TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Verfahren zum
Modellieren eines dreidimensionalen Baumodells durch Laminieren von ausgehärtetem
Harz, gemäß Anspruch 1.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Datenverarbeitungs-Verfahren zum
Vorab-Ändern von Oberflächen-Formdaten durch eine überflüssige Aushärtedicke
und zur Verwendung in einem optischen Modellierverfahren gemäß Anspruch 1,
gemäß Anspruch 4.
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Der Zweck dieser Verfahren ist es, ein kubisches Harzmodell anzufertigen, durch
Aushärten von durch Ultraviolett-Strahlen aushärtbarem Harz unter Bestrahlung
eines Laserstrahls, und insbesondere, ein optisches Modellprodukt hoher
dimensionaler Genauigkeit vorzusehen, durch Korrigieren einer überflüssigen
Aushärtedicke aufgrund des übertragenden Laserstrahls.
HINTERGRUND TECHNIK
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Herkömmlicherweise ist im Zusammenhang mit einem optischen Verfahren und
einer Vorrichtung zum Modellieren ein Verfahren bekannt gewesen, in welchem
dreidimensionale Formmodell-Daten in Konturlinien-Daten umgewandelt werden,
und Abschnittsformen bei jeweiligen Konturlinien sequentiell laminiert werden,
um ein kubisches Modell bzw. Raummodell anzufertigen, wie in "Optical
Modeling Method" von Maruya et al. Nikkan Kogyo Shinbunsha beschrieben ist.
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Maßnahmen zur Verbesserung der Genauigkeit sind in den japanischen
Patentveröffentlichungen Nummern 4-79825, 4-79827, 5-33900 und 5-33901
beschrieben.
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Auch "RP&M·SLA Special Seminar", gefördert durch Japanese 3D System, 29.-
30. Oktober, '92, beschreibt, dass, wenn eine Harzschicht einer Laserbestrahlung
durch einen abtastenden Laserstrahl einmal oder durch sich überschneidende
Laserstrahlen unterworfen wird, eine Aushärttiefe bei einem sich überschneidenden
Laserstrahlabschnitt etwa 1,7 mal so groß ist, wie eine Aushärttiefe bei einem
abgetasteten Abschnitt. Diese vorgenannten Stände der Technik haben versäumt,
die Korrektur einer überflüssigen Aushärtdicke aufgrund eines übertragenden
Laserstrahls am Boden eines Überhangabschnitts in Erwägung zu ziehen.
Demzufolge wird am Boden dieses Abschnitts frisches Harz durch einen übertragenden
Laserstrahl ausgehärtet und die Dicke überschreitet einen Design-Wert, was ein
Problem aufwirft, dass die dimensionale Genauigkeit verringert wird.
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Des Weiteren ist, um die Dimension eines modellierten Produkts an einen Design-
Wert anzupassen, ein zweiter Arbeitsschritt nötig, wie etwa ein Abschälen, aber es
ist manchmal unmöglich, für einen schmalen Spalt abgeschält zu werden, und
eine Korrektur des dimensionalen Unterschieds ist erforderlich.
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Ein Verfahren zur Modifizierung der Design-Dimensionen in einem
dreidimensionalen CAD ist auch als ein Verfahren zur Korrektur der dimensionalen
Differenz verfügbar, aber die dimensionale Modifikation im CAD ist nicht einfach und
ist zeitaufwändig.
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Des Weiteren beschreibt WO 91/12120 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Ausbilden eines festen dreidimensionalen Gegenstands durch Aussetzen von
aufeinander folgenden Schichten eines flüssigen Materials einer vertikal bewegbaren
Energiequelle, insbesondere einem Laserstrahl.
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EP-A-0 277 832 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine grafische
Anzeige.
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US-A 5,238,639 zeigt ein optisches Verfahren zum Modellieren, in welchem der
Dimensionsfehler aufgrund von Schrumpfung des Harzes dadurch verhindert
wird, dass die Aushärttiefe, welche durch eine einzelne Bestrahlung eines
Laserstrahls erzeugt wird, vorsätzlich geändert wird.
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EP-A-0 422 234 offenbart ein Verfahren zur Vermeidung des Dimensionsfehlers
aufgrund der dynamischen Verzerrung, die durch die Konstruktion und die Form
einer Maschine erzeugt wird.
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JP-A-05 224 721 betrifft ein Datenverarbeitungs-Verfahren, in welchem Punkte
auf einer Oberfläche von einer gekrümmten Oberfläche berechnet werden und die
Orientierung der gekrümmten Oberfläche bestimmt wird.
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JP-A-04 169 221 zeigt ein optisches Modellieren, bei welchem der
Dimensionsfehler aufgrund der Laserenergie-Verteilung im Fall eines einzelnen Abtast-
Laserstrahls korrigiert wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Probleme wie oben zu lösen,
und automatisch dimensionale Unterschiede, die einer Stereolithographie bei
einem optischen Modellieren inhärent sind, zu ermitteln und zu korrigieren.
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Dieses Ziel wird erreicht durch ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 4.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
definiert.
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Vorteilhafterweise wird der Dimensionsunterschied an Oberflächen-Formdaten
automatisch korrigiert durch ein Verfahren, in welchem Scheitel von polygonalen
Ausschnitten, welche die Oberflächen-Formdaten ergeben, durch Knoten ersetzt
werden, und Knoten einen polygonalen Ausschnitt bilden, der am Boden des
Überhangabschnitts liegt, bewegt werden, um die Form und eine Position dieses
polygonalen Ausschnitts zu ändern, und ein Modellieren, basierend auf diesen
Daten, ausgeführt wird.
