誤差分析的案例
ANSYS 分析結(jié)果評(píng)估與誤差分析
ANSYS 分析結(jié)果評(píng)估與誤差分析
分析結(jié)果評(píng)價(jià)與誤差分析.part1.rar
分析結(jié)果評(píng)價(jià)與誤差分析.part2.rar
指針式萬(wàn)用電表電平測(cè)量原理和誤差分析
電平的電阻修正系數(shù)
當(dāng)指示值為Kp1 =13 dB時(shí)，電平實(shí)際值
5 結(jié)束語(yǔ)
因?yàn)槭褂媒涣麟妷簷n測(cè)量電平，由表頭的基本誤差與電路電阻、整流器等綜合起來(lái)，構(gòu)成了交流電壓檔的基本誤差。由式（8）可知交流電壓檔的基本誤差對(duì)電平測(cè)量誤差有直接影響。電平的誤差曲線是隨著電平的減小而迅速增大，為了盡量減小測(cè)量誤差，故要規(guī)定指針指示的下限值。用戶應(yīng)特別注意。另外，由圖1 可知，電平誤差曲線是呈下降情形，這與電阻誤差曲線[1] 及電感、電容誤差曲線[2] 呈兩端上翹的情形是不相同的。
最后應(yīng)特別指出的是：在萬(wàn)用電表生產(chǎn)廠家的技術(shù)說(shuō)明書(shū)中，給出的誤差是指滿量程時(shí)的相對(duì)誤差，這當(dāng)然是很小的，如5%。而實(shí)際上，應(yīng)該按測(cè)量時(shí)的最大誤差考慮，本文為27.9%。這還僅僅是在測(cè)量方法正確的前提下才能實(shí)現(xiàn)的。
參考文獻(xiàn)：
[1] 呂炳仁, 指針式萬(wàn)用電表電阻測(cè)量電路的誤差分析[J].電子產(chǎn)品世界,2014(10): 67-69.
[2] 呂炳仁.指針式萬(wàn)用電表電感、電容測(cè)量原理和誤差分析[J].電子產(chǎn)品世界(增刊:2014年精選實(shí)用電子設(shè)計(jì)100例).
展開(kāi) 自然散熱管腳類器件flotherm熱仿真誤差分析案例1
自然散熱管腳類器件flotherm熱仿真誤差分析案例1
我們?cè)谧霎a(chǎn)品分析時(shí)，多會(huì)發(fā)現(xiàn)一些器件仿真溫度與實(shí)測(cè)偏差很大的情況，這個(gè)時(shí)候多留意一點(diǎn)，細(xì)心觀察一下會(huì)獲得許多收獲與改進(jìn)。本文整理一篇管腳類器件散熱仿真與實(shí)測(cè)誤差進(jìn)行分析比對(duì)，共與大家一同學(xué)習(xí)參考。
問(wèn)題來(lái)源
在做一款自然散熱產(chǎn)品仿真時(shí)，遇到一個(gè)功耗約為0.5W的二極管器件溫度明顯偏高，由于主要問(wèn)題在二極管的溫度，因此將二極管單獨(dú)提取出來(lái)，專門(mén)研究分析：
相關(guān)條件如下：
環(huán)境溫度25℃
模型尺寸50×90×110（mm）
自然對(duì)流散熱
材料特性：外殼為塑料外殼，PCB板為導(dǎo)熱系數(shù)各向異性的FR4，二極管為導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)為30的陶瓷材料，管腳為銅。功耗0.5W，其中，二極管外形建模方式如下：
模型1.1
仿真結(jié)果：
模型1.1溫度云圖
由圖中可以看出，二極管的最高溫度已經(jīng)達(dá)到了202℃，這顯然不符合常理。于是又仔細(xì)觀察實(shí)物，修正模型如下：
實(shí)物 模型1.2
對(duì)其進(jìn)行仿真，結(jié)果如下：
模型1.2溫度云圖
由模型1.2仿真結(jié)果可以看出，現(xiàn)在二極管最高溫度為143℃。可見(jiàn)，由于管腳由一個(gè)變?yōu)閮蓚€(gè)，二極管最高溫度相差59℃。可以看到：對(duì)管腳類器件的建模應(yīng)仔細(xì)按照實(shí)物建立，管腳的個(gè)數(shù)對(duì)器件的散熱影響很大。
修正管腳數(shù)量后，溫度仍然有很大的偏差，在實(shí)際中自然散熱狀態(tài)下功率為0.5w的二極管溫度也不會(huì)達(dá)到這么高，因此應(yīng)該還有其它導(dǎo)致溫度很高的原因。
展開(kāi) 三角孔徑衍射誤差難分析？OAS 軟件深度仿真解難題
將仿真數(shù)據(jù)與基爾霍夫衍射公式理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比，光強(qiáng)誤差小于 3%，光斑尺寸誤差小于 2%，驗(yàn)證了 OAS 仿真的準(zhǔn)確性與可靠性。此外，軟件支持衍射圖樣灰度分析、局部區(qū)域放大等功能，可進(jìn)一步提取光斑均勻性、能量集中度等關(guān)鍵參數(shù)。
