光學機械工程的案例
光學系統 | 借助Ansys Zemax從概念到立方體衛星光機械設計（2）
圖4：為3-U 立方體衛星完成光學機械設計
在光機械設計完成后，可以使用仿真工具，在Creo Parametric中對這些組件對光學性能的影響進行仿真。在最后的仿真中，完整光機械模型被太陽能電池板包裹裝配。
光線追跡仿真驗證了光機械對光學性能沒有重大影響。現在可以將構建的整個系統導出到有限元分析（FEA）軟件，開始STOP分析。
圖 5.最終光學機械設計的光線追跡仿真
借助OpticsBuilder，可以縮小光學工程與機械工程之間的文件形式差異。通過簡化、直觀的工作流程，工程團隊可以更高效地應對光機械設計的挑戰。
展開 [光學工程] JCMsuite納米光學仿真分析軟件
JCMsuite是一款來自德國JCMwave公司、最適于復雜納米光學系統的仿真和設計軟件。它利用最先進的技術，為光學、連續介質力學和熱傳導問題提供快速準確的數值求解。它提供易用的腳本環境、可集成分析工具（如MATLAB、Python等）、機器學習優化技術等功能。”
JCMsuite是一款功能強大且靈活的仿真計算軟件，最適于復雜納米光學系統的仿真和設計。它利用最先進的技術，為光學、連續介質力學和熱傳導問題提供快速準確的數值求解。JCMsuite為您提供易用的腳本環境使用界面，并能完全集成在數據分析工具包中，且通過最新的機器學習技術優化您的光學系統。
01
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復雜光學系統的仿真
JCMsuite是一個完整且易用的有限元計算軟件，用于計算復雜納米光學系統中的電磁波、彈性和熱傳導。 基于數學和計算科學理論，JCMsuite擁有極短的計算時間、緊湊的數據空間需求和高度可靠性。
02
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分析和優化
JCMsuite包含用于高效地分析和優化納米光學器件或其他光學系統特性的工具。高級的機器學習技術可以有效地搜尋最佳設計，并顯著縮短開發時間。
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JCMsuite技術
JCMsuite是基于先進的數學方法和計算科學技術。它利用有限元方法（FEM）的強大功能和靈活性來實現快速準確的仿真計算，并使用最新的機器學習技術來優化復雜的光學系統。
1、CAD和網格劃分工具
JCMsuite幾何創建和網格劃分工具專門用于光子應用。
形狀和幾何形狀：可以使用線性或彎曲單元創建各種CAD幾何圖形，例如2D和3D基元、擠出、圓角形狀和自由形狀等。
展開 物理光學工程中的光學鏡頭設計及使用
在實際設計當中“最好的”、“成像質量最優化的”未必就是實際工程實現“最合適”的系統。從工程設計的角度看,一個成功的設計系統往往并不是選用最高精尖的技術手段和材質完成系統設計,而是以能夠完成設計要求、成本最低為指導原則的。設計結果體現使用要求的成像質量評價問題極為重要,它需要設計人員不斷摸索實踐,涉獵相關邊緣學科,培養系統工程思維。
總而言之,光學鏡頭是由一系列透鏡單元組合而成的,其設計是極具創造力的工作,設計人員必須基于經驗和敏銳的洞察力來了解各種各樣光學象差的特性。據了解,現代光學鏡頭的設計是可以用來挑戰膠片顆粒的極限的。透鏡從理論上講可以有效地集中光線,可以制成完美無缺的光學鏡片,但理想化的完美鏡片實際上至今尚未被設計成功,因為在實際生產時,限于材料和條件因素,制造出來的光學鏡片并不能達到完全理想的狀態,多少會存在偏差現象。
展開 強烈推薦｜有了這款光學軟件，光學工程很多問題都將迎刃而解！
今天為大家推薦一款光學軟件，它可以幫助我們解決很多關于光學工程的問題，大家可以試試哦！
光學工程發展概況與應用領域
1997年，在我國光學界泰斗王大珩院士的建議下，國務院學位委員會同意將“光學工程”列為工學一級學科。
作為一門理工交叉的學科，光學工程學科的理論體系得到了不斷地完善與發展，如今光學工程已發展為以光學為主，并與信息科學、能源科學、材料科學、生命科學、空間科學、精密機械與制造、計算機科學及微電子技術等學科緊密交叉和相互滲透的學科。
