日本的光学磨床精度可达0.001MM,中国是否有相同的机床?
四十年前***过磨工,几个微米的要求就能达到了。只是测量要求高,量具、工件要在等温、恒温条件下数小时才能进行测量而已。不然你在20度时测量的尺寸和30度时测量的尺寸就不一样了。不同工件材料热胀冷缩系数是不一样的。精密导轨磨床磨出的导轨两米长的平面度允许误差也就2~3微米而已。我还干过坐标镗床,精度也就在0.005毫米。我们工厂还有三坐标检测仪,精度很高的。这些设备基础都必须抗震的,环境要绝对安静。
八十年代我做过机械工,使用过上海第一机床厂的外圆磨床。精度确实非常高的,当时我们工厂生产钟表机床,几根主要的轴要求绝对高的。国产机床几乎都能够保持稳定的精度。当然当时我们工厂的工人技术水平也是可以的。现在上海第一机床厂的产品在全世界畅销。
问的不是精度,应是表面光洁度。1微米非常容易做到。光学加工难在非球面镜组,一是消像差要准,二是多镜片的焦点的一致性(都应在光轴上)。三是粘合精度和耐用度。四是镀膜(一般是增透膜,EUV需反射镜组的光路)的线宽控制。
另外,光学玻璃加工是研磨,而不是切削,所以不用机床。
其实传统的磨床都是利用材料硬度高的材料去摩擦硬度低的材料,到时要到微米级别精度甚至更高精度传统工艺手段是很难做到,这关系到材料的摩料的建立和材质又关系到基材在不同的状态下的物理硬度,当前市场精密加工激光工艺方案是最好的选择,到时需要建立基础工艺数据库和激光控制梯度的建立,材料的物理特性和化学特性的基础开发建立好完善的工艺加工数据库,从而可以完美实现高精密激光光学磨床的成立,光刻机的应用其实也是激光应用的一个方向。
超精密光学抛光设备制造的镜头在军工,民用领域,科学领域的应用十分广泛。军用领域:侦查卫星的镜头,红外夜视仪的镜头,EODAS探测器镜头,望远镜。民用领域:手机镜头,相机镜头。科学领域:天文望远镜的镜头。
目前来看,超精密光学加工设备主要有“数控磨削,弹性抛数控光垫,磁流变体抛光,离子束抛光等”。其中数控磨削的加工的面型精度小于10微米,表面粗糙度小于10纳米;弹性垫数控抛光加工型面精度小于1微米,表面粗糙度小于1纳米;磁流变体抛光加工型面精度小于10纳米,表面粗糙度小于0.5纳米。可知,磁流变体抛光的加工精度是比较高的。
而“光学磨床”应该就属于数控磨削加工设备了,日本nagase integrex的N2C-1300D,其加工型面精度小于0.2微米,表面粗糙度要小于2纳米;捷太科特的AHN15-3D超精密抛光机,其加工型面精度为30nm,表面粗糙度为1nm。可见,日本在光学磨床设备上还是比较领先的。由N2C-1300D自由曲面纳米研磨机加工的补正镜就被用于日本国立天文台的天文望远镜;广岛天文台的首个望远镜用的陶瓷副镜也是由N2C-1300D加工的;冈山天体物理观测所的亚洲最大红外望远镜用主镜也是由N2C-1300D加工的。此外,世界陆地最大直径为30米级的望远镜的镜片也是由N2C-1300D完成磨削加工的。
由此可见,在传统机械光学抛光设备上,日本有着领先的技术。也正是如此,日本才有了尼康,佳能,索尼,奥林巴斯,腾龙等多个光学企业,并闻名于世。但是在离子束抛光设备上,佳能用的是德国产品。
而我国最近的光学磨床主要是有“CAMHX—UPG80超精密非球面成型磨床,五轴联动数控气囊式抛光机床”UPG80型磨床加工的型面精度小于5微米,表面粗糙度0.1微米-0.03微米。可见我国的光学磨床与日本的产品还有不小差距,日本的相关磨床精度已经达到了纳米级别,而我国的还在微米级别。不过加工出的部件表面粗糙度要小于1微米(0.001毫米),但是型面精度达不到1微米。
当然数控磨床上我国的加工精度不如日本,但是在磁流变体抛光设备和离子束抛光设备上不差国外先进水平多少,已经达到了0.1纳米级别。在2018年由长春光机所研制的口径4.03米的碳化硅反射镜的抛光就使用了磁流变体抛光技术,并达到了要求,使我国具备了制造超高分辨率光学侦查卫星的能力。由此可见,虽说我国在传统数控机械抛光设备上离国际先进水平有差距,但是在磁流变体抛光,离子束抛光设备上有着独特的优势。
由德国,日本等国科学家用5年时间耗费了1000多万美元打造的世界上最圆的球体,就必须使用磨床等设备。而磨床的制造难点主要就在于磨盘,磨盘的精度要在纳米以内,且在研磨过程中受热时不会发生超出要求系数的热胀冷缩。所以制造这种磨盘是个巨大的挑战,不过我国在2011年制造出了二氧化铈微球粒度标准物质,其与国际先进水平基本一致。
可以说,在民用光学镜头加工上我国或许不如日本,但是在军用光学镜头上水平还是非常高的。军用的可以不计代价给制造出来,而民用的就要考虑性价比了,终归是要赚钱的,赔钱的话,那还不如不搞。毕竟市场就这么大,已经被瓜分完了,新手想要分一杯羹,哪会那么容易呢?
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