Déformation miroirs ou lentilles dans leur barillet

[Pascal C03 4 055]

Le 13/04/2020 à 08:59, CPI-Z a dit :

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)

 

Si j'ai bien compris les hypothèses géométriques...

 

Traitement demi pièce : problème symétrique

Vision 30° / au plan horizontal

éléments paraboliques taille maille(s)/ flèche(s) : 5/0.5 ; 1.5/0.15 (ratio taille de maille/taille de flèche = 10)

jeu radial pour la touche latérale : 0.002 mm

jeu radial pour la butée basse : 0 mm

Limite de l'étude : les appuis ont une rigidité infinie.

 

 

 

 

Visée zénithale

2 coupes possibles

 

 

 

 

 

 

 

Calcul sur butées matérielles (plastique E = 2200 MPa)

Les valeurs de déformations sont des valeurs moyennes avec la seule composante verticale

Déformation d'une butée

 

Déformation de la lentille en vision zénithale

 

Modifié 21 avril 2020 par Pascal C03

[mouk mouk 3]

Pascal,

 

sais tu extraire sous CATIA les déplacements des points de la surface? Cela permettrait ensuite de se rattacher aux zernikes comme expliqué auparavant.

[Pascal C03 4 055]

Il y a 2 heures, mouk mouk a dit :

les déplacements des points de la surface?

 

Je ne sais pas. J'ai vu des calculs MEF associés à des surfaces. Pour l'instant, j'ai bien d'autres priorités.

 

Je trouve assez peu pertinent d'accorder un grand poids à ces résultats et de vouloir ensuite enchainer sur des calculs d'optique.

J'ai tendance à penser : les déformations selon l'axe optique sont de l'ordre de 70 nm.

Ils sont intéressants pour comparer des solutions entre elles sous conditions que les modélisations soient issues du même protocole.

 

Quand je vois les modélisations d'un miroir "complet", la question qui me vient est : comment la rotation du miroir autour de son axe est-elle arrêtée au niveau des conditions aux limites ? Même question pour les appuis. Un décollement des noeuds / aux appuis non ponctuels est-il possible ?

 

[CPI-Z 1 222]

Il y a 7 heures, chonum a dit :

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.

Chonum c'est bien de confirmer ce que j'ai écrit à savoir qu'un miroir fin génèrent de l'astigmatisme et du trefoil. Et tu l'a confirmé en image par des exemples.

 

Cependant ce serait sympa de ne pas déformer mes propos. Il semble que tu n'as pas compris la méthode des 90° (comme d'autres d'ailleurs). L'orientation de l'astigmatisme "pas tout à fait à 90°" n'a rien a voir avec le sujet ou son orientation.

Si tu ne retrouves pas pour chaque rotation le même astigmatisme, c'est que ton miroir n'est pas bon, sa révolution circulaire n'est pas parfaite, il a de l'astigmatisme propre qui s'ajoute à l'astigmatisme induit par le banc. Et donc selon l'angle ils peuvent s'ajouter ou au contraire se soustraire.

Non la méthode connue que j'ai rappelé plus haut, consiste à justement supprimer l'astigmatisme induit par le banc et non celui propre au miroir qui existera toujours. Idem pour les trefoils induit par le banc tout en laissant le trifoil propre au miroir. En résumer c'est supprimer les défauts induits du banc pour retrouver uniquement les défaut propres du miroir.

Voici les extraits des aides d'OpenFringe et de DFTFringe qui décrit la méthode. Elle est logique mathématiquement et on peut la vérifier par simple simulation.

 

[CPI-Z 1 222]

Il y a 6 heures, Pascal C03 a dit :

Limite de l'étude : les appuis ont une rigidité infinie.

Pascal je vois pas ce que tu as voulu dire ou démontrer ...

En tous le cas on ne travaille de la même manière. Utiliser des symétries économise du temps de calcul (habitude BE probablement), mais utiliser des appuis rigides ou collés (qui plus est ponctuels sur des nœuds) n'est pas une solution représentative d'appuis réels "glissants" sur une zone ...

