JP3599360B2 - 形状モデリング装置及び形状モデリング方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、機械等の設計、製図に用いるＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ ）装置に関するものであり、特に計算機システムを利用した形状モデリング装置および形状モデリング方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来においては、機械部品等のモデリングを行なう場合、これから作成するまたは修正する部品を指示してから形状生成方法を指示し、さらに断面をスケッチするスケッチ面を指示し、断面をスケッチした後に、三次元形状を生成するといった部品ごとに形状をモデリングする方法が取られている。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】
機械設計における部品やユニットを配置するレイアウト設計を行う場合は、周辺の部品やユニットの配置や形状を意識しながら、干渉しないように形状や配置を決定していくことが多い。
【０００４】
しかしながら、従来の部品単位でモデリングする形状モデリング方法では、部品ごとに形状の作成あるいは修正を終了させなければ、他の部品の形状作成あるいは修正処理に移行できなかったため、複数部品を同時に試行錯誤しながら形状や配置を決定するレイアウト設計に適していなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、複数部品の配置あるいは形状を容易に設計可能にした形状モデリング装置および形状モデリング方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明の形状モデリング装置は、表示手段に表示されている複数の三次元形状の部品をスケッチするためのスケッチ面の向きを指示する第１の指示手段と、前記第１の指示手段で指示されたスケッチ面の向きに対応する前記複数の部品の断面を前記表示手段にそれぞれ表示する表示制御手段と、前記表示制御手段によって前記複数の部品の断面が表示されている状態で、スケッチする断面の部品を着目部品として変更する変更手段と、前記着目部品の断面から三次元形状を生成する方法を指示する第２の指示手段と、前記第２の指示手段の指示に応じて前記着目部品の三次元形状を生成し、前記表示手段に表示する生成手段とを有して構成する。
【０００７】
また、本発明の形状モデリング方法は、表示手段に表示されている複数の三次元形状の部品をスケッチするためのスケッチ面の指示に応じて、指示されたスケッチ面の向きに対応する前記複数の部品の断面を記憶手段から読み出して前記表示手段にそれぞれ表示する表示制御ステップと、前記スケッチ面の向きに対応する前記複数の部品の断面が表示されている状態で、指示に応じて断面をスケッチする部品を着目部品として前記記憶手段に記憶させることにより変更する変更ステップと、前記着目部品の断面から三次元形状を生成する方法の指示に応じて、前記着目部品の三次元形状を生成する生成ステップとを構成する。
【０００８】
【実施例】
以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【０００９】
図２は本発明の一実施例の形状モデリング方式が適用されるＣＡＤ装置の構成を示すブロック図である。このＣＡＤ装置は、以下に詳述する中央処理装置２、表示装置４、入力装置６、記憶装置８および情報取り込み装置１０等を有して構成されている。
【００１０】
中央処理装置２は、形状モデリングの処理の他、後述する複数の処理を実行する。表示装置４は、スケッチされた断面や生成した三次元形状や処理方法等指示するメニュー等の表示等を行う。入力装置６は、メニュー等がボタンに割り当てられているコマンドボックス、キーボードおよびマウス等を備え、断面のスケッチで図形要素の指示や形状定義に必要な情報の入力、メニューの選択指示あるいはその他の指示等を入力する。記憶装置８は、後述する形状モデリングを行うプログラムおよびスケッチした断面の形状や生成された三次元形状等のデータ等を記憶する。情報取り込み装置１０は、外部から形状モデリングを行うプログラムを読み込み、前述の記憶装置８に記憶する。
【００１１】
本実施例においては、磁気テープやフロッピーディスク等の外部記憶媒体から情報取り込み装置１０を通してプログラムを半導体ＲＡＭ、あるいは磁気ディスク等の記憶装置８に読み込み、三次元形状や断面形状等を表示装置４に表示する。そして、表示されている三次元形状や断面形状等のデータは記憶装置８に格納し、形状モデリングのために必要な断面形状のスケッチや形状生成方法等の情報は入力装置６から指定し、この指定に基づいて中央処理装置２によって作成された三次元形状を表示装置４に再表示するとともに記憶装置８の三次元形状等のデータを変更する。
