DE69921301T2

DE69921301T2 - Verfahren und vorrichtung zum design von blechteilstücken

Info

Publication number: DE69921301T2
Application number: DE69921301T
Authority: DE
Inventors: Kalev Kask; Jun-Shiou Ou; Dmitry Leshchiner; Kensuke Hazama
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2019-02-27
Also published as: DE69921301D1; US6144896A; KR100406017B1; JPH11319952A; TW427932B; EP1058868A1; EP1058868B1; AU2642199A; CN1292106A; CN1122902C; JP4464478B2; KR20010041571A; WO1999045446A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Konstruieren eines Blechteils unter Verwendung eines Systems zum computergestützten Konstruieren (CAD-Systems). Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Konstruieren eines flachen Blechteils, das zu einem benutzerdefinierten Teil (dreidimensionalen Teil) abgekantet oder gebogen werden soll, das nach dem Biegen glatte, fertige Ecken und keine Überlappung von Flächen oder Abstände zwischen nebeneinander liegenden Flächen aufweisen soll.
Stand der Technik
Um ein fertiges abgekantetes oder gebogenes Blechteil aus einem flachen Blechteil (einer Platte) zu erzeugen, entwickelt ein Benutzer gemäß einem innerbetrieblichen Stand der Technik der Anmelderin ein dreidimensionales (3D)-Modell des gewünschten fertigen Blechteils auf einem Rechnersystem. Aus dem dreidimensionalen Modell kann ein zweidimensionales (2D)-Modell (flaches Blechteil) bestimmt werden. Das 2D-Modell zeigt sowohl Biegelinien, die für das Abkanten des flachen Blechteils zu dem gewünschten 3D-Teil notwendig sind, wobei z.B. eine Preßform und ein Preßwerkzeug verwendet werden können, als auch die Form, in die die Platte geschnitten werden sollte, bevor sie gebogen wird. Dann wird das flache Blechteil (Platte) unter Verwendung des 2D-Modells als Plan in die definierte Form geschnitten. Anschließend wird die Platte längs der definierten Biegelinien gebogen, um das gewünschte fertige Teil zu erzeugen.
Das Dokument US-5307282 offenbart ein Verfahren zur computergestützten Voraussage von Kollisionen zwischen Objekten einschließlich der Herstellungswerkzeuge und der herzustellenden Teile.
Es ist jedoch sehr schwierig, die Platte so zu konstruieren, daß sich glatte, fertige Ecken nach dem Biegen ergeben, weil das Teil typischerweise eine Störung oder Kollisionen zwischen Flächen aufweist, die nach dem Biegen nebeneinander liegen. Die Schwierigkeit ergibt sich, weil die Geometriemodellierung und die Berechnung der Platte aus dem benutzerdefinierten 3D-Teil komplex sind. Ein Grund für die Komplexität ist, daß Ausdehnung oder Schrumpfen des Blechs während des Biegens auftritt, was bewirkt, daß eine Kollision/Störung zwischen nebeneinander liegenden gebogenen Flächen auftritt. Die Tatsache, daß verschiedene Materialien verschiedene Ausdehnungs-/Schrumpfungseigenschaften aufweisen, erhöht die Komplexität. Folglich wird das Teil als Folge der Kollisionen nicht richtig gebogen oder wird es gebogen, wenn das Blech dünn ist, wobei aber in der Nähe der Ecken ein Verziehen auftritt. Ein anderes Problem ist, daß Flächen (d.h. Flansche) der Teile während des Biegens überlappen können und zu einem unebenen Übergang zwischen den Flächen führen.
Um diese Probleme zu lösen, würden traditionelle Blechteilkonstrukteure eine Platte für das Biegen zum gewünschten Fertigteil ungefähr entwerfen, wobei der Konstrukteur durch ein Verfahren des Probierens das Teil neu konstruieren würde, bis das Fertigteil glatte, fertige Ecken hätte. Alternativ können die kollidierenden oder überlappenden Abschnitte nach dem Abkanten des Teils getrimmt werden. Das Berechnen des zu trimmenden Betrags erweist sich jedoch auf Grund der Tatsache, daß die Berechnung relativ komplex ist, oft als schwierig.
Einfache Beispiele für dieses Problem sind in den 1 bis 8 gezeigt. Man beachte, daß die in den 3 bis 8 gezeigten einfachen Probleme nicht die komplexen Berechnungen erfordern, die ein wirkliches Teil erfordert. Diese Figuren werden lediglich für Erklärungszwecke verwendet. 1 zeigt ein gewünschtes durch den Benutzer gewähltes 3D-Blechteil 10. Anhand des definierten 3D-Teils kann ein vereinfachtes flaches Blechteil 11 für das Biegen zum 3D-Teil 10 konstruiert sein, wie in 2 zu sehen ist. Dann werden die Biegelinien 12 und 14 bestimmt, um die Platte zu der in 1 gezeigten erforderlichen Form biegen zu können.
Auf Grund des Schrumpfens oder Streckens des Blechs während des Biegens tritt jedoch eine Kollision an einer Ecke auf und kann ein Verziehen des Blechs bewirken, was zu einem unerwünschten fertigen Teil führt. Um das Verziehen auszuschließen, könnte der Kollisionsabschnitt 16, wenn das Metall dünn ist, in üblicher Weise geschliffen werden, um eine glatte Ecke herzustellen. Eine andere übliche Lösung für das Verzugsproblem ist, ein kreisförmiges Aussparungsloch 18 in der Platte 11 vorzusehen (also einzuschneiden). Das kreisförmige Aussparungsloch 18, das aus der Platte 11 geschnitten werden kann, ist jedoch im Allgemeinen zu groß und hinterläßt eine Lücke in der durch das Biegen geformten Ecke. Wenn die Lücke an der Ecke nicht gewollt ist, ist ein zusätzlicher Schweißarbeitsschritt erforderlich, um die hinterlassene Lücke auszufüllen, nachdem das Teil gebogen ist. Wenn den Benutzer die Lücke nicht stört, kann sie in dem fertigen Teil 10 gelassen werden. Deshalb ist es offensichtlich, daß eine Technik für das Konstruieren des flachen Blechteils 11 derart erforderlich ist, daß, nachdem es gebogen ist, die Ecken glatt und fertig sind, ohne zusätzliche Bearbeitungsverfahren zu erfordern.
Eine andere übliche Lösung für dieses Problem erfordert eine empirische Vorgehensweise (trial-and-error). Der Konstrukteur des Blechteils entwirft die Platte 11 durch Ausprobieren, um ein abgekantetes Teil 10 mit einer glatten, fertigen Ecke zu erreichen. Die empirische Vorgehensweise hat jedoch mehrere Nachteile, vor allem die Verwendung von mehreren Platten für jeden Versuch, die nach einer Verwendung verworfen werden müssen, und das Aufwenden einer übermäßig langen Zeit. Folglich besteht ein Bedarf an einer schnellen und effizienten Art, ein flaches Blechteil zu konstruieren, um eine Überlappung oder Kollisionen zu verhindern, damit sich ein glattes, fertiges 3D-Blechteil ergibt.
Die 3 und 4 zeigen ein Flächenüberlappungsproblem, das beim Konstruieren eines Kastens 10 aus einer Blechplatte 11 anzutreffen ist. Damit der Kasten 10 fertig gestellt wird, sollten die Flächen 21, 23 ohne einen Überlappungsabschnitt 24 genau längs einer einzelnen Linie zusammenkommen, wenn die Platte 11 längs der Biegelinien 20, 22 abgekantet wird. Weil jedoch das Berechnen, wie die Platte 11 so zu konstruieren ist, daß sich die Flächen 21, 23 ohne den Überlappungsabschnitt 24 treffen, komplex ist, läßt ein Konstrukteur die Flächen typischerweise überlappen und bestimmt dann danach, wie viel von den Flächen 21, 23 zu trimmen ist. Wenn die Platte 11 abgekantet ist und der Überlappungsabschnitt 24 existiert, erfordert die herkömmliche Lösung folglich, das Teil auseinander zu klappen und die Flächen 21, 23 dort zu trimmen, wo die Flächenüberlappung auftritt. Dann wird der Kasten erneut abgekantet, um zu sehen, ob die Überlappung entfernt ist. Wenn nicht, wird dieses Verfahren wiederholt, bis sich ein fertiger Kasten ohne einen Überlappungsabschnitt 24 ergibt. Dieses Näherungsverfahren ist jedoch relativ zeitaufwendig. Deshalb existiert ein Bedarf an einem System, das eine Platte schnell und effizient so konstruiert, daß eine Flächenüberlappung ausgeschlossen ist.
Die 5 und 6 zeigen ein weiteres Problem, das bei einer Blechkonstruktion anzutreffen ist. Wenn das in 6 gezeigte flache Blechteil 11 längs der Biegelinien 12 und 14 gebogen wird, wenn die Flächen 26, 28 (5) in Bezug zueinander nicht parallel sind und sich nach dem Biegen folglich nicht berühren, werden Lücken zwischen den Flächen 26 und 28 erzeugt und hinterlassen folglich eine unerwünschte Lücke in der Ecke. Üblicherweise wird dieses Problem gelöst, indem die Form der 2D-Platte 11 durch den Konstrukteur berechnet wird, um die Lücke zu kompensieren. Wenn der Konstrukteur jedoch überkompensiert, tritt eine Störung auf, was ein Trimmen erforderlich macht. Oder es kann sogar notwendig sein, eine andere Platte 11 zu gestalten, wenn die Störung zum Beispiel so groß ist, daß sie das Biegen verhindert. Wenn der Konstrukteur andererseits nicht ausreichend kompensiert, bleibt immer noch eine unerwünschte Lücke. Folglich ist die Berechnung, die für das Konstruieren der Platte mit der passenden Form, um das Nicht-Berühren zu kompensieren, notwendig ist, entscheidend. Solche Berechnungen sind jedoch relativ komplex. Die Berechnung wird sogar noch komplizierter, wenn berücksichtigt wird, wie dick das Metall ist und wie viel Flächenkontakt, wenn überhaupt, in den Ecken gewünscht ist. Die Berechnung erfordert nicht nur eine enorme Zeitspanne und eine enorme Mühe, sondern eine richtige Berechnung erfordert, daß der Konstrukteur die genaue Geometrie des 3D-Teils perfekt eingibt. Dies kann sehr schwierig und zeitraubend sein. Folglich existiert ein Bedarf an einem Verfahren zum Konstruieren eines flachen Blechteils, um eng anliegende, geschlossene Ecken zu erzeugen, wenn Blechteile mit nicht parallelen Flächen gebogen werden, ohne eine große Anstrengung von dem Konstrukteur des Teils zu erfordern.
Ein weiteres Problem, das bei der Blechkonstruktion anzutreffen ist, ist in den 7 und 8 gezeigt. Wenn das in 7 gezeigte Blechteil 10 längs der Biegelinien 12, 14 und 32 gebogen wird, insbesondere wenn die Biegung längs der Biegelinie 32 stattfindet, stören sich die Flächen 26 und 30 gegenseitig. Die Störung oder Überlappung verhindert einen glatten Übergang zwischen den Flächen und erzeugt ein unfertiges oder unebenes, unfachmännisch aussehendes Endprodukt. Üblicherweise wird dieses Problem ähnlich wie die zuvor beschriebenen Probleme durch versuchsweises Trimmen beider Flächen oder irgendeiner Fläche gelöst. Alternativ sind komplizierte Berechnungen notwendig, um die optimale Form des flachen Teils zu bestimmen, um eine glatte Ecke zu erreichen. Die Berechnung ist ähnlich dem oben Beschriebenen sehr kompliziert und erfordert eine übermäßig lange Zeitspanne und eine übermäßige Anstrengung. Folglich gibt es einen Bedarf an einem System, in dem ein flaches Teil konstruiert werden kann, um ein glattes, fertiges, benutzerdefiniertes 3D-Blechteil zu erzeugen.
