué)技術(shù)和光電子技術(shù)迅猛發(fā)展，如信息技術(shù)、空間技術(shù)、核技術(shù)、生物技術(shù)、

10、材料科技等各項(xiàng)技術(shù)的相互促進(jìn)、相互為用，新的光學(xué)設(shè)計(jì)方法層出不窮，開辟了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，更為突出的是許多新原理和新器件的出現(xiàn)，標(biāo)志著光學(xué)領(lǐng)域進(jìn)步的前沿。這些成就是與嶄新的光學(xué)加工技術(shù)不可分割的。今天的光學(xué)加工技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于傳統(tǒng)的研磨拋光工藝，而正在形成新技術(shù)裝備起來的具有理論與實(shí)踐基礎(chǔ)的學(xué)科體系。例如非球面光學(xué)加工，不但用語大型天文望遠(yuǎn)鏡，也用于紅外及短波段的反射光學(xué)成象系統(tǒng)和光盤光學(xué)聚焦透鏡，手持條形碼掃描器； 前 言國內(nèi)、外發(fā)展概況和光學(xué)加工最新進(jìn)展長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論模壓技術(shù)適應(yīng)了規(guī)模生產(chǎn)的需要，如電視投影物鏡，光盤聚焦透鏡，以及廉價(jià)照相機(jī)物鏡；超光滑表面加工、全息光學(xué)、衍射光

11、學(xué)、二元及陣列光學(xué)為光學(xué)應(yīng)用提供了傳統(tǒng)光學(xué)無法實(shí)現(xiàn)的新的功能和手段：如全息干涉用語無損探傷和動態(tài)測試，全息標(biāo)志用于商品防偽，衍射原理用于激光加工，光纖技術(shù)不但用于光纖通信業(yè)，而且用作傳感器，用于工業(yè)測試和醫(yī)療診斷。這些新的制造技術(shù)對光學(xué)工作者已是不可缺少的基本知識。 前 言國內(nèi)、外發(fā)展概況和光學(xué)加工最新進(jìn)展長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論四、課程的主要內(nèi)容.光學(xué)材料：無色光學(xué)材料，有色光學(xué)材料、特種光學(xué)材料、微晶光學(xué)材料、晶體光學(xué)材料、塑料.光學(xué)零件加工的基本工藝：技術(shù)條件、毛坯成型、粗磨、精磨、拋光、磨邊、膠合及有關(guān)的基本理論.高精度及特種零件的加工與檢測：球面樣板，高精度平、棱鏡.光學(xué)車間的組織

12、管理與工藝規(guī)程的編制等.特種加工光學(xué)零件加工的工藝流程：毛坯只是幾個主要工序，還有輔助工序：清洗、上下盤包裝入庫度盤）刻劃、鍍膜（分劃板、膠合磨邊拋光精磨粗加工型料塊料定心磨邊、細(xì)切割、磨圓、整平 RCNBRR0 前 言課程的主要內(nèi)容長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論緒 論長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論緒 論2121世紀(jì)先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展趨勢研究世紀(jì)先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展趨勢研究一、高技術(shù)牽引和市場需求推動是先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展一、高技術(shù)牽引和市場需求推動是先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展的動力的動力二、二、2020世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧三、先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)分類三、先進(jìn)光學(xué)制造技

13、術(shù)分類四、先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)概念與特點(diǎn)四、先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)概念與特點(diǎn)五、主要發(fā)展方向五、主要發(fā)展方向六、六、2121世紀(jì)初光電儀器及器件所具有的主要特征世紀(jì)初光電儀器及器件所具有的主要特征七、展望七、展望2121世紀(jì)初光學(xué)零件加工技術(shù)的發(fā)展趨勢世紀(jì)初光學(xué)零件加工技術(shù)的發(fā)展趨勢長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論主要講述高技術(shù)的牽引和市場需求推動是先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展的動力。從研磨拋光技術(shù)、金剛石車削技術(shù)、精密模壓技術(shù)和超光滑表面加工等方面的回顧了20世紀(jì)光學(xué)加工的重要進(jìn)展。接著列舉了21世紀(jì)初光電儀器及器件所具有的主要特征，并結(jié)合我國的情況，指出了21世紀(jì)初光學(xué)零件加工的六個發(fā)展趨勢。研究了先進(jìn)光學(xué)制造技

