1个应用科学的奥斯特大学,瑞士布赫斯,
2ITMO大学,俄罗斯圣彼得堡
O. Feinler 1和I. Livsitz 2
1本书应用科学大学,瑞士
俄罗斯圣彼得堡的第2彼得斯堡州信息技术大学,机械和光学研究
1。简介
2。光学系统的生成和分类
人类一直使用光作为工具来解决日常生活中的一些挑战,例如检测,照明和信息传输。要将光作为工具应用,您需要依靠光学系统。因此,光学系统(例如客观镜头,干涉仪,光学鼠标,内窥镜,望远镜或激光等)是我们今天使用的“光学工具”的示例。在光学系统的生成过程中(即由多个光学组成组成的系统,合理地组装并在音乐会上运行),需要参与序列的三个核心链接:首先是“光学系统设计”,其次是“光学制造设计”,最后是实际的“制造”(见表1)。
表1。光学系统的生成过程
“光学设计师”的责任是将客户需求转换为具有良好公差的光学系统解决方案。该系统需要包括各种光学组件(例如镜头,镜子,光谱仪等),并确保这些组件可以根据需要调节传输光的特性。
然后,所采用的光学组件的完整光学系统设计规范和公差要求将通过“光学制造设计师”转换为最佳制造过程链。该过程链由一系列随后的制造步骤组成,该步骤需要全面考虑现有设备和技术条件,以确保以最低的制造成本确保最佳性能。此外,需要全面考虑系统的稳定性,耐用性以及制造商,最终用户和环境的安全性。在优化的制造过程中,每个处理步骤(例如抛光1)需要特定的光学制造过程(例如安全气囊抛光2,碗进料抛光3,磁性抛光4,离子光束形状5,超精确形成抛光6,单点钻石钻石钻石钻石转弯7或流体抛光8)。根据质量,制造成本和生产量之间的最佳平衡选择特定过程。
最终,光学系统将根据已建立的制造过程和流程生产,以确保所有处理链接不超过设计公差范围,从而创建功能性光学工具,完全满足客户需求。光学系统可以采用各种分类策略,例如:按应用领域(例如天文学,医疗,照明,光刻);按仪器类型(例如显微镜,望远镜,内窥镜,干涉仪)。
但是,如果您想确定这些特定光学组件的最佳制造过程,则必须根据其四个核心制造特性来表征它们(有关详细信息,请参见表2)。这些特征总结在表2中。
表2。光学组件的分类
3。光学制造技术分类
尽管已经存在了数千年的一些光学制造技术,但是自1670年,荷兰的Delft首次工业生产Leeuwenhoek显微镜以来,光学制造技术的多样性开始显着增加;从那以后的应用领域和质量要求的持续增加(见图1),光学制造技术现已飙升至300多种类型,这是为特定光学组件选择最佳过程的主要挑战。
图1。光学制造技术定量开发的示意图:从克里特岛发现的古代镜头的起源,在1670年第一个工业化光学制造以及当今的技术演化过程之后。
Analyzing optical manufacturing technology from a methodological perspective, we found that its core is based on only about 11 polishing technologies: fresh feed polishing (FFP), ductile processing (DG), chemical polishing (CP), bowl feed polishing (BFP), elastic emission processing (EEM), magnetorheological polishing (MRF), laser flame polishing (LP), ion beam shape modification (IBF),磨料浆料射流加工(ASJ),血浆辅助化学蚀刻(pace),激光诱导的背部湿蚀刻(Libwe)。
如果分析了不同抛光技术与处理的表面之间的相互作用,则可以根据以下原理确定五种磨损机制(有关详细信息,请参见图2):两体磨损,三体磨损,动力学磨蚀,能量传播,化学反应。每种机制在性能和适用性方面都有特定的优势和缺点(图2中的“+”和“ – ”。此外,这五种机制可以根据图3所示的五种磨损过程进行组合,包括:(a)脆性裂纹,(b)延性流动,(c)化学反应,(d)热效应,(e)溅射。
图2。光抛光技术的五种主要磨损机制应用的示意图。每种机制在生成光学组件时都具有特定的优点(“+”)和缺点(“ – ”)特征。
基于上述分析,可以根据磨损机理类型和所涉及的磨损过程组合对现有的11个抛光技术进行分类(有关详细信息,请参见表3)。
表3。光抛光技术的分类
4。光学组件和制造技术的匹配
通过全面考虑光学组件的四个关键特征(有关详细信息,请参见表2),并将抛光技术的分类方法(表3的摘要)扩展到加工运动学特征和工具工作人员的接触类型(例如点触点,线接触和表面接触和表面接触),可以建立光学制造技术的系统分类和建模框架。
因此,在光学系统的设计阶段,可以根据数据驱动器制造特定的光学组件的最佳制造技术。
图3和4说明了如何使用光学制造技术的方法论分析来确定球形镜头的最佳制造过程链,从而最大程度地降低了生产风险。
图3。由玻璃制成的球形双孔镜头
图4。为图3所示的BICONVEX镜头制造过程进行建模:确定实现最低成本制造链所需的最佳光学制造技术。
参考:
1。库克,Lee M.“玻璃中毒中的化学过程。”非晶体固体杂志120.1,第152-171页,1990年;
