JPH10277882A

JPH10277882A - 立体作成装置

Info

Publication number: JPH10277882A
Application number: JP10280397A
Authority: JP
Inventors: Koji Fujiwara; 浩次藤原
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1997-04-04
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 1998-10-20
Anticipated expiration: 2017-04-04
Also published as: JP3582293B2

Abstract

(57)【要約】【課題】加工時間の短い立体作成装置を提供する。【解決手段】立体物の３次元形状データを測定し、得
られた形状データに基づいて素材を加工して、立体複製
物を作成する立体物作成装置において、測定された３次
元形状データを所定方向（たとえば奥行き方向）に圧縮
し、圧縮された３次元形状データに基づいて材料を加工
し、立体物を作成する。形状データを奥行き方向に圧縮
することにより加工部分を少なくし、加工時間を短縮す
る。また、背景部に所定形状データを合成する立体物作
成装置において、極端に奥行きが深い部分（背景部）に
ついては、所定のデータ（奥行きの浅いデータ）に変換
することにより、加工時間を短縮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元形状データ
に基づいて立体物を作成する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】立体物の複製において、立体物の３次元
形状データを測定し、次に、得られた形状データに基づ
いて素材を加工する。これにより立体複製物が作成され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】３次元形状データか
ら、たとえば切削加工などで材料を加工する場合、奥行
き方向の凹凸が大きいと、材料の加工に時間がかかると
いう問題がある。特に、立体物を３次元で測定し、その
場で加工して複製物を提供する装置においては、すぐに
複製物を提供するという即時性が重要である。したがっ
て、加工時間を短縮することが望ましい。また、立体物
をその背景と合成して加工する立体作成装置において
も、背景の奥行きが深いので加工に時間がかかるという
問題がある。

【０００４】本発明の目的は、加工時間の短い立体作成
装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の立体
作成装置は、物体の３次元形状を測定して３次元形状デ
ータを生成する立体測定部と、立体測定部により得られ
た３次元形状データを所定方向（たとえば奥行き方向）
に圧縮する圧縮手段と、圧縮手段により圧縮された３次
元形状データに基づいて材料を加工し、立体物を作成す
る加工機（たとえば切削装置）とを備える。この装置で
は、形状データを奥行き方向に圧縮することにより加工
部分を少なくし、加工時間を短縮する。本発明に係る第
２の立体作成装置は、物体の３次元形状を測定して３次
元形状データを生成する立体測定部と、３次元形状デー
タの背景部分を検出する検出手段と、この背景部分を所
定形状データに変換して物体の３次元形状データと合成
するデータ変換手段と、データ変換手段により合成され
た３次元形状データに基づいて材料を加工し、立体物を
作成する加工機とを備える。この装置では背景部に所定
形状データを合成する。３次元形状データについて、極
端に奥行きが深い部分（背景部）については、所定のデ
ータ（奥行きの浅いデータ）に変換することにより、加
工時間を短縮する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明による実施形態について説明する。図１は、立体複製
物作成装置の斜視図である。この装置は、その前に立つ
人（ユーザー）の顔の立体複製物をその場で加工する。
立体複製物には種々のものが考えらえるが、たとえば四
角形の板からユーザーの顔の前半部の複製物が突き出て
いるような立体物である。３次元複製物に背景部分を合
成することもできる。この作成装置は、立体複製物をそ
の場で加工し提供する。立体複製物作成装置の箱１０の
前面に、投光窓１２と受光窓１４が設けられる。ユーザ
ーが、箱１０の前に立つと、投光窓１２から投光された
光が、人の顔により反射され、受光窓１４により受光さ
れる。これにより、顔の３次元形状データが測定され
る。ユーザーの姿勢すなわち構図が決まると、ユーザー
の顔が３次元で測定される。得られた３次元像は、表示
装置１６に表示される。ユーザーがこの構図に不満であ
ると、新たに異なった構図をとり、再び顔の測定と表示
がなされる。操作パネル１８により、ユーザーが表示装
置１６に表示された３次元像でよいとの確認の指示をす
ると、箱１０の内部に設けられた加工装置により立体複
製物が加工される。ユーザーは、作成された立体複製物
を取出口２０から取り出す。３次元像の測定は、本実施
形態では光切断法を用いるが、パターン光投影法、ステ
レオ視方式、干渉縞方式などを用いてもよい。

