光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法、系统及介质，本发明专利技术的磁流变抛光补偿加工方法包括：获取平面去除函数；映射得到不同曲率下的球面去除函数；针对待加工工件面形区域内的每一个驻留点，拟合计算驻留点附近的复杂曲面局部区域的最接近球面，以该复杂曲面局部区域的最接近球面的曲率对应的球面去除函数近似作为该驻留点附近的复杂曲面局部区域的去除函数；建立基于线性方程组模型的驻留时间求解算法，仿真求得各个驻留点的驻留时间分布及面形残差，指导待加工工件的磁流变抛光。本发明专利技术能够有效保证了加工过程中的确定性，且提高了加工过程中的收敛率。

Magnetorheological Polishing Compensation Machining Method, System and Medium for Optical Complex Curved Surface Elements

The invention discloses a magnetorheological polishing compensation processing method, system and medium for optical complex surface elements. The magnetorheological polishing compensation processing method includes: obtaining plane removal function; mapping spherical removal function under different curvatures; fitting and calculating local area of complex surface near the residence point for each residence point in the surface area of the workpiece to be processed. The closest spherical surface in the domain is approximated by the spherical removal function corresponding to the curvature of the closest spherical surface in the local area of the complex surface, which is used as the removal function of the local area of the complex surface near the residence point. A residence time solution algorithm based on the linear equation system model is established. The residence time distribution and surface residual of each residence point are simulated to guide the MR parabolization of the workpiece to be processed. Light. The invention can effectively guarantee the certainty in the process of processing and improve the convergence rate in the process of processing.

【技术实现步骤摘要】
光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法、系统及介质
本专利技术涉及光学复杂曲面元件的超精密抛光领域，具体涉及一种光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法、系统及介质。
技术介绍
复杂曲面是一种复杂的、不规则的、非回转型的曲面，一般很难用数学方程精确的描述，通常采用一系列离散型值点描述。由于复杂曲面各型值点之间可以没有几何约束，所以在设计中会给光学设计人员提供很大的设计自由度，这意味着包含复杂曲面光学元件的光学系统能够实现更加优异的光学性能。以自由曲面为代表的复杂曲面，具有丰富的自由度和较强的相差校正能力，能够增大视场、减小F数。复杂曲面的应用能够使光学系统的设计更加灵活，结构更加紧凑，性能更为优越。如今对光学系统光学性能、体积重量等要求的日趋严苛，促使反射镜面不断向复杂曲面发展。复杂曲面反射镜促进了光学系统快速发展的同时给制造技术带来了巨大的挑战，且加工技术的相对滞后成为制约其推广应用和进一步发展的障碍。光学复杂曲面反射镜磁流变抛光最关键的技术是去除函数的确定性。复杂曲面曲率变化将导致去除函数时空变化，所以必须建立准确的去除函数动态模型，从而实现对加工过程的确定性控制。