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汽車車燈電鑄紋的自動(dòng)建模

   2020-09-01 互聯(lián)網(wǎng)中國鑄造網(wǎng)12730
核心提示:夏天 劉紅娟 (寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院 寧波 315802) 摘 要: 針對(duì)目前汽車車燈六角偽電鑄紋造型過程中效率低下的

 

 夏天  劉紅娟
(寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院 寧波 315802)

摘  要: 針對(duì)目前汽車車燈六角偽電鑄紋造型過程中效率低下的問題,開發(fā)了六角偽電鑄紋的自動(dòng)建模程序,實(shí)現(xiàn)了六角偽電鑄紋造型的自動(dòng)化。實(shí)驗(yàn)證明,該程序能極大地提高汽車車燈造型效率。
敘  詞: 車燈  UG  二次開發(fā)  六角偽電鑄紋


 

1 前言

在汽車車燈新產(chǎn)品的研究開發(fā)過程中,逆向工程技術(shù)和思想越來越受到重視。車燈產(chǎn)品的造型大致可分為數(shù)據(jù)測量、三維建模和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)階段。數(shù)據(jù)測量階段是利用三坐標(biāo)測量儀對(duì)汽車車燈的每個(gè)部件進(jìn)行測量,以獲取所有部件的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù);三維建模階段是利用測量的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù),通過專業(yè)的三維軟件(UG、CATIA)進(jìn)行車燈產(chǎn)品造型;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段是根據(jù)具體情況將車燈產(chǎn)品的某些結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)。
由于汽車車燈存在種類和數(shù)量繁多的配光紋,對(duì)這些配光紋進(jìn)行測量和建模的工作量巨大,通常占據(jù)整個(gè)產(chǎn)品造型工作量的20%甚至更多。因此能否提高這些配光紋的造型效率將直接影響汽車車燈新產(chǎn)品開發(fā)周期和開發(fā)成本。
雖然車燈配光紋數(shù)量較多,但每種配光紋的建模都符合一定的規(guī)律,因此對(duì)于手工造型的工程師而言,這是一項(xiàng)枯燥和重復(fù)的工作。因此,若能對(duì)某種三維軟件進(jìn)行菜單功能的二次開發(fā),實(shí)現(xiàn)所有配光紋建模的自動(dòng)化,則將極大地提高配光紋的測量和造型效率,同時(shí)產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1  六角偽電鑄紋
六角偽電鑄紋如圖1所示。汽車車燈的六角偽電鑄紋的加工方法非常特殊,它不采用數(shù)控銑進(jìn)行加工,而是制作一個(gè)電鑄紋的電極利用數(shù)控電火花進(jìn)行加工,因此真正的六角電鑄紋在電火花加工之前不需完整的電鑄紋3D模型,而只需建立電鑄紋的頂點(diǎn)曲面,然后利用電鑄紋電極對(duì)頂點(diǎn)曲面進(jìn)行電火花加工即可。
電鑄紋的電極是利用許多個(gè)電鑄紋單元合并而成,圖2(a)為單個(gè)電鑄紋單元,圖2(b)為電鑄紋電極。

圖2  電鑄紋單元和電極
電鑄紋通過電火花進(jìn)行加工雖然加工精度高,配光效果好,但加工效率非常低,加工成本太高。一塊面積為10厘米×10厘米的六角電鑄紋加工費(fèi)用大概需要10萬人民幣。因此,為了降低車燈模具的制造成本,通常將某部分的六角電鑄紋利用數(shù)控銑進(jìn)行加工,而利用這種方法加工出來的六角電鑄紋我們稱之為六角偽電鑄紋。
數(shù)控銑加工的前提條件是建立完整的電鑄紋3D模型,由于電鑄紋單元的幾何結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,因此本文基于UG二次開發(fā)環(huán)境,利用二次開發(fā)語言open-grip,實(shí)現(xiàn)了汽車車燈六角偽電鑄紋建模的自動(dòng)化。

2 六角電鑄紋單元的幾何結(jié)構(gòu)

圖3為六角偽電鑄紋單元的頂部具體結(jié)構(gòu)。頂部結(jié)構(gòu)共有7個(gè)點(diǎn),包括3個(gè)近端點(diǎn)、3個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)和1個(gè)頂點(diǎn)。近端點(diǎn)與頂點(diǎn)之間的距離等于正方體的邊長,遠(yuǎn)端點(diǎn)與頂點(diǎn)之間的距離等于正方體邊長的,近端點(diǎn)與遠(yuǎn)端點(diǎn)之間的距離也等于正方體邊長。頂點(diǎn)只與3個(gè)近端點(diǎn)采用直線相連接,頂點(diǎn)與近端點(diǎn)的連線、近端點(diǎn)與遠(yuǎn)端點(diǎn)的連線之間全部正交,由此生成的三個(gè)平面也彼此正交。

圖3  六角電鑄紋單元的頂部結(jié)構(gòu)

六角電鑄紋除了頂部結(jié)構(gòu)之外,還有軸線方向。軸線方向就是拔模線方向,即上下模的開模方向。電鑄紋單元的輪廓沿軸線視圖方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的正六變形,因此電鑄紋電極沿此方向類似如圖4所示的形狀。

