DE3889819T2 - 3D-Dimensionierung in rechnerunterstützter Zeichnung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf rechnerunterstützte Entwurfssysteme (CAD-Systeme) und im besonderen auf ein Verfahren, mit dessen Hilfe dreidimensionale Computermodelle mit Maßeintragungen versehen werden können, ohne daß dazu zwei Modelle erforderlich sind, und das auch eine automatische Dokumentation ermöglicht.
• Es ist mittlerweile möglich, räumliche Modelle von Teilen in einem Mehrzweckcomputer aufzubauen. Diese Modelle können zur Berechnung von Eigenschaften der Teile wie z. B. des Schwerpunktes oder der Trägheitsmomente verwendet werden. Auch die gegenseitige Beeinflussung von Teilen kann damit getestet werden. Entwürfe von Teilen, die in einem räumlichen Modellierungssystem definiert sind, sind aber für die Fertigung erst dann vollständig, wenn sie mit Maß- und Toleranzeintragungen versehen sind. Diese Maß- und Toleranzeintragungen sind üblicherweise in der Zeichnung des Teils enthalten.
• Aus COMPUTER, Bd. 15, Nr. 11, November 1982, S. 35-47 ist ein computerunterstütztes Entwurfsverfahren bekannt, bei dem die Wiedergabe eines dreidimensionalen Computermodells mit Maß-und Toleranzparametern versehen werden kann. Wenn die Liniensegmente oder Punkte, auf die sich die gewünschten Maßeintragungen beziehen, vom Benutzer angegeben werden, können in der durch Projektion aus dem geometrischen Objekt abgeleiteten Konstruktionszeichnung automatisch die gewünschten Maßeintragungen an passenden Stellen hinzugefügt werden.
• Derzeit ist es üblich, eine Projektion des räumlichen Modells an ein zweidimensionales Entwurfssystem zu übergeben, in dem dann die Maßeintragungen und Toleranzen hinzugefügt und eine vollständige Konstruktionszeichnung angefertigt wird. Die Hauptschwierigkeit dieses Ansatzes ist, daß zwei Modelle vorhanden sind, das dreidimensionale räumliche und das zweidimensionale Zeichnungsmodell. Wenn die Anzahl der Änderungen hoch ist, wird es schwierig, die Konsistenz der beiden Modelle aufrecht zu erhalten. Es wäre also wünschenswert, wenn die Maßeintragungen und Toleranzen schon in dem räumlichen Modell angegeben werden könnten und somit nur ein Modell erforderlich wäre.
• Einige Toleranzen, wie z. B. geometrische Formen, sind Bestandteile von Vorspannblöcken, andere sind Bestandteile von Maßeintragungen. Außerdem sind üblicherweise im Überschriftsblock der Zeichnung Standardtoleranzen für Linien und Winkel angegeben. Wenn zu einer Maßeintragung auf der Zeichnung keine Toleranz angegeben ist und die betreffende Maßeintragung auch nicht als Grund- oder Bezugsmaß deklariert ist, dann gilt die passende Toleranz aus dem Überschriftsblock. Da diese Konventionen allgemein bekannt sind, sollten sie in einem räumlichen Modellierungssystem berücksichtigt werden. Daher werden Vorspannblöcke und Maßeintragungen benötigt, die auf räumliche Modelle angewandt werden können.
• Es ist daher eine Aufgabe der beanspruchten Erfindung, ein dreidimensionales Bemaßungsverfahren für CAD-Systeme bereitzustellen, in dem nur ein Modell, nämlich das dreidimensionale räumliche Modell, benötigt wird und bei dem die Maßeintragungen und Toleranzen in dem räumlichen Modell enthalten sind.
• Eine weitere Aufgabe der beanspruchten Erfindung besteht darin, ein dreidimensionales Bemaßungsverfahren für CAD-Systeme bereitzustellen, das automatisch korrekte zweidimensionale Vorspannblöcke und Maßeintragungen erzeugt, wenn das räumliche Modell so betrachtet wird, wie es für die Erstellung einer Zeichnung erforderlich ist.
• Dieses Ziel der Erfindung wird durch die in Anspruch 1 beschriebenen Merkmale erreicht. Weitere Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen charakterisiert.
• Die zuvor beschriebenen und andere Aufgaben, Aspekte und Vorzüge der Erfindung werden aufgrund der anschließenden ausführlichen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels verständlicher, wobei auf die folgenden Abbildungen Bezug genommen wird:
• Fig. 1A bis 1F sind Beispiele aus einem Entwurfslehrbuch, die verschiedene Möglichkeiten zeigen, wie die Maßeintragungen in einer isometrischen Ansicht angebracht werden können;
• Fig. 2A und 2B sind Beispiele aus einem Entwurfslehrbuch, die Probleme zeigen, die bei der Anbringung von Maßeintragungen in komplexen isometrischen Ansichten entstehen können;
• Fig. 3 und 4 sind Beispiele aus einem Entwurfslehrbuch, die mit Maßeintragungen versehene axonometrische Ansichten zeigen, aufgrund derer konventionelle zweidimensionale Ansichten gezeichnet werden sollen;
• Fig. 5 ist eine Vorderansicht eines räumlichen Modells, die die Verwendung von Basismaßeintragungen zeigt;
• Fig. 6 ist eine axonometrische Ansicht des in Fig. 5 als Vorderansicht gezeigten räumlichen Modells, die zeigt, daß die Verwendung von Basismaßeintragungen irreführend sein kann;
• Fig. 7 und 8 sind axonometrische Ansichten des in Fig. 5 als Vorderansicht gezeigten räumlichen Modells, die zeigen, wie die Maßeintragungen gemäß der vorliegenden Erfindung aussehen;
• Fig. 9 ist eine axonometrische Ansicht eines räumlichen Modells, die zeigt, wie Maßeintragungen für Winkel gemäß der vorliegenden Erfindung aussehen;
• Fig. 10A und 10B bilden zusammen ein Flußdiagramm des Verfahrens gemäß der Erfindung;
• Fig. 11A, 11B und 11C bilden zusammen ein Flußdiagramm für eine Verallgemeinerung von Einzelheiten gemäß der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 12 ist eine Vektorzeichnung im dreidimensionalen Raum, die die Operationen gemäß dem Verfahren der Erfindung zeigt;
• Fig. 13 ist ein Flußdiagramm, das die Prozedur zeigt, die von dem Flußdiagramm von Fig. 10A und 10B aus aufgerufen wird;
