非球面轮廓测量与分析ppt课件.ppt

非球面轮廓测量与分析,1,主要内容,一、非球面简介二、非球面轮廓测量方法简介三、TaylorHobson轮廓测量介绍四、T/H测量结果分析及参数定义五、实际测量案例分析,2,非球面简介,3,概况,非球面基础非球面制造金刚石车削铣磨模具成型抛光非球面测量使用测量数据,4,什么是非球面？,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(例如施密特板),5,为何需要非球面？,6,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),使用非球面的好处？,7,非球面的典型应用,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,8,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(k=0)抛物面(k=-1)双曲面(k-1)椭圆(-1k0)K为圆锥常数(ConicConstant),也称为二次常数.,非球面的基本方程,9,圆锥常数(Conicconstant),圆锥常数K=e2whereeistheeccentricityoftheconicsection(离心率),离心率，或偏心率，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。其中此定点称为焦点，而此定直线称为准线。设一圆锥曲线C由C:d(P,M)=e.d(L,M)定义，其中P为焦点而L为准线，则此时e称为C的离心率。,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轴长关系:,10,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,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）,11,相切面平行于圆锥底面,基本形式：球面(K=0),12,相切面平行于圆锥侧面,基本形式：抛物面(K=-1),13,相切面平行于圆锥轴线,基本形式：双曲面(K-1),14,相切面与圆锥轴线成某一角度,基本形式：椭圆(-1K0),15,基本项(二次项),用于回转对称光学表面,2.非球面之回转中心线应该是水平面垂直的.,26,FormTalysurf测量非球面,MeasurementDirection,27,FormTalysurf测量非球面,2)RawData得到原始数据,28,XistheRadialdistancefromtheAsphericAxisX为非球面轴的径向距离ZisthecorrespondingverticaldistanceZ为相应的垂直距离aistheindexedPolynomialCoefficienta为多项式系数CisthereciprocaloftheBaseRadiusC为基圆半径的倒数KistheConicConstantoftheSurfaceK为二次常数,3)StandardEquationforanAsphericSurface非球面的标准方程,FormTalysurf测量非球面,Where:,29,AsphericData非球面数据Radius=40.0mmK=-1A4=5.3188e-007A6=5.5231e-009A8=-1.6774e-011A10=-6.3352e-014,4)InputAsphericData输入理论设计数据,FormTalysurf测量非球面,30,XAxis,ZAxis,C,B,A=Asphericsaxis非球面轴,5)AsphericDataFit实测数据与理论数据拟合,FormTalysurf测量非球面,A,B=Actualprofile实际轮廓,C=Absoluteasphericform绝对非球面形状,31,+Z轴,-Z轴,-X轴,+X轴,Asphericsaxis非球面轴线,6)ResidualErrorAfterFormRemoval形状去除之后的残余误差,FormTalysurf测量非球面,D=B-C(Residualerrorafterabsoluteasphericformremoval)去除绝对形状后的残余误差,32,7)AnalysisResults分析结果,FormTalysurf测量非球面,33,非球面参数简介,34,非球面参数简介,Figure(Fig.PV)(形狀誤差):FigureistheverticaldistancebetweentheleastsquaresfitlineandtheprofileheightintersectedbytheAsphericaxisFig值是實際轮廓之最小二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.,35,非球面参数简介,Pa/Ra(轮廓算术平均偏差):Paistheaverageabsolutedeviationoftheresidualsfromthemeanline.AnalogoustounfilteredsurfacetextureparameterRa.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.,36,非球面参数简介,Pt/Rt(轮廓总高度):Ptisthemaximumpeaktovalleyheightoftheprofileintheassessmentlength(ln).AnalogoustounfilteredsurfacetextureparameterRt.