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申请/专利权人：中国科学院光电技术研究所

摘要：本发明公开一种非球面光学元件分区加工方法，属于先进光学制造领域，首先将非球面光学元件划分为合理的n个区间，然后建立各区间内的目标优化函数以及区内的不吻合度优化函数，得到各个区间的平滑盘的曲率半径、平滑行距、平滑盘直径的优化模型，最后采用双层优化模型的嵌套式蚁群算法进行优化，结果发现分区后总的不吻合度显著降低，各区内的不吻合度也得到有效降低。本发明为平滑工具的设计以及工艺参数的选择提供了理论依据，提高了非球面光学元件加工工艺的平滑质量和平滑效率。

主权项：1.一种非球面光学元件分区加工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：确定待加工的非球面光学元件的非球面方程；S2：将待加工的非球面光学元件划分为n个环带，各个环带的节点依次随机确定；S3：构建每个环带的不吻合度函数，根据每个环带的不吻合度函数对各个环带进行计算，获得各个环带的最优不吻合度；构建每个环带的不吻合度函数包括： ；其中，，，…，分别为各环带的不吻合度函数；为第i个环带的分段函数fix相对应的不吻合度函数；各个分区的不吻合度函数根据各环带的目标函数求得： ；其中，为第i个环带的不吻合度函数，fi,obj为第i个环带的目标函数；n为分区的环带数量，εj为第j个不吻合度值，mi为第i个环带走刀的数量；为第i个环带的目标函数；wi=ri,li,di，为第i个环带待优化的参数向量，ri为i个环带平滑盘的曲率半径，li为i个环带平滑行距，di为i个环带平滑盘直径；表示2范数的平方；对各环带的平滑工具的曲率半径、平滑工具的直径和平滑行距进行取值，使得环带的不吻合度最小，即获得环带的最优不吻合度；S4：根据每个环带的不吻合度函数对各个环带进行计算，获得各个环带的最优不吻合度对应的各个环带所需的平滑工具的曲率半径、平滑工具的直径和平滑行距；S5：根据各个环带的最优不吻合度，计算总的不吻合度；计算总的不吻合度为： ；其中，向量a=[n,a1,a2,…,an-1]，n表示分区环带数量，根据不同的向量a的值获得不同的总的不吻合度，根据向量a的最优值，获得总的不吻合度的最优值；（a1,a2,…,an-1）为分区环带的节点位置；采用双层优化模型的嵌套式蚁群算法求出向量a的最优值，包括：S5.1：初始化：对分区的环带数量n、分区环带节点位置（a1,a2,…,an-1）、各分区环带的平滑工具的直径、平滑工具的曲率半径和第i个环带待优化的参数向量=ri,li,di进行初始化，以及上层，下层蚁群算法的种群规模M1，M2、最大迭代次数T1，T2、信息素蒸发系数Rho1、转移概率常数P10和局部搜索步长step1进行初始化；S5.2：进行上层蚁群算法，包括：以分区环带数量和分区环带节点位置作为调整对象，分区环带节点位置随机生成初始种群，并将种群传递给下层蚁群算法；S5.3：进行下层蚁群算法，包括：进行各环带平滑工具的直径、平滑工具的曲率半径、平滑行距所构成的种群初始化，初始化信息素蒸发系数Rho2、转移概率常数P20和局部搜索步长step2，各环带随机产生平滑工具的直径、平滑工具的曲率半径、平滑行距，分别计算各环带的种群中各个个体的适应度函数值，将各环带的各个个体的适应度函数值设为初始信息素，计算状态转移概率；S5.4：进行位置更新，当状态转移概率小于转移概率常数P20时，进行局部搜索；当状态转移概率大于或等于转移概率常数P20时，进行全局搜索，产生新的平滑工具的曲率半径、平滑工具的直径和平滑行距，并利用边界吸收方式进行边界条件处理，将平滑工具的曲率半径、平滑工具的直径和平滑行距界定在取值范围内；S5.5：计算新的平滑工具的曲率半径、平滑工具的直径和平滑行距的适应度函数值，计算第i个环带中的适应度函数值，判断蚂蚁是否移动，更新信息素；S5.6：判断是否满足终止条件，迭代最大次数是否达到种群规模M2，若满足，则结束搜索过程，输出优化值；若不满足，则继续进行迭代优化；S5.7：将S5.6输出的优化值返回上层蚁群算法，计算上层蚁群算法的适应度函数值，设为上层蚁群初始信息素，计算其状态转移概率；S5.8：利用上层蚁群算法进行位置更新：当状态转移概率小于转移概率常数P10时，进行局部搜索；当状态转移概率等于或大于转移概率常数时，进行全局搜索，产生新的分区数量和分区节点位置，并将分区节点位置界定在取值范围内；S5.9：计算新的分区节点位置的适应度函数值，判断蚂蚁是否移动，更新信息素；S5.10：判断上层蚁群算法是否满足终止条件，是否达到种群规模M1，若满足，则结束搜索过程，输出最优分区节点数量和位置；若不满足，则继续进行迭代优化；S6：判断总的不吻合度是否达到最优值，若不是，则返回S2，重新划分环带的数量和或环带的位置；S7：根据总的不吻合度的最优值，确定出最优的划分环带的个数和各环带的节点位置；S8：根据所确定的最优的划分环带的个数和节点位置，确定出各个环带的最优不吻合度，以及各环带的最优不吻合度所对应的平滑工具的曲率半径、平滑工具的直径和平滑行距，对待加工的非球面光学元件进行分区平滑加工。

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