用于光机系统设计的仿真系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于光机系统设计的仿真系统和方法，包括标签定义模块，三维几何模型管理模块，仿真管理模块，仿真流程模块，仿真工具集成模块，材料管理模块和可视化模块；本发明专利技术所述的用于光机系统设计的仿真的系统可在统一的平台下实现光机系统设计、仿真、优化及集成仿真流程和数据管理。在光机系统的光、机、热耦合分析中，分析具有很高的自动化和可操作性，整个分析可以自动完成或者人工实现对每个分析环节的修改。

Simulation system and method for optical mechanical system design

【技术实现步骤摘要】
用于光机系统设计的仿真系统和方法
：本专利技术涉及一种用于光机系统设计的计算机仿真模拟系统和方法，具体涉及一种光学、结构学、热学集成分析流程及耦合分析系统和方法。
技术介绍
：光学系统是一个涉及到结构、热学、光学、稳定性等多种学科的综合复杂系统，传统设计方法仅分别针对光学系统的结构刚度强度、热学性能和光学性能进行单独分析，然后通过试验结果对光机结构进行校核。如果系统中某一项指标无法满足设计需求，则需要修改设计从而重复进行上述整个设计分析流程。由于分别针对不同性能进行分析，几何模型与仿真分析环境不统一，无法得到综合性能最优方案，当几何模型变化时，后续仿真设计部门就需要大量的人工重复工作才能执行对新设计方案的仿真，导致设计成本增加，周期变长。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于光机系统设计的仿真的系统，可以实现在多种载荷下，机械及热载荷对光机系统成像质量的影响分析。为了解决以上技术问题，本专利技术提供了一种用于光机系统设计的仿真的系统，包括标签定义模块，三维几何模型管理模块，仿真管理模块，仿真流程模块，仿真工具集成模块，材料管理模块和可视化模块；所述标签定义模块，基于抽象模型定义光机热多学科分析流程；所述三维几何模型管理模块，用于对光机系统模型的管理及查询；所述仿真管理模块，用于设计流程管理和工程数据管理；仿真流程模块，用于建立仿真流程模板，将具有同一性的光机仿真流程固化，形成统一的分析流程，使得针对同一性问题可以多次调用同一仿真流程；仿真工具集成模块，用于计算机辅助设计模型的导入导出，及实现数据交换；材料管理模块，用于存储光机系统设计中的数据，实时修改调用；可视化模块，用于计算机辅助设计模型预览及光机热耦合分析结果的可视化操作本专利技术所述的用于光机系统设计的仿真的系统的有益效果在于：可在统一的平台下实现光机系统设计、仿真、优化及集成仿真流程和数据管理。在光机系统的光、机、热耦合分析中，分析具有很高的自动化和可操作性，整个分析可以自动完成或者人工实现对每个分析环节的修改。优选的，所述标签定义模块，包括材料属性定义、网格划分设置、载荷和边界条件设置、求解类型控制参数设置。优选的，所述三维几何模型管理模块，用于结构模型的导入导出、用户建立参数化典型构件库、结构模型的参数化更改与更新、数据库中的结构模型调用与共享。优选的，所述仿真管理模块，用于针对光机系统涉及的多学科专业应用进行封装和集成；按照专业学科分析流程，实现仿真和组件调用；建立不同型号的工程模型和仿真流程模板；优选的，所述材料管理模块，用于材料数据的导入、导出；通用材料数据的集成；材料数据的自定义输入与保存。本专利技术还提供了一种用于光机系统设计的仿真方法，该方法应用于前述用于光机系统设计的仿真系统，包括以下步骤：步骤1：首先应用光学设计软件，建立满足设计指标要求的光机系统，并对系统光学性能进行仿真分析，最后通过调整设计参数确定镜头组的几何参数，得到原始光机系统镜头结构尺；步骤2：基于在光学设计软件中得到的光学镜头组的几何参数，建立镜头组的参数化三维几何模型，并根据镜头组的模型结构，设计与其配合使用的支撑及固定构件的结构；步骤3：基于三维几何设计建模软件，应用标签定义模块，实现不同类型的标签定义；步骤4：应用三维几何模型管理模块，将在三维几何设计建模软件中得到的光机系统三维模型导入到系统中；步骤5：应用仿真流程模块，建立光学、结构学、热学集成耦合分析流程的具体数据传递模板，用于建立和存储仿真分析流程，用于仿真数据传递及仿真模板的重复使用；步骤6：应用仿真管理模块，基于仿真流程模板，建立光学、结构学、热学集成耦合分析所需参数及分析类型；步骤7：应用仿真管理模块，将光学数据拟合软件输出的光学数据加载到光学设计软件中，分析在承受实际结构力和受热条件下光机系统光学性能的变化情况；步骤8：应用仿真管理模块，提取光学分析得到的镜面表面粗糙度RMS参数，作为光机系统总体优化目标，设计变量为光机镜面组的几何参数和不同材料参数，约束为光机结构几何参数的优化范围；步骤9：应用可视化模块，对仿真优化分析中的各个分析结果进行查看。