1、和化学行为。需要借助微观力学介观模拟等手段深入分析材料的变形行为断裂机制材料运动学被加工材料表面及近表面特征等纳米加工表面成形的基础理论问题，并通过表征方法和工具制备实现理论分析验证，实现该过程中被加工材料纳观物化行为的深入剖析，全面掌握光学自由曲面被加工材料的纳观迁移规律。主要研究内容包括光学自由曲面非均匀变流向纳观材料迁移理论光学自由曲面成形过程中材料表层及近表层结构和特性演变机理纳米尺度材料迁移的跨尺度效应及动力学分析纳米级刃口微刀具设计与创成理论纳观材料迁移机理验证实验设计与理论表征。光学自由曲面成形过程中的界面作用机理及外场介入调控纳米加工过程中，由于加工工具与被加工对象之间的接触面积极小，工具承受着很大的切削力和很高的切削温度，同时还与切屑和加工表面产生剧烈摩擦，造成工具磨损失效。工具切屑界面处的高温和摩擦会。
2、预期目标第二年研究照明系统接收面照度分布及入射点光强与光学表面设计参数的直接映射规律，多参数约束下照明均匀性照明区域形状照明光线角度等自由曲面的最优解研究约束光学自由曲面加工装备单元部件结合面及整机多刚体多柔体静动热态行为，及多体多态耦合动力学性能参数与加工精度映射规律与调控机制研究离散单元法的纳观迁移仿真方法材料及工具之间势能函数建立及修正，进行聚焦离子束微刀具设计仿真及工艺研究研究化学机械磨削中砂轮与工件界面中固相反应主要影响因素超硬光学材料加工表面亚表面完整性以及加工工具性能微观检测和评价方法，进行材料学分析测试研究基于激光测量及视觉检测原理的光学式集成测量系统设计及高精度标定，进行柔性改造及柔性控制测量实验研究物理标记点综合再构和测量路径规划方法及精匹配方法，进行加工及测量实验进行精度验证和分析。初步完成基于自由去面光学元。
3、任意性和几何形态的复杂性，国际上还没有通用的表面质量参数提取与分离标准方法，成为影响光学自由曲面制造完整性实现的重要因素。本课题重点进行自由曲面面形测量表面质量参数解析和分析等关键基础研究，为循环调整过程提供精准的变异量分布规律，通过完整性的变异控制及调整策略规划实现完整性精确控制。主要研究内容包括基于曲面特征解析与再构轨迹约束的多分辨率测量轨迹规划基于主特征线的数据分隔与无变形缩减相结合的海量测量数据建模物理粗匹配与算法精匹配相结合的快速高精度模型匹配技术高效稳健数据滤波误差余量分配模型及补偿轨迹再规划策略光学自由曲面制造完整性综合评估与控制关联约束下光学自由曲面成形的空间构型理论约束下光学自由曲面加工装备多体多态动力学行为与精度稳定性模型光学自由曲面分域迭代加工理论与无缝变距轨迹规划时变工况激励下控制系统与机械。
4、剧扩散作用进而改变刀具表面的原始组织和性能，加剧了磨损速率。为增强工具加工尤其是在硬脆材料加工时性能和寿命，需深入研究纳米尺度加工中工具磨损机理工具与加工材料之间的微观力学行为工具寿命增强机制等关键基础问题。主要研究内容包括加工工具和加工液与被加工材料之间的相互作用机理加工工具与加工液的失效形式及性能演变规律加工工具与加工液设计制备及其性能优化多物理场辅助下纳米迁移行为与工具磨损抑制效应离子注入表面改性硬脆材料迁移理论及材料学分析。光学自由曲面制造完整性变异规律与控制途刀具的多自由度制造平台建立化学机械磨削实验台，设计金刚石黑色金属摩擦化学反应机理试验装置超声振动辅助磨抛加工试验试验装置电磁场加载试验装置建立气载激光干涉传感接触式测量实验平台及测量理论建立再构轨迹约束的测量轨迹规划理论及多分辨率测量轨迹规划理论。研究内容。
