JP2007004529A - Apparatus for preparing three-dimensional surface with updatable shape - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、形状更新可能な3次元表面作成装置、すなわち、コンピュータからのデータを用いて3次元表面を作成するための装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional surface creation device capable of updating a shape, that is, a device for creating a three-dimensional surface using data from a computer.
3次元表面(以下、3D表面という。)は、いくつかの方法で形成することが可能である。例えば、コンピュータ制御のフライス盤を用いて、数値入力データで記述された表面を作成することができる。表面のフライス削りは、金属,プラスチック又は木材などの各種の材料に対して行うことができる。あるいは、架橋結合ポリマーに対してレーザーを用いる立体リソグラフィ装置が開発されている。ポリマーに対するレーザービームの相対的位置関係は、要求される表面を記述する入力データを用いるコンピュータシステムにより制御される。 A three-dimensional surface (hereinafter referred to as a 3D surface) can be formed by several methods. For example, a computer-controlled milling machine can be used to create a surface described by numerical input data. Surface milling can be performed on various materials such as metal, plastic or wood. Alternatively, stereolithography apparatuses that use lasers for cross-linked polymers have been developed. The relative position of the laser beam relative to the polymer is controlled by a computer system using input data describing the required surface.
上記従来技術は、いずれも高額な装置を必要とするという問題がある。また、従来技術による場合は、一旦、表面が形成されると、固定化されてしまい、その上に別形状の表面の形成又は同形状の表面の再生が不可能である。 All of the above prior arts have the problem of requiring expensive equipment. Further, in the case of the prior art, once the surface is formed, it is fixed, and it is impossible to form a surface of another shape on the surface or to regenerate the surface of the same shape.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、数値データに基づいて3D表面を形成する装置において、従来技術と異なり、3D表面が一旦形成された後も、繰り返し形状を望み通りの他の形状に変えることができ、しかも、一つの3D表面が表示されている間に、他の3D表面の作成準備ができる3次元表面作成装置を提供しようとするものである。
本発明は、3D地形マップ又は海底マップの作成、表面射出成形用金型の製造、その他各種3次元イメージ作成などの多くの応用例に適用することができる。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in an apparatus for forming a 3D surface based on numerical data, unlike the prior art, after the 3D surface is once formed, the repeated shape can be changed as desired. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional surface creation apparatus that can prepare another 3D surface while one 3D surface is displayed.
The present invention can be applied to many application examples such as creation of a 3D topographic map or a seabed map, manufacture of a surface injection mold, and various other three-dimensional images.
上記課題を解決するため、本発明は、可撓性と弾性を有するシートと、前記シートの下側にマトリックス状に配置された、前記シートに所望の形状を形作るためのメモリロッドと、前記メモリロッドの下方にマトリックス状に配置され、入力される制御信号に基づいて、前記メモリロッドに接近する方向及び離間する方向に移動可能なコントロールロッドと、コンピュータからのデータを用いて前記コントロールロッドの各ロッドの位置を制御する手段とを含むことを特徴している。
上記構成により、可撓性を有するシートの形状は、コントロールロッドのマトリックスの位置により決定される。各ロッドの位置はコンピュータ制御によるシステムにより決定される。各ロッドには二つのロック機構が備えられている。すなわち、一つはX座標用ロック機構、もう一つはY座標用ロック機構である。特定の一つのロッドに対する二つのロック機構がロックを解除するときは、そのロッドはエレベータにより決定される新しい位置に移動することができる。全ロッドが一度位置決めをされると、その場に固定され、形成されるべき表面の形状を表す。そのロッド群の位置は、第2セットのロッドに転写することができ、第2セットのロッドには、第1セットのロッドの位置を記憶することができるロック機構を備えている。一つの応用例として、本発明の3D表面形成装置による表面は、レプリカの射出成形用金型として、また、他の例として、イメージ投影システムにおけるスクリーンとして利用可能である。
In order to solve the above problems, the present invention provides a sheet having flexibility and elasticity, a memory rod arranged in a matrix on the lower side of the sheet, and forming a desired shape on the sheet, and the memory Control rods arranged in a matrix form below the rods and movable in directions toward and away from the memory rods based on input control signals, and each of the control rods using data from a computer And means for controlling the position of the rod.
