專利名稱：設(shè)計板材內(nèi)折線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及設(shè)計板材內(nèi)折線的技術(shù)，尤其涉及用于設(shè)計板材內(nèi)折線的方法、計算機程序產(chǎn)品和方法。
相關(guān)技術(shù)描述關(guān)于彎曲板材經(jīng)常遇到的一個問題是彎曲位置難以控制，這是由于彎曲容限變化和容許誤差累積所引起的。例如，在形成電子設(shè)備的外殼時，沿著第一彎曲線在一定容限內(nèi)彎曲金屬板。然而，通常第二彎曲是基于第一彎曲來定位的，于是容許誤差就會累積。因為制作用于電子組件的機箱和機殼需要三次或更多次的彎曲，所以彎曲時容許誤差的累積效應(yīng)會很明顯。此外，可達(dá)到的容限會依據(jù)彎曲設(shè)備及其加工以及操作工人的技術(shù)而發(fā)生大幅變化。控制彎曲線的定位的問題當(dāng)然也會在其他三維產(chǎn)品中出現(xiàn)。
為解決該問題已經(jīng)嘗試了一種通過使用切口和凹槽來控制板材內(nèi)的彎曲位置的方法。例如，通過使用控制諸如激光器、噴水式切割裝置、沖床、刀具或其他工具之類的切口或凹槽形成裝置的計算機數(shù)控(CNC)設(shè)備，就能在板材上精確地形成切口和凹槽。在現(xiàn)有系統(tǒng)中這些切口和凹槽用作彎曲板材的基礎(chǔ)。例如，Gitlin等人的美國專利第6,640,605號中描述了一種彎曲金屬板以形成三維結(jié)構(gòu)的方法。然而，這些現(xiàn)有的基于切口的系統(tǒng)的彎曲成形技術(shù)會大幅削弱所得結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的受讓人Industrial Origami，Inc.(IOI)當(dāng)前正在開發(fā)一種新型且改進(jìn)的方法來克服現(xiàn)有的板材彎曲系統(tǒng)的缺點。即，通過提供帶有新型且改進(jìn)的切口構(gòu)造的板材，IOI已經(jīng)研發(fā)出一種允許板材沿著折線彎曲以獲得具有沿折線的邊對面接合的三維結(jié)構(gòu)的方法。相較于現(xiàn)有技術(shù)的切口方法，這一邊對面接合顯著提高了所得三維產(chǎn)品的強度。另外，IOI的基于切口的新型彎曲設(shè)計還得到比傳統(tǒng)的非切口彎曲結(jié)構(gòu)更硬的結(jié)構(gòu)。此外，IOI的新型且改進(jìn)的切口設(shè)計有利地降低三維結(jié)構(gòu)內(nèi)沿折線的應(yīng)力集中。
雖然可以使用常規(guī)計算機輔助設(shè)計(CAD)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)草圖工具來繪制IOI的新型且改進(jìn)的切口構(gòu)造，但是CAD用戶可能會發(fā)現(xiàn)對構(gòu)成IOI的切口構(gòu)造的各個復(fù)合形狀的切口進(jìn)行繪制、定位、縮放和成形是具有相當(dāng)重復(fù)性和挑戰(zhàn)性的。于是就需要一種方法、計算機程序產(chǎn)品和系統(tǒng)，它能夠容易地允許CAD設(shè)計者基于IOI的新型且改進(jìn)的切口構(gòu)造來確定一改進(jìn)的折疊幾何結(jié)構(gòu)并能將這一折疊幾何結(jié)構(gòu)有效地應(yīng)用于板材設(shè)計。
發(fā)明概述總言之，本發(fā)明的一個方面涉及一種為板材設(shè)計期望折線的方法，該方法包括以下步驟在制圖系統(tǒng)上的母平面內(nèi)定義期望折線；以及用包括一系列切割區(qū)的折疊幾何結(jié)構(gòu)來填充該期望折線，這些切割區(qū)定義了相對于折線構(gòu)造并定位的一系列連接區(qū)，由此在沿著折線折疊該材料時，就能在切割區(qū)的相對側(cè)上產(chǎn)生該材料的邊對面接合和支承。
本方法還包括定位、縮放和/或成形切割區(qū)以定義沿著折線的連接區(qū)，從而在沿著折線折疊耐折板材時能實現(xiàn)邊對面接合和支持。本方法還可包括再定位、再縮放和/或再成形至少一個切割區(qū)以替換、添加和/或減去至少一個連接區(qū)。本方法還包括檢測母平面上的薄弱區(qū)，并且基于鄰近薄弱區(qū)的局部折疊幾何結(jié)構(gòu)再定位、再縮放和/或再成形至少一個連接區(qū)以替換、添加和/或減去至少一個連接區(qū)。上述填充步驟可定義切割區(qū)和連接區(qū)以便在沿著折線折疊材料時抵抗應(yīng)力集中、疲勞性和裂隙產(chǎn)生。
本方法還包括基于從材料類型、材料厚度、帶狀區(qū)寬度、帶狀區(qū)密度、截口、疲勞強度和材料定向角所組成的組中選取的至少一個參數(shù)來定義折疊幾何結(jié)構(gòu)。本方法可以被實現(xiàn)為具有折疊和展開功能的CAD/CAM系統(tǒng)的附件。本方法還包括提供CAD/CAM系統(tǒng)的可視化，該可視化顯示出沿折線填充的切割區(qū)和連接區(qū)幾何結(jié)構(gòu)?；蛘撸痉椒梢员粚崿F(xiàn)與具有折疊和展開功能的CAD/CAM系統(tǒng)相集成。本方法還可包括設(shè)計含有折縫部件的折縫板材產(chǎn)品，其中切割區(qū)和連接區(qū)疊加在折縫部件上。
本發(fā)明的另一方面涉及一種為耐折板材設(shè)計期望折線的方法，包括以下步驟存儲具有不同尺寸和/或形狀的多個切割區(qū)構(gòu)造和連接區(qū)構(gòu)造；在制圖系統(tǒng)上的母平面內(nèi)定義期望折線；選擇具有期望形狀和縮放比例的優(yōu)選切割區(qū)和/或優(yōu)選連接區(qū)；沿著折線定位優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)，該優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)包括選定的切割區(qū)和選定的連接區(qū)；以及再定位、再縮放和/或再成形該優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)以替換、添加和/或減去至少一個連接區(qū)，由此在沿著折線折疊該材料時，就能在切割區(qū)的相對側(cè)產(chǎn)生該材料的邊對面接合和支承。
本發(fā)明還包括提供用于準(zhǔn)許材料的第一平面和材料的第二平面相連的固定機構(gòu)，其中第一平面和第二平面相關(guān)于折線彼此重疊。該固定機構(gòu)可以從由對準(zhǔn)孔、接頭片、槽及其組合所組成的組中選取。
本發(fā)明的另一個方面涉及一種用于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的計算機可讀介質(zhì)中的計算機程序產(chǎn)品，用于為板材設(shè)計期望折線。該計算機程序產(chǎn)品包括用于在制圖系統(tǒng)上的母平面內(nèi)定義期望折線的指令；以及用于用包括一系列切割區(qū)的折疊幾何結(jié)構(gòu)填充該折線的指令，這些切割區(qū)定義了相對于折線構(gòu)造并定位的一系列連接區(qū)，由此在沿著折線折疊材料時，就能在切割區(qū)的相對側(cè)產(chǎn)生該材料的邊對面接合和支承。
該計算機程序產(chǎn)品還包括用于定位、縮放和/或成形切割區(qū)以定義沿著折線的連接區(qū)，以便在沿著折線折疊材料時能實現(xiàn)邊對面接合和支承的指令。該計算機程序產(chǎn)品還可包括用于再定位、再縮放和/或再成形至少一個切割區(qū)以替換、添加和/或減去至少一個連接區(qū)的指令。該計算機程序產(chǎn)品還可包括用于檢測母平面上薄弱區(qū)的指令，以及用于基于鄰近薄弱區(qū)的局部折疊幾何結(jié)構(gòu)再定位、再縮放和/或再成形至少一個連接區(qū)以替換、添加和/或減去至少一個連接區(qū)的指令。用于填充的指令可以定義切割區(qū)和連接區(qū)以便在沿著折線折疊材料時抵抗應(yīng)力集中、疲勞性或裂隙產(chǎn)生。
該計算機程序產(chǎn)品還可以包括用于基于從由材料類型、材料厚度、帶狀區(qū)寬度、帶狀區(qū)密度、截口、疲勞強度和材料定向角組成的組中選取的至少一個參數(shù)來定義折疊幾何結(jié)構(gòu)的指令。該計算機程序產(chǎn)品可以被配置為安裝到具有折疊和展開功能的CAD/CAM系統(tǒng)。該計算機程序產(chǎn)品還可以包括用于提供CAD/CAM系統(tǒng)的可視化或顯示的指令，該可視化或顯示示出沿折線填充的切割區(qū)和連接區(qū)幾何結(jié)構(gòu)。該計算機程序產(chǎn)品可以包括具有折疊和展開功能的CAD/CAM應(yīng)用程序。該計算機程序產(chǎn)品還可以包括用于設(shè)計含有折縫部件的折縫板材產(chǎn)品的指令，其中切割區(qū)和連接區(qū)疊加在折縫部件上。
