光学制造技术-第6章-先进光学制造技术

第6章 光学光学制造技术,光学加工 Optical Fabrication 课程公共邮箱：,讲授：郎贤礼单位：仪器科学与光电工程学院(HFUT),2,本章内容,先进制造技术发展概况,2,先进光学制造技术发展概况,3,2课时,3,6.1 概 述,一. 先进光学制造技术的概念 科学技术发展的任何时代都是从精度最高的光学元件开始的，所以光学加工技术的水平代表着各个时代尖端技术的水平。因此先进光学制造技术是为适应现代高科技发展的需要而发展起来的超精密加工技术。其含意应包含三个方面：其一是指传统加工方法不易突破的精度极限的加工技术其二是指实现微细尺寸界限挑战的加工技术；其三是指跨越传统应用领域的特殊形状零件的加工技术。 综上所述，先进光学制造技术远非传统意义上的光学加工技术。它是高科技的重要领域之一，也是高新科技发展的重要支柱，因此它具有许多显著的特点,4,二.先进光学制造技术的特点,二. 先进光学制造技术的特点 (一)多学科的交叉和集成它集信息技术、计算机技术、光学、精密机械、微电子技术、数学、物理、化学、自动化技术、精密制造、材料科学、精密测量等各学科的先进科技成果于一体，在解决当代高科技前沿提出的极富挑战性的光学制造任务中，自身作为一门学科不断得到发展和完善。 (二)精密化与超精密化 先进光学制造技术的重要特点是超精密加工，即指纳米级技术。关于“纳米技术”的概念，首先是1974年在东京召开的国际生产技术会议上提出的。它是指加工精度以原子、分子间的距离的倍数为极限，即达到纳米级，实现原子级的材料去除、移动或堆积。 (三)定量化和重复性 由于先进光学制造技术采用计算机辅助设计(CAD)、计算辅助工艺规程编制(CAPP)、计算机辅助制造(CAM)以及精密的在线测量技术，因此能使加工实现定量和重复性。这种确定性加工是先进光学制造技术与传统光学加工的不能定量、不可重复的重要区别。,5,三.先进光学制造与先进制造技术的关系,三、先进光学制造与先进制造技术的关系 先进光学制造技术正在由一门技艺迅速发展为一门研究各种光学制造过程和方法的科学。先进光学制造科学与其他工程科学，尤其是与机械制造科学密切相关，学科领域互相交叉渗透，在高技术发展的前沿，大的科技工程精密化已成为主流，超精密加工、纳米制造已成为决定工程质量与成败的关键环节光学制造技术与机械制造技术紧密相关，尤其是在超精密加工与检测领域两者几乎是水乳交融。表现在研究人员的专业分工模糊化，知识结构跨越传统的学科界限，光、机、电、算交叉贯通，在所选择的研究方向、研究方法、研究手段和研究目标匕相互交叉，光学制造科学与机械制造科学的交叉将为重大科技成果的突破提供重要保证。,6,6.2国内外先进制造技术的发展概况,一、国内外先进制造技术发展背景 (一)美国的概况 美国在20世纪80年代末率先提出先进制造技术这个概念，并于1994年列为国家预算重点扶持的唯一领域，投入14亿美元研究经费，旨在确立美国在世界制造业的领导地位。这一计划集中体现四个方面：设计技术；制造工艺；以信息技术为主线的辅助技术和制造基础设施。 (二)日本的概况 日本在优先发展先进制造技术的三个“振兴法”基础上，于1990年提出了IMS计划，旨在将日本的制造技术与美国的软件技术、欧洲的精密仪器仪表技术结合起来，建立先进的IMS。1993年，日本、美国在东京建立了一个世界级制造中心，总投资10亿美元，侧重发展五大项目：全功能型通用控制系统力工过程无污染制造；全局性CE；设计制造知识库与快速成型技术。项目的承担单位涉及73家企业和63所大学和研究机构，至今日本IMS计划总投资已累计达40亿美。,7,6.2国内外先进制造技术的发展概况,二.先进制造技术的特征(一)多学科交叉融合一体化(二)设计与制造工艺一体化(CAD/CAPP/CAM)(三)制造科学与制造技术一体化(四)制造技术与管理技术一体化(五) 制造工程成为一个系统工程,8,6.3先进光学制造技术发展概况,内涵：传统加工方法不易突破的精度极限微细尺寸加工特殊形状零件加工特点：多学科交叉超精密化定量化与重复性,9,光学制造技术发展,发展动力,10,光学制造技术发展,发展方向大型及微型空间光学，天文、航天、激光聚变等等涉及大尺寸光学元件的制造；微小光学的发展为光学技术的发展带来革命性突破，实现光学系统微型化、阵列化和集成化。长波与短波激光与红外技术；微电子X射线光刻刚性与柔性化大规模生产的光学制造技术；高精度单件小批高技术生产的柔性化、便捷化与智能化技术,1,3,2,11,先进光学制造分类表,12,先进光学制造分类表,13,先进光学制造分类表,14,先进光学制造技术有代表性的成果,先进光学制造技术有代表性的成果部分代表性的成果，如： (1)计算机控制表面成形技术(非球面)。 (2)精密模压成型技术。 (3)离子束抛光技术。 (4)超光滑表面加工技术。 (5)梯度折射率光学零件制造技术。 (6)其他。 光学制造技术是一门有着悠久历史的加工技术，早期的加工方法侧重手工操作，需付出繁重的体力劳动，加工工艺具有很强的随意性。目前的高效加工已经有很大进步，但与先进光学制造技术的要求仍有很大差距。先进光学制造技术已经发展为用数学模型描述工艺过程、以计算数字控制为主导的可确定性加工。应该说，光学制造技术几个世纪以来与光学科学一起历经了长期的探