1毫米刻6000道槽！長春光機(jī)所8年打磨"精密機(jī)械之王"

他們的手不像科學(xué)家，倒像工人。在1毫米距離里劃出6000道刻槽，約20公里行程范圍內(nèi)保證刻槽間距誤差小于一根頭發(fā)絲的千分之一——這是被譽(yù)為“精密機(jī)械之王”的難度。

中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械和物理研究所歷時8年，日前成功研制大型高精度衍射光柵刻劃機(jī)，同時攻克把光柵“做大”和“做精”的世界性難題，在這場追逐精密機(jī)械王冠的競爭中先拔頭籌。

手工磨、沖極限--工匠精神砥礪8年

如果在原子力顯微鏡下細(xì)數(shù)，長春光機(jī)所制造的大面積光柵，表層每1毫米都包含了6000個形狀一致、間距相等的“小樓梯”。能夠一刀一刀刻劃出如此繁復(fù)精確的結(jié)構(gòu)，光柵刻劃機(jī)自身的精度又從何而來?

“機(jī)器加工+手工打磨?！遍L春光機(jī)所研究員巴音賀希格說。

項(xiàng)目在2009年啟動之初，首要的研制難題就是刻劃機(jī)“三大件”--絲杠、蝸輪、導(dǎo)軌。由于刻劃機(jī)是制造高精度光柵的母機(jī)，幾乎所有關(guān)鍵部件都沖擊極限水平，無法由現(xiàn)有精度的機(jī)床加工而成，所以研究團(tuán)隊決定在機(jī)器加工的基礎(chǔ)上，手工進(jìn)行研磨。

長春光機(jī)所專程把我國機(jī)械刻劃光柵創(chuàng)始人梁浩明請回來指導(dǎo)。80歲的老專家張?zhí)┯H自上陣，帶領(lǐng)一群由博士、碩士組成的科研團(tuán)隊每天研磨、加工和檢測，用近1年加工出絲杠，又用了6個月加工出蝸輪、8個月加工出導(dǎo)軌。

“有一次，我們?nèi)ネ饷娼涣?。一握手，別人都說，你們的手不像科學(xué)家，倒像工人。”巴音賀希格回憶。

項(xiàng)目驗(yàn)收專家組組長曹健林評價:大型高精度衍射光柵刻劃機(jī)歷經(jīng)8年研制成功，是中國科研工作者工匠精神的集中體現(xiàn)。

高精尖、應(yīng)用廣——“精密機(jī)械之王”能做啥?

光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡幫助人類探測深空的奧妙，甚至看到宇宙被點(diǎn)亮?xí)r的情景。制造大口徑光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡，離不開大面積高精度光柵。

長春光機(jī)所所長賈平說，他們研制光柵刻劃機(jī)，就是要制造出更大面積、更高精度的光柵。

光柵又是什么?這是一種形如柵欄，用于測量光譜信息的儀器“芯片”。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人唐玉國介紹，天文觀測中，光譜信息讓人們了解天體的構(gòu)成，揭示宇宙誕生及演化規(guī)律;光通信領(lǐng)域，光柵的分光作用使得不同波長的光能夠攜帶信息順著光纖飛入千家萬戶;生活中，利用光譜信息可以快速探查農(nóng)藥殘留、鋼材質(zhì)量、爆炸物特性以及血液樣本是否符合健康標(biāo)準(zhǔn)。

大功率激光器也少不了光柵。公開資料顯示，美國波音公司、利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合實(shí)施的核預(yù)警以及導(dǎo)彈攔截計劃，就用到了大面積、高精度光柵。

光柵可以復(fù)制，但模板必須由刻劃機(jī)制成。長春光機(jī)所研究員齊向東說，他們的光柵刻劃機(jī)能夠制造400mm×500mm中階梯光柵，是目前世界上最大的中階梯光柵，相比已知最先進(jìn)的、應(yīng)用在美國夏威夷凱克天文望遠(yuǎn)鏡上的光柵，更大、更精密。

老中青、自主研制——我國精密機(jī)械加工技術(shù)已進(jìn)入世界領(lǐng)先水平

長春光機(jī)所是我國光柵的發(fā)源地。1959年，我國第一臺自主研制的光柵刻劃機(jī)和第一塊光柵就在這里誕生。

由于資金限制，大光柵刻劃機(jī)的研發(fā)一度停滯。進(jìn)入21世紀(jì)，大面積高精度中階梯光柵已經(jīng)成為制約我國相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的“短板”，盡快研制此類光柵也是各光柵強(qiáng)國之間展開競爭的焦點(diǎn)。

在中科院和財政部的策劃協(xié)調(diào)下，長春光機(jī)所獲得國家重大科研裝備研制項(xiàng)目支持，“大型高精度衍射光柵刻劃系統(tǒng)的研制”于2009年1月正式啟動。

齊向東介紹，項(xiàng)目形成老中青人才梯隊，使關(guān)鍵技術(shù)得到有效傳承和突破。其中，在尚無國家標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)領(lǐng)域取得6項(xiàng)超常規(guī)突破、7項(xiàng)超國標(biāo)最高等級、35項(xiàng)優(yōu)于國標(biāo)精密級水平。

賈平告訴記者，光柵刻劃機(jī)項(xiàng)目培養(yǎng)出的人才團(tuán)隊，將在其它精密機(jī)械加工項(xiàng)目中再接再厲，充分發(fā)揮科技才能。

“大型高精度光柵刻劃機(jī)的成功研制，標(biāo)志著我國大面積光柵制造技術(shù)達(dá)到了國際前沿?！卑鸵糍R希格說，“也證明我國的精密機(jī)械加工技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入世界領(lǐng)先水平?！?/p>

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。