【００１２】
図１には形状モデリング方法の概略を示すフローチャートが示されている。以下に、この図１とともに前述の図２に示した構成に基づきその動作を説明する。
【００１３】
ステップ１は、部品の断面のスケッチ面を指示するステップである。このステップ１においては、０個以上の部品が表示装置４に表示されており、本実施例のシステムがデフォルトで持っている上面、正面、底面、右側面、左側面、背面等の面（ｖｉｅｗ）または予め登録されているｖｉｅｗを選択することによってスケッチするｖｉｅｗを指定することができる。上述したデフォルトで持っている６面以外で良く使用される斜面や部分面等は、予め登録しておいた方が使用上有利である。これらのｖｉｅｗは、後述するように、図３（ａ）に示すｖｉｅｗパネル２４によって指定可能になる。なお、上記部品に対応する三次元形状等のデータは記憶装置８に記憶されている。また、０個以上の部品の表示とは部品の非表示も含むことを意味する。
【００１４】
本実施例では、中央処理装置２内にスケッチ面登録手段を設けることにより、前述したように、記憶装置８内に予めスケッチするためのｖｉｅｗを登録することができる。登録されたｖｉｅｗは、ｖｉｅｗパネル２４に表示することができる。また、１個以上の部品の三次元形状やｖｉｅｗを定義するための作業用の面が表示されている場合は、マウスやキーボード等の入力装置６を用いて三次元形状の面を指定してスケッチ面を指示する。この場合、スケッチ面の向きを定めるために他の面等を利用してスケッチ面の上下または左右等を指示することによってスケッチ面を正面に見ることができる。また、後述するように複数のｖｉｅｗが表示されている場合は、マウス等の入力装置６を用いてすでに表示されているｖｉｅｗをスケッチ面とすることができる。
【００１５】
図３は、ステップ１の処理を詳細に説明するための図で、図３（ａ）では、符号２０で示す２個の部品の三次元形状が表示装置４に表示されており、断面をスケッチするスケッチ面の指示するためのメニュー２２の〔ｖｉｅｗ〕を選択することによって、デフォルトやすでに登録されているｖｉｅｗを識別できるｖｉｅｗパネル２４が表示される。このｖｉｅｗパネル２２には、デフォルトで持っている上面、正面、底面、右側面、左側面、背面のそれぞれのｖｉｅｗ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆおよび予め登録されているｖｉｅｗ２４ｇ，２４ｈ，２４ｉが表示されている。そして、マウス等の入力装置６を用いて、ｖｉｅｗパネル２４の中から所望のｖｉｅｗを指示するか、あるいは部品２０の三次元形状で示すいずれかの面を指示することによってスケッチ面を指示できる。
【００１６】
図３（ｂ）は、スケッチ面を指示し、スケッチ面をどの向きに表示させるかの情報としての向きを指示した後の表示装置４の表示画面を示したものである。
【００１７】
一方、所望のｖｉｅｗを指示した後、スケッチ面の向きを指示せずに、メニュー２２の〔ｓｋｅｔｃｈ〕を選択した場合は、後述するステップ２において、図３（ｃ）に示すように図３（ａ）に示される表示状態を保って、指定されたスケッチ面上で符号２６で示すようにスケッチしていくことになる。予め登録されているｖｉｅｗをｖｉｅｗパネル２４から選択した場合は、登録されている見え方でスケッチ面等が表示装置４に表示される。
【００１８】
スケッチ面の表示では、三次元形状を合わせて表示できるようになっている。三次元形状は、部品単位あるいはいくつかの部品群単位で表示したり非表示にできるほか、ワイヤーフレーム表示や隠線を非表示にして表示すること等ができる。また、不要な三次元形状や断面を非表示にしておくことで、表示装置６の表示スピードを速くすることができる。
【００１９】
また、断面形状についても、〔表示〕または〔非表示〕を設定する手段を設け、部品単位やいくつかの部品群単位で表示したり非表示にできる。この手段は、入力装置６で〔表示〕あるいは〔非表示〕を指示して中央処理装置２で処理することにより達成できる。表示、非表示を設定する手段では、着目部品と後述する次回着目部品のみを表示する設定を行うことができる。
【００２０】
どの部品あるいは部品群を表示・非表示にしているかという情報は、記憶装置８に記憶され、必要に応じて表示装置４に表示することができる。
【００２１】
ステップ２では、着目されている部品の断面をステップ１で指示されたスケッチ面で作画する。作画の機能として、線分、円弧、円錐曲線あるいはスプライン曲線等をスケッチ面上で作画することができる。これは、一般的な二次元ＣＡＤの作画機能に見られるものと同等のものである。作画された断面は、表示装置４に表示されるとともに記憶装置８にデータが記憶される。
