自由曲面反射式照明光学系统计算机辅助设计的研究

在国内首次从模型建立、结构优化、质量评价、公差分析等各方面系统地开展对照明光学系统的计算机辅助设计方法的研究。选择自由曲面反射式照明系统作为突破口，旨在解决光源和系统特性的精确描述、非顺序光路的快速追迹、照明性能的准确分析计算、系统结构参数的自动确定、针对实际（扩展）光源的结构优化、制造工艺的误差分析等一系列关键问题。研制出的实用化自由曲面反射式照明系统CAD软件将满足我国车灯行业的急需，推动我国汽车工业的发展；同时在道路、室内、装饰、舞台照明等各个方面也有广阔的应用前景。此外，它还将为我们进一步研制具有独立知识产权的通用照明系统CAD软件、解决其它各类照明问题（如激光光束整形、光刻机精确曝光、液晶背光板设计等）打下坚实的基础，提供良好的工作平台。对提高我国各类照明光学系统的设计水平、推动相关的生产和科研的发展具有十分重要的意义。 2100433B

自由曲面是工程中最复杂而又经常遇到的曲面，在航空、造船、汽车、家电、机械制造等部门中许多零件外形，如飞机机翼或汽车外形曲面，以及模具工件表面等均为自由曲面。工业产品的形状大致上可分为两类或由这两类组成:一类是仅由初等解析曲面例如平面、圆柱面、圆锥面、球面等组成。大多数机械零件属于这一类。可以用画法几何与机械制图完全清楚表达和传递所包含的全部形状信息。另一类是不能由初等解析曲面组成，而由复杂方式自由变化的曲线曲面即所谓的自由曲线曲面组成。例如飞机，汽车，船舶的外形零件。自由型曲线曲面因不能由画法几何与机械制图表达清楚，成为摆在工程师面前首要解决的问题。

自由曲面加工包括曲面造型、曲面光顺、轨迹规划和数控编程等。其中NC轨迹的生成是自由曲面加工的关键，而对于形状复杂的自由曲面零件，如何解决NC轨迹生成过程中的干涉处理又是其中的关键。过程大致总结如下:首先在被加工曲面上规划刀具路径，确定合理的走刀步距，在给定的步距点上检查干涉情况，消除干涉确定该步距点上所要求的刀位点。沿着刀具路径，计算出每一步距上刀位点，它们的有序集合就在被加工曲面上形成了一条数控刀具轨迹。 2100433B

主要用于汽车拉伸模型、注模、轮机叶片、舰船螺旋桨及各种玩具成型塑料模等，随着自由曲面应用的日益广泛，对自由曲面的设计、加工越来越受到人们的关注己成为当前数控技术和CAD/CAM的主要应用和研究对象。