CODE V中的公差分析

1.引言 

公差分析是一个复杂的、交互的过程，对于任何一个将要被制造的系统来说都十分必要，主要包括一下两个过程：1）定义加工与装配的公差量表；2）确定制造过程中需要调整元件以及制订装调的方案。系统的成功需要准确预测各个公差灵敏度的能力和准确预测整个系统性能的能力（当然包括调整元件对系统造成的影响）。

公差分析对于系统非常重要，主要表现在制造成本的降低。当你能够熟练运用公差分析这把利器后，你可以在以下两个方面降低你的成本：一是像设计进度、装调方案的制定等这样一次性成本，二是诸如加工、装配、校准等多次的循环成本。总之一句话，进行公差分析可以为你省钱。

2.Code V中公差分析的内涵

Code V公差分析的选项在Analysis>Tolerancing的菜单中，这个菜单可以使你选择Code V中各式各样的方法来计算加工和装配误差对系统性能造成的影响。Code V公差分析（TOR）的突出特点就是利用一种快速的基于波像差的算法，使用光学传递函数、波像差的均方根值、光纤耦合效率、极化损失等作为性能评价的尺度。

User-Finite Differences（TOLFDIF）： 利用用户定义系统性能尺度，基于Marco分析利用有限差分方法进行公差分析（公差灵敏度分析）。每个系统参数（例如半径、间隔、厚度、光圈等等）相互独立地在公差范围的上下极限进行变化，在这个基础上可以预测系统性能降低的程度，再将这些独立的结果按照一定的统计规律进行合并达到预测整个系统性能的目的，这就是有限差分方法进行公差分析的基本原理。此种方法对于每个单个公差对系统性能造成的影响的分析比较准确，特别是对那些造成系统性能影响大的公差，用这种方法可以找到系统灵敏的公差，以便我们进行合理地进行补偿。但是，由于这种分析方法没有进行公差的交互分析，最后得出的性能结果有时很不令人满意，要达到使用要求的情况下公差范围很紧。

User-Monte Carlo（TOLMONTE）：利用用户定义系统性能尺度，基于Marco分析利用蒙特卡罗的方法进行公差分析（预测全部样本性能的统计分析）；在每个公差的允许范围内，同时变化所有的参数，每个公差也随机变化并且分析系统的性能，这个过程在不同随机扰动作用下重复多次，再将这些结果按照一定的统计规律进行合并达到预测整个系统性能的目的，这就是蒙特卡罗的方法进行公差分析的基本原理。此种方法包含了公差的交互分析，所以它能较为精确地预测系统的性能。当然，它不能单个公差的灵敏度。

Distort（TOD）：对主光线畸变的公差分析，当畸变作为我们敢兴趣的主要性能时，这种分析方法非常有用；当然，TOR也会评价公差对系统畸变的影响，但是所计算得出的公差范围以及调整量是以光学传递函数、波像差的均方根值等为尺度的结果。

TOR公差分析方法以系统出瞳处的波像差的变化量为依据来描述系统性能的下降。对于每一个公差参数变化时，通过简单的光线追迹就可以计算波面的微小变化并用特定函数表示，这些函数通过综合多个参数同时变化导致波面的微小变化而被扩展含有多个参量的函数，达到这些公差相互作用的效果，利用统计方法得到较为准确的具有某一性能系统的概率。这种方法不仅提供每一个单个公差的灵敏度，而且还能提供公差相互作用时系统的性能，这种方法综合了TOLFDIF与TOLMONTE的优点。由于TOR计算过程中需要追迹的光线很少，所以TOR的计算速度较TOLFDIF与TOLMONTE要快的多。

注意在进行TOR分析时，大家忽略了三个基本假设：1）这些适用于系统性能评价的尺度（光学传递函数、波像差的均方根值等）均能通过出瞳函数完全约束； 2）由公差扰动造成的光程差随公差参数的变化线性变化；3）Code V中波像差方程必须了解每一个公差参数对系统有何中影响，也就是说只有Code V程序预先定义的参数才能被分析。