CN115983066A - 基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学镀膜技术领域，提供一种基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法及装置。上述方法包括：建立包括卡具和光学零件的有限元分析模型，设定卡具和光学零件的材料属性；对有限元分析模型的表面施加温度边界条件，温度边界条件包括按照镀膜时间进程顺次设置的升温段、恒温段和降温段；根据材料属性和温度边界条件，对有限元分析模型进行求解，获取光学零件处于降温段的热响应特性数据；根据热响应特性数据，确定对光学零件镀膜时所施加的温度场在对应降温段的温度参数。本发明所示的方法可以为光学零件在实际降温冷却阶段的温度参数的设定，提供数据支撑和原理性指导，提升光学零件在冷却降温阶段的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及光学镀膜技术领域，其涉及一种基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法及装置。
背景技术
光学镀膜是指在光学零件的表面镀上金属或其它材质的薄膜，以实现在特定波段范围内的光学性能要求。
现有的对光学零件进行镀膜的温度场设置一般分为三个节段，具体如下所示：升温阶段：此阶段卡具和光学零件共同在真空室内进行升温，以达到光学镀膜的温度；恒温阶段：此阶段卡具搭载着光学零件共同在真空室内进行恒温镀膜；降温冷却阶段：此阶段镀膜完成，卡具与光学零件共同在真空室内进行冷却，其中一种冷却方式是在对卡具与光学零件进行“随炉”冷却至一定温度后，将空气通入真空室内进行冷却，而另一种冷却方式只是对卡具与光学零件进行“随炉”冷却，直至光学零件的温度达到室温后，再将其取出。
当前，上述采用的进气冷却方式是光学零件镀膜后最常使用的一种冷却方式，但是，由于卡具与光学零件的材料属性不同，卡具与光学零件之间的热力学性质存在差异性，随着温度场的变化，卡具与光学零件会产生不同应力或者形变变化，因此，无论是对光学零件进行“随炉”降温冷却，还是在对光学零件“随炉”冷却至一定温度后再通入空气冷却，均无法确定这两种冷却方式对光学零件的安全性所造成的影响。虽然现有的一些操作人员可以凭借经验来控制进气冷却的时间，进而确保光学零件在冷却降温过程中满足安全要求，但是，由于光学零件材料的特殊性，光学零件随温度的冷却而产生的形变也各不相同，因此，仅靠操作人员的经验来控制非常困难，具有非常大的不确定性。
发明内容
本发明提供一种基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法及装置，用以解决现有的对光学零件镀膜后的冷却方式的不确定性所带来的安全性问题。
本发明提供一种基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，包括：建立包括卡具和光学零件的有限元分析模型，设定卡具和光学零件的材料属性；
对所述有限元分析模型的表面施加温度边界条件，所述温度边界条件包括按照镀膜时间进程顺次设置的升温段、恒温段和降温段；
根据所述材料属性和所述温度边界条件，对所述有限元分析模型进行求解，获取光学零件在处于所述降温段的热响应特性数据；
根据所述热响应特性数据，确定对光学零件镀膜时所施加的温度场在对应所述降温段的温度参数。
根据本发明提供的一种基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，所述降温段包括第一降温段和第二降温段；对所述有限元分析模型的表面施加温度边界条件，具体包括：
按照时间进程顺次设置所述第一降温段和所述第二降温段，所述第二降温段的降温速率大于所述第一降温段的降温速率。
根据本发明提供的一种基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，所述对所述有限元分析模型的表面施加温度边界条件，还包括：
根据光学零件在所述第一降温段的降温时长，确定光学零件在所述第二降温段的降温速率；
其中，所述降温时长和所述降温速率呈反向相关设置。
根据本发明提供的一种基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，所述根据所述材料属性和所述温度边界条件，对所述有限元分析模型进行求解，获取所述光学零件在处于所述降温段的热响应特性数据，包括：根据所述材料属性，以及所述第一降温段和所述第二降温段所对应的降温速率，求解光学零件表面的形变分布；