14、術(shù)分類方法。討論了先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)的概念, 指出了繼承和集成是先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)主要特點(diǎn)。一大一小, 一長一短, 一剛一柔是其主要發(fā)展方向。緒 論概要長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論一、高技術(shù)牽引和市場需求推動是先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展的動一、高技術(shù)牽引和市場需求推動是先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展的動力力1、高技術(shù)牽引高技術(shù)的全球競爭是無可避免的全球范圍各國綜合國力的競爭, 這種競爭在相當(dāng)程度上體現(xiàn)為制造技術(shù)的競爭。1983 年美國總統(tǒng)里根的SDI 倡議, 其后歐共體的尤里卡計(jì)劃, 日本的科技計(jì)劃, 前蘇聯(lián)的對策計(jì)劃, 以及我國的發(fā)展高技術(shù)“863 計(jì)劃”等, 都是高技術(shù)全球競爭中相應(yīng)國家的高技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃。我

15、國863 計(jì)劃主要倡議者之一、著名科學(xué)家王大珩先生指出,“SDI的實(shí)質(zhì) 不拘最終目標(biāo)能否達(dá)到, 但在高技術(shù)的各個方面,肯定會有新的突破出現(xiàn), 這就發(fā)展了一個國家高技術(shù)的實(shí)力”。在80 年代美國SDI(戰(zhàn)略防御倡議) 倡議一度被認(rèn)為缺乏現(xiàn)實(shí)性, 但在1997 年美國由地面發(fā)射中紅外激光對軌道衛(wèi)星具有有效效力的公開報(bào)道, 表明這一技術(shù)領(lǐng)域已取得重大突破。緒 論高技術(shù)牽引和市場需求推動是先高技術(shù)牽引和市場需求推動是先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展的動力進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展的動力長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 美國James W. Botkin 指出, 高技術(shù)工業(yè)的銷售額之所以增長最快, 在于它的技術(shù)獲得了爆炸性進(jìn)展。

16、106(即100 萬) 這一數(shù)字代表著這種技術(shù)的發(fā)展速度。計(jì)算機(jī)自從問世以來, 在以100萬計(jì)的速度前進(jìn)。這就是說,今天2 美分可獲得的某一電子功能, 在1950 年需花費(fèi)20萬美元。這里所說爆炸性進(jìn)展即指以光刻技術(shù)為核心的超大規(guī)模集成電路制造設(shè)備與制造工藝技術(shù)。光刻線條的寬度成為計(jì)算機(jī)隨機(jī)存儲器容量大小的標(biāo)志。如果說存儲器容量由70年代初1K (1千位) 發(fā)展到16K 花費(fèi)大約10年, 那么在90年代, 光刻線條由微米發(fā)展到亞微米, 64K、256K, 相繼問世, 計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的速度已經(jīng)有日新月異之感。一代制造設(shè)備, 一代光刻技術(shù), 一代集成度, 一代計(jì)算機(jī), 無可爭辯地揭示了高技術(shù)微電子

17、工業(yè)與先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)休戚相關(guān)程度。緒 論高技術(shù)牽引和市場需求推動是先高技術(shù)牽引和市場需求推動是先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展的動力進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展的動力長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論70年代初啟動的舉世聞名的美國哈勃空間望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃, 其直徑2.4m 輕質(zhì)主反射鏡的制造直接牽動了美國光學(xué)制造商積極發(fā)展計(jì)算機(jī)控制拋光技術(shù), 從而奠定了計(jì)算機(jī)控制拋光技術(shù)基礎(chǔ)。高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃的設(shè)立是一種政府行為, 涉及到當(dāng)代科技前沿。高技術(shù)計(jì)劃的實(shí)施在相當(dāng)大程度上又表現(xiàn)為高技術(shù)市場競爭。不但有效地牽引了相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的突破性進(jìn)展, 同時還充分地調(diào)動制造商自身的有效資源。離開了高技術(shù)的牽引, 先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)的發(fā)展將成為無源之水。

