一種復雜曲面組合加工方法技術

本發明專利技術公開一種復雜曲面組合加工方法，一、將待加工復雜曲面面形誤差z

Combined machining method of complex curved surface

The invention discloses a combined machining method for complex surfaces. Firstly, the surface error of a complex surface to be processed is Z

【技術實現步驟摘要】
一種復雜曲面組合加工方法
本專利技術屬于光學系統加工的
，具體涉及一種復雜曲面組合加工方法。
技術介紹
非球面光學元件可以有效降低光學系統復雜程度，提升光學系統性能，因此在現代光學系統中得到了廣泛的應用。近年來，隨著現代光學技術的不斷發展，對光學系統的性能要求越來越高，尤其在空間遙感與深空探測方面，對光學系統的分辨率等性能參數提出了更高的要求。為滿足現代光學系統的性能要求，光學系統中核心器件—主反射鏡的口徑不斷增大，由數百毫米增至數米甚至達到數十米。這就給大口徑復雜曲面的加工帶來了更大的挑戰。復雜曲面的加工主要面臨兩方面困難：首先是加工效率問題，光學曲面面積與其半徑是平方關系，隨著光學曲面半徑的增大，需要加工的光學表面積迅速增大，因此需要進一步提升大口徑復雜曲面的加工效率。其次，復雜曲面的加工是一個復雜，漫長的過程，整個加工過程中任何微小的失誤都可能帶來嚴重的后果，因此，需要對每一次的加工過程進行準確的仿真，避免實際加工結果與理論計算結果不符。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術提供了一種復雜曲面組合加工方法，能夠實現復雜曲面高效高精度的加工。實現本專利技術的技術方案如下：一種復雜曲面組合加工方法，包括以下步驟：步驟一、將待加工復雜曲面面形誤差zini表示為n*3的矩陣形式[xi，yi，zi]，其中，xi和yi為第i個數據點的坐標，zi為第i個數據點矢高，即第i個點處面形誤差，i＝1,2,……,n；步驟二、通過zernike多項式擬合得到各數據點的低階面形誤差zzernike_i，將面形誤差zini去除低階面形誤差zzernike_i，剩下中高頻誤差；步驟三、采用反卷積的方法求解利用應力盤或大磨頭去除低階面形誤差的加工駐留時間T1；步驟四、根據加工駐留時間T1與應力盤或大磨頭去除函數矩陣計算得到理論材料去除zremoval1，并根據式(3)得到去除低階面形誤差后殘留的中高頻誤差；zmid＝zini-zremoval1(3)步驟五、根據中高頻誤差zmid與小磨頭去除函數計算小磨頭駐留時間T2，通過小磨頭去除函數與其駐留時間T2的計算得到小磨頭材料去除zremoval2，分別經過低階面形去除，中高頻材料去除后可得到大小磨頭組合加工結果。進一步地，步驟二中獲得低階面形誤差zzernike_i具體為：步驟2.1、將各數據點坐標由直角坐標系(xi,yi)轉變為極坐標系(ρi,θi)，并將半徑ρ歸一化；步驟2.2、使用zernike多項式擬合復雜曲面面形誤差zini，至少擬合zernike前9項，各數據點極坐標(ρi,θi)經zernike擬合獲得各數據點低階面形誤差zzernike_i。進一步地，步驟三具體為：步驟3.1、應力盤或大磨頭在工件表面的材料去除可以用應力盤或大磨頭的去除函數沿駐留點卷積方程表示為：E(x,y)＝R(x,y)**D(x,y)(1)其中，E(x,y)為材料去除，R(x,y)為去除函數，D(x,y)駐留時間分布，**表示卷積符號；步驟3.2、將卷積方程轉換為矩陣方程：[ei]＝[rij][tj](2)其中，ei表示第i個數據點的面形誤差，rij表示應力盤或大磨頭在第j個駐留點處對第i個數據點單位時間內的材料去除，tj表示應力盤或大磨頭在第j個駐留點處的駐留時間，其中，j＝1,2,3…,m；步驟3.3、將所述低階面形差zzernike_i代入[ei]，通過去除函數實驗獲得去除函數的材料去除矩陣[rij]，求解[tj]，[tj]即為所述加工駐留時間T1。有益效果：本專利技術是將復雜曲面的面形誤差離散化為矩陣形式后分離為低階面形誤差與中高頻面形誤差。并且采用多種加工方式組合加工：使用應力盤或大磨頭去除低階面形誤差，用小磨頭、磁流變與離子束去除中高頻面形誤差。使用矩陣反卷積算法求解駐留時間，對加工過程進行理論計算，以獲得高效率高精度的加工策略指導加工。附圖說明圖1為本專利技術方法流程示意圖。具體實施方式下面結合附圖并舉實施例，對本專利技術進行詳細描述。如圖1所示，本專利技術提供了一種復雜曲面組合加工方法，包括以下步驟：步驟一、將待加工復雜曲面面形誤差zini表示為n*3的矩陣形式[xi，yi，zi]，其中，xi和yi為第i個數據點的坐標，zi為第i個數據點矢高，即第i個點處面形誤差，i＝1,2,……,n；步驟二、將面形誤差分離為中高頻面形誤差和低階面形誤差：通過zernike多項式擬合得到各數據點的低階面形誤差zzernike_i；將面形誤差zini去除低階面形誤差zzernike_i，剩下中高頻誤差；步驟二中獲得低階面形誤差zzernike_i具體為：步驟2.1、將各數據點坐標由直角坐標系(xi,yi)轉變為極坐標系(ρi,θi)，并將半徑ρ歸一化；步驟2.2、使用zernike多項式擬合復雜曲面面形誤差zini，至少擬合zernike前9項，根據需要選擇擬合精度，最多可擬合至zernike前35項，各數據點極坐標(ρi,θi)經zernike擬合獲得各數據點低階面形誤差zzernike_i。步驟三、采用反卷積的方法求解利用應力盤或大磨頭去除低階面形誤差的加工駐留時間T1；步驟三具體為：步驟3.1、應力盤或大磨頭在工件表面的材料去除可以用應力盤或大磨頭的去除函數沿駐留點卷積表示：E(x,y)＝R(x,y)**D(x,y)(1)其中，E(x,y)為材料去除，R(x,y)為去除函數，D(x,y)駐留時間分布，**表示卷積符號；步驟3.2、將卷積方程轉換為矩陣方程：[ei]＝[rij][tj](2)其中，ei表示第i個數據點的面形誤差，rij表示應力盤或大磨頭在第j個駐留點處對第i個數據點單位時間內的材料去除，tj表示應力盤或大磨頭在第j個駐留點處的駐留時間，其中，j＝1,2,3…,m；即應力盤或大磨頭有m個駐留點。式(2)也可寫為：步驟3.3、將所述低階面形差zzernike_i代入[ei]，通過去除函數實驗(或根據磨頭尺寸、運動方式等參數的計算)獲得去除函數的材料去除矩陣[rij]，求解[tj]，[tj]即為所述加工駐留時間T1。因為駐留時間非負，因此可以通過正則化方法或非負最小二乘法求得大磨頭最優解T_big為大磨頭去除低階面形誤差的駐留時間分布。步驟四、根據加工駐留時間T1與應力盤或大磨頭去除函數矩陣計算得到理論材料去除zremoval1，并根據式(3)得到去除低階面形誤差后殘留的中高頻誤差；zmid＝zini-zremoval1(3)步驟五、根據中高頻誤差zmid與小磨頭去除函數計算小磨頭駐留時間T2，通過小磨頭去除函數與其駐留時間T2的計算得到小磨頭材料去除zremoval2，分別經過低階面形去除，中高頻材料去除后可得到大小磨頭組合加工結果。為實現上述流程，編寫了仿真計算軟件，其可實現誤差分離、單次加工方法駐留時間求解仿真、組合加工方法駐留時間求解仿真。根據過去加工實驗建立了應力盤下、小磨頭、磁流變加工方法的去除函數數據庫，根據實際需要設定去除函數參數并進行仿真計算。為驗證該算法及仿真模型，使用實際面形進行仿真計算，求解駐留時間后，得到虛擬加工結果，加工前面形誤差RMS為0.127λ，仿真加工結果面形誤差為0.025λ。收斂效率達到80％，驗證了組合加工算法的有效性。綜上所述，以上僅為本專利技術的較佳實施本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種復雜曲面組合加工方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、將待加工復雜曲面面形誤差z

