专利名称：一种焦点曲线规的设置方法及其装置的制作方法
技术领域：
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，部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。例如圆规的结构为设有一个限位脚，其上设有柔性线圈绕装置，将动点(铅笔尖)沿柔性线张紧方向绕行，其运动轨迹就是圆。
椭圆规的结构为设有二个限位脚，另有柔性线圈绕在两个限位脚尖端，或将收放柔性线的紧线器固定在其中一个限位脚上，将画笔张紧柔性线的运动轨迹就是椭圆曲线。
双曲线规的结构为二个限位脚分别在双曲线焦点架和游标导轨上，两限位脚焦点之间的距离可以调整，具有反卷力或阻尼的卷线器里卷有柔性线，调节螺丝可以调节两段柔性线的长短，并可在两个焦点处分别引出，确定好画线笔尖(动点)到两个焦点处的相对位置，在保持两线段同时绷紧并且等长拉出的情况下，其画线笔移动的轨迹就是所需的双曲线。
抛物线规的结构为一限位脚为伸出的点状限位脚(焦点)，另一限位脚为直线状限位脚(插笔划线槽)，且可垂直地在一条直线尺上滑动，定长的柔性线的一端固定在点状限位脚的焦点处，另一端固定在直线状限位脚的端部，当画线笔沿着直线状限位脚向直尺方向移动时，受到柔性线的约束，其画线笔移动的轨迹就是抛物线，动点轨迹趋向于点状限位脚和直线尺的垂线中点。
三焦曲线圆规的结构为；具有三个限位脚，可以灵活地调整相对位置并且稳固地定位，另设一条柔韧无伸缩性的，可以调整大小的环形线，将其圈绕在三只限位脚尖端，动点(绘图笔)在柔性线张紧的曲线上画线，在画线时柔性线至少被二只限位脚限定。不同的三焦点距离和离心率组合在一起具有不同的图形。该动点的轨迹，即为所需要的三焦曲线圆。
四焦点及多焦点曲线圆规的结构完全同三焦点曲线圆规的结构，不同点仅在于限位脚为四个或多个。
本发明装置中还将动点画笔作一改进，并成为一多用绘图笔在绘图笔杆的前端，有两个可以互换的笔头，一个是普通笔头，可以写字画线，另一个是椭圆笔头，可以画任意参数的圆、椭圆、三焦曲线圆或多焦曲线圆。椭圆笔头上有一个U形金属片，上下套接在笔头上，U形金属片可以绕笔头自由转动。U形金属片上装有紧线机构，可以拉出线段，也可以紧固线段。
当画圆形的时候，先将线段拉出两倍于半径的长度，将椭圆笔的尖端定位于圆心处，然后将另一支铅笔插入环形柔性线并绷紧，铅笔绕行一周的轨迹就是所需要的圆。环形柔性线类似于激光测距的来回双程概念，这不同于通常的半径定圆的概念。
当画椭圆的时候，先将线段拉出等于椭圆长轴加两焦点之间的距离，将两脚规(或两支铅笔)的两个尖端同时插入环形线段，并且定位于椭圆的两个焦点处，将椭圆笔绕两脚规一周，即可画出所需要的椭圆。类似彗星受到大质量天体引力作用的回归概念，这不同于通常由等于长轴的线连接在两个焦点上的椭圆概念。
当画三焦(三焦点)曲线圆的时候，先将线段拉出所需的长度，将三脚规的三个尖端同时插入环形线段，并且定位于三焦曲线圆的三个焦点处，将椭圆笔绕三脚规一周，即可画出所需要的三焦曲线圆。
