[发明专利]一种大口径非球面镜的加工方法

说明书

本发明公开了一种大口径非球面镜的加工方法，加工中先提取大口径非球面镜的环带并对该环带进行单独修正，修正环带后的镜面再继续进行研磨抛光。环带的提取和修正方法包括：将面形残差信息映射到彩色空间；K‑Means聚类分割确定研抛工具大小；确定加工路径；正环带。相比于目前主流的，对整个镜面统一规划加工路径进行研抛的数控小工具技术，本发明提出提取环带的大口径非球面镜研抛方法，对大口径非球面镜加工中出现的环带进行单独修正，而不需要对镜面整体进行研抛，优化了研抛效果，提高了加工效率。

技术领域

本发明涉及光学镜面加工领域，主要针对大口径非球面镜加工中面形残差高点环带进行提取以优化加工。

背景技术

现代天文望远镜、遥感探测、国防科技(如激光武器等)领域对高质量光学非球面镜的需求在逐渐提升。主要表现为，对镜面的口径、面形精度、表面质量等提出了更高的要求。在计算机、自动控制、材料等学科综合推动下，大口径镜面加工技术飞速发展。

Itek开发了用于非球面光学加工的数控小工具研抛技术，这是最早也是最典型的计算机控制光学表面成型技术(CCOS)，可以通过计算机控制自动化进行研抛修正面形误差。由于能够精确定位、稳定去除，CCOS相对于传统光学加工具有更强的确定性和可预测性，目前在大口径镜面加工中应用广泛。目前主流的数控小工具加工方式是使用研抛工具对整个镜面进行统一研磨抛光。

但在工程实践中，当镜面面形修正至一定阶段时，残差图中的高点往往表现为几条明显环带，如果直接使用小工具对整个镜面进行加工会降低效率，因此需要对环带误差进行单独处理，实现对环带误差的针对性修正，而不需要对整个镜面进行加工，从而优化研抛效果。

发明内容

鉴于目前大口径非球面镜加工过程中常常出现面形残差高点环带，本发明的目的在于提出一种提取环带的大口径非球面镜加工方法。应用该方法提取环带并确定研抛工具的大小和加工路径，实现对环带误差的针对性修正，优化研抛效果和效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大口径非球面镜的加工方法，加工中先提取大口径非球面镜的环带并对该环带进行单独修正，修正环带后的镜面再继续进行研磨抛光；所述环带的提取和修正方法包括：

步骤1：将面形残差信息映射到彩色空间；

读取面形残差高度信息，依据整体范围按比例放大作为颜色数组索引值，得到对应RGB值，实现面形残差信息到彩色空间映射；

其中，min表示取最小值运算，max表示取最大值运算；

步骤2：K-Means聚类分割：将RGB矩阵转换为Lab矩阵，提取Lab矩阵中代表颜色信息的a,b数组作为二维矩阵ab,使用K-Means聚类算法对二维矩阵ab矩阵进行分类，将彩色图按颜色分割；

步骤3：确定研抛工具大小；

在步骤2分割结果选取要处理的颜色部分，按照范围筛选出目标环带，按角度提取环带一圈的宽度，进行平滑后取平均值，作为研抛工具的大小参考；

步骤4：确定加工路径；

将步骤3中得到的环带提取骨架，得到近圆形的环带中心线，沿中心线上网格点的坐标进行加工；

步骤5：正环带；

选择符合步骤3结果的研抛工具，在计算机上设置步骤4得到的加工路径，控制机械臂使用研抛工具对大口径镜面上环带部分进行研抛。

进一步的，步骤1中，残差面形是经过畸变矫正后的数据，环带位置信息与镜面上的实际坐标为确定的对应关系，可直接用于指导加工。