Offenbarung der Erfindung
In Anbetracht des Vorangehenden wird folglich beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung durch einen (eine) oder mehrere ihrer verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen und/oder spezifischen Merkmale oder Unterbestandteile einen oder mehrere der Vorteile, wie sie unten genauer erwähnt sind, bewirkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Auflösen einer Kollision zwischen einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche eines durch ein 3D-Modell dargestellten Blechteils geschaffen. Die Flächen kollidieren miteinander, wenn ein 2D-Modell eines mit einem CAD-System konstruierten flachen Blechteils in dem auf dem CAD-System angezeigten 3D-Modell abgekantet wird. Die Vorrichtung umfaßt ein Erkennungssystem, ein Analysesystem und ein Eliminierungssystem. Das Erkennungssystem dient zum Erkennen jeder Kollision zwischen Flächen, die nebeneinander zu liegen kommen, wenn das 2D-Modell in das 3D-Modell abgekantet wurde. Das Eliminierungssystem dient zum Eliminieren der Kollision durch Konstruieren eines 2D-Modells eines modifizierten flachen Blechteils, das abgekantet werden kann, ohne zu der Kollision zu führen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Analysesystem ein Polylinien-Berechnungssystem zum Berechnen von Polylinien, die einem Kollisionsbereich entsprechen. Außerdem umfaßt das Analysesystem ferner ein Schnittschleifen-Berechnungssystem zum Berechnen einer Schnittschleife aus den Polylinien. Das Eliminierungssystem umfaßt ein Beseitigungssystem, um mittels der Schnittschleife einen Abschnitt des 2D-Modells des flachen Blechteils zu entfernen. Das Polylinien-Berechnungssystem kann auch einen Betrag kompensieren, um den sich das Teil während des Biegens ausdehnt bzw. schrumpft. Das Berechnungssystem kann die Polylinie berechnen, indem es eine Biegelinie als einen imaginären Zylinder modelliert, um Schnittpunkte an kollidierenden Flächen zu analysieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Analysesystem ein Ziehpunktrahmen-Berechnungssystem, um einen Ziehpunktrahmen für einen Kollisionsbereich, der jeder Fläche entspricht, zu berechnen. Das Analysesystem kann auch ein Berechnungssystem für einen erweiterten Ziehpunktrahmen zum Berechnen eines erweiterten Ziehpunktrahmens aus dem Ziehpunktrahmen umfassen. Außerdem kann das Eliminierungssystem ein Trimmschleifen-Berechnungssystem umfassen, um anhand des erweiterten Ziehpunktrahmens und anhand von Benutzereingabeparametern, die sich auf die Auswahl des Schnittyps beziehen, eine Trimmschleife zu berechnen. Das Eliminierungssystem kann ferner ein Berechnungssystem umfassen, um einen ersten Überschneidungsbereich zwischen der ersten Fläche und der Trimmschleife der zweiten Fläche zu berechnen und den ersten Überschneidungsbereich von der ersten Fläche zu entfernen und um einen zweiten Überschneidungsbereich zwischen der zweiten Fläche und der Trimmschleife der ersten Fläche zu berechnen und den zweiten Überschneidungsbereich von der zweiten Fläche zu entfernen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Analysesystem die Kollision wenigstens in eines von Flächenüberlappung, Zurücksetzung und 3D-Trimm klassifizieren und das Eliminierungssystem entsprechend der Klassifizierung steuern. Wenn die Kollision als 3D-Trimm oder Zurücksetzung klassifiziert wird, berechnet ein Trimmschleifen-Berechnungssystem eine Trimmschleife, die einen Kollisionsbereich-Ziehpunktrahmen und einen Bereich zu einer Seite des Kollisionsbereich-Ziehpunktrahmens erfaßt. Außerdem wird ein Schneidsystem bereitgestellt, um jede Fläche mit der Trimmschleife zu schneiden, um ein ausgeschnittenes Teil zu erzeugen, und ein Testsystem bereitgestellt, das das ausgeschnittene Teil auf einen Schnittpunkt mit einem Loch und einer Biegelinie in dem 3D-Modell testet. Das Eliminierungssystem kann ferner ein Modifizierungssystem umfassen, um die Trimmschleife zu modifizieren, wenn sie sich in der Nähe einer Biegelinie befindet.
Wenn die Kollision als Zurücksetzung klassifiziert wird, vergleicht ein Vergleichssystem das ausgeschnittene Teil mit einem zuvor festgelegten Mehrfachen der Dicke des Blechs. Wenn die Kollision als 3D-Trimm klassifiziert wird, vergrößert ein Vergrößerungssystem die Trimmschleife so, daß die Trimmschleife in einer Dimension größer als die größte Dimension der Fläche ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ermöglichen sanfter Übergänge zwischen Flächen eines durch ein 3D-Modell dargestellten Blechteils geschaffen, wenn ein 2D-Modell eines mit einem CAD-System konstruierten flachen Blechteils in dem auf dem CAD-System angezeigte 3D-Modell abgekantet wird. Die Vorrichtung kann ein Analysesystem und ein Eliminierungssystem umfassen. Das Analysesystem analysiert eine Lücke zwischen Flächen, die sich einander nähern, wenn das 2D-Modell in das 3D-Modell abgekantet wird. Das Eliminierungssystem beseitigt die Lücke durch Konstruieren eines 2D-Modells eines modifizierten flachen Blechteils, das abgekantet werden kann, ohne daß die Lücke entsteht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Analysesystem ferner ein Auswahlsystem zum Auswählen einer Kante einer ersten Fläche, die ausgedehnt werden soll, einer Zielfläche, bis zu der die erste Fläche ausgedehnt wird, und einer Ausdehnungsrichtung, entlang der die Kante der ersten Fläche zur Zielfläche hin ausgedehnt wird, umfassen. Außerdem kann das Eliminierungssystem ein Berechnungssystem umfassen, um anhand von Endpunkten der Kante der ersten Fläche, der Ausdehnungsrichtung und der Zielfläche eine Schleife zu berechnen, und um eine neue Fläche zu berechnen, welche die erste Fläche und die Schleife beinhaltet. Die Ausdehnungsrichtung kann entweder eine Richtungstangente zur ersten Fläche oder eine Richtungsnormale zur ersten Fläche sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ermöglichen sanfter Übergänge zwischen Flächen eines durch ein 3D-Modell dargestellten Blechteils bereitgestellt, das entsteht, wenn ein 2D-Modell eines mit einem CAD-System konstruierten flachen Blechteils in das auf dem CAD-System angezeigte 3D-Modell abgekantet wird. Das Verfahren umfaßt das Erkennen einer Kollision zwischen Flächen des 3D-Modells, die nebeneinander zu liegen kommen, wenn das 2D-Modell in das 3D-Modell abgekantet wurde, das Analysieren der Kollision und Eliminieren der Kollision. Das Eliminieren wird durch Konstruieren eines 2D-Modells eines modifizierten flachen Blechteils erreicht, das in dem 3D-Modell abgekantet werden kann, ohne zu der Kollision zu führen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Analysieren das Berechnen von Polylinien, die einem Kollisionsbereich entsprechen und einen Betrag kompensieren, um den sich das Teil während des Biegens ausdehnt bzw. schrumpft. Die Polylinien werden berechnet, indem die sich überschneidenden Biegelinien mit imaginären Zylindern modelliert werden, um Schnittpunkte an kollidierenden Flächen zu analysieren. Das Analysieren umfaßt ferner das Berechnen einer Schnittschleife aus den Polylinien. Das Eliminieren umfaßt das Verwenden der Schnittschleife zum Entfernen eines Abschnitts des 2D-Modells des flachen Blechteils.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Analysieren das Berechnen eines Ziehpunktrahmens für jede Fläche, der einen Kollisionsbereich umschließt, welcher der jeweiligen Fläche entspricht, und das Berechnen eines erweiterten Ziehpunktrahmens für jede Fläche des jeweiligen Ziehpunktrahmens. Das Eliminieren umfaßt das Berechnen einer Trimmschleife für jede Fläche anhand des jeweiligen erweiterten Ziehpunktrahmens und anhand von Benutzereingabeparametern, die sich auf die Auswahl des Schnittyps beziehen. Das Eliminieren umfaßt ferner das Berechnen eines ersten Überschneidungsbereichs zwischen der ersten Fläche und der Trimmschleife der zweiten Fläche und das Entfernen des ersten Überschneidungsbereichs von der ersten Fläche sowie Berechnen eines zweiten Überschneidungsbereichs zwischen der zweiten Fläche und der Trimmschleife der ersten Fläche und das Entfernen des zweiten Überschneidungsbereichs von der zweiten Fläche.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Analysieren das Klassifizieren der Kollision wenigstens in eines von Flächenüberlappung, Zurücksetzung und 3D-Trimm und das Steuern der Eliminierung entsprechend der Klassifizierung. Wenn die Kollision als 3D-Trimm oder als Zurücksetzung klassifiziert wird, umfaßt das Analysieren des Weiteren das Berechnen einer Trimmschleife für jede Fläche, die einen Kollisionsbereichs-Ziehpunktrahmen und einen Bereich auf der jeweiligen Fläche zu einer Seite des Kollisionsbereichs-Ziehpunktrahmens enthält, das Schneiden der Fläche mit der Trimmschleife zur Herstellung eines ausgeschnittenen Teils und das Testen des ausgeschnittenen Teils auf einen Schnittpunkt mit einem Loch und einer Biegelinie in dem 3D-Modell. Das Eliminieren umfaßt des Weiteren das Modifizieren einer Trimmschleife, wenn sie sich in der Nähe einer Biegelinie befindet.
Wenn die Kollision als Zurücksetzung klassifiziert wird, umfaßt das Analysieren des Weiteren das Vergleichen des ausgeschnittenen Teils mit einem zuvor festgelegten Mehrfachen der Dicke des Blechs. Wenn die Kollision als 3D-Trimm klassifiziert wird, umfaßt das Analysieren des Weiteren das Vergrößern der Trimmschleife jeder Fläche derart, daß die Trimmschleife in einer Dimension größer ist als eine Länge und Breite der Fläche.