• Fig. 14 und 15 sind axonometrische Ansichten von räumlichen Modellen, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung mit Maßeintragungen versehen sind.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung ist es erforderlich, einen kurzen Überblick über die Konventionen zu geben, die derzeit für die Maßeintragungen in axonometrischen Ansichten von räumlichen Modellen gelten. Räumliche Modelle können aus Blickrichtungen betrachtet werden, die Standardansichten für Zeichnungen ergeben, nämlich Hauptansicht, Querschnitt, Hilfsansicht oder Einzelansicht. In solchen Fällen empfiehlt es sich, wenn die Maßeintragungen mit dem Standard für Zeichnungen in Einklang stehen, wie er beispielsweise in "Dimensioning and Tolerancing", American National Standard Y14.5, American Society of Mechanical Engineers, 345 East 47th Street, New York, NY 19917 festgelegt ist. Räumliche Modelle können auch aus Blickrichtungen betrachtet werden, die irgendeine axonometrische, z. B. isometrische Ansicht ergeben; diese Ansichten werden allerdings in konventionellen Zeichnungen nicht oft mit Maßeintragungen versehen.
• In Entwurfslehrbüchern werden Maßeintragungen für axonometrische Projektionen oft auf einigen Seiten behandelt. Im Prinzip werden die üblichen Maßeintragungen verwendet, doch werden sie schief gestellt, damit sie mit den Achsen des Teils parallel sind. Die in Fig. 1A bis 1F wiedergegebenen Beispiele aus dem Lehrbuch Technical Drawing von F. E. Giesecke, A. Mitchell und H. C. Spencer im Verlag MacMillan, New York zeigen, daß die Maßeintragungen in die Ebenen gezeichnet werden sollten, auf die sie sich beziehen. Es ergeben sich neue Fehlerquellen, wie aus Fig. 2B deutlich wird; dort ist die Maßeintragung mit der Maßzahl 3 1/8 nicht korrekt, weil die Maßlinie und die Punkte, für die die Maßeintragung gelten soll, im dreidimensionalen Raum nicht auf einer Ebene liegen.
• Auch die hauptsächliche Verwendung von Maßeintragungen in axonometrischen Ansichten scheint sich in Entwurfslehrbüchern zu finden. So kann der Autor des Lehrbuchs dem Leser eine mit Maßeintragungen versehene axonometrische Ansicht vorgeben und ihn auffordern, daraus eine konventionelle Ansicht zu zeichnen. Solche Beispiele liefern zusätzliche Hinweise darauf, daß die Angabe von Maßen in axonometrischen Ansichten schwieriger ist. So läßt sich z. B. an Fig. 3 aus dem Lehrbuch von Giesicke et al. erkennen, daß zusätzliche Konstruktionslinien erforderlich waren, um den Gebrauch konventioneller Maßeintragungen zu ermöglichen. In Fig. 4 erstreckt sich die Maßeintragung mit der Maßzahl 5 3/4 von einer Ebene zu einer Kante. Das ist verwirrend und wäre in einem Computersystem schwer zu implementieren. Diese Beispiele zeigen, daß die übliche Art der Maßeintragungen nicht allgemein genug ist, um axonometrische Fälle in der üblichen Art zu behandeln.
• Zusätzliche Probleme ergeben sich bei der Angabe von Maßen für dreidimensionale Modelle dadurch, daß das Modell und die zugeordneten Maßeintragungen von jedem Blickwinkel aus betrachtet werden können. Das erste Problem tritt bei Basismaßeintragungen auf. Basismaßeintragungen können wie unten in Fig. 5 gezeigt verwendet werden. Wenn der Blickwinkel gedreht wird und die Maßeintragungen in einer einzigen Ebene liegen sollen, können die Maßeintragungen so aussehen wie unten in Fig. 6. Das ist sehr irreführend, weil die linken Maßhilfslinien der beiden längeren Maßeintragungen auf falsche Eckpunkte zeigen.
• Ein zweites Problem tritt in dieser Situation sogar bei einzelnen Maßeintragungen auf. In Fig. 5 gibt es Eckpunkte, die direkt hintereinander liegen, und für den Benutzer ist es gleichgültig, welcher von ihnen verwendet wird. Wenn das Teil allerdings aus dem Blickwinkel von Fig. 6 betrachtet wird, ergeben sich durchaus Unterschiede. Wenn festgesetzt wird, daß die Maßeintragung auf einer Ebene liegt, die durch den ersten Eckpunkt geht und parallel zur Papierebene von Fig. 5 ist, können die Maßlinien so aussehen wie oben in Fig. 6 gezeigt. Auf einer Zeichnung mit sehr vielen Angaben könnten dann leicht Mißverständnisse entstehen.
• Die Lösung des ersten Problems besteht in einer Verallgemeinerung der konventionellen zweidimensionalen Maßeintragungen zu dreidimensionalen Maßeintragungen. Bei linearen dreidimensionalen Maßeintragungen wird zugelassen, daß die Maßhilfslinien gebrochen sind und die Ebene verlassen, auf der die konventionellen zweidimensionalen Maßeintragungen liegen, wie in Fig. 7 gezeigt. Man beachte, daß die Basismaßeintragungen nun auf die richtigen Eckpunkte zeigen und daß sie, wenn sie aus der als normal festgelegten Blickrichtung betrachtet werden, genauso aussehen wie in Fig. 5.
• Auch das zweite Problem wird dadurch teilweise gelöst, weil die Maßeintragungen, die keine Basismaßeintragungen sind, jetzt ebenfalls auf die richtigen Eckpunkte zeigen und bei einer Betrachtung von der als normal festgelegten Blickrichtung aus genauso aussehen wie in Fig. 5. Wenn der Benutzer die Maßeintragungen in die Ansicht von Fig. 7 eintragen würde, würde er wahrscheinlich eine übersichtlichere Darstellung, wie in Fig. 8 gezeigt, vorziehen. Eine Maßeintragung von Fig. 7 kann in die zugehörige Darstellung von Fig. 8 dadurch überführt werden, daß eine oder beide Maßhilfslinien auf einen Eckpunkt verschoben werden, der in als normalen festgelegten Blickrichtung zu dem ursprünglichen Eckpunkt äquivalent ist. Die vollständige Lösung erfordert also ein Programm, daß diese äquivalenten Eckpunkte finden kann, damit das System in allen Fällen, in denen das möglich ist, Maßeintragungen ohne gebrochene Maßhilfslinien erzeugt.
• Ähnliche Probleme gibt es bei Maßeintragungen für Winkel, wie in Fig. 9 gezeigt. Es gibt Fälle, wie in Fig. 9 gezeigt, in denen die Linien, für die eine Maßeintragung erfolgen soll, nicht auf derselben Ebene liegen (die Schachtel ist um die gestrichelte Linie dreißig Grad nach oben von der Ebene weggedreht, auf der das Prisma liegt). Die gebrochene untere Maßhilfslinie hilft dabei, die Maßeintragung zu der oberen Maßhilfslinie in Beziehung zu setzen. Eine Variante dazu wäre, die Dimension in einer anderen Ebene als der verwendeten zu zeichnen; in diesem Fall wären möglicherweise zwei gebrochene Maßhilfslinien erforderlich.
