由于研磨阶段非球面的面形误差将由几十微米收敛到几个微米,因此采用高重复精度的离散测量技术是决定误差收敛效率、影响加工进程的关键.在新一代数控光学加工中心(FSGJ-Ⅱ)上,设计了双测头对非球面进行面形定量检测的轮廓测量机构.通过对测头运动导轨在x、z方向的直线精度的分析,建立了导轨直线度误差补偿模型,以较低的成本实现了较高的测量精度.

SiC是目前空间用大口径反射镜的首选材料，随着空间光学系统的发展。出现了1m以上空间用SiC反射镜的需求。对该反射镜采用焊接拼接然后再进行加工可以节约成本，降低风险。作为演示实验件，首先，对直径为600mm的焊接SiC反射镜进行了焊接拼接，粗磨成型、精细研磨和粗抛光。然后。采用CCOS技术对反射镜进行了精抛光，并分析了加工过程中焊缝边缘优先去除的原因和抛光过程镜面变形对加工结果的影响。最后，反射镜面形收敛到RMS值1／20λ（λ=632．8nm）。结果表明，所采用的焊接技术和加工工艺制造的反射镜可以满足空间反射镜的需要。

为了消除SiC反射镜的固有缺陷,提高反射式光学系统的信噪比,使用SiC表面改性技术对同轴三反射（TMC）光学系统的SiC反射镜进行了处理。首先,应用等离子体辅助沉积（PIAD）技术沉积了一层Si改性层,接着对改性层进行精密抛光,然后在反射镜表面镀制Ag膜和增强膜,最后获得了表面改性对TMC光学系统信噪比的影响。Wyko轮廓仪测试表明,SiC反射镜的粗糙度Ra由10.42nm降低到了0.95nm;镀制高反射膜后,主镜、次镜、三镜及折叠镜在0.5～0.8μm可见光波段的反射率＆gt;98%。计算结果表明,应用了表面改性技术后TMC反射式光学系统的信噪比提高了5%以上,说明SiC表面改性技术是一种提高TMC光学系统信噪比的有效方法。

为了实现某大口径碳化硅材料凸非球面反射镜检验，研究了无像差点法以及补偿检验法方案。经过比较优选，确定选用补偿检验方案并专门设计了高精度大口径非球面补偿器，设计精度为PV：0．008 2λ，RMS：0．0029λ（λ=632．8nm）。采用会聚光束，使用大口径数字干涉仪进行凸非球面正面检测，最终检测结果为0．022λ（RMS）。所述补偿器的设计方法和要求具有普遍性，设计结果也可用于同类型大口径凸非球面检验用补偿器的设计。采用该方法提高了凸非球面检测精度，并且在凸非球面镜的材料选择、结构设计、支撑方式等方面提供了更多的优化空间，为新型光学材料在凸非球面反射镜的应用奠定了基础。

为实现对用于红外侦察、预警相机中的非球面元件的快速加工,研制成功了具有两种运动方式、双磨头姿态的六轴联动型非球面数控光学加工中心FSGJ-Ⅱ。在系统多机构自由度的优势下,对系统加工、检测轨迹进行了优化设计。同时,基于对相邻点面形变化率的比较,借助于一实际矩形离轴非球面,构建了适用于非回转对称离轴非球面加工、检测轨迹的常规方程。

磁流变抛光是近十年来的一种新兴的先进光学制造技术,它利用磁流变抛光液在梯度磁场中发生流变而形成的具有粘塑行为的柔性“小磨头“进行抛光.被抛光光学元件的材料去除是在抛光区内实现的.首先简要阐述了磁流变抛光的抛光机理,然后利用标准磁流变抛光液进行抛光实验.研究了磁流变抛光中几种主要工艺参数对抛光区的大小和形状以及材料去除率的影响情况.最后给出了磁流变抛光材料去除的规律.

结合非球面轮廓检验和抛光工艺技术设备的研究,探讨了一种规范化的针对中小口径非球面元件的加工方法,并具体分析了实现非球面高效率批量化生产的技术途径,为中小非球面元件的广泛应用提供了有利的技术支持.

本文以超声波加工机对玻璃等硬脆材料元件的加工工艺为主要研究对象，阐述了超声波加工的原理、变幅杆和刀具的设计以及加工工艺的研究，并将它应用在空间光学系统中光学元件的轻量化的加工。同时对加工后的表面微观特性－表面微裂纹和表面微应力进行具体测试分析，以解决在复杂的空间环境中元件的表面质量对使用精度和应力变形的影响，从而提出适于大型光学元件轻量化的工艺技术方法。

介绍了空间相机中的离轴非球面第三反射镜(矩形口径)在数控加工过程中在研磨和抛光阶段的检测情况。利用自行研制的非球面测量机对研磨阶段离轴非球面的面形精度进行了测量,其最后的研磨精度达到了1μm(RMS)。抛光阶段离轴非球面的检测采用的是补偿法,其中零位补偿器是补偿检验的关键元件。该离轴非球面的最终面形达到了在200 mm通光口径内约λ/30的精度(λ=0.632 8μm)。

用于红外侦察、预警相机中的非球面,当直径大于500mm时,非球面的偏离量大约为200μm以上(PV值),目前的发展趋势是非球面偏离量还会继续加大.如果从最接近球面开始修磨,则工作量较大、工作周期较长.所述加工系统基于直接成型非球面的思想进行开发,通过精度标定,借助于误差补偿手段保证了系统的加工精度,实现了非球面快速铣磨成型的目的.