CN114282280A - 一种基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法，属于航天光学遥感技术领域。基于teamcenter将光学参数用骨架模型的方法融入到遥感器结构设计中，可使结构设计与光学设计有机联系起来，并依据teamcenter平台实现多人协同工作，克服常规设计方法光学与结构之间以“中间格式文件”为纽带不可更新，不能实现多人协同工作的设计缺陷，可及时将光学参数传递到各组件设计师，并在统一的平台上进行多人协同，能够快速完成模型的研制与更新。通过将光学模型基准统一到结构设计中的方式，使整个遥感器件建模基准统一，最终实现模型统一，有效减少了集成过程中出现的错误，本方法工程实施性强，错误率低，能够有效提升设计效率，缩短遥感器设计周期。

Description

一种基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法

技术领域

本发明属于航天光学遥感技术领域，是涉及一种基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法，通过参数化关联光学与结构设计，可实现复杂遥感器的多人协同工作，并能快速更新迭代，大大缩短研制周期。

背景技术

光学遥感器是一种复杂庞大的综合性系统，具有多种形式，通常可分为反射式的和投射式的两大类，反射式系统又可根据具体用途分为离轴式、同轴式和折返式等等，各种结构形式各有特点，适合于不同的应用场景。

与其它产品相比，遥感器结构是一个极其复杂的系统，其主要依据光学系统的结构形式进行模型建立，并与光学系统高度关联，且零件众多，迫切需要多人协同完成设计。

图1为传统遥感相机光机迭代设计流程图。具体步骤如下：

步骤一：光学设计师开始进行光学设计，完成设计后将光学模型转化为stp中间格式文件，传递给结构设计师；

步骤二：结构设计师1,2…N根据光学模型进行结构设计；

步骤三：结构设计师1,2,…N完成结构设计后将模型传递给结构总体设计，由结构总体设计师完成相机模型总装，以及接口匹配性检查；

步骤四：当接口不匹配时，结构总体设计师向各结构设计师反馈意见，结构设计师进行修改，并再次传递模型给结构总体设计师，由总体设计师重新装配模型并检查接口正确性；

步骤五：当光学设计方案变更时候，上述步骤一到四需要重新进行人工迭代，直到满足要求为止。

由于系统复杂当前遥感器的设计中光学系统参数频繁更改，光学与结构，结构与结构之间迭代频繁，且无法更新。常规方法光学设计师与结构设计师之间以“中间格式文件”为纽带，开展结构布局及设计工作，而中间格式文件不具有参数调整能力，一旦光学设计发生变化，中间格式文件需要重新导出，多结构设计只能通过人工协调、手动修改等方式重新协调，并重新设计，无法实现快速更新。另外，采用传统的骨架设计方式，由于缺乏统一的设计平台，多结构设计之间无法协同开展工作，也无法快速识别上下游模型的变更，造成模型干涉等问题频出，需要多次协调更改，工作效率较低。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法，在统一的平台上进行多人协同，能够快速完成模型的研制与更新，大大提高遥感器设计效率。

本发明的技术方案是：一种基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法，该方法包括如下步骤：

S1、进行光学系统设计，得到光学系统模型，完成后输出光学参数表至teamcenter结构设计平台，所述光学系统模型包括光学元件的曲面模型和各光学元件的位置以及姿态，；所述光学参数表包括光学系统的全局坐标系，各光学元件在全局坐标系下的空间位置信息、光学元件的姿态信息，各光学元件在各光学元件坐标系下的曲面方程信息；

S2、在teamcenter结构设计平台中，依据光学参数，建立顶层骨架模型，将顶层骨架模型存储于teamcenter设计平台；所述顶层骨架模型还原了光学系统模型中所有带参数的表面，包括光学参数表中的所有信息，且所述顶层骨架模型中的基准坐标系为光学系统的全局坐标系，各光学元件坐标系与光学系统软件中光学软件坐标系定义一致，各光学元件在各光学元件坐标系下的曲面方程信息、通光口径与其在光学软件中的定义一致；

S3、基于结构软件的参数发布机制，将顶层骨架模型中建立的带有所有光学参数的光学表面，进行发布几何操作，将顶层骨架模型中的参数发布到各次级骨架模型中；所述各次级骨架模型仅包含顶层骨架模型中发布来的光学表面；

