蔣莊德院士：高端光學(xué)元件超精密加工技術(shù)與裝備發(fā)展研究
來(lái)源：《中國(guó)工程科學(xué)》2023年第1期
作者：蔣莊德，李常勝，孫林，段端志，康城，陳杉杉，林啟敬，楊樹(shù)明
編者按
高端光學(xué)元件是決定高端裝備性能水平的核心零件，研究高端光學(xué)元件超精密加工技術(shù)與裝備發(fā)展，對(duì)于實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、滿(mǎn)足高端裝備產(chǎn)業(yè)需求具有積極意義。我國(guó)高端光學(xué)元件超精密制造技術(shù)及裝備，相比國(guó)際前沿存在階段性差距，成為制約高端裝備制造業(yè)發(fā)展的重大短板。
中國(guó)工程院蔣莊德院士研究團(tuán)隊(duì)在中國(guó)工程院院刊《中國(guó)工程科學(xué)》2023年第1期發(fā)表《高端光學(xué)元件超精密加工技術(shù)與裝備發(fā)展研究》一文。文章剖析了光學(xué)元件超精密加工方法與裝備、高性能基礎(chǔ)部件、超精密光學(xué)加工中的測(cè)量方法與裝備等的發(fā)展情況，凝練了精度與尺寸極端化、形狀與性能一體化、加工工藝復(fù)合化、加工與檢測(cè)一體化、裝備與工藝智能化等發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)廣泛的行業(yè)調(diào)研和研討，從需求、目標(biāo)、產(chǎn)品、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用示范、支撐保障等層次著手，形成了面向2035年我國(guó)高端光學(xué)元件超精密制造技術(shù)路線(xiàn)圖。針對(duì)性提出了優(yōu)化創(chuàng)新體系設(shè)置、組織優(yōu)勢(shì)資源成立技術(shù)聯(lián)盟，加大資源保障力度、布局基礎(chǔ)研究和技術(shù)攻關(guān)計(jì)劃，加強(qiáng)人才培育、構(gòu)建梯隊(duì)并擴(kuò)大隊(duì)伍規(guī)模，筑牢產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)、培育龍頭企業(yè)和專(zhuān)精特新“小巨人”企業(yè)等發(fā)展建議，以期促進(jìn)高端光學(xué)元件加工產(chǎn)業(yè)提升與高質(zhì)量發(fā)展。
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一、前言
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高端光學(xué)元件是決定航空航天、國(guó)防軍工、先進(jìn)民用等領(lǐng)域高端裝備性能的關(guān)鍵零件，典型應(yīng)用對(duì)象有：高分辨率對(duì)地觀(guān)測(cè)系統(tǒng)、大型天文望遠(yuǎn)鏡、X射線(xiàn)望遠(yuǎn)鏡、激光核聚變裝置、同步輻射裝置等大科學(xué)裝置，紫外 / 極紫外光刻機(jī)、精密慣性器件、飛行器光學(xué)導(dǎo)引頭、消費(fèi)電子產(chǎn)品、醫(yī)療器械等設(shè)備。重大裝備服役能力不斷提高，對(duì)高端光學(xué)元件性能提出了更高要求；僅以幾何尺寸公差為關(guān)注點(diǎn)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造理念難以適應(yīng)高性能光學(xué)元件的制造需求，光學(xué)元件的超精密制造面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。
以慣性約束激光核聚變?yōu)槔?，為了?shí)現(xiàn)核聚變“點(diǎn)火”所需的極端苛刻條件，美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置大規(guī)模采用了以熔石英、磷酸二氫鉀晶體材料為基礎(chǔ)的大口徑平面、非球面、離軸非球面等光學(xué)元件。我國(guó)在“神光”系列裝置上開(kāi)展了類(lèi)似研究。目前世界上均未實(shí)現(xiàn)核聚變“點(diǎn)火”目標(biāo)，分析表明，服役在短波長(zhǎng)范圍的高性能光學(xué)元件超精密制造及其抗強(qiáng)激光損傷特性成為制約激光核聚變驅(qū)動(dòng)器 ? 巨型激光裝置能否成功研制的瓶頸問(wèn)題。探究強(qiáng)激光紫外短波長(zhǎng)光學(xué)元件超精密制造過(guò)程中表面形貌及缺陷的形成、影響機(jī)制、抑制方法，可極大節(jié)約激光核聚變裝置的運(yùn)行維護(hù)成本、加速新一代激光核聚變點(diǎn)火裝置的研制進(jìn)程。
空間X射線(xiàn)探測(cè)是脈沖星全自主計(jì)時(shí)導(dǎo)航、X射線(xiàn)通信、空間環(huán)境監(jiān)測(cè)等工程應(yīng)用，天文觀(guān)測(cè)、太陽(yáng)X射線(xiàn)探測(cè)等空間科學(xué)探測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)?？臻gX射線(xiàn)反射鏡由多層輕質(zhì)薄壁復(fù)雜曲面鏡片經(jīng)同軸共焦精密裝配而成，要求加工至亞納米表面粗糙度、微弧度級(jí)斜率偏差、極少的加工缺陷。目前，相比發(fā)達(dá)國(guó)家X射線(xiàn)多層嵌套反射鏡加工技術(shù)，我國(guó)在反射鏡層數(shù)、分辨率方面差距明顯，研制高靈敏度空間X射線(xiàn)探測(cè)系統(tǒng)亟需解決相關(guān)難題。突破多層嵌套式X射線(xiàn)空間反射鏡制造新工藝的基礎(chǔ)理論與工藝方法，對(duì)推動(dòng)新一代航天器深空全自主導(dǎo)航與通信、深空探測(cè)、空間科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展具有重要的科學(xué)意義和工程價(jià)值。
在半導(dǎo)體芯片制造領(lǐng)域，極紫外光刻技術(shù)是國(guó)際半導(dǎo)體行業(yè)延續(xù)摩爾定律、確保光刻分辨率進(jìn)入7 nm/5 nm節(jié)點(diǎn)的核心關(guān)鍵所在。極紫外光刻物鏡需要適應(yīng)以全頻段、亞納米精度制造為代表的一系列苛刻要求，才能保證光刻性能：采用光學(xué)自由曲面設(shè)計(jì)，減小光學(xué)系統(tǒng)波前誤差，增大數(shù)值孔徑，減少元件數(shù)量；使用超低膨脹的微晶玻璃來(lái)保證工作穩(wěn)定性，而這種異質(zhì)材料的高性能超精密制造具有挑戰(zhàn)性。目前，只有德國(guó)蔡司集團(tuán)能夠生產(chǎn)面向大規(guī)模制造的極紫外光刻物鏡；我國(guó)重點(diǎn)研究的深紫外光刻物鏡制造技術(shù)，與國(guó)際先進(jìn)水平相比差距明顯，是制約極大規(guī)模集成電路制造技術(shù)發(fā)展的“卡脖子”環(huán)節(jié)。
