“颠覆”光学加工行业的新技术

　　　——好友“黄牛”和喷流抛光

   　新视野

　　图为喷流抛光技术研发负责人黄智博士

　　周末，几家老朋友相聚聊天，谈起了最近刚从加拿大迁居到美国的老友“黄牛”。其实，老友虽然姓“黄”，但并非名“牛”而为“智”。由于他喜欢将他“圈里”的朋友均称为有水平的“牛人”，因此我们也就顺着他的冠名法称他为“黄牛”。然而，与我名不副实的名称“毛牛”相比，现在的“黄牛”的确是牛气冲天，因为他在加拿大供职时主持开发的喷流抛光(fluid-jet polishing)技术取得了巨大的成功，实质上成为光学加工行业革命性的新技术，原公司在其产品宣传中甚至称该技术“颠覆光学加工行业”和让“光学加工走进新时代”。

　　黄智20世纪80年代毕业于北京大学化学系，后在伦敦帝国理工学院获得博士学位。在加拿大时供职于位于首都渥太华的光机(LightMachinery)有限公司。该公司致力于制造全球最精细的光学部件、光学加工机械和激光系统，擅长最大程度地发挥现有技术的潜力以生产高难度、高精度的光学部件和设备。由于能很方便地加工出超高精度的光学部件，喷流抛光成为了该公司的招牌性“绝活”，这使得原本在精加工就有优势的光机公司如虎添翼。

　　喷流抛光技术的成功曾经作为《Laser Focus World》杂志的封面故事被报道过。公司董事长约翰·亨特在接受该杂志专业记者采访时介绍了公司喷流抛光技术的起步。他表示，喷流抛光技术的研究源于荷兰代尔夫特(Delft)技术大学学生Silvia Booij的博士论文，论文中的基本信息让公司察觉到了喷流抛光技术的前景，从而开始了研发工作以期开发出真正能用于光学加工的新技术和设备。据悉，研发工作开始时，该项目负责人是黄智的北大校友江华明博士。不过他在进行了很好的起步工作后因其他原因离开了光机公司。

　　2005年5月，黄智进入公司时，光学镀膜技术本是他的主要工作领域。不久后，由于校友的因故离开，公司在权衡之后，决定让他接管喷流抛光技术这个项目。当时，虽然喷流抛光技术的研发已经起步，但是对研究是否能成功，却没有人有真正的把握。然而，让人们惊讶不已的是，黄智接手几个月后，研究就有了突破，首个由喷流抛光加工的面形误差小至6个纳米的50毫米尺寸的光学部件诞生了。经过多次完善，至2007年时，他们研制出了成熟的喷流抛光技术设备。

　　许多精密仪器或产品中存在着表面平面度或弯曲度要求极高的部件。通常，人们通过光学抛光的方法来处理这些部件的表面。光学抛光是对工件表面进行打磨的加工过程，它将工件放置在抛光机上，借助精确地控制技术，利用含有超精细研磨剂的抛光液对工件表面进行微细研磨。长期以来提高抛光精度减小面形误差是光学加工行业追求的目标。

　　喷流抛光技术属于光学抛光的范畴。它的简单原理是将抛光液在一定的压力下通过喷嘴以喷流的方式作用到工件表面上以去除少量的工件材质。通过控制可以将它对工件材料的去除精确到纳米。它的此技术特性使它适合于光学部件的最后修形以达到远高于常规工艺的精度。黄智表示，他们研发的喷流抛光机加工过程分三步，分别是工件当前状况测量;工件当前状态与目标值比较计算出工件不同部位需要的去除量，即设定抛光方案;然后对工件进行加工。由于抛光机工作时整个计算和加工过程由计算机控制，同时采用常用的抛光液作为抛光介质，因此操作简单且成本低。这些特点使得喷流抛光这项神奇的技术成为一种常规的工艺。

　　喷流抛光机在对工件进行加工时，其喷嘴的尺寸和抛光液的流速可以根据需要加以调整。随工件的尺寸大小，材质的硬度及工件的初始误差而异，喷流抛光加工一个工件所需时间从数分钟到数小时不等。目前，喷流抛光机加工的工件表面尺寸为10毫米至150毫米。对于表面尺寸为100毫米的平面工件，经过喷流抛光机的处理，其表面的面形误差可达到峰-谷差为6纳米的世界顶级水平，即光学行业所说的1/100波长(指波长为632.8纳米的氦-氖激光)，表面的RMS(均方根误差)则可达到近1/1000波长的水平。同时表面光洁度胜过手工抛光。对相同工件进行加工，常规工艺的光学抛光的面形误差为百纳米级的水准。此外，喷流抛光可以根据设定的目标面在光学部件上挖出任意图案和面形，这在以前几乎是不可能的。

　　对相同工件进行加工，常规工艺的光学抛光的面形误差为百纳米级的水准。喷流抛光还可以根据设定的目标面在光学部件上挖出任意图案和面形，这在以前几乎是不可能的。这项技术的开发成功使得以前极难的超高精度部件加工或者几乎不可能的任意面形的产生变成了很方便的日常工作。光学加工行业有了一套随心所欲的利器，从这一点来讲，这项技术确实很“牛”。

　　黄智说，他们研发的喷流抛光机不仅能加工出精度极高的光学部件(有的50毫米尺寸的部件甚至达到了误差只有3个纳米的惊人水平)，而且具有很好的重复性。过去几年中，他本人加工了几百件的产品，使不少顾客享受到了前所未有的超高精度但价钱并不是太高的光学部件。其中有的客户甚至提出非喷流抛光加工不可。另外，特别值得提出的是，从提高精度的角度来讲，他们的喷流抛光机加工效率远高于传统的光学抛光机。作为主创人员和唯一的操作手，黄智着实为那些出自自己之手的世界精度最高的光学部件和产品感到骄傲。

　　朋友们说黄智成功的因素有两点，一是聪明，二是勤奋。聪明这点是自然的，能够考上北大的人，脑瓜子当然灵光;勤奋在黄智自己看来却有独特的诠释。他说，自己之所以能够在研究中做出成绩，主要归结两点，一是踏踏实实干活，二是干活认真细致。

　　黄智认为，做研究首先要明确自己的目标，其次是充分了解目前的状况，再者是细心工作。在细心工作方面，他举例说，喷流抛光的软件最为关键。为保证软件和硬件能完美“交流”并让硬件按人的意愿去工作，他花费了很大的精力进行控制软件的编写和修改。他深知，程序上任何细微的差错，都将导致喷流抛光出现巨大的误差而失败，真可谓“差之毫厘，谬以千里”。开发工作因为没有任何参照可借鉴，所有的过程和细节都需“摸石头过河”。凭着自己的细心和韧劲，他最终啃下了这块“硬骨头”。

　　然而，就在大功告成后不久，黄智离开了加拿大来到美国供职，多数朋友对此感到十分惋惜。不过欣慰的是，这项技术已很成熟，他享受到了丰收喜悦。同时，大家相信，凭着他的聪明和勤奋，在任何地方，他都会获得成功。