CN1098148C - 建筑部件的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种生产建筑材料的方法，其步骤为：获取选定表面图案的三维数据，并将其贮存，在屏幕上显示根据三维数据中的二维数据得到的图象，使其成形，在屏幕上显示加有三维数据中的高度数据而形成的图像，对其评价，使经评价的图象中截取的图象块成形并设置于预定位置，以处理小型模型图象，并在屏幕上显示及评价，将经评价的小型模型设置在预定位置以便对整体模型图像进行处理，根据整体模型的三维数据形成建筑材料。

Description

建筑部件的生产方法

本发明涉及一种生产建筑部件，如内部建筑部件和外部建筑部件的方法。

现在市售多种建筑部件，这些部件的表面图案各不相同。因此，上述表面图案的选择和成形仅仅是根据二维平面的观点进行的。

因此，模仿自然界中的各种图案，如沙岩表面图案，沙粒图案和树皮图案的图案还远远达不到与真实物的图案相似的程度。

基于上述原因，本发明的目的在于提供一种建筑部件的生产方法，该部件的表面图案与真实物的图案非常相似，另外可高效率地生产该建筑部件。

本发明的上述目的是通过采用下述方法来实现的，该方法为生产外部或内部建筑部件的方法，所述部件的表面形成有图案而不平，该方法包括以下步骤：

1)根据选定的表面图案获取三维数据，并将其贮存；

2)在屏幕上显示根据上述三维数据中的二维数据获得的图像，并对该显示的图像成形；

在屏幕上显示在上述成形的图像上加有上述三维数据中的高度数据而获得的图像，对所显示的图像进行评价；

3)将从经成形和评价确定的上述图像中截取的图像块设置于预定位置；

4)将该设置好的图像块中的高度数据减小到预定值，以形成平面区域，从而处理小型模型图像；

5)在屏幕上显示上述小型模型图像，对该图像进行评价；

6)将通过评价选定的上述小型模型设置于预定位置以便处理整体模型图像；

7)根据整体模型的三维数据形成建筑部件模型，对所形成的建筑部件模型进行评价；

8)根据与经评价确定的建筑部件相应的三维数据形成金属模；

9)采用金属模形成建筑部件。

在上述方法中，可通过建筑部件的连接缝确定小型模型的外部形状和尺寸。最好反复进行上述第2)步骤以获得多个所需的图像块，将所获得的图像块设置好以形成小型模型。

另外，最好根据与在第4)步骤中评价确定的小型模型相应的三维数据来形成小型建筑部件，并对其进行评价，之后进行第6)步骤。

再有，最好在上述方法中采用下述方式代替第8)步骤，即：根据与在第5)步骤评价确定的小型模型相应的三维数据来形成小型金属模，根据整体模型布置好所形成的多个小型金属模，以形成建筑部件金属模，另外，最好采用下述方式代替第8)步骤，该方式为：根据与在第5)步骤评价确定的小型模型相应的三维数据来形成小型绕注模型，用该浇注模型形成整体模型浇注模型，并用该整体模型浇注模型形成建筑部件金属模。

在本发明方法中，在CAD和CAM工作站处，操作人员可在观察要形成的建筑部件的图像的同时进行具有不平表面图案的外部或内部建筑部件的设计和金属模的成形。

此时，小型模型的外部形状和尺寸由建筑部件的连接缝确定。上述特征可提高建筑部件生产的工作效率，并适宜于评价所设计的表面图案。

可通过反复进行上述第2)步骤获得多个所需的图像块。通过将这些图像块设置好，可形成小型模型，从而可形成更为适合的建筑部件。

根据与在第5)步骤中评价确定的小型模型相应的三维数据来形成小型建筑部件，之后对其进行评价。然后，进行第6)步骤。在此场合，在设计时，可更有效地对表面图案进行评价。

可接下述方式代替第8)步骤，该方式为：根据与在第5)步骤中评价确定的小型模型相应的三维数据来形成小型金属模。在此场合，根据整体模型设置好所形成的多个小型金属模，从而形成建筑部件金属模。作为替换方式，可根据与在第5)步骤中评价确定的小型模型相应的三维数据来形成小型浇注模型。在此场合，利用该浇注模型形成整体模型浇注模型，并利用该整体模型浇注模型形成建筑部件金属模。以上这些方法可以很方便地形成建筑部件金属模。

