[發明專利]確定性光學加工條件下頻段誤差分布特性的分析方法

無效

• 申請號: 200810030817.8
• 申請日: 2008-03-14
• 公開（公告）號: CN101240998A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 戴一帆;李圣怡;王貴林;楊智;吳冬良;吳宇列;解旭輝
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/00
• 代理公司: 長沙恒熙知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉熙

技術領域

本發明屬于光學表面加工分析方法，具體涉及確定性光學加工條件下頻段誤差分布特性的分析方法。

背景技術

確定性光學加工方法的理論基礎是Preston方程，目前主要有雙轉子小磨頭研拋、磁流變拋光(Magnetorheologicai?Finishing，MRF)和離子束加工(Ion?Beam?Figuring，IBF)等。通過采用比工件尺寸小得多的加工工具進行定區域修研，確定性光學加工方法大幅提高了加工精度，但同時也導致工件表面除了低頻的面形誤差外，往往還包含較多的中高頻成份，也就是通常所說的“碎帶”誤差。這些“碎帶”誤差的存在嚴重降低了光學系統的性能，例如介于低頻和高頻之間的中頻誤差會產生小角度散射，在降低光場峰值強度的同時，顯著增大了光斑的尺寸，使圖像變得模糊。

為了避免“碎帶”誤差的影響，使光學元件達到系統要求的性能指標，需要從頻域角度分析確定性光學加工誤差的分布特性。

計算光學加工誤差的功率譜密度(Power?Spectral?Density?function，PSD)是一種簡單實用的頻域分析方法，能夠找到加工誤差的敏感頻段。但PSD是基于傅立葉變換的全局性數據處理方法，無法確定敏感頻段誤差在光學表面的具體分布區域，從而難以與具體的光學加工工藝參數相結合。

為了將頻域分析方法與確定性光學加工過程緊密地聯系起來，我們曾經提出基于功率譜密度特征曲線的小波評價方法(參見發表于《激光技術》2007年第6期的論文“小波在基于功率譜密度特征曲線評價中的應用”)，其核心是利用美國勞倫斯·利弗莫爾國家試驗室(LawrenceLivermore?National?Laboratory，LLNL)提出的功率譜密度特征曲線對光學表面加工質量進行評價，然后利用局域性的數據處理方法(如小波變換)確定不合格頻段誤差在光學表面發生的區域。

這種評價方法的不足之處在于：

其一：用到了PSD特征曲線，而PSD特征曲線是LLNL在研制“國家點火裝置”中總結的經驗曲線，并不適用于任意的加工鏡面；

其二：沒有考察加工過程中光學表面誤差頻率的變化趨勢及發現敏感頻段；

其三：無法分析加工過程中敏感頻段誤差的分布范圍變化，及其與工藝參數(如走刀間距、去除函數束徑大小)之間的聯系。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有評價方法的不足，提供一種確定性光學加工條件下頻段誤差分布特性的分析方法，該方法可以為確定性光學修形加工提供指導，實現精確控制不同頻段、不同區域光學加工誤差的目的。

本發明提出的方法通過以下步驟完成：

1)采用光學檢測裝置得到被測光學元件加工后的面形誤差數據，并消除趨勢項和常數項；

2)利用面形誤差的測量數據計算出PSD曲線，根據PSD曲線的極大值點確定光學加工誤差的敏感頻段，分析加工過程中面形誤差的變化趨勢；

3)針對光學加工誤差的分布特征，依據相似性原則，選擇基本小波；

4)利用二維連續小波變換對光學加工誤差的敏感頻段進行分析，確定其具體分布區域；

5)通過比較不同工藝條件下的加工結果，分析光學加工誤差敏感頻段的分布特性與工藝參數之間的關系，為修正加工提供指導。

在確定性光學加工條件下，工藝參數包括去除函數的束徑大小、走刀間距，通過分析加工后光學表面頻段誤差的分布范圍、幅值大小，選定合適的去除函數束徑和走刀間距。

本發明方法是一種確定頻段、確定區域光學加工誤差的分析方法，它基于PSD曲線確定誤差的敏感頻段，然后通過局域性數據處理方法確定敏感頻段誤差發生的具體區域，為確定性光學修形加工提供指導。其與現有方法相比，優點在于：

1、本發明通過二維連續小波變換確定出光學加工誤差敏感頻段的具體分布區域，為進一步對光學面形誤差進行修正加工提供指導依據，以實現精確控制不同頻段、不同區域光學加工誤差的目的；

2、與基于功率譜密度特征曲線的小波評價方法相比，由于脫離了功率譜密度特征曲線，因而具有更寬廣的適用范圍；

3、通過比較加工過程中敏感頻段誤差的分布范圍變化，能夠建立與工藝參數(走刀間距、去除函數束徑)之間的聯系，便于指導加工。

附圖說明

圖1是本發明實施例中Φ100mm微晶玻璃平面鏡的原始面形誤差分布圖。

圖2是針對圖1中原始面形、利用離子束修正加工后的面形誤差分布圖。

圖3是針對圖2中離子束加工后面形、再次進行磁流變拋光后的面形誤差分布圖。