Ist Freecad zur Simulation von optischen Tests geeignet?

Jens,

die Schattenbildung ist seitenrichtig, wenn die Klinge vor dem Fokus des Spiegels liegt und ist seitenverkehrt, wenn der Fokus hinter der Klinge liegt.

Ein nicht perfekter Spiegel hat zonenabhängig unterschiedliche Brennweiten (Krümmungsradien KR). Liegt die Klinge irgendwo dazwischen, können die Teile des Spiegels, deren Krümmungsradius davon abweichen, entsprechende Schattenbilder erzeugen. Der Bereich, dessen Krümmungsradius genau auf der Klinge liegt, der wird dann nur "grau".

Beachte: Fokus bei Lichtquelle im Krümmungsmittelpunkt = KR = 2x Brennweite. Die Brennweite f ist Nominalwert für Lichtquelle im Unendlichen.

Für das sogenannte Ausgrauen, muss man die Klinge quer zur opt. Achse genau in die Krümmungsmitte hineinschieben, die "Grauzone" flackert dann.

Wenn du in der Simu das Abbild aus Sicht von jemanden siehst, der vor dem Kamerachip steht, ist das seitenverkehrt. Stell dir anstelle des Kamerachips eine Leinwand vor, auf die man vom Spiegel aus draufschaut.

Vielleicht erklärt das Dein Phänomen.

Hallo Jens,

schöne Simulation. So weit bin ich mit meiner schnell zusammen gestrickten Visualisierung nicht gekommen.

Ich schick Dir eine PM, wäre interessiert an den CAD Daten. In diesem Zusammenhang: meine Daten stelle ich natürlich auf Anfrage auch gerne zur Verfügung.

Generell glaube ich aber, dass die Fähigkeiten der Optics Workbench (noch sehr) begrenzt sind. So bin ich mir nicht sicher, ob Beugungseffekte korrekt modelliert werden.

Und die spielen, wenn ich das richtig verstanden habe, eine gewichtige Rolle. Die Messerschneide eines Slitless Testers bildet einen Spalt und damit kommen sofort Beugungseffekte ins Spiel.

Herzliche Grüsse Robert

Robert,

der Foucault-Test lässt sich immer noch "nur mit Strahlenoptik" am Einfachsten erklären.

Die Beugungseffekte haben allerdings Einfluss auf die Grenzen der Messgenauigkeit und die Praxis der Durchführung. Zum Beispiel beim Ausgrauen der eingestellten "Zone". In der Praxis wechselt beim Hineinschieben der Klinge in die opt. Achse die eingestellte Zone nicht perfekt von Schatten auf Licht oder umgekehrt, sondern flackert "grau" wie bei einer Schlierenkamera.

Hallo Kalle,

danke für die Präzisierung. Ich meine, mal auf Cloudynight gelesen zu haben, dass Beugungseffekte eben schon einen Einfluss haben. Dort wurde des langen und breiten über geeignete Schneiden (Rasierklingen, selbst abgezogen Blechkanten, etc.) sinniert und da ist auch das Thema Beugung aufgekommen.

Herzliche Grüsse

Robert

Robert,

seitdem die LED als Lichtquelle genutzt wird, wird fast nur noch die Variante slittless, moving source genutzt. Und je kleiner die LED an der Klinge ist, desto näher kann man den Reflex an die LED legen. Dadurch verringert sich das Thema "Parallelität" der Schneide auf diesen kleinen Abschnitt. Parallaxefehler bei der Spiegelmessung sind dagegen nicht das Problem, wenn Lichtquelle und Reflex etwas auseinander liegen.

Beugungstechnisch ist nur die Projektion der Klinge in Bezug zur opt. Achse relevant. Wie dick die ist, ist eigentlich nebensächlich, solange die Kante "gerade" ist.

Die Klinge muss aber in zwei Dimensionen "gerade" sein. Einmal parallel zu sich selbst (von LED bis Reflex) und dann senkrecht zur opt. Achse. Letzteres geht sonst auf Kosten der Genauigkeit der Schnittweitenmessung. Die kann nicht genauer sein, als die Schrägizität der Klinge (Abweichung zur Senkrechten). Das spielt aber nur bei schnellen und großen Spiegeln wirklich eine Rolle, wenn man auf Hundertstel messen will. Da reicht eine einfach M6-Zustellschraube dann nicht mehr für die Schnittweite. M6 hat 1mm Steigung, theoretisch mit 100er Skalenblatt am Schraubenkopf. Aber das Spiel zwischen Schraube und Mutter liegt halt im Zehntelbereich und das Gewinde ist kein Präzisionsgewinde, sondern eiert immer ein wenig (Rundizität der Schraube). Solche Fehler könnte man durch Messwiederholungen verbessern, wenn nicht immer die gleichen Stellen der Schraube maßgeblich sind; zwischen zwei Messungen am Tester "gewackelt" wird.