【０００７】図２は、立体複製物作成装置の機器構成を
示すブロック図である。立体複製物作成装置の全体の制
御をする制御部３０に、表示装置（モニタを含む）１
６、操作部５０、測定部６０および加工部７０が接続さ
れる。制御部３０は、メインコントローラ３２を備え、
特性データ記憶部３４、データ変換部３６、加工データ
作成部３８を備える。また、立体複製物の取り出しを検
出する取出口センサ４０が取出口２０に設置され、メイ
ンコントローラ３２に接続される。操作部５０は、操作
パネル１８を備える。測定部６０は、３次元測定部６４
（投光窓１２と受光窓１４を備える）と２次元画像撮像
部６６（投光窓１２と受光窓１４を共用する）６６とを
備え、これらは測定機コントローラ６２により制御され
る。加工部７０は、加工機コントローラ７４により制御
される加工機７２を備え、加工機７２は、材料供給機７
６から供給される素材を加工する。なお、測定器コント
ローラ６２と加工機コントローラ７４の機能をメインコ
ントローラ３２に持たせ、メインコントローラ３２によ
りすべてを制御するようにしてもよい。

【０００８】図３は、操作パネル１８を示す。操作パネ
ル１８には、スタートボタン５０、確認ボタン５２、キ
ャンセルボタン５４が備えられる。さらに、表示装置１
６にジョイスティック５６（図式的に示す）が備えられ
る。スタートボタン５０は、構図を決めたときに押さ
れ、確認ボタン５２は、３次元表示を確認するときに押
され、キャンセルボタン５４は、３次元表示がユーザー
が想像していたのと異なる場合に再度別の構図をとるた
めに押される。ジョイスティック５６は、表示装置１６
に３次元画像を３次元の様々な方向で回転して表示する
場合に、画像の回転を指示するために備えられる。

【０００９】図４は、押出方式の加工部７０の加工機７
２と材料供給機７６の斜視図である。加工用の材料は、
加工テーブル２００において、２個の位置決め治具２０
２とクランプ治具２０４により固定される。加工用工具
２０６は、ドリル２０８で材料を切削する。８種の材料
が材料供給機７６の２つの材料ストック部２１０に備え
られる。材料ストック部２１０において８種の加工用材
料は、それぞれエレベータ２２０の上に積み重ねられ、
最上層の材料が押し出し工具２１８により移送路２１２
へ押し出される（矢印参照）。押出し引抜き治具２１４
が、材料ストック部２１０の間に設けた移送路２１２の
端に備えられ、材料ストック部２１０から移送路２１２
に押し出された材料２１６を、加工テーブル２００に押
し出す（矢印参照）。また、押出し引抜き治具２１４
は、加工テーブル２００で加工された材料を引き抜き、
製品取出口２２２から送り出す。なお、押出し引抜き治
具２１４を備える代わりに、移送路２１２自体をすべり
台として材料を移動することができる。

【００１０】図５は、エレベータ方式の加工部７０の加
工機７２と材料供給機７６の変形例の斜視図である。材
料ストック部２５０に６種類の加工用材料が備えられ
る。これらの材料は、左右に３段づつ配置される。材料
ストック部２５０から選択された材料２５２が、材料ス
トック部２５０の間に位置されるエレベータ２４８の台
の上に押し出される。この台には、位置決め治具とクラ
ンプ治具が備えられ、材料２５２を固定する。エレベー
タ２４８が所定位置まで上昇すると、加工用工具２４０
はドリル２４２で材料２５２を切削する。

【００１１】図６は、加工部７０の加工機７２と材料供
給機７６の別の変形例の斜視図である。加工コントロー
ラ７２は、ロボット２６０、素材ストッカー２６４およ
び加工具２７０を制御する。素材ストッカー２６４は、
複数種の材料２６６をストックする。ロボット２６０
は、材料ストッカー２６４から１個の材料２６６を加工
ステージ２６８上に運ぶ。材料２６６は、加工ステージ
２６８上で位置決め治具２７２により加工位置に固定さ
れ、加工具２７０により加工される。加工後は、複製品
は取り出し口２７４に送られる。なお、図４〜図６に示
した加工機は、切削により材料を加工するが、積層造形
法（光造形法を含む）、レーザー加工（熱加工）、成型
加工（加圧など）などを用いて加工してもよい。図４〜
図６に示したように、材料供給機７６からは複数種の材
料のなかから選択された材料が供給される。材料が起伏
のある形状の場合は材料供給機７６内において積み重ね
が難しいが、筒のようなガイドを設けることにより供給
が可能である。これらの材料として、標準的な顔の形状
の素材を複数種用意して、それから選択するようにして
もよい。