 

Perso j'utilise des petites volumes qui par opération booléenne avec l'objet principal permet d'isoler les zones d'appuis et de les choisir pour positionner localement les contraintes.

De plus dans le référentiel de base s'arranger pour que le blocage se fait normalement à la surface. Par exemple pour la face arrière d'un miroir placer horizontalement, bloquer uniquement la translation Z et Rot Z.

Après pour l'inclinaison du miroir par rapport au zénith, modifier la direction de l'accélération de la pesanteur plutôt que d'incliner le miroir. Cela permet de mieux voir la déformation de la normale à la surface puisque X et Y n'ont que peut d'intérêt, seule Z le déplacement normal à la surface peut être considéré comme la déformation du miroir.

 

Après dans la version 0.18 il existe la contrainte entre surfaces d'objets "Creates a FEM constraint for contact between faces". Mais je ne sais encore pas les utiliser, FreeCad est tellement complet ... et comme tout le monde j'ai mes limites.

[CPI-Z 1 222]

Il y a 5 heures, mouk mouk a dit :

sais tu extraire sous CATIA les déplacements des points de la surface? Cela permettrait ensuite de se rattacher aux zernikes comme expliqué auparavant.

Sous CATIA je ne sais pas, mais dans l'exportation du fichier.vtK précité de FreeCad, il y a bien tous les déplacements des points dont ceux de la surface.

[maire 251]

Je ne sais pas si on parle de la même chose mais j'ai souvenir qu'une personne avertie m'a donné une info que le miroir ne devait pas riper vers le bas sur son support latéral de plus de 3 microns pour un miroir primaire de 600mm. On doit pouvoir retrouver cela dans les archives de ce forum. Parlons pratiques. Avec un comparateur haute précision que j'ai encore.. (Le T600 je ne l'ai plus). Une graduation correspondait à 2 microns. Quand je penchais le T600 vers l'horizon j'avais exactement ceci... allez au mieux 2 graduations soit 4 microns, donc 1 microns de trop... enfin on est dans le domaine d'incertitude. La collimation provoquait une sorte de trefoil à l'oculaire (enfin les nuits de bonne turbulence on pouvait l'observer...). La manip consistait alors à décontraindre gentiment le miroir des supports latéraux avant de commencer les observations proprement dites. Et à faire plusieurs fois dans la nuit pour le décontraindre thermiquement... Donc la modélisation c'est intéressant pour se muscler le cerveau mais les limites pratiques,  elles sont parfois rédhibitoires ...

[christian viladrich 7 670]

Il y a 1 heure, CPI-Z a dit :

Il y a 10 heures, chonum a dit :

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.

Chonum c'est bien de confirmer ce que j'ai écrit à savoir qu'un miroir fin génèrent de l'astigmatisme et du trefoil. Et tu l'a confirmé en image par des exemples.

 

Ce qui m'ennuie dans cette histoire, c'est que d'un côté les simu disent que si le miroir est à 90° (donc sur la tranche), il n'y a pas d'astig, mais ... quand on le mesure dans cette situation, et bien il y a de l'astigmatisme

Ou alors, il y a une sensibilité énorme aux paramètres (angle et position des contacts). C'est à dire que dès qu'il y a 10 microns d'erreur sur la position des contacts, alors il y a de l’astigmatisme ?

 

Bref ... ce n'est pas clair. Et la discussion entre théorie et la réalité est intéressante

Modifié 21 avril 2020 par christian viladrich

[Pascal C03 4 055]

il y a 24 minutes, CPI-Z a dit :

Utiliser des symétries économise du temps de calcul

 

Cela permet surtout de créer des limites de domaine en terme de l'isostatisme du solide étudié. Donc d'éviter tout blocage qui nuirait à la bonne représentation de la réalité.

Pas besoin de bloquer en z les rotations par exemple. D'ailleurs je suis sceptique sur les blocages de rotation. On ne bloque pas les rotations d'un nœud.

