基于NX二次開(kāi)發(fā)的汽車車燈圓點(diǎn)配光紋快速建模*

郭欣宇，司海伯，苗 盈，鄺 樂(lè)

（無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械技術(shù)學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214121）

0 引言

汽車車燈通常由燈泡、反射鏡和配光鏡3 部分組成，其中反射鏡和配光鏡上分布著大量的配光紋，其作用是散射光線，使燈光亮度均勻[1]。配光紋種類很多，不同配光紋的配光效果不同。一般情況下一個(gè)車燈同時(shí)配置多種配光紋，常見(jiàn)的有金字塔配光紋、魚(yú)眼配光紋、柱狀配光紋等，如圖1所示。

圖1 車燈配光紋[3]

汽車車燈配光紋具有單元尺寸小、單元結(jié)構(gòu)類似、單元數(shù)量多和造型精度要求高等特點(diǎn)。配光紋單元一般分布在車燈曲面上，雖然各個(gè)配光紋單元結(jié)構(gòu)類似，但仍然需要逐個(gè)單元手工繪制，不能采用陣列方式來(lái)快速地完成，重復(fù)性工作量較大，通常占據(jù)整個(gè)車燈造型工作量的20%以上[2]。因此，如果能提高車燈配光紋的建模效率，將直接縮短汽車車燈新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期并降低開(kāi)發(fā)成本。

NX 軟件是功能強(qiáng)大的CAD/CAM/CAE 集成軟件，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造。面向車燈配光紋建模等具體應(yīng)用時(shí)，NX 為用戶提供了二次開(kāi)發(fā)接口，方便用戶進(jìn)行專用工具集的定制，使用戶能夠自行開(kāi)發(fā)適合特殊需求的、效率更高的CAD 功能[4]。廖敦明等[5]基于NX 9.0 平臺(tái)利用NX Open C++/NX Open API技術(shù)，開(kāi)發(fā)了汽車管路自動(dòng)化胎具設(shè)計(jì)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)胎具標(biāo)準(zhǔn)件的自動(dòng)裝配，縮短了胎具設(shè)計(jì)周期，提高了胎具設(shè)計(jì)效率。錢(qián)柳剛等[6]通過(guò)深溝球軸承以及圓錐滾子軸承兩個(gè)實(shí)例，闡述了NX 二次開(kāi)發(fā)方法在軸承參數(shù)化快速設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。葛成榮[7]基于KF（Knowledge Fusion）技術(shù)，通過(guò)NX 二次開(kāi)發(fā)手段設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出撥叉零件的智能設(shè)計(jì)建模模塊，有利于提高撥叉零件設(shè)計(jì)和建模的工作效率。黃曉明等[8]基于NX Open API 開(kāi)發(fā)了一個(gè)自動(dòng)化、集成化、高效率的電極設(shè)計(jì)系統(tǒng)，不僅提高了電極設(shè)計(jì)的速度，而且使企業(yè)的電極管理更趨標(biāo)準(zhǔn)化。曹澍等[9]基于NX 軟件二次開(kāi)發(fā)功能，開(kāi)發(fā)了一款適用于弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)快速建模的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，縮短了弧面凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)周期并減少了重復(fù)性工作量。黃陽(yáng)等[10]將NX 二次開(kāi)發(fā)技術(shù)應(yīng)用于減速器設(shè)計(jì)，通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了減速器的設(shè)計(jì)流程，減少了重復(fù)性設(shè)計(jì)工作。

本文針對(duì)汽車車燈圓點(diǎn)配光紋手工建模重復(fù)性工作量大、建模效率低的問(wèn)題，基于NX 二次開(kāi)發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了圓點(diǎn)配光紋的自動(dòng)化快速建模，提高了車燈配光紋的建模效率，縮短了汽車車燈新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期并降低了開(kāi)發(fā)成本。

1 圓點(diǎn)配光紋建模原理

車燈配光紋種類不同，其建模方法也各不相同，一般來(lái)說(shuō)，可以分為兩步：網(wǎng)格劃分和配光紋建模。網(wǎng)格劃分是指在車燈曲面上生成曲線，用來(lái)確定配光紋的位置和邊界。