【００１２】図７は、制御部３０のメインコントローラ
３２のメインフローを示す。操作パネル１８でスタート
ボタン５０が押されるまで、２次元画像が動画として表
示装置１６に表示される。これにより、ユーザーは所望
の構図を決めることができる。まず、２次元画像撮像部
６６によりユーザーの顔の２次元画像が撮像され（ステ
ップＳ１００）、得られた２次元画像が表示装置１６に
表示される（ステップＳ１０２）。そして、ユーザーが
スタートボタン５０を押すのを待つ（ステップＳ１０
４）。ユーザーが構図に満足するまで、この２次元画像
の表示が繰り返される。ユーザーは、構図を決めると、
操作パネル１８のスタートボタン５０を押す。スタート
ボタン５０の押下が検出されると（ステップＳ１１４で
ＹＥＳ）、２次元画像撮像部６６によりユーザーの顔の
２次元画像が撮像され（ステップＳ１０６）、３次元測
定部６４によりユーザーの顔の３次元画像が測定される
（ステップＳ１０８）。次に測定データについてデータ
処理がなされる（ステップＳ１１０）。ここで、後で説
明するように、奥行き補正により形状データが高さ方向
に圧縮されるので、素材の加工時間が短縮できる。ま
た、後で説明するように、出力したい生成物すなわち３
次元形状モデルについて形状や品質に応じたデータの変
換が行われる。これにより、出力すべき加工生成物（３
次元モデル）の形状（サイズなど）や品質（粗密さ、滑
らかさなど）に応じて形状測定データが自動的に変換さ
れ、形状データ入力から加工までの一連のプロセスが簡
単化される。次に、データ処理後の３次元形状が表示装
置１６に表示され、ユーザーの指示を待つ。この表示に
よりユーザーは、実際に加工される結果を確認できる。
３次元表示としては、影を表示するなどの種々の公知の
手法を用いる。ユーザーが操作パネル１８で確認ボタン
５２を押すと、確認ボタン５２の押下が検出され（ステ
ップＳ１１４でＹＥＳ）、加工動作に移る。しかし、３
次元表示（ステップＳ１１２）の後でユーザーが操作パ
ネル１８でキャンセルボタン５４を押すと（ステップＳ
１１６でＹＥＳ）、フローはステップＳ１００に戻り、
ユーザーは別の構図をとることができる。このように、
データ処理後の画像についてユーザーの確認をまって加
工を始めるので、ユーザーの希望する立体複製物が作成
できるとともに、加工用材料がむだになることがない。
なお、メインコントローラ３２に外部からデータを入力
する画像入力部を設けてもよい。これにより、外部から
対象物の画像データ（または対象物の画像データと色
彩）を入力する。加工は入力データに基づいて行われ
る。

【００１３】図８は、ジョイスティック５６を用いた変
形例のフローを示す。ユーザーは、ジョイスティック５
６により様々な方向からデータ処理後の画像を確認でき
る。図４のデータ処理（ステップＳ１１０）の後で、表
示装置１６に正面（Ｚ方向）からの３次元表示をする
（ステップＳ１４０）。次にユーザーがジョイスティッ
ク５６を作動すると（ステップＳ１４２）、フローは、
ジョイスティック５６からの回転指示信号により分岐す
る。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の回転指示に対応して、Ｘ
方向（ステップＳ１４４）、Ｙ方向（ステップＳ１４
６）、Ｚ方向（ステップＳ１４８）の回転がなされ、そ
れに対応した３次元表示がなされる（ステップＳ１５
０）。こうしてユーザーは様々な方向から立体複製物を
確認できる。ここで、ユーザーが操作パネル１８で確認
ボタン５２を押すと（ステップＳ１５２でＹＥＳ）、図
６のステップＳ１１８に進み加工動作に移る。また、ユ
ーザーが操作パネル１８でキャンセルボタン５４を押す
と（ステップＳ１５４でＹＥＳ）、フローはステップＳ
１００に戻り、ユーザーは別の構図をとることができ
る。