5、与数学物理学化学计算机图形学材料学等领域知识有机地结合起来，探索光学自由曲面制造中的性能要求和空间表达新规律，提出适应于应用需求变化的空间变化新方法，创建物理场复合作用机理以及物理再构的新原理和新工艺。主要研究内容光学自由曲面形态学演变与空间表达新方法光学自由曲面的空间表达是制造过程中首要明确的基础问题。自由曲面的形状任意性为空间表达的研究带来了众多难题，如自由曲面很难采用精确统的空间表达策略进行可靠描述，仍无系统完善的自由曲面光学优化设计方法，光学像质评价及公差分析过程涉及到大量多目标约束等。重点研究和解决以上关键基础问题，为光学自由曲面物理再构和测量评价补偿等提供有力支撑，主要的研究内容包括光学自由曲面空间表达致性模型及空间特征解析光学自由曲面空间致性模型重构高阶误差评定与规避策略照明系统多参数约束光学自由曲面高效数值解。
6、调控方法高效无干涉的原位测量系统数控理论，实现原位测量系统在加工装备中的高精度定位和高效数控与反馈。建立光学自由曲面测量数据面形误差高效分离理论方法建立光学自由曲面补偿再构的轨迹再规划方法，完成光学自由曲面面形质量控制再构。研究内容预期目标第五年基于自由曲面的成像系统光学设计方法及其像质评价体系的研究研究光学自由曲面分域迭代去除模型的数字化模型及加工装备多体多态动力学模型建立方法，时变工况激励下控制系统与机械机构耦合动态特征对加工精度影响规律的数字化描述探索新的微纳观表层晶相在线检测方法，采用纳米级刃口半径的金刚石微刀具，建立连续变深材料迁移实验验证方法进行典型光学材料的化学机械磨削磨抛工具设计和超声振动辅助磨抛黑色金属光学元件模具材料的切削工艺实验研究适用于超精密车床的在线物理场加载设备，注入后材料对光学性能的影响和抑制效应研究。
7、精度和面层质量粗糙度波纹度等两层涵义，而使用性能与表面质量存在有机的联系。物理再构过程中的装备部件的动力学行为被加工材料迁移行为制造工具磨损行为等都直接影响曲面完整性的变异行为，需要借助精密测量技术进行有限循环调整实现表面质量的可控成形，进而实现应用质量的可控性。为研究循环调整过程中的完整性变异和控制规律，需重点解决测量系统设计开发测量系统误差溯源完整性评价方法完整性变异控制策略等基础理论问题，以提高光学自由曲面表面质量。主要研究内容光学自由曲面制造完整性的测量系统与评价方法光学自由曲面制造完整性测量重点在于表面质量的测量，使用性能可以借助与表面质量之间的内在联系进行间接评价。随着加工技术向纳米级精度发展，测量技术也在向着更高精度方向发展，以适应其对测量精度的要求，就要求更深步地探究测量方法和系统的误差源。原位测量系统集成于加工装。
8、动效应研究自由曲面区域划分曲率时变性特征及其相关性，研究干涉检验与运动控制策略变行距轨迹生成与不同区域轨迹的无缝衔接方法研究多尺度方法复合分析的纳观仿真方法，非均匀变流向成型中材料的变形行为，研究纳米尺度的晶格畸变与缺陷材料塑性与断裂行为，对于光学自由曲面材料功能特性的影响实验研励下控制系统与机械结构耦合对加工精度影响规律完成控制参数的优化匹配以及加工精度的调控机制实现纳观尺度下光学自由曲面非均匀变流向加工仿真及分析，建立光学自由曲面成形过程中材料表层特性特性演变机理，揭示沿不同晶向的裂纹形式分布规律和扩展机制等建立控制纳米尺度裂纹扩展的临界条件建立黑色金属切削中金刚石刀具磨损量预测模型，提出抑制刀具磨损的措施建立超声振动辅助磨抛加工机理外加物理场抑制刀具磨损的机理离子注入表面改性完整理论模型建立原位测量系统高效可控的装配定位理论。
