留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

星敏镜头参数化建模辅助设计

朱俊青,沙巍,方超,王永宪,王智

downloadPDF
朱俊青, 沙巍, 方超, 王永宪, 王智. 星敏镜头参数化建模辅助设计[J]. , 2021, 14(3): 615-624. doi: 10.37188/CO.2021-0029
引用本文: 朱俊青, 沙巍, 方超, 王永宪, 王智. 星敏镜头参数化建模辅助设计[J]. , 2021, 14(3): 615-624.doi:10.37188/CO.2021-0029
ZHU Jun-qing, SHA Wei, FANG Chao, WANG Yong-xian, WANG Zhi. Parametric modeling aided design for star sensor lens[J]. Chinese Optics, 2021, 14(3): 615-624. doi: 10.37188/CO.2021-0029
Citation: ZHU Jun-qing, SHA Wei, FANG Chao, WANG Yong-xian, WANG Zhi. Parametric modeling aided design for star sensor lens[J].Chinese Optics, 2021, 14(3): 615-624.doi:10.37188/CO.2021-0029

星敏镜头参数化建模辅助设计

doi:10.37188/CO.2021-0029
基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.11803036)
详细信息
    作者简介:

    朱俊青(1990—),男,河南周口人,博士,助理研究员,2011年于上海交通大学获得学士学位,2016年于中国科学院大学获得博士学位,主要研究方向为空间光学结构优化设计。E-mail:zhujq@ciomp.ac.cn

    沙 巍(1984—),男,天津人,博士,副研究员,2007年于上海交通大学获学士学位,2012年于中国科学院大学获得博士学位,主要研究方向为空间光机系统技术。E-mail:sha.phe@gmail.com

    方 超(1985—),男,安徽淮南人,博士,副研究员,2007年、2009年于天津大学分别获得学士、硕士学位,2018年于中国科学院大学获得理学博士学位,主要研究方向为 干涉测量、光学系统设计等。E-mail:fangchao@ciomp.ac.cn

    王永宪(1975—),男,吉林长春人,博士,副研究员,主要从事空间光学仪器CAD/CAD研究。E-mail:wangyongxian@sina.com

    王 智(1978—),男,山东寿光人,博士,研究员,博士生导师,2003年于长春理工大学获得硕士学位,2006年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事空间引力波探测领域的研究。E-mail:wz070611@126.com

  • 中图分类号:V447.3; TH743

Parametric modeling aided design for star sensor lens

Funds:Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 11803036)
More Information
  • 摘要:为满足星敏镜头的标准化设计需求,建立了基于参数化建模的星敏镜头辅助设计系统,以缩短产品设计周期及提高镜头设计的工艺质量和可靠性。首先,梳理了光学定心取边工艺的星敏镜头结构设计参数及其相互关系,然后基于光学设计输入对镜片设计进行参数化建模,通过实时计算镜片的设计工艺性指标,辅助设计者合理调整透镜设计,将工艺保障落实到设计的全过程;对镜片结构部分进行基于尺寸链的回转体多段线参数化建模,对镜片组件的镜片安装方式、方位、结构尺寸等进行自动设计和图形呈现,替代了人工重复性的设计操作,通过装配图全局设计与镜片组件设计相结合,并实时反馈镜头重量等信息,辅助设计者合理设计空间布局、评估设计结果,从而快速迭代镜头设计。使用结果表明:9片透镜的星敏镜头的装配图设计用时从原来的约15小时降低到约3小时,极大地提高了设计效率,设计的工艺性和可靠性得到保障。本文设计方案满足星敏镜头的标准化设计需求,并为其他精密仪器的参数化建模提供思路。

  • 图 1光学定心取边装调工艺示意图。(a)镜片安装在镜室内成组;(b)调整镜片组件光轴与车床主轴同轴;(c)镜片组件安装在镜筒内。

    Figure 1.Framework of alignment turning process. (a) The mounted lens; (b) the mounted lens is positioned so that the optical axis corresponds to the rotation axis of the turning station; (c) the mounted lens is assembled in lens barrel.