【００１４】図７に戻り説明を続けると、加工において
は、まず、形状データから、加工条件データベースを参
照して加工データが作成される（ステップＳ１１８）。
加工データは加工部７０に送られ、加工部７０では材料
を加工して３次元加工モデルを作成する（ステップＳ１
２０）。加工物が排出され（ステップＳ１２２）、取出
口センサ４０により、加工された生成物が取り出された
ことを検出すると（ステップＳ１２４でＹＥＳ）、フロ
ーは、ステップＳ１００に戻り、次の立体複製物生成を
行なう。

【００１５】以下で、立体複製物の生成についてさらに
詳細に説明する。３次元測定（図７、ステップＳ１１
２）において、立体物（顔）の３次元形状が測定され
る。３次元測定部６４は、図９に示すように、透視投影
面上で格子状に配置された点を通る視線が対象物表面と
初めて交わる点までの（測定部６４からの）距離を測定
する。したがって、形状データは、３次元測定部６４の
所定の位置を座標中心とする３次元直交座標における座
標値と距離値とをもつ、格子状に並んだ点列データとし
て与えられる。また、このとき、測定点が測定範囲外で
あるなどの理由で測定を行えない測定点は、欠損である
印をつけたデータとして格納されている。このように、
本実施形態では透視投影面上でのサンプリングをおこな
ったが、３次元測定において、図１０に示すように、平
行投影面上で格子状に配置された点を通る視線が対象物
表面と初めて交わる点までの（３次元測定部６４から
の）距離を測定してもよい。

【００１６】図１１は、データ処理（図７、ステップＳ
１１０）のフローを示す。ここで、３次元測定部６４に
より入力された形状データに対して、加工時間を短くす
るための処理を含む各種処理がなされる。まず、測定デ
ータについて平滑化処理により、ノイズなどの非正規な
データを除く（ステップＳ２００）。次に、再標本化処
理を行う（ステップＳ２０２）。たとえば、顔が斜めを
向いていた場合などにおいて、入力データを加工方向に
正対させるため、ある方向から平行投影した等間隔の格
子点により整列されたデータに変換する。図１２は、１
例を示す。たとえば人の顔の鼻の下が陰になって測定で
きない場合、顔を上向きにして３次元測定をした後で、
通常の正面を向いた顔を表すようにデータを変換でき
る。格子点が射影された位置に計測点がない場合（たと
えば図１２のａ）には、その周囲の計測値により線形補
完を行う。このとき、射影された方向が加工する際の鉛
直上方となり、それぞれの格子点は、高さのデータを持
つ。また、入力データが透視投影など平行投影でなかっ
た場合などでは、この処理により入力データを平行投影
データに変換できる。

【００１７】次に、補完処理（図１１、ステップＳ２０
４）をおこない、データのない欠損部分を補完する。補
完の方法としては、線形補完、重み付け補完などの種々
の手法が用いられる。たとえば、データの欠損している
部分をすべて固定値で置き換える（単純補完）。固定値
としては、(ａ)あらかじめ定められた値、(ｂ)最小の高
さ、(ｃ)データ外周部の平均値が用いられる。また、欠
損部がデータで完全に囲まれている場合は、周りのデー
タから線形補完をする。また、たとえば、人の顔におけ
る黒い眉や髪などのように、対象の性質から光学式の３
次元測定部６４ではデータが得られない場合がある。こ
のような場合、データが欠損している部分は、所定の３
次元形状データと置き換える。このため、所定の標準顔
データを用意しておき、欠損部ではそのモデルデータを
使用する。この際、位置およびサイズの調整が必要とな
る。この調整では、たとえば、図７のステップＳ１０６
で得られたカラー画像の両目と口に対応する３次元形状
データ中の三角形を、モデルの対応する三角形と同じに
なるような線形変換をする。この合成は、顔の欠損部分
に限らず、任意の３次元形状データを使用することが可
能である。