【００２２】
本実施例では、すでに表示されている三次元形状等がスケッチ面で参照できるようになっており、これらの形状やすでに作画されている断面形状等を利用してスケッチ面において同じ形状やオフセット形状等を作成することができる。また、スケッチされた形状を削除する手段を設けており、表示装置４および記憶装置８からスケッチされた形状を削除することができる。
【００２３】
ステップ３では、ステップ１で指定されたｖｉｅｗにおいて、断面をスケッチする部品を変更する。メニュー２２において着目部品を変更するメニュー〔ｐａｒｔ〕を選択した後に着目したい部品を入力装置６にて指示する。ステップ２で作成されるスケッチは、着目されている部品の断面として認識される。着目されている部品の断面は、図３（ｃ）に示されるように表示装置４に着目を表す色に変えて表示することができる。本実施例では、中央処理装置２内に部品の表示色設定手段を設けており、入力装置６を用いて予め着目部品等の表示色を設定しておくことができる。どの部品が着目されているかという情報は記憶装置８に保存されており、新しくスケッチ面を指定し、断面の作画を行う時は、前回着目していた部品が着目部品となる。部品が存在しない等着目部品が設定されていない場合には、システムが、使用していない部品名を割り振ることでデフォルトの部品名を作成する。なお、新規の部品を作成する場合は、ステップ２に先立って、新規部品名を入力装置６等から入力してから断面のスケッチを行うことができる。ステップ２において、着目された部品の断面のスケッチをしている際に、隣接する部品が干渉しないようにするため、先にこの隣接する部品のスケッチをすませるべくステップ３に移行した場合には、このステップ３の処理が終わった後またステップ２に戻り処理を続行する。
【００２４】
本実施例では、着目部品とは別に次回着目部品を設定する手段を設けている。次回着目部品は、着目部品を変更するメニュー〔ｐａｒｔ〕を選択した時点で、着目部品となる。このとき、今まで着目部品であった部品は、次回着目部品となる。着目部品および次回着目部品は、それぞれ１つずつ設定できる。着目部品および次回着目部品以外の部品を着目したいときには、着目部品を変更するメニュー〔ｐａｒｔ〕を選択するのに引き続いて、着目部品にしたい部品を入力装置６により指示する。指示の方法は、部品名を入力装置６としてのキーボードやマウス等を用いて部品名等の識別子を入力するか、マウスにより表示されている断面形状や三次元形状を直接指示する。
【００２５】
図４（ａ）は、着目部品の設定と次回着目部品の設定を詳細に説明するフローチャートであり、図４（ｂ）は、着目部品の設定と次回着目部品の設定を詳細に説明するフローチャートである。以下図４（ａ），（ｂ）に基づいて着目部品の設定および変更処理を説明する。ここで説明する着目部品の変更処理は、前述したステップ３の処理を詳細に示したものである。
【００２６】
ステップ１１では、着目部品を入力装置６を用いて指定する。すでに、着目部品が設定されている場合は、このステップ１１で指定された部品が着目部品となる。また、特にこのステップ１１で着目部品を設定していない場合でも、上述したように本実施例のシステムがデフォルトの着目部品を作成する。どの部品が着目部品かという情報は記憶装置８に記憶される。
【００２７】
ステップ１２では次回着目部品を入力装置６により指定する。すでに、次回着目部品が設定されている場合は、このステップ１２で指定された部品が次回着目部品となる。どの部品が次回着目部品かという情報は記憶装置８に記憶される。なお、着目部品をこのステップ２で指定した場合は、何も処理されず、次回着目部品は未設定となる。
【００２８】
以上のような処理により、着目部品および次回着目部品の設定を行なうことができる。次に、着目部品と次回着目部品との変更処理について説明する。
【００２９】
ステップＳ１では、入力装置６により着目部品を変更するメニュー〔ｐａｒｔ〕を選択し、中央処理装置２は記憶装置８を参照して次回着目部品が設定されている場合、着目部品と次回着目部品とを入れ替える。例えば、上述したステップ１１，１２により部品Ａが着目部品で部品Ｂが次回着目部品の状態では、このステップＳ１において部品Ａが次回着目部品となり、部品Ｂが着目部品となる。どの部品が着目部品あるいは次回着目部品かという情報は記憶装置８に記憶されるとともに、必要に応じて表示装置４にその情報を表示することができる。
【００３０】