去除函数模型分为实验模型和理论模型。实验建模法准确度高，主要适用于面形简单的平面和球面等，对于去除函数非线性变化的复杂曲面不再适用。理论建模法主要通过分析影响去除函数的各种因素，分析其内部机理，并在一定的简化假设下得到描述去除函数分布的数学模型。由于建模过程一些简化和假设，准确率相对较低。目前，运用的平面去除函数在不同曲率的位置稳定性有限，这会对磁流变加工的确定性和精度造成不良的影响。因此，如何实现光学复杂曲面反射镜磁流变抛光去除函数补偿已经成为一项急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法、系统及介质，本专利技术基于时间补偿空间的思想，解决复杂曲面曲率变化导致磁流变去除函数变化的问题，能够用于光学复杂曲面反射镜的高效高表面质量的确定性加工。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法，实施步骤包括：1)对与待加工工件相同材料的平面工件获取平面去除函数Fflat；2)对待加工工件建立相同工况不同曲率半径下球面去除函数和平面去除函数的映射关系，根据该映射关系将平面去除函数Fflat映射得到不同曲率下的球面去除函数Fj-sphere；3)针对待加工工件面形区域内的每一个驻留点，拟合计算驻留点附近的复杂曲面局部区域Sj-asphere的最接近球面Sj-sphere，以该复杂曲面局部区域Sj-asphere的最接近球面Sj-sphere的曲率对应的球面去除函数Fj-sphere近似作为该驻留点附近的复杂曲面局部区域的去除函数；4)根据去除函数动态变化性，建立基于线性方程组模型的驻留时间求解算法，仿真求得各个驻留点的驻留时间分布及面形残差；5)根据得到的各个驻留点的驻留时间分布及面形残差指导待加工工件的磁流变抛光。优选地，步骤2)中详细步骤包括：2.1)对待加工工件分别根据XZ平面形状、YZ平面形状建模，并分别获取去除函数形状在XZ、YZ平面内的分布；2.2)对待加工工件XZ平面效率、YZ平面效率进行建模，获取去除函数效率在XZ、YZ两个平面内的分布；2.3)根据得到的去除函数形状和效率在XZ、YZ两个平面内的分布，通过拟值拟合的方式得到凹球面磁流变去除函数3D模型，建立磁流变抛光凹球面去除函数库；在此基础上，分别通过给定一系列的曲率，分别求得各个曲率下的球面去除函数Fj-sphere。优选地，步骤2)中映射得到不同曲率下的球面去除函数Fsphere的函数表达式如式(1)所示；Fsphere＝H(Fflat,Fsphere)*Fflat(1)式(1)中，Fsphere为某一曲率下的球面去除函数Fsphere，H(Fflat,Fsphere)为该曲率下的球面去除函数和平面去除函数的映射关系，Fflat为平面去除函数。优选地，步骤3)的详细步骤包括：3.1)遍历获取待加工工件面形区域内的一个当前驻留点dj(xj,yj)，其中xj,yj分别为当前驻留点所在位置在二维投影面内X、Y轴的坐标值，j＝1,2,…,n，n为驻留点总数量；3.2)选取当前驻留点dj(xj,yj)附近的复杂曲面局部区域Sj-asphere；3.3)利用最小二乘法拟合复杂曲面局部区域Sj-asphere的最接近球面Sj-sphere，得到最接近球面Sj-sphere的曲率半径Rj-sphere；3.4)获取最接近球面Sj-sphere的曲率半径Rj-sphere对应的球面去除函数Fj-sphere；3.5)将球面去除函数Fj-sphere作为当前驻留点dj(xj,yj)附近复杂曲面局部区域的去除函数；3.6)判断待加工工件面形区域内的驻留点是否遍历完毕，如果尚未遍历完毕，则跳转执行步骤3.1)；否则，跳转执行步骤4)。优选地，步骤4)的详细步骤包括：4.1)将抛光工具在加工过程的驻留位置离散化后，得到一系列驻留点dj(xj,yj)及其对应的驻留时间tj(xj,yj)，根据规划的抛光路径，得到驻留点向量和驻留时间向量；4.2)将驻留点向量和驻留时间向量采用矩阵的方式进行表示，从而完成材料去除速率的线性方程组矩阵表示，得到线性方程组矩阵；4.3)求解线性方程组矩阵得到抛光轮在各个点的驻留时间。本专利技术还提供一种光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工系统，包括计算机设备，所述计算机设备被编程以执行本专利技术前述的光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法的步骤。本专利技术还提供一种光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工系统，包括计算机设备，所述计算机设备的存储介质上存储有被编程以执行本专利技术前述的光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法的计算机程序。