Le tolérancement d`un système optique
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Le tolérancement d’un système optique Raison d’être du tolérancement • Le système qui vient d’être calculé est-il réalisable ? Thierry Lépine - Conception optique 2 Difficultés liées au tolérancement • Le designer doit savoir discuter avec l’atelier d’optique, avec l’atelier mécanique, avec le bureau d’études, et bien sûr avec le client… • Environnement (Vibrations, chocs, températures, humidité…) • Compromis coûts – délais - performances Thierry Lépine - Conception optique 3 Principe • Prendre en compte les défauts : – de fabrication – et de positionnement des composants • Prendre en compte l’environnement • Evaluer la baisse de performances du système optique Thierry Lépine - Conception optique 4 Paramètres à tolérancer • Dimensions des éléments optiques • Surfaces optiques • Matériaux (indice, constringence, homogénéité…) • Supports et montage opto-mécanique Thierry Lépine - Conception optique 5 Figure de mérite • • • • Tache image WFE FTM … Thierry Lépine - Conception optique 6 Compensateur(s) • Pour la plupart des systèmes optiques, une refocalisation est effectuée au montage • D’autres réglages peuvent intervenir, permettant de relacher les tolérances Thierry Lépine - Conception optique 7 Point de départ • Définir des tolérances « raisonnables » ! • Discuter avec ceux qui vont fabriquer : atelier d’optique, bureau d’étude, atelier de mécanique, éventuellement le client… Thierry Lépine - Conception optique 8 Méthode • Pour que les performances soient conformes au cahier des charges, il faudra : – Reserrer les tolérances des éléments les plus sensibles – Relâcher les tolérances des éléments les moins sensibles – En cas d’échec : • Modifier le design • Rajouter des compensateurs • Re-négocier le cahier des charges Thierry Lépine - Conception optique 9 Tolérances raisonnables Paramètre Commercial Précision Haute précision Front d’onde (WFE, wave, rms) Front d’onde (WFE, wave, PTV) 0,25 2 0,1 0,5 < 0,07 < 0,25 Epaisseur (mm) 0,1 0,01 0,001 Rayon (%) 1 0,1 0,01 Indice 0,001 0,0001 0,00001 Constringence (%) 1 0,1 0,01 Homogénéité 0,0001 0,00001 0,000002 Décentrement (mm) 0,1 0,01 0,001 Tilt 1’ 10’’ 1’’ Irrégularité (Frange) 2 1 0,25 Rugosité (Å) 50 20 5 Scratch and dig 80/50 60/40 20/10 Thierry Lépine - Conception optique D’après Handbook of optics, McGrawHill 10 Le tolérancement avec Zemax • 3 méthodes : – Sensitivity mode – Inverse sensitivity – Monte Carlo Thierry Lépine - Conception optique 11 Sensitivity mode • Les tolérances sont supposées indépendantes et étudiées une à une. • Le critère (ou perte de performance) est calculé pour les valeurs extrêmes de chaque paramètre. Thierry Lépine - Conception optique 12 Inverse sensitivity • Les tolérances sont supposées indépendantes et étudiées une à une. • On fixe au départ une variation du critère. • Pour chaque paramètre, on détermine la tolérance correspondante. Thierry Lépine - Conception optique 13 Monte Carlo • Les tolérances sont prises en compte ensembles. • Chaque paramètre varie dans son intervalle de tolérance avec une loi statistique donnée. • On évalue la perte de performance pour N systèmes, chaque système étant associé à un jeu de paramètres. • On obtient directement la probabilité pour que le système respecte les tolérances. Thierry Lépine - Conception optique 14