我國(guó)高端光學(xué)元件超精密制造技術(shù)及裝備，相比國(guó)際前沿存在階段性差距，成為制約高端裝備制造業(yè)發(fā)展的重大短板。在高新技術(shù)領(lǐng)域國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)趨于激烈、一些國(guó)家試圖對(duì)我國(guó)進(jìn)行科技封鎖的背景下，“自主可控”解決光學(xué)制造這一“卡脖子”難題顯得尤為迫切。發(fā)展國(guó)產(chǎn)高端光學(xué)元件超精密加工技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)諸多大科學(xué)裝置、高端裝備應(yīng)用突破的必由之路。
中國(guó)工程院咨詢(xún)項(xiàng)目“高端光學(xué)系統(tǒng)的精密超精密加工技術(shù)及裝備的發(fā)展戰(zhàn)略研究”，廣泛開(kāi)展了文獻(xiàn)調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)考察、會(huì)議研討、問(wèn)卷調(diào)查，旨在推動(dòng)新形勢(shì)下高端光學(xué)元件超精密加工技術(shù)與裝備的高質(zhì)量發(fā)展。文章作為相關(guān)咨詢(xún)項(xiàng)目研究成果的學(xué)術(shù)性展示，梳理光學(xué)元件超精密加工方法與裝備、高性能基礎(chǔ)部件、超精密光學(xué)加工相關(guān)測(cè)量方法與裝備的發(fā)展現(xiàn)狀，分析理論、工藝、裝備、應(yīng)用等方面的瓶頸問(wèn)題，提煉超精密光學(xué)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，形成面向2035年高端光學(xué)元件超精密制造技術(shù)路線(xiàn)圖，以期為我國(guó)超精密加工技術(shù)領(lǐng)域基礎(chǔ)研究、技術(shù)攻關(guān)、裝備應(yīng)用等研究提供基礎(chǔ)性參考。
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二、國(guó)內(nèi)外高端光學(xué)元件超精密加工技術(shù)與裝備發(fā)展現(xiàn)狀
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高端光學(xué)元件制造的載體是精密 / 超精密光學(xué)加工機(jī)床。在以“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)（簡(jiǎn)稱(chēng)04專(zhuān)項(xiàng)）為代表的國(guó)家科技計(jì)劃支持下，我國(guó)初步形成了超精密加工機(jī)床自主研發(fā)能力，產(chǎn)品品種基本滿(mǎn)足重點(diǎn)領(lǐng)域需求，數(shù)控系統(tǒng)與關(guān)鍵功能部件的研發(fā)及配套能力基本形成。以04專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施完畢后的狀態(tài)來(lái)判斷，我國(guó)機(jī)床行業(yè)與國(guó)際先進(jìn)水平仍有15年左右的差距。
（一）超精密加工方法和裝備
美國(guó)企業(yè)在光學(xué)元件超精密加工領(lǐng)域起步最早、水平最高，歐洲企業(yè)緊隨其后，日本企業(yè)在中小型民用超精密加工領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)；這些企業(yè)技術(shù)體系成熟且注重技術(shù)原始創(chuàng)新，占據(jù)了大部分市場(chǎng)份額。近年來(lái)，我國(guó)的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)在國(guó)家重大需求的牽引下，積極開(kāi)展光學(xué)元件超精密加工技術(shù)研究，但與國(guó)外相比存在階段性差距。① 自主研制的超精密加工機(jī)床，其數(shù)控系統(tǒng)性能與可靠性、主軸回轉(zhuǎn)精度與轉(zhuǎn)速、溜板直線(xiàn)度與定位精度、納米級(jí)運(yùn)動(dòng)控制與補(bǔ)償、加工精度與范圍等方面普遍滯后于國(guó)際前沿水平；“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新與要素融合不足，基礎(chǔ)研究脫節(jié)，應(yīng)用技術(shù)轉(zhuǎn)化率不高，原創(chuàng)技術(shù)稀缺，以跟蹤研究為主流。② 在我國(guó)超精密加工機(jī)床市場(chǎng)上，國(guó)外公司占據(jù)主導(dǎo)地位，進(jìn)口產(chǎn)品擁有多數(shù)份額；國(guó)產(chǎn)機(jī)床集中在航空航天、國(guó)防軍工領(lǐng)域應(yīng)用，以高端民用為代表的大規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用尚未展開(kāi)。③ 國(guó)內(nèi)相關(guān)研究隊(duì)伍規(guī)模較大，然而具有國(guó)際影響力、引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的標(biāo)志性人才稀缺，有關(guān)超精密機(jī)床制造方面的基礎(chǔ)研究力量?jī)?chǔ)備薄弱。
（二）數(shù)控系統(tǒng)、關(guān)鍵功能部件和刀具
通過(guò)持續(xù)努力，我國(guó)在超精密機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)、關(guān)鍵功能部件、刀具等方面基本具備了自主保障能力。國(guó)產(chǎn)高檔數(shù)控系統(tǒng)的功能基本接近國(guó)外先進(jìn)系統(tǒng)，高檔數(shù)控系統(tǒng)配套應(yīng)用超過(guò)1500套，中檔數(shù)控系統(tǒng)配套超過(guò)7萬(wàn)套；高檔數(shù)控與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仍依賴(lài)進(jìn)口。國(guó)產(chǎn)功能部件平均無(wú)故障工作時(shí)間超過(guò)15 000 h，基本滿(mǎn)足數(shù)整機(jī)配套技術(shù)要求，但精密軸承、精密導(dǎo)軌、高精密光柵等基礎(chǔ)部件制造仍是薄弱環(huán)節(jié)。國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、精密光柵等核心部件未能形成貫通配套，應(yīng)用領(lǐng)域用戶(hù)的認(rèn)可度不高。刀具品種數(shù)量豐富（超過(guò)45 000種），行業(yè)用刀具國(guó)產(chǎn)化率提升至45%，但用于超精密加工的高性能刀具，在加工效率、使用壽命方面落后于進(jìn)口產(chǎn)品。