三角孔徑衍射的三維追跡圖
三角孔徑衍射的探測(cè)器結(jié)果圖
總結(jié)
本案例通過(guò) OAS 軟件高效實(shí)現(xiàn)了三角孔徑衍射的仿真，相比傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)，成本降低 60% 以上，研發(fā)周期縮短 50%。該方案可直接應(yīng)用于三角孔光闌設(shè)計(jì)、激光加工衍射效應(yīng)預(yù)判、光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)誤差分析等場(chǎng)景，為科研人員與工程師提供可靠的仿真工具。綜上，OAS 軟件憑借靈活的自定義建模能力、精準(zhǔn)的衍射計(jì)算算法及便捷的操作流程，在非規(guī)則孔徑光學(xué)特性研究中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。
展開(kāi) 
一次二階矩法誤差分析
從誤差方面分析，中心點(diǎn)法存在著由于非正態(tài)分布基本變量按正態(tài)分布對(duì)待引入的誤差，泰勒展開(kāi)點(diǎn)取在遠(yuǎn)離極限狀態(tài)曲面的均值點(diǎn)處引入的誤差，以及非線性函數(shù)線性化引入的誤差。驗(yàn)算點(diǎn)法存在著由于非線性函數(shù)線性化引入的誤差，以及非正態(tài)變量等效正態(tài)化引入的誤差。
【交流】有限元法分析結(jié)果的四類誤差，你知道嗎？
本文指出了有限元法分析結(jié)果的誤差影響存在于其每一操作步驟，并對(duì)這些誤差進(jìn)行了歸類分析。隨后，結(jié)合工程實(shí)例，通過(guò)改變單元類型（形狀和精度）、調(diào)整單元尺寸大小和應(yīng)用多種分網(wǎng)方式，顯示理想化誤差和離散化誤差對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。最后，提出建議和今后的研究方向。
引言
有限元法分析起源于50年代初桿系結(jié)構(gòu)矩陣的分析。隨后，Clough于1960年第一次提出了“有限元法”的概念。其基本思想是利用結(jié)構(gòu)離散化的概念，將連續(xù)介質(zhì)體或復(fù)雜結(jié)構(gòu)體劃分成許多有限大小的子區(qū)域的集合體，每一個(gè)子區(qū)域稱為單元（或元素），單元的集合稱為網(wǎng)格，實(shí)際的連續(xù)介質(zhì)體（或結(jié)構(gòu)體）可以看成是這些單元在它們的節(jié)點(diǎn)上相互連接而組成的等效集合體；通過(guò)對(duì)每個(gè)單元力學(xué)特性的分析，再將各個(gè)單元的特性矩陣組集成可以建立整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)方程式，即力學(xué)計(jì)算模型；按照所選用計(jì)算程序的要求，輸入所需的數(shù)據(jù)和信息，運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行求解。
當(dāng)前，有限元方法/理論已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟和完善，而計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷革新，又在很大程度上推進(jìn)了有限元法分析在工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。然而，如此快速地推廣和應(yīng)用使得人們很容易忽視一個(gè)前提，即有限元分析軟件提供的計(jì)算結(jié)果是否可靠、滿足使用精度的前提，是合理地使用軟件和專業(yè)的工程分析。只有這兩者很好地結(jié)合，我們才能得到工程上切實(shí)可信的計(jì)算結(jié)果，否則只會(huì)在工程上造成極大的浪費(fèi)，甚至帶來(lái)嚴(yán)重的工程事故。
誤差分析題
有限元法分析一般包括四個(gè)步驟：物理模型的簡(jiǎn)化、數(shù)學(xué)模型的程序化、計(jì)算模型的數(shù)值化和計(jì)算結(jié)果的分析。每一個(gè)步驟在操作過(guò)程中都或多或少地引入了誤差，這些誤差的累積最終可能會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果造成災(zāi)難性的影響，進(jìn)而蒙蔽我們的認(rèn)識(shí)和判斷。
