自由曲面優(yōu)化
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
自由曲面優(yōu)化的視頻教程
UG培訓(xùn)第九課：自由曲面構(gòu)造法
實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)設(shè)計(jì)復(fù)雜的零件時(shí)，可以采用自由形狀特征直接生成零件實(shí)體，也可以將自由形狀特征與實(shí)體特征相結(jié)合完成。目前，該方法在飛機(jī)、輪船和汽車工業(yè)的造型設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。 本視頻的講解的主要內(nèi)容如下： 1.曲線組 2.曲線網(wǎng)格 3.掃掠 4.規(guī)律延伸
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SYNOPSYS | 用 FFBUILD設(shè)計(jì)離軸自由曲面系統(tǒng)
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自由曲面優(yōu)化的實(shí)例教程
此外，用于定義網(wǎng)格的矢高數(shù)據(jù)量也是進(jìn)行優(yōu)化時(shí)重要的考量。數(shù)據(jù)點(diǎn)太多會(huì)降低優(yōu)化的效率(變量過多)，且會(huì)對(duì)取樣產(chǎn)生負(fù)面的影響(在接下來的篇幅中詳述)。另一方面，若系統(tǒng)以過少的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，將難以產(chǎn)生最佳的優(yōu)化表面。因此，在使用網(wǎng)格矢高的方式進(jìn)行優(yōu)化前，我們需要更謹(jǐn)慎的設(shè)定網(wǎng)格的參數(shù)。
實(shí)際案例 TrueFreeForm面網(wǎng)格優(yōu)化
設(shè)定
在這個(gè)范例中，我們將以一個(gè)具有自由曲面楔形棱鏡的頭戴式透視顯示器(optical see-through head mounted display)進(jìn)行設(shè)計(jì)，此光學(xué)系統(tǒng)參考了Gao C. 和Hua H.的專利(EP3270194A1 )。顯示器中的NIR(近紅外光)人眼追跡系統(tǒng)包含了三個(gè)相同的光學(xué)表面，和一個(gè)用于聚焦的楔形單透鏡。一開始，我們以擴(kuò)展多項(xiàng)式(extended polynomial)的方式在OpticStudio中建立三個(gè)面。由于TrueFreeForm面也能支持?jǐn)U展多項(xiàng)式函數(shù)，所以可以此作為設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。接著，我們將進(jìn)行微顯示器的優(yōu)化和人眼追跡系統(tǒng)的嵌入。在這些過程中，我們尚不會(huì)對(duì)參數(shù)式自由曲面的光學(xué)表面進(jìn)行校正。
注意，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)我們忽略了光學(xué)系統(tǒng)中的透視(see-through)結(jié)構(gòu)，并且只以單一波長(zhǎng)的入射光進(jìn)行優(yōu)化。此外，一開始的光學(xué)表面優(yōu)化是以顯示器系統(tǒng)的成像為目標(biāo)，而忽略了人眼追跡系統(tǒng)的表現(xiàn)。因此在優(yōu)化結(jié)果的呈現(xiàn)上，F(xiàn)/3 NIR光學(xué)系統(tǒng)會(huì)有不錯(cuò)的影像品質(zhì)，但NIR人眼追跡系統(tǒng)則不然。我們可以在下方的MTF圖中看到以完整FOV取樣的結(jié)果，以及NIR人眼追跡系統(tǒng)中所有視場(chǎng)的像散。后者的平均像散約為1.4個(gè)波，并在整個(gè)FOV具有1.42個(gè)波的RMS平均波前誤差。
為了得到各系統(tǒng)較平衡的結(jié)果，我們可以重新對(duì)三個(gè)自由曲面進(jìn)行優(yōu)化。
展開 OpticStudio的TrueFreeForm面模型為相關(guān)的設(shè)計(jì)提供了更高的自由度，包括了多重自由曲面矢高的定義，和以網(wǎng)格的方式進(jìn)行表面矢高的優(yōu)化。在這篇文章中，我們提供了一些可能的應(yīng)用，并示范了如何使用網(wǎng)格矢高優(yōu)化建立一個(gè)獨(dú)特且完善的光學(xué)系統(tǒng)。
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接著，我們將進(jìn)行微顯示器的優(yōu)化和人眼追跡系統(tǒng)的嵌入。在這些過程中，我們還不會(huì)對(duì)參數(shù)式自由曲面的光學(xué)表面進(jìn)行校正。
