王超 苗盈 王駿 潘常春

摘 ?要：車燈的配光性能對行車安全性具有重要影響，必須達(dá)到嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。反射鏡是影響車燈配光性能的核心組件，因此具有較高的設(shè)計(jì)要求。逆向設(shè)計(jì)技術(shù)是消化吸收先進(jìn)技術(shù)并縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的重要手段，將其應(yīng)用于車燈反射鏡的設(shè)計(jì)開發(fā)中能降低設(shè)計(jì)難度并縮短開發(fā)周期。文章結(jié)合反射鏡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析了逆向設(shè)計(jì)的思路，并從過點(diǎn)精度、拔模、壁厚和裝配干涉四個(gè)方面對設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，確保最終的反射鏡產(chǎn)品能夠滿足設(shè)計(jì)要求和使用需求。文章介紹的反射鏡產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)和質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)，對其他產(chǎn)品的逆向設(shè)計(jì)和開發(fā)具有很好的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：逆向設(shè)計(jì);質(zhì)量檢驗(yàn);反射鏡;裝配干涉

中圖分類號：U463.6 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）15-0076-04

Abstract： The light distribution performance of the automobile lamp has an important impact on the safety of driving， which must meet strict quality standards. Reflector is the core component that affects the light distribution performance of automobile lamp， so it has high design requirements. Reverse design technology is an important means to assimilate advanced technology and shorten the product development cycle. Its application in the development of automobile lamp reflector can reduce the design difficulty and shorten the development cycle. According to the structural characteristics of the reflector， the basic flow of reverse design of the reflector is presented and the design data of the reflector is verified from four aspects， namely， the precision of point-establishment， draft angle， wall thickness and assembly interference， to ensure that the final product can meet the design requirements and usage requirements. The proposed reverse design and quality inspection technology of the reflector product is valuable for other products.

Keywords： reverse design; quality inspection; automobile headlamp reflector; assembly interference

1 概述

車燈是汽車上的關(guān)鍵部件之一，它不僅對汽車外觀有著畫龍點(diǎn)睛的作用，還直接影響到行車的舒適性和安全性。如圖1所示，前大燈反射鏡是車燈中最重要的零件，其功能是對燈光進(jìn)行反射和聚光，避免燈光直射[1]，因此其反射面精度要求很高。此外，由于車燈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，反射鏡在車燈中的裝配要求也較高。

隨著汽車工業(yè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，逆向設(shè)計(jì)技術(shù)在汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用[2]。逆向設(shè)計(jì)技術(shù)是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論與方法的重要組成部分，是消化吸收先進(jìn)技術(shù)和縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)周期的重要手段[3-5]。在逆向設(shè)計(jì)時(shí)，需要對實(shí)物模型的設(shè)計(jì)意圖及造型方法進(jìn)行理解和分析，并基于測量數(shù)據(jù)進(jìn)行原始設(shè)計(jì)參數(shù)的還原[6-8]。將逆向設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于車燈反射鏡的設(shè)計(jì)開發(fā)中能降低設(shè)計(jì)難度并縮短開發(fā)周期。

本文運(yùn)用逆向設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行汽車前大燈反射鏡產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)，其過程如圖2所示。本文重點(diǎn)是介紹反射鏡產(chǎn)品的逆向設(shè)計(jì)思路，并從過點(diǎn)精度、拔模、壁厚和裝配干涉四個(gè)方面對設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，確保最終的反射鏡產(chǎn)品能夠滿足設(shè)計(jì)要求和使用需求。

2 反射鏡逆向設(shè)計(jì)

反射鏡產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)的總體思路是：首先構(gòu)建基準(zhǔn)坐標(biāo)系，然后制作反射鏡主體，最后制作光學(xué)面片。

2.1 基準(zhǔn)坐標(biāo)系構(gòu)建

逆向設(shè)計(jì)的第一步是構(gòu)建基準(zhǔn)坐標(biāo)系，其精確度對產(chǎn)品的建模精度有著重要影響[2]。因此，建立坐標(biāo)系一是要找好基準(zhǔn)特征，二是要通過其他特征對其進(jìn)行驗(yàn)證，直至符合精度要求為止。