【００１８】次に、高さ圧縮処理（図１１、ステップＳ
２０６）をおこない、形状データを奥行き方向に圧縮
し、高さ方向の範囲を元のデータより狭くする。奥行き
方向の凹凸が大きいと加工時間が長くなるが、奥行き方
向に圧縮することにより加工部分を少なくして、加工時
間を短縮できる。また、極端に奥行きが深い部分（背景
部）について、所定のデータ（奥行きの浅いデータ）に
変換することにより、同様に加工部分を少なくして加工
時間を短縮できる。以下に、高さ圧縮について詳細に説
明する。高さ圧縮の手法は、加工対象の性質に応じて適
切なものを採用する。高さ圧縮の手法には、一様圧縮処
理と非一様圧縮処理とがある。一様圧縮処理には、たと
えば図１３〜１７に示すような種々のアルゴリズムが用
いられる。一様圧縮では、各格子点ｉにおける高さｚ_i
を、Ｚ＝ｆ(ｚ_i)なる関数により変換した値に置き換え
る。１つの手法は、線形変換ｆ₁(z)＝ａｚ＋ｂ（ここに
ｚが高さ、ａ，ｂが定数であり、０＜ａ＜１である）で
ある。図１３は、線形変換の一例（ｆ₁(ｚ)＝０.５ｚ）
を示す。

【００１９】図１４と図１５は、非線形連続変換の例を
示す。特に人の顔などのデータでは、特徴的な部分は高
いところ（３次元データ入力時には３次元測定部からみ
て手前側であったところ）に集中していると考えられる
ので、低い部分では圧縮の度合を大きくする。１つの手
法は、二乗変換ｆ₂(z)＝ａ(ｚ−ｂ)²＋ｃ（ここにｚが
高さ、ａ，ｂ，ｃが定数であり、０＜ａである）であ
る。図１４は、二乗変換の１例（ｆ₂(z)＝０.００５
ｚ²）を示す。他の１つの手法は、指数変換ｆ₃(ｚ)＝ｃ
ｂ^az＋ｄ（ここに１＜ａである）である。図１５は、指
数変換の１例（ｆ₃(ｚ)＝８＊１.０２^z）を示す。図１
６と図１７は、不必要な部分を削除する非線形不連続変
換の例を示す。１つの手法は、次の式で示される中抜き
変換である。ｆ₄(ｚ)＝ｚここに、ｚ＜ｄ₁ ＝ｄ₁ ここに、ｄ₁≦ｚ≦ｄ₂ ＝ｚ＋ｄ₁−ｄ₂ ここに、ｄ₂＜ｚこの変換は、たとえば、人の顔において、耳からほおま
でを省くために用いられる。図１６は、ｄ₁＝２０、ｄ₂
＝６０の例を示す。他の１つの手法は、たとえば次の式
で示されるクリッピング処理であり、所定範囲外のデー
タは一定値にされる。図１７は、クリッピング処理の１
例を示す。ｆ₅(ｚ)＝０ここに、ｚ＜３０＝ｚここに、３０≦ｚ≦８０＝５０ここに、８０＜ｚ所定値以下のデータｚは０にされ、また、所定値以上の
データｚは一定値にされる。

【００２０】また、非一様圧縮処理では、各格子点ｉに
おける高さｚ_iを、Ｚ＝ｇ(ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i)なる関数によ
り変換した値に置き換える。ここにｘ，ｙは格子の座標
である。特に人の顔などのデータでは、特徴的な部分は
中心に集中していると考えられるので、端の部分では圧
縮の度合を大きくする。なお、この際にはデータの中心
となる部分を３次元データやカラー画像データから推定
する必要がある。たとえば、ｘ，ｙデータの重心、また
は、顔などのときはカラー画像から抽出した両目と口と
で構成される３角形に対応する３次元データの重心をデ
ータの中心とする。または、データを入力する際に、対
象物の中心が所定位置にくるように位置決めをすること
が必要となる。１つの手法は点対称変換である。次の式
は点対称変換の１例を示す。ｇ₁(ｚ)＝ｚｆ(ｃ−((ｘ−ａ)²＋(ｙ−ｂ)²)^1/2）ここに、ｆは上述の一様圧縮変換で説明した関数のいず
れかであり、ｙ＝ｂはデータ中心の座標である。また、
他の１つの手法は線対称変換である。次の式は線対称変
換の１例を示す。ｇ₂(ｚ)＝ｚｆ（ｃ−|ｙ−ｂ|）ここに、ｆは上述の一様圧縮変換で説明した関数のいず
れかであり、(ｘ，ｙ)＝(ａ，ｂ)はデータ中心の座標で
ある。たとえば顔の左右について線対象変換をおこな
う。なお、一様圧縮変換と非一様圧縮変換とを併用する
こともできる。たとえば、次の式が１例を示す。ｇ₃(ｚ)＝ｆ(ｚ)ｆ(ｃ−((ｘ−ａ)²＋(ｙ−ｂ)²)^1/2）ここに、ｆは上述の一様圧縮変換で説明した関数のいず
れかである。

