【中國科學報】鏡面拋光工藝實現「自動化」

2020-12-06 中國科學院

離子束拋光設備。

用離子束拋光設備加工口徑520毫米的高精度球面，鏡面面形誤差：峰谷值37.2納米，均方根值優於6.6納米。

離子束拋光實驗室。

中科院國家天文臺南京天文光學技術所郭偉遠項目組供圖

中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所（以下簡稱天光所）研究員郭偉遠帶領團隊，成功研製了離子束拋光設備，其真空室直徑為2.6米，可直接加工口徑達1.5米的光學鏡面。不久前，郭偉遠團隊使用這臺設備加工直徑520毫米的鏡面，鏡面面形誤差：峰谷值37.2納米，均方根值優於6.6納米。

目前，世界上已經有多臺8米口徑的天文望遠鏡在運行，而比8米更大口徑的望遠鏡則由很多塊小鏡面拼接成，這些超大型望遠鏡的每一個子鏡面都是離軸非球面，用傳統方法加工難度非常大。

傳統的拋光方法是用磨盤帶動磨料去除鏡面材料，使之逐步吻合設計要求。離子束拋光技術是將待加工鏡面放在高真空環境中，用會聚成束的離子轟擊鏡面，去除鏡面材料。

「離子束拋光技術是保證這種子鏡面的質量和數量必不可少的一種先進技術。」郭偉遠告訴《中國科學報》記者，「精密光學鏡面製造的最後工序是拋光。」

「離子束拋光工藝是原子量級上的無應力、非接觸式加工方法，具有傳統工藝無法比擬的優越性。」郭偉遠介紹道，「另外，這種方法使用高水平的計算機控制技術，設備根據鏡面的測量數據，自動完成鏡面的精確修正過程，可使拋光工藝不再依賴操作者個人的技術和經驗。」

郭偉遠團隊的設備採用了一些獨特的技術與方法，如考慮到鏡面裝夾和系統維護保養的方便，真空室的大門採用「蚌式」開合方式，倒下後與地面平行，便於操作。

一般的光學鏡頭加工，只需要小型離子束拋光設備即可，其真空室口徑大致在0.6～0.8米，可製造最大口徑達250毫米的鏡頭。

利用現有技術，郭偉遠認為，製造這種設備難度不大，成本也不太高，根據配置不同，大約在200萬～300萬元人民幣，但經濟效益很高。在未來，郭偉遠希望離子束拋光技術可以發揮更廣的應用價值。

據悉,「離子束拋光設備研製」項目是國家自然科學基金科學儀器專項，並於近期通過了專家技術鑑定和國家自然基金委驗收，郭偉遠也是該項目組長。

（原載於《中國科學報》 2013-04-09 第6版 創新）

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