某小区建筑电气设计(毕业设计)－英文翻译

ICFDM学报2006年第7期国际设计和制造业协会2006年6月1922,广州,中国205208页用于汽车照明的LED（发光二极管）光线系统的设计和制造SUET，JIANGJINBO,LEEWINGBUN,CHEUNGCHIFAI和ERICCHENG111121、香港理工大学工业与系统工程系先进光学制造中心。2、香港理工大学能源电子研究中心电气工程部摘要现代汽车照明系统要求具有高效率、安全和美观的特点。FREEFORM（是一套可以融合视觉与触觉来完成复杂3D模型建构的软件。使用者需要通过FREEFORM的手柄代替鼠标用的，即有触觉的雕刻笔来控制和雕刻电脑画面中的3D模型，可以随心所欲地构建任意的模型形状，是一种全新的3D设计软件，目前主要用于玩具、珠宝、鞋底、工艺品的设计，也广泛用于概念设计信息来自互联网）反射器和LED光线系统的设计和制造是汽车照明设计的关键。非想象光学设计使汽车照明系统设计脱离了传统的光学设计。组成光学的次要照明所需要的LED光线系统的几何外形不能由常规的制造过程来完成。在本文里,将详细说明由超级精密的FREEFORM机器所制造的信号灯和前灯的光学设计和结构。主题词汽车光线系统,LED光线系统,FREEFORM,非球面，超精确度制造,汽车1介绍当前,在汽车照明设备技术之中正发生着巨大的变化。汽车制造商与供应商和立法者已经达成一致，一起向往车灯发展的明天。FREEFORM前灯是已有的具有高灵活性和简洁性的设计之一。如果要用数学函数和设计或结构来定义FREEFORM前灯的FREEFORM表面通常是有困难的。撇开不谈FREEFORM反射器系统,高强度固体照明设备技术LED在汽车照明技术中越来越充当着重要的角色。现今,大多数汽车制造商正考虑在他们的新车模型中使用高强度LED照明设备，例如刹车灯、信号灯、尾灯和车厢灯等。LED照明设备由于几个原因可以成为先进的技术。与在电子输入后反映稍慢的卤素灯泡相比较,LED照明设备几乎立即反应,给其他司机留下了可贵的额外警告时间。LED是高效率的,与卤素灯泡比起来可以节省200瓦特的能量和减少使用50的电能。与常规光比起来,LED能为新的照明设备创造出新的可能性,允许更多灵活的设计。虽然几个市场上有效的光学设计和自动生成的软件能够完成非想像光线的追踪和光学系统的3D模型。譬如ASAP,TRACEPRO,LIGHTTOOLS,SPEOS,LUCIDSHAPE,REFLECTORCAD,和CATIA,UNIGRAPHIC等设计软件,但被设计的表面仅能由超级精密的多轴线的自由形式的非等角的机器根据多轴线光栅来构造出来可细微沟纹和光栅的表面没有随后被擦亮。但是,FREEFORM光学设计的功能仍然主要取决于光学设计师的经验和CNC机器操作员通过昂贵试验和多次错误的方法试验来实现。优选的光学设计要保证高质量主要取决于功能规格,机器忍耐程度和FREEFORM计量误差。所以,LED照明设备技术入汽车光线系统关键取决于状态工艺设计和超精确度机器的制造。2具有信号作用的制导光线系统在过去的20年发光二极管LED有合理的成功的渗透入汽车照明设备市场的历史。当常规LED长期被使用在汽车里面作为指示灯的时候,在20世纪80年代晚期90年代初期时出现了能用于汽车外部的起信号作用的高亮度的LED（HB）技术。伴随着铟镓铝磷化物INGAALPHBLED技术在20世纪90年代初期的发展,汽车信号灯市场开始了一个坚固成长的期间。直到2004年为止,世界范围内生产的近40的小汽车和轻型货车使用基于LED为中心的终止灯。这个市场已经被打开通过更高的性能例如,更短的刺激时间,更高的可靠性,和更多灵活性的组合。设计选择使用与普通白炽灯相比价格平稳下降的HB设备也进一步的使市场变的更好。