With the above configuration, the shape of the flexible sheet is determined by the position of the control rod matrix. The position of each rod is determined by a computer controlled system. Each rod is provided with two locking mechanisms. That is, one is an X coordinate lock mechanism and the other is a Y coordinate lock mechanism. When two locking mechanisms for a particular rod release the lock, the rod can move to a new position determined by the elevator. Once all rods are positioned, they are fixed in place and represent the shape of the surface to be formed. The position of the rod group can be transferred to the second set of rods, and the second set of rods is provided with a lock mechanism that can store the position of the first set of rods. As one application, the surface by the 3D surface forming apparatus of the present invention can be used as a replica injection mold, and as another example, a screen in an image projection system.
請求項1の発明によれば、入力されるデータに基づいて下側のコントロールロッドに3D表面が形成され、そのコントロールロッドが上昇されて、メモリロッドに転写され、そのメモリロッドがロックされるので、シートにより3D表面が表示されている間に、コントロールロッドを下げて、これに次に表示させる3D表面を形成することができ、そのコントロールロッドを上昇させてロックを解除されたメモリロッドに転写することができるから、短時間に異なる3D表面を形成することができる。 According to the first aspect of the present invention, the 3D surface is formed on the lower control rod based on the input data, the control rod is raised, transferred to the memory rod, and the memory rod is locked. While the 3D surface is displayed by the sheet, the control rod can be lowered to form the 3D surface to be displayed next, and the control rod is raised and transferred to the unlocked memory rod Therefore, different 3D surfaces can be formed in a short time.
請求項6の発明によれば、コントロールロッドの所定の位置がコンピュータにより制御されるので、各種の任意の形状の3D表面の成形が可能である。 According to the invention of claim 6, since the predetermined position of the control rod is controlled by the computer, it is possible to form a 3D surface of various arbitrary shapes.
次に、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
図1は本発明に係る形状更新可能なシステムの基本的構成要素を示し、図2はコントロールロッドの位置を制御するための流体駆動式のロック機構を示し、図3はメモリロッドが用いられていない場合の形状更新可能なシステムの断面を示し、図4は3D表面を形成する際の一連の作用を示し、図5はメモリロッドが用いられる場合の形状更新可能なシステムの断面を示し、図6はメモリロッドを用いて3D表面を形成する際の一連の作用を示し、図7は3D表面の制御システムの概略構成を示す。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the basic components of a shape-renewable system according to the present invention, FIG. 2 shows a fluid-driven locking mechanism for controlling the position of the control rod, and FIG. 3 uses a memory rod. FIG. 4 shows a cross section of the shape updatable system in the absence, FIG. 4 shows a series of actions in forming a 3D surface, and FIG. 5 shows a cross section of the shape updatable system when a memory rod is used, 6 shows a series of actions in forming a 3D surface using a memory rod, and FIG. 7 shows a schematic configuration of a control system for the 3D surface.
