CN112818570B - 光学镜镜面的面形计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光学镜镜面的面形计算方法，包括：S1、通过三维建模软件建立光学镜组的三维模型；S2、通过三维建模软件中的有限元仿真模块对三维模型进行前处理及有限元仿真计算，获得每一种载荷工况条件下的镜面的面形节点坐标和面形节点位移值，并导出为多个独立的计算结果文件；S3、将多个计算结果文件的格式修改为符合面形计算要求的格式；S4、对多个修改格式后的计算结果文件中的镜面面形进行拟合计算，获得多个面形结果；S5、对多个面形结果进行整理，输出一个结果文件。利用本发明能够实现镜面设计的自动化，提高单次仿真计算及结果后续处理的工作效率，减少设计人员在低效工作中的精力及时间消耗，减少工作中由重复复杂操作造成的失误。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜面设计技术领域，特别涉及一种光学镜镜面的面形计算方法。
背景技术
空间相机是人们采集数据的一种手段。随着人们对气象、资源、环境、军事侦察和天文观测的需求提高，空间相机的设计要求也在不断提高。空间相机由多***组成，其中，光学***是是空间相机最为重要的组成部分。光学***由多块反射镜和投射镜及相关支撑结构构成。由于空间相机特殊的工作环境，地面到太空的重力变化以及***中温度的变化，都会对镜面面形产生巨大的影响。故在设计过程中，镜子及相关支撑结构在有无重力、温度变化情况下的面形变化需要仔细考虑并进行计算。
依托于计算机科学技术的发展和有限元计算原理的普及，结构的有限元仿真软件愈发的增多，传统的有限元分析计算软件，如ANSYS、ABAQUS、Patran/Nastran等都在扩展自己的有限元仿真领域，同时，又出现了很多新兴的有限元分析计算软件，如三维建模软件UG、Solidworks等也加入了有限元仿真模块。对于相对简单的静力学结构分析以及添加热应力的结构分析，上述这些有限元软件的计算结果都是准确可靠的。因此，目前来说，相当一部分的相关设计人员，是在采用UG软件进行三维建模后，直接采用UG软件中的有限元分析模块进行结构的有限元仿真计算。而后将有限元仿真计算结果进行导出。导出的结果文件为.xlsx文件，之后手动对文件内容进行复制、粘贴和修改，最后完成符合面形计算软件所需要的文件格式，之后导入面形计算软件进行面形拟合。
而在设计阶段，严苛的光学精度要求使得整个设计过程需要进行多次计算和迭代优化。在实际设计过程中，需要考虑沿光轴、垂直光轴以及常温、升温和降温的多种组合载荷工况条件下的镜面变形问题，人工操作复杂且次数多，非常容易使研发人员疲劳，耗时长并且容易出错。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，为了解决传统的镜面面形设计方法存在人工重复操作导致易出错、耗时长、效率低的问题，提出了一种新的光学镜镜面的面形计算方法。
本发明提供的光学镜镜面的面形计算方法，包括以下步骤：
S1、通过三维建模软件建立光学镜组的三维模型；
S2、通过三维建模软件中的有限元仿真模块对三维模型进行前处理及有限元仿真计算，获得每一种载荷工况条件下的镜面的面形节点坐标和面形节点位移值，并导出为多个独立的计算结果文件；
S3、将多个计算结果文件的格式修改为符合面形计算要求的格式；
S4、对多个修改格式后的计算结果文件中的镜面面形进行拟合计算，获得多个面形结果；
S5、对多个面形结果进行整理，输出一个结果文件。
优选地，对三维模型进行前处理，包括如下步骤：赋予材料属性、划分有限元网格、添加载荷工况条件。
优选地，对三维模型进行有限元仿真计算，包括多种载荷工况条件下重力和温度数值的计算。
本发明能够取得以下技术效果：
在不修改及影响原有软件的情况下，读取三维建模软件导出的多个计算结果文件，输出为符合面形计算软件格式要求的文件，并自动调用面形拟合软件完成多个载荷步面形的计算，再调用结果整理软件对面形结果整理输出为一个文件，从而实现镜面设计工作的自动化，提高单次设计仿真计算及结果后续处理的工作效率，减少设计人员在低效工作中的精力及时间消耗，减少工作中由重复复杂操作造成的失误。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的光学镜镜面的面形计算方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
针对UG三维建模软件进行有限元仿真计算后导出的结果文件为后缀名为.xlsx的文件，不符合面形计算软件所需要的文件格式，需要手动进行复制、粘贴和修改的问题，本发明提供的光学镜镜面的面形计算方法通过读取UG三维建模软件导出的多个结果文件，输出为符合面形计算软件格式要求的文件，可以代替手动对结果文件进行复制、粘贴和修改的步骤，避免减少设计人员在低效工作中的精力及时间消耗，减少工作中由重复复杂操作造成的失误。
