JP2003196326A - Device and method for creating shape model - Google Patents
Device and method for creating shape modelInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、設計した物を実際
に製作した場合の、その製作物に対応した形状モデルデ
ータを作成するための技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for creating a shape model data corresponding to a manufactured product when the designed product is actually manufactured.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に製品開発では、設計をもとに試作
品を製作し、この試作品で各種の試験を行い、この試験
結果を設計にフィードバックするというサイクルを繰り
返すことで、所望の機械特性を確保できる製品設計を実
現している。2. Description of the Related Art Generally, in product development, a prototype is manufactured based on a design, various tests are performed on the prototype, and the cycle of feeding back the test results to the design is repeated to obtain desired mechanical characteristics. A product design that can secure
【０００３】また近年では、設計はＣＡＤ（コンピュー
タ支援設計）システムを用いて行われることが一般的で
あり、またＣＡＤの設計結果をＣＡＥ（コンピュータ支
援エンジニアリング）システム上で数値的に解析するこ
ともよく行われている。In recent years, the design is generally performed using a CAD (Computer Aided Design) system, and the CAD design result can be numerically analyzed on a CAE (Computer Aided Engineering) system. Well done.
【０００４】ＣＡＤシステムでは、製品形状を正確に表
現する必要があるため、ＮＵＲＢＳ（Non Uniform Rati
onal B-Spline）など、高度な自由曲面を正確に表現で
きるデータ形式を用いることが多い。これに対しＣＡＥ
システムでは、例えばＦＥＭ（有限要素法）のメッシュ
モデルなど、製品形状を多角形メッシュで表現するデー
タ形式が一般的である。ＣＡＤとＣＡＥとの連携のため
に、相互間のデータ形式の変換機能を備えるシステムも
存在している。In the CAD system, since it is necessary to accurately represent the product shape, NURBS (Non Uniform Rati)
Onal B-Spline) is often used as a data format that can accurately represent high-level free-form surfaces. On the other hand, CAE
In the system, a data format in which a product shape is represented by a polygonal mesh is generally used, such as a FEM (finite element method) mesh model. There is also a system having a mutual data format conversion function for cooperation between CAD and CAE.
【０００５】また、ＣＡＥの解析で不具合箇所が見つか
った場合、ＣＡＥモデルの修正と解析を繰り返し行って
所望の特性を持ったＣＡＥモデルを求め、このＣＡＥモ
デルをＣＡＤモデルに反映させることもよく行われてい
る。例えば特開２００１−１４７９５０号公報には、修
正したＣＡＥモデルをＣＡＤのデータ形式に自動変換す
るシステムが開示されている。Further, when a defective portion is found in the CAE analysis, the CAE model is repeatedly corrected and analyzed to obtain a CAE model having desired characteristics, and this CAE model is often reflected in the CAD model. It is being appreciated. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-147950 discloses a system for automatically converting a corrected CAE model into a CAD data format.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】このように、ＣＡＥに
より、製品特性のかなりの部分が試作品を作ることなく
分析できるようになったが、全ての特性をＣＡＥ解析で
調べることは困難である等の理由から、試作品による試
験・評価は依然として重要な意味を持っている。Thus, although CAE has made it possible to analyze a considerable part of product characteristics without making a prototype, it is difficult to examine all the characteristics by CAE analysis. For these reasons, testing and evaluation using prototypes still have important meanings.
【０００７】ところが、試作品は、試験結果に応じて随
時不具合箇所に手直しを加えているうちに、もともとの
ＣＡＤモデルと離れた形状となることが一般的であり、
試作品の形状を正確に表すＣＡＤモデルが存在しないこ
とが多い。また、設計部門で作成されたＣＡＤモデルか
ら製品を作成する場合、製造部門にて製造手順やコスト
などの要件を考慮して設計変更を加えることも多く、こ
のような製造要件を考慮して製作された試作品は当初の
ＣＡＤモデルとはそもそも形状が異なってくる。However, the prototype generally has a shape that is separated from the original CAD model while the defective portion is being modified according to the test result.
There are often no CAD models that accurately represent the shape of the prototype. In addition, when a product is created from a CAD model created by the design department, the manufacturing department often makes design changes in consideration of requirements such as manufacturing procedures and costs. The prototype produced has a different shape from the original CAD model.
【０００８】このため、例えば、試作品の試験・評価で
合格となった場合には、製造部門で作成した紙図面を正
式図面として製品生産が行われ、ＣＡＤモデルと実際の
製品形状が異なってくる。試作品の形状変更に応じてＣ
ＡＤモデルに人手で変更を加えるようにすれば、ＣＡＤ
モデルと製品形状の一致を維持することができるが、人
手の操作で形状変更を正確にＣＡＤモデルに反映させる
のは困難であり、非常に手間がかかる。また、試作品の
不具合の原因究明や対策のためにＣＡＥ解析が有効な場
合も多いが、前述のようにその試作品に正確に対応した
モデルが存在しないことが多いので、解析のためには元
のＣＡＤモデルを試作品に合わせて修正するなど、非常
に手間がかかっていた。For this reason, for example, if the prototype is passed the test / evaluation, the product is produced using the paper drawing created by the manufacturing department as the official drawing, and the CAD model and the actual product shape are different. come. C depending on the shape change of the prototype
If you make manual changes to the AD model, CAD
Although it is possible to maintain the agreement between the model and the product shape, it is difficult and very time-consuming to accurately reflect the shape change in the CAD model by manual operation. In addition, CAE analysis is often effective for investigating the cause of defects in prototypes and countermeasures, but as described above, there are often no models that accurately correspond to the prototypes. It took a lot of time to fix the original CAD model according to the prototype.