第一步，物理模型的簡(jiǎn)化，主要有幾何實(shí)體、連接/裝配關(guān)系、環(huán)境邊界條件和材料特性的簡(jiǎn)化，進(jìn)而構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。
展開(kāi) SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件---元件時(shí)鐘楔角誤差的公差分析 案例和像質(zhì)誤差的 AI 分析
概述
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ASY查看傾斜數(shù)據(jù)
MC PLOT預(yù)估公差Monte-Carlo分析
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初始透鏡
點(diǎn)擊， 打開(kāi)C28M1，點(diǎn)擊
此 MACro 將鏡頭輸出并將副本存儲(chǔ)在透鏡庫(kù)位置 5，然后創(chuàng)建一個(gè) BTOL 公差分析
準(zhǔn)備Monte-Carlo分析
在Command Window中輸入LM MCFILE
MCFILE是調(diào)整MACro，是Monte-Carlo分析的一部分
點(diǎn)擊點(diǎn)擊 運(yùn)行MCFIlE
點(diǎn)擊 打開(kāi)C28M2.MAC，點(diǎn)擊
所有透鏡都有楔角
在Command Window中輸入GET 5
在C28M2中注釋掉TEST，更改SAMPLES 1為SAMPLES 100
點(diǎn)擊 運(yùn)行C28M2
元件現(xiàn)在都有楔角誤差，因此 PAD 顯示不能像以前那樣為透鏡著色。
圖像質(zhì)量直方圖
本例探索 SYNOPSYS 的一個(gè)強(qiáng)大功能：它可以進(jìn)行參數(shù)研究，顯示兩個(gè)變量對(duì)第三個(gè)變量的影響。 本例研究了第2個(gè)面和第3個(gè)面曲率變化對(duì)評(píng)價(jià)函數(shù)的影響。
MC PLOT
ASY查看傾斜數(shù)據(jù)
在C28M2中取消注釋TEST，并在TEST前加入命令WEDGES CLOCK，點(diǎn)擊 運(yùn)行C28M2
在Command Window中輸入ASY
增加伽馬傾斜變量
更改MCFILE.MAC為
PANTVY 14 TH
Custom form:
--------------------------------------------------------------
PANTVY 14 TH
VY 5 GPG !
展開(kāi) ZEMAX OpticStudio 如何對(duì)中頻誤差進(jìn)行評(píng)估和公差分析
如何對(duì)中頻誤差進(jìn)行評(píng)估和公差分析
概述
本文我們介紹了如何使用周期性空間頻率表面來(lái)建模旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面的不規(guī)則度(例如由于金剛石車削而產(chǎn)生的不規(guī)則度)。
具體方法為使用專用的自定義序列模式表面DLL（常規(guī)偶次非球面結(jié)合Zernike項(xiàng)與矢高周期變化得到）建模該中空間頻率表面。我們將使用中頻面周期性不規(guī)則度對(duì)非球面單透鏡和一個(gè)天塞物鏡 (Tessar Objective) 進(jìn)行表面不規(guī)則度的評(píng)估和公差分析
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介紹
對(duì)于表面不規(guī)則度的公差分析是鏡頭設(shè)計(jì)過(guò)程中保證生產(chǎn)加工得到的實(shí)際光學(xué)元件能夠達(dá)到預(yù)期性能的重要環(huán)節(jié)。可能引起光學(xué)性能變化的因素包括但不限于光學(xué)表面的加工誤差、所用模具的加工誤差、注塑造成的不規(guī)則度、光學(xué)元件與傳感器間的校準(zhǔn)誤差、光學(xué)表面的粗糙度誤差以及厚度誤差。
