[发明专利]基于非线性建模的纳米精度光学曲面离子束加工方法

权利要求书

1.一种基于非线性建模的纳米精度光学曲面离子束加工方法，其特征在于步骤包括：

1)获取待加工曲面光学零件的基本去除函数；

2)在基本去除函数的基础上，根据投影畸变、加工参数、待加工曲面光学零件在内的工艺条件进行非线性建模构造待加工曲面光学零件的动态去除函数的非线性模型；

3)根据所述动态去除函数的非线性模型对离子束抛光加工的驻留时间进行精确求解；

4)根据求解得到的驻留时间进行离子束抛光加工；

所述步骤2)的详细步骤包括：

2.1)在基本去除函数的基础上，计算进行离子束抛光加工的离子扩散角γ；

2.2)利用离子溅射的分子动力学仿真软件获得离子束抛光加工的入射离子能量沉积的高斯分布参数，所述高斯分布参数包括能量沉积的平均深度ρ，沿离子入射方向的能量沉积宽度α、沿垂直于离子入射方向的能量沉积宽度β；

2.3)对待加工曲面光学零件的面形误差数据进行网格化得到离散的面形误差E(x_m,y_n)，其中(x_m,y_n)为待加工点，设定离子束在各驻留点处对应的靶距为恒定值H_p，计算进行离子束抛光加工时离子束驻留在任一点(x′_i,y′_j)时待加工点(x_m,y_n)所对应的入射角θ；

2.4)判断离子束抛光加工所采用的工艺，若采用的工艺为三轴离子束加工工艺，则跳转执行步骤2.5)，否则若采用的工艺为五轴离子束加工工艺，则跳转执行步骤2.6)；

2.5)构造式(1)所示待加工曲面光学零件的动态去除函数的非线性模型；

Rd(X,Y)≈VFexp(-(X-xi′)2-(Y-yj′)22σ2)---(1)]]>

式(1)中，R_d(X,Y)为离子束在各驻留点(x′_i,y′_j)时的动态去除函数，(X,Y)为工件坐标系中被加工点的坐标，(x′_i,y′_j)为工件坐标系中驻留点的坐标，σ为去除函数的束径参数，V_F为峰值去除函数；

2.6)构造式(2)所示待加工曲面光学零件的动态去除函数的非线性模型；

式(2)中，R_d(X,Y)为离子束在各驻留点(x′_i,y′_j)时的动态去除函数，(X,Y,Z)为工件坐标系中被加工点的坐标，Z为待加工曲面光学零件的几何曲面方程，(x′_i,y′_j,z′_k)为工件坐标系中驻留点的坐标；σ为待加工点处的去除函数束径参数，v(v_Xp,v_Yp,v_Zp)为驻留点P处离子束入射方向的单位矢量；V_F为峰值去除函数；

所述式(1)和式(2)中去除函数的束径参数σ的计算表达式如式(3)所示；

σ=σP-ΔH3tanγ---(3)]]>

式(3)中，σ为待加工点处的去除函数束径参数，σ_P为驻留点P处对应的去除函数参数，△H为待加工点与驻留点处靶距的差值，γ为离子扩散角；

所述式(1)和式(2)中峰值去除函数V_F的计算表达式如式(4)所示；

VF=VPαcosθα2cos2θ+β2sin2θexp(-ρ2cos2θ2(a2cos2θ+β2sin2θ)+ρ22α2)---(4)]]>

式(4)中，V_P为设定离子束在各驻留点处对应的峰值去除速率，θ为离子束驻留在任一点(x′_i,y′_j)时与各待加工点(x_m,y_n)对应的入射角，ρ为能量沉积的平均深度，α为沿离子入射方向的能量沉积宽度，β为垂直于离子入射方向的能量沉积宽度。