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3D掃描透明物體!Fraunhofer IOF紅外波長新技術
但是,許多掃描儀器只能掃描沒有光反射的物體,遇到透明物體只能先噴涂一層不反光涂料,然后進行掃描。那么,真的就沒有透明材料掃描儀了么?
南極熊獲悉,德國Fraunhofer Institute應用光學與精密工程學院IOF的研究人員于2021年5月4日宣布開發了一種新的3D掃描方法,可用于反射物體。借助“ MWIR-3D傳感器”,可以三維掃描物體,而不管是否由透明塑料還是玻璃制成。甚至可以輕松檢測到具有金屬光澤或黑色表面的物體。新的3D紅外傳感器還可以檢測組合了不同材料的物體。
△用MWIR-3D 3D掃描透明物體
傳統的3D掃描
3D掃描是進行逆向工程的重要工具,是產品數字化的關鍵一步,實現更靈活的制造。如今,有幾種3D掃描方法,但是每種方法都有不同的缺陷。除了僅用于點測的基于“觸摸”的3D掃描之外,大多數3D掃描系統都使用光學技術。
攝影測量:將一系列2D圖像轉換為3D模型
激光掃描:向目標表面發射光束,雙攝像頭確定每個點的3D位置
結構化的光:在表面上呈現出特定的圖案,利用圖案變形揭示3D幾何形狀
這些方法都有一個難題:反射率和透明度。它們各自依賴于從目標反射回來的光并且以可預測的方式返回到觀察相機。當掃描玻璃時,因為光線在通過時會發生彎曲,掃描儀無法確定點源,因此無法正確掃描。透明物體甚至輕微反射的物體也會產生類似的效果。由于光路效應,3D掃描類似金屬零件這樣略微發亮的物體變得具有挑戰性。對于這類問題,解決方法通常是在物體表面噴涂清漆,然后進行掃描。
透明3D掃描
Fraunhofer IOF研究人員創建了一種稱為“ MWIR-3D傳感器”的新設備,據說能夠掃描任何物體,甚至透明物體。
展開 Ansys Zemax | 如何導入CAD物體
這篇文章介紹了如何將STL、IGES、STEP和SAT等格式的CAD(計算機輔助設計,Computer Aided Design)物體導入到OpticStudio中。
CAD文件的格式一般與您所使用的CAD軟件相關,格式種類眾多,不同的格式也有各自擅長的領域。如,STL格式是利用三角形網格來表示三維物體的,所以,對于那些原本就是由多個平面圍成的物體來說是一個不錯的選擇,該格式也常應用于3D打印領域。IGES格式與STEP格式在不同的CAD軟件中都有良好的兼容性。在二者中做選擇時,要看它們當中哪一個的模型導出程序對物體模型的表示方式更適合于您的物體模型。如果您使用基于ACIS引擎的CAD軟件,那么推薦您使用SAT格式的CAD文件。
簡介
在OpticStudio中導入CAD物體是非常重要的功能,尤其是在對復雜的光機元件進行雜散光分析時,光線會在這類光機元件上發生較為嚴重的反射和散射效應。導入CAD功能在照明系統中同樣重要,例如在汽車儀表盤中,光線可能會入射到一個復雜的光導管之中。OpticStudio的導入CAD物體功能非常靈活且強大,它支持多種常見的CAD文件格式。
導入CAD物體
CAD物體結構可能十分復雜,一根光線可能會在物體中產生多次反射、折射或散射等相互作用。因此,我們使用非序列光線追跡來描述光線與物體之間的相互作用。在序列系統中,我們也可以使用混合模式來進行類似的非序列光線追跡。
OpticStudio支持四種靜態CAD文件格式:STL、IGES、STEP和SAT(如SLDPRT和ZPO這樣的動態CAD格式,不在本文的討論范圍之內)。在四者之中,只有STL格式是用小的三角形表面連接在一起,來近似表示物體模型的曲面,其它三種格式會使用平滑而連續的表面進行建模。物體上的小平面 (Facets) 只用于在屏幕上顯示。
展開 Ansys Zemax | 如何在OpticStudio中創建多邊形物體
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概述
在OpticStudio中,使用多邊形物體 (Polygon Object, POB) 是創建用戶自定義幾何體的常用方法之一。本文介紹了如何創建多邊形物體、定義物體表面以及如何在非序列編輯器中使用該物體。
介紹
多邊形物體是由多個三角形或矩形面構成的三維空間幾何體,其中三角形或矩形面的頂點由一個ASCII文本文件定義。該文本文件包含有多行數據,并且可以使用任意文本編輯器進行編輯。其中每行數據以單個字母或符號為起始,數據跟隨在字母和符號之后。
為了充分演示如何構建多邊形對象、定義單個面或面組、保存文件的位置以及如何在OpticStudio中加載文件,讓我們使用POB功能創建一個等邊三角形棱鏡。等邊三角形棱鏡共有五個面,但只需定義總共六個頂點。然后,我們可以使用OpticStudio中多邊形對象支持的矩形符號連接每個頂點。
首先打開一個空白的文本文檔。在POB文件以中嘆號 (!) 為起始的行表示該行為備注行。在定義多邊形物體時使用備注行來描述該物體是十分有用的,它可以在之后使用時幫助您快速了解該文本文件創建了什么樣的物體。