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Gemäß einem Aspekt wird eine überflüssige Aushärtdicke α an dem Boden eines
Überhangabschnitts bestimmt, entsprechend der folgenden Gleichung (1), und die
überflüssige Aushärtdicke α wird im Vorfeld von einem Designwert in einem
dreidimensionalen Formmodell entfernt und in Konturlinien-Daten konvertiert.
Angenommen, dass die Anzahl der laminierten Schichten des Modellierens eines
Überhangabschnitts N ist, die Laminierungshöhe P ist, der Lichtabsorptions-
Koeffizient des Harzes k ist, die Wellenlänge des Aushärtstrahls λ ist, und das
Verhältnis der kritischen Energie der Harzaushärtung zur Bestrahlungsenergie
eines Aushärtstrahls Eo ist, wird eine überflüssige Aushärtdicke α zur
Vorkorrektur von überflüssigem Aushärten, wie unten bestimmt:
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α = -λ/k(ln(Eo) - ln(C)) - P (1)
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wobei
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C = (1-BN)/(1-B)
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B = EXP(-kP/λ).
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Durch Entfernen und Addieren der überflüssigen Aushärtdicke α, welche aus der
obigen Gleichung (1) bestimmt wird, von und zu Konturlinien-Daten, kann ein
optisches Modellierprodukt von hoher dimensionaler Genauigkeit erzielt werden.
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Wie die überflüssige Aushärtdicke α zu bestimmen ist, wird mit Bezugnahme auf
Fig. 5, Fig. 11(a) und Fig. 11(b) beschrieben werden.
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Angenommen, dass die Laminierungshöhe P ist, die Tiefe der Oberseite einer
ersten Aushärtschicht D ist, die Anzahl der laminierten Schichten N ist, und der
Lichtabsorptions-Koeffizient des Harzes k ist, ist die Übertragungsstrahl-Energie
En(D, N) bei der Tiefe D auf Laminierung von N-Schichten hin, En(D, N) =
EXP(-k(D + (N - 1)P)/λ). Da die Laminierung voranschreitet, wird ein
Übertragungsstrahl viele Male auf einem unteren Abschnitt der ersten Schicht einstrahlen
und eine darauf angesammelte Energie Etotal (D, N) ist,
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Etotal (D, N) = EXP (-kD/λ)
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+ EXP(-k(D + p)/λ)
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·
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·
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+ EXP(-k(D + (n - 1) P)/λ).
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Durch Setzen von
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A = EXP(-kD/λ)
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B = EXP(-kP/λ),
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führt dies zu
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Etotal (D, N) = A(1 + B + B² + ... + B(n-1)).
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Durch Bilden des Logarithmus auf beiden Seiten ergibt sich,
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ln(Etotal(D, N)) = -kD/λ + ln(C),
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wobei c = (1 - Bn)/(1 - B).
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Demzufolge ist, da D = -λ/k(ln(Etotal (D, N) - ln(C)) die Tiefe der Oberseite der
ersten Schicht ist, und angenommen, dass Etotal (D, N) auch eine kritische
Aushärtenergie (Verhältnis zur Bestrahlungsenergie) ist, die überflüssige
Aushärtdicke α, wenn N-Schichten laminiert werden, α =
D - P (n - 1).
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Richtung eines Normalen-Vektors einer
Ausschnittsebene eines polygonalen Ausschnitts untersucht, welcher zu den
Oberflächen-Formdaten beiträgt, um zu entscheiden, ob ein Überhang existiert oder
nicht, wobei Scheitel, die einen Ausschnitt bilden, mit Knoten ersetzt werden, um
so in eine Reihenfolge gesetzt zu werden, die Knoten unterschieden werden, ob
sie Knoten sind, die einen polygonalen Ausschnitt bilden, der am Boden eines
Überhangabschnitts liegt, und wenn die Knoten den polygonalen Ausschnitt
bilden, der an dem Boden des Überhangabschnitts liegt, werden diese Knoten um
einen Bewegungsbetrag bewegt, der gemäß einer vorbestimmten Regel in
Übereinstimmung mit einer Neigung der Ausschnittsebene bestimmt ist, um die Form
und die Position des polygonalen Ausschnitts zu ändern. Zu dieser Zeit wird,
wenn Knoten mit einer Mehrzahl von Ausschnitten zusammen sind, die Richtung
eines Normalen-Vektors einer Ausschnittsebene, die um ein Maximum von
Bewegungsbeträgen bewegt werden soll, bestimmt durch Neigungen der jeweiligen
Ausschnittsebenen, untersucht, um zu wissen, in welche Richtung diese
Ausschnittsebene zeigt. Falls eine Z-Achsen-Komponente des Normalen-Vektors
negativ ist, zeigt die Ausschnittsebene an der Z-Achse nach unten. Wenn nämlich
die Z-Achsenrichtung in der vertikalen Richtung genommen wird, wird dieser
Ausschnitt so unterschieden, dass er am Boden des Überhangabschnitts liegt.