三焦(或者多焦)曲线圆为本发明方法所引进的一个概念，纯粹意义上的圆和椭圆在自然界是不存在的，在自然世界中大量存在的实际上是三焦(多焦)曲线圆的形状，例如，鸡蛋鸭蛋恐龙蛋就象蜂房一样，对于研究物竞天择具有特别重要的意义，几乎所有的卵生动物都将它们的后代藏在精巧的卵形圆球内。这种卵形圆使用很少的钙质材料，却能够有很大的强度，具有十分合理的几何形状和力学原理，此外还有大量不对称的鹅卵石形状的曲线圆等。经研究发现，单焦圆、二焦圆、三焦圆与多焦圆之间有着密切的联系。当一个动点绕一个焦点或者(这个焦点可以分裂成二个、三个或者)多个焦点运行时，动点的轨迹完全可以用同一类数学模型来描述。从以下几个方面综合起来加以分析，将有助于对本发明作进一步的理解1、定义“如果已知各焦点之间距离，及动点离心宰，那么就可以确定任何多焦圆、三焦圆、二焦圆和单焦圆的几何性状”。这也完全适用于常规意义上的圆和椭圆。以三焦曲线圆为例，当三个焦点A、B、C的尺寸均为零时，动点E的轨迹为普通三焦曲线圆。三焦曲线圆三个焦点之间的连线a、b、c为三条焦点边，a最短，b其次，c最长，首尾相连，动点E受环线L的约束，绕三焦点运行。e为离心率，离心率=3条焦点边之和/ABCE四点构成的四边形边长之和，即e=(a+b+c)/L。多焦圆、三焦圆、二焦圆的离心率肯定小于1大于零，单焦圆的离心率等于零，即e=0/L。，三焦圆的形状由三个焦点构成的焦点三角形的形状和动点E的离心率所决定。(图6)由上述定义可知，任何单焦圆都可以用一个数学表达式来描述，即如果已知动点与焦点之间环线长L，或者“一动点绕一定点运行，当二点往返距离恒等于一常数时，动点轨迹图形为单焦圆”。无论定点动点的尺寸大小，单焦圆都是圆，两点尺寸大则动点轨迹圆直径小，反之则大。当两点尺寸均为零时，为一直径等于该常数的圆。
同理，任何二焦圆都可以用一个数学表达式来描述，即其动点E的离心率e=a/L，其中a为两焦点A、B之间的距离。或者“一动点绕二定点运行，当三点距离之和恒等于一常数时，动点轨迹图形为二焦曲线圆”。当两个焦点的尺寸大小不一样时图形趋向卵圆，当两焦点尺寸相等时图形为焦面椭圆，当两焦点尺寸均为零时，动点轨迹为通常意义上的椭圆。(图7、图8)同理，任何三焦曲线圆都可以用一个数学表达式来描述，即其动点E的离心率e=(a+b+c)/L。或者“一动点绕三定点运行，当四点距离之和恒等于一常数时，动点轨迹图形为三焦曲线圆”。当三焦点距离及离心率为一特定值时，轨迹图形为卵形圆，而且肯定是等腰三焦曲线圆，鸡蛋鸭蛋恐龙蛋分别有不同的参数。当三个焦点的尺寸大小不样一时，三焦曲线圆形状各异，当三焦点尺寸均为零时，动点轨迹为普通的三焦曲线圆。(图9,10,11,12)关于n焦圆的一些特性，可以依此类推，这里就不详述。(
图13,14)2、环线长环线长度L=动点和焦点之间构成的多边形的周长，即L=n+1口边形的边长和。
三焦圆环线长度L=动点E和三个焦点ABC构成的四边形的周长。
二焦圆环线长度L=动点E和二个焦点AB构成的三角形的周长。
单焦圆环线长度L=动点E到一个焦点A的往返距离。
3、离心率离心率e=焦点之间的距离和/环线长L三焦圆离心率e=三个焦点距离之和a+b+c/环线长度L。三焦圆的离心率肯定小于1大于零。
二焦圆离心率e=两个焦点间的距离a/环线长度L，即。二焦圆的离心率肯定小于1大于零。
单焦圆离心率e=零/环线长度。单焦圆的离心率肯定等于零。