根据光学零件表面的形变分布，确定光学零件上的应力集中部位，获取所述应力集中部位的形变量。
根据本发明提供的一种基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，所述根据所述热响应特性数据，确定对光学零件镀膜时所施加的温度场在对应所述降温段的温度参数，包括：
在所述应力集中部位的形变量大于预设值的情况下，重新设定所述第二降温段的降温速率；
根据所述材料属性和重新设定的所述第二降温段的降温速率，对所述有限元分析模型进行求解，再次获取所述应力集中部位的形变量；
重复上述步骤，在所述应力集中部位的形变量小于所述预设值的情形下，将所述第二降温段所对应的温度边界条件作为所述温度参数。
根据本发明提供的一种基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，所述建立包括卡具和光学零件的有限元分析模型，包括：
建立卡具和光学零件的几何模型；
对所述几何模型当中的卡具和光学零件进行有限元网格划分，获取卡具和光学零件的网格模型；其中，所述网格模型的网格质量的均值大于0.7。
根据本发明提供的一种基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，所述对所述几何模型当中的卡具和光学零件进行有限元网格划分，包括：根据设定的单元格的尺寸，对卡具和光学零件的表面进行扫略，以完成对卡具和光学零件的有限元网格划分；
其中，所述单元格为六面体，所述单元格的边长为2E-3m。
根据本发明提供的一种基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，在建立包括卡具和光学零件的有限元分析模型之前，还包括：
在有限元分析软件中，对瞬态热分析模块和瞬态结构分析模块进行联动设置，将所述瞬态热分析模块的输出结果作为所述瞬态结构分析模块的输入条件，以实现数据共享。
本发明还提供一种基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的装置，包括：模型创建单元，用于建立包括卡具和光学零件的有限元分析模型，设定卡具和光学零件的材料属性；
边界设置单元，用于对所述有限元分析模型的表面施加温度边界条件，所述温度边界条件包括按照镀膜时间进程顺次设置的升温段、恒温段和降温段；
热力耦合分析单元，用于根据所述材料属性和所述温度边界条件，对所述有限元分析模型进行求解，获取光学零件在处于所述降温段的热响应特性数据；
确定单元，用于根据所述热响应特性数据，确定对光学零件镀膜时所施加的温度场在对应所述降温段的温度参数。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法。
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法。
本发明提供的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法及装置，通过对卡具和光学零件建立有限元分析模型，对有限元分析模型设定材料属性和温度边界条件，可以模拟在真空室内对光学零件进行镀膜的温度场设置场景，通过对有限元分析模型进行求解，可以获取光学零件在处于降温段的热响应特性数据，得到镀膜的光学零件在降温冷却阶段的温度场和形变分布，以为光学零件在实际降温冷却阶段的温度参数的设定，提供数据支撑和原理性指导，有利于克服现有操作人员仅凭借经验对光学零件进行镀膜后冷却所带来的不确定性问题，从而可以提升光学零件在冷却降温阶段的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法的流程示意图；
图2是本发明提供的基于卡具和光学零件的几何模型的剖面示意图；
图3是本发明提供的基于卡具和光学零件的网格模型的剖面示意图；
图4是本发明提供的网格模型的网格的质量分布示意图；
图5是本发明提供的对有限元分析模型当中的卡具施加固定约束条件的示意图；
图6是本发明提供的对基于卡具和光学零件的网格模型施加的第一种温度边界条件的温度曲线示意图；
图7是本发明提供的基于第一种温度边界条件对有限元分析模型进行求解，得到的卡具和光学零件处于降温段的热响应特性数据示意图；
图8是本发明提供的对基于卡具和光学零件的网格模型施加的第二种温度边界条件的温度曲线示意图；
图9是本发明提供的基于第二种温度边界条件对有限元分析模型进行求解，得到的卡具和光学零件处于降温段的热响应特性数据示意图；
