[发明专利]光机集成分析面形误差处理方法

说明书

本发明公开了一种光机集成分析面误差处理方法，涉及一种处理镜体有限元分析结果中提取镜面刚体位移，球差以及镜面柔性误差的方法，计算镜面面形误差时减去镜面的刚体位移与球差，镜面刚体位移在装调过程中弥补，球差通过调焦弥补。在镜面节点刚体位移中分离出镜面的刚体位移与球差，为了与光学软件配合，需要依据光学软件中各个镜面的顶点坐标系，在有限元模型中定义镜面刚体位移坐标系，从而保证光机集成分析中刚体位移一致。刚体位移计算方法中进行两次刚体位移计算，第二次的刚体位移量与第一次相比，刚体位移量值上更大，能够将更多的柔性变形转换为刚体位移，不遗漏任何柔性变形。本发明不仅适用于同轴镜面，同样适用于离轴使用的镜体表面。

技术领域

本发明涉及反射镜或者透镜镜面面形精度分析技术领域，特别涉及一种能够直接表征镜面的刚体位移与镜面的柔性变形的光机集成分析面形误差处理方法。

背景技术

为了优化镜体结构，保证镜面的PV值，RMS值满足设计要求，需要采用有限元分析进行分析。有限元分析仅仅能够得到镜面表面节点的位移与转角，不能直接分离出镜体的刚体位移、球差以及面形误差。为了进行光机集成分析，需要采用一定的计算流程来保证计算结果的合理性。

为了计算镜面的刚体位移，以往的刚体位移计算方法通常采用均匀压强场计算节点的加权因子或者采用不加加权因子进行计算，或者在球坐标系中计算刚体位移。之前的刚体位移计算方法仅仅计算一次，最终得到的刚体位移量与面形误差量在表示面形误差时有遗漏。该专利将镜面的刚体位移、球差以及面形误差分别分离出来，在镜面面形优化设计过程中应用非常方便。

现有技术通常不采用加权因子或者加权因子计算方法采用均匀压力工况下计算的加权因子，该加权因子对在均匀压强或者真空工作的镜体不适用。通过采用镜体顶点坐标系下平面投影，采用重心与各边中点分割的方法将面积分割给三角形或者四边形的顶点节点。该计算方法得到的面积加权因子在刚体位移计算、Zernike系数拟合过程中均可以采用。

现有技术在计算刚体位移时均采用单次计算，会忽略x y方向的柔性位移。造成计算的刚体位移不准确。通过该计算方法计算的刚体位移量值更大，而且最终去除刚体位移之后x y方向无柔性位移，表述的面形误差更准确。

除此之外还论述了采用减去Zernike系数球差来替代减去镜面曲率变化的技术。镜面曲率变化计算过程中通常需要利用到镜面公式，该镜面公式通常不是线性的，而拟合Zernike系数的球差项可以通过线性最小二乘法计算得到。通过该方法可以在有限元分析软件镜面结构优化中使用。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种能够直接表征镜面的刚体位移与镜面的柔性变形的光机集成分析面形误差处理方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：提供一种光机集成分析面误差处理方法，包括如下步骤：

(1)修改光学软件中的镜面的有限元模型，通过添加虚拟面，使分析镜面无倾斜与偏轴，方便导入刚体位移，依据光学软件中镜面的各个顶点坐标系，在有限元模型中同样建立顶点坐标系；

(2)在有限元模型分析结果中分离出镜面各个节点的刚体位移；

(3)根据镜面节点在坐标系上的投影，计算出各个节点的加权系数；

(4)计算镜面的全部刚体位移，镜面的六个刚体位移表示为：T_x,T_y,T_z,R_x,R_y,R_z，这些刚体位移导致单个节点的位移量为：d_x,d_y,d_z：