JP2009122972A - 形状検査装置および形状検査プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】CADシステム上で動作する形状検査装置を用いて、三次元形状データによって特定される立体形状を画面表示し、その表示画面上にて前記立体形状を成型加工する際の抜き方向の指定および前記立体形状における凸状または凹状の形状部分の一構成面の指定を行い(S201)、指定された抜き方向と一構成面とから前記形状部分についての形状寸法値を算出し(S207,S208)、算出した形状寸法値を所定規格値と比較して当該形状寸法値を有する前記形状部分が所定形状条件に合致するか否かを判定する(S208,S209)。
【選択図】図3
Description
また、異常有無の判定は、CADシステムが備える標準的な機能(2点間の距離計測機能等)を利用して行うことも考えられるが、その場合には製品形状の形状構成要素(面、線、点等)を選択指定する必要が生じるため、特に製品形状が複雑であると、選択指定の誤りや形状構成要素見落とし等の人為的ミスが発生する可能性がある。
請求項1に係る発明は、三次元形状データによって特定される立体形状を画面表示する形状表示手段と、前記形状表示手段が表示する画面上にて前記立体形状を成型加工する際の抜き方向を指定する方向指定手段と、前記形状表示手段が表示する画面上にて前記立体形状における凸状または凹状の形状部分の一構成面を指定する面指定手段と、前記方向指定手段で指定された抜き方向と前記面指定手段で指定された一構成面とから前記形状部分についての形状寸法値を算出する寸法算出手段と、前記寸法算出手段が算出した形状寸法値を所定規格値と比較して当該形状寸法値を有する前記形状部分が所定形状条件に合致するか否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする形状検査装置である。
請求項2に係る発明は、前記判定手段で前記所定形状条件に合致しないと判定された形状部分を前記立体形状における他の形状部分と識別可能な態様で画面表示する判定結果表示手段を備えることを特徴とする請求項1記載の形状検査装置である。
請求項3に係る発明は、前記一構成面が、前記形状部分の一側面であることを特徴とする請求項1または2記載の形状検査装置である。
請求項4に係る発明は、前記形状部分が、凸状に形成されたリブ構造部分であることを特徴とする請求項1、2または3記載の形状検査装置である。
請求項5に係る発明は、複数の形状部分についての一括処理を指定する一括処理指定手段と、前記一括処理指定手段での一括処理指定があると前記面指定手段で指定された一構成面と並設された構成面を有する形状部分を抽出する並設部分抽出手段とを備えるとともに、前記寸法算出手段および前記判定手段は、前記面指定手段で指定された一構成面を有する形状部分に加えて、前記並設部分抽出手段が抽出した形状部分についても、前記形状寸法値の算出対象および前記所定形状条件に合致するか否かの判定対象とすることを特徴とする請求項1、2、3または4記載の形状検査装置である。
請求項6に係る発明は、コンピュータを、三次元形状データによって特定される立体形状を画面表示する形状表示手段と、前記形状表示手段が表示する画面上にて前記立体形状を成型加工する際の抜き方向を指定する方向指定手段と、前記形状表示手段が表示する画面上にて前記立体形状における凸状または凹状の形状部分の一構成面を指定する面指定手段と、前記方向指定手段で指定された抜き方向と前記面指定手段で指定された一構成面とから前記形状部分についての形状寸法値を算出する寸法算出手段と、前記寸法算出手段が算出した形状寸法値を所定規格値と比較して当該形状寸法値を有する前記形状部分が所定形状条件に合致するか否かを判定する判定手段として機能させることを特徴とする形状検査プログラムである。
請求項2に係る発明によれば、判定結果表示手段による画面表示結果を参照することで、所定形状条件に合致しないと判定された形状部分について、容易かつ的確に認識することができる。
請求項3に係る発明によれば、凸状または凹状の形状部分において、最も特徴的で、かつ、認識し易いと考えられる当該形状部分の一側面を、当該形状部分の一構成面として指定することになるので、当該指定を容易かつ的確に行えるようになる。
請求項4に係る発明によれば、所定形状条件に合致しない場合の悪影響が大きいと考えられる立体形状のリブ構造部分を判定対象とすることで、当該悪影響の排除が実現可能となる。
