车灯反射镜的逆向设计与质量检验

王超 苗盈 王骏 潘常春

摘  要：车灯的配光性能对行车安全性具有重要影响，必须达到严格的质量标准。反射镜是影响车灯配光性能的核心组件，因此具有较高的设计要求。逆向设计技术是消化吸收先进技术并缩短产品开发周期的重要手段，将其应用于车灯反射镜的设计开发中能降低设计难度并缩短开发周期。文章结合反射镜的结构特点分析了逆向设计的思路，并从过点精度、拔模、壁厚和装配干涉四个方面对设计数据进行质量检验，确保最终的反射镜产品能够满足设计要求和使用需求。文章介绍的反射镜产品逆向设计和质量检验技术，对其他产品的逆向设计和开发具有很好的参考价值。

关键词：逆向设计;质量检验;反射镜;装配干涉

中图分类号：U463.6        文献标志码：A 文章编号：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

車灯是汽车上的关键部件之一，它不仅对汽车外观有着画龙点睛的作用，还直接影响到行车的舒适性和安全性。如图1所示，前大灯反射镜是车灯中最重要的零件，其功能是对灯光进行反射和聚光，避免灯光直射[1]，因此其反射面精度要求很高。此外，由于车灯结构复杂，反射镜在车灯中的装配要求也较高。

随着汽车工业和计算机技术的蓬勃发展，逆向设计技术在汽车产品的设计开发中得到了广泛的应用[2]。逆向设计技术是现代产品设计理论与方法的重要组成部分，是消化吸收先进技术和缩短产品设计开发周期的重要手段[3-5]。在逆向设计时，需要对实物模型的设计意图及造型方法进行理解和分析，并基于测量数据进行原始设计参数的还原[6-8]。将逆向设计技术应用于车灯反射镜的设计开发中能降低设计难度并缩短开发周期。

本文运用逆向设计技术进行汽车前大灯反射镜产品的设计开发，其过程如图2所示。本文重点是介绍反射镜产品的逆向设计思路，并从过点精度、拔模、壁厚和装配干涉四个方面对设计数据进行质量检验，确保最终的反射镜产品能够满足设计要求和使用需求。

2 反射镜逆向设计

反射镜产品逆向设计的总体思路是：首先构建基准坐标系，然后制作反射镜主体，最后制作光学面片。

2.1 基准坐标系构建

逆向设计的第一步是构建基准坐标系，其精确度对产品的建模精度有着重要影响[2]。因此，建立坐标系一是要找好基准特征，二是要通过其他特征对其进行验证，直至符合精度要求为止。

首先确定Z轴。通常情况下产品的脱模方向（即Z轴方向）为孔类结构的轴线方向。观察反射镜样品的结构特征后，选择灯泡安装平面的法向作为Z轴，如图3所示。因此，首先利用灯泡安装平面的点云数据构造一张平面，以该平面的法线方向作为Z轴方向。然后，将Z轴方向作为灯泡口柱体与三个立柱的轴线方向，利用点云数据将这四个柱体构造出来，如图4所示。最后，校验这四个柱体的过点精度，精度在误差范围内才能保证所制作Z轴的准确性。

接下来确定Y轴。大多数情况下，设计产品的加强筋时都会使其与坐标系的X轴或Y轴对齐。这里以立柱3两侧的加强筋作为制作Y轴的参考。将所有的测量数据和设计数据绕Z轴旋转，直至筋板轮廓点与大十字光标目视重合，如图5所示。

Z轴和Y轴确定后，利用右手坐标系确定X轴。坐标原点为灯泡安装平面与Z轴的交点。至此，基准坐标系构建完成。

2.2 反射镜主体制作

制作侧面时，首先构造一条样条线，然后沿Z轴拉伸得到单面。拉伸时需要设置一定的拔模角度。制作样条线时，需要注意两点：

（1）样条线应为平面线，并且该平面与Z轴垂直，这样有利于调整构造线，从而提高构造面的质量。因此，需要制作辅助平面，将相关的测量数据投影到该平面上，然后根据投影点来制作样条线。

（2）由于四张侧面趋势比较平缓，所以优先考虑生成2阶1段样条线。制作过程中常常需要对样条线进行延长，与通常采用的3～6阶样条线相比，2阶1段样条线在延长后其曲率梳依然可以保持较好的质量。

接下来，通过加厚主体大面、制作产品边口、进行圆角处理和制作加厚减薄区域，得到如图6（b）所示的反射镜主体。制作加厚减薄区域是因为观察反射镜样品后发现局部区域壁厚不均匀，这样设计的目的是优化注塑成型时的流动性，减少因材料流动性不佳而导致的注塑缺陷。

最后，制作灯泡口、加强筋等细节特征，如图6（c）所示。

2.3 光学面片制作

观察反射镜样品后发现每张光学面之间都存在台阶，而且每张光学面的弧度各不相同，所以每张光学面都需要单独制作。

制作光学面的第一步是制作边界。观察测量数据后发现，光学面边界与Y轴平行，并且为等距关系。因此，先制作左右两侧的边界，然后通过等距离复制得到中间部分的光学面边界，如图8所示。

