JP3786410B2 - フィレット作成方法、及び3次元cadプログラム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィレット作成方法及びそれを実行するための3次元CADプログラムに関する。本発明は、特に、物体の表面の位置の座標を示す点群データから3Dモデルを作成するときに使用されるフィレット作成方法、及びそれを実行するための3次元CADプログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年のコンピュータ技術の発達により、3次元CAD(Computer Aided Design)装置を用いた工業製品のデザインが、広く行われるようになってきている。3次元CAD装置は、工業製品のデザインの効率化に大きく貢献している。
【0003】
しかし、3次元CAD装置のみによって、デザイナーの感性を完全に生かしたデザインをすることは容易ではない。このため、粘土によって作成されたクレイモデルと3次元CAD装置とを併用して工業製品をデザインするデザイン方法が使用されている。
【0004】
このようなデザイン方法では、まず、デザイナーによりクレイモデルが作成される。続いて、作成されたクレイモデルの形状が、CCD(Charge Carrying Device)カメラやレーザースキャン装置のような3次元形状測定装置によって測定される。3次元形状測定装置を用いた測定により、クレイモデルの表面上の点のそれぞれの座標を示す点群データが取得される。続いて、その点群データが3次元CAD装置に入力され、以後は、3次元CAD装置を用いて工業商品のデザインが行われる。
【0005】
3次元CAD装置で扱われるのは、曲面関数により表現された面データ(サーフェスデータ)である一方、3次元形状測定装置により得られる点群データは、離散的に定められた点の座標を示すデータである。このため、3次元CAD装置では、点群データから面データが作成される。点群データからの面データの作成は、曲面関数へのフィッティングにより行われる。
【0006】
しかし、クレイモデルの屈曲部、即ち、曲率半径が小さい部分についての、曲面関数へのフィッティングによる面データの作成は、点群データに点と点との間の情報が欠けているために、精度よく実行することができない。
【0007】
そこで、クレイモデルの屈曲部についての点群データから面データの作成は、以下の方法によって行われる。図21に示されているように、まず、点群データに基づいて、クレイモデルの屈曲部を近似的に表す2つの自由曲面101、102が定められる。自由曲面101、102は、いずれも曲率半径が大きい面である。続いて、定められた自由曲面101、102とが交わる共通稜線103が定められる。このような共通稜線は、クレイモデルには実際には存在しない稜線であるから、仮想線と呼ばれることがあり、以下では、共通稜線を仮想線と呼ぶ。続いて、仮想線103について、フィレット処理が行われ、フィレット面104を示す曲面関数が定められる。この曲面関数が面データとして使用される。共通稜線を利用したフィレット処理は、当業者にとって周知であり、例えば、公開特許公報(特開平6−259514、特開平6−332990、及び特開平10−240790)に開示されている。
【0008】
しかし、このような面データの作成方法では、クレイモデルに表現したデザイナーの意思が充分に反映されにくい。
【0009】
そこで、デザイナーの意思をより反映するために、クレイモデル上に、仮想線を指示するための構造体が実際に形成されることがある。このような構造体としては、例えば、アルミ棒や、粘土による盛り土が使用される。この場合、まず、その構造物の形状が3次元形状測定器によって測定され、その構造体が指示する仮想線の上にある複数の点の座標が測定される。その点を滑らかに結ぶ曲線が求められ、その曲線が仮想線として使用される。
【0010】
このような方法は、クレイモデルの上に仮想線を指示するための構造体を形成するために高度な技能が必要であり、更に、多くの工数が必要である。
【0011】
デザイナーの意思をより反映しながら、仮想線を効率よく作成し、フィレット面を効率よく作成するための技術が望まれている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、工業製品の形状を示す点群データから面データを作成する際に、面と面とを接続するフィレット面をより効率よく作成するための技術を提供することにある。
【0013】
本発明の更に他の目的は、工業製品の形状を示す点群データから面データを作成する際に、面と面とを接続するフィレット面をデザイナーの意思をより反映しながら、且つ、効率よく作成するための技術を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
以下に、[発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記載との対応関係を明らかにするために付加されている。但し、付加された番号・符号は、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【0015】
本発明によるフィレット作成方法は、
(a)モデリング対象面の形状を、モデリング対象面の上にある複数の点の座標によって示す点群データ(4)を取得するステップと、