• Nach dieser allgemeinen Beschreibung der Erfindung wird nun auf Fig. 10A und 10B Bezug genommen, die ein detailliertes Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens enthalten. Am Anfang wird das lokale Koordinatensystem u,v,w so ausgerichtet, daß die w- Richtung der als normale festgesetzten Blickrichtung entspricht und u die gewünschte Richtung hat, wie in Funktionsblock 110 angegeben. Dann wird in Entscheidungsblock 111 geprüft, ob eine lineare Maßeintragung eingegeben wird. Einstweilen soll vorausgesetzt werden, daß dies der Fall ist. Der Benutzer gibt dann zwei Eckpunkte (oder, wie später noch ausgeführt wird, Kanten, Kreise oder Bögen) des Objektes an, wie in Funktionsblock 112 angegeben. In Funktionsblock 113 legen der erste Eckpunkt und die w-Richtung die Ebene der Maßeintragung fest. Anschließend wird in Entscheidungsblock 114 geprüft, ob der zweite Eckpunkt auf der Ebene der Maßeintragung liegt. Wenn nicht, wird anschließend in Entscheidungsblock 115 geprüft, ob die Anzeige für eine Zeichnung, im Unterschied zum Modell, erstellt wird. Wenn ja, wird in Funktionsblock 116 die Prozedur von Fig. 11 aufgerufen, die später noch ausführlicher beschrieben wird. An dieser Stelle werden möglicherweise die vom Benutzer angebenen Eckpunkte abgeändert. Danach wird im Entscheidungsblock 117 geprüft, ob der zweite Eckpunkt auf der Ebene der Maßeintragung liegt. Wenn ja, wird die Steuerung an Funktionsblock 118 übergeben, ein Ergebnis, das auch eingetreten wäre, wenn die Überprüfung in Entscheidungsblock 114 positiv ausgefallen wäre. Anderenfalls wird die Steuerung an Funktionsblock 119 übergeben, und dies hätte sich auch ergeben, wenn die Überprüfung in Entscheidungsblock 115 negativ ausgefallen wäre.
• In Funktionsblock 118 wird die zweite Maßhilfslinie in der Ebene der Maßeintragung gezeichnet. In Funktionsblock 119 wird die zweite Maßhilfslinie gebrochen. Nach Abschluß der Prozeduren von Funktionsblock 118 bzw. 119 wird die Steuerung an Funktionsblock 120 übergeben; dort werden die erste Maßhilfslinie, die Maßlinie, die Maßpfeile und der Text auf der Ebene der Maßeintragung gezeichnet.
• Wenn, um auf Entscheidungsblock 111 zurückzukommen, keine lineare Maßeintragung angegeben wird, wird in Entscheidungsblock 121 überprüft, ob die angegebene Maßeintragung ein Winkel- oder Kurvenmaß ist, wie in Fig. 9 gezeigt. Wenn ja, liegt die Maßlinie auf einem Zylinder, dessen Achse parallel zur Richtung w ist. In Funktionsblock 122 werden zu bemaßenden Kanten auf die Ebene u,v projiziert. Der Punkt, in dem die Verlängerungen dieser Projektionen sich schneiden, liegt ebenfalls auf der Zylinderachse. Der Radius des Zylinders wird durch Benutzereingabe festgelegt. Dann wird in Funktionsblock 123 der Punkt gesucht, in dem die Verlängerung der ersten zu bemaßenden Kante den Zylinder schneidet. Durch diesen Punkt geht die Ebene der Maßeintragung; sie steht senkrecht zur Achse w. In Funktionsblock 124 wird die erste Maßhilfslinie parallel zur ersten zu bemaßenden Kante und dann die Maßlinie, die Maßpfeile und der Text in die Ebene der Maßeintragung eingezeichnet. Dann wird in Entscheidungsblock 125 geprüft, ob der Schnittpunkt einer Verlängerung der zweiten zu bemaßenden Kante mit dem Zylinder auf der Ebene der Maßeintragung liegt. Wenn das der Fall ist, wird in Funktionsblock 126 eine zweite Maßhilfslinie parallel zur zweiten Kante aufgebaut und anschließend die Prozedur beendet. Im anderen Fall wird, wie in Funktionsblock 127 angegeben, eine zweite Maßhilfslinie parallel zur zweiten Kante aufgebaut, die in der Mitte zwischen dem Maßpfeil der Maßlinie und dem Eckpunkt parallel zu w gebrochen ist, und auch dann wird anschließend die Prozedur beendet.
• Wenn nun vorausgesetzt wird, daß die Überprüfung in Entscheidungsblock 121 negativ ausfällt, wird angenommen, daß es sich um eine Maßeintragung für einen Durchmesser oder Radius handelt, wie in Funktionsblock 128 angegeben. Diese Art von Maßeintragung wird in Funktionsblock 128 ohne gebrochene Linien eingezeichnet, worauf die Prozedur beendet wird.
• Nun wird die Funktion, auf die in Block 116 von Fig. 10A Bezug genommen wird, ausführlicher behandelt. Der Zweck dieser Prozedur ist gemäß der vorliegenden Erfindung, Eckpunkte zu finden, die es erlauben, Maßeintragungen wie die in Fig. 7 automatisch in solche wie in Fig. 8 umzuwandeln. Bei der Eingabe der Maße definiert der Benutzer einen Vektor W im dreidimensionalen Raum wie etwa die als normal festgesetzte Linie in Fig. 7. Jede dann eingegebene Maßeintragung muß auf einer Ebene liegen, die zu diesem Vektor senkrecht steht. Der erste vom Benutzer ausgewählte Eckpunkt der Maßeintragung legt die Ebene für diese Maßeintragung fest. Aus diesem Grund wird in Fig. 7 die gebrochene Maßhilfslinie dem zweiten Eckpunkt zugeordnet. Damit jede Maßeintragung in einer Ebene liegt, muß bei Maßeintragung i die erste und bei Maßeintragung II die zweite Maßhilfslinie verschoben werden; bei Maßeintragung III gilt dies für beide Maßhilfslinien.
• Unter Bezugnahme auf Fig. 11A, 11B und 11C wird nun eine verallgemeinerte Prozedur dargestellt, mit der ermittelt wird, ob für das zweite Ende einer Maßeintragung eine gebrochene Maßhilfslinie erforderlich ist. Die Prozedur beginnt mit Entscheidungsblock 130; dort wird geprüft, ob das zweite Ende der Maßeintragung eine Kante ist. Wenn nicht, werden die Eckpunkte des Modells in Funktionsblock 131 durchlaufen und anschließend in Entscheidungsblock 132 festgestellt, ob der zweite Eckpunkt B der Maßeintragung sich auf den Eckpunkt R des Modells projizieren läßt. Genauer gesagt läßt sich R dann auf B projizieren, wenn R sich nach einer Transformation in das Koordinatensystem u,v,w der Maßeintragung von B nur in der Koordinate w unterscheidet. Bei diesem Test sollte eine Toleranz e für numerische Ungenauigkeit festgelegt sein, die bei einem System mit einer Genauigkeit von 12 oder mehr Ziffern 10-10 betragen kann. Dann gilt R = B, wenn
• RA - BA < &epsi; für A = u,v.
• Wenn die Überprüfung in Entscheidungsblock 132 positiv ausfällt, wird in Entscheidungsblock 133 geprüft, ob R auf der Ebene des ersten Endes der Maßeintragung liegt. Die Punkte A und R liegen auf derselben Ebene w, wenn
• A w = R w oder
• (A-R> w < &epsi;.
• Wenn sich herausstellt, daß R auf der Ebene des ersten Endes der Maßeintragung liegt, erfolgt ein Sprung zu der in Fig. 11C dargestellten Prozedur; dort wird in Funktionsblock 134 das zweite Ende der Maßeintragung neu festgelegt, so daß keine gebrochene Maßhilfslinie erforderlich ist. Anschließend wird die Prozedur beendet.