9、构及统筹优化成像系统光学性能与空间特征映射基础理论及像质评价体系光学自由曲面建模与光学特性评价平台。光学自由曲面成形过程的物理解析及再构策略随着光学自由曲面的精度效率越来越高，高速高加速度和变加速度成为加工装备动态行为的主要表现形式，装备的力学特性热学特性以及力热耦合特性对加工质量和效率产生显著影响。为最大限度提高自由曲面的面形精度表面粗糙度等性能指标，研究光学自由曲面加工装备多体多态动力学行为与精度稳定性的映射规律时变工况激励下控制系统与机械结构耦合动态特征对加工精度的扰动规律，提供提高精度稳定性的多态联合补偿策略和控制参数与机械结构的优化匹配对加工精度的调控机制。主要研究内容包括几何物理材料三径区别于传统制造对于完整性的认识，光学自由曲面制造重点面向于应用需求，因此，完整性体现于表面质量和使用性能两个方面。表面质量包括面。
10、机构耦合动态特征表达对加工精度的扰动规律与调控机制光学自由曲面形成过程的智能仿真与表面质量数字化评价体系。光学自由曲面多场作用成形的材料迁移纳观物化行为与机制由于光学自由曲面加工过程的高速瞬态过程不宜表征和纳米尺度实验验证困难，被加工材料的原子级迁移行为尚不明确，成形过程中的界面作用机理也不完善，总之在世界范围内还没有形成以纳米精度为特征的光学自由曲面制造成熟理论。需要研究的核心科学问题是光学自由曲面成形过程中被加工材料的表面物化行为介观形变及微观场效应界面结构性能演化工件表面及切削介观尺度机械材料特性工具磨损机理及其与加工材料之间的微观力学特性等。主要研究内容光学自由曲面成形过程中的被加工材料纳观物化行为光学自由曲面成形过程中材料迁移变化在纳米量级，由于曲面空间复杂度引入了非均匀及变流向材料迁移特性，产生了异于精密切削的纳观物。
11、备的线性或旋转轴系，通过特定测量轨迹实现大曲率变化自由曲面的大范围测量。为了保证制造过程的完整原位化，需进步实现面形精度和面层质量多功能集成化测量，且需在提高装配精度对准精度及控制精度等方面深入展开研究。主要研究内容包括光学自由曲面使用性能与表面质量映射规律和综合评价体系气载激光干涉传感接触式测头的测量误差溯源及原位系统研究多功能集成化柔性光学测头设计及原位测量关键基础理论多几何量大量程原位测量快速获取与高精度高稳定性系统设计理论加工装备中的原位测量系统装配定位及数控与反馈策略。光学自由曲面制造完整性的变异控制与实现光学自由曲面制造完整性参数需借助原位测量系统进行被测量获取，然后进行设计曲面和测量数据的精准比对，最终得以解析实现。准确获取光学自由曲面制造完整性参数实现循环调整过程中进行变异控制的重要前提。由于自由曲面形状。
12、的大视场离轴三反系统的设计，照明系统多参数约束光学自由曲面设计方法，建立照明系统光学性能与空间特征映射模型建立光学自由曲面加工精度关于加工装备多体多态动力学行为的反推演模型，完成提高精度稳定性的多态联合补偿机制建立工件材料与工具作用势能函数，实现微刀具结构设计制备工艺优化建立超硬光学材料加工表面亚表面完整性以及加工工具性能微观检测和评价体系，确定化学机械磨削中砂轮与工件界面中固相反应及金刚石黑色金属摩擦化学反应的主要影响因素，建立激光诱导改善切削性能试验装置建立多功能集成化柔性光学测量实验平台及光学式原位测量的关键基础理论建立基于物理标记点的自由曲面模型粗匹配理论，基于曲面局部特征的自由曲面模型精匹配理论。研究内容预期目标第三年研究基于自由曲面成像系统光学性能与空间特征映射基础理论设计方法及像质评价体系，研究面形参数对像质评价的扰。
参考资料：
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国家重点基础研究发展计划（973计划）项目申报书-光学自由曲面制造的基础研究