(b)フィレット面(33)の外延を規定する第1R止まり線(12)と第2R止まり線(13)とを定めるステップと、
(c)第1R止まり線(12)に垂直な垂直平面(19)を複数定めるステップと、
(d)垂直平面(19)のそれぞれについて、点群データ(4)に基づいて、点の集合(11)と垂直平面(19)とが交差する位置にある交線(21)を求めるステップと、
(e)交線(21)と第1R止まり線(12)とが交わる第1分割点(22)と、交線(21)と第2R止まり線(13)とが交わる第2分割点(23)とを求めるステップと、
(f)垂直平面(19)のそれぞれについて、交線(21)を、第1分割点(22)と第2分割点(23)との間にある中間部分交線(24)、第1分割点(22)において中間部分交線(24)に接続する第1部分交線(25)、及び、第2分割交点(23)において中間部分交線(24)に接続する第2部分交線(26)に分割するステップと、
(g)垂直平面(19)のそれぞれについて、第1部分交線(25)を、垂直平面(19)内で第1分割点(22)の側に外挿して第1延長線(27)を定めるステップと、
(h)垂直平面(19)のそれぞれについて、第2部分交線(26)を、垂直平面(19)内で第2分割点(23)の側に外挿して第2延長線(28)を定めるステップと、
(i)垂直平面(19)のそれぞれについて、第1延長線(27)と第2延長線(28)とが交わる延長線交点(29、39)を求め、延長線交点(29、39)に基づいて仮想点(29)を定めるステップと、
(j)仮想点(29)を滑らかに結ぶ仮想線(30)を定めるステップと、
(k)仮想線(30)に基づいて、フィレット面(33)を定めるステップ
とを備えている。当該フィレット作成方法は、フィレット面(33)を規定する仮想線(30)を点群データ(4)から抽出し、フィレット面(33)の生成を効率化する。更に、当該フィレット作成方法は、面データを媒介にせずに点群データ(4)から直接的に仮想線(30)を抽出し、デザイナーの意図をよりフィレット面(33)の形状に反映させることが可能である。
【0016】
仮想点(29)は、延長線交点(39)に一致することがある。
【0017】
当該フィレット作成方法は、更に、
(l)垂直平面(19)のそれぞれについて、第1分割点(22)における第1部分交線(25)に垂直で、且つ、垂直平面(19)の上にある第1法線(35)を求めるステップと、
(m)垂直平面(19)のそれぞれについて、第2分割点(23)における第2部分交線(26)に垂直で、且つ、垂直平面(19)の上にある第2法線(36)を求めるステップと、
(n)垂直平面(19)のそれぞれについて、第1法線(35)と第2法線(36)とが交わる点をR中心点(34)と定めるステップと、
(o)垂直平面(19)のそれぞれについて、交線(21)と、延長線交点(29、39)とR中心点(34)とを通る直線(40)とが交わる点をR頂点(37)として定めるステップと、
(p)R頂点(37)を滑らかに結ぶR頂点線(38)を定めるステップ
とを備え、フィレット面(33)は、R頂点線(38)に基づいて定められることが好ましい。これにより、フィレット面(33)の生成が一層に簡素化される。
【0018】
(i)ステップは、
(q)延長線交点(29、39)とR頂点(37)とを結ぶ線分(41)の上に、仮想点(29)を定めるステップを含むことがある。
【0019】
本発明による3次元CADプログラムは、
(a)モデリング対象面の形状を、モデリング対象面の上にある複数の点の座標によって示す点群データ(4)を取得するステップと、
(r)入力装置(8)になされた操作に応答して、フィレット面(33)の外延を規定する第1R止まり線(12)と第2R止まり線(13)と定めるステップと、
(c)第1R止まり線(12)に垂直な垂直平面(19)を複数定めるステップと、
(d)垂直平面(19)のそれぞれについて、点群データ(4)に基づいて、点の集合(11)と垂直平面(19)とが交差する位置にある交線(21)を求めるステップと、
(e)交線(21)と第1R止まり線(12)とが交わる第1分割点(22)と、交線(21)と第2R止まり線(13)とが交わる第2分割点(23)とを求めるステップと、
(f)垂直平面(19)のそれぞれについて、交線(21)を、第1分割点(23)と第2分割点(23)との間にある中間部分交線(24)、第1分割点(22)において中間部分交線(24)に接続する第1部分交線(25)、及び、第2分割交点(23)において中間部分交線(24)に接続する第2部分交線(26)に分割するステップと、
(g)垂直平面(19)のそれぞれについて、第1部分交線(25)を、垂直平面(19)内で第1分割点(22)の側に外挿して第1延長線(27)を定めるステップと、
(h)垂直平面(19)のそれぞれについて、第2部分交線(26)を、垂直平面(19)内で第2分割点(23)の側に外挿して第2延長線(28)を定めるステップと、
(i)垂直平面(19)のそれぞれについて、第1延長線(27)と第2延長線(28)とが交わる延長線交点(29、39)を求め、延長線交点(29、39)に基づいて仮想点(29)を定めるステップと、
(j)仮想点(29)を滑らかに結ぶ仮想線(30)を定めるステップと、
(k)仮想線(30)に基づいて、フィレット面(33)を定めるステップ