边界制作完成之后，在相邻两条边界之间制作单张光学面，制作流程如图9所示。所有单张光学面制作完成后，得到整张光学面片，如图10所示。

3 反射镜质量检验

质量检验是产品设计的最后一个环节，也是确保产品设计质量的重要手段。通过对设计模型进行一次全方位细致的检查，判断产品过点精度是否超差，加工工艺是否存在缺陷，零件装配是否存在干涉等问题。如果有问题需要对设计数据进行修改，直至没有问题为止。

3.1 过点精度检验

过点精度检验用于检查设计数据与测量数据的偏差是否达到设计要求。一般通过【测量距离】命令测量设计数据的每一张面到测量数据的距离，来判断是否达到设计标准。反射镜的过点精度要求如表1所示。

从表中可以看到，与光学相关的区域，即灯泡口内侧区域和光学面的精度要求较高（±0.1mm）。反射镜光学面片的主要作用是反射光源发出的光并使其形成一定的形状，从而使照射形状、照射距离、亮度等达到国家法律法规的要求。由于存在测量误差和建模误差，通过测量数据逆向建模得到的光学面片无法达到这些要求，因此还需要通过专业光学软件进行微调。为降低专业光学软件的处理难度，要求逆向制作的光学面片的过点精度控制在±0.1mm以内。而灯泡安装平面直接决定了产品的光学中心，所以灯泡口内侧区域与测量数据的误差也应控制在±0.1mm以内。

3.2 产品拔模检验

产品拔模在塑料制件中占有重要地位，直接关系到塑料制件在模具成型后能否顺利取出。这里使用【拔模分析】命令来设置拔模角度和颜色，通过观察颜色来判断拔模角度是否合适以及是否出现倒拔模的情况。反射镜的拔模分析如图11所示，通过检查可以发现，产品拔模符合设计要求。

3.3 产品壁厚检验

塑料产品的壁厚与工艺要求和使用要求有关，合理地选择产品壁厚是保证产品注塑成型的重要条件[9，10]。反射镜产品的局部区域壁厚不均匀，这样设计的目的是优化反射镜产品注塑成型时的流动性，减少因材料流动性不佳而产生的注塑缺陷，提高产品的合格率。这里使用【偏差检查】命令分析产品壁厚，根据检查结果得到，主体侧面壁厚2.3mm，光学面壁厚2.5mm，加厚区域壁厚3.0mm，减薄区域壁厚2.2m，符合反射镜样品及其设计要求。

3.4 装配干涉检验

干涉检查是产品结构设计中不可或缺的一个环节，如果存在干涉则会导致产品无法正常安装和使用。反射镜是汽车前大灯中的一个组件，与支架、底座、反射镜2和副反射镜等其他组件存在装配关系，如图12所示。将这些组件的设计数据都导入到同一个文件中，使用【简单干涉】命令检查反射镜与其他组件之间是否存在干涉。如果存在干涉，则可能需要放弃对测量数据的依赖，采用正向设计的思路，以满足装配要求。

面向不同的销售所在地，车灯反射镜所要达到的上下调整角度的标准也有所不同，例如在欧洲只需满足上下调整2.5度，而在美国则要求上下调整4度。所谓上下调整是指，以安装在车灯底座上的两个定球头的球心连线作为旋转轴，旋转反射镜等相关组件，如图13所示。要求在规定的旋转角度范围内，反射镜等相关组件与其他车灯组件不发生干涉，并且具有1毫米以上的间隙。旋转时应以0.5度为步进值，依次检查是否有干涉现象。如果直接旋转4度可能会跳过干涉区域而留下隐患。

4 结束语

本文详细介绍了车灯反射镜的逆向设计和质量检验方法。反射镜是影响车灯配光性能的关键组件，具有较高的设计精度和质量要求，本文提出的反射镜逆向设计方法能够高效保质地完成反射镜产品的设计开发，从而快速地响应市场需求。此外，本文介绍的基准坐标系的构建方法、主体大面的制作方法和装配干涉的检验方法等关键技术，对其他产品的逆向设计和开发具有较好的参考价值。

参考文献：

[1]张维合.汽车前大灯反射镜大型注塑模具设计[J].现代塑料加工应用，2016，28（03）：52-55.

[2]陳建洲，吴婷.汽车覆盖件参数化逆向工程设计研究[J].汽车技术，2018（07）：59-62.

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[4]周小东，成思源，杨雪荣，等.基于逆向工程的参数化优化设计[J].组合机床与自动化加工技术，2016（03）：37-40.

[5]李磊，张胜文，徐江敏.基于逆向工程的柴油机气道造型技术研究[J].制造业自动化，2011，33（9）：141-144.

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[8]蔡闯，成思源，杨雪荣.基于特征分解的逆向建模技术研究[J].现代制造工程，2016（02）：119-122.

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[10]董海涛.注塑模优化设计理论的研究与应用[J].塑料科技，2015，43（10）：95-98.