超精密测量是光学制造的前提。高精度的光学面形测量仍然遵循零位检验原则，计算机生成全息图（CGH）是自由曲面等复杂面形零位检验所必需的补偿器。为此，面向制造过程，重点论述CGH补偿检验原理及其衍射级次的鬼像干扰、投影畸变校正、测量不确定度与绝对检验问题，探讨CGH补偿检验的局限与应对方法。针对制造过程中产生的动态演变局部大误差的测量难题，论述子孔径拼接测量、自适应补偿干涉测量方法，探讨加工原位干涉测量进展。最后，从超高精度测量与溯源、混合光学零件的宏微跨尺度测量、自主可控面形测量仪器及其原位集成三个方面对光学面形测量技术发展进行展望。

由于复杂曲面铝反射镜所具有的独特优势, 其在光学系统中的应用越来越广泛。但是只采用超精密车削加工的光学反射镜精度受到超精密车削加工“误差复映”的限制, 只能满足红外系统应用需求, 其应用的进一步推广遭遇瓶颈。采用超精密车削、磁流变抛光、计算机控制表面成形 (CCOS)的组合加工工艺, 并结合复杂光学曲面的计算全息图法(CGH)面形检测技术, 可以进一步提升铝反射镜的面形精度, 满足可见光系统的应用需求, 为复杂曲面铝合金反射镜的推广奠定了制造基础。

为进一步提升熔石英元件的激光损伤阈值, 研究了氢氟酸(HF)动态酸刻蚀条件下磁流变抛光工艺对熔石英元件激光损伤特性的影响规律。首先, 采用不同工艺制备熔石英元件, 测量它们的表面粗糙度。然后, 采用飞行时间-二次离子质谱法(OF-SIMS )检测磁流变加工前后熔石英元件中金属杂质元素的含量和深度; 采用1-on-1方法测试激光损伤阈值, 观测损伤形貌, 并对损伤坑的形态进行统计。最后, 分析了磁流变抛光工艺提升熔石英损伤阈值的原因。与未经磁流变处理的熔石英元件进行了对比, 结果显示: 磁流变抛光使熔石英元件的零概率激光损伤阈值提升了23.3%, 金属杂质元素含量也显著降低, 尤其是对熔石英激光损伤特性有重要影响的Ce元素被完全消除。得到的结果表明, 磁流变抛光工艺能够被用作HF酸动态酸刻蚀的前道处理工艺。

分析了自行研制的磁流变抛光机床KDMRF-1000的拓扑结构以及坐标变换关系，对其进行了运动求解，建立了光学镜面的磁流变抛光后置处理算法模型。针对机床四轴联动的特点，对建立的磁流变抛光后置处理模型进行了近似处理。以球面镜的后置处理为例，推导了具有普适性的以光栅扫描方式加工光学镜面的后置处理算法，同时分析了这种近似处理引入的误差，仿真了其对不同口径和不同相对口径球面镜的影响，得到了这种近似处理算法对球面镜的加工范围。最后，对一块口径为200 mm，相对口径为1∶1.6的K9材料球面镜进行了磁流变抛光实验，在不考虑边缘效应的情况下其面形误差的PV值和RMS值分别达到了65 nm和9 nm以下，有效地验证了后置处理算法模型的准确性以及四轴联动近似处理的可行性。该算法对各类形状和大小的光学镜面加工均有参考意义。

针对传统光学加工技术难于精确测量和控制亚表面损伤的特点，提出用磁流变抛光替代研磨工序并直接衔接磨削的新工艺流程。采用自行研制的磁流变抛光机床KDMRF-1000和水基磁流变抛光液KDMRW-2进行了磁流变抛光去除磨削亚表面损伤层的实验研究。结果显示，直径为100 mm的K9材料平面玻璃，经过156 min的磁流变粗抛，去除了50 μm深度的亚表面损伤层，表面粗糙度Ra值进一步提升至0.926 nm，经过17.5 min磁流变精抛，去除玻璃表面200 nm厚的材料，并消除磁流变粗抛产生的抛光纹路，表面粗糙度Ra值提升至0.575 nm。由此表明，应用磁流变抛光可以高效消除磨削产生的亚表面损伤层，提出的新工艺流程可以实现近零亚表面损伤和纳米级精度抛光两个工艺目标。

磁流变确定性修形具有高精度、高效率、高表面质量以及近零亚表面损伤的特点。介绍了磁流变修形技术的基本原理和方法,并对磁流变修形中涉及的关键技术进行了讨论。在自研的磁流变修形设备上采用水基磁流变抛光液对一块直径80 mm的K9玻璃平面进行了磁流变修形实验。经过一次迭代修形(4.39 min)使其面形精度峰谷(PV)误差由初始的0.144 λ改善到0.06 λ(λ=632.8 nm),均方根(RMS)误差由初始的0.031 λ改善到0.01 λ,面形收敛率达到2.81,表面粗糙度RMS值达到0.345 nm。实验结果表明,采用磁流变进行光学表面修形,面形收敛快,面形精度高,表面质量好,可广泛应用于高精度光学镜面加工。

系统研究了确定性磁流变抛光高精度光学表面的关键技术及应用。介绍了自行研制的KDMRF-1000F磁流变抛光机床及其基本工作原理,给出了抛光过程中建立材料去除模型的两种方法和如何根据驻留时间完成路经规划的过程。采用KDMRF-1000F磁流变抛光机床和KDMRW-1水基磁流变抛光液对直径80 mm的K4材料平面反射镜和直径145 mm的K9材料球面反射镜进行修形实验。实验显示,样件一面形收敛到PV值55.3 nm,RMS值5.5 nm;样件二面形收敛到PV值40.5 nm,RMS值5 nm;样件的表面粗糙度均有显著改善。结果表明,磁流变修形技术具有高精度、高效率、高表面质量的特点。

保证磁流变液成分的稳定,即保证磁流变液零磁场粘度的稳定,进而保证抛光过程中材料去除模型的稳定,是磁流变抛光技术实现确定性加工的必要条件.讨论了研制的磁流变液循环控制系统,通过检测磁流变液在喷嘴中的沿程压力损失来测量磁流变液零磁场粘度,并针对其粘度控制是大时延系统的特点,采用灰色预测控制算法,实现了磁流变液零磁场粘度的闭环控制,较好地解决了磁流变液的成分稳定控制问题.

对利用自行配制的水基磁流变抛光液和磁流变抛光实验样机进行了以抛光去除效率和表面粗糙度为考核指标的工艺实验。应用正交试验方法分析了磁流变抛光中主要工艺参数(磁场强度、抛光粉浓度、抛光盘的转速、抛光盘与工件间的间隙)对抛光去除效率和表面粗糙度的影响规律，并结合磁流变抛光机理对其进行了分析。根据实验结果对工艺参数进行了优化。