• Wenn nun, um wieder auf Entscheidungsblock 133 zurückzukommen, festgestellt wird, daß R nicht auf der Ebene des ersten Endes der Maßeintragung liegt, wird R in Funktionsblock 135 auf die Liste der Eckpunkte gesetzt, sofern es sich nicht um eine Basismaßeintragung handelt. Dasselbe würde sich auch ergeben, wenn die Überprüfung in Entscheidungsblock 132 negativ ausfällt. Dann wird in Entscheidungsblock 136 geprüft, ob schon alle Eckpunkte überprüft worden sind. Ist das nicht der Fall, kehrt die Prozedur zu Funktionsblock 131 zurück; anderenfalls wird in Funktionsblock 137 überprüft, ob es sich um eine Basismaßeintragung handelt. Wenn das stimmt, ist eine gebrochene Maßhilfslinie erforderlich, wie in Funktionsblock 138 angegeben. An diesem Punkt wird die Prozedur beendet. Wenn die Maßangabe keine Basismaßangabe ist, erfolgt ein Sprung zu der in Fig. 11B dargestellten Prozedur, die im folgenden näher beschrieben wird.
• Es soll vorausgesetzt werden, daß die Überprüfung in Entscheidungsblock 130 positiv ausgefallen ist, das zweite Ende der Maßeintragung also eine Kante ist. In diesem Fall werden die Kanten des Modells in Funktionsblock 139 durchsucht, und in Entscheidungsblock 140 wird überprüft, ob die Kante MN zu der zweiten Kante CD äquivalent ist. Lineare Maßeintragungen können nicht nur auf Eckpunkte bezogen sein, sondern auch in Bezug auf Kanten definiert werden. Eine normale Maßeintragung kann rechtwinklig zu einer Kante sein. In diesem Fall ist die Kante gerade und liegt in der Ebene des Endes dieser Maßeintragung. Es sei angenommen, daß eine normale Maßeintragung vorliegt, die auf die Kante CD am Eckpunkt C bezogen ist, und daß CD gerade ist. Dann muß für eine Kante MN, die äquivalent zu CD sein soll, folgendes gelten: 1) Entweder M oder N muß sich auf C projizieren lassen, und 2) Wenn sich M auf C projizieren läßt, muß MN dieselbe Richtung haben wie CD, und wenn sich N auf C projizieren läßt, muß NM dieselbe Richtung haben wie CD. Eine Kante PQ hat dieselbe Richtung wie CD, wenn das Punktprodukt ihrer Vektoren der Einheitswert ist, falls beide Vektoren die Einheitslänge haben:
• PQ CD - 1 < &epsi; für PQ = 1 = CD .
• Wenn das Ende einer linearen Maßeintragung sich auf einen Kreis bezieht, wird es in Wirklichkeit auf eine Kante bezogen, die diesen Kreis in einem facettierten räumlichen Modellierungssystem approximiert. Kanten, die einen Kreis approximieren, werden als gekrümmte Kanten bezeichnet. Wenn eine lineare Maßeintragung sich auf die Kante CD bezieht und CD gekrümmt ist, dann muß MN, um mit CD äquivalent zu sein, von einem Kreis stammen, der denselben Radius und abgesehen von einem Unterschied in der Koordinate w auch denselben Mittelpunkt hat wie CD. Der üblichste Fall ist, daß eine Maßeintragung von einem Ende eines Zylinders zum anderen Ende verschoben wird. In diesem Fall liegt eine äquivalente Kante MN dann vor, wenn sich M auf C und N auf D projizieren läßt oder umgekehrt.
• Wenn die Überprüfung in Entscheidungsblock 140 positiv ausfällt, wird anschließend in Entscheidungsblock 141 geprüft, ob die Kante MN in der Ebene des ersten Endes liegt. Das ist der Fall, wenn beide Eckpunkte A und B in der Ebene des ersten Endes liegen. In diesem Fall erfolgt ein Sprung zu Funktionsblock 134 in Fig. 11C; anderenfalls wird die Kante MN, wie in Funktionsblock 142 angegeben, in die Liste der Kanten aufgenommen, sofern es sich nicht um eine Basismaßeintragung handelt. Die Prozedur ist nun an den Punkt gelangt, zu dem sie auch gekommen wäre, wenn die Überprüfung in Entscheidungsblock 140 negativ ausgefallen wäre. Hier wird in Entscheidungsblock 143 festgestellt, ob schon alle Kanten überprüft worden sind. Wenn nicht, kehrt die Prozedur zu Funktionsblock 139 zurück; anderenfalls wird mit Entscheidungsblock 137 fortgefahren.
• An diesem Punkt wird auf Fig. 11B Bezug genommen, wo der Fortgang der Prozedur beschrieben ist. Zunächst wird in Entscheidungsblock 144 überprüft, ob das erste Ende der Maßeintragung auf einer Kante liegt. Wenn nicht, werden die Eckpunkte des Modells in Funktionsblock 145 durchsucht und dann in Entscheidungsblock 146 überprüft, ob der Eckpunkt des ersten Endes der Maßeintragung sich auf den Punkt R des Modells projizieren läßt. Wenn ja, wird in Entscheidungsblock 147 überprüft, ob R in der Ebene des zweiten Endes der Maßeintragung liegt. Ist auch dies der Fall, erfolgt ein Sprung zu Funktionsblock 148 in Fig. 11C, wo das erste Ende der Maßeintragung neu festgelegt wird, so daß eine gebrochene Maßhilfslinie, wie in Funktionsblock 149 erwähnt, nicht erforderlich ist. Die Prozedur wird anschließend beendet.
• Wenn, um zu Entscheidungsblock 147 zurückzukehren, R nicht in der Ebene des zweiten Endes der Maßeintragung liegt, wird in Entscheidungsblock 150 überprüft, ob R in der Ebene eines der Eckpunkte oder Kanten in der Liste liegt. Wenn ja, erfolgt ein Sprung zu dem in Fig. 11C enthaltenen Funktionsblock 151; dort werden beide Enden der Maßeintragung neu festgelegt, und anschließend kehrt die Prozedur zu Funktionsblock 149 zurück.
• Wenn andererseits die Überprüfung in Entscheidungsblock 150 negativ ausfällt, gelangt die Prozedur zu dem Punkt, zu dem sie auch gekommen wäre, wenn die Überprüfung in Entscheidungsblock 146 negativ ausgefallen wäre. Anschließend wird in Entscheidungsblock 152 festgestellt, ob alle Eckpunkte überprüft worden sind; im negativen Fall kehrt die Prozedur zu Funktionsblock 145 zurück, im positiven wird zu Funktionsblock 153 übergegangen, da dann eine gebrochene Maßhilfslinie erforderlich ist. Anschließend wird die Prozedur beendet.
• Wenn, um zu Entscheidungsblock 144 zurückzukehren, das erste Ende der Maßeintragung auf einer Kante liegt, werden in Funktionsblock 154 die Kanten des Modells durchlaufen und in Entscheidungsblock 155 überprüft, ob die Kante MN des Modells zur ersten Kante äquivalent ist. Ist das der Fall, wird in Entscheidungsblock 156 geprüft, ob die Kante MN in der Ebene des zweiten Endes der Maßeintragung liegt. Wenn ja, springt die Prozedur zu Funktionsblock 148 in Fig. 11C; anderenfalls wird in Funktionsblock 157 überprüft, ob die Kante MN auf der Ebene eines Eckpunktes oder einer Kante in der Liste liegt. Wenn Da, springt die Prozedur zu Funktionsblock 151 in Fig. 11C; anderenfalls wird in Entscheidungsblock 158 festgestellt, ob schon alle Kanten überprüft worden sind. Wenn nicht, kehrt die Prozedur zu Funktionsblock 154 zurück; anderenfalls kehrt sie zu Funktionsblock 153 zurück und wird anschließend beendet.