S4、根据各次级骨架模型中的光学表面作为参考面，分别开展结构零部件设计，得到各次结构模型并存储，各次结构模型继承了各次级骨架模型中的参数，并受次级骨架模型驱动，通过次级骨架模型与顶层骨架模型关联，各次结构模型完成设计之后，即可得到整个遥感相机模型。

优选地，上述基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法，还包括如下步骤：

当光学设计更新迭代时，重复步骤S1和步骤S2更新顶层骨架模型，保存于teamcenter中，即可在teamcenter平台中完成整个遥感相机模型的更新。

优选地，所述步骤S1中各光学元件在全局坐标系下的空间位置信息为光学元件的母镜中心点在全局坐标系下的坐标。

优选地，所述光学各元件在各自坐标系下的曲面方程为：

其中，R为曲面的半径、K为二次项系数、D为通光直径、B为离轴量、A₁为第一非球面系数、A₂为第二非球面系数、A₃为第三非球面系数、A₄为第四非球面系数、A₅为第五非球面系数、A₆为第六非球面系数、A₇为第七非球面系数、A₈为第八非球面系数。

优选地，所述光学元件的姿态信息采用光学元件绕各自光学元件坐标系X轴的旋转角度a、Y轴的旋转角度β、Z轴的旋转角度γ表示。

优选地，所述全局坐标系以光路经过的第一块光学元件的第一面的中心顶点为原点，光线入射方向为Z轴方向，垂直电脑屏幕方向向内或向外为X轴，Y轴遵循右手定则。

优选地，所述光学元件坐标系以光学元件的母镜中心为原点，垂直电脑屏幕方向向内或向外为X轴，Y轴遵循右手定则。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明通过统一的设计基准，从采用关联设计，克服了原有设计在光学与结构之间以“中间格式文件”传递无法更新导致的设计周期漫长，能够实现模型随参数变化更新，提升了研发时间；

(2)、通过统一平台，避免了设计过程中众多设计师参考模型不统一，多人协同设计不一致的弊端，能够提升研制准确性。

(3)、本发明方法工程实施性强，错误率低，能够有效提升设计效率，缩短遥感器设计周期。

附图说明

图1为传统的传统遥感相机光机迭代设计流程图；

图2本发明实施例遥感相机光机迭代设计流程图；

图3为本发明实施例顶层光学骨架模型图；

图4为本发明实施例光学元件骨架模型图；

图5(a)为本发明实施例依据次级骨架；

图5(b)为本发明实施例依据次级骨架建立的主镜结构模型；

图6为依据光学骨架建立的遥感器模型图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图2为本发明方法的遥感相机光机迭代设计流程图。如图2所示，本发明提供的一种基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法，该方法包括如下步骤：

S1、进行光学系统设计，得到光学系统模型，完成后输出光学参数表至teamcenter结构设计平台，所述光学系统模型包括光学元件的曲面模型和各光学元件的位置以及姿态；图3为本方法的顶层光学骨架模型图示例，图中1为主镜及其坐标系，2为次镜及其坐标系，3为三镜及其坐标系，4为四镜及其坐标系，5为五镜及其坐标系，6-全局坐标系(即基准坐标系)。

所述光学参数表包括光学系统的全局坐标系，各光学元件在全局坐标系下的空间位置信息、光学元件的姿态信息，各光学元件在各光学元件坐标系下的曲面方程信息；具体见表1所示。

表1光学参数表

各光学元件在全局坐标系下的空间位置信息为光学元件的母镜中心点在全局坐标系下的坐标。所述光学各元件在各自坐标系下的曲面方程为：

其中，R为曲面的半径、K为二次项系数、D为通光直径、B为离轴量、A₁为第一非球面系数、A₂为第二非球面系数、A₃为第三非球面系数、A₄为第四非球面系数、A₅为第五非球面系数、A₆为第六非球面系数、A₇为第七非球面系数、A₈为第八非球面系数。

