[已解决]非球面加工公差问题

隔壁的薛定谔

设计中含有非球面时，如何进行面型公差分析？
只用TEZI和TEXI是否足以？

若绘制实际表面相对于设计表面(理想表面)的矢高差图



1. TEZI 单位是镜头单位（mm），对应RMS值？这里的RMS指的是矢高差的均方根吗？

2. TEXI单位是um，对应PV？这里的PV指的是矢高差的幅度吗？例如矢高差最大的正值出现在口径-8mm的地方，Δsag=3um，矢高差最小的负值出现在口径3mm的地方，Δsag=-6um，那么PV=3-(-6)=9um?  也就是说这个PV描述的是全局PV 而不是局部PV？

3. 大写PV和小写pv是不是还有区别？

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tzt

2024-4-27 18:22

我说下自己做非球面公差分析的方法：
1.给出TEZI定义面型不规则度和TPAR定义非球面系数的加工公差
2.建立带非球面公差和不规则度的表面
3.查看理想表面和后建立的实际表面的面型差别。

关于提出的问题：
1、2均正确
3，二者没区别
在做公差分析时候，只用TEZI就可以，不需要加TEXI，官方手册有关于这一块的说明

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tzt

我说下自己做非球面公差分析的方法：
1.给出TEZI定义面型不规则度和TPAR定义非球面系数的加工公差
2.建立带非球面公差和不规则度的表面
3.查看理想表面和后建立的实际表面的面型差别。

关于提出的问题：
1、2均正确
3，二者没区别
在做公差分析时候，只用TEZI就可以，不需要加TEXI，官方手册有关于这一块的说明

隔壁的薛定谔

tzt 发表于 2024-4-27 18:22
我说下自己做非球面公差分析的方法：
1.给出TEZI定义面型不规则度和TPAR定义非球面系数的加工公差
2.建立带 ...

大佬，，，，，，
1. "非球面系数的加工公差" 这个没有实际意义把，实际加工只能通过监测整个面相对于理论面的偏离（PV和RMS），实际上无法控制非球面系数公差吧。





再请教下，球面公差问题：

2.  zemax中可以给出N（表征曲率半径公差）和ΔN（表征局部pv），这里的ΔN是局部PV并非全局PV吧。如下图，比如说设计的理论球面是B，实际加工的球面是A，那么ΔN指的是a（局部pv） 对应的光圈还是 a+b（全局pv）对应的光圈？ zygo给出的pv指的是a+b吧？




3. 对于球面加工，若加工图纸上给出N和ΔN，一般是通过样板检测N，通过zygo检测pv（近似等于ΔN）？ 但是此时zygo检测的pv是相对于最佳拟合球面的，并非针对理论设计球面的pv，那么这样的检测还有意义吗？


4. 对于球面加工，若只标出PV和RMS是否可行，我认为是不行的。
我认为球面的PV和RMS是通过干涉仪检测的，干涉仪只能给出待测球面相对于“最佳拟合球面”的偏离，但是这个最佳拟合球面曲率半径一般是不知道具体数值的（除非用有可以测曲率半径的光栅尺套件干涉仪）。


所以，例如设计的曲率半径30mm，实际加工了一个完美R=40mm的球面C，然后在zygo中测该球面C的PV和RMS都等于0，看起来很完美，但是实际上曲率半径偏差的很大。


这么理解对吗？

tzt

1、这个系数的公差确定主要是用于在图纸上对面型的非球面系数标注公差所用，所以还需要知道在给出的加工公差下，面型和理想面型的偏离是多少，如果加工方对光学方面不是特别了解，可以一起在技术要求里面标明允许的偏离量。
2、3、4可以说是一个问题，对于光学加工pv或rms主要表征的是表面平整度，光圈表征的是曲率半径的准确性。二者是两个不同的评价标准。
比如加工一个球面，设计的曲率半径30mm，实际加工了一个完美R=40mm的球面C，然后在zygo中测该球面C的PV和RMS都等于0，看起来很完美，但是实际上曲率半径偏差的很大。所以加工时既要确定曲率半径（最佳拟合球面）可以偏离多少；同时也要标明面型要求，标注RMS、PV。
对于加工出的镜片，如果曲率半径不太准确，可以通过调整间距、调节焦面补偿像质。但如果表面平整度不好，是没办法通过该方法补偿好的。
问题2可以参考zemax手册公差分析S+A不规则度的说明。