本發(fā)明的又一個方面涉及一種用于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的計算機可讀介質(zhì)中的計算機程序產(chǎn)品，用于為耐折板材設(shè)計期望折線，該計算機程序產(chǎn)品包括用于存儲具有不同尺寸和/或形狀的多個切割區(qū)構(gòu)造和連接區(qū)構(gòu)造的指令；用于在制圖系統(tǒng)上的母平面內(nèi)定義期望折線的指令；用于選擇具有期望形狀和縮放比例的優(yōu)選切割區(qū)和/或優(yōu)選連接區(qū)的指令；用于沿著折線定位優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)的指令，該優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)包括選定的切割區(qū)和選定的連接區(qū)；以及用于再定位、再縮放和/或再成形優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)，以替換、添加和/或減去至少一個連接區(qū)，由此在沿著折線折疊該材料時就能在切割區(qū)的相對側(cè)產(chǎn)生該材料的邊對面接合的指令。
該計算機程序產(chǎn)品還可以包括用于提供準(zhǔn)許材料的第一平面和第二平面相連的固定機構(gòu)的指令，其中第一平面和第二平面相關(guān)于折線彼此重疊。該固定機構(gòu)可以從由對準(zhǔn)孔、接頭片、槽及其組合所組成的組中選取。
本發(fā)明的再一方面涉及一種為耐折板材設(shè)計期望折線的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于在制圖系統(tǒng)上的母平面內(nèi)定義期望折線的輸入裝置，以及用于用包括一系列切割區(qū)的折疊幾何結(jié)構(gòu)填充該折線的計算裝置，這些切割區(qū)定義了相對于折線構(gòu)造和定位的一系列連接區(qū)，由此在沿著折線折疊材料時就能在切割區(qū)的相對側(cè)產(chǎn)生該材料的邊對面接合。
該計算裝置可以定位、縮放和/或成形切割區(qū)以定義沿著折線的連接區(qū)，以便在沿著折線折疊材料時能實現(xiàn)邊對面接合。該計算裝置還可以再定位、再縮放和/或再成形至少一個切割區(qū)以替換、添加和/或減去至少一個連接區(qū)。該計算裝置可以檢測母平面中薄弱區(qū)，并且基于鄰近該薄弱區(qū)的局部折疊幾何結(jié)構(gòu)再定位、再縮放和/或再成形至少一個連接區(qū)，以替換、添加和/或減去至少一個連接區(qū)。該計算裝置可以定義切割區(qū)和連接區(qū)以便在沿著折線折疊材料時抵抗應(yīng)力集中、疲勞性或裂隙產(chǎn)生。該計算裝置可以基于從由材料類型、材料厚度、帶狀區(qū)寬度、帶狀區(qū)密度、截口、疲勞強度和材料定向角組成的組中選取的至少一個參數(shù)來定義折疊幾何結(jié)構(gòu)。
該系統(tǒng)還可以包括用于基于從由材料類型、材料厚度、帶狀區(qū)寬度、帶狀區(qū)密度、截口、疲勞強度和材料定向角組成的組中選取的至少一個參數(shù)來存儲多個預(yù)定折疊幾何結(jié)構(gòu)的存儲器裝置，其中該計算裝置選擇該預(yù)定折疊幾何結(jié)構(gòu)中的一個。該系統(tǒng)還可以包括具有折疊和展開功能的CAD/CAM系統(tǒng)。該系統(tǒng)還可以包括用于提供CAD/CAM的可視化的顯示裝置，該可視化顯示出沿折線填充的切割區(qū)和連接區(qū)幾何結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)還能與具有折疊和展開功能的CAD/CAM系統(tǒng)結(jié)合使用。該系統(tǒng)還能被配置成設(shè)計含有折縫部件的折縫板材產(chǎn)品，其中該計算裝置將切割區(qū)和連接區(qū)疊加在折縫部件上。
此外，本發(fā)明的另一方面還涉及一種用于為耐折板材設(shè)計期望折線的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于存儲具有不同尺寸和/或形狀的多個切割區(qū)構(gòu)造和連接區(qū)構(gòu)造的存儲裝置，用于在制圖系統(tǒng)上的母平面內(nèi)定義期望折線的輸入裝置，用于選擇具有期望形狀和縮放比例的優(yōu)選切割區(qū)和/或優(yōu)選連接區(qū)的計算裝置，其中該計算裝置沿著折線定位優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)，該優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)包括選定的切割區(qū)和選定的連接區(qū)，并且其中該計算裝置再定位、再縮放和/或再成形該優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)以替換、添加和/或減去至少一個連接區(qū)，由此在沿著折線折疊材料時就能在切割區(qū)的相對側(cè)產(chǎn)生該材料的邊對面接合。
該計算裝置可被配置成設(shè)計和/或形成準(zhǔn)許材料的第一平面和第二平面相連的固定機構(gòu)，其中第一平面和第二平面相關(guān)于折線彼此重疊。該固定機構(gòu)可以從由對準(zhǔn)孔、接頭片、槽及其組合所組成的組中選取。
本發(fā)明的設(shè)計板材內(nèi)折線的方法所具有的其他特征和優(yōu)點將在隨后與本說明書結(jié)合并形成其一部分的附圖中以及隨后對本發(fā)明的詳細(xì)描述中得以闡明并變得顯而易見，上述附圖和詳細(xì)描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。
附圖簡述

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的用于設(shè)計折線的示例性系統(tǒng)的各方面的框圖。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的用于設(shè)計折線的本發(fā)明的示例性工序或方法的各方面的框圖。
圖3是一板材的示意圖，該板材具有耐疲勞性相對較低的上折線幾何結(jié)構(gòu)和耐疲勞性相對較高的下折線幾何結(jié)構(gòu)。
圖4是圖3所示的板材在圍繞兩平行折線彎曲之后的頂部圖示。
圖5A是圖3所示的板材的局部放大俯視圖。
圖5B是圖5A中由圈5B圈出的區(qū)域的進(jìn)一步放大俯視圖。
圖6(a)至圖6(d)是示例性接合構(gòu)造的正視圖。
圖7是裝配好的接合部件的頂部示圖。
圖8是用戶可用來輸入待折疊的板材的各項特征的圖形界面的示意圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述如下將詳細(xì)參考本發(fā)明的較佳實施例，其中各實施例的示例在各附圖中示出。雖然將結(jié)合較佳實施例來描述本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于這些實施例。相反，本發(fā)明旨在涵蓋包含在由所附權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的各種變化、修改和等效技術(shù)方案。
本發(fā)明涉及用于利用各種折疊幾何結(jié)構(gòu)和構(gòu)造來為耐折板材設(shè)計一條或多條期望折線的方法、計算機程序產(chǎn)品和系統(tǒng)，這些折疊幾何結(jié)構(gòu)和構(gòu)造包括但不限于在以下專利和專利申請中公開的那一些2000年8月17日提交的題為“METHODFOR PRECISION BENDING OF A SHEET OF MATERIAL AND SLIT SHEETTHEREFOR”的美國申請第09/640,267號(現(xiàn)為美國專利第6,481,259號)(′259專利)、2002年9月26日提交的題為“METHOD FOR PRECISION BENDING OFSHEET MATERIALS，SLIT SHEET AND FABRICATION PROCESS”的美國專利申請第10/256,870號(′870申請)、2003年9月26日提交的題為“TECHNIQUES FORDESIGNING AND MANUFACTURING PRECISION-FOLDED，HIGH STRENGTH，F(xiàn)ATIGUE-RESISTANT STRUCTURES AND SHEET THEREFOR”的美國專利申請第10/672,766號(′766申請)、以及2004年3月3日提交的題為“SHEET MATERIALWITH BEND CONTROLLING DISPLACEMENTS AND METHOD FOR FORMINGTHE SAME”的美國專利申請第10/795,077號(代理案卷第34093/US/RBC號)，上述專利和專利申請的全部內(nèi)容合并在此作為參考。
