光學零件中高頻誤差的組合式加工方法技術

本發明專利技術公開了一種光學零件中高頻誤差的組合式加工方法，該方法是先利用干涉儀測量待加工光學零件的面形誤差，然后進行PSD分析，基于PSD曲線確定中高頻誤差頻率分布特征；再根據預先確定的加工時間和加工精度得到優化后的去除函數模型，并獲得去除函數的幅值譜線；根據該幅值譜線獲得去除函數的截止頻率；如果中高頻誤差頻率分布中存在低于截止頻率的可修正中高頻誤差，則采用磁流變拋光工藝加工；如果中高頻誤差頻率分布中存在高于截止頻率的不可修正中高頻誤差，則采用計算機控制光學表面成形工藝加工。本發明專利技術能夠充分結合MRF和CCOS各自的技術優勢、且實現光學零件全頻段誤差的高效一致收斂、有效提升光學零件性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及ー種光學零件的加工方法，尤其涉及ー種光學零件中高頻誤差的控制エ藝方法。
技術介紹
傳統的光學加工手段中，加工工具同光學元件之間存在大面積的空間幾何接觸形態，有利于面形誤差連續性的生成，誤差表現為宏觀尺度，即低頻形狀誤差；而微納米量級研拋磨料同光學元件材料間的機械化學綜合作用，主要體現為微觀尺度的誤差演變，即高頻粗糙度誤差。因此，傳統加工手段(如古典拋光、環拋等)所得到的エ件表面誤差中基本不包含嚴重的中高頻誤差形態，能夠保證光學元件的良好光學性能。現代先進光學制造方法的發展，趨向于采用計算機控制小工具對光學表面進行確定性可控材料去除，屬于計算機控制子口徑拋光技術的范疇。由于采用的小工具尺寸一般都遠遠小于エ件尺寸，因此在實現低頻面形誤差確定收斂的過程中，越來越傾向于在中高頻段形成周期性的小尺度制造誤差特征。人們通俗的把這類小尺度制造誤差特征歸為中高頻誤差，中高頻誤差已經成為計算機控制子口徑類加工方法的顯著特征。磁流變拋光(MRF)的材料去除，主要由高強度梯度磁場下磁流變液的剪切作用實現。磁流變液在高強度磁場的作用下，雖然具有一定的硬度，但其仍然屬于柔體的范疇，即磁流變拋光屬于ー種柔性拋光方式。這種柔性去除方式，決定了其在對光學表面誤差進行加工吋，磁流變液能夠同光學表面保持良好的接觸狀態。當高強度梯度磁場下的磁流變液對エ件表面進行材料去除時,磁流變液形成的柔性拋光模同加工區域發生全面接觸,磁流變液的拋光磨料同エ件表面誤差均發生作用。由于對材料去除起主導作用的剪切力基本不受面形誤差微觀分布的影響，因此不論是光學元件表面的凸峰還是凹槽，柔性拋光模對其的去除效率基本一致。換句話說，如果利用磁流變拋光對光學元件表面實行材料均勻去除，那么光學表面的中高頻誤差特征基本保持不變。然而，磁流變拋光的去除函數特征和面形誤差的頻域分布決定了其對中高頻誤差具有一定的修正能力，即通過分配駐留時間可以實現一定中高頻誤差修正，從而為中高頻誤差控制提供手段。計算機控制光學表面成形(CCOS)實現材料去除的理論基礎是Preston方程,它是ー種依靠正壓カ實現材料有效去除的加工方法。典型的CCOS結構是在薄金屬板上覆蓋浙青，該結構通常也被稱為“剛性工具”。浙青盤對エ件表面的材料去除可以從兩個方面理解在拋光盤尺寸范圍內，去除量宏觀表現為去除函數，通常形狀為類高斯型。而對于波長小于拋光盤尺寸大小的中高頻誤差，材料去除遵循“高點優先去除原則”。即當浙青盤加工エ件時，浙青盤首先同エ件表面高點區域發生接觸，然后浙青盤發生一定變形以適應エ件表面微觀形狀變化。由于在エ件表面的高點區域，浙青盤將會產生更大的壓力，因此會導致更大的材料去除量，這和Preston方程是吻合的。CCOS的去除機制決定了其對誤差頻段高于拋光盤尺寸的誤差具有一定光順作用。顯然，浙青盤剛性越大，對中高頻誤差的光順能力越強；而柔性越大，對中高頻的光順能力越弱。然而，現有技術中一般都采用單一的去除機制對光學零件的中高頻誤差進行控制，而單ー的去除機制難以實現中高頻誤差的有效控制，并且常常殘留同去除機制直接相關的加工特征，単一去除機制對光學零件中高頻誤差的加工效果也有待提升。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種能夠充分結合MRF和CCOS各自的技術優勢、且實現光學零件全頻段誤差的高效一致收斂、有效提升光學零件性能的。