首先確定Z軸。通常情況下產(chǎn)品的脫模方向（即Z軸方向）為孔類結(jié)構(gòu)的軸線方向。觀察反射鏡樣品的結(jié)構(gòu)特征后，選擇燈泡安裝平面的法向作為Z軸，如圖3所示。因此，首先利用燈泡安裝平面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)造一張平面，以該平面的法線方向作為Z軸方向。然后，將Z軸方向作為燈泡口柱體與三個(gè)立柱的軸線方向，利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)將這四個(gè)柱體構(gòu)造出來，如圖4所示。最后，校驗(yàn)這四個(gè)柱體的過點(diǎn)精度，精度在誤差范圍內(nèi)才能保證所制作Z軸的準(zhǔn)確性。

接下來確定Y軸。大多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)產(chǎn)品的加強(qiáng)筋時(shí)都會使其與坐標(biāo)系的X軸或Y軸對齊。這里以立柱3兩側(cè)的加強(qiáng)筋作為制作Y軸的參考。將所有的測量數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)繞Z軸旋轉(zhuǎn)，直至筋板輪廓點(diǎn)與大十字光標(biāo)目視重合，如圖5所示。

Z軸和Y軸確定后，利用右手坐標(biāo)系確定X軸。坐標(biāo)原點(diǎn)為燈泡安裝平面與Z軸的交點(diǎn)。至此，基準(zhǔn)坐標(biāo)系構(gòu)建完成。

2.2 反射鏡主體制作

制作側(cè)面時(shí)，首先構(gòu)造一條樣條線，然后沿Z軸拉伸得到單面。拉伸時(shí)需要設(shè)置一定的拔模角度。制作樣條線時(shí)，需要注意兩點(diǎn)：

（1）樣條線應(yīng)為平面線，并且該平面與Z軸垂直，這樣有利于調(diào)整構(gòu)造線，從而提高構(gòu)造面的質(zhì)量。因此，需要制作輔助平面，將相關(guān)的測量數(shù)據(jù)投影到該平面上，然后根據(jù)投影點(diǎn)來制作樣條線。

（2）由于四張側(cè)面趨勢比較平緩，所以優(yōu)先考慮生成2階1段樣條線。制作過程中常常需要對樣條線進(jìn)行延長，與通常采用的3～6階樣條線相比，2階1段樣條線在延長后其曲率梳依然可以保持較好的質(zhì)量。

接下來，通過加厚主體大面、制作產(chǎn)品邊口、進(jìn)行圓角處理和制作加厚減薄區(qū)域，得到如圖6（b）所示的反射鏡主體。制作加厚減薄區(qū)域是因?yàn)橛^察反射鏡樣品后發(fā)現(xiàn)局部區(qū)域壁厚不均勻，這樣設(shè)計(jì)的目的是優(yōu)化注塑成型時(shí)的流動性，減少因材料流動性不佳而導(dǎo)致的注塑缺陷。

最后，制作燈泡口、加強(qiáng)筋等細(xì)節(jié)特征，如圖6（c）所示。

2.3 光學(xué)面片制作

觀察反射鏡樣品后發(fā)現(xiàn)每張光學(xué)面之間都存在臺階，而且每張光學(xué)面的弧度各不相同，所以每張光學(xué)面都需要單獨(dú)制作。

制作光學(xué)面的第一步是制作邊界。觀察測量數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，光學(xué)面邊界與Y軸平行，并且為等距關(guān)系。因此，先制作左右兩側(cè)的邊界，然后通過等距離復(fù)制得到中間部分的光學(xué)面邊界，如圖8所示。

邊界制作完成之后，在相鄰兩條邊界之間制作單張光學(xué)面，制作流程如圖9所示。所有單張光學(xué)面制作完成后，得到整張光學(xué)面片，如圖10所示。

3 反射鏡質(zhì)量檢驗(yàn)

質(zhì)量檢驗(yàn)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要手段。通過對設(shè)計(jì)模型進(jìn)行一次全方位細(xì)致的檢查，判斷產(chǎn)品過點(diǎn)精度是否超差，加工工藝是否存在缺陷，零件裝配是否存在干涉等問題。如果有問題需要對設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，直至沒有問題為止。

3.1 過點(diǎn)精度檢驗(yàn)

過點(diǎn)精度檢驗(yàn)用于檢查設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與測量數(shù)據(jù)的偏差是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。一般通過【測量距離】命令測量設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的每一張面到測量數(shù)據(jù)的距離，來判斷是否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。反射鏡的過點(diǎn)精度要求如表1所示。

