[发明专利]确定性光学加工条件下频段误差分布特性的分析方法

说明书

技术领域

本发明属于光学表面加工分析方法，具体涉及确定性光学加工条件下频段误差分布特性的分析方法。

背景技术

确定性光学加工方法的理论基础是Preston方程，目前主要有双转子小磨头研抛、磁流变抛光(Magnetorheologicai Finishing，MRF)和离子束加工(Ion Beam Figuring，IBF)等。通过采用比工件尺寸小得多的加工工具进行定区域修研，确定性光学加工方法大幅提高了加工精度，但同时也导致工件表面除了低频的面形误差外，往往还包含较多的中高频成份，也就是通常所说的“碎带”误差。这些“碎带”误差的存在严重降低了光学系统的性能，例如介于低频和高频之间的中频误差会产生小角度散射，在降低光场峰值强度的同时，显著增大了光斑的尺寸，使图像变得模糊。

为了避免“碎带”误差的影响，使光学元件达到系统要求的性能指标，需要从频域角度分析确定性光学加工误差的分布特性。

计算光学加工误差的功率谱密度(Power Spectral Density function，PSD)是一种简单实用的频域分析方法，能够找到加工误差的敏感频段。但PSD是基于傅立叶变换的全局性数据处理方法，无法确定敏感频段误差在光学表面的具体分布区域，从而难以与具体的光学加工工艺参数相结合。

为了将频域分析方法与确定性光学加工过程紧密地联系起来，我们曾经提出基于功率谱密度特征曲线的小波评价方法(参见发表于《激光技术》2007年第6期的论文“小波在基于功率谱密度特征曲线评价中的应用”)，其核心是利用美国劳伦斯·利弗莫尔国家试验室(LawrenceLivermore National Laboratory，LLNL)提出的功率谱密度特征曲线对光学表面加工质量进行评价，然后利用局域性的数据处理方法(如小波变换)确定不合格频段误差在光学表面发生的区域。

这种评价方法的不足之处在于：

其一：用到了PSD特征曲线，而PSD特征曲线是LLNL在研制“国家点火装置”中总结的经验曲线，并不适用于任意的加工镜面；

其二：没有考察加工过程中光学表面误差频率的变化趋势及发现敏感频段；

其三：无法分析加工过程中敏感频段误差的分布范围变化，及其与工艺参数(如走刀间距、去除函数束径大小)之间的联系。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有评价方法的不足，提供一种确定性光学加工条件下频段误差分布特性的分析方法，该方法可以为确定性光学修形加工提供指导，实现精确控制不同频段、不同区域光学加工误差的目的。

本发明提出的方法通过以下步骤完成：

1)采用光学检测装置得到被测光学元件加工后的面形误差数据，并消除趋势项和常数项；

2)利用面形误差的测量数据计算出PSD曲线，根据PSD曲线的极大值点确定光学加工误差的敏感频段，分析加工过程中面形误差的变化趋势；

3)针对光学加工误差的分布特征，依据相似性原则，选择基本小波；

4)利用二维连续小波变换对光学加工误差的敏感频段进行分析，确定其具体分布区域；

5)通过比较不同工艺条件下的加工结果，分析光学加工误差敏感频段的分布特性与工艺参数之间的关系，为修正加工提供指导。

在确定性光学加工条件下，工艺参数包括去除函数的束径大小、走刀间距，通过分析加工后光学表面频段误差的分布范围、幅值大小，选定合适的去除函数束径和走刀间距。

本发明方法是一种确定频段、确定区域光学加工误差的分析方法，它基于PSD曲线确定误差的敏感频段，然后通过局域性数据处理方法确定敏感频段误差发生的具体区域，为确定性光学修形加工提供指导。其与现有方法相比，优点在于：

1、本发明通过二维连续小波变换确定出光学加工误差敏感频段的具体分布区域，为进一步对光学面形误差进行修正加工提供指导依据，以实现精确控制不同频段、不同区域光学加工误差的目的；

2、与基于功率谱密度特征曲线的小波评价方法相比，由于脱离了功率谱密度特征曲线，因而具有更宽广的适用范围；

3、通过比较加工过程中敏感频段误差的分布范围变化，能够建立与工艺参数(走刀间距、去除函数束径)之间的联系，便于指导加工。

附图说明

图1是本发明实施例中Φ100mm微晶玻璃平面镜的原始面形误差分布图。

图2是针对图1中原始面形、利用离子束修正加工后的面形误差分布图。

图3是针对图2中离子束加工后面形、再次进行磁流变抛光后的面形误差分布图。