Wenn Scheitel, welche den Ausschnitt bilden, lediglich zur Korrektur in
Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Entscheidung der Ausschnittsrichtung
(Normalen-Vektor) bewegt werden, werden Scheitel in Übereinstimmung mit einer
Mehrzahl von Ausschnitten manchmal um unterschiedliche Beträge bewegt, und
die Form wird gestört. Daher werden Scheitel eines polygonalen Ausschnitts in
eine Ordnung gesetzt, in der Form von Knoten, diese Knoten werden
unterschieden, ob sie am Boden des Überhangs liegen, durch Untersuchung der Richtung
des Ausschnitts durch das vorgenannte Verfahren, und sie werden bewegt.
Daraufhin kann durch Zurückkehren der Knoten zu Koordinaten von Scheiteln von
jeweiligen Ausschnitten eine Korrektur ausgeführt werden, ohne die Form zu
stören. Der vorgenannte dimensionale Unterschied wird automatisch an Oberflächen-
Formdaten durch das obige Verfahren korrigiert, und dann wird ein Modellieren
auf Basis der Daten durchgeführt.
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Durch Ersetzen der überflüssigen Aushärtdicke αufgrund eines übertragenden
Laserstrahls an Konturlinien-Daten oder durch Entfernen von dieser von einem
dreidimensionalen Formmodell-Design-Wert kann die dimensionale Genauigkeit
eines Modellierprodukts verbessert werden.
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Auch kann der dimensionale Unterschied, der einer optischen Modelliertechnik
inhärent ist, automatisch an Oberflächen-Formdaten korrigiert werden, und die
dimensionale Genauigkeit eines optisch modellierten Produkts kann durch
Durchführen eines Modellierens auf Basis von Oberflächen-Formdaten nach einer
Korrektur verbessert werden. Da weiterhin die vorgenannte Korrekturverarbeitung
automatisch bewirkt werden kann, kann die Effizienz der dimensionalen
Unterschiedskorrektur verbessert werden. Zusätzlich kann so ein zweiter Arbeitsschritt,
wie ein Abschälen, umgangen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine Modell-Schnittansicht, welche eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 2 ist eine Modell-Schnittansicht, in welcher ein Überhangabschnitt in
der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
angewinkelt ist.
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Fig. 3 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Korrektur einer
überflüssigen Aushärtdicke in der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 4 ist ein Modell-Abschnitts- und Konturlinien-Datenabschnitts-
Diagramm, welches eine zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Fig. 5 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Korrektur einer
überflüssigen Aushärtdicke in der zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 6 ist eine Schnittansicht, welche ein herkömmliches Beispiel zeigt, in
welchem die Korrektur der überflüssigen Aushärtdicke nicht
gemacht ist.
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Fig. 7 ist ein PAD-Diagramm für eine Verarbeitungsmethode, welches
eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, in
welcher ein Dimensionsunterschied aufgrund überflüssiger
Aushärtung am Boden eines Überhangabschnitts in einem Oberflächen-
Formmodell korrigiert wird.
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Fig. 8 ist ein Format von Oberflächen-Formdaten in der dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, welche das Verhältnis zwischen
einem Dreiecksausschnitt und Scheitel in der dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen Normalen-Vektor
eines Ausschnitts eines Überhangabschnitts in der dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 11 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung einer überflüssigen
Aushärtdicke in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 12 ist eine Grafik zur Erläuterung des Verhältnisses zwischen
Laminierungsdicke und Dimensionsunterschied in der dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 13 ist ein PAD-Diagramm, wenn der Korrekturwert einen Wert
annimmt, welcher von einer Neigung des Überhangabschnittsbodens
in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
abhängt.
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Fig. 14 ist eine Schnittansicht eines Modells, wenn der Korrekturwert
einen Wert annimmt, welcher von einer Neigung des Überhangabschnittsbodens
in der dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung abhängt.
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Fig. 15 ist ein PAD-Diagramm, wenn ein Normalen-Vektor pro Stück
eines polygonalen Ausschnitts in der dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung berechnet wird.
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Fig. 16 ist ein Blockdiagramm, welches das Vorgehen gemäß einer vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, in welcher die
Oberflächen-Formdaten-Korrekturverarbeitung angewendet wird,
um ein optisches Modellieren durchzuführen.
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Fig. 17 ist eine Schnittansicht eines Modells, welches ein Loch eines
Durchmesser-Designwertes D = 10,0 in der vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
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Fig. 18 ist ein PAD-Diagramm, welches eine Verarbeitungsmethode
gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt, in welcher die Korrektur durch ein Oberflächen-Formmodell
bewirkt wird.
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Fig. 19 ist eine perspektivische Ansicht, welche das Verhältnis zwischen
einem dreieckigen Ausschnitt und Knoten in der fünften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESTE ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hierunter mit Bezug auf
die Zeichnungen beschrieben werden.
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Fig. 1 ist eine Modell-Schnittansicht, welche eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 1(a) ist eine Schnittansicht eines dreidimensionalen
Formmodells, welches präpariert ist, um einen Designwert T1 der Dicke eines
Überhangabschnitts zu verwenden. Fig. 1(b) ist eine Schnittansicht eines
dreidimensionalen Formmodells, in welchem die Dickenkorrektur angewandt ist, durch
Entfernen einer überflüssigen Aushärtdicke β, bestimmt aus Gleichung (1), aus
dem Designwert T1 des Überhangabschnitts. Fig. 1(c) ist eine Schnittansicht eines
optischen Modellierprodukts, welches basierend auf einem korrigierten Modell
modelliert ist. Auf diese Art und Weise weist durch ein Verfahren, in welchem
das dreidimensionale Formmodell, welches den Designwert T1 der Dicke eines
Überhangabschnitts aufweist, korrigiert und zu einem dreidimensionalen
Formmodell zum Modellieren modelliert werden kann, welches einen Unterschied der
Subtraktion einer überflüssigen Aushärtedicke β eines Überhangabschnitts von
dem Designwert T1 aufweist, der Überhangabschnitt des korrigierten Modells
eine Dicke auf, welche dem Designwert T1 entspricht, um es dadurch möglich zu
machen, ein optisch modelliertes Produkt von hoher dimensionaler Genauigkeit
zu erreichen.