18、我國高技術(shù)863計(jì)劃七大領(lǐng)域15個主題, 其中空間光學(xué)領(lǐng)域與強(qiáng)激光等相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)有效地牽引了我國一系列先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展緒 論高技術(shù)牽引和市場需求推動是先高技術(shù)牽引和市場需求推動是先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展的動力進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展的動力長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 2、市場需求推動近20多年, 先進(jìn)工業(yè)國加速用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)光學(xué)工業(yè), 推動產(chǎn)品高技術(shù)化。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生深刻變化,一些傳統(tǒng)的勞動密集型光學(xué)產(chǎn)品逐步轉(zhuǎn)向亞洲發(fā)展中國家。經(jīng)過信息技術(shù)改造的光學(xué)儀器, 一般工作原理沒有原則性變化, 然而整機(jī)性能卻產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。例如數(shù)字波面干涉技術(shù)使延續(xù)數(shù)百年的目視判讀干涉圖形技術(shù)發(fā)展為精確定量的數(shù)字波前圖像信息

19、技術(shù), 使測量精度由/10提高到一個數(shù)量級以上, 并可按被測表面幾何坐標(biāo)位置給出每點(diǎn)位的地貌偏差。為光學(xué)表面的計(jì)算機(jī)數(shù)控加工提供了基礎(chǔ)。二維動態(tài)哈特曼波前傳感儀使自適應(yīng)光學(xué)波前探測與實(shí)時校正成為現(xiàn)實(shí)。非接觸光學(xué)表面輪廓儀把人們研究表面粗糙度的分辨能力提高到一個埃(0.1nm )。各種新型光電子產(chǎn)品更是舉不勝舉。緒 論高技術(shù)牽引和市場需求推動是先高技術(shù)牽引和市場需求推動是先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展的動力進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展的動力長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 近代光學(xué)工業(yè)市場需求推動產(chǎn)品高技術(shù)化發(fā)展, 為人類認(rèn)識世界改造世界提供了新的方法和手段。同時,也為廠商帶來了可觀的高技術(shù)附加值。例如, 一臺上述光學(xué)輪

20、廓儀較之做為原型機(jī)的普通干涉顯微鏡售價(jià)高約百倍, 約相當(dāng)于我國1.5萬架普通雙筒望遠(yuǎn)鏡出口售價(jià)。 統(tǒng)計(jì)表明, 19811991 日本光學(xué)儀器出口額增長5倍, 美國增長9倍。增長速度普遍高于本國國民經(jīng)濟(jì)增長速度。此期間勞動生產(chǎn)率增長3倍以上。我國從19911994 光學(xué)儀器出口額增長5倍, 其中望遠(yuǎn)鏡出口增長7倍, 達(dá)到年出口600萬架, 行家估計(jì)我國望遠(yuǎn)鏡年生產(chǎn)能力達(dá)1000萬架。有預(yù)測表明, 本世紀(jì)末世界顯微鏡市場達(dá)12億美元, 望遠(yuǎn)鏡市場容量10億美元。更有文章報(bào)道預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末, 世界光電子產(chǎn)值將高達(dá)21300 億美元。緒 論高技術(shù)牽引和市場需求推動是先高技術(shù)牽引和市場需求推動是先進(jìn)光學(xué)

21、制造技術(shù)發(fā)展的動力進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展的動力長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 經(jīng)典光學(xué)儀器三大件 望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、照相機(jī)市場的巨大容量極大地推動了大批量光學(xué)制造技術(shù)的發(fā)展。各種高效生產(chǎn)線設(shè)備技術(shù)更新迅速, 尤其在中國和亞洲發(fā)展迅猛、方興未艾。美國為了提高光學(xué)工業(yè)的國際競爭力, 正在積極發(fā)展計(jì)算機(jī)一體化透鏡高效自動化生產(chǎn)無人工廠的研究發(fā)展計(jì)劃。另一方面, 為適應(yīng)高技術(shù)光學(xué)、光電子產(chǎn)品市場對于產(chǎn)品單件、小批、高精度或超高精度并能夠迅速交貨的需求, 新一代先進(jìn)光學(xué)制造設(shè)備技術(shù)向著以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主導(dǎo)的柔性化、便捷化、智能化的方向發(fā)展, 并已經(jīng)迅速商用化, 形成一定的市場規(guī)模。其中, 尤以德國LOH 公司新一代

