夏天  刘红娟
（宁波职业技术学院 宁波 315802）

摘  要: 针对目前汽车车灯六角伪电铸纹造型过程中效率低下的问题，开发了六角伪电铸纹的自动建模程序，实现了六角伪电铸纹造型的自动化。实验证明，该程序能极大地提高汽车车灯造型效率。
叙  词: 车灯  UG  二次开发  六角伪电铸纹

1 前言

在汽车车灯新产品的研究开发过程中，逆向工程技术和思想越来越受到重视。车灯产品的造型大致可分为数据测量、三维建模和结构设计三个阶段。数据测量阶段是利用三坐标测量仪对汽车车灯的每个部件进行测量，以获取所有部件的三维坐标数据；三维建模阶段是利用测量的三维坐标数据，通过专业的三维软件（UG、CATIA）进行车灯产品造型；结构设计阶段是根据具体情况将车灯产品的某些结构进行设计和改进。
由于汽车车灯存在种类和数量繁多的配光纹，对这些配光纹进行测量和建模的工作量巨大，通常占据整个产品造型工作量的20%甚至更多。因此能否提高这些配光纹的造型效率将直接影响汽车车灯新产品开发周期和开发成本。
虽然车灯配光纹数量较多，但每种配光纹的建模都符合一定的规律，因此对于手工造型的工程师而言，这是一项枯燥和重复的工作。因此，若能对某种三维软件进行菜单功能的二次开发，实现所有配光纹建模的自动化，则将极大地提高配光纹的测量和造型效率，同时产生可观的经济效益。

图1  六角伪电铸纹
六角伪电铸纹如图1所示。汽车车灯的六角伪电铸纹的加工方法非常特殊，它不采用数控铣进行加工，而是制作一个电铸纹的电极利用数控电火花进行加工，因此真正的六角电铸纹在电火花加工之前不需完整的电铸纹3D模型，而只需建立电铸纹的顶点曲面，然后利用电铸纹电极对顶点曲面进行电火花加工即可。
电铸纹的电极是利用许多个电铸纹单元合并而成，图2（a）为单个电铸纹单元，图2（b）为电铸纹电极。

图2  电铸纹单元和电极
电铸纹通过电火花进行加工虽然加工精度高，配光效果好，但加工效率非常低，加工成本太高。一块面积为10厘米×10厘米的六角电铸纹加工费用大概需要10万人民币。因此，为了降低车灯模具的制造成本，通常将某部分的六角电铸纹利用数控铣进行加工，而利用这种方法加工出来的六角电铸纹我们称之为六角伪电铸纹。
数控铣加工的前提条件是建立完整的电铸纹3D模型，由于电铸纹单元的几何结构比较复杂，因此本文基于UG二次开发环境，利用二次开发语言open-grip，实现了汽车车灯六角伪电铸纹建模的自动化。

2 六角电铸纹单元的几何结构

图3为六角伪电铸纹单元的顶部具体结构。顶部结构共有7个点，包括3个近端点、3个远端点和1个顶点。近端点与顶点之间的距离等于正方体的边长，远端点与顶点之间的距离等于正方体边长的，近端点与远端点之间的距离也等于正方体边长。顶点只与3个近端点采用直线相连接，顶点与近端点的连线、近端点与远端点的连线之间全部正交，由此生成的三个平面也彼此正交。

图3  六角电铸纹单元的顶部结构

六角电铸纹除了顶部结构之外，还有轴线方向。轴线方向就是拔模线方向，即上下模的开模方向。电铸纹单元的轮廓沿轴线视图方向为标准的正六变形，因此电铸纹电极沿此方向类似如图4所示的形状。