 

il y a 30 minutes, CPI-Z a dit :

bloquer uniquement la translation Z

 

Cela veut dire que tous les nœuds de la zone d'appui sont contrains à ne pas se déplacer en z ce qui n'est pas le reflet de la réalité...

Il peut y avoir bascule de la matière et soulèvement d'une partie du verre de la zone d'appui. Ce que l'on voit apparaitre sur le calcul en assemblage sur la photo 5 même si ce n'est pas énorme.

Catia permet l'utilisation de pièces virtuelles pour figurer les liaisons avec les pièces en contact. Tous mes contacts ici sont fait par des PV ce qui me permet de gérer un jeu sur les cales de centrage et d'avoir un glissement des nœuds de la pièce calculée avec ceux de la pièce virtuelle. Hélas, si Nastran permet de régler le paramètre de rigidité de la PV, Catia ne le peut pas dans sa version 5.

 

il y a 40 minutes, CPI-Z a dit :

seule Z le déplacement normal à la surface peut être considéré comme la déformation du miroir.

Pour le cas étudié, il n'y a pas beaucoup d'écart, qq nanomètres. je me méfie des généralisations.

 

Mais c'est difficile de parler de tout ça sur un forum astro

 

 

 

il y a 11 minutes, christian viladrich a dit :

Ce qui m'ennuie dans cette histoire, c'est que d'un côté les simu disent que si le miroir est à 90° (donc sur la tranche), il n'y a pas d'astig, mais ... quand on le mesure dans cette situation, et bien il y a de l'astigmatisme

 

C'est le début de mon cours. C'est le monde réel qui a raison, pas les simulations.

[chonum 976]

1 hour ago, CPI-Z said:

Cependant ce serait sympa de ne pas déformer mes propos. Il semble que tu n'as pas compris la méthode des 90° (comme d'autres d'ailleurs). L'orientation de l'astigmatisme "pas tout à fait à 90°" n'a rien a voir avec le sujet ou son orientation

En fait je rebondissais sur ce que disait Christian, pas sur ton poste.

 

Ceci dit la méthode de mesurer sur différents angles de portage ne règle pas le fait que les borosilicates ne sont pas isotropes car ils se déforment différemment selon l'orientation.

 

[christian viladrich 7 670]

il y a 3 minutes, Pascal C03 a dit :

 

 

il y a 15 minutes, christian viladrich a dit :

Ce qui m'ennuie dans cette histoire, c'est que d'un côté les simu disent que si le miroir est à 90° (donc sur la tranche), il n'y a pas d'astig, mais ... quand on le mesure dans cette situation, et bien il y a de l'astigmatisme

 

C'est le début de mon cours. C'est le monde réel qui a raison, pas les simulations.

 

Merci de me l'apprendre Pascal

 

Une fois que l'on a dit cela, on peut aussi essayer de creuser pour identifier d'où vient la discordance. C'est comme cela que l'on progresse, non ? Est-ce que la position des deux appuis est hypersensible ? Non isotropie du matériau dont l'effet serait plus important dans ces conditions ? Autre chose ?

 

S'il y a une différence aussi grande entre théorie et observation quand le miroir est sur la tranche, cela pose la question du support du miroir à forte inclinaison (mettons 30°). Les utilisateurs de Dobson qui ont des miroirs de 8% d''épaisseur nous disent que tout va bien. Est-ce vraiment le cas ? Les essais de Lockwood semblent plutôt indiquer qu'il y a un gros problème et que la question des supports latéraux est tout sauf simple..

 

Bref, tant que le miroir pointe au zénith tout va bien, mais quand il s'incline on commence à ne plus savoir ce qui se passe. Il y a peut être un sujet à creuser par les gens qui savent faire.