【００２１】図１１に戻り説明を続けると、次に、３次
元形状データの背景部分を検出する（ステップＳ２０
８）。極端に奥行きが深い部分（背景部）について所定
の奥行きの浅いデータに変換することにより、加工時間
を短縮する。次に、この背景部分を所定形状データに変
換して物体の３次元形状データと合成する（ステップＳ
２１０）。この所定形状データは、一定の高さのデータ
としてもよいし、凹凸のある形状データでもよい。さら
には、別の立体物、たとえば花や木などの形状データを
用いてもよい。背景検出の具体例としては、測定物の後
をブルーバックとしておき、奥行きが所定値以上かつそ
の領域の２次元画像の色がブルーであれば背景であると
判定する。

【００２２】次に、３次元モデルの形状や品質の特性に
基づいた３次元形状データの変換について説明する（図
１１、ステップＳ２１２〜Ｓ２１６）。まず、サイズ調
整（図１１、ステップＳ２１２）をおこない、データが
加工できる範囲内または加工物の大きさに応じて、座標
値に定数を乗じることにより、スケールを調整する。図
１８に示すように、左側のデータを右側のデータに変換
し、加工物の大きさ（破線で示す）に対応させる。図１
９は、サイズ調整の１例であるサイズ変換のフローを示
す。３次元測定部６４より入力した３次元測定データに
ついて形状解析をする（ステップＳ２２０）。形状解析
の結果として算出した対象物の大きさ（縦、横、奥行
き）と特性データ記憶部にて設定している出力モデルの
形状サイズとを比較し、対象物を出力モデルサイズに合
わせ込む３次元形状の倍率を変換する（ステップＳ２２
２）。この倍率を用いて３次元形状データを出力モデル
サイズに倍率を変換し、出力モデル形状を生成する。こ
うして作成した出力モデル形状を基に、制御部３０内の
特性データ記憶部３６において設定されている加工条件
により加工データを作成する（図７、ステップＳ１１
８）。この加工データを加工部７０に転送し、３次元加
工を行い、３次元モデルを生成する。こうして、出力す
べき形状と品質に基づき、形状測定データが自動的に変
換されるので、３次元形状データを所定の仕様に簡単に
安定に生成する。

【００２３】図２０は、サイズ変換のフローの変形例で
ある加工サイズ縮小化のフローを示す。このフローで
は、形状データの縦、横、高さの方向にスケールをか
け、一定の大きさの素材に収まるサイズに縮小する。こ
れにより加工部分の体積を減らし、加工時間を短縮す
る。まず、データ形状を入力し（ステップＳ２３０）、
入力された形状データの現状のサイズを認識する（ステ
ップＳ２３２）。次に、標準的に使用する素材のサイズ
（特性データ記憶部３６から読み出す）に合わせ現在の
サイズにスケールをかけ、縦、横、高さを縮小する（ス
テップＳ２３４）。また、特に高さ方向に極端に圧縮さ
せれば、加工速度も高速化できる。

【００２４】次に、解像度変換（図１１、ステップＳ２
１４）をおこない、加工機７２の精度に合わせて格子の
幅の違う格子点で再標本化する。この処理は、ステップ
Ｓ２０２の再標本化とほぼ同様であるが、投影する方向
はｚ方向（鉛直上方）に固定されている。図２１に示す
ように、左側に示されるデータの格子点を、右側に示す
加工機の格子点に合わせる。解像度は、ステップＳ２０
８でサイズを加工に応じて調整した後で、解像度に併せ
て形状データを変換するので、加工機７２の加工精度の
ほうが粗くても、適切な形状データが得られる。

