基于单纯形法的光学产品模型优化方法及系统技术方案

基于单纯形法的光学产品模型优化方法及系统包括：对仿真模型结构参数进行多组数值初始化；将热载荷加至仿真模型中得到温度场分布信息；将结构载荷和温度场分布信息加至仿真模型中得到各个面型位移；据各个面型位移进行曲率拟合；对仿真模型进行光学分析获取成像质量评价分析结果；将各个面型的位移、拟合后光学曲率、成像质量评价分析结果代入评价指标代价函数获得性能评价指标；从多组性能评价指标中选出最优；判断最优性能评价指标是否满足要求，若是结束，否则将多组光学产品性能评价指标中最差的光学产品性能评价指标对应的结构参数舍弃掉、将其他组的结构参数代入单纯形法中训练获得更新结构参数；基于更新结构参数更新光学产品仿真模型。

Optimization method and system of optical product model based on simplex method

【技术实现步骤摘要】
基于单纯形法的光学产品模型优化方法及系统
本专利技术涉及工业仿真领域，尤其是涉及光机热联合仿真领域，特别是涉及一种基于单纯形法的光学产品模型优化方法及系统。
技术介绍
在复杂环境中，典型的光机热耦合分析的温度场可以影响表面位移、折射率，进而影响光学镜头的性能，结构载荷以及结构自身的重力载荷也会影响表面位移。一般位移、温度影响和应力影响都会最终拟合成多项式的形式输入为光学面型结果。传统的光机热耦合分析流程，只能评估该工况下对光学系统的影响，并不能优化光学设计，还需要结构、光学等学科工程师的人工经验，才能给出优化方向。传统的设计优化主要通过工程师的经验进行，项目设计目的是否达到依赖于工程师经验的丰富与否，经验丰富的工程师在设计优化的过程中通常需要持续的使用仿真软件进行模型参数修改、结果分析、再次模型修改、再次结果分析找到满意解，整个过程中有大量的重复性工作，而且多项式拟合对于后期加工改进并没有实质性的修复。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的问题和不足，提供一种新型的基于单纯形法的光学产品模型优化方法及系统，在光机热流程的基础上，通过引入单纯形法控制实现优化设计，可以被广泛用于工业产品设计初期的优化方案选择。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：本专利技术提供一种基于单纯形法的光学产品模型优化方法，其特点在于，其包括以下步骤：S1、对光学产品的光学产品仿真模型的结构参数进行多组数值初始化；针对每组数值结构参数对应的光学产品仿真模型：S2、将热载荷加载至光学产品仿真模型中，对光学产品仿真模型的温度场进行分析以得到温度场分布信息；S3、将结构载荷和温度场分布信息加载至光学产品仿真模型中，对光学产品仿真模型的应力进行分析，从而得到光学产品仿真模型的各个面型的位移；S4、根据光学产品仿真模型的各个面型的位移进行光学产品仿真模型的曲率拟合，以得到拟合后的光学曲率；S5、对光学产品仿真模型进行光学分析，获取成像质量评价分析结果；S6、基于光学产品仿真模型的各个面型的位移、光学曲率、成像质量评价分析结果建立评价指标代价函数，将步骤S3中的各个面型的位移、步骤S4中的拟合后的光学曲率、步骤S5中的成像质量评价分析结果代入评价指标代价函数以获得光学产品性能评价指标；S7、从获得的多组数值结构参数对应的光学产品性能评价指标中选出最优光学产品性能评价指标；S8、判断最优光学产品性能评价指标是否满足预先设定要求，若是则进入步骤S11，否则进入步骤S9；S9、将多组光学产品性能评价指标中最差的光学产品性能评价指标对应的结构参数舍弃掉、将其他组的结构参数代入单纯形法中训练优化获得更新的结构参数；S10、基于更新的结构参数更新光学产品仿真模型，并再次执行步骤S2；S11、结束流程。较佳地，在步骤S4中，光学产品仿真模型的面型的方程为：如存在位移dz，则构造光学产品仿真模型的原始面型与拟合后的拟合面型的拟合误差函数f：其中，x为面型的x轴坐标，y为面型的y轴坐标，k为二次标准曲面系数，c0为原始面型对应的原始光学曲率，dz是面型z轴方向的轴向变化量，c1是拟合后的光学曲率，bz是拟合后的面型z轴方向的轴向平移量，w是有限元网格的权重，S(c0,k,xj,yj)为原始曲面z方向坐标，S(c1,k,xj,yj)为拟合后的曲面z坐标，使用因子迭代算法进行曲率拟合。较佳地，因子迭代算法为：S41、初始自然坐标c10、bz0，c10初始值选为c0，bz0初始值选为0，β表示高阶参数；S42、根据公式(3)计算c1、bz；S43、判断(c1-c10)≤σ，(bz-bz0)≤σ，σ表示判断参数，若判断出均为是则将c1作为拟合后的光学曲率，否则c10＝c1、bz0＝bz，重复执行步骤S42和S43。