[發明專利]拋光工件表面輪廓各頻段誤差的分離方法

無效

• 申請號: 201210331573.3
• 申請日: 2012-09-07
• 公開（公告）號: CN102853780A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 畢果;郭隱彪;楊峰;韓偉
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森;劉勇

技術領域

本發明涉及光學表面加工方法，尤其是涉及拋光工件表面輪廓各頻段誤差的分離方法。

背景技術

小磨頭確定性拋光是目前加工光學非球面的可行方法，目的是通過采用比光學元件尺寸小很多的加工工具進行定區域修研，可以大幅度提高加工精度，但同時會導致光學元件表面形成各頻段誤差分布不均勻的現象普遍存在，在小工具停留時間長的區域中頻誤差含量較大，停留時間短或不停留的區域，中頻誤差含量相對較小。光學元件的中頻誤差會導致的光束高頻調制和非線性增益，將造成光學元件的絲狀破壞和降低光束的可聚焦功率，對極紫外或新興的X射線光學而言，中頻段誤差產生的小角度散射會極大地降低光學系統的分辨率。

為確保高能量激光系統和高分辨率系統的性能，需要對光學元件表面輪廓各頻段誤差進行分離，識別中頻誤差頻率和方位，指導補償加工。

光學元件波面數據的功率譜密度（Power?Spectral?Density，PSD）是目前國際上廣泛采用的衡量光學元件中頻誤差的方法。但PSD基于傅里葉變換，會將局部瞬時波動平均到全局范圍內，是一種綜合評價手段，無法實現誤差頻率和方位的準確識別。

申請號為200810030817.8的中國專利申請公開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，它首先基于面形誤差數據的PSD選擇敏感頻段，然后選擇基本小波對加工誤差敏感頻段進行分析，確定誤差分布區域。該方法存在不足之處：

其一：對面形誤差數據計算PSD之后，將局部瞬時波動平均到全局范圍內，會嚴重降低信噪比，忽略重要信息；

其二：敏感頻段選擇和小波基函數的選擇對分析結果的影響較大。

發明內容

本發明的目的在于克服現有誤差評價手段和識別方法的不足，提供拋光工件表面輪廓各頻段誤差的分離方法。

該方法可以自適應地分離光學元件表面輪廓的高、中、低頻誤差，識別中頻誤差的頻率和方位，為確定性拋光提供指導。

本發明所述拋光工件表面輪廓各頻段誤差的分離方法，包括以下步驟：

1)對采用光學檢測裝置檢測得到的被測光學元件表面的檢測曲線進行擬合，得到擬合曲線和殘差；

2)將殘差進行經驗模態分解，得到各階固有模態函數和剩余信號；

3)計算各階固有模態函數的瞬時頻率曲線及其平均波長；

4)根據各階固有模態函數的平均波長及其特征將所有固有模態函數分為高、中、低頻組，將高頻和中頻組進行組內疊加得到光學表面輪廓的高頻和中頻誤差；將低頻組、剩余信號及擬合曲線疊加得到包含低頻誤差的面形。

本發明是一種拋光工件表面輪廓各頻段誤差的分離方法，它對面形擬合殘差進行經驗模態分解(Empirical?mode?decomposition,EMD)，得到一系列固有模態函數(Intrinsic?mode?functions,IMF)，根據各階IMF特征，識別不同空間位置存在的誤差及其波動頻率，并將其合成得到光學表面輪廓的高、中、低頻誤差。與現有技術相比，本發明具有如下突出優點：

1、本發明將光學元件表面的各頻段誤差進行分離，便于更加準確的評價高端光學元件表面質量；

2、利用EMD技術將面形擬合殘差分解為一系列單分量的IMF，根據各階IMF能夠準確判斷中頻誤差分布方位及頻率，從而指導補償加工和識別誤差來源；

3、對光學表面輪廓的高、中、低頻誤差的分離采取基于空間信號自身局部特征的自適應濾波方式，排除普通濾波中頻段選擇對結果的影響。

附圖說明

圖1是本發明實施例的第9階IMF。橫坐標為掃描軌跡X（mm），縱坐標為第9階IMF的幅值imf(mm)。

圖2是本發明實施例的第9階IMF的瞬時頻率曲線。橫坐標為掃描軌跡X(mm)，縱坐標為第9階IMF的瞬時頻率infreq(1/mm)。

圖3是本發明實施例的第10階IMF。橫坐標為掃描軌跡X(mm)，縱坐標為第10階IMF的幅值imf(mm)。

圖4是本發明實施例的10階第IMF的瞬時頻率曲線。橫坐標為掃描軌跡X(mm)，縱坐標為第10階IMF的瞬時頻率infreq(1/mm)。

圖5是本發明實施例的第11階IMF。橫坐標為掃描軌跡X(mm)，縱坐標為第11階IMF的幅值imf(mm)。

圖6是本發明實施例的第11階IMF的瞬時頻率曲線。橫坐標為掃描軌跡X(mm)，縱坐標為第11階IMF的瞬時頻率infreq(1/mm)。