Die oben aufgelisteten Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unten vollständiger dargelegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird weiter in der folgenden ausführlichen Beschreibung durch Bezugnahme auf die erwähnten Zeichnungen mittels nicht einschränkender Beispiele für bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen ähnliche Teile überall in den einzelnen Ansichten der Zeichnungen darstellen und in denen:
1 eine Veranschaulichung eines Teilmodells ist, die ein Verzugsproblem an der Überschneidung der Flächen gemäß einer Konstruktion des Standes der Technik zeigt;
2 eine Veranschaulichung eines flachen Blechteils für das Biegen zu dem in 1 gezeigten Teil ist, das unter Verwendung eines Systems des Standes der Technik konstruiert ist;
3 eine Veranschaulichung eines Teilmodells ist, die ein Flächenüberlappungsproblem an der Überschneidung der Flächen gemäß einer Konstruktion des Standes der Technik zeigt;
4 eine Veranschaulichung eines flachen Blechteils für das Biegen zu dem in 3 gezeigten Teil ist, das unter Verwendung eines Systems des Standes der Technik konstruiert ist;
5 eine Veranschaulichung eines Teilmodells ist, die ein Flächenausdehnungsproblem gemäß einer Konstruktion des Standes der Technik zeigt;
6 eine Veranschaulichung eines flachen Blechteils für das Biegen zu dem in 5 gezeigten Teil ist, das unter Verwendung eines Systems des Standes der Technik konstruiert ist;
7 eine Veranschaulichung eines Teilmodells ist, die eine Zurücksetzungs-/3D-Trimm-Kollision zwischen Flächen gemäß einer Konstruktion des Standes der Technik zeigt;
8 eine Veranschaulichung eines flachen Blechteils für das Biegen zu dem in 7 gezeigten Teil ist, das unter Verwendung eines Systems des Standes der Technik konstruiert ist;
9 eine Veranschaulichung eines Teils mit einer glatten Ecke mit zwei Radien ist, das gemäß einem System der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
10 eine Veranschaulichung eines flachen Blechteils für das Biegen zu dem in 9 gezeigten Teil ist, das gemäß einem System der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
10a eine vergrößerte Ansicht einer in 10 gezeigten Ecke ist und eine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berechnete Schnittschleife zeigt;
11 ein Ablaufdiagramm ist, das ein bevorzugtes Verfahren zum Bestimmen einer Schnittschleife zeigt, um ein Teil mit einer Ecke mit zwei Radien gemäß der vorliegenden Erfindung zu erreichen;
12 ein Ablaufdiagramm ist, das ein bevorzugtes Verfahren zum Berechnen einer 3D-Polylinie gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
12a eine Draufsicht ist, die eine Ebene zeigt, die verwendet wird, um zu bestimmen, ob ein Schnittpunkt in einem wirklichen Zylinder gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
13 ein Ablaufdiagramm ist, das ein bevorzugtes Verfahren zum Transformieren einer 3D-Polylinie in eine Schnittschleife gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ein Ablaufdiagramm ist, das ein bevorzugtes Verfahren zum Klassifizieren und Eliminieren einer Kollision gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
14a eine Aufrißansicht ist, die eine Fläche mit einer hypothetischen Trimmschleife, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, zeigt;
14b eine Draufsicht ist, die eine offene Ecke gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
14c eine Draufsicht ist, die eine geschlossene Ecke gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ein Ablaufdiagramm ist, das ein bevorzugtes Verfahren zum Auflösen einer Flächenüberlappungskollision zeigt;
16 eine Veranschaulichung ist, die ein Teil zeigt, dessen Flächenüberlappungsproblem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgelöst wurde;
17 eine Veranschaulichung eines flachen Blechteils für das Biegen zu dem in 16 gezeigten Teil ist, das unter Verwendung eines Systems der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
18 ein Ablaufdiagramm ist, das ein bevorzugtes Verfahren zum Klassifizieren einer Kollision gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
19a bis 19j eine Tabelle zeigen, die mögliche Flächenüberlappungsanordnungen und den entsprechenden Anfangpunkt und den entsprechenden Diagonalpunkt gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
20 eine Veranschaulichung eines Teilmodells ist, die das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgelöste Zurücksetzungs-/3D-Trimmproblem zeigt;
21 eine Veranschaulichung eines flachen Blechteils für das Biegen zu dem in 20 gezeigten Teil ist, das unter Verwendung eines Systems der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
22 ein Ablaufdiagramm eines bevorzugten Verfahrens zum Auflösen eines Flächenausdehnungsproblems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
23 eine Veranschaulichung eines Teilmodells ist, die das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgelöste Flächenausdehnungsproblem zeigt; und
24 eine Veranschaulichung eines flachen Blechteils für das Biegen zu dem in 23 gezeigten Teil ist, das unter Verwendung eines Systems der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
Beste Art der Ausführung der Erfindung
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein System zum computergestützten Konstruieren (CAD-System) verwendet, um anhand der Beschreibungen eines Benutzers ein benutzerdefiniertes Teil zu konstruieren. Jedes CAD-System kann verwendet werden, obwohl das von Amada Metrecs, Company, Ltd. of Japan erhältliche System AP100 bevorzugt wird. Nachdem ein Computermodell des Teils konstruiert ist, berechnet ein Biegesoftwaresystem wie etwa das in den US-Patentanmeldungen Nr. 08/700.671, 08/690.671, 08/688.860 und 60/016.958, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Literaturhinweis eingefügt werden, offenbarte, die grobe Form eines flachen Blechteils (Platte) für das Biegen zu dem fertigen Teil. Das CAD-System und die Biegesoftware laufen vorzugsweise auf einem Pentium-Prozessorsystem unter einem von der Microsoft Corporation erhältlichen Windows NT-Betriebssystem. Wie man eine verbesserte Form der Platte so berechnen kann, daß sich ein fertiges Teil ergibt, das sich mit der Beschreibung des Benutzers vereinbaren läßt und ein sichtbar zufriedenstellendes Aussehen aufweist, wird jetzt gemäß den Merkmalen der vorliegenden Erfindung erklärt. Die Ergebnisse der Berechnungen, die einen Teil der vorliegenden Erfindung bilden, bringen Beschreibungen für ein flaches Blechteil zum Verwenden in einer Schneid- und Biegevorrichtung zum Erzeugen eines solchen fertigen Teils hervor.
In 9 ist ein dreidimensionales Modell eines Blechteils mit einer fertigen, glatten Ecke (die nachstehend eine "Ecke mit zwei Radien" genannt wird) zu sehen. 10 zeigt ein 2D-Modell eines flachen Blechteils, das verwendet wird, um das in 9 gezeigte gewünschte 3D-Blechteil zu erreichen. Folglich führt das Schneiden längs der Schnittlinien 40, 40' zu der glatten Ecke mit zwei Radien, wenn das Teil längs der Biegelinien 12, 14 abgekantet wird. Er versteht sich, daß, wenn der Ausdruck Schneiden, Entfernen oder ähnliche Ausdrücke verwendet werden, kein tatsächliches Schneiden ausgeführt wird, sondern vielmehr ein simuliertes Ausschneiden in dem Computermodell auftritt. Das tatsächliche Schneiden tritt bei der Herstellung des Blechteils auf, das gemäß der durch die vorliegende Erfindung entwickelten Beschreibung zu der gewünschten 3D-Form gebogen werden soll.
Das Verfahren zum Bestimmen der Geometrie der Schnittlinie 40 wird jetzt anhand der 11 bis 13 beschrieben. Am Anfang erhält die Funktion die Geometrie und andere Information, welche bei Schritt S10 die Form des gewünschten abgekanteten Teils und der Platte, einschließlich der Biegelinien beschreiben. Bei Schritt S12 wird jede Biegelinie überprüft, um zu sehen, ob sie sich mit einer anderen Biegelinie schneidet. Das Auftreten eines Schnittpunkts kann durch jedes bekannte Mittel, z.B. durch Vergleichen der 3D-Koordinaten jeder Biegelinie, was das Zusammentreffen betrifft, bestimmt und berechnet werden. Wenn bei Schritt S14 festgestellt wird, daß es keine Biegelinienschnittpunkte gibt, springt die Logikschaltung bei Schritt S16 zur Aufrufroutine zurück. Wenn jedoch wenigstens ein Biegelinienschnittpunkt gefunden wird, wird bei Schritt S18 durch ein unten mit Bezug auf 12 beschriebenes Verfahren ein Paar dreidimensionaler Polylinien berechnet. Nachdem die 3D-Polylinien berechnet sind, wird das dreidimensionale Teil bei Schritt S20 auseinander geklappt und die Polylinien werden zu 2D-Polylinien konvertiert, wie es unten mit Bezug auf 13 beschrieben ist. Wenn 2D-Polylinien berechnet werden, wird das Teil geschrumpft/ausgedehnt, um das Strecken/Schrumpfen zu kompensieren, das auftreten würden, wenn das Teil gebogen wird. Obwohl das Teil in Abhängigkeit von dem Material, das gebogen wird, entweder schrumpfen oder sich ausdehnen kann, nimmt die folgende Diskussion der Einfachheit halber an, daß sich das Teil ausdehnt, wenn es gebogen wird. Folglich muß das Teil während des Auseinanderklappens geschrumpft werden. Anschließend wird bei Schritt S23 eine Schnittschleife aus den 2D-Polylinien bestimmt, und die Platte wird modifiziert oder berichtigt, so daß sie die Schnittlinien 40, 40' enthält. Schließlich springt die Logikschaltung bei Schritt S16 zur Aufruffunktion zurück. Folglich wird das gesamte Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Teils umgekehrt ausgeführt (d.h. durch Verwenden des 3D-Teils, um die Platte zu definieren), um die Schnittlinien 40, 40' zu bestimmen, die erforderlich sind, um eine glatte Ecke mit zwei Radien herzustellen.
Um zu bestimmen, wie weit das Teil zu schrumpfen ist, wird eine Umkehrung eines Skalierungsfaktors, der verwendet wird, um das Teil während des Abkantens (des Biegens) auszudehnen, verwendet. Eine bevorzugte Ausführungsform zum Berechnen des Skalierungsfaktors wird jetzt unter Verwendung von Biegungsabzügen beschrieben, obwohl jede im Gebiet des Biegens bekannte Technik verwendet werden kann. Um die Ausdehnung zu berechnen, wird zuerst ein Biegungsabzug für die Biegelinie, die analysiert wird, von einer Verweistabelle erhalten. Der Biegungsabzug hängt vom Biegewinkel und von dem Material ab, das gebogen wird. Die Information in der Tabelle wird empirisch bestimmt und ist leicht verfügbar. In der Tat ist diese Information bei den meisten Biegemaschinen an den Maschinen angebracht. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Biegungsabzugswerte in einer Verweistabelle im Computer gespeichert. Folglich stellt der Biegungsabzug den Betrag dar, um den sich die Abmessung des Teils ändert, wenn das Teil zwischen der 2D-Platte und dem 3D transformiert wird.
Aus dem Biegungsabzug wird ein in 10 gezeigter Biegebereich 13 für die analysierte Biegelinie berechnet. Der Biegebereich 13 stellt den Kontaktbereich zwischen einem Formmesser und dem Blech, d.h. den Bereich des während des Biegeverfahrens umgewandelten Teils, dar. Die Form des Biegebereichs 13 hängt von der ausgeführten besonderen Art des Biegeverfahrens ab. Normalerweise hat der Biegebereich 13 eine zylindrische Form, wenn das Teil gebogen ist und eine rechteckige Form, wenn das Teil, flach ist, wie in 10 zu sehen ist. Der flache Biegebereich 13 kann aus einem Biegewinkel und einer Blechdicke definiert werden. Die Breite des flachen Biegebereichs ist einer Bogenlänge einer Nullinie des unten erörterten Zylinders gleich. Durch das Verwenden des Biegungsabzugs wird der Ausdehnungsfaktor, um den Biegebereich auszudehnen, erhalten, um den ausgedehnten Biegebereich zu erreichen.