到目前为止,LED已经成功地被使用于汽车信号灯系统，譬如刹车灯,尾灯,位置灯,转向灯,雾灯,终止灯,倒车灯等等。典型地,LED信号光系统由LED光源,准直仪,和透镜罩组成,如图1所示。准直仪在常规上是把反射器阵列的菲涅耳透镜阵列或复合TIRR总在内部反射折射透镜阵列收集的从LED光源发出的光以最大效率投射出去。透镜罩由透镜阵列枕和条纹透镜阵列组成，主要用于重新分配从准直仪投射出的光线来创造一个国内交通规则的标准样式,或国际标准。譬如ECE或SAE。在透镜表面的透镜枕是在两个不同的垂直方向有不同曲度的环形表面。图1LED信号灯的典型的结构,A反射器阵列透镜阵列枕,B菲涅耳透镜阵列透镜阵列枕,C复合TIRR透镜阵列透镜阵列枕,D透镜枕的环形表面的主体。配置选择是一个重要的方面在照明设计之中,因为不同的LED来源的分歧角度是不同的。例如,如果一个很窄的角度的LED光源被选择做为信号灯,然后菲涅耳透镜或一个凸面冷凝器透镜就应该被选择作为准直仪。在这样的条件下,反射器或TIRR透镜并不适合做准直仪。刹车灯如图2所示。在这个设计之中,LED光源在正负45度的分歧角度内。所以,菲涅耳透镜列阵与数字角度45度被采取为准直仪。透镜列阵枕用被设计成的环形表面来重新分配光线以符合全国标准GB592094,这是中国的汽车刹车灯设计标准。一个低侧面LED光源，譬如朗伯反射器LED。反射器或复合TIRR透镜需要次要光学。TIRR透镜的设计能达到非常高光提取效率。TIRRLED透镜的设计如图3所示。透镜被分割成为三个区域。中心区域是折射区域。它是一个瞄准中心区域的能散发出光线的环形表面。中心区域的外部有两个TIR（内部反射）区域,它的作用是反映内部反射的情况并收集出口的一部分散射的光。那么所有180度方位角的角度内从LED光源所散发出的光都被收集和瞄准。图2LED刹车光栅的设计A计算机制造的KINGBRIGHT90度LED光源,B刹车光栅的设计,C模拟光分布样式右和GB592094标准刹车灯样。图3高效率TIRR内部反射折射LED次要光学。3制导前灯到目前为止,HBLED仍未能打入汽车前灯市场。直到最近,由于低流明产品的市场可利用性使得这种产品的应用仍存在难度。但向前照明设备市场似乎是在伸手可及的距离之内。但是，随着过去几年威力强大的白色LED的在广大地区的使用。镓氮化物GAN芯片和复杂的包装技术的应用大大提高了利用效率。平静的持续的改善着需要。除了高效LED产品和流明产品之外,其它的工程学也存在问题包括一些管理问题出现在前灯封入物是否在引擎隔间之内的事实之前,汽车标准管理者需要适当的光学系统的发展为他们提供精确的照明设备样式。向前照明设备是汽车的主要安全问题。为了确保前灯能为夜间驾驶提供充分的边际安全相关部门已经制定了许多标准。两个管理前灯功能的国际标准是欧洲ECODEECE,广泛使用在欧洲和日本,另一个是美国的联邦机动车管理标准FMVSS。两个标准最近都被校正2003关于新的向前照明设备技术,譬如采用前面光系统。社会上的汽车工程师SAE标准委员会也为汽车照明设备开发标准。根据产业中以往的经验，汽车工程师（SAE）照明设备标准委员会已经考虑为LED向前照明设备J2650LED路照明设备制定和开发一个最终核准的草案。对于LED向前照明设备,一个关键的挑战就是光亮,用坎德拉每平方米来测量CD/M2。前灯标准要求在一定的道路上不仅要满足确定流明的数字标准而且还有强度要求在“热点“测量在坎德拉方面。典型的钨卤素灯被使用在汽车前灯中引起1000流明的白色光。这个要求可能由威力强大的白色汇编LED照明设备所满足并引起1000流明的亮度,但是满足光亮要求是一个更加困难的挑战。图4LED投射前灯的光学设计图4显示LED投射前灯的光学模型。由于产品能量仍然不能足够达到数以万计流明产品的要求，不但一个HBLED光源被使用,一般方式达到这个目标是使用LED灯阵列。