[發明專利]一種磁流變拋光面形誤差收斂控制加工方法

有效

• 申請號: 201610590656.2
• 申請日: 2016-07-25
• 公開（公告）號: CN106826401B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 張學軍;李龍響;薛棟林;王旭;張峰
• 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
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;仇蕾安

本發明提供了一種磁流變拋光面形誤差收斂控制加工方法，該方法能夠以實際機床性能為基礎，操作簡單，可控性強，精度和效率高的磁流變拋光面形收斂控制方法。包括如下步驟：針對待加工光學表面的材料，選擇磁流變液，并獲取磁流變液針對材料的去除函數，對去除函數數值離散化處理得到去除函數矩陣R。在待加工光學表面上選取數據點，建立基于面形的收斂矩陣運算模型。根據駐留時間的約束域，獲取初始面形誤差的材料最小均勻附加厚度h。在h的基礎上，建立面形殘差的均方根值作為優化函數，在駐留時間約束域下，利用自適應正則化迭代和正投影最小二乘法，求解使得優化函數最小的駐留時間；根據駐留時間，對待加工光學表面進行磁流變加工。

技術領域

本發明屬于光學加工領域，特別涉及一種磁流變拋光面形誤差收斂控制加工方法。

背景技術

磁流變拋光(Magnetorheological Finishing，MRF)技術作為近年來被廣泛關注的一種光學加工方法，具有加工確定性高、收斂效率穩定、亞表面破壞層小、邊緣效應可控、加工適用性廣以及加工大徑厚比的光學鏡面不存在復印效應等優點，在非球面制造領域有著廣泛的應用前景。磁流變拋光技術(MRF)借用了計算機控制表面成形(CCOS)的基本思想，即磨頭產生的去除函數按設計好的軌跡和駐留時間在鏡面上進行掃描以達到對面形誤差的修正，駐留時間求解的基本模型仍然是期望材料去除量等于磨頭的去除函數和駐留時間的卷積。

傳統的傅里葉變換法和卷積迭代法等在處理MRF非圓對稱分布的去除函數時都有一定的局限性，對于螺旋線軌跡這些方法不再適用。以矩陣乘積取代卷積過程的駐留時間求解模型，能夠適用于任意軌跡的磁流變拋光，但是在這種模型下，一般駐留時間的解算算法往往不能滿足實際工程需求。一般解算算法不考慮駐實際機床的性能，只考慮駐留時間是非負的，即允許駐留時間的最小值是零，實際上零駐留時間對應著機床瞬間從一個駐留點移動到下一個駐留點，實際過程中機床往往受一定的速度和加速度限制，瞬間完成移動是不可能的。因此依托于矩陣乘積運算的駐留時間求解中，必須考慮機床的最大加速度和速度等性能，對駐留時間給出正約束解。正約束解比非負約束更苛刻，面形收斂精度受到限制。另外磁流變拋光加工光學表面，尤其是米量級等大口徑光學表面，數據規模大，面形收斂算法計算效率也受到明顯限制。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種磁流變拋光面形誤差收斂控制加工方法，該方法能夠以實際機床性能為基礎，操作簡單，可控性強，精度和效率高的磁流變拋光面形收斂控制方法。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：一種磁流變拋光面形誤差收斂控制加工方法，包括如下步驟：

步驟1、針對待加工光學表面的材料，選擇磁流變液，并獲取磁流變液針對材料的去除函數，對去除函數數值離散化處理得到去除函數矩陣R。

步驟2、在待加工光學表面上選取數據點，建立面形誤差向量e，采用面形檢測方法對所選取的數據點進行檢測，得到各數據點上面形誤差，組成e的初始值。

步驟3、建立基于面形的收斂矩陣運算模型Rt＝e,σ≤t≤ω；σ為駐留時間最小值，且σ＞0；ω為駐留時間最大值，ω＞σ。

步驟4、根據駐留時間的約束域[σ、ω]，獲取初始面形誤差的材料最小均勻附加厚度h。

h的獲取方法為：在待加工光學表面上選取駐留點，使用磁流變液在每個駐留點處依次駐留最小駐留時間σ，完成后將各數據點處在每次駐留產生的材料去除進行疊加，得到該數據點的總的材料去除，所有數據點的總材料去除組合形成材料去除層，材料去除層的峰谷值之差即為材料最小均勻附加厚度h；

步驟5、在最小均勻附加厚度為h的基礎上，建立面形殘差的均方根值作為優化函數，在駐留時間約束域下，利用自適應正則化迭代和正投影最小二乘法，求解使得優化函數最小的駐留時間；

步驟6、根據駐留時間，對待加工光學表面進行磁流變加工。