Товары

Университет Цинхуа: новый метод локальной ошибки формы поверхности и оценки качества оптических элементов

Разработка высокоэффективной оптической системы обработки изображений включает этапы оптического проектирования, изготовления, проверки, сборки и настройки.Проектирование оптической системы является началом всей технологической цепочки реализации оптической системы.Анализ допусков является ключевым связующим звеном между проектированием и производством.Разумное и точное распределение погрешностей изготовления всех оптических поверхностей способствует реализации высокоточного изготовления оптических элементов.Оценка качества оптических элементов позволит сделать точную оценку результатов изготовления, что поможет в дальнейшем улучшить качество изготовления оптических элементов.

изготовление элементов1 

Рис. 1. Локальная погрешность формы поверхности и оценка

Наиболее эффективный метод анализа толерантности, который рассматривается уже более полувека, основан на вероятностной статистике Монте-Карло.Этот допуск является унифицированным описанием всей формы поверхности.Он определяет максимальное среднеквадратичное значение или значение PV ошибки формы поверхности.В то же время качество оптических элементов также характеризуется значением RMS или значением PV поверхностной ошибки.Однако реальная ситуация с оптической системой чрезвычайно сложна.Существующие методы анализа допусков, основанные на методе Монте-Карло, не могут дать разные требования к допускам для разных участков поверхности.Среднеквадратичное значение или значение PV ошибки формы поверхности не может точно оценить качество оптических элементов.

После семи лет усилий Чжу Цзюнь, доцент кафедры прецизионных инструментов Университета Цинхуа, подтвердил, что разные области оптических элементов имеют разные требования к допускам, и предложил модель локального допуска поверхности для оптических поверхностей.Модель локального допуска может точно получить различные требования к допускам для различных областей поверхности, так что различные области поверхности могут быть изготовлены в соответствии с различными требованиями к точности.Модель локальной толерантности опровергает теорию анализа глобальной толерантности, основанную на статистической вероятности Монте-Карло уже более 50 лет.Исследовательская группа рассчитала локальный допуск поверхности трех зеркал внеосевой трехзеркальной оптической системы (рис. 1) и двух зеркал системы типа Кассегрена (рис. 2), а также смоделировала и проверила допуск.Результат расчета допуска показывает очевидную локализацию.

 изготовление элементов2

Рис. 2. В внеосевой системе с тремя зеркалами локальное распределение допусков поверхности трех зеркал (a), (b) и (c) представляет собой распределение отклонения на поверхности трех зеркал соответственно.

 изготовление элементов3

Рис. 3. В системе RC проанализируйте локальное распределение допусков профиля главного и вторичного зеркал одновременно (a), (b), (c) — распределение отклонения профиля главного зеркала, а (d), (e) ), а (f) – распределение отклонения профиля вторичного зеркала соответственно

В то же время исследовательская группа предложила точную функцию оценки RWE для качества оптических элементов, которая напрямую связана с характеристиками изображения, заменив традиционные значения RMS или PV для оценки качества оптических элементов, и оценила качество серия элементов с различными ошибками поверхности (рис. 3).Результаты показывают, что качество компонентов с одинаковым значением PV или RMS различно, и компоненты с более низкой геометрической точностью могут давать лучшее качество изображения, чем компоненты с более высокой геометрической точностью.

изготовление элементов4

Те же оптические элементы RMS также могут различать качество изображения с помощью RWE.Для партии производственного контроля качество компонентов после изготовления может быть независимо оценено без конструкторской документации.RWE помогает быстро выбрать компоненты, отвечающие требованиям визуализации, и обеспечивает наилучшее сочетание различных компонентов.Рисунок 4. Качество компонентов с одинаковым значением PV или RMS разное

Система местных допусков, предложенная в этом исследовании, обеспечит новую техническую поддержку для производства оптических систем, особенно высокоточных оптических систем с большой апертурой, таких как литографические системы и космические телескопы, и окажет революционное влияние на теорию, технологию и стандарты. в области оптического проектирования и производства.8 сентября вышеуказанные достижения были опубликованы в журнале OPTICA под заголовком «Локальная поверхностная ошибка и оценка качества оптических поверхностей».


Время публикации: 01 ноября 2022 г.