國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)格局具有低端快速膨脹、中端進(jìn)展緩慢、高端依賴(lài)進(jìn)口的特點(diǎn)。國(guó)產(chǎn)高端數(shù)控系統(tǒng)的功能、性能、可靠性等存在明顯不足，導(dǎo)致高檔數(shù)控系統(tǒng)市場(chǎng)90%以上被進(jìn)口產(chǎn)品占據(jù)。機(jī)床智能控制系統(tǒng)是新一代機(jī)床的重要組成部分，人工智能、數(shù)字孿生、云服務(wù)等技術(shù)是支撐智能控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，相關(guān)研究有待深入。
國(guó)產(chǎn)主軸的徑向回轉(zhuǎn)精度約為50 nm，不能適應(yīng)超精密機(jī)床的集成要求：電主軸的電機(jī)內(nèi)裝式結(jié)構(gòu)、高轉(zhuǎn)速下的亞 / 微米級(jí)高回轉(zhuǎn)精度尚未實(shí)現(xiàn)，氣體軸承剛度差、承載能力不足且難以保證高轉(zhuǎn)速下主軸的高回轉(zhuǎn)精度，液體靜壓軸承在油溫控制、油泵減振、油液防泄漏等方面有待提高。
國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)的徑向 / 軸向回轉(zhuǎn)精度約為25 nm，不能完全滿(mǎn)足超精密機(jī)床的研制要求。超精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)存在很多問(wèn)題，如液體靜壓轉(zhuǎn)臺(tái)的動(dòng)態(tài)特性不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)臺(tái)工作精度隨著溫度升高而降低。
國(guó)內(nèi)導(dǎo)軌加工仍停留在1 m長(zhǎng)度、1 μm直線(xiàn)度的水平，相應(yīng)的超高精度導(dǎo)軌沒(méi)有擺脫進(jìn)口依賴(lài)。氣浮導(dǎo)軌承載力低、穩(wěn)定性差，精密滾動(dòng)導(dǎo)軌副的抗振性欠佳、機(jī)械磨損大，液體靜壓導(dǎo)軌在溫升控制、流量控制等方面存在短板。
國(guó)產(chǎn)光柵位移傳感器占據(jù)世界市場(chǎng)的50%以上，但以中 / 低檔產(chǎn)品為主；大行程、高精度光柵直線(xiàn)位移傳感器，超精密圓光柵角位移傳感器的自主研發(fā)與制造能力薄弱，應(yīng)用于光刻機(jī)等高端制造裝備的二維光柵更是缺失。從位移傳感器產(chǎn)品的核心性能角度看，大行程（超過(guò)5 m）、高精度（優(yōu)于±5 μm）封閉式光柵，圓光柵編碼器（精度優(yōu)于±1″）等高端產(chǎn)品被國(guó)外企業(yè)壟斷。
國(guó)產(chǎn)超硬車(chē)銑刀具的精度和使用壽命等，與國(guó)外先進(jìn)水平相比差距明顯。金剛石砂輪結(jié)合劑的耐磨性較低，細(xì)粒度金剛石砂輪的磨削加工精度低、加工質(zhì)量不穩(wěn)定。拋光工具的平坦度較低，使用壽命較短，缺陷率較高。超高純膠體SiO2等高端原材料需要進(jìn)口。
（三）光學(xué)元件超精密加工中的測(cè)量方法與裝備
在機(jī)床精度測(cè)量方面，激光干涉儀、電容傳感器在超精密機(jī)床的幾何誤差測(cè)量中應(yīng)用廣泛，但需要配備多類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)件，成本高且操作復(fù)雜；快速在機(jī)誤差測(cè)量的儀器、測(cè)量方案、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)等亟需發(fā)展。通過(guò)試切法、誤差敏感性分析來(lái)識(shí)別機(jī)床幾何誤差在實(shí)際應(yīng)用中較為流行，深入研究誤差溯源分析算法并提高分析效率成為熱點(diǎn)。辨識(shí)超精密機(jī)床的幾何誤差與加工表面性能之間的關(guān)系及響應(yīng)機(jī)理，集成機(jī)床精度檢測(cè)裝置以匹配自適應(yīng) / 智能制造裝備的研制需求，是機(jī)床精度檢測(cè)技術(shù)的主要發(fā)展方向。
光學(xué)元件離線(xiàn)檢測(cè)設(shè)備主要依賴(lài)進(jìn)口，如超精密接觸式檢測(cè)設(shè)備方面的泰勒霍普森、蔡司、馬爾等品牌，干涉檢測(cè)設(shè)備方面的ZYGO、QED等品牌。針對(duì)非球面、自由曲面的超精密測(cè)量是光學(xué)元件檢測(cè)的難點(diǎn)，相應(yīng)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)為通用化、高精度兩類(lèi)方向：前者要求在不對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行明顯調(diào)整的情況下，快速自動(dòng)地進(jìn)行不同種類(lèi)光學(xué)表面的檢測(cè)；后者要求盡可能地提高檢測(cè)精度，用于檢測(cè)超高精度非球面（面形誤差為納米 / 亞納米量級(jí)，補(bǔ)償器精度、系統(tǒng)誤差的校正精度是關(guān)鍵）。
在光學(xué)元件在位測(cè)量方面，雖然提出了加工 ? 測(cè)量一體化理念，成功用于光學(xué)元件的精密加工過(guò)程并取得了原創(chuàng)性成果，但在位測(cè)量、加工 ? 測(cè)量一體化受測(cè)量原理、集成機(jī)理、技術(shù)難度等方面的制約，很難滿(mǎn)足多尺度、高精度、高頻響、動(dòng)態(tài)測(cè)量、多參量的測(cè)量需求。三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)表面具有廣泛應(yīng)用，相應(yīng)微表面形貌的測(cè)量不僅涉及粗糙度或瑕疵，而且與輪廓、形狀偏差、位置偏差密切相關(guān)。未來(lái)，在位測(cè)量需兼具高速性、實(shí)時(shí)性、高分辨率、大測(cè)量縱深、寬測(cè)量范圍。實(shí)現(xiàn)在位測(cè)量高精度信息獲取、高效率數(shù)據(jù)處理，關(guān)鍵在于融合局部測(cè)量 / 全局測(cè)量不確定度評(píng)定、測(cè)量單元與運(yùn)動(dòng)單元、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的測(cè)量分析理論與評(píng)定方法。
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三、高端光學(xué)元件超精密加工技術(shù)與裝備發(fā)展趨勢(shì)
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（一）精度與尺寸極端化
極大尺寸、極小尺寸、極高精度的光學(xué)元件，市場(chǎng)需求趨于迫切：① 大口徑非球面光學(xué)元件廣泛應(yīng)用于遙感衛(wèi)星、空間望遠(yuǎn)鏡、地基天文望遠(yuǎn)鏡等精密光學(xué)系統(tǒng)，其單體主鏡口徑為3~7 m；② 微結(jié)構(gòu)光學(xué)功能元件在三維成像、光學(xué)聚焦、測(cè)量、冷卻、減阻、潤(rùn)濕等方面應(yīng)用廣泛，相應(yīng)結(jié)構(gòu)尺寸可達(dá)微 / 納米級(jí)；③ 在面形精度、表面完整性要求進(jìn)一步提高后，超精密加工過(guò)程中的材料去除量降低至微米、納米，甚至原子量級(jí)。此外，原子及近原子尺度制造將能量直接作用于原子，通過(guò)構(gòu)建原子尺度結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)特定功能與性能，是新一代制造技術(shù)的趨勢(shì)之一，對(duì)革新高端光學(xué)器件制造具有積極意義。
