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關(guān)注創(chuàng)建者:王靖雯 創(chuàng)建時間:2023-03-08

ansys曲面制作的實例教程
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數(shù),解釋了可制造性參數(shù)如何與儀器參數(shù)相關(guān)聯(lián),并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數(shù)。此外,還解釋了如何處理其考察區(qū)域外的自由曲面的行為。例如,使用塑料自由曲面透鏡(Alvarez透鏡元件)等。
表面參數(shù)控制
鏡頭加工中需要進行控制的表面參數(shù)將取決于加工方法和設(shè)備。加工塑料光學(xué)元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車床(圖 1)進行直接切割,或者更常見的是利用切割模具來加工透鏡。
圖1. 三軸金剛石切割機(左) 金剛石切割刀具(右)
傾斜角度
讓我們看一下儀器的局限性(圖 2)。刀具的側(cè)面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合,因此相應(yīng)的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對而言,旋轉(zhuǎn)對稱表面子午斜率對于自由曲面而言,沿不同的徑向截面具有不同的分布。
另一個參數(shù)是 “弧矢斜率” 角度。當我們在三軸金剛石車床上加工自由曲面時,刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來回移動,以加工非旋轉(zhuǎn)對稱形狀的透鏡。在這種情況下,刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個圓圈變化的速度,這稱為弧矢斜率。更準確地說,刀具在表面上產(chǎn)生螺旋軌跡,但螺旋的步長非常小,在大多數(shù)情況下,可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對于旋轉(zhuǎn)對稱鏡片,弧矢斜率剛好為零。
圖 2. 子午和弧矢斜率,黃線表示沿哪個方向測量斜率
有時,從加工的角度來看,將工件放置在平臺的旋轉(zhuǎn)軸之外而不是沿軸放置是合理的,這樣刀具在工件上的軌跡看起來幾乎是直線。在這種情況下,我們應(yīng)該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”(圖3)。
圖3.
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展開 此圖將曲面的子午、弧矢、x 和 y 曲率顯示為 2D 彩色、等高線圖或 3D 曲面圖(請參閱 OpticStudio 用戶手冊了解更多詳情)。局部半徑和曲率之間的關(guān)系很簡單:
曲率半徑 = 1 / 曲率
通常,刀具的尖端半徑和切削邊緣半徑明顯小于光學(xué)表面的局部半徑,因此在大多數(shù)情況下,我們不必在優(yōu)化過程中控制它。但在某些復(fù)雜形狀表面的特殊情況下可能需要它。在優(yōu)化的最后階段檢查自由曲面的局部曲率半徑是一種很好的做法,可以確保所選的刀頭沒有問題。
圖10.
Bajuk,“自由曲面光學(xué)的實際實例”,載于《可再生能源與環(huán)境》,OSA 技術(shù)文摘(在線)(美國光學(xué)學(xué)會,2013 年),論文 FT3B.2。
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在OpticStusio的序列和非序列模式中,我們可以使用各式的工具進行自由曲面的光學(xué)設(shè)計。本文中,我們提供了一個以切比雪夫多項式表面(Chebyshev Polynomial surface)設(shè)計出離軸拋物面的范例,且此系統(tǒng)是在系列模式中進行設(shè)計的。另外,在OpticStudio的序列模式中有超過20種自由曲面供選擇,本文將提到鏡頭數(shù)據(jù)編輯器(Lens Data Editor)中一些好用的篩選功能,可以協(xié)助設(shè)計者根據(jù)不同的應(yīng)用決定適合的自由曲面。
簡介
相較于傳統(tǒng)的球形光學(xué)原件,自由曲面是一種復(fù)雜、且擁有更大設(shè)計自由度的表面。雖然在制程上較為困難,但自由曲面的使用可以大幅的減少系統(tǒng)的體積。自由曲面可被應(yīng)用在各式不同的領(lǐng)域,天線、激光光束整形器(laser beam shaper)和哈伯太空望遠鏡等的設(shè)計中,早已可見自由曲面的蹤跡。
