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本文以自由曲面光導(dǎo)管為例，介紹如何執(zhí)行非序列公差分析。

介紹

公差是將誤差（制造、裝配、材料等）系統(tǒng)引入光學(xué)系統(tǒng)以確定其對(duì)系統(tǒng)性能的影響的過程。如果您不熟悉公差分析的概念，或者想了解更多有關(guān)該過程背后的理論的詳細(xì)信息，請(qǐng)先閱讀文章“ 如何進(jìn)行序列模式公差分析”和軟件幫助手冊(cè)。

本文的目的是說明可用于非序列光學(xué)系統(tǒng)公差的工具。

公差操作數(shù)和設(shè)置

三個(gè)公差操作數(shù)允許在 NSC 系統(tǒng)中擾動(dòng)任何感興趣的值：TNPS、TNPA 和 TNMA。它們分別用于公差非連續(xù)對(duì)象位置/傾斜度、參數(shù)和材料屬性。CNPS 和 CNPA 這兩個(gè)補(bǔ)償器操作數(shù)提供了一種全面的調(diào)整分配方法。這些允許將非序列的物體位置/傾斜度和參數(shù)分別分配為補(bǔ)償器。此外，TMCO公差操作數(shù)和CMCO補(bǔ)償器操作數(shù)允許將多配置數(shù)據(jù)用作公差和補(bǔ)償器。有關(guān)這一部分內(nèi)容，請(qǐng)參閱軟件幫助手冊(cè)。

非序列公差采用用戶自定義的評(píng)價(jià)函數(shù)作為公差標(biāo)準(zhǔn)。支持使用保存一系列操作數(shù)的評(píng)價(jià)函數(shù)與用戶腳本。這是有利的，因?yàn)樵趦?yōu)化過程中可能已經(jīng)使用了評(píng)價(jià)函數(shù)，并且不需要額外的考慮來評(píng)估系統(tǒng)性能。有關(guān)非序列優(yōu)化（包括優(yōu)良函數(shù)構(gòu)造）的更多信息，請(qǐng)閱讀文章“如何優(yōu)化非序列光學(xué)系統(tǒng)”。非序列公差采用用戶自定義的評(píng)價(jià)函數(shù)作為公差標(biāo)準(zhǔn)。支持使用保存一系列操作數(shù)的評(píng)價(jià)函數(shù)與用戶腳本。這是有利的，因?yàn)樵趦?yōu)化過程中可能已經(jīng)使用了評(píng)價(jià)函數(shù)，并且不需要額外的考慮來評(píng)估系統(tǒng)性能。有關(guān)非序列優(yōu)化（包括優(yōu)良函數(shù)構(gòu)造）的更多信息，請(qǐng)閱讀文章“如何優(yōu)化非序列光學(xué)系統(tǒng)”。

以下是一些關(guān)于非序列公差的注意事項(xiàng)：

·補(bǔ)償器最小值/最大值邊界始終被忽略，因?yàn)樵u(píng)價(jià)函數(shù)和用戶腳本是唯一可用的標(biāo)準(zhǔn)。使用評(píng)價(jià)函數(shù)邊界操作數(shù)（NPGT、NPLT 等）來約束補(bǔ)償器值。

·在非順序模式下優(yōu)化期間支持 TOLR，但是，用戶腳本是唯一有效的條件;選擇評(píng)價(jià)函數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)將導(dǎo)致無限循環(huán)。確保腳本加載的 merit 函數(shù)本身不包含 TOLR 操作數(shù)。

·在非序列系統(tǒng)（射線瞄準(zhǔn)、單獨(dú)的字段/配置等）中沒有意義的容差設(shè)置將被禁用。

·當(dāng)允許多配置系統(tǒng)時(shí)，使用的 merit 函數(shù)必須考慮使用多個(gè) CONF 操作數(shù)的每個(gè)配置。

·加快公差的技巧：

·NSDD 對(duì)用于計(jì)算聚合數(shù)據(jù)（RMS 寬度、質(zhì)心等）的采樣噪聲相對(duì)不敏感，因此不要使用不必要的分析射線。

·盡可能使用 Sobol 對(duì)源采樣。

·簡(jiǎn)化系統(tǒng)：盡可能不要使用散射、CAD 對(duì)象或布爾 CAD 對(duì)象。

允許自由格式對(duì)象

例如，我們將使用“在 OpticStudio 中使用自由曲面進(jìn)行設(shè)計(jì)”一文中創(chuàng)建的優(yōu)化的自由曲面-z光導(dǎo)管。優(yōu)化的系統(tǒng)由OSRAM LED 和自由曲面光管組成，經(jīng)過優(yōu)化，可在探測(cè)器上實(shí)現(xiàn)最大功率和準(zhǔn)直。該系統(tǒng)包含在本文的 ZAR 文件“Freeform Tolerance”中。