在光學(xué)元件尺寸和精度極端化的背景下，需要優(yōu)化已有研究規(guī)劃，適時(shí)布局以極端精度與尺度制造為代表的新一代制造技術(shù)。立足微觀(guān)力學(xué)、機(jī)械制造的學(xué)科背景，積極推動(dòng)機(jī)械、物理、化學(xué)、材料等學(xué)科交叉，著力開(kāi)展以下基礎(chǔ)研究：納米及近原子尺度超精密加工的材料去除與遷移機(jī)理、光學(xué)材料多能場(chǎng)輔助的超精密加工新原理與新方法、光學(xué)材料超精密加工亞表面損傷的產(chǎn)生機(jī)理與抑制方法、光學(xué)元件近零損傷表面形成機(jī)理與工藝、復(fù)雜曲面光學(xué)元件高效超精密加工工藝，為高端光學(xué)元件超精密加工關(guān)鍵技術(shù)突破、先進(jìn)加工工藝與裝備開(kāi)發(fā)筑牢基礎(chǔ)。
（二）形狀與性能一體化
激光核聚變裝置、飛行器光學(xué)導(dǎo)引頭等光學(xué)元件的服役性能，既取決于幾何精度，也受到表層材料物理、化學(xué)、機(jī)械性質(zhì)變化的顯著影響。例如，激光核聚變裝置未能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的“點(diǎn)火”目標(biāo)，重要原因在于加工缺陷抑制水平不能滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)輻照損傷的要求。紫外光學(xué)元件高性能超精密制造及其抗強(qiáng)激光損傷特性，實(shí)際上成為制約激光核聚變裝置能否成功研制的瓶頸。
以加工精度作為單一評(píng)價(jià)指標(biāo)，已不再滿(mǎn)足高性能光學(xué)元件的制造要求，需要綜合使用幾何精度、表面完整性指標(biāo)對(duì)加工質(zhì)量進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。超精密光學(xué)元件加工由以往的幾何形狀與尺寸精度要求，提升為以性能要求為主、性能與幾何參數(shù)一體化的精密加工要求，此即高性能制造。需要建立面向使役性能要求的形狀 ? 性能一體化加工理論、方法以及工藝技術(shù)體系，為解決高性能光學(xué)元件的制造難題提供新方案。
（三）加工工藝復(fù)合化
高端光學(xué)元件苛刻的服役條件以及極高的性能要求，對(duì)革新光學(xué)制造技術(shù)提出迫切需求。高端光學(xué)元件表面形狀復(fù)雜化、表面結(jié)構(gòu)多樣化和微細(xì)化，對(duì)加工效率、加工質(zhì)量的要求更高，也提出了綠色低碳的環(huán)境要求。當(dāng)前主流的加工技術(shù)具有局限性，如加工效率偏低、加工精度低不足、表面質(zhì)量難保證、加工可達(dá)性差、環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)高等，高質(zhì)、高效、綠色的先進(jìn)超精密加工技術(shù)成為研究趨勢(shì)。
采用多能場(chǎng)輔助或者兩種以上加工工藝復(fù)合方法，可取長(zhǎng)補(bǔ)短并發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì)，克服上述局限性。未來(lái)研究重點(diǎn)有：探索新型加工工具材料，建立新型復(fù)合加工系統(tǒng)，深化復(fù)合加工機(jī)理研究，拓展復(fù)合加工技術(shù)應(yīng)用。復(fù)合加工技術(shù)朝著高精度、微細(xì)化方向發(fā)展，成為高端光學(xué)元件超精密加工的重要趨勢(shì)；針對(duì)性開(kāi)展超精密復(fù)合加工理論與技術(shù)創(chuàng)新研究，切實(shí)提升光學(xué)制造技術(shù)水平與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
（四）加工與檢測(cè)一體化
超精密光學(xué)制造突出表現(xiàn)在高精度、高性能、高效率的疊加，加工與檢測(cè)一體化是解決相應(yīng)難題的主要手段，針對(duì)制造中物理、化學(xué)過(guò)程的智能化調(diào)控更顯重要。制造裝備、工具、工藝、檢測(cè)設(shè)備等面臨變革，如制造工具需在多傳感器參與的感知調(diào)控下具備材料去除、添加或改性功能。在檢測(cè)方面，提高精度是關(guān)鍵，在位、高效、穩(wěn)定仍是主要目標(biāo)，支持實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)的多物理量檢測(cè)成為新發(fā)展方向。
在超精密加工與檢測(cè)一體化方面，重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容有：在線(xiàn)、在位測(cè)試與評(píng)定新原理和方法，加工裝備精度的在線(xiàn)檢測(cè)模型和系統(tǒng)，超精密加工機(jī)床精度指標(biāo)的測(cè)試與評(píng)定系統(tǒng)，高精度自由曲面及微細(xì)結(jié)構(gòu)測(cè)量的新原理與新方法，新型模塊化、可重組、多功能測(cè)試裝備技術(shù)，超精密測(cè)量誤差多源分離新方法。超精密加工測(cè)量的發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)為：高精度、大量程測(cè)量，形狀和位置精度的同步測(cè)量，多物理量檢測(cè)表征，高性能檢測(cè)的計(jì)量。
（五）裝備與工藝智能化
受高端光學(xué)系統(tǒng)的需求牽引，復(fù)雜面形或難加工材料元件的加工效率和精度不斷突破，衍生出的高端光學(xué)元件產(chǎn)品在通用領(lǐng)域得到更多應(yīng)用。在通用領(lǐng)域中的應(yīng)用規(guī)模拓展后，高端光學(xué)元件的規(guī)模化、定制化制造需求凸顯，從而提出了制造設(shè)備的高效率、高精度、智能化加工要求。在世界工業(yè)新一輪技術(shù)浪潮驅(qū)動(dòng)下，智能制造成為制造業(yè)的主導(dǎo)趨勢(shì)；工業(yè)強(qiáng)國(guó)采取積極行動(dòng)，促進(jìn)制造業(yè)在智能制造、智慧化生產(chǎn)等方向的革新發(fā)展。
目前，高端光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件較多采用定制化的設(shè)計(jì)生產(chǎn)模式，根據(jù)客戶(hù)特殊需要“量身定制”解決方案；生產(chǎn)制造企業(yè)需掌握設(shè)備生產(chǎn)工藝，將智能制造技術(shù)運(yùn)用到細(xì)分市場(chǎng)產(chǎn)品，進(jìn)而為各類(lèi)產(chǎn)品創(chuàng)建自動(dòng)化解決方案。著眼未來(lái)，智能制造裝備企業(yè)應(yīng)圍繞市場(chǎng)需求，構(gòu)建高度自動(dòng)化的生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)各種制造對(duì)象、各類(lèi)制造環(huán)境具有良好的適應(yīng)性。裝備與工藝智能化發(fā)展，將融合數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)，全面提升并高效運(yùn)用控制、傳感、精密制造、識(shí)別等關(guān)鍵技術(shù)。