有利的是，本發(fā)明涉及能將高精度二維(2D)計算機數(shù)控(CNC)切割技術(shù)轉(zhuǎn)換成諸如在上述′259專利以及′870和′766申請中公開的那些高精度三維(3D)折疊結(jié)構(gòu)的技術(shù)。更具體地，本發(fā)明利用參數(shù)編程來確定優(yōu)選的可折疊或易折疊的“折疊幾何結(jié)構(gòu)”，即，包括一系列沿著期望折線的任一側(cè)排列的彎曲切口或切割區(qū)在內(nèi)并允許或便于沿著該期望折線來彎曲板材的幾何構(gòu)造。應(yīng)該意識到，參數(shù)編程通常涉及對一參數(shù)范圍解最優(yōu)化問題的編程。
一般而言，“折線”是沿著板材或“母平面”延伸的線或軸，與彎板機或彎片機(leaf brake)所產(chǎn)生的彎曲相類似的一類彎曲圍繞該折線形成或延伸。例如，期望折線是延伸通過板材的假想線，并且一旦形成期望彎曲，期望折線就與該折疊或彎曲的頂點基本重合。應(yīng)該認(rèn)識到，折線可以是直的或者是略彎的?！澳钙矫妗笔窃谄渲幸蕴砑踊驕p去的方式切開、澆鑄或形成本發(fā)明所設(shè)計的折疊以便圍繞折線彎曲的板材平面。應(yīng)該認(rèn)識到，術(shù)語“折縫部件”可用于指代幾何部件，包括但不限于圍繞折線形成的折疊、彎曲、折縫、褶皺或其他期望的幾何構(gòu)造。
對于本發(fā)明的目的而言，術(shù)語“曲線切口”指的是由至少一個非線性幾何形狀形成的切口。例如，曲線切口可以采用如′259專利所公開的具有線性部分和圓形部分的細(xì)長切口、如′870和′766申請所描述的中部半徑較大而端部半徑較小的復(fù)合曲線、和/或其他合適的非線性幾何結(jié)構(gòu)。術(shù)語“切割區(qū)”應(yīng)包括曲線槽以及全部由線性片段組成的切口。一系列兩個、三個、四個或更多切割區(qū)定義了對應(yīng)的“一系列”一個、兩個、三個或更多的連接區(qū)，即，置于相鄰切割區(qū)之間的材料部分。
對本發(fā)明的目的而言，術(shù)語“帶狀區(qū)”指置于各切割區(qū)之間并在折線任一側(cè)互連板材的第一和第二平面部分的連接區(qū)，其中一旦沿著折線折疊該板，該第一和第二平面將會以彼此呈二面角的方式而被有角度地放置。正如以下將詳述并由′259專利以及′870與′766申請所公開的那樣，通過本發(fā)明的方法所形成的切口/帶狀區(qū)構(gòu)造會在圍繞折線彎曲材料板期間提供第一和第二平面部分的邊對面接合和支承。
通過利用參數(shù)編程，本發(fā)明可用于容易地生成一個或多個折疊幾何結(jié)構(gòu)，其中一計算機應(yīng)用程序自動確定特定板材內(nèi)圍繞期望折線的一個或多個預(yù)定切割區(qū)的縮放比例和位置，而非為每一特定的板材編寫的一組新指令或一個新程序。更具體地，可使用參數(shù)編程來允許諸如設(shè)計員、工程師或計算機數(shù)控(CNC)程序員等用戶改變特定任務(wù)的參數(shù)，即，基于特定板材的具體特性或參數(shù)、可用切割裝置的功能以及對所得折疊板的要求或期望性能標(biāo)準(zhǔn)來確定用于特定板材的折疊幾何結(jié)構(gòu)。這些特性包括但不限于板材類型；諸如長度、寬度或厚度等板尺寸；諸如長度、寬度或厚度等帶狀區(qū)期望形狀尺寸；期望帶狀區(qū)間隔；期望截口；切割區(qū)定向；折線端點處板的邊緣定向；當(dāng)在板內(nèi)發(fā)現(xiàn)材料的折疊特性，無論是孔洞、切口、凹槽、變形和/或其他局部幾何偏差為各向異性時，相對于該折疊的材料定向向量；切口裝置的切割功能以及它們對所得折疊板成本的影響；和/或折疊板的性能標(biāo)準(zhǔn)。
根據(jù)本發(fā)明的計算機程序產(chǎn)品可以存儲預(yù)定的折疊幾何結(jié)構(gòu)，這些預(yù)定的折疊幾何結(jié)構(gòu)能夠基于特定板材的特性來再定位、再縮放、再成形和/或修改?；蛘撸撚嬎銠C程序產(chǎn)品可以包括基于特定薄板的特性來確定折疊幾何結(jié)構(gòu)和/或再定位、再縮放、再成形和/或修改折疊幾何結(jié)構(gòu)的一種或多種算法。此外，該計算機程序產(chǎn)品可利用預(yù)定的折疊幾何結(jié)構(gòu)和算法的組合來確定折疊幾何結(jié)構(gòu)。用戶可以利用計算機應(yīng)用程序通過簡單地輸入薄板的各種特性來為許多不同的薄板確定優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)。因此，用戶不需要設(shè)計每個切割區(qū)的位置、縮放比例和形狀，這樣就為用戶節(jié)省了大量的時間和工作。
這些計算機程序產(chǎn)品能與現(xiàn)有的計算機輔助設(shè)計(CAD)應(yīng)用程序、計算機輔助工程(CAE)、計算機輔助制造(CAM)應(yīng)用程序和/或它們的組合(可總稱為“設(shè)計應(yīng)用軟件”)相集成和/或與其結(jié)合使用。例如，根據(jù)本發(fā)明的計算機程序產(chǎn)品可以被實現(xiàn)為現(xiàn)有建模應(yīng)用程序的附件(例如，插件)，這些現(xiàn)有建模應(yīng)用程序諸如馬薩諸塞州康科德市SolidWorks公司出售的SOLIDWORKS2004應(yīng)用程序、阿拉巴馬州亨茨維爾市Intergraph公司出售的SOLID EDGE應(yīng)用程序、法國Suresnes的Dassault Systemes公司出售的CATIA應(yīng)用程序和/或馬薩諸塞州沃爾瑟姆市Parametric Technology公司出售的PRO/ENGINEER應(yīng)用程序?；蛘撸撚嬎銠C程序產(chǎn)品可以集成到CAD應(yīng)用程序、CAE應(yīng)用程序和CAM應(yīng)用程序中的任何一個或多個中。還應(yīng)該認(rèn)識到，該計算機程序產(chǎn)品可以被配置成獨立程序。
現(xiàn)在回到附圖，在全部附圖中用相同的標(biāo)號指代相同組件，首先關(guān)注圖1，該圖示出了根據(jù)本發(fā)明的用于在材料板32內(nèi)設(shè)計所需折線31的系統(tǒng)30的框圖。該系統(tǒng)包括具有中央處理單元(CPU)34或用于執(zhí)行基本系統(tǒng)級程序、管理數(shù)據(jù)存儲和管理執(zhí)行應(yīng)用程序的其他合適裝置的計算機33。該計算機還包括可由CPU尋址的存儲器源35。存儲器源可以包括內(nèi)置于或外置于CPU的存儲的任何組合，包括但不限于高速緩沖存儲器、隨機存取存儲器(RAM)和/或數(shù)據(jù)存儲設(shè)備上的外部虛擬存儲器。
CPU與諸如鍵盤、觸摸屏或允許用戶輸入特定板32的具體特性的其他合適裝置等用戶輸入接口36相連。
計算機包括允許以公知方式，例如通過固態(tài)建模、線框建模和/或其他合適手段來對薄板32電子建模的合適的制圖系統(tǒng)或設(shè)計應(yīng)用程序37。應(yīng)該認(rèn)識到，設(shè)計應(yīng)用程序37可以是先前提及的現(xiàn)有CAD/CAE/CAM應(yīng)用程序或者是以公知方式載入計算機33并存儲在存儲器35內(nèi)的其他合適的設(shè)計應(yīng)用程序。設(shè)計應(yīng)用軟件37優(yōu)選地包括允許用戶對薄板32的電子建模進(jìn)行電子操縱的一個或多個公知工具。例如，該設(shè)計應(yīng)用軟件可以包括諸如有限元分析等各種設(shè)計分析工具，這些工具允許用戶用公知的方式對電子建模進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變、位移和其他特性的電子模擬或“虛擬”測試。更具體地，該設(shè)計應(yīng)用程序優(yōu)選地包括折疊和/或彎曲能力，即，允許用戶沿著折線對板材進(jìn)行電子模擬折疊或彎曲的工具。
根據(jù)本發(fā)明，計算機33還配備有一附加程序，即包括被配置成基于薄板32的具體特性或參數(shù)來確定優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)的參數(shù)編程的折疊程序38。如上所述并將在隨后詳述的，折疊程序38可以存儲會被修改的預(yù)定折疊幾何結(jié)構(gòu)，和/或包括用于確定優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)的算法。
CPU與諸如顯示器或其他合適裝置等顯示單元39相連，該顯示單元能夠顯示薄板及其相應(yīng)特性的模擬的可視化、應(yīng)用于薄板的一個或多個優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)的模擬的可視化、和/或沿折線彎曲該薄板所得的產(chǎn)品等等。
