[发明专利]基于变去除函数的射流抛光面形误差控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于变去除函数的射流抛光面形误差控制方法，属于光学制造技术领域。本发明根据待加工面形，通过控制射流抛光去除函数的工艺参数实时调节去除函数，从而实现面形误差控制。

背景技术

射流抛光技术是一种新型超精密抛光加工技术。射流抛光技术于上世纪末由荷兰Delft大学的Oliver W. Fähnle和HedserVan Brug等人提出，其主要原理为利用混合有微/纳米尺度磨料粒子的抛光液经供压系统提供初始压力，流经喷嘴而形成射流束，以一定的速度到达材料表面，利用磨料粒子对材料的剪切作用力而达到去除作用。与传统抛光技术以及其它超精密加工技术相比，射流抛光的主要特点与优势体现在针对高陡度曲面工件，利用射流束可以深入工件内部，从而避免机械干涉，进行内表面的加工并获得较高的加工精度，因此已成为一项新兴抛光方法被广泛关注。

面形误差控制方法是射流抛光技术的核心，是决定面形的收敛效果和抛光效率的关键。当前的射流抛光工艺通过求解射流抛光斑在各个轨迹点的驻留时间，实现面形收敛。这种工艺面形误差控制方法较为成熟，在多种确定性抛光方式中得以广泛应用，但还存在以下几个问题：

1)机床频繁的加减速造成的振动影响加工精度。机床各个运动轴的频繁加减速造成较大振动，影响去除函数的稳定性和轨迹精度，从而影响抛光精度；

求解的驻留时间受限于机床本身的动力学性能（如各运动轴的最大加速度、加加速度），驻留时间实现精度低。当计算的驻留时间与机床的加减速能力不匹配时，造成工件“欠抛”或“过抛”，使得面形误差恶化。

发明内容

为解决当前射流抛光工艺方法导致的问题，本发明提出一种基于变去除函数的射流抛光面形误差控制方法，使得抛光不受限于机床的动力学性能，减小复杂轨迹抛光带来的冲击，提升面形收敛效率。

本发明的基于变去除函数的射流抛光面形误差控制方法，依次包括如下步骤：

（1）获取抛光工艺的去除函数：给定采斑时间，将与轴线形成倾斜角θ的喷嘴以角速度绕轴线回转，获取多组不同的工艺参数下的抛光斑，通过拟合建立去除函数工艺参数η与去除函数形态之间的映射关系。

其中，是关于QUOTE的多项式，为常数，是以抛光斑中心为原点的坐标系下的面形位置坐标；

（2） 检测面形误差分布：采用干涉仪测量待加工光学镜面的面形误差分布，将检测得到的面形误差分布记为。

（3）建立抛光工艺的加工过程模型：在所述的光学镜面上等距选取个加工轨迹点，第 个加工轨迹点的坐标记为，设第个加工轨迹点的驻留时间为，按顺序形成驻留时间向量；同时选取个加工控制点，第个加工控制点的坐标记为，各加工控制点的期望去除量为，按顺序形成期望的去除量向量；加工控制点的材料去除量为，所有的按顺序组成材料去除向量，加工模型为，其中是的影响矩阵，其第行第 列元素为；设射流抛光的工艺参数的上限为，下限为，计算在下的影响矩阵；

（4）求解工艺参数实现变去除函数修形：设机床最大速度为 ，通过内点法，求解如下的二次规划问题获得工艺参数下的驻留时间：

，subjected to；

计算匀速抛光时各轨迹点间的时间,计算驻留时间释放比；记为第个轨迹点处的工艺参数，求解方程在区间的实根，若方程的根小于，取，若方程的根大于，取；

（5）通过数控加工控制面形精度：生成包含刀具轨迹点、进给速度、各轨迹点对应的工艺参数 的数控程序，将数控程序加载到带工艺参数控制的数控系统中执行加工，利用干涉仪测量加工后的面形，如果精度满足要求，则完成抛光；否则返回至步骤（2）。

本发明与现有的射流抛光工艺相比的优点是：

（1）机床在加工过程当中一直保持匀速进给，这有利于保持减轻机床的振动，保持射流抛光去除函数的稳定，提升抛光精度。

（2）抛光不在受限于机床的动力学性能，能更为精确地实现对面形的去除要求，提升去除收敛效率，降低“欠抛”和“过抛”产生的面形误差。

（3）建立了基于射流抛光工艺参数的去除函数调节机制，既能通过调节去除函数实现面形精度的收敛，同时能够根据面形精度需求，调整去除函数的形态，便于提升面形的收敛效率。

附图说明

图1为本发明的待加工工件测量的面形误差分布图；

图2为本发明的射流喷嘴压强在加工面形上的分布图；

图3为本发明的加工后测量的面形误差分布图。

具体实施方式