【００２５】図２２は、解像度変換（図１１、ステップ
Ｓ２１４）のためのデータ数変換のフローを示す。サイ
ズ出力モデルの形状品質を、構成点群を点間ピッチとベ
クトル変化量で定義し、ベクトル変化量に対応する点間
ピッチ範囲を特性データ記憶部３６から読み出して設定
する。点間ピッチがその範囲からはずれる場合、範囲内
に入るようにデータ変換（解像度変換）を行う。図２２
のフローでは、図１９で得られた倍率に対応した形状デ
ータを解析し形状データの点間ピッチとベクトル変化量
を得る（ステップＳ２４０）。点間ピッチと、ベクトル
変化量に応じて設定された点間ピッチ範囲とから、設定
された範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ２４
２）。この判断は、入力装置が確定していない場合に必
要になる。測定器や測定条件によって解像度が変わるた
めである。もし設定された範囲内になければ、データを
変換する（ステップＳ２４４）。ベクトル変化量の大き
い複雑な部分は、ピッチとして大きな値の範囲が設定さ
れ、ベクトル変化量の小さい部分はピッチとして小さな
値の範囲が設定され、いずれの場合も、ピッチが小さす
ぎるときは、データを間引いてピッチを大きくし、ピッ
チが大きすぎる場合、データを補間してピッチを小さく
して範囲内になるようにする。

【００２６】測定された形状データが充分な解像度の場
合、間引く処理だけを行うことでよい。以下は、その例
である。図２３は、データ数変換のための形状データの
間引きのフローを示す。このフローでは、必要とされる
形状精度（上記の点間ピッチ、ベクトル変化量）などに
応じて、省略できるデータを間引く。これにより高速な
加工を行うことができる。まず、入力された形状データ
の細かさ（点間ピッチ、ベクトル変化量）を認識する
（ステップＳ２６０）。次に、認識された点間ピッチ、
ベクトル変化量を、ベクトル変化量に対応したピッチ範
囲と比較し（ステップＳ２６２）、データの間引きが可
能であれば、間引きをおこなう（ステップＳ２６４）。
データ処理において、最後に、位置合わせ（図１１、ス
テップＳ２１６）をおこなう。３次元データの基準位置
が加工範囲の基準位置にあうように座標原点を平行移動
する。

【００２７】次に、加工データ作成（図７、ステップＳ
１１８）について説明する。加工部７０の材料供給部７
６には、複数種類の素材が用意されている。そこで、入
力された形状データの特徴を抽出し、それに近い形状の
素材を選択して使用する。これにより、加工する部分の
体積を減らし、加工時間を短くする。また、素材形状を
決定するための粗加工が不要になり、加工時間を短くで
き、工具の寿命も長くなる。特徴としては種々の量があ
げられるが、以下の例では、パターンマッチングを用
い、形状データのパターンと素材のパターンを比較し、
最も近いパターンの素材を選択する。図２４は、加工デ
ータ作成のフローの１例を示す。３次元測定部６４によ
り得られたデータは、データ処理により形状データ（座
標データ）に変換されている。ここで、形状データをパ
ターン化し、素材データベース（ＤＢ）に記憶されてい
る素材の形状データ（素材パターン）と比較できるレベ
ルにして、形状データと素材の形状データとを比較し、
特徴を抽出する（ステップＳ３００）。たとえば、高さ
方向の差の合計を求める。そして、この比較に基づいて
素材の形状を決定する（ステップＳ３０２）。たとえば
差の合計が最も小さい素材を選択する。次に、素材形状
決定の際の偏差値を偏差基準値と比較し（ステップＳ３
０４）、偏差基準値より大きい場合は、特性データ記憶
部の加工条件データベースを参照して、粗取り加工用の
加工データを作成する（ステップＳ３０６）。次に、加
工条件データベースを参照して、仕上げ用加工データを
作成する（ステップＳ３０８）。なお、粗取り用と仕上
げ用の加工データは、加工機７２の動き方を示すデータ
である。加工部７０は、決定された素材を加工位置へ搬
送し、加工データに基づいて加工する（ステップＳ１２
０）。上述のフローでは、偏差基準値を越える部分につ
いて粗削りをするが、粗削りを行わずに、その部分の加
工速度を遅くするようにしてもよい。これにより、工具
の負荷が軽減され、加工機の故障を防止できる。