とをコンピュータ(2)に実行させる。このような3次元CADプログラムは、フィレット面(33)を規定する仮想線(30)を点群データ(4)から半自動的に抽出し、フィレット面(33)の生成を効率的にする。更に、当該3次元CADプログラムは、デザインの良否に多大な影響を及ぼす第1R止まり線(12)と第2R止まり線(13)の形状の決定を設計者に委ね、設計者の意図を一層にフィレット面(33)の形状に反映させる。
【0020】
当該3次元CADプログラムは、
更に、
(l)垂直平面(19)のそれぞれについて、第1分割点(22)における第1部分交線(25)に垂直で、且つ、垂直平面(19)の上にある第1法線(35)を求めるステップと、
(m)垂直平面(19)のそれぞれについて、第2分割点(23)における第2部分交線(26)に垂直で、且つ、垂直平面(19)の上にある第2法線(36)を求めるステップと、
(n)垂直平面(19)のそれぞれについて、第1法線(35)と第2法線(36)とが交わる点をR中心点(34)と定めるステップと、
(o)垂直平面(19)のそれぞれについて、交線(21)と、延長線交点(29、39)とR中心点(34)とを通る直線(40)とが交わる点をR頂点(37)として定めるステップと、
(p)R頂点(37)を滑らかに結ぶR頂点線(38)を定めるステップ
とをコンピュータ(2)に実行させ、且つ、
(k)ステップは、
(s)仮想線(29)とR頂点線(39)とに基づいてフィレット面(33)を定めるステップを含むことが好ましい。フィレット面(33)の形状は、仮想線(29)とR頂点線(39)とで概ね決定される。従って、このような3次元CADプログラムは、フィレット面(33)を定めるために、コンピュータ(2)に入力する必要があるデータの量を少なくすることが出来る。
【0021】
当該3次元CADプログラムが、更に、
(s)入力装置(8)を介してパラメータ(γ)を受け取るステップ
をコンピュータ(2)に実行させる場合、
(i)ステップは、
(q)延長線交点(39)とR中心点(34)とを結ぶ線分(41)の上に、仮想点(29)を定めるステップ
を含み、且つ、仮想点(29)の位置は、既述のパラメータ(γ)に基づいて定められることが好ましい。このような3次元CADプログラムは、仮想線(30)の形状を規定する仮想点(29)の位置を設計者の意思に応じて補正可能である。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明によるフィレット作成方法の実施の一形態を説明する。
【0023】
(実施の第1形態)
本発明によるフィレット作成方法の実施の第1形態では、図2に示されている設計システム10が使用される。設計システム10は、3次元形状測定装置1と3次元CAD装置2とを含む。3次元形状測定装置1は、モデリングの対象であるクレイモデル3の表面の上にある多数の点の位置を測定し、各点の座標を示す点群データ4を生成する。3次元形状測定装置1は、生成した点群データ4を3次元CAD装置2に送る。3次元形状測定装置1としては、例えば、CCDカメラやレーザスキャナが使用される。
【0024】
3次元CAD装置2は、点群データ4から、クレイモデル3の形状を表す面データを作成する。クレイモデル3の表面のうちの曲率半径が大きい部分については、点群データ4のフィッティングにより面データが作成される。一方、曲率半径が小さい部分については、点群データ4のフィッティングにより生成された面データは使用されず、フィレット面が別途に作成される。後述されるように、3次元CAD装置2は、点群データ4から仮想線を抽出し、その仮想線を用いてフィレット面を作成する。このフィレット面の作成には、点群データ4をフィッティングすることにより得られる面データは使用されない。
【0025】
3次元CAD装置2としては、ワークステーション等のコンピュータが使用される。より具体的には、3次元CAD装置2は、インターフェース5、記憶装置6、演算装置7、入力装置8、及び表示装置9を含む。インターフェース5は、演算装置7による制御の下、3次元形状測定装置1から点群データ4を受け取る。記憶装置6は、インターフェース4が受け取った点群データ4を記憶する。記憶装置6は、更に、点群データ4から面データを作成する過程で作成されるデータと、3次元CADプログラムとを記憶する。演算装置7は、記憶装置6に記憶された3次元CADプログラムを実行し、点群データ4から面データを作成する処理、及び3次元CAD装置2の各部の制御を行う。
【0026】
入力装置8は、設計者から3次元CAD装置2への指示、及び設計者による選択を3次元CAD装置2に入力するために使用される。入力装置8としては、例えば、キーボード、マウスが使用される。表示装置9は、点群データ、点群データ4から面データを作成する過程で作成されるデータ、及び最終的に作成された面データを表示する。表示装置9としては、例えば、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイが使用される。
【0027】
図1は、本実施の形態のフィレット作成方法を使用してクレイモデル3の形状を示す面データを作成する作成プロセスを示す。
【0028】