図1に示すように、本発明に係る3D表面形成装置は、筐体11の中の上側に配置された一揃いのメモリロッド14と、その下側に配置された一揃いのコントロールロッド19との2組のロッド群を有し、メモリロッド14の上にシート12が載置され、筐体の端部に固定されている。筐体内が減圧されると、シートはメモリロッドの上端部に引き下げられて、所定の3D表面を形成するようになっている。メモリロッド14は、直交する流体チューブ17と18により所定の位置にロック可能である。コントロールロッド19は、直交する流体チューブ15と16により所定の位置にロック可能である。筐体11の中に取り付けられたエレベータ13は、コンピュータ制御による流体駆動システム又は電気的駆動システムにより昇降可能である。エレベータ13は、流体圧による締め付けチューブ15と16を昇降させる。コントロールロッド19を選択的に締め付け、エレベータを移動することにより、パターンが書き込まれる。このパターンは、エレベータを上昇させ、かつ、メモリロッドのロックを解除することにより、コントロールロッドからメモリロッドに転写される。メモリロッドは再びロックされる。その後、エレベータを下げると、コントロールロッド19に別のパターンを書き込むことができる。その第2のパターンはメモリロッドに転写され、シート12のパターンが更新される。
As shown in FIG. 1, the 3D surface forming apparatus according to the present invention includes a set of
図2はコントロールロッドをロックするための好ましいロック機構を示す。コントロールロッド26は固定ガイド24の孔27の中に保持されている。固定ガイド24の中にはラテックスゴム又は類似の材料で作られた流体チューブ25が収容されている。その流体チューブ25とコントロールロッド26の間に自由移動が可能な押圧板28が設けられている。流体チューブが膨脹されると、押圧板28をコントロールロッド26に向けて押圧させ、これにより、コントロールロッドをその場にロックする。メモリロッドも同様のロック機構によりロックされたりロックを解除されたりする。
FIG. 2 shows a preferred locking mechanism for locking the control rod. The
図3は、コントロールロッド19にパターンを形成する機構の一実施態様を示す。ラテックス・ゴムシート31がハウジング32の端部に固着されていて、そのハウジングはポート33を介して吸気されることができる。コントロールロッド34はプレート35の孔と固定板36の孔の中を通されて一定の位置に保持されている。固定板には、直交する2セットの流体チューブが備えられている。1セットは断面で示され、他のセットは固定板36の下側部分に直交するように配置されている。
FIG. 3 shows one embodiment of a mechanism for forming a pattern on the
固定板36は、昇降機構38により上げ下げが可能である。その昇降機構は、流体駆動方式でも電的駆動方式でも構わない。
The
図4は、二つのパターンを連続的に書き込む場合の一連の動きを示す。コントロールロッドのロック及びロック解除の一連の制御を行い、エレベータの動きを制御することによりシート31に所望の形状を形成することができる。
FIG. 4 shows a series of movements when writing two patterns successively. A desired shape can be formed on the
ある3D表面を形成するには、まず全ての流体チューブから空気が抜かれ、全てのコントロールロッドのロックが解除されるとともに、エレベータが図4(a)に示すように最下位のスタート位置に移動される。その後、筐体から適量のエアを吸引して圧力が減圧される。次に、流体チューブが膨張されて、ロッドがその位置にロックされる。次いで、エレベータが高い位置に移動されて、ロックされたロッドがエレベータとともに上昇し、シートが高い位置に押される。図4(b)はこの時の状態を示す。このとき、選択された流体チューブが収縮され、それにより、選択されたロッドのロックが解除され、そのロックを解除されたロックは、重力とシートから加わる力との結合により筐体の床まで落下することができる。続いて、全てのコントロールロッドが再びロックされる。この状態は、図4(c)に示されている。 To create a 3D surface, all fluid tubes are first deflated, all control rods are unlocked, and the elevator is moved to the lowest start position as shown in FIG. 4 (a). The Thereafter, an appropriate amount of air is sucked from the housing to reduce the pressure. The fluid tube is then expanded and the rod is locked in place. The elevator is then moved to a higher position, the locked rod is raised with the elevator and the seat is pushed to a higher position. FIG. 4B shows the state at this time. At this time, the selected fluid tube is contracted, thereby unlocking the selected rod, and the unlocked lock falls to the floor of the housing due to the combination of gravity and the force applied from the seat. can do. Subsequently, all control rods are locked again. This state is shown in FIG.
