[发明专利]一种用于光学镜面磨制的驻留时间计算方法

说明书

一种用于光学镜面磨制的驻留时间计算方法，属于光学镜面面形加工的技术领域。通过光学干涉仪或者三坐标机，检测镜面，获得镜面上的误差分布；确定磨头的工作参数，对行星磨头而言，磨头的工作参数是：公转、自转的转速，偏心的距离、抛光压力、抛光盘直径，并获得单位时间内的材料去除函数分布；设定好磨头中心可行区域大小和位置；进行区域划分计算，形成加工关系矩阵，启动主迭代和子迭代，完成迭代优化，让驻留时间的负值趋近于零；输出驻留时间计算结果，并进行加工仿真，获得加工后的镜面形状。本发明能够对加工过程进行精确描述；降低内存的消耗量，同时能够在计算过程中观察误差收敛的曲线，通过人机交互设定收敛条件，确保计算的有效性。

技术领域

本发明属于光学镜面面形加工的技术领域，尤其涉及用于光学镜面磨制的驻留时间计算方法的技术领域。

背景技术

光学镜面广泛应用于科学研究、航空航天等领域，是天文望远镜、侦察卫星、激光核聚变、医疗影像设备的核心部件。光学镜面的制造过程中。细磨、抛光阶段的误差去除特别重要，目前常用的方法是采用小口径磨制工具，比如行星磨头、离子束、磁流变工具等在计算机控制下定量去除误差，去除的有效性依赖于工具在镜面各处的驻留时间，因此有效的驻留时间计算是磨制的核心。目前采用的驻留时间计算方法有：

1、傅里叶变换法：将空间域的卷积运算等效到频率域的乘积运算，在频率域内解算出驻留时间的频域表达，通过反傅里叶变换获得驻留时间；

2、脉冲迭代法，或者简森-范希图特法：给出一个合适的初始值，以卷积运算为基础进行迭代运算；

3、基于矩阵的求解方法：它根据光学磨制的实际物理过程，将卷积运算变成矩阵的乘积运算，不仅能适应不对称的材料去除函数，而且可以在一次收敛中使用不同的去除函数，实现组合加工。

傅里叶变换法和脉冲迭代法由于计算存在时间负值问题、镜面边缘截断、迭代不收敛等问题，使用受到限制。基于矩阵的求解方法在使用过程中也存在需要解决的问题：

(1)磨头的材料去除函数覆盖一个小的区域，被加工的镜面也是一个大的区域，两者的几何关系需要明确，才能列写加工关系矩阵，目前对这方面的论述不足，导致两者关系模糊，控制边缘效应困难。

(2)当磨制的镜面口径较大时，描述磨制过程的矩阵维数极高，成为一个超大规模的稀疏矩阵，其存储和计算不便捷；

计算获得的驻留时间不能为负值，也就是镜面磨制的深度不能超过设定的最低点，而去除函数的能力是有限的，在这些约束条件下，零误差的完美加工是不现实的，总有残留误差存在。残留误差量是多少，在计算前是未知的，因此难以设定计算的收敛标准。

发明内容

本发明提供了一种用于光学镜面磨制的驻留时间计算方法，能够对加工过程进行精确描述；降低内存的消耗量，同时能够在计算过程中观察误差收敛的曲线，通过人机交互设定收敛条件，确保计算的有效性。

一种用于光学镜面磨制的驻留时间计算方法，包括如下步骤：

步骤S1：通过光学干涉仪或者三坐标机，检测镜面，获得镜面上的误差分布；

步骤S2：确定磨头的工作参数，对行星磨头而言，磨头的工作参数是：公转、自转的转速，偏心的距离、抛光压力、抛光盘直径，并获得单位时间内的材料去除函数分布；

步骤S3：设定好磨头中心可行区域大小和位置；

步骤S4：进行区域划分计算，形成加工关系矩阵，启动主迭代和子迭代，完成迭代优化，让驻留时间的负值趋近于零；

步骤S5：输出驻留时间计算结果，并进行加工仿真，获得加工后的镜面形状。

优选的，本发明步骤S4中的进行区域划分计算，具体包括：

步骤S411：读入磨头中心可行区域A；