まず、3次元形状測定装置1によってクレイモデル3の形状が測定され、点群データ4が3次元CAD装置2に入力される(ステップS01)。図3に示されているように、表示装置9には、点群データ4に示された点の集合11が表示される。点群データ4に示された点の集合11は、クラウド11と呼ばれる。クラウド11は、クレイモデル3の表面の形状に対応している。
【0029】
続いて、図4に示されているように、クラウド11に沿ってR止まり線12、13が指定される。(図1のステップS02)。R止まり線12、13は、フィレット面の外延を規定するための曲線である。フィレット面の外延を規定するR止まり線12、13は、デザインの良し悪しに重大な影響を及ぼす。このため、R止まり線12、13の指定は、設計者の感性を最大限に生かすために設計者に委ねられる。
【0030】
R止まり線12、13の指定のために、3次元CAD装置2は、R止まり線12の形状を指定する構成点14と、R止まり線13の形状を指定する構成点15との位置の入力を設計者に要求する。構成点14を滑らかに結ぶ曲線が、R止まり線12と定められ、構成点15を滑らかに結ぶ曲線が、R止まり線13と定められる。
【0031】
クラウド11に沿ってR止まり線12、13を定めるためには、構成点14、15もクラウド11に沿って指定される必要がある。図5は、構成点14、15をクラウド11に沿って選択する方法を示している。構成点14、15の指定のために、演算装置7は、点群データ4からメッシュ16を生成する。生成されたメッシュ16は、クラウド11に含まれる点17のうちの3つを頂点とする3角形要素18で構成されている。それぞれの3角形要素18は一の平面上にある。演算装置7は、設計者が入力装置8に対して行った操作に応じて、3角形要素18の上にある点から構成点14、15を選択する。演算装置7は、選択された構成点14からR止まり線12を生成し、構成点15からR止まり線13を生成する。
【0032】
続いて、R止まり線12、13のうちの一方が、基準R止まり線として設計者によって選択される。基準R止まり線が選択されると、図6に示されているように、基準R止まり線に垂直な垂直平面19が演算装置7によって生成される(図1のステップS03)。図6には、R止まり線12が基準R止まり線として選択されたときに定められる垂直平面19が示されている。R止まり線12が基準R止まり線として選択されると、演算装置7は、R止まり線12を規定する構成点14を通り、且つ、R止まり線12に垂直な平面を垂直平面19に定める。一の構成点14について、一の垂直平面19が定められる。一方、R止まり線13が基準R止まり線として選択された場合には、構成点15を通り、且つ、R止まり線13に垂直な平面が垂直平面19に定められる。以下では、R止まり線12が基準R止まり線として選択されたとして説明が行われる。
【0033】
垂直平面19の決定に続いて、演算装置7は、図7に示されているように、クラウド11と垂直平面19とが交差する位置にある曲線を交線21として求める。交線21は、垂直平面19のそれぞれについて求められる。一の交線21は、一の垂直平面19とモデリングの対象面との交線に対応する。しかし、クラウド11が点で構成されるため、交線21を2つの面が交わる曲線として求めることは出来ない。そこで、交線21は、以下に述べられる方法により求められる。
【0034】
図8に示されているように。交線21の決定には、ステップS02において定められた3角形要素18が使用される。既述のように、3角形要素18は、クラウド11に含まれる点17を頂点としている。この3角形要素18の辺のうち垂直平面19と交わるものが、交差線分18aとして選択され、選択された交差線分18aと垂直平面19との交点22が求められる。交点22を滑らかに接続する曲線が、交線21として定められる。
【0035】
交線21が決定されると、演算装置7は、交線21が基準R止まり線でないR止まり線13と交わっているかを判断する(図1のステップ05)。基準R止まり線であるR止まり線12が大きく屈曲していると、垂直平面19がR止まり線13に交わらず、従って、交線21もR止まり線13に交わらないことがある。この場合、他の垂直平面が定められ、R止まり線13に交わらない垂直平面19の代わりに、定められた垂直平面が使用される。より詳細には、R止まり線12の上に他の構成点が定められる。更に、定められた構成点を通り、R止まり線12に垂直な垂直平面が決定される。その垂直平面がR止まり線13に交わる場合、R止まり線13に交わらない垂直平面19は、新たに決定された垂直平面に置換され、再度、交線21が決定される。
【0036】
但し、クラウド11が離散的であることに起因して、交線21とR止まり線13とが数学的に厳密には交わらない場合があり得る。このため、交線21とR止まり線13との距離が極めて近く、所定の距離よりも小さい場合、演算装置7は、交線21とR止まり線13とが交わると判断する。
【0037】
続いて、演算装置7は、図9に示されているように、交線21とR止まり線12とが交わる第1分割点22と、交線21とR止まり線13とが交わる第2分割点23とを求める(図1のステップS06)。第1分割点22と第2分割点23とは、垂直平面19のそれぞれについて求められる。このとき、交線21とR止まり線13とが交わるか否かの判断において検討されたように、交線21とR止まり線12、13とが、極めて近い距離にあっても数学的に厳密には交わらない場合があり得る。この場合、交線21の上の点のうち、R止まり線12に最も距離が近い点が、第1分割点22と定められ、R止まり線12に最も距離が近い点が、第2分割点23と定められる。