图10是本发明提供的对基于卡具和光学零件的网格模型施加的第三种温度边界条件的温度曲线示意图；
图11是本发明提供的基于第三种温度边界条件对有限元分析模型进行求解，得到的卡具和光学零件处于降温段的热响应特性数据示意图；
图12是本发明提供的卡具和光学零件处于降温段的热应力分布示意图；
图13是本发明提供的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的装置的结构示意图；
图14是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1至图14通过具体的实施例及其应用场景对本发明实施例提供的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法及装置进行详细地说明。
在第一方面，如图1所示，本实施例提供一种基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，包括如下步骤：
步骤110，建立包括卡具和光学零件的有限元分析模型，设定卡具和光学零件的材料属性。
步骤120，对有限元分析模型的表面施加温度边界条件，温度边界条件包括按照镀膜时间进程顺次设置的升温段、恒温段和降温段。
步骤130，根据材料属性和温度边界条件，对有限元分析模型进行求解，获取光学零件在处于降温段的热响应特性数据。
步骤140，根据热响应特性数据，确定对光学零件镀膜时所施加的温度场在对应降温段的温度参数。
可理解的是，由于现有的对光学零件进行镀膜的温度场一般设置为升温阶段、恒温阶段和降温冷却阶段，为了基于有限元分析模型真实地模拟光学零件的镀膜过程，在本实施例的限元分析模型中，卡具和光学零件所对应模型与真实的卡具和光学零件在几何尺寸、装配结构以及材料属性上对应匹配。
其中，卡具呈圆环状，光学零件呈片状，卡具夹设于光学零件的周壁，并且卡具和光学零件材料属性可包括但不限于包括热膨胀系数、泊松比和杨氏模量等当中的一种或多种，具体可根据实际需求获得，在此不做具体限定。
与此同时，本实施例的温度边界条件所对应的镀膜时间进程包括第一时间区间、第二时间区间和第三时间区间，第一时间区间的各个时间点和升温段的各个温度数据一一相对设置，第二时间区间的各个时间点和恒温段的各个温度数据一一相对设置，第三时间区间的各个时间点和降温段的各个温度数据一一相对设置。
其中，在第一时间区间内，升温段所对应的各个温度数据可以按照预设的升温斜率依次增大；在第二时间区间，恒温段的各个温度数据保持恒定不变；在第三时间区间内，降温段的各个温度数据既可以按照一种降温速率依次减小，也可以按照多种降温速率依次减小，对此不做具体限定，可以根据对光学零件镀膜时所施加的温度场进行对应设置。
另外，由于在建立有限元分析模型之前，通常在有限元分析软件中，进行瞬态热分析模块和瞬态结构分析模块的联动设置，从而本实施例对有限元分析模型进行求解，可以在有限元分析软件的显示界面中直观地显示出与光学零件相对应的热响应特性数据，热响应特性数据包括光学零件的温度场和形变分布。
由上可知，本实施例所示的方法通过对卡具和光学零件建立有限元分析模型，对有限元分析模型设定材料属性和温度边界条件，可以模拟在真空室内对光学零件进行镀膜的温度场设置场景，通过对有限元分析模型进行求解，可以获取光学零件在处于降温段的热响应特性数据，得到镀膜的光学零件在降温冷却阶段的温度场和形变分布，以便为光学零件在实际降温冷却阶段的温度参数的设定提供数据支撑和原理性指导，有利于克服现有操作人员仅凭借经验对光学零件进行镀膜后冷却所存在的不确定性问题，从而可以提升光学零件在冷却降温阶段的安全性。
在一些实施例中，为了便于采用瞬态热力耦合方法对有限元分析模型进行分析，在建立包括卡具和光学零件的有限元分析模型之前，本实施例可以在有限元分析软件中，对瞬态热分析模块和瞬态结构分析模块进行联动设置，将瞬态热分析模块的输出结果作为瞬态结构分析模块的输入条件，以实现数据共享。
在一些实施例中，为了便于实现对有限元分析模型的建立，本实施例的建立包括卡具和光学零件的有限元分析模型的步骤，包括：
首先，在有限元分析软件中，基于三维建模工具，使用拉伸、旋转、装配等建模方式，建立如图2所示卡具和光学零件的几何模型。
然后，对几何模型当中的卡具和光学零件进行有限元网格划分，获取卡具和光学零件的网格模型。
其中，网格模型的网格质量的均值大于0.7，以便于提高仿真结果的准确性。
在一些示例中，在对几何模型当中的卡具和光学零件进行有限元网格划分时，本实施例可以根据设定的单元格的尺寸，对卡具和光学零件的表面进行扫略，以完成对卡具和光学零件的有限元网格划分。