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Fig. 2 ist eine Modell-Schnittansicht, welche eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 2(a) ist eine Schnittansicht eines dreidimensionalen
Formmodells, vorbereitet, um einen Designwert T2 der Dicke eines
Überhangabschnitts zu verwenden. Fig. 2(b) ist eine Schnittansicht eines dreidimensionalen
Formmodells, in welchem eine Dickenkorrektur durch Entfernen einer
überflüssigen Aushärtdicke γ angewandt ist, bestimmt aus Gleichung (1), aus dem
Designwert T2 des Überhangabschnitts. Fig. 2(c) ist eine Schnittansicht eines
optischen Modellierprodukts, welches basierend auf einem korrigierten Modell der
Fig. 2(b) modelliert ist. Auf diese Art und Weise kann Gleichung (1) sogar, wenn
der Überhangabschnitt nicht vertikal zur Richtung der Laminierung ist, angewandt
werden, und ein optisches Modellierprodukt von hoher dimensionaler
Genauigkeit, welches den Überhangabschnitt einer Dicke gleich dem Designwert T2
aufweist, kann aus einem Formmodell erhalten werden, in welchem der Designwert
T2 für die überflüssige Aushärtdicke γ korrigiert ist.
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Fig. 3 ist ein Flussdiagramm zum Erhalten eines optischen Modelliermodells
hoher dimensionaler Genauigkeit durch Korrektur der überflüssigen Aushärtdicke
des Überhangbodens in einem dreidimensionalen Formmodell in
Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Zuerst wird ein dreidimensionales Formmodell in Übereinstimmung mit
Designwerten modelliert, und Konturlinien-Daten-Konvertierungen werden
durchgeführt auf Basis der Modelldaten. Das Vorhandensein oder eine Abwesenheit eines
Überhangabschnitts wird aus dem vertikalen Positionsverhältnis zwischen
individuellen Konturlinien entschieden. In Abwesenheit von jeglichem
Überhangabschnitt ist keine überflüssige Aushärtdicke im Spiel und mit dem Modellieren
wird fortgeschritten, wie sie ist. Mit einem ermittelten Überhangabschnitt wird ein
dreidimensionales Formmodell, eingegeben in Übereinstimmung mit den
Designwerten, erreicht. Eine entworfene Dicke des Überhangabschnitts wird in
Gleichung (1) gesetzt, um eine überflüssige Aushärtdicke zu erlangen, und ein
dreidimensionales Formmodell wird angefertigt, in welchem die Dicke des
Überhangabschnitts korrigiert ist. Das dreidimensionale Formmodell, welches die
korrigierte überflüssige Aushärtdicke aufweist, wird in Konturlinie-Daten konvertiert,
und ein optisches Modellieren wird unter Verwendung dieser Konturlinien-Daten
durchgeführt.
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Fig. 4 ist eine Konturlinien- und Modell-Schnittansicht, welche eine zweite
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 4(a) ist ein Konturlinien- und
Abschnittsdiagramm eines dreidimensionalen Formmodells, angefertigt unter
Verwendung eines Designwerts T1 der Dicke eines Überhangabschnitts. Fig. 4(b)
ist eine Konturlinien- und Schnittansicht, in welcher eine überflüssige
Aushärtdicke β, bestimmt aus Gleichung (1), von dem Designwert T 1 des
Überhangabschnitts entfernt ist. Fig. 4(c) ist eine Konturlinien-Daten-Schnittansicht, in
welcher entfernte Daten für einen Abschnitt anders als der Überhangabschnitt
hinzugefügt sind. Fig. 4(d) ist eine Schnittansicht eines optischen Modellierprodukts,
modelliert, basierend auf einem korrigierten Modell der Fig. 4(c).
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Fig. 5 ist ein Flussdiagramm für eine zweite Ausführungsform, die auf ein
Verfahren zur Korrektur der überflüssigen Aushärtdicke eines Überhangabschnitts
gerichtet ist, durch Entfernen und Hinzufügen von Modell-Konturlinien-Daten, um
ein optisches Modellierprodukt von hoher dimensionaler Genauigkeit und eine
Vorrichtung, basierend auf dem Verfahren, zu erhalten.