【0038】
更に、演算装置7は、図10に示されているように、交線21を、第1分割点22と第2分割点23において分割し、中間交線24、第1部分交線25、及び第2部分交線26を定める。中間交線24は、交線21のうちの第1分割点22と第2分割点23との間の部分である。第1部分交線25は、交線21のうち、第1分割点22と第2分割点23との間にない部分であって、第1分割点22において中間交線24に接続する部分である。第2部分交線26は、交線21のうち、第1分割点22と第2分割点23との間にない部分であって、第2分割点23において中間交線24に接続する部分である。中間交線24、第1部分交線25、及び第2部分交線26の決定は、垂直平面19のそれぞれについて行われる。
【0039】
続いて、演算装置7は、図11に示されているように、第1部分交線25を第1分割点22の側に外挿して第1延長線27を定め、第2部分交線26を第2分割点23の側に外挿して第2延長線28を定める(図1のステップS07)。更に、演算装置7は、第1延長線27と第2延長線28とが交わる点を仮想点29と定める。第1延長線27、第2延長線28及び仮想点29は、いずれも、垂直平面19の上にある。
【0040】
第1延長線27及び第2延長線28の外挿には、図12に示された3つの外挿方法のいずれも使用され得る。図12(a)、(b)、(c)は、それぞれ、自然的外挿法、円弧的外挿法、及び直線的外挿法を示している。自然的外挿法では、図12(a)に示されているように、第1部分交線25と第1延長線27とからなるスプラインの弾性エネルギーが最小となるように、第1延長線27が求められる。同様に、第2部分交線26と第2延長線28とからなるスプラインの弾性エネルギーが最小になるように、第2延長線28が求められる。このようにして定められた第1延長線27と第2延長線28とが交わる点が、仮想点29と定められる。
【0041】
円弧的外挿法では、図12(b)に示されているように、第1部分交線25の上に、第1分割点22以外の2点25a、25bが定められる。第1分割点22と点25a、25bを通る円弧が、第1延長線27と定められる。第2部分交線26についても同様に、第1部分交線26の上に、第2分割点23以外の2点26a、26bが定められる。第2分割点23と点26a、26bを通る円弧が、第2延長線28と定められる。このようにして定められた第1延長線27と第2延長線28とが交わる点が、仮想点29と定められる。
【0042】
直線的外挿法では、図12(c)に示されているように、第1分割点22における第1部分交線25の接線が、第1延長線27と定められ、第2分割点23における第2部分交線26の接線が、第2延長線28と定められる。
【0043】
このような第1延長線27、第2延長線28及び仮想点29の決定は、垂直平面19のそれぞれについて行われる。
【0044】
続いて、演算装置7は、図13に示されているように、垂直平面19のそれぞれについて定められた仮想点29を滑らかに結ぶ曲線を仮想線30と定める(図1のステップS08)。
【0045】
仮想線30が定められた後は、3次元CAD装置2が一般的に有する機能を使用して、クレイモデル3の形状を示す面データの作成が行われる(図1のステップS09)。まず、クラウド11のうちのR止まり線12、13の間でない部分11a、11bについて、点群データ4の曲面関数へのフィッティングが行われる。図14に示されているように、このフィッティングにより、部分11a、11bにそれぞれ対応する自由曲面31、32の面データが作成される。
【0046】
更に、R止まり線12、13、及び仮想線30から、自由曲面31、32を結ぶフィレット面33が作成される。R止まり線12、13、及び仮想線30からのフィレット面33の作成は、3次元CAD装置が一般的に有する機能を用いて行われる。まず、設計者が、フィレット面33の作成を3次元CAD装置2に指示すると、演算装置7により、仮想線30に垂直な垂直面が複数定められる。3次元CAD装置2は、定められた垂直面のそれぞれについてフィレット径を入力するように設計者に要求する。設計者が入力装置8を使用してフィレット径を入力すると、入力されたフィレット径を使用して、当業者にとって周知であるフィレット処理方法によりフィレット面33が作成される。自由曲面31、32、及びフィレット面33の面データが演算装置7によって統合され、点群データ4からの面データの作成が完了する。
【0047】
以上に説明された演算装置7の動作は、記憶装置6に記憶された3次元CADプログラムに従って実行される。
【0048】
以上に説明されたように、本実施の形態では、仮想線30が点群データ4から半自動的に作成され、仮想線30を用いたフィレット面33の作成が簡便になる。このとき、デザインの良し悪しに大きく影響するR止まり線12、13の決定が設計者に委ねられ、これにより、デザイナーの感性を生かしたデザインが実現されている。
【0049】
(実施の第2形態)
実施の第2形態では、仮想線に加えて、フィレット面を規定するR頂点線が点群データから抽出され、これにより、フィレット面の作成の一層の効率化が図られている。以下、本発明によるフィレット作成方法の実施の第2形態を詳細に説明する。
【0050】