下面参照附图所示的优选实施例对本发明进行描述。

图1和图2为描述构成本发明第一实施例的建筑部件生产方法的一个实例的流程图的两个部份；

图3为用以说明在本发明方法中评价图案的示意图；

图4为用以说明在本发明方法中从试样获取三维数据的示意图；

图5为用以说明如何在本发明方法的图案处理步骤中从给定图像中截取图像块的示意图；

图6表示放大和缩小的上述图像块。具体来说，图6(a)为用以说明沿X方向的放大和缩小的上述图像块的示意图，图6(b)为沿Y方向的放大和缩小的上述图像块的示意图，图6(C)为在图案处理步骤中沿X-Y方向的放大和缩小的上述图像块的示意图；

图7(a)和(b)为在图案成形步骤中，上述图像块进行组合的示意图；

图8为在图案处理步骤中调整高度数据的示意图；

图9为用以说明在图案处理步骤中屏幕所显示的三维图像的一实例的示意图；

图10为用以说明上述图像块的分布的示意图；

图11为用以说明在图案处理步骤中取消部分高度数据的示意图；

图12为在本发明方法中的整体模型示意图；

图13为用以说明本发明方法中的金属模的成形的示意图；

图14为用以说明本发明方法中的小型建筑部件成形的示意图；

图15为用以说明在本发明第二实施例中借助小型金属模形成金属模的示意图；

图16和17为本发明第三实施例中金属模的成形示意图；

图18为按照本发明方法形成的建筑部件的前视图；

图19为制作三维结构的方框图；

图20为用以解释仿射变换的方框图；

图21为图20的示意图；

图22为三维数据测量装置的示意图；

图23为三维图像数据的示意图；

图24(a)为用以说明如何从给定图像中截取图像块的示意图；

图24(b)为用以说明图像块的布置的示意图；

构成本发明第一实施例的建筑部件的生产方法的主要过程是在工作站进行的，在工作站中进行CAD图像处理工作(步骤101)。在该方法中，首先根据图片，草图，制品等确定所要形成的图案。在此情况下，上述图片，草图等是以数标形式贮存的，从而，如图3所示，它们可显示在工作站1的屏幕10上，以便检查。之后，如图所示，屏幕10所给出的图像表明该图像在工作站1或类似地方显示。

在确定好待形成的图案后，选定具有该图案的物品或制品，并用作试样2(步骤102)。这就是说，可获得试样2表面图案的三维数据(步骤103)。这项工作是通过设有图像拾取器3的工作站进行的，该图像拾取器3可获得一致的高度数据，如图4所示(步骤104)。将所获得的三维数据存放于工作站1的存储器中(步骤105)。图像拾取器3可不必总是限于图4所示的形式，这就是说对于工作站1可采用多种图像拾取器3。

根据上述的三维数据中的二维数据，可在工作站1的屏幕10上显示出相应的图像(步骤106和107)；该显示的图像按下述方式进行处理(成形或变形)。如图5所示，截取部分图像(以下称为图像块4)(步骤108)；如图6所示，由此切出图像块；这就是说，对图形进行了处理；即沿X和/或Y方向放大或缩小；或如图7所示(步骤109)，将所处理的图案组合以形成多个图案(步骤110)。另外，将有关所形成的图案的后面要描述的三维数据中的高度数据也进行放大和/或缩小处理，如图8所示(步骤111和112)。对所形成的图案进一步进行编辑和修正，从而它可作为三维图像显示于工作台1的屏幕10上，如图9所示(步骤113和114)，这样可对其进行评价和检查(步骤115)。

在本发明中，评价和检查意思是设计者，客户或类似人员根据自我的感觉，期望的图案，生产的条件或类似因素，对所显示的图案是否感到满意。

既使对于选定的图案无法获得相应的试样2，但对于该图案仍可获得其相应的三维数据。比如，从图或类似物中可获得二维数据，之后将其与来自上述图的替代物8的高度数据组合，从而可获得三维数据。就上述的二维数据和高度数据的成形、编辑和修正来说，该数据的操作不必特别限于十进制。