CPU還可以連接至設(shè)備輸出接口40，而該設(shè)備輸出接口40又與被構(gòu)造為向薄板應(yīng)用產(chǎn)生折疊幾何結(jié)構(gòu)的切割區(qū)的切割機41相連。例如，輸出接口可以被構(gòu)造成將折疊幾何結(jié)構(gòu)以切割機可讀的格式傳送給CNC切割機或其他合適的設(shè)備。優(yōu)選地，向切割機傳送折疊幾何結(jié)構(gòu)指令的格式不要求該切割機的進(jìn)一步干預(yù)。應(yīng)該認(rèn)識到，可以用任何公知的格式傳遞這些指令，這些格式包括但不限于.MDF、.DXF、.IGES和/或.STEP文件。
現(xiàn)回到圖2，該圖示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的用于設(shè)計折線的示例性方法。應(yīng)該認(rèn)識到，可以使用系統(tǒng)30來實現(xiàn)本發(fā)明的方法。也應(yīng)該認(rèn)識到，可以將包括有折疊程序38的指令在內(nèi)的計算機程序產(chǎn)品載入現(xiàn)有的計算機或計算機網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)本發(fā)明的方法。
用戶可以利用鍵盤36將板材32和/或切割裝置的各種特性和參數(shù)和/或折疊板的強度要求輸入系統(tǒng)(步驟300)。例如，用戶可以輸入材料類型、包括厚度的薄板尺寸、以及描繪薄板物理屬性的其他相關(guān)參數(shù)。應(yīng)該認(rèn)識到，該系統(tǒng)可被配置成通過掃描和/或其他合適手段來自動確定薄板的某些物理特性。設(shè)計應(yīng)用軟件可以用公知的方式創(chuàng)建薄板32的電子建模(步驟301)。
用戶隨后便鍵入所需折線(步驟302)。即，用戶鍵入包括位置、形狀、長度和/或其他所需參數(shù)在內(nèi)的折線31的期望特性。在設(shè)計應(yīng)用程序具有嵌入式或整體的折疊和展開能力的情況下，該設(shè)計應(yīng)用程序就創(chuàng)建折線的電子建模(步驟303)。或者，外部折疊程序可以生成折線的電子建模(步驟304)。
用戶也可以輸入要使用的切割區(qū)形成或切割裝置的類型，從而在設(shè)計切割區(qū)時能考慮任何切割限制。例如，CNC切割機能夠執(zhí)行那些沖壓機或縱切剪機無法執(zhí)行的切割。
最后，可以鍵入諸如強度、耐疲勞性和/或成本限制之類的折疊薄板的性能參數(shù)。
在許多情況下，可以通過初始默認(rèn)設(shè)置省略上述數(shù)據(jù)輸入步驟，這些默認(rèn)設(shè)置例如可以針對總是使用CNC驅(qū)動激光切割機的用戶，或是針對總是對最高強度、最大耐疲勞性折疊結(jié)構(gòu)感興趣而不考慮對切割區(qū)進(jìn)行切割所需時間方面成本的用戶。
接著，折疊程序38啟動折線子例程(步驟305)，以基于薄板32和折線31的特性來定義優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)。折疊程序可以利用存儲在存儲器35內(nèi)的預(yù)定折疊幾何結(jié)構(gòu)的查找表或數(shù)據(jù)庫42來確定該優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)(步驟306)。在此情況下，折疊程序?qū)⑦x擇具有期望形狀和縮放比例的優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)(例如，弧集)。對于本發(fā)明的目的而言，弧集可以包括在笛卡爾坐標(biāo)中對于每個連接弧都按照起點、終點和中心點來表達(dá)并在一側(cè)限定一帶狀區(qū)的一組連續(xù)余切弧。與連接弧和切口端的具體組合相對應(yīng)的數(shù)據(jù)可以用預(yù)定弧集的形式來存儲。
或者，折疊程序利用已存儲在存儲器35內(nèi)的折疊算法43來確定該優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)(步驟307)。應(yīng)該認(rèn)識到，該折疊程序可以被配置成通過利用折疊數(shù)據(jù)庫和折疊算法的組合來確定優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)(步驟308)。
該折疊程序還可以包括檢測薄板32中的局部薄弱區(qū)(步驟309)，并且自動修改較佳折疊幾何結(jié)構(gòu)(步驟310)的檢測算法44。例如，檢測傳感器57可以掃描薄板32并利用檢測算法或?qū)z測到的數(shù)據(jù)輸入檢測算法，以檢測薄板內(nèi)存在的孔洞、凹陷或其他的局部幾何結(jié)構(gòu)不連續(xù)。該檢測算法將自動再定位、再成形和/或修改該優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)以補償由不連續(xù)引起的局部薄弱區(qū)。
一旦被定義，該優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)就可應(yīng)用于薄板32的電子建模(步驟311)。應(yīng)該認(rèn)識到，可以通過產(chǎn)生新的電子建模、修改現(xiàn)有電子建?；蛲ㄟ^其他合適手段來完成上述步驟。更具體地，折疊程序38用一系列切口或切割區(qū)45來構(gòu)造薄板32(例如，參見圖3)。折疊程序用位于折線31任一側(cè)的一系列切口42修改薄板的電子建模，其中切口定義了一系列對應(yīng)的連接區(qū)或帶狀區(qū)46。在折疊期間并且一旦圍繞折線31折疊薄板，折疊幾何結(jié)構(gòu)的切口/帶狀區(qū)構(gòu)造就有助于對薄板32的第一和第二平面部分47和48的邊對面接合和支承(參見美國專利申請第10/672,766號的圖4、圖8A、圖8B和圖10A等以及相關(guān)的描述，以上的全部內(nèi)容都合并在此作為參考)應(yīng)該認(rèn)識到，該折疊程序還可被配置成向折疊算法反饋修訂的彎曲減額和/或彎曲容差，從而為進(jìn)一步改進(jìn)折疊算法連續(xù)提供經(jīng)驗數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，如圖3所示，該折疊程序可以被配置成允許用戶對優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的操縱(步驟312)。例如，用戶可以使用輸入接口36在需要時進(jìn)一步再定位、再縮放、再成形和/或修改該優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)。更具體地，可以對切口進(jìn)行修改以便按照用戶的需要替換、添加、減去和/或修改帶狀區(qū)?？梢詫?D展開模型、3D折疊電子模型或能被部分或完全折疊并展開的模型執(zhí)行這類修改，作為修改和設(shè)計工藝的一部分。此外，修改也能被表達(dá)成未用電子模型的圖形表示來可視地顯示的輸入?yún)?shù)。
一旦對薄板32的電子建模應(yīng)用了優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)，所得的薄板模型和折疊幾何結(jié)構(gòu)就被輸出至顯示單元39以進(jìn)行可視模擬(步驟313)。
在計算機33操作上連接至切割機41的情況下，所得的薄板模型和折疊幾何結(jié)構(gòu)以適當(dāng)?shù)母袷捷敵鲋燎懈顧C(步驟314)，從而允許切割機將該優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)應(yīng)用于實際薄板32。例如，步驟314可以包括將指令發(fā)送給使用合適手段將切口45切割成實際薄板32的CNC切割機，這些合適手段包括但不限于激光切割、噴水切割、沖孔、沖壓、軋制成形、機械加工、光蝕刻、化學(xué)加工等等。
正如接合現(xiàn)有的相關(guān)應(yīng)用所指出的，用于形成控制并精確定位板材彎曲的切口的工藝包括諸如沖孔、沖壓、軋制成形、機械加工、光蝕刻、化學(xué)加工之類的工藝。這些工藝尤其適用于重量較輕或規(guī)格較薄的材料，雖然它們也可用于規(guī)格相對較重的板材。較厚或較重規(guī)格的材料通常使用激光切割或噴水切割設(shè)備來切口或開槽會更為有利。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向折疊程序的功能，如下將更詳盡地討論折疊幾何結(jié)構(gòu)的各個方面。對于本討論的目的而言，術(shù)語“設(shè)計的折疊”指的是可以通過沿著期望折線彎曲已對其應(yīng)用了優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)的板材，即已對其應(yīng)用了一系列切割區(qū)45并由此限定了一系列連接區(qū)46的板材來實現(xiàn)的折疊或彎曲。術(shù)語“壓彎彎曲”指的是可以通過諸如使用彎板機或彎片機等傳統(tǒng)手段來實現(xiàn)的折疊或彎曲。
