1毫米刻6000道槽！長(zhǎng)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(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械和物理研究所歷時(shí)8年，日前成功研制大型高精度衍射光柵刻劃?rùn)C(jī)，同時(shí)攻克把光柵“做大”和“做精”的世界性難題，在這場(chǎng)追逐精密機(jī)械王冠的競(jìng)爭(zhēng)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(zhǎng)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(gè)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?rùn)C(jī)自身的精度又從何而來?

“機(jī)器加工+手工打磨?！遍L(zhǎng)春光機(jī)所研究員巴音賀希格說。

項(xiàng)目在2009年啟動(dòng)之初，首要的研制難題就是刻劃?rùn)C(jī)“三大件”--絲杠、蝸輪、導(dǎo)軌。由于刻劃?rùn)C(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(duì)決定在機(jī)器加工的基礎(chǔ)上，手工進(jìn)行研磨。

長(zhǎng)春光機(jī)所專程把我國(guó)機(jī)械刻劃光柵創(chuàng)始人梁浩明請(qǐng)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(duì)每天研磨、加工和檢測(cè)，用近1年加工出絲杠，又用了6個(gè)月加工出蝸輪、8個(gè)月加工出導(dǎo)軌。

“有一次，我們?nèi)ネ饷娼涣鳌Ｒ晃帐郑瑒e人都說，你們的手不像科學(xué)家，倒像工人?！卑鸵糍R希格回憶。

項(xiàng)目驗(yàn)收專家組組長(zhǎng)曹健林評(píng)價(jià):大型高精度衍射光柵刻劃?rùn)C(jī)歷經(jīng)8年研制成功，是中國(guó)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(cè)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(zhǎng)春光機(jī)所所長(zhǎng)賈平說，他們研制光柵刻劃?rùn)C(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(cè)量光譜信息的儀器“芯片”。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人唐玉國(guó)介紹，天文觀測(cè)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(zhǎng)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(guó)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(jì)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?rùn)C(jī)制成。長(zhǎng)春光機(jī)所研究員齊向東說，他們的光柵刻劃?rùn)C(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(guó)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(guó)精密機(jī)械加工技術(shù)已進(jìn)入世界領(lǐng)先水平

長(zhǎng)春光機(jī)所是我國(guó)光柵的發(fā)源地。1959年，我國(guó)第一臺(tái)自主研制的光柵刻劃?rùn)C(jī)和第一塊光柵就在這里誕生。

由于資金限制，大光柵刻劃?rùn)C(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(guó)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(guó)之間展開競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。

在中科院和財(cái)政部的策劃協(xié)調(diào)下，長(zhǎng)春光機(jī)所獲得國(guó)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(dòng)。

齊向東介紹，項(xiàng)目形成老中青人才梯隊(duì)，使關(guān)鍵技術(shù)得到有效傳承和突破。其中，在尚無國(guó)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(guó)標(biāo)最高等級(jí)、35項(xiàng)優(yōu)于國(guó)標(biāo)精密級(jí)水平。

賈平告訴記者，光柵刻劃?rùn)C(jī)項(xiàng)目培養(yǎng)出的人才團(tuán)隊(duì)，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?rùn)C(jī)的成功研制，標(biāo)志著我國(guó)大面積光柵制造技術(shù)達(dá)到了國(guó)際前沿?！卑鸵糍R希格說，“也證明我國(guó)的精密機(jī)械加工技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入世界領(lǐng)先水平。”

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。