本弧a′是以a边为两焦点距离，以环线L-a为长轴的一段椭圆弧。
变弧a″是以a边为两焦点距离，以环线L-b-c为长轴的一段椭圆弧。
三个焦点ABC之间的距离由短到长依次为a,b,c三条焦点边，当动点E绕三个焦点运动时，依次受到A,B,C三个焦点的两次限位约束，形成六段不同曲率的椭圆弧，首尾平滑连接构成三焦曲线圆，这六段弧依次为A变弧a″,B本弧b′,C变弧c″,A本弧a′,B变弧b″,C本弧c′(图6)。这么复杂的曲线图形在实际绘制时只要一笔就可以完成。
离心率规律三焦曲线圆的离心率越小，越趋向于圆，离心率越大，越趋向于三条焦点边。二焦圆的离心率越小，越趋向于圆，离心率越大，越趋向于扁长形。单焦圆离心率为零。
4、对称定律(在二维平面内，焦点尺寸为零，)平面三焦曲线圆可以分为对称和不对称两大类。
单轴对称的有各种等腰三焦曲线圆，即蛋形圆、塔形圆和棒形圆，有且仅有一条对称轴。
三轴对称的有各种等边三焦曲线圆，即等边三角形的曲线圆，有且仅有三条对称轴。
无对称轴的是各种不等边三焦曲线圆，即直角、锐角、钝角三焦曲线圆，如鹅卵石形曲线圆，无对称轴。
二焦圆，即椭圆，都对称，通常有两条对称轴。
单焦圆，即圆形，都对称，有无数条对称轴。
5、相似定律在焦点尺寸为零的情况下“如果两个大小不一样的图形焦距比和离心率都相同，这两个图形相似。”如两个大小不一样的三焦曲线圆焦距比和离心率都相同，这两个三焦曲线圆相似”如两个大小不一样的二焦圆焦点距和离心率都相同，这两个二焦圆相似。”任何两个大小不一样的单焦圆，都相似。”在其它许多方面，如周长、面积、形状、切线、公切线定理，以及某些参数变化引起的形状离心率面积的变化趋势等方面，都有着十分相关的规律，都可以进行实际这里就不赘述。
本发明的特点；不但焦点曲线均以解析曲线表达，并且可以一笔就直接地画出来，三焦曲线圆的设置方法可以将极为复杂的连续变化曲率的组合曲线图形用数学(解析)表达式来描述。三焦曲线圆以及由此引伸出来的单焦圆、两焦圆、多焦圆，单极体、两极体、三极体和多极体，单面体、两面体、三面体和多面体，极面综合体等系列概念的多样性，给我们展现了十分广阔的日常应用领域。本发明装置在人体工程学到工艺造型家具电器服饰挂件，从空气动力学到交通工具建筑装潢橱卫洁具，都有着广泛的实用前景。
利用本发明可以制作新型绘图仪器，绘制各种焦点曲线和多种连续变化曲率的曲线，也可以设计出专用设备，加工各种复杂的组合曲线和曲面型腔。例如，可以方便地加工各种曲线型玻璃制品，可以磨制非球面的光学镜面，以及制作抛物面太阳灶等。本发明也给几何学教育提供了直观生动的工具，既能够用于欧氏几何，也可以描绘非欧几何，在现实中同样可以用于理论物理和天文学等研究课题。
本发明是研究动点物体运动轨迹的延展，当焦点的几何尺寸为零(即焦点无穷小无质量)的情况下，动点受到一个或多个焦点的作用力，可以得到许多种曲线。本发明所引进的限位脚为平面状限位脚时，即相当于焦点具有几何尺寸、具有质量和引力。利用焦点平面限位脚画曲线时，可以模拟当动点轨迹具有时空性状时，会呈现出不同的空间形态或曲线。例如，太阳系实际的行星轨迹可能用此方法来直观地描绘，周期性彗星实际上是受到一个大质量的焦点(太阳)和其它天体的引力作用，因而其轨道不可能是一个欧氏几何意义上的椭圆而应当是不对称的卵圆形，这有利对轨道的预测和修正。此种焦点曲线规有助于研究天体力学、流体力学、空气动力学、人体工程学、电磁动力学、天体力学、空间动力学、拓扑学、仿生学、引力场论，以及二十一世纪概念化产品的设计造型等许多领域。本发明这方面的意义也可能极具科学价值。
