CPI-Z

Déformation miroirs ou lentilles dans leur barillet

Messages recommandés

Bonsoir à tous,

La déformation de miroirs ou de lentilles dans leur barillet est une sujet peu abordé. Pourtant dans les gros diamètres les déformations sont bien à prendre en compte. L’un des dernier post sur le sujet est là :

 

Plop est connu par les astro-amateurs mais travaille le verre dirigé vers le zénith, il faut lui adjoindre le plugin Z88 pour du 3D et voir ce qui ce passe le miroir incliné.

Plop donne la déformation du verre et non celui du front-d’onde réfléchi qui est 2x plus grand.

Il propose 2 choix, les supports collés (glued) ou les supports glissants avec une sangle (sling) portant sur le champ latéral du verre sur un angle choisi.

L’inclinaison du zénith (0°) à l’horizon 90° va de gauche à droite dans les vues et non de haut en bas.

Les gros avantages de Plop :

- c’est ses optimisations qui permettent de trouver le meilleur positionnement des supports fonction de paramètres d’entrée.

- la correction de la focalisation et du tilt (les refocus) sur le résultat optique.

 

Dans le post précité Jean Dijon a fourni (encore merci a lui) un fichier excel permettant d’évaluer la déformation de lentilles, là aussi dirigées vers le zénith et soutenues par le bord extérieur (non sur 3 cales à 120° comme dans beaucoup de montages classiques).

 

En résumé ces 2 versions permettent des évaluations mais dans des conditions prédéfinies qui ne correspondent pas forcément configuration d’utilisation réelle de l’optique.

 

J’ai donc cherché (en ce temps de confinement) s’il n’y avait pas d’autres softs gratuits plus libres en simulation de la déformation d’objet sous charge. Seul les calculs par éléments finis en 3D permettent cela, mais les softs pro coûtent une blinde.

Il y a bien RDM-6 (ou 7) de l’IUT du MANS qui permet une bonne initiation à la RDM mais il est orienté plutôt poutres. Pour un disque de verre il y a seulement le 2D.

Le hasard m’a conduit sur FreeCad 0.18, libre et complet et en français.

Après je n’ai rien trouver d’autre, il y a bien Z88 Aurora V5 mais là j’ai rien compris au mode d’emploi.

 

1 - Test comparatif

Sur un simple disque cylindrique de verre en Borofloat, diamètre 600mm épaisseur 50mm dirigé vers le zénith, appuis sur le périmètre. Faces planes et // équivalent à un très grand rayons.

 

Comparaison PTV :

- Plop 2D, 24 points « collés » sur le contour à 0,993 du rayon : 870,8 nm

- RDM-7 éléments finis en 2D : 864,5 nm

- Fichier.excel de jean dijon en 2D : 863,8 nm

- FreeCad-018 éléments finis 3D, appuis sur petit chanfrein de 2mm en contour : 884,38 nm (valeur abs) ou 857,09 nm en Z seul

Ces 4 résultats sont comparables et donc prometteurs.

Plop-2D-contour.PNG.b8b7a8a60e6599dc794bdea9c78ab09e.PNGPlop-Mesh-2D-contour.PNG.c827c81d16c8ba6fe330ab1ae2682f2f.PNG

RDM-7-contour.PNG.cba7578e5e775c795310b52ec31e5c29.PNG

FreeCad-0.18_1.PNG.0016e9328b78754e30a0fb0f19033ec1.PNG

 

2 - Second test comparatif

Même verre cylindrique mais sur 3 supports à 120° et à 0,663277 du rayon

Reste que Plop et FreeCad pour cette comparaison.

 

Comparaison PTV :

- Plop 2D : 388,5 nm Plop 3D Z88 : 389,4 nm

- FreeCad 3D, : 406,8 nm abs et 405,6 nm en Z

4% de différence donc comparable.

