CN108098462B - 连续位相板加工方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种连续位相板加工方法及装置，涉及位相板加工技术领域。所述连续位相板加工方法包括：获取不同宽度的磁流变抛光斑；基于所述磁流变抛光斑的不同宽度，对连续位相板的表面周期结构进行分割提取，生成多幅具有不同周期结构的位相板设计图；基于所述多幅不同周期结构的位相板设计图，利用所述不同宽度的磁流变抛光斑对所述连续位相板进行加工，获得加工结果。相对于现有技术，本发明提供的连续位相板加工方法及装置通过获取不同宽度的磁流变抛光斑，并提取连续位相板的不同周期结构进行分别加工，既实现了连续位相板的高精度加工，同时也有效提高了加工效率。

Description

连续位相板加工方法及装置

技术领域

本发明涉及位相板加工技术领域，具体而言，涉及一种连续位相板加工方法及装置。

背景技术

连续位相板(Continuous Phase Plates，CPP)是连续分布的衍射光学元件，可对激光系统的输出光束形状、尺寸、均匀性等参数进行有效控制。由于CPP元件具有能量利用率高、焦斑形貌易于控制等优点，CPP作为空间匀滑器件被广泛应用于世界各大激光驱动装置中。但CPP的复杂结构特征和高精度加工要求给CPP的加工带来很大困难，是无法采用传统加工装置和工艺来实现。磁流变抛光技术是一种子口径精密抛光技术，由于它产生的抛光斑在毫米量级尺度，可以实现光学元件小周期结构的精密加工。

目前，现有的加工连续位相板的方法，主要通过子口径抛光技术进行加工，利用的抛光技术主要是数控小工具和磁流变抛光，但是采用数控小工具抛光由于其抛光斑尺寸较大(在十几毫米以上)无法实现小周期结构加工。在采用磁流变加工方式时，对其位相板的多周期结构进行全部加工，这样为实现高精度，必然要采用小的抛光斑，但这样会大大降低加工效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续位相板加工方法及装置，其能够有效改善上述问题。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种连续位相板加工方法，所述方法包括：获取不同宽度的磁流变抛光斑；基于所述磁流变抛光斑的不同宽度，对连续位相板的表面周期结构进行分割提取，生成多幅具有不同周期结构的位相板设计图；基于所述多幅不同周期结构的位相板设计图，利用所述不同宽度的磁流变抛光斑对所述连续位相板进行加工，获得加工结果。

第二方面，本发明实施例还提供了一种连续位相板加工装置，其包括获取模块，用于获取不同宽度的磁流变抛光斑；分割模块，用于基于所述磁流变抛光斑的不同宽度，对连续位相板的表面周期结构进行分割提取，生成多幅具有不同周期结构的位相板设计图；加工模块，用于基于所述多幅不同周期结构的位相板设计图，利用所述不同宽度的磁流变抛光斑对所述连续位相板进行加工，获得加工结果。

本发明实施例提供的连续位相板加工方法及装置，首先获取不同宽度的磁流变抛光斑；再基于所述磁流变抛光斑的不同宽度，对连续位相板的表面周期结构进行分割提取，生成多幅具有不同周期结构的位相板设计图；最后基于所述多幅不同周期结构的位相板设计图，利用所述不同宽度的磁流变抛光斑对所述连续位相板进行加工，获得加工结果。和现有技术相比，本发明提供的连续位相板加工方法及装置通过获取不同宽度的磁流变抛光斑，并提取连续位相板的不同周期结构，通过不同宽度的磁流变抛光斑对不同周期结构的连续位相板在同一元件上进行分别加工，既实现了连续位相板的高精度加工，同时也有效提高了加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为一种可应用于本发明实施例中的电子设备的结构框图；

图2为本发明第一实施例提供的连续位相板加工方法的流程框图；

图3为本发明第一实施例中步骤S200的子步骤流程框图；

图4为本发明第一实施例中步骤S400的流程框图；

图5为本发明第一实施例中步骤S210的子步骤流程框图；

图6为本发明第一实施例中步骤S220的子步骤流程框图；

图7为本发明第一实施例中步骤S700的流程框图；

图8为本发明第一实施例提供的90mm×90mm连续位相板设计图；

图9为本发明第一实施例提供的分周期加工过程图；

图10为本发明第一实施例提供的最终加工结果图；

图11为本发明第二实施例提供的连续位相板加工装置的结构框图；

图12为本发明第二实施例提供的另一种连续位相板加工装置的结构框图；

图13为本发明第二实施例提供的分割模块的结构框图；

图14为本发明第二实施例提供的加工模块的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1示出了一种可应用于本申请实施例中的电子设备100的结构框图。如图1所示，电子设备100可以包括存储器110、存储控制器120、处理器130、显示屏幕140和连续位相板加工装置。例如，该电子设备100可以为个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、智能手机、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等。

