非球面轮廓测量与分析PPT精选文档

1、1非球面轮廓测量与分析非球面轮廓测量与分析2主要内容主要内容一、非球面简介一、非球面简介二、非球面轮廓测量方法简介二、非球面轮廓测量方法简介三、三、TaylorHobsonTaylorHobson轮廓测量介绍轮廓测量介绍四、四、T/HT/H测量结果分析及参数定义测量结果分析及参数定义五、实际测量案例分析五、实际测量案例分析3非球面简介非球面简介4概况非球面基础非球面制造金刚石车削金刚石车削铣磨铣磨模具成型模具成型抛光抛光非球面测量使用测量数据5非球面最简单的定义为“回转对称的不是球面的表面”，如： 请注意非球面可以是几乎平的表面请注意非球面可以是几乎平的表面( (例如施密例如施密特板特板) )

2、67 7 使色差最小 有效减少光学系统中的透镜个数 降低光学系统的重量 降低总成本 专门的设计可以产生2个或更多的焦点(例如DVD透镜)8 8 显示 手机照像头 DVD读写头 照相机 军用夜视 导弹头锥体 高能激光光学9 9 大多数非球面是基于一个“二次”或者“锥面”项，基本的方程如下： 标准的基本形式为： 球面球面(k=0)(k=0) 抛物面抛物面(k=-1)(k=-1) 双曲面双曲面(k-1)(k-1) 椭圆椭圆(-1k0)(-1k0)K K为圆锥常数为圆锥常数(Conic Constant),(Conic Constant),也称为二次常数也称为二次常数. .222111xckcxz10

3、10圆锥常数圆锥常数K = e2where e is the eccentricity of the conic section(离心率)离心率离心率，或偏心率偏心率，是指圆锥曲线上的一点到平面内一定点的距离与到不过此点的一定直线的距离之比。其中此定点称为焦焦点点，而此定直线称为准线准线。设一圆锥曲线 C 由 C:d(P,M)=e.d(L,M) 定义，其中 P 为焦焦点点而 L 为准线准线，则此时 e 称为 C 的离心率离心率。c = 半焦距 a = 半长轴（椭圆）或半实轴（双曲线）其中对椭圆取 k = 1，对抛物线取 k = 0，对双曲线取 k = 1。或采用较融贯的表法:圆锥曲线之离心率与

4、轴长关系:1111 之所以称为“锥面”项，是由于我们可以用不同方位的面与圆锥相切可以得到以上表面圆锥曲线统一定义：平面内到一个定点和到一条定直线L（F不在L上）的距离的比等于常数e的点的轨迹当e时，它表示椭圆；当e时，它表示双曲线；当e时，它表示抛物线（其中e是圆锥曲线的离心率，定点是圆锥曲线的焦点，定直线是圆锥曲线的准线）1212相切面平行于圆锥底面相切面平行于圆锥底面)0(R:222Ryx圆的标准方程1313相切面平行于圆锥侧面相切面平行于圆锥侧面)0(2222:2222ppyxpyxpxypxy或或或抛物线标准方程1414相切面平行于圆相切面平行于圆锥轴线锥轴线)0, 0( 1)0, 0

5、( 1:22222222babxaybabyax或双曲线的标准方程1515相切面与圆锥轴线成某一角相切面与圆锥轴线成某一角度度)0( 1)0( 122222222babxaybabyax或椭圆的标准方程：1616 基本项(二次项)222111xckcxz20864. xTxHxFxD 用于回转对称光学表面用于回转对称光学表面& & 离轴片断离轴片断( (球面球面, , 椭圆椭圆, , 双曲面双曲面, , 抛物面抛物面) )其中其中 c= c= 曲率曲率=1/r r=1/r r=基圆半径基圆半径( (与基本项的偏离与基本项的偏离) )17171818 Even Asphere(偶

6、次非球面) Odd Asphere(奇次非球面) 从光学像差校正来讲,奇次非球面与偶次非球面应该没有什么区别.但是为什么目前非球面透镜都采用偶次非球面加工呢? -这应该是从加工及检测上进行考虑的.?1919 金刚石车削和铣磨 单点或接近单点接触单点或接近单点接触 精度取决于位置控制精度取决于位置控制 模具成型 几何反转几何反转 精度取决于：精度取决于： 模具的几何精度模具的几何精度 收缩因素收缩因素 抛光 抛光垫接触或者抛光垫接触或者 MRF(MRF(磁流体磁流体) ) 精度取决于局部驻留时间精度取决于局部驻留时间2020 典型加工时间(50mm口径) 1010分钟分钟 典型形状精度 0.10

7、.1 m m 至至 1 1 m m 材料 有色金属，如铝、铜、镍等有色金属，如铝、铜、镍等 晶体，如锗、硫化锌、硅、铌酸锂等晶体，如锗、硫化锌、硅、铌酸锂等 高分子聚合物高分子聚合物2121 刀具刀尖的形状误差将会被复制到工件的表面上 许多用户从未想过用FTS去检查刀具的半径和形状误差2222 对于非球面，误差平行于非球面轴 对于球面，误差沿最佳拟合圆的法向Aspher eSpher e23232424 目的:求测定过非球面形状与设计非球面形状之差值 测定方式: 1.接触式测定方式 -测量探针从补测物表面滑过,电脑通过精密传感器记录下探针所走过的轨迹.此轨迹即为被测表面的轮廓形状. 2.非接触