【０００９】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、ＣＡＤ等の形状モデルに基づき制作された試
作品等の物体について、手直し等で形状変更が加えられ
た後の物体形状を表すモデルを容易に作成することがで
きる装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and represents the shape of an object such as a prototype produced based on a shape model such as CAD after the shape is changed by rework or the like. An object is to provide a device that can easily create a model.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にかかる装置は、物体の基準形状を表す所定
データ形式の基準形状モデル、又は該基準形状モデルを
導出可能なデータを記憶する記憶手段と、前記基準形状
モデルに対応して製作された物体の３次元形状情報を求
め、この形状情報を前記所定データ形式に変換して実測
形状モデルを作成する実測形状モデル作成手段と、前記
実測形状モデルを前記基準形状モデルで補完することに
より、前記製作された物体の形状を表す前記所定データ
形式の実物形状モデルを作成する補完手段とを備える。In order to achieve the above object, an apparatus according to the present invention stores a reference shape model of a predetermined data format representing a reference shape of an object, or data capable of deriving the reference shape model. A storage means; a measured shape model generation means for obtaining three-dimensional shape information of an object manufactured corresponding to the reference shape model, and converting the shape information into the predetermined data format to create a measured shape model; Complementing means for creating an actual shape model of the predetermined data format representing the shape of the manufactured object by complementing the measured shape model with the reference shape model.
【００１１】また本発明の好適な態様では、前記補完手
段は、前記物体に複数含まれる所定の特徴形状を前記基
準形状モデル及び前記実測形状モデルからそれぞれ検出
し、それら各形状モデルにおける前記複数の特徴形状の
位置関係に基づき、それら各形状モデル同士の位置合わ
せを行う手段を備え、該手段により位置合わせを行った
後で前記補完を行う。Further, in a preferred aspect of the present invention, the complementing means detects a plurality of predetermined characteristic shapes included in the object from the reference shape model and the actually measured shape model, respectively, and detects the plurality of characteristic shapes in each of the shape models. A means for aligning the shape models with each other based on the positional relationship of the characteristic shapes is provided, and the alignment is performed by the means, and then the complement is performed.
【００１２】また本発明の好適な態様では、前記実測形
状モデル作成手段は、前記製作された物体について異な
る複数の高さごとに断層画像を撮影し、それら断層画像
群から該物体の３次元形状情報を求める。Further, in a preferred aspect of the present invention, the actually measured shape model creating means captures a tomographic image for each of a plurality of different heights of the manufactured object, and the three-dimensional shape of the object is obtained from the tomographic image group. Ask for information.
【００１３】また本発明にかかる形状モデル生成方法
は、物体の基準形状を表す所定データ形式の基準形状モ
デル、又は該所定データ形式の基準形状モデルを導出可
能なデータを用意するステップと、前記基準形状モデル
に基づき製作された物体の３次元形状情報を求め、この
形状計情報を前記所定データ形式に変換して実測形状モ
デルを作成するステップと、前記実測形状モデルを前記
基準形状モデルで補完することにより、前記製作された
物体の形状を表す前記所定データ形式の実物形状モデル
を作成するステップとを含む。Further, the shape model generation method according to the present invention comprises a step of preparing a reference shape model of a predetermined data format representing a reference shape of an object, or a data capable of deriving the reference shape model of the predetermined data format; Obtaining three-dimensional shape information of an object manufactured based on the shape model, converting the shape meter information into the predetermined data format to create an actually measured shape model, and complementing the actually measured shape model with the reference shape model. Thereby creating a physical shape model of the predetermined data format that represents the shape of the manufactured object.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings.