Cylindre_3plots.PNG.92081161e97a0e8834d96ee72eee0002.PNG  Cylindre_3plots_Z88.PNG.35f4bfece431a98f52be0b6aa6fcd212.PNG

FreeCad-3plots-1.PNG.da1396a7e6f16b180152d7fbc2679aa5.PNG

FreeCad-3plots-3.PNG.cd1fea0947e997037bae1c2a6e231d19.PNG

FreeCad-3plots-2.PNG.b24ca07db77c6a1331138fee5d58f806.PNG

 

3 - Troisième test comparatif

Test sur un miroir concave en Suprax, diamètre 400m épaisseur au bord 30mm F4 (R = 3200mm) (profondeur de l’évidement au centre : 6,26mm).

Miroir incliné à 85°, 3 support arrières à 120° proches du bord (0,9 x le rayon du disque) + 2 supports latéraux espacés de 90° pour éviter la chute vers le bas. Cette position correspond à ce que l’on retrouve sur un banc classique de contrôle de miroir.

 

Comparaison PTV :

- Plop 3D Z88 sangle sur 100°: 93,8 nm

- FreeCad 3D, : 93,7 nm

Là aussi peu de différence malgré la différence entre sangle et supports latéraux.

M400F4-plop-sling.PNG.12ed1ea74863b90bb68a2fefce1074b1.PNG

M400F4-avant.PNG.ebb3adb54127337e7d40e3c86cffd1bb.PNG

5e8ce45225c4f_M400F4-arrire.PNG.d92eef40d2229aded111b658272b1c2b.PNG

M400F4-profile.PNG.9cd69085b21838c06e24dd49a08a5f42.PNG

 

En résumé dans ces quelques exemples, les résultats sont proches, et en inclinaison utilisable que pour Plop et FreeCad (Plop étant une référence historique dans la déformée de miroirs).

Les softs de RDM (calculs par éléments finis en 3D) permettent d’obtenir le résultat de la déformée correctement, cependant FreeCad par exemple et gratuit, permet des configurations que ne peut reproduire Plop, en particulier pour des lentilles dans un barillet et en inclinaison.

 

Après le must serait de pouvoir (se qui me semble possible mais pas encore réalisé) extraire la surface déformée sous forme de nuage de point et le transformé en front-d’onde pour l’examiné optiquement, et ainsi l’analyser par exemple avec DFTFringe.

 

C’était donc un petit partage pour tous …

CPI-Z

 

Modifié par CPI-Z
  • J'aime 4
  • J'adore 1
  • Merci 4

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites

Post très intéressant. Merci !

La question de l'astigmatisme des miroirs minces quand on incline le miroir est un des sujets d'application, notamment en fonction du système d'appui latéral.

Je n'avais pas vu qu'il y avait maintenant un plug-in 3 D pour Plop.

Bref, un post précieux à conserver et qui ouvre des perspective intéressantes :)

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites

Ah oui très intéressant ce plugin, merci de nous en faire part avec cet exemple bien choisi,

upgradons nos plop qui sommeillent, ça nous donnera du fil à retordre en temps de confinement

la procédure que tu décris avec logiciel libres de surcroit est vraiment intéressante pour anticiper et concevoirvdes montages difficilement contrôlables optiquement (miroir plan par exemple)

Modifié par Rémi Petitdemange

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites
Il y a 2 heures, laurent bourasseau a dit :

as tu la  procedure pour joindre z88 a plop ? 

Tout est là:

http://www.skyinspector.co.uk/use-of-plop

 

et pour FreeCad :

https://wiki.freecadweb.org/Download/fr

 

et même Z88 Aurora :

https://en.z88.de/download-z88aurora/

 

Comme quoi Plop n'est pas mort vu vos réponses, mais pour des lentilles incurvées ou d'autres objets, Plop ne fonctionnera pas.

  • Merci 1

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites
Le 07/04/2020 à 22:41, CPI-Z a dit :

J’ai donc cherché (en ce temps de confinement) s’il n’y avait pas d’autres softs gratuits plus libres en simulation de la déformation d’objet sous charge. Seul les calculs par éléments finis en 3D permettent cela, mais les softs pro coûtent une blinde.