下面以实例方式描述处理三维数据的方法。

如图20所示，对设计区(如图19所示)进行变换。即首先对设计区进行仿射变换(步骤S1)。在这里所述的术语″仿射变换″表示输出三维数据的设计区可在三维空间自由变换，比如平行移动，转动，放大和缩小。之后将该设计区设置于下述形状上，该形状具有待形成的部件(如本发明中的建筑板)的尺寸和结构(步骤S2)。之后，将平面高度和设计区高度相加获得高度值(步骤S3)。这样，操作人员可剪切或变换设计区直至形成所需的形状，同时观察在显示器中显示的三维数据图形，以及经变换器，如经仿射变换的三维数据图形。

下面通过实例来考虑板材的设计。当按上述方式获得具有所需形状的设计区时，将这些设计区设置在下述图形的设计面的所需位置，即：该图形具有待设计的板材的尺寸和形状。在此情况下，待设置于上述设计面内的那些设计区在形状上不必总是相同的；亦即，当需要时，在设计面上可设置具有不同形状的设计区。另外，该设计面可由设计区盖住。上述操作如图21所示。在图21的场合，将设计区E₁从三维数据P₁中取出，并通过仿射变换使其转换成设计区E₄′，该区E₁′位于设计面D中，或将三维数据P₂缩进入设计区E₂，该区E₂位于设计面D中，或者把三维数据P₃作为设计区E₃置于与其一样的设计面中。在此场合，上述设计区E₁′，E₂和E₃可相互叠置。这里所用的术语“设置设计区”表示把设计区移至显示器屏幕的所需位置并显示出来。

另外，三维数据、特别是高度数据的处理方法如下。

如图23所示，为了从选定的三维模型试样获得图像，不但要形成二维座标图像数据，而且沿高度方向对试样进行测定；即，可获得沿高度方向的座标数据。将该沿高度方向的座标数据与每个图形件的图像数据相结合，以获得三维图像数据，将该数据贮存起来，根据该贮存的三维图像数据便可形成后面将要描述的图像。

按下述方式形成沿高度方向的座标数据。比如如图22所示，用窄缝光源202对三维模型试样201进行照射，该光源的光投射角θ是可变的，通过摄像机203拾取该图像，其输出信号送给图像编码器204。就通过图像编码器204获得的图像来说，形状计算电路205按下述计算公式进行计算：

f(x y)＝Z_o-(X_o-X)×tanθ(x，y)

把根据三角法测量原理形成的沿高度方向的座标数据与对在测量范围内的图形件添加亮度数据的二维图像数据组合，以便获得三维图像数据。在此情况下，读取每个图形件的Z座标数据，把二维图像数据的图形件与沿高度方向的数据的图形件结合，这样可获得三维图像数据，如图23所示。

在调出或布置图形时，可将上述的三维图像数据调出并显示于屏幕上。如图24(a)所示，通过输入装置，如鼠标在所显示的图像中确定要调出的部份。如图24(b)所示，将上述确定并调出的图像部份设置了屏幕上；这样就确定了图案的布置。

在图案布置中，如果二维座标数据或沿高度方向的座标数据要进行修正，则该图案内容可按需要进行改变。另外，如果要将多个不同种类的三维模型试样的三维图像数据混合布置，则可自由地获得和再次形成多种图案。

在图案布置好后，要对图像数据选定颜色，并将该选定有颜色的数据贮存。因此，可接下述方式形成三维模型，即利用所贮存的三维图像数据形成加工数据，该数据是添加于X，Y和Z座标上的加工条件。

把经评价和检查后的图像块4设置在图10所示的屏幕10的预定位置(步骤116和117)。另外，如图11所示，要将高度数据H中大于预定值h1的那部分去掉(步骤118)。之后，设有多个图像块4的小型模型5显示在工作站1的屏幕10上，如图10所示(步骤119)。在上述条件下，对该模型5进行评价和检查(步骤120)。在此情况下，应注意该模型5与由建筑部件8的连接缝80所确定的区域相对应，该建筑部件8为生产出的最终产品，如图18所示。将多余的高度数据去掉可在所生产的建筑部件表面形成平面区域，这样就可防止建筑部件的凸起部在受冲击时遭受破坏。上述小型模型5由多个图像块4构成。小型模型可由不同种类的多个图像块4构成。在此场合，不同种类的多个图像块4是反复进行上述方法而形成的，之后将这些图像块4调出并布置在屏幕10上。因此，可形成所需的小型模型5。

