附件下載

聯系工作人員獲取附件

簡介

汽車照明行業在過去幾年中取得了長足的發展，對復雜光學結構的需求需要先進的設計能力。Speos 3D Texture 是一項獨特的功能，它允許以圖案形式在給定物體表面上設計和仿真微觀紋理。其優勢在于使用圖案的光學仿真模型（網格）而非實際的 CAD 幾何體。因此，計算時間和文件大小得以減少。

本示例解釋了如何使用 Speos 3D Texture 在尾燈透鏡上設計、驗證和制造光提取圖案。

軟件前提條件

要使用本示例，您的計算機上需要安裝以下產品和解決方案：

· Ansys Speos 2023 R1 或更高版本

概述

了解仿真工作流程和關鍵結果

預測汽車照明設備的光性能和外觀需要使用先進軟件工具，如 Speos 3D Texture。此類照明設備的設計和驗證均可在 Speos 中以虛擬方式進行，然后再制造實體零件。仿真結果的高保真度提供了足夠的信心，以確保減少開發迭代次數，從而降低項目成本和時間。

步驟 1：3D Texture 設計

第一步是使用 Speos 專用于高級圖案的獨特建模功能：3D Texture。完成參數化定義以生成待驗證的仿真文件。

步驟 2：3D Texture 驗證

在 Speos 中對 3D Texture 進行可視化和仿真?？梢葬槍Σ煌愋偷臏y量評估定性和定量目標。

步驟 3：3D Texture 制造

在 Speos 中生成 3D Texture 會輸出一個包含制造實體零件相關信息的數據文件。

本示例僅步驟 1 和步驟 2 需要 Ansys Speos。

運行與結果

運行模型的說明及關鍵結果的討論

步驟 1：3D Texture 設計

1. 解壓3DTexture_RearLamps.zip文件

2. 從“3DTexture_Automotive_START” 文件夾中打開 “3DTexture_RearLighting.scdocx”文件

3. 根據給定參數定義左側和右側的 3D Texture

4. 計算 3D Texture

3D Texture 的設計參數將取決于所采用的制造技術、所需的審美外觀以及現有的光學設計經驗。使用 Speos，可以嘗試不同的輸入以實現滿足所有條件的設計。

在這個特定的使用案例中，采用了一種透明聚合物透鏡作為光介質，意圖通過從中去除的 3D Texture 圖案來提取光線（見下圖）。該"燈"隨后被用作車輛中的尾燈裝置。

為了實現適當的亮度和發光表面均勻性，Speos 3D Texture 需要定義多個參數，包括軸系統、支撐體、操作、圖案和映射（見下方定義面板）。

軸系統

首先，必須定義軸系統。3D Texture 在投影到任何平面或非平面實體支撐體之前依賴于一個平面參考，因此需要一個原點和兩條正交線。對于此場景，所選的軸系統與水平面成 45 度角（下方第三個選項）。

基材

基材是將應用圖案的目標幾何體。由于要進行布爾操作，基材必須是實體的，并且已應用 Speos 材料。對于此照明應用，在支撐體上應用了光學透明材料，因為光將在其中傳播。

操作

在實體支撐體和圖案之間可以執行不同的布爾操作。然而，Speos 始終以藍色顯示網格化圖案。圖案的實際行為由所選操作決定，如下所述。

操作	圖案的實際行為
移除
作為不同材料添加
作為相同材料添加
添加至內部
插入

本例中使用了 “移除”選項來構建棱鏡，在燈的可見側提取光線。圖案之間的間距及其與支撐體的相交也至關重要。更多信息可在此處找到。

圖案

要進行圖案化的幾何體應單獨保存（作為 .scdocx 文件）。可以全局縮放或相對于其 X、Y 和 Z 軸縮放?？s放因子為 "1" 表示原始圖案尺寸的 100%。如果使用這些縮放選項更改了圖案的尺寸，則應將參數提供給模具制造商，因為只有 Speos "知道"何時應用了圖案縮放更改。

此外，可以指定圖案的方向。有兩個選項可供選擇：'Constant'（恒定）和 'Normal to support'（垂直于支撐體）。由于光提取預期沿一個方向（車輛的后方）傳播，因此選擇了 'Constant'（恒定）方向。