Il y a bien RDM-6 (ou 7) de l’IUT du MANS qui permet une bonne initiation à la RDM mais il est orienté plutôt poutres. Pour un disque de verre il y a seulement le 2D.

Le hasard m’a conduit sur FreeCad 0.18, libre et complet et en français.

 

Bonjour :)

Dans le post cité, j'avais communiqué de nombreux résultats de calculs MEF obtenus avec CATIA DS...  9_9

Véritable logiciel de calcul MEF de BE mais pas au niveau de Nastran par exemple qui lui permet de certifier des résultats.

J'attire l'attention sur le fait que les modélisations MEF sont très sensibles aux conditions aux limites et qu'il est rapide d'obtenir des résultats, résultats qui peuvent n'avoir que peu de rapport avec la réalité. :(

Il est nécessaire de connaitre les limites du logiciel, comment sont définis les fameux appuis*, comment l'isostatisme a été résolu, de quelle manière le maillage est calculé  et enfin quels sont les résultats que l'on observe : champ brut ou lissé... Bref, pas si simple. :ph34r:

 

En l'absence de certitude sur les valeurs de résultat, reste qu'il est intéressant de pouvoir comparer des solutions qui seraient calculées dans les mêmes conditions sans s'attacher aux valeurs numériques rattachées aux "couleurs".

 

*quels sont les degrés de liberté bloqués au niveau de la zone de contact...

 

vala vala, bonne réflexion à tous et..

Bon dimanche :)

  • J'aime 1

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites
Il y a 20 heures, laurent bourasseau a dit :

bjr 

est ce moi ou j ai l impression que plop a le haut a droite ? dans z88 bien sur 

Bjr, dans le tuto il est spécifié : L’inclinaison du zénith (0°) à l’horizon 90° va de gauche à droite dans les vues et non de haut en bas.

Pour moi le haut est à gauche et le bas à droite dans l'image Z88 de plop.

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites
Il y a 20 heures, Pascal C03 a dit :

J'attire l'attention sur le fait que les modélisations MEF sont très sensibles aux conditions aux limites et qu'il est rapide d'obtenir des résultats, résultats qui peuvent n'avoir que peu de rapport avec la réalité. :(

Il est nécessaire de connaitre les limites du logiciel, comment sont définis les fameux appuis*, comment l'isostatisme a été résolu, de quelle manière le maillage est calculé  et enfin quels sont les résultats que l'on observe : champ brut ou lissé... Bref, pas si simple.

Pascal C03 je suis entièrement d'accord avec toi, les freewares de simulation et dans chaque domaine, ne sont pas des logiciels pro qui permettent de certifier les résultats. Et j'ajoute que ces logiciels pro nécessitent aussi des utilisateurs certifiés (ayant la formation ad-hoc) ce qui constitue aussi le prix pro.

 

Cependant il existe des freewares de simulation bons, dans la mesure où l'utilisateur "libre" analyse et interprète les résultats correctement fonction des paramètres d'entrée.

 

Il y a 20 heures, Pascal C03 a dit :

En l'absence de certitude sur les valeurs de résultat, reste qu'il est intéressant de pouvoir comparer des solutions qui seraient calculées dans les mêmes conditions sans s'attacher aux valeurs numériques rattachées aux "couleurs".

ça c'est une idée super sympathique et très intéressante, je saute sur cette occasion pour te faire la proposition suivante, faire la simulation en statique d'une lentille cambrée avec ta version de CATIA DS... 

par exemple :

Matière BK7

densité : 2510 kg/m3

module Young : 8.2E+10 Pa

coef Poisson : 0.206

Forme lentille (signe positif égal sens lumière)

diamètre 150mm

face avant en haut : R1 = -1800mm (concave)

épaisseur au centre : 15mm

face arrière en bas : R2 = -522mm (convexe)

Supports

4 supports latéraux en croix (tous les 90°, 2 sur axe vertical et 2 sur axe horizontal); surface de contact des supports latéraux 10mm x 5mm centrés en hauteur sur le cylindre de la lentille,

3 supports arrières en triangle à 120° (1 sur l'axe vertical en haut, les 2 autres sur l'horizontale en bas); surface de contact sur la face arrière en périphérie à 1mm du bord, 10mm x 3mm en arc,

chaque zone support est glissant (non collé, appuis normal à la surface) ce qui devrait correspondre à un montage classique de lentille sans serrage et collage.

