一种磁流变抛光驻留时间的处理方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种磁流变抛光驻留时间的处理方法及装置，该方法通过采用驻留点矩阵的方法，保持了在卷积计算时矩阵E、P的整体连续性，因此在计算卷积时，可以采用更高效的卷积计算方法；同时该方法从机床动态性能匹配的角度出发，实现了驻留时间计算过程中速度、加速度、速度匀滑性的有效控制，使得驻留时间计算方法具有面形收敛精度高、计算速度快与机床动态性能匹配等优点，适用于磁流变加工中驻留时间的求解，尤其是在大规模计算时相比于矩阵法具有较高的计算效率，是一种有效的驻留时间计算方法，可以提高磁流变加工的面形收敛精度，是值得推广的一种驻留时间计算方法。

A Processing Method and Device for Residence Time of Magnetorheological Polishing

【技术实现步骤摘要】
一种磁流变抛光驻留时间的处理方法及装置
本专利技术涉及光学加工领域，具体是一种磁流变抛光驻留时间的处理方法及装置。
技术介绍
磁磁流变抛光技术是新一代的高精度抛光加工技术，该抛光方法是智能材料、电磁学、流体动力学、分析化学等理论在光学抛光领域的集中应用，具有去除函数稳定、无亚表面缺陷、边缘效应小、加工精度高及修形能力强等诸多优点，广泛用于光学元件加工。磁流变抛光过程遵循CCOS的光学零件抛光工艺方法，首先确定材料去除函数，再根据选定的驻留时间计算方法，计算出驻留时间并完成路径规划，然后采用CNC方法完成加工过程。驻留时间算法是实现磁流变加工高效、高精度收敛的一个关键因素。驻留时间求解的基本依据是期望材料去除量等于磁流变去除函数和驻留时间的卷积，驻留时间的求解是一个反卷积计算过程。目前国内外求解反卷积的方法主要有傅里叶变换法、矩阵变换法和数值迭代法。傅里叶变换法利用时域卷积等于同频率乘积的原理，将材料去除量矩阵和去除函数矩阵进行傅里叶变换，两者相除得到驻留时间，该方法计算效率较高，但是存在计算过程中容易引起数值震荡，同时可能不收敛等问题。矩阵变换法是将该过程进行离散化，转化为材料去除矩阵等于去除函数矩阵乘以驻留时间矩阵，其中离散化后的去除函数矩阵通常是较大规模的稀疏矩阵，其矩阵宽度等于材料去除矩阵元素总和乘以所有驻留点的总和，矩阵高度等于所有驻留点的总和，最后通过求解该稀疏线性方程组得到驻留时间，矩阵法的优点是收敛精度高，存在的问题是计算资源要求高，当输入面形数据矩阵尺度较大、加工路径间距划分较密时，离散后的去除函数矩阵尺度将达到数百万阶，这对计算机内存要求很高，同时由于机床实际性能限制，对于驻留时间取值范围有要求，驻留时间的求解转化为有约束条件的二次规划问题，解法如拟牛顿法、Levenberg-Marquardt法等属于迭代算法，致使计算耗时还存在不收敛的问题，因此矩阵变换法在计算规划较大时，存在计算效率低的问题。专利申请号为201610590656.2，名称为“一种磁流变抛光面形误差收敛控制加工方法”的专利，提出了一种基于矩阵法的驻留时间计算方法，该方法提高了约束条件下稀疏矩阵的求解速度，但是仍然存在大规模计算时计算资源要求高、总体计算时间偏长的问题。数值迭代法直接采用卷积的形式，设定初值直接进行迭代，如脉冲迭代法、简森范希图特法等。数值迭代法的特点是计算资源要求低，缺点是收敛精度通常没有矩阵法高，由于直接采用卷积计算，计算量大，在输入面形数据矩阵尺度较大、加工路径间距划分较密时，计算效率低。因此，如何高效的计算驻留时间，提高磁流变加工的精度和效率，是同行从业人员亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是解决目前磁流变加工中大规模驻留时间计算时，计算速度慢，数控程序与机床动态特性不匹配的问题，实现了驻留时间的快速、高精度求解，提高磁流变加工的精度和效率。本专利技术实施例提供一种磁流变抛光驻留时间的处理方法，包括：构建步骤：根据路径信息、原始面形输入矩阵P，构建驻留点矩阵DP；赋值步骤：对驻留时间矩阵T进行迭代计算，赋值操作：rms1＝rms0；更新步骤：更新驻留时间矩阵T，Tk+1＝Tk+α·Ek/vol；其中，Tk+1表示第k+1次迭代驻留时间矩阵的值，Tk表示第k次迭代驻留时间矩阵的值，Ek表示第k次迭代残差矩阵E的值；检查步骤：检查驻留时间矩阵Tk+1数据点最大速度、加速度、匀滑性的有效性；计算步骤：分别计算驻留时间矩阵Tk+1，残余误差矩阵Ek+1，残余误差矩阵Ek+1的RMS值及RMS值的变化率；第一确定步骤：确定第k+1次迭代残差面形的RMS的变化率grms1是否小于第k次迭代误差面的RMS的变化率grms0；当小于时，迭代次数增大1，k＝k+1；否则，调整步长调节因子系数ξ,间接改变力度度系数α＝ξα，执行所述赋值步骤；判断步骤：判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数，且当前迭代误差是否小于最大允许误差；当满足时，对grms0重新赋值grms0＝grms1，执行所述赋值步骤；否则，执行结束步骤；结束步骤：结束迭代过程，得到最终结果：驻留时间矩阵Tk+1，面形残余误差矩阵Ek+1。