映射

映射定義了圖案在支撐體上分布的詳細信息。在 Speos 中，有矩形、圓形、六邊形和可變間距的自動映射，但也可以生成自定義類型。

例如，本案例中使用的矩形映射需要指定 圖案之間沿 X 和 Y 方向的距離、映射長度（尺寸）和角度偏移（傾斜）。

最后，必須為 3D Texture 選擇 限制曲面以確定其所在位置。由于每個 3D Texture 只能從支撐體上選擇一個曲面，因此左側和右側必須分別計算。下圖顯示了在支撐體上選定的左側限制曲面。

步驟 2：3D Texture 驗證

1. 將 3D Texture 作為幾何體添加到提供的仿真中

2. 計算仿真

在 3D Texture 設計完成后，必須在 Speos 中進行虛擬驗證。發光外觀被定義為設計最重要的指標（即光均勻性、顏色、亮度等），但光度性能也可以進行評估。

必須為幾何體應用所需的光學屬性，并且需要創建指定的光源。然后，將 輻射傳感器（Radiance Sensor）放置在包含 3D Texture 的幾何體的正面和側面，以量化輸出的亮度，單位為 cd/m2。

經判斷，對于外觀評估（亮度圖），逆向仿真（Inverse Simulation）在計算時間和結果質量方面更為高效。將點亮和未點亮的渲染結果組合后，獲得的結果如下所示。

得益于 Speos 虛擬人眼視覺（Speos Virtual Human Vision）結果，可以快速評估尾燈的光均勻性，并將人眼因素考慮在內。如果使用包含線性光分布的偽彩色圖，這將不容易做到。

此外，可以根據特定的照明標準（如 SAE 和 ECE，這是該行業最常見的標準）來評估結果的光度性能。為此使用了一個強度傳感器，如下方的光度測試設置所示。

測量結果以 坎德拉（cd）為單位，如下所示：

SAE J585 對于尾燈的規則如下所列：

3D Texture 設計和驗證的步驟 1 和步驟 2 可以重復多次，直到達到預期的指標。

步驟 3：3D Texture生成

1. 從 'SPEOS input files' 文件夾中，使用記事本打開生成的 OPT3DMapping 文件

Speos 3D Texture 以兩種形式實現：一個可以在 Speos 中可視化和仿真的 3D 網格，以及一個映射文件，該文件定義了 3D Texture 中每個元素在支撐體上的位置、方向和縮放。映射文件是擴展名為 *.OPT3DMapping 的文本文件格式。

*.OPT3DMapping 文件按以下結構構建：

第一行：要在紋理中構建的圖案數量。上例中為 4,690 個圖案。

后續行：x y z ix iy iz jx jy jz kx ky kz

· x y z：根據所選軸系統的圖案原點坐標（見下方的 '0, 0, 0'）

· ix iy iz：軸系統 X 方向的圖案方向。

· jx jy jz：軸系統 Y 方向的圖案方向。

· kx ky kz：x、y 和 z 方向的圖案縮放值。值為 "1" 表示原始圖案尺寸的 100%。

最終，OPT3DMapping 文件中包含的信息應作為創建實體零件的配方。圖案的位置、方向和縮放的文本信息可以重新格式化，以與讀取 3D Texture 數據的其他程序兼容。負責制造圖案實體版本的一方還應收到基材（透鏡）的 CAD 模型以及要圖案化的元素（在本例中為 'A' 形狀體），以及用于 3D Texture 的位置和方向的軸系統（上方的點 '0, 0, 0'）。

在下圖中，展示了在 Speos 中設計的 3D Texture 幾何體的一個實體小截面。

重要模型設置

對本模型中重要對象和設置的描述

材料

建議對 3D Texture 的支撐體和圖案采用相同的光學屬性。

傳感器

對于輻射傳感器（外觀），確保將傳感器的原點盡可能靠近燈具放置，以便于定義像素尺寸（分辨率）。例如，如果 3D Texture 圖案尺寸為 0.1mm，則必須使用 0.1mm 或更小的傳感器分辨率才能在結果中捕獲此細節。

3D Texture 可視化（邊界框）

在仿真面板中右鍵單擊 3D Texture，然后選擇 'Options'。XYZ 坐標和尺寸允許在 3D 視圖中調整圖案的可視化。這些值不會影響 3D Texture 的內容，僅用于可視化目的。下圖顯示了放置在可視化邊界框外部和內部的物體。

網格劃分

下方顯示的網格劃分值用于本示例，但并非通用的。從默認值開始，根據需要更改這些數值。

?