Основні поняття про системи автоматизованого проектування освітлення

 

TracePro застосовується для моделювання фар, габаритних ліхтарів, удосконалених стоп-сигналів, освітлення салону, світловодів, панелей приладів, індикаторів, розташовуваних на вітровому склі. Програма заснована на твердотільному ядрі ACIS  фірми Spatial Technology’s, і, відповідно, безпосередньо сумісна з відповідними програмними продуктами, зокрема AutoCAD, CADKEY (див. http://www.spatial.com). З урахуванням того, що сучасні моделювальники, наприклад, SolidWorks і Catia V5 мають функції експорту  без  втрат  у  форматі  ACIS,  то  перераховані  програми  можуть служити джерелом (і приймачем) даних для TracePro. Програма реалізована на  C++,  має  повноцінний  графічний  інтерфейс.  Вбудована  макро-мова Scheme (див. http://www.schemers.com) дозволяє здійснювати ітераційний проектувальний розрахунок.

 

У  звичайній  ситуації  робота  з  TracePro  вимагає  чотирьох  кроків. Перший - синтез геометричної моделі оптичної системи власними засобами програми або імпорт файлів у форматах SAT, IGES або STEP. Другий крок – визначення джерел світла на сітці променів або ж додання поверхням властивостей джерел. Доступний також імпорт “каліброваних” джерел із програми Radiant Imaging. Далі – додання оптичних властивостей матеріалів тілам і поверхням. Можна вибирати матеріали й властивості з раніше поміщених у базу даних або ж створювати нові. Останній етап – завдання

 

характеристик джерел і середовищ, включаючи довжини хвиль, граничні значення, характеристики пропускання – завершується запуском програми трасування променів.

 

Засоби  візуалізації  TracePro  дозволяють  одержати  каркасний, силуетний і зафарбований види моделі. Траєкторії променів можуть відображатися на фоні моделі, щоб зробити очевидними ефекти розсіювання, поглинання, відбиття, переломлення, поляризації. Ці результати інформують користувача  про  параметри  поширення  потоку  енергії  від  поверхні  до

поверхні залежно від властивостей об'єктів.

 

 

 

 

 

 

Рис. 28 – Люмінесцентна дугова лампаРис. 29 – Силуетний вид 3-х випромінюючих світлодіодів

 

 

Моделювання джерел в TracePro здійснюється досить ефективно, зокрема для моделей високої складності, наприклад дугових ламп – у тому числі і їх груп, люмінесцентних ламп, СВД, ламп розжарення, лазерних діодів (рис. 28 і 29). Джерела можуть задаватися загальним потоком випромінювання, щільністю потоку енергії або бути абсолютно чорним тілом. Параметри випромінювання й результати можна визначати як у фотометричних, так і в радіометричних одиницях.

 

Можливості інтерфейсу TracePro, який містить ефективний сортувальник променів, дозволяють істотно прискорювати аналіз. Зміна кольорів променів залежно  від  величини  зменшення  потоку,  дозволяє  виділяти  проблемні області. На рис. 29 промені найбільшої “інтенсивності” показані червоним кольором, найменшої – синім. Додаткові команди надають можливість переглядати поверхні відповідно до порядку проходження променів, або ж відповідно до частки падаючих на неї променів.

 

СВІТЛОВОДИ

 

 

З рис.30 очевидно, що втрата енергії світлового потоку відбувається на декількох згинах світловода. Очевидно, що у звичайній ситуації цей тип втрат досить важко ідентифікувати. За допомогою TracePro причини втрат можуть бути локалізовані. Колірне кодування променів дозволяє відслідковувати “витік” потоку через поглинання й розсіювання. У спідометрі (рис.31) втрата енергії  відбувається  при  проходженні  світлового  потоку  через  стрілку. Стрілка позаду покрита дифузно відбиваючим матеріалом, тобто вона також є

свого роду світловодом.

 

 

 

 

Рис. 30 –  Вид світловода зафарбований, трасування променів, а також освітленість і лінії ізокандел

 

 

 

Рис. 31 –  Стрілка спідометра, трасування променів, також освітленість і лінії

ізокандел. Додатково – “історія” траєкторій перших 12 променів, що досягла площини спостереження.

 

 

 

 

При звичайному “ітераційному” підході проектування світлотехніки, який включає світловоди, породжує певні проблеми. Вони виливаються в необхідність    виготовлення    дорогих    прототипів    (вартість    оснащення

$10000-100000), а також вимагають витрат часу. Можна стверджувати, що використання відповідного програмного забезпечення знижує витрати на розробку від 30 до 50%.

Як  правило,  при  проектуванні  виробів  з  світловодами, використовується підхід на базі наявних аналогів. Не факт, що такі проекти оптимальні, тому розроблювач, який має значний досвід, найчастіше відтворює накопичені помилки. Без адекватних розрахункових методик іноді неможливо   навіть   діагностувати   наявність   проблем.   Їхніми   джерелами можуть бути, наприклад, присутність різких вигинів, незадовільне пророблення місць приєднання світловодов, відбиття від гострих кутів, розсіювання  потоку  на  виході  зі  світловода  й  т.д.  Тому  –  характерний приклад. Незначна – на одиничному пристрої – економія при заміні вузла із

 

трьома світлодіодами й невдалою геометрією світловода на вузол із двома джерелами   при   ретельному   проробленні   передавального   елемента   при більших партіях стає відчутною. Того ж ефекту можна домогтися, змінюючи параметри використовуваного СВД. На рис. 32 наведена невдала конструкція, що породжує нерівномірний розподіл світлового потоку на виході.

 

Все більша кількість підприємств починають використовувати програмне забезпечення для моделювання світловодов і оптичних процесів. Таке ПО в змозі створювати геометричну модель або ж імпортувати геометрію із традиційних CAD пакетів. Далі проводиться нескладна процедура – додання властивостей джерелам світла, поверхням і матеріалам. Використання програмного  забезпечення  для  проектування  світловодов  дозволило збільшити коефіцієнт пропущення з 20...30% до 50...60%. Це дає можливість зменшити  число  джерел,  знизити  термічні  навантаження  й,  відповідно,

споживання енергії.