將這些不規(guī)則度參數(shù)化將有利于公差分析，公差操作數(shù) TEZI 就是一個(gè)很好的例子。TEZI 操作數(shù)使用 Zernike 多項(xiàng)式來(lái)表示不規(guī)則度，一些低頻表面誤差可以用該參數(shù)化公式來(lái)評(píng)價(jià)公差。并且非常高頻的表面誤差將引起光束產(chǎn)生大角度散射，光學(xué)系統(tǒng)中可以將這部分作為能量損耗忽略不計(jì)。然而，介于這兩者之間的中頻表面誤差，參數(shù)化建模就存在一些難度，不僅在于難以使用多項(xiàng)式進(jìn)行表示，而且在于不能作為系統(tǒng)損耗而忽略。
本文我們以以金剛石車削為例，解釋為什么需要一個(gè)中頻誤差的分析模型。我們定義了一個(gè)表達(dá)式來(lái)建模這種不規(guī)則度，并在示例中使用點(diǎn)列圖和公差分析進(jìn)行展示。最后，說(shuō)明使用這種模型時(shí)應(yīng)注意的限制條件。
展開(kāi) SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件課程二十四：帶楔塊誤差的校驗(yàn)和圖像誤差的 AI 分析的公差實(shí)例
課程二十四：帶楔塊誤差的校驗(yàn)和圖像誤差的 AI 分析的公差實(shí)例
本課程將介紹前面討論的一些功能，并添加一些功能強(qiáng)大的新選項(xiàng)。在這里，我們將使用 BTOL 來(lái)計(jì)算八片式透鏡的公差，然后查看通過(guò)校驗(yàn)單元格中的元件來(lái)補(bǔ)償楔形誤差的情況下的像質(zhì)統(tǒng)計(jì)。最后，我們將在重新對(duì)焦鏡頭和校驗(yàn)元件之后，檢查一組 100 個(gè)鏡頭的橫向色差的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，這些鏡頭受公差限制。
這是一個(gè) MACro，它將創(chuàng)建公差預(yù)算：
FETCH X33 ! 拿出開(kāi)始的鏡頭
BTOL 90 ! 要求達(dá)到90%的置信度
TPR ALL ! 所有的表面都與試驗(yàn)板相匹配。.
EXACT ALL INDEX ! 假設(shè)收到所有熔體數(shù)據(jù)。
EXACT ALL VNO ! 所以指數(shù)和色散的公差為零.
TOL WAF .18 .32 .18 ! 要求在三個(gè)視場(chǎng)點(diǎn)上的這個(gè)波前方差.
FOCUS REAL ! 聚焦軸上圖像點(diǎn)
ADJUST 14 TH 100 ! 厚度為14（最后一個(gè)空域）的情況下.
PREP MC ! 準(zhǔn)備好蒙特卡洛評(píng)估的輸入數(shù)據(jù).
GO ! 開(kāi)始BTOL.
在 SYNOPSYS? 中打開(kāi)名為 X33.RLE 的文件，我們使用 FETCH 命令將其取出。
運(yùn)行此 MACro 時(shí)，BTO L公差已準(zhǔn)備好并列在探測(cè)器上。現(xiàn)在我們需要使用 MC。
展開(kāi) 懸索橋主塔結(jié)構(gòu)的有限元模擬方法研究
在模型誤差來(lái)源分析的基礎(chǔ)之上, 根據(jù)主塔結(jié)構(gòu)的環(huán)境振動(dòng)測(cè)試結(jié)果, 對(duì)模型進(jìn)行了階次誤差分析和結(jié)構(gòu)誤差分析, 建立了僅含參數(shù)誤差的主塔初始有限元模型。
1 主塔結(jié)構(gòu)的有限元模擬方案
有限元模型的誤差主要來(lái)自三個(gè)方面:①模型結(jié)構(gòu)誤差, 由描述結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制方程的誤差引起, 如質(zhì)量矩陣、剛度矩陣的誤差;②模型階次誤差, 由無(wú)限自由度連續(xù)體簡(jiǎn)化為有限自由度離散模型的誤差引起;③模型參數(shù)誤差, 由不精確的物理參數(shù)估計(jì)以及不真實(shí)的邊界條件引起。模型修正所隱含的前提條件是, 初始有限元模型僅含參數(shù)誤差, 或者有限元模型的誤差可以通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的方法來(lái)減小。因而在運(yùn)用現(xiàn)有的模型修正理論之前, 盡可能地消除有限元模型的階次誤差和結(jié)構(gòu)誤差, 提供一個(gè)僅含參數(shù)誤差的有限元模型, 對(duì)于最終建立基準(zhǔn)有限元模型至關(guān)重要。
