[发明专利]一种光学元件磁流变加工过程中驻留时间优化方法

说明书

本发明公开了一种光学元件磁流变加工过程中驻留时间优化方法，该方法通过将粒子群算法引入到脉冲迭代中，从而实现驻留时间的计算。经过粒子群算法处理后的驻留时间与原来的普通脉冲迭代计算的驻留时间相比，光学元件面型的中频段误差变小，抛光过程中抛光轮瞬时的进给速度减小，进而降低对机床稳定性的影响。本发明通过降低加工过程中抛光轮频繁的加减速运动，从而降低造成的面型误差尤其是中频段误差，具有较大的应用价值。

技术领域

本发明属于光学元件的加工领域，具体涉及一种光学元件磁流变加工过程中驻留时间优化方法。

背景技术

在空间光学技术与民用光学技术的推动下，各类光学元件越来越多地应用到了空间探测和民用领域中。尤其是在一些高新技术领域更是得到了广泛的应用，但同时光学元件的面形精度、表面粗糙度等的要求也越来越高。而抛光技术作为超精密光学元件加工的最后一道工序，制约着工件的表面质量以及整个的加工流程。抛光过程是利用磨头产生的去除函数按设计好的轨迹和驻留时间在光学元件表面进行扫描以达到对面形误差的修正，抛光轮在各离散点的停留时间即驻留时间，驻留时间求解的基本模型是期望材料去除量等于磨头的去除函数和驻留时间的卷积，因此驻留时间的求解和后置处理算法是获得和实现准确驻留时间的基础，也是超精密数控加工的关键所在。

在现有技术中，求解驻留时间的方法主要分为两种，一是迭代法，二是线性方程组法。

1.迭代法

迭代算法是基于线性时不变加工原理建立起来的快速解算方法，根据线性时不变材料去除理论，光学元件表面的驻留时间与表面的面型误差去除成正比，因此通过多次迭代直到达到满足条件为止。迭代法计算量小、计算速度快，且具有较理想的求解结果，所以在的计算机控制加工中使用得最多，但却存在精度低，中高频误差明显等问题。

2.线性方程组法

线性方程组算法是将面形误差与驻留时间按运动轨迹离散化后进行线性方程求解的过程，线性方程组系数矩阵的建立需要知道去除函数在每个驻留位置驻留点周围区域的材料去除，采用根据驻留点分布的离散方式在计算过程中需要根据位置的变化对数据不断进行重新的离散，大大降低了计算速度，线性方程组方法计算量非常大，且一般系数矩阵存在病态，计算速度慢，限制了该方法的进一步应用。

发明内容

本发明的目的是克服了上述方法中存在的不足，提供了一种光学元件磁流变加工过程中驻留时间优化方法，该方法通过引入粒子群算法对整体的面型残差进行优化，从而实现整体的驻留时间判定，进而进行每个驻留时间点的最优选择，在迭代法的基础上实现驻留时间的优化处理，计算速度快、精度高、而且可以有效改善中频误差。

本发明采用的技术方案为：一种光学元件磁流变加工过程中驻留时间优化方法，通过引入粒子群算法对整体的面型残差进行优化，从而实现整体的驻留时间判定，进而进行每个驻留时间点的最优选择，在迭代法的基础上实现驻留时间的优化处理，其具体步骤为：

步骤1：待加工元件的面型误差为Z(x，y)，抛光头在光学元件表面单位时间内产生的去除函数为R(x，y)，在迭代计算的过程中，通过单次迭代求解得到的驻留时间为T(x，y)，驻留时间T(x，y)求解过程中理论计算的去除量和根据面形误差期望的去除量不相等，它们之间的差值为残差E(x，y)，表示为：

E(x，y)＝Z(x，y)-R(x，y)*T(x，y)   (1)

式中，*表示卷积，去除函数R(x，y)与驻留时间T(x，y)的卷积表示在驻留时间T(x，y)内对光学元件的材料去除，对驻留时间T(x，y)的求解实际是一个反卷积的过程。

步骤2：将去除函数R(x，y)理想化为去除脉冲，去除脉冲的强度I等于去除函数强度R(x，y)，即：

式中，a，b分别表示去除函数R(x，y)的有效范围区间。