Orientations

0° : orienté vers le zénith

60° : orienté à 60° du zénith (à 30° de l'horizon)

 

Si aimablement tu acceptes de réaliser et publier tes résultats je montrerai les miens obtenus avec FreeCad. La comparaison devrait être instructive surtout qu'avec Plop on ne peut pas faire cette simulation.

 

Bien cordialement

CPI-Z

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites

Il semblerait que le sujet de la déformation des verres de nos télescopes, de nos miroirs ou lentilles sous leurs propres poids en barillets, n'intéressent pas beaucoup de personnes hormis quelques rares amateurs.
Pourtant pouvoir évaluer cet impact sur les images me semble important.

 

Plop donne "de belles couleurs" avec un PTV et un RMS sans pour autant révéler l’impact optique. En fait sa seule utilité et limite, est de pouvoir optimiser la position des supports arrières d’un miroir classique, outil que je n’ai pas trouvé ailleurs.

 

Le freeware FreeCad dans son atelier FEM permet d’aller beaucoup plus loin dans le calcul de la déformée 3D d’objet complexe. Alors pourquoi pas essayer d’aller encore plus loin et de voir si l’on pouvait évaluer l’impact réel sur le plan optique ?

Pour ce faire je suis parti d’un exemple tout simple, un classique miroir M150F4 (ROC 1200mm) et voir l’impact fonction de l’orientation du pointage du zénith à l’horizon.

 

FreeCad donne les déformées, la flèche ou le PTV, exemple à 45°.

5e9ad3442f27b_45.thumb.png.3051c5ebf19b3f29c7a138cffb224155.png

 

On peut exporter le modèle 3D en fichier.vtk qui pour info sont lisibles entre autres avec Bloc-notes ou NotePad.

En l’important dans Paraview un autre Freeware on peut mieux exploiter le modèle 3D. Extraire les points, déplacements et contraintes ou des vues, est plus commode.

Exemple au zénith 0° et à l’horizon 90°

5e9ad4048f30e_znith.png.5eb0a543b14d6c2610fd46b23117fa2d.png  horizon.png.ec04c8a8e4990c1f563787d2321724b8.png

 

Après quelques traitements, images avec Iris et conversion du fichier de données avec .excel pour une mise à l’échelle (on reste dans le domaine élastique donc les déformée restent proportionnelles), la face déformée est transformée en frond-d’onde, en fichier.wft exploitable avec le freeware d’analyse optique DFTFringe.

 

Là DFTFringe permet alors non seulement de retrouver la flèche donc le PTV de la déformée mais aussi d’obtenir les courbes de profiles, de décomposer la surface en polynômes de zernike correspondant aux différentes aberrations optique, de calculer la PSF et le RMS optique.

Dans l’exemple au zénith

0°-init.pdf

 

Dans cet exemple on observe qu’avec une flèche de 135,5 nm ce qui correspond au critère commerciale du PTV onde/4 sur l'onde, la PSF normalement circulaire est déjà bien dégradée sous forme d’un triangle et le rapport de Strehl théorique de 1 du miroir parfait de départ, est réduit à 0,89 soit de plus de 10%.

res.png.3d6a373cb969720f61315e875442bfe1.png

 

Par optimisation (suppression du focus et des tilts) le Strehl remonte à 0,958 mais pour autant la PSF reste bien triangulaire malgré le bon rapport de Strehl. 0°-opt.pdf
Ce petit exemple peut correspondre à ce qu’on observe souvent dans les Mak ou les Schmidt-cassegrain, le verre d’ouverture étant fixé en périphérie (même sans serrage abusif).