本专利技术还提供一种基于单纯形法的光学产品模型优化系统，其特点在于，其包括初始化模块、第一加载分析模块、第二加载分析模块、曲率拟合模块、光学分析模块、评价模块、选择模块、判断模块、训练模块和更新模块；所述初始化模块用于对光学产品的光学产品仿真模型的结构参数进行多组数值初始化；针对每组数值结构参数对应的光学产品仿真模型：所述第一加载分析模块用于将热载荷加载至光学产品仿真模型中，对光学产品仿真模型的温度场进行分析以得到温度场分布信息；所述第二加载分析模块用于将结构载荷和温度场分布信息加载至光学产品仿真模型中，对光学产品仿真模型的应力进行分析，从而得到光学产品仿真模型的各个面型的位移；所述曲率拟合模块用于根据光学产品仿真模型的各个面型的位移进行光学产品仿真模型的曲率拟合，以得到拟合后的光学曲率；所述光学分析模块用于对光学产品仿真模型进行光学分析，获取成像质量评价分析结果；所述评价模块用于基于光学产品仿真模型的各个面型的位移、光学曲率、成像质量评价分析结果建立评价指标代价函数，将第二加载分析模块中的各个面型的位移、曲率拟合模块中的拟合后的光学曲率、光学分析模块中的成像质量评价分析结果代入评价指标代价函数以获得光学产品性能评价指标；所述选择模块用于从获得的多组数值结构参数对应的光学产品性能评价指标中选出最优光学产品性能评价指标；所述判断模块用于判断最优光学产品性能评价指标是否满足预先设定要求，在为是时结束，否则调用训练模块；所述训练模块用于将多组光学产品性能评价指标中最差的光学产品性能评价指标对应的结构参数舍弃掉、将其他组的结构参数代入单纯形法中训练优化获得更新的结构参数；所述更新模块用于基于更新的结构参数数值更新光学产品仿真模型，并再次调用第一加载分析模块。较佳地，光学产品仿真模型的面型的方程为：如存在位移dz，则构造光学产品仿真模型的原始面型与拟合后的拟合面型的拟合误差函数f：其中，x为面型的x轴坐标，y为面型的y轴坐标，k为二次标准曲面系数，c0为原始面型对应的原始光学曲率，dz是面型z轴方向的轴向变化量，c1是拟合后的光学曲率，bz是拟合后的面型z轴方向的轴向平移量，w是有限元网格的权重，S(c0,k,xj,yj)为原始曲面z方向坐标，S(c1,k,xj,yj)为拟合后的曲面z坐标，使用因子迭代算法进行曲率拟合。较佳地，因子迭代算法为：初始自然坐标c10、bz0，c10初始值选为c0，bz0初始值选为0，β表示高阶参数；根据公式(3)计算c1、bz；判断(c1-c10)≤σ，(bz-bz0)≤σ，σ表示判断参数，若判断出均为是时则将c1作为拟合后的光学曲率，否则c10＝c1、bz0＝bz，重复计算c1和bz直至满足判断条件。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术通过把曲率拟合和单纯形法引入到光机热耦合分析，从而解决光学设计优化结果可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单纯形法的光学产品模型优化方法，其特征在于，其包括以下步骤：/nS1、对光学产品的光学产品仿真模型的结构参数进行多组数值初始化；/n针对每组数值结构参数对应的光学产品仿真模型：/nS2、将热载荷加载至光学产品仿真模型中，对光学产品仿真模型的温度场进行分析以得到温度场分布信息；/nS3、将结构载荷和温度场分布信息加载至光学产品仿真模型中，对光学产品仿真模型的应力进行分析，从而得到光学产品仿真模型的各个面型的位移；/nS4、根据光学产品仿真模型的各个面型的位移进行光学产品仿真模型的曲率拟合，以得到拟合后的光学曲率；/nS5、对光学产品仿真模型进行光学分析，获取成像质量评价分析结果；/nS6、基于光学产品仿真模型的各个面型的位移、光学曲率、成像质量评价分析结果建立评价指标代价函数，将步骤S3中的各个面型的位移、步骤S4中的拟合后的光学曲率、步骤S5中的成像质量评价分析结果代入评价指标代价函数以获得光学产品性能评价指标；/nS7、从获得的多组数值结构参数对应的光学产品性能评价指标中选出最优光学产品性能评价指标；/nS8、判断最优光学产品性能评价指标是否满足预先设定要求，若是则进入步骤S11，否则进入步骤S9；/nS9、将多组光学产品性能评价指标中最差的光学产品性能评价指标对应的结构参数舍弃掉、将其他组的结构参数代入单纯形法中训练优化获得更新的结构参数；/nS10、基于更新的结构参数更新光学产品仿真模型，并再次执行步骤S2；/nS11、结束流程。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于单纯形法的光学产品模型优化方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、对光学产品的光学产品仿真模型的结构参数进行多组数值初始化；
针对每组数值结构参数对应的光学产品仿真模型：
S2、将热载荷加载至光学产品仿真模型中，对光学产品仿真模型的温度场进行分析以得到温度场分布信息；
S3、将结构载荷和温度场分布信息加载至光学产品仿真模型中，对光学产品仿真模型的应力进行分析，从而得到光学产品仿真模型的各个面型的位移；
S4、根据光学产品仿真模型的各个面型的位移进行光学产品仿真模型的曲率拟合，以得到拟合后的光学曲率；
S5、对光学产品仿真模型进行光学分析，获取成像质量评价分析结果；
S6、基于光学产品仿真模型的各个面型的位移、光学曲率、成像质量评价分析结果建立评价指标代价函数，将步骤S3中的各个面型的位移、步骤S4中的拟合后的光学曲率、步骤S5中的成像质量评价分析结果代入评价指标代价函数以获得光学产品性能评价指标；
S7、从获得的多组数值结构参数对应的光学产品性能评价指标中选出最优光学产品性能评价指标；
S8、判断最优光学产品性能评价指标是否满足预先设定要求，若是则进入步骤S11，否则进入步骤S9；
S9、将多组光学产品性能评价指标中最差的光学产品性能评价指标对应的结构参数舍弃掉、将其他组的结构参数代入单纯形法中训练优化获得更新的结构参数；
S10、基于更新的结构参数更新光学产品仿真模型，并再次执行步骤S2；
S11、结束流程。


