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镜面抛光工艺实现“自动化”

①离子束抛光设备。

②用离子束抛光设备加工口径520毫米的高精度球面,镜面面形误差:峰谷值37.2纳米,均方根值优于6.6纳米。

③离子束抛光实验室。

本报讯(记者沈春蕾)中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所(以下简称天光所)研究员郭伟远带领团队,成功研制了离子束抛光设备,其真空室直径为2.6米,可直接加工口径达1.5米的光学镜面。不久前,郭伟远团队使用这台设备加工直径520毫米的镜面,镜面面形误差:峰谷值37.2纳米,均方根值优于6.6纳米。
 
目前,世界上已经有多台8米口径的天文望远镜在运行,而比8米更大口径的望远镜则由很多块小镜面拼接成,这些超大型望远镜的每一个子镜面都是离轴非球面,用传统方法加工难度非常大。
 
传统的抛光方法是用磨盘带动磨料去除镜面材料,使之逐步吻合设计要求。离子束抛光技术是将待加工镜面放在高真空环境中,用会聚成束的离子轰击镜面,去除镜面材料。
 
“离子束抛光技术是保证这种子镜面的质量和数量必不可少的一种先进技术。”郭伟远告诉《中国科学报》记者,“精密光学镜面制造的最后工序是抛光。”
 
“离子束抛光工艺是原子量级上的无应力、非接触式加工方法,具有传统工艺无法比拟的优越性。”郭伟远介绍道,“另外,这种方法使用高水平的计算机控制技术,设备根据镜面的测量数据,自动完成镜面的精确修正过程,可使抛光工艺不再依赖操作者个人的技术和经验。”
 
郭伟远团队的设备采用了一些独特的技术与方法,如考虑到镜面装夹和系统维护保养的方便,真空室的大门采用“蚌式”开合方式,倒下后与地面平行,便于操作。
 
一般的光学镜头加工,只需要小型离子束抛光设备即可,其真空室口径大致在0.6~0.8米,可制造最大口径达250毫米的镜头。
 
利用现有技术,郭伟远认为,制造这种设备难度不大,成本也不太高,根据配置不同,大约在200万~300万元人民币,但经济效益很高。在未来,郭伟远希望离子束抛光技术可以发挥更广的应用价值。
 
据悉,“离子束抛光设备研制”项目是国家自然科学基金科学仪器专项,并于近期通过了专家技术鉴定和国家自然基金委验收,郭伟远也是该项目组长。
 
《中国科学报》 (2013-04-09 第6版 创新)