图4  拔模线视图

3 六角伪电铸纹建模程序的开发过程

根据六角伪电铸纹的加工原理可得，电铸纹电极的排布规则的关键是准确定位每个电铸纹单元的顶点在车灯曲面上的位置，因此伪电铸纹自动建模程序的难点在于当前拔模方向上伪电铸纹的顶点具体位置。
由于电铸纹数量很多，而且电铸纹顶点的测量难度很大，通常情况下只测量纵横两排电铸纹的顶点，然后将这些顶点拟合成两条顶点曲线。因此六角伪电铸纹自动建模程序运行之前的原始数据包括电铸纹顶点曲面、两条顶点曲线和拔模线，如图5所示。

图5  原始数据
电铸纹顶点是通过网格划分实现的，它们是组成网格的两组曲线的交点。因此，此自动建模程序也分为两个模块：网格划分和电铸纹建模。
3.1 网格划分
根据电铸纹电极的排列规则，可通过以下几个步骤实现六角伪电铸纹网格的自动划分：
（1）将两条顶点曲线投影到与拔模线相垂直的平面内；
（2）两条投影的顶点曲线在平面内平行复制成两组曲线；
（3）将平面内的两组曲线沿拔模线方向投影到伪电铸纹的顶点曲面生成网格的两组曲线；
（4）求顶点曲面上两组曲线的交点；
（5）将伪电铸纹单元沿拔模线方向复制到顶点曲面的某些交点。
根据电铸纹电极的制作原理，两条顶点曲线在与拔模线垂直的平面上的投影内应该是两条相互正交的直线。但是由于测量和拟合误差的存在，两条投影曲线并不正交，而且每条投影曲线本身可能并不是直线。因此顶点曲线投影之后、平面直线复制之前必须对两条投影曲线进行处理，使之成为相互正交的两条直线。
3.2 六角伪电铸纹建模
顶点曲面的网格的生成是电铸纹建模的前提条件。电铸纹建模是此程序的第二个模块。
六角伪电铸纹的具体几何形状则由电铸纹顶点和拔模线方向确定，每个电铸纹的定位由网格的每个交点决定，电铸纹建模的任务是将预先生成的六角伪电铸纹复制到顶点曲面的某些网格交点上。
由于六角电铸纹的几何特点，相邻两排电铸纹并不完全对齐，而是相互交叉，如图6所示，因此所有的网格交点并不都是伪电铸纹的顶点，电铸纹建模之前的重要任务是辨别真正的电铸纹顶点

图6  平面上的纵横直线
3.3 主程序流程图

图7  主程序流程图

4 应用实例

以下是一个汽车车灯六角伪电铸纹建模的应用实例。
图8是一款后照灯，图中指示部分的内部分布数量众多的六角变形电铸纹，调用自动建模程序计算所需时间；

图8  后照灯
图8后照灯所示部分的内部结构如图9所示。该结构深色的区域全部分布六角伪电铸纹，总数量大约为600个。

图9  六角变形电铸纹
六角伪电铸纹结构虽然只包括三个面和九条直线，但必须生成1个顶点、3个近端点和3个远端点，这7个点共需偏置14条曲线，因此单个六角伪电铸纹的手工建模时间大约需要4分钟，600个电铸纹共需2400分钟，合40个小时。而调用六角伪电铸纹自动建模程序，则所有时间只需约半个小时。

5 结论

本文基于汽车车灯六角伪电铸纹造型的基本思路，利用UG/open-grip二次开发语言，实现了六角伪电铸纹建模的一次生成。
汽车车灯的配光纹种类还有很多，如侧配光纹、柱状配光纹、三角形配光纹、鱼眼配光纹、金字塔配光纹等，手工造型工作量巨大，因此可以根据本文的基本思路开发上述种类配光纹的自动建模。实践证明，该系统能极大程度提高车灯造型的效率和精确度。
当然，本文所开发的自动建模程序还存在以下局限性：
（1）伪电铸纹顶点曲线测量比较困难，很小的误差可能出产生较大的偏差，因此对于测量工程师提出了很高的要求；
（2）曲面的光顺性和精度控制要求相当严格；
（3）顶点曲面若数量较多，则建模时间将呈几何级数增长，因此还需要优化相关的算法。

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