從表中可以看到，與光學(xué)相關(guān)的區(qū)域，即燈泡口內(nèi)側(cè)區(qū)域和光學(xué)面的精度要求較高（±0.1mm）。反射鏡光學(xué)面片的主要作用是反射光源發(fā)出的光并使其形成一定的形狀，從而使照射形狀、照射距離、亮度等達(dá)到國家法律法規(guī)的要求。由于存在測量誤差和建模誤差，通過測量數(shù)據(jù)逆向建模得到的光學(xué)面片無法達(dá)到這些要求，因此還需要通過專業(yè)光學(xué)軟件進(jìn)行微調(diào)。為降低專業(yè)光學(xué)軟件的處理難度，要求逆向制作的光學(xué)面片的過點(diǎn)精度控制在±0.1mm以內(nèi)。而燈泡安裝平面直接決定了產(chǎn)品的光學(xué)中心，所以燈泡口內(nèi)側(cè)區(qū)域與測量數(shù)據(jù)的誤差也應(yīng)控制在±0.1mm以內(nèi)。

3.2 產(chǎn)品拔模檢驗(yàn)

產(chǎn)品拔模在塑料制件中占有重要地位，直接關(guān)系到塑料制件在模具成型后能否順利取出。這里使用【拔模分析】命令來設(shè)置拔模角度和顏色，通過觀察顏色來判斷拔模角度是否合適以及是否出現(xiàn)倒拔模的情況。反射鏡的拔模分析如圖11所示，通過檢查可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品拔模符合設(shè)計(jì)要求。

3.3 產(chǎn)品壁厚檢驗(yàn)

塑料產(chǎn)品的壁厚與工藝要求和使用要求有關(guān)，合理地選擇產(chǎn)品壁厚是保證產(chǎn)品注塑成型的重要條件[9，10]。反射鏡產(chǎn)品的局部區(qū)域壁厚不均勻，這樣設(shè)計(jì)的目的是優(yōu)化反射鏡產(chǎn)品注塑成型時(shí)的流動性，減少因材料流動性不佳而產(chǎn)生的注塑缺陷，提高產(chǎn)品的合格率。這里使用【偏差檢查】命令分析產(chǎn)品壁厚，根據(jù)檢查結(jié)果得到，主體側(cè)面壁厚2.3mm，光學(xué)面壁厚2.5mm，加厚區(qū)域壁厚3.0mm，減薄區(qū)域壁厚2.2m，符合反射鏡樣品及其設(shè)計(jì)要求。

3.4 裝配干涉檢驗(yàn)

干涉檢查是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)，如果存在干涉則會導(dǎo)致產(chǎn)品無法正常安裝和使用。反射鏡是汽車前大燈中的一個(gè)組件，與支架、底座、反射鏡2和副反射鏡等其他組件存在裝配關(guān)系，如圖12所示。將這些組件的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)都導(dǎo)入到同一個(gè)文件中，使用【簡單干涉】命令檢查反射鏡與其他組件之間是否存在干涉。如果存在干涉，則可能需要放棄對測量數(shù)據(jù)的依賴，采用正向設(shè)計(jì)的思路，以滿足裝配要求。

面向不同的銷售所在地，車燈反射鏡所要達(dá)到的上下調(diào)整角度的標(biāo)準(zhǔn)也有所不同，例如在歐洲只需滿足上下調(diào)整2.5度，而在美國則要求上下調(diào)整4度。所謂上下調(diào)整是指，以安裝在車燈底座上的兩個(gè)定球頭的球心連線作為旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)反射鏡等相關(guān)組件，如圖13所示。要求在規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)，反射鏡等相關(guān)組件與其他車燈組件不發(fā)生干涉，并且具有1毫米以上的間隙。旋轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)以0.5度為步進(jìn)值，依次檢查是否有干涉現(xiàn)象。如果直接旋轉(zhuǎn)4度可能會跳過干涉區(qū)域而留下隱患。

4 結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了車燈反射鏡的逆向設(shè)計(jì)和質(zhì)量檢驗(yàn)方法。反射鏡是影響車燈配光性能的關(guān)鍵組件，具有較高的設(shè)計(jì)精度和質(zhì)量要求，本文提出的反射鏡逆向設(shè)計(jì)方法能夠高效保質(zhì)地完成反射鏡產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)，從而快速地響應(yīng)市場需求。此外，本文介紹的基準(zhǔn)坐標(biāo)系的構(gòu)建方法、主體大面的制作方法和裝配干涉的檢驗(yàn)方法等關(guān)鍵技術(shù)，對其他產(chǎn)品的逆向設(shè)計(jì)和開發(fā)具有較好的參考價(jià)值。

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