図15は、本発明によるフィレット作成方法の実施の第2形態を示す。実施の第2形態では、実施の第1形態と同一のプロセスにより、仮想線30の抽出が行われる(ステップS01〜S08)。実施の第2形態では、更に、仮想線30の抽出とともに、R頂点線の抽出が行われる(ステップS10〜S12)。
【0051】
R頂点線の抽出は、以下のプロセスで行われる。まず、3次元CAD装置2の演算装置7は、図16に示されているように、垂直平面19のそれぞれについて、R中心点34を求める(図15のステップS10)。R中心点34は、第1分割点22において第1部分交線25に垂直に交わる法線35と、第2分割点23において第2部分交線26に垂直に交わる法線36との交点として定められる。
【0052】
続いて、演算装置7は、図17に示されているように、垂直平面19のそれぞれについて、R頂点37を求める(図15のステップS11)。R頂点37は、仮想点29とR中心点34とを結ぶ直線と、交線21との交点として定められる。
【0053】
続いて、演算装置7は、図18に示されているように、垂直平面19のそれぞれについて定められたR頂点37を滑らかに結ぶ曲線を、R頂点線38と定める(図15のステップS12)。
【0054】
仮想線30とR頂点線38とが定められた後は、3次元CAD装置2が一般的に有する機能を使用して、クレイモデル3の形状を示す面データの作成が行われる(図15のステップS13)。まず、図14に示されているように、実施の第1形態と同一の過程により、クラウド11のうちのR止まり線12、13の間でない部分11a、11bにそれぞれ対応する自由曲面31、32の面データが作成される。
【0055】
更に、R止まり線12、13、仮想線30、及びR頂点線38から、自由曲面31、32を結ぶフィレット面33が作成される。R止まり線12、13、仮想線30、及びR頂点線38からのフィレット面33の作成は、3次元CAD装置が一般的に有する機能を用いて行われる。まず、設計者が、フィレット面33の作成を3次元CAD装置2に指示すると、演算装置7により、仮想線30に垂直な垂直面が複数定められる。更に、定められた垂直面のそれぞれについて、垂直面と、R止まり線12、13及びR頂点線38のそれぞれとの交点が求められる。更に、求められた3つの交点を通る円の半径が、その垂直面について定められたフィレット径と規定される。更に、演算装置7は、定められたフィレット径に基づいて、当業者にとって周知であるフィレット処理方法によりフィレット面33を作成する。自由曲面31、32、及びフィレット面33の面データが演算装置7によって統合され、点群データ4からの面データの作成が完了する。
【0056】
以上に説明された演算装置7の動作は、記憶装置6に記憶された3次元CADプログラムに従って実行される。
【0057】
以上に説明されたように、本実施の形態では、実施の第1形態と同様に、仮想線30が点群データ4から半自動的に作成され、仮想線30を用いたフィレット面33の作成が効率化されている。このとき、デザインの良し悪しに大きく影響するR止まり線12、13の決定が設計者に委ねられ、これにより、デザイナーの感性を生かしたデザインが実現されている。
【0058】
本実施の形態では、更に、R頂点線38が点群データ4から半自動的に作成され、仮想線30を用いたフィレット面33の作成が一層に効率化されている。
【0059】
(実施の第3形態)
実施の第3形態では、より設計者の意図を反映した仮想線30を抽出するために、仮想線30の形状を規定する仮想点29の決定の際に、その位置が補正される。
【0060】
図19は、本発明によるフィレット作成方法の実施の第3形態を示す。R止まり線12、13による交線21の分割までのプロセスは、実施の第1形態と同一である(ステップS01〜S06)。
【0061】
続いて、演算装置7は、図20に示されているように、第1部分交線25を第1分割点22の側に外挿して第1延長線27を定め、第2部分交線26を第2分割点23の側に外挿して第2延長線28を定める(図19のステップS14)。第1延長線27及び第2延長線28の決定に使用される外挿方法は、既述の自然的外挿法、円弧的外挿法、及び直線的外挿法のいずれも使用され得る。図20には、直線的外挿法により定められた第1延長線27及び第2延長線28が示されている。
【0062】
更に、演算装置7は、第1延長線27と第2延長線28とが交わる延長線交点39を求める。ここで、実施の第1形態では、延長線交点39が仮想点29とされているが、実施の第3形態では、仮想点29は延長線交点39に必ずしも一致しないことに留意されたい。
【0063】
更に、演算装置7は、垂直平面19のそれぞれについて、R中心点34を求める(図19のステップS15)。R中心点34の決定方法は、実施の第1形態と同一である。R中心点34は、第1分割点22において第1部分交線25に垂直に交わる法線35と、第2分割点23において第2部分交線26に垂直に交わる法線36との交点として定められる。
【0064】
続いて、演算装置7は、垂直平面19のそれぞれについて、R頂点37を求める(図19のステップS16)。R頂点37は、延長線交点39とR中心点34とを結ぶ直線40と、交線21との交点として定められる。
【0065】
