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비용 효율적인 자유 형식 설계
보다 비용 효율적인 자유형 광학 장치를 설계하는 방법
Freeform optics (having a shape without translational or rotational symmetry) have had a significant impact in airborne systems and other applications and are a key enabler for the compact spaceborne systems required for Proliferated Low Earth Orbit (LEO), in particular. This is because their complex shapes allow the production of optical systems with reduced physical size and weight, together with improved performance. But the sophisticated fabrication technologies that have enabled freeforms also give rise to fabrication challenges not encountered in the production of traditional, rotationally symmetric spherical and aspheric optics.
이러한 과제는 일반적으로 관련 비용과 기술 위험을 고객에게 전가하는 제조업체에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 또는 제조업체가 사양이나 일정에 맞춰 납품하지 못하여 무의식적으로 앞서 나가고 고객 임무를 위험에 빠뜨리는 경우도 있습니다. 이 문서는 광학 설계자가 비용 효율적인 방식으로 쉽게 제작할 수 있는 자유형 디자인을 일관되게 생산할 수 있도록 돕기 위한 것입니다. 특히, 제조 가능성, 즉 리드 타임과 비용을 예측하는 데 사용할 수 있는 측정항목을 제시합니다.
표면 형상과 제조 가능성 및 비용의 관계
제작자의 목표는 의도한 설계에 맞는 광학 표면을 생산하는 것입니다. 그러나 실제 제조 프로세스는 완벽하지 않으므로 설계에서는 항상 오류에 대한 어느 정도 허용 오차를 수용해야 합니다. 그리고 물론 오류에 대한 설계 허용 오차가 커질수록 연마 공정이 쉬워지고 결과적으로 부품 비용과 리드 타임이 줄어듭니다.
자유형 광학 제작업체의 경우 형상 정확도를 정량화하는 가장 쉽게 접근할 수 있는 방법은 낮은 공간 주파수 및 중간 공간 주파수 오류를 사용하는 것입니다. 특히, 저주파 표면 오류는 전력, 불규칙성 및 Zernike 다항식과 같은 구면 광학의 대규모 형상 정확도 측정에 전통적으로 사용되는 측정값에 해당합니다. 중간 공간 주파수(MSF) 오류는 물리적 규모가 더 작으며 잔물결, 파상도 및 경사 오류에 해당합니다. 고주파 오류는 본질적으로 모양 오류가 아닌 표면 거칠기입니다.
설계 측면에서 제조 과정에서 낮은 공간 주파수 및 중간 공간 주파수 오류를 일으키는 경향이 있는 것은 무엇입니까? 즉, 디자이너는 이러한 오류를 피하거나 최소화하여 본질적으로 제작하기 쉬운 디자인을 만들기 위해 무엇을 할 수 있습니까? 바카라 카지노, Inc.는 수십 년간 자유형 광학 제품을 생산해 왔으며 자유형 제조 가능성을 예측하는 가장 중요한 예측 변수 중 하나가 광학 표면 형태의 곡률 변화율이라는 사실을 확립했습니다. 특히 곡률 변화율은 연마 시간과 테스트 복잡성에 영향을 미치는 공정 매개변수와 직접적인 상관관계가 있기 때문에 제조 복잡성에 대한 유용한 대용 측정항목입니다.
다음 차트는 표면 오류(낮은 공간 주파수와 중간 공간 주파수를 결합한 것)와 다양한 실제 광학 부품의 곡률 변화율 사이의 관계를 요약합니다. 이는 다양한 생산 방법과 기판 재료를 사용하여 바카라 카지노에서 제작된 광학 장치의 측정으로 구성됩니다.
그래프의 y축은 표면 오류가 수직으로 감소하는 것을 보여줍니다. 따라서 점이 그래프 상단에 가까울수록 전체적인 표면 정확도가 향상됩니다. x축은 곡률이 아닌 곡률 변화율을 나타냅니다. 두 축은 모두 대수적입니다.
제조의 고유한 난이도는 그래프에서 왼쪽 하단(곡률의 가장 낮은 변화율과 대부분의 표면 오류)에서 오른쪽 상단(가장 빠른 곡률의 변화율과 가장 낮은 표면 오류)으로 증가합니다. 예상대로, 실제 측정된 데이터는 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 추세를 나타냅니다. 즉, 곡률 변화율이 높을수록 완성된 광학 장치에서 결과적인 표면 오류가 더 커집니다.
이 그래프에 표시되지 않는 것은 주어진 결과를 얻는 데 필요한 노력(예: 시간)입니다. 그리고 이는 비용으로 직접적으로 변환되므로 핵심입니다. 여기에 표시된 것보다 더 높은 표면 품질 수준에서 그래프의 오른쪽 위 사분면에 있는 광학 장치(예: "어려운 높은 경사 비구면")를 생산하는 것이 가능합니다. 그러나 실제로 이를 달성하려면 훨씬 더 많은 제조 시간이 필요하므로 리드 타임이 늘어나고 비용이 증가합니다. 따라서 그래프는 '실행 가능한' 것이 아니라 '비용 효과적인' 것을 묘사합니다.