22、產(chǎn)品引人注目。緒 論高技術(shù)牽引和市場需求推動是先高技術(shù)牽引和市場需求推動是先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展的動力進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)發(fā)展的動力長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論二、二、2020世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧.研磨拋光技術(shù)20世紀(jì)在研磨拋光技術(shù)這個領(lǐng)域取得了驚人的成就。由于從60年代起使用了金剛石磨具，使原來一把沙子一把水的研磨加工方法得到了徹底的改變。不斷出現(xiàn)新的精度更高的加工設(shè)備和刀具。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，加工設(shè)備的數(shù)控化和智能化程度大大提高。從而使幾百年來一直依賴于操作者技能的光學(xué)加工實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動化。美國的Union Cabridge等公司在80年代后期研制了與

23、單點(diǎn)金剛石車床有同等精度的金剛石磨床，能夠?qū)鈱W(xué)玻璃、光學(xué)晶體得脆性材料進(jìn)行磨削加工，面形精度可達(dá)0.30.5m（PV）。其中Rochester和Arizona大學(xué)與美國公司共同開發(fā)的Opticam SM和Opticam SX，5min內(nèi)可加工出面形精度達(dá)1m（PV），直徑為50mmde 玻璃非球面元件。由于磨削后工件表面存在破壞層，尚需要后續(xù)的拋光處理。緒 論2020世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 國外70年代以來對非球面磨削、拋光成型機(jī)理進(jìn)行了研究，并開始用計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面（CCOS）成型技術(shù)，這種技術(shù)是用計(jì)算機(jī)控制小磨頭或小拋光模

24、對元件進(jìn)行研磨、拋光加工。80年代中后期，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)及精密測量技術(shù)的發(fā)展，美國Itek公司喲內(nèi)首臺CCOS拋光機(jī)床加工了500mm。F/3.5的拋物面反射鏡，面形精度0.04m（rms），Ra5nm，但總加工周期為3個月。此后，國外對CCOS數(shù)字模型、理論誤差的計(jì)算進(jìn)行了研究，并根據(jù)不同運(yùn)動方式的磨頭加工效果進(jìn)行了大量研究，建立了CCOS數(shù)據(jù)庫，對CCOS技術(shù)的 CAD/CAM一體化作了大量工作。我國在80年代末開始了這項(xiàng)工作。緒 論2020世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論由于光學(xué)加工工藝的復(fù)雜性，以至很難建立準(zhǔn)確的、全面描述加工過程的

25、數(shù)學(xué)模型。CCOS技術(shù)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，但由于磨頭直徑小磨削線速度低，不可避免的具有磨頭易磨損，加工效率低，不能加工小直徑工件等缺點(diǎn)。90年代初期，日本4軸（或5軸）精密加工中心上用薄砂輪外緣點(diǎn)包絡(luò)磨削加工非球面工件，砂輪工作表面垂直于磨頭回轉(zhuǎn)軸線（這點(diǎn)不同于CCOS）。在加工中心上安裝微進(jìn)給工作臺，可以磨削大曲率半徑的碳化硅非球面鏡，在5軸超精密機(jī)床上磨削的化學(xué)沉積碳化硅（CVDSiV）斜入X線非球面鏡面型精度低于0.75m/510 x110mm。由于采用砂輪外緣磨削，磨削線速度提高，明顯地提高了加工效率，但由于采用的是點(diǎn)接觸方式，工件加工精度在一定的程度上依賴一機(jī)床的精度，對于陶瓷等脆性材料