Der ausgedehnte Biegebereich 13 wird dann mit Hilfe des Radius einer Formpresse, der als der innere Zylinderradius das Blech berührt, und des Radius der Preßform als der äußere Zylinderradius zu einem Zylinder konvertiert oder transformiert. Als Nächstes wird die Überschneidung der beiden zylindrischen Flächen (die die beiden sich überschneidenden Biegebereiche der sich überschneidenden Biegelinien, wie sie in S14 bestimmt werden, darstellt) berechnet. Der Schnittpunkt wird vorzugsweise mit Hilfe der Innenfläche der Zylinder berechnet, wobei die Dicke des Blechs berücksichtigt wird. Ein beispielhafter Algorithmus zum Berechnen eines Schnittpunkts zwischen einer Linie und einem Zylinder kann in "Computer Graphics – An Object Oriented Approach to the Art and Science" von Cornel Pokorny, veröffentlicht 1994, Seiten 524 bis 526, hiermit durch Literaturhinweis eingefügt, gefunden werden. Dieser Algorithmus kann leicht für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung modifiziert werden, um den Schnittpunkt zwischen zwei Zylindern zu berechnen. Benötigte zusätzliche Änderungen beinhalten, einen (unten erklärten) künstlichen Zylinder zu erzeugen und den berechneten Zylinder zu einem vollen 360 Grad-Zylinder zu erweitern.
Anhand der 12 wird jetzt die Berechnung der 3D-Polylinien erklärt. Das folgende Verfahren wird für jede Biegelinie 12, 14 wiederholt, um ein Paar 3D-Polylinien zu erhalten. Bei Schritt S30 wird die Außenzylinderfläche bestimmt, wobei die Innenzylinderfläche dann anhand der Außenzylinderfläche und der Dicke des Blechs bestimmt wird.
Um die folgende Analyse bei Schritt S32 ausführen zu können, wird festgestellt, ob der Innenzylinderradius gleich 0 ist (z.B. wenn der Benutzer in der Teilbeschreibung einen Biegeradius = 0 eingibt) oder nicht. Wenn der Innenzylinderradius gleich 0 ist, wird bei Schritt S34 ein kleiner Innenzylinderradius an seine Stelle gesetzt, um die Verwendung von Nullen in den Berechnungen zu eliminieren. Beispielsweise wird null in einer bevorzugten Ausführungsform durch 0,1 mal dem Radius des Außenzylinders ersetzt.
Wenn der Radius des Innenzylinders nicht gleich 0 ist oder nachdem der kleine Innenzylinderradius bei Schritt S34 an seine Stelle gesetzt ist, wird ein künstlicher Zylinder erzeugt, um die wirkliche Zylinderfläche (die auf Grund des Verziehens oder der Beschreibungen des Benutzers ein unebenes Ende haben kann) am Punkt der Durchdringung anzunähern, um die Berechnung zu vereinfachen. Der künstliche Zylinder wird durch das Finden (z.B. durch Probieren) des kleinsten Normzylinders erzeugt, der die wirkliche Zylinderfläche vollständig enthält.
Als Nächstes wird eine Bestimmung vorgenommen, wo sich die wirklichen Zylinder (die die Biegelinien darstellen) schneiden. Wenn keine Überschneidung auftritt, tritt natürlich kein Verziehen auf und es existiert kein Problem. Folglich wird die Überschneidung bei Schritt S38 zwischen dem wirklichen Zylinder, der die erste Biegelinie 12 darstellt, und einem erweiterten künstlichen Zylinder, der die zweite Biegelinie 14 darstellt, berechnet, um die Polylinie für die erste Biegelinie zu erhalten. Der erweiterte künstliche Zylinder ist dem gerade beschriebenen künstlichen Zylinder ähnlich, außer daß er eine unendliche Länge hat. Um die Berechnungszeit zu verringern, anstatt jeden Punkt am Ende des wirklichen Zylinders zu analysieren, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Ende des wirklichen analysierten Zylinders in kurze Bogensegmente geteilt, wobei die Analyse an den Endpunkten der Bogensegmente ausgeführt wird.
Als Nächstes wird bei Schritt S39 festgestellt, ob der gesamte wirkliche Zylinder auf Überschneidungen analysiert worden ist. Wenn die Analyse vollständig ist, springt die Logikschaltung bei Schritt S41 zur Aufruffunktion zurück. Andernfalls, wenn die Analyse noch nicht vollständig ist, geht die Logikschaltung zu Schritt S40 über.
Sobald ein Schnittpunkt zwischen dem erweiterten künstlichen Zylinder und dem wirklichen Zylinder gefunden ist, muß festgestellt werden, ob der Schnittpunkt zwischen den beiden wirklichen Zylindern tatsächlich auftritt. Wenn ein Schnittpunkt bei dem erweiterten künstlichen Zylinder auftritt, wird deshalb bei Schritt S40 festgestellt, ob der Schnittpunkt außerhalb des (nicht erweiterten) künstlichen Zylinders liegt oder nicht. Wenn der Schnittpunkt außerhalb des (nicht erweiterten) künstlichen Zylinders liegt, springt die Logikschaltung zu Schritt S38 zurück, weil kein Schnittpunkt zwischen den beiden wirklichen Zylindern auftrat. Wenn herausgefunden wird, daß ein Schnittpunkt im künstlichen Zylinder liegt, wird bei Schritt S42 festgestellt, ob der Schnittpunkt im wirklichen Zylinder liegt oder nicht. Wenn bei Schritt S42 festgestellt wird, daß der Schnittpunkt nicht im wirklichen Zylinder liegt, springt die Logikschaltung zu Schritt S38 zurück und geht wie gerade beschrieben weiter.
Wenn jedoch festgestellt wird, daß der Schnittpunkt im wirklichen Zylinder liegt, wird der Schnittpunkt gleich einem Punkt auf der 3D-Polylinie gesetzt. Dieses Verfahren wird bei der gesamten Bogenlänge des Endes des Zylinders wiederholt, bis eine Menge von Punkten gefunden ist. Die Menge von Punkten wird dann verbunden, um die 3D-Polylinie für jede Biegelinie zu erzeugen. Das Verfahren wird dann für die andere Biegelinie wiederholt und führt zu einem Paar 3D-Polylinien.
Um zu bestimmen, ob der Schnittpunkt im wirklichen Zylinder liegt, wie oben kurz erwähnt wurde, wird eine Ebene erzeugt, die einen am Schnittpunkt zum künstlichen Zylinder tangentialen Punkt einschließt. Dann werden die Endpunkte der Bogensegmente, die beide Enden des wirklichen Zylinders darstellen, auf die Ebene projiziert. 12a zeigt eine Draufsicht einer beispielhaften Ebene P, auf der die wirklichen Zylinderenden, die als Linien l₁, l₂ gezeigt sind, projiziert sind.
Das Verfahren zum Projizieren der Enden des wirklichen Zylinders auf die Ebene P kann auf das Projizieren von vier Punkten auf die Ebene P vereinfacht werden. Um die vier Punkte zu bestimmen, muß jedes Ende zuerst in eine Anzahl von Bogensegmenten eingeteilt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform definiert der Benutzer die Anzahl von Bogensegmenten, in die das Zylinderende eingeteilt ist. Dann wird das Bogensegment bestimmt, das den Schnittpunkt X enthält. Anschließend wird jeder Endpunkt dieses Bogensegments auf die Ebene P projiziert und eine Linie l₁ wird zwischen jenen Endpunkten gezogen. Dann wird das Bogensegment am anderen Ende des Zylinders, das dem Bogensegment entspricht, das den Schnittpunkt enthält, bestimmt und die Endpunkte dieses Bogensegments werden auch auf die Ebene projiziert. Schließlich wird eine Linie l₂ zwischen jenen Endpunkten gezogen.
Um zu bestimmen, ob der Schnittpunkt im wirklichen Zylinder liegt, wird eine neue Linie l₃, die an dem Schnittpunkt X beginnt, parallel zur Biegelinie verlängert. Wenn diese neue Linie l₃ die projizierten Linien l₁, l₃ eine ungerade Anzahl von Malen schneidet, wird entschieden, daß der Schnittpunkt X in dem wirklichen Zylinder liegt. Wenn sich die neue Linie l₃ jedoch eine gerade Anzahl von Malen mit den projizierten Linien l₁, l₂ schneidet, wird entschieden, daß der Schnittpunkt X außerhalb des wirklichen Zylinders liegt.
Anhand der 13 wird die Berechnung der 2D-Polylinie erklärt. Zuerst wird bei Schritt S50 jeder Punkt auf der (oben erzeugten) 3D-Polylinie auseinander geklappt (d.h. in eine Ebene), um flach zu sein, und erzeugt eine W-Platten-Polylinie. Die Bogenlänge der 3D-Polylinie ist die gleiche Länge wie die Länge der W-Platten-Polylinie, d.h. das Schrumpfen der Platte ist noch nicht ausgeführt. Dann wird bei Schritt S52 das zuvor beschriebene Schrumpfen ausgeführt, um die 2D-Polylinie zu bestimmen. Der Schrumpfungsbetrag wird wie oben beschrieben von dem Biegungsabzug abgeleitet. Dann springt die Steuerung bei Schritt S54 zur Aufruffunktion zurück.
Aus der 2D-Polylinie kann eine Schleife (ein Aussparungsloch) erzeugt werden, um den Bereich zu zeigen, der aus der Platte geschnitten werden muß, um die glatte Ecke mit zwei Radien zu erzeugen, wenn die Platte abgekantet ist. Die Schleife ist durch vier Seiten und vier Endpunkte definiert, wie in 10a gezeigt ist. Zwei Endpunkte 41, 43 sind die sich nicht überschneidenden Enden der 2D-Polylinien. Durch das Ausdehnen der Endpunkte 41, 43 jeder 2D-Polylinie parallel zu jeder Biegelinie 12, 14 wird ein dritter Punkt 42 bestimmt, um die verlängerten Linien 48, 49 zu erhalten. Der Schnittpunkt der verlängerten Linien 48, 49 wird dann gleich dem dritten Punkt 42 gesetzt und die verlängerten Linien 48, 49, die durch die Endpunkte (41, 42) und (43, 42) definiert sind, werden gleich den ersten beiden Seiten der Schleife gesetzt. Der vierte Punkt 45 ist der Schnittpunkt der 2D-Polylinien. Die zweiten beiden Seiten der Schleife sind die 2D-Polylinien 40, 40' selbst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden der vierte Punkt (und folglich die zweiten beiden Seiten 40, 40') angepaßt, um potentiellen Zahlenfehler zu kompensieren, die mit den Berechnungen verbunden sind. Die Anpassung schafft eine leicht größere Schleife als die Schleife, die gerade beschrieben wurde, weil eine Durchdringung immer noch auftritt, wenn die Schleife zu klein ist (ein mögliches Ergebnis des Zahlenfehlers). Um das Zahlentoleranzproblem zu vermeiden, wird der Schnittpunkt 45 der Polylinien folglich zum neuen Punkt 45' verschoben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Verschiebung um 1 % bis 2 % des Biegeradius in die in 10a als Pfeil 47 gezeigte Richtung. Die Richtung des Pfeils 47 verläuft längs einer angenäherten Symmetrielinie der 2D-Polylinien in die Richtung von dem 3. Schnittpunkt 42 weg und in Richtung des vierten Schnittpunkts 45. Ein Stanzwerkzeug von der Größe der größeren Schleife (des Aussparungslochs) wird dann verwendet, um das Aussparungsloch zu stanzen, um die Konstruktion des benutzerdefinierten Teils mit einer fertigen Ecke mit zwei Radien zu ermöglichen.