• Bei Basismaßeintragungen findet die Prozedur gemäß der vorliegenden Erfindung die Ebene, die durch den ersten Eckpunkt geht und senkrecht zu einem Einheitsvektor w steht, und überprüft anschließend, ob das andere Ende der betreffenden Maßeintragung auf einen äquivalenten Eckpunkt in dieser Ebene verschoben werden kann. Bei Maßeintragungen, die keine Basismaßeintragungen sind, projiziert die Prozedur die Eckpunkte einer gegebenen Maßeintragung auf andere zum Vektor w senkrechte Ebenen und prüft, ob Eckpunkte für beide Enden der Maßeintragung auf irgendeiner dieser Ebenen an diesen Stellen vorhanden sind. Eine andere Methode für die Behandlung der Fälle, in denen keine Basismaßeintragung vorliegt, bestünde darin, 1) die Ebene zu suchen, die durch den ersten Eckpunkt geht und senkrecht zum Vektor w steht (sofern sie existiert) und zu prüfen, ob das zweite Ende der Maßeintragung zu einem äquivalenten Eckpunkt verschoben werden kann, 2) dies für den zweiten Eckpunkt zu wiederholen und 3) für jede Ebene, die senkrecht zum Vektor w steht (außer den bereits überprüften) festzustellen, ob auf ihr Eckpunkte für beide Enden der Maßeintragung existieren.
• Varianten zu der hier dargestellten allgemeinen Lösung sind möglich. So würde das Programm schneller arbeiten, wenn der Benutzer einige Sonderfälle manuell behandelt. Eine Möglichkeit wäre, daß das System versucht, das zweite Ende der Maßeintragung auf die Ebene des ersten Endes zu projizieren oder umgekehrt, aber nicht versucht, beide Enden auf eine dritte Ebene zu projizieren. Eine andere Möglichkeit wäre, die Suche auf Ebenen einzuschränken, die im Modell tatsächlich vorhanden sind. Dies ist in Fig. 12 und 13 beschrieben.
• Fig. 12 soll diese Vorgänge zu verdeutlichen. In Fig. 12 liegt der Vektor w auf der Papierebene und ist ein Einheitsvektor. Sei A ein Eckpunkt, auf den die fragliche Maßeintragung bezogen ist, und O der Ursprung des Koordinatensystems. Dann ist m, das innere Produkt des Vektors A und des Einheitsvektors w, die Länge des Vektors L, der Projektion von A auf W, also
• m = Aw.
• Die Spitze des Vektors L liegt auf der Ebene, die A enthält und senkrecht zu w steht. Die Normale dieser Ebene ist gleich v, und der d-Wert ist gleich m, so daß festgestellt werden kann, ob die Ebene im Modell existiert. Mit dieser Methode kann auch, sofern sie existiert, die zu w senkrechte Ebene gefunden werden, auf der der andere Eckpunkt der Maßeintragung liegt.
• Wir wollen nun eine beliebige Ebene Q betrachten, die zu dem Vektor w senkrecht steht. Sei P die Ebene durch den Ursprung, die zu w senkrecht steht. Wenn K die Projektion von A auf P in der Richtung von w ist, ist die mit Vorzeichen versehene Länge A-K gleich der von L, also gleich in. Der Punkt K ergibt sich dann als
• K = A - mw.
• Wenn der Ursprung entlang w auf Q projiziert wird, dann ist die Projektion dw, wobei d die Konstante in der Definition der Ebene Q ist. Wenn J die Projektion von A auf Q entlang der Richtung von w ist, dann gilt
• J = K + dw,
• und nach Einsetzung in K aufgrund der vorhergehenden Gleichung ergibt sich
• J = A + (d-m)w.
• Bei der Überprüfung, ob J gleich einem Eckpunkt S auf Q ist, verwenden wir wegen eventueller numerischer Ungenauigkeiten eine Toleranz t. Wenn Jr - Sr < &ge;t für r = x,y,z, dann gilt J = S. Der Algorithmus, mit dem diese Prüfungen durchgeführt werden, ist in Fig. 13 für eine Maßeintragung dargestellt, die keine Basismaßeintragung ist und sich auf die Eckpunkte A und B bezieht. Diese Prozedur wird von Funktionsblock 116 in Fig. 10A aus aufgerufen.
• Was die Erläuterung von Fig. 13 betrifft, so werden zunächst die Werte von m für die Eckpunkte A und B berechnet, wie in Funktionsblock 160 angegeben. Dann wird in Entscheidungsblock 161 überprüft, ob im Modell eine Ebene Q existiert, die senkrecht zum Vektor w steht. Wenn wir zunächst annehmen, daß die Überprüfung positiv ausfällt, wird A auf die Ebene Q zur Erzeugung von J projiziert, wie in Funktionsblock 162 angegeben. Anschließend wird in Entscheidungsblock 163 überprüft, ob J gleich einem Eckpunkt auf der Ebene Q ist. Wenn nicht, wird die Steuerung wieder an Entscheidungsblock 161 übergeben; wenn ja, wurde ein Eckpunkt auf Ebene Q gefunden, und folglich wird anschließend Eckpunkt B zur Erzeugung von H auf Q projiziert, wie in Funktionsblock 164 angegeben. Danach wiederum wird in Entscheidungsblock 165 geprüft, ob H gleich einem Eckpunkt auf der Ebene Q ist. Wenn nicht, wird die Steuerung an Entscheidungsblock 161 zurückgegeben; wenn ja, werden die Eckpunkte A und B auf J und H in Ebene Q bezogen, und die Prozedur wird beendet. Wenn es, um noch einmal kurz auf Entscheidungsblock 161 zurückzukommen, keine Ebene Q im Modell gibt, die zum Vektor w senkrecht steht, wird die Prozedur beendet.
• Die im Vorangehenden beschriebene Prozedur macht es dem Benutzer leicht, die Maße, wie in Fig. 1 gezeigt, in die Ebenen des Objektes einzutragen. Die Maßeintragung mit der Maßzahl 3 1/8 in Fig. 2 wird zu einer dreidimensionalen Maßeintragung mit einer gebrochenen Maßhilflinie. Fig. 14 zeigt, wie mit dreidimensionalen Maßeintragungen die zusätzlichen Konstruktionslinien in Fig. 3 vermieden werden können, und Fig. 15 zeigt, daß dreidiinensionale Maßeintragungen benutzt werden können, um Bezugnahmen von linearen Maßeintragungen auf Kanten oder Oberflächen, wie in Fig. 4 gezeigt, zu vermeiden. Beachtung verdient, daß für den Knick in den Maßhilfslinien eine Standardposition vorgegeben ist und folglich die Prozedur für den Eintrag des Maßes unverändert bleibt, wenn sich eine dreidimensionale Maßeintragung ergibt.
• Dreidimensionale Maßeintragungen lösen das Problem der Basismaßeintragungen in Fig. 6 sowohl für lineare als auch für Winkelmaßeintragungen. Die beschriebene Prozedur löst das Problem der übereinanderliegenden Eckpunkte für lineare Maßeintragungen. Ein entsprechendes Problem für übereinander liegende Winkelmaßeintragungen läßt sich auf ähnliche Weise lösen.

