[发明专利]修正低陡度光学镜面误差的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学镜面误差的修正技术，尤其涉及一种利用贝叶斯(Bayesian)原理修正光学镜面误差的加工方法。

背景技术

随着现代光学系统性能要求的不断提高，光学零件的质量要求也在不断提高。现代光学零件正朝着非球面、轻质薄型、大相对口径等方向发展，且需对镜面各个频段的误差都进行严格的控制。同时，由于现代光学系统的零件数量巨大，精度要求很高，因此传统的手工加工方法已不能够满足精度、效率等方面的要求，传统光学零件的制造方法已经逐步由“小工具磨头”、磁流变以及离子束修形等先进光学零件加工技术所取代。

先进光学零件加工技术是基于一定的科学原理产生确定性的材料去除函数，利用确定性的光学镜面测量仪器测量工件的面形误差，然后以此两参数为输入，通过计算机控制光学成型(CCOS原理)计算出去除函数在光学零件上的驻留时间密度函数；最后，根据驻留时间密度函数产生数控代码控制材料去除函数在光学零件上的运动，从而完成对光学零件材料的确定性去除，但现有的光学零件加工技术还存在以下问题：

(1)先进光学零件加工技术最重要的步骤之一是确定镜面驻留时间密度函数。现有的方法可以分成两类，其一为小波法和级数拟合法等解析方法，解析的拟合性质滤除了面形误差的高频部分，解决了问题的不适定性，但计算过程和处理手段一般比较复杂。其二为数值计算方法，如脉冲迭代法、SVD法和正则化方法等。但脉冲迭代方法存在计算发散问题；SVD和正则化方法的计算所需内存和计算速度与离散点数成超线性关系，对于大型镜面计算时间过长，有时甚至于不能够完成。另一方面，这两类方法一般不能够保证所计算出的驻留时间大于零，必须进行适当的偏置处理以满足驻留时间必须为正的要求。

(2)驻留时间计算须借助于某一离散形式。可根据各驻留点以及对应点的去除函数形成面形成型矩阵，将CCOS原理离散成矩阵乘积的形式，此种离散方法灵活，但建立在此离散模型上的驻留时间的计算时间与镜面尺寸成超线性关系，不利于大型镜面的加工。可以将面形误差和去除函数都离散成等间隔的矩阵形式，以利用快速傅里叶变换(FFT)计算CCOS成型原理中的卷积计算。球面等曲面的不可展性决定了修形过程本质上为一非线性过程，需要结合路径规划，将低陡度非球面修形工艺过程近似用线性卷积模型表示，离散成矩阵卷积模型，以便于利用FFT对驻留时间进行快速解算。对于圆形等镜面，离散成的矩阵并没有完全填充，现有处理方法是对边缘没有数据的离散点以零填充，从而造成镜面边缘和内部数据的差异，降低了计算精度。

(3)驻留时间的实现有点驻留和连续速度驻留两种方式。前者实现中由于运动系统始终频繁地启动停止，影响离子源的稳定工作，并增加驻留时间。精确速度方式利用速度变化梯形图计算出系统实现速度，需预先知道系统的动态参数，速度计算过程复杂，对于动态参数难以测量的联动系统动，“精确”也就失去了意义；近似速度方式简单易行，但具有一定的实现误差。

(4)工艺过程中作为加工“刀具”的去除函数获取不准确以及相对于工件的定位误差会影响镜面的收敛，从而降低加工过程效率，增大加工成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺效率高、加工成本低、误差修正效果好的修正低陡度光学镜面误差的加工方法。

本发明是以计算机控制光学成型(CCOS)原理为基础，在适当的路径规划下，将低陡度(镜面边缘倾斜小于15度)非球面修形过程近似用平面修形过程线性模型来描述，最终得到一种修正低陡度光学镜面误差的加工方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)实验获取去除函数：应用离子束修形工艺过程进行去除函数实验获取该修形工艺的去除函数，记为R(x，y)，去除函数半径为R_t(通过高斯函数拟合分析确定)，将去除函数以间隔S(S大于零且小于去除函数半径的1/3)离散成N×N(N＝2R_t/S+1)的方阵，离散得到的去除函数方阵记为R，并设定去除函数的效率参数为γ(γ的优选取值范围为0.5≤γ≤2)；

(2)获取面形误差函数：通过波面干涉仪测量待加工元件全口径内的面形误差数据，并进行消除趋势、定心、边缘确定以及偏置处理(使其最小值为零)，得到待加工元件的面形误差函数，记为E(x，y)，镜面的直径为D_w；

(3)面形离散与路径规划：将获取的面形误差函数以间隔S离散成M×M(M＝D_w/S+1)的面形误差方阵，记为E₀；面形误差函数离散点的位置信息可以通过以下任意一种路径规划方法确定：

A)平面式路径规划