為解決上述技術問題，本專利技術提出的技術方案為ー種，所述組合式加工方法是先對待加工光學零件進行中高頻誤差可加工性評估，然后根據評估結果選擇性進行下述操作(a)或操作(b)，其中所述中高頻誤差可加工性評估包括以下步驟首先利用干涉儀測量待加工光學零件的面形誤差，然后對得到的面形誤差進行PSD(波前功率譜密度)分析，得到面形誤差的 PSD曲線，獲得PSD曲線的目的就是為了觀察面形誤差在頻率域的分布特性，根據它的分布特性就可以對中高頻誤差進行適當的判斷，并確定中高頻誤差頻率分布特征；根據預先確定的加工時間和加工精度(根據不同的待加工光學零件，經綜合考慮后預先擬定加工時間和加工精度)對磁流變拋光工具的去除函數進行優化，得到優化后的去除函數模型(去除函數優化主要反映在優化去除函數的形狀和效率上，通過改變去除函數的特征可以改變加エ時間和加工精度，因而根據加工時間和加工精度可以實現去除函數的聯合優化)；對優化后的去除函數模型進行頻譜分析，得到去除函數的幅值譜線；再根據該幅值譜線獲得去除函數的截止頻率，并將該截止頻率同需要控制的前述中高頻誤差頻率分布進行比較；如果中高頻誤差頻率分布中存在低于截止頻率的可修正中高頻誤差，則轉到下述的步驟(2)對該可修正中高頻誤差進行加工；如果中高頻誤差頻率分布中存在高于截止頻率的不可修正中高頻誤差，則轉到下述的步驟(3)對該不可修正中高頻誤差進行加工；所述操作(a)是指采用磁流變拋光エ藝加工所述可修正中高頻誤差，直至滿足面形精度要求，停止加工；所述操作(b)是指采用計算機控制光學表面成形エ藝加工所述不可修正中高頻誤差，直至滿足面形精度要求，停止加工。上述技術方案中，所述中高頻誤差可加工性評估主要是基于以下原理磁流變拋光的加工過程本質上是去除函數在エ件表面同駐留時間的ニ維卷積過程，而通過計算機實現確定性材料去除控制則是上述過程的逆過程，加工前輸入面形誤差和去除函數，利用數學模型輸出駐留時間，并通過加工路徑上速度的不斷變化實現材料去除；將反映加工過程的ニ維卷積模型在頻域展開，可以得到下式D (wx, wy) = R(wx, wy) T(wx, wy)+E(wx, wy)(I)式⑴中，D(wx,wy)、R(wx, wy)、T(wx, wy)和 E(wx, wy)分別表示面形誤差 d(x, y)、去除函數r(x, y)、駐留時間t(x, y)和殘留誤差e(x,y)的ニ維Fourier變換形式；出于簡化，我們用D、R、T和E分別代表D (wx, wy)、R (wx，wy)、T (wx, wy)和E (wx, wy)，對式⑴進行變換后可得到下式(2):從信號的角度來看，去除函數在加工過程中充當濾波器的作用，如圖I所示。信號T通過系統R濾波得到“純凈”信號D'，信號D'被E污染得到真實信號D，H表示逆濾波系統(駐留時間的求解是對信號進行逆濾波的過程，具體是將光學零件面形誤差和去除函數作為輸入，得到駐留時間輸出，通過機床對駐留時間輸出進行實現，從而實現光學零件面形誤差的有效收斂)；去除函數的特性決定了其對中高頻信號具有截斷作用，即其是典型的低通濾波器；去除函數截斷中高頻信號的特性反映為去除函數的截止頻率。要評估光學零件面形誤差的中高頻誤差的可加工性，需要先對磁流變拋光去除函數的修形能力(即去除函數修正光學表面誤差的能力)進行定義；評價去除函數的修形能力，一般從去除函數的·頻譜入手，由于去除函數在頻域上呈現一定的帶寬特性，該特性決定著去除函數的修形能力；考慮到去除函數具有低通濾波器特性，去除函數的截止頻率大小實質上決定了去除函數的修形能力；當誤差頻率大于截止頻率時，去除函數對其進行信號截斷，即去除函數對高于截止頻率的誤差喪失修形能力。上述的，所述中高頻誤差可加工性評估過程中，所述截止頻率優選為去除函數的幅值譜線下降到峰值5%處的頻本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光學零件中高頻誤差的組合式加工方法，所述組合式加工方法是先對待加工光學零件進行中高頻誤差可加工性評估，然后根據評估結果選擇性進行下述操作(a)或操作(b)，其中：所述中高頻誤差可加工性評估包括以下步驟：首先利用干涉儀測量待加工光學零件的面形誤差，然后對得到的面形誤差進行PSD分析，得到面形誤差的PSD曲線，基于PSD曲線確定中高頻誤差頻率分布特征；根據預先確定的加工時間和加工精度對磁流變拋光工具的去除函數進行優化，得到優化后的去除函數模型；對去除函數模型進行頻譜分析，得到去除函數的幅值譜線；再根據該幅值譜線獲得去除函數的截止頻率，并將該截止頻率同需要控制的前述中高頻誤差頻率分布進行比較；如果中高頻誤差頻率分布中存在低于截止頻率的可修正中高頻誤差，則轉到下述的操作(a)對該可修正中高頻誤差進行加工；如果中高頻誤差頻率分布中存在高于截止頻率的不可修正中高頻誤差，則轉到下述的操作(b)對該不可修正中高頻誤差進行加工；所述操作(a)是指：采用磁流變拋光工藝加工所述可修正中高頻誤差，直至滿足面形精度要求，停止加工；所述操作(b)是指：采用計算機控制光學表面成形工藝加工所述不可修正中高頻誤差，直至滿足面形精度要求，停止加工。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：石峰，胡皓，宋辭，彭小強，戴一帆，王貴林，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科學技術大學，
類型：發明
國別省市：