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本文以自由曲面光導管為例，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)引入光學系統(tǒng)以確定其對系統(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該過程背后的理論的詳細信息，請先閱讀文章“ 如何進行序列模式公差分析”和軟件幫助手冊。

本文的目的是說明可用于非序列光學系統(tǒng)公差的工具。

公差操作數和設置

三個公差操作數允許在 NSC 系統(tǒng)中擾動任何感興趣的值：TNPS、TNPA 和 TNMA。它們分別用于公差非連續(xù)對象位置/傾斜度、參數和材料屬性。CNPS 和 CNPA 這兩個補償器操作數提供了一種全面的調整分配方法。這些允許將非序列的物體位置/傾斜度和參數分別分配為補償器。此外，TMCO公差操作數和CMCO補償器操作數允許將多配置數據用作公差和補償器。有關這一部分內容，請參閱軟件幫助手冊。

非序列公差采用用戶自定義的評價函數作為公差標準。支持使用保存一系列操作數的評價函數與用戶腳本。這是有利的，因為在優(yōu)化過程中可能已經使用了評價函數，并且不需要額外的考慮來評估系統(tǒng)性能。有關非序列優(yōu)化（包括優(yōu)良函數構造）的更多信息，請閱讀文章“如何優(yōu)化非序列光學系統(tǒng)”。非序列公差采用用戶自定義的評價函數作為公差標準。支持使用保存一系列操作數的評價函數與用戶腳本。這是有利的，因為在優(yōu)化過程中可能已經使用了評價函數，并且不需要額外的考慮來評估系統(tǒng)性能。有關非序列優(yōu)化（包括優(yōu)良函數構造）的更多信息，請閱讀文章“如何優(yōu)化非序列光學系統(tǒng)”。

以下是一些關于非序列公差的注意事項：

·補償器最小值/最大值邊界始終被忽略，因為評價函數和用戶腳本是唯一可用的標準。使用評價函數邊界操作數（NPGT、NPLT 等）來約束補償器值。

·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;選擇評價函數作為標準將導致無限循環(huán)。確保腳本加載的 merit 函數本身不包含 TOLR 操作數。

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

·當允許多配置系統(tǒng)時，使用的 merit 函數必須考慮使用多個 CONF 操作數的每個配置。

·加快公差的技巧：

·NSDD 對用于計算聚合數據（RMS 寬度、質心等）的采樣噪聲相對不敏感，因此不要使用不必要的分析射線。

·盡可能使用 Sobol 對源采樣。

·簡化系統(tǒng)：盡可能不要使用散射、CAD 對象或布爾 CAD 對象。

允許自由格式對象

例如，我們將使用“在 OpticStudio 中使用自由曲面進行設計”一文中創(chuàng)建的優(yōu)化的自由曲面-z光導管。優(yōu)化的系統(tǒng)由OSRAM LED 和自由曲面光管組成，經過優(yōu)化，可在探測器上實現最大功率和準直。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)做好準備，然后定義公差和標準。在優(yōu)化過程中，探測器使用拾取求解器來保持其相對于光導管末端的位置和尺寸。這些求解器應被移除，因為需要考慮探測器和光導管之間的對準誤差，以便進行準確的公差分析。將檢測器上的拾取求解器 z 位置和 x，y 半寬度設置為固定。將檢測器的 z 位置固定在 53 毫米處。此外，從 freeform-z 控制點中刪除變量求解。這可以在“優(yōu)化”選項卡下快速完成...刪除所有變量。在公差分析期間，唯一的變量是通過補償器定義的（如果有的話）。

下一步是考慮可能導致竣工系統(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

·控制點的側向下垂不正確

·總厚度不正確

·屈光率不正確

組裝誤差

·LED 位置和方向

·探測器位置和方向

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

最后一步是定義公差標準，這將是評價函數。評價函數目前針對 RMS 角半徑（準直）和最大功率，同時還約束了自由曲面 z 對象的形狀。公差分析只會輕微擾動控制點，因此沒有必要使用 FREZ 操作數來約束這些點。刪除 merit 函數中的 FREZ 操作數。

剩下的唯一步驟是定義公差設置。我們將進行靈敏度分析和少量 （20） 蒙特卡洛分析。打開公差對話框（“公差”（The Tolerance） 選項卡...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，以使用用戶計算機上可用的所有 CPU，在 4 個 CPU 的計算機上大約需要一分鐘。OpticStudio在計算標稱準則時采用多線程，隨后將每個公差操作數和蒙特卡羅分析指定為單個線程（每個CPU一個），以加快公差。

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

每個蒙特卡洛文件都代表一個系統(tǒng)，其中所有參數都與標稱值相差甚遠。統(tǒng)計數據和良率表示系統(tǒng)構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告中報告任何所需的評價函數操作數值。當在公差過程中需要監(jiān)控特定值時，這是一個非常有用的功能。