[发明专利]光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法、系统及介质

说明书

本发明公开了一种光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法、系统及介质，本发明的磁流变抛光补偿加工方法包括：获取平面去除函数；映射得到不同曲率下的球面去除函数；针对待加工工件面形区域内的每一个驻留点，拟合计算驻留点附近的复杂曲面局部区域的最接近球面，以该复杂曲面局部区域的最接近球面的曲率对应的球面去除函数近似作为该驻留点附近的复杂曲面局部区域的去除函数；建立基于线性方程组模型的驻留时间求解算法，仿真求得各个驻留点的驻留时间分布及面形残差，指导待加工工件的磁流变抛光。本发明能够有效保证了加工过程中的确定性，且提高了加工过程中的收敛率。

技术领域

本发明涉及光学复杂曲面元件的超精密抛光领域，具体涉及一种光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法、系统及介质。

背景技术

复杂曲面是一种复杂的、不规则的、非回转型的曲面，一般很难用数学方程精确的描述，通常采用一系列离散型值点描述。由于复杂曲面各型值点之间可以没有几何约束，所以在设计中会给光学设计人员提供很大的设计自由度，这意味着包含复杂曲面光学元件的光学系统能够实现更加优异的光学性能。

以自由曲面为代表的复杂曲面，具有丰富的自由度和较强的相差校正能力，能够增大视场、减小F数。复杂曲面的应用能够使光学系统的设计更加灵活，结构更加紧凑，性能更为优越。如今对光学系统光学性能、体积重量等要求的日趋严苛，促使反射镜面不断向复杂曲面发展。复杂曲面反射镜促进了光学系统快速发展的同时给制造技术带来了巨大的挑战，且加工技术的相对滞后成为制约其推广应用和进一步发展的障碍。

光学复杂曲面反射镜磁流变抛光最关键的技术是去除函数的确定性。复杂曲面曲率变化将导致去除函数时空变化，所以必须建立准确的去除函数动态模型，从而实现对加工过程的确定性控制。去除函数模型分为实验模型和理论模型。实验建模法准确度高，主要适用于面形简单的平面和球面等，对于去除函数非线性变化的复杂曲面不再适用。理论建模法主要通过分析影响去除函数的各种因素，分析其内部机理，并在一定的简化假设下得到描述去除函数分布的数学模型。由于建模过程一些简化和假设，准确率相对较低。目前，运用的平面去除函数在不同曲率的位置稳定性有限，这会对磁流变加工的确定性和精度造成不良的影响。因此，如何实现光学复杂曲面反射镜磁流变抛光去除函数补偿已经成为一项急需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法、系统及介质，本发明基于时间补偿空间的思想，解决复杂曲面曲率变化导致磁流变去除函数变化的问题，能够用于光学复杂曲面反射镜的高效高表面质量的确定性加工。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法，实施步骤包括：

1)对与待加工工件相同材料的平面工件获取平面去除函数F_flat；

2)对待加工工件建立相同工况不同曲率半径下球面去除函数和平面去除函数的映射关系，根据该映射关系将平面去除函数F_flat映射得到不同曲率下的球面去除函数F_j-sphere；

3)针对待加工工件面形区域内的每一个驻留点，拟合计算驻留点附近的复杂曲面局部区域S_j-asphere的最接近球面S_j-sphere，以该复杂曲面局部区域S_j-asphere的最接近球面S_j-sphere的曲率对应的球面去除函数F_j-sphere近似作为该驻留点附近的复杂曲面局部区域的去除函数；

4)根据去除函数动态变化性，建立基于线性方程组模型的驻留时间求解算法，仿真求得各个驻留点的驻留时间分布及面形残差；

5)根据得到的各个驻留点的驻留时间分布及面形残差指导待加工工件的磁流变抛光。