[發明專利]一種結構優化的偏振片輪及其設計方法

有效

• 申請號: 201810334044.6
• 申請日: 2018-04-14
• 公開（公告）號: CN108549772B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 李少英;屈中權;宋智明;程向明;梁昱;鐘悅
• 申請（專利權）人: 中國科學院云南天文臺
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06N3/12
• 代理公司: 昆明正原專利商標代理有限公司 53100
• 代理人: 陳左

本發明涉及一種結構優化的偏振片輪及其設計方法，屬于光學儀器領域。該偏振片輪包括若干偏振片容納單元，單個偏振片容納單元包括柱形承載部，柱形承載部上設有通孔；若干偏振片容納單元呈環形排列，偏振片容納單元之間通過柱形承載部連接，若干偏振片容納單元圍繞輪心排布，單個偏振片容納單元通過筋與輪心連接。本發明將拓撲優化和多目標遺傳算法兩種優化方法結合起來使用在偏振片輪上，可以得到更合理的結構設計，省材、輕量化并保證工作性能。

技術領域

本發明涉及一種偏振片輪，尤其是偏振片輪的一種結構優化設計方法，屬于光學儀器領域。

背景技術

對于偏振片輪的機械結構設計，按功能和精度要求做出的結構能滿足要求，但是材料的浪費和結構的臃腫一直是個需要解決的問題，且沒有經過合理優化的結構不但材料浪費，同時性能不一定很好，同樣的材料和重量沒有發揮其最大的作用。拓撲優化技術可以為設計人員提供全新的設計和最優的材料分布方案，但此優化設計只是一個大體的結構布局，結構尺寸可以進一步進行優化。多目標遺傳算法可實現全局最優化，使結構進一步輕量化，節省材料，減少資源的浪費。但多目標遺傳算法只能對已定型的結構參數進行優化，所以結構的定型需要我們的經驗去評估，評估的不好有可能浪費好多材料。對于偏振片輪的設計通常要么就依靠平時的經驗，要么就查輪庫資料，輪庫資料也是非常有限的，這樣沒有充分利用好材料，結構也不一定合理，性能也沒有得到充分的評估。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種結構優化的偏振片輪及其設計方法，本發明的具體方案如下：

一種結構優化的偏振片輪，包括若干偏振片容納單元，單個偏振片容納單元包括柱形承載部，柱形承載部上設有通孔；若干偏振片容納單元呈環形排列，偏振片容納單元之間通過柱形承載部連接，若干偏振片容納單元圍繞輪心排布，單個偏振片容納單元通過筋與輪心連接。

進一步地，相鄰兩個偏振片容納單元柱形承載部相交。

進一步地，包括6個偏振片容納單元，其中，第一個偏振片容納單元與最后一個偏振片容納單元之間不接觸。

進一步地，偏振片輪變形≤3.8×10^-3μm。

本發明涉及的結構優化的偏振片輪的設計方法，包括如下步驟：步驟(1)、初始形狀設計

根據偏振片的形狀、尺寸和偏振片輪的使用功能對偏振片輪進行初始設計，然后建立偏振片輪的三維模型；初始設計的偏振片輪包括輪體，設于輪體中部的輪心，沿輪體邊緣均勻分布的若干帶有通孔的偏振片承載部，其中一個通孔不設置偏振片承載部，偏振片輪變形≤3.8x10^-3μm；

步驟(2)、網格劃分

將建立的三維模型導入有限元優化軟件，進行形狀優化，定義結構材料、彈性模量、泊松比和密度，然后進行網格劃分，使得網格劃分的偏斜值小于9.5；

步驟(3)、重力變形和應力分析

偏振片輪在轉動過程中所受重力變形和應力存在兩種極端狀態：A、重力垂直于偏振片輪平面；B、重力平行于偏振片輪平面；設定好偏振片輪兩種極端狀態的重力方向，得到偏振片輪兩種極端狀態下的載荷分布，然后，對于兩種極端狀態，分別進行變形和應變分析，即可得到偏振片輪兩種極端狀態下的變形和應力分布結果；

步驟(4)、拓撲優化

對偏振片輪結構進行優化，設定偏振片輪的重量減少量；根據步驟(3)中的偏振片輪兩種極端狀態下的結構分布、變形和應力分析情況，決定是否除去不必要的部分；若變形和應力遠遠滿足，就除去不必要的部分，否則就得改或加結構。

步驟(5)、重復步驟(3)和步驟(4)直到得到滿意的結構