在通过评价和检查而确定好小型模型5后，将该模型5布置于屏幕1O上(步骤121)，从而获得整体的模型6(步骤122)。之后，根据整体模型6的三维数据，形成上述的加工数据，该加工数据是要送给加工设备7、如建筑部件模型成形NC加工设备的，从而通过加工设备7形成所需的建筑部件模型(步骤123)。之后对所形成的建筑部件模型进行评价和检查(步骤124)。在确定好所采用的建筑部件模型后，按与形成建筑部件模型相同的方法根据与建筑部件模件相应的三维数据形成整体金属模(步骤125)。利用所形成的金属模生产建筑部件(步骤126)。在建筑部件由作为基底的未加工过的薄板形成的情况下，该金属模为压制模。在本发明中，该薄板是通过例如过滤法形成的。因此，本发明的薄板包括例如纤维增强的水泥板。

图1和2为上述生产方法的流程图的两个部分。

在小型模型5形成之后。而整体模型6成形之前，可根据与小型模型相应的三维数据形成小型建筑部件50，以便对其进行评价，同时对小型建筑部件50进行观察。在此场合，所获得的评价结果更为有效并且更为适用。对于该评价步骤，在此情况下，最好用与所要形成的建筑部件相同的材料形成小型建筑部件5。因此如图14所示，该模型模51可通过加工设备7成形，而树脂模52可采用模型模51形成。利用所形成的树脂模52，将未加工的薄板模压成小型建筑部件50。

可按下述方式形成整体建筑部件金属模，即根据与小型模型相应的三维数据形成小型金属模55，该模55与通过评价选定的小型模型相对应。根据整体模型将所形成的多了金属模55设置好，从而形成与建筑部件相应的所需金属模9。在图15的场合中，按下述方式形成金属模9，即根据小型模型5的三维数据在NC切削机上形成放电加工的石墨电极56。通过电极56放电加工形成薄板件，从而制成金属模55。将如此形成的多个金属模装配成整体形成金属模9。

另外，如图16所示，也可按下述方式形成金属模9，该方式为：首先形成转换浇注模型58，就是说，将模57转换成转换浇注模型58，该模57是根据与通过评价选定的小型模型相应的三维数据借助NC切削加工形成的。利用该浇注模型58形成树脂模靠模59。将所形成的多个树脂模靠模59组合，并加工形成接缝。之后，如图17所示，利用该靠模59形成浇注模型60，进而借助该浇注模型60形成模型61。采用模型61形成所需要的与整体模型建筑部件相应的金属模。

在不对待形成的三维模型进行评价、但对用于通过转换法形成金属模的设计原模型进行评价的情况下，首先从一数据库中获得加工尺寸改变修正值(系数)，上述数据库收集有浇注材料的收缩数据，该数据是根据在采用所形成的金属模进行浇注的场合浇注材料的硬度得出的。采用经上述数值修正过的加工数据驱动加工设备，形成三维模型。这就是说，当浇注材料为环氧树脂，并且后面要描述数据库表明环氧树脂的收缩率为0.15％时，为了形成浇注环氧树脂用的金属模，可采用下述的修正数值，该数值是将1.0015(1+收缩率)与加工数据差值相乘而获得的。在成形后浇注件的尺寸会发生改变。即要考虑成形后会产生的金属模的尺寸误差，以便提高加工精度。

在通过将加工尺寸误差修正值(系数)，如上面所述的数值加入金属模加工数据中而使上述金属模成形时，所获得的数据是根据所考虑到的在金属模成形后会产生的尺寸误差而确定的。这一特征有助于提高加工精度。

如上所述，在生产整体金属模9时，应注意到整体的建筑部件是小型模型5的装配件。因此，在根据小型模型5的数据生产金属模9时，可通过连续装配小型建筑部件50来形成整体建筑部件。