8、式测定方式 -非接触测量是以光电、电磁等技术为基础，在不接触被测物体表面的情况下，得到物体表面参数信息的测量方法。典型的非接触测量方法如激光三角法、电涡流法、超声测量法、机器视觉测量等等。2525 1.接触式测定方式 a)Form Talysurf(T/H) b) UA3P(Panasonic) 2.非接触式测定方式 a)AspheroMaster(b)VeriFireAsphere(Zygo)2626 测定注意事项: 1.探针必须经过非球面最高点或中心点; 2.非球面之回转中心线应该是水平面垂直的.272728282929cx2+a1|x| +a2| x|2 + a3| x|3 +a20 |

9、 x|20Z(x)= 1+ 1-(K+1) c2x2X is the Radial distance from the Aspheric AxisX为非球面轴的径向距离为非球面轴的径向距离Z is the corresponding vertical distanceZ为相应的垂直距离为相应的垂直距离a is the indexed Polynomial Coefficient a为多项式系数为多项式系数C is the reciprocal of the Base Radius C为基圆半径的倒数为基圆半径的倒数K is the Conic Constant of the Surface K

10、为二次常数为二次常数Standard Equation for an Aspheric Surface Where:3030Radius=40.0mmK= -1A4= 5.3188e-007A6=5.5231e-009A8=-1.6774e-011A10=-6.3352e-014 3131X Axis Z Axis CBA=Aspherics axis非球面轴非球面轴AB=Actual profile实际轮廓实际轮廓C=Absolute aspheric form绝对绝对非球面非球面形状形状3232+Z 轴轴-Z 轴轴-X轴轴 +X 轴轴 Aspherics axis非球面轴线非球面轴线Res

11、idual Error After Form Removal 形状去除之后的形状去除之后的D=B-C(Residual error after absolute aspheric form removal)去除绝对形状后的残余误差去除绝对形状后的残余误差333334343535 Figure(Fig.PV) (形狀誤差 ): Figure is the vertical distance between the least squares fit line and the profile height intersected by the Aspheric axis Fig值是實際轮廓之最小二

12、乘拟合直线与實際轮廓被非球面轴线分割点之间的垂直距离.3636 Pa/Ra(轮廓算术平均偏差 ): Pa is the average absolute deviation of the residuals from the mean line . Analogous to unfiltered surface texture parameter Ra. Pa是相对于中线绝对残余偏差的平均值.类似地,不去除表面结构参数即为Ra. dxxZlRrlra0| )(|13737 Pt/Rt(轮廓总高度 ): Pt is the maximum peak to valley height of the

13、 profile in the assessment length(ln). Analogous to unfiltered surface texture parameter Rt. Pa是指在评定长度内最大轮廓峰高与最大轮廓的谷深间的距离.类似地,不去除表面结构参数即为Rt. 3838 Smx( ): Smx is the maximum surface slope error.This is the maximum difference in angular slope between any two adjacent data points and the best fit least

14、 squares reference line:calculated from the total profile. 3939 Smn( ): Smx is the mean surface slope error.This is the average difference in angular slope between any two adjacent data points and the best fit least squares reference line:calculated from the total profile. 4040 Tilt( 倾斜 ): Tilt is t

15、he angle of the calculated horizontal axis of the component, relative to the traverse unit datum axis. 4141 Xp: Xp is the distance of the highest peak from the aspheric axis. Xp是指非球面光轴到轮廓最高点之间的距离。4242 Xt: Xt is the distance of the aspheric axis from the measured data. Xt是指非球面光轴到测量起始点之间的距离。4343 Xv: X

16、v is the distance of the lowest valley from the aspheric axis . Xv是指非球面光轴到轮廓最低点之间的距离。4444 RMS/Rq（均方根偏差）: RMS is the Root Mean Square calculation of the absolute deviation of the residuals from the mean line .Analogous to the surface texture parameter Rq RMS是指与平均值的绝对偏差的均方根粗糙度。类似地，考虑表面结构参数为Rq。4545 Wel

17、l known to optics user base光学用户都非常熟知在此区域有高的非球面在此区域有高的非球面偏离，这非常重要！偏离，这非常重要！4646Stylus Flanking 测头侧面接触Stylus Flanking !测头侧面接触测头侧面接触! !4747PGI 850 & 1250 - Measurement Method 测量方法 The part is rotated then tilted to obtain the 3 measurements required工件旋转并倾斜以得到所需的3个测量结果 It is necessary for this to de

18、liver a co-linear profile, and hence a credible measurement system三个测量轨迹必须共线，以保证可靠的测量 Very high accuracy alignment of the fixture is required to achieve this需要高精度夹具用于对中1.2.3.4848Level 1 (Standard for PGI 635)Basic Form Analysis基本的形状分析基本的形状分析Radius Optimisation 半径优化半径优化Cursors / Exclusions 光标操作光标操作La

19、mbda S Filter s滤波滤波Level 2 (Standard for PGI 840 & PGI 1240)Astigmatism Analysis 对称性分析对称性分析SAG Table Analysis SAG表分析表分析Level 3 (Standard for PGI 850 & PGI 1250)Derived Coefficient Analysis 得到非球面系数得到非球面系数(逆向逆向)4949Data Cursor 光标5050Aspheric Design Data can now be saved as a .COF file, avoidin

20、g the need for repeated data entry5151Allows removal of Surface Roughness, Spikes etc from measurement5252Compares multiple measurement profiles to check for rotational asymmetry5353Astigmatism Analysis 对称性分析All 4 profiles displayed显示四个显示四个轮廓轮廓5454Astigmatism Analysis 对称性分析Only 2 profiles selected for display可只选择两可只选择两个轮廓进行个轮廓进行显示显示5555Astigmatism Analysis 对称性分析Form Error between 2 worst profiles两个最差的轮两个最差的轮廓之间的形状廓之间的形状误差误差Parameters displayed to quantify Astigmatic