OpticStudio提供了許多好用的功能,供用戶在序列和非序列模式中進行自由曲面的設(shè)計。這篇文章,我們會在序列模式中以切比雪夫多項式表面設(shè)計出離軸拋物面。同時,我們還會討論如何快速的針對不同系統(tǒng)找出適合的自由曲面種類。
切比雪夫多項式表面(Chebyshev Polynomial surface)
在眾多OpticStudio的自由曲面選擇中,唯獨此表面是由切比雪夫多項式 (Chebyshev Polynomial)所定義的。這種類型的多項式的項次在歸一化方形孔徑上彼此正交,代表構(gòu)成表面幾何形狀的系數(shù)呈線性獨立。如此一來,當我們對表面的幾何關(guān)系進行優(yōu)化時,將不再受到局部最小值(local minima)的限制。與非球面的系統(tǒng)相比,自由曲面的設(shè)計過程可因此而變得更直觀。此外,切比雪夫多項式是由卡氏坐標推導(dǎo)出的,而多數(shù)的多項式自由曲面則用于描述旋轉(zhuǎn)對稱的系統(tǒng)。
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概要
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數(shù),解釋了可制造性參數(shù)如何與儀器參數(shù)相關(guān)聯(lián),并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數(shù)。此外,還解釋了如何處理其考察區(qū)域外的自由曲面的行為。例如,使用塑料自由曲面透鏡(Alvarez透鏡元件)等。
表面參數(shù)控制
鏡頭加工中需要進行控制的表面參數(shù)將取決于加工方法和設(shè)備。加工塑料光學(xué)元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用
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在OpticStusio的序列和非序列模式中,我們可以使用各式的工具進行自由曲面的光學(xué)設(shè)計。本文中,我們提供了一個以切比雪夫多項式表面(Chebyshev Polynomial surface)設(shè)計出離軸拋物面的范例,且此系統(tǒng)是在系列模式中進行設(shè)計的。另外,在OpticStudio的序列模式中有超過20種自由曲面供選擇,本文將提到鏡頭數(shù)據(jù)編輯器(Lens Data
問題:
前文在Ansys workbench中使用ACT方式增加了element Faces的反向選擇功能。但是在使用過程中感覺,還是有些不方便,所以對程序進行了部分更新。主要是增加了一項對實體幾何邊的element Faces轉(zhuǎn)換功能。
結(jié)果示例:
實現(xiàn)過程簡要如下:
? 通過選擇實體幾何邊,利用convert to 功能轉(zhuǎn)為與幾何邊相關(guān)聯(lián)的單元。
? 再將單元轉(zhuǎn)為節(jié)點
問題:
Ansys workbench的框選功能只能按住Ctrl增加選項,卻沒有反向選擇框選減少的功能!!!
Ansys workbench的connect創(chuàng)建連接非常方便,但是很多時候幾何面的區(qū)域和實際想要做連接的區(qū)域大相徑庭。這個時候一個較好的連接區(qū)域選擇方法是使用element Faces進行連接區(qū)域的定義。但是遺憾的是ansys workbench的框選功能也是不咋滴,單元選擇較為麻煩
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數(shù),解釋了可制造性參數(shù)如何與儀器參數(shù)相關(guān)聯(lián),并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數(shù)。此外,還解釋了如何處理其考察區(qū)域外的自由曲面的行為。例如,使用塑料自由曲面透鏡(Alvarez透鏡元件)等。
表面參數(shù)控制
鏡頭加工中需要進行控制的表面參數(shù)將取決于加工方法和設(shè)備。加工塑料光學(xué)元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用
在OpticStusio的序列和非序列模式中,我們可以使用各式的工具進行自由曲面的光學(xué)設(shè)計。本文中,我們提供了一個以切比雪夫多項式表面(Chebyshev Polynomial surface)設(shè)計出離軸拋物面的范例,且此系統(tǒng)是在系列模式中進行設(shè)計的。另外,在OpticStudio的序列模式中有超過20種自由曲面供選擇,本文將提到鏡頭數(shù)據(jù)編輯器(Lens Data Editor)中一些好用的篩選功能
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