光機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中總是少不了與CAD程序打交道。CAD軟件和OpticStudio各有側(cè)重，所以在他們中間傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候，需要仔細(xì)檢查、注意細(xì)節(jié)，小編今天就為大家?guī)?lái)這里面的一些小貼士，幫助您更好地設(shè)計(jì)。

成功導(dǎo)入 CAD 的提示和技巧

概述

本文給出多個(gè)提示和技巧，以確保機(jī)械 CAD 程序與 OpticStudio 之間能順利地進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

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簡(jiǎn)介

OpticStudio 可從 CAD 程序中導(dǎo)入 IGES、STEP、SAT 和 STL 格式的數(shù)據(jù)，并以相同的格式導(dǎo)出數(shù)據(jù)。這樣可實(shí)現(xiàn) OpticStudio 與機(jī)械設(shè)計(jì)程序之間簡(jiǎn)單快速的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)交換。

然而，從 CAD 程序中導(dǎo)出文件的質(zhì)量很不穩(wěn)定，將物體導(dǎo)入到 OpticStudio 時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，精密光學(xué)系統(tǒng)中光線追跡所需的公差比典型機(jī)械系統(tǒng)中的公差要嚴(yán)格 100 到 1000 倍。在導(dǎo)出階段稍加小心即可避免導(dǎo)入時(shí)的許多常見問(wèn)題。

選擇最佳數(shù)據(jù)格式

相比 IGES 而言，STEP 和 SAT 格式為更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。從您的機(jī)械程序中導(dǎo)出文件時(shí)，如果情況允許，請(qǐng)選擇 STEP 或 SAT 格式，而非 IGES 格式。

STL 格式經(jīng)常被忽視。STL 文件使用三角形網(wǎng)格圖表示，可用于快速成型。因此，STL 物體為有鱗甲面的不平滑的 (NURBS) 實(shí)體。因?yàn)?STL 物體始終有鱗甲面，所以其光線追跡速度很快。如果您使用的物體包含許多平面，請(qǐng)考慮使用 STL。此外，如果您主要關(guān)注光機(jī)械雜散光，則 STL 可以快速且有效的實(shí)現(xiàn)。如果我們用某種散射函數(shù)將光線出射方向的余弦值隨機(jī)化，而在此之前計(jì)算光線物體的交點(diǎn)和表面法線時(shí)要求過(guò)高的精度是毫無(wú)意義的！

在 OpticStudio 中，STL 文件通過(guò) CAD 零件：STL 物體來(lái)讀入，而 NURBS（IGES、STEP、SAT）文件通過(guò) CAD 零件：STEP/IGES/SAT 物體來(lái)讀取。

制作有效實(shí)體

這可能看起來(lái)很明顯，但卻是導(dǎo)致相互操作性問(wèn)題的唯一最大原因。

請(qǐng)?jiān)?OpticStudio 或您的機(jī)械 CAD 程序中打開“bad_lightpipe.stp”文件（見本文附件中的壓縮文件）。初看上去，物體表現(xiàn)正常：

但是，將透明度設(shè)置為 50% 左右，或者使用線框視圖時(shí)，問(wèn)題就很明顯了：

此文件中包含沒有任何物理意義的內(nèi)部面。具有這樣內(nèi)部面的導(dǎo)光管在現(xiàn)實(shí)中是不可能制造出來(lái)的。CAD 物體應(yīng)表示無(wú)內(nèi)部面的“收縮包覆”的簡(jiǎn)單閉合體，但此文件實(shí)際上代表的是設(shè)計(jì)師如何制作該物體，而非物體本身！

在導(dǎo)出文件之前，設(shè)計(jì)師應(yīng)該對(duì)六根導(dǎo)光管的整體進(jìn)行布爾運(yùn)算，從而形成單個(gè)體塊。打開“good_lightpipe.stp”文件以查看差異：