它包含了許多重要的新興學科分支，如激光技術、光纖通信、光存儲與記錄、光學信息處理、光電顯示、全息和三維成像、薄膜和集成光學、光學與光纖傳感、光探測、激光材料處理和加工、弱光與紅外熱成像、光電測量、現代光學和光電子儀器及器件、光學遙感技術以及綜合光學工程技術等。這些分支不僅使光學工程學科產生了質的飛躍，而且推動建立了一個規模迅速擴大的前所未有的現代光學和光電子產業。
近些年來，在一些重要的領域，信息載體正在由電磁波段擴展到光波段，從而使現代光產業的主體集中在光信息獲取、傳輸、處理、記錄、存儲、顯示和傳感等的光電信息產業上。
這些產業一般具有數字化、集成化和微結構化等技術特征。在傳統的光學系統經不斷地智能化和自動化，從而仍然能夠發揮重要作用的同時，對集傳感、處理和執行功能于一體的微光學系統的研究和開拓光子在信息科學中作用的研究，將成為今后光學工程學科的重要發展方向。
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FRED是什么軟件？
它運用的領域范圍非常廣泛，能幫助光學人在照明系統、導光管、投影系統、激光、干涉、雜散光、鬼影分析、生物醫學、及其它光學系統原型的系統設計中解決問題。最重要的是！無論簡易或復雜的成像與非成像系統結構， FRED 都可以準確的建構及分析。
展開 
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展開 設計仿真 | MSC Nastran助力AEH公司光學系統的機械設計
01
背 景
光學系統中常見的機械故障是支撐結構的剛度不足。剛度對于保持光學元件的對中和實現足夠的光學性能至關重要。機械工程師有責任在機械設計中提供足夠的剛度。
光學工程師喜歡將機械工程師的結構設計導入到他們的光學設計程序中來對其進行評估。這個過程包括將機械工程師的CAD模型導入到結構分析有限元程序中，然后再將有限元分析結果導入到光學設計程序中。為了方便這個操作，光學工程師開發了解析器和插值器，這使得光學工程師可以觀察到機械設計對光學圖像的影響。光學程序通常是針對光學幾何的大位移非線性求解器。
對于機械工程師來說，這個過程有兩個缺點。首先，它需要一個比較完整的系統CAD模型，而這個模型只有在機械設計的后期才能給出。因此，機械設計的缺陷只能在機械設計過程的后期才被發現。其次，通過解析器和插值器從光學效應追蹤到可能導致光學問題的機械設計特征是有問題的。因此，難以對機械設計制定合理、有效的變更。
光學工程師認為需要使用他們的大位移非線性程序來分析機械變形引起的擾動。然而，對于1米尺寸大小的結構，光學元件允許的變形通常很小，在微米量級。對于這種大小的擾動，可以表明工程精度不需要非線性求解器。
展開 【機械】| 機械振動的分類及工程中的振動問題
機械工程常見的振動問題
1. 共振
振動控制
當外部激勵頻率和系統固有頻率接近時，系統將產生強烈的振動，多數情況應該防止和控制。例如隔振系統和回轉軸系統應使其工作頻率和工作轉速在各階固有頻率和各階臨界轉速范圍之外。盡管如此，機械系統在啟動和停機過程中，仍然要通過共振區，仍有可能產生較強烈的振動，必要時需采取抑制共振的減振和消振的措施。
振動利用
在近共振狀態下工作的機械，就是利用彈性力和慣性力基本接近平衡及外部激勵力主要用來平衡阻尼力的工作原理，因而所需激勵力和功率較非共振類機械顯著減小。
2. 自激振動
振動控制
自激振動中有機床切削過程的自振、低速運動部件的爬行、滑動軸承油膜振蕩、傳動帶的橫向振動、液壓隨振系統的自振。這些對各類機械及生產過程都是一種危害，應加以控制。
振動利用
蒸汽機、液壓氣動碎石機均為自激振動運用實例。
3.不平衡慣性力
振動控制
旋轉機械和往復機械產生振動的原因，都是由于不平衡慣性力所引起的。為減小機械振動。
振動利用
慣性振動機械就是依靠偏心質量回轉時所產生的離心力為振源。
4.振動的傳遞
振動控制
為減小外部振動對機械設備的影響或機械設備的振動對周圍環境的影響，可配置各類減震器進行隔振、減振和消振。
振動利用
彈性連桿式激振器就是將曲柄連桿形成的往復運動，通過連桿彈簧傳遞給振動體。
5. 非線性振動