本发明的另一个衍生的重要意义还在于，此作图方法可以用于各种计算机，可以制作成大众化CAD/CAM软件，用于复杂曲线和曲面造型的设计，为最终用户提供直观生动的画图功能，其所见的曲线和曲面可以全部数字化，无需由专门技术人员设立复杂的数学公式进行繁琐的分析设计，就可以直接进行仿真或者加工。
本发明目还提供了一种方便画图的画笔工具和方便限位的限位脚，即特种画笔和支架。因此也综合了多种画曲线的功能。
本发明的优点在于，它克服了现有绘图仪器功能单一的不足，可以实现圆规、两脚规、椭圆规、双曲线规、抛物线规、三焦曲线圆规、游标卡尺等多种测绘工具的功能。既经济实用，又简单方便。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明图1是主杆、椭圆规接杆、吸盘脚以及弯形针脚的结构图。
图2是双曲线规接杆结构图，图2B为剖视图。
图3是抛物线规接杆结构图，图3B为剖视图。
图4是三焦曲线圆规结构图。
图5是多用绘图笔、焦面针脚的结构图。
图6为三焦点曲线规画出的三焦曲线圆图形。其中ABC为三个焦点，E为动点，abc为三条焦点边，a′b′c′分别为相应的本弧，a″b″c″分别为相应的变弧。
图7为两个环线长度L相同的二焦圆，其一是二焦点尺寸或质量不相等图形趋向卵圆，另一个是两焦点为零时的椭圆形，其中A为面状焦点E为其动点，A′为点状焦点E为其动点，B为公共的点状焦点。
图8a″为二焦点的几何尺寸或质量不相等时二焦曲线圆的图形，其中面状焦点A的尺寸很大，B为点状焦点，此形状接近一卵形。图8b为二焦点的几何尺寸或质量相等的时候，等焦面二焦曲线圆的图形。
图9三焦点为正三角形(等腰三角形)时由焦点曲线规画出的三焦曲线圆。
图10、11、12三焦点分别为等腰三角形、直角三角形、钝角三角形时由焦点曲线规画出的三焦曲线圆。
图13为四焦点曲线圆图形，A、B、C、D分别为焦点。
图14为五焦点曲线图形，A、B、C、D、E分别为焦点。
图15为本发明多焦点曲线切割器，可用于玻璃、木材、石膏等材料的曲线切割或磨削。
本发明焦点曲线规的设置方法，设有二个限位脚的工具时，一般是描画椭圆、双曲线和抛物线，当限位脚有一定尺寸时，此工具可画卵形曲线圆；而设有三个限位脚时，此工具适于画三焦曲线圆，柔性线圈绕住三个限位脚是一种方法，第二种方法是用柔性线固定在限位脚尖端引出的导线孔上(线可以在孔中滑动)，柔性线由限位脚限位，在圈绕时亦然。另用一画笔，在柔性线被限位脚张力限位的图形中描画。画双曲线工具的限位脚的端部能等长收放柔性线，画笔在限位脚放出柔性线时所限定的图形为双曲线。
在本发明装置的实施例中，图1是主杆、椭圆规接杆、吸盘脚以及弯形针脚的结构图。图中1主杆，2限位脚通用接口，3弯形针脚，4吸盘脚，5椭圆规接杆，6紧线器，7导线孔，8通用接头。