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.,37,非球面参数简介,Smx():Smxisthemaximumsurfaceslopeerror.Thisisthemaximumdifferenceinangularslopebetweenanytwoadjacentdatapointsandthebestfitleastsquaresreferenceline:calculatedfromthetotalprofile.,38,非球面参数简介,Smn():Smxisthemeansurfaceslopeerror.Thisistheaveragedifferenceinangularslopebetweenanytwoadjacentdatapointsandthebestfitleastsquaresreferenceline:calculatedfromthetotalprofile.,39,非球面参数简介,Tilt(倾斜):Tiltistheangleofthecalculatedhorizontalaxisofthecomponent,relativetothetraverseunitdatumaxis.,40,非球面参数简介,Xp:Xpisthedistanceofthehighestpeakfromtheasphericaxis.Xp是指非球面光轴到轮廓最高点之间的距离。,41,非球面参数简介,Xt:Xtisthedistanceoftheasphericaxisfromthemeasureddata.Xt是指非球面光轴到测量起始点之间的距离。,42,非球面参数简介,Xv:Xvisthedistanceofthelowestvalleyfromtheasphericaxis.Xv是指非球面光轴到轮廓最低点之间的距离。,43,非球面参数简介,RMS/Rq（均方根偏差）:RMSistheRootMeanSquarecalculationoftheabsolutedeviationoftheresidualsfromthemeanline.AnalogoustothesurfacetextureparameterRqRMS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。,44,Wellknowntoopticsuserbase光学用户都非常熟知,在此区域有高的非球面偏离，这非常重要！,MeasurementProblem测量问题,45,StylusFlanking测头侧面接触,46,PGI850&1250-MeasurementMethod测量方法,Thepartisrotatedthentiltedtoobtainthe3measurementsrequired工件旋转并倾斜以得到所需的3个测量结果Itisnecessaryforthistodeliveraco-linearprofile,andhenceacrediblemeasurementsystem三个测量轨迹必须共线，以保证可靠的测量Veryhighaccuracyalignmentofthefixtureisrequiredtoachievethis需要高精度夹具用于对中,1.,2.,3.,47,Level1(StandardforPGI635)BasicFormAnalysis基本的形状分析RadiusOptimisation半径优化Cursors/Exclusions光标操作LambdaSFilters滤波Level2(StandardforPGI840&PGI1240)AstigmatismAnalysis对称性分析SAGTableAnalysisSAG表分析Level3(StandardforPGI850&PGI1250)DerivedCoefficientAnalysis得到非球面系数(逆向),NewAsphericUtilitySoftware新的非球面分析软件,48,DataCursor光标,Redcursorshowscurrentposition,bothabsoluteandrelative红色光标显示当前位置的绝对值和相对值,DarkCursorshowsreferenceposition黑色光标显示参考点位置,49,AsphericCoefficientStorage非球面参数的存储及调入,AsphericDesignDatacannowbesavedasa.COFfile,avoidingtheneedforrepeateddataentry非球面设计数据可以以.COF格式存盘，避免重复数据输入,50,Waviness(s)Filter波纹度(s)滤波,AllowsremovalofSurfaceRoughness,Spikesetcfrommeasurement从测量结果中去处表面粗糙度、毛刺尖峰等,51,AstigmatismAnalysis对称性分析,Comparesmultiplemeasurementprofilestocheckforrotationalasymmetry比较多个测量轮廓以检查对称性,52,AstigmatismAnalysis对称性分析,53,AstigmatismAnalysis对称性分析,54,AstigmatismAnalysis对称性分析,55,SAGTableAnalysisSAG表格分析,56,OptimisedRadiusResults名义基圆半径时的形状误差分析结果,Design分析,57,OptimisedRadiusResults最佳基圆半径时的形状误差分析结果,BestFit分析,58,DerivedCoefficientsFunction得到非球面系数(逆向),计算出的非球面系数,非球面系数的理论值,CalculatestheAsphericDesignDataforundefinedcomponents由实测数据计算非球面理论数据,59,实际机种面型分析,面型图的分析应该包括:a)参数大小:Rt/Ra/Figb)轮廓形状:中凸、中凹等。c)轮廓的对称性：轮廓理论上是旋转对称的。d)注意轮廓截取的范围是否大于有效径。e)轮廓曲线的过渡是否有突变。f）其他,60,实际机种面型分析,此面型图数值大小尚可，但是对称性不好，曲线存在突变。,61,实