Claims (7)

1. Computerunterstütztes Entwurfsverfahren, mit dem die Darstellung eines dreidimensionalen Computermodells eines Objektes um Maß- und Toleranzparameter ergänzt wird, wobei dieses Verfahren dadurch charakterisiert ist, daß die Maß- und Toleranzparameter zu einem dreidimensionalen räumlichen Modell des Objektes hinzugefügt werden, wobei bei Änderungen des dreidimensionalen Modells die Maß- und Toleranzinformationen, die automatisch in die vom System erzeugten zweidimensionalen Ansichten des Gegenstandes eingetragen werden, angepaßt werden, und das die Schritte umfaßt,

daß es zwei vom Benutzer angegebene Parameter auf dem Objekt entgegennimmt (112), deren erster zusammen mit einem lokal festgelegten Koordinatensystem die Ebene einer Maßeintragung festlegt (113), wobei diese Parameter Eckpunkte, Kanten, Kreisbögen oder Kreise sein können;

daß es, wenn der zweite der beiden Parameter auf der Ebene der Maßeintragung liegt, eine Maßhilfslinie von dem zweiten Parameter aus in diese Ebene zeichnet (118) und anschließend eine Maßhilfslinie, die vom ersten Parameter ausgeht, sowie eine Maßlinie mit Maßpfeilen und Maßtext zwischen den Maßhilfslinien in diese Ebene einträgt (120);

