2020 2010 Manufacturing Requirements 2000 - PDF document

10/15/14 ¡ Freedom ¡of ¡Freeforms ¡ Current ¡Capabili8es, ¡Lessons ¡Learned ¡ and ¡Future ¡Opportuni8es ¡ Presented ¡By: ¡ Jessica ¡DeGroote ¡Nelson, ¡MaBhew ¡Brophy, ¡ Kate ¡Medicus, ¡Mark ¡Walters ¡and ¡Michael ¡ Mandina ¡ Presented ¡By: ¡ October ¡2014 ¡ Advancement ¡of ¡Precision ¡Op8cs ¡Manufacturing ¡ ¡ 2020 ¡ 2010 ¡ Manufacturing ¡Requirements ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 2000 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Pre-­‑1980 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡1990 ¡ ¡ ¡ Spherical ¡ ¡ ¡ ¡ Aspherical ¡ ¡ Freeform ¡ ¡ Tradi<onal ¡ Automated ¡ Rota<onally ¡ Aspherical/ ¡ ¡ Freeform ¡ ¡ ¡ Spherical ¡ Symmetric ¡ Freeform ¡ ¡ Processing ¡ Aspheres ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Complexity ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Next ¡ Grind ¡& ¡Polish ¡ CNC ¡Machining ¡ ¡ Mid-­‑spa<al ¡ Genera<on ¡ Methods ¡ ¡ ¡ ¡ Frequency ¡ Technologies ¡ ¡ Less ¡ Determinis<c ¡ Smoothing ¡ Dependent ¡on ¡ Polishing ¡ ¡ ¡ Ar<sans ¡ High ¡Precision ¡ S<tching ¡ ¡ ( λ /50) ¡ Design ¡flexibility ¡ Interferometry ¡ ¡ Aspheres ¡ Off-­‑axis ¡designs ¡ Compact ¡systems ¡ 2 ¡ “If ¡I ¡design ¡it, ¡can ¡you ¡really ¡make ¡it?” ¡ 3 ¡ 1 ¡

10/15/14 ¡ “If ¡I ¡design ¡it, ¡can ¡you ¡really ¡make ¡it?” ¡ • What ¡is ¡possible ¡today? ¡ − Where ¡to ¡start? ¡ − Current ¡manufacturing ¡and ¡tes8ng ¡process ¡ • Aspheres ¡ • Freeforms ¡ • Examples ¡ − Current ¡limita8ons ¡and ¡uncertain8es ¡ − First ¡draV ¡of ¡a ¡freeform ¡tolerancing ¡chart ¡ ¡ • What ¡will ¡be ¡possible ¡tomorrow? ¡ − Future ¡work ¡ 4 ¡ “If ¡I ¡design ¡it, ¡can ¡you ¡really ¡make ¡it?” ¡ • What ¡is ¡possible ¡today? ¡ − Where ¡to ¡start? ¡ − Current ¡manufacturing ¡and ¡tes8ng ¡process ¡ • Aspheres ¡ • Freeforms ¡ • Examples ¡ − Current ¡limita8ons ¡and ¡uncertain8es ¡ − First ¡draV ¡of ¡a ¡freeform ¡tolerancing ¡chart ¡ ¡ • What ¡will ¡be ¡possible ¡tomorrow? ¡ − Future ¡work ¡ 5 ¡ Great ¡ideas ¡can ¡start ¡on ¡the ¡back ¡of ¡a ¡napkin ¡ • Start ¡by ¡defining ¡the ¡surface ¡ • Op8cal ¡fabricators ¡need ¡a ¡ clear ¡descrip8on ¡of ¡the ¡ desired ¡final ¡op8c ¡ − Describe ¡the ¡Op8cal ¡Surface ¡ ¡ • Equa8on ¡ • Cloud ¡of ¡points ¡ • 3D ¡models ¡are ¡preferred! ¡ 6 ¡ 2 ¡

