I. Niewidzialny zabójca kształtów powierzchni: nieuniknione „zniekształcenie projekcji”
Omawiając precyzyjną korekcję CGH (hologramu obliczeniowego), wielu kolegów łatwo myli dwa pojęcia: jedno to zniekształcenie geometryczne spowodowane konstrukcją ścieżki optycznej, a drugie to bezpośredni błąd pozycji zapisu samego sprzętu litograficznego. W rzeczywistości są to dwaj zupełnie różni „kierowcy zza kulis”.
Błąd pozycji zapisu bezpośredniego odnosi się do fizycznego odchylenia położenia spowodowanego ruchem mechanicznym lub łączeniem współrzędnych podczas grawerowania w skali nano w maszynie litograficznej lub na etapie bezpośredniego zapisu wiązką elektronów. Testuje możliwości sprzętowe sprzętu produkcyjnego.
Zniekształcenie, na którym się dzisiaj skupimy, istnieje całkowicie w konstrukcji ścieżki optycznej CGH.
Podczas kontroli powierzchni asferycznych lub o dowolnym kształcie wyższego rzędu, ze względu na duży kąt i nieosiową charakterystykę konstrukcji ścieżki optycznej, wiązka rzucana na podłoże CGH w naturalny sposób powoduje geometryczne nieliniowe rozciąganie lub ściskanie podobne do „lustra wesołego miasteczka”. Kiedy już wystąpi takie zniekształcenie projektu, spowoduje ono „deformację przestrzenną” prążków dyfrakcyjnych na CGH.
1. Istota transformacji czoła fali i transformacji współrzędnych
Podstawowym zadaniem CGH jest przekształcenie standardowej fali sferycznej (lub fali płaskiej) wyjściowej przez interferometr w czoło fali, które idealnie pasuje do mierzonej powierzchni asferycznej. Aby osiągnąć tę złożoną transformację czoła fali, tworzona jest złożona, nieliniowa zależność mapowania pomiędzy poszczególnymi pikselami detektora interferometru i ich rzeczywistymi pozycjami na mierzonej powierzchni.
2. Wizualne przejawy zniekształcenia projekcji
To nieliniowe mapowanie bezpośrednio prowadzi do zniekształcenia projekcji. W kontroli inżynierskiej objawia się to wizualnie zniekształceniem geometrii mierzonego elementu w wynikach. Na przykład:
◆Zwierciadło, które w rzeczywistości jest okrągłe, pojawia się w wynikach testów interferometrycznych jako elipsa;
◆Zwierciadło, które jest w rzeczywistości kwadratowe, pojawia się w wynikach jako trapez.
Przykład ilościowy: Badania pokazują, że w przypadku powierzchni asferycznych o dużych odchyłkach „odchylenie powiększenia w różnych pozycjach promieniowych” spowodowane zniekształceniem obrazowania CGH może osiągnąć maksymalnie 2,7:1! Wielkość ta znacznie przekracza zakres tolerancji zwykłych elementów optycznych.
3. Fatalny negatywny wpływ na analizę aberracji
To zniekształcenie nie tylko zniekształca obraz powierzchni, ale, co ważniejsze, przekształca aberracje niskiego rzędu w znaczące aberracje wyższego rzędu. Oznacza to, że analiza błędów powierzchni przeprowadzona przez interferometr jest zasadniczo błędna. Używanie tych błędnych danych do kierowania obrabiarkami polerskimi CNC doprowadzi do podjęcia błędnych decyzji dotyczących korekty kształtu.
Interferometryczna detekcja rozkładu punktów we wzorze
Rozkład punktów na mierzonej powierzchni asferycznej
II. Odrzucenie nieskutecznego polerowania: korekcja zniekształceń jest jedynym kluczem do przezwyciężenia wąskich gardeł w obróbce powierzchni asferycznych
W ultraprecyzyjnej produkcji nieskorygowane zniekształcenie u źródła kontroli może wywołać fatalną reakcję łańcuchową:
1. Brak możliwości zbieżności kształtu powierzchni: W wyniku wprowadzenia aberracji wyższego rzędu, błąd składowych w określonych pasmach częstotliwości z każdym cyklem polerowania wzrasta, a nie maleje, co prowadzi do błędnego koła w obróbce.
