[發(fā)明專利]一種復雜曲面組合加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610590629.5
• 申請日: 2016-07-25
• 公開（公告）號: CN106826400B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設計）人: 張學軍;劉振宇;薛棟林;羅霄;鄧偉杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B13/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 李愛英,仇蕾安

技術領域

本發(fā)明屬于光學系統(tǒng)加工的技術領域，具體涉及一種復雜曲面組合加工方法。

背景技術

非球面光學元件可以有效降低光學系統(tǒng)復雜程度，提升光學系統(tǒng)性能，因此在現代光學系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。近年來，隨著現代光學技術的不斷發(fā)展，對光學系統(tǒng)的性能要求越來越高，尤其在空間遙感與深空探測方面，對光學系統(tǒng)的分辨率等性能參數提出了更高的要求。

為滿足現代光學系統(tǒng)的性能要求，光學系統(tǒng)中核心器件—主反射鏡的口徑不斷增大，由數百毫米增至數米甚至達到數十米。這就給大口徑復雜曲面的加工帶來了更大的挑戰(zhàn)。

復雜曲面的加工主要面臨兩方面困難：

首先是加工效率問題，光學曲面面積與其半徑是平方關系，隨著光學曲面半徑的增大，需要加工的光學表面積迅速增大，因此需要進一步提升大口徑復雜曲面的加工效率。

其次，復雜曲面的加工是一個復雜，漫長的過程，整個加工過程中任何微小的失誤都可能帶來嚴重的后果，因此，需要對每一次的加工過程進行準確的仿真，避免實際加工結果與理論計算結果不符。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種復雜曲面組合加工方法，能夠實現復雜曲面高效高精度的加工。

實現本發(fā)明的技術方案如下：

一種復雜曲面組合加工方法，包括以下步驟：

步驟一、將待加工復雜曲面面形誤差z_ini表示為n*3的矩陣形式[x_i，y_i，z_i]，其中，x_i和y_i為第i個數據點的坐標，z_i為第i個數據點矢高，即第i個點處面形誤差，i＝1,2,……,n；

步驟二、通過zernike多項式擬合得到各數據點的低階面形誤差z_{zernike_i}，將面形誤差z_ini去除低階面形誤差z_{zernike_i}，剩下中高頻誤差；

步驟三、采用反卷積的方法求解利用應力盤或大磨頭去除低階面形誤差的加工駐留時間T₁；

步驟四、根據加工駐留時間T₁與應力盤或大磨頭去除函數矩陣計算得到理論材料去除z_removal1，并根據式(3)得到去除低階面形誤差后殘留的中高頻誤差；

z_mid＝z_ini-z_removal1 (3)

步驟五、根據中高頻誤差z_mid與小磨頭去除函數計算小磨頭駐留時間T₂，通過小磨頭去除函數與其駐留時間T₂的計算得到小磨頭材料去除z_removal2，分別經過低階面形去除，中高頻材料去除后可得到大小磨頭組合加工結果。

進一步地，步驟二中獲得低階面形誤差z_{zernike_i}具體為：

步驟2.1、將各數據點坐標由直角坐標系(x_i，y_i)轉變?yōu)闃O坐標系(ρ_i，θ_i)，并將半徑ρ歸一化；

步驟2.2、使用zernike多項式擬合復雜曲面面形誤差z_ini，至少擬合zernike前9項，各數據點極坐標(ρ_i，θ_i)經zernike擬合獲得各數據點低階面形誤差z_{zernike_i}。

進一步地，步驟三具體為：

步驟3.1、應力盤或大磨頭在工件表面的材料去除可以用應力盤或大磨頭的去除函數沿駐留點卷積方程表示為：

E(x，y)＝R(x，y)**D(x，y) (1)

其中，E(x，y)為材料去除，R(x，y)為去除函數，D(x，y)駐留時間分布，**表示卷積符號；

步驟3.2、將卷積方程轉換為矩陣方程：

[e_i]＝[r_ij][t_j] (2)

其中，e_i表示第i個數據點的面形誤差，r_ij表示應力盤或大磨頭在第j個駐留點處對第i個數據點單位時間內的材料去除，t_j表示應力盤或大磨頭在第j個駐留點處的駐留時間，其中，j＝1,2,3…,m；