その後、エレベータが図4(d)に示す位置までさらに上昇される。次に、選択されたコントロールロッドが解放され、筐体の床に落下可能になる。この状態は、図4(c)に示されている。この選択されたロッドのロック、上昇、及び解放のための処理は、所望のパターンが得られるまで、繰り返される。 Thereafter, the elevator is further raised to the position shown in FIG. The selected control rod is then released and can fall to the housing floor. This state is shown in FIG. This process for locking, raising and releasing the selected rod is repeated until the desired pattern is obtained.
全てのチューブ内の圧力を廃棄し、ロッドを解放することにより、新しい形状を書き込むことができる。続いて、エレベータがスタート位置まで下方に移動され、新しいプログラムの実行が可能になる。 By discarding the pressure in all tubes and releasing the rod, a new shape can be written. Subsequently, the elevator is moved down to the start position and a new program can be executed.
図5は、第2の実施の態様を示す。この場合は、第2のパターンが書き込み中に一つのパターンを検討することができる。シート59は真空ボックス55に固着されている。コントロールロッド57はロック機構53に保持されている。ロック機構は持ち上げ機構54により上げ下げ可能である。1セットのメモリロッド56がコントロールロッド57の上側に整列して設けてある。メモリロッドは直交するロック機構50と51により所定の位置に保持される。
FIG. 5 shows a second embodiment. In this case, one pattern can be considered while the second pattern is being written. The
下側のコントロールロッドに一旦パターンが書き込まれると、持ち上げ機構により上昇させ、かつ、メモリロッドを一時的に解放することにより、そのパターンを上側のメモリロッドに転写することができる。メモリロッドはコントロールロッドの上に落下して、同じ形状を再現する。その後、メモリロッドはその場にロックされ、コントロールロッドは下方に移動されて、他の書き込みのサイクルに供される。 Once the pattern is written on the lower control rod, the pattern can be transferred to the upper memory rod by raising it with a lifting mechanism and temporarily releasing the memory rod. The memory rod falls onto the control rod and reproduces the same shape. The memory rod is then locked in place and the control rod is moved downwards for another write cycle.
図6は、二つの形状を引き続き書き込むために用いられる場合の一連の動きを示す。同図(a)は全てのロッドがロックを解除されているときの下側のコントロールロッド及び上側のメモリロッドの位置を示す。コントロールロッドの選択的ロック及びロック解除と、エレベータの上昇により、図4に順次示すように、コントロールロッドにパターンが書き込まれる。この段階で、ロッド群は図6(b) に示す位置にある。その後、コントロールロッドは、全体で上昇され、メモリロッドと接触する。メモリロッドはロックを解除されて、弾性シートを押し上げ 、所望の形状を形成することができる。その後、メモリロ ッドはもう一度ロックされる。この状態は、図6(c)に示されている。次に、コントロールロッドがロックを解除され、図6(d)に示すように、最下位まで下げられる。続いて、図6(e)に示すように、コントロールロッドに新しいパターンが書き込まれる。その後、上側のメモリロッドのロックが解除されて最下位の位置に復帰することかできる。続いて、エレベータが上昇されて、図6(g)に示すように、その新規パターンがメモリロッドに転写される。その後、コントロールロッドは解放され、図6(h)に示すように、最下位に下げられる。この時点で、コントロールロッドに他のパターンの書き込みが可能であり、サイクルが繰り返される。 FIG. 6 shows a sequence of movements when used to continue writing two shapes. FIG. 4A shows the positions of the lower control rod and the upper memory rod when all the rods are unlocked. By selectively locking and unlocking the control rod and raising the elevator, a pattern is written on the control rod as shown in FIG. At this stage, the rod group is in the position shown in FIG. Thereafter, the control rod is raised as a whole and comes into contact with the memory rod. The memory rod is unlocked and the elastic sheet can be pushed up to form a desired shape. Then the memory load is locked again. This state is shown in FIG. Next, the control rod is unlocked and lowered to the lowest position as shown in FIG. Subsequently, as shown in FIG. 6E, a new pattern is written on the control rod. Thereafter, the upper memory rod can be unlocked and returned to the lowest position. Subsequently, the elevator is raised and the new pattern is transferred to the memory rod as shown in FIG. Thereafter, the control rod is released and lowered to the lowest position as shown in FIG. At this point, another pattern can be written to the control rod and the cycle is repeated.
