上海光機(jī)所在基于監(jiān)督學(xué)習(xí)的超精密光學(xué)曲面自適應(yīng)工藝決策方面取得進(jìn)展
近期,中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所精密光學(xué)制造與檢測(cè)中心在基于監(jiān)督學(xué)習(xí)的超精密光學(xué)曲面自適應(yīng)工藝決策方面取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)首次提出了一種傅里葉卷積-并聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架,攻克了光學(xué)加工領(lǐng)域小樣本訓(xùn)練條件下高維度輸出的瓶頸難題,綜合訓(xùn)練正確率優(yōu)于90%,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化子孔徑制造多維度參數(shù)組合加工智能化決策,對(duì)光學(xué)制造的智能化發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。相關(guān)研究成果以“Fourier convolution-parallel neural network framework with library matching for multi-tool processing decision-making in optical fabrication”為題發(fā)表在Optics Letters上。 現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)如光刻系統(tǒng)、大型望遠(yuǎn)鏡和高功率激光等對(duì)各類超精密光學(xué)元件數(shù)量和表面質(zhì)量提出了更高的需求,而現(xiàn)有工藝決策很大程度上仍然依賴經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)專家,受專業(yè)人員的稀缺性以及人工決策的不穩(wěn)定性影響,決策過(guò)程智能化是光學(xué)制造精度和效率進(jìn)一步提升面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。近年來(lái),數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展為解決這一瓶頸問(wèn)題提供了可能;但在光學(xué)加工領(lǐng)域,訓(xùn)練樣本獲取難而決策維度高,如何實(shí)現(xiàn)小樣本條件下的有效訓(xùn)練來(lái)滿足高特征維度輸出要求,是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能化光學(xué)加工發(fā)展面臨的首要難題。 針對(duì)以上問(wèn)題,研究團(tuán)隊(duì)首次提出了一種結(jié)合去除函數(shù)庫(kù)匹配的傅里葉卷積-并聯(lián)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下工具種類、尺寸、磨料類型和體去除率等關(guān)鍵參數(shù)的聯(lián)合自主決策,決策范圍涵蓋了自研磨/粗拋到修形/光順等大部分工藝流程,也是首次證明了光學(xué)制造通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,僅在網(wǎng)絡(luò)模型的指導(dǎo)下,260mm260mm的離軸非球面鏡的面形精度(PV)可由初始的15.153λ收斂至0.42λ(λ=632.8nm),RMS由初始的2.944λ收斂至0.064λ,總加工時(shí)間僅為25.34個(gè)小時(shí),收斂率優(yōu)于97%,已達(dá)到專業(yè)技術(shù)人員決策水平。該研究成果對(duì)超精密光學(xué)元件的高效制造具有重要價(jià)值,并有可能將光學(xué)制造的智能化水平推向新的高度。 |