    图 2星敏镜头的结构组成

    Figure 2.Structure components of star sensor lens

    图 3透镜结构示意图

    Figure 3.Schematic diagram of lens structure

    图 4压圈法镜组示意图

    Figure 4.Schematic diagram of thread retainer mounted lens

    图 5辊边法镜组示意图

    Figure 5.Schematic diagram of burnished edge mounted lens

    图 6星敏镜头参数化建模辅助设计软件程序流程

    Figure 6.Software program chart of parametric modeling aided design for star sensor lens

    图 7星敏镜头参数化建模辅助设计软件界面

    Figure 7.Parametric modeling aided design software interface of star sensor lens

    图 8星敏镜头光学系统示意图

    Figure 8.Schematic diagram of optical system of star sensor lens

    图 9同一透镜不同参数设计图

    Figure 9.The lens design with different parameters

    图 10星敏镜头的详细设计装配图

    Figure 10.Final assembly drafting of the star sensor lens

    图 11星敏镜头实物

    Figure 11.Star sensor lens

    表 1光学零件的设计余量

    Table 1.Design margin of optical parts (mm)

    通光口径 外径 最小厚度
    辊边安装 压圈安装 正透镜边缘 负透镜中心
    3~6 D+0.6 0.4 0.6
    >6~10 D+0.8 D+1.0 0.6 0.8
    >10~18 D+1.0 D+1.5 0.8~1.2 1.0~1.5
    >18~30 D+1.5 D+2.0 1.2~1.8 1.5~2.2
    >30~50 D+2.0 D+2.5 1.8~2.4 2.2~3.5
    >50~80 D+2.5 D+3.0 2.4~3.0 3.5~5.0
    >80~120 D+3.5 3.0~4.0 5.0~8.0
    >120~150 D+4.5 4.0~6.0 8.0~12.0
    下载: 导出CSV

    表 2工艺性评价方法

    Table 2.Process performance evaluation method

    名称 工艺评价指标 备注
    Z >0.56 便于芯取
    球心距 >2 mm 同心镜难加工
    球面半径与外径比 >0.7 矢高>0.1 mm
    下载: 导出CSV

    表 3压圈法尺寸参数

    Table 3.Design parameters for threaded retainer mounted lens assembly

    名称 尺寸描述 备注
    压圈螺距 压圈螺纹的螺距
    TR1 压圈宽度 ≥4~5倍螺距
    TR2 压圈壁厚 由螺距和安装面尺寸决定
    压圈方向 压圈旋入镜室的方向
    RL1 透镜座长度
    RL2 透镜座厚度 由安装面尺寸决定
    LC1 镜室内环的壁厚
    CR 镜室内加强筋宽度
    LC2 镜室外圆半径
    LC3 镜室外圆厚度
    LC4 镜室外圆宽度 由系统布局决定
    下载: 导出CSV

    表 4辊边法尺寸参数

    Table 4.Design parameters for burnished edge mounted lens assembly

    名称 尺寸描述 备注
    BE1 包边口边缘的厚度
    BE2 包边口锥体总高
    包边方向 透镜的包边方向
    RL1 透镜座长度
    RL2 透镜座厚度 由安装面尺寸决定
    LC1 镜室内环的壁厚
    CR 镜室内加强筋宽度
    LC2 镜室外圆半径
    LC3 镜室外圆厚度
    LC4 镜室外圆宽度 由系统布局决定
    下载: 导出CSV

    表 5包边口尺寸参考值

    Table 5.Dimensions for burnished edge (mm)

    透镜直径 BE1 BE2
    ≤6 0.1 1.5
    >6~10 0.13 1.5
    >10~30 0.18 2
    >30~50 0.20 2
    下载: 导出CSV
  • [1] 马子轩, 李旭阳, 任志广, 等. 大视场超紧凑探测光学系统设计[J]. 光学 精密工程,2020,28(12):2581-2587.doi:10.37188/OPE.20202812.2581

    MA Z X, LI X Y, REN ZH G,et al. Design of ultra-compact optical detection system with large field of view[J].Optics and Precision Engineering, 2020, 28(12): 2581-2587. (in Chinese)doi:10.37188/OPE.20202812.2581
    [2] 张刘, 张若曦, 雷景文, 等. 复合光学导航敏感器[J]. 光学 精密工程,2019,27(12):2534-2541.doi:10.3788/OPE.20192712.2534

    ZHANG L, ZHANG R X, LEI J W,et al. Composite optical navigation sensor[J].Optics and Precision Engineering, 2019, 27(12): 2534-2541. (in Chinese)doi:10.3788/OPE.20192712.2534
    [3] 宿德志, 王玉良, 吴世永, 等. 基于相似三角形的星图识别[J]. 光学 精密工程,2019,27(11):2467-2473.doi:10.3788/OPE.20192711.2467