図7は、上記3D表面形成装置により3D表面を形成するために用いられる制御系統の構成を示すブロック図である。表面形状を規定する3Dマップデータ、等高線地図が書き込まれる場合の高さデータがパソコン72にロードされる。このデータは正視画像を含み、成形された表面の上にプロジェクタ71により投影可能なものであり、モニタ73でも見ることができる。その3Dマップデータはプログラマブル・コントローラ74に与えられる。プログラマブル・コントローラ74はエアコンプレッサ77,バキュームポンプ76、そして、エレベータコントローラ75に適当な信号を与える。その信号は電磁弁78にも送られ、コンプレッサからマニホールド79を介して流体ラインへの圧縮空気の通路を制御するようになっている。これらのラインは、コントロールロッドとメモリロッドの位置指定をするために用いられる、直交する2セットのロックの一部を構成するゴムチューブに結合されている。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a control system used for forming a 3D surface by the 3D surface forming apparatus. The 3D map data defining the surface shape and the height data when the contour map is written are loaded into the personal computer 72. This data includes a normal image, can be projected by the projector 71 on the molded surface, and can also be viewed on the monitor 73. The 3D map data is given to the
流体駆動方式のロックは、ここでは、ロッドの締め付け機能を実現するものとして既述されたが、機械的ロック、磁気的ロックなど他の多くの代替物があることを理解されたい。図示の例では、コントロールロッド及びメモリロッドが垂直状態に配設されたが、他の配置例が可能である。また、等高線表面を形成するゴムシートは、ロッドを保持するので、この3D表面は、水平に設置したり、例えば、壁掛けにすることもできる。 Although fluid-driven locks have been described herein as providing a rod clamping function, it should be understood that there are many other alternatives such as mechanical locks, magnetic locks and the like. In the illustrated example, the control rod and the memory rod are arranged in a vertical state, but other arrangement examples are possible. Further, since the rubber sheet forming the contour line surface holds the rod, this 3D surface can be installed horizontally or, for example, can be wall-mounted.
本発明の他の特長として、応用の仕方によっては、ロッド群の一部分のみを更新することにより、再書き込み時間を節約したり、又は、あるイメージのモーフィングなどの特別の効果を達成したりすることができる。 Another feature of the invention is that, depending on the application, only a portion of the rod group is updated to save rewriting time or achieve special effects such as morphing an image. Can do.
11 筐体
12 シート
13 エレベータ
14 メモリロッド
19 コントロールロッド
15、16 流体チューブ
17,18 流体チューブ
24 固定ガイド
25 流体チューブ
26 ロッド
27 溝
28 自由移動可能な押圧板
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記シートの下側にマトリックス状に配置された、前記シートに所望の形状を形作るためのメモリロッドと、
前記メモリロッドの下方にマトリックス状に配置され、入力される制御信号に基づいて、前記メモリロッドに接近する方向及び離間する方向に移動可能なコントロールロッドと、
コンピュータからのデータを用いて前記コントロールロッドの各ロッドの位置を制御する手段と、
を含む形状更新可能な3次元表面作成装置。 A sheet having flexibility and elasticity;
Memory rods arranged in a matrix on the lower side of the sheet for forming a desired shape in the sheet;
A control rod arranged in a matrix below the memory rod and movable in a direction approaching and separating from the memory rod based on an input control signal;
Means for controlling the position of each rod of the control rod using data from a computer;
A three-dimensional surface creation device capable of renewing the shape.
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