JP2010205139A - 3次元形状データの穴削除方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の3次元形状データの穴削除方法は、ディスプレイ画面上に表示されたワーク図形における穴形状の内側を構成する面を指定し、内面指定ステップで指定した面と隣接する面との角度が所定角度の範囲内であれば、隣接する面を連続面として抽出し、抽出された連続面に対して、当該連続面と隣接する未抽出の面との角度が所定角度の範囲内であれば、未抽出の面を連続面として抽出し、全ての連続面を抽出した後、全ての連続面を穴形状の内面を構成する内面グループとして纏め、作成された内面グループに対応する3次元形状データを当初の3次元形状データから削除する。
【選択図】図10
Description
近年、コンピュータの処理能力の向上や使用可能メモリの増加により、CADにて作成される3次元形状データ(3次元CADデータ)が精緻となる傾向にある。溶接作業を行なうロボットのオフライン教示では、ディスプレイ画面上に表示されるワーク図形には、溶接作業に全く無関係なボルト、ビスなどが挿入される穴形状が多数含まれている。このように3次元形状データのサイズの増加に伴い、3次元形状データを用いてオフライン教示を行なう場合、グラフィック描画速度、シミュレーション時の座標変換演算速度、干渉チェックによる衝突検知演算速度の低下を招き、パフォーマンスが低下し、効率よく操作することが困難となってきている。
特許文献1は、表示される三次元(3D)形状の部分の指定、および3D形状に関する形状パラメータの指定を受け付けるGUI部と、GUI部が受け付けた形状パラメータを閾値として3D形状の部分を抽出する形状抽出部と、形状抽出部が抽出した3D形状の部分の除去の指定を受け付け、かつGUI部が指定を受け付けた3D形状の部分の非除去の指定を受け付けて、受け付けたそれぞれの指定に従って除去および非除去の処理を施す形状除去部と、を備える形状簡略化装置を開示する。
特許文献2の技術は、3次元形状モデルに仮想的に平面状の光を当てて、仮想光が当たった面を含む外形面を選択対象とするものであって、仮想光が当たらない面を含む穴形状の内面を選択し削除するには採用困難な技術である。
本発明の3次元形状データの穴削除方法は、ディスプレイ画面上に表示された三次元形状データのワーク図形から穴形状データを削除する三次元形状データの穴削除方法であって、前記ディスプレイ画面上に表示されたワーク図形における穴形状の内側を構成する面を指定する「内面指定ステップ」と、前記内面指定ステップで指定した面と隣接する面との角度が所定角度の範囲内であれば、前記隣接する面を連続面として抽出し、前記抽出された連続面に対して、当該連続面と隣接する未抽出の面との角度が所定角度の範囲内であれば、前記未抽出の面を連続面として抽出し、全ての連続面を抽出した後、前記全ての連続面を穴形状の内面を構成する内面グループとして纏める「穴形状作成ステップ」と、前記内面グループに対し、前記穴形状作成ステップで抽出不可能であった連続面を追加する、又は内面グループから所定の連続面を削除する「穴形状編集ステップ」と、前記穴形状編集ステップを経て作成された内面グループに対応する3次元形状データを、当初の3次元形状データから削除する「穴形状削除ステップ」と、を備えることを特徴とする。
かかる作業にて得られた「穴形状データが削除された3次元形状データ」を用いることで、溶接ロボットの干渉チェックやオフライン教示を高パフォーマンスで行うことが可能となる。
その後、抽出した連続面グループに対して、穴形状を構成する内面グループであるか否かを判定して必要に応じて個別に面を追加したり削除したりする編集を行なうことができる。このようにして得られた内面グループ(それを構成する面、線および点データ)を元の3次元形状データから削除することで、穴形状を構成する多数のポリゴン図形を1つずつ指定する必要がなく、簡単且つ短時間で穴形状データを削除できる。
なお好ましくは、前記穴形状作成ステップは、連続面作成ステップが抽出した面グループの各面における法線ベクトルを利用して、1の穴の内面を構成する全ての連続面を1の内面グループとして纏めるとよい。
さらには、前記穴形状編集ステップで作成された複数の内面グループの少なくとも2つ以上を1つの内面グループとして統合する「内面統合ステップ」と、前記穴形状編集ステップにより形成された内面グループ、又は前記内面統合ステップにより統合された内面グループを、穴形状削除ステップの対象とするか否かを指定可能とする「対象指定ステップ」と、を有するとよい。
さらに、以下においては、垂直多関節型の6軸の溶接ロボットについて説明するが、本発明は、このような型式、軸数及び用途のロボットに限定して適用されるものではない。
[第1実施形態]
