CODE V中的公差分析

1.引言 

公差分析是一個復(fù)雜的、交互的過程，對于任何一個將要被制造的系統(tǒng)來說都十分必要，主要包括一下兩個過程：1）定義加工與裝配的公差量表；2）確定制造過程中需要調(diào)整元件以及制訂裝調(diào)的方案。系統(tǒng)的成功需要準(zhǔn)確預(yù)測各個公差靈敏度的能力和準(zhǔn)確預(yù)測整個系統(tǒng)性能的能力（當(dāng)然包括調(diào)整元件對系統(tǒng)造成的影響）。

公差分析對于系統(tǒng)非常重要，主要表現(xiàn)在制造成本的降低。當(dāng)你能夠熟練運(yùn)用公差分析這把利器后，你可以在以下兩個方面降低你的成本：一是像設(shè)計(jì)進(jìn)度、裝調(diào)方案的制定等這樣一次性成本，二是諸如加工、裝配、校準(zhǔn)等多次的循環(huán)成本�？傊�一句話，進(jìn)行公差分析可以為你省錢。

2.Code V中公差分析的內(nèi)涵

Code V公差分析的選項(xiàng)在Analysis>Tolerancing的菜單中，這個菜單可以使你選擇Code V中各式各樣的方法來計(jì)算加工和裝配誤差對系統(tǒng)性能造成的影響。Code V公差分析（TOR）的突出特點(diǎn)就是利用一種快速的基于波像差的算法，使用光學(xué)傳遞函數(shù)、波像差的均方根值、光纖耦合效率、極化損失等作為性能評價的尺度。

User-Finite Differences（TOLFDIF）： 利用用戶定義系統(tǒng)性能尺度，基于Marco分析利用有限差分方法進(jìn)行公差分析（公差靈敏度分析）。每個系統(tǒng)參數(shù)（例如半徑、間隔、厚度、光圈等等）相互獨(dú)立地在公差范圍的上下極限進(jìn)行變化，在這個基礎(chǔ)上可以預(yù)測系統(tǒng)性能降低的程度，再將這些獨(dú)立的結(jié)果按照一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律進(jìn)行合并達(dá)到預(yù)測整個系統(tǒng)性能的目的，這就是有限差分方法進(jìn)行公差分析的基本原理。此種方法對于每個單個公差對系統(tǒng)性能造成的影響的分析比較準(zhǔn)確，特別是對那些造成系統(tǒng)性能影響大的公差，用這種方法可以找到系統(tǒng)靈敏的公差，以便我們進(jìn)行合理地進(jìn)行補(bǔ)償。但是，由于這種分析方法沒有進(jìn)行公差的交互分析，最后得出的性能結(jié)果有時很不令人滿意，要達(dá)到使用要求的情況下公差范圍很緊。

User-Monte Carlo（TOLMONTE）：利用用戶定義系統(tǒng)性能尺度，基于Marco分析利用蒙特卡羅的方法進(jìn)行公差分析（預(yù)測全部樣本性能的統(tǒng)計(jì)分析）；在每個公差的允許范圍內(nèi)，同時變化所有的參數(shù)，每個公差也隨機(jī)變化并且分析系統(tǒng)的性能，這個過程在不同隨機(jī)擾動作用下重復(fù)多次，再將這些結(jié)果按照一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律進(jìn)行合并達(dá)到預(yù)測整個系統(tǒng)性能的目的，這就是蒙特卡羅的方法進(jìn)行公差分析的基本原理。此種方法包含了公差的交互分析，所以它能較為精確地預(yù)測系統(tǒng)的性能。當(dāng)然，它不能單個公差的靈敏度。

Distort（TOD）：對主光線畸變的公差分析，當(dāng)畸變作為我們敢興趣的主要性能時，這種分析方法非常有用；當(dāng)然，TOR也會評價公差對系統(tǒng)畸變的影響，但是所計(jì)算得出的公差范圍以及調(diào)整量是以光學(xué)傳遞函數(shù)、波像差的均方根值等為尺度的結(jié)果。

TOR公差分析方法以系統(tǒng)出瞳處的波像差的變化量為依據(jù)來描述系統(tǒng)性能的下降。對于每一個公差參數(shù)變化時，通過簡單的光線追跡就可以計(jì)算波面的微小變化并用特定函數(shù)表示，這些函數(shù)通過綜合多個參數(shù)同時變化導(dǎo)致波面的微小變化而被擴(kuò)展含有多個參量的函數(shù)，達(dá)到這些公差相互作用的效果，利用統(tǒng)計(jì)方法得到較為準(zhǔn)確的具有某一性能系統(tǒng)的概率。這種方法不僅提供每一個單個公差的靈敏度，而且還能提供公差相互作用時系統(tǒng)的性能，這種方法綜合了TOLFDIF與TOLMONTE的優(yōu)點(diǎn)。由于TOR計(jì)算過程中需要追跡的光線很少，所以TOR的計(jì)算速度較TOLFDIF與TOLMONTE要快的多。

注意在進(jìn)行TOR分析時，大家忽略了三個基本假設(shè)：1）這些適用于系統(tǒng)性能評價的尺度（光學(xué)傳遞函數(shù)、波像差的均方根值等）均能通過出瞳函數(shù)完全約束； 2）由公差擾動造成的光程差隨公差參數(shù)的變化線性變化；3）Code V中波像差方程必須了解每一個公差參數(shù)對系統(tǒng)有何中影響，也就是說只有Code V程序預(yù)先定義的參數(shù)才能被分析。