【００１５】本実施形態では、Ｘ線ＣＴ（コンピュータ
断層像法）等により試作品の３次元形状情報を取得し、
この情報からその試作品の３次元ＣＡＤモデルを生成す
る。ただし、ＣＴで得られる断層像は、Ｘ線の透過状況
によって部分的に画像情報に欠落が生じる（例えば構造
が存在するのに、それが断層像に現れない）場合がある
ので、この断層像から作成した３次元ＣＡＤモデル（以
下「実測ＣＡＤモデル」と呼ぶ）は、その欠落部分等に
おいて試作品とは異なった形状となってしまう。そこ
で、本実施形態では、実測ＣＡＤモデルを、その試作品
を作成する際に基準とした３次元ＣＡＤモデル（「基準
ＣＡＤモデル」と呼ぶ）の形状情報で補うことで、試作
品の形状により忠実なＣＡＤモデルを作成する。以下、
このためのシステム及び処理手順を図面を参照して説明
する。In this embodiment, three-dimensional shape information of a prototype is acquired by X-ray CT (Computer Tomography),
A 3D CAD model of the prototype is generated from this information. However, in a tomographic image obtained by CT, image information may be partially missing depending on the X-ray transmission state (for example, there is a structure but it does not appear in the tomographic image). The three-dimensional CAD model (hereinafter referred to as “measured CAD model”) created from the above has a shape different from that of the prototype in the missing portion and the like. Therefore, in the present embodiment, the measured CAD model is supplemented with the shape information of the three-dimensional CAD model (referred to as “reference CAD model”) that is used as a reference when creating the prototype, so that the shape of the prototype is more faithful. A new CAD model. Less than,
A system and a processing procedure therefor will be described with reference to the drawings.
【００１６】図１は本発明にかかる製品モデル管理シス
テムの全体像を示す図である。図においてＣＴスキャナ
１０は、試作品のＣＴ断層像を撮影するための装置であ
る。ＣＴスキャンデータ変換部１２は、ＣＴスキャナ１
０で得た断層像群を、ＣＡＤ／ＣＡＥシステム２０が受
け入れ可能なデータ形式に変換する処理装置である。こ
のデータ形式としては、光造形システム用の形状データ
形式として開発され、現在では多くのＣＡＤシステムが
サポートしているＳＴＬ（STereo Lithography）形式を
用いることができる。ＳＴＬ形式では、物体の表面形状
を三角形の微小パッチの集まりで表現する。ＣＴ断層像
群からＳＴＬデータを生成する手法は、従来公知の手法
を用いればよい。FIG. 1 is a diagram showing an overall image of a product model management system according to the present invention. In the figure, a CT scanner 10 is a device for capturing a CT tomographic image of a prototype. The CT scan data conversion unit 12 uses the CT scanner 1
It is a processing device that converts the tomographic image group obtained at 0 into a data format that can be accepted by the CAD / CAE system 20. As this data format, the STL (STereo Lithography) format, which has been developed as a shape data format for stereolithography systems and is currently supported by many CAD systems, can be used. In the STL format, the surface shape of an object is represented by a set of triangular minute patches. As a method of generating STL data from the CT tomographic image group, a conventionally known method may be used.
【００１７】記憶装置３０には、試作品の基礎にした３
次元ＣＡＤモデルである基準ＣＡＤモデル３２があらか
じめ用意されているものとする。基準ＣＡＤモデル３２
は、典型的には、製品設計の段階で作成され、製造部門
での最初の試作の際の基準として用いられる設計モデル
である。また、試作を重ねて行く段階で、本システムを
用いて作成した試作品のＣＡＤモデルを基準ＣＡＤモデ
ル３２として用いることもできる。この場合の基準ＣＡ
Ｄモデル３２は、その試作品に対して手直し（形状修
正）を加えてできた新たな試作品形状の忠実なＣＡＤモ
デルを生成するのための参照モデルとして用いることが
できる。The storage device 30 has a base 3 for the prototype.
It is assumed that the reference CAD model 32, which is a dimensional CAD model, is prepared in advance. Standard CAD model 32
Is a design model that is typically created at the product design stage and used as a reference for the first prototype in the manufacturing department. Further, a CAD model of a prototype created by using this system can be used as the reference CAD model 32 at the stage of repeating trial production. Reference CA in this case
The D model 32 can be used as a reference model for generating a faithful CAD model of a new prototype shape made by modifying (shape correction) the prototype.
【００１８】ＣＡＤ／ＣＡＥシステム２０は、ＣＡＤ機
能とＣＡＥ機能とを提供するシステムである。このシス
テム２０は、ＣＡＤモデルの作成・変更機能や有限要素
法解析等の解析機能を備えると共に、ＣＡＥの解析処理
に用いるＣＡＥモデルをＣＡＤモデルから作成したり、
その逆にＣＡＥモデルからＣＡＤモデルを作成したりす
る機能を備える。これらのモデル作成機能は、従来から
知られており、本システムではその従来手法を用いるこ
とができる。また、ＣＡＤ／ＣＡＥシステム２０は、Ｃ
Ｔスキャンデータ変換部１２から入力されるＳＴＬデー
タをＣＡＤモデルに変換する機能を備える。本実施形態
では、ＣＡＤモデルのデータ形式として、曲面表現能力
の高いＮＵＲＢＳ形式を用いるが、これ以外のデータ形
式を用いることも可能である。この機能によりＳＴＬデ
ータから変換されたＣＡＤモデルが実測ＣＡＤモデルで
ある。The CAD / CAE system 20 is a system that provides a CAD function and a CAE function. This system 20 has a CAD model creation / modification function and an analysis function such as a finite element method analysis, and also creates a CAE model used for CAE analysis processing from the CAD model,
On the contrary, it has a function of creating a CAD model from the CAE model. These model creating functions are conventionally known, and the conventional method can be used in this system. In addition, the CAD / CAE system 20 is C
It has a function of converting the STL data input from the T-scan data conversion unit 12 into a CAD model. In the present embodiment, the CAD model data format is the NURBS format, which has a high curved surface expression capability, but other data formats can also be used. The CAD model converted from the STL data by this function is the actually measured CAD model.