根據(jù)上述分析, 主塔結(jié)構(gòu)的有限元模擬方案制定如下:①依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙建立主塔結(jié)構(gòu)最初的有限元模型;②進(jìn)行模型階次誤差修正, 從而確定合適的單元?jiǎng)澐謹(jǐn)?shù)目;③進(jìn)行模型結(jié)構(gòu)誤差修正,主要是確定主塔梁柱節(jié)點(diǎn)剛臂的模擬參數(shù);④對(duì)主塔結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析, 以確定待修正的參數(shù);⑤采用基于模型修正的貝葉斯方法, 對(duì)主塔初始有限元模型進(jìn)行低階頻率修正;⑥對(duì)主塔結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行高階頻率的驗(yàn)證。⑤、⑥中采用的是根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行低階修正、高階驗(yàn)證的方法, 這是因?yàn)閷?duì)于測(cè)點(diǎn)相對(duì)較少、測(cè)試噪音較大的環(huán)境振動(dòng)測(cè)試而言, 低階頻率測(cè)試結(jié)果的置信度一般要高于高階頻率的測(cè)試結(jié)果。本文將詳細(xì)討論①～ ③的工作, 建立主塔結(jié)構(gòu)的初始有限元模型。文獻(xiàn)將進(jìn)一步完成④～ ⑥的工作, 從而最終建立懸索橋主塔結(jié)構(gòu)的基準(zhǔn)有限元模型。
2 主塔結(jié)構(gòu)的環(huán)境振動(dòng)測(cè)試
潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋南汊懸索橋的主塔為三層門(mén)式框架結(jié)構(gòu), 塔凈高219m 。其橫橋向兩個(gè)塔柱斜置, 塔柱為鋼筋混凝土空心箱型截面。
展開(kāi) ZEMAX OpticStudio 如何對(duì)中頻誤差進(jìn)行評(píng)估和公差分析
如何對(duì)中頻誤差進(jìn)行評(píng)估和公差分析
概述
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本文我們介紹了如何使用周期性空間頻率表面來(lái)建模旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面的不規(guī)則度(例如由于金剛石車削而產(chǎn)生的不規(guī)則度)。
具體方法為使用專用的自定義序列模式表面DLL（常規(guī)偶次非球面結(jié)合Zernike項(xiàng)與矢高周期變化得到）建模該中空間頻率表面。我們將使用中頻面周期性不規(guī)則度對(duì)非球面單透鏡和一個(gè)天塞物鏡 (Tessar Objective) 進(jìn)行表面不規(guī)則度的評(píng)估和公差分析。
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介紹
對(duì)于表面不規(guī)則度的公差分析是鏡頭設(shè)計(jì)過(guò)程中保證生產(chǎn)加工得到的實(shí)際光學(xué)元件能夠達(dá)到預(yù)期性能的重要環(huán)節(jié)。可能引起光學(xué)性能變化的因素包括但不限于光學(xué)表面的加工誤差、所用模具的加工誤差、注塑造成的不規(guī)則度、光學(xué)元件與傳感器間的校準(zhǔn)誤差、光學(xué)表面的粗糙度誤差以及厚度誤差。
將這些不規(guī)則度參數(shù)化將有利于公差分析，公差操作數(shù) TEZI 就是一個(gè)很好的例子。TEZI 操作數(shù)使用 Zernike 多項(xiàng)式來(lái)表示不規(guī)則度，一些低頻表面誤差可以用該參數(shù)化公式來(lái)評(píng)價(jià)公差。并且非常高頻的表面誤差將引起光束產(chǎn)生大角度散射，光學(xué)系統(tǒng)中可以將這部分作為能量損耗忽略不計(jì)。然而，介于這兩者之間的中頻表面誤差，參數(shù)化建模就存在一些難度，不僅在于難以使用多項(xiàng)式進(jìn)行表示，而且在于不能作為系統(tǒng)損耗而忽略。
本文我們以以金剛石車削為例，解釋為什么需要一個(gè)中頻誤差的分析模型。我們定義了一個(gè)表達(dá)式來(lái)建模這種不規(guī)則度，并在示例中使用點(diǎn)列圖和公差分析進(jìn)行展示。