本专利技术所述的用于光机系统设计的仿真方法的有益效果在于：可在统一的平台下实现光机系统设计、仿真、优化及集成仿真流程和数据管理。在光机系统的光、机、热耦合分析中，分析具有很高的自动化和可操作性，整个分析可以自动完成或者人工实现对每个分析环节的修改。优选的，所述步骤3中，所述不同类型的标签包括材料标签、坐标系标签、接触标签和实体标签；其中在分析模型中所需的材料、坐标系和接触分别在标签定义模块中的相应类型下进行定义；边界条件、载荷、网格控制类型的标签在实体类型的标签中定义；通过标签定义模块，定义完成分析流程中所需各种不同类型的标签。优选的，所述步骤4中，在三维几何模型管理模块中，根据光机系统三维模型的不同类型、不同型号和设计方案对导入的三维光机模型进行分类管理；通过可视化模块对导入的三维光机模型进行预览，判断模型的准确性；使用三维几何管理模块中的参数识别功能，识别导入光机模型中的相关参数，包括尺寸，结构参数。优选的，所述步骤6中，首先定义用于分析的光机系统三维几何模型，并定义进行热分析所需的网格划分参数，得到用于热分析的热分析模型；并施加热载荷等边界条件，分析光机系统在稳态时的温度分布情况；将在热分析中得到的温度作为结构分析中的温度载荷，并施加相应的力和位移边界条件，用于分析振动、冲击、预紧、传热对镜头及其支撑结构件的影响，得到光机系统的应力和变形结果；设定光学数据拟合软件的相关数据拟合参数，包括对应坐标系、对应光学镜面和泽尼克多项式拟合参数，将光机系统的温度和应力分析结果转换为光学设计分析中所需的数据文件。优选的，所述步骤9所述分析结果包括三维云图显示、文本结果显示和曲线图显示。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1为本专利技术实施例一所述的方法的示意图。具体实施方式针对目前光学系统设计中计算机仿真模拟分析计算中存在的问题和不足，本专利技术提供了一种基于多学科仿真流程化和数据模型集成优化管理的快速、智能、可靠的光机结构分析方法和系统。它是将光学，结构和热学等多个学科知识综合考虑并进行耦合仿真的一种分析方法，主要实现在多种载荷下，机械及热载荷对光机系统成像质量的影响分析。基于上述目标，本光机系统设计中联合进行光学、结构学、热学计算和耦合的方法及系统(以下称本系统)包括标签定义模块，计算机辅助设计CAD三维几何模型管理模块，仿真管理模块，仿真流程模块，仿真工具集成模块，材料管理模块和可视化模块。依据系统主要特征，标签定义模块使得计算机辅助工程CAE分析建模可以完全摆脱对计算机辅助设计CAD模型的直接依赖，在得到计算机辅助设计CAD几何模型以前，就可以基于抽象模型定义光机热多学科分析流程，包括但不限于材料属性定义、网格划分设置、载荷和边界条件设置、求解类型控制参数设置；依据系统主要特征，计算机辅助设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光机系统设计的仿真系统，其特征在于，包括标签定义模块，三维几何模型管理模块，仿真管理模块，仿真流程模块，仿真工具集成模块，材料管理模块和可视化模块；/n所述标签定义模块，基于抽象模型定义光机热多学科分析流程；/n所述三维几何模型管理模块，用于对光机系统模型的管理及查询；/n所述仿真管理模块，用于设计流程管理和工程数据管理；/n仿真流程模块，用于建立仿真流程模板，将具有同一性的光机仿真流程固化，形成统一的分析流程，使得针对同一性问题可以多次调用同一仿真流程；/n仿真工具集成模块，用于计算机辅助设计模型的导入导出，及实现数据交换；/n材料管理模块，用于存储光机系统设计中的数据，实时修改调用；/n可视化模块，用于计算机辅助设计模型预览及光机热耦合分析结果的可视化操作。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于光机系统设计的仿真系统，其特征在于，包括标签定义模块，三维几何模型管理模块，仿真管理模块，仿真流程模块，仿真工具集成模块，材料管理模块和可视化模块；
所述标签定义模块，基于抽象模型定义光机热多学科分析流程；
所述三维几何模型管理模块，用于对光机系统模型的管理及查询；
所述仿真管理模块，用于设计流程管理和工程数据管理；
仿真流程模块，用于建立仿真流程模板，将具有同一性的光机仿真流程固化，形成统一的分析流程，使得针对同一性问题可以多次调用同一仿真流程；
仿真工具集成模块，用于计算机辅助设计模型的导入导出，及实现数据交换；
材料管理模块，用于存储光机系统设计中的数据，实时修改调用；
可视化模块，用于计算机辅助设计模型预览及光机热耦合分析结果的可视化操作。