【００１９】また、本実施形態のＣＡＤ／ＣＡＥシステ
ム２０は、位置合わせ処理部２２とモデル修正処理部２
４を備える。Further, the CAD / CAE system 20 of this embodiment has a registration processing unit 22 and a model correction processing unit 2.
4 is provided.
【００２０】位置合わせ処理部２２は、実測ＣＡＤモデ
ルと、記憶装置３０に記憶されている基準ＣＡＤモデル
３２との位置合わせを行う手段である。実測ＣＡＤモデ
ルと基準ＣＡＤモデル３２との間で位置合わせが必要な
のは次のような理由からである。すなわち、実測ＣＡＤ
モデルはＣＴスキャナ１０による計測形状（断層像群）
から作成するため、そのモデルの基準となる座標系は、
基準ＣＡＤモデル３２の座標系からずれていることが一
般的である。このように座標系同士がずれていると、両
モデル間での同一部位同士の対応付けが困難でとなる。
そこで、本実施形態では、位置合わせ処理部２２により
両モデルの座標系を一致させる処理を行う。この処理の
内容については後に詳しく説明する。The alignment processing unit 22 is means for aligning the actually measured CAD model with the reference CAD model 32 stored in the storage device 30. The reason why the actual measurement CAD model and the reference CAD model 32 need to be aligned is as follows. That is, actually measured CAD
The model is the shape measured by the CT scanner 10 (tomographic image group)
Since it is created from, the reference coordinate system of the model is
In general, the reference CAD model 32 is deviated from the coordinate system. When the coordinate systems are displaced in this way, it becomes difficult to associate the same parts in both models.
Therefore, in the present embodiment, the alignment processing unit 22 performs a process of matching the coordinate systems of both models. The contents of this processing will be described later in detail.
【００２１】モデル修正処理部２４は、実測ＣＡＤモデ
ルを基準ＣＡＤモデル３２の情報により補完して、試作
品の形状により忠実なＣＡＤモデルを作成するための手
段である。このモデル修正処理部２４により生成される
ＣＡＤモデルを実物ＣＡＤモデルと呼ぶ。モデル修正処
理部２４は、位置合わせ処理部２２で位置合わせした実
測ＣＡＤモデルと基準ＣＡＤモデル３２とを、ＣＡＤ／
ＣＡＥシステム２０付属のディスプレイ画面上に並べて
表示し、ユーザがその両者を比較できるようにする。ま
た、モデル修正処理部２４は、一般的な３次元ＣＡＤシ
ステムが備えている形状オペレーションの機能及びその
形状オペレーションに対する指示を受け付ける機能を備
えるとともに、ユーザが基準ＣＡＤモデルから選択した
ＮＵＲＢＳ面を、実測ＣＡＤモデル上でユーザが指定し
た部位に置換又は写像する機能を備える。この機能によ
れば、実測ＣＡＤモデルの指定部位を基準ＣＡＤモデル
上で選択された面と同じ形状に置き換えたり、選択され
た面形状を実測ＣＡＤモデルの指定部位周辺の形状と滑
らかに接合するようその指定部位近傍の形状を変換した
りすることができる。この面の置換や写像のオペレーシ
ョン自体は、既存の３次元ＣＡＤで用いられているもの
を用いることができる。The model correction processing unit 24 is means for complementing the actually measured CAD model with the information of the reference CAD model 32 to create a CAD model more faithful to the shape of the prototype. The CAD model generated by the model correction processing unit 24 is called a real CAD model. The model correction processing unit 24 uses the actual CAD model aligned by the alignment processing unit 22 and the reference CAD model 32 for CAD /
It is displayed side by side on the display screen attached to the CAE system 20 so that the user can compare the two. Further, the model correction processing unit 24 has a function of a shape operation included in a general three-dimensional CAD system and a function of receiving an instruction for the shape operation, and actually measures a NURBS surface selected by a user from a reference CAD model. It has a function of replacing or mapping on a part designated by the user on the CAD model. According to this function, the specified part of the actually measured CAD model is replaced with the same shape as the surface selected on the reference CAD model, or the selected surface shape is smoothly joined to the shape around the specified part of the actually measured CAD model. The shape in the vicinity of the designated portion can be converted. The operations used in the existing three-dimensional CAD can be used for the operations of the surface replacement and mapping.
【００２２】この機能ためのユーザインタフェースとし
ては、例えば、基準ＣＡＤモデルの表示画面上でユーザ
から面の選択を受け付け、この面の適用先の部位の指定
を実測ＣＡＤモデルの表示画面上でユーザから受け付け
るなどの仕組みが好適である。As a user interface for this function, for example, the selection of a surface from the user is accepted on the display screen of the reference CAD model, and the part to which the surface is applied is specified by the user on the display screen of the actually measured CAD model. A mechanism such as acceptance is suitable.
