自由曲面建筑的案例
基于基于注塑模CAD/CAE的自由曲面的裁剪的自由曲面的裁剪
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或其它產品設計和有限元分析的領域，實踐證明該算法自動化程度高、速度快、穩定可靠.
關鍵詞 曲面裁剪，離散曲面，曲面求交，自動搜索
1、引 言
在注塑模CAD/CAE中，自由曲面的設計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具有較強的曲面處理能力，能夠快速、方便地生成塑料制品圖和模具型腔圖.在實際工程中有許多產品的某些外表面不能或不便于用一張曲面表示，而用多張曲面構造一個產品的曲面模型時，某些曲面又有多余部分.因此，利用曲面裁剪技術把單張曲面不需要的部分裁剪掉或將多張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.曲面裁剪不僅是構造產品曲面模型的重要手段，也是采用縫合技術構造曲面實體模型必備的操作.
由于注塑模CAE分析要求盡可能方便、高效地構造出產品的幾何模型，并且對裁剪曲面或曲面裁剪后拼接成的曲面進行網格劃分時，要求能夠處理公共邊界的信息，即2個曲面在拼接處具有相同的離散邊界，便于注塑模CAE后續的流動、保壓和翹曲等有限元模擬分析，而對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的點、線、面及其拓撲信息完整的描述曲面.
展開 由Creo 自由式Freestyle曲面到Inspire Studio的PolyNURBS曲面
Altair Inspire Studio研習-第16期
Altair Inspire Studio 2019.3目前還沒有漢化的幫助文檔，而PolyNURBS又是Altair Inspire Studio宣傳的重點功能，對于一般的機械設計/工業設計的小伙伴來說有點羞射難懂，那么可以借著Creo類似的自由式Freestyle曲面中文詳細資料和幫助文檔進行理解PolyNURBS曲面。
關于自由式
自由式建模環境提供了使用多邊形控制網格快速簡單地創建光滑且正確定義的 B 樣條曲面的命令。可以操控和以遞歸方式分解控制網格的面、邊或頂點來創建新的頂點和面。新頂點在控制網格中的位置基于附近的舊頂點位置來計算。此過程會生成一個比原始網格更密的控制網格。合成幾何稱為自由式曲面。控制網格上的面、邊或頂點稱為網格元素。自由式曲面及其所有參考構成了自由式特征。自由式曲面具有 NURBS 和多邊形曲面的特征。與 NURBS 曲面一樣，自由式曲面可生成平滑幾何，但使用很少的控制頂點就能確定其形狀。與多邊形曲面一樣，可以拉伸自由式曲面的特定區域來創建細節。打開新零件或現有零件并單擊“模型”(Model) > “自由式”(Freestyle) 以進入自由式建模環境。
Creo 6.0 自由式講解 - 圖文 - 百度文庫
https://wenku.baidu.com/view/f19a731f4631b90d6c85ec3a87c24028915f85de
PolyNURBS
結合多邊形建模的簡便性與 NURBS 建模的精度和靈活性，可快速創建平滑且連續的自由曲面和幾何實體。
展開 自由風格曲面造型
自由造型曲面 [1].part1.rar
自由造型曲面 [1].part2.rar
自由造型曲面 [1].part3.rar
[NEWSLETTER] 自由曲面光學元件的OAM測量
遵循M.P.J.Lavery等人的概念，我們演示了如何在VirtualLab Fusion中使用兩個自定義的自由曲面光學元件來測量OAM。
用自由曲面光學元件測量軌道角動量
我們建立了一個由兩個自由曲面光學元件組成的光學裝置，將軌道角動量轉換為線性角動量，已進行測量。
編程一個變形表面
利用VirtualLab Fusion中的可編程界面，對變形表面進行了編程，給出了表面梯度的解析表達式。
For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 
在PanDao中如何對自由曲面進行處理？
自由曲面定義：
MLC of SCRC：指具有最小凹曲率半徑（SCRC）區域的最大局部橫截面（MLC）。請參考自由曲面標準圖紙，a) 若已知MLC，請輸入SCRC處的MLC（單位：mm）；b) 若局部曲率半徑沿通光孔徑連續變化（即dR/(dx, dy) ≠ 0），請輸入0.01毫米（此為CNC編程中數據點間距的典型增量值）。
localSag at SCRC；指在最小凹曲率半徑（SCRC）所在點z(x,y)處的局部矢高。請參考自由曲面標準圖紙。
對于自由曲面的中心厚度，請輸入自由曲面最大矢高（Sag）下方對應的局部最小透鏡厚度—“gauge”（厚度基準）。
對于自由曲面光學系統的4/定心精度，軟件當前沒有指定4/定心精度，需要在鏡片的另一側輸入4/定心精度。目前，也沒有為自由曲面生成中心研磨成本。