26、或大面積的加工，砂輪的磨損、堵塞等成為影響加工精度與效率的新問題。緒 論2020世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 90年代中期，日本根據(jù)上述加工方法的利弊，開發(fā)了圓弧包絡(luò)磨削法，采用厚砂輪，精修砂輪外緣截面呈圓弧型，在磨削運(yùn)動中砂輪外緣各點(diǎn)包絡(luò)出非球面輪廓型，在2軸數(shù)控機(jī)床上可以磨削出軸對稱的非球面工件。在3軸數(shù)控機(jī)床上可以磨削出非軸對稱的非球面工件。為了提高砂輪的整形精度，整形時在砂輪回轉(zhuǎn)軸上采用半導(dǎo)體激光器做傳感器調(diào)整金剛石砂輪的相對位置。采用圓弧包絡(luò)磨削法磨削非軸對稱SiC反射鏡（100mmX100mm），Rmax達(dá)0.2m，對軸對稱

27、127mm的Si材質(zhì)的反射鏡Ra 9nm，形狀精度為1.8m。 用此法可以加工用于光纖通信的微型玻璃透鏡的模具。木器那，已經(jīng)加工出硬質(zhì)合金0.25mm的軸對稱非球面模具。緒 論2020世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論80年代末期，日本大森整提出在線電解修整鑄鐵金剛石砂輪（ELID）磨削的方法。由于對微細(xì)金剛石磨料鑄鐵砂輪在線修銳，使得高效的微細(xì)金剛石磨料鑄鐵砂輪能用于對硬脆材料的鏡面磨削與拋光。由于砂輪磨料粒度?。梢缘陀赪0.5），磨料在砂輪表面上的出刃高度極低，磨頭的進(jìn)給量小于1m，可以使得對脆性材料的磨削轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性磨削。因此，廣泛用于

28、對陶瓷、硬質(zhì)合金、單晶硅、光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體、淬火鋼得材料的高精度、低粗糙度的磨削。ELID磨削的關(guān)鍵技術(shù)涉及電解電源、電解液的配制、鑄鐵結(jié)合劑微細(xì)金剛石砂輪的制造。十年來，ELID磨削技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。90年代初我國開始了這項(xiàng)技術(shù)的研究?，F(xiàn)在國外可以制造和修整磨料粒度為數(shù)納米的磨輪，加工各種玻璃、精細(xì)陶瓷、硅片和GaAs等，表面粗糙度為幾個納米（RMS）。緒 論2020世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 .金剛石車削技術(shù) 用天然單晶金剛石做刀具，在計(jì)算機(jī)控制下車削加工光學(xué)表面是80年代初期發(fā)展起來的新技術(shù)。金剛石車削光學(xué)零件技術(shù)的迅速

29、發(fā)展和金剛石車削機(jī)床的商品化使我們有可能重復(fù)的加工高精度的復(fù)雜面形的光學(xué)零件。 這種加工技術(shù)在非球面光學(xué)零件的生產(chǎn)中具有最顯著的經(jīng)濟(jì)效益。同時它還可以用來加工掃描反射鏡、激光反射鏡、計(jì)算機(jī)軟件盤、復(fù)制用模板、模壓成型的型芯、錐形零件以及其它一切要求機(jī)械精度（如平面度、垂直度、平行度和同心度等）很高的非光學(xué)零件。另外，在加工光學(xué)表面的同時還可以加工出精確的定位面。因此，不僅加快了單塊光學(xué)零件的加工速度，而且還節(jié)省了裝配、校正 和定心等輔助時間。緒 論2020世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 最初，用金剛石車削的標(biāo)賣內(nèi)存在著肉眼看得見的加工印跡