隔壁的薛定谔

tzt 发表于 2024-4-28 10:09
1、这个系数的公差确定主要是用于在图纸上对面型的非球面系数标注公差所用，所以还需要知道在给出的加工公 ...

感谢回复，

对于球面加工，您意思是既要约束曲率半径R的误差，还要约束表面平整度（PV 、RMS）。这里的PV和RMS是相对于“最佳拟合球面”的偏离。




而对于非球面加工，是否只需要约束PV和RMS即可,这里的PV和RMS指的是“实际表面”相对 “设计表面”的偏离，并非相对“最佳拟合表面（最佳拟合表面指的是：球面或者非球面）”的偏离。


这么理解，对么？

tzt

球面我认为是这样的。
非球面同时也要提出曲率半径的要求（至少我是这么干的），我在非球面图纸上标明了曲率半径公差、非球面系数公差、面型误差。但实际最终的约束还是非球面镜整体的透射波前（包括了上述各部分公差的综合要求，指的是理想情况和实际镜片的波前）

隔壁的薛定谔

tzt 发表于 2024-4-28 10:40
球面我认为是这样的。
非球面同时也要提出曲率半径的要求（至少我是这么干的），我在非球面图纸上标明了曲 ...

球面的PV是实际表面相对最佳拟合面（非设计表面）的，所以我认为约束曲率半径R的公差是由意义的。


对于非球面，您意思是要先通过曲率半径R和各高阶系数约束实际加工面与设计面的整体偏离，然后还要通过PV和RMS约束表面不规则度？

但是，非球面的PV、RMS其实是表示实际表面相对设计表面的偏离，实际zemax公差分析时用TEZI产生随机表面不规则度本质上就可以模拟真实表面相对设计表面的偏离，这个偏离已经包含了实际非曲面相对设计非球面中各项产生的综合贡献（例如R,4th ... 6th... 8th ....）以及局部不规则凸起凹陷等变化。 您觉得呢？

tzt

隔壁的薛定谔 发表于 2024-4-28 11:35
球面的PV是实际表面相对最佳拟合面（非设计表面）的，所以我认为约束曲率半径R的公差是由意义的。

您说的很对，我也一直在不断尝试这方面。目前的话，我做的非球面公差分析包括两方面：
1、在非球面的半径和非球面系数加上公差，体现加工的低阶误差。（尺度较大的误差，因为我公差仿真的球面尺寸较大）
2、用TEZI操作数，加上±20-50nm的面型误差，模拟的是面型的不规则度，主要体现高阶误差（误差尺度低于一个波长）。
我在仿真时把二者叠加，因为1的误差是低阶、对称、规律性强的；2的误差是高阶、随机、无规律的，所以需要分开考虑。且二者对加工表面偏离理想表面的贡献程度是不同的，1可能达到微米或毫米级，2是在纳米级。

最后，再看看只加上了非球面系数公差的表面后，实际表面和理想表面差了多少，如果是在纳米级，和误差2在一个数量级上，就要在对加工提出的波前差时，把这两项都考虑进去。如果是较大的误差，比如在几微米或几十微米级，我认为可以和R的公差一样算是低阶误差，会在检测时调整掉。（如果透镜口径不是特别大，一般非球面系数的公差影响不是特别大。）这样，可以反过来指导给出的非球面系数公差是否合理。
总的来说，再加工方加工后，其实没有办法再检测非球面的曲率半径和非球面系数，所以在做公差分析时要自己区分好高阶和低阶误差，并用波前差约束高阶误差，用加工精度约束低阶误差。