微结构功能表面是指具有特定微小拓扑形状的功能表面,由于其独特的光学性能,在光学系统领域有着广阔的应用前景,市场需求巨大。目前,微结构光学功能表面元件大批量高效率生产的主要途径是复制加工技术,但是在微结构光学元件的复制过程中,微结构表面模具的加工质量对最终的产品性能起着决定性的作用。因此,研究开发能够实现微结构表面模具加工的机床并满足加工需要的数控系统,对实现微结构光学功能元件低成本和大批量生产具有重要意义。本课题根据微结构密集阵列的加工工艺要求,采用压电陶瓷驱动的刀架装置作为微进给机构,实现金刚石刀具沿Z轴方向高频响、短行程的快速进给运动,并搭建基于IPC和PMAC的硬件平台,开发了微结构密集阵列数控系统。首先,根据微结构密集阵列的加工要求,确定加工机床的整体布局,选用加工系统的硬件,设计了刀架装置并分析其驱动原理,搭建了数控系统的电控系统,并确定输入输出信号的连接。利用Qt4.8,采用模块化设计思想开发了一套界面美观,易于操作的数控系统软件,并对数控系统软件关键问题和功能模块的实现进行了较为深入的探讨。其次,基于Balser和OpenCV开发了微点阵加工在位检测系统,实现对加工图像的采集和保存。采用标准件,对在位检测系统进行标定。对采集的图像进行预处理,采用基于9×9模板的三次样条曲线插值法进行亚像素边缘检测,利用最小二乘法对获取的轮廓进行圆的拟合,求得圆轮廓直径的像素尺寸,通过标定系数计算微结构直径的实际尺寸。最后,进行加工机床的参数调节与优化,通过对PID参数和速度、加速度、摩擦前馈参数的调节,改善了控制系统的稳态特性和动态特性。利用激光干涉仪测得各个进给轴的定位误差,并对各个轴进行定位误差的补偿,提高了加工机床的定位精度。其中,X轴在250mm工作行程上的定位误差范围从24.57μm降为2.155μm。介绍了微结构点阵的排列方式,利用开发的数控系统进行了四种类型的微结构密集阵列的加工,并利用白光干涉仪对加工的微点阵进行检测。加工实验结果与实际要求相符,表明了开发的数控系统是可行的,可满足微结构密集阵列的加工要求。综上所述,本课题在数控系统硬件平台的搭建、人机交互界面的设计、开放式数控系统的开发、机器视觉在位检测技术、控制系统PID调节以及加工验证实验等方面取得了研究成果,这些研究对其他类型微结构的加工机床数控系统的研制具有参考价值。