振動控制
在減振器設計中設計的摩擦阻尼器粘彈性阻尼器均為非線性阻尼器。自激振動系統和沖擊振動系統也都是非線性振動系統。實際上客觀存在的振動系統都是非線性振動問題，只是某些系統的非線性較弱，作為線性問題處理罷了。
展開 2024石家莊工程機械/礦山機械設備展覽會
尊敬的領導
您好！
由河北省應急管理與安全生產協會,河北省礦業協會主辦的2024中國（石家莊）國際礦業博覽會將在2024年7月4-6日河北省石家莊舉辦，展會主題：礦山智能化建設 促進可持續發展，為河北省省礦業行業例會，展現多年來行業的發展創新，通過專業化、市場化、國際化、品牌化的運作，努力打造成河北礦山智能開采有影響力的國際權威品牌展，同時也有望成為我國礦山智能開采裝備領域面向全國乃至全世界的一個重要窗口和經貿交流平臺。
此次展會將涉及礦山智能化無人開采技術及應用、礦山生產設備、礦山運輸設備、礦山安全及監控、礦山服務、智慧礦山建設、礦用機電設備及材料、礦山應急救援設備、煤炭技術與裝備、礦產品加工利用等領域，通過專業化、品牌化的運作模式，與業界精英共同探索行業發展新趨勢！
2024中國（石家莊）國際礦業博覽會配合多種精彩紛呈的現場活動，同時舉辦滿足各類專業人士需要的高端峰會和論壇，“全方位、立體式”地打造出中國采礦技術設備行業的旗艦盛會。
現誠邀貴公司參展參會，共襄盛舉。
特此函邀。
2024中國（石家莊）國際礦業博覽會組委會
2024年1月29日
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謹致問候/Best Regard
敬請及時與我們溝通聯絡，獲取最新展會信息
2024中國（石家莊）國際礦業博覽會組委會
聯系人： 張顏-先生
手 機： 182-1097-7957（同微）
電 郵： 212174515@qq.com
展開 光學工程中聰明的技巧
摘要
在光學工程中，高效的計算結果很難通過強力光線追跡來獲得。使用輻射測量學技術，在很短的時間內，可以有效并準確地執行雜散光，照度均勻性和自發熱輻射的計算來追跡必要數量的光線。
關鍵字：照明，輻射度量學，光線追跡，雜散光
1.前言
根據MSNtm Encarta（微軟公司產品）在線詞典，“clever”這個詞是一個形容詞，意為“展示意志力，敏捷性和創造力”。“trick”這個詞是一個名詞，意為“一個特殊的、有效或巧妙的技巧，技能或技術”。綜上所述，本文的目的是介紹光學工程領域中聰明的和創造性的使用技巧。
在光學軟件的早期，當開始執行計算時，設計人員和分析師學會了如何高效又富有洞察力的計算。他們必須如此的原因是，在分時享用計算機上進行計算成本很高，而且獲取計算機并不總是很方便。此外軟件開發人員還沒有寫出很多如目前的現代軟件一樣豐富的專門的功能。
現代的軟件提供了無數種計算選擇，這使得很多沒有經驗的用戶相信，每一個問題可以通過按下工具欄上的按鈕而得以解決（圖1）。這是不正確的!
圖1 “圣杯”界面的發展：一個解決了用戶問題的按鈕，…不管它是什么問題。
有幾類問題，僅僅按鈕的解決方案是行不通的。這包括雜散光/離軸抑制計算，照明分析問題（特別是源于特定的視角），自發熱輻射計算及涉及多光束的干涉分析。這篇論文論述了前三類問題。
2.雜散光的計算
例如，讓我們考慮距離地球特定軌道高度上的傳感器的典型雜散光計算案例（圖2）。在這種情況下，傳感器的視線（LOS）是在地球的邊緣之上；LOS與邊緣之間的角度通常稱為“邊緣角”。現在的問題是“到達傳感器FPA（焦平面陣列）的雜散光數量是多少？”
圖2 地球傳感器的幾何結構（不按比例尺測量）。
展開 MSC Nastran助力AEH公司光學系統的機械設計
背景
光學系統中常見的機械故障是支撐結構的剛度不足。剛度對于保持光學元件的對中和實現足夠的光學性能至關重要。機械工程師有責任在機械設計中提供足夠的剛度。
光學工程師喜歡將機械工程師的結構設計導入到他們的光學設計程序中來對其進行評估。這個過程包括將機械工程師的CAD模型導入到結構分析有限元程序中，然后再將有限元分析結果導入到光學設計程序中。為了方便這個操作，光學工程師開發了解析器和插值器，這使得光學工程師可以觀察到機械設計對光學圖像的影響。光學程序通常是針對光學幾何的大位移非線性求解器。