請注意，目前軟件也沒有考慮匹配（a）機器和（b）測試設備和（c）安裝設置的坐標系所需的基準設置成本。
輸入參數：
展開 自由曲面網架建模 ￥30
自由曲面網架建模
自由曲面光學元件的OAM測量
遵循M.P.J.Lavery等人的概念，我們演示了如何在VirtualLab Fusion中使用兩個自定義的自由曲面光學元件來測量OAM。
用自由曲面光學元件測量軌道角動量
我們建立了一個由兩個自由曲面光學元件組成的光學裝置，將軌道角動量轉換為線性角動量，已進行測量。
編程一個變形表面
利用VirtualLab Fusion中的可編程界面，對變形表面進行了編程，給出了表面梯度的解析表達式。
For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.comInternet: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 ZEMAX | 在 OpticStudio 中使用自由曲面進行設計
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設計。本文中，我們提供了一個以切比雪夫多項式表面（Chebyshev Polynomial surface）設計出離軸拋物面的示例，且此系統是在系列模式中進行設計的。另外，在 OpticStudio 的序列模式中有超過20種自由曲面供選擇，本文將提到鏡頭數據編輯器（Lens Data Editor）中一些好用的篩選功能，可以協助設計者根據不同的應用決定適合的自由曲面。
下載
聯系工作人員獲取附件
簡介
相較于傳統的球形光學原件，自由曲面是一種復雜、且擁有更大設計自由度的表面。雖然在制程上較為困難，但自由曲面的使用可以大幅地減少系統的體積。自由曲面可被應用在各式不同的領域，天線、激光光束整形器（laser beam shaper）和哈伯太空望遠鏡等的設計中，早已可見自由曲面的蹤跡1。
OpticStudio 提供了許多好用的功能，供使用者在序列和非序列模式中進行自由曲面的設計。這篇文章，我們會在序列模式中以切比雪夫多項式表面設計出離軸拋物面。同時，我們還會討論如何快速地針對不同系統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，代表構成表面幾何形狀的系數呈線性獨立。如此一來，當我們對表面的幾何關系進行優化時，將不再受到局部最小值（local minima）的限制。與非球面的系統相比，自由曲面的設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出的，而多數的多項式自由曲面則用于描述旋轉對稱的系統。
展開 ug自由曲面造型實例剃須刀
ug自由曲面造型實例剃須刀
《CATIA V5自由曲面造型》
CATIA V5自由曲面造型.part1.rar
CATIA V5自由曲面造型.part2.rar
CATIA V5自由曲面造型.part3.rar
VirtualLab Fusion中導入自由曲面數據
1.點擊軟件左上角File→Import→Import Text File
2.選擇要導入的文件，點擊打開
3.確認數據沒有問題（顯示綠色為正常數據，顯示紅色為未識別的數據格式）
4.選擇Data Array和2D Data，點擊Next
5.設置x和y坐標的物理屬性，自由曲面一般為空間坐標，選擇Length
6.選擇導入數據的物理屬性，為Length，點擊Finish
7.預覽導入的數據，確認數據單位量級是否正確
8.如果單位量級不正確，可以通過Manipulations中對整體高度數據乘以或除以對應的數量級關系調整高度數據，如從1mm調整為1um，可點擊divide by constant之后在跳出的窗口中輸入1000，高度數據會整體除以1000
9.選擇Lens System元件，添加sampled surface，點擊set將導入的面型加載至表面中，即可完成自由曲面的導入
展開 
在PanDao中如何對自由曲面進行處理？
自由曲面定義：
MLC of SCRC：指具有最小凹曲率半徑（SCRC）區域的最大局部橫截面（MLC）。請參考自由曲面標準圖紙，a) 若已知MLC，請輸入SCRC處的MLC（單位：mm）；b) 若局部曲率半徑沿通光孔徑連續變化（即dR/(dx, dy) ≠ 0），請輸入0.01毫米（此為CNC編程中數據點間距的典型增量值）。
localSag at SCRC；指在最小凹曲率半徑（SCRC）所在點z(x,y)處的局部矢高。請參考自由曲面標準圖紙。
對于自由曲面的中心厚度，請輸入自由曲面最大矢高（Sag）下方對應的局部最小透鏡厚度—“gauge”（厚度基準）。
對于自由曲面光學系統的4/定心精度，軟件當前沒有指定4/定心精度，需要在鏡片的另一側輸入4/定心精度。目前，也沒有為自由曲面生成中心研磨成本。
請注意，目前軟件也沒有考慮匹配（a）機器和（b）測試設備和（c）安裝設置的坐標系所需的基準設置成本。