2.根据权利要求1所述的用于光机系统设计的仿真系统，其特征在于，所述标签定义模块，包括材料属性定义、网格划分设置、载荷和边界条件设置、求解类型控制参数设置。


3.根据权利要求1所述的用于光机系统设计的仿真系统，其特征在于，所述三维几何模型管理模块，用于结构模型的导入导出、用户建立参数化典型构件库、结构模型的参数化更改与更新、数据库中的结构模型调用与共享。


4.根据权利要求1所述的用于光机系统设计的仿真系统，其特征在于，所述仿真管理模块，用于针对光机系统涉及的多学科专业应用进行封装和集成；按照专业学科分析流程，实现仿真和组件调用；建立不同型号的工程模型和仿真流程模板。


5.根据权利要求1所述的用于光机系统设计的仿真系统，其特征在于，所述材料管理模块，用于材料数据的导入、导出；通用材料数据的集成；材料数据的自定义输入与保存。


6.一种用于光机系统设计的仿真方法，其特征在于，该方法应用于权利要求1-5所述系统，包括以下步骤：
步骤1：首先应用光学设计软件，建立满足设计指标要求的光机系统，并对系统光学性能进行仿真分析，最后通过调整设计参数确定镜头组的几何参数，得到原始光机系统镜头结构尺；
步骤2：基于在光学设计软件中得到的光学镜头组的几何参数，建立镜头组的参数化三维几何模型，并根据镜头组的模型结构，设计与其配合使用的支撑及固定构件的结构；
步骤3：基于三维几何设计建模软件，应用标签定义模块，实现不同类型的标签定义；
步骤4：应用三维几何模型管理模块，将在三维几何设计建模软件中得到的光机系统三维模型导入到系统中；
步骤5：应...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈灏，蒋大伟，
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