10/15/14 ¡ “If ¡I ¡design ¡it, ¡can ¡you ¡really ¡make ¡it?” ¡ • What ¡is ¡possible ¡today? ¡ − Where ¡to ¡start? ¡ − Current ¡manufacturing ¡and ¡tes8ng ¡process ¡ • Aspheres ¡ • Freeforms ¡ • Examples ¡ − Current ¡limita8ons ¡and ¡uncertain8es ¡ − First ¡draV ¡of ¡a ¡freeform ¡tolerancing ¡chart ¡ ¡ • What ¡will ¡be ¡possible ¡tomorrow? ¡ − Future ¡work ¡ 7 ¡ Current ¡op8cal ¡manufacturing ¡and ¡tes8ng ¡ processes ¡ Use ¡aspheres ¡as ¡a ¡baseline ¡to ¡start ¡the ¡discussion ¡ 8 ¡ Manufacturing ¡Aspheric ¡Surfaces ¡ • In ¡asphere ¡manufacturing, ¡historically ¡the ¡ga8ng ¡item ¡is ¡ the ¡metrology ¡ − Metrology ¡enables ¡determinis8c ¡correc8on ¡ − Can ¡measure ¡it ¡= ¡Can ¡make ¡it ¡ ¡ 9 3 ¡

10/15/14 ¡ 10 ¡ Manufacturing ¡Aspheric ¡Surfaces ¡ • In ¡asphere ¡manufacturing, ¡historically ¡the ¡ga8ng ¡item ¡is ¡ the ¡metrology ¡ − Metrology ¡enables ¡determinis8c ¡correc8on ¡ − Can ¡measure ¡it ¡= ¡Can ¡make ¡it ¡ ¡ 11 Manufacturing ¡Aspheric ¡Surfaces ¡ • In ¡asphere ¡manufacturing, ¡historically ¡the ¡ga8ng ¡item ¡is ¡ the ¡metrology ¡ − Metrology ¡enables ¡determinis8c ¡correc8on ¡ − Can ¡measure ¡it ¡= ¡Can ¡make ¡it ¡ ¡ • Departure ¡drives ¡process ¡selec8on ¡ 12 4 ¡

10/15/14 ¡ Manufacturing ¡Aspheric ¡Surfaces ¡ • In ¡asphere ¡manufacturing, ¡historically ¡the ¡ga8ng ¡item ¡is ¡ the ¡metrology ¡ − Metrology ¡enables ¡determinis8c ¡correc8on ¡ − Can ¡measure ¡it ¡= ¡Can ¡make ¡it ¡ ¡ • Departure ¡drives ¡process ¡selec8on ¡ Freeform ¡ $$$$ ¡ 13 Freeform ¡op8cs ¡manufacturing ¡similar ¡to ¡ high ¡departure ¡and ¡complex ¡aspheres ¡ • Freeform ¡shape ¡typically ¡ini8ated ¡at ¡genera8on ¡ • Measurement ¡is ¡also ¡ga8ng ¡item ¡ Complexity ¡increases ¡with ¡freeforms ¡ LiBle ¡to ¡no ¡symmetry ¡ Harder ¡to ¡manufacture ¡ Harder ¡to ¡measure ¡ Freeform ¡Manufacturing ¡Process ¡ Determinis8c ¡Figure ¡ VIBE ¡Smoothing ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ CNC ¡Generate ¡ Pre-­‑Polish ¡ Measurement ¡ Correc8on ¡ (If ¡Necessary) ¡ 14 ¡ CNC ¡genera8on ¡process ¡produces ¡freeform ¡ shape ¡with ¡minimal ¡surface ¡form ¡error ¡ Determinis8c ¡Figure ¡ VIBE ¡Smoothing ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ CNC ¡Generate ¡ Pre-­‑Polish ¡ Measurement ¡ Correc8on ¡ (If ¡Necessary) ¡ 15 ¡ 5 ¡