【００２３】この機能によれば、ＣＴ画像の欠落部分な
どによる実測ＣＡＤモデル上の不具合箇所を、基準ＣＡ
Ｄモデル３２の形状データを援用して補完することがで
き、試作品の形状により忠実な実物ＣＡＤモデルを生成
することができる。According to this function, the defective portion on the actually measured CAD model due to the missing portion of the CT image or the like is identified as the reference CA.
The shape data of the D model 32 can be supplemented by using the shape data, and an actual CAD model can be generated that is more faithful to the shape of the prototype.
【００２４】また、モデル修正処理部２４に、位置合わ
せした実測ＣＡＤモデルと基準ＣＡＤモデルとの間で、
表面各部の位置ずれを計算し、位置ずれ量が大きい部分
をしきい値との比較等により求めてユーザに提示する機
能を持たせることも好適である。これにより、ユーザが
ＣＴ画像欠落部等による不具合箇所を発見する作業の負
担を軽減できる。In addition, the model correction processing unit 24 is arranged to perform the adjustment between the registered actual measurement CAD model and the reference CAD model.
It is also preferable to have a function of calculating the positional deviation of each part of the surface, finding the portion with a large positional deviation by comparison with a threshold value, and presenting it to the user. As a result, it is possible to reduce the burden on the user of finding a defective portion due to a CT image missing portion or the like.
【００２５】また、ＣＴ画像における小さなムラなどに
より、実測ＣＡＤモデルの表面に、試作品にはない微妙
な凹凸等ができる場合も考えられる。このような場合、
例えば、実測ＣＡＤモデルと基準ＣＡＤモデルとの間で
の表面の位置ずれが微小な部分（例えばしきい値と比較
で求めればよい）について、基準ＣＡＤモデルの面を実
測ＣＡＤモデルに対して写像する機能をモデル修正処理
部２４に持たせることで、そのような凹凸等を除去する
ことができる。It is also conceivable that a slight unevenness or the like, which is not found in the prototype, may be formed on the surface of the actually measured CAD model due to small unevenness in the CT image. In such cases,
For example, the surface of the reference CAD model is mapped to the measurement CAD model with respect to the portion where the positional deviation of the surface between the measurement CAD model and the reference CAD model is minute (for example, it can be obtained by comparison with a threshold value). By providing the model correction processing unit 24 with a function, such irregularities can be removed.
【００２６】次に、図２を用いて、このシステムにおけ
る実物ＣＡＤモデルの生成処理を説明する。図２はこの
システムで試作品の形状に即したＣＡＤモデルを作成す
る手順を示すフローチャートである。Next, with reference to FIG. 2, a process of generating a real CAD model in this system will be described. FIG. 2 is a flow chart showing the procedure for creating a CAD model in accordance with the shape of the prototype with this system.
【００２７】まず、試作品をＣＴスキャナ１０で走査
し、所定の高さレベルごとのＣＴ断層画像を撮影する
（Ｓ１０）。次に、ＣＴスキャンデータ変換部１２が、
試作品の３次元形状を表すその断層画像群から、ＳＴＬ
形式の３次元形状データを作成する（Ｓ１２）。ＣＡＤ
／ＣＡＥシステム２０は、そのＳＴＬ形式のデータを受
け取り、そのデータを該システム２０の基本フォーマッ
トであるＮＵＲＢＳ形式に変換する（Ｓ１４）。これに
より、試作品の基礎となった基準ＣＡＤモデル３２と同
じデータ形式の、実測ＣＡＤモデルが得られる。First, the prototype is scanned by the CT scanner 10 to capture CT tomographic images for each predetermined height level (S10). Next, the CT scan data conversion unit 12
From the tomographic image group showing the three-dimensional shape of the prototype, STL
Format 3D shape data is created (S12). CAD
The / CAE system 20 receives the STL format data and converts the data into the NURBS format, which is the basic format of the system 20 (S14). As a result, an actually-measured CAD model having the same data format as the reference CAD model 32 which is the basis of the prototype is obtained.