在一个实施例中，在构建步骤前，还包括：定义步骤：定义如下变量：驻留时间矩阵为T，残差矩阵为E，驻留点矩阵为DP，原始面形输入矩阵为P，上述矩阵的尺寸为m×n，m表示矩阵行数，n表示矩阵列数；去除函数矩阵R尺寸为p×q，p表示矩阵行数，q表示矩阵列数；去除函数体积去除效率vol，力度系数α，收敛调节系数为β，步长调节因子为ξ，最大允许迭代次数为ITmax，最大允许误差为Errmax，rms1表示k次迭代残差面形的RMS值，rms0表示k+1次迭代残差面形的RMS，grms1表示第k+1次迭代残差面形的RMS的变化率，grms0表示第k次迭代残差面形的RMS的变化率。在一个实施例中，在定义步骤后，还包括：第二确定步骤：(1)设定初始值min为预设值，遍历原始面形输入矩阵P中所有数据点；获取原始面形输入矩阵P的最小值min；(2)将原始面形输入矩阵P的所有数据点加上min：确定原始面形输入矩阵P的全部数值大于0；对去除函数矩阵R采用与上述步骤(1)(2)相同的操作，确定去除函数矩阵R的全部数值大于0。在一个实施例中，在第二确定步骤后，还包括：设定步骤：设定：grms1＝1；grms0＝0；rms1＝rms0＝RMS(P)；T0＝P·β/vol；E0＝P-T0**R；k＝0；式中，T0表示驻留时间矩阵的初始值，k表示迭代次数，RMS()表示计算RMS值，·表示矩阵点乘，**表示卷积运算；将去除函数矩阵R进行扩展，尺寸扩展到m×n，保持去除函数矩阵R中原始数据不变，将其外围所有元素置零，按照下面公式计算卷积：T**R＝IFFT(FFT(E)·FFT(R))；上式中，FFT表示快速傅里叶变换，IFFT表示快速傅里叶反变换。第二方面，本专利技术还提供一种磁流变抛光驻留时间的处理装置，包括：构建模块：根据路径信息、原始面形输入矩阵P，构建驻留点矩阵DP；赋值模块：对驻留时间矩阵T进行迭代计算，赋值操作：rms1＝rms0；更新模块：更新驻留时间矩阵T，Tk+1＝Tk+α·Ek/vol；其中，Tk+1表示第k+1次迭代驻留时间矩阵的值，Tk表示第k次迭代驻留时间矩阵的值，Ek表示第k次迭代残差矩阵E的值；检查模块：检查驻留时间矩阵Tk+1数据点最大速度、加速度、匀滑性的有效性；计算模块：分别计算驻留时间矩阵Tk+1，残余误差矩阵Ek+1，残余误差矩阵Ek+1的RMS值及RMS值的变化率；第一确定模块：确定第k+1次迭代残差面形的RMS的变化率grms1是否小于第k次迭代误差面的RMS的变化率grms0；当小于时，迭代次数增大1，k＝k+1；否则，调整步长调节因子系数ξ,间接改变力度度系数α＝ξα，执行所述赋值步骤；判断模块：判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数，且当前迭代误差是否小于最大允许误差；当满足时，对grms0重新赋值grms0＝grms1，执行所述赋值步骤；否则，执行结束步骤；结束模块：结束迭代过程，得到最终结果：驻留时间矩阵Tk+1，面形残余误差矩阵Ek+1。在一个实施例中，还包括：定义模块：定义如下变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁流变抛光驻留时间的处理方法，其特征在于，包括：构建步骤：根据路径信息、原始面形输入矩阵P，构建驻留点矩阵DP；赋值步骤：对驻留时间矩阵T进行迭代计算，赋值操作：rms1＝rms0；更新步骤：更新驻留时间矩阵T，Tk+1＝Tk+α·Ek/vol；其中，Tk+1表示第k+1次迭代驻留时间矩阵的值，Tk表示第k次迭代驻留时间矩阵的值，Ek表示第k次迭代残差矩阵E的值；检查步骤：检查驻留时间矩阵Tk+1数据点最大速度、加速度、匀滑性的有效性；计算步骤：分别计算驻留时间矩阵Tk+1，残余误差矩阵Ek+1，残余误差矩阵Ek+1的RMS值及RMS值的变化率；第一确定步骤：确定第k+1次迭代残差面形的RMS的变化率grms1是否小于第k次迭代误差面的RMS的变化率grms0；当小于时，迭代次数增大1，k＝k+1；否则，调整步长调节因子系数ξ,间接改变力度度系数α＝ξα，执行所述赋值步骤；判断步骤：判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数，且当前迭代误差是否小于最大允许误差；当满足时，对grms0重新赋值grms0＝grms1，执行所述赋值步骤；否则，执行结束步骤；结束步骤：结束迭代过程，得到最终结果：驻留时间矩阵Tk+1，面形残余误差矩阵Ek+1。...

