一种确定性光学抛光技术驻留时间求解方法技术

本发明专利技术公开了一种确定性光学抛光技术驻留时间求解方法，本发明专利技术的方法利用机床速度、加速度性能参数构建双边约束求解确定性抛光技术驻留时间，解决了目前确定性光学抛光技术驻留时间求解与机床速度、加速度性能参数的不匹配的问题，具有简单易用、计算效率高、鲁棒性好等优点，提高了抛光工艺过程控制的准确性和可靠性。

A solution method of dwell time for deterministic optical polishing technology

【技术实现步骤摘要】
一种确定性光学抛光技术驻留时间求解方法
本专利技术涉及计算机控制光学表面成形
，具体涉及一种满足机床速度、加速度性能约束的确定性光学抛光技术驻留时间求解方法。
技术介绍
确定性光学抛光技术是一种利用抛光工具去除量可控特性，保持抛光过程的稳定性，精确控制抛光头的运动轨迹和驻留时间实现确定量抛光的先进光学制造技术，主要包括磁流变抛光、离子束抛光、气囊抛光、数控小工具抛光等技术。其中，驻留时间求解方法是确定性光学抛光技术实现光学元件面形误差精确修形的关键技术之一。驻留时间是通过数控机床运动轴速度变化来实现的，而速度的变化受限于机床的极限加速度的限制，不能过大、过小或者变化过快，因而驻留时间求解需要满足机床动态约束条件。目前确定性光学抛光驻留时间求解算法主要有傅里叶变换法、数值迭代法、矩阵方程求解法等三种方法。其中，矩阵方程求解方法将驻留时间求解二维反卷积模型转换成矩阵模型，不受抛光斑形状、抛光轨迹的限制，具有较高的计算精度，应用较为普遍。在现有的驻留时间求解算法中，获得的一般只是非负约束最小二乘解，并未考虑机床的速度、加速度约束条件，没有将数学模型和机床速度、加速度性能很好的关联起来，直接生成数控程序可能会出现与机床速度、加速度性能不匹配的问题，假如机床性能不能满足驻留时间对机床速度和加速度变化的要求，会导致实际抛光面形收敛效率低，修形精度差。鉴于现有确定性光学抛光技术驻留时间求解方法的问题，亟需一种满足机床速度、加速度性能约束的确定性光学抛光技术驻留时间求解方法。
技术实现思路
针对现有确定性光学抛光技术驻留时间求解没有很好的匹配机床速度、加速度性能的问题，本专利技术提出了一种满足机床速度、加速度性能约束的确定性光学抛光技术驻留时间求解方法。本专利技术通过下述技术方案实现：一种确定性光学抛光技术驻留时间求解方法，该方法包括以下步骤：步骤S1，通过干涉仪测量待加工工件面形，计算待加工工件的去除量分布；步骤S2，采集采斑件的抛光斑以获得去除函数；步骤S3，根据待加工工件的尺寸设计抛光轨迹；步骤S4，基于去除量分布、去除函数和抛光轨迹，构建机床速度、加速度性能约束下的驻留时间双边约束求解模型；步骤S5，进行双边约束下的驻留时间求解；步骤S6，根据驻留时间计算轨迹点的进给速度，验证后生成数控程序进行加工。优选的，所述步骤S1具体包括以下步骤：步骤S11，利用干涉仪对待加工工件表面的面形进行测量，并将测量到的面形与目标面形比较，获得待加工工件去除量分布h(x，y)；步骤S12，将去除量分布进行离散化，得到M个离散化后的控制点，第k个控制点的去除量为Hk(x，y)，其中，1≤k≤M。优选的，所述步骤S2具体包括以下步骤：步骤S21，选取一件与待加工工件同材质的采斑件，测量其初始面形，然后在抛光时间Ts下采集抛光斑，测量采斑后的工件面形；步骤S22，将采斑件采斑前后测量的面形相减，之后再除以采斑时间，获得去除函数r(x，y)。优选的，所述步骤S3具体包括：根据待加工工件的尺寸设置抛光轨迹类型和抛光轨迹参数，得到N个离散的抛光轨迹点，抛光轨迹上第i个轨迹点Pi的坐标表示为(xi，yi)，其中，1≤i≤N。优选的，所述步骤S4中构建的满足机床速度、加速度约束的驻留时间模型如下式所示：式中，R为影响系数矩阵，t为驻留时间向量，H为控制点目标去除量向量，λ为阻尼系数，tl为驻留时间解的下限约束条件，tp为驻留时间解的上限约束条件，为矩阵或向量的2范数。优选的，所述求解模型中：式中，ti(xi，yi)为抛光工具位于轨迹点Pi(xi，yi)的驻留时间，rki(xk-xi，yk-yi)为抛光工具位于第i个轨迹点时对第k个控制点的材料去除率，hk为第k个控制点的目标去除量，1≤k≤M，1≤i≤N；式中，tli为轨迹点Pi的驻留时间解的下限约束值，tl＝[tl1，tl2，…，tlN]T；tpi为轨迹点Pi的驻留时间解的上限约束值，tp＝[tp1，tp2，…，tpN]T；Si为轨迹点Pi-1到轨迹点Pi的距离；vmax为设定的机床最大速度；vmin为设定的机床最小速度；a为设定的机床最大加速度，1≤i≤N；轨迹点Pi-1到轨迹点Pi的距离Si、机床最大速度vmax、机床最小速度vmin和机床最大加速度a的设定需求满足约束条件：优选的，所述步骤S5具体包括：调用双边约束最小二乘解法器求解模型，得到驻留时间向量t的数值解；验证每一个轨迹点的驻留时间ti在tli和tpi之间。优选的，所述步骤S6具体包括：步骤S61，根据抛光轨迹和驻留时间解计算机床各段目标点的进给速度；步骤S62，验证每一个轨迹点的进给速度vi在vmin和vmax之间，验证其满足机床速度和加速度性能约束条件；步骤S63，生成数控程序，进行加工后面形误差预测，与实际加工后面形误差进行对比。本专利技术具有如下的优点和有益效果：本专利技术的方法由机床速度、加速度性能约束条件构建双边约束求解确定性光学抛光技术驻留时间，考虑了机床的速度、加速度约束条件，提升确定性光学抛光技术驻留时间求解与机床加减速性能参数的匹配度，方法简单，计算效率极高，提高了抛光工艺过程控制的准确性和可靠性。另一方面，基于机床速度和加速度参数的驻留时间算法能够更好的满足机床特性，提高机床特性与驻留时间对机床加减速性能参数的匹配程度，提高一定加减速特性下的机床的修形精度和效率。基于本专利技术的算法可嵌入相关确定性光学抛光机床工艺软件中，应用到不同型号机床环境中。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为实施例确定性光学抛光技术驻留时间求解的流程图；图2为实施例工件去除量分布图；图3为实施例去除函数分布图；图4为实施例抛光轨迹点分布图；图5为实施例驻留时间解二维分布图；图6为实施例任选一条轨迹的驻留时间规划结果；图7为实施例计算进给速度的二维分布；图8为实施例任选一条轨迹的进给速度规划结果；图9为实施例加工后预测面形误差分布图；图10为实施例实际加工后面形误差分布图。具体实施方式在下文中，可在本专利技术的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所专利技术的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本专利技术的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。在本专利技术的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定性光学抛光技术驻留时间求解方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤S1，通过干涉仪测量待加工工件面形，计算待加工工件的去除量分布；/n步骤S2，采集采斑件的抛光斑以获得去除函数；/n步骤S3，根据待加工工件的尺寸设计抛光轨迹；/n步骤S4，基于去除量分布、去除函数和抛光轨迹，构建机床速度、加速度性能约束下的驻留时间双边约束求解模型；/n步骤S5，进行双边约束下的驻留时间求解；/n步骤S6，根据驻留时间计算轨迹点的进给速度，验证后生成数控程序进行加工。/n