請求項5に係る発明によれば、面指定手段で指定された一構成面と並設された構成面を有する形状部分についても、当該一構成面を有する形状部分と同様に、纏めて処理されるので、例えば複数の並設された形状部分を備える立体形状が処理対象となるときであっても、各形状部分についての一括処理を指定しない場合に比べて、処理迅速化が実現可能になるとともに、その処理のために必要な作業の簡略化も実現可能となる。
図1は、判定処理対象となる形状部分の一具体例であるリブ構造部分を示す説明図である。
一般に、立体形状を有する製品構成部品は、図1(a)に示すように、当該部品のソリ防止や強度(剛性)確保等のために、凸状の形状部分であるリブ構造部分(以下、単に「リブ」という)1を有したものがある。
ただし、リブ1の高さを過大にしたり肉厚を大きくし過ぎたりすると、当該部品の表面には、凹みや歪み等のいわゆるヒケが生じるおそれがある。また、金型を利用した成型加工を経て当該部品を形成する場合であれば、その金型製作の都合上または成型加工の都合上により、リブ1の形状にも、一定の制約条件が与えられる。
これらのことから、リブ1については、設計段階にて、その形状が所定形状条件に合致するか否か、さらに詳しくは図1(b)に示すリブ1の高さh、先端幅w1、根元幅w2と根元肉厚tとの比w2/tおよび側面の勾配θの各寸法値が、所定規格値によって特定される許容範囲内にあるか否かを判定する。
図2は、本発明に係る形状検査装置を含むシステム構成例を示す説明図である。
図例のシステムは、コンピュータ装置、ディスプレイ装置、キーボード装置等が組み合わされてなるCADシステム11と、これに有線または無線の通信回線を介して接続するライセンスサーバ12と、を備えて構成されている。そして、CADシステム11には、形状検査装置20としての機能が設けられている。
形状検査装置20は、システムコントロール部21、チェック実施部22、チェック結果管理部23および三次元(以下「3D」と略す)データ管理部24としての機能を有している。ただし、3Dデータ管理部24については、CADシステム11上で機能するものであれば、形状検査装置20が有する機能でなくてもよい。
図3は、形状検査装置20における判定処理の手順の一例を示すフローチャートである。
図4は、抜き方向入力および側面入力の操作具体例を示す説明図である。
既に説明したように、形状検査装置20は、CADシステム11の起動後、チェック対象モデルの3Dデータを読み込むと、その3Dデータによって特定される立体形状をディスプレイ装置に画面表示させる。
その状態で、リブについての判定処理を行うためのリブチェックボタンをシステム利用者がメニューから選択して押下すると、形状検査装置20は、図4(a)に示すようなウインドウ画面をディスプレイ装置に表示させて、システム利用者に抜き方向入力を行わせる。具体的には、当該ウインドウ画面を用いて、抜き方向となるベクトルをシステム利用者に指定させるようにする。なお、ベクトル指定は、選択指定面の法線ベクトルを抽出したり、選択指定された2点を結ぶベクトル成分を抽出する、といった公知の技術を利用して行うことが考えられる。
さらに、形状検査装置20は、図4(b)に示すように、処理対象となるリブ1についての側面入力をシステム利用者に行わせる。具体的には、画面表示されたチェック対象モデル中で、処理対象となるリブ1における一つの側面1aに、カーソルを合わせてクリックするといった手順を経ることで、当該一つの側面1aを指定させることが考えられる。
図5は、面自動抽出の具体例を示す説明図である。
面自動抽出を行う場合において、図例のように、あるリブを構成する一側面1aが側面入力によって選択指定されると、形状検査装置20は、その一側面1aにおける補正法線ベクトルV1′を求める。補正法線ベクトルV1′とは、当該一側面1aの法線ベクトルに角度補正を施したもので、抜き方向入力で指定されたベクトルと直交方向に延びるベクトルのことをいうが、その角度補正についてはその詳細を後述する。補正法線ベクトルV1′を求めると、次いで、形状検査装置20は、当該補正法線ベクトルV1′と方向が反対であるマイナスベクトルV2′を求める。そして、各ベクトルV1′,V2′を求めたら、形状検査装置20は、一側面1aが選択指定された際の指定点(クリック箇所)または当該一側面1aの全面領域から、各ベクトルV1′,V2′に沿って、仮想的な投影ビームを照射する。これにより、形状検査装置20は、チェック対象モデルを構成する各面の中で、当該一側面1aと同じ向きの面(ベクトルV1′の方向が外方側となる面)で、かつ、投影ビームと交差する面の全てを、当該一側面1aの並設面として抽出して取得する。さらには、取得した並設面と反対側の対向面(ベクトルV2′の方向が外方側となる面)を認識するとともに、当該並設面と対向面との間の距離を算出し、その算出結果が所定幅以下のものを、当該一側面1aを有するリブに並設されたリブとして抽出して取得する。各面の間の距離が所定幅を超えているとリブとは認められず、リブ以外のものが抽出取得結果に含まれてしまうのを回避するためである。