daß es aber, wenn der zweite Parameter nicht in dieser Ebene liegt, ausgehend vom zweiten Parameter eine gebrochene Maßhilfslinie zeichnet (119) und anschließend eine Maßhilfslinie, die vom ersten Parameter ausgeht, sowie eine Maßlinie mit Maßpfeilen und Maßtext zwischen den Maßhilfslinien in diese Ebene einträgt (120).

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die vom Benutzer angegebenen Parameter vom Benutzer angegebene Eckpunkte sind.

3. Computerunterstütztes Entwurfsverfahren gemäß Anspruch 2, das dann, wenn der zweite Eckpunkt nicht in der betreffenden Ebene liegt und wenn festgelegt wird, daß die Maßeintragung für eine Zeichnung und nicht für das Modell erzeugt wird, bei Basismaßeintragungen zusätzlich folgende Schritte umfaßt:

Ermittlung der Ebene, die durch den ersten der zwei Eckpunkte geht und senkrecht zu einem Einheitsvektor w steht, und Überprüfung, ob das andere Ende der Maßeintragung zu einem äquivalenten Eckpunkt auf dieser Ebene verschoben werden kann;

im positiven Fall die Überprüfung, ob der äquivalente Eckpunkt in der Ebene der Maßeintragung liegt (117) und, wenn das der Fall ist, die Eintragung einer Maßhilfslinie von dem betreffenden äquivalenten Eckpunkt aus (118) sowie anschließend die Eintragung einer Maßhilfslinie, die vom ersten Eckpunkt ausgeht, und einer Maßlinie mit Maßpfeilen und Text zwischen den Maßhilfslinien (120), bzw. anderenfalls die Eintragung einer gebrochenen Maßhilfslinie von dem zweiten Eckpunkt aus (119) sowie anschließend die Eintragung einer Maßhilfslinie, die vom ersten Eckpunkt ausgeht, und einer Maßlinie mit Maßpfeilen und Text (120) zwischen den Maßhilfslinien.

