光學鏡頭結構智能化設計系統(tǒng)

郭躍武

【摘 ?要】本文主要是借助黑盒結構技術作為主要思路，應用VC++語言實現(xiàn)自主性的光學設計軟件與機械設計軟件，同時借助AutoCAD/AutoIS系統(tǒng)提供接口函數(shù)，從而實現(xiàn)光學鏡頭的結構智能化設計。希望可以借助本次研究為相關工作者提供理論性幫助。

【關鍵詞】光學鏡頭;結構設計;智能化設計;設計系統(tǒng)

0、引言

以往的光學鏡頭結構設計主要是以光學、機械分化的設計方式為主，但是因為兩種設計階段屬于不同的學科，所以設計期間會存在許多的重推矛盾，導致頻繁的更改設計內(nèi)容，不僅時間成本較高，同時設計實效性也比較差。另外，從產(chǎn)品的設計制造角度來看，如何有效的解決光學鏡頭的結構設計以及設計與工藝之間的技術問題最為重要。對此，探討光學鏡頭結構智能化設計系統(tǒng)具備顯著實際意義。

1、系統(tǒng)的基礎方法與原理

系統(tǒng)的工作方法主要在于，先借助光學設計人員的CAOD系統(tǒng)，輸入光學系統(tǒng)的相關參數(shù)，同時計算出具體的鏡面位置，并借助光學系統(tǒng)的像差，基于此再進行優(yōu)化處理與像質的評價[1]。借助機械設計人員輸出相關設計要求，并在CAMD系統(tǒng)當中選取光學系統(tǒng)形式，在輸入光學設計參數(shù)之后，計算繪制的鏡頭結構以及零部件圖，最終應用計算機輔助工藝軟件實現(xiàn)工藝的處理。在具體設計以及繪圖期間，可以對運動部分進行干涉處理，并在必要情況下完成對整個鏡頭結構的圖紙繪制。

在系統(tǒng)原理方面，系統(tǒng)主要是通過4個軟件與多個數(shù)據(jù)庫表構成，軟件主要是以CAOD、CAMD、AutoCAD以及AutoIS，將不同軟件與多個數(shù)據(jù)表庫進行對應操作，在獲得所需要的數(shù)據(jù)或其他模塊之后提供數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫涉及到國內(nèi)、外無色玻璃數(shù)據(jù)表、系統(tǒng)的相關參數(shù)、光學參數(shù)以及裝配圖表等。核心的數(shù)據(jù)以參數(shù)化程序方式進行生成，部分數(shù)據(jù)的生成通過幾何圖、公式等方式進行明確[2]。

在數(shù)據(jù)庫的選擇方面，主要涉及到了光學材料、光學系統(tǒng)的參數(shù)、設計參數(shù)、結構相關材料、光學系統(tǒng)模型、幾何元素的公共函數(shù)以及零部件的數(shù)學模型等，這一些數(shù)據(jù)庫可以直接提供給多名用戶共享，同時促使程序之間相互獨立或相互連通[3]。以光學材料數(shù)據(jù)庫為例，其中光學玻璃數(shù)據(jù)庫主要是按照光學鏡頭的結構需求做好材料類型的關系數(shù)據(jù)庫建設，并將所需要儲存的數(shù)據(jù)、參數(shù)等進行分批統(tǒng)計，以牌號、質量范圍、光學性能、熱學性能、機械性能、化學穩(wěn)定性等為主。在系統(tǒng)的光學設計期間，可以借助設計軟件調用光學玻璃統(tǒng)計表，同時隨機選取其中所需要的玻璃牌號，并在牌號明確之后調取相應的參數(shù)同時進行計算處理，并將所有滿足設計需求的牌號統(tǒng)計起來，并為后續(xù)的結構整體設計提供材料方面的支持。

2、系統(tǒng)設計的實現(xiàn)

在光學鏡頭的結構智能化設計期間，系統(tǒng)的程序設計主要是以黑盒構建技術為主，應用即插即用的構建概念作為核心思路，應用VC++語言自主性的開發(fā)光學、機械設計軟件，同時通過AutoCAD、AutoIS系統(tǒng)實現(xiàn)接口函數(shù)的處理，并實現(xiàn)光學、機械相關軟件設計以及整個系統(tǒng)的集成和鏈路，借助數(shù)據(jù)庫的通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)連通。