【００２８】次に位置合わせ処理部２２が、実測ＣＡＤ
モデルと基準ＣＡＤモデル３２の位置合わせを行う（Ｓ
１６）。この位置合わせは、例えば次のようにして実行
される。すなわち、まず位置合わせ処理部２２は、実測
ＣＡＤモデルと基準ＣＡＤモデル３２の各々において、
当該製品（試作品）に含まれる特徴的な形状を検出す
る。例えば内燃エンジンのシリンダヘッドの場合、ボル
ト穴や水穴など多数の円形穴が存在するので、円形を特
徴形状として採用し、それら各モデルの表面上で、円形
の部分を検出する。各モデルからそれぞれ特徴形状の部
分が検出されると、次にそれら各特徴形状部分の基準点
の座標を、各々のＣＡＤモデルの座標系上で求める。例
えば特徴形状が円の場合、基準点としては円の中心を用
いればよい。そして、両ＣＡＤモデルの間で、対応する
基準点同士が同じ位置座標（完全に同じにならなくて
も、所定の許容範囲内であればよい）になるように、実
測ＣＡＤモデルの座標系を基準ＣＡＤモデルの座標系に
合わせる。両ＣＡＤモデルの間での特徴部分（基準点）
の対応付けは、該特徴部分と周辺形状との関係から自動
的に行うことも可能であるが、両ＣＡＤモデルを画面表
示し、その画面上でユーザに互いに対応する特徴部分を
指定してもらうようにしてもよい。同一直線上にない３
つ以上の特徴部分の基準点について、それら両ＣＡＤモ
デル上での座標が分かれば、両ＣＡＤモデルの位置合わ
せが可能である。Next, the alignment processing unit 22 causes the actually measured CAD
The model and the reference CAD model 32 are aligned (S
16). This alignment is executed as follows, for example. That is, first of all, the alignment processing unit 22 sets the measured CAD model and the reference CAD model 32 to
The characteristic shape included in the product (prototype) is detected. For example, in the case of a cylinder head of an internal combustion engine, since many circular holes such as bolt holes and water holes exist, a circular shape is adopted as a characteristic shape, and the circular portion is detected on the surface of each model. When the characteristic shape portions are detected from the respective models, the coordinates of the reference points of the respective characteristic shape portions are then obtained on the coordinate system of the respective CAD models. For example, when the characteristic shape is a circle, the center of the circle may be used as the reference point. Then, the coordinate system of the actually measured CAD model is set so that the corresponding reference points have the same position coordinates (they need not be completely the same as long as they are within a predetermined allowable range) between the two CAD models. Align with the coordinate system of the reference CAD model. Characteristic part (reference point) between both CAD models
The CAD can be associated with each other automatically based on the relationship between the characteristic part and the peripheral shape, but both CAD models are displayed on the screen and the user is asked to specify the corresponding characteristic parts on the screen. You may do it. Not collinear 3
If the coordinates of the reference points of one or more characteristic portions are known on both CAD models, both CAD models can be aligned.
【００２９】このようにして実測ＣＡＤモデルと基準Ｃ
ＡＤモデルとの位置合わせができると、モデル修正処理
部２４により、前述のようにして基準ＣＡＤモデルによ
る実測ＣＡＤモデルの補完が行われ、試作品の実物形状
を表す実物ＣＡＤモデル３６が生成される（Ｓ１８）。In this way, the actually measured CAD model and the reference C
When the alignment with the AD model is completed, the model correction processing unit 24 complements the measured CAD model with the reference CAD model as described above, and the actual CAD model 36 representing the actual shape of the prototype is generated. (S18).
【００３０】このように、本実施形態によれば、ＣＴス
キャナ１０で実測した試作品の３次元形状を、その試作
品のベースになった基準ＣＡＤモデルを用いて補完する
ことで、試作品の形状に忠実なＣＡＤモデルを容易に作
成できる。As described above, according to the present embodiment, the three-dimensional shape of the prototype actually measured by the CT scanner 10 is complemented by using the reference CAD model which is the base of the prototype, so that the prototype A CAD model faithful to the shape can be easily created.
【００３１】なお、試作品の基礎となった基準ＣＡＤモ
デルが存在しない場合でも、ＣＡＥモデル等の形状モデ
ルが存在する場合は、その形状モデルをＣＡＤモデルに
変換し、これを基準ＣＡＤモデルとして用いることも可
能である。Even if the reference CAD model that is the basis of the prototype does not exist, if a shape model such as a CAE model exists, the shape model is converted into a CAD model and this is used as the reference CAD model. It is also possible.
【００３２】次に図３を参照して、このシステムを利用
した試作品改良プロセスの例を説明する。Next, an example of a prototype improvement process using this system will be described with reference to FIG.
【００３３】試作品を製作し、試験・評価を行って不具
合箇所が発見されたとする（Ｓ２０）。この場合、ユー
ザは、その試作品の形状を忠実に表したＣＡＤモデルが
存在するかどうかを判断する（Ｓ２２）。そのようなＣ
ＡＤモデルが存在する場合は、ＣＡＤ／ＣＡＥシステム
２０にて、そのＣＡＤモデルから、有限要素法等の所定
の解析のためのＣＡＥモデルを生成し（Ｓ３０）、ＣＡ
Ｅ解析処理を行って不具合原因の究明したり、そのＣＡ
Ｅモデルに適宜修正を加えてＣＡＥ解析を行い、不具合
を解消できるＣＡＥモデル形状を求めたりするなどの作
業を行う（Ｓ３２）。このようにして不具合を解消でき
ると考えられるＣＡＥモデルができると、それをＮＵＲ
ＢＳ形式等のＣＡＤモデルに変換する（Ｓ３４）。そし
て、更に試作試験が必要であれば、そのＣＡＤモデルに
従って、試作品を新規作成したり、Ｓ２０で評価した試
作品を手直ししたりして（Ｓ３６）、再度試験・評価を
行う（Ｓ２０）。ＣＡＥでの検証のみで問題がないとユ
ーザが判断する場合は、Ｓ３４で求めたＣＡＤモデル
を、最終的な製品の形状を表すモデルとして記録し、生
産過程に移行することもできる。It is assumed that a defective part is found by making a prototype, testing and evaluating it (S20). In this case, the user determines whether there is a CAD model that faithfully represents the shape of the prototype (S22). Such C
If an AD model exists, the CAD / CAE system 20 generates a CAE model for a predetermined analysis such as the finite element method from the CAD model (S30), and CA
E Perform analysis processing to investigate the cause of failure and
CAE analysis is performed by appropriately modifying the E model, and work such as finding a CAE model shape that can solve the problem is performed (S32). In this way, if a CAE model that is thought to be able to solve the problem is created, it will be NUR
The CAD model is converted into a BS format or the like (S34). Then, if a further trial test is required, a new prototype is created or the prototype evaluated in S20 is modified according to the CAD model (S36), and the test / evaluation is performed again (S20). When the user determines that there is no problem only by the CAE verification, the CAD model obtained in S34 may be recorded as a model representing the final product shape and the production process may be started.
