Механические данные: «твердая валюта» обработки и сборки Чтобы понять передачу данных, мы должны сначала понять одну вещь: при механической обработке и сборке механическая база данных является абсолютным главным героем. Начнем с механической обработки. В каком положении находится зеркало во время токарной обработки, шлифовки и полировки? Он опирается на механические позиционирующие поверхности корпуса зеркала, внешний круглый край, отверстия для установочных штифтов и поверхность монтажного фланца. Во время токарной обработки патрон удерживает внешний круг, используя его как точку отсчета для центрирования; во время шлифовки и полировки опорная поверхность зеркала опирается на инструментальный стол, который сопрягается с установочными поверхностями корпуса зеркала. Независимо от процесса, пространственное положение зеркала на станке в конечном итоге определяется этими механическими базовыми поверхностями. Теперь поговорим о сборке. Как позиционируется зеркало, когда оно установлено в корпус зеркала или конструктивный элемент? Опять же, это механическая база — поверхность монтажного фланца сопрягается с торцевой поверхностью, внешний круг и внутреннее отверстие корпуса зеркала расположены, а установочные штифты и отверстия для штифтов определяют угловую ориентацию. После установки он остается на месте; корпус зеркала не распознает вашу оптическую ось, а только механические поверхности. Обработка и сборка используют один и тот же язык: механическую базу данных. Естественно, у них есть общая основа для общения. В чем проблема? Оно лежит на промежуточном этапе «осмотра». Как оптический эталон со стадии проверки передается обратно на механический эталон? Какова цель проверки? Оно сообщает производственному процессу, «где оно недостаточно хорошо», и сообщает процессу сборки, «соответствует ли это зеркало стандартам качества». Но инспекция использует другой язык — оптический эталон. Оптическая ось интерферометра определяет систему координат контроля, а волновой фронт CGH определяет форму опорной поверхности. PV и среднеквадратичное значение ошибки формы поверхности рассчитываются в этой оптической системе координат. Теперь возникает проблема: как совмещены оптические и механические ссылки? Если они не выровнены, возникает абсурдная ситуация: производственный отдел шлифует зеркало до требуемой формы поверхности в соответствии с механическим эталоном, а отдел контроля подтверждает, что форма поверхности соответствует требованиям оптического эталона, но два слова «соответствует требованиям» не относятся к одному и тому же — существует отклонение между оптическими и механическими эталонами. На этапе сборки зеркало устанавливается по механическому шаблону, но оптическая система отображает совершенно другую форму поверхности. В этом суть ловушки эталонной передачи: дело не в том, что кто-то неточен, а в том, что каждый использует свою собственную линейку и затем предполагает, что измеряет одно и то же.
Рисунок 1. Четыре состояния между оптическими и механическими привязками: идеальное выравнивание, эксцентриситет, наклон и эксцентриситет и наклон (слева направо).
Некоторые методы контроля по своей сути трудно согласовать с механическими эталонами, что поднимает основную проблему: сложность перевода оптических эталонов в механические эталоны варьируется на порядки в зависимости от метода контроля. Для некоторых методов проверки ссылка является «плавающей». Возьмем, к примеру, традиционный механический зондовый профилометр. Он сканирует контуры нескольких линий на зеркальной поверхности, добиваясь высокой точности данных. Однако его система координат определяется направляющей движения зонда. Какова связь между этой направляющей и механической опорной поверхностью зеркала? Для установления этого соединения необходима дополнительная калибровка. Калибровка точна? Есть ли систематические ошибки? Каждый знак вопроса представляет собой точку риска при передаче ссылок. Другим примером являются некоторые схемы субапертурного контроля, основанные на сращивании. Каждый этап сращивания вносит неопределенность в положение, и окончательная общая система координат может накопить значительные отклонения от истинной механической привязки зеркала. Эти схемы имеют общую характеристику: звено перехода от оптического к механическому эталону имеет слишком много промежуточных звеньев. Каждое промежуточное звено является точкой входа для ошибки. Инспекция CGH предлагает другой подход: обеспечить правильную передачу эталонов на этапе проектирования. Как CGH передает оптический эталон на механический эталон? CGH, используемый для тестирования, обычно состоит из двух функциональных областей:
◆ Основная голографическая область: отвечает за компенсацию волнового фронта, преобразуя стандартные сферические и плоские волны интерферометра в сложные волновые фронты, соответствующие исследуемой поверхности. Это основная функция определения формы поверхности.