展開(kāi) 
Ansys Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件技術(shù)教程：如何對(duì)中頻誤差進(jìn)行評(píng)估和公差分析
我們將使用中頻面周期性不規(guī)則度對(duì)非球面單透鏡和一個(gè)天塞物鏡 (Tessar Objective) 進(jìn)行表面不規(guī)則度的評(píng)估和公差分析。
作者 Katsumoto Ikeda
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簡(jiǎn)介
對(duì)于表面不規(guī)則度的公差分析是鏡頭設(shè)計(jì)過(guò)程中保證生產(chǎn)加工得到的實(shí)際光學(xué)元件能夠達(dá)到預(yù)期性能的重要環(huán)節(jié)。可能引起光學(xué)性能變化的因素包括但不限于光學(xué)表面的加工誤差、所用模具的加工誤差、注塑造成的不規(guī)則度、光學(xué)元件與傳感器間的校準(zhǔn)誤差、光學(xué)表面的粗糙度誤差以及厚度誤差。
將這些不規(guī)則度參數(shù)化將有利于公差分析，公差操作數(shù) TEZI 就是一個(gè)很好的例子。TEZI 操作數(shù)使用 Zernike 多項(xiàng)式來(lái)表示不規(guī)則度，一些低頻表面誤差可以用該參數(shù)化公式來(lái)評(píng)價(jià)公差。并且非常高頻的表面誤差將引起光束產(chǎn)生大角度散射，光學(xué)系統(tǒng)中可以將這部分作為能量損耗忽略不計(jì)。然而，介于這兩者之間的中頻表面誤差，參數(shù)化建模就存在一些難度，不僅在于難以使用多項(xiàng)式進(jìn)行表示，而且在于不能作為系統(tǒng)損耗而忽略。
本文我們以以金剛石車削為例，解釋為什么需要一個(gè)中頻誤差的分析模型。我們定義了一個(gè)表達(dá)式來(lái)建模這種不規(guī)則度，并在示例中使用點(diǎn)列圖和公差分析進(jìn)行展示。最后，說(shuō)明使用這種模型時(shí)應(yīng)注意的限制條件。
光學(xué)制造
在光學(xué)表面制造時(shí)，通常用表面不規(guī)則度或RMS誤差的形式來(lái)衡量一個(gè)表面與一個(gè)完美標(biāo)準(zhǔn)表面之間的差異。例如，在632.8 nm的He-Ne激光測(cè)試下，一個(gè)成品透鏡或反射鏡的表面不規(guī)則度大概為0.1λRMS。再以定制透鏡為例，如零位檢驗(yàn)中使用的透鏡，表面不規(guī)則度大概為0.01 λRMS。
展開(kāi) ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件技術(shù)教程專題：如何對(duì)中頻誤差進(jìn)行評(píng)估和公差分析
我們將使用中頻面周期性不規(guī)則度對(duì)非球面單透鏡和一個(gè)天塞物鏡 (Tessar Objective) 進(jìn)行表面不規(guī)則度的評(píng)估和公差分析。
作者 Katsumoto Ikeda
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簡(jiǎn)介
對(duì)于表面不規(guī)則度的公差分析是鏡頭設(shè)計(jì)過(guò)程中保證生產(chǎn)加工得到的實(shí)際光學(xué)元件能夠達(dá)到預(yù)期性能的重要環(huán)節(jié)。可能引起光學(xué)性能變化的因素包括但不限于光學(xué)表面的加工誤差、所用模具的加工誤差、注塑造成的不規(guī)則度、光學(xué)元件與傳感器間的校準(zhǔn)誤差、光學(xué)表面的粗糙度誤差以及厚度誤差。
將這些不規(guī)則度參數(shù)化將有利于公差分析，公差操作數(shù) TEZI 就是一個(gè)很好的例子。TEZI 操作數(shù)使用 Zernike 多項(xiàng)式來(lái)表示不規(guī)則度，一些低頻表面誤差可以用該參數(shù)化公式來(lái)評(píng)價(jià)公差。并且非常高頻的表面誤差將引起光束產(chǎn)生大角度散射，光學(xué)系統(tǒng)中可以將這部分作為能量損耗忽略不計(jì)。然而，介于這兩者之間的中頻表面誤差，參數(shù)化建模就存在一些難度，不僅在于難以使用多項(xiàng)式進(jìn)行表示，而且在于不能作為系統(tǒng)損耗而忽略。