【００３４】一方Ｓ２２で試作品の忠実なＣＡＤモデル
が存在しないと判断した場合は、ＣＴスキャン処理によ
り試作品の断層像群を撮影してＳＴＬデータを生成し
（Ｓ２４）、そのＳＴＬデータをＮＵＲＢＳ形式等のＣ
ＡＤモデル（実測ＣＡＤモデル）に変換し（Ｓ２６）、
モデル修正処理部２４により、その実測ＣＡＤモデル
を、試作品のベースとなった基準ＣＡＤモデル３２の形
状情報で補完し、試作品形状に忠実な実物ＣＡＤモデル
を生成する（Ｓ２８）。試作品を表す実物ＣＡＤモデル
ができると、そのようなモデルが最初から存在している
場合と同様、ＣＡＥ解析を行って、不具合を解消できる
形状を求める作業を行う（Ｓ３０〜Ｓ３４）。なお、Ｓ
３２でＣＡＥモデルに修正を加えた際、ＣＡＤモデルへ
の変換を行うことなく、作業者がそのＣＡＥモデルをも
とに試作品に手直しを加えることも可能であり、その手
直し結果に対して試験・評価を行ったり、手直し結果か
ら実物ＣＡＤモデルを生成したりすることもできる。On the other hand, when it is determined in S22 that the faithful CAD model of the prototype does not exist, a tomographic image group of the prototype is photographed by CT scan processing to generate STL data (S24), and the STL data is NURBS. C such as format
Convert to AD model (actual CAD model) (S26),
The model correction processing unit 24 complements the measured CAD model with the shape information of the reference CAD model 32 that is the base of the prototype, and generates a real CAD model faithful to the shape of the prototype (S28). When an actual CAD model representing a prototype is created, CAE analysis is performed to obtain a shape capable of eliminating a defect, as in the case where such a model exists from the beginning (S30 to S34). In addition, S
When the CAE model is modified in 32, the operator can also modify the prototype based on the CAE model without conversion to the CAD model, and the modification results can be tested. -It is also possible to perform evaluation and generate a real CAD model from the result of rework.
【００３５】このようなサイクルを繰り返し、試作品の
試験・評価又はＣＡＥ解析（又はその両方）で不具合が
ないことが確認されると、その時の試作品を表す実物Ｃ
ＡＤモデル、又はその時のＣＡＥモデルから生成したＣ
ＡＤモデルを、最終的な製品形状を表す３次元ＣＡＤモ
デルとして用いることができる。When it is confirmed that there is no defect in the test / evaluation of the prototype or the CAE analysis (or both) by repeating the above cycle, the actual product C representing the prototype at that time is shown.
C generated from the AD model or the CAE model at that time
The AD model can be used as a three-dimensional CAD model that represents the final product shape.
【００３６】このように本実施形態では、試作品の実物
形状に忠実なＣＡＤモデルを容易に作成することができ
るので、ＣＡＥ解析も素早く実行することができる。ま
た、試験等で合格となった最終的な製品形状のＣＡＤモ
デルも同様にして容易に作成することができ、生産製品
の形状を表す正確なＣＡＤモデルを保存することが容易
になる。As described above, in this embodiment, since a CAD model faithful to the actual shape of the prototype can be easily created, CAE analysis can be executed quickly. Further, a CAD model of the final product shape that has passed the test or the like can be easily created in the same manner, and it becomes easy to store an accurate CAD model representing the shape of the manufactured product.
【００３７】なお、以上では試作品の実物形状を表すモ
デルとしてＮＵＲＢＳ形式等のＣＡＤモデルを生成した
が、本実施形態の手法は、基本的どのような形式の形状
モデルを作成する際にも利用できる。Although a CAD model in NURBS format or the like is generated as a model representing the actual shape of the prototype in the above, the method of this embodiment can be used to create a shape model of any basic format. it can.