注意，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)我們忽略了光學(xué)系統(tǒng)中的透視（see-through）結(jié)構(gòu)，并且只以單一波長(zhǎng)的入射光進(jìn)行優(yōu)化。
此外，一開始的光學(xué)表面優(yōu)化是以顯示器系統(tǒng)的成像為目標(biāo)，而忽略了人眼追跡系統(tǒng)的表現(xiàn)。因此在優(yōu)化結(jié)果的呈現(xiàn)上，F(xiàn)/3 NIR光學(xué)系統(tǒng)會(huì)有不錯(cuò)的影像質(zhì)量，但NIR人眼追跡系統(tǒng)則不然。我們可以在下方的MTF圖中看到以完整FOV取樣的結(jié)果，以及NIR人眼追跡系統(tǒng)中所有視場(chǎng)的像散。后者的平均像散約為1.4個(gè)波，并在整個(gè)FOV具有1.42個(gè)波的RMS平均波前誤差。
為了得到各系統(tǒng)較平衡的結(jié)果，我們可以重新對(duì)三個(gè)自由曲面進(jìn)行優(yōu)化。但要注意的是，任何增進(jìn)NIR人眼追跡系統(tǒng)影像質(zhì)量的改變，都將對(duì)顯示器系統(tǒng)的成像造成負(fù)面的影響。此時(shí)，改以TrueFreeForm面進(jìn)行設(shè)計(jì)便成了一個(gè)更好的選項(xiàng)。如果用戶想在不犧牲顯示器成像質(zhì)量的情況下改善人眼追跡系統(tǒng)，可以由S3 （即棱鏡最上方的面）的子孔徑優(yōu)化著手。
定義網(wǎng)格矢高變數(shù)
注意，在下圖中我們可以看到NIR光束在S3上產(chǎn)生成像路徑的光跡（footprint， 綠色區(qū)域）和微顯示器上的光線（藍(lán)色區(qū)域）是明顯分離的。
當(dāng)TrueFreeForm面S3的擴(kuò)展多項(xiàng)式已根據(jù)微顯示器系統(tǒng)完成優(yōu)化，我們接著將網(wǎng)格矢高的信息填入表面矢高的設(shè)定中（默認(rèn)值皆為0）。此時(shí)，只剩下S3上接收NIR光束（人眼追跡系統(tǒng)）的區(qū)域需被重新優(yōu)化。需要注意的是，在優(yōu)化的過程中由微顯示器發(fā)出、落在S3上的光束所產(chǎn)生的光跡不會(huì)受到影響。此外在原先的設(shè)計(jì)中，與視場(chǎng)無關(guān)的像散為主要的像差。因此我們可以使用較低階的表面輪廓修正明顯的改善成像質(zhì)量。
展開 ■ 光機(jī)系統(tǒng)一體的設(shè)計(jì)分析工具
■ 雜光分析
■ 相干光傳播
■ 成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)和照片真實(shí)渲染
■ 虛擬機(jī)
■ 光機(jī)系統(tǒng)調(diào)試（法醫(yī)3D光學(xué)）
■ 自輻射熱分析
■ 照明設(shè)計(jì)
■ 公差、裝配和測(cè)試
■ 序列和非序列光線追跡模式
■ 多變量優(yōu)化能力
Introduction
自由曲面
■ 文獻(xiàn)定義:
任何非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱面*
對(duì)稱面繞任何軸旋轉(zhuǎn),非它的對(duì)稱軸
■ 非正式:任何非傳統(tǒng)的表面(如 NURBS、超高斯變形面)
■ 越來越多地用于光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì):
非成像:接近規(guī)范
成像:越來越多的用于校正像差
高斯疊加面的定義
應(yīng)用案例
激光光束整形
光源：高斯光束TEM00
目標(biāo)：平頂光束均勻分布
方法：超高斯曲面可用來整形高斯光束輪廓
光源：高斯光束TEM00
六邊形格子光源,光源為相干光
高斯疊加面的定義
操作界面
優(yōu)化變量：改變這些超高斯面的參數(shù)，用FRED優(yōu)化自由曲面變的非常簡(jiǎn)單。
優(yōu)化函數(shù)：1、Irradiance Variance 2、Total Maximized Power
優(yōu)化方法：非線性單純法；迭代次數(shù)50；
優(yōu)化前后的照度對(duì)比：
光路分析
超高斯面實(shí)例 ——模擬表面產(chǎn)生的隨機(jī)缺陷
制造中表面產(chǎn)生的隨機(jī)缺陷
超高斯面實(shí)例——拋物線槽型聚光集熱器
展開 摘 要 介紹一種基于離散曲面的裁剪算法，該算法適用于注塑模CAD/CAE或其它產(chǎn)品設(shè)計(jì)和有限元分析的領(lǐng)域，實(shí)踐證明該算法自動(dòng)化程度高、速度快、穩(wěn)定可靠.
