一种光学元件随机加工路径规划方法
【专利摘要】一种光学元件随机加工路径规划方法，涉及光学元件的加工领域，解决现有采用伪随机路径规划方法中存在采用直线连接的方式造成加工过程中机床频繁换向，进而容易产生轮廓误差或过冲等问题，在生成随机加工路径后，首先确定判定阈值并依次读取各驻留点。然后，根据相邻三个驻留点形成的角度与阈值的关系来决定驻留点的连接方式。最后，当符合样条曲线连接条件时则以两端驻留点及其切矢为边界型值点条件及边界相切条件构建三次B样条曲线光顺连接相邻三个驻留点；当不符合样条曲线连接条件时则直接以直线依次连接相邻三个驻留点。本发明使随机加工路径具有更好的光顺性，降低了对加工机床动态性能的要求，有利于保证光学表面的加工质量。
【专利说明】一种光学元件随机加工路径规划方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学元件的加工领域，具体涉及到一种光学元件加工中生成随机加工 路径的方法。
【背景技术】
[0002] 光学技术以及光电子技术的发展对光学元件的面形精度、表面粗糙度等加工质量 提出了越来越高的要求。为了有效控制光学元件表面的加工质量，加工人员普遍采用螺旋 线、光栅扫描以及伪随机等路径。由于这些路径有其各自的特点，不同工序或同一工序的多 轮迭代过程中往往交替使用以达到较好的效果。螺旋线路径以及光栅路径的优点是算法简 单、易于实现，其缺点是固定间隔的路径造成光学元件表面特定频段误差的残留。为克服这 一缺点，加工人员逐渐采用伪随机路径进行光学元件的加工。目前这种路径规划普遍采用 的做法是：按照一定的规则生成驻留点，然后用直线依次连接各相邻驻留点进而用数控系 统的直线插补功能实现。但是，伪随机路径规划算法生成的是一种近似凌乱分布的加工路 径，其驻留点呈无序状态分布。因而采用直线连接的方式造成加工过程中机床频繁换向。为 实现这种路径数控机床需要频繁地进行加减速控制。这要求数控机床要具有非常好的动态 响应特性，否则很容易产生轮廓误差或过冲等问题。
【发明内容】
[0003] 本发明为解决现有采用伪随机路径规划方法中存在采用直线连接的方式造成加 工过程中机床频繁换向，进而容易产生轮廓误差或过冲等问题，提供一种光学元件随机加 工路径规划方法。
[0004] 一种光学元件随机加工路径规划方法，包括在光学元件口径范围内计算初始驻留 点序列，并采用伪随机路径规划算法对初始驻留点序列进行重排生成伪随机路径，所述伪 随机路径的驻留点序列记为Di，i为大于等于1小于等于N的正整数；对驻留点序列依次处 理，实现光学元件的路径规划；
[0005] 按照下列步骤遍历处理各驻留点：
[0006] 步骤一、设定判别阈值θ τ，并初始化驻留点索引，设定索引值i = 2 ;
[0007] 步骤二、计算驻留点连线h及驻留点Di，Di+1连线li+1形成的夹角DgDA+i， 并记录li和li+1的方向矢量分别为b和h ;
[0008] 步骤三、判定夹角DgDiDw是否小于等于判别阈值θ τ，如果是，则执行步骤四，如 果否，则以直线连接Di_A及DA+1，执行步骤五；
[0009] 步骤四、以驻留点Dh及Di+1为边界型值点条件，及&为边界相切条件，构造 三次B样条曲线Q分别与直线lil i+1相切于Dg及Di+1 ;
[0010] 步骤五、令i = i+2,若i彡N-1则返回执行步骤二；若i = N，则以直线连接驻留 点DgDi，路径规划结束；若i > N，路径规划结束。
[0011] 本发明的有益效果：本发明提供一种光学元件随机加工路径规划方法，通过判断 加工路径上驻留点的特性进而控制其插补方法以便于降低对数控机床的性能要求。相邻驻 留点采用直线或B样条曲线连接使得加工路径具有更好的光顺性，降低了对加工机床动态 性能的要求有利于保证光学表面的加工质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本发明所述的光学元件随机加工路径规划方法中伪随机加工路径局部放 大图；
[0013] 图2为本发明所述的光学元件随机加工路径规划方法中样条曲线连接驻留点的 原理图；
[0014] 图3为本发明所述的光学元件随机加工路径规划方法中i = N时相邻驻留点连接 示意图；
[0015] 图4为采用本发明所述的光学元件随机加工路径规划方法实现的伪随机加工路 径局部放大图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0016] 一、结合图1至图4说明本实施方式，光学元件随机加工路径规划方 法，首先，在光学元件口径范围内按照驻留间隔划分网格计算初始驻留点序列Pi，并根据一 般的伪随机路径规划算法对初始驻留点序列Pi进行重排生成伪随机路径。伪随机路径的 驻留点序列记为Di(i = 1…N)。
[0017] 然后，采用下述步骤对驻留点依次进行光顺处理：
[0018] A、初始化驻留点索引i = 2 ;作为一种优选方案，初始化判别阈值θ τ = 170°。
[0019] Β、计算驻留点DyDi连线h及驻留点Di,Di+1连线Di+1形成的夹角Z D^DiDi+i，记 li、li+1的方向矢量分别为及心；
[0020] C、若ZDgDJViS θ τ则转至步骤D，否则直接以直线连接DpA及DJ)i+1并转至 步骤E ;
[0021] D、计算三次B样条曲线，光顺连接驻留点Dg及Di+1结合图2,设三次B样条曲线 的矩阵表达式为：
[0022]
【权利要求】
1. 一种光学元件随机加工路径规划方法，包括在光学元件口径范围内计算初始驻留点 序列，并采用伪随机路径规划算法对初始驻留点序列进行重排生成伪随机路径，所述伪随 机路径的驻留点序列记为Di，i为大于等于1小于等于N的正整数；对驻留点序列依次处理， 实现光学元件的路径规划；其特征是，处理驻留点序列，由以下步骤实现： 步骤一、设定判别阈值θ τ，并初始化驻留点索引，设定索引值i = 2 ; 步骤二、计算驻留点Dg，Di连线h及驻留点Dp Di+1连线li+1形成的夹角D^DA+i，并 记录li和li+1的方向矢量分别为h和心； 步骤三、判定夹角D^DA+i是否小于等于判别阈值θ τ，如果是，则执行步骤四，如果 否，则以直线连接DpA及DA+1，执行步骤五； 步骤四、以驻留点Dh及Di+1为边界型值点条件，及&为边界相切条件，构造三次B 样条曲线Q分别与直线1山+1相切于Dg及Di+1 ; 步骤五、令i = i+2,若i彡N-1则返回执行步骤二；若i = N，则以直线连接驻留点 D^Di，路径规划结束；若i > N，路径规划结束。
2. 根据权利要求1所述的一种光学元件随机加工路径规划方法，其特征在于，采用直 线插补或样条插补方式控制判别阈值θ τ的值。
3. 根据权利要求1或2所述的一种光学元件随机加工路径规划方法，其特征在于，所述 判别阈值θ τ的范围为在大于0°小于等于180°之间。
【文档编号】G05B19/19GK104155915SQ201410367151
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】刘健, 王绍治, 张玲花, 张春雷, 隋永新, 杨怀江 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所