本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有被编程以执行本专利技术前述的光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法的计算机程序。和现有技术相比，本专利技术具有下述优点：以往用磁流变加工自由曲面都是在平面上打去除函数后直接用到自由曲面驻留时间求解上，这样没有考虑自由曲面上各点曲率的变化，因此去除函数在各点上的稳定性不是很高，往往加工得到的面形精度有限且可能会引入疵病，如果采用针对光学自由曲面的磁流变动态去除函数建模方法得到适用于光学自由曲面特性的去除函数，在加工过程中不仅能提高效率更能提高加工精度。与传统采用恒去除函数工艺路线相比，本专利技术改进的关键是减小了复杂曲面曲率变化带来的非线性误差，有效保证了加工过程中的确定性，提高了加工过程中的收敛率。附图说明图1为本专利技术实施例方法的基本流程图。图2为本专利技术实施例中动态去除函数建模思路图。图3为本专利技术实施例中球面去除函数的映射原理图。图4为本专利技术实施例中工件相交关系示意图及长度决定系数。图5为本专利技术实施例中YZ方向缎带与工件相交关系示意图及局部放大图。图6为本专利技术实施例中XZ方向缎带与工件相交关系示意图及局部放大图。图7为本专利技术实施例中球面去除函数去除效率求解思路。图8为本专利技术实施例中步骤4)的原理示意图。图9为本专利技术实施例中面形误差和去除函数数据离散。图10为本专利技术实施例中拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法，其特征在于实施步骤包括：1)对与待加工工件相同材料的平面工件获取平面去除函数Fflat；2)对待加工工件建立相同工况不同曲率半径下球面去除函数和平面去除函数的映射关系，根据该映射关系将平面去除函数Fflat映射得到不同曲率下的球面去除函数Fj‑sphere；3)针对待加工工件面形区域内的每一个驻留点，拟合计算驻留点附近的复杂曲面局部区域Sj‑asphere的最接近球面Sj‑sphere，以该复杂曲面局部区域Sj‑asphere的最接近球面Sj‑sphere的曲率对应的球面去除函数Fj‑sphere近似作为该驻留点附近的复杂曲面局部区域的去除函数；4)根据去除函数动态变化性，建立基于线性方程组模型的驻留时间求解算法，仿真求得各个驻留点的驻留时间分布及面形残差；5)根据得到的各个驻留点的驻留时间分布及面形残差指导待加工工件的磁流变抛光。

【技术特征摘要】
1.一种光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法，其特征在于实施步骤包括：1)对与待加工工件相同材料的平面工件获取平面去除函数Fflat；2)对待加工工件建立相同工况不同曲率半径下球面去除函数和平面去除函数的映射关系，根据该映射关系将平面去除函数Fflat映射得到不同曲率下的球面去除函数Fj-sphere；3)针对待加工工件面形区域内的每一个驻留点，拟合计算驻留点附近的复杂曲面局部区域Sj-asphere的最接近球面Sj-sphere，以该复杂曲面局部区域Sj-asphere的最接近球面Sj-sphere的曲率对应的球面去除函数Fj-sphere近似作为该驻留点附近的复杂曲面局部区域的去除函数；4)根据去除函数动态变化性，建立基于线性方程组模型的驻留时间求解算法，仿真求得各个驻留点的驻留时间分布及面形残差；5)根据得到的各个驻留点的驻留时间分布及面形残差指导待加工工件的磁流变抛光。2.根据权利要求1所述的光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法，其特征在于，步骤2)中详细步骤包括：2.1)对待加工工件分别根据XZ平面形状、YZ平面形状建模，并分别获取去除函数形状在XZ、YZ平面内的分布；2.2)对待加工工件XZ平面效率、YZ平面效率进行建模，获取去除函数效率在XZ、YZ两个平面内的分布；2.3)根据得到的去除函数形状和效率在XZ、YZ两个平面内的分布，通过拟值拟合的方式得到凹球面磁流变去除函数3D模型，建立磁流变抛光凹球面去除函数库；在此基础上，分别通过给定一系列的曲率，分别求得各个曲率下的球面去除函数Fj-sphere。3.根据权利要求1所述的光学复杂曲面元件的磁流变抛光补偿加工方法，其特征在于，步骤2)中映射得到不同曲率下的球面去除函数Fsphere的函数表达式如式(1)所示；Fsphere＝H(Fflat,Fsphere)*Fflat(1)式(1)中，Fsphere为某一曲率下的球面去除函数Fsphere，H(Fflat,Fsphere)为该曲率下的球面去除函数和平面去除函数的映射关系，Fflat为平面去除函数。4.根据权利要求1所述的光学复杂曲面元件的磁流变抛光...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭小强，胡皓，戴一帆，赵陶，铁贵鹏，石峰，李信磊，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43