(57)【要約】【課題】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する。【解決手段】可撓性と弾性を有するシート（１２）と、シートの下側にマトリックス状に配置された、シートに所望の形状を形作るためのメモリロッド（１４）と、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（１９）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（１３；１５，１６；１７，１８）とを含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
を含む形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項２】
シートはメモリロッド群に支持され、その先端に接触されていることを特徴とする請求項１に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項３】
メモリロッド群の各ロッドは、シートに対して垂直方向に移動可能であり、対応するコントロールロッドにより所定の位置に押された後にその場にロックされることを特徴とする請求項１に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項４】
コントロールロッド群の各ロッドは、スタート位置からメモリロッド群の対応する各ロッドに対して垂直方向に移動可能であり、所定の位置まで移動されたときにロックされることを特徴とする請求項１に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項５】
コントロールロッドは、各メモリロッドから下方に移動されてスタート位置に復帰されることを特徴とする請求項４に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項６】
コントロールロッドの所定の位置は、コンピュータにより制御されることを特徴とする請求項３に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項７】
コントロールロッドの各ロッドには、二つの流体駆動式のロック機構が備えられ、それらのロック手段は同期的位置指定により特定のコントロールロッドを解放して自由に移動させることを特徴とする請求項３に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項８】
流体駆動式ロック機構は、コントロールロッド及びメモリロッド用のＸ座標用の第１ロック機構とＹ座標用の第２ロック機構とを含むことを特徴とする請求項７に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項９】
シートがメモリロッド群の先端に対して吸引されることを特徴とする請求項２に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項１０】
メモリロッドとコントロールロッドを収容する筐体をさらに有し、その筐体は、シートを前記メモリロッドの先端に吸い付けるための吸引力を生成するためにエアが抜かれることを特徴とする請求項９に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項１１】
コントロールロッドのロック及びロック解除が可能なロック機構はエレベータに接続され、コントロールロッドを上げ下げ可能であることを特徴とする請求項１０に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項１２】
エレベータは、入力描画データがコントロールロッドからメモリロッドに転写された後に全コントロールロッドのロックが解除された状態で、最下位に復帰されることを特徴とする請求項１１に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項１３】
同時に位置指定を受けたコントロールロッドはエレベータが上昇するときはロックされ、エレベータが下降されるときはロックを解除される請求項１１に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項１４】
膨張されたときにメモリロッド及びコントロールロッドをその場にロックするブレーキとなる膨張可能なチューブをさらに備えている請求項３に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項１５】
膨張可能なチューブは、同時位置指定のために二次元に整列されている請求項１４に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項１６】
膨張可能なチューブは、二つの直交する方向に整列されている請求項１５に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項１７】
コントロールロッドとメモリロッドを案内する孔及び膨張可能な流体チューブとコントロールロッド用及びメモリロッド用の自由移動が可能な押圧板を保持する水平な溝を有する第１のフレームを備えていることを特徴とする請求項１に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項１８】
メモリロッドの各ロッドには、二つの流体駆動式のロック機構が備えられ、それらのロック手段は同期的位置指定により特定のメモリロッドを解放して自由に移動させることを特徴とする請求項１に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【請求項１９】
シートはバーチャルなものである請求項１に記載の形状更新可能な３次元表面作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【発明の効果】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】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す一部破断斜視図。
【図２】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す一部破断斜視図。
【図３】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図。
【図４】３Ｄ表面を形成する際の一連の作用を示す説明図。
【図５】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図。
【図６】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す説明図。
【図７】３Ｄ表面の制御システムの概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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