优化磁流变抛光轨迹：变距螺旋矩阵法减少中频误差

本文主要探讨了面向中频误差的变距螺旋矩阵轨迹优化方法在磁流变抛光（MRF）技术中的应用。磁流变抛光作为一种高效的精密加工技术，由于其诸多优点，如高精度、低表面粗糙度等，被广泛应用于光学元件制造。然而，加工后光学元件表面的中频误差，特别是波纹误差，会显著影响成像质量和系统的性能。 中频误差是由于抛光过程中产生的较大波长表面起伏所导致的，通常出现在0.12mm至33mm的频段，表现为明显的波纹形式。这种误差会导致光线散射，降低成像清晰度，是光学元件制造中亟待解决的问题。传统的评价参数，如均方根值（RMS）和峰谷值（PV），虽然能反映轮廓的垂直偏差，但无法提供关于斜率、形状和尺寸的详细信息，也无法精确描述误差的频率和分布规律。 为了解决这个问题，文章引入了功率谱密度（PSD）作为评估工具，这是一种能够全面描述凹凸体形状及其空间特性的重要函数。PSD通过计算高度尺寸的傅里叶变换，提供了一个全面的频率分析框架。文中指出，通过公式（2）可以对PSD进行离散估计，这在理解并优化抛光轨迹以减少中频误差方面起到了关键作用。 具体到抛光轨迹的选择，文章重点分析了光栅线轨迹和螺旋线轨迹对正弦面面形中频误差的影响。这些传统的轨迹可能不足以有效控制中频误差。因此，作者提出了变距螺旋矩阵加工轨迹，旨在结合两种轨迹的优势，通过调整轨迹的间距和方向，更有效地控制抛光过程中的波动，从而减小中频误差。 通过这种方法，加工后的光学元件表面的功率谱密度分析显示，变距螺旋矩阵轨迹能够更有效地抑制特定波纹误差，从而达到改善成像质量和提升光学元件表面质量的目的。这一研究对于提高光学系统整体性能，特别是在强激光系统和高分辨率成像系统中的应用具有重要意义，且避免了过度依赖于国外的技术，推动了国内在光学制造领域的自主创新能力。