這是一個(gè)有效實(shí)體物體。為了將這一點(diǎn)解釋清楚，以下 GIF 圖分別顯示了構(gòu)造不佳的物體和構(gòu)造良好的物體：

在 CAD 程序中，使用多個(gè)表面物體定義一個(gè)體物體時(shí)會(huì)出現(xiàn)類似的問(wèn)題。想像一下，通過(guò)取一個(gè)圓柱體導(dǎo)管的側(cè)面和兩個(gè)圓面（每端各一個(gè)）來(lái)設(shè)計(jì)的圓柱體：

其有限的數(shù)值精度意味著圓柱管與圓形端面之間會(huì)形成間隙。在導(dǎo)出文件之前，必須將表面“縫合”在一起，形成連續(xù)接合：

當(dāng)然，不同 CAD 程序之間將面連接在一起的命令各不相同。然而，導(dǎo)出的物體必須是無(wú)縫的有效實(shí)體物體。如果光線在實(shí)體中碰到表面之間的小間隙，則會(huì)產(chǎn)生幾何錯(cuò)誤。無(wú)論使用 CAD 程序提供的何種命令，請(qǐng)確保導(dǎo)出的物體是有效無(wú)縫的實(shí)體，且不含任何的內(nèi)部面。

請(qǐng)注意，導(dǎo)出的文件可包含多個(gè)物體。每個(gè)物體都應(yīng)是無(wú)縫的有效實(shí)體。如果兩個(gè)或多個(gè)物體有重疊部分，則在導(dǎo)出文件之前必須對(duì)其整體進(jìn)行布爾運(yùn)算，形成單個(gè)物體。在導(dǎo)入到 OpticStudio 時(shí)，單個(gè) CAD 文件內(nèi)的所有物體都會(huì)獲得相同的材料屬性（但是薄膜膜層和散射函數(shù)等表面屬性可能不同）。如果您需要不同的物體是由不同的材料組成，請(qǐng)將其導(dǎo)出為獨(dú)立的文件。

使用第三方驗(yàn)證程序

如果您有權(quán)訪問(wèn)生成 CAD 的程序，則上述建議應(yīng)該有很大幫助。但是對(duì)許多人而言，尤其是設(shè)計(jì)顧問(wèn)，這是不可能的事情。他們經(jīng)常只能獲得一個(gè) CAD 文件，并被期望通過(guò)它來(lái)“僅僅”實(shí)現(xiàn)光線追跡，或者使用它來(lái)執(zhí)行完整的光機(jī)雜散光分析。

OpticStudio 在加載 CAD 物體 時(shí)會(huì)嘗試修復(fù)許多常見問(wèn)題。然而，整個(gè)行業(yè)的發(fā)展過(guò)程中都伴隨著構(gòu)造不佳的 CAD 物體，以及一個(gè)程序中創(chuàng)建的 CAD 物體加載到另一個(gè)程序時(shí)出現(xiàn)的相互操作性的問(wèn)題。我們使用 https://transmagic.com/ 中的 TransMagic 來(lái)分析和修復(fù)有問(wèn)題的文件。如果您的工作內(nèi)容需要從多個(gè)來(lái)源接收 CAD 文件，并且您幾乎無(wú)法控制這些文件的生成方式，請(qǐng)考慮獲取該軟件許可證，以便您能輕松修復(fù)有問(wèn)題的文件。

CAD 物體可保存為許多不同的文件類型。然而，即使文件本身看上去相似，其渲染質(zhì)量也可能大不相同。將 CAD 物體導(dǎo)入到 OpticStudio 時(shí)，確保您了解所選的文件類型的質(zhì)量是非常重要的。從而確保您所需的部件具有物理真實(shí)感。通常情況下，CAD 程序會(huì)允許用戶使用現(xiàn)實(shí)中不可能實(shí)現(xiàn)的幾何結(jié)構(gòu)來(lái)渲染部件。在本文中，我們介紹了以上內(nèi)容，并為將 CAD 文件成功導(dǎo)入到 OpticStudio 中提供了更多建議。