光学镜面面形计算方法技术

本发明专利技术公开一种光学镜面面形计算方法，包括：S1、建立光学镜组的三维模型；S2、通过有限元分析软件对三维模型进行网格划分及位移约束；S3、对光学镜组中每个镜面进行多种载荷工况条件下的有限元仿真计算，获得每一种载荷工况条件下镜面的面形节点坐标和面形节点位移值，并输出为多个独立的符合面形计算要求的仿真结果文件；S4、对多个仿真结果文件中镜面的面形进行拟合计算，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。利用本发明专利技术提供的光学镜面面形计算方法能够实现镜面设计工作的自动化，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。操作造成的失误。操作造成的失误。

【技术实现步骤摘要】
光学镜面面形计算方法


[0001]本专利技术涉及光学镜面设计
，特别涉及一种光学镜面面形计算方法。

技术介绍

[0002]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。空间相机由多系统组成，其中，光学系统是是空间相机最为重要的组成部分。光学系统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系统中温度的变化，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。
[0003]目前来说，对于一组镜子和支撑，设计镜面面形的流程为：使用三维软件建模后进行有限元分析，之后将有限元分析的结果导出，并使用专门的镜面面形拟合软件进行计算并获得面形结果文件，这仅为一次完整的操作流程。而在实际设计过程中，一次分析最少需要考虑光轴正负两个方向的重力以及常温、升温、降温三个温度数值共六种组合工况，最多需要考虑三个坐标轴六个方向的重力及常温、升温、降温三个温度数值共十八种组合工况，此外，还有其他特殊重力方向的工况需要计算，计算的重复操作次数更多。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。传统的设计分析方法效率过慢，在多工况分析及面形拟合的过程中，分析结果需要分别保存，占用计算机硬件资源大，重复低效地操作还容易对数据或文件进行误操作而获得错误的结果。
[0004]因此，有必要对仿真和面形拟合的过程进行优化。

技术实现思路

[0005]本专利技术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效率低、占用硬件资源大的问题，提出了一种新的光学镜面面形计算方法。
[0006]本专利技术提供的光学镜面面形计算方法，包括以下步骤：
[0007]S1、建立光学镜组的三维模型；
[0008]S2、通过有限元分析软件对三维模型进行网格划分及位移约束；
[0009]S3、对光学镜组中每个镜面进行多种载荷工况条件下的有限元仿真计算，获得每一种载荷工况条件下镜面的面形节点坐标和面形节点位移值，并输出为多个独立的符合面形计算要求的仿真结果文件；
[0010]S4、对多个仿真结果文件中镜面的面形进行拟合计算，获得多个面形结果；
[0011]S5、对多个面形结果进行整理，输出一个结果文件。
[0012]本专利技术能够取得以下技术效果：
[0013]在不修改及影响原有软件的情况下，可以完成一个三维模型的多个载荷工况的计算，输出每个载荷步的面形节点位移值，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
[0014]图1是根据本专利技术一个实施例的光学镜面面形计算方法的流程示意图。
具体实施方式
[0015]为了使本专利技术的目的、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，对本专利技术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专利技术，而不构成对本专利技术的限制。
[0016]参考图1所示，本专利技术实施例提供了一种光学镜面面形计算方法，包括如下步骤：
[0017]步骤1、建立光学镜组的三维模型。
[0018]通过三维软件建立光学镜组的三维模型。本专利技术对三维软件不做限制，可以使用任意一款三维软件实现对光学镜组的三维建模。
[0019]步骤2、通过有限元分析软件对三维模型进行网格划分及位移约束。
[0020]在完成光学镜组的三维模型的建立后，将三维模型导入有限元分析软件中进行材料属性赋予，以便能够对三维模型进行有限元网格划分并对位移进行约束。
[0021]本专利技术采用可进行二次开发的ANSYS有限元分析软件对三维模型进行网格划分及位移约束，也可以采用其它可进行二次开发的有限元分析软件对三维模型进行网格划分及位移约束。
[0022]步骤3、对光学镜组中每个镜面进行多种载荷工况条件下的有限元仿真计算，获得每一种载荷工况条件下镜面的面形节点坐标和面形节点位移值，并输出为多个独立的符合面形计算要求的仿真结果文件。
[0023]由于本专利技术采用的有限元分析软件可以进行二次开发，因此可以通过对有限元分析软件进行二次开发的方法实现对光学镜组的多载荷步的计算。例如：通过调用编写的包含多种工况中重力及温度数值的二次开发文件，自动完成对多种载荷工况条件下镜面的有限元仿真计算。
[0024]由于面形拟合只能一次拟合一个载荷工况，即单次读取一个载荷工况条件下镜面的面形节点坐标和对应的面形节点位移值，输出对应的拟合结果。因此二次开发方法是将多种载荷工况条件下的面形节点坐标和面形节点位移值单个进行输出形成单个独立的仿真结果文件，然后逐个对仿真结果文件进行拟合。
[0025]由于后续需要对仿真结果文件进行面形拟合计算，因此，需要将仿真结果文件输出为符合面形拟合计算输入要求的规定格式。
[0026]步骤4、对多个仿真结果文件中镜面的面形进行拟合计算，获得多个面形结果。
[0027]本专利技术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。
[0028]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。
[0029]步骤5、对多个面形结果进行整理，输出一个结果文件。
[0030]本专利技术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。
[0031]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，而本专利技术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。
[0032]本专利技术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。
[0033]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专利技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学镜面面形计算方法，包括如下步骤：S1、建立光学镜组的三维模型；S2、通过有限元分析软件对所述三维模型进行网格划分及位移约束；其特征在于，还包括如下步骤：S3、对所述光学镜组中每个镜面进行多种载荷工况条件下的有限元仿真计算，获...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡也，王帅会，于夫男，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：