[发明专利]抛光工件表面轮廓各频段误差的分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学表面加工方法，尤其是涉及抛光工件表面轮廓各频段误差的分离方法。

背景技术

小磨头确定性抛光是目前加工光学非球面的可行方法，目的是通过采用比光学元件尺寸小很多的加工工具进行定区域修研，可以大幅度提高加工精度，但同时会导致光学元件表面形成各频段误差分布不均匀的现象普遍存在，在小工具停留时间长的区域中频误差含量较大，停留时间短或不停留的区域，中频误差含量相对较小。光学元件的中频误差会导致的光束高频调制和非线性增益，将造成光学元件的丝状破坏和降低光束的可聚焦功率，对极紫外或新兴的X射线光学而言，中频段误差产生的小角度散射会极大地降低光学系统的分辨率。

为确保高能量激光系统和高分辨率系统的性能，需要对光学元件表面轮廓各频段误差进行分离，识别中频误差频率和方位，指导补偿加工。

光学元件波面数据的功率谱密度（Power Spectral Density，PSD）是目前国际上广泛采用的衡量光学元件中频误差的方法。但PSD基于傅里叶变换，会将局部瞬时波动平均到全局范围内，是一种综合评价手段，无法实现误差频率和方位的准确识别。

申请号为200810030817.8的中国专利申请公开一种确定性光学加工条件下频段误差分布特性的分析方法，它首先基于面形误差数据的PSD选择敏感频段，然后选择基本小波对加工误差敏感频段进行分析，确定误差分布区域。该方法存在不足之处：

其一：对面形误差数据计算PSD之后，将局部瞬时波动平均到全局范围内，会严重降低信噪比，忽略重要信息；

其二：敏感频段选择和小波基函数的选择对分析结果的影响较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有误差评价手段和识别方法的不足，提供抛光工件表面轮廓各频段误差的分离方法。

该方法可以自适应地分离光学元件表面轮廓的高、中、低频误差，识别中频误差的频率和方位，为确定性抛光提供指导。

本发明所述抛光工件表面轮廓各频段误差的分离方法，包括以下步骤：

1)对采用光学检测装置检测得到的被测光学元件表面的检测曲线进行拟合，得到拟合曲线和残差；

2)将残差进行经验模态分解，得到各阶固有模态函数和剩余信号；

3)计算各阶固有模态函数的瞬时频率曲线及其平均波长；

4)根据各阶固有模态函数的平均波长及其特征将所有固有模态函数分为高、中、低频组，将高频和中频组进行组内叠加得到光学表面轮廓的高频和中频误差；将低频组、剩余信号及拟合曲线叠加得到包含低频误差的面形。

本发明是一种抛光工件表面轮廓各频段误差的分离方法，它对面形拟合残差进行经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)，得到一系列固有模态函数(Intrinsic mode functions,IMF)，根据各阶IMF特征，识别不同空间位置存在的误差及其波动频率，并将其合成得到光学表面轮廓的高、中、低频误差。与现有技术相比，本发明具有如下突出优点：

1、本发明将光学元件表面的各频段误差进行分离，便于更加准确的评价高端光学元件表面质量；

2、利用EMD技术将面形拟合残差分解为一系列单分量的IMF，根据各阶IMF能够准确判断中频误差分布方位及频率，从而指导补偿加工和识别误差来源；

3、对光学表面轮廓的高、中、低频误差的分离采取基于空间信号自身局部特征的自适应滤波方式，排除普通滤波中频段选择对结果的影响。

附图说明

图1是本发明实施例的第9阶IMF。横坐标为扫描轨迹X（mm），纵坐标为第9阶IMF的幅值imf(mm)。

图2是本发明实施例的第9阶IMF的瞬时频率曲线。横坐标为扫描轨迹X(mm)，纵坐标为第9阶IMF的瞬时频率infreq(1/mm)。

图3是本发明实施例的第10阶IMF。横坐标为扫描轨迹X(mm)，纵坐标为第10阶IMF的幅值imf(mm)。

图4是本发明实施例的10阶第IMF的瞬时频率曲线。横坐标为扫描轨迹X(mm)，纵坐标为第10阶IMF的瞬时频率infreq(1/mm)。

图5是本发明实施例的第11阶IMF。横坐标为扫描轨迹X(mm)，纵坐标为第11阶IMF的幅值imf(mm)。

图6是本发明实施例的第11阶IMF的瞬时频率曲线。横坐标为扫描轨迹X(mm)，纵坐标为第11阶IMF的瞬时频率infreq(1/mm)。