[Pascal C03 4 055]

il y a 3 minutes, christian viladrich a dit :

Merci de me l'apprendre Pascal

 

Ce n'est pas par rapport à toi mais à des jeunes qui sont tellement dans le monde virtuel qu'ils iraient sans problème dire ensuite à un client "que ce n'est pas possible que cela se soit cassé" puisque le calcul démontre le contraire...

Maintenant si c'est anisotrope, Catia doit savoir gérer mais je sors de mon pain quotidien. Il faudrait que j'encadre des thésards pour me frotter à ce genre de difficultés !

[CPI-Z 1 222]

il y a 52 minutes, christian viladrich a dit :

Ce qui m'ennuie dans cette histoire, c'est que d'un côté les simu disent que si le miroir est à 90° (donc sur la tranche), il n'y a pas d'astig, mais ... quand on le mesure dans cette situation, et bien il y a de l'astigmatisme

Ou alors, il y a une sensibilité énorme aux paramètres (angle et position des contacts). C'est à dire que dès qu'il y a 10 microns d'erreur sur la position des contacts, alors il y a de l’astigmatisme ?

 

Bref ... ce n'est pas clair. Et la discussion entre théorie et la réalité est intéressante

Faut-donc préciser ... On n'a pas dit qu'un miroir sur la tranche n'a pas d'astigmatisme, mais juste qu'en position bien verticale sur son COG c'est là qu'il est minimal. Et pour un miroir mince dès que l'on s'écarte cela va très vite.

De plus tu comprends bien qu'un disque de verre à face parallèles en position verticale sur la tranche, se déforme très faiblement (juste son "tassement"). Par contre un miroir concave à une forme en "C", il a une cambrure générale, donc forcement même à la verticale il se plie générant de l'astigmatisme dépendant entre autres de sa géométrie donc de son F/D.

[christian viladrich 7 670]

il y a 18 minutes, CPI-Z a dit :

Faut-donc préciser ... On n'a pas dit qu'un miroir sur la tranche n'a pas d'astigmatisme, mais juste qu'en position bien verticale sur son COG c'est là qu'il est minimal. Et pour un miroir mince dès que l'on s'écarte cela va très vite.

De plus tu comprends bien qu'un disque de verre à face parallèles en position verticale sur la tranche, se déforme très faiblement (juste son "tassement"). Par contre un miroir concave à une forme en "C", il a une cambrure générale, donc forcement même à la verticale il se plie générant de l'astigmatisme dépendant entre autres de sa géométrie donc de son F/D.

 

Si on prend la simu du miroir 450 mm F/4.5 (qui est concave puisqu'il est à F/4.5 ), on trouve :

- une déformation de 0.8 nm rms d'après Edge Support Calculator

- une déformation de 26 nm PTV selon tes simu (ce qui me parait plus raisonnable).

 

Mais les mesures de Fred montre sur son premier miroir (300mmF/5), une déformation de 200 nm PTV dûe au fait que le miroir est posé sur la tranche.

Entre 26 nm et 200 nm, je dirais qu'il y a un gap non négligeable

 

C'est ce gap énorme qui m''interroge. Comme dirait l'autre, il y a une discrepency quelque part ... Il peut y avoir bien sûr une différence entre la façon dont on modélise les points de contact et le montage réel. Il peut aussi y avoir une anisotropie du matériau (mais normalement, les verres sont recuits de chez recuit, ou alors c'est du verre à vitre). 

 

Ce serait intéressant par exemple de voir ce qui ce passe si on avance les points de contact d'un mm par rapport à la verticale du CG. Est-ce que cela joue ? Ou pas du tout ?

 

Cela étant, il faudrait aussi que je me plonge dans ces simu un jour, mais je n'ai pas trop le temps malheureusement. Aussi, on compte sur vous ... et merci de nous éclairer

[CPI-Z 1 222]

il y a une heure, Pascal C03 a dit :

Mais c'est difficile de parler de tout ça sur un forum astro

Oui surtout si le but recherché n'est pas seulement de démonter les Freewares .