在此，本实施例的单元格为六面体，单元格的边长为2E-3m，通过有限元分析软件不断地对上述卡具和光学零件的几何模型计算划分，最终得到网格质量均值大于0.7，则表明网格划分成功。
其中，本实施例采用上述网格划分方法得到的网格模型则如图3所示，网格模型的网格的质量分布如图4所示。
在一些示例中，在完成对有限元分析模型的建立后，本实施例可以在有限元分析软件中，通过上述瞬态结构分析模块设定卡具和光学零件的材料属性，以便为后续的分析做好准备。
可选地，卡具和光学零件的材料属性如下述表1所示：
表1：卡具和光学零件的材料属性
| 材料/参数 | ZPK1A | 铝合金 |
| 材料密度 | 3.61(g*cm^-3) | 2770(kg*m^-3) |
| 热膨胀系数 | 1.08E-5(K^-1) | 2.3E-5(C^-1) |
| 杨氏模量 | 7.162E10Pa | 7.1E+10Pa |
| 泊松比 | 0.292 | 0.33 |
| 各向同性热导率 | 0.64(W*m^-1*K^-1) | 875(J*kg^-1*C^-1) |
在一些实施例中，在对光学零件进行镀膜和冷却的过程中，由于光学零件装配于卡具上，而卡具定位在真空室内的伞状架子上，卡具的周壁作为固定支撑部分，从而本实施例可以对上述有限元分析模型中卡具的周壁施加固定约束条件，如图5所示。
在对有限元分析模型中卡具的周壁施加固定约束条件之后，本实施例可以对有限元分析模型的表面施加温度边界条件，以便对卡具和光学零件进行形变分析。
在一些实施例中，本实施例的降温段包括第一降温段和第二降温段。相应地，本实施例所示的对有限元分析模型的表面施加温度边界条件，具体如下所示：
按照时间进程顺次设置升温段、恒温段、第一降温段和第二降温段，第二降温段的降温速率大于第一降温段的降温速率。
可理解的是，本实施例所设定的升温段与实际在升温阶段对装载有光学零件的真空室进行升温的温度参数一致。
本实施例所设定的恒温段与实际在恒温阶段在真空室内对光学零件进行镀膜的温度参数一致。
本实施例所设定的第一降温段与实际对完成镀膜的光学零件进随炉冷却的温度参数一致。
本实施例所设定的第二降温段与实际向真空室内通入空气以实现对光学零件进行空气对流降温的温度参数一致。
由于相比于对光学零件的随炉冷却方式，对光学零件进行空气对流降温能够缩减冷却时间，从而本实施例所设定的第二降温段的降温速率大于第一降温段的降温速率。
由上可知，由于第二降温段的降温速率大于第一降温段的降温速率，从而在降温温度急剧发生变化的情形下，光学零件的表面在第二降温段会发生较大的形变。本实施例基于上述参数的设置，可以准确地模拟光学零件实际的随炉冷却过程和空气对流冷却过程。
进一步地，本实施例所示的对有限元分析模型的表面施加温度边界条件，还包括：
根据光学零件在第一降温段的降温时长，确定光学零件在第二降温段的降温速率。
其中，第一降温段的降温时长和第二降温段的降温速率呈反向相关设置。
由于在光学零件的镀膜温度不变的情况下，对光学零件进行随炉冷却的降温速率保持不变，也即第一降温段的降温速率的大小是确定的。光学零件在第一降温段的降温时长越长，光学零件进行空气对流降温时的实际温度越低，光学零件在第二降温段的降温速率越小；反之，光学零件在第一降温段的降温时长越短，光学零件在进行空气对流降温时的实际温度越高，光学零件在第二降温段的降温速率越大。
如此，本实施例在确定光学零件的镀膜温度的情形下，基于第一降温段的降温时长和光学零件在第二降温段的降温速率的反向相关关系，可以根据光学零件在第一降温段的降温时长，快速地确定光学零件在第二降温段的降温速率。
基于上述实施例所示的方案，为了便于准确地确定光学零件在降温冷却阶段的形变特性，本实施例的根据材料属性和温度边界条件，对有限元分析模型进行求解，获取光学零件在处于降温段的热响应特性数据的步骤，包括：
根据材料属性，以及第一降温段和第二降温段所对应的降温速率，求解光学零件表面的形变分布。
根据光学零件表面的形变分布，确定光学零件上的应力集中部位，获取应力集中部位的形变量。
由于在有限元分析中，基于上述参数的设置，能够准确地模拟光学零件实际的随炉冷却过程和空气对流冷却过程，从而通过对光学零件表面的形变分布的求解，本实施例能够进一步准确地获取光学零件的应力集中部位的形变量，有助于确定光学零件在降温段的安全性，进而对上述第一降温段和第二降温段所设定的降温速率的合理性进行验证。
进一步地，在获取应力集中部位的形变量的情形下，为了确定并优化对光学零件镀膜时所施加的温度场在对应降温段的温度参数，本实施例所示的方法具体包括：