更に、演算装置7は、延長線交点39とR頂点37とを結ぶ線分41の上に、仮想点29を定める。仮想点29は、延長線交点39とR頂点37との距離をLとし、仮想点29とR頂点37との距離をdとしたとき、d=γ・Lとなるように定められる。但し、γは、設計者によって定められるパラメータであり、0より大きく1以下の値である。γ=1であれば、仮想点29は、延長線交点39に一致する。3次元CAD装置2は、パラメータγを入力装置8によって受け取り、仮想点29の決定に使用する。パラメータγは、全ての垂直平面19について共通の値が使用される。
【0066】
続いて演算装置7は、仮想点29を滑らかに接続する曲線を仮想線30と定め、(図19のステップS18)、R頂点37を滑らかに接続する曲線をR頂点線38と定める(図19のステップS19)。仮想線30とR頂点線38とが定められた後は、3次元CAD装置2が一般的に有する機能を使用して、クレイモデル3の形状を示す面データの作成が行われる(図19のステップS20)。仮想線30とR頂点線38とに基づく面データの作成のプロセスは、実施の第2形態と同一であり、その詳細な説明は行われない。
【0067】
以上に説明された演算装置7の動作は、記憶装置6に記憶された3次元CADプログラムに従って実行される。
【0068】
本実施の形態では、実施の第1形態と同様に、仮想線30が点群データ4から半自動的に作成され、仮想線30を用いたフィレット面33の作成が効率化されている。このとき、デザインの良し悪しに大きく影響するR止まり線12、13の決定が設計者に委ねられ、これにより、デザイナーの感性を生かしたデザインが実現されている。また、実施の第2形態と同様に、R頂点線38が点群データ4から半自動的に作成され、仮想線30を用いたフィレット面33の作成が一層に効率化されている。
【0069】
更に、本実施の形態では、仮想点29の位置が、設計者により与えられるパラメータγに応じて補正され、設計者の意図を、仮想線30の形状に一層に反映することが可能になっている。
【0070】
【発明の効果】
本発明により、工業製品の形状を示す点群データから面データを作成する際に、面と面とを接続するフィレット面をより効率よく作成するための技術が提供される。
【0071】
また、本発明により、工業製品の形状を示す点群データから面データを作成する際に、面と面とを接続するフィレット面をデザイナーの意思をより反映しながら、且つ、効率よく作成するための技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明によるフィレット作成方法の実施の第1形態を示す。
【図2】図2は、本発明によるフィレット作成方法で使用される設計システム10を示す。
【図3】図3は、3次元形状測定装置1によって生成された点群データ4に示された点の集合(クラウド)11を示す。
【図4】図4は、R止まり線12、13の指定方法を示す。
【図5】図5は、R止まり線12、13を規定する構成点14、15の指定方法を示す。
【図6】図6は、R止まり線12、13に垂直な垂直断面19の決定方法を示す。
【図7】図7は、クラウド11とR止まり線12、13との交線21を示す。
【図8】図8は、交線21の決定方法を示す。
【図9】図9は、第1分割点22、及び第2分割点23の決定方法を示す。
【図10】図10は、第1分割点22、及び第2分割点23による交線21の分割方法を示す。
【図11】図11は、仮想点29の決定方法を示す。
【図12】図12は、第1延長線27、及び第2延長線28の決定方法を示す。
【図13】図13は、仮想線30の決定方法を示す。
【図14】図14は、点群データ4から生成された自由曲面31、32、及びフィレット面33を示す。
【図15】図15は、本発明によるフィレット作成方法の実施の第2形態を示す。
【図16】図16は、R中心点34の決定方法を示す。
【図17】図17は、R頂点37の決定方法を示す。
【図18】図18は、R頂点線38の決定方法を示す。
【図19】図19は、本発明によるフィレット作成方法の実施の第3形態を示す。
【図20】図20は、実施の第3形態における仮想点29及びR頂点37の決定方法を示す。
【図21】図21は、従来の面データ作成方法を示す。
【符号の説明】
1:3次元形状測定装置
2:3次元CAD装置
3:クレイモデル
4:点群データ
5:インターフェース
6:記憶装置
7:演算装置
8:入力装置
9:表示装置
10:設計システム
11:クラウド
12、13:R止まり線
14、15:構成点
16:メッシュ
17:点
18:3角形要素
19:垂直平面
21:交線
22:第1分割点
23:第2分割点
24:中間交線
25:第1部分交線
26:第2部分交線
27:第1延長線
28:第2延長線
29:仮想点
30:仮想線
31、32:自由曲面
33:フィレット面
34:R中心点
35、36:法線
37:R頂点
38:R頂点線
39:延長線交点
40:直線
41:線分
Claims (7)
- (a)モデリング対象面の形状を、前記モデリング対象面の上にある複数の点の座標によって示す点群データを取得するステップと、
(b)フィレット面の外延を規定する第1R止まり線と第2R止まり線とを定めるステップと、
(c)前記第1R止まり線に垂直な垂直平面を複数定めるステップと、
(d)前記垂直平面のそれぞれについて、前記点群データに基づいて、前記点の集合と前記垂直平面とが交差する位置にある交線を求めるステップと、