"곡률 변화율이 높을수록 완성된 광학 장치의 표면 오류가 더 커집니다."
결과 토론
이 그래프는 실제로 여러 가지 개별 유형의 구성 요소에서 얻은 데이터를 표시하므로 각 구성 요소를 개별적으로 검토하여 각 체제의 핵심 내용을 이해하는 것이 좋습니다.
원추형/변형된 원뿔형
이러한 상대적으로 "단순한" 비구면 모양은 제작하기 가장 쉽습니다. 여기에 표시된 데이터 포인트는 30mm ~ 1.5m 크기 범위의 광학 부품에 대한 것입니다. 알루미늄과 실리콘을 포함한 거의 모든 기판 재료의 광학 제품은 이러한 곡률 변화율에서 낮은 잔여 형상 오류로 제작될 수 있습니다. 이 범위의 광학 제품을 제조할 때 일반적으로 공칭 모양을 얻기 위해 수치, 거칠기 또는 MSF 오류가 크게 타협되지 않습니다. 이러한 표면은 일반적으로 곡률 변화율이 ~100/m² 미만으로 유지되는 한 사실상 원하는 품질 수준으로 만들 수 있습니다.
축외 볼록 자유 형태 또는 "보조"에 도전
이 데이터 포인트는 상대적으로 작은(직경 50mm 이하) 일반적으로 알루미늄, 유리, 실리콘 및 탄화규소로 만든 볼록 거울에 대해 얻은 것입니다. 일반적으로 많은 고전 망원경 설계에서 보조 거울로 사용되는 이 종류의 구성 요소는 곡률 변화율이 약 250/m² 이상인 낮은 표면 오류로 제작하기가 점점 더 어려워지고 있습니다. 또한 볼록 거울은 낮은 건현판(투명 구멍 가장자리에서 부품의 기계적 가장자리까지의 거리)으로 자주 지정되고 광학 표면에서 기계적 가장자리로 빠르게 전환해야 하는 필요성이 투명 구멍 가장자리 주위를 이동할 때 연마 도구를 지지할 만큼 충분한 영역을 수용하지 않기 때문에 어려울 수 있습니다.
어려운 높은 경사 비구면
이러한 높은 경사(곡률 변화율) 구성 요소는 합리적인 시간 및 비용 제약 내에서 부품을 생산하기 위해 종종 수치, 거칠기 및 MSF 간의 균형을 이루어야 하는 곳입니다. 이 종류의 광학 장치에 대해 표면 오류(특히 MSF)를 개선하는 것이 가능하지만 이를 달성하기 위한 제조 기술은 높은 경사로 인해 더 제한적입니다. 따라서 엄격한 사양으로 인해 비용이 빠르게 상승할 수 있습니다.
매우 높은 질서, 다이아몬드 선삭/성형 비구면
이 체제에서 곡률 변화율(>10,000/m²)을 갖는 모양의 부품은 일반적으로 전통적인 연마보다는 다이아몬드 선삭 및 성형과 같은 기술을 사용하여 제조됩니다. 특히 다이아몬드 선삭 공정에서는 소위 "색상"이 광학 장치에 생성되는 경우가 많습니다.
요약
이 문서에 제시된 데이터는 자유형 광학 설계에 있어 "모범 사례"를 구성하는 요소를 확립하려는 시도입니다. 자유형 광학에 크게 의존하는 확산된 저궤도(LEO)용 광학 망원경 어셈블리 개발에 지속적으로 초점을 맞추면서 비용 및 시간 목표를 충족하는 것과 마찬가지로 품질 요구 사항도 더욱 까다로워질 것입니다. 여기에 표시된 그래프는 무제한의 시간과 노력이 주어졌을 때 달성할 수 있는 모든 것을 나타내는 것은 아닙니다. 오히려 쉽게 제조할 수 있는 제품에 대한 몇 가지 제한을 정의하고 부품 비용이나 리드 타임을 높일 가능성이 가장 높은 요소를 강조하려고 합니다. 특히 바카라 카지노는 그래프에 표시된 거의 모든 표면 오류/곡률 변화율 공간에 걸쳐 자유형 광학을 일상적으로 제작합니다. 주요 목표는 고객이 가능한 가장 비용 효율적이고 시기적절한 방식으로 설계 목표를 달성할 수 있도록 지원하는 것이며, 이번 논의가 그러한 목표에 도움이 되기를 바랍니다. 복잡한 자유형 광학 요구사항이 있는 회사는 비용 초과 및 프로젝트 지연을 줄일 수 있는 효율성이나 절충안을 파악하기 위해 설계 단계 초기에 광학 파트너와 만나야 합니다.