2.如权利要求1所述的基于单纯形法的光学产品模型优化方法，其特征在于，在步骤S4中，光学产品仿真模型的面型的方程为：



如存在位移dz，则构造光学产品仿真模型的原始面型与拟合后的拟合面型的拟合误差函数f：



其中，x为面型的x轴坐标，y为面型的y轴坐标，k为二次标准曲面系数，c0为原始面型对应的原始光学曲率，dz是面型z轴方向的轴向变化量，c1是拟合后的光学曲率，bz是拟合后的面型z轴方向的轴向平移量，w是有限元网格的权重，S(c0,k,xj,yj)为原始曲面z方向坐标，S(c1,k,xj,yj)为拟合后的曲面z坐标，使用因子迭代算法进行曲率拟合。


3.如权利要求1所述的基于单纯形法的光学产品模型优化方法，其特征在于，因子迭代算法为：



S41、初始自然坐标c10、bz0，c10初始值选为c0，bz0初始值选为0，β表示高阶参数；
S42、根据公式(3)计算c1、bz；
S43、判断(c1-c10)≤σ，(bz-bz0)≤σ，σ表示判断参数，若判断出均为是则将c1作为拟合后的光学曲率，否则c10＝c1、bz0＝bz，重复执行步骤S42和S43。


4.一种基于单纯形法的光学产品模型优化系统，其特征在于，其包括初始化模块、第一加载分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：张克，陈灏，吴早凤，
申请(专利权)人：上海索辰信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31