對于機械工程師來說，這個過程有兩個缺點。首先，它需要一個比較完整的系統CAD模型，而這個模型只有在機械設計的后期才能給出。因此，機械設計的缺陷只能在機械設計過程的后期才被發現。其次，通過解析器和插值器從光學效應追蹤到可能導致光學問題的機械設計特征是有問題的。因此，難以對機械設計制定合理、有效的變更。
光學工程師認為需要使用他們的大位移非線性程序來分析機械變形引起的擾動。然而，對于1米尺寸大小的結構，光學元件允許的變形通常很小，在微米量級。對于這種大小的擾動，可以表明工程精度不需要非線性求解器。事實上，可以認為光學函數比固體力學函數更具線性，而有限元方法本身也是固體力學函數的線性簡化。
挑戰
機械工程師在光學系統設計中的工作是檢查機械設計空間，尋找潛在的光學問題。為此，機械工程師需要工具將設計的力學行為與系統的光學行為聯系起來。這些工具需要適用于早期簡化的設計概念模型以及最終確定的詳細CAD模型，需要與光學工程師和機械工程師在項目后期可能進行的任何分析保持一致。
展開 MSC Nastran助力AEH公司光學系統的機械設計
背景
光學系統中常見的機械故障是支撐結構的剛度不足。剛度對于保持光學元件的對中和實現足夠的光學性能至關重要。機械工程師有責任在機械設計中提供足夠的剛度。
光學工程師喜歡將機械工程師的結構設計導入到他們的光學設計程序中來對其進行評估。這個過程包括將機械工程師的CAD模型導入到結構分析有限元程序中，然后再將有限元分析結果導入到光學設計程序中。為了方便這個操作，光學工程師開發了解析器和插值器，這使得光學工程師可以觀察到機械設計對光學圖像的影響。光學程序通常是針對光學幾何的大位移非線性求解器。
對于機械工程師來說，這個過程有兩個缺點。首先，它需要一個比較完整的系統CAD模型，而這個模型只有在機械設計的后期才能給出。因此，機械設計的缺陷只能在機械設計過程的后期才被發現。其次，通過解析器和插值器從光學效應追蹤到可能導致光學問題的機械設計特征是有問題的。因此，難以對機械設計制定合理、有效的變更。
光學工程師認為需要使用他們的大位移非線性程序來分析機械變形引起的擾動。然而，對于1米尺寸大小的結構，光學元件允許的變形通常很小，在微米量級。對于這種大小的擾動，可以表明工程精度不需要非線性求解器。事實上，可以認為光學函數比固體力學函數更具線性，而有限元方法本身也是固體力學函數的線性簡化。
挑戰
機械工程師在光學系統設計中的工作是檢查機械設計空間，尋找潛在的光學問題。為此，機械工程師需要工具將設計的力學行為與系統的光學行為聯系起來。這些工具需要適用于早期簡化的設計概念模型以及最終確定的詳細CAD模型，需要與光學工程師和機械工程師在項目后期可能進行的任何分析保持一致。
展開 
2024機械工程、動力學與電氣工程國際會議(ICMEDEE 2024)
2024機械工程、動力學與電氣工程國際會議(ICMEDEE 2024)
會議簡介
2024機械工程、動力學與電氣工程國際會議（ICMEDEE 2024）是全球范圍內機械工程、動力學與電氣工程領域的重要學術盛會。會議將匯集來自世界各地的頂尖學者、專家和實踐者，共同探討機械工程、動力學與電氣工程領域的前沿技術和挑戰。會議主題涵蓋廣泛，包括但不限于機械設計、制造、自動化，動力學系統，以及電氣工程的理論與實踐。
此次會議將為參會者提供一個深入了解該領域最新研究成果、交流學術思想和技術創新的機會。同時，會議還將促進學術界與工業界的合作，加速科研成果的產業化進程。通過參與ICMEDEE 2024，您將有機會與同行交流心得，拓展學術視野，為未來的研究和應用奠定基礎。
我們誠摯邀請您參加2024機械工程、動力學與電氣工程國際會議（ICMEDEE 2024），共同探討和推動機械工程、動力學與電氣工程領域的發展。
展開 光學工程仿真軟件FRED
FRED是一套由美國Photon Engineering公司所開發出的光學工程仿真軟件。
作為光機一體化的開發平臺，可以用在光學設計過程中的每一個環節，包括最初的概念驗證，整合光學設計和機械設計，對虛擬原型進行全面分析，對模型參數進行快速公差分析和優化，以及將供應商的目錄集成到軟件中以供加工和系統調試。它的顯示窗口為3D實體顯示工作平臺，具備快速的光線追跡功能，并且可以同時允許63核CPU進行多線程運算及支持多節點分布式計算。