Jetzt wird die Auflösung von anderen Arten von Kollisionen beschrieben. Um eine Kollision zwischen zwei Flächen zu eliminieren, müssen entweder eine kollidierende Fläche oder beide kollidierenden Flächen getrimmt werden. Das Trimmen erfolgt, indem zuerst eine Trimmschleife für die Fläche berechnet wird, wobei die Fläche dann durch die Trimmschleife getrimmt wird. Die Trimmschleife wird berechnet anhand: eines Kollisionstyps (z.B. einer (in 7 gezeigten) Zurücksetzung, eines (in 7 gezeigten) 3D-Trimms oder einer (in 3 gezeigten) Flächenüberlappung), benutzerdefinierter Parameter, welche die gewünschte Fläche-Fläche-Berührung beschreiben, und eines Kollisionsbereichs.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Kollisionserkennungsalgorithmus verwendet werden, um nach einer Kollision zwischen zwei Flächen zu suchen. Der Algorithmus hat drei Zwecke: Überprüfen, ob zwei Flächen kollidieren oder nicht, Berechnen des Kollisionsbereichs bei jeder Fläche und Überprüfen des Kollisionstyps. Um zu überprüfen, ob die beiden Flächen kollidieren, muß der Kollisionsbereich für jede Fläche berechnet werden. Wenn der Kollisionsbereich (der eine Schleife ist) leer ist, gibt es keine Kollision. Der Kollisionsbereich bei einer Fläche wird als Schleife auf der Oberfläche der Fläche dargestellt, so daß jeder beiden Flächen gemeinsame Punkt (d.h. der Kollisionspunkt) in diese Schleife fällt.
Um die Art der Kollision zu klassifizieren, muß eine Anzahl von Parametern berechnet werden. Sobald der Kollisionstyp eindeutig identifiziert ist, werden diese Parameter gespeichert, so daß später, wenn eine entsprechende Routine aufgerufen wird, um die Kollision zu eliminieren, dieselben Parameter verwendet werden können, ohne neu berechnet werden zu müssen. Die Ausgabe des Algorithmus, der den Kollisionstyp klassifiziert, ist einer der folgenden vier Typen: Flächenüberlappung, Zurücksetzung, 3D-Trimm oder keines des oben Genannten.
Anhand von 14 wird nunmehr eine bevorzugte Kollisionsanalyse gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt. Bei Schritt S60 wird ein dreidimensionales abgekantetes Teilmodell analysiert, um festzustellen, ob Kollisionen zwischen Flächen auftreten. Für diese Analyse kann jedes bekannte Kollisionserkennungsverfahren wie etwa ACIS, das von Spatial Technology im Handel erhältlich ist, verwendet werden. Wenn bei Schritt S76 keine Kollisionen gefunden werden, führt die Logikschaltung die Steuerung zur Aufrufroutine zurück. Wenn jedoch eine Kollision gefunden wird, wird die Kollision bei Schritt S62 klassifiziert. Wenn die beiden kollidierenden Flächen parallel zueinander sind, wird die Kollision bei Schritt S64 als Flächenüberlappung klassifiziert. Bei Schritt S66 beginnt eine Funktion zum Auflösen der Flächenüberlappungskollision und wird unten mit Bezug auf 15 beschrieben. Wenn eine Kollision auftritt und die beiden Flächen nicht parallel sind, wird festgestellt, ob die Kollision eine Zurücksetzungskollision oder eine 3D-Trimmkollision ist. Bei Schritt S68 wird festgestellt, ob die Kollision von der Zurücksetzungsart ist. Wenn festgestellt wird, daß die Kollision eine Zurücksetzung ist, geht die Logikschaltung mit Schritt S70 weiter, wo eine Funktion aufgerufen wird, um die Zurücksetzungskollision aufzulösen. Wenn die Kollision keine Zurücksetzung ist, wird die Kollision bei Schritt S72 analysiert, um zu bestimmen, ob sie ein 3D-Trimm ist. Wenn die Kollision ein 3D-Trimm ist, verläuft die Logikschaltung zu S74, wo eine Funktion aufgerufen wird, um die Kollision aufzulösen. Wenn eine Kollision nicht als eine Flächenüberlappung, Zurücksetzung oder als ein 3D-Trimm klassifiziert werden kann, wird der Kollisionstyp undefiniert sein, und die Steuerung springt bei Schritt S76 zur Aufrufroutine zurück. Es wird angemerkt, daß in dem Fall, in dem die Kollision sowohl die Bedingung einer Zurücksetzung als auch die Bedingung eines 3D-Trimms erfüllt, die Kollision als Zurücksetzung klassifiziert wird, weil sie die bevorzugte Klassifizierung ist.
Anhand von 18 wird nunmehr ein beispielhaftes Verfahren zum Klassifizieren des Kollisionstyps beschrieben. Bei Schritt S99 wird festgestellt, ob die kollidierenden Flächen parallel sind. Wenn die Flächen parallel sind, wird die Kollision als Flächenüberlappung klassifiziert und die Logikschaltung springt bei Schritt S101 zurück. Wenn die Flächen nicht parallel sind, muß der Kollisionsbereich bei Schritt S100 bestimmt werden, wobei bei Schritt S102 ein Kollisionsbereichs-Ziehpunktrahmen berechnet werden muß. Der Kollisionsbereichs-Ziehpunktrahmen ist ein Rechteck, bei dem zwei seiner Seiten zu einer Kollisionsschnittlinie parallel sind (die beiden anderen Seiten müssen dann zu den ersten beiden Seiten rechtwinklig sein) und der den Kollisionsbereich in dem Rechteck enthält. Die Kollisionsschnittlinie ist die Schnittlinie der zugrunde liegenden Ebenen der beiden kollidierenden Flächen. Der Kollisionsbereichs-Ziehpunktrahmen wird durch das Finden der Extremwerte des Kollisionsbereichs in Bezug auf vier Vektoren berechnet. Zwei der Vektoren haben entgegengesetzte Richtungen und sind zu der Kollisionsschnittlinie parallel. Die anderen beiden Vektoren haben ebenfalls entgegengesetzte Richtungen, sind jedoch rechtwinklig zur Kollisionsschnittlinie.
Anschließend wird eine Primärseite des Kollisionsbereichs-Ziehpunktrahmens für den speziellen Kollisionsbereichs-Ziehpunktrahmen definiert. Die Primärseite des Kollisionsbereichs-Ziehpunktrahmens ist die Seite des Ziehpunktrahmens, die zu der Kollisionsschnittlinie parallel ist. Zu beachten ist, daß der Kollisionsbereichs-Ziehpunktrahmen zwei Primärseiten hat. Ein Primärseiten-Breitenvektor muß auch in Bezug auf eine Primärseite des Kollisionsbereichs definiert werden. Wenn eine Primärseite des Kollisionsziehpunktrahmens gegeben ist, kann ein Primärseiten-Breitenvektor als zu dieser Primärseite rechtwinklig und auf die andere Primärseite des Kollisionsbereichs-Ziehpunktrahmens zeigend definiert werden.
Beim Überprüfen des Kollisionstyps bei Schritt S103 (18) konstruiert (d.h. berechnet) der Algorithmus eine hypothetische Trimmschleife 200 (14a), trimmt bei Schritt S104 durch die hypothetische Trimmschleife 200 die Fläche 210 und prüft bei Schritt S105, ob der Teil der Fläche, der ausgeschnitten wurde, bestimmte Bedingungen erfüllt. Im Allgemeinen beinhaltet die hypothetische Trimmschleife 200 immer einen Bereich, der den Kollisionsbereich 220 und den Bereich der Fläche entweder links oder rechts von dem Kollisionsbereich 220, wie von 14a aus betrachtet, bedeckt. Die Punkte P₁ bis P₄ aus 14a definieren die hypothetische Trimmschleife. Zuerst könnte es scheinen, daß es ausreicht, nur den Kollisionsbereich (der ein Loch in der Fläche hinterlassen würde) auszuschneiden, um die Kollision zu eliminieren. Das Teil wäre jedoch nicht mit glatten Flächen herstellbar, weil, während in der letzten gebogenen Version des Teils keine Kollision auftritt, bei dem Verfahren des Biegens des Teils Kollisionen auftreten würden. Deshalb muß zusätzlich zu dem Kollisionsbereich auch entweder die linke Seite oder die rechte Seite des Kollisionsbereichs getrimmt werden.
Um den Kollisionstyp auf Zurücksetzung oder 3D-Trimm zu überprüfen, werden bei Schritt S105 beide Flächen entsprechend den folgenden Bedingungen unabhängig getestet. Wenn beide Flächen die entsprechenden Tests (auf entweder Zurücksetzung oder 3D-Trimm) bestehen, wird die Kollision dementsprechend klassifiziert. Wenn eine der Flächen keinen der Tests besteht, springt die Logikschaltung bei Schritt 108 zur Aufrufroutine zurück und ein Trimmen findet nicht statt.
Zuerst müssen bei Schritt S103 zwei hypothetische Trimmschleifen konstruiert werden, eine für den linken Bereich 200 und die andere für den rechten Bereich. Zweitens wird durch das Berechnen einer Booleschen Funktion "Fläche A Trimmschleife", die bei Schritt S104 den Schnittpunkt der Fläche 210 und der hypothetischen Trimmschleife 200 berechnet, bei jeder hypothetischen Trimmschleife 200 ein Teil des Materials von der Fläche 210 ausgeschnitten. Mit anderen Worten ist das ausgeschnittene Teil der von sowohl der Fläche 210 als auch von der hypothetischen Trimmschleife 200 bedeckte Bereich. Drittens werden das ausgeschnittene Teil auf der linken Seite und dann das ausgeschnittene Teil auf der rechten Seite bei Schritt S105 auf bestimmte (unten beschriebene) Eigenschaften getestet. Wenn ein ausgeschnittenes Teil bei Schritt S107 schließlich die erforderlichen Eigenschaften erfüllt, dann besteht diese Fläche den Kollisionstyptest. Beide Flächen müssen jedoch denselben Test bestehen. Die zum Berechnen der hypothetischen Trimmschleife 200 verwendeten Parameter werden bei Schritt S110 dann für die spätere Verwendung gespeichert.
Beim Berechnen der hypothetischen Trimmschleife 200 (Schritt S103) wird eine Schätzung gemacht, ob die Kollision eine Zurücksetzung oder ein 3D-Trimm ist. Dann wird die entsprechende hypothetische Trimmschleife berechnet. Für den 3D-Trimm wird die hypothetische Trimmschleife 200 auf dieselbe Weise wie für die (unten beschriebene) Zurücksetzung konstruiert, mit nur einem Unterschied. Wenn beim 3D-Trimm eine Primärseite des Kollisionsbereichs gewählt ist, werden die Ecken p₁ und p₂ durch das Erweitern der Primärseite in beide Richtungen berechnet, so daß die Punkte p₁ und p₂ außerhalb der Fläche liegen werden. Andererseits werden die Punkte p₁ und p₂ bei der Zurücksetzung die Endpunkte der ausgewählten Primärseite sein.