 

Pour info et sujet d'actualité, même miroir parfait et mêmes conditions mais en UV à 350nm pour Vénus, voici la PSF calculée :

350nm.PNG.c7fd74f2b60a3e3eb77cb46addcdb1ba.PNG

ce qui explique bien des images parfois décevantes en résolution, surtout qu'en réalité une optique de départ est imparfaite et donc d'autres défauts s'ajoutent ...

 

En résumer avec ces freewares on peut aller de l’avant, et encore merci à tous ces freewares.
Si vous avez des questions …

CPI-Z

Modifié par CPI-Z
  • J'aime 2
  • Merci 1

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites

Si, si, c'est très intéressant.:)

Un truc que je ne comprends pas :

- tous les tests réalisés par AiryLab avec des miroirs sur la tranche (support à deux points) montre de l'astigmatisme,

- en revanche, si on fait des simu avec ce soft, on ne voit pas trop de problème, même pour des miroirs minces :

http://www.cruxis.com/scope/mirroredgecalculator.htm

Il y a donc un truc quelque part...

Tu aurais moyen de voir ce que tu trouves pour un miroir de 45 cm pyrex de 8% d'épaisseur supporté par deux points placés de façon optimale ?

 

Pour les SC, je ne crois pas trop à l'explication que tu indiques. J'avais développé un peu plus, mais j'ai perdu tout mon message suite à une mauvaise manip :(

  • J'aime 1

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites

Bonjour

Je trouve ton étude très intéressante. La question posée par Christian m'intrigue également. 

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites
Il y a 4 heures, christian viladrich a dit :

Il y a donc un truc quelque part...

Tu aurais moyen de voir ce que tu trouves pour un miroir de 45 cm pyrex de 8% d'épaisseur supporté par deux points placés de façon optimale ?

Pour essayer de répondre j'ai fait une petite simulation seulement avec FreeCad (sans la simu optique derrière) à partir des données suivantes :

5e9b4cb8150d8_caractristiques.png.b0f944e689238dc160d18a904eb45fe3.png

On remarque que le  COG est à 16.49mm de la face arrière.

Le miroir est soutenu par juste 2 cales en bas à 90° sur la verticale du COG (+ 2 cales sur la face l'arrière) et une autre cale à l'arrière au milieu en haut.

Voici le résultat

5e9b4ce4b63bb_M450F4.5-3690.PNG.caefe75e8efed273985b07e32a3183b8.PNG

Sur l'axe Y perpendiculaire à la surface (axe optique) les déformées sont minimes, PTV environ 26 nm donc astigmatisme très faible.

La déformation est principalement axée sur Z.

 

Mais si l'on incline le miroir seulement de 5° de la verticale, alors :

5e9b4cce0a396_M450F4.5-3685.PNG.f4d5a6179126e2e0853a51f1d0aa6d6e.PNG

Là on est déjà proche de 130 nm en Y (ondes/4.3 sur le verre; onde sur 2.15 sur le front-d'onde). La pliure horizontale est bien là et donc il y aura un astigmatisme bien visible.

 

En résumé si les 2 appuis du bas sont parfaitement à la verticale du COG tout est bon, mais dès que l'on s'écarte ça monte très vite ...

Il faudrait un exemple avec des données précises pour voir si cela correspond à un cas réel et aller jusqu'à la simulation optique.

  • J'aime 1

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites

le supportage latéral des miroirs est très sensible à la position des points d'appui selon l'axe optique. Ils doivent être au mieux positionnés à la fibre neutre du miroir, c'est à dire coalignés avec le centre de gravité. Un léger écart en avant ou en arrière génère très vite de l'astig. Au second degré, l'inclinaison du miroir par rapport à la gravité joue aussi sur l'astig.

 

Dans le cas d'un banc de test, il faut évidemment avoir la connaissance exacte du miroir d'autocollimation utilisé, et idéalement soustraire sa carte WFE à la mesure.