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Fig. 6 zeigt ein herkömmliches Beispiel. Wenn der Designwert der Dicke eines
Überhangabschnitts auf T1 gesetzt wird, und die Laminierungsrichtung, wie durch
den Pfeil angezeigt, gesetzt wird, wie bei (a) in Fig. 6 gezeigt, und eine
Konvertierung in Konturlinien-Daten einer vorbestimmten Laminierungsdicke und
optisches Modellieren durchgeführt wird, wie bei (b) gezeigt, bestrahlt ein Laserstrahl
zum Aushärten in einer Richtung, entgegengesetzt zu dem Pfeil (von der
Oberseite des Überhangs), und folglich wird frisches Harz, von welchem eigentlich
nicht gewünscht wird, auszuhärten, durch einen übertragenden Laserstrahl
veranlasst, eine Aushärtung in einem unteren Abschnitt des Überhangs zu erleiden, was
Probleme ergibt, dass überflüssiges Aushärten am Boden des Überhangabschnitts
stattfindet, um den Boden zu veranlassen, vorzuragen, und die Dicke des
Überhangabschnitts bis zu T1 + α mehr beträgt als der Designwert T1, wie bei (c)
gezeigt, um die dimensionale Genauigkeit zu verschlechtern.
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Fig. 7 ist ein PAD-Diagramm einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, gerichtet auf eine Verarbeitungsmethode zur Korrektur eines
dimensionalen Unterschieds des Überhangabschnittsbodens, aufgrund überflüssiger
Aushärtung an Oberflächenform-Daten.
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Als Erstes wird eine Datei von zu korrigierenden Oberflächenform-Daten
bestimmt. Die Oberflächenform-Daten sind Daten zum Ausdrücken der Oberfläche
eines dreidimensionalen Formmodells durch einen Satz von polygonalen
Ausschnitten, von denen jeder zumindest drei Scheitelpunkte aufweist, und dreieckige
Ausschnitte sind in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben. In
Fig. 8 ist ein Format der Oberflächenform-Daten-Datei gezeigt. Ein Normalen-
Vektor und dreidimensionale Koordinaten von drei Scheiteln, welche individuelle
Ausschnitte bilden, sind beschrieben, und Datenstücke der individuellen
Ausschnitte werden voneinander durch Beendigungsmarkierungen unterschieden.
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Darauf folgend werden Koordinaten von drei Scheiteln und ein Normalen-Vektor
eines jeden Ausschnitts in der Oberflächenform-Daten-Datei sequentiell gelesen
und eine Gesamt-Ausschnittszahl wird gezählt. Als Nächstes werden die
Knotenzahlen zu den Auslese-Koordinaten der Scheitel zugeteilt durch Zuteilen
identischer Knotenzahlen zu den gleichen Koordinaten der Scheitel, wie die der vorher
ausgelesenen Ausschnitte. Weiter wird die Information gespeichert, zu welchen
Knoten jeder Ausschnitt ausgebildet ist. Im Folgenden wird zur Ermittlung eines
Überhangabschnitts eine Positive oder Negative einer Z-Komponente eines
Normalen-Vektors bestimmt. Wenn die Z-Komponente negativ ist, d. h. eine
Ausschnittsebene nach unten zeigt, liegt der Ausschnitt am Boden eines
Überhangabschnitts oder dem Boden eines Modellierprodukts, und daher werden Flags,
welche die Lage an dem Boden des Überhangabschnitts anzeigen, an Knoten
angehängt, welche diesen Ausschnitt bilden. Dieser Vorgang wird für alle Ausschnitte
wiederholt. Auch wenn die obige Operation während des Lesens von
Ausschnittsdaten hierbei bewirkt wird, ist die Verarbeitung als Ganzes gleich.
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Als Nächstes wird eine überflüssige Aushärtdicke α festgesetzt, welche als
Korrekturwert dient. Die Art und Weise der Bestimmung der überflüssigen
Aushärtdicke α ist in Verbindung mit den vorangegangenen Ausführungsformen
beschrieben worden. Daraufhin werden Flags aller Knoten untersucht und Z-
Koordinaten von Knoten, welche mit Flags angehängt sind, werden mit
Korrekturwerten addiert, so dass Koordinaten von individuellen Knoten mit neuen
Koordinatenwerten ersetzt werden können, welche Z-Koordinatenwerte nach Korrektur
sind. Koordinaten von Scheiteln, welche einen Ausschnitt bilden, werden mit den
ersetzten neuen Koordinaten der Knoten überschrieben. Die Ebenen-Neigung des
Ausschnitts wird nun geändert und daher wird ein Normalen-Vektor des
Ausschnitts berechnet, wobei die Z-Koordinaten nach Korrektur verwendet werden.
Eine neue Oberflächenform-Daten-Datei wird erzeugt in dem gleichen Format wie
das Auslese-Daten-Format von den Koordinaten der Scheitel und dem Normalen-
Vektor nach Korrektur.
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Auch wenn das Setzen von Korrekturwerten zu irgendeiner Phase vor einer Z-
Korrektur bewirkt wird, ist die Verarbeitung als Ganzes gleich.