図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るロボットシステムの全体構成について説明する。
この溶接ロボット2は、加工具として溶接トーチ6が設けられている。制御装置4は、演算装置を備え、溶接ロボット2の動作を予め教示したプログラムに従って、溶接ロボット2を制御する。教示プログラムは、制御装置4に接続された教示ペンダント3を使用して作成する場合や、パソコン5を利用したオフライン教示システムを使用して作成する場合がある。
パソコン5、すなわちオフライフ教示システムは、表示装置としてグラフィック表示可能なディスプレイ(CRT)を備え、入力装置としてキーボード又はマウスを備える。また、ワークWのCAD情報を取込むために、磁気記憶装置又は通信装置が設けられている。
まず、内面指定ステップであるS100にて、オペレータはパソコン5のCRT上にて、穴形状を有する面すなわち削除対象となる内面を選択する。
次に、穴形状作成ステップであるS110にて、選択された内面に対し、連続する面(ポリゴン面)を抽出し内面グループとして纏める。
穴形状編集ステップであるS120にて、削除しない内面や削除対象として追加したい面を必要に応じて内面グループに対して編集する。この処理は、オペレータがCRT上で行う。
穴形状削除ステップであるS140にて、抽出された内面グループの図形情報(穴形状データ)を当初の3次元形状データから削除する。
各ステップの詳しい動作を以下に説明する。
まず、パソコン5のCRTに表示されたグラフィック画面を見たオペレータが、削除したい穴を構成している内面の1つをマウスでクリックする(S100)。
さらに、オペレータは、抽出し切れなかった内面(穴形状を構成する内面)を抽出された内面グループに追加する(S120)。抽出し切れなかった「削除したい内面」としては、例えば、図6(b)のような段差のある穴の場合は段差面(太線で示す)、図6(e)のような非貫通穴の場合は底面(太線で示す)が相当する。図6(c)のような穴の座ぐり面(太線で示す)や図6(d)のような非貫通孔の傾斜状底面(太線で示す)も「抽出し切れなかった削除したい内面」となる可能性がある。
さらに必要に応じて(S130にてYES)、別の穴形状の内面グループを設定する(S100〜S120)。図4に、3つの穴形状をそれぞれS100〜S120のステップの作業を3回実施した状態を示す。
その後、設定された内面グループを削除しても、元の3次元形状データに矛盾が生じないか否かを確認し、削除対象となる穴形状のデータ(それを構成する面、線および点データ)を元の3次元形状データから削除する。(S140)。
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
上述した第1実施形態では、対象とする図形に複数の穴形状が存在する場合、その内面を1つ1つ指定する作業を行う必要があるが、膨大な数(例えば、数百個)の穴形状を有する3次元形状データに対しては、作業の煩雑化や作業時間の増加が否めない。そこで、本実施形態においては、穴形状データを一括して選択でき、その上で削除可能な手法を開示する。
図8を参照して、本実施形態に係る3次元形状データの穴削除方法について説明する。本処理も、パソコン5上のプログラムという形で実現されており、パソコン5にて実行される。
まず、図形指定ステップであるS200にて、オペレータは、パソコン5のCRT上にて、穴形状を有する部材(ワーク図形)を選択する。ここでいうワーク図形とは、例えば、図3のAで示す横長直方体の部材である。
連続面作成ステップであるS220にて、選択されたワーク図形の面に対して、連続面が抽出できるか否かを判定する。選択された図形モデルの面に対して、連続面が抽出できると(S220にてYES)、処理はS230へ移される。もしそうでないと(S220にてNO)、処理はS210へ戻される。
S250にて、選択された内面グループをリスト表示すると共に、CRT上に表示する。
穴形状編集ステップであるS260にて、削除しない内面や削除対象として追加したい面を必要に応じて内面グループに対して編集する。この処理は、オペレータがCRT上で行う。さらに、S260においては、ある内面グループと他のグループの統合を行ったり(内面統合ステップ)、抽出された内面グループに対して、削除対象とするのかどうかを決定したりする(対象指定ステップ)。
各ステップの詳しい動作を以下に説明する。
まず、CRTに表示されたグラフィックを見たオペレータが、削除したい穴をもつワーク図形(対象部材)をマウスで選択する(S200)。
すると、パソコン5は、選択されたワーク図形Aの持つ全ての面に対して、隣接する面が設定された角度範囲内にある面を連続面として抽出する(S220、S230)。例えば、図7に示すような角度がθ=180°±40°の範囲内にある面を連続面として自動的に抽出する