已知一組原始曲面、組成網(wǎng)格的兩組曲線、圓點(diǎn)配光紋的直徑和高度、生成圓點(diǎn)配光紋的矢量方向，圓點(diǎn)配光單元的建模原理如下。

（1）求組成網(wǎng)格的兩組曲線的交點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 創(chuàng)建交點(diǎn)

（2）將原始曲面偏置距離hf=rad-ht得到偏置曲面，曲面偏置方向與給定的生成圓點(diǎn)配光紋的矢量方向相反，如圖3所示，其中rad表示圓點(diǎn)配光紋的半徑，ht表示圓點(diǎn)配光紋的高度，如圖4所示。

圖3 偏置曲面

圖4 圓點(diǎn)花紋的半徑和高度

（3）將交點(diǎn)投影到偏置曲面上得到投影點(diǎn)，以投影點(diǎn)為圓心創(chuàng)建球面。

（4）以原始曲面為邊界，對(duì)球面進(jìn)行裁剪，最終得到圓點(diǎn)配光紋單元，如圖5所示。

圖5 圓點(diǎn)配光紋

2 圓點(diǎn)燈花快速建模程序開(kāi)發(fā)

以NX 10 為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用NX 二次開(kāi)發(fā)模塊開(kāi)發(fā)了汽車車燈圓點(diǎn)配光紋快速建模功能模塊，具體包括使用MenuScript編寫(xiě)菜單文件，使用Block UI Styler 制作人機(jī)交互對(duì)話框，使用NX OPEN API函數(shù)實(shí)現(xiàn)圓點(diǎn)配光紋的快速建模功能。

2.1 菜單文件和Robbin工具條制作

MenuScript 是一種NX 定義的具有一定語(yǔ)法規(guī)則的腳本語(yǔ)言，允許用戶對(duì)原有的菜單和工具條進(jìn)行編輯，也可以生成自定義的菜單和工具條[11]。

2.1.1 菜單文件制作

在用戶自定義的二次開(kāi)發(fā)路徑下新建startup文件夾，在該文件夾中新建擴(kuò)展名為.men 的腳本文件，輸入相應(yīng)的腳本代碼完成系統(tǒng)菜單的制作，啟動(dòng)NX 后自動(dòng)加載的菜單界面如圖6所示。

圖6 自定義菜單

車燈配光紋快速建模系統(tǒng)的菜單放置于“幫助”菜單之后，包含燈花、電鑄紋、條紋面和輔助功能4 個(gè)二級(jí)菜單，每個(gè)二級(jí)菜單又分別包含若干具體的功能命令，本文開(kāi)發(fā)的圓點(diǎn)配光紋位于燈花這個(gè)二級(jí)菜單下。菜單腳本文件的制作思路如下。

（1）首先聲明版本號(hào)VERSION 170，并添加編輯菜單的語(yǔ)句EDIT UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR。

（2）一級(jí)菜單的腳本代碼以語(yǔ)句AFTER UG_HELP 開(kāi)始，以語(yǔ)句END_OF_AFTER 結(jié)束，表示將車燈配光紋快速建模系統(tǒng)菜單放置在“幫助”菜單之后，其中UG_HELP 為“幫助”菜單的標(biāo)識(shí)符。使用關(guān)鍵詞CASCADE_BUTTON 和LABEL分別指定一級(jí)菜單的標(biāo)識(shí)符和標(biāo)簽。一級(jí)菜單的腳本代碼為：

（3）二級(jí)菜單的腳本代碼以語(yǔ)句MENU chedeng 開(kāi)始，以語(yǔ)句END_OF_MENU 結(jié)束，其中chedeng 是一級(jí)菜單的標(biāo)識(shí)符。同樣使用關(guān)鍵詞CASCADE_BUTTON 和LABEL分別指定二級(jí)菜單的標(biāo)識(shí)符和標(biāo)簽。二級(jí)菜單的腳本代碼為：