30、，所以只能用在遠(yuǎn)紅外波長（812m）。經(jīng)稍稍拋光后，此表面可以在較短的波長（3m）處使用。隨著空氣軸承、導(dǎo)軌和金剛石刀具的發(fā)展，以及在對加工過程進(jìn)行深入研究后認(rèn)識到改變切削參數(shù)的重要作用，現(xiàn)在已經(jīng)可以加工出用于工作波長為623.8nm（He-Ne激光器）的光學(xué)表面。金剛石車削的非球面反射鏡也已經(jīng)成功地用在大量生產(chǎn)的紫外光學(xué)儀器中（波長為180nm）。在這種儀器中，反射鏡作為集能器，可以不考慮加工印記對性能的影響。如果要在短波長情況下成像，那么還需要將其表面進(jìn)行后續(xù)拋光。 金剛石車削所得的金屬反射鏡表面比一般拋光的表面更能經(jīng)受高能量激光束的照射而不發(fā)生表面損傷，而且不易變暗或被腐蝕，加工造成的表

31、面塌邊也很小。緒 論2020世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論3、精密模壓技術(shù) 70年代以前，模壓成型技術(shù)主要是用來給光學(xué)零件的研磨拋光加工提供毛坯或制造一些低精度的光學(xué)塑料透鏡。但是，隨著模具材料、模具制造技術(shù)和精密模壓工藝的發(fā)展以及現(xiàn)在可以不經(jīng)過熔融狀態(tài)而采用溶膠凝膠法來在制造高純度的玻璃，因此，精密的光學(xué)零件，特別是非球面光學(xué)零件和其他一切難以加工的特殊形狀的零件，有可能用模壓成型方法直接制成，而不需要進(jìn)行任何的研磨和拋光，從而能大批量生產(chǎn)。并且可以同時壓制出一些參考平面作為裝配時的基準(zhǔn)，從而大大減少裝配和校準(zhǔn)的時間和工作量。 這種無材

32、料去除的加工方法對光學(xué)零件的制造業(yè)來說是一次革命。非球面光學(xué)零件模壓成型是80年代初才用于生產(chǎn)的高新技術(shù)，它還在不斷的發(fā)展和提高，成品零件的精度也在不斷地改進(jìn)。緒 論2020世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 精密模壓技術(shù)包括光學(xué)塑料零件和光學(xué)玻璃零件的模壓技術(shù)。 光學(xué)塑料非球面光學(xué)零件大多采用注射成型的方法制造。由于非球面光學(xué)零件要求亞微米的面形精度和極高的表面質(zhì)量，不僅要求模具的型芯有很高的鏡面質(zhì)量，而且有很高的面形精度。在一模多腔時，還要達(dá)到全部零件有很高的一致性?？紤]到模具的膨脹和收縮，光學(xué)塑料的冷收縮和固化收縮，零件的形狀和壓力、溫

33、度等工藝因素，要研究解決摸芯的設(shè)計(jì)問題，可以說摸芯設(shè)計(jì)正確與否是注射成型的關(guān)鍵。另外還有澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 其次要研制出耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐磨，并可用單點(diǎn)金剛石車削的模具材料或模具鍍層材料，以提高光學(xué)塑料零件的成型精度和模具的壽命。緒 論2020世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 有了理想的注射成型機(jī)，正確的模具和高質(zhì)量的光學(xué)塑料后，還必須通過合理的成型工藝才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的光學(xué)塑料零件。主要要研究如料筒溫度、模具溫度、注射壓力和注射時間等工藝因素。同時要解決靜電和環(huán)境靜化的問題。 通過40年的努力，美國柯達(dá)公司在70年代研究成功的玻璃精密模

34、壓技術(shù)FLM），依次就完成光學(xué)球面或非球面的零件的成型加工，不需要用研磨拋光的加工方法。并在1982年首次在35mm照相機(jī)中用了兩片以精密模壓制造的非球面玻璃透鏡，在世界上引起了很大的震動。 80年代日本大力開展了光學(xué)玻璃的精密壓型，從發(fā)表的專利數(shù)量、文獻(xiàn)內(nèi)容的廣度和深度來看，在此項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域中日本已經(jīng)是后來居上。緒 論2020世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論4、超光滑表面加工 由于短波光學(xué)和高能量激光器的需要，光學(xué)表面的粗糙度要比一般拋光的表面低12數(shù)量級。浸液拋光、浮法拋光、離子拋光是較為常用的方法。 綜上所述，在20世紀(jì)光學(xué)加工中發(fā)生的