S11，在应力集中部位的形变量大于预设值的情况下，重新设定第二降温段的降温速率。
S12，根据材料属性和重新设定的第二降温段的降温速率，对有限元分析模型进行求解，再次获取应力集中部位的形变量。
S13，重复S11至S12所对应的步骤，在应力集中部位的形变量小于预设值的情形下，将第二降温段所对应的温度边界条件作为温度参数。
其中，第二降温段所对应的温度边界条件包括第二降温段的初始温度和终止温度、第二降温段的降温时长、以及第二降温段的降温速率。
显然，本实施例对应力集中部位的形变量进行阈值设定，可以确保光学零件在降温冷却过程中的安全性，在应力集中部位的形变量小于预设值时，光学零件各个部位所产生的形变均不会导致光学零件出现损坏或结构失效的问题，以达到确保光学零件的镀膜过程在冷却降温阶段满足安全要求，进而实现对上述温度参数的优化。
在此应指出的是，由于降温段包括第一降温段和第二降温段，而第二降温段用于模拟光学零件实际进行的空气对流冷却过程，本实施例基于重新设定第二降温段的降温速率，对有限元分析模型进行多次求解，不仅有利于快速地获取应力集中部位的形变量小于预设值时的第二降温段所对应的温度参数，还可确保获取的温度参数的准确性。
基于上述实施例的方案，下面结合具体的实施例对温度参数的优化过程进行举例说明。
实施例1
如图6所示，对卡具和光学零件设定的温度边界条件如下所示：
升温段：设定升温时间30min，温度从25℃上升至320℃；
恒温段：设定恒温时间60min，温度按照320℃保持不变；
第一降温段：设定降温时间21min，温度从320℃下降至200℃；
第二降温段：设定降温时间1.4min，温度从200℃下降至25℃。
其中，在第二降温段，设定的降温速率与实际向真空室内通入空气时的真空室内的降温速率保持一致。
在对卡具设定的固定约束条件不变的情形下，基于对卡具和光学零件设定的约束条件，对有限元分析模型求解后，可得到如图7所示的卡具和光学零件在处于降温段的热响应特性数据示意图。
由图7可知，光学零件的形变量由外向内形变量成环状分布，光学零件的应力集中部位分布于光学零件的中心，从而光学零件的中心的形变量最大，其中心的形变量的数值为3.63E-6m。
实施例2
如图8所示，对卡具和光学零件设定的温度边界条件如下所示：
升温段：设定升温时间30min，温度从25℃上升至320℃；
恒温段：设定恒温时间60min，温度按照320℃保持不变；
第一降温段：设定降温时间30min，温度从320℃下降至150℃；
第二降温段：设定降温时间1min，温度从150℃下降至25℃。
其中，在第二降温段，设定的降温速率与实际向真空室内通入空气时的真空室内的降温速率保持一致。
在对卡具设定的固定约束条件不变的情形下，基于对卡具和光学零件设定的约束条件，对有限元分析模型求解后，可得到如图9所示的卡具和光学零件在处于降温段的热响应特性数据示意图。
由图9可知，光学零件的形变量由外向内形变量成环状分布，光学零件的应力集中部位分布于光学零件的中心，从而光学零件的中心的形变量最大，其中心的形变量的数值为3.62E-6m。
实施例3
如图10所示，对卡具和光学零件设定的温度边界条件如下所示：
升温段：设定升温时间30min，温度从25℃上升至320℃；
恒温段：设定恒温时间60min，温度按照320℃保持不变；
降温段：设定降温时间50min，温度从320℃下降至25℃。
其中，在降温段，设定的降温速率与实际向真空室内通入空气时的真空室内的降温速率保持一致。
在对卡具设定的固定约束条件不变的情形下，基于对卡具和光学零件设定的约束条件，对有限元分析模型求解后，可得到如图11所示的卡具和光学零件在处于降温段的热响应特性数据示意图。
由图11可知，光学零件的形变量由外向内形变量成环状分布，光学零件的应力集中部位分布于光学零件的中心，从而光学零件的中心的形变量最大，其中心的形变量的数值为3.53E-6m。
其中，上述实施例1和实施例2仿真模拟的是当前对光学零件“随炉”冷却至一定温度后再通入空气冷却的过程，在整个降温冷却过程中，第二降温段设置进入的时间步程越晚，光学零件的应力集中部位的形变量越小。
与此同时，上述实施例3仿真模拟的是当前对光学零件进行“随炉”降温冷却的过程，将实施例3分别与实施例1或实施例2对比，在采用实施例3所对应的冷却降温方式时，光学零件的应力集中部位的形变量最小，即在光学零件在镀膜完成后降温时更加安全。
由上可知，根据本实施例的仿真得到的热响应特性数据，可以确定并优化对光学零件镀膜时所施加的温度场在对应所述降温段的温度参数。