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Die Gründe, warum die Knotenanzahl den Scheiteln von Ausschnitten zugeteilt
wird und eine Z-Koordinaten-Korrektur an Knoten durchgeführt wird, wird nun
beschrieben werden. Fig. 9 ist ein Diagramm, welches dreieckige Ausschnitte der
Oberflächenform-Daten zeigt. Fig. 9(a) zeigt zwei angrenzende Ausschnitte A und
B, von denen Ausschnitt A am Boden eines Überhangabschnitts liegt, und
Ausschnitt B nicht an dem Überhangabschnitt ist. Die jeweiligen Ausschnitte weisen
Scheitel a1. a2, a3 und b1, b2, b3 auf. Wenn Koordinatenwerte der Scheitel a1. a2
und a3 auf Änderung der Form des Ausschnitts A, welcher an dem Boden des
Überhangabschnitts liegt, bewegt werden, wird die Form des dreieckigen
Ausschnitts A geändert, während der Ausschnitt A sich von dem Ausschnitt B
abtrennt, um die Beziehung zwischen den Ausschnitten A und B zu stören, was die
Daten unrichtig macht. Ein Ausschnitt, der durch normale Oberflächenform-Daten
wiedergegeben wird, weist zumindest drei Scheitel auf, aber ist sich nicht der
Tatsache bewusst, dass diese Scheitel mit diesem Ausschnitt und einem
angrenzenden Ausschnitt gemeinsam sind. In Fig. 9(b) werden pro gemeinsamem Stück zu
den dreieckigen Ausschnitten A und B mit Knoten n1 und n3 ersetzt, und die
Form des Ausschnitts A wird durch Bewegung von Knoten n1, n2 und n3
geändert.
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Als Ergebnis ist die Form des Ausschnitts B gleichzeitig geändert, so dass die
Ausschnitte A und B sich nicht voneinander trennen sollten und das Verhältnis
zwischen ihnen gehalten wird, um die Daten richtig zu machen. Somit kann in
dreieckigen Ausschnitten, welche die Oberfläche eines Modells wiedergeben,
durch Versetzen von benachbarten Ausschnitten gemeinsamen Stücken mit
Knoten, und Bewegen der Knoten, die Form und Position von beiden Ausschnitten
geändert werden, ohne zu bewirken, dass sich die zwei Ausschnitte voneinander
trennen und miteinander überlappen. Der schräge Überhangboden ist hier als
Beispiel gegeben, aber ein horizontaler kann gleichbehandelt werden.
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Als Nächstes wird ein Verfahren zur Entscheidung, ob ein Ausschnitt am Boden
eines Modellierprodukts oder dem Boden eines Überhangabschnitts liegt, durch
Verwendung eines Normalen-Vektors, beschrieben werden.
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In Fig. 10 sind ein dreieckiger Ausschnitt, der am Boden eines
Überhangabschnitts liegt, und sein Normalen-Vektor gezeigt. Angenommen, dass die
Richtung der Laminierung des Modells mit der positiven Richtung der Z-Achsen-
Koordinate zusammenfällt und ein Normalen-Vektor vertikal zu einer Ebene, die
durch den Ausschnitt definiert ist und nach außen von dem Modell gerichtet ist
(Xa, Ya, Za), zeigt diese Ausschnitt nach unten, wenn für die Z-Komponente Za <
0 steht und bestimmt ist, an dem Boden des Überhangabschnitts zu liegen. Durch
Bestimmung einer positiven oder negativen Normalen-Vektor-Z-Komponente auf
diese Art und Weise, kann der Ausschnitt, welcher an dem Boden des
Überhangabschnitts liegt, automatisch ermittelt werden.
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Durch die obige Verarbeitungsmethode kann der Boden des Modellierprodukts
und Boden des Überhangabschnitts automatisch ermittelt werden, der
dimensionale Unterschied kann effizient an Oberflächenform-Daten korrigiert werden und
ein optisches Modellierprodukt von hoher dimensionaler Genauigkeit kann durch
Durchführung eines Modellierens auf Basis der Daten erreicht werden.
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Während in der vorliegenden Ausführungsform der dreieckige Ausschnitt
beschrieben worden ist, kann ein polygonaler Ausschnitt gleichbehandelt werden.
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Nun wird eine Beschreibung der überflüssigen Aushärtdicke gegeben werden.
Fig. 11 (a) zeigt das Prinzip der überflüssigen Aushärtung eines optischen
Modellierens. Überflüssige Aushärtung wird bewirkt durch ein Phänomen, das eine
Streuung eines Laserstrahls, der durch den Überhangabschnitt eines Modells
überträgt, frisches Harz am Boden des Überhangabschnitts aushärtet. Fig. 11 (b)
ist ein Diagramm zur Erläuterung, wie eine überflüssige Aushärtdicke α zu
bestimmen ist.
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Fig. 12 zeigt das Verhältnis zwischen Laminierungsdicke und dimensionalem
Unterschied. Die Daten sind bezeichnend für Ergebnisse, die mit dem Boden
eines horizontalen Überhangabschnitts erzielt werden. Wie aus der Figur deutlich
wird, fallen die Ergebnisse der Berechnung von α = D - P(n-1) einigermaßen mit
den eigentlichen Messwerten zusammen.
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Fig. 13 ist ein PAD-Diagramm für den Fall, wo der Korrekturwert ein Wert ist,
welcher von einer Neigung des Bodens des Überhangabschnitts in der dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abhängt. Nachdem ein Ausschnitt
als am Boden eines Überhangabschnitts liegend bestimmt wird, werden Werte,
welche von einer Neigung des Ausschnitts abhängen, als Korrekturwerte
festgesetzt zu Knoten, welche den Ausschnitt bilden. Fig. 14(a) ist eine Schnittansicht
von Modelldaten, die durch Anwendung der obigen Korrektur eines
Korrekturwerts von 1 zu Oberflächenform-Daten eines Modells erzielt werden, welches ein
Loch von einem Radius r von 3,0 aufweist. Jedoch hängt die überflüssige
Aushärtdicke von der Neigung des Bodens des Überhangabschnitts ab, und daher
wird, wenn ein optisches Modellieren, basierend auf diesen Daten, durchgeführt
wird, der dimensionale Unterschied irregulär und es folgt ein optisches
Modelliermodell, das, wie im rechten Abschnitt gezeigt, deformiert ist. Fig. 14(b) ist
eine Schnittansicht von Modelldaten, die durch Anwendung der obigen Korrektur
eines Korrekturwerts erzielt werden, der von der Neigung des Bodens des
Überhangabschnitts abhängt, und, wenn ein optisches Modellieren, basierend auf
diesen Daten, bewirkt wird, kann eine glatte Lochform, wie in der Figur gezeigt,
angefertigt werden und ein optisches Modelliermodell von hoher dimensionaler
Genauigkeit kann erreicht werden.