【技术特征摘要】
1.一种确定性光学抛光技术驻留时间求解方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S1，通过干涉仪测量待加工工件面形，计算待加工工件的去除量分布；
步骤S2，采集采斑件的抛光斑以获得去除函数；
步骤S3，根据待加工工件的尺寸设计抛光轨迹；
步骤S4，基于去除量分布、去除函数和抛光轨迹，构建机床速度、加速度性能约束下的驻留时间双边约束求解模型；
步骤S5，进行双边约束下的驻留时间求解；
步骤S6，根据驻留时间计算轨迹点的进给速度，验证后生成数控程序进行加工。


2.根据权利要求1所述的一种确定性光学抛光技术驻留时间求解方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11，利用干涉仪对待加工工件表面的面形进行测量，并将测量到的面形与目标面形比较，获得待加工工件去除量分布h(x，y)；
步骤S12，将去除量分布进行离散化，得到M个离散化后的控制点，第k个控制点的去除量为Hk(x，y)，其中，1≤k≤M。


3.根据权利要求2所述的一种确定性光学抛光技术驻留时间求解方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21，选取一件与待加工工件同材质的采斑件，测量其初始面形，然后在抛光时间Ts下采集抛光斑，测量采斑后的工件面形；
步骤S22，将采斑件采斑前后测量的面形相减，之后再除以采斑时间，获得去除函数r(x，y)。


4.根据权利要求3所述的一种确定性光学抛光技术驻留时间求解方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：根据待加工工件的尺寸设置抛光轨迹类型和抛光轨迹参数，得到N个离散的抛光轨迹点，抛光轨迹上第i个轨迹点Pi的坐标表示为(xi，yi)，其中，1≤i≤N。


5.根据权利要求4所述的一种确定性光学抛光技术驻留时间求解方法，其特征在于，所述步骤S4中构建的满足机床速度、加速度约束的驻留时间模型如下式所示...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云飞，黄文，李凯隆，樊炜，张建飞，周涛，陈立，郑永成，田东，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51