（4）三級(jí)菜單的腳本代碼同樣以關(guān)鍵詞MENU 開(kāi)始，以關(guān)鍵詞END_OF_MENU 結(jié)束。不同的是，三級(jí)菜單的標(biāo)識(shí)符使用關(guān)鍵詞BUTTON 來(lái)指定，并且需要使用關(guān)鍵詞BITMAP 指定圖標(biāo)，這是因?yàn)槿?jí)菜單是具有特定功能的命令，不再包含任何子菜單。以本文開(kāi)發(fā)的圓點(diǎn)配光紋為例，相關(guān)的三級(jí)菜單的腳本代碼為：

2.1.2 Robbin工具條制作

在startup 文件夾下新建擴(kuò)展名為.rbn 的腳本文件，輸入相應(yīng)的腳本代碼完成Robbin 工具條的制作，啟動(dòng)NX 后自動(dòng)加載的Ribbon工具條如圖7所示。

圖7 自定義Ribbon工具條

在Robbin 腳本中缺省了用于指定標(biāo)簽的關(guān)鍵詞LABEL 和指定位圖的關(guān)鍵詞BITMAP，但是這不影響標(biāo)簽和圖標(biāo)的正常顯示，因?yàn)樵诓藛文_本文件中已經(jīng)指定了，所以Robbin 腳本文件代碼較為簡(jiǎn)潔清晰。以燈花這一組為例，Robbin腳本文件的部分代碼如下所示。

2.2 對(duì)話框設(shè)計(jì)

Block UI Styler 是NX 中制作人機(jī)交互界面對(duì)話框的可視化模塊[12]，具有可視化功能，可以方便地制作具有NX 風(fēng)格的交互界面，該界面能與NX 集成，操作方便高效，有效降低二次開(kāi)發(fā)難度[13]。使用Block UI Styler 設(shè)計(jì)的圓點(diǎn)配光紋對(duì)話框如圖8 所示，該對(duì)話框共有4 個(gè)組和6 個(gè)控件。第1 個(gè)組為“曲面”，包含“選擇對(duì)象”控件，用于選擇曲面；第2 個(gè)組為“曲線”，包含2 個(gè)“曲線收集器”控件，分別用于選擇兩組曲線；第3 個(gè)組為“參數(shù)”，包含兩個(gè)“雙精度”控件，分別用于輸入圓點(diǎn)半徑參數(shù)和圓點(diǎn)高度參數(shù)；第4 個(gè)組為“配光紋生成方向”，包含一個(gè)“反向”控件，用于指定圓點(diǎn)配光紋的生成方向。

圖8 圓點(diǎn)配光紋對(duì)話框

在用戶自定義的二次開(kāi)發(fā)路徑下新建application 文件夾，將對(duì)話框命名為yuandiandenghua 并保存到application 文件夾中，會(huì)產(chǎn)生yuandiandenghua.dlx、yuandiandenghua.hpp、yuandiandenghua.cpp 三個(gè)文件，分別是對(duì)話框圖形界面文件、對(duì)話框C++語(yǔ)言頭文件和對(duì)話框C++語(yǔ)言模板文件。

2.3 圓點(diǎn)配光紋程序開(kāi)發(fā)流程

基于圓點(diǎn)配光紋手工建模的原理和思路，利用應(yīng)用程序接口（NX Open API）函數(shù)開(kāi)發(fā)圓點(diǎn)配光紋功能模塊的具體流程如下。

2.3.1 搭建應(yīng)用程序框架

打開(kāi)Visual Studio 2012，選擇NX10 NXOpen C++Wizard 模板，新建名為yuandiandenghua 的應(yīng)用程序框架，并刪除項(xiàng)目自動(dòng)生成的.cpp 文件和.hpp 文件，將創(chuàng)建對(duì)話框時(shí)保存在application文件夾中的yuandiandenghua.hpp 和yuandiandenghua.cpp文件添加到應(yīng)用程序框架中。

2.3.2 獲取用戶輸入

（1）使用選擇對(duì)象（SelectObject）控件，獲取用戶選擇的原始曲面，記為selectedFaces。需要注意的是，需要在initialize_cb()函數(shù)中使用Selection::MaskTriple (UF_solid_type,UF_solid_body_subtype,UF_UI_SEL_FEATURE_ANY_FACE)設(shè)置過(guò)濾，使用戶不能選擇除曲面之外的其他實(shí)體。