35、最有意義的兩大革命是60年代的金剛石革命和80年代的精密模壓（無去除加工）革命。緒 論2020世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧世紀(jì)光學(xué)零件加工技術(shù)發(fā)展的回顧長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論三、先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)分類三、先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)分類 分類是一種研究內(nèi)容分類是一種研究內(nèi)容, , 同時也是一種研究方法。先進(jìn)光同時也是一種研究方法。先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)可按多種方法分類學(xué)制造技術(shù)可按多種方法分類, , 本文給出一種分類方法本文給出一種分類方法, , 其其特點(diǎn)是特點(diǎn)是: : 盡可能考慮到先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的歷史脈絡(luò)盡可能考慮到先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的歷史脈絡(luò), , 反映反映出主要發(fā)展趨勢。出主要發(fā)展趨勢。1 1、大規(guī)模

36、生產(chǎn)、大規(guī)模生產(chǎn)2 2、高精度單件、小批量、高精度單件、小批量3 3、大型與微型、大型與微型4 4、特殊加工技術(shù)、特殊加工技術(shù)緒 論先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)分類先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)分類長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論1、大規(guī)模生產(chǎn)a）傳統(tǒng)工藝技術(shù)革新、改造、優(yōu)化b）光學(xué)元件大批量高效生產(chǎn)線設(shè)備技術(shù)c）CIOMS 計(jì)算機(jī)一體化光學(xué)制造系統(tǒng)d）光學(xué)元件柔性生產(chǎn)線設(shè)備技術(shù)緒 論先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)分類先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)分類長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論2、高精度單件、小批量a）新一代柔性化、便捷化、智能化設(shè)備技術(shù)b）光刻物鏡、超高精度、元件制造技術(shù)數(shù)字波前探測技術(shù)計(jì)算機(jī)控制拋光技術(shù)數(shù)控自動無變形膠合技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助光學(xué)裝校技術(shù)緒

37、 論先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)分類先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)分類長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論3、大型與微型a）大光學(xué)輕量化毛坯成型技術(shù)（離心熔鑄、焊接、機(jī)械加工、復(fù)合材料）柔性研磨成形設(shè)備技術(shù)計(jì)算機(jī)控制拋光技術(shù)（小工具、大型能動工具）計(jì)算機(jī)控制離子束拋光超薄型大鏡加工技術(shù)高精度大口徑平面、平板環(huán)型連續(xù)拋光技術(shù)超光滑表面加工技術(shù)大鏡抗激光損傷高閾值強(qiáng)激光薄膜技術(shù)大型能動反射鏡綜合技術(shù)綜合孔徑技術(shù)b）微光學(xué)微光學(xué)元件列陣制造二元光學(xué)元件制造列陣元件的拼接技術(shù)球基底大尺寸微光學(xué)制造緒 論先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)分類先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)分類長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論4、特殊加工技術(shù)自適應(yīng)光學(xué)變形反射鏡、快速傾斜鏡制造金剛石車削加工技術(shù)

38、梯度折射率光學(xué)元件制造全息工藝技術(shù)表面復(fù)制技術(shù)光學(xué)元件精密模壓成型技術(shù)光波導(dǎo)器件的制作強(qiáng)激光薄膜激光預(yù)處理生長法加工技術(shù)紅外與紫外、軟X 射線波段的加工檢測技術(shù)其它特種加工技術(shù)緒 論先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)分類先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)分類長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 四、先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)概念與特點(diǎn)四、先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)概念與特點(diǎn) 先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)遠(yuǎn)非傳統(tǒng)意義上的加工。它集光、機(jī)、電、算、測、材、新為一體, 熔當(dāng)代最新科學(xué)技術(shù)成果為一身, 發(fā)展成為一門多種學(xué)科技術(shù)交叉的新領(lǐng)域,成長為光學(xué)科學(xué)的一個新興的學(xué)術(shù)分支。為光學(xué)科學(xué)的發(fā)展前沿服務(wù),為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。繼承和集成是先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)的兩大特點(diǎn)。任何一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)總