在此应指出的是，本实施例还可对降温后的卡具和光学零件进行形变表征，表征结果如图12所示。由图12可知，在降温冷却过程中，扭力和弯矩对卡具的形变起到主导作用，而沿光学零件的光轴方向的应力对光学零件的形变起到主导作用，光学零件的中部的形变量最大，也最易造成光学零件发生损坏或结构失效。
下面对本发明提供的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的装置进行描述，下文描述的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的装置与上文描述的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法可相互对应参照。
如图13所示，本实施例还提供一种基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的装置，包括如下模块：
模型创建单元131，用于建立包括卡具和光学零件的有限元分析模型，设定卡具和光学零件的材料属性。
边界设置单元132，用于对所述有限元分析模型的表面施加温度边界条件，所述温度边界条件包括按照镀膜时间进程顺次设置的升温段、恒温段和降温段。
热力耦合分析单元133，用于根据所述材料属性和所述温度边界条件，对所述有限元分析模型进行求解，获取光学零件在处于所述降温段的热响应特性数据。
确定单元134，用于根据所述热响应特性数据，确定对光学零件镀膜时所施加的温度场在对应所述降温段的温度参数。
具体地，本实施例所示的装置通过对卡具和光学零件建立有限元分析模型，对有限元分析模型设定材料属性和温度边界条件，可以模拟在真空室内对光学零件进行镀膜的温度场设置场景，通过对有限元分析模型进行求解，可以获取光学零件在处于降温段的热响应特性数据，得到镀膜的光学零件在降温冷却阶段的温度场和形变分布，以便为光学零件在降温冷却阶段的温度参数的设定，提供数据支撑和原理性指导，有利于克服现有操作人员仅凭借经验对光学零件进行镀膜后冷却所存在的不确定性问题，从而可以提升光学零件在冷却降温阶段的安全性。
图14示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图14所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)141、通信接口(Communications Interface)142、存储器(memory)143和通信总线144，其中，处理器141，通信接口142，存储器143通过通信总线144完成相互间的通信。处理器141可以调用存储器143中的逻辑指令，以执行基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，该方法包括：建立包括卡具和光学零件的有限元分析模型，设定卡具和光学零件的材料属性；对所述有限元分析模型的表面施加温度边界条件，所述温度边界条件包括按照镀膜时间进程顺次设置的升温段、恒温段和降温段；根据所述材料属性和所述温度边界条件，对所述有限元分析模型进行求解，获取光学零件在处于所述降温段的热响应特性数据；根据所述热响应特性数据，确定对光学零件镀膜时所施加的温度场在对应所述降温段的温度参数。
此外，上述的存储器143中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，该方法包括：建立包括卡具和光学零件的有限元分析模型，设定卡具和光学零件的材料属性；对所述有限元分析模型的表面施加温度边界条件，所述温度边界条件包括按照镀膜时间进程顺次设置的升温段、恒温段和降温段；根据所述材料属性和所述温度边界条件，对所述有限元分析模型进行求解，获取光学零件在处于所述降温段的热响应特性数据；根据所述热响应特性数据，确定对光学零件镀膜时所施加的温度场在对应所述降温段的温度参数。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，该方法包括：建立包括卡具和光学零件的有限元分析模型，设定卡具和光学零件的材料属性；对所述有限元分析模型的表面施加温度边界条件，所述温度边界条件包括按照镀膜时间进程顺次设置的升温段、恒温段和降温段；根据所述材料属性和所述温度边界条件，对所述有限元分析模型进行求解，获取光学零件在处于所述降温段的热响应特性数据；根据所述热响应特性数据，确定对光学零件镀膜时所施加的温度场在对应所述降温段的温度参数。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解、其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，其特征在于，包括：建立包括卡具和光学零件的有限元分析模型，设定卡具和光学零件的材料属性；
