[发明专利]一种焦点曲线规的设置方法及其装置

说明书

本发明涉及一种新型绘图仪器和加工设备，尤其是一种焦点曲线规的设置方法及其装置，还涉及到三焦曲线圆画图工具的制作。

迄今为止，手工绘图仪器大多数是由圆规、两脚规、画线笔或者固定图形模板等组成，其中圆规可以画任意半径的圆和圆弧，两脚规可以等分线段，鸭嘴笔可以画出不同粗细的线条，模板可以描画出固定尺寸和固定曲率的椭圆、双曲线等图形。但是，现有绘图仪器无法绘制任意参数的椭圆、双曲线和抛物线等圆锥曲线以及各种不同类型的三焦曲线圆(参见下述定义)。对于新产品设计时最需要的符合人体工程学的曲线造型，现有的手工绘图仪器就无能为力了。例如，目前所有的几何方法，无论是欧氏几何、罗氏几何、黎氏几何，还是射影几何、微分几何，都无法直接画出蛋形圆或鹅卵石曲线圆以及与其相关的连续变换曲率的组合连接曲线弧。相关的著述也都认为这类卵形曲线圆既不象圆和椭圆，也不象双曲线和抛物线，属于不规则的曲线图形，是无法用数学表达式来加以描述的，也无法画出两个完全一模一样的卵形圆。因此，尽管不少人都进行过努力，却大多只能采用近似的画法来加以描述。较为典型的有以下三种方法：1，罗伯特·坦肯首先画出“欧氏蛋”，形状象鹅蛋，是由八个不同的圆心、五个不同半径的圆弧连接而成：2，英国考古学家亚历山大·汤姆画出来的“汤氏蛋”，是由四个不同的圆心、三个不同半径的圆弧连接而成：3，四川省秦生训画出来的卵圆，是由四个不同的圆心、三个不同半径的圆弧连接而成。还有一些其他的画法，也都是借用了普通圆规的圆弧连接而成，既繁琐又不准确。即使借助于计算机和绘图仪，也需要进行烦杂的专业性很强的分析，建立数学模型进行运算，使用时既不经济也不方便。目前还末见有专门用于绘制或能够绘制所有圆锥曲线和三焦曲线圆的绘图工具，在目前计算机CAD/CAM软件系统中，也未见到可以直接画出蛋形圆或鹅卵石曲线圆及其各种组合连接弧的功能。

本发明的目的是提供一种直观的焦点曲线规的设置方法及其装置，它不仅具有普通绘图仪器的全部功能，而且能够绘制任意参数的椭圆、双曲线和抛物线等圆锥曲线，以及具有类似特征的各种三焦曲线圆或连续变焦曲线。应用它可以提高学生的动手能力和综合素质。

本发明的目的还在于提供了单一绘图工具无法画出的平滑连接的焦点曲线及其组合曲线、更提供了可以画出组合连接变焦曲线的图形工具。社会生活离不开曲面造型，各种符合人体工程学的优美的曲线和曲面造型影响着人们对生活用具、家用电器以及建筑装潢的审美观，无论是汽车飞机还是鼠标电话，都是以优美的曲线造型为其外在表现形式。研究各种曲线和曲面对于开发概念型产品具有十分现实的实用价值。

本发明的目的还在于提供一种适于本发明配合的多用绘图笔，它不仅具有普通绘图笔的功能，还可以绘制任意参数的圆、椭圆、以及包括具有对称轴和无对称轴的各种三焦曲线圆和多焦点曲线圆。所有的圆滑曲线，都可以很方便地绘制。是一种涵盖了圆锥曲线并能够对多个焦点的组合曲线进行平滑连接的绘图方法和工具。既经济实用，又简单方便。

本发明目的还提供了一种方便画图的画笔工具和方便限位的限位脚，提供了一种研究运动中的点在多个限位脚约束条件下运动轨迹的多功能曲线工具。

本发明的目的是这样实现的：

一种焦点曲线规的设置方法，其特征是：设有1个以上的限位脚(可以分为点状、直线状和平面状等限位脚)，一般常用1-3只脚，另设有柔性线由限位脚限位或约束，并另设有一动点(绘图笔尖或者加工工具头)，动点可在被限位脚限位的柔性线张紧的位置所形成的运动轨迹处描画或加工。4-10只脚也是能用的。

柔性线在限位脚上限位或约束的方法可以是设有柔性线圈绕装置，此方法设置的装置给出了能画出各种闭合曲线或者一段组合变焦弧的工具。所述柔性线圈绕的面积大于由限位脚连接而成的多边形的面积。

柔性线在限位脚上限位或约束的方法可以是收放柔性线的方式。其装置为卷线器和穿过限位脚导线孔的柔性线以及柔性线调节螺丝所构成，卷线器的柔性线从限位脚的导线孔中引出。此方法设置的装置给出了能画出双曲线的工具。

在设有二限位脚的本发明，其中之一的限位脚还可以是直线状限位脚。其装置为当柔性线同时受到点状限位脚和直线状限位脚的限制，动点(画线笔)在定长柔性线约束下，沿直线状限位脚的画线槽向与其垂直的直线尺方向移动，此方法设置的装置给出了能画出抛物线的工具。

本发明所述限位脚还可以是平面状限位脚，亦可称焦面限位脚。其装置为边缘可绕柔性线的圆盘，将绕在其边上的柔性线展开就可以画出渐开线。

因此，利用本发明的焦点曲线规的设置方法，可以具体制作各种焦点曲线的画规及多焦点闭合曲线(多焦点曲线圆)规。例如：