Les frewares font des calculs justes avec certains algorithmes définis qui sont ce qu'ils sont, sur la base de données d'entrées elles définis par des utilisateurs "Free" aussi. L'important est de savoir lire et interpréter les résultats sans en extraire des mesures "absolues". Tout est dans l'analyse de la conception et l'interprétation ou l'analyse des résultats.

 

Dans les logiciel FEM pro, par exemple pour les pièces maitresses en aéronautique, toutes sont conçues et vérifier avec ces logiciels et par des experts. C'est pas pour autant que les tests réels ne sont pas réaliser et souvent des surprises arrivent à cette étape, de sorte que la modélisation doit être revue car malgré les coef de sécurité certains points n'avaient pas étés vus. Il en résulte que des procédures rigoureuses de suivi de ces pièces maitresses doivent être mis en place.

 

Dans le cas astro des miroirs, si les déformations sont quantifiés à 10% ou 20% d'erreur, pour moi c'est déjà très significatif (25nm ce n'est pas 50nm). Et pouvoir transposer une surface déformée par calcul FEM en simulation optique c'est là le plus que j'ai proposé à tous.

[AlSvartr 2 925]

Je n'ai pas trop d'expertise dans les simu en éléments finis, mais dans le cas présent quel est l'impact de la finesse du maillage au niveau des points de contact sur le résultat? Comme les points de contact peuvent être très petit (ordre du mm?), est ce que le maillage ne doit pas être en conséquence du même ordre de grandeur pour bien appréhender le gradient de déformation? Désolé si la question est naïve

[CPI-Z 1 222]

il y a 3 minutes, AlSvartr a dit :

est ce que le maillage ne doit pas être en conséquence du même ordre de grandeur pour bien appréhender le gradient de déformation?

Pour moi la question n'est pas naïve. Si tu regarde mes images au niveau des surfaces de contact tu verras que le maillage devient très fin (presque noir vue la densité). Ce n'est pas de mon fait, c'est FreeCad qui l'augmente automatiquement.

[AlSvartr 2 925]

il y a 7 minutes, CPI-Z a dit :

Pour moi la question n'est pas naïve. Si tu regarde mes images au niveau des surfaces de contact tu verras que le maillage devient très fin (presque noir vue la densité). Ce n'est pas de mon fait, c'est FreeCad qui l'augmente automatiquement.

 

Ah oui en effet j'avais loupé ça. En revanche sur la face du primaire (ce que je regardais) le maillage reste assez large. Mais si c'est FreeCad qui trace la maillage automatiquement j'imagine que le rendre plus petit n'aide pas à grand chose (vu que c'est fait automatiquement sur la tranche).

 

En tout cas ce delta entre la théorie et les mesures est très intéressant!

Modifié 21 avril 2020 par AlSvartr

[CPI-Z 1 222]

Il y a 1 heure, chonum a dit :

Ceci dit la méthode de mesurer sur différents angles de portage ne règle pas le fait que les borosilicates ne sont pas isotropes car ils se déforment différemment selon l'orientation.

Donc utilisable qu'en monture azimutale et non en équatoriale.

 

Sacré chonum tu retombe toujours sur tes pattes

Mais si tu n'utilises pas la méthode des rotations et dérotations, tes mesures sur banc ne valent pas grand chose au moins sur l'astigmatisme et le tréfoil mesurés.

[Pascal C03 4 055]

il y a 17 minutes, AlSvartr a dit :

est ce que le maillage ne doit pas être en conséquence du même ordre de grandeur pour bien appréhender le gradient de déformation? Désolé si la question est naïve

 

Pas du tout naïve... La finesse de maillage doit être adaptée dans les zones de contact avec d'autres pièces ou zone d'application de pression... etc

On peut soit laisser le logiciel gérer le maillage soit le gérer manuellement, ce que je fais en général. J'aime bien savoir ce que je fais, pourquoi je le fais. Voir l'aspect du maillage dans la zone de transition.