一般而言，折疊程序38可以被配置成允許用戶通過各種方法來聲明或改變薄板32電子建模的折線31。例如，用戶可能希望提供帶有一個或多個設(shè)計的折疊、帶有一個或多個壓彎彎曲或其組合的板材。較佳地，該折疊程序還可被配置成允許用戶在設(shè)計的折疊和壓彎彎曲之間進(jìn)行個別或全體的選擇。識別并在隨后改變這一折疊/彎曲部件的方法包括但不限于在該折疊/彎曲部件的表面上(例如，在薄板電子建模的模擬折線上)右擊鼠標(biāo)、在設(shè)計應(yīng)用程序的部件樹內(nèi)的恰當(dāng)項上右擊鼠標(biāo)，和/或利用通常在設(shè)計應(yīng)用程序中或其他視窗軟件應(yīng)用程序找到的下拉菜單的導(dǎo)航操作(例如，插入＞金屬板＞設(shè)計的折疊)。優(yōu)選地，用戶可以在隨后如所需地改變或重新分類各部件。
共同組成折疊幾何結(jié)構(gòu)的各個切口45可以具有各種幾何構(gòu)造。應(yīng)該認(rèn)識到，各切口與切割機切割路徑的中心線重合，例如與諸如激光切割機、噴水切割機和/或其他合適裝置之類的CNC切割系統(tǒng)的切割路徑重合。還應(yīng)該認(rèn)識到，切口可由除切割之外的其他方法形成，包括但不限于注模、鑄造、沖孔和沖壓。
在一個實施例中，曲線切口45可包括基本呈其凸面朝向折線31的弓形。切口一般是復(fù)合曲線，其中該切口的一端或兩端具有由連接弧50以余切的方式互連的切口端49。一般而言，如圖5B所示，切口端的曲率半徑通常要小于連接弧的曲率半徑。應(yīng)該認(rèn)識到，連接弧的半徑可以根據(jù)本發(fā)明變化，并且在一個實施例中可以大到接近直線。
隨后參考圖3、圖5A和5B，可以為耐疲勞性相對較低的應(yīng)用或為耐疲勞性相對較高的應(yīng)用配置各切口。例如，預(yù)期切口45a將不會經(jīng)受循環(huán)負(fù)載或強靜載荷。因此，低耐疲勞性切口無需增加的耐應(yīng)力性，且可更節(jié)省地形成，因為這些切口無需大幅減小半徑的切口端。與之相反，預(yù)期高耐疲勞性切口45b將會經(jīng)受循環(huán)負(fù)載或強靜載荷。這些高疲勞性切口被形成為其切口端49b的曲率半徑遠(yuǎn)小于連接弧50b的曲率半徑。例如，如圖3所示，高或低疲勞性變化切割區(qū)能夠通過從中央弧開始構(gòu)造的這些切割區(qū)而被縮放得更寬或更窄，其中中央弧與折線保持一恒定嵌合距離并與存儲在折疊數(shù)據(jù)庫內(nèi)的期望切口端相接合，而切口端則以減小半徑的方式終止切割區(qū)，從而減少應(yīng)力集中的幾何點。為加寬這一切割區(qū)，可以將切口端移開得更遠(yuǎn)，并且將半徑更大的連接弧設(shè)置在終止弧集中間離折線相同的嵌合距離處。
優(yōu)選地，折疊程序38被配置為用于“切口修邊”，即如圖5所示在使連接弧50b與各切口端逐個余切之后移除切口端49b的多余部分52的工藝。例如，在其電子模型或圖形表示中修除連接弧與切口端未余切的多余重疊部分(例如，多余部分52)。將復(fù)合曲線作為弧集存儲在折疊數(shù)據(jù)庫中的優(yōu)點在于將影響這些切割的常規(guī)CNC切割設(shè)備需要連接弧來表達(dá)復(fù)合曲線。應(yīng)該認(rèn)識到，可以使用其他手段來產(chǎn)生例如樣條、位圖、多項式、三角函數(shù)及其他數(shù)學(xué)表達(dá)式的復(fù)合曲線切口幾何結(jié)構(gòu)，這些幾何結(jié)構(gòu)能在參數(shù)上比例縮放以在保持嵌合恒定的同時調(diào)整切割區(qū)的形狀，按照要求調(diào)整帶狀區(qū)寬度或帶狀區(qū)密度，并且如果處于非均勻折疊條件仍保持折疊減額沿折疊恒定?；蛘?，無論是從帶有連接弧的存儲的片段中構(gòu)造切割區(qū)還是在數(shù)學(xué)上表達(dá)整個切割區(qū)，給定材料和材料厚度的優(yōu)選幾何結(jié)構(gòu)都能與已被證實用于所述材料的存儲的數(shù)據(jù)庫或有限元模型相關(guān)。
帶狀區(qū)軸53是跨折線31的連接區(qū)或帶狀區(qū)(如圖5A所示)的虛量綱(例如，不具有寬度或截口)表示。折疊數(shù)據(jù)庫中提供了多個預(yù)定的帶狀區(qū)軸。折疊程序依據(jù)薄板的材料和厚度確定帶狀區(qū)軸是寬、窄還是適中。例如，用戶可以輸入材料的具體厚度，并且折疊程序?qū)⒋鎯Φ暮线m帶狀區(qū)縮放成用戶輸入的薄板厚度?？s放可以從查找表(例如，查找表42)內(nèi)按經(jīng)驗存儲的數(shù)據(jù)或由這些經(jīng)驗數(shù)據(jù)和理論原理發(fā)展并確認(rèn)的算法而得出。
在一個實施例中，諸如Excel電子表格等現(xiàn)有軟件電子表格可用于在折疊數(shù)據(jù)庫內(nèi)組織并存儲預(yù)定的折疊幾何結(jié)構(gòu)。當(dāng)折疊程序首次運行時，折疊數(shù)據(jù)庫42被載入存儲器35，以使其能夠作為快速有效的查找表來查詢。表中的每一行都由來自折疊程序的用戶輸入相匹配的值以及用可與彎曲容限、彎曲減額或k因數(shù)(即所選的優(yōu)選幾何結(jié)構(gòu)的特性)互換的恒定折疊減額(即模擬補償拉伸因數(shù))來描述優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)的對應(yīng)輸出構(gòu)成。參考圖8，可由用戶輸入的輸入數(shù)據(jù)值包括1.材料；2.材料厚度；3.帶狀區(qū)寬度(例如，較窄、適中、較寬)；4.帶狀區(qū)間隔(例如，較短、適中、較長)；5.截口(例如，激光或噴水切割的寬度)；6.高或低疲勞強度(例如，折疊程序可被配置為默認(rèn)為低)；7.材料顆粒定向矢量的角度(例如，折疊程序可被配置為使“0”表示各向同性材料)；8.材料顆粒定向矢量的標(biāo)量；以及9.切割裝置。
用戶提供的輸入?yún)?shù)從上自下與表的“輸入匹配標(biāo)準(zhǔn)”側(cè)相匹配。每一參數(shù)都可以要求精確的數(shù)字匹配或使用基于范圍的匹配邏輯。例如，用戶可以輸入下列值1.材料＝冷軋鋼A36；2.材料厚度＝0.125英寸；3.帶狀區(qū)寬度＝較窄；4.帶狀區(qū)間隔＝較長；5.截口＝0.010；6.疲勞強度＝較低；7.角度＝0；8.標(biāo)量＝0；以及9.激光切割器。
應(yīng)該注意到，按照定義，各向同性板材的材料角度和標(biāo)量值為零。而各向異性材料則具有指示材料顆粒方向和大小的非零值。本發(fā)明的折疊程序和附隨的數(shù)據(jù)庫可以跟蹤這些材料定向矢量以防止連接區(qū)(例如，帶狀區(qū))與橫向顆粒方向平行。這可以通過將帶狀區(qū)的角度改為高于或是低于在類似的各向同性材料中使用的值來實現(xiàn)，或者可以通過旋轉(zhuǎn)中間的切口使得所有的連接區(qū)處于同一方向以代替通常使用的交替的力對消方式來實現(xiàn)。軟件程序在這些折線并非與材料矢量平行或垂直時，即相對于材料顆粒斜折時對各向異性材料進(jìn)行補償。
可任選地，材料值要求表內(nèi)的精確匹配并且所支持的值能從下拉列表中獲得。材料厚度可以與限定找到匹配的范圍的下限值和上限值相匹配。帶狀區(qū)寬度和帶狀區(qū)間隔可以要求精確匹配。截口可以與同樣由表內(nèi)定義的上下限和切割裝置的切割能力來定義的范圍的值相匹配?？梢栽谡郫B數(shù)據(jù)庫表內(nèi)的每一行中存儲截口基準(zhǔn)，并且可以比較實際的截口以根據(jù)簡單的數(shù)學(xué)公式來調(diào)整折疊減額。高/低疲勞性要求精確匹配并且構(gòu)成切換或者能夠隨著疲勞性需求參數(shù)改變而從一個切割區(qū)系列跨至一個又一個系列。材料顆粒定向矢量的角度可以與表限制所設(shè)置的范圍的值相匹配。
其中來自折疊程序的輸入集與該行內(nèi)的所有輸入匹配標(biāo)準(zhǔn)值相匹配的第一行被指定一個真實規(guī)則，并且輸出結(jié)果是定義適當(dāng)帶狀區(qū)和折疊幾何結(jié)構(gòu)的一組數(shù)據(jù)。輸出值可包括1.嵌合(例如，切口中心線到折線的距離)；2.折疊減額；3.截口基準(zhǔn)；4.帶狀區(qū)角度；5.弧集。
折疊數(shù)據(jù)庫表可以對對于小變化和唯一值不敏感的變量確立較大范圍，并且可以對對于小變化敏感的那些變量確立較小范圍。
優(yōu)選地，該折疊程序還可被配置成生成與設(shè)計的折疊或壓彎彎曲相關(guān)聯(lián)的一個或多個“接合部件”或固定機構(gòu)。接合部件是便于在一平面內(nèi)在角交點處接合或連接兩個自由金屬板邊緣的部件，即把薄板的一個平面部分與該薄板的另一個平面部分或另一薄板的平面部分機械接合的部件。例如，接合部件的一種形式可以是如圖6(a)至6(d)所示的重疊凸緣54，該重疊凸緣在一張薄板被折疊起來或當(dāng)兩張單獨的薄板被接合在一起時產(chǎn)生。該重疊凸緣具有四種形式，即左內(nèi)凸緣、左外凸緣、右內(nèi)凸緣和右外凸緣。其他較新形式的接合可包括如′870和′766申請中所述的允許兩個或更多平面部分對接接合和/或允許各平面部分二面相交的接頭片和成互補形的槽。例如，接合部件可以采用對準(zhǔn)孔、接頭片、槽和/或其他合適的固定裝置的形式。應(yīng)該認(rèn)識到，這些接合部件可以是臨時性或永久性的。例如，TOGGLE-LOCKTM、粘合劑、粘合帶、VELCRO、焊接、軟焊或銅焊以及其他已知的固定方法都可用于確保在接合部件處將兩薄板接合在一起。
