大口径光学元件抛光驻留时间快速求解方法

本发明涉及光学加工驻留时间求解，尤其涉及一种大口径光学元件抛光驻留时间快速求解方法。

背景技术：

1、在光学加工领域中，少有发表的文章或专利文件公布驻留时间计算效率，多数情况下是利用高性能计算机进行反复迭代计算达到预期精度，过程耗时量巨大。

2、在驻留时间计算方面，论文《rapid fabrication of a lightweight 2 mreaction-bonded sic aspherical mirror》公开报道了计算2m口径的驻留时间，但未提及计算时间和效率。亚利桑那大学的论文《genetic algorithm-powered non-sequentialdwell time optimization for large optics fabrication》计算了4.25m口径光学元件的加工驻留时间，精确采样计算时间大约在6h，稀疏采样计算时间大约在1.2h。论文《universal dwell time optimization for deterministic optics fabrication》也公开报道了计算了外径160mm内径20mm口径光学元件的加工驻留时间，采样计算时间大约在2min。以上公开的报道在驻留时间计算方面时间均较长。目前亟待提供一种能够简化计算、缩短计算时间的驻留时间计算方法。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供一种大口径光学元件抛光驻留时间快速求解方法。

2、本发明目的在于提供一种大口径光学元件抛光驻留时间快速求解方法，具体包括如下步骤：

3、s1. 通过干涉仪测量待加工工件表面的面形，计算待加工工件的去除量分布，获得原始面形矩阵；根据实际加工对元件面形rms指标的需要，进行降采样,获得降采样面形矩阵；

4、s2. 选择所述待加工工件的加工工艺，测量工具影响函数，获得工具影响函数矩阵；

5、s3. 根据所述待加工工件的面形采样尺寸设置抛光轨迹，轨迹间隔不小于面形采样间隔，得到原始加工轨迹矩阵和稀疏化加工轨迹矩阵；

6、s4. 以工具影响函数矩阵为基础，计算所述稀疏化加工轨迹上任意相邻两点间的连续工具函数；具体包括：

7、s401. 将所述加工轨迹离散化成有限个驻留点，任意选取进给方向上相邻的两个驻留点，记为a点和b点，在a点和b点之间插入子驻留点，以供所述工具影响函数进行卷积操作；插入的子驻留点的数量与所述工具影响函数的采样间隔之间的关系如下：

8、；

9、其中，表示插入的子驻留点的数量，s表示进刀量，edg表示变量扩维间隔，表示任意一个整数，表示正整数集；

10、s402. 将ab段的长度分别向x方向进行投影标记为xdir，向y方向进行投影标记为ydir，即；离散化后的稀疏化加工轨迹的x间隔为xgap，y间隔为ygap，因此；设置a点的驻留时间为，b点的驻留时间为，即；设置机床加速度为；

11、s403. 插入子驻留点，将子驻留点的驻留时间分配为；

12、s404. 对工具影响函数进行平移，平移距离为，，其中，再按照变量扩维间隔edg进行扩维；获得a点与b点之间的扩维矩阵，；

13、

14、表示工具影响函数的横坐标矩阵，表示工具影响函数的纵坐标矩阵，表示工具影响函数的去除率矩阵，表示连续工具影响函数的横坐标矩阵，表示连续工具影响函数的纵坐标矩阵， griddata为matlab内置的 griddata函数，为matlab的插值模式；

15、s405. 将所有的扩维矩阵的走刀速度影响的变化去除率进行相加，形成卷积操作，得到a点与b点之间的连续工具函数：

16、；

17、其中，为走刀速度影响的变化去除率，表示各子驻留点处的驻留时间系数，表示各子驻留点处的去除率，是在上的连续工具影响函数；

18、s5. 根据所述降采样去除量分布、所述稀疏化加工轨迹和所述连续工具函数计算驻留时间分布；具体包括：

19、令；

20、

21、其中，，代表向量化的轨迹点驻留时间，，代表向量化的面形点序号，代表卷积核的矩阵化，是依据面形数据点以及驻留点离散卷积关系生成的连续工具影响函数去除率，记矩阵与向量，，方程简单描述为，求解的目标函数如下：

