O desenvolvimento do sistema de imagem óptica de alto desempenho abrange as etapas de projeto óptico, fabricação, inspeção, montagem e ajuste.O design do sistema óptico é o início de toda a cadeia do processo de realização do sistema óptico.A análise de tolerância é a ponte principal entre o projeto e a fabricação.A distribuição razoável e precisa de erros de fabricação de todas as superfícies ópticas é propícia à realização de fabricação de elementos ópticos de alta precisão.A avaliação da qualidade dos elementos ópticos fará uma avaliação precisa dos resultados de fabricação, o que ajudará a melhorar ainda mais a qualidade da fabricação dos elementos ópticos.
Figura 1. Erro e avaliação da forma de superfície local
O método de análise de tolerância mais eficaz que tem sido considerado por mais de meio século é baseado nas estatísticas de probabilidade de Monte Carlo.Esta tolerância é uma descrição unificada de toda a forma da superfície.Especifica o valor RMS máximo ou valor PV do erro de forma da superfície.Ao mesmo tempo, a qualidade dos elementos ópticos também é caracterizada pelo valor RMS ou valor PV do erro de superfície.No entanto, a situação real do sistema óptico é extremamente complexa.Os métodos de análise de tolerância existentes baseados em Monte Carlo não podem fornecer diferentes requisitos de tolerância para diferentes áreas da superfície.O valor RMS ou valor PV do erro de forma da superfície não pode avaliar com precisão a qualidade dos elementos ópticos.
Após sete anos de esforços, Zhu Jun, professor associado do Departamento de Instrumentos de Precisão da Universidade de Tsinghua, confirmou que diferentes áreas de elementos ópticos têm diferentes requisitos de tolerância e propôs um modelo de tolerância de superfície local para superfícies ópticas.O modelo de tolerância local pode obter com precisão diferentes requisitos de tolerância para diferentes áreas da superfície, de modo que diferentes áreas da superfície podem ser fabricadas de acordo com diferentes requisitos de precisão.O modelo de tolerância local subverte a teoria de análise de tolerância global baseada na probabilidade estatística de Monte Carlo por mais de 50 anos.A equipe de pesquisa calculou a tolerância da superfície local de três espelhos de um sistema óptico de três espelhos fora do eixo (Figura 1) e dois espelhos de um sistema do tipo Cassegrain (Figura 2), e simulou e verificou a tolerância.O resultado do cálculo da tolerância mostra uma localização óbvia.
Figura 2. No sistema de espelho triplo fora do eixo, a distribuição de tolerância da superfície local dos três espelhos (a), (b) e (c) são a distribuição de desvio na superfície dos três espelhos, respectivamente
Figura 3. No sistema RC, analise a distribuição de tolerância de perfil local do espelho primário e espelho secundário simultaneamente (a), (b), (c) são a distribuição de desvio de perfil do espelho primário, e (d), (e ), e (f) são a distribuição de desvio de perfil do espelho secundário, respectivamente
Ao mesmo tempo, a equipe de pesquisa propôs uma função de avaliação precisa RWE para a qualidade dos elementos ópticos que está diretamente relacionada ao desempenho da imagem, substituindo os valores tradicionais RMS ou PV para avaliar a qualidade dos elementos ópticos, e avaliou a qualidade de um série de elementos com diferentes erros de superfície (Figura 3).Os resultados mostram que a qualidade dos componentes com o mesmo valor de PV ou RMS é diferente, e os componentes com menor precisão geométrica podem produzir melhor qualidade de imagem do que aqueles com maior precisão geométrica.
Os mesmos elementos ópticos do RMS também podem distinguir sua qualidade de imagem através do RWE.Para a parte de inspeção de fabricação, a qualidade dos componentes após a fabricação pode ser avaliada de forma independente sem documentos de projeto.O RWE ajuda a selecionar rapidamente os componentes que atendem aos requisitos de imagem e oferece a melhor combinação de correspondência entre os diferentes componentes.Figura 4. A qualidade dos componentes com o mesmo valor PV ou RMS é diferente
A estrutura de tolerância local proposta neste estudo fornecerá novo suporte técnico para a fabricação de sistemas ópticos, especialmente sistemas ópticos de alta precisão e grande abertura, como sistemas de litografia e telescópios espaciais, e terá um impacto revolucionário na teoria, tecnologia e padrões na área de design e fabricação óptica.Em 8 de setembro, as conquistas acima foram publicadas na revista OPTICA sob o título “Local surface error and quality assessment for optic surface”.
Hora da postagem: 01 de novembro de 2022