可以為折疊程序提供輔助用戶的其他編輯工具。例如，“均勻折疊”是折疊程序生成的具有沿折線的均勻帶狀區(qū)和帶狀區(qū)特性的設(shè)計的折疊。例如，均勻折疊沿折疊程序的長度具有恒定的帶狀區(qū)寬度和恒定的帶狀區(qū)間隔。折疊程序還可以優(yōu)選地包括在均勻折疊內(nèi)提供帶狀區(qū)編輯指示的“均勻折疊編輯標(biāo)志”。均勻折疊還可以與通過彎曲部件控制面板執(zhí)行的全局動作相結(jié)合。一旦通過帶狀區(qū)編輯控制面板55(例如，圖8)對折疊進(jìn)行了操縱，該標(biāo)志就被設(shè)置成除了對于接合將類別從設(shè)計的折疊改為壓彎彎曲之外都不再能通過彎曲部件控制面板來控制編輯。
用戶在操作和使用過程中將首先設(shè)計要通過彎曲板材來制造的零件的3D模型。例如，用戶可以利用諸如SOLIDWORKS2004等CAD/CAM設(shè)計應(yīng)用程序來設(shè)計與圖4所示形狀類似，但沒有本發(fā)明的發(fā)計的彎曲的溝道形零件的電子3D模型。
某些現(xiàn)有的CAD/CAM設(shè)計應(yīng)用程序允許用戶對3D模型進(jìn)行電子操縱和平整以提供生產(chǎn)相應(yīng)3D零件所必需的單片板材的電子2D模型，而無需本發(fā)明的設(shè)計的彎曲。這些CAD/CAM設(shè)計應(yīng)用程序可以自動確定生產(chǎn)該3D零件所必需的板材形狀，以及該板材將圍繞其折疊以對期望3D零件成形的折線。
例如，用戶可以利用CAD/CAM設(shè)計應(yīng)用程序來自動確定其形狀與圖3所示的薄板相類似的薄板的幾何形狀，該薄板可用于生產(chǎn)與圖4所示相類似的3D零件，但沒有本發(fā)明的設(shè)計的彎曲。此外，CAD/CAM設(shè)計應(yīng)用程序可以自動確定將圖3的薄板折疊成圖4的溝道形零件，但沒有本發(fā)明的設(shè)計的折疊所需的這些的數(shù)量和位置。
用戶隨后可以利用本發(fā)明的計算機程序產(chǎn)品來以允許沿著折線彎曲板材的方式定制折線，從而得到具有沿著折線的邊對面接合和支承，即具有本發(fā)明設(shè)計的折疊的3D零件。如上所述，本發(fā)明的程序可被實現(xiàn)為現(xiàn)有CAD/CAM設(shè)計應(yīng)用程序的附件(例如，插件程序)，或者集成到設(shè)計應(yīng)用程序中或作為一個獨立程序而存在。
在用戶希望定制折線的情況下，用戶可以通過帶狀區(qū)編輯控制面板55(圖8)來選擇設(shè)計的折疊(例如，“IOI”)。應(yīng)該認(rèn)識到，可以使用各種手段來方便用戶選擇，包括但不限于下拉菜單、對話框和其他合適手段。
接著參考圖8，用戶隨后將鍵入或被提示鍵入與期望設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)的各種輸入數(shù)據(jù)值。例如，在用戶設(shè)計特定鋼類型的3D零件時，用戶可以通過下拉菜單或其他手段從諸如鋁、鈦或其他合適材料的可用材料列表中選擇“鋼A-36(STEELA-36)”。
用戶接著可以鍵入材料厚度，例如“0.104”英寸。或者，本發(fā)明的計算機程序產(chǎn)品可被配置成基于3D零件的電子模型來自動計算和/或使用材料的厚度。
用戶隨后可以選擇期望的帶狀區(qū)寬度和帶狀區(qū)間隔。在圖8所示的實施例中，帶狀區(qū)編輯控制面板55針對帶狀區(qū)寬度提供了包括“較寬(WIDE)”、“居中(m)”和“較窄(NARROW)”的三個選擇，并針對帶狀區(qū)間隔提供了包括“較近(CLOSE)”、“居中(M)”和“較遠(yuǎn)(FAR)”的三個選擇。帶狀區(qū)寬度和帶狀區(qū)間隔可以是材料厚度的函數(shù)，在此情況下，用戶能夠利用該程序來基于存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)和/或由并入程序內(nèi)的算法算出的預(yù)定縮放范圍對寬度和/或間隔進(jìn)行自動縮放。應(yīng)該認(rèn)識到，該程序可以配備有大量寬度和間隔選擇，或者可以配備有允許用戶輸入他自己希望的其他寬度和/或間隔的手段。
接下來，用戶可以輸入期望的截口，例如“0.008”英寸。該程序還可被配置成基于諸如材料類型、材料厚度和/或其他設(shè)計考慮事項等各種參數(shù)來自動計算期望截口。
用戶隨后可以選擇期望的疲勞強度。在所示的實施例中，用戶可以在“低疲勞性(LOW)”和“高疲勞性(HIGH)”中選擇。然而應(yīng)該認(rèn)識到，該程序也可以被配置成允許用戶輸入與疲勞強度相關(guān)聯(lián)的一個或多個特定值(例如，彈性系數(shù))以進(jìn)一步定制期望的折線強度。
用戶可以選擇材料矢量來改變切割區(qū)相對于折線的角度和/或切割區(qū)的標(biāo)量。應(yīng)該也認(rèn)識到，該程序可被配置成允許用戶改變切割區(qū)的其他特性，包括但不限于間距、嵌合距離、期望形狀等等。帶狀區(qū)編輯控制面板55可以被配置成列出或提示這些特性，或者該程序可以被配置成在“高級(ADVANCED)”菜單或?qū)υ捒騼?nèi)提供這些特性。
用戶還可以選擇“翻轉(zhuǎn)”來避免在板材中存在與折線相鄰的不連續(xù)。例如，設(shè)計的折疊可以圍繞折線“翻轉(zhuǎn)”，使得折線之上的切割區(qū)位置得以圍繞折線對稱，并且反之亦然。也可以提供其他手段來重新配置切割區(qū)定位從而避免不連續(xù)。
一旦用戶輸入他或她的選擇，用戶就可以在在顯示單元39上檢查結(jié)合有定制折線的電子3D零件建模和/或電子2D薄板建模，即設(shè)計的折疊9。如果用戶認(rèn)為需要修改，用戶可返回到帶狀區(qū)編輯控制面板55來對他或她先前的選擇進(jìn)行編輯。假設(shè)用戶對所得設(shè)計的折疊滿意，則用戶可以把結(jié)合有一個或多個設(shè)計的折疊的2D或3D電子建模以包括但不限于.MDF、.DXF、.IGES和/或.STEP文件的各種公知格式的形式輸出至切割機41(圖1)和/或其他輸出建模。
在設(shè)計板材中的折線來實現(xiàn)三維折疊結(jié)構(gòu)時，精度、硬度和強度是本發(fā)明的有用優(yōu)點，但這卻受到控制并大幅降低了彎曲力。在設(shè)計的折疊的彎曲力與該折疊在封閉三維結(jié)構(gòu)中的最終強度之間存在折衷。彎曲力是各種參數(shù)的產(chǎn)物，這些參數(shù)包括但不限于帶狀區(qū)密度、帶狀區(qū)寬度、以及在某一程度上，相對于折線的帶狀區(qū)角度。如果設(shè)計者期望一個非常強的折疊，則必須容忍更大彎曲力，從而導(dǎo)致高帶狀區(qū)密度和高帶狀區(qū)寬度。如果設(shè)計者期望一個較低的彎曲力并且不關(guān)心折疊的最終強度，那么就可利用較低帶狀區(qū)密度和較窄帶狀區(qū)寬度。中間值會導(dǎo)致居中的結(jié)果。該折疊程序可允許用戶通過直接指定帶狀區(qū)寬度和帶狀區(qū)密度和/或其他目標(biāo)參數(shù)來實現(xiàn)這些折衷，因為強度或折疊力會導(dǎo)致帶狀區(qū)寬度和帶狀區(qū)密度稱為驅(qū)動值。
傳統(tǒng)彎曲能夠保持彎曲角度是因為需要很大的彎曲力才能讓材料發(fā)生塑性形變。本發(fā)明可充分利用較低的折疊力并且不預(yù)期固定設(shè)計的折疊的旋轉(zhuǎn)角度。然而，一個封閉的三維結(jié)構(gòu)通過聯(lián)鎖平面的相交固定了旋轉(zhuǎn)角，并且整個結(jié)構(gòu)以與樞接構(gòu)架對所采用的材料進(jìn)行最大利用相同的方式是鋼性且堅固的。當(dāng)難以獲得限制所有旋轉(zhuǎn)自由度的機會時，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以將設(shè)計的折疊與傳統(tǒng)彎曲折疊混合，或者可以指示設(shè)計的折疊會在隨后通過熔融或支撐步驟來強化。
此外，本發(fā)明的軟件程序以及優(yōu)選切口幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、圖形和/或數(shù)學(xué)表達(dá)的復(fù)合曲線的附帶數(shù)據(jù)庫試圖維持設(shè)計的折疊減額沿任何給定折疊維持基本恒定。這在對均勻折疊進(jìn)行編輯和處理從而導(dǎo)致部分帶狀區(qū)密度或帶狀區(qū)寬度與原始均勻折疊不同時頗為重要。最優(yōu)選地，保持嵌合沿著任何給定折疊基本恒定，因而能夠被改變以保持設(shè)計的折疊減額恒定的主要變量是限定插入連接區(qū)的切口形狀。切口形狀不能被表達(dá)為單個參數(shù)。本發(fā)明的一個功能就是幫助設(shè)計者在修改均勻折疊的過程中能可任選地限制對那些已預(yù)定的、經(jīng)驗性的或經(jīng)歷有限元建模的折疊修改，以獲得與其他折疊相容的局部設(shè)計的折疊減額。否則，物理折疊板材就會相對于設(shè)計出該板材的電子模型略微旋轉(zhuǎn)，并影響到整個三維結(jié)構(gòu)的精度和硬度。