Die hypothetische Trimmschleifenkonstruktion wird jetzt für die Zurücksetzung beschrieben. Die folgende Beschreibung nimmt an, daß die hypothetische Trimmschleife 200 für die linke Seite des in 14a gezeigten Kollisionsbereichs 220 konstruiert wird, obwohl der Algorithmus identisch ist, wenn die hypothetische Trimmschleife 200 für die rechte Seite konstruiert wird, mit der Ausnahme, daß rechts und links in den Richtungen bei jedem Schritt umgekehrt sind.
Die hypothetische Trimmschleife 200 ist ein durch vier Ecken p₁, p₂, p₃ und p₄ definiertes Rechteck. Folglich sind die Seiten des Rechtecks die Linien (p₁, p₂) (p₂, p₃) (p₃, p₄) und (p₄, p₁).
Zuerst wird die am weitesten rechte Primärseite des Kollisionsbereichs-Ziehpunktrahmens ausgewählt. Die am weitesten rechte Seite wird genutzt, weil die hypothetische Trimmschleife 200 sowohl den Kollisionsbereich 220 als auch den Bereich der Fläche links von dem Kollisionsbereich bedecken muß (weil die hypothetische Trimmschleife 200 für die linke Seite konstruiert ist). Die Endpunkte der ausgewählten Primärseite werden die Ecken p₁ und p₂ sein.
Als Nächstes wird ein Vektor ν berechnet. Der Vektor ν hat dieselbe Richtung wie der für die ausgewählte Primärseite definierte Primärseiten-Breitenvektor. Die Länge des Vektors ν wird gleich einem Wert d gesetzt, so daß d größer als die größte Dimension der Fläche, d.h. die Länge oder Breite, ist. Die Verwendung des Werts d, der größer als die größte Flächendimension ist, garantiert, daß die Breite der Trimmschleife ausreichend groß ist, um sicherzustellen, daß der gesamte Bereich links von dem Ziehpunktrahmen auch von der Fläche entfernt wird. Schließlich werden die Ecken p₃ = p₂ + ν und p₄ = p₁ + ν berechnet und die Ecken werden verbunden, um die hypothetische Trimmschleife 200 zu erzeugen.
Sobald eine hypothetische Trimmschleife erzeugt ist, wird sie verwendet, um ein Metallteil aus der Fläche zu schneiden (Schritt S104). Dieses ausgeschnittene Teil wird dann auf bestimmte Eigenschaften getestet (Schritt S105). Um bei Schritt S107 zu bestimmen, ob das ausgeschnittene Teil die Tests bestanden hat, muß das ausgeschnittene Teil die folgenden Eigenschaften erfüllen:

1) Das ausgeschnittene Teil darf keine neben einer Biegelinie liegende Kante enthalten, so daß die verbleibende Fläche keine neben derselben Biegelinie liegende Kante enthält. Das Erfüllen der Eigenschaft 1 stellt sicher, daß beim Trimmen keine Biegelinie vollständig ausgeschnitten wird.
2) Keine Kante in dem ausgeschnittenen Teil kann ein Teil eines Lochs in der Originalfläche sein. Das Erfüllen der Eigenschaft 2 stellt sicher, daß beim Trimmen kein Loch geschnitten wird. Jede Kante des ausgeschnittenen Teils wird überprüft, um zu sehen, ob sie von einem Loch in einer ursprünglichen Version des Teils kam. Bei der Überprüfung auf Zurücksetzung bei Schritt S107 muß das ausgeschnittene Teil sowohl die ersten beiden Eigenschaften aufweisen als auch eine zusätzliche Bedingung erfüllen:
3) Die Breite des ausgeschnittenen Teils in der Richtung der Primärseiten-Breitenvektoren darf nicht größer als eine Konstante c mal der Metalldicke sein. Wenn die Fläche mit der hypothetischen Trimmschleife geschnitten wird, muß das entstehende ausgeschnittene Teil im Allgemeinen nicht unbedingt nur ein Teil sein. Statt dessen kann es eine Anzahl von getrennten Teilen des Materials enthalten. Wenn dies vorkommen sollte, dann werden Teile, die keine neben dem Kollisionsbereich liegende Kante enthalten, verworfen. Verbleibende Teile werden dann auf das Entsprechen der Eigenschaften getestet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wert von c 2 bis 3.

Wenn das ausgeschnittene Teil bei Schritt S107 die Tests erfüllt, wird die Kollision klassifiziert, wobei bei Schritt S110 bestimmte Parameter gesichert werden und die Steuerung bei Schritt S111 zur Aufruffunktion zurückspringt. Wenn das ausgeschnittene Teil bei Schritt S107 die Tests nicht besteht, schlägt der Versuch, die Kollision als den gewählten Typ beim Konstruieren der hypothetischen Trimmschleife zu klassifizieren, fehl und die Steuerung springt bei Schritt S108 zur Aufruffunktion zurück. An dieser Stelle kann bei Schritt S103 eine andere hypothetische Trimmschleife (für den zuvor nicht geprüften Kollisionstyp) konstruiert werden und das Verfahren kann sich wiederholen.
Sobald ein Kollisionstyp eindeutig identifiziert ist, werden drei Parameter, die beim Überprüfen des Kollisionstyps verwendet werden, für die Verwendung gespeichert, wenn das tatsächliche Trimmen ausgeführt ist. Zuerst werden zwei Extremwerte des ausgeschnittenen Teils (oder der Teile bei mehr als einem Teil) längs der Linie, die die Primärseite bedeckt (Bedeckungslinie), berechnet, auf dieser Bedeckungslinie erfaßt und für die künftige Verwendung gespeichert. Später werden diese Punkte als Punkte p₁ und p₂ bezeichnet. Auch ein Vektor w wird gespeichert (Schritt S110). Der Vektor w hat dieselbe Richtung wie der Primärseiten-Breitenvektor der Primärseite, die den Test bestanden hat. Die Länge von w ist die Breite des ausgeschnittenen Teils in Bezug auf den Primärseiten-Breitenvektor.
Sobald die Kollision entweder als Zurücksetzung oder als 3D-Trimm klassifiziert ist, muß das Übermaß jeder Fläche oder beider Flächen getrimmt werden, damit es dort nach dem Biegen einen glatten Übergang zwischen den Flächen gibt. Außerdem kann das Übermaß getrimmt werden, um eine Lücke zwischen den Außenflächen der Flächen nach dem Biegen zu lassen, was zu einer offenen Ecke führt. Wenn der Schnitt nahe einer Biegelinie liegt, sollte der Schnitt außerdem so versetzt werden, daß er zur Biegelinie parallel ist, so daß ein fertiger aussehendes Teil erzeugt wird. Folglich kann es sein, daß die hypothetische Trimmschleife vor dem Trimmen der Fläche angepaßt werden muß, um die Kollision bei jeder Fläche aufzulösen. Die Anpassung wird auf der Grundlage der Parameter p₁, p₂ und w, die während der Kollisionstypprüfung berechnet werden, und benutzerdefinierter Parameter ausgeführt.
Die benutzerdefinierten Parameter beschreiben die gewünschte Fläche-Fläche-Berührung. Mögliche Fläche-Fläche-Berührungstypen sind die in 14b gezeigte offene Ecke und die in 14c gezeigte geschlossene Ecke. Offene Ecke bedeutet, daß sich beide Flächen an der Innenseitenebene (d.h. an der Ebene der anderen Fläche, die der ersten Fläche näher ist) der anderen Fläche berühren. Geschlossene Ecke bedeutet, daß eine Fläche die Innenseitenebene der anderen Fläche berührt und die andere Fläche die Außenseitenebene der ersten Fläche berührt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform muß der Benutzer beim Erzeugen einer geschlossenen Ecke einen Versatzwert eingeben. Der Versatzwert wird verwendet, um den Betrag zu definieren, um den die Flächenkante von der offenen oder geschlossenen Stellung versetzt sein sollte.
Wie oben erwähnt wurde, muß eine Trimmschleife berechnet werden, um die Fläche zu trimmen. Die Trimmschleife ist eine Schleife, die vier Linien (nicht unbedingt ein Rechteck) enthält, die entsprechend einem jetzt beschriebenen Algorithmus berechnet werden.
Um eine Trimmschleife zu konstruieren, müssen vier Ecken p₂, p₃ und p₄ definiert sein. Sobald p₁, p₂, p₃ und p₄ bekannt sind, kann die Trimmschleife aus den Linien (p₁, p₂) (p₂, p₃) (p₃, p₄) und (p₄, p₁) geschaffen werden. Am Anfang werden die Ecken p, und p₃ der Trimmschleife den Punkten p₁ und p₂, die durch den Kollisionstyp-Erkennungsalgorithmus bei Schritt S110 berechnet und gespeichert werden, gleich gesetzt. Dann werden die benutzerdefinierten Parameter überprüft, um die Art der gewünschten Ecke zu bestimmen. Wenn der Benutzer eine geschlossene Ecke gewählt hat, ist etwas weniger Trimmen erforderlich, um die gewünschte Ecke zu erzeugen. Dementsprechend werden p₁ und p₂ in Richtung w verschoben. Der Verschiebungsbetrag ist der Dicke der anderen Fläche gleich. Wenn eine offene Ecke gewählt wird, werden die ursprünglichen p, und p₂ verwendet. Sobald p₁ und p₂ der Trimmschleife bekannt sind, können die Ecken p₃ und p₄ als p₃ = p₂ + w und p₄ = p₁ + w berechnet werden. Es wird angemerkt, daß die Linien (p₁, p₂) und (p₃, p₄) zur Kollisionsschnittlinie parallel sind.
Als Nächstes wird festgestellt, ob irgendeine Ecke p₁ oder p₂ sehr nahe bei einer Biegelinie liegt, die neben der Fläche liegt. Es wird angenommen, daß ein Punkt p₁ nahe bei der Biegelinie liegt, wenn sein Abstand von der Biegelinie nicht mehr als (b + ε) beträgt, wobei ε eine Abstandstoleranz (normalerweise innerhalb von 10^–4 bis 10^–6 Teil-Einheiten (typischerweise mm oder Zoll)) ist und b die Hälfte einer Breite des Biegelinienbereichs beträgt. Der Biegeliniebereich ist der Bereich des durch das Biegen während des Biegeverfahrens transformierten Metalls. Die Breite des Biegelinienbereichs ist die Dimension des Biegeliniebereichs in der zur Biegelinie selbst rechtwinkligen Richtung.
Wenn es vorkommt, daß p₁ in der Nähe der Biegelinie liegt, wie es oben definiert ist, wird p₁ bis zu der zur Kollisionsschnittlinie parallelen Biegelinie ausgedehnt. Wenn festgestellt werden würde, daß entweder p₁ oder p₂ in der Nähe der Biegelinie liegen und bis zu der Biegelinie ausgedehnt werden würde, muß die Linie (p₂, p₃) (bzw. (p₄, p₁)) umgesetzt werden, so daß sie zur Biegelinie parallel ist. Die Umsetzung findet durch das Verlängern von p₃ (bzw. p₄) bis zu derselben zur Kollisionsschnittlinie parallelen Biegelinie statt.
Im Ergebnis dieses Verfahrens kann ein flaches Blechteil konstruiert werden, wie in 23 gezeigt ist. Es wird angemerkt, daß sich die Schnittlinie 50 durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung ergibt. Als Ergebnis der in 21 gezeigten Schnittlinie kann das in 20 gezeigte fertige 3D-Teil mit einer glatten, fertigen Ecke konstruiert werden.