在这个模型中,设计的LED照明装置是使用投射配置。反射器是半椭球的半部份。椭球状反射器有二个焦点。一个在LED光源的位置,另一个位于椭球的开头开口处。光线从LED光源由反射器反射被聚焦在另一个位于椭球开头开口处的焦点。盾板材可能被使用在这里来满足光线的发散样式国家标准或国际标准譬如ECE或SAE。4FREEFORM汽车前灯反射器随着可操作的FREEFORM表面的发展，给汽车光学提出了严密的要求,对FREEFORM前灯的用途被展现出来更加紧密在伸手可及的距离之内。FREEFORM表面能够达到必需的热点强度以指挥超过60被投射出去的光往路上照去并主要服务与可利用的开口区域。好的FREEFORM光学设计能极大减少散射和反射损失并且因此增加照明效率。图5汽车低射线前灯的FREEFORM反射器FREEFORM前灯反射器是非常有用的与传统的卤素灯泡和HID光源譬如PHILIPSD2S电灯泡相比。FREEFORM低射线前灯反射器的设计依图5所示。在这个设计中,光源是一个H4卤素灯泡，设计的依据是边缘光芒原理。反射器被划分成许多段。每个段对应一个单独的瞄准的区域。光线分布通过不同的反射器小平面创造出与GB4599相同的光线样式,GB4599是中国向前照明设备前灯射线分派特征的全国标准。用一个被租赁的商业软件ASPA可以模拟光线的分布情况。25米以内的光线分布特征显示在图5右边。LIGHTTOOLS和TRACEPRO等软件可以实现光线跟踪目标的功能。5FREEFORM汽车光学设备的制造在汽车光学中,大多数都是非旋转对称的图形。其中的一些光学设备非常复杂。例如化合物TIRR透镜是由折射零件和TIR零件组成。每一部份草稿角度是非常锋利的,它很难用传统的方式转动和擦亮。如果要制造这些光学元件就必须采用超精确度金刚石转动的机器。前灯反射器由许多的FREEFORM小平面所组成。每个不同的曲度无法由代表相同的取向而达成一致。整体部份是由IGES格式来完成设计。像这样的FREEFORM反射器,多轴线、超精确度的机器需要被制造。这种机器制造的技术根据多轴光栅和光磨,用次微级测微表来测量非旋转对称的元件的精确性和纳米表面光度是可以实现的。图6展示的是香港理工大学先进光学制造中心的FREEFORM机器。光栅的配置在5轴超精确度计算机数字控制CNC机器在图7中显示。图6。超精确度5轴FREEFORM机器FREEFORM705G图7超精确度光栅迄今为止,没有商业的可利用的基于光学设计参数的FREEFORM光学元素的可直接为直接编程的软件包。所以,软件包的发展是FREEFORM光学设备被使用在汽车照明和其他信号工具的关键。一种强有力的NC工具已经开发成功并用于不同种类的FREEFORM表面的生产制造。图8显示的是由AOMC开发用于制造汽车前灯FREEFORM反射器的机器的接口软件。图8。FREEFORM光学工具的发展历程。6结论在本文中，展示了经过调查的用于汽车照明的FREEFORM光学系统的设计和制造。关于系统的光效率,节省能源、安全需要,和国家和国际的交通标准。设计和制造FREEFORM反射器和LED光线系统是制造汽车照明系统的重要问题。非想象光学的设计使汽车光线系统的设计成为从一种多重学科的方法离开传统光学设计方法从而显现出最大化的收集的力量的技术。多轴线超精确度机器制造技术被介绍和NC整个的世代的软件包的开发使这种复杂的FREEFORM系统浮出水面而且成为适当的汽车照明设备系统。鸣谢衷心感谢中华人民共和国香港特别行政区创新和技术委员会对于这项研究工作的资金支持。NOGHS/073/04。参考1HTTP/WWWBREAULTCOM/2HTTP/WWWLAMBDARESCOM/3HTTP/WWWOPTICALRESCOM/4HTTP/W