图2是双曲线规接杆结构图。图中9双曲线规接头，10游标导轨，11双曲线焦点架，12两线段调节螺丝，13卷线器，14带孔线段，15长度刻度、16导线前轮、17导线尾轮、18内卡尺刃口，19双曲线左焦点(也是外卡尺刃口)，20导线后轮、21紧固螺丝，22探深杆夹持螺丝，23双曲线右焦点(也是外卡尺刃口)，图3是抛物线规接杆结构图。图中24抛物线规接头，25滑动导轨、26滑动准线架，27抛物线焦点架，28滑槽，29焦点架伸缩槽，30调距齿轮，31紧固旋钮，32橡皮筋挂钮，33插笔划线槽，图4是三焦曲线规结构图。图中34两脚规，35三焦曲线圆规接杆，36短接杆夹持器，37伸缩杆。
图5是多用绘图笔、焦面针脚的结构图。图中38可转动的焦面针脚圆形导线轮，39针脚接杆，40绘图笔杆，41可更换的椭圆笔头，42可自由转动的环线架，43可收放柔性线的卷线器。
在图1所示实施例中，主杆1有两个通用接口2，限位脚通用接口是用于插接各种不同类型的脚，如单针脚、弯形针脚3、三针脚、吸盘脚4、焦面针脚38，可以适应纸张、塑料、玻璃等不同材质；接杆通用接口是用于插接各种不同类型的接杆，例如圆规接杆、两脚规接杆、椭圆规接杆、双曲线规接杆、抛物线规接杆和三焦曲线圆规接杆等，可以分别构成圆规、两脚规、椭圆规、双曲线规、抛物线规和三焦曲线规，以及游标卡尺。
椭圆规接杆由杆身5、可收放柔性线的紧线器6和带导线孔7的弯形针脚构成。紧线器6卷有柔韧的金属丝或伸缩性小的尼龙柔性线，线段的一端固定在针脚上。紧线器和带导线孔的弯形针脚分别用螺丝固定在杆身上。
当绘制椭圆时，先松开紧线器的线段，将穿过导线孔的柔性线向外拉出，并圈放在两个针脚外侧，将椭圆规两个针脚分别插入图纸上的两个焦点，然后转动紧线器的拨动旋钮，使线段长度等于椭圆两焦点距离与长轴之和，用铅笔绷紧线段旋转一周就可以画出所需要的椭圆。
在图2所示实施例中，双曲线规接杆9由游标导轨10，双曲线焦点架11等构成。游标导轨10上有长度刻度15、导线前轮16、导线尾轮17、内卡尺刃口18和双曲线左焦点(也是外卡尺刃口)19，双曲线焦点架11上有长度刻度15、导线后轮20、紧固螺丝21、探深杆夹持螺丝22和双曲线右焦点(也是外卡尺活动刃口)23，焦点架11可以在游标导轨10上前后滑动，以调节两焦点之间的距离，卷线器13固定在游标导轨10上，卷线器13的柔韧金属线或伸缩性小的尼龙线，可以通过导线尾轮17及导线前轮16和导线后轮20，分别从双曲线左焦点19和双曲线右焦点23两处引出，两个焦点之间的线段上有一小孔14，划线笔可插入孔内移动，两线段调节螺丝12可以调节连接到两个焦点的线段长度当绘制双曲线时，先松开有反卷力或阻尼的卷线器13，移动双曲线焦点架11确定两焦点之间的距离，旋转紧固螺丝21加以固定，然后转动两线段调节螺丝12，确定金属线上的孔即双曲线小孔14与两焦点之间的距离，再插入划线笔，绷紧两端线段并移动划线笔从两个焦点处等长拉出卷线器里的线段，就可以画出所需的双曲线。
当把金属线及其小孔14从两个焦点19和23处取出来，就可以作为普通游标卡尺度置物体的内外尺寸，用探深杆夹持螺丝22将探深杆夹紧在焦点架上就可以探测物体的深度。画椭圆时先确定两个焦点，使两焦点间的线段等于长轴，就可以画出所需要的椭圆。