优选地，所述光学元件的姿态信息采用光学元件绕各自光学元件坐标系X轴的旋转角度a、Y轴的旋转角度β、Z轴的旋转角度γ表示。

优选地，所述全局坐标系以光路经过的第一块光学元件的第一面的中心顶点为原点，光线入射方向为Z轴方向，垂直电脑屏幕方向向内或向外为X轴，Y轴遵循右手定则。

优选地，所述光学元件坐标系以光学元件的母镜中心为原点，垂直电脑屏幕方向向内或向外为X轴，Y轴遵循右手定则。

这个步骤中，光学设计师开始进行光学设计，设计完成后将光学参数传递给结构总体设计师；

S2、在teamcenter结构设计平台中，依据光学参数，建立顶层骨架模型，将顶层骨架模型存储于teamcenter设计平台；所述顶层骨架模型还原了光学系统模型中所有带参数的表面，包括光学参数表中的所有信息，且所述顶层骨架模型中的基准坐标系为光学系统的全局坐标系，各光学元件坐标系与光学系统软件中光学软件坐标系定义一致，各光学元件在各光学元件坐标系下的曲面方程信息、通光口径与其在光学软件中的定义一致；图6为依据参数化骨架建立的结构模型图。当光学参数改变时，通过骨架模型更新即可完成结构模型的更新。

这个步骤中，结构总体设计师依据光学参数建立参数化光学骨架模型。骨架模型的参数全部来自光学系统，并作为结构设计的依据，骨架模型应包括各反射镜的坐标系、光学系统的全局坐标、各光学元件的位置、曲面方程及通光口径，如图3所示。重点在于骨架模型中各光学元件的坐标系必须与光学设计软件的坐标系一致，并与光学软件坐标系定义方法一致，另外曲面的方程、通光口径应与光学软件中方程及口径的定义一致。

S3、基于结构软件的参数发布机制，将顶层骨架模型中建立的带有所有光学参数的光学表面，进行发布几何操作，将顶层骨架模型中的参数发布到各次级骨架模型中；所述各次级骨架模型仅包含顶层骨架模型中发布来的光学表面；

这个步骤中，结构总体设计师基于结构软件的参数发布机制，将骨架模型中的光学元件坐标系、曲率、位置等重要参数进行几何发布，将顶层骨架模型中的参数发布到次级骨架模型中，作为次级组件的设计依据。重点在于要实现多人协同设计，必须构建统一的设计平台，保证所有设计师协同工作时，设计基准统一，模型统一。

S4、根据各次级骨架模型中的光学表面作为参考面，分别开展结构零部件设计，得到各次结构模型并存储，各次结构模型继承了各次级骨架模型中的参数，并受次级骨架模型驱动，通过次级骨架模型与顶层骨架模型关联，各次结构模型完成设计之后，即可得到整个遥感相机模型。图6为依据光学元件建立的遥感器整体模型图。

次级骨架模型如图5(a)所示，结构设计模型如图5(b)所示。各结构设计师拥有各自的建模基准，相互独立，又通过顶层骨架和统一的平台联系在一起，各组件设计完成后将设计模型存储于teamcenter设计平台，此时遥感器模型见图6所示。

本步骤的重点在于各结构设计过程中必须以顶层骨架模型为依据建立结构模型，并存储在teamcenter平台，这样才能保证协同工作时设计基准统一。

这个步骤中，结构设计师根据结构总体设计师发布的骨架模型，开展结构设计，此时零件结构继承了骨架模型的参数并受骨架模型驱动。各结构设计师拥有各自的建模基准，相互独立，又通过顶层骨架和统一的平台有机联系在一起。重点在于各结构设计师必须依据teamcenter平台并以顶层设计师发布的骨架模型为基准建立系统模型。

上述基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法还包括如下步骤：

当光学设计更新迭代时，重复步骤S1和步骤S2更新顶层骨架模型，保存于teamcenter中，即可在teamcenter平台中完成整个遥感相机模型的更新。

采用本发明所提供的基于teamcenter的参数化关联研制方法进行遥感相机，具备如下优点：

(1)、本发明基于teamcenter平台，采用全参数化建模的思路，摒弃传统光学设计导出中间格式文件缺少设计基准，无法进行修改的弊端，打通多结构设计协同设计的链路。