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Auch wenn das Festsetzen des Korrekturwerts nach irgendeiner Phase bewirkt
wird, nachdem der Ausschnitt als an dem Boden des Überhangabschnitts liegend
ermittelt wird, ist die Verarbeitung als Ganzes gleich.
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Durch Anwendung einer Korrektur auf die Oberflächenform-Daten durch das
obige Prozessverfahren und Durchführung eines Modellierens, kann ein optisches
Modellierprodukt von hoher dimensionaler Güte erreicht werden.
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Fig. 15 ist ein PAD-Diagramm für den Fall, wo Normalen-Vektoren aus Scheiteln
von polygonalen Ausschnitten in der dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung berechnet werden. Koordinaten von Scheiteln, welche dreieckige
Ausschnitte bilden, enthalten in der Oberflächenform-Daten-Datei, werden gelesen
und Normalen-Vektoren der Ausschnitte werden aus den Koordinaten der Scheitel
berechnet. Ein Scheitel wird bestimmt als an einem Überhangabschnitt liegend,
wobei sein Normalen-Vektor verwendet wird. Sogar, wenn die Berechnung des
Normalen-Vektors zu irgendeiner Phase, bevor seine positive oder negative Z-
Komponente bestimmt wird, bewirkt wird, ist die Verarbeitung als Ganzes gleich.
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Durch Anwendung einer Korrektur der Oberflächenform-Daten durch das obige
Prozessverfahren und Durchführung eines Modellierens kann ein optisches
Modellierprodukt von hoher dimensionaler Genauigkeit erreicht werden.
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Fig. 16 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf das
Verfahren zur Durchführung eines optischen Modellierens durch Anwendung der
Korrekturverarbeitung zu den oben beschriebenen Oberflächenform-Daten
gerichtet ist. Ein Formmodell wird durch dreidimensionales CAD angefertigt, das
Formmodell wird in Oberflächenform-Daten für ein optisches Modellieren
konvertiert, die Daten werden einer automatischen Ermittlung eines
Überhangabschnitts unterzogen und angewandt mit der Korrekturverarbeitung von einer
automatischen Korrektur eines dimensionalen Unterschieds, und ein optisches
Modellieren wird durchgeführt. Fig. 17 ist eine Schnittansicht eines Modells, das mit
einem Loch ausgebildet ist, welches einen Durchmesser eines Designwerts D =
10,0 aufweist, insbesondere wobei Fig. 17(a) eine Schnittansicht eines Modells
ist, welches ohne Korrektur modelliert ist, und Fig. 17(b) eine Schnittansicht eines
Modells ist, auf das die vorgenannte Korrekturverarbeitung angewandt ist. Somit
kann durch Durchführung eines Modellierens in Übereinstimmung mit dem
Verfahren der vorliegenden Erfindung ein optisches Modellierprodukt von hoher
dimensionaler Genauigkeit erreicht werden.
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Fig. 18 ist ein PAD-Diagramm einer fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, in welcher der dimensionale Unterschied des Bodens des
Überhangabschnitts oder Modellbodens aufgrund der überflüssigen Aushärtung durch
Korrektur von Oberflächenform-Daten mit einem Wert eliminiert wird, der durch eine
vorbestimmte Regel in Übereinstimmung mit einer der Neigungen der
angrenzenden Böden des Überhangabschnitts bestimmt ist, insbesondere einer Maximal-
Neigung bezüglich der Modellier-Richtungsachse darin.
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Die Gründe, warum Knotenzahlen zu Scheiteln von Ausschnitten zugeordnet
werden und Z-Koordinaten-Korrektur an Knoten durchgeführt wird, wird nun
beschrieben werden. Fig. 19 ist ein Diagramm, welches dreieckige Ausschnitte
der Oberflächenform-Daten zeigt. Fig. 19(a) zeigt zwei angrenzende Ausschnitte
A, B und C, D, von denen Ausschnitt A an dem Boden eines Überhangabschnitts
liegt, und Ausschnitt B nicht an dem Überhangabschnitt liegt. Die jeweiligen
Ausschnitte haben Scheitel a1. a2, a3 und b1, b2, b3. Wenn Koordinatenwerte der
Scheitel a1. a2 und a3 auf Änderung der Form des Ausschnitts A bewegt werden,
der an dem Boden des Überhangabschnitts liegt, wird die Form des dreieckigen
Ausschnitts A geändert, während der Ausschnitt A sich von dem Ausschnitt B
trennt, um die Beziehung zwischen den Ausschnitten A und B zu stören, was die
Daten fehlerhaft macht. Ein Ausschnitt, der durch normale Oberflächenform-
Daten wiedergegeben wird, weist zumindest drei Scheitel auf, aber ist nicht der
Tatsache bewusst, dass diese Stück für Stück gemeinsam mit diesem Ausschnitt
und einem angrenzenden Ausschnitt sind. In Fig. 19(b) sind die den dreieckigen
Ausschnitten A und B gemeinsamen Scheitel mit Knoten n1 und n3 ersetzt und
die Form des Ausschnitts A wird durch Bewegung von Knoten n1, n2 und n3
geändert. Als Ergebnis wird gleichzeitig die Form des Ausschnitts B geändert, so
dass die Ausschnitte A und B sich nicht voneinander trennen können und das
Verhältnis gehalten werden kann, um die Daten richtig zu machen. Somit kann in
dreieckigen Ausschnitten, welche die Oberfläche eines Modells wiedergeben,
durch Ersetzen von Scheiteln, die angrenzenden Ausschnitten gemeinsam sind,
mit Knoten und Bewegen der Knoten die Position geändert werden, ohne
Bewirken der zwei Ausschnitte sich voneinander zu trennen und miteinander zu
überlappen. Der geneigte Überhangboden ist hier als Beispiel gegeben, aber ein
horizontaler kann gleich behandelt werden.