圖4  拔模線視圖

3 六角偽電鑄紋建模程序的開發(fā)過程

根據(jù)六角偽電鑄紋的加工原理可得,電鑄紋電極的排布規(guī)則的關(guān)鍵是準(zhǔn)確定位每個(gè)電鑄紋單元的頂點(diǎn)在車燈曲面上的位置,因此偽電鑄紋自動(dòng)建模程序的難點(diǎn)在于當(dāng)前拔模方向上偽電鑄紋的頂點(diǎn)具體位置。
由于電鑄紋數(shù)量很多,而且電鑄紋頂點(diǎn)的測量難度很大,通常情況下只測量縱橫兩排電鑄紋的頂點(diǎn),然后將這些頂點(diǎn)擬合成兩條頂點(diǎn)曲線。因此六角偽電鑄紋自動(dòng)建模程序運(yùn)行之前的原始數(shù)據(jù)包括電鑄紋頂點(diǎn)曲面、兩條頂點(diǎn)曲線和拔模線,如圖5所示。

圖5  原始數(shù)據(jù)
電鑄紋頂點(diǎn)是通過網(wǎng)格劃分實(shí)現(xiàn)的,它們是組成網(wǎng)格的兩組曲線的交點(diǎn)。因此,此自動(dòng)建模程序也分為兩個(gè)模塊:網(wǎng)格劃分和電鑄紋建模。
3.1 網(wǎng)格劃分
根據(jù)電鑄紋電極的排列規(guī)則,可通過以下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)六角偽電鑄紋網(wǎng)格的自動(dòng)劃分:
(1)將兩條頂點(diǎn)曲線投影到與拔模線相垂直的平面內(nèi);
(2)兩條投影的頂點(diǎn)曲線在平面內(nèi)平行復(fù)制成兩組曲線;
(3)將平面內(nèi)的兩組曲線沿拔模線方向投影到偽電鑄紋的頂點(diǎn)曲面生成網(wǎng)格的兩組曲線;
(4)求頂點(diǎn)曲面上兩組曲線的交點(diǎn);
(5)將偽電鑄紋單元沿拔模線方向復(fù)制到頂點(diǎn)曲面的某些交點(diǎn)。
根據(jù)電鑄紋電極的制作原理,兩條頂點(diǎn)曲線在與拔模線垂直的平面上的投影內(nèi)應(yīng)該是兩條相互正交的直線。但是由于測量和擬合誤差的存在,兩條投影曲線并不正交,而且每條投影曲線本身可能并不是直線。因此頂點(diǎn)曲線投影之后、平面直線復(fù)制之前必須對(duì)兩條投影曲線進(jìn)行處理,使之成為相互正交的兩條直線。
3.2 六角偽電鑄紋建模
頂點(diǎn)曲面的網(wǎng)格的生成是電鑄紋建模的前提條件。電鑄紋建模是此程序的第二個(gè)模塊。
六角偽電鑄紋的具體幾何形狀則由電鑄紋頂點(diǎn)和拔模線方向確定,每個(gè)電鑄紋的定位由網(wǎng)格的每個(gè)交點(diǎn)決定,電鑄紋建模的任務(wù)是將預(yù)先生成的六角偽電鑄紋復(fù)制到頂點(diǎn)曲面的某些網(wǎng)格交點(diǎn)上。
由于六角電鑄紋的幾何特點(diǎn),相鄰兩排電鑄紋并不完全對(duì)齊,而是相互交叉,如圖6所示,因此所有的網(wǎng)格交點(diǎn)并不都是偽電鑄紋的頂點(diǎn),電鑄紋建模之前的重要任務(wù)是辨別真正的電鑄紋頂點(diǎn)

圖6  平面上的縱橫直線
3.3 主程序流程圖

圖7  主程序流程圖

4 應(yīng)用實(shí)例

以下是一個(gè)汽車車燈六角偽電鑄紋建模的應(yīng)用實(shí)例。
圖8是一款后照燈,圖中指示部分的內(nèi)部分布數(shù)量眾多的六角變形電鑄紋,調(diào)用自動(dòng)建模程序計(jì)算所需時(shí)間;

圖8  后照燈
圖8后照燈所示部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9所示。該結(jié)構(gòu)深色的區(qū)域全部分布六角偽電鑄紋,總數(shù)量大約為600個(gè)。

圖9  六角變形電鑄紋
六角偽電鑄紋結(jié)構(gòu)雖然只包括三個(gè)面和九條直線,但必須生成1個(gè)頂點(diǎn)、3個(gè)近端點(diǎn)和3個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn),這7個(gè)點(diǎn)共需偏置14條曲線,因此單個(gè)六角偽電鑄紋的手工建模時(shí)間大約需要4分鐘,600個(gè)電鑄紋共需2400分鐘,合40個(gè)小時(shí)。而調(diào)用六角偽電鑄紋自動(dòng)建模程序,則所有時(shí)間只需約半個(gè)小時(shí)。

5 結(jié)論

本文基于汽車車燈六角偽電鑄紋造型的基本思路,利用UG/open-grip二次開發(fā)語言,實(shí)現(xiàn)了六角偽電鑄紋建模的一次生成。
汽車車燈的配光紋種類還有很多,如側(cè)配光紋、柱狀配光紋、三角形配光紋、魚眼配光紋、金字塔配光紋等,手工造型工作量巨大,因此可以根據(jù)本文的基本思路開發(fā)上述種類配光紋的自動(dòng)建模。實(shí)踐證明,該系統(tǒng)能極大程度提高車燈造型的效率和精確度。
當(dāng)然,本文所開發(fā)的自動(dòng)建模程序還存在以下局限性:
(1)偽電鑄紋頂點(diǎn)曲線測量比較困難,很小的誤差可能出產(chǎn)生較大的偏差,因此對(duì)于測量工程師提出了很高的要求;
(2)曲面的光順性和精度控制要求相當(dāng)嚴(yán)格;
(3)頂點(diǎn)曲面若數(shù)量較多,則建模時(shí)間將呈幾何級(jí)數(shù)增長,因此還需要優(yōu)化相關(guān)的算法。

 

 
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