次に、図9に示す如く、連続面として抽出された面グループに対して、穴形状を構成しているグループか否かを判定する。判定方法として、例えば、抽出された全ての面に対して、法線ベクトルを設定し、この法線ベクトルが互いに略一点で交わる(法線ベクトルが内方向を向く)面群を内面グループとし、この内面グループが穴の内面を構成するものとする。(S240)。
表示された内面グループに対して、必要に応じて他の平面の追加や削除、他の内面グループの統合を行なう。また、削除対象でない内面グループに対しては、処理しない設定を行い、不必要な削除処理を行なわないようにする(S260)。
その後、設定された内面グループを削除しても、元の3次元形状データに矛盾が生じないか否かを確認し、削除対象となる穴形状のデータ(それを構成する面、線および点データ)を元の3次元形状データから削除する。(S270)。
図10には、約10個の穴形状を有する図形データ(図10(a))に対して、本実施形態に係る穴形状削除の処理を実施した結果を示す。図10(b)に示されるように、処理後には、確実に穴形状が削除されていることが判る。
この穴形状削除方法を適用する前と後では、図11に示すように、元の図形データに対して、点や線、面の要素数が8割以上削減され、これにより各頂点の座標変換演算の回数、描画すべき面の数、干渉チェック演算を行う頂点や線、面の数が削減され、飛躍的な効果が得られる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
2 溶接ロボット
3 教示ペンダント
4 制御装置
5 パソコン
6 溶接トーチ
Claims (4)
- ディスプレイ画面上に表示された三次元形状データのワーク図形から穴形状データを削除する三次元形状データの穴削除方法であって、
前記ディスプレイ画面上に表示されたワーク図形における穴形状の内側を構成する面を指定する「内面指定ステップ」と、
前記内面指定ステップで指定した面と隣接する面との角度が所定角度の範囲内であれば、前記隣接する面を連続面として抽出し、前記抽出された連続面に対して、当該連続面と隣接する未抽出の面との角度が所定角度の範囲内であれば、前記未抽出の面を連続面として抽出し、全ての連続面を抽出した後、前記全ての連続面を穴形状の内面を構成する内面グループとして纏める「穴形状作成ステップ」と、
前記内面グループに対し、前記穴形状作成ステップで抽出不可能であった連続面を追加する、又は内面グループから所定の連続面を削除する「穴形状編集ステップ」と、
前記穴形状編集ステップを経て作成された内面グループに対応する3次元形状データを、当初の3次元形状データから削除する「穴形状削除ステップ」と、
を備えることを特徴とする3次元形状データの穴削除方法。 - ディスプレイ画面上に表示された三次元形状データのワーク図形から穴形状データを削除する三次元形状データの穴削除方法であって、
前記ディスプレイ画面上に表示されたワーク図形を指定する「図形指定ステップ」と、
前記図形指定ステップにて指定されたワーク図形を構成する1の面と、この1の面と隣接する面との角度が所定角度の範囲内であれば、前記隣接する面を連続面として抽出し、前記抽出された連続面に対して、当該連続面と隣接する未抽出の面との角度が所定角度の範囲内であれば、前記未抽出の面を連続面として抽出し、全ての連続面を抽出した後、前記全ての連続面を面グループとして纏める「連続面作成ステップ」と、
前記面グループに対し、1の穴の内面を構成する全ての連続面を1の内面グループとして纏める「穴形状作成ステップ」と、
前記穴形状作成ステップが作成した内面グループに対し、前記穴形状作成ステップで抽出不可能であった連続面を追加する、又は内面グループから所定の連続面を削除する「穴形状編集ステップ」と、
前記連続面編集ステップを経て作成された内面グループに対応する3次元形状データを当初の3次元形状データから削除する「穴形状削除ステップ」とを備えることを特徴とする3次元形状データの穴削除方法。 - 前記穴形状作成ステップは、連続面作成ステップが抽出した面グループの各面における法線ベクトルを利用して、1の穴の内面を構成する全ての連続面を1の内面グループとして纏めることを特徴とする請求項2に記載の3次元形状データの穴削除方法。
- 前記穴形状編集ステップで作成された複数の内面グループの少なくとも2つ以上を1つの内面グループとして統合する「内面統合ステップ」と、
前記穴形状編集ステップにより形成された内面グループ、又は前記内面統合ステップにより統合された内面グループを、穴形状削除ステップの対象とするか否かを指定可能とする「対象指定ステップ」と、
を有することを特徴とする請求項2又は3に記載の3次元形状データの穴削除方法。
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