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四、面向2035年我國(guó)高端光學(xué)元件超精密加工技術(shù)路線(xiàn)圖研究
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研究和編制高端光學(xué)元件超精密加工技術(shù)路線(xiàn)圖，可直接支撐我國(guó)在此技術(shù)方向的中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃、技術(shù)攻關(guān)、理論探索。研究依托相關(guān)咨詢(xún)項(xiàng)目，集聚領(lǐng)域內(nèi)院士、專(zhuān)家、學(xué)者的集體智慧，重點(diǎn)完成兩方面工作：① 開(kāi)展廣泛的文獻(xiàn)調(diào)研，與航天、航空、船舶、兵器、光學(xué)應(yīng)用、機(jī)床制造等領(lǐng)域的企業(yè)和科研院所實(shí)地調(diào)研相結(jié)合，全面把握我國(guó)高端光學(xué)元件超精密加工技術(shù)方向的發(fā)展態(tài)勢(shì)和需求情況；② 組織召開(kāi)了近20次研討會(huì)，面向86位本領(lǐng)域?qū)＜议_(kāi)展問(wèn)卷調(diào)查，精準(zhǔn)研判高端光學(xué)元件超精密加工技術(shù)方向的發(fā)展趨勢(shì)，形成我國(guó)技術(shù)發(fā)展布局建議。
以2035年為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)形成的高端光學(xué)元件超精密加工技術(shù)及裝備發(fā)展路線(xiàn)圖（見(jiàn)圖1），包含7個(gè)方面的內(nèi)容：應(yīng)用需求，發(fā)展目標(biāo)，重點(diǎn)產(chǎn)品，數(shù)控系統(tǒng)、關(guān)鍵功能部件和刀具，測(cè)量方法與裝備，光學(xué)元件制造共性關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)用示范工程。
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圖1 高端光學(xué)元件超精密加工技術(shù)及裝備發(fā)展路線(xiàn)圖
（一）應(yīng)用需求
1. 深入實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的需要
國(guó)家“十四五”規(guī)劃綱要提出，深入實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。高端光學(xué)元件作為制造業(yè)的核心基礎(chǔ)零件，其制造技術(shù)研究對(duì)加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力建設(shè)、推動(dòng)制造業(yè)優(yōu)化升級(jí)意義重大。X射線(xiàn)望遠(yuǎn)鏡、極紫外光刻機(jī)、激光核聚變裝置、自由電子激光裝置、同步輻射裝置等高端裝備列為科技前沿領(lǐng)域和重大基礎(chǔ)設(shè)施，關(guān)鍵光學(xué)元件的性能決定了這些高端裝備的性能，而當(dāng)前的制造水平不足以匹配光學(xué)元件的高性能制造需求。
2. 產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求
消費(fèi)電子、半導(dǎo)體制造、智能工業(yè)機(jī)床、紅外熱成像儀、車(chē)載鏡頭等產(chǎn)品，大量應(yīng)用光學(xué)元件和組件。2021年，我國(guó)光學(xué)鏡片、鏡頭、模組等元器件的市場(chǎng)規(guī)模為1568億元；技術(shù)更新速度快，相應(yīng)市場(chǎng)規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。國(guó)內(nèi)從事高端光學(xué)元件精密制造的企業(yè)，數(shù)量較少且產(chǎn)品集聚在中低端，在高分辨率定焦、大倍率變焦、超高清、光學(xué)防抖、安防監(jiān)控一體機(jī)鏡頭等中高端光學(xué)鏡頭制造方面的核心技術(shù)薄弱甚至部分缺失。開(kāi)展高端光學(xué)元件高性能超精密制造基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究，突破國(guó)內(nèi)市場(chǎng)格局并高質(zhì)量“走出去”，是國(guó)內(nèi)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的發(fā)展亟需。
3. 國(guó)防裝備發(fā)展需求
對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星、精確制導(dǎo)飛行器、高能激光器等裝備是國(guó)防裝備信息化和現(xiàn)代化的重要支撐，大口徑空間反射鏡、飛行器整流罩、折衍混合光學(xué)元件、高能激光組件等高端光學(xué)元件是先進(jìn)裝備的關(guān)鍵零件。這些關(guān)鍵零件的制造水平?jīng)Q定了國(guó)防裝備的設(shè)計(jì)性能與服役規(guī)模。然而，國(guó)產(chǎn)高端光學(xué)元件的超精密加工技術(shù)水平依然無(wú)法全面滿(mǎn)足先進(jìn)裝備發(fā)展需求，有關(guān)技術(shù)封鎖和設(shè)備禁運(yùn)也客觀(guān)存在，自主攻關(guān)高端光學(xué)元件超精密加工裝備及其關(guān)鍵技術(shù)極為迫切。
（二）發(fā)展目標(biāo)
1. 突破超精密加工的共性關(guān)鍵技術(shù)
圍繞高端光學(xué)元件的超精密制造需求，重點(diǎn)突破全頻譜納米 / 亞納米級(jí)精度創(chuàng)成、近無(wú)缺陷高表面完整性加工、超精密機(jī)床正向設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)資源建構(gòu)、超精密智能機(jī)床制造等共性關(guān)鍵技術(shù)，支持光學(xué)制造技術(shù)應(yīng)用從高精度提升至高性能。
2. 研發(fā)和應(yīng)用關(guān)鍵超精密加工裝備