◆ Голографическая область выравнивания: обеспечивает абсолютную систему отсчета для самого CGH относительно интерферометра и, в конечном счете, относительно механической системы отсчета тестируемого зеркала. Он проецирует такие элементы выравнивания, как световые пятна, метки схождения или узоры «кошачий глаз», чтобы подтвердить пространственное соотношение положения между CGH и тестируемым зеркалом.
Рисунок 2. Принципиальная схема каждой функциональной области CGH.
Что означает, что эти две области объединены на одной подложке? Это означает, что ссылка больше не определяется впоследствии, а «записывается» в CGH на этапе проектирования. Как осуществляется этот трансфер? Устанавливается четкое пространственное соответствие между механической отметкой (установочный шарик, опорная кромка, поверхность монтажного фланца) испытуемого зеркала и контрольными метками на CGH. Выравнивание голографической области гарантирует, что положение зеркала соответствует теоретическому расчетному значению во время каждой проверки, и гарантирует, что это положение можно проследить до механической эталонной точки зеркала. Путь передачи от оптического эталона к механическому эталону легко интегрирован в конструкцию CGH. Какую проблему это решает? Он учитывает тот факт, что в большинстве случаев на этапах производства и сборки распознается только механическая ссылка. Сборочный отдел не заботится о том, насколько красива измеренная PV формы вашей поверхности. Их заботят характеристики зеркала в оптической системе только после того, как оно установлено в соответствии с механическими стандартами. Механическая привязка предоставляется на стороне производства, а также используется на стороне сборки — эти два конца должны быть выровнены. Задача проверки состоит в том, чтобы убедиться, что ваш оптический эталон максимально точно совмещен с этим механическим эталоном. Некоторые методы проверки увеличивают количество ошибок на каждом этапе процесса преобразования. Решение CGH сжимает процесс преобразования до стадии проектирования: взаимосвязь между механическими и оптическими эталонами определяется во время проектирования CGH, а проверка просто включает в себя воспроизведение этой заданной взаимосвязи. Каковы последствия плохо выполненного преобразования? Последствия существенны.
◆Последствие 1: Неправильная коррекция поверхности. Если во время проверки в определенной области обнаруживается отклонение, обрабатывающая сторона возвращается для его исправления. Однако если между контрольной системой координат и механической системой координат имеется наклон или смещение, истинное местоположение этого «отклонения» будет неправильным. Полировальный инструмент, расположенный в соответствии с механической привязкой, на самом деле корректирует другое место на зеркале. Результат: исправленная область не исправляется, а неправильная область исправляется.
◆Последствие 2: Повторение проб и ошибок при сборке. Данные о форме поверхности зеркала выглядят хорошо, но качество изображения после сборки оставляет желать лучшего. Конец сборки начинает добавлять прокладки, регулировать эксцентриситет и корректировать наклон — используя механические средства для компенсации отклонения, вызванного преобразованием оптического эталонного значения в механическое. То, что должно было быть одноэтапным процессом, превращается в бесконечные пробы и ошибки. Вопрос, который стоит запомнить: в следующий раз, когда вы увидите отчет о проверке формы поверхности, стоит остановиться и спросить: «Как данные из этого оптического эталона передаются в механический эталон зеркала?» Если это звено передачи полностью продумано и определено на начальном этапе проектирования, данные надежны. Если эту связь впоследствии собрать воедино посредством калибровки, алгоритмов и тактильной интуиции, то все точные цифры нанометрового уровня можно будет построить на рыхлой почве. CGH предоставляет отрасли больше, чем просто голограмму; он предлагает комплексное решение, которое сводит к минимуму ошибки оптического эталона и переносит их на механический эталон на этапе проектирования. Качество эталонной передачи определяет, можно ли успешно установить зеркало. И это то, что заслуживает того, чтобы сделать это с самого начала. Следуйте за нами, чтобы получить больше технических интерпретаций и практический обмен информацией о CGH и контроле асферических поверхностей. Сталкивались ли вы с проблемами передачи эталонных данных при обработке и проверке? Не стесняйтесь поделиться в разделе комментариев.