在图3所示实施例中，抛物线规接杆24由滑动导轨25、滑动准线架26和抛物线焦点架27等构成。滑动导轨25上有一条平直的滑槽28，导轨中部有一个与滑槽方向相垂直的焦点架伸缩槽29，其上有调距齿轮30、紧固旋钮31和橡皮筋挂钮32。滑动准线架26可以在滑槽28内平直地滑动，滑动准线架26两端有与导轨滑槽28垂直的插笔划线槽33，铅笔尖可以在槽中移动，通过旋转调距齿轮30可以在焦点架伸缩槽29内伸缩抛物线焦点架27，并通过紧固旋钮31与滑动导轨25相固定，焦点架27的前端有焦点针，分别与滑动准线架26的两个顶端连有一根柔软且无伸缩性的线段，该线段长度等于插笔划线槽33的长度。
当绘制抛物线时，先旋转调距齿轮30伸缩抛物线焦点架27，确定焦点到准线(滑动导轨25的直尺边)的距离，拧紧紧固旋钮31，将铅笔插入插笔划线槽33中，使笔尖在线段约束的同时，顺着插笔划线槽33向准线方向滑动，就可以画出所需要的抛物线。
在图4所示实施例中，三焦曲线圆规由两脚规34、三焦曲线圆规接杆35和短接杆夹持器36构成。短接杆夹持器36能够在上下左右和长短三个方向上进行调整和紧固，并可以夹持在两脚规34的主杆或某一接杆上，其通用接口可以加接三焦曲线圆规接杆35，三焦曲线圆规接杆35也可以活络连接在二脚规的一只脚上，形成三足鼎立的形状，旋紧短接杆夹持器36和伸缩杆37，可以使三焦曲线圆规三个针脚之间保持固定距离。
当绘制三焦曲线圆时，先在绘图纸上确定三个焦点的位置，将三焦曲线圆规的三个针脚准确地定位在焦点上，松开紧线器，将穿过导线孔的柔性线拉出并圈放在三个针脚的外侧，然后收紧紧线器，使线段长度等于动点到三个焦点的四边形的边长和，用铅笔绷紧线段旋转一周，就可以画出所需要的三焦曲线圆。如卵形、鹅卵石形均可以画出。四焦曲线圆规及多焦曲线圆规的结构和利用此工具画多焦曲线圆的方法完全同上述。
在图5所示实施例中，多用绘图笔由通用的笔杆40和两个可以互换的笔头所构成。一个是普通笔头，可以写字画线，另一个是椭圆笔头41，其上有一个U形可自由转动的环线架42，上下套接在笔头上，环线架上装有可收放柔性线的卷线器43，可以拉出线段，也可以紧固线段。
当画圆形的时候，先将线段拉出两倍于半径的长度，将另一支铅笔尖端插入环形线段并且定位于圆心处，这时，将椭圆笔绕圆心一周，即可画出所需要的圆。
当画椭圆的时候，先将线段拉出等于椭圆长轴加两焦点距离的长度，将两脚规(或两支铅笔)的两个尖端同时插入环形线段，并且限位于椭圆的两个焦点处，这时，将椭圆笔41绕两脚规一周，即可画出所需要的椭圆。
当画三焦曲线圆的时候，先将线段拉出所需的长度，将三脚规的三个尖端同时插入环形线段，并且限位于三焦曲线圆的三个焦点处，这时，将椭圆笔绕三脚规一周，即可画出所需要的三焦曲线圆。
图15中，多焦点曲线切割器由切割器主架44、焦点支架4 5、导线吸盘轮46和柔性线等构成。切割器主架上可以任意活络伸缩调整焦点支架的方向和长短，焦点支架的轴上装有导线轮47和吸盘脚48，吸盘的上方有一个扳手49，当扳手拉起来时就使吸盘处于负压状态，从而将切割器牢固地吸附在加工件上，柔性线可以是尼龙线也可以是金属或者尼龙链条。
本发明所述的动点画笔还应该包括针、可在玻璃上刻画的金刚刀、其它切割器、粉笔等。
权利要求