(2)、本发明光学遥感器顶层结构设计师在结构设计过程中采用光学设计师提供的各光学元件的相对坐标位置、半径、有效口径等参数构建结构顶层骨架模型，并采用光学系统的全局坐标系作为结构设计的统一设计基准，通过结构软件发布几何的手段，把顶层结构设计意图在统一的设计平台上传递给各部组件设计师，在统一平台上实现多人协同办公。

(3)、当光学设计师由于各种原因进行光学系统优化后，系统参数发生变化时，顶层结构设计师可通过调整初始建模参数的方式，进行模型统一更新，大大提高遥感器的研制效率。

综上所述，本发明基于teamcenter将光学参数用骨架模型的方法融入到遥感器结构设计中，可使结构设计与光学设计有机联系起来，并依据teamcenter平台实现多人协同工作，克服常规设计方法光学与结构之间以“中间格式文件”为纽带不可更新，不能实现多人协同工作的设计缺陷，可及时将光学参数传递到各组件设计师，并在统一的平台上进行多人协同，能够快速完成模型的研制与更新，大大提高遥感器设计效率。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、进行光学系统设计，得到光学系统模型，完成后输出光学参数表至teamcenter结构设计平台，所述光学系统模型包括光学元件的曲面模型和各光学元件的位置以及姿态，；所述光学参数表包括光学系统的全局坐标系，各光学元件在全局坐标系下的空间位置信息、光学元件的姿态信息，各光学元件在各光学元件坐标系下的曲面方程信息；

S2、在teamcenter结构设计平台中，依据光学参数，建立顶层骨架模型，将顶层骨架模型存储于teamcenter设计平台；所述顶层骨架模型还原了光学系统模型中所有带参数的表面，包括光学参数表中的所有信息，且所述顶层骨架模型中的基准坐标系为光学系统的全局坐标系，各光学元件坐标系与光学系统软件中光学软件坐标系定义一致，各光学元件在各光学元件坐标系下的曲面方程信息、通光口径与其在光学软件中的定义一致；

S3、基于结构软件的参数发布机制，将顶层骨架模型中建立的带有所有光学参数的光学表面，进行发布几何操作，将顶层骨架模型中的参数发布到各次级骨架模型中；所述各次级骨架模型仅包含顶层骨架模型中发布来的光学表面；

S4、根据各次级骨架模型中的光学表面作为参考面，分别开展结构零部件设计，得到各次结构模型并存储，各次结构模型继承了各次级骨架模型中的参数，并受次级骨架模型驱动，通过次级骨架模型与顶层骨架模型关联，各次结构模型完成设计之后，即可得到整个遥感相机模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法，其特征在于还包括如下步骤：

当光学设计更新迭代时，重复步骤S1和步骤S2更新顶层骨架模型，保存于teamcenter中，即可在teamcenter平台中完成整个遥感相机模型的更新。

3.根据权利要求1所述的一种基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法，其特征在于所述步骤S1中各光学元件在全局坐标系下的空间位置信息为光学元件的母镜中心点在全局坐标系下的坐标。

4.根据权利要求1所述的一种基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法，其特征在于所述光学各元件在各自坐标系下的曲面方程为：

r²＝x²+y²

c＝1/R

其中，R为曲面的半径、K为二次项系数、D为通光直径、B为离轴量、A₁为第一非球面系数、A₂为第二非球面系数、A₃为第三非球面系数、A₄为第四非球面系数、A₅为第五非球面系数、A₆为第六非球面系数、A₇为第七非球面系数、A₈为第八非球面系数。

5.根据权利要求1所述的一种基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法，其特征在于所述光学元件的姿态信息采用光学元件绕各自光学元件坐标系X轴的旋转角度a、Y轴的旋转角度β、Z轴的旋转角度γ表示。

6.根据权利要求1所述的一种基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法，其特征在于所述全局坐标系以光路经过的第一块光学元件的第一面的中心顶点为原点，光线入射方向为Z轴方向，垂直电脑屏幕方向向内或向外为X轴，Y轴遵循右手定则。

7.根据权利要求1所述的一种基于teamcenter的参数化关联遥感相机研制方法，其特征在于所述光学元件坐标系以光学元件的母镜中心为原点，垂直电脑屏幕方向向内或向外为X轴，Y轴遵循右手定则。

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