    SU D ZH, WANG Y L, WU SH Y,et al. Star identification algorithm based on similar triangle principle[J].Optics and Precision Engineering, 2019, 27(11): 2467-2473. (in Chinese)doi:10.3788/OPE.20192711.2467
    [4] 王军, 何昕, 魏仲慧, 等. 基于多特征匹配的快速星图识别[J]. 光学 精密工程,2019,27(8):1870-1879.doi:10.3788/OPE.20192708.1870

    WANG J, HE X, WEI ZH H,et al. Fast star identification algorithm based on multi-feature matching[J].Optics and Precision Engineering, 2019, 27(8): 1870-1879. (in Chinese)doi:10.3788/OPE.20192708.1870
    [5] 王军, 何昕, 魏仲慧, 等. 基于区域滤波的模糊星图复原方法[J]. 中国光学,2019,12(2):321-331.doi:10.3788/co.20191202.0321

    WANG J, HE X, WEI ZH H,et al. Restoration method for blurred star images based on region filters[J].Chinese Optics, 2019, 12(2): 321-331. (in Chinese)doi:10.3788/co.20191202.0321
    [6] 张洪伟, 丁亚林, 马迎军, 等. 红外双波段双视场成像告警系统设计[J]. 光学 精密工程,2020,28(6):1283-1294.doi:10.3788/OPE.20202806.1283

    ZHANG H W, DING Y L, MA Y J,et al. Design of infrared dual-band /dual-FOV imaging early warning system[J].Optics and Precision Engineering, 2020, 28(6): 1283-1294. (in Chinese)doi:10.3788/OPE.20202806.1283
    [7] 姜洋, 全向前, 杜杰, 等. 全海深大视场超高清光学系统设计[J]. 光学 精密工程,2019,27(11):2289-2295.doi:10.3788/OPE.20192711.2289

    JIANG Y, QUAN X Q, DU J,et al. Design of deep-sea optical imaging system with wide field of view and ultra-high resolution[J].Optics and Precision Engineering, 2019, 27(11): 2289-2295. (in Chinese)doi:10.3788/OPE.20192711.2289
    [8] COHAN L E, MILLER D W. Integrated modeling for design of lightweight, active mirrors[J].Optical Engineering, 2011, 50(6): 063003.doi:10.1117/1.3592520
    [9] STAHL H P. Advanced ultraviolet, optical, and infrared mirror technology development for very large space telescopes[J].Journal of Astronomical Telescopes,Instruments,and Systems, 2020, 6(2): 025001.
    [10] 杨劲松. 光学镜头机械结构参数化设计系统的开发[J]. 光学 精密工程,1999,7(6):6-9.

    YANG J S. A parameter design system for mechanical structure of optical lens[J].Optics and Precision Engineering, 1999, 7(6): 6-9. (in Chinese)
    [11] 姜俊海, 石玉祥. 光学系统计算机辅助设计中镜头结构的特征描述[J]. 精密制造与自动化,2005(4):7-9.doi:10.3969/j.issn.1009-962X.2005.04.002

    JIANG J H, SHI Y X. Characteristic description of lens structure in computer aided design of optical system[J].Precise Manufacturing&Automation, 2005(4): 7-9. (in Chinese)doi:10.3969/j.issn.1009-962X.2005.04.002
    [12] 任志文, 方俊永, 刘训生. 光学镜头基本结构计算机辅助设计[J]. 光学技术,1999(2):74-76.doi:10.3321/j.issn:1002-1582.1999.02.009

    REN ZH W, FANG J Y, LIU X SH. Computer aided deign of lenses structure[J].Optical Technology, 1999(2): 74-76. (in Chinese)doi:10.3321/j.issn:1002-1582.1999.02.009
  • 加载中
图(11)/ 表(5)
计量
  • 文章访问数:1023
  • HTML全文浏览量:258
  • PDF下载量:98
  • 被引次数:0
出版历程
  • 收稿日期:2021-01-29
  • 修回日期:2021-02-17
  • 网络出版日期:2021-03-26
  • 刊出日期:2021-05-01

目录

    /

      返回文章
      返回
        Baidu
        map