1．一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，另设有柔性线由限位脚限位或约束，并另设有一动点(画笔)，动点在被限位脚限位的柔性线张紧的位置描画形成运动轨迹。
2．由权利要求1所述的焦点曲线规的设置方法，其特征是所述限位脚为线状和平面状限位脚。
3．一种焦点曲线规的的装置在限位脚上设有柔性线圈绕装置，其特征是设有1个以上限位脚，另设有柔性线由限位脚限位或约束，另设有一动点(画笔)，动点在被限位脚限位的柔性线张紧的位置所形成的运动轨迹上描画。
4．由权利要求3所述的焦点曲线规的装置，其特征是柔性线在限位脚上限位或约束是设有柔性线圈绕装置，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。
5．由权利要求3所述的焦点曲线规的装置，其特征是设有二个限位脚，另设有柔性线圈绕在两个限位脚，或将柔性线固定在二个限位脚上，将画笔沿柔性线张力张紧方向运动，即为椭圆规。
6．由权利要求3所述的焦点曲线规的装置，其特征是所述一限位脚为伸出的点状限位脚，另一限位脚为线状限位脚，且可在一条直线尺上滑动，此直线尺垂直于伸出的焦点点状限位脚，柔性线一端固定在焦点限位脚上，另一端固定在线状限位脚的端部，画线笔沿着线状限位脚上移动绘线，即为抛物线规。
7．由权利要求3所述的焦点曲线规的装置，其特征是双曲线规由二限位脚、限位二焦点的双曲线焦点架(11)、游标导轨、导线前轮(16)、导线尾轮(17)、卷线器(13)等构成，双曲线焦点架(11)上有长度刻度(15)、导线后轮(20)、紧固螺丝(21)，在游标导轨(10)上前后滑动调节焦点间距离的焦点架，，卷线器(13)固定在游标导轨(10)上，卷线器(13)的柔性线通过导线尾轮(17)及导线前轮(16)和导线后轮(20)，分别从双曲线左焦点(19)和双曲线右焦点(23)两处引出，两个焦点之间的线段上有一小孔(14)，此孔为双曲线描画限位点。
8．由权利要求3所述的焦点曲线规的装置，其特征是三焦曲线圆曲线规的结构为具有三只限位脚，设一包围三只限位脚尖端的柔性线，在柔性线张紧的曲线上绘线，在绘线时柔性线至少被二只限位脚限定。
9．由权利要求3所述的焦点曲线规的装置，其特征是所述画笔的笔头为一个U形金属片，上下套接在笔头上，U形金属片可以绕笔头自由转动，U形金属片上装有紧线机构，可以拉出线段和紧固线段。
10．由权利要求3所述的焦点曲线规的装置，其特征是曲线规由切割器主架(44)、焦点支架(45)、导线吸盘轮(46)和柔性线等构成，切割器主架上可以活络伸缩调整焦点支架的方向和长短，焦点支架的轴上装有导线轮(47)和吸盘脚(48)。
全文摘要
一种焦点曲线规的设置方法及其装置,设有1个以上的限位脚,另设有柔性线由限位脚限位或约束,并另设有一动点(画笔),动点在被限位脚限位的柔性线张紧的位置描画形成运动轨迹。本发明给焦点曲线提供了解析曲线表达,克服了现有绘图仪器功能单一的不足,可以实现圆规、两脚规、椭圆规、双曲线规、抛物线规、三焦曲线圆规、游标卡尺等多种测绘工具的功能。既经济实用,又简单方便。
文档编号B43L13/00GK1210079SQ98111518
公开日1999年3月10日 申请日期1998年9月30日 优先权日1998年9月30日
发明者周路定 申请人:周路定