Anhand der 15 wird nunmehr ein beispielhaftes Verfahren zum Auflösen einer in 3 gezeigten Flächenüberlappungskollision beschrieben. Zuerst werden bei Schritt S80 die kollidierenden Flächen von ihren 3D-Teilkoordinaten in 2D- Bildschirmkoordinaten transformiert. Dann wird bei Schritt S82 für jede Fläche die längste Biegelinie auf der kollidierenden Fläche gefunden. Bei Schritt S84 wird die längste Biegelinie bei jeder Fläche gleich der größeren Seite gesetzt.
Anschließend wird bei Schritt S86 für jede Fläche ein Ziehpunktrahmen konstruiert. Eine Ziehpunktrahmenlänge wird durch das Ausdehnen der größeren Seite parallel zu der Biegelinie erhalten, so daß ein Rechteck mit dieser Länge die vollständige Breite der anderen Fläche umfaßt. Die Breite des Ziehpunktrahmens wird durch das Übertragen der zur Biegelinie rechtwinkligen größeren Seite erhalten, so daß ein Rechteck mit dieser Breite einen Kreis um alle Überlappungspunkte der anderen Fläche und um beliebige Punkte, die sich an der Überlappung vorbei in der Längsrichtung der anderen Fläche erstrecken, beschreiben würde. Nachdem die Länge und Breite bestimmt sind, wird der Rahmen gezogen. Folglich ist der Ziehpunktrahmen für eine Fläche einfach das kleinste Rechteck, das diese Fläche und den unerwünschten Überlappungsbereich der anderen Fläche, der an der Kollision beteiligt ist, vollständig umfaßt. Ein Vorteil der Verwendung eines Ziehpunktrahmens ist, daß, wenn die Fläche eine unregelmäßige Form hat, der Ziehpunktrahmen eine Annäherung erzielt, die eine leichtere Berechnung ermöglicht.
Nachdem der Ziehpunktrahmen konstruiert ist, wird bei Schritt S88 die kleinere Seite jeder Fläche gefunden. Die kleinere Seite wird durch das Betrachten der drei Seiten der Fläche außer der größeren Seite und das Wählen der kleineren Seite als die der größeren Seite der anderen Fläche nächste Seite bestimmt. Dann wird bei Schritt S90 eine Achse erzeugt und ein Anfangspunkt und Diagonalpunkte werden lokalisiert. Der Diagonalpunkt stellt einen zum Anfangspunkt diagonalen Punkt dar. Die Achse wird durch das Erweitern beider größeren Seiten parallel zu den entsprechenden Biegelinien erzeugt. Der Anfangspunkt ist der Schnittpunkt der erweiterten größeren Seiten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können der Anfangspunkt und die Diagonale durch Mustervergleich bestimmt werden. Die Menge aller möglichen Flächenüberlappungskonfigurationen ist in den 19a bis 19j gezeigt. Die Bezugszeichen M₁ bzw. M₂ bezeichnen die größeren Seiten einer Primärfläche und einer Sekundärfläche. Die Bezugszeichen m₁ und m₂ bezeichnen die kleineren Seiten der Primärfläche bzw. der Sekundärfläche. Nachdem die Feststellung der Flächenüberlappungskonfiguration der überlappenden Flächen analysiert ist und die Konfiguration mit der in der Tabelle in den 19a bis 19j gezeigten entsprechenden Konfiguration auf Gleichheit geprüft ist, wird der Anfangspunkt folglich gleich dem als O bezeichneten Schnittpunkt gesetzt, wobei der Diagonalpunkt gleich dem als D gekennzeichneten Punkt gesetzt wird.
Als Nächstes wird der Schnittyp ausgewählt. Beispielhafte Schnittypen sind diagonal und 45°. Ein Diagonalschnitt erstreckt sich vom Anfangspunkt zum Diagonalpunkt. Ein 45°-Schnitt erstreckt sich von dem Anfangspunkt mit einem 45°-Winkel in Bezug auf die größere Seite der Primärfläche.
Dann wird bei Schritt S92 die Schnittschleife bestimmt. Wenn ein Diagonalschnitt gewählt wird, wird der Ziehpunktrahmen jeder Fläche mit der diagonalen Linie getrimmt, die die Diagonalschnittschleifen erzeugt. Wenn der 45°-Schnitt gewählt wird, werden beide Ziehpunktrahmen mit einer 45°-Linie getrimmt, die den 45° Schnitt erzeugt.
Bei Schritt S94 wird die Schnittschleife verwendet, um die Flächen auszuschneiden. Um die Primärfläche zu trimmen, wird zuerst die Schnittschleife der Sekundärfläche verwendet, um die Primärfläche auszuschneiden. Als Nächstes wird die Primärschnittschleife verwendet, um die Sekundärfläche zu trimmen. Schließlich führt die Logikschaltung bei Schritt S96 die Steuerung zur Aufrufroutine zurück.
Folglich hat jede Fläche eine Schnittschleife und der Schnittpunkt zwischen einer Fläche und der Schnittschleife der anderen kollidierenden Fläche ist das, was entfernt wird. Natürlich kann jeder Standardalgorithmus zum Berechnen des Schnittpunkts zwischen den Flächen verwendet werden und dementsprechend wird ein solcher Algorithmus hierin nicht beschrieben. Das Verfahren von Schritt S94 wird genutzt, so daß nicht die gesamte Überlappung von einer der Flächen entfernt wird, sondern ein Abschnitt von jeder Fläche entfernt wird. Insbesondere wird, wie in 16 gezeigt ist, ein ungefähr dreieckiger Abschnitt aus jeder Fläche ausgeschnitten, um die sich glatt treffenden Flächen zu erreichen.
Ein Beispiel für ein Teil, bei dem eine 45°-Schnittlinie verwendet wird, ist in 16 gezeigt, wo die Kollision zwischen den Flächen 24 (3) entfernt ist und eine fertiger aussehende Diagonalschnittlinie 42 anstelle der das kollidierenden Flächen gelassen ist. 17 zeigt ein entsprechendes flaches auseinandergeklapptes Blechteil mit den richtigen Schnitten, um das in 16 gezeigte fertige dreidimensionale Blechteil zu erreichen. Es wird angemerkt, daß die Schnitte 44, 46 des flachen Blechteils ermöglichen, daß das flache Blechteil zu dem in 16 gezeigten fertigen Blechteil gebogen wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wiederholt sich das Verfahren automatisch für alle Paare von kollidierenden Flächen in einem Teil. Ein Benutzer kann den gewünschten Schnitt folglich einfach auswählen und das Computerprogramm der vorliegenden Erfindung bestimmt für alle Paare von kollidierenden Flächen die entsprechenden Schnitte, um ein fertiges Teil zu erreichen. Mit anderen Worten, wenn es zwei Paare von Flächen gibt, die in einem Teil überlappen, wird der Schnitt für beide Paare von Flächen automatisch bestimmt, anstatt dem Benutzer die Wahl des Schnittyps bei jeder Flächenüberlappung zu überlassen.
In Situationen, wo ein Teil so konstruiert ist, daß zwei nicht parallele Flächen in einem abgekanteten Teil nicht kollidieren und sich nicht genau treffen, ist es schwierig, die Form für eine Platte zu berechnen, um glatte, eng anliegende, (auf Wunsch) geschlossene Ecken zu erzeugen. Das in 5 gezeigte Teil ist ein solches Teil mit einem Biegewinkel von weniger als 90° und einer Lücke an beiden Ecken. Um die Ecke ohne die Lücke zu erzeugen, wie in 23 gezeigt ist, muß eine Fläche oder müssen beide Flächen 26, 28 ausgedehnt werden. Die Aufgabe ist folglich, die Fläche(n) so auszudehnen, daß sich die Flächen genau an einer Schnittlinie treffen und daß eine genaue Berührung auftritt, d.h. die Lücke zwischen den Flächen geschlossen ist. Alternativ kann sich ein Benutzer dafür entscheiden, eine Lücke mit einer gewählten Größe zwischen den Ecken zu lassen.
Ein beispielhaftes Verfahren für das Ausdehnen einer Fläche gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt mit Bezug auf 22 erklärt. Bei Schritt S150 erhält die entsprechende Funktion die 3D-Geometrie des abgekanteten Teils. Bei S152 wählt ein Benutzer eine Linie auf einer Fläche (Fläche 1), die ausgedehnt wird. An dieser Stelle kann ein Benutzer eine Linie auf einer Fläche oder auf beiden Flächen auswählen. Die Linie definiert die Seite der Fläche, die der Benutzer ausdehnen möchte. Wenn eine Linie auf beiden Flächen gewählt wird, wird das folgende Verfahren für jede ausgewählte Linie wiederholt. Die folgende Beschreibung nimmt jedoch an, daß nur eine Linie gewählt ist, d.h. nur eine Fläche ausgedehnt wird.
Bei Schritt S154 wählt der Benutzer eine Zielfläche, bis zu der die Fläche 1 ausgedehnt wird. Die gewählte Zielfläche definiert die Zielebene. An dieser Stelle werden drei Durchführbarkeitsprüfungen ausgeführt, um zu bestimmen, ob die durch den Benutzer gewählte Ausdehnung möglich ist. Bei Schritt S156 wird eine Prüfung vorgenommen, ob die Fläche 1 parallel zur Zielfläche ist. Wenn bei Schritt S158 die Fläche 1 nicht parallel zur Zielfläche ist, wird festgestellt, ob die gewählte Linie rechtwinklig zur Zielfläche ist. Wenn das Ergebnis negativ ist, wird bei Schritt S160 bestimmt, ob die Fläche 1 mit der Zielfläche kollidiert. Wenn das Ergebnis bei einem der Schritte S156, S158 oder S160 "ja" ist, kann die Flächenausdehnung nicht stattfinden und die Steuerung springt bei Schritt S170 zur Aufruffunktion zurück. Wenn das Ergebnis jedoch bei allen drei Durchführbarkeitsprüfungen negativ ist, wird die gewählte Linie bei Schritt S162 gelöscht und das Verfahren zum Erzeugen drei neuer Linien beginnt.
Zuerst muß bei Schritt S164 von einem Benutzer die Ausdehnungsrichtung gewählt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Richtung entweder rechtwinklig oder tangential zur zuvor gewählten Linie sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorgabeausdehnungsrichtung tangential. Wenn die Tangente jedoch parallel zur Zielfläche ist, kann die tangentiale Richtung nicht verwendet werden. Als Nächstes wird bei Schritt S166 die Ausdehnungslänge berechnet. Die Ausdehnungslänge wird als der Abstand von der Zielebene zu jedem Endpunkt der zuvor gewählten Linie berechnet. Folglich können zwei neue Punkte mit der Ausdehnungsrichtung und der Ausdehnungslänge so berechnet werden, daß die beiden neuen Punkte auf der Ebene der Zielfläche liegen. Wenn die gewählte Ausdehnungsrichtung tangential ist, sind die neuen Punkte eine Fortsetzung der Kanten 29, 30 der Fläche 1 zur Zielfläche. Andernfalls sind die neuen Punkte zu der durch den Benutzer gewählten Linie rechtwinklig und liegen in der Ebene der Zielfläche.