10/15/14 ¡ Pre-­‑polishing ¡required ¡to ¡remove ¡damage ¡while ¡ maintaining ¡freeform ¡shape ¡ VIBE ¡process ¡removes ¡ material ¡using ¡proprietary ¡ conformal ¡pad ¡technology ¡ Determinis8c ¡Figure ¡ VIBE ¡Smoothing ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ CNC ¡Generate ¡ Pre-­‑Polish ¡ Measurement ¡ Correc8on ¡ (If ¡Necessary) ¡ 16 ¡ Round-­‑Robin ¡ Measurements ¡of ¡ a ¡Toroidal ¡Window ¡ ¡ SPIE ¡Op8fab ¡2013 ¡ Kate ¡Medicus ¡ Sco] ¡DeFisher ¡ Marcin ¡Bauza ¡ Paul ¡Dumas ¡ Determinis8c ¡Figure ¡ VIBE ¡Smoothing ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ CNC ¡Generate ¡ Pre-­‑Polish ¡ Measurement ¡ Correc8on ¡ (If ¡Necessary) ¡ Excerpt ¡from ¡Medicus ¡et ¡al. ¡Op<fab, ¡2013 ¡ 17 ¡ 17 ¡ Measurement ¡methods ¡involved ¡in ¡the ¡first ¡ Round ¡Robin ¡Toroid ¡measurements ¡ ¡ Excerpt ¡from ¡Medicus ¡et ¡al. ¡Op<fab, ¡2013 ¡ 18 ¡ ¡ 6 ¡

10/15/14 ¡ Determinis8c ¡Figure ¡Correc8on ¡process ¡selec8on ¡ depends ¡on ¡material ¡and ¡part ¡geometry ¡ Devia<on ¡from ¡Nominal ¡ 10 µ m ¡ 0 µ m ¡ Determinis8c ¡Figure ¡ VIBE ¡Smoothing ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ CNC ¡Generate ¡ Pre-­‑Polish ¡ Measurement ¡ Correc8on ¡ (If ¡Necessary) ¡ 19 ¡ Freeform ¡Examples ¡ Fused ¡Silica ¡Conformal ¡Window ¡ Fused ¡Silica ¡Freeform ¡Arch ¡ 20 ¡ Fused ¡Silica ¡Conformal ¡Window ¡ Conformal ¡Window ¡ • 15 ¡x ¡15 ¡cm ¡window ¡ • 30 ¡cm ¡radius ¡in ¡one ¡axis ¡and ¡parabolic ¡ curve ¡along ¡perpendicular ¡axis ¡ Process ¡Flow ¡ 50 ¡micron ¡PV ¡form ¡error ¡ • Generate ¡ • VIBE ¡polish ¡ • Measured ¡with ¡Coordinate ¡Measuring ¡ Machine ¡(CMM) ¡ • Sub-­‑aperture ¡figure ¡correc8on ¡ 12 ¡micron ¡PV ¡form ¡error ¡ 21 ¡ 7 ¡

10/15/14 ¡ Fused ¡Silica ¡Freeform ¡Arch ¡ Freeform ¡Arch ¡ ¡ “Generic ¡Corrector ¡Op8c” ¡ • 62mm ¡tall, ¡30mm ¡wide, ¡ 6mm ¡thick ¡ • Side ¡1 ¡and ¡2 ¡described ¡by ¡ aspheric ¡equa8on ¡ Arrows ¡ Process ¡Flow ¡ correlate ¡data ¡ • Generate ¡ Convex ¡Surface: ¡10 ¡micron ¡PV ¡form ¡error ¡ • Pre-­‑polish ¡ • Measured ¡with ¡Coordinate ¡ Measuring ¡Machine ¡(CMM) ¡ • Sub-­‑aperture ¡figure ¡ correc8on ¡ ¡ 22 ¡ Freeform ¡Prism ¡ Freeform ¡Prism ¡ • Non-­‑rota8onally ¡ symmetric ¡freeform ¡ prism ¡ Process ¡Flow ¡ • Generate ¡ • Measured ¡with ¡ Coordinate ¡Measuring ¡ Machine ¡(CMM) ¡ • VIBE ¡polish ¡ • Measured ¡with ¡ Coordinate ¡Measuring ¡ Machine ¡(CMM) ¡ ¡ 23 ¡ Freeform ¡Prism ¡ Freeform ¡Prism ¡ • Non-­‑rota8onally ¡ symmetric ¡freeform ¡ prism ¡ Process ¡Flow ¡ • Generate ¡ • Measured ¡with ¡ Coordinate ¡Measuring ¡ Machine ¡(CMM) ¡ • VIBE ¡polish ¡ • Measured ¡with ¡ Coordinate ¡Measuring ¡ Machine ¡(CMM) ¡ ¡ 24 ¡ 8 ¡