[發明專利]一種光學元件加工過程中駐留時間的勻滑方法

有效

• 申請號: 201811336114.8
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109227226B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 胡小川;鐘顯云;賴朝輝;楊金山
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種光學元件加工過程中駐留時間的勻滑方法，該方法通過引入一個時間擴散模型對常規計算得到的駐留時間分布進行擴散，從而實現駐留時間的勻滑處理。經過勻滑處理后的駐留時間與原駐留時間相比，在相鄰離散點上的時間差值相對較小，從而實現相鄰離散點間的平滑過渡，進而降低加工過程中拋光工具頻繁加速、減速對機床穩定性造成的影響。本發明一種光學元件加工過程中駐留時間的勻滑方法不僅能通過時間擴散處理提高計算的收斂效果，還能通過對駐留時間的勻滑處理減小相鄰離散點間駐留時間的跳變程度，有利于提高數控加工的穩定性，進而減少因拋光工具頻繁抖動對元件引入的中、高頻誤差。

技術領域

本發明屬于光學元件的加工領域，具體涉及一種光學元件加工過程中駐留時間的勻滑方法。

背景技術

隨著光學技術的飛速發展及其應用范圍的不斷擴拓，人們對光學元件的面形精度、表面粗糙度等技術指標提出了越來越高的要求，非球面、大相對口徑、納米精度成為了現代光學元件的發展趨勢。為了有效提高光學元件表面加工質量和滿足現代化高精度加工技術的需求，技術人員開始采用高精度數控加工機床進行光學元件的加工。在數控加工過程中，拋光工具在被加工元件表面形成一定的相對運動速度和壓力，從而去除被加工元件表面的多余材料。由于數字化技術的引入，拋光工具在被加工元件表面的運動軌跡可近似看作是在各個離散點上的連續移動，在單位時間內，拋光工具在單個離散點上對被加工元件的去除量稱為去除函數，而拋光工具在各個離散點上的停留時間即為駐留時間。因此，如何規劃拋光工具在被加工元件表面的駐留時間分布是實現高精度數控加工的關鍵。

現有技術中，求解駐留時間的方法主要分為全局最優解法和局部最優解法：

1、全局最優解法

當去除函數和被加工元件的待去除量為已知時，可通過最小二乘法等經典算法計算得到一組最優的駐留時間分布使得加工后元件表面的面形殘差最小，而這組最優的駐留時間分布即為全局最優解。但在實際的高精度加工中，該計算過程涉及的數據量和運算量十分巨大，導致難以求得全局最優解。

2、局部最優解法

為了在有限時間內計算得到一組較優的駐留時間分布，使加工后元件表面的面形殘差盡可能小，通常會采用按比例估算迭代法、脈沖迭代法等算法求解駐留時間，而這組駐留時間分布即為局部最優解。然而，這種方法主要適用于拋光工具在元件表面的去除函數呈圓對稱分布的情況，在針對磁流變拋光機等去除函數為非圓對稱分布的拋光設備時，該方法的計算收斂效果有待提高。

然而，上述兩種方法均未考慮駐留時間分布的勻滑問題；當相鄰離散點間駐留時間變化量過大時，即駐留時間分布不夠勻滑，拋光工具在運動過程中可能出現頻繁加速、減速等現象，從而對機床穩定性造成的影響，進而在被加工元件表面留下運動痕跡。通常情況下，該運動痕跡的空間尺寸在數量級上與相鄰離散點的間距相當，對應于中、高頻面形誤差。由于該面形誤差是加工設備在加工過程中引入的，且中、高頻面形誤差修正是當前數控加工的技術難點，所以難以通過二次加工對其進行修正。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中所存在的不足，提供一種光學元件加工過程中駐留時間的勻滑方法，該方法通過引入一個時間擴散模型對局部最優解法在迭代過程中計算得到的駐留時間分布進行擴散，從而實現駐留時間的勻滑處理；并且繼承了局部最優解法的優點，計算量遠小于全局最優解法。

本發明采用的技術方案為：一種光學元件加工過程中駐留時間的勻滑方法，通過引入一個時間擴散模型對常規計算得到的駐留時間分布進行擴散，從而實現駐留時間的勻滑處理，其具體步驟是：

步驟1：建立時間擴散模型D(x,y)，其中心位置為D(x₀,y₀)，且D(x,y)滿足總量歸一化要求：

∑_i，jD(x_i，y_j)＝1 (1)