(e)前記交線と前記第1R止まり線とが交わる第1分割点と、前記交線と前記第2R止まり線とが交わる第2分割点とを求めるステップと、
(f)前記垂直平面のそれぞれについて、前記交線を、前記第1分割点と前記第2分割点との間にある中間部分交線、前記第1分割点において前記中間部分交線に接続する第1部分交線、及び、前記第2分割交点において前記中間部分交線に接続する第2部分交線に分割するステップと、
(g)前記垂直平面のそれぞれについて、前記第1部分交線を、前記垂直平面内で前記第1分割点の側に外挿して第1延長線を定めるステップと、
(h)前記垂直平面のそれぞれについて、前記第2部分交線を、前記垂直平面内で前記第2分割点の側に外挿して第2延長線を定めるステップと、
(i)前記垂直平面のそれぞれについて、前記第1延長線と前記第2延長線とが交わる延長線交点を求め、前記延長線交点に基づいて仮想点を定めるステップと、
(j)前記仮想点を滑らかに結ぶ仮想線を定めるステップと、
(k)前記仮想線に基づいて、前記フィレット面を定めるステップ
とを備えた
フィレット作成方法。 - 請求項1に記載のフィレット作成方法において、
前記仮想点は、前記延長線交点に一致する
フィレット作成方法。 - 請求項1に記載のフィレット作成方法において、
更に、
(l)前記垂直平面のそれぞれについて、前記第1分割点における前記第1部分交線に垂直で、且つ、前記垂直平面の上にある第1法線を求めるステップと、
(m)前記垂直平面のそれぞれについて、前記第2分割点における前記第2部分交線に垂直で、且つ、前記垂直平面の上にある第2法線を求めるステップと、
(n)前記垂直平面のそれぞれについて、前記第1法線と前記第2法線とが交わる点をR中心点と定めるステップと、
(o)前記垂直平面のそれぞれについて、前記交線と、前記延長線交点と前記R中心点とを通る直線とが交わる点をR頂点として定めるステップと、
(p)前記R頂点を滑らかに結ぶR頂点線を定めるステップ
とを備え、
前記フィレット面は、前記R頂点線に基づいて定められる
フィレット作成方法。 - 請求項3に記載のフィレット作成方法において、
前記(i)ステップは、
(q)前記延長線交点と前記R頂点とを結ぶ線分の上に、前記仮想点を定めるステップ
を含む
フィレット作成方法。 - (a)モデリング対象面の形状を、前記モデリング対象面の上にある複数の点の座標によって示す点群データを取得するステップと、
(r)入力装置になされた操作に応答して、フィレット面の外延を規定する第1R止まり線と第2R止まり線とを定めるステップと、
(c)前記第1R止まり線に垂直な垂直平面を複数定めるステップと、
(d)前記垂直平面のそれぞれについて、前記点群データに基づいて、前記点の集合と前記垂直平面とが交差する位置にある交線を求めるステップと、
(e)前記交線と前記第1R止まり線とが交わる第1分割点と、前記交線と前記第2R止まり線とが交わる第2分割点とを求めるステップと、
(f)前記垂直平面のそれぞれについて、前記交線を、前記第1分割点と前記第2分割点との間にある中間部分交線、前記第1分割点において前記中間部分交線に接続する第1部分交線、及び、前記第2分割交点において前記中間部分交線に接続する第2部分交線に分割するステップと、
(g)前記垂直平面のそれぞれについて、前記第1部分交線を、前記垂直平面内で前記第1分割点の側に外挿して第1延長線を定めるステップと、
(h)前記垂直平面のそれぞれについて、前記第2部分交線を、前記垂直平面内で前記第2分割点の側に外挿して第2延長線を定めるステップと、
(i)前記垂直平面のそれぞれについて、前記第1延長線と前記第2延長線とが交わる延長線交点を求め、前記延長線交点に基づいて仮想点を定めるステップと、
(j)前記仮想点を滑らかに結ぶ仮想線を定めるステップと、
(k)前記仮想線に基づいて、前記フィレット面を定めるステップ
とをコンピューターに実行させる
3次元CADプログラム。 - 請求項5に記載の3次元CADプログラムにおいて、
更に、
(l)前記垂直平面のそれぞれについて、前記第1分割点における前記第1部分交線に垂直で、且つ、前記垂直平面の上にある第1法線を求めるステップと、
(m)前記垂直平面のそれぞれについて、前記第2分割点における前記第2部分交線に垂直で、且つ、前記垂直平面の上にある第2法線を求めるステップと、
(n)前記垂直平面のそれぞれについて、前記第1法線と前記第2法線とが交わる点をR中心点と定めるステップと、
(o)前記垂直平面のそれぞれについて、前記交線と、前記延長線交点と前記R中心点とを通る直線とが交わる点をR頂点として定めるステップと、
(p)前記R頂点を滑らかに結ぶR頂点線を定めるステップ
とを前記コンピュータに実行させ、
前記(k)ステップは、
(s)前記仮想線と前記R頂点線とに基づいて前記フィレット面を定めるステップを含む
3次元CADプログラム。 - 請求項6に記載の3次元CADプログラムにおいて、
更に、
(t)入力装置を介してパラメータを受け取るステップ
を前記コンピュータに実行させ、
前記(i)ステップは、
(q)前記延長線交点と前記R中心点とを結ぶ線分の上に、前記仮想点を定めるステップ
を含み
前記仮想点の位置は、前記パラメータに基づいて定められる
3次元CADプログラム。
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