讓我們首先定義棱鏡的6個頂點。我們必須使用的語法由頂點符號描述:V。定義頂點的線必須以字母V開頭,后跟頂點編號和頂點的x、y、z坐標:
V number x y z
該數字將x、y、z位置指定為一個頂點編號,稍后可以在我們對多邊形對象的定義中使用該編號。這樣做很方便,我們不必每次使用這個頂點時都定義x,y,z坐標。相反,我們只是引用數字。
x、y、z坐標相對于多邊形對象的局部(0,0,0)。請注意,多邊形對象的(0,0,0)坐標在NSC編輯器中全局定位。
展開 Ansys Zemax | 如何創建復雜的非序列物體
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概要
這篇文章介紹了在OpticStudio中,如何不以導入CAD文件的方式創建復雜的物體。您將學習到如何通過組合多個物體來創建復雜的非序列物體,如何利用拾取求解類型鎖定一組物體以及在非序列元件編輯器中如何復制一組物體。
簡介
在非序列模式中,用戶可以導入或創建物體來進行光學機械組件設計,當我們關注于設計而不是分析時,使用易于定義的參數化物體是較為方便的。參數化物體基于一個基本方程,該方程可以通過手動、滑塊、宏或優化器等方式快速修改。Opticsudio有許多內置的參數化物體供我們使用或進行組合。本文將展示通過組合內置參數化物體創建復雜的物體,以及通過編輯器中的參數控制物體的形狀。對參數所做的任何更改都將立即反映在分析結果中,省去需要我們使用參數不同的多個模型的麻煩。
參數化的物體定義方式讓設計更簡單
在OpticStudio中,多數非序列物體都是參數化的,即他們的定義依賴于某個基本的方程。例如,標準透鏡 (Standard Lens) 物體是通過如曲率半徑、圓錐系數、中心厚度等參數來定義的。這樣參數化的物體可以只通過修改非序列元件編輯器 (Non sequential Component Editor, NSCE) 中的數據值就可以進行修改。當物體的數據被手動修改,或被滑塊 (Slider) 工具、宏 (macro) 程序、擴展 (Extension) 程序,以及最關鍵的被優化器 (Optimizer) 修改時,物體能夠快速地重建。
OpticStudio 同樣支持非參數化的物體,如多邊形物體 (Polygon Object) 或者導入的CAD物體 (Imported CAD Objects)。這些物體最終由一系列數據表示。
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Ansys Zemax | 如何在OpticStudio中創建多邊形物體
最后,將對背面三角形應用面組編號2:
完成每個面的表面組序號設置后保存文本文件并重新加載該POB物體。我們可以看到表面下拉菜單中包含了三個表面分組:
這樣一來,我們可以單獨對Side Face分組的表面(POB文件中表面分組序號為0的表面)定義任意表面屬性。同樣的,當選擇其他表面分組時(例如序號1,前表面),我們可以定義不同的表面屬性。
我們可以通過物體編輯器查看所選表面分組中包含的表面。其中選中的表面將高亮顯示為橙色:
注意事項
在使用多邊形物體時有以下幾點需要特別注意:
當使用POB文件表示空間幾何體時,確保POB文件中定義的矩形/三角形表面閉合為一個封閉的體積(也可以使用多邊形物體在非序列編輯器中的額外數據“是實體?(Is Volume ?)”來定義封閉的空間幾何體)。
在定義矩形時,頂點的定義順序不能交叉。交叉會導致光線追跡產生錯誤。
多邊形物體中沒有三角形/矩形表面的數量上限。它是由計算機內存的容量決定。其中每個三角形表面大約需要100比特的存儲空間。然而OpticStudio通常會在同一時間保多個透鏡數據的副本,因此OpticStudio存儲一個三角形表面的實際空間約為500比特。
在OpticStudio中內置有一個示例宏程序可以用來生成不同類型的多邊形物體,且無需定義每個頂點。該宏程序名稱為Polygon.ZPL,它保存在Zemax根目錄下的Macros文件夾中。在使用時,宏程序需要用戶輸入物體的表面半徑(表面不一定為圓形)、表面的邊數、多邊形物體的長度以及長度的分段數量。
小結
在OpticStudio中使用多邊形物體是一種非常靈活的創建用戶自定義物體的方法。通過簡單的ASCII文本文件,您可以定義任意由頂點連成的三角形或矩形所組成的空間幾何體。
展開 在 ANSYS/Ls-dyna 中實現物體按指定軌跡運動
比如定義物體沿x 方向的位移,只需
將RBUX 改為UX 即可。其他的依此類推。
5、 其他
在 lsdyna 中位移條件是當作載荷來處理的。對于施加其他載荷,比如轉動、速度、加速度、力和轉矩等也可以用類似的辦法添加,對于剛體也是用同樣的方法處理。順便提一句,在 abaqus/explicit 中,同樣可以實現物體按指定軌跡運動,不過在 abaqus/explicit 中位移條件是當邊界條件處理的。
之后陸續更一些 ansys相關的帖子