在近期，重點(diǎn)研發(fā)應(yīng)用亟需但未能實(shí)現(xiàn)自主供給商品化、屬于國(guó)外禁運(yùn)的重大裝備，如4 m及以上口徑光學(xué)元件毛坯制造基礎(chǔ)裝備、輕量化及超精密磨削裝備、亞納米級(jí)加工裝備、超大口徑光學(xué)元件超精密測(cè)量?jī)x器。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升重大裝備性能并擴(kuò)充種類(lèi)，如7 m及以上口徑光學(xué)元件毛坯制造基礎(chǔ)裝備、輕量化及超精密磨削裝備、原子級(jí)加工裝備、超大口徑光學(xué)元件超精密測(cè)量?jī)x器、超大尺寸光學(xué)元件修復(fù)裝備、航天器機(jī)載光學(xué)元件制造及修復(fù)裝備。
3. 形成超精密制造領(lǐng)軍企業(yè)
優(yōu)化以國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家工程研究中心、省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為核心的光學(xué)元件超精密制造科研體系，引導(dǎo)“產(chǎn)學(xué)研”融合發(fā)展，推動(dòng)創(chuàng)新資源整合升級(jí)。鼓勵(lì)重點(diǎn)方向基礎(chǔ)良好的企業(yè)發(fā)展成為專(zhuān)精特新“小巨人”企業(yè)，建設(shè)示范性智能工廠(chǎng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的裝備應(yīng)用，提升產(chǎn)業(yè)鏈配套供給水平。發(fā)展光學(xué)元件超精密制造專(zhuān)業(yè)技術(shù)服務(wù)企業(yè)，支持形成良好的制造業(yè)生態(tài)。
4. 提升機(jī)床和單元部件的自主化率及市場(chǎng)占有率
打破我國(guó)光學(xué)元件加工機(jī)床行業(yè)“低端混戰(zhàn)、中端爭(zhēng)奪、高端失守、大而不強(qiáng)”的競(jìng)爭(zhēng)格局。在國(guó)產(chǎn)光學(xué)元件超精密制造裝備、高檔數(shù)控系統(tǒng)、超精密關(guān)鍵功能部件方面，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率近期目標(biāo)均為70%，2035年提升至80%。
（三） 重點(diǎn)產(chǎn)品
1. 超精密車(chē)削裝備
到2025年，面形誤差PV≤0.2 μm/75 mm，表面粗糙度Ra≤3 nm。到2030年，面形誤差PV≤0.15 μm/75 mm，表面粗糙度Ra≤2 nm。到2035年，面形誤差PV≤0.1 μm/75 mm，表面粗糙度Ra≤1.5 nm。
2. 超精密銑削裝備
到2025年，面形誤差PV≤0.3 μm/75 mm，表面粗糙度Ra≤10 nm。到2030年，面形誤差PV≤0.2 μm/75 mm，表面粗糙度Ra≤8 nm。到2035年，面形誤差PV≤0.15 μm/75 mm，表面粗糙度Ra≤5 nm。
3. 超精密磨削裝備
到2025年，加工口徑≥4 m，面形誤差PV≤10 μm/m，亞表面損傷≤35 μm。到2030年，加工口徑≥5 m，面形誤差PV≤8 μm/m，亞表面損傷≤25 μm。到2035年，加工口徑≥7 m，面形誤差PV≤8 μm/m，亞表面損傷≤15 μm。
4. 超精密拋光裝備
到2025年，加工口徑≥4 m，面形誤差RMS≤12 nm。到2030年，加工口徑≥5 m，面形誤差RMS≤8 nm。到2035年，加工口徑≥7 m，面形誤差RMS≤5 nm。
（四）數(shù)控系統(tǒng)、關(guān)鍵功能部件和刀具
1. 數(shù)控系統(tǒng)
建立開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化的云架構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，基于云平臺(tái)的智能數(shù)控系統(tǒng)。云上控制編程處理靈活，開(kāi)放性良好，支持手機(jī)、筆記本電腦、工業(yè)計(jì)算機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)等多種人機(jī)交互前端。突破多軸、多通道、納米插補(bǔ)數(shù)控加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)加工、刀具壽命管理、在位測(cè)量、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真、自監(jiān)控、維護(hù)、優(yōu)化、重組等功能。
2. 關(guān)鍵功能部件
到2025年，突破超精密動(dòng)靜壓軸承制造與檢測(cè)、超精密反饋元件與運(yùn)動(dòng)控制等技術(shù)，具備高精度、高剛度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的功能部件制造能力。到2030年，突破多物理量可調(diào)運(yùn)動(dòng)部件、檢測(cè)單元等技術(shù)，具備高性能功能部件制造能力。到2035年，突破關(guān)鍵功能部件多物理量狀態(tài)感知、多物理量調(diào)控、精度 / 剛度補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，具備智能化功能部件制造能力。
3. 刀具
在金剛石砂輪方面，近期具備批量生產(chǎn)和應(yīng)用細(xì)粒度、高性能金剛石 / CBN砂輪的能力，進(jìn)一步發(fā)展超細(xì)粒度、高性能金剛石 / CBN砂輪。在金剛石車(chē) / 銑刀具方面，著重發(fā)展復(fù)合納米結(jié)構(gòu)化刀具，解決加工表面中高頻誤差大、加工效率和精度難以兼顧的難題。在拋光工具方面，近期發(fā)展多種可控柔體亞納米拋光工具，進(jìn)一步發(fā)展刀具工作狀態(tài)智能化監(jiān)測(cè)、刀具數(shù)字化設(shè)計(jì)制造一體化等技術(shù)。
（五）測(cè)量方法與裝備
1. 機(jī)床精度測(cè)量
在快速在機(jī)誤差測(cè)量?jī)x器和標(biāo)準(zhǔn)方面，開(kāi)發(fā)新一代測(cè)量?jī)x器、方案和標(biāo)準(zhǔn)，破解激光干涉儀、電容傳感器價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜等難題。在超精密機(jī)床誤差識(shí)別與實(shí)時(shí)補(bǔ)償技術(shù)方面，開(kāi)發(fā)誤差溯源分析算法，高效識(shí)別幾何誤差；優(yōu)化機(jī)床幾何誤差在機(jī)測(cè)量的快速解算方法，實(shí)現(xiàn)誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。在機(jī)床誤差的自適應(yīng) / 智能檢測(cè)與評(píng)價(jià)方面，探究技術(shù)機(jī)理，揭示超精密機(jī)床的幾何誤差與加工表面質(zhì)量之間的關(guān)系及響應(yīng)機(jī)制。
2. 光學(xué)元件在位測(cè)量
在光學(xué)元件的低應(yīng)力、高效率、接觸式測(cè)量技術(shù)方面，降低接觸應(yīng)力對(duì)光學(xué)元件的破壞作用，削弱針尖磨損導(dǎo)致的測(cè)量精度退化效應(yīng)，提升接觸式在位測(cè)量的效率。在復(fù)雜光學(xué)元件的非接觸式納米 / 亞納米精度測(cè)量技術(shù)方面，突破機(jī)床溫變、振動(dòng)、污染條件下復(fù)雜光學(xué)元件幾何精度的超精密檢測(cè)難題。在光學(xué)元件的多模態(tài)跨尺度形性測(cè)量技術(shù)方面，實(shí)現(xiàn)面形精度、微觀(guān)形貌、表面缺陷、亞表面損傷、殘余應(yīng)力等多模態(tài)、跨尺度表面特性與使役性能的快速表征。