為了便于所附權(quán)利要求書中的解釋和精確定義，使用術(shù)語“向上”或“上部”、“向下”或“下部”、“左”和“右”、“內(nèi)”和“外”來參考附圖中示出的各部件位置而對所示的本發(fā)明這些部件進(jìn)行描述。
在許多方面，各附圖的修改與先前的修改類似，并且跟有下標(biāo)“a”、“b”、“c”和“d”的同一參考標(biāo)號指代對應(yīng)的部分。
以上描述已經(jīng)出于示意和說明的目的介紹了本發(fā)明的具體實施例。這些實施例并不詳盡也將本發(fā)明限于所公開的精確形式，并且顯見的是可以根據(jù)上述教示做出許多修改和變化。選擇和描述各實施例是為了更好地解釋本發(fā)明的原理以及實際應(yīng)用，從而允許本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠最好地利用本發(fā)明以及帶有適合所構(gòu)想的特定使用的各種修改的各實施例。本發(fā)明的范圍旨在由所附權(quán)利要求書及其等效技術(shù)方案所定義。
權(quán)利要求
1.一種為耐折板材設(shè)計期望折線的方法，包括以下步驟在制圖系統(tǒng)上的母平面內(nèi)定義所述期望折線；以及用包括一系列切割區(qū)的折疊幾何結(jié)構(gòu)填充所述期望折線，所述切割區(qū)定義了相對所述折線構(gòu)造和定位的一系列連接區(qū)，由此在沿著所述折線折疊所述材料能在所述切割區(qū)的相對側(cè)產(chǎn)生所述材料的邊對面接合。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括定位、縮放和/或成形所述切割區(qū)以定義沿著所述折線的所述連接區(qū)，以便在沿著所述折線折疊所述材料時能實現(xiàn)所述邊對面接合。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還包括再定位、再縮放和/或再成形至少一個所述切割區(qū)以替換、添加和/或減去至少一個所述連接區(qū)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括檢測所述母平面上的薄弱區(qū)；以及基于鄰近所述薄弱區(qū)的局部折疊幾何結(jié)構(gòu)再定位、再縮放和/或再成形至少一個所述連接區(qū)以替換、添加和/或減去至少一個所述連接區(qū)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述填充步驟定義了所述切割區(qū)和連接區(qū)以便在沿著所述折線折疊所述材料時抵抗應(yīng)力集中、疲勞性或裂隙產(chǎn)生。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括基于從由材料、材料厚度、帶狀區(qū)寬度、帶狀區(qū)密度、截口、疲勞強度和材料定向角組成的組中選取的至少一個參數(shù)來定義所述折疊幾何結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法被實現(xiàn)為具有折疊和展開功能的CAD/CAM系統(tǒng)之一的附件。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括提供所述CAD/CAM系統(tǒng)的可視化，所述可視化顯示出沿所述折線填充的所述切割區(qū)和所述連接區(qū)幾何結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法被實現(xiàn)為與具有折疊和展開功能的CAD/CAM系統(tǒng)相集成。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括設(shè)計含有折縫部件的折縫板材產(chǎn)品，其中所述切割區(qū)和所述連接區(qū)疊加在所述折縫部件上。
11.一種為耐折板材設(shè)計期望折線的方法，包括以下步驟存儲具有不同尺寸和/或形狀的多個切割區(qū)構(gòu)造和連接區(qū)構(gòu)造；在制圖系統(tǒng)上的母平面內(nèi)定義一期望折線；選擇具有期望形狀和縮放比例的優(yōu)選切割區(qū)和/或優(yōu)選連接區(qū)；沿著所述折線定位一優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)，所述優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)包括所述選定的切割區(qū)和所述選定的連接區(qū)；以及再定位、再縮放和/或再成形所述優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)以替換、添加和/或減去至少一個所述連接區(qū)，由此在沿著所述折線折疊所述材料時能在所述切割區(qū)的相對側(cè)產(chǎn)生所述材料的邊對面接合。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括提供用于準(zhǔn)許所述材料的第一平面和第二平面相連的固定機構(gòu)，其中所述第一平面和第二平面相關(guān)于所述折線彼此重疊。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述固定機構(gòu)是從由對準(zhǔn)孔、接頭片、槽及其組合所組成的組中選取的。
14.一種用于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的計算機可讀介質(zhì)中的計算機程序產(chǎn)品，用于為耐折板材設(shè)計期望折線，所述計算機程序產(chǎn)品包括用于在制圖系統(tǒng)上的母平面內(nèi)定義所述期望折線的指令；以及用于使用包括一系列切割區(qū)的折疊幾何結(jié)構(gòu)來填充所述期望折線的指令，所述切割區(qū)定義了相對于所述折線構(gòu)造和放置的一系列連接區(qū)，由此在沿著所述折線折疊所述材料時能在所述切割區(qū)的相對側(cè)產(chǎn)生所述材料的邊對面接合。
15.如權(quán)利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于，還包括用于定位、縮放和/或成形所述切割區(qū)以定義沿著所述折線的連接區(qū)，以便在沿著所述折線折疊所述材料時能實現(xiàn)所述邊對面接合的指令。
16.如權(quán)利要求15所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于，還包括用于再定位、再縮放和/或再成形至少一個所述切割區(qū)以替換、添加和/或減去至少一個所述連接區(qū)的指令。
17.如權(quán)利要求16所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于，還包括用于檢測所述母平面中的薄弱區(qū)的指令；以及用于基于鄰近所述薄弱區(qū)的局部折疊幾何結(jié)構(gòu)來再定位、再縮放和/或再成形至少一個所述連接區(qū)以替換、添加和/或減去至少一個所述連接區(qū)的指令。
18.如權(quán)利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于，所述用于填充的指令定義了所述切割區(qū)和連接區(qū)以便在沿著所述折線折疊所述材料時抵抗應(yīng)力集中、疲勞性或裂隙產(chǎn)生。
19.如權(quán)利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于，還包括用于基于從由材料、材料厚度、帶狀區(qū)寬度、帶狀區(qū)密度、截口、疲勞強度和材料定向角組成的組中選取的至少一個參數(shù)來定義所述折疊幾何結(jié)構(gòu)的指令。
20.如權(quán)利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于，所述計算機程序產(chǎn)品被配置為用于安裝到具有折疊和展開功能的CAD/CAM系統(tǒng)。
21.如權(quán)利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于，還包括提供所述CAD/CAM系統(tǒng)的可視化的指令，所述可視化顯示出沿所述折線填充的所述切割區(qū)和所述連接區(qū)幾何結(jié)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于，所述計算機程序產(chǎn)品包括具有折疊和展開功能的CAD/CAM應(yīng)用程序。