Wichtig ist auch eine gleichmäßige Helligkeit der LED so +/- 0,1 mm links und rechts entlang der Kante. Der Rest von der LED trägt im entscheidenden Moment nicht zum Schattenbild bei. Im Grunde ist es die hinterleuchtete Klingenkante selbst, die das Schattenbild "erzeugt", weniger die LED. Da muss man dann schon ein wenig drauf achten, dass man nicht die "Glühwendel" der LED genau an der Kante hat, sondern dass der Lichtaustritt mattiert ist, sonst hat man Helligkeitsschwankungen/Artefakte und sieht einen Asti, den es vielleicht gar nicht gibt.

Hier mein alter Tester:

oben rechts: die Schraube zum Hinkippen/Hineinschieben der Klinge auf die opt. Achse

unten links: Klinge und im Holzblöckchen die 3mm LED

unten rechts:

M6 Schraube mit zwei Blechplatten am Holzblock als Mutter, die ich "verspannen" kann.

Meine Rundskala hat leider in die falsche Richtung gezählt. Ich musste daher den Ablesewert immer 100 minus Wert nehmen.

Eine Feder sorgt dafür, dass der Schlitten immer an der Stell- und Messschraube anliegt.

Im Vordergrund eine Stellschraube zur Justage des Testers, damit die Klinge senkrecht zur opt. Achse gebracht werden kann. Dazu hab ich am Spiegelteststand seitlich ein Zielkreuz gehabt (Offset zur Spiegelmitte passend zur Klinge), das ich mit Blick über die Testerbasis anvisieren konnte.

Moin Jens,

Zitat

Ist Freecad zur Simulation von optischen Tests geeignet?

Das kommt drauf an...

In FreeCad wird versucht über die verschiedenen Workbenches/Plugins verschiedene Funktionen rund um Konstruktion zur Verfügung zu stellen.

Das bitte immer im Hinterkopf behalten. Im Mittelpunkt soll etwas konstruiert werden.

So hat man eben Arbeitsbereiche, die fertige Teile, wie Schrauben und Muttern bereitstellen um das Konturieren zu vereinfachen.

Die Optics-Workbench z.B. kann auf einfachem Weg Strahlengänge simulieren.

Für alle, die es nicht kennen, man kann Flächen in der Konstruktion als reflektierend kennzeichnen und Lichtquellen verschiedener Art setzen.

Dann sieht man wie der Lichtweg ist.

Ich nutze das z.B. bei der Planung von Dobson Teleskopen oder wie letztens bei meinem Interferometer.

So kann man Abstände wunderschön bestimmen.

Es ist natürlich auch möglich sowas einfach als Hilfslinien einzuzeichnen .
Das reicht aber nur für das Bestimmen von Abständen.

Wenn diese Workbench nicht reicht, kann, wer die Skills hat, per Python einbauen, was die Kreativität und Zeit hergeben.

Will man jetzt z.B. Optiken selbst rechnen, ist FreeCad aber mit Sicherheit das falsche Programm!

Da gibt es darauf spezialisierte Software.

Für den ATM-Bereich, denke ich, helfen die Optics-Workbench für die Simulation der Lichtwege, egal in welcher Konstruktion.

Mehr aber auch nicht. Dazu habe ich auch schon die thermische Berechnung verwendet um die Heizung am Fangspiegel zu simulieren oder die statischen für Durchbiegung und so Zeug.

Gruß, Marcel

Hallo zusammen,

ein Punkt noch mit der Optics Workbench: sie erlaubt noch keine Defintion von teildurchlässigen Oberflächen. Damit entfällt schon mal die komplette Modellierung eines Strahlteilers.

Man kann sich aber mit einem mehrstufigen Modell behelfen und einmal nur ein Prisma verwenden (Totalreflexion an der Hypothenuse) und einmal beide (nur Beugung).

Wie Marcel schon geschrieben hat, die Workbench ist kein Designtool für optische Systeme (noch nicht), aber ein sehr praktisches Hilfsmittel, um optische Elemente korrekt platzieren zu können.

Herzliche Grüsse Robert