[发明专利]离子束加工光学元件的拼接加工方法

摘要

本发明公开了一种离子束加工光学元件的拼接加工方法，包括以下步骤：首先通过实验获取去除函数，然后利用波面干涉仪获取面形误差函数，对元件的加工区域进行区域划分与数据准备，再确定区域边界并修正面形误差，然后建立模型求解驻留时间，根据求解的驻留时间进行第一次修形加工，对第一次修形加工进行误差辨识，最后根据误差辨识结果视情况重复加工步骤直至满足面形精度要求。本发明的加工方法拓展了现有光学加工系统的加工能力，解决了现有较小光学加工系统加工大口径光学元件的技术难题，可大大节约光学加工系统的制造成本和加工成本。

主权项

1、一种离子束加工光学元件的拼接加工方法，包括以下步骤：(1)实验获取去除函数：应用离子束修形工艺过程进行去除函数实验获取去除函数，记为R(x，y)，以间隔S对去除函数进行离散，用矩阵表示即为R；(2)获取面形误差函数：通过波面干涉仪测量待加工元件全口径内的面形误差数据，并进行消除趋势、定心和边缘确定处理，处理后的结果记为E(x，y)，以间隔S对面形误差函数进行离散，用矩阵表示即为E；(3)区域划分与数据准备：将待加工元件的镜面划分成四个加工区域，各加工区域的标志矩阵为M₁、M₂、M₃、M₄，各标志矩阵大小与面形误差矩阵E相等，各标志矩阵中对应于其所在加工区域的矩阵元素数值为1，其余矩阵元素的数值为0，则各加工区域的面形误差矩阵E₁、E₂、E₃、E₄分别为：E₁＝M₁*EE₂＝M₂*E   (1)E₃＝M₃*EE₄＝M₄*E式(1)中“*”表示矩阵对应元素相乘；由步骤(1)中获取的R通过绕待加工元件回转对称轴旋转变化得到各加工区域的加工去除函数，其矩阵形式分别记为R₁、R₂、R₃、R₄，则：R₁＝RR₂＝rotz90(R)   (2)R₃＝rotz180(R)R₄＝rotz270(R)式(2)中的rotz表示绕回转对称轴旋转的角度；(4)区域边界确定和面形误差修正：首先确定各个加工区域间歇运动的边界，分别用矩阵W₁、W₂、W₃、W₄表示，各边界矩阵的大小与E相等，各边界矩阵对应于其所在边界点的矩阵元素数值为1，其余的矩阵元素数值为0，则修正面形误差矩阵E′为：E′=E-δtΣi=14Wi⊗Ri---(3)]]>式(3)中，表示卷积运算，δ_t为离子束修形加工系统中机床间隙运动步长的时间；(5)模型的成型和驻留时间的解算：根据光学镜面成型原理以及材料去除叠加性建立修正面形误差矩阵E′、去除函数矩阵R及驻留时间矩阵T三者之间的关系模型：E′=Σi=14Ri⊗Ti---(4)]]>式(4)中，T_i表示各加工区域的驻留时间矩阵；根据上述关系模型和贝叶斯原理求解驻留时间矩阵T以及各加工区域的驻留时间矩阵T_i，其迭代计算式为：Tk+1=Tk*(Σi=14Ri(-x,-y)∫∫Rdxdy⊗Ei′Σi=14Ri⊗Tik)---(5)]]>Tik=Mi*Tk]]>式(5)中，“*”表示矩阵对应元素相乘，k为计算过程中的迭代次数，为各加工区域的修正面形误差矩阵，驻留时间迭代计算的初始值T⁰＝E′；(6)第一次修形加工：应用离子束修形工艺进行第一次修形加工，修形加工以前设定刀具的对刀信息为dx＝0、dy＝0，然后利用步骤(5)中确定的各加工区域的驻留时间分别对各加工区域依次进行加工，直至完成整个待加工元件的加工；(7)误差辨识：利用波面干涉仪对第一次修形加工后的元件再次进行面形误差测量，测量结果记为E″，通过以下优化方法确定对刀误差dx、dy：mindx,dy|E′-Es-ηE′′|---(6)]]>式(6)中，η为加工效率；E^s为仿真面形误差，其计算式为：ES=R1⊗(Tk+1(x-dx,y-dy)*M1)+R2⊗(Tk+1(x+dy,y-dx)*M2)]]>                                                      (7)+R3⊗(Tk+1(x+dx,y+dy)*M3)+R4⊗(Tk+1(x-dy,y+dx)*M4)]]>(8)辨识出刀具的对刀误差dx、dy后，重复以上步骤(3)～(7)，直至镜面面形质量满足相关精度要求，结束加工。