本文我們以以金剛石車削為例，解釋為什么需要一個(gè)中頻誤差的分析模型。我們定義了一個(gè)表達(dá)式來(lái)建模這種不規(guī)則度，并在示例中使用點(diǎn)列圖和公差分析進(jìn)行展示。最后，說(shuō)明使用這種模型時(shí)應(yīng)注意的限制條件。
光學(xué)制造
在光學(xué)表面制造時(shí)，通常用表面不規(guī)則度或RMS誤差的形式來(lái)衡量一個(gè)表面與一個(gè)完美標(biāo)準(zhǔn)表面之間的差異。例如，在632.8 nm的He-Ne激光測(cè)試下，一個(gè)成品透鏡或反射鏡的表面不規(guī)則度大概為0.1λRMS。再以定制透鏡為例，如零位檢驗(yàn)中使用的透鏡，表面不規(guī)則度大概為0.01 λRMS。
展開(kāi) 沉降監(jiān)測(cè)中的誤差分析及控制方法
儀器誤差
01 儀器校正后的殘余誤差
儀器校正后，還存在I角校正殘余誤差；儀器長(zhǎng)期使用或受震動(dòng)影響，使望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行，這種誤差屬于系統(tǒng)誤差，誤差大小同儀器與水準(zhǔn)尺的距離成正比。
這種誤差的控制方法是：將儀器盡量安置在前、后視距離相等的地方，這樣就可以消除或減弱此項(xiàng)誤差的影響。
02 水準(zhǔn)尺誤差
由于水準(zhǔn)尺刻劃不準(zhǔn)確，尺長(zhǎng)變化、彎曲等影響，水準(zhǔn)尺必須經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)才能使用。
尺的接頭誤差的影響
控制方法可以通過(guò)在水準(zhǔn)測(cè)段內(nèi)用同一根尺子，并把測(cè)段站數(shù)目布設(shè)成偶數(shù)站。
尺的零點(diǎn)誤差的影響
控制方法可以通過(guò)在一個(gè)水準(zhǔn)測(cè)段內(nèi)，兩根水準(zhǔn)尺交替輪換使用，即在本測(cè)站用作后視尺，下測(cè)站則用為前視尺，并把測(cè)段站數(shù)目布設(shè)成偶數(shù)，則在高差中相互抵消。標(biāo)尺的零點(diǎn)差可在一水準(zhǔn)段中使測(cè)站為偶數(shù)的方法予以消除。
2.觀測(cè)誤差
01 人員本身
觀測(cè)人員必須熟悉測(cè)量學(xué)的基本理論知識(shí)，熟練掌握水準(zhǔn)儀器的操作規(guī)程，并且針對(duì)不同的工程特點(diǎn)、具體情況能采用不同的觀測(cè)方法和觀測(cè)程序，對(duì)觀測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題能及時(shí)分析出原因，能正確的運(yùn)用誤差理論進(jìn)行水準(zhǔn)網(wǎng)平差計(jì)算。
由于每個(gè)人使用儀器和讀數(shù)的習(xí)慣不一樣，如果變換觀測(cè)人員，就容易引起儀器操作誤差和讀數(shù)誤差。控制方法：在每次觀測(cè)時(shí)，保證人員固定不動(dòng)，減小觀測(cè)誤差(偶然誤差)，這對(duì)提高沉降觀測(cè)精度也有一定的作用。
展開(kāi) VirtualLab Fusion應(yīng)用：用于分析鏡頭系統(tǒng)成像誤差的工具
因此，對(duì)成像中常用的透鏡系統(tǒng)進(jìn)行性能分析是許多光學(xué)工程師的一項(xiàng)基本任務(wù)。為了幫助光學(xué)工程師完成這項(xiàng)工作，VirtualLab Fusion提供了許多強(qiáng)大的工具。
在這份簡(jiǎn)報(bào)中，我們想特別強(qiáng)調(diào)用于分析場(chǎng)曲和畸變的工具。這兩個(gè)像差源于這樣一個(gè)事實(shí)，即大多數(shù)探測(cè)器是作為平面操作的，而透鏡則是將光線聚焦到一個(gè)曲線上。這些像差可以通過(guò)VirtualLab Fusion提供的易于使用的集成工具進(jìn)行研究，如以下例子所示。
場(chǎng)曲分析器
場(chǎng)曲描述了物鏡（鏡頭）的設(shè)計(jì)焦平面和實(shí)際焦距曲線之間的差異。在這個(gè)用例中，我們介紹了一個(gè)分析這種效應(yīng)的工具。
畸變分析器
本用例介紹了VirtualLab Fusion中的Distortion Analyzer，以球面透鏡為例進(jìn)行說(shuō)明。
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