關(guān)鍵詞 曲面裁剪，離散曲面，曲面求交，自動(dòng)搜索
1、引 言
在注塑模CAD/CAE中，自由曲面的設(shè)計(jì)與描述始終占有十分重要的地位.塑料制品種類繁多、形狀各異，而且注塑成形是一次成形，所以要求注塑模CAD/CAE軟件的幾何造型系統(tǒng)具有較強(qiáng)的曲面處理能力，能夠快速、方便地生成塑料制品圖和模具型腔圖.在實(shí)際工程中有許多產(chǎn)品的某些外表面不能或不便于用一張曲面表示，而用多張曲面構(gòu)造一個(gè)產(chǎn)品的曲面模型時(shí)，某些曲面又有多余部分.因此，利用曲面裁剪技術(shù)把單張曲面不需要的部分裁剪掉或?qū)⒍鄰?em>曲面拼接后的多余部分裁剪掉，便可以得到所需的曲面模型.曲面裁剪不僅是構(gòu)造產(chǎn)品曲面模型的重要手段，也是采用縫合技術(shù)構(gòu)造曲面實(shí)體模型必備的操作.
由于注塑模CAE分析要求盡可能方便、高效地構(gòu)造出產(chǎn)品的幾何模型，并且對(duì)裁剪曲面或曲面裁剪后拼接成的曲面進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，要求能夠處理公共邊界的信息，即2個(gè)曲面在拼接處具有相同的離散邊界，便于注塑模CAE后續(xù)的流動(dòng)、保壓和翹曲等有限元模擬分析，而對(duì)于曲面的精度允許有一定的誤差，因此本文介紹一種基于離散曲面的裁剪方法.所謂離散曲面，是一類采用組成曲面多邊形網(wǎng)的點(diǎn)、線、面及其拓?fù)湫畔⑼暾拿枋?em>曲面.
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自由曲面優(yōu)化的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
自由曲面優(yōu)化的最新內(nèi)容
寫在前面
仿真、模擬、有限元分析、多物理場(chǎng)……這些術(shù)語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術(shù)原理和演進(jìn)趨勢(shì)，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。本專題將以 “一期一會(huì)” 的形式，攜手各領(lǐng)域?qū)＜遥瑖@Ansys全產(chǎn)品線的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，帶您深入解析流體、結(jié)構(gòu)、電子設(shè)計(jì)及電磁仿真、光學(xué)、光子學(xué)、半導(dǎo)體、自動(dòng)駕駛
這篇文章以一個(gè)非常簡(jiǎn)單的漸進(jìn)透鏡為例，介紹了如何建立、分析和優(yōu)化自由曲面系統(tǒng)。
表面類型
理想的自由曲面應(yīng)該由一系列點(diǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)成，然而要優(yōu)化這個(gè)面時(shí)，需要用某種方式給這個(gè)面一個(gè)小的擾動(dòng)，以此來判斷該繼續(xù)增加還是減小這個(gè)擾動(dòng)，使光學(xué)系統(tǒng)能更符合我們的預(yù)期。
圖3 優(yōu)化前后系統(tǒng)的全波段聚焦光斑均方根半徑
其中，圖3(a)對(duì)比了子鏡、初始擬合面與優(yōu)化后自由曲面的光斑RMS半徑，可見優(yōu)化后的自由曲面在全波段范圍內(nèi)綜合了子鏡的優(yōu)勢(shì)，校正效果顯著；圖3(b)為優(yōu)化后光斑的放大圖，進(jìn)一步驗(yàn)證了“全波段RMS半徑＜4μm”的優(yōu)異性能。
