外文翻译-大型光电集成的机械结构设计

2016, 8(6):556An is of in to of on of on so As an of a is of to of AD AE AE,1. as to by a 1, 2. of so In of to of is to to 2in be is in At is of of in AD AE to in of 980, . of he by AE is to to of of so to In we an of As an a is by 2. AD he as of to in of of of of to As a in as to be to be to CD to a of is is a of 3is be in on we of or to or we AD EA by or AD EA . of 3. AE ue to in a it is to by In to EA of is by a be in In as as be as in to 4of be to of no of is it is to of be by is to as so , an of E a is EA 4. DM as on AD AD AE on a of on 5in DM in of a 4. DM 5.A of a e a a 360 mm by of in We 6to AE , 2D D An of of of of is . is as as AE is AE is AD AE is 6. n to of of is 7of to of AE DM in On DM an in On a 360 mm 大型光电集成的机械结构设计 2016, 8(6):556摘要 ：讨论了充分考虑相关的参数是一个集成的设计方法为各子系统优化的整体系统，主要由光电 机械结构 成信息平台。基于的虚拟模型的参数驱动的方法，侧重于模式的转型的设计和分析的步骤之间的数据共享，所以并行仿的设计进行优化。作为应用实例，综合设计介绍了一种大型光学机械结构，包括光学设计，结构设计与分析，进一步验证了该方法的优点。由于分析了基于 程的设计，集成设计达到结构优化效率高。 关键词： 集成设计； 规模的结构；光学仪器 1. 简介 大型光学仪器，如大型望远镜和激光通信终端，属于光机电一体化系统，它是通过大规模的清晰的光圈和高精度的。发展这种仪器，涉及到许多关键技术，例如，大镜子安装设计，高精度的专用底座，大型精密轴系，高精度驱动技术，超薄光学组件的支持，薄镜面主动控制表面变形，新材料和加工技术等等。 在大型光学仪器设计的早期，由于缺乏设计经验，足够的公差通常安排在初始设计参数。工程样机完成后，实际测试结果对比设计指标来评价设计质量，并和一些参数的结构可能会被修改到仪器的设计是在设计协议要求。目前，鼓励繁重的任务，这种方法是不高的费用，长周期和特别是高不可攀的优化设计结果。随着计算机技术在各个工程领域的广泛应用， 术的快速发展， 创新现代光学仪器结构设计方法。1980，雅各伯米勒 ,在霍尼韦尔电子光学系统中心的美国研究人员，首先提出了的概念和光机电一体化设计的方法和步骤列举了应用软件。同时，他成功地分析了光 利用电传感器的方法。基于 术，光学 体而言，考虑各子系统的相互作用和约束结构参数进行了系统的，一致的和动态平衡 ,最后，优化整个系统的参数。 在本文中，我们进一步讨论一个集成的设计方法，充分考虑了整个设计过程中的参数模型的改造和优化的过程，主要包括光学机械结构设计与分析的 术特别是集成信息共享通过产品数据管理（ 。作为一个例子，一个大型光学仪器结构开发的方法。对整个系统进行了综合设计与仿真。 2. 光学机械结构 型 机械结构的安装支持光学系统和保证光学性能和系统的可靠性。机械约束结构一般分为两种类型，根据其有效性在光学系统和应用环境，光学系统和辅助部件光学元件的安装机构。光机结构包括静态结构和动态两方面，都协同实现光学性能的不同条件下的应用条件。因此，结构设计需要相应地考虑静态和运动可靠性的刚度。至于大的机械结构，特别是用于特殊环境如空间条件，重量，体积和功率消费成为要考虑的主要因素，以及一些特殊的结构，材料和工艺是采用优化的系统设计。图 1 显示了光机结构 。首先，根据光学系统的要求，一种结构设计概念的提出和进行了初步的计算。然后，一个虚拟的整个结构的原型建立，包括所有的零部件，所有零部件和总体装配。最后，经过几何尺寸和材料特性和结构参数设置大型光电集成的机械结构设计理性可以进行测试和修改反过来。结合动力学基于虚拟运动仿真模型的性能，我们完全可以检查该设计方案的可行性和决定是否改变设计细节甚至工程。此外，我们可以导入到 软件，或转移的 图 1 光机结构 设计流 光学机械结构的 析 由于在一个大型光学仪器的大型结构和高精度，它是要利用有限元分析方法评价设计，包括结构分析，热分析、光学分析。为了实现集成和系统的优化设计，协同仿真和分析必须盖整个过程包括项目的选择，结构设计，运动仿真，热设计，装配分析和加工过程。一般来说，有限元方法的步骤包括实体建模，网格生成，设置条件，求解和后处理。结构静力学分析的目的是研究表明应力和应变的结构响应。一个大型的结构，重力的影响必须考虑，这通常导致弹性变形，在空间环境特别严重的。主要的动力学分析解决了振动模式和收益的动态刚度。在其他的话，结构的弱点以及抗骨折能力可通过振动模态分析。传导，对流和辐射热为三在大型仪器广泛存在的传输模式，包括稳态和瞬态温度场。通过热分析得到的热性能，光学仪器的热控制项目得以实施，这将引导结构设计来满足光学性能的要求。然而，无论哪个项目的机械结构，它必须中心光学系统，和最后的分析是提高光学性能。 图 2 给出了各种分析方法的关系，这是可以实现的不同软件间的数据交换和集成。泽尼克拟合方法通常是用来评估的光学性能如波前分析，变换函数，等等。在图 3 中，我们现有的有限元分析的一个例子在一个大型的光机结构表现出。 图 2 在不同过程有限元分析的关系 4. 基于 信息集成 为集成平台的桥梁设计和分析过程，和股票基于虚拟主模型数据的方法，其中的参数驱动和真实时间修改整个设计过程 10 。 型数据，技术和文件数据，有限元分析数据和模拟数据， 不同的子系统都可以共享数据通过 信息。例如，在 算机集成制造基于并行工程的系统） ，为不同的 统中起着关键的作用效率高的子系统。此外，随着网络的发展 术，依赖于可以（控制器区域网络）和客户机服务器系统结构将建立有效的协作和集成的工作环境，包括方案设计，系统的仿真和分析，产品管理整个产品的生命周期，甚至所有的生产和服务在市场上的过程。图 4 显示了 光学仪器设计和分析中的应用。 图 3 一个棱镜组件的有限元分析过程 图 4 基于 统的设计与仿真 一个大型的光学结构设计实例 我们开发了一个斐索干涉仪与一个 360 毫米口径的集成设计方法。图5 显示的参考设计和优化流程干涉仪镜子安装结构。我们使用 解决分布式产品数据管理的问题，包括文件管理，模型数据管理，信息保存、打开。 件包括 光学设计软件，二维和三维设计软件 ， 限元软件， 算软件等。 图 5 中的箭头显示不同的设计模块之间的数据流。首先，光学仪器的虚拟模型的概念设计的 然后有限元方法为静态与动态分析，以及温度场分析，利用 件 三，结构和热控制项目的进一步分析和优化通过 果一次又一次，和各种光学像差解决和纠正。最后，整个过程是基于 相关数据 个设计过程集成的框架下，和集成的设计方法，通过动态数据交互，大大提高了设计的效率和质