（2）使用2 個(gè)曲線收集器（CurveCollector）控件，分別獲取用戶選擇的第一組曲線和第二組曲線，分別記為firstCurves和secondCurves。

（3）使用2 個(gè)雙精度（DoubleBlock）控件，分別獲取用戶輸入的圓點(diǎn)半徑rad和圓點(diǎn)高度ht，并計(jì)算出偏置距離hf。

（4）使用反向（ReverseDirection）控件，獲取用戶選擇的圓點(diǎn)配光紋生成方向selectedVector。

2.3.3 圓點(diǎn)配光紋建模

（1）使用創(chuàng)建曲線交點(diǎn)函數(shù)UF_POINT_create_at_intersection_of_two_curves，獲得用戶選擇的兩組曲線的交點(diǎn)inter-Points(i,j)。

（2）使用創(chuàng)建偏置曲面函數(shù)UF_MODL_create_face_offset，將用戶選擇的曲面selectedFaces 沿指定矢量方向的反方向偏置距離hf，得到偏置曲面offsetFaces。

（3）使用創(chuàng)建投影曲線函數(shù)UF_CURVE_create_proj_curves1，將交點(diǎn)interPoints(i,j)沿曲面的法向投影到偏置曲面offsetFaces，得到投影點(diǎn)projPoints(i,j)。

（4）使用創(chuàng)建球函數(shù)UF_MODL_create_sphere1，以投影點(diǎn)projPoints(i,j)為球心，以圓點(diǎn)半徑rad為半徑，創(chuàng)建球體spheres。

（5）使用修剪體函數(shù)UF_MODL_trim_body，以用戶選擇的原始曲面selectedFaces 為邊界，以selectedVector 為矢量方向，對(duì)生成的球體spheres進(jìn)行修剪，所保留的部分即為圓點(diǎn)配光紋。

3 應(yīng)用實(shí)例

基于上述方法，完成汽車車燈配光紋快速建模系統(tǒng)中的圓點(diǎn)配光紋功能模塊，通過(guò)如圖6 所示的菜單命令或如圖7 所示的Robbin工具條，調(diào)用圓點(diǎn)配光紋功能，彈出如圖8所示的對(duì)話框界面。首先選擇如圖9 所示的曲面，接下來(lái)選擇第一組曲線和第二組曲線，然后輸入圓點(diǎn)半徑和圓點(diǎn)高度，指定配光紋的生成方向后單擊對(duì)話框中的“確定”按鈕，生成如圖10 所示的圓點(diǎn)配光紋。

圖9 選擇曲面

圖10 生成的圓點(diǎn)配光紋

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，完成100 個(gè)圓點(diǎn)配光紋的建模，一個(gè)熟練的造型工程師手工建模需要時(shí)間為100 min 左右。采用圓點(diǎn)配光紋自動(dòng)建模程序，用戶只需選擇原始曲面和兩組曲線、輸入圓點(diǎn)直徑和圓點(diǎn)高度、指定矢量方向，就能實(shí)現(xiàn)圓點(diǎn)配光紋的一次性成形，總耗時(shí)大約只需3 min。由此可見(jiàn)，該程序?qū)A點(diǎn)配光紋建模效率的提高非常顯著。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了解決汽車車燈圓點(diǎn)配光紋手工建模重復(fù)性工作量較大、建模效率不高的問(wèn)題，利用NX 10軟件平臺(tái)提供的二次開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)了圓點(diǎn)配光紋快速建模功能模塊。首先，使用菜單腳本工具（MenuScript）制作了用戶自定義菜單和Robbin 工具條，以方便功能模塊的調(diào)用。然后，通過(guò)用戶界面編輯器（Block UI Styler）制作了人機(jī)交互對(duì)話框，使圓點(diǎn)配光紋功能模塊的交互界面具有NX 統(tǒng)一風(fēng)格。最后，基于圓點(diǎn)配光紋手工建模的原理和思路，利用應(yīng)用程序接口（NX Open API）函數(shù)實(shí)現(xiàn)了圓點(diǎn)配光紋的自動(dòng)建模。實(shí)踐證明該程序能夠極大地提高圓點(diǎn)配光紋的建模效率，加快相關(guān)車燈產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。