FRED共有三個版本：FRED Standard擁有軟件基本功能；FRED Optimum除了有Standard版本所有功能外，還具備優化功能和分布式計算的功能，計算速度更快；FRED MPC除了有Optimum版本所有的功能外，還能利用GPU進行計算，其計算速度是其他兩個版本的100倍！
應用領域
FRED 運用的領域非常廣泛，只要是幾何光學可分析的系統皆可使用 FRED 來分析、模擬。常見的應用領域為：照明系統、導光管、投影系統、激光、干涉、雜散光、鬼影分析、生物醫學、其它光學系統原型之系統設計等等，無論是簡易或是復雜的成像與非成像系統結構，FRED都可以準確的建構及分析。
功能特性
? 序列與非序列光線追跡
? 全面透析光機系統設計
? 照明與非成像系統設計
? 雜散光與鬼像分析
? 相干光束傳播模擬
? 成像系統設計和實際場景渲染
? 自發熱輻射分析
? 公差分析與系統調試
FRED主要功能
? 可進行PSF、MTF、點列圖、三階像差、光程差、雜散光路徑、重點采樣、鬼像、PST與關鍵被照面、衍射、冷反射、紅外熱成像分析。
? 真實三維模型渲染和實時顯示窗口，可以直觀快速的找到整機裝配中不匹配等常見問題。
展開 工程案例-工程機械駕駛室ROPS仿真分析與試驗驗證
本研究對象為某款工程機械駕駛室，要根據ISO12117的要求進行滾翻保護（ROPS）仿真分析。該項仿真的難點在于，滾翻保護需要連續進行三個方向的加載，分別是側向、縱向和垂向。側向加載時，在滿足性能要求后，轉入垂向加載工況，再次滿足性能要求后，轉入垂向加載工況，即下一工況是在前一工況變形基礎上進行仿真分析，由于難以確定性能達標時刻，傳統的仿真分析方法難以進行仿真。
本研究使用LS-DYNA，通過調整仿真模型的剛性墻的生效和失效時間，并采取相應的計算穩定控制措施，使得仿真分析結果與試驗結果高度一致，仿真分析技術得到了驗證，可為新車型的開發節省試驗費用，縮短研發、生產周期。
試驗現場圖片
側向加載
縱向加載
垂向加載
加載力仿真與試驗對比
側向吸能仿真與試驗對比
側向吸能仿真和試驗值誤差為0.5%，仿真精度高。
展開 一期一會 | 詳解光學機械設計及其典型仿真工作流程
應對光機領域的挑戰
在確保光學系統性能達到可接受標準的前提下，必須盡量減少每個設計方案對資金和時間安排的影響；而實現這一目標，是光機設計的根本挑戰。
在可以手動創建和修改實驗電路板的實驗室場景中，光學設計考慮因素占主導地位。然而，當將其置于產品中時，工程師在推動設計成為最佳解決方案的過程中，必須考慮和權衡相互沖突的要求。成功的團隊會將穩健的設計流程與仿真相結合，來克服這些挑戰。
協作、多學科和迭代設計流程
該行業發展出了光機學這一分支學科，以滿足對更具迭代性和多學科設計流程的需求。在引入該學科之前，光學工程師會開發光學設計，然后將其發送給機械工程團隊，以了解如何固定、移動和保護光學元件。這種脫節的方法通常會導致設計不符合光學規范，或者在設計流程后期進行成本高昂的修復。
為了解決這個問題，各公司會組建由工程師組成的多學科團隊，這些工程師了解光學系統獨特的機械方面以及光學基礎知識，以便在制定設計決策時同時考慮這兩個領域。清晰、頻繁和簡潔的信息溝通是任何跨學科團隊取得成功的重要基礎。
此外，設計流程必須是迭代的，以便對兩個領域的設計變更進行評估。同時，必須具備相應的工具，使幾何結構和公差信息能夠在不同學科之間來回傳遞。光學系統設計通常遵循標準的概念、初步和最終設計階段流程，并且在每個步驟都會進行迭代。高效的團隊可以利用仿真、原型設計、測試、設計審核和規范的工程文檔，在設計流程的早期發現和解決問題。
仿真驅動光機設計
光學仿真和機械仿真，在應對和克服光機挑戰方面都發揮著重要作用。通過創建設計的虛擬表示，工程師能夠從光學和機械的角度快速了解設計的性能，以及兩者的相互作用。
光機設計的典型仿真工作流程是，從光學仿真中獲取幾何結構，并將其傳遞給機械設計工具，以指定安裝和外殼設計。
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