【００２８】加工データ作成（ステップＳ３０６，Ｓ３
０８）には時間がかかる。そこで、時間を短縮するため
に、あらかじめ用意された加工データを使用してもよ
い。図２５は、変形例のフローを示す。まず、形状デー
タの部分ごとにパターンを認識し、部分ごとのパターン
のデータベースを参照して比較し、合致（または類似）
するパターンを検索する（ステップＳ３２０）。次に、
検索されたパターンと、先に決定された素材とを基に、
表１に示すようなパターンごとの加工データのデータベ
ース（テーブル）から加工データを特定し、その加工デ
ータをつなぎ合わせて全体の加工データとする（ステッ
プＳ３２２）。

【表１】

【００２９】また、別の変形実施形態では、加工する素
材を基本パーツの組み合わせから作る。図２６は、この
場合のフローを示す。まず、部分（基本パーツ）ごとに
パターンを認識し、部分ごとのパターンのデータベース
を参照して比較し、合致（または類似）する基本パーツ
を検索する（ステップＳ４００）。次に、先に決定され
た基本パーツを組み合わせ、加工用の素材とする（ステ
ップＳ４０２）。次に、この素材を用いて図２４のステ
ップＳ３０４に進み、加工データを作成し、加工をおこ
なう。

【００３０】

【発明の効果】所定方向にデータを圧縮した後で加工を
行うので、加工時間が短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】立体複製物作成装置の斜視図である。

【図２】立体複製物作成装置のブロック図である。

【図３】操作パネルの平面図である。

【図４】加工部の斜視図である。

【図５】加工部の変形例の斜視図である。

【図６】加工部の他の変形例の斜視図である。

【図７】メインコントローラのメインフローチャート
である。

【図８】変形例におけるメインコントローラのメイン
フローチャートである。

【図９】透視投影面上でのサンプリングを示す図であ
る。

【図１０】平行投影面上でのサンプリングを示す図で
ある。

【図１１】データ処理のフローチャートである。

【図１２】再標本化を説明するための図である。

【図１３】高さ圧縮処理の１例の図である。

【図１４】高さ圧縮処理の１例の図である。

【図１５】高さ圧縮処理の１例の図である。

【図１６】高さ圧縮処理の１例の図である。

【図１７】高さ圧縮処理の１例の図である。

【図１８】サイズ調整と位置合わせを示す図である。

【図１９】サイズ変換のフローチャートである。

【図２０】形状縮小化のフローチャートである。

【図２１】解像度変換を示す図である。

【図２２】データ間引きのフローチャートである。

【図２３】データ数変換のフローチャートである。

【図２４】加工データ作成のフローチャートである。

【図２５】加工データ作成のフローチャートである。

【図２６】加工データ作成のフローチャートである。

【符号の説明】

１６表示部、３０制御部、３４データ処理
部、３６特定データ記憶部、３８加工データ生
成部、５０操作部、６４３次元測定部、７０
加工部、７２加工機、７６材料供給機。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体の３次元形状を測定して３次元形状
データを生成する立体測定部と、立体測定部により得られた３次元形状データを所定方向
に圧縮する圧縮手段と、圧縮手段により圧縮された３次元形状データに基づいて
材料を加工し、立体物を作成する加工機とを備えること
を特徴とする立体作成装置。
【請求項２】請求項１に記載した立体作成装置におい
て、上記の加工機は切削装置であり、上記の所定方向は切削
の奥行き方向であることを特徴とする立体作成装置。
【請求項３】物体の３次元形状を測定して３次元形状
データを生成する立体測定部と、３次元形状データの背景部分を検出する検出手段と、この背景部分を所定形状データに変換して物体の３次元
形状データと合成するデータ変換手段と、データ変換手段により合成された３次元形状データに基
づいて材料を加工し、立体物を作成する加工機とを備え
ることを特徴とする立体作成装置。