22、；

23、求解过程的简要程序如下：

24、；

25、式中，是目标函数，是对函数取梯度，为驻留时间向量，是第k次迭代得到的驻留时间向量，kmax是迭代最大次数，是与同维度的全零向量，是向正实数集合投影，为驻留时间解的下限约束条件，为矩阵或向量的2范数，δ是迭代收敛条件；为第k次迭代步长，迭代条件；为第k次阻尼系数，。

26、优选的，步骤s5中设置初始 β为0.1，设置初始 γ为0.1；kmax=50。

27、优选的，降采样采集的面形的rms值与所述干涉仪采集的所述待加工工件表面的面形的rms值偏差不超过偏差度，获得所述降采样离散化的待加工工件去除量分布，离散点的个数记为，表示去除点数量；所述。

28、优选的，步骤s2具体包括如下子步骤：

29、s201. 选取一件与待加工工件同材质的实验片，测量实验片的初始面形；

30、s202. 对试验片进行定点定时抛光，并测量抛光后的实验片的面形，得到抛光面形；

31、s203. 将初始面形与抛光面形相减，再除以抛光时间，获得工具影响函数。

32、优选的，步骤s3具体包括如下步骤：

33、根据所述待加工工件的尺寸设置抛光轨迹，所述抛光轨迹包括抛光轨迹类型和抛光轨迹参数，得到个离散的原始抛光轨迹点，抛光轨迹上第个轨迹点的坐标表示为，在第个轨迹点的驻留时间为，其中，，表示驻留点数量。得到个离散的稀疏化抛光轨迹点，抛光轨迹上第个轨迹点的坐标表示为，在第个轨迹点的驻留时间为，其中，，表示驻留点数量。

34、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

35、本发明通过提出一种降采样面形策略，稀疏化轨迹策略，结合连续工具函数的方法，在保证精度的前提下，解决了以往大口径光学元件驻留时间计算耗时大的问题，进一步缩短了加工流程的计算耗时。

技术特征：

1.一种大口径光学元件抛光驻留时间快速求解方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种大口径光学元件抛光驻留时间快速求解方法，其特征在于：所述步骤s5中设置初始β为0.1，设置初始γ为0.1；kmax=50。

3.根据权利要求2所述的一种大口径光学元件抛光驻留时间快速求解方法，其特征在于：所述降采样采集的面形的rms值与所述干涉仪采集的所述待加工工件表面的面形的rms值偏差不超过偏差度，获得所述降采样离散化的待加工工件去除量分布，离散点的个数记为，表示去除点数量；所述。

4.根据权利要求3所述的一种大口径光学元件抛光驻留时间快速求解方法，其特征在于：所述步骤s2具体包括如下子步骤：

5.根据权利要求4所述的一种大口径光学元件抛光驻留时间快速求解方法，其特征在于：所述步骤s3具体包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及光学加工驻留时间求解技术领域，尤其涉及一种大口径光学元件抛光驻留时间快速求解方法。包括：通过干涉仪测量待加工工件表面的面形，根据实际加工对元件面形RMS指标的需要，降采样获得去除量分布；选择所述待加工工件的加工工艺，测量得到工具影响函数；根据所述待加工工件的面形采样尺寸设置抛光轨迹，轨迹间隔不小于降采样间隔，得到稀疏化加工轨迹；计算所述稀疏化加工轨迹间隔上的连续工具影响函数IRF；根据去除量分布、稀疏化加工轨迹和连续工具影响函数快速计算驻留时间分布；优点在于：在保证精度的前提下，大幅度缩短大口径光学元件抛光驻留时间计算耗时。

技术研发人员：李龙响,刘夕铭,李兴昶,张峰,张学军
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1