存储器110、存储控制器120、处理器130、显示屏幕140各元件之间直接或间接地电连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件之间可以通过一条或多条通讯总线或信号总线实现电连接。所述连续位相板加工方法分别包括至少一个可以以软件或固件(firmware)的形式存储于存储器110中的软件功能模块，例如所述连续位相板加工装置包括的软件功能模块或计算机程序。

存储器110可以存储各种软件程序以及模块，如本申请实施例提供的连续位相板加工方法及装置对应的程序指令/模块。处理器130通过运行存储在存储器110中的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现本申请实施例中的连续位相板加工方法。存储器110可以包括但不限于随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。

处理器130可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。上述处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。其可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

本发明实施例中所应用的电子设备100为实现连续位相板加工，还应具备自显示功能，其中的显示屏幕140可以在所述电子设备100与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。例如，可以显示连续位相板加工装置获取的光斑参数以及连续位相板的分割设计图。

第一实施例

请参照图2，本实施例提供了一种连续位相板加工方法，所述方法包括：

步骤S200：获取不同宽度的磁流变抛光斑；

本实施例中，通过获取不同宽度的磁流变抛光斑，可以对应于各种不同周期结构的连续位相板加工。可以理解的是，获取的多个磁流变抛光斑的宽度可以是不完全相同的，其可以根据具体的连续位相板周期结构的设计与加工需求进行选择。

步骤S210：基于所述磁流变抛光斑的不同宽度，对连续位相板的表面周期结构进行分割提取，生成多幅具有不同周期结构的位相板设计图；

本实施例中，设计的所述连续位相板的表面具有多种周期结构的图形，根据磁流变抛光斑的不同宽度，来对连续位相板表面的复杂周期结构进行规划及分割提取，可生成不同周期结构的多幅位相板设计图，即对原来完整的连续位相板全周期设计图进行分割，以便于元件的高精度及高效率加工。

步骤S220：基于所述多幅不同周期结构的位相板设计图，利用所述不同宽度的磁流变抛光斑对所述连续位相板进行加工，获得加工结果。

本实施例中，依据分割后的多幅不同周期结构的位相板设计图与磁流变抛光斑宽度的对应关系，可在同一元件上控制不同宽度的磁流变抛光斑对与其匹配的位相板周期结构进行加工，最终实现连续位相板全周期加工，获得加工结果即加工完成后的连续位相板图形。

请参照图3，本实施例中，具体的，所述步骤S200可以包括如下步骤：

步骤S300：改变磁流变的工艺参数，获得不同宽度的磁流变抛光斑。

本实施例中，磁流变形成的抛光斑，主要是通过控制磁流变的工艺参数获得。在改变磁流变的工艺参数时，可以获得不同尺度的抛光斑，所述工艺参数可以包括：磁流变缎带高度、浸入深度、抛光轮转速和磁场电流等。本实施例中，可获得的磁流变抛光斑宽度范围在2mm至15mm。

请参照图4，本实施例中，所述步骤S210之前还可以进行如下步骤：

步骤S400：基于激光系统对光束的质量要求，设计连续位相板的表面周期结构。

本实施例中，连续位相板可对激光系统的输出光束形状、尺寸、均匀性等参数进行有效控制。根据激光系统对其光束的质量要求，设计的连续位相板表面具有多种周期结构的图形。设计的周期范围，根据能够实现的加工能力和使用的要求及元件的尺寸不同而不同。本实施例中，连续位相板的周期结构范围在2mm至50mm。

请参照图5，本实施例中，具体的，所述步骤S210可以包括如下步骤：

步骤S500：基于所述磁流变抛光斑的不同宽度，对连续位相板的表面周期结构中不同周期结构分别对应的磁流变抛光斑宽度进行规划；

本实施例中，完成设计的连续位相板具有复杂周期结构的设计表面，根据磁流变抛光斑的不同宽度，对复杂周期进行规划及分割提取。优选的，规划的原则可以是连续位相板元件的周期大于或等于抛光斑宽度的3倍。发明人根据以往的加工经验，发现这样比例关系的抛光斑宽度和周期能够实现位相板的高精度加工，加工后的残差ERMS小于30nm。