参考图1所示，本发明实施例提供了一种光学镜镜面的面形计算方法，包括如下步骤：
步骤1、通过三维建模软件建立光学镜组的三维模型。
该三维建模软件指的是UG三维建模软件，如果光学镜组的三维模型由Solidworks等三维建模软件建立，则在经过有限元仿真计算后，导出的结果文件格式为对应三维建模软件的格式。下面以UG三维建模软件为例进行说明，其它三维建模软件同理可得。
步骤2、通过三维建模软件中的有限元仿真模块对三维模型进行前处理及有限元仿真计算，获得每一种载荷工况条件下的镜面的面形节点坐标和面形节点位移值，并导出为多个独立的计算结果文件。
由于UG三维建模软件自带有限元仿真模块，因此，不必再调用外部的有限元分析软件，可以直接调用内部的有限元仿真模块对光学镜组的三维模型进行前处理及有限元仿真计算，获得每一种载荷工况条件下的镜面的面形节点坐标和面形节点位移值，将每一种载荷工况条件下的镜面的面形节点坐标和面形节点位移值导出为一个excel格式的计算结果文件，计算结果文件的后缀名为.xlsx。
调用有限元仿真模块对三维模型进行前处理，可以包括赋予材料属性、划分有限元网格、添加载荷工况条件等处理步骤。
在对三维模型进行前处理后，需要对三维模型进行有限元仿真计算。例如：包括对多种载荷工况条件下重力和温度数值的计算，获得每一种载荷工况条件下的镜面的面形节点坐标和面形节点位移值。
步骤3、将多个计算结果文件的格式修改为符合面形计算要求的格式。
由于计算结果文件为excel格式，需要对其进行修改转换为符合面形计算要求的格式。
为了避免手动对计算结果文件进行复制、粘贴和修改，本发明通过调用格式修改软件的方式对计算结果文件的格式进行修改。例如：基于MATLAB进行编程，并形成UG一键处理的exe运行文件，通过调用exe运行文件，逐个读取excel的xlsx文件，并在读取每个文件后分别输出镜面的面形节点坐标和面形节点位移值，输出的格式同面形自动计算要求的文件内容格式一致。
在实际操作中，当UG三维建模软件导出计算结果文件后，仅需要双击启动exe运行文件，就可以自动运行，设计人员无需介入即可完成后续低效操作，减少低效操作对设计人员的负担。
由于不同项目的特殊性，所需计算的工况及数量有所不同。exe运行文件的一键计算过程中可以根据输入的文件参数自动完成工况数量的适配。
步骤4、对多个修改格式后的计算结果文件中的镜面面形进行拟合计算，获得多个面形结果。
本发明通过调用外部程序的方式自动逐次处理每种载荷工况条件下的仿真结果文件。
例如：调用面形拟合软件自动对每个仿真结果文件中所对应的载荷工况条件下镜面的面形进行拟合计算，最后获得多个面形结果，每一个面形结果对应镜面的一种载荷工况。
步骤5、对多个面形结果进行整理，输出一个结果文件。
本发明通过调用外部程序的方式自动对多次拟合得到的面形结果进行整理。例如：调用结果整理软件自动将多个面形结果进行整理，一并输出为一个结果文件，该结果文件存储的是多个载荷工况的镜面。
传统的方法只能将每种载荷工况的镜面单独存储，即一个镜面的一种载荷工况存储为一个面形结果，会大量占用计算机的硬件资源，而本发明将多种载荷工况条件下的镜面拟合得到的面形结果存储为一个文件，可以节省所占用的计算机硬件资源。
本发明在不修改及影响原有软件的情况下，通过调用二次开发文件完成一个三维模型的多个载荷工况计算，并输出每个载荷步的面形节点位移值，再通过调用面形拟合软件自动完成多个载荷步面形的计算，最后调用结果整理软件，将面形结果整理为一个文件进行输出，从而实现镜面设计工作的自动化，以提高单次设计仿真计算及结果后续处理的工作效率，减少设计人员在低效工作中的精力及时间消耗，减少工作中由重复复杂操作造成的失误。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (3)
1.一种光学镜镜面的面形计算方法，包括如下步骤：
S1、通过三维建模软件建立光学镜组的三维模型；
S2、通过所述三维建模软件中的有限元仿真模块对所述三维模型进行前处理及有限元仿真计算，获得每一种载荷工况条件下的镜面的面形节点坐标和面形节点位移值，并导出为多个独立的计算结果文件；
其特征在于，还包括如下步骤：
S3、将多个计算结果文件的格式修改为符合面形计算要求的格式；
S4、对多个修改格式后的计算结果文件中的镜面面形进行拟合计算，获得多个面形结果；
S5、对多个面形结果进行整理，输出一个结果文件。
2.根据权利要求1所述的光学镜镜面的面形计算方法，其特征在于，对所述三维模型进行前处理，包括如下步骤：
赋予材料属性、划分有限元网格、添加载荷工况条件。
3.根据权利要求1所述的光学镜镜面的面形计算方法，其特征在于，对所述三维模型进行有限元仿真计算，包括多种载荷工况条件下重力和温度数值的计算。
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