[发明专利]计算机控制光学面形误差收敛加工方法、装置及介质

说明书

本申请公开了一种计算机控制光学面形误差收敛加工方法、装置及计算机可读存储介质。方法包括根据光学表面的面形误差分布确定全口径加工轨迹、第一磨盘尺寸及相应去除函数，并计算第一加工轨迹和第一驻留时间；利用第一磨盘基于第一加工轨迹对待加工光学表面的镜面内部安全区域进行第一驻留时间的光学加工，得到初加工光学表面；若初加工光学表面的面形精度不符合预设精度要求，则基于初加工光学表面的面形误差分布确定小于第一磨盘尺寸的第二磨盘尺寸及相应去除函数，并计算第二加工轨迹和第二驻留时间，利用第二磨盘基于第二加工轨迹对待加工光学表面的镜面边缘安全区域进行第二驻留时间的光学加工，从而有效提高光学表面加工效率和加工精度。

技术领域

本申请涉及光学加工技术领域，特别是涉及一种计算机控制光学面形误差收敛加工方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

由于非球面及自由曲面等复杂曲面光学元件能够校正像差、增大视场、提升像质、减少系统光学元件数量，从而可有效地减少重量，降低成本，因此非球面及自由曲面等复杂光学元件在现代天文观测和对地观测等大口径光学系统中得到了广泛的应用。但是现代光学系统对非球面元件的面形精度及表面质量等要求也更为严格。

计算机控制光学表面成形技术(Computer controlled optical surfacing，CCOS)为目前广泛使用的一种光学表面高精度加工技术，也是一种典型的子孔径加工技术。常用的计算机控制光学表面成形技术中，一般使用抛光革或沥青等材料制造的磨盘作为研磨抛光工具，一般称为小磨头。计算机控制光学表面成形技术的另一种常用的研磨抛光工具，是为了保证磨盘和光学表面吻合而制造的应力盘。以小磨头和应力盘等为代表的计算机控制光学表面成形技术的加工工具，加工轨迹规划时都无法达到光学表面边缘，更不能规划到光学表面外部。比如对于小磨头而言，一旦轨迹规划到光学表面边缘，小磨头会发生“翻盘”的现象，进而对被加工光学元件产生破坏，因此为了确保小磨头工具安全工作，轨迹规划时必须在光学表面边缘区域留出足够多的空白。另外，小磨头尺寸越大此种轨迹空白区域也越大。

现有公知的计算机控制光学表面成形技术流程，首先检测出待加工的光学表面误差分布，规划光学表面留出空白的加工轨迹；然后进行虚拟光学加工进行驻留时间解算，并将驻留时间转换为光学加工机床能够运行的数控代码，进行实际加工；最后将加工后的光学元件再次进行检测，如果达到精度要求则加工停止，否则重复上述步骤。在虚拟加工求解驻留时间的步骤中，由于加工轨迹必须位于光学表面一定的区域内，导致加工工具不能移动出光学表面，虚拟加工后的面形残差中会产生较为严重的类周期结构的中频误差。使用这种情况下产生的驻留时间进行实际的加工，虚拟加工后的中频误差会存在于实际的加工结果中，这种中频误差影响光学表面的加工精度及加工周期。

为了减低这种中频误差对加工精度的影响，相关技术采用多次反复迭代加工，每次迭代加工更换加工轨迹的参数。尽管可在一定程度上抑制中频误差，但是其抑制程度不够，小磨头和应力盘等工具加工的非球面最终结果中仍含有较多的此类中频误差。另外，这种不断更换轨迹参数的方法，由于每次迭代加工都残留较多中频误差，单次加工面形收敛率低，加工周期长，同时也会出现中频误差积累过多，无法加工到所需要的最终精度的现象。

鉴于此，如何能够针对性地解决加工轨迹镜面边缘“留白”时，光学表面加工过程中存在中频误差严重的问题，从而有效控制中频误差，提高面形收敛效率和收敛精度，缩短加工周期，是所属技术领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种计算机控制光学面形误差收敛加工方法、装置及计算机可读存储介质，可针对性地解决加工轨迹镜面边缘“留白”时，光学表面加工过程中存在中频误差严重的问题，有效控制中频误差，有效提高光学表面尤其是光学非球面及自由曲面等复杂光学表面的加工效率和加工精度，缩短制造周期，降低加工成本，促进小磨头等工具在光学制造领域的普遍应用。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例一方面提供了一种计算机控制光学面形误差收敛加工方法，包括：