2. Zmarnowany czas maszyny: Maszyny polerskie CNC spędzają znaczną ilość czasu na „naprawianiu” nieistniejących, zniekształconych błędów, co skutkuje wyjątkowo niskim wykorzystaniem maszyny.
3. Ostry spadek wydajności: W przypadku powierzchni asferycznych o wysokiej aperturze numerycznej (NA) lub złożonych powierzchni o dowolnym kształcie, nawet najmniejsze deformacje geometryczne mogą spowodować, że cały układ optyczny nie będzie spełniał standardów wydajności.
Krótko mówiąc, kontrola CGH bez korekcji zniekształceń daje jedynie zniekształcony obraz kształtu powierzchni. Tylko dzięki rygorystycznej korekcji zniekształceń, dokładnie korygując nieliniową transformację współrzędnych spowodowaną zasadami fizycznymi, dane dotyczące kształtu powierzchni mierzone przez interferometr mogą być dokładne. Tylko wtedy obrabiarka może „wycelować i strzelać” i osiągnąć naprawdę precyzyjną kompensację.
Dane testowe przed korekcją zniekształceń (lustro jest kwadratowe).
Dane testowe po korekcji zniekształceń (lustro jest kwadratowe).
III. Dążenie do absolutnej precyzji przy jednoczesnym dążeniu do najwyższej wydajności
W przeszłości wielu producentów elementów optycznych wahało się przed wprowadzeniem korekcji zniekształceń, ponieważ tradycyjne metody opierały się na precyzyjnych współrzędnościowych maszynach pomiarowych (CMM), które mierzyły każdą linię i punkt indywidualnie. Wymagało to nie tylko znacznych inwestycji w sprzęt, ale także wiązało się z uciążliwym i czasochłonnym procesem testowania, w którym wtórne mocowanie powodowało nowe błędy pozycjonowania. Aby całkowicie rozwiązać ten problem branżowy, wstępnie zarezerwowaliśmy znaczniki o stałych współrzędnych w obszarze wyrównania otaczającym główny obszar CGH, a następnie wykorzystaliśmy zaawansowane algorytmy śledzenia promieni do korekcji zniekształceń na miejscu. To uaktualnienie w pełni integruje korekcję zniekształceń z codziennym procesem kontroli:
◆ Eliminuje potrzebę stosowania tradycyjnych maszyn współrzędnościowych, eliminując złożone pomiary offline i błędy mocowania;
◆ Bezpośrednia rekonstrukcja geometryczna w oparciu o śledzenie promieni znacznie poprawia skuteczność kontroli i korekcji, zapewniając jednocześnie absolutną dokładność korekcji, dzięki czemu precyzyjna kontrola powierzchni asferycznej nie będzie już wąskim gardłem w wydajności produkcyjnej na linii produkcyjnej.
Ogólny schemat układu CGH
IV. Podwójna walka o wydajność i precyzję: jak duża jest różnica między wykonaniem kalibracji a jej brakiem?
V. Wybierz wysokiej jakości CGH, aby mieć pewność, że każdy etap polerowania będzie skuteczny
Kolejna faza precyzyjnej produkcji elementów optycznych dotyczy absolutnej precyzji, ale co ważniejsze, kontrolowania ilości odpadów i wydajności produkcji.
Jako ekspert w zakresie dostosowywania CGH, każdy dostarczany przez nas CGH może pochwalić się nie tylko jakością wzorca na poziomie mikro-nano, ale także jest standardowo wyposażony w wysoce precyzyjne i wydajne rozwiązanie do korekcji zniekształceń. Wykorzystujemy innowacje technologiczne, aby uprościć procesy i zwiększyć precyzję w Twoim warsztacie.
Odrzuć nieefektywne polerowanie i pożegnaj się z odchyleniami w obróbce. Użyjmy naprawdę precyzyjnych i wydajnych „linijek”, aby zabezpieczyć Twoje precyzyjne przetwarzanie optyczne!