23.如權(quán)利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于，還包括用于設(shè)計含有折縫部件的折縫板材產(chǎn)品的指令，其中所述切割區(qū)和所述連接區(qū)疊加在期望的折縫部件上。
24.一種用于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的計算機可讀介質(zhì)中的計算機程序產(chǎn)品，用于為耐折板材設(shè)計期望折線，所述計算機程序產(chǎn)品包括用于存儲具有不同尺寸和/或形狀的多個切割區(qū)構(gòu)造和連接區(qū)構(gòu)造的指令；用于在制圖系統(tǒng)上的母平面內(nèi)定義一期望折線的指令；用于選擇具有期望形狀和縮放比例的優(yōu)選切割區(qū)和/或優(yōu)選連接區(qū)的指令；用于沿著所述折線定位一優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)的指令，所述優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)包括所述選定的切割區(qū)和所述選定的連接區(qū)；以及用于再定位、再縮放和/或再成形所述優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)以替換、添加和/或減去至少一個所述連接區(qū)的指令，由此在沿著所述折線折疊所述材料時能在所述切割區(qū)的相對側(cè)產(chǎn)生所述材料的邊對面接合。
25.如權(quán)利要求24所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于，還包括用于提供準(zhǔn)許所述材料的第一平面和第二平面相連的固定機構(gòu)的指令，其中所述第一平面和第二平面相關(guān)于所述折線彼此重疊。
26.如權(quán)利要求24所述的計算機程序產(chǎn)品，其特征在于，所述固定機構(gòu)是從由對準(zhǔn)孔、接頭片、槽及其組合所組成的組中選取的。
27.一種為耐折板材設(shè)計期望折線的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括用于在制圖系統(tǒng)上的母平面內(nèi)定義所述期望折線的輸入裝置；以及用于使用包括一系列切割區(qū)的折疊幾何結(jié)構(gòu)來填充所述期望折線的計算裝置，所述切割區(qū)定義了相對于所述折線構(gòu)造和定位的一系列連接區(qū)，由此在沿著所述折線折疊所述材料時能在所述切割區(qū)的相對側(cè)產(chǎn)生所述材料的邊對面接合。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述計算裝置定位、縮放和/或成形所述切割區(qū)以定義沿著所述折線的連接區(qū)，以便在沿著所述折線折疊所述材料時能實現(xiàn)所述邊對面接合。
29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述計算裝置再定位、再縮放和/或再成形至少一個所述切割區(qū)以替換、添加和/或減去至少一個所述連接區(qū)。
30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述計算裝置檢測所述母平面中的薄弱區(qū)，并且基于鄰近所述薄弱區(qū)的局部折疊幾何結(jié)構(gòu)再定位、再縮放和/或再成形至少一個所述連接區(qū)以替換、添加和/或減去至少一個所述連接區(qū)。
31.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述計算裝置定義了所述切割區(qū)和連接區(qū)以便在沿著所述折線折疊所述材料時抵抗應(yīng)力集中、疲勞性或裂隙產(chǎn)生。
32.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述計算裝置基于從由材料、材料厚度、帶狀區(qū)寬度、帶狀區(qū)密度、截口、疲勞強度和材料定向角組成的組中選取的至少一個參數(shù)來定義所述折疊幾何結(jié)構(gòu)。
33.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括基于從由材料、材料厚度、帶狀區(qū)寬度、帶狀區(qū)密度、截口、疲勞強度和材料定向角組成的組中選取的至少一個參數(shù)來存儲多個預(yù)定折疊幾何結(jié)構(gòu)的存儲器裝置，其中所述計算裝置選擇所述預(yù)定的折疊幾何結(jié)構(gòu)中的一個。
34.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括具有折疊和展開功能的CAD/CAM應(yīng)用程序。
35.如權(quán)利要求34所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括提供所述CAD/CAM系統(tǒng)的可視化的顯示裝置，所述可視化顯示出沿所述折線填充的所述切割區(qū)和所述連接區(qū)幾何結(jié)構(gòu)。
36.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)與具有折疊和展開功能的CAD/CAM系統(tǒng)結(jié)合使用。
37.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)被配置成用于設(shè)計含有折縫部件的折縫板材產(chǎn)品，其中所述計算裝置將所述切割區(qū)和所述連接區(qū)疊加在所述折縫部件上。
38.一種用于為耐折板材設(shè)計期望折線的系統(tǒng)，包括用于存儲具有不同尺寸和/或形狀的多個切割區(qū)構(gòu)造和連接區(qū)構(gòu)造的存儲裝置；用于在制圖系統(tǒng)上的母平面內(nèi)定義一期望折線的輸入裝置；用于選擇具有期望形狀和縮放比例的優(yōu)選切割區(qū)和/或優(yōu)選連接區(qū)的計算裝置；其中所述計算裝置沿著所述折線定位一優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)，所述優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)包括所述選定的切割區(qū)和所述選定的連接區(qū)，并且其中所述計算裝置再定位、再縮放和/或再成形所述優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)以替換、添加和/或減去至少一個所述連接區(qū)，由此在沿著所述折線折疊所述材料能在所述切割區(qū)的相對側(cè)產(chǎn)生所述材料的邊對面接合。
39.如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述計算系統(tǒng)還被配置成設(shè)計和/或形成準(zhǔn)許所述材料的第一平面和第二平面相連的固定機構(gòu)，其中所述第一平面和第二平面相關(guān)于所述折線彼此重疊。
40.如權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述固定機構(gòu)是從由對準(zhǔn)孔、接頭片、槽及其組合所組成的組中選取的。
全文摘要
一種用于為板材設(shè)計折線的方法包括以下步驟定義制圖系統(tǒng)上的母平面內(nèi)定義期望折線；以及用包括一系列切割區(qū)的折疊幾何結(jié)構(gòu)構(gòu)成該折線，其中這些切割區(qū)定義了相對于該折線構(gòu)造和定位的一系列連接區(qū)，由此在沿著折線折疊材料時能在切割區(qū)的相對側(cè)產(chǎn)生該材料的邊對面接合?；蛘撸痉椒梢园ㄒ韵虏襟E存儲具有不同尺寸和/或形狀的多個切割區(qū)構(gòu)造和連接區(qū)構(gòu)造；在制圖系統(tǒng)的母平面內(nèi)定義期望折線；選擇具有期望形狀和縮放比例的優(yōu)選切割區(qū)和/或優(yōu)選連接區(qū)；沿著折線定位包括所選切割區(qū)和所選連接區(qū)的較佳折疊幾何結(jié)構(gòu)；以及再定位、再縮放和/或再成形該優(yōu)選折疊幾何結(jié)構(gòu)以替換、添加和/或減去至少一個連接區(qū)，由此在沿著折線折疊材料時能在切割區(qū)的相對側(cè)產(chǎn)生該材料的邊對面接合。還公開了被配置成實現(xiàn)設(shè)計板材內(nèi)的折線的方法的計算機程序產(chǎn)品和系統(tǒng)。
文檔編號B32B3/10GK101068635SQ200580015812
公開日2007年11月7日 申請日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月8日
發(fā)明者M·W·德內(nèi), A·D·潘德雷 申請人:工業(yè)紙折品有限公司