3. 光學(xué)元件離線(xiàn)測(cè)量
在復(fù)雜光學(xué)元件亞納米幾何精度測(cè)量技術(shù)方面，突破高陡度非球面、自由曲面的全頻譜亞納米精度檢測(cè)難題。在光學(xué)元件表面完整性的多參數(shù)、多傳感器協(xié)同表征技術(shù)方面，實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件多參數(shù)表面完整性的實(shí)時(shí)定量準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，提升加工缺陷的修復(fù)精度。在光學(xué)元件時(shí) ? 空域形性參數(shù)的跨尺度表征與信息融合技術(shù)方面，面向光學(xué)元件使役性能要求，形成形性一體化制造能力。
（六）光學(xué)元件制造共性關(guān)鍵技術(shù)
1. 全頻譜納米 / 亞納米級(jí)精度創(chuàng)成
復(fù)雜光學(xué)元件的全頻譜納米 / 亞納米級(jí)精度創(chuàng)成決定了光刻物鏡、空間光學(xué)、強(qiáng)光光學(xué)等方面的應(yīng)用水平，研究難度表現(xiàn)在：納米精度要求穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)亞納米量級(jí)的材料去除；復(fù)雜形狀引起材料去除率變化，需要進(jìn)行有效補(bǔ)償；全頻段誤差、加工缺陷等影響光學(xué)性能，要求實(shí)現(xiàn)一致收斂和去除?，F(xiàn)有光學(xué)加工方法較多基于經(jīng)驗(yàn)，具有不確定性，難以克服現(xiàn)代光學(xué)零件加工的性能瓶頸，需要突破異質(zhì) / 各向異性材料納米量級(jí)可控去除、復(fù)雜曲面可控補(bǔ)償修形、弱剛度光學(xué)元件確定性去除、微弧度級(jí)斜率誤差抑制、光學(xué)制造裝備運(yùn)動(dòng)軸性能設(shè)計(jì)、復(fù)雜曲面全頻段超精密檢測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)。
2. 近無(wú)缺陷高表面完整性加工
采用單一物理場(chǎng)的加工方法，很難實(shí)現(xiàn)高精度的近零亞表面損傷加工；原子級(jí)多物理場(chǎng)納米加工機(jī)理研究匱乏，加工表面容易出現(xiàn)脆性裂紋、加工缺陷、表層物理和化學(xué)特性變化。研究多能場(chǎng)復(fù)合加工中表面完整性的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程及其影響因素，辨明實(shí)現(xiàn)近無(wú)缺陷高表面完整性加工的條件，需要突破面向光學(xué)元件使役性能的表面完整性設(shè)計(jì)、光學(xué)元件控域控量控性、表面加工缺陷確定性原位修復(fù)、跨尺度表面缺陷無(wú)損精確表征、多參數(shù)表面完整性多物理場(chǎng)表征等關(guān)鍵技術(shù)。
3. 超精密數(shù)控機(jī)床正向設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)資源建構(gòu)
國(guó)產(chǎn)精密 / 超精密光學(xué)加工機(jī)床的精度、可靠性、穩(wěn)定性，相比國(guó)際先進(jìn)水平存在階段性差距，缺乏面向機(jī)床使役性能的正逆向設(shè)計(jì)方法是導(dǎo)致上述差距的重要原因。超精密機(jī)床的正向設(shè)計(jì)，取決于設(shè)計(jì)資源數(shù)據(jù)庫(kù)，機(jī)床的精度及剛度與機(jī)床結(jié)構(gòu)、零部件精度、控制參數(shù)之間的關(guān)系模型；需要突破數(shù)控機(jī)床的功能設(shè)計(jì)、構(gòu)型設(shè)計(jì)，精度設(shè)計(jì)、靜 / 動(dòng)剛度設(shè)計(jì)、熱平衡設(shè)計(jì)，包括動(dòng)力學(xué)優(yōu)化、輕量化設(shè)計(jì)在內(nèi)的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)；構(gòu)建開(kāi)放的工藝軟件與數(shù)據(jù)庫(kù)，集成完備的設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)、知識(shí)庫(kù)、案例庫(kù)。
4. 超精密智能機(jī)床制造
超精密機(jī)床制造技術(shù)薄弱，是國(guó)產(chǎn)光學(xué)加工裝備性能落后于進(jìn)口產(chǎn)品的關(guān)鍵因素之一。提高超精密機(jī)床制造水平，需兼顧關(guān)鍵零部件制造與整機(jī)裝配、智能機(jī)床系統(tǒng)與技術(shù)的發(fā)展：對(duì)于前者，需要突破基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件低應(yīng)力制造、高分辨率納米 / 亞納米運(yùn)動(dòng)伺服進(jìn)給系統(tǒng)制造、工件臺(tái)納米定位與運(yùn)動(dòng)協(xié)同控制、超精密空氣主軸與全約束閉合式油靜壓導(dǎo)軌制造、自動(dòng)調(diào)平間斷式空氣隔振系統(tǒng)制造、超精密切削與高效低損傷磨拋工具制造等方面的關(guān)鍵技術(shù)；對(duì)于后者，需要突破高穩(wěn)定性智能伺服調(diào)整、熱變形智能控制、加工狀態(tài)實(shí)時(shí)智能導(dǎo)航、五軸加工誤差智能調(diào)諧、智能實(shí)時(shí)防碰撞系統(tǒng)、加工過(guò)程切削負(fù)載自適應(yīng)智能控制、機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)智能診斷與預(yù)警等關(guān)鍵技術(shù)。
（七）應(yīng)用示范工程
1. 大口徑輕量化空間光學(xué)元件制造
高分辨率對(duì)地觀(guān)測(cè)系統(tǒng)、X射線(xiàn)望遠(yuǎn)鏡等空間裝備，以大口徑光學(xué)元件為核心功能支撐。大口徑光學(xué)元件材料硬脆、面形復(fù)雜、極端輕量化，需要實(shí)現(xiàn)全頻譜納米級(jí)加工精度，而國(guó)產(chǎn)制造裝備在口徑、精度、效率方面均不能滿(mǎn)足要求。建議實(shí)施大口徑輕量化空間光學(xué)元件制造應(yīng)用示范工程，形成4 m口徑空間光學(xué)元件的超精密高效率磨削、拋光、修形、檢測(cè)技術(shù)與國(guó)產(chǎn)化裝備。
2. 探測(cè)制導(dǎo)光學(xué)元件高性能超精密制造