 

Sympa l'enchainement CAO / Nuage de points / DFTF, merci pour les infos.

 

Alex

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites

Donc dès qu'on s'éloigne de la verticale, ça se déforme beaucoup plus. Intéressant. Sur mon banc de test, j'ai mis une inclinaison de 2,5° pour éviter de devoir mettre des cales de retenues devant les miroirs. Il faudrait que je réduise encore un peu l'inclinaison idéalement.

 

Une autre question que je me pose concernant les supports de tranche, c'est que se passe-t-il si on suspend le miroir par le haut ? ça devrait avoir tendance à le déplier non ?

Je pense à un système de support dans un télescope avec 2 cales en bas à 45° de part et d'autre de la verticale (support classique) auquel on ajouterait un système de traction venant tirer sur le haut du miroir pour le soulager d'une partie de son poids. On pourrait faire ça avec un plot de silicone, un câble et un contrepoids (avec ou sans levier) comme les supports astatiques de certains barillets.

 

  • J'aime 1

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites
il y a une heure, eroyer a dit :

Donc dès qu'on s'éloigne de la verticale, ça se déforme beaucoup plus. Intéressant. Sur mon banc de test, j'ai mis une inclinaison de 2,5° pour éviter de devoir mettre des cales de retenues devant les miroirs. Il faudrait que je réduise encore un peu l'inclinaison idéalement.

 

Oui, pour moi tu as tout compris. l'idéal étant 2 cales sur roulettes en bas à 45° dont l'axe de rotation est parallèle à l'axe optique. Les 2 points de contact doivent être pile sur la verticale du COD et le miroir bien vertical. Si le miroir est incliné vers l'arrière, alors le testé avec sont support arrière à 18 points ou autres (ne pas oublier les cales de retenues devant le miroir).

Suspendre le miroir me semble hyper compliqué sans vraiment résoudre le problème de la verticale. Et tout dépend aussi du creusement du miroir, sa flèche au centre, son F/D surtout s'il est très ouvert.

 

La bien meilleure solution est au moins de faire tourner le miroir de 90° sur lui même dans son support classique légèrement incliné, mieux sur les 4 x 90° des 360°, ou encore mieux tous les 45° sur les 360°.

Les couples 90° permettent de supprimer l'astigmatisme induit du support et le 180° le trefoi induit, avec la moyenne de ces front-d'onde.

Modifié par CPI-Z

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites

Je confirme qu'un miroir supporté sur 2 points à 90° (deux roulettes de roller sur le plan de gravité) génèrent un astigmatisme qui n'est pas tout à fait à 90°, et ensuite un trefoil en général.

 

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites

Voici par exemple un 400/4:

image.png.c63e63d6a3096ae626e0d46f0d2ad852.png

 

Et sans astig: 

 

image.png.f8eed519f6f13977fa4b72782f44b47f.png

 

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites

Et un 300/5 :

 

image.png.fca65bc152207acf62f1ed27f36d6974.png

 

image.png.75d459d82aba9ed4b1792acf4b1f2ae3.png

 

A noter que parfois, l'astig est aussi lié à un axe qui plie moins, cela provient selon moi du laminage de verre qui le rend pas totalement isotrope.

 

Le second miroir est une optique superlative :)

La première est pas mal aussi.

 

 

Modifié par chonum

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites

Une 350 à 0° puis après une rotation de 90°

Et sans astig.

 

Les deux miroirs au dessus étaient des SV/Michel Bonnin, celui ci est un Franck Grière.

Pas de jaloux.

 

 

 

 

 

Capture.PNG

Capture.PNG

Capture.PNG

Capture.PNG

Modifié par chonum

Partager ce message


Lien à poster
Partager sur d’autres sites

Créer un compte ou se connecter pour commenter

Vous devez être membre afin de pouvoir déposer un commentaire

Créer un compte

Créez un compte sur notre communauté. C’est facile !

Créer un nouveau compte

Se connecter

Vous avez déjà un compte ? Connectez-vous ici.

Connectez-vous maintenant