ステップＳ２では、ステップＳ１に引き続いて入力装置６を用いて着目部品を指示する。例えば、部品Ａが次回着目部品で部品Ｂが着目部品の状態で、部品Ｃを指示した場合、部品Ｃが新たに着目部品となる。どの部品が着目部品かという情報は記憶装置８に記憶される。
【００３１】
主に特定の２つの部品の間で配置や形状を設計していく場合には、この次回着目部品を設定しておくと便利である。
【００３２】
図１に戻り、ステップ４では、ステップ２あるいはステップ３で着目した部品の断面から三次元形状を生成する方法、例えば、断面を押し出したり、断面でカットする方法等を指定する。これらの指示は、図３に示すメニュー２２の〔３ｄＧＥＮ〕を選択することにより表示装置４の画面上に表示される不図示のメニュー、例えば〔押し出し〕，〔カット〕等のコマンドを選択することで行なう。指定された情報は記憶装置８に格納する。
【００３３】
断面を押し出して三次元形状を生成する場合、メニュー〔押し出し〕を選択し、押し出す方向、押し出す量、また必要に応じて押し出しの基準となる面を等を指定することができる。押し出す方向は、〔手前〕，〔奥〕，〔両側〕の中から入力装置６を用いて選択する。押し出し量は、キーボード等の入力装置６を用いて値を入力する。この他、詳しくは後述する図６の他のｖｉｅｗ３２を利用してマウス（入力装置６）を用いて辺４６，４８を指示し、ｖｉｅｗ３４に示される断面４０の両端の面４２，４４等を指定することができる。
【００３４】
また、このステップ４においては、複数のｖｉｅｗを同時に表示装置４に表示する手段を設けており、別のｖｉｅｗの要素を断面を押し出して三次元形状を生成する方法の指定等に利用できる。図５は、三次元形状を生成する方法の指定に、別のｖｉｅｗの要素を利用する方法を詳細に説明するフローチャートであり、以下図５に基づいて説明する。
【００３５】
ステップ２１では、マウスを用いて他のｖｉｅｗを別に表示するメニューを指示し、ステップ１（図１）と同様の方法で別に表示するｖｉｅｗを指定する。指定されたｖｉｅｗは、表示装置４上に図６の符号３２に示すように、スケッチしているｖｉｅｗ３４と別に表示される。他のｖｉｅｗを別に表示するメニューは、メニュー２２の〔３ｄＧＥＮ〕を選択した際に、〔押し出し〕，〔カット〕等のコマンドメニューと並列的に表示される。
【００３６】
また、ｖｉｅｗを消去する手段を設けることで、ステップ２１で作成されたｖｉｅｗ３２を表示装置４から削除することができる。削除せずに表示装置４に残すｖｉｅｗ３４は、前述したようにステップ１（図１）でスケッチ面としてマウス等の入力装置６を用いて選択することができる。
【００３７】
ステップ２２では、例えば断面を押し出して三次元形状を生成する際に、前述したように他のｖｉｅｗ３２の断面形状や三次元形状等の要素を利用して、ｖｉｅｗ３４の断面４０の両端の面４２，４４をマウス等の入力装置６を用いてｖｉｅｗ３２に示される辺４６，４８を指示することで指定する。
【００３８】
再び、ステップ４（図１）の説明に戻り、断面でカットして三次元形状を生成する場合、断面でカットして三次元形状を生成するメニュー〔カット〕を選択し、その選択に伴って表示されるメニュー〔カット方向〕，〔カット量〕を指定することができ、また必要に応じてカットの基準となる面等を指定することができる。カットの方向は、〔手前〕，〔奥〕，〔両側〕の中から入力装置６を用いて選択する。カットの量は、キーボード等の入力装置６を用いて値を入力する。その他、部品の一部を貫通する指定や、上述した他のｖｉｅｗを利用してカットする両端の面等をマウス等の入力装置６を用いて指定することができる。カットする場合には、着目部品がすでに押し出し等で三次元形状を持っていることが必要である。
【００３９】
本実施例では、図形形状の誤差修正手段を設け、必要に応じて断面形状が連続した図形要素で構成されるように修正することができる。
【００４０】
また、図形形状間で寸法をつけたり平行や水平、垂直やある要素が別の要素上にのっているといった形状拘束を与える手段を設け、形状を修正することができる。
【００４１】
ステップ５では、中央処理装置２が記憶装置８の三次元形状を生成する方法を参照して、新たに付加したりあるいは削除したりする三次元形状を計算し、表示装置４に表示するとともに、記憶装置８に格納されている着目部品の三次元形状のデータを変更する。
【００４２】
なお、ステップ２またはステップ３の処理を行っている任意の段階で、ステップ１の処理を利用して別の断面を新たなスケッチ面として、ステップ２またはステップ３の処理を行うことができる。この場合、これまでスケッチされてきた情報は、記憶装置８に保存される。ステップ１もしくはステップ２１等で再度このスケッチ面が指定されると、これまでこのスケッチ面でスケッチされてきた情報が表示装置６に表示される。
【００４３】