與任何公差分析一樣，我們必須首先為公差系統(tǒng)做好準(zhǔn)備，然后定義公差和標(biāo)準(zhǔn)。在優(yōu)化過程中，探測(cè)器使用拾取求解器來保持其相對(duì)于光導(dǎo)管末端的位置和尺寸。這些求解器應(yīng)被移除，因?yàn)樾枰紤]探測(cè)器和光導(dǎo)管之間的對(duì)準(zhǔn)誤差，以便進(jìn)行準(zhǔn)確的公差分析。將檢測(cè)器上的拾取求解器 z 位置和 x，y 半寬度設(shè)置為固定。將檢測(cè)器的 z 位置固定在 53 毫米處。此外，從 freeform-z 控制點(diǎn)中刪除變量求解。這可以在“優(yōu)化”選項(xiàng)卡下快速完成...刪除所有變量。在公差分析期間，唯一的變量是通過補(bǔ)償器定義的（如果有的話）。

下一步是考慮可能導(dǎo)致竣工系統(tǒng)性能低于優(yōu)化系統(tǒng)的不同誤差。這些分為以下不同類別：

制造誤差

·控制點(diǎn)的側(cè)向下垂不正確

·總厚度不正確

·屈光率不正確

組裝誤差

·LED 位置和方向

·探測(cè)器位置和方向

TNPA公差操作數(shù)將用于公差光導(dǎo)管控制點(diǎn)和厚度。TNPS 將用于公差 LED 和探測(cè)器的位置和方向。擾亂光導(dǎo)管也是多余的。TNMA將用于公差光導(dǎo)管的折射率。請(qǐng)注意，該系統(tǒng)是單色的，因此無需設(shè)置光導(dǎo)管的色散 (阿貝數(shù)) 公差。

最后一步是定義公差標(biāo)準(zhǔn)，這將是評(píng)價(jià)函數(shù)。評(píng)價(jià)函數(shù)目前針對(duì) RMS 角半徑（準(zhǔn)直）和最大功率，同時(shí)還約束了自由曲面 z 對(duì)象的形狀。公差分析只會(huì)輕微擾動(dòng)控制點(diǎn)，因此沒有必要使用 FREZ 操作數(shù)來約束這些點(diǎn)。刪除 merit 函數(shù)中的 FREZ 操作數(shù)。

剩下的唯一步驟是定義公差設(shè)置。我們將進(jìn)行靈敏度分析和少量 （20） 蒙特卡洛分析。打開公差對(duì)話框（“公差”（The Tolerance） 選項(xiàng)卡...公差）并加載本文附件中包含的“自由格式 Tolerance.TOP”文件;按 OK。

公差分析是完全多線程的，以使用用戶計(jì)算機(jī)上可用的所有 CPU，在 4 個(gè) CPU 的計(jì)算機(jī)上大約需要一分鐘。OpticStudio在計(jì)算標(biāo)稱準(zhǔn)則時(shí)采用多線程，隨后將每個(gè)公差操作數(shù)和蒙特卡羅分析指定為單個(gè)線程（每個(gè)CPU一個(gè)），以加快公差。

前面引用的順序公差文章中介紹了公差結(jié)果的完整說明。NSC 公差結(jié)果中提供的數(shù)據(jù)是相同的。在這個(gè)特定示例中，值得注意的是靈敏度分析中最嚴(yán)重的問題。最敏感的參數(shù)是控制點(diǎn) Y2 和 Y3。這些控制點(diǎn)定義了光導(dǎo)管中第一個(gè)“凸起”的形狀，在上面的陰影模型布局中可以清楚地看到，大部分從光導(dǎo)管中逸出的能量都發(fā)生在這里。下一個(gè)最敏感的參數(shù)是 LED 的位置，它控制著有多少光耦合到光導(dǎo)管中開始。

每個(gè)蒙特卡洛文件都代表一個(gè)系統(tǒng)，其中所有參數(shù)都與標(biāo)稱值相差甚遠(yuǎn)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和良率表示系統(tǒng)構(gòu)建到特定性能水平的可能性。

如果使用了用戶腳本，我們可以直接在公差報(bào)告中報(bào)告任何所需的評(píng)價(jià)函數(shù)操作數(shù)值。當(dāng)在公差過程中需要監(jiān)控特定值時(shí)，這是一個(gè)非常有用的功能。