如上所述，在本发明方法中，在CAD和CAM工作站处，操作人员可进行具有不平的表面图案的内部或外部的建筑部件的设计，以及金属模的成形同时还可观看待形成的建筑部件的图像。这一特征使得能够形成其外表与真实部件非常接近的建筑部件。

按照“图像块”、组合图像块而形成“小型模型”、组合小型模型而形成“整体模型”的顺序，设计尺寸逐渐增加，每当设计尺寸按上述方式增加时，都可对其表面图案进行评价和检查。因此，具有所需形状的建筑部件的设计和成形可高效率地完成。

如果通过建筑部件的连接缝确定小型模型的外部形状和尺寸，则可提高工作效率，并可对所设计的表面形状进行适当评价。

通过反复进行评价步骤可获得多个所需的图像块。将上述图像块组合可形成小型模型。这样可以很方便地形成合适的建筑部件。

当按与所评价确定的小型模型相应的三维数据形成小型建筑部件，对其进行评价，并进行第六步骤时，可以在设计时更有效地对表面形状进行评价。

另一方面，小型金属模可根据与所评价确定的小型模型相应的三维数据成形。在此场合，可根据整体模型将所形成的多个小型金属模组合，从而形成建筑部件金属模。作为替换方式，可根据与所评价确定的小型模型相应的三维数据形成小型浇注模型。在此场合，采用该浇注模型形成整体模型浇注模型，然后利用该整体模型浇注模型形成建筑部件金属模。根据上述描述很容易知道，在上述各种场合中，所处理的数据量较小，从而可以很方便地形成建筑部件金属模。

因此可以看出，上述的本发明目的以及从上述说明书描述中容易得出的目的可以很好地得以实现，尽管在不脱离本发明实质和请求保护范围的情况下可对上述的结构进行某些改变，在这里上述说明书所述的或附图所示的所有内容均为说明性的，它们不具有任何限定意义。

另外可以知道，下面的权利要求旨在覆盖所有上述本发明的一般和具体特征，并且包括本发明请求保护范围的所有陈述，该陈述作为语言的形式均落入本发明请求保护范围内。

Claims (7)

1.一种生产建筑部件的方法，其步骤包括；

a)根据选定的表面图案获取三维数据，并将其贮存；

b)在屏幕上显示根据上述三维数据中的二维数据获得的第一图像，并对该显示的第一图像成形；

c)在上述屏幕上显示在上述成形的第一图像上加有上述三维数据中的高度数据而获得的第二图像，对该所显示的第二图像进行评价；

d)在上述屏幕上，将从经成形和评价后的上述第二图像中截取的图像块设置于预定位置，以便处理小型模型图像；

e)在上述屏幕上显示上述小型模型图像，并对该所显示的小型模型图像进行评价；

f)将通过评价选定的上述小型模型图象设置于预定位置以便处理整体模型图像；

g)根据上述整体模型的三维数据形成建筑部件模型，并对所形成的上述建筑部件模型进行评价；

h)根据与上述建筑部件模型相应的三维数据形成模型，

i)利用上述模形成建筑部件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述小型模型图象的外部形状和尺寸由建筑部件的连接缝确定。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反复进行上述步骤b)和步骤c)，以获得多个所需的图像块，将所获得的图像块设置以形成小型模型图象。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括下述步骤：

j)根据与小型模型图象相应的三维数据形成小型建筑部件；

k)评价该小型建筑部件，其中，这两个步骤安排在上述步骤e)和上述步骤f)之间。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述步骤h)包括：

l)根据与在上述步骤e)中被评价的小型模型图象相应的三维数据形成小型模型；

m)形成多个上述小型模型；以及

n)根据整体模型，设置多个上述小型模型以形成与建筑部件相应的建筑部件模型。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括下述步骤：

o)根据与在步骤e)评价确定的上述小型模型图象相应的三维数据形成小型浇注模型；

p)用该小型浇注模型形成整体的模型浇注模型；以及

q)用上述整体的模型浇注模型形成建筑部件模型。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括下述步骤：

r)调节上述图像块中之一的高度数据，将所述小型模型图像和整体模型图像调整到预定值，从而在建筑部件的表面上形成平面区域。

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