步骤S510：基于图形滤波分频技术，对所述连续位相板的表面周期结构进行分割提取，生成多幅具有不同周期结构的位相板设计图。

本实施例中，根据上述的比例原则，把复杂周期结构的连续位相板利用图形滤波分频软件，生成不同周期结构的多幅位相板设计图，即对原设计图进行分割，以便于元件的高精度及高效率的加工。

请参照图6，本实施例中，具体的，所述步骤S220可以包括如下步骤：

步骤S600：基于所述多幅不同周期结构的位相板设计图与所述磁流变抛光斑宽度的对应关系，设置生成所述磁流变抛光斑宽度的工艺参数；

本实施例中，依据分割后的位相板设计图与磁流变抛光斑宽度的对应关系，在磁流变设备上设定好生成此抛光斑宽度的工艺参数，加工匹配周期的连续位相板。

步骤S610：控制所述磁流变抛光斑在所述连续位相板上不同位置的进给速度，对所述连续位相板进行加工，获得加工结果。

本实施例中，磁流变加工去除原理是通过控制抛光斑在元件上不同位置的进给速度来实现不同周期结构误差的去除。优选的，加工的次序可以是从大周期结构至小周期结构依次加工，最终实现元件的全周期加工。

请参照图7，本实施例中，所述步骤S220之后还可以进行如下步骤：

步骤S700：基于所述位相板设计图，对所述加工结果进行质量评价。

本实施例中，在连续位相板加工完成后，还可以对其进行加工质量的评价。具体的评价方法可以是，采用设计的图形(位相板设计图)与加工后的图形(加工结果)进行相减处理，相减后的残差ERMS指标越小越好。主要的操作是通过面形相减处理软件完成，生成设计与加工图的残差图，评价的指标优选为ERMS值小于30nm。

以下介绍一种应用本实施例提供的连续位相板加工方法进行连续位相板加工的具体实例：

如图8所示，设计一件尺寸为90mm×90mm的连续位相板元件，其中包含的空间结构周期为6mm至50mm。通过控制磁流变抛光工艺参数，获得宽度分别1.9mm、3.2mm和9.5mm的抛光斑，规划如表1所示的加工方案。

表1空间周期与抛光斑宽度的对应表

如图9所示，利用滤波分频软件，生成了不同周期的面形图，采用磁流变加工技术，进行加工，获得了不同周期的加工结果，给出了各周期加工图与设计图相减后的残余误差图ERMS。

如图10所示，最后通过全周期面形的测试，获得了连续位相板的全周期的加工结果和残余误差图，残余误差ERMS值12nm，实现了很高的加工精度，效率也比不采用分频加工方式提升了35％以上。

相对与现有技术，本实施例提供的连续位相板加工方法，对位相板设计的结构周期，首先进行滤波分频，提取不同周期结构，再针对各周期结构选取合适的去除函数，进行分频度加工，既实现了连续位相板的高精度加工，同时也提高了加工效率。

