光学镜头结构智能化设计系统.pdf
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1、第13卷 增刊 2005年11月 Vol.13 Supp.Nov.2005 收稿日期:2005207220;修订日期:2005209215.文章编号 10042924X(2005)增20021204光学镜头结构智能化设计系统杨近松,胡 君(中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春130033)摘要:开发了光学镜头结构智能化设计系统,以黑盒构件技术为主导设计思想,采用VC+语言自主开发了光学设计软件和机械设计软件,利用AutoCAD/AutoIS系统提供的接口函数,实现光学、机械设计软件和AutoCAD/AutoIS系统的集成与链接,应用多数据库通信技术实现系统各数据表间的数据通信。
2、通过系统自动完成的设计实例验证系统的有效性,该系统的开发实现了光学镜头结构的参数化、自动化和智能化的系统集成设计目标。关 键 词:光学镜头;结构;智能化设计;系统集成中图分类号:TB851;TP391.72 文献标识码:ADevelopment of intellectualized design system forstructural design of optical lensYAN GJin2song,HU Jun(Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,C
3、hangchun130033,China)Abstract:Intellectualized design system for structural design of optical lens is developed,which a2chieves the integration of optical and structural design software.Mainly based on black box compo2nent method,the development of optical and structural design software is completed
4、 using VC+language.The integration and link of software and AutoCAD/AutoIS is realized through exploitationof interface function provided by AutoCAD/AutoIS.By using the multiple data base transmissiontechnology,the data transimssion between data tables is achieved.A design experiment is given totest
5、 the effectivity of such a system.The development of this system realized parametrization,autom2atization,intellectualization of the structure of optical lenses.Key words:optical lens;structure;intellectualized design;systemic integration1 引 言 在传统的光学镜头结构设计过程中,光学设计和机械设计是分两阶段独立进行的,由于两阶段设计分属不同的学科,以至于在二
6、者交接过程中涉及的问题较多,造成设计更改困难和设计周期延长。随着以计算机技术为主的现代化设计手段日益发展,计算机辅助光学设计(CAOD)和计算机辅助机械设计(CAMD)软件已在各自领域得光行天下论坛:h t t p:/www.o p t i c s k y.c n到广泛应用122,但可以将二者集成在一起的光学镜头结构智能化设计软件还未有技术先例。从产品生产制造的角度出发,如何解决光学镜头结构的设计与设计、设计与工艺之间的技术通讯问题,以实现产品的智能化设计是目前光学仪器结构设计领域亟需解决的关键技术。本文研究的光学镜头结构智能化设计系统,是应用数据库技术、专家系统等设计方法将光学设计系统与机械
7、设计系统集成在一起的镜头结构智能化设计软件,做到了只需提供光学设计参数及性能要求,即可实现某种镜头结构的形式选取、图纸设计、加工工艺、三维显示等一系列任务,真正实现了光学镜头结构的参数化、自动化和智能化的系统集成设计目标。2 系统工作方法及设计原理2.1 系统工作方法光学镜头结构设计首先由光学设计人员通过应用CAOD系统,输入光学系统初始参数,计算光学系统中各个镜面的位置,并通过计算光学系统像差,进行优化处理、像质评价等,至此完成光学设计与计算3;再由机械设计人员根据光学设计要求,在CAMD系统中选取光学系统形式,并输入光学设计参数,计算绘制镜头结构零部件图;最后应用计算机辅助工艺软件(CAP
8、P)完成工艺处理4。在具体设计和绘图的过程中,可对运动部件进行干涉分析等工作,并进行必要的修改以完成整个镜头结构的图纸绘制,或生成镜头数控加工代码数据。2.2 系统设计原理系统由4个设计软件和6种数据库表构成,设计软件分别是:光学设计软件(CAOD)、机械设计软件(CAMD)、AutoCAD(Autodesk公司的二维机械计算机辅助设计软件)、AutoIS(Autodesk公司的三维机械计算机辅助设计软件)。各设计软件受控于系统并对数据表库进行操作,以获取所需的数据或向其他模块提供数据526。数据库包括国内外无色玻璃数据表、系统参数表、光学参数表、光学系统形式表、参数化程序模块表和零部件、装配
9、图数据表等,其中核心部分是参数化程序模块数据表库的生成,该部分数据的生成需要经过结构几何图形确定、图形参数化公式、程序设计、数据生成及动态链接库链接等阶段,最终形成程序模块数据表库。3 多数据库技术应用 系统中需要建立的数据库包括:光学材料、光学系统参数、光学设计参数、结构材料、光学系统形式图形、几何元素的公共函数、零部件数学模型程序、二维加工图纸、三维加工图纸和三维数控机床加工的专用数据库等,这些数据库能为多个用户共享,与应用程序彼此独立。3.1 基础数据库(1)光学玻璃数据库光学玻璃数据库是根据光学镜头结构需要的材料类型关系建立起来的,需要存储的主要数据和参数有:玻璃牌号、玻璃质量范围、玻
10、璃的光学性能、玻璃热学性能、机械性能和化学稳定性等,根据系统需求设计数据存储结构。在系统的光学设计过程中,通过光学设计软件控制光学玻璃表,随时选取所需的玻璃牌号,玻璃牌号一旦确定,在以后的机械设计中不得更改。(2)系统参数与光学参数数据库系统参数和光学参数分别是不同的数据表,根据光学镜头的种类设计数据结构和结构关系。数据表受光学设计和机械设计软件模块的控制,光学设计软件完成数据表内容的注入和修改,机械设计软件完成对数据表数据的读取。每一种光学镜头分别对应一组系统参数和光学参数数据表。(3)光学镜头结构材料数据库光学镜头结构材料数据库是设计光学镜头结构必不可少的数据参考资料,供设计人员在设计过程
11、中随时查阅。本系统构造了光学镜头材料数据库,通过查找关键字选取镜头所需材料,内容包括金属材料的名称、代号、牌号、化学成分、主要成分、主要元素、杂质含量、力学性能和机械性能等。3.2 光学系统形式模型库光学系统形式模型库是光学镜头结构智能化设计关键部分,它的数据量与系统所选取的光学镜头种类的多少有直接的关系,数据表用E2R(实体关系)图来描述,属于关系数据库,最终存储的数据记录并不是数值数据,而是代表不同形式的模型图。模型库由光学镜头设计人员根据系统的22第13卷光行天下论坛:h t t p:/www.o p t i c s k y.c n需要,通过特征参数选取和确定,其主要内容包括光学玻璃的凸
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