2。大卫·沃克; A. T. Beaucamp;大卫·布鲁克斯(David Brooks);理查德·弗里曼(Richard Freeman);安德鲁·金格里·麦卡瓦纳(Gerry McCavana);罗杰·莫顿;大卫·赖利(David Riley);约翰·西姆斯(John Simms);新型的CNC污染过程,用于控制形式和纹理的空间表面。 Proc。 SPIE 4767,镜头设计和光学工程III的当前发展,2002年;
3。J.VanWingerden,H.J。Frankina and B.A. Van der Zwan,“超涂层表面的生产和测量”,光学工程31,1086-1092,1992;
4。WilliamI. Kordonski和Stephen D. Jacobs,“ Magnetorheologological Adinisting”,Int。 J. Mod。物理。 B 10,2837,1996;
5。弗朗兹·托马斯(Franz Thomas)和托马斯·汉塞尔(ThomasHnsel),“离子光束(IBF)解决方案,用于校正小型高性能光学的表面误差。光学制造和测试。美国光学学会,2008年;
6。EddFess; J. Schoen; M. Bechtold; D. Mohring,“ Ultraform Finishing”,Proc。 SPIE 5786,窗口和圆顶技术和材料IX,305,doi:10.1117/12.606468,2005;
用户评论
Hello爱情风
哇,制造风险?这听起来好像挺有挑战性的!
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酒笙倾凉
我对光学设计很有兴趣,不知道这个方向的安全系数怎么样呢?
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该用户已上天
这几个方面的知识我都感觉比较吃力啊~
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淡写薰衣草的香
学习这些内容估计能让我更有竞争力吧!
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限量版女汉子
在做研究的时候,风险管理真的超级重要!
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沐晴つ
光学设计和制造行业现在发展得怎么样?
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将妓就计
想了解一下这个领域的就业前景是什么样子呀!
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青衫故人
制造风险怎么管理呢?有没有具体的案例分享?
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神经兮兮°
我之前对光学设计没太深入了解,这篇文章挺开阔眼界。
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心贝
希望以后能有机会学习到更深层次的技术知识!
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我一个人
听起来这个题目很有深度!
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心脏偷懒
感觉学完这个东西,工作机会会很多吧?
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失心疯i
我对风险管理其实也挺感兴趣的,这两个领域可以结合吗?
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惯例
光学设计制造越来越先进了,希望能了解更多新知识!
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身影
这些内容在专业学习中会不会很难掌握?
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軨倾词
这个领域的研究趋势怎么样啊?大家都在关注哪些方向?
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逃避
光学设备都是怎么设计的呢?真的很有趣!
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挽手余生ら
感觉留学可以让我接触到更好的老师和资源,提升很多!
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栀蓝
在哪个国家学习光学设计制造效果最好?
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寂莫
想在未来从事与光学设计相关的行业,这篇文章很适合我!
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