对所述有限元分析模型的表面施加温度边界条件，所述温度边界条件包括按照镀膜时间进程顺次设置的升温段、恒温段和降温段；
根据所述材料属性和所述温度边界条件，对所述有限元分析模型进行求解，获取光学零件处于所述降温段的热响应特性数据；
根据所述热响应特性数据，确定对光学零件镀膜时所施加的温度场在对应所述降温段的温度参数。
2.根据权利要求1所述的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，其特征在于，所述降温段包括第一降温段和第二降温段；对所述有限元分析模型的表面施加温度边界条件，具体包括：
按照时间进程顺次设置所述第一降温段和所述第二降温段，所述第二降温段的降温速率大于所述第一降温段的降温速率。
3.根据权利要求2所述的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，其特征在于，所述对所述有限元分析模型的表面施加温度边界条件，还包括：
根据光学零件在所述第一降温段的降温时长，确定光学零件在所述第二降温段的降温速率；
其中，所述第一降温段的所述降温时长和所述第二降温段的所述降温速率呈反向相关设置。
4.根据权利要求2或3所述的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，其特征在于，所述根据所述材料属性和所述温度边界条件，对所述有限元分析模型进行求解，获取所述光学零件在处于所述降温段的热响应特性数据，包括：
根据所述材料属性，以及所述第一降温段和所述第二降温段所对应的降温速率，求解光学零件表面的形变分布；
根据光学零件表面的形变分布，确定光学零件上的应力集中部位，获取所述应力集中部位的形变量。
5.根据权利要求4所述的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，其特征在于，所述根据所述热响应特性数据，确定对光学零件镀膜时所施加的温度场在对应所述降温段的温度参数，包括：
在所述应力集中部位的形变量大于预设值的情况下，重新设定所述第二降温段的降温速率；
根据所述材料属性和重新设定的所述第二降温段的降温速率，对所述有限元分析模型进行求解，再次获取所述应力集中部位的形变量；
重复上述步骤，在所述应力集中部位的形变量小于所述预设值的情形下，将所述第二降温段所对应的温度边界条件作为所述温度参数。
6.根据权利要求1所述的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，其特征在于，所述建立包括卡具和光学零件的有限元分析模型，包括：
建立卡具和光学零件的几何模型；
对所述几何模型当中的卡具和光学零件进行有限元网格划分，获取卡具和光学零件的网格模型；
其中，所述网格模型的网格质量的均值大于0.7。
7.根据权利要求6所述的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，其特征在于，所述对所述几何模型当中的卡具和光学零件进行有限元网格划分，包括：
根据设定的单元格的尺寸，对卡具和光学零件的表面进行扫略，以完成对卡具和光学零件的有限元网格划分。
8.根据权利要求7所述的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法，其特征在于，所述单元格为六面体，所述单元格的边长为2E-3m。
9.一种基于有限元热力耦合模拟光学镀膜形变的装置，其特征在于，包括：模型创建单元，用于建立包括卡具和光学零件的有限元分析模型，设定卡具和光学零件的材料属性；
边界设置单元，用于对所述有限元分析模型的表面施加温度边界条件，所述温度边界条件包括按照镀膜时间进程顺次设置的升温段、恒温段和降温段；
热力耦合分析单元，用于根据所述材料属性和所述温度边界条件，对所述有限元分析模型进行求解，获取光学零件在处于所述降温段的热响应特性数据；
确定单元，用于根据所述热响应特性数据，确定对光学零件镀膜时所施加的温度场在对应所述降温段的温度参数。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述的基于有限元热力耦合模拟光学零件镀膜降温的方法。
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