【技术特征摘要】
1.一种磁流变抛光驻留时间的处理方法，其特征在于，包括：构建步骤：根据路径信息、原始面形输入矩阵P，构建驻留点矩阵DP；赋值步骤：对驻留时间矩阵T进行迭代计算，赋值操作：rms1＝rms0；更新步骤：更新驻留时间矩阵T，Tk+1＝Tk+α·Ek/vol；其中，Tk+1表示第k+1次迭代驻留时间矩阵的值，Tk表示第k次迭代驻留时间矩阵的值，Ek表示第k次迭代残差矩阵E的值；检查步骤：检查驻留时间矩阵Tk+1数据点最大速度、加速度、匀滑性的有效性；计算步骤：分别计算驻留时间矩阵Tk+1，残余误差矩阵Ek+1，残余误差矩阵Ek+1的RMS值及RMS值的变化率；第一确定步骤：确定第k+1次迭代残差面形的RMS的变化率grms1是否小于第k次迭代误差面的RMS的变化率grms0；当小于时，迭代次数增大1，k＝k+1；否则，调整步长调节因子系数ξ,间接改变力度度系数α＝ξα，执行所述赋值步骤；判断步骤：判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数，且当前迭代误差是否小于最大允许误差；当满足时，对grms0重新赋值grms0＝grms1，执行所述赋值步骤；否则，执行结束步骤；结束步骤：结束迭代过程，得到最终结果：驻留时间矩阵Tk+1，面形残余误差矩阵Ek+1。2.如权利要求1所述的一种磁流变抛光驻留时间的处理方法，其特征在于，在构建步骤前，还包括：定义步骤：定义如下变量：驻留时间矩阵为T，残差矩阵为E，驻留点矩阵为DP，原始面形输入矩阵为P，上述矩阵的尺寸为m×n，m表示矩阵行数，n表示矩阵列数；去除函数矩阵R尺寸为p×q，p表示矩阵行数，q表示矩阵列数；去除函数体积去除效率vol，力度系数α，收敛调节系数为β，步长调节因子为ξ，最大允许迭代次数为ITmax，最大允许误差为Errmax，rms1表示k次迭代残差面形的RMS值，rms0表示k+1次迭代残差面形的RMS，grms1表示第k+1次迭代残差面形的RMS的变化率，grms0表示第k次迭代残差面形的RMS的变化率。3.如权利要求2所述的一种磁流变抛光驻留时间的处理方法，其特征在于，在定义步骤后，还包括：第二确定步骤：(1)设定初始值min为预设值，遍历原始面形输入矩阵P中所有数据点；获取原始面形输入矩阵P的最小值min；(2)将原始面形输入矩阵P的所有数据点加上min：确定原始面形输入矩阵P的全部数值大于0；对去除函数矩阵R采用与上述步骤(1)(2)相同的操作，确定去除函数矩阵R的全部数值大于0。4.如权利要求3所述的一种磁流变抛光驻留时间的处理方法，其特征在于，在第二确定步骤后，还包括：设定步骤：设定：grms1＝1；grms0＝0；rms1＝rms0＝RMS(P)；T0＝P·β/vol；E0＝P-T0**R；k＝0；式中，T0表示驻留时间矩阵的初始值，k表示迭代次数，RMS()表示计算RMS值，·表示矩阵点乘，**表示卷积运算；将去除函数矩阵R进行扩展，尺寸扩展到m×n，保持去除函数矩阵R中原始数据不变，将其外围所有元素置零，按照下面公式计算卷积：T**R＝IFFT(FFT(E)·FFT(R))；上式中，FFT表示快速傅里叶变换，IFFT表示快...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐才学，温圣林，张远航，颜浩，嵇保建，王翔峰，邓燕，石琦凯，张清华，杨春林，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51