4. Computerunterstütztes Entwurfsverfahren gemäß Anspruch 3, das dann, wenn der zweite Eckpunkt nicht in der betreffenden Ebene liegt und wenn festgelegt wird, daß die Maßeintragung für eine Zeichnung und nicht für das Modell erzeugt wird, bei Maßeintragungen, die keine Basismaßeintragungen sind, zusätzlich folgende Schritte umfaßt:

die Überprüfung, ob die besagten Eckpunkte sich parallel zu dem Einheitsvektor w auf andere äquivalente Eckpunkte des Modells projizieren lassen;

die Überprüfung, ob äquivalente Eckpunkte für beide Enden der Maßeintragung an diesen Positionen auf derselben zu w senkrechten Ebene existieren;

im positiven Fall die Überprüfung, ob der zweite Eckpunkt in der Ebene der Maßeintragung liegt (117) und, wenn das der Fall ist, die Eintragung einer Maßhilfslinie von dem betreffenden äquivalenten Eckpunkt aus (118) sowie anschließend die Eintragung einer Maßhilfslinie, die vom ersten Eckpunkt ausgeht, und einer Maßlinie mit Maßpfeilen und Text zwischen den Maßhilfslinien (120), bzw. anderenfalls die Eintragung einer gebrochenen Maßhilfslinie von dem zweiten Eckpunkt aus (119) sowie anschließend die Eintragung einer Maßhilfslinie, die vom ersten Eckpunkt ausgeht, und einer Maßlinie mit Maßpfeilen und Text (120) zwischen den Maßhilfslinien.

5. Das computerunterstützte Entwurfsverfahren gemäß Anspruch 3, das dann, wenn der zweite Eckpunkt nicht in der betreffenden Ebene liegt und wenn festgelegt wird, daß die Maßeintragung für eine Zeichnung und nicht für das Modell erzeugt wird, bei Maßeintragungen, die keine Basismaßeintragungen sind, zusätzlich folgende Schritte umfaßt:

die Projektion der Eckpunkte auf andere zum Einheitsvektor w senkrechte Ebenen, und die Überprüfung, ob auf irgendeiner Ebene für beide Enden der Maßeintragung an diesen Positionen Eckpunkte existieren;

im positiven Fall die Überprüfung, ob der zweite Eckpunkt in der Ebene der Maßeintragung liegt (117), und, wenn das der Fall ist, die Eintragung einer Maßhilfslinie von dem betreffenden äquivalenten Eckpunkt aus (118) sowie anschließend die Eintragung einer Maßhilfslinie, die vom ersten Eckpunkt ausgeht, und einer Maßlinie mit Maßpfeilen und Text zwischen den Maßhilfslinien (120), bzw. anderenfalls die Eintragung einer gebrochenen Maßhilfslinie von dem zweiten Eckpunkt aus (119) sowie anschließend die Eintragung einer Maßhilfslinie, die vom ersten Eckpunkt ausgeht, und einer Maßlinie mit Maßpfeilen und Text (120) zwischen den Maßhilfslinien.

6. Das computerunterstützte Entwurfsverfahren gemäß Anspruch 3, das dann, wenn der zweite Eckpunkt nicht in der betreffenden Ebene liegt und wenn festgelegt wird, daß die Maßeintragung für eine Zeichnung und nicht für das Modell erzeugt wird, bei Maßeintragungen, die keine Basismaßeintragungen sind, zusätzlich folgende Schritte umfaßt:

Ermittlung der Ebene, die durch den ersten Eckpunkt geht und senkrecht zu dem Einheitsvektor w steht, und Überprüfung, ob das andere Ende der Maßeintragung zu einem äquivalenten Eckpunkt verschoben werden kann;

Ermittlung der Ebene, die durch den zweiten Eckpunkt geht und senkrecht zu dem Einheitsvektor w steht, und Überprüfung, ob das andere Ende der Maßeintragung zu einem äquivalenten Eckpunkt verschoben werden kann;

für jede zu dem Einheitsvektor w senkrechte Ebene die Überprüfung, ob Eckpunkte für beide Enden der Maßeintragung existieren, und die Auswahl einer Ebene, die dieses Kriterium erfüllt;

die Überprüfung, ob die äquivalenten Eckpunkte in der Ebene der Maßeintragung liegen und, wenn das der Fall ist, die Eintragung von Maßhilfslinien von den betreffenden äquivalenten Eckpunkten aus sowie anschließend die Eintragung einer Maßlinie mit Maßpfeilen und Text zwischen den Maßhilfslinien, bzw. anderenfalls die Eintragung gebrochener Maßhilfslinien von den Eckpunkten aus sowie anschließend die Eintragung einer Maßlinie mit Maßpfeilen und Text zwischen den Maßhilfslinien.

7. Computerunterstütztes Entwurfsverfahren gemäß Anspruch 2, das für nichtlineare Maßeintragungen außerdem folgende Schritte umfaßt:

Überprüfung, ob die Maßeintragung sich auf einen Winkel oder eine gebogene Linie bezieht (121), und positivenfalls die Projektion der zu bemaßenden Kanten auf eine Ebene des lokalen Koordinatensystems (122);

Ermittlung eines Punktes, in dem eine Verlängerung der ersten zu bemaßenden Kante einen Zylinder schneidet, dessen Achse senkrecht zu der besagten Ebene steht (123);

Eintragung einer ersten Maßhilfslinie, die parallel zu der ersten zu bemaßenden Kante ist, und Eintragung einer Maßlinie mit Maßpfeilen und Maßtext in der Ebene der Maßeintragung (124);

Überprüfung, ob der Schnittpunkt einer Verlängerung der zweiten zu bemaßenden Linie mit dem Zylinder in der Ebene der Maßeintragung liegt (125), und, wenn das der Fall ist, Eintragung einer zweiten Maßhilfslinie parallel zu der zweiten zu bemaßenden Kante (126), bzw. anderenfalls Eintragung einer zweiten Maßhilfslinie parallel zu der zweiten Kante, die jedoch in der Mitte zwischen dem Maßpfeil und dem Eckpunkt senkrecht zu der Ebene des lokalen Koordinatensystems gebrochen ist (127).