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Als Nächstes werden die Gründe, warum Werte, die auf Knoten, die Ausschnitten
gemeinsam sind, auf einen Wert festgesetzt werden, welcher einem der
Neigungswerte der Ausschnitte entspricht, der der größte ist, beschrieben werden.
Angenommen, dass die Werte, welche Ausschnittsneigungen bilden, β, β und
γ (β < γ) sind, für jeden Ausschnitt in Ausschnitten A, C und D verarbeitend, und
wobei die Knoten n2 und n5 in der gleichen Höhe sind. Im Fall, wenn der
Korrekturprozess ausgeführt wird, in Reihenfolge der Ausschnitte C, D und A,
während der Knoten n2 den Ausschnitten C, D und A gemeinsam ist, ist ein Wert, der
bei Knoten n2 angewandt wird, welcher mit Ausschnittsneigungen in Einklang ist,
β bei Ausschnitt C-Verarbeitung, γ bei Ausschnitt D-Verarbeitung und β bei
Ausschnitt A-Verarbeitung, und da auch Knoten n5 den Ausschnitten C und D
gemeinsam ist, ist ein Wert, der auf Knoten n5 angewandt wird, β bei Ausschnitt C-
Verarbeitung, γ bei Ausschnitt D-Verarbeitung. Ein letzter Wert von Knoten n2 ist
β und ein letzter Wert von Knoten n5 ist γ. Der Korrekturwert des Knotens n2 ist
kleiner als der des Knotens n5, da β und γ im Verhältnis β < γ stehen. Der
Korrekturprozess ist im Ergebnis, das ein Z-Koordinatenwert (d. h. Höhe) des Knotens
n2 von dem von n5 abweicht und der Ausschnitt ungünstig beeinflusst wird, um
so geneigt zu sein, wie in Fig. 19(b) gezeigt. Fig. 19(c) zeigt ein Beispiel, wo
Werte, die auf gemeinsame Knoten n2 und n5 angewandt werden, und welche zu
Neigungen beitragen, auf einen Maximal-Wert festgesetzt sind. Sogar, wenn die
Ausschnitt-Verarbeitung in unterschiedlicher Reihung von A, C und D oder C, D
und A durchgeführt wird, werden Werte, die auf Knoten n2 und n5 bei der
gleichen Höhe angewandt werden, und welche zu Ausschnitt-Neigungen beitragen,
beide auf γ gesetzt, so dass Z-Koordinatenwerte der Knoten n2 und n5 nach
Korrektur auf der gleichen Höhe sind und eine Störung der Form vermieden werden
kann.
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Durch die Verarbeitungsmethode wie oben kann ein Boden eines Modells und der
Boden des Überhangabschnitts automatisch ermittelt werden, und der
dimensionale Unterschied kann effizient an Oberflächenform-Daten korrigiert werden,
wodurch sichergestellt wird, dass ein optisches Modellierprodukt von hoher
dimensionaler Genauigkeit erreicht werden kann, durch Durchführung eines
Modellierens auf Basis der Daten.
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Während in der vorliegenden Erfindung der dreieckige Ausschnitt beschrieben
worden ist, kann ein polygonaler Ausschnitt gleich behandelt werden.
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Wie oben beschrieben kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch Berechnung
einer überflüssigen Aushärtdicke, die durch wiederholte Laserbestrahlung bewirkt
wird, und Durchführung einer Korrektur um den Dickenbetrag an
dreidimensionalen Modelldaten oder Konturlinien-Daten ein optisches Modellierprodukt zum
Vorteil erzielt werden, welches hohe dimensionale Genauigkeit in der Richtung
der Laminierung zeigt.
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Weiter können der Boden eines Modellierprodukts und der Boden eines
Überhangabschnitts automatisch ermittelt werden, und ein dimensionaler Unterschied,
welcher einer optischen Modelliertechnik inhärent ist, und welcher an dem Boden
bewirkt wird, kann an Oberflächenform-Daten korrigiert werden, so dass eine
Korrektur eines dimensionalen Unterschieds nicht weiterer manueller Modifikationen
unterworfen zu werden braucht, nach Rückkehr zu einem
dreidimensionalen CAD, und die Verarbeitung kann vorteilhafterweise automatisch innerhalb
einer kurzen Zeitspanne vollendet werden.