輸入參數：
展開 Ansys Zemax | 利用 TrueFreeForm 面進行網格自由曲面的優化
實際案例-TrueFreeForm 面網格優化
設置
在這個范例中，我們利用將以一個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）進行設計，此光學系統參考了Gao C. 和Hua H.的專利（EP3270194A1）。顯示器中的NIR（近紅外光）人眼追跡系統包含了三個相同的光學表面，和一個用于聚焦的楔形單透鏡。一開始，我們以擴展多項式（extended polynomial）的方式在OpticStudio中建立三個面。由于TrueFreeForm面也能支持擴展多項式函數，所以可以此作為設計的起點。接著，我們將進行微顯示器的優化和人眼追跡系統的嵌入。在這些過程中，我們還不會對參數式自由曲面的光學表面進行校正。
注意，為了簡化設計我們忽略了光學系統中的透視（see-through）結構，并且只以單一波長的入射光進行優化。
此外，一開始的光學表面優化是以顯示器系統的成像為目標，而忽略了人眼追跡系統的表現。因此在優化結果的呈現上，F/3 NIR光學系統會有不錯的影像質量，但NIR人眼追跡系統則不然。我們可以在下方的MTF圖中看到以完整FOV取樣的結果，以及NIR人眼追跡系統中所有視場的像散。后者的平均像散約為1.4個波，并在整個FOV具有1.42個波的RMS平均波前誤差。
為了得到各系統較平衡的結果，我們可以重新對三個自由曲面進行優化。但要注意的是，任何增進NIR人眼追跡系統影像質量的改變，都將對顯示器系統的成像造成負面的影響。此時，改以TrueFreeForm面進行設計便成了一個更好的選項。如果用戶想在不犧牲顯示器成像質量的情況下改善人眼追跡系統，可以由S3 （即棱鏡最上方的面）的子孔徑優化著手。
展開 Ansys Zemax | 在 OpticStudio 中使用自由曲面進行設計
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設計。本文中，我們提供了一個以切比雪夫多項式表面（Chebyshev Polynomial surface）設計出離軸拋物面的范例，且此系統是在系列模式中進行設計的。另外，在OpticStudio的序列模式中有超過20種自由曲面供選擇，本文將提到鏡頭數據編輯器（Lens Data Editor）中一些好用的篩選功能，可以協助設計者根據不同的應用決定適合的自由曲面。
下載
聯系工作人員獲取附件
簡介
相較于傳統的球形光學原件，自由曲面是一種復雜、且擁有更大設計自由度的表面。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的體積。自由曲面可被應用在各式不同的領域，天線、激光光束整形器（laser beam shaper）和哈伯太空望遠鏡等的設計中，早已可見自由曲面的蹤跡1。
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，代表構成表面幾何形狀的系數呈線性獨立。如此一來，當我們對表面的幾何關系進行優化時，將不再受到局部最小值（local minima）的限制。與非球面的系統相比，自由曲面的設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出的，而多數的多項式自由曲面則用于描述旋轉對稱的系統。
展開 Ansys Zemax | 確保自由曲面設計的可制造性
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，解釋了可制造性參數如何與儀器參數相關聯，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數。此外，還解釋了如何處理其考察區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。
表面參數控制
鏡頭加工中需要進行控制的表面參數將取決于加工方法和設備。加工塑料光學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，因此相應的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對而言，旋轉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，刀具在表面上產生螺旋軌跡，但螺旋的步長非常小，在大多數情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對于旋轉對稱鏡片，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，我們應該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。
圖3.
展開 