精密復(fù)雜慣性器件、高陡度保形光學(xué)元件等，較多采用高硬脆性材料，面臨共形、氣動(dòng)熱、高光譜、高過(guò)載等使役環(huán)境挑戰(zhàn)；通過(guò)加工精度、材料特性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的耦合調(diào)控，才能獲得預(yù)期的探測(cè)制導(dǎo)性能。建議實(shí)施面向使役性能的光學(xué)元件設(shè)計(jì) ? 加工 ? 測(cè)量一體化制造應(yīng)用示范工程，揭示極端服役環(huán)境下加工精度對(duì)服役性能的影響機(jī)制，形成探測(cè)制導(dǎo)光學(xué)元件的高性能超精密制造技術(shù)與國(guó)產(chǎn)化加工裝備。
3. 強(qiáng)光光學(xué)元件抗輻照損傷制造
激光點(diǎn)火裝置、高能激光器的強(qiáng)光光學(xué)元件服役于強(qiáng)激光環(huán)境，因加工缺陷誘導(dǎo)的輻照損傷成為制約相應(yīng)裝備性能提升的瓶頸。建議實(shí)施強(qiáng)光光學(xué)元件抗輻照損傷制造應(yīng)用示范工程，揭示微納米加工缺陷對(duì)抗輻照損傷性能的影響及抑制機(jī)理，形成近無(wú)缺陷強(qiáng)光元件的高性能制造技術(shù)和國(guó)產(chǎn)化磨削、拋光、缺陷抑制裝備。
4. 極紫外光刻機(jī)物鏡超精密制造
光刻物鏡的制造水平?jīng)Q定著光刻機(jī)的制程精度，我國(guó)在此方向的技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，尚無(wú)自主可控的產(chǎn)品可供應(yīng)用，而進(jìn)口渠道不可依賴(lài)。建議實(shí)施極紫外光刻機(jī)物鏡超精密制造應(yīng)用示范工程，闡明原子 / 近原子尺度加工機(jī)理，形成全頻譜亞納米精度光刻物鏡加工技術(shù)與國(guó)產(chǎn)化拋光、修形、檢測(cè)裝備。
南京藝匠精密加工收集
五、我國(guó)高端光學(xué)元件超精密加工技術(shù)與裝備發(fā)展建議
南京藝匠精密加工收集
（一）優(yōu)化創(chuàng)新體系設(shè)置，組織優(yōu)勢(shì)資源成立技術(shù)聯(lián)盟
建議設(shè)立國(guó)家超精密加工技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心、光學(xué)元件超精密制造技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟。采取“政產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新模式，積極發(fā)揮政府引導(dǎo)作用，形成市場(chǎng)主導(dǎo)的發(fā)展模式。強(qiáng)化用戶(hù)工藝主導(dǎo)的主機(jī)研發(fā)理念，突出用戶(hù)工藝應(yīng)用驗(yàn)證，提升超精密加工機(jī)床的工藝適應(yīng)性。組織企業(yè)需求對(duì)接、重大項(xiàng)目論證、關(guān)鍵技術(shù)研討，著力解決機(jī)床正向設(shè)計(jì)與資源構(gòu)建、超精密機(jī)床制造、可靠性與精度保持性、納米 / 亞納米精度創(chuàng)成、近無(wú)缺陷加工等關(guān)鍵技術(shù)和瓶頸環(huán)節(jié)。
（二）加大資源保障力度，布局基礎(chǔ)研究和技術(shù)攻關(guān)計(jì)劃
在國(guó)家各類(lèi)科技計(jì)劃中，有層次、有重點(diǎn)地支持光學(xué)元件超精密加工技術(shù)發(fā)展。建議設(shè)立“關(guān)鍵光學(xué)元件高性能制造基礎(chǔ)”國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、“光學(xué)制造基礎(chǔ)”國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃，支持突破光學(xué)元件高性能制造的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)。建議接續(xù)實(shí)施“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)，增設(shè)“光學(xué)元件高性能超精密制造技術(shù)與裝備”專(zhuān)題，為超精密數(shù)控機(jī)床發(fā)展提供關(guān)鍵支持。建議“高性能制造技術(shù)與重大裝備”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目加大對(duì)光學(xué)元件超精密制造技術(shù)與裝備的支持力度，推動(dòng)光學(xué)制造共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用示范。
（三）加強(qiáng)人才培育，構(gòu)建梯隊(duì)并擴(kuò)大隊(duì)伍規(guī)模
機(jī)床領(lǐng)域相對(duì)“冷門(mén)”，在高校中的學(xué)科地位被弱化，高端人才流失現(xiàn)象嚴(yán)重，人才梯隊(duì)建設(shè)較為滯后。構(gòu)建本領(lǐng)域的國(guó)家戰(zhàn)略科技力量，需要依托創(chuàng)新型領(lǐng)軍企業(yè)、具有比較優(yōu)勢(shì)的科研院所，在培養(yǎng)、引進(jìn)、用好領(lǐng)軍人才、創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)方面積極作為。建立高端人才引進(jìn)通道，完善配套政策，運(yùn)用技術(shù)入股、股權(quán)激勵(lì)、成果轉(zhuǎn)化收益分配等機(jī)制。培育面向工業(yè)創(chuàng)新需求的工程技術(shù)人才、基礎(chǔ)扎實(shí)的應(yīng)用型研發(fā)人才，合理擴(kuò)大隊(duì)伍規(guī)模?？稍诟黝?lèi)科技計(jì)劃中增設(shè)定向項(xiàng)目，給與專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)連續(xù)支持，保持研究隊(duì)伍穩(wěn)定。
（四）筑牢產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)，培育龍頭企業(yè)、專(zhuān)精特新“小巨人”企業(yè)
建議發(fā)布政策并配套保障資源，支持國(guó)產(chǎn)超精密機(jī)床、高檔數(shù)控系統(tǒng)、高性能關(guān)鍵功能部件、高性能刀具的產(chǎn)品研發(fā)與示范應(yīng)用，兼顧市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提升和自主可控能力增強(qiáng)。培育光學(xué)制造技術(shù)與裝備方面的龍頭企業(yè)，鼓勵(lì)關(guān)聯(lián)企業(yè)發(fā)展成為專(zhuān)精特新“小巨人”企業(yè)，在財(cái)稅、投融資、技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品進(jìn) / 出口、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、國(guó)際合作等方面給與重點(diǎn)支持。