 

Les freeware ne sont pas en question. Je reste très prudent sur la justesse des modélisations faites. En la matière, j'ai juste une expérience de prof et non d'expert ou de maitre... qui a vu des horreurs faites par des gens, juste avant qu'ils ne soient embauchés dans des BE  et des modélisations en BE pro qui me laissait parfois admiratif, parfois pantois.

Modifié 21 avril 2020 par Pascal C03

[CPI-Z 1 222]

il y a 2 minutes, AlSvartr a dit :

En revanche sur la face du primaire (ce que je regardais) le maillage reste assez large. Mais si c'est FreeCad qui trace la maillage automatiquement j'imagine que le rendre plus petit n'aide pas à grand chose

Si un maillage plus fin, normalement améliore la précision, mais allonge énormément le temps de calculs dans la mesure ou le PC suit ce qui n'est pas toujours mon cas.

Ce que j'ai pu constaté c'est qu'en passant par exemple de 2mn à 15mn de calcul dans l'exemple précité, la flèche est augmentée de 2 à 3nm pour 100nm.

[AlSvartr 2 925]

il y a 1 minute, CPI-Z a dit :

Ce que j'ai pu constaté c'est qu'en passant par exemple de 2mn à 15mn de calcul dans l'exemple précité, la flèche est augmentée de 2 à 3nm pour 100nm.

 

Ok en effet. Donc sauf à avoir des machine de courses ou de faire tourner pendant des plombes il est *possible* qu'on ne puisse pas atteindre un maillage suffisamment fin pour jouer avec les points de contact style roulette bien fines sur substrat bien rigide.

[chonum 976]

27 minutes ago, CPI-Z said:

Donc utilisable qu'en monture azimutale et non en équatoriale.

 

Sacré chonum tu retombe toujours sur tes pattes

Mais si tu n'utilises pas la méthode des rotations et dérotations, tes mesures sur banc ne valent pas grand chose au moins sur l'astigmatisme et le tréfoil mesurés.

 

Sauf qu'un miroir est rarement utilisé pour pointer à l'horizontal.

 

Je faisais des mesures à 0° et 90° et les mesures n'étaient pas systématiquement les mêmes coté astigmatisme comme je l'ai montré au dessus. Les fronts d'onde sans l'astigmatisme sont cohérents, mais l'astigmatisme ne l'est pas forcément. Et il est connu que malgré le recuit, les borosilicates laminés ont des sens de déformation privilégiés.

 

Personnellement je ne sais effectivement pas vraiment trancher sur l'astigmatisme d'un miroir en mesure à la verticale, encore que quand cela tourne vraiment bien avec, c'est assez trivial.

Et j'ai essayé plusieurs méthodes pour limiter l'astig, et les 2 points à 90° sont encore le moins pire, la sangle étant une catastrophe.

Le Haso ne me permet pas de retrancher des fronts d'onde à 0 et 90 du fait de l'échantillonnage, et j'évite de travailler en Zernikes avec ce genre de grande optique.

 

Mais qu'est ce qui me vaut cette agressivité CPI-Z ?

 

 

 

 

[Pascal C03 4 055]

il y a 19 minutes, chonum a dit :

les borosilicates laminés

 

Fred, comment les miroirs industriels sont-ils faits ?

Est-ce que le verre sort en produit plat et redécoupés ensuite ? (cela doit dépendre du diamètre ?

 

Le laminage me fait penser à des semis finis en métaux laminés. Où effectivement le matériau acier ou base alu ne sont pas isotropes.

 

[mouk mouk 3]

tous les blanks Schott en boro33 ne sortent pas d'un pain laminé et découpé dans la masse, notamment les blanks coulés directement selon une forme circulaire. Chonum, d'où tiens tu ces infos sur l'aspect anisotrope du borosilicate?

 

Par ailleurs, pourquoi dis tu que tu évites de travailler en modal (Zernikes) sur une grande optique? La décomposition d'une SFE en zernikes est indépendante de la taille de l'optique. Dans quel mode travailles tu dans ce cas? Zonal?