在具體設計方面步驟如下：首先，零部件的圖形參數(shù)化的公式程序設計。按照幾何模型的基礎理論針對不同的零部件進行圖形參數(shù)設計，并應用VC++的語言編制相應的零部件，同時采用DXF文件的數(shù)據(jù)儲存到零部件圖像當中。原則上是以每一個鏡頭對應一個數(shù)據(jù)庫，但是部分情況下因為結構相似，也可以實體鏈路到其他的數(shù)據(jù)庫當中，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享以及計算效率的提升;其次，系統(tǒng)的管理程序可視化設計。主要涉及到兩個方面，一方面在于可視化的軟件設計，采用VC++與Windows的函數(shù)功能實現(xiàn)人機交互的程序設計，同時可以實現(xiàn)光學系統(tǒng)的幾何數(shù)據(jù)錄入，系統(tǒng)、光學以及數(shù)據(jù)庫當中的數(shù)據(jù)儲存效果突出，讀取邊界[4]。另一方面針對光學系統(tǒng)的形式可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的可視化處理，可以更好的應用在所需要的光學系統(tǒng)形式中，程序可以按照設定的參數(shù)，從光學系統(tǒng)的鏈路圖盧當中連接到零部件參數(shù)，并提供函數(shù)處理獲得最終數(shù)據(jù);再次，系統(tǒng)中程序的嵌入結構。機械的結構設計軟件主要是應用構件技術實現(xiàn)，可以直接嵌入到AutoCAD或IS軟件系統(tǒng)當中，借助軟件的接口直接修改菜單的相關文件，同時將部分可以執(zhí)行的程序嵌入到操作系統(tǒng)當中，并借助軟件本身的繪圖、編輯功能實現(xiàn)對零部件、裝配圖的編輯以及輸出管理;最后，多種類型的數(shù)據(jù)庫和多模塊的集成技術。一方面采用VC++語言實現(xiàn)光學設計與邊角設計、圖像質量、視圖控制等多方面的函數(shù)、功能模塊設計，這一些模塊借助系統(tǒng)進行統(tǒng)一性的管理，并借助具備有序性讀寫的數(shù)據(jù)庫進行通訊處理，最終實現(xiàn)光學鏡頭結構設計程序的主體。另一方面借助Windows系統(tǒng)的相關函數(shù)功能，將光學設計軟件、自主的開發(fā)系統(tǒng)、二維與三維CAD系統(tǒng)以黑盒技術連接在一起，并構建一個光學鏡頭結構水框架以及嵌入型的系統(tǒng)結構。

3、結語

綜上所述，光學鏡頭的結構智能化設計系統(tǒng)主要涉及到了數(shù)據(jù)庫、專家系統(tǒng)等智能化的理念與方法，并借助光學和機械系統(tǒng)化的集成結構方式實現(xiàn)鏡頭結構的設計，在提升設計效率、降低人力資源成本的同時，顯著提升了整體設計的實效性，促使結構更加趨向于參數(shù)、數(shù)字、智能以及自動化。在具體工作中，可以借助多種數(shù)據(jù)庫的通信技術實現(xiàn)跨領域的智能化、集成化設計，這樣的設計方式不僅可以更好的提升鏡頭的設計范圍，同時還可以更好的強化使用途徑，提升設計實效性。

參考文獻：

[1]呂麗軍，吳學偉.魚眼鏡頭初始結構的設計[J].光學學報，2017，32（02）：105-114.

[2]陳智利，劉雨昭，費芒芒，etal.大視場雙遠心工業(yè)鏡頭光學系統(tǒng)設計[J].西安工業(yè)大學學報，2018，38（05）：20-26.

[3]郭佐寧，高赟，薛忠新，etal.張家峁選煤廠智能化建設架構設計研究[J].煤炭工程，2018，14（15）：166-167.

[4]王延杰，王永泉，陳花玲，等.新型智能材料微小型光學鏡頭致動器的設計與性能研究[J].西安交通大學學報，2012，46（5）：79-84

（作者單位：沂普光電（天津）有限公司）