【００３８】また、以上では、試作品の３次元形状を計
測するのにＸ線ＣＴを用いたが、これに限らず、様々な
３次元形状計測の手法を用いることができる。ただし、
対象製品の形状によって、使用できる３次元形状計測手
法の種類は限定されてくる。すなわち、シリンダブロッ
クのように、可視的に見通せない内部構造が存在する製
品の場合は、ＣＴ等の断層像を得る手法が好適であるの
に対し、内部構造が存在しない形状の場合は、ステレオ
画像法やレーザレンジファインダなどを用いてその３次
元形状を計測することができる。In the above, the X-ray CT is used to measure the three-dimensional shape of the prototype, but the present invention is not limited to this, and various three-dimensional shape measuring methods can be used. However,
The type of three-dimensional shape measuring method that can be used is limited depending on the shape of the target product. That is, in the case of a product having an internal structure that cannot be seen through, such as a cylinder block, a method of obtaining a tomographic image such as CT is suitable, while in the case of a shape having no internal structure, a stereo image is obtained. The three-dimensional shape can be measured by using an image method or a laser range finder.
【図１】 実施形態のシステム構成を示すブロック図で
ある。FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of an embodiment.
【図２】 本システムにおける基本的な処理の手順を示
すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of basic processing in this system.
【図３】 本システムを用いた試作品改良のプロセス例
を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flow chart showing an example of a process for improving a prototype using this system.
１０ ＣＴスキャナ、１２ ＣＴスキャンデータ変換
部、２０ ＣＡＤ／ＣＡＥシステム、２２ 位置合わせ
処理部、２４ モデル修正処理部、３０ 記憶装置、３
２ 基準ＣＡＤモデル、３４ ＣＡＥモデル。10 CT scanner, 12 CT scan data conversion unit, 20 CAD / CAE system, 22 alignment processing unit, 24 model correction processing unit, 30 storage device, 3
2 Standard CAD model, 34 CAE model.
Claims (4)
基準形状モデル、又は該基準形状モデルを導出可能なデ
ータを記憶する記憶手段と、 前記基準形状モデルに対応して製作された物体の３次元
形状情報を求め、この形状情報を前記所定データ形式に
変換して実測形状モデルを作成する実測形状モデル作成
手段と、 前記実測形状モデルを前記基準形状モデルで補完するこ
とにより、前記製作された物体の形状を表す前記所定デ
ータ形式の実物形状モデルを作成する補完手段と、 を備える形状モデル作成装置。1. A storage means for storing a reference shape model of a predetermined data format representing a reference shape of an object, or data capable of deriving the reference shape model, and an object manufactured corresponding to the reference shape model. The three-dimensional shape information is obtained, and the measured shape model is created by converting the shape information into the predetermined data format to create a measured shape model, and complementing the measured shape model with the reference shape model. A shape model creating apparatus comprising: a complementing unit that creates an actual shape model of the predetermined data format that represents the shape of an object.
って、 前記補完手段は、前記物体に複数含まれる所定の特徴形
状を前記基準形状モデル及び前記実測形状モデルからそ
れぞれ検出し、それら各形状モデルにおける前記複数の
特徴形状の位置関係に基づき、それら各形状モデル同士
の位置合わせを行う手段を備え、該手段により位置合わ
せを行った後で前記補完を行うことを特徴とする形状モ
デル作成装置。2. The shape model creating device according to claim 1, wherein the complementing unit detects a plurality of predetermined characteristic shapes included in the object from the reference shape model and the actually measured shape model, and detects each of them. Forming a shape model characterized by comprising means for aligning the shape models with each other based on the positional relationship of the plurality of characteristic shapes in the shape model, and performing the complement after the alignment by the means. apparatus.
って、 前記実測形状モデル作成手段は、前記製作された物体に
ついて異なる複数の高さごとに断層画像を撮影し、それ
ら断層画像群から該物体の３次元形状情報を求めること
を特徴とする形状モデル作成装置。3. The shape model creating apparatus according to claim 1, wherein the actually measured shape model creating means captures tomographic images for each of a plurality of different heights of the manufactured object, and selects the tomographic images from the tomographic image group. A shape model creating apparatus characterized by obtaining three-dimensional shape information of the object.
基準形状モデル、又は該所定データ形式の基準形状モデ
ルを導出可能なデータを用意するステップと、 前記基準形状モデルに基づき製作された物体の３次元形
状情報を求め、この形状計情報を前記所定データ形式に
変換して実測形状モデルを作成するステップと、 前記実測形状モデルを前記基準形状モデルで補完するこ
とにより、前記製作された物体の形状を表す前記所定デ
ータ形式の実物形状モデルを作成するステップと、 を含む形状モデル作成方法。4. A step of preparing a reference shape model of a predetermined data format representing a reference shape of an object, or data capable of deriving a reference shape model of the predetermined data format, and an object manufactured based on the reference shape model. Obtaining three-dimensional shape information and converting the shape meter information into the predetermined data format to create an actually measured shape model; and complementing the actually measured shape model with the reference shape model, A shape model creating method comprising: creating an actual shape model of the predetermined data format representing a shape.
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