人們一直在追求用于使光通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘吭絹碓酱蟮哪芰ΑＲ环N方法是使用具有軌道角動(dòng)量(OAM)的光束，例如，可以用螺旋相位板產(chǎn)生這種光束。與其產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的是，OAM的測(cè)量，即信息的解碼，同樣重要。遵循M.P.J.Lavery等人的概念，我們演示了如何在VirtualLab Fusion中使用兩個(gè)自定義的自由曲面光學(xué)元件來測(cè)量OAM。
用自由曲面光學(xué)元件測(cè)量軌道角動(dòng)量
概要
本文專門介紹使用單點(diǎn)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(jìn)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
例如，優(yōu)化一個(gè)自由曲面反射鏡，使 LED 的亮度從23 Cd 到大于250 Cd只需幾步。
簡(jiǎn)介
OpticStudio 的優(yōu)化功能允許用戶通過將系統(tǒng)參數(shù)設(shè)為變量，在評(píng)價(jià)函數(shù)編輯器中定義性能標(biāo)準(zhǔn)來改進(jìn)設(shè)計(jì)。這個(gè)過程會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生巨大的影響，所以選擇合適的變量和標(biāo)準(zhǔn)非常重要。序列模式和非序列模式中可用的標(biāo)準(zhǔn)類型有所不同。
在PanDao中如何對(duì)自由曲面進(jìn)行處理？9個(gè)月前
自由曲面定義：
MLC of SCRC：指具有最小凹曲率半徑（SCRC）區(qū)域的最大局部橫截面（MLC）。請(qǐng)參考自由曲面標(biāo)準(zhǔn)圖紙，a) 若已知MLC，請(qǐng)輸入SCRC處的MLC（單位：mm）；b) 若局部曲率半徑沿通光孔徑連續(xù)變化（即dR/(dx, dy) ≠ 0），請(qǐng)輸入0.01毫米（此為CNC編程中數(shù)據(jù)點(diǎn)間距的典型增量值）。
localSag at SCRC；指在最小凹曲率半徑
在PanDao中如何對(duì)自由曲面進(jìn)行處理？9個(gè)月前
自由曲面定義：
MLC of SCRC：指具有最小凹曲率半徑（SCRC）區(qū)域的最大局部橫截面（MLC）。請(qǐng)參考自由曲面標(biāo)準(zhǔn)圖紙，a) 若已知MLC，請(qǐng)輸入SCRC處的MLC（單位：mm）；b) 若局部曲率半徑沿通光孔徑連續(xù)變化（即dR/(dx, dy) ≠ 0），請(qǐng)輸入0.01毫米（此為CNC編程中數(shù)據(jù)點(diǎn)間距的典型增量值）。
1.點(diǎn)擊軟件左上角File→Import→Import Text File
2.選擇要導(dǎo)入的文件，點(diǎn)擊打開
3.確認(rèn)數(shù)據(jù)沒有問題（顯示綠色為正常數(shù)據(jù)，顯示紅色為未識(shí)別的數(shù)據(jù)格式）
4.選擇Data Array和2D Data，點(diǎn)擊Next
5.設(shè)置x和y坐標(biāo)的物理屬性，自由曲面一般為空間坐標(biāo)，選擇Length
6.選擇導(dǎo)入數(shù)據(jù)的物理屬性，為L(zhǎng)ength
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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(jìn)行自由曲面的光學(xué)設(shè)計(jì)。本文中，我們提供了一個(gè)以切比雪夫多項(xiàng)式表面（Chebyshev Polynomial surface）設(shè)計(jì)出離軸拋物面的范例，且此系統(tǒng)是在系列模式中進(jìn)行設(shè)計(jì)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