第二实施例

请参照图11，本实施例提供了一种连续位相板加工装置800，其包括：

获取模块810，用于获取不同宽度的磁流变抛光斑；

分割模块820，用于基于所述磁流变抛光斑的不同宽度，对连续位相板的表面周期结构进行分割提取，生成多幅具有不同周期结构的位相板设计图；

加工模块830，用于基于所述多幅不同周期结构的位相板设计图，利用所述不同宽度的磁流变抛光斑对所述连续位相板进行加工，获得加工结果。

请参照图12，本实施例中，所述连续位相板加工装置800还可以包括：

设计模块840，用于基于激光系统对光束的质量要求，设计连续位相板的表面周期结构。

请参照图13，本实施例中，具体的，所述分割模块820可以包括如下子单元：

规划单元821，用于基于所述磁流变抛光斑的不同宽度，对连续位相板的表面周期结构中不同周期结构分别对应的磁流变抛光斑宽度进行规划；

提取单元822，用于基于图形滤波分频技术，对所述连续位相板的表面周期结构进行分割提取，生成多幅具有不同周期结构的位相板设计图。

请参照图14，本实施例中，具体的，所述加工模块830可以包括如下子单元：

设置单元831，用于基于所述多幅不同周期结构的位相板设计图与所述磁流变抛光斑宽度的对应关系，设置生成所述磁流变抛光斑宽度的工艺参数；

控制单元832，用于控制所述磁流变抛光斑在所述连续位相板上不同位置的进给速度，对所述连续位相板进行加工，获得加工结果。

综上所述，本发明实施例提供的连续位相板加工方法及装置，首先获取不同宽度的磁流变抛光斑；再基于所述磁流变抛光斑的不同宽度，对连续位相板的表面周期结构进行分割提取，生成多幅具有不同周期结构的位相板设计图；最后基于所述多幅不同周期结构的位相板设计图，利用所述不同宽度的磁流变抛光斑对所述连续位相板进行加工，获得加工结果。和现有技术相比，本发明提供的连续位相板加工方法及装置通过获取不同宽度的磁流变抛光斑，并提取连续位相板的不同周期结构，通过不同宽度的磁流变抛光斑对不同周期结构的连续位相板在同一元件上进行分别加工，既实现了连续位相板的高精度加工，同时也有效提高了加工效率。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种连续位相板加工方法，其特征在于，所述方法包括：

获取不同宽度的磁流变抛光斑；

基于所述磁流变抛光斑的不同宽度，对连续位相板的表面周期结构进行分割提取，生成多幅具有不同周期结构的位相板设计图；

基于所述多幅不同周期结构的位相板设计图，利用所述不同宽度的磁流变抛光斑对所述连续位相板进行加工，获得加工结果；

基于所述磁流变抛光斑的不同宽度，对连续位相板的表面周期结构进行分割提取，生成多幅具有不同周期结构的位相板设计图，包括：

基于所述磁流变抛光斑的不同宽度，对连续位相板的表面周期结构中不同周期结构分别对应的磁流变抛光斑宽度进行规划；

基于图形滤波分频技术，对所述连续位相板的表面周期结构进行分割提取，生成多幅具有不同周期结构的位相板设计图。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取不同宽度的磁流变抛光斑，包括：

改变磁流变的工艺参数，获得不同宽度的磁流变抛光斑。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于所述磁流变抛光斑的不同宽度，对连续位相板的表面周期结构进行分割提取，生成多幅具有不同周期结构的位相板设计图之前，所述方法还包括：

基于激光系统对光束的质量要求，设计连续位相板的表面周期结构。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述多幅不同周期结构的位相板设计图，利用所述不同宽度的磁流变抛光斑对所述连续位相板进行加工，获得加工结果，包括：

基于所述多幅不同周期结构的位相板设计图与所述磁流变抛光斑宽度的对应关系，设置生成所述磁流变抛光斑宽度的工艺参数；

控制所述磁流变抛光斑在所述连续位相板上不同位置的进给速度，对所述连续位相板进行加工，获得加工结果。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于所述多幅不同周期结构的位相板设计图，利用所述不同宽度的磁流变抛光斑对所述连续位相板进行加工，获得加工结果之后，所述方法还包括：

基于所述位相板设计图，对所述加工结果进行质量评价。

6.一种连续位相板加工装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取不同宽度的磁流变抛光斑；

分割模块，用于基于所述磁流变抛光斑的不同宽度，对连续位相板的表面周期结构进行分割提取，生成多幅具有不同周期结构的位相板设计图；

加工模块，用于基于所述多幅不同周期结构的位相板设计图，利用所述不同宽度的磁流变抛光斑对所述连续位相板进行加工，获得加工结果；

所述分割模块具体包括：

规划单元，用于基于所述磁流变抛光斑的不同宽度，对连续位相板的表面周期结构中不同周期结构分别对应的磁流变抛光斑宽度进行规划；

提取单元，用于基于图形滤波分频技术，对所述连续位相板的表面周期结构进行分割提取，生成多幅具有不同周期结构的位相板设计图。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

设计模块，用于基于激光系统对光束的质量要求，设计连续位相板的表面周期结构。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述加工模块具体包括：

设置单元，用于基于所述多幅不同周期结构的位相板设计图与所述磁流变抛光斑宽度的对应关系，设置生成所述磁流变抛光斑宽度的工艺参数；

控制单元，用于控制所述磁流变抛光斑在所述连续位相板上不同位置的进给速度，对所述连续位相板进行加工，获得加工结果。

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