【技術特征摘要】
1.一種復雜曲面組合加工方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一、將待加工復雜曲面面形誤差zini表示為n*3的矩陣形式[xi，yi，zi]，其中，xi和yi為第i個數據點的坐標，zi為第i個數據點矢高，即第i個點處面形誤差，i＝1,2,……,n；步驟二、通過zernike多項式擬合得到各數據點的低階面形誤差zzernike_i，將面形誤差zini去除低階面形誤差zzernike_i，剩下中高頻誤差；步驟三、采用反卷積的方法求解利用應力盤或大磨頭去除低階面形誤差的加工駐留時間T1；步驟四、根據加工駐留時間T1與應力盤或大磨頭去除函數矩陣計算得到理論材料去除zremoval1，并根據式(3)得到去除低階面形誤差后殘留的中高頻誤差；zmid＝zini-zremoval1(3)步驟五、根據中高頻誤差zmid與小磨頭去除函數計算小磨頭駐留時間T2，通過小磨頭去除函數與其駐留時間T2的計算得到小磨頭材料去除zremoval2，分別經過低階面形去除，中高頻材料去除后可得到大小磨頭組合加工結果。2.如權利要求1所述的一種復雜曲面組合加工方法，其特征在于，步驟二中獲得低階面形誤差zzernike_i具體為：步驟2.1、將各...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張學軍，劉振宇，薛棟林，羅霄，鄧偉杰，
申請(專利權)人：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，
類型：發明
國別省市：吉林,22