Bei Schritt S168 wird eine Schleife mit den beiden neuen Punkten und den Endpunkten der ursprünglich gewählten Linie konstruiert. Die Schleife wird mit der Fläche 1 fusioniert, was zu einer neuen Fläche 1 führt, wodurch eine Ecke ohne eine Lücke erreicht wird, wie in 23 gezeigt ist. 24 zeigt die Form der Platte, die erforderlich ist, um das in 23 gezeigte Teil zu erreichen. Insbesondere sind die Schnittlinien 60, 62 zu beachten, die sich aus dem gerade beschriebenen logischen Verfahren ergeben. Nachdem die Schleife mit der Fläche 1 fusioniert ist, springt die Steuerung bei Schritt S170 zur Aufruffunktion zurück. Bei dem in 24 gezeigten Beispiel wurden im Gegensatz zu der einzelnen Fläche, die oben als ausgedehnt beschrieben ist, beide Flächen ausgedehnt.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind, daß professionell aussehende Teile schnell und effektiv konstruiert werden können. Die technischen Daten der Platte können jetzt schnell und preisgünstig berechnet werden.

Claims

Vorrichtung zum Auflösen einer Kollision zwischen einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche eines durch ein 3D-Modell dargestellten Blechteils, wobei die Flächen miteinander kollidieren, wenn ein 2D-Modell eines mit einem CAD-System konstruierten flachen Blechteils in das auf dem CAD-System angezeigten 3D-Modell abgekantet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung umfaßt: – Mittel zum Erkennen jeder Kollision zwischen den Flächen, die nebeneinander zu liegen kommen, wenn das 2D-Modell in das 3D-Modell abgekantet wurde, – Mittel zum Analysieren der Kollision und – Mittel zum Eliminieren der Kollision durch Konstruieren eines 2D-Modells eines modifizierten flachen Blechteils, das abgekantet werden kann, ohne zu der Kollision zu führen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Analysemittel ein Polylinien-Berechnungsmittel zum Berechnen von Polylinien (40, 40'), die einem Kollisionsbereich entsprechen, umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Analysemittel ferner ein Schnittschleifen-Berechnungsmittel zum Berechnen einer Schnittschleife aus den Polylinien umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Eliminierungsmittel ein Beseitigungsmittel umfaßt, um mittels der Schnittschleife einen Abschnitt des 2D-Modells des flachen Blechteils zu entfernen.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, wobei das Polylinien-Berechnungsmittel einen Betrag kompensiert, um den das Teil während des Biegens sich ausdehnt bzw. schrumpft.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, wobei das Polylinien-Berechnungsmittel die Polylinie berechnet, indem es eine Biegelinie als einen imaginären Zylinder modelliert, um Schnittpunkte an kollidierenden Flächen zu analysieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Analysemittel ein Ziehpunktrahmen-Berechnungsmittel umfaßt, um einen ersten Ziehpunktrahmen eines Kollisionsbereichs (220), welcher der ersten Fläche entspricht, und einen zweiten Ziehpunktrahmen eines Kollisionsbereichs, welcher der zweiten Fläche entspricht, zu berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Analysemittel ferner ein erweitertes Ziehpunktrahmen-Berechnungsmittel umfaßt, um einen ersten erweiterten Ziehpunktrahmen aus dem ersten Ziehpunktrahmen und einen zweiten erweiterten Ziehpunktrahmen aus dem zweiten Ziehpunktrahmen zu berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Eliminierungsmittel ein Trimmschleifen-Berechnungsmittel umfaßt, um anhand des jeweiligen erweiterten Ziehpunktrahmens und anhand von Benutzereingabeparametern, die sich auf die Auswahl des Schnittyps beziehen, für jede Fläche (210) eine Trimmschleife (200) zu berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Eliminierungsmittel ferner ein Berechnungsmittel umfaßt, um einen ersten Überschneidungsbereich zwischen der ersten Fläche und der Trimmschleife der zweiten Fläche zu berechnen und den ersten Überschneidungsbereich von der ersten Fläche zu entfernen und um einen zweiten Überschneidungsbereich zwischen der zweiten Fläche und der Trimmschleife der ersten Fläche zu berechnen und den zweiten Überschneidungsbereich von der zweiten Fläche zu entfernen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Schnittyp einen 45-Grad-Schnitt oder einen Diagonalschnitt umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Analysemittel – die Kollision wenigstens in eines von Flächenüberlappung, Zurücksetzung und 3D-Trimm klassifiziert und – das Eliminierungsmittel entsprechend der Klassifizierung der Kollision steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei, wenn die Kollision als 3D-Trimm oder als Zurücksetzung klassifiziert wird, – das Trimmschleifen-Berechnungsmittel für jede Fläche, die einen entsprechenden Kollisionsbereichs-Ziehpunktrahmen und einen Bereich auf der jeweiligen Fläche zu einer Seite des Kollisionsbereichs-Ziehpunktrahmens enthält, eine Trimmschleife berechnet, – ein Schneidmittel den Schnittpunkt der Trimmschleife und der Fläche schneidet, um ein ausgeschnittenes Teil zu erzeugen, und – ein Testmittel jedes ausgeschnittene Teil auf einen Schnittpunkt mit einem Loch und einer Biegelinie in dem 3D-Modell testet.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Eliminierungsmittel des Weiteren ein Modifizierungsmittel enthält, um jede Trimmschleife zu modifizieren, wenn sie sich in der Nähe einer Biegelinie befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei, wenn die Kollision als Zurücksetzung klassifiziert wird, ein Vergleichsmittel jedes ausgeschnittene Teil mit einem zuvor festgelegten Mehrfachen der Dicke des Blechs vergleicht.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei, wenn die Kollision als 3D-Trimm klassifiziert wird, ein Vergrößerungsmittel jede Trimmschleife so vergrößert, daß die Trimmschleife in einer Dimension größer ist als eine Länge und Breite der kollidierenden Fläche.
Vorrichtung zum Ermöglichen sanfter Übergänge zwischen Flächen eines durch ein 3D-Modell dargestellten Blechteils, wenn ein 2D-Modell eines mit einem CAD-System konstruierten flachen Blechteils zu dem auf dem CAD-System angezeigten 3D-Modell abgekantet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung folgendes umfaßt: – Mittel zum Analysieren einer Lücke zwischen Flächen, die sich einander nähern, wenn das 2D-Modell in dem 3D-Modell abgekantet wird, und – Mittel zum Eliminieren der Lücke durch Konstruieren eines 2D-Modells eines modifizierten flachen Blechteils, das abgekantet werden kann, ohne daß die Lücke entsteht.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das Analysemittel des weiteren ein Auswahlmittel zum Auswählen einer Kante einer ersten Fläche (26, 28), die ausgedehnt werden soll, einer Zielfläche, bis zu der die erste Fläche ausgedehnt wird, und einer Ausdehnungsrichtung, entlang der die Kante der ersten Fläche zur Zielfläche hin ausgedehnt wird, umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Analysemittel des weiteren ein Berechnungsmittel umfaßt, um anhand von Endpunkten der Kante der ersten Fläche, der Ausdehnungsrichtung und der Zielfläche eine Schleife zu berechnen, und wobei das Eliminierungsmittel des Weiteren ein Fusionierungsmittel umfaßt, um eine neue Fläche zu berechnen, welche die erste Fläche und die Schleife beinhaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Ausdehnungsrichtung eine Tangente zur ersten Fläche oder eine Normale zur ersten Fläche umfaßt.
Verfahren zum Ermöglichen sanfter Übergänge zwischen Flächen eines durch ein 3D-Modell dargestellten Blechteils, das entsteht, wenn ein 2D-Modell eines mit einem CAD-System konstruierten flachen Blechteils zu dem auf dem CAD-System angezeigten 3D-Modell abgekantet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgendes umfaßt: – Erkennen einer Kollision zwischen Flächen des 3D-Modells, die nebeneinander zu liegen kommen, wenn das 2D-Modell in dem 3D-Modell abgekantet wurde, – Analysieren der Kollision und – Eliminieren der Kollision durch Konstruieren eines 2D-Modells eines modifizierten flachen Blechteils, das in dem 3D-Modell abgekantet werden kann, ohne zu der Kollision zu führen.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Analysieren umfaßt: – Berechnen von Polylinien, die einem Kollisionsbereich entsprechen und einen Betrag kompensieren, um den das Teil während des Biegens sich ausdehnt bzw. schrumpft, wobei die Polylinien berechnet werden, indem die sich überschneidenden Biegelinien mit imaginären Zylindern modelliert werden, um Schnittpunkte an kollidierenden Flächen zu analysieren, – Berechnen einer Schnittschleife aus den Polylinien, – wobei das Eliminieren das Verwenden der Schnittschleife zum Entfernen eines Abschnitts des 2D-Modells des flachen Blechteils umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Analysieren folgendes umfaßt: – Berechnen eines Ziehpunktrahmens für jede kollidierende Fläche, der einen Kollisionsbereich umschließt, welcher der jeweiligen Fläche entspricht, – Berechnen eines erweiterten Ziehpunktrahmens für jeden Ziehpunktrahmen jeder Fläche, – wobei das Eliminieren das Berechnen einer Trimmschleife für jede Fläche anhand des erweiterten Ziehpunktrahmens für jede Fläche und anhand von Benutzereingabeparametern, die sich auf die Auswahl des Schnittyps beziehen, umfaßt, und – Berechnen eines ersten Überschneidungsbereichs zwischen der ersten Fläche und der Trimmschleife der zweiten Fläche und Entfernen des ersten Überschneidungsbereichs von der ersten Fläche sowie Berechnen eines zweiten Überschneidungsbereichs zwischen der zweiten Fläche und der Trimmschleife der ersten Fläche und Entfernen des zweiten Überschneidungsbereichs von der zweiten Fläche.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Analysieren folgendes umfaßt: – Klassifizieren der Kollision wenigstens in eines von Flächenüberlappung, Zurücksetzung und 3D-Trimm und – Steuern der Eliminierung entsprechend der Klassifizierung, – wobei, wenn die Kollision als 3D-Trimm oder als Zurücksetzung klassifiziert wird, das Analysieren des Weiteren folgendes umfaßt: – Berechnen einer Trimmschleife für jede Fläche, die einen Kollisionsbereichs-Ziehpunktrahmen und einen Bereich auf der jeweiligen Fläche zu einer Seite des Kollisionsbereichs-Ziehpunktrahmens enthält, – Schneiden der Fläche mit der Trimmschleife zur Herstellung eines ausgeschnittenen Teils und – Testen des ausgeschnittenen Teils auf einen Schnittpunkt mit einem Loch und einer Biegelinie in dem 3D-Modell, – wobei das Eliminieren des Weiteren das Modifizieren der Trimmschleife umfaßt, wenn sie sich in der Nähe einer Biegelinie befindet, – wobei, wenn die Kollision als Zurücksetzung klassifiziert wird, das Analysieren des Weiteren das Vergleichen des ausgeschnittenen Teils mit einem zuvor festgelegten Mehrfachen der Dicke des Blechs umfaßt, – wobei, wenn die Kollision als 3D-Trimm klassifiziert wird, das Analysieren des Weiteren das Vergrößern der Trimmschleife jeder Fläche derart umfaßt, daß die Trimmschleife in einer Dimension größer ist als eine Länge und Breite der Fläche.