[發明專利]光學復雜曲面元件的磁流變拋光補償加工方法、系統及介質

有效

• 申請號: 201910243077.4
• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN109909815B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 彭小強;胡皓;戴一帆;趙陶;鐵貴鵬;石峰;李信磊
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B13/00;B24B49/00;G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發明公開了一種光學復雜曲面元件的磁流變拋光補償加工方法、系統及介質，本發明的磁流變拋光補償加工方法包括：獲取平面去除函數；映射得到不同曲率下的球面去除函數；針對待加工工件面形區域內的每一個駐留點，擬合計算駐留點附近的復雜曲面局部區域的最接近球面，以該復雜曲面局部區域的最接近球面的曲率對應的球面去除函數近似作為該駐留點附近的復雜曲面局部區域的去除函數；建立基于線性方程組模型的駐留時間求解算法，仿真求得各個駐留點的駐留時間分布及面形殘差，指導待加工工件的磁流變拋光。本發明能夠有效保證了加工過程中的確定性，且提高了加工過程中的收斂率。

技術領域

本發明涉及光學復雜曲面元件的超精密拋光領域，具體涉及一種光學復雜曲面元件的磁流變拋光補償加工方法、系統及介質。

背景技術

復雜曲面是一種復雜的、不規則的、非回轉型的曲面，一般很難用數學方程精確的描述，通常采用一系列離散型值點描述。由于復雜曲面各型值點之間可以沒有幾何約束，所以在設計中會給光學設計人員提供很大的設計自由度，這意味著包含復雜曲面光學元件的光學系統能夠實現更加優異的光學性能。

以自由曲面為代表的復雜曲面，具有豐富的自由度和較強的相差校正能力，能夠增大視場、減小F數。復雜曲面的應用能夠使光學系統的設計更加靈活，結構更加緊湊，性能更為優越。如今對光學系統光學性能、體積重量等要求的日趨嚴苛，促使反射鏡面不斷向復雜曲面發展。復雜曲面反射鏡促進了光學系統快速發展的同時給制造技術帶來了巨大的挑戰，且加工技術的相對滯后成為制約其推廣應用和進一步發展的障礙。

光學復雜曲面反射鏡磁流變拋光最關鍵的技術是去除函數的確定性。復雜曲面曲率變化將導致去除函數時空變化，所以必須建立準確的去除函數動態模型，從而實現對加工過程的確定性控制。去除函數模型分為實驗模型和理論模型。實驗建模法準確度高，主要適用于面形簡單的平面和球面等，對于去除函數非線性變化的復雜曲面不再適用。理論建模法主要通過分析影響去除函數的各種因素，分析其內部機理，并在一定的簡化假設下得到描述去除函數分布的數學模型。由于建模過程一些簡化和假設，準確率相對較低。目前，運用的平面去除函數在不同曲率的位置穩定性有限，這會對磁流變加工的確定性和精度造成不良的影響。因此，如何實現光學復雜曲面反射鏡磁流變拋光去除函數補償已經成為一項急需解決的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種光學復雜曲面元件的磁流變拋光補償加工方法、系統及介質，本發明基于時間補償空間的思想，解決復雜曲面曲率變化導致磁流變去除函數變化的問題，能夠用于光學復雜曲面反射鏡的高效高表面質量的確定性加工。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種光學復雜曲面元件的磁流變拋光補償加工方法，實施步驟包括：

1)對與待加工工件相同材料的平面工件獲取平面去除函數F_flat；

2)對待加工工件建立相同工況不同曲率半徑下球面去除函數和平面去除函數的映射關系，根據該映射關系將平面去除函數F_flat映射得到不同曲率下的球面去除函數F_j-sphere；

3)針對待加工工件面形區域內的每一個駐留點，擬合計算駐留點附近的復雜曲面局部區域S_j-asphere的最接近球面S_j-sphere，以該復雜曲面局部區域S_j-asphere的最接近球面S_j-sphere的曲率對應的球面去除函數F_j-sphere近似作為該駐留點附近的復雜曲面局部區域的去除函數；

4)根據去除函數動態變化性，建立基于線性方程組模型的駐留時間求解算法，仿真求得各個駐留點的駐留時間分布及面形殘差；

5)根據得到的各個駐留點的駐留時間分布及面形殘差指導待加工工件的磁流變拋光。