(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210977493.9 (22)申请日 2022.08.15 (71)申请人 北京空间机电研究所 地址 100076 北京市丰台区南大红门路1号 9201信箱5分箱 (72)发明人 王永刚　李文卿　孟晓辉　李昂　 于秋跃　王兆明　王国艳　李春林　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 专利代理师 庞静 (51)Int.Cl. G05D 23/22(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种离子束加工过程中光学镜面温度控制 方法及测控系统 (57)摘要 一种离子束加工过程中光学镜面温度控制 方法及测控系统， 属于高精度非球面光学制造领 域。 其中， 此控制方法包括基于点热源在物体内 的能量沉积理论， 建立面热源能量沉积模型； 根 据面热源能量沉积模型， 依次对光学零件镜面能 量沉积过程进行静态分析及动态分析， 优化离子 源工艺参数； 通过对光学加工过程的离散化设计 或对循环的加工路径稀疏化处理， 降低温度累 积。 通过应用此控制方法， 可以实现离子束对温 度敏感的高精度光学零件、 组件级光学产品的高 效、 高精度加工 。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115480598 A 2022.12.16 CN 115480598 A 1.一种离 子束加工过程中光学镜面温度控制方法， 其特 征在于， 包括： 基于点热源在物体内的能量 沉积理论， 建立 光学零件镜面的面热源能量 沉积模型； 根据面热源能量沉积模型， 依次在离子源静止、 运动时， 分别对光学零件镜面能量沉积 过程进行静态分析及动态分析， 优化影响热源能量 沉积的离 子源工艺 参数； 通过对光学加工过程的离散化设计或对循环的加工路径稀疏化处理， 降低热源能量沉 积； 根据得到的离 子源工艺 参数及光学加工过程设计， 控制离 子束加工过程。 2.根据权利要求1所述的一种离子束加工过程中光学镜面温度控制方法， 其特征在于， 面热源能量 沉积模型建立包括： 建立光学零件镜面的点源能量 沉积模型； 根据离子束加工产生的面热源函数， 对光学零件镜面的点源能量沉积模型进行扩展， 得到光学零件镜面的面热源能量 沉积模型T(x,y,z,t)： 式中， σ 为离子源束流分布参数， Q0为面热源函数中心点能量， 离子源发射功率P＝dQ/ dt， c为工件 材料比热容， ρ 为镜面材料密度， σt为等效离子源束流分布 参数， σt2＝2α t， α 为镜 面材料热扩散率， t为离 子源驻留时间， (x,y,z)为 光学零件镜面任意 位置的坐标。 3.根据权利要求1所述的一种离子束加工过程中光学零件镜面温度控制方法， 其特征 在于， 确定影响热源能量沉积的离子源工艺参数， 包括离子源功率， 离子源束流分布参数， 离子源驻留时间、 离 子源运动速度。 4.根据权利要求3所述的一种离子束加工过程中光学零件镜面温度控制方法， 其特征 在于， 在离子源静止时， 分别分析能量沉积随任一个离子源工艺参数变化情况， 得到满足使 用需求的离 子源工艺 参数数值。 5.根据权利要求1所述的一种离子束加工过程中光学镜面温度控制方法， 其特征在于， 对光学零件镜面能量 沉积过程进行动态分析包括： 建立离子源直线运动时的光学零件镜面任意 位置的能量 沉积分布模型T(x,y,z,tn)： 式中， σ 为离子源束流分布参数， P为离子源发射功率， c为工件材料比热容， ρ 为镜面材 料密度， 为基于离子源运动而修正后的等效离子源束流分布参数， tn为离子源驻留总时 间， (x,y,z)为 光学零件镜面任意 位置的坐标； 将离子源静止时得到的离子源工艺参数数值带入上述能量沉积分布模型， 获取能量沉 积随离子源运动速度的变化曲线， 得到满足使用需求的离 子源运动速度阈值。 6.根据权利要求1所述的一种离子束加工过程中光学零件镜面温度控制方法， 其特征 在于， 对光学加工过程进行离 散化设计的同时， 每一个 循环的加工路径进行稀疏化处 理。 7.根据权利要求1或6所述的一种离子束加工过程中光学零件镜面温度控制方法， 其特 征在于， 对加工过程离散化设计， 保持离子源运动的栅线密度不变， 将光学零件初始面形误 差分成若干个等份， 分别逐等份进行加工， 缩短每次的加工时间。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115480598 A 28.根据权利要求1或6所述的一种离子束加工过程中光学零件镜面温度控制方法， 其特 征在于， 对加工路径稀疏化处理， 将离子源一次加工所扫描的稠密路径拆分成多次稀疏 的 加工路径， 即离子源从初始加工位置开始运行第一行后， 跨越到第n+1行开始加工， 重复此 跨行加工， 直至最后一行， n为大于1的正整 数； 再转到第二行进 行加工， 跨越到第n +2行开始 加工， 按照此规 律加工直到 离子源覆盖所有加工路径。 9.一种离子束加工过程中光学零件镜面温度测控系统， 其特征在于， 包括铠装K型热电 偶、 两心热电偶线、 穿仓法兰、 数据采集器、 网线、 接口转换器、 带有控制器的上位机； 控制器采用权利要求1所述方法对离子束加工过程进行控制， 铠装K型热电偶安装在镜 面指定位置， 两心热电偶线穿过真空仓的穿仓法兰， 将真空仓内的铠装K型热电偶与真空仓 外部的数据采集器相连， 数据采集器控制多个通道的铠装K型热电偶， 实现多通道温度测 量； 通过网线将数据采集器与接口转换器相连， 将接口转换器与上位机相连， 上位机显示温 度数据并将此 数据反馈 至控制器。 10.根据权利要求9所述的一种离子束加工过程中光学零件镜面温度测控系统， 通过S ‑ NET网络线将数据采集器与接口转换器相连， 实现电信号向数字信号的转换。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115480598 A 3