本実施例では、このようにｖｉｅｗごとに着目部品を適宜変更しながら複数部品を配置・形状定義を行い、必要に応じてスケッチする（着目する）ｖｉｅｗを変更し、そのｖｉｅｗで着目部品を適宜変更しながら複数部品を配置・形状定義を行うことができる。
【００４４】
また、すでに作成された形状は、作成方法等の履歴が記憶装置８に記憶されており、本実施例では形状修正手段を設けることで、断面形状や断面形状から三次元形状を生成する方法等を変更できる。この場合でも、着目部品を適宜変更しながら複数部品を配置・形状定義を行い、必要に応じてスケッチする（着目する）ｖｉｅｗを変更し、そのｖｉｅｗで着目部品を適宜変更しながら複数部品を配置・形状変更できるようになっている。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の形状モデリング装置および形状モデリング方法では、着目する部品の断面をスケッチする面を指示するとともに、この指示された面において着目する部品を変更可能としているので、複数の部品の配置や形状を容易に設計を行えるようにした効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の概略を示すフローチャートである。
【図２】ＣＡＤ装置構成ブロック図である。
【図３】スケッチ面の指定の説明図である。
【図４】（ａ）は着目部品および次回着目部品の設定処理を説明するためのフローチャートであり、（ｂ）は着目部品と次回着目部品との変更処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】他のｖｉｅｗを利用して断面から三次元形状を生成する方法を指示するフローチャートである。
【図６】他のｖｉｅｗを別に表示した例を示す図である。
【符号の説明】
２ 中央処理装置
４ 表示装置
６ 入力装置
８ 記憶装置
１０ 情報読み込み装置

Claims (10)

1. 表示手段に表示されている複数の三次元形状の部品をスケッチするためのスケッチ面の向きを指示する第１の指示手段と、
   前記第１の指示手段で指示されたスケッチ面の向きに対応する前記複数の部品の断面を前記表示手段にそれぞれ表示する表示制御手段と、
   前記表示制御手段によって前記複数の部品の断面が表示されている状態で、スケッチする断面の部品を着目部品として変更する変更手段と、
   前記着目部品の断面から三次元形状を生成する方法を指示する第２の指示手段と、
   前記第２の指示手段の指示に応じて前記着目部品の三次元形状を生成し、前記表示手段に表示する生成手段とを有することを特徴とする形状モデリング装置。
2. 請求項１において、前記表示制御手段は、前記第１の指示手段で指示された面と異なる面上に存在する部品を断面として表示可能であることを特徴とする形状モデリング装置。
3. 請求項２において、前記第２の指示手段は、前記異なる面上の断面を利用して三次元形状を生成する方法を指示することを特徴とする形状モデリング装置。
4. 請求項１において、前記複数の部品の中から次回の着目部品を設定する次回着目部品設定手段を更に有することを特徴とする形状モデリング装置。
5. 請求項４において、前記変更手段は、前記着目部品と前記次回の着目部品間の変更をすることを特徴とする形状モデリング装置。
6. 表示手段に表示されている複数の三次元形状の部品をスケッチするためのスケッチ面の指示に応じて、指示されたスケッチ面の向きに対応する前記複数の部品の断面を記憶手段から読み出して前記表示手段にそれぞれ表示する表示制御ステップと、
   前記スケッチ面の向きに対応する前記複数の部品の断面が表示されている状態で、指示に応じて断面をスケッチする部品を着目部品として前記記憶手段に記憶させることにより変更する変更ステップと、
   前記着目部品の断面から三次元形状を生成する方法の指示に応じて、前記着目部品の三次元形状を生成する生成ステップとを有することを特徴とする形状モデリング方法。
7. 請求項６において、前記指示されたスケッチ面と異なる面上に存在する部品を断面として表示するステップを更に有することを特徴とする形状モデリング方法。
8. 請求項７において、前記生成ステップでは、前記異なる面上の断面を利用して三次元形状を生成する方法を指示することを特徴とする形状モデリング方法。
9. 請求項６において、前記複数の部品の中から次回の着目部品を設定する次回着目部品設定ステップを更に有することを特徴とする形状モデリング装置。
10. 請求項９において、前記変更ステップでは、前記着目部品と前記次回の着目部品間の変更をすることを特徴とする形状モデリング方法。

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