39、能夠追尋到其發(fā)展軌跡和生長它的技術(shù)原型母體, 即繼承性。以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為主要特征,把其它領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)引進(jìn)、嫁接、熔熔、集成, 為光學(xué)制造所用, 體現(xiàn)了一種典型的集成性。 高、大、精、尖、奇、絕、微是先進(jìn)技術(shù), 對傳統(tǒng)技術(shù)的革新、優(yōu)化也是先進(jìn)技術(shù)。推陳出新, 兼容并蓄, 發(fā)展新技術(shù)。優(yōu)化老技術(shù), 是發(fā)展先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)的切實(shí)可行的方針。緒 論先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)概念與特點(diǎn)先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)概念與特點(diǎn)長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論五、主要發(fā)展方向五、主要發(fā)展方向1、一大一小2、一長一短3、一剛一柔緒 論先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)主要發(fā)展方向先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)主要發(fā)展方向長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 1、一大一小 空間

40、光學(xué), 天文、航天、衛(wèi)星、激光聚變、激光定向能武器等等高技術(shù)計(jì)劃, 幾乎無一不涉及大尺寸光學(xué)元件制造。大鏡制造已經(jīng)成為活躍在當(dāng)代科技前沿的不可或缺的關(guān)鍵支撐技術(shù)。美國哈勃空間望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃的主題科學(xué)家C.Robert O Dell 在他撰寫的“哈勃空間望遠(yuǎn)鏡制造”一文, 第二節(jié)的標(biāo)題就幽默地使用了“MIRROR、MIRROR ”即“反射鏡、反射鏡”重疊詞。大型反射鏡已經(jīng)使中外大型工程光學(xué)科學(xué)家們念念不忘。 激光定向能系統(tǒng)1m 口徑、1m 光波長在100km處形成10cm光焦斑是基于瑞利判據(jù)的理論估算。然而“算”何容易“做”何難, 以致這個領(lǐng)域的專家不得不常用X倍衍射極限這一用詞來描述大口徑光學(xué)系統(tǒng)

41、對于理想技術(shù)要求偏差的程度。顯然, 激光發(fā)射系統(tǒng)除經(jīng)典應(yīng)用光學(xué)意義上的要求外, 更重要的同時又要滿足高功率密度能量載體的激光光束控制與定向的相關(guān)技術(shù)要求。緒 論先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)主要發(fā)展方向先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)主要發(fā)展方向長春理工大學(xué)光學(xué)冷加工緒論 有趣的是傳統(tǒng)概念上的一個大光學(xué)系統(tǒng)需要一塊大鏡的慣例, 正在向一個系統(tǒng)多個大鏡的批量生產(chǎn)方式發(fā)展。美國ICF計(jì)劃的國家點(diǎn)火裝置需要410410mm方型標(biāo)稱尺寸的高精度高破壞閾值各類大尺寸光學(xué)元件7518 件。一架綜合孔徑望遠(yuǎn)鏡需1m 以上大口徑薄型反射鏡數(shù)十件早已非天方夜談。這無疑是對光學(xué)制造工作者的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 微光學(xué)制造技術(shù)支撐微光學(xué)的發(fā)展, 有可能為光學(xué)技術(shù)帶來革命性進(jìn)展。使傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微型化、列陣化和集成化, 發(fā)展具有信息處理功能的集成光學(xué)組件。同電子技術(shù)相比, 光學(xué)技術(shù)具有響應(yīng)時間更快、傳輸容量更大、集成化程度更高的顯著特點(diǎn)。可望發(fā)展為信息時代的主要信息載體。微光學(xué)技術(shù)可能發(fā)展成為并不十分遙遠(yuǎn)的光計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)。 目前, 微透鏡列陣已經(jīng)成功地應(yīng)用于二維動態(tài)哈特曼傳感儀, 取代了尺寸較大的實(shí)體小型光楔陣列組件。也應(yīng)用于提高光束均勻性或控制光束聚焦焦斑的圖形。大尺寸球面基底的微光學(xué)表面結(jié)構(gòu)研究也有重要應(yīng)用意義。一大一小的先進(jìn)光學(xué)