以上のような処理動作を行うことで、形状検査装置20では、あるリブを構成する一側面1aが選択指定されると、当該一側面1aに並設された構成面を有する全てのリブを、当該あるリブの並設リブとして抽出することになる。
リブの高さhの算出にあたり、形状検査装置20は、先ず、図6(a)に示すように、上下端点の認識を行う。すなわち、形状検査装置20は、リブを構成する選択面(側面入力で指定された一側面または面自動抽出で抽出取得した並設面)1bにおける全エッジ(選択面1bの端縁を構成する全ての線分)を取得し、さらに各エッジの全端点を取得する。そして、チェック対象モデルが存在する座標空間内の任意の点(例えば座標原点O)から全端点のそれぞれに向けてベクトルV1〜V4を生成し、各ベクトルV1〜V4と抜き方向入力で指定された抜き方向ベクトルV0との内積値を算出する。このとき、ベクトルの内積値は、各ベクトルの向きが近いほど大きく、遠いほど小さいものとなる。したがって、形状検査装置20は、抜き方向ベクトルV0との内積値が最大となったベクトルが結ぶ端点を選択面1bにおける上端点とし、抜き方向ベクトルV0との内積値が最小となったベクトルが結ぶ端点を選択面1bにおける下端点とする。
選択面1bにおける上下端点を認識すると、形状検査装置20は、次に、図6(b)に示すように、上下端エッジの認識を行う。すなわち、形状検査装置20は、例えば下端エッジの場合であれば、下端点に接する選択面1b上の全てのエッジA,Bを認識して、当該下端点から各エッジA,B沿いに、それぞれベクトルVA,VBを作成し、各ベクトルVA,VBと抜き方向入力で指定された抜き方向ベクトルV0との内積値を算出する。そして、内積値が小さいほうを下端エッジとする。上端エッジについても、同様の処理を経て特定すればよい。ただし、上端エッジの場合は、ベクトルV0との内積値が大きいほうとなる。
なお、リブには、図6(c)に示すように、フィレットを有するもの(端部の形状が曲面状のもの)があるが、このようなリブについては、上述した手順で認識した上下端エッジと接線性のある面(曲面状部分を構成する面)を取得し、その面の持つ全エッジを認識して取得した後、当該全エッジを加えて上述した上下端点の認識および上下端エッジの認識を繰り返して行い、当該曲面状部分を構成する面を含んだ状態での上下端エッジを認識することが考えられる。
このようにして、選択面1bにおける上下端エッジを認識した後に、形状検査装置20は、図6(d)に示すように、リブ高さの認識を行う。すなわち、形状検査装置20は、下端エッジの両端点P1,P2から、抜き方向入力で指定された抜き方向ベクトルV0に沿った方向に向けて、直線L1,L2を作成し、各直線L1,L2と上端エッジとの距離を測定する。さらに詳しくは、各直線L1,L2上のいずれかの点と、上端エッジ上のいずれかの点との間について、最短の距離を測定する。そして、このときに測定点として作成される各直線L1,L2上の各点P1′,P2′と、下端エッジの両端点P1,P2との間の距離を測定し、これらの距離P1−P1′,P2−P2′のうちで値が大きいほうを、リブの高さhとして算出する。
先端幅w1の算出にあたり、形状検査装置20は、先ず、図7(a)に示すように、リブを構成する選択面1bと、当該リブを構成する他の面で当該選択面1bと反対側の対向面1cとを認識する。そして、図7(b)に示すように、これらの各面1b,1cのそれぞれにおける上端エッジe1,e2の認識を行う。上端エッジe1,e2の認識は、リブ高さhの算出の場合と同様に行えばよい(図6(b)参照)。
上端エッジe1,e2を認識すると、形状検査装置20は、続いて、これら上端エッジe1,e2とその反対側の面の全てのエッジとの間の距離を総当りで測定する。すなわち、上端エッジe1については、当該上端エッジe1上のいずれかの点と、当該上端エッジe1を含む選択面1bの反対側の面である対向面1cにおける全てのエッジ上のいずれかの点との間で、最短の距離を測定する。また、上端エッジe2については、当該上端エッジe2を含む対向面1cの反対側の面である選択面1bにおける全てのエッジとの間で、最短の距離を測定する。そして、このようにして得られた最短距離の値(各上端エッジe1,e2についての距離測定結果が異なる場合には小さいほうの値)と、図7(c)に示すこのときに測定点として作成される各点P1,P2とを取得し、その取得した距離値を先端幅w1として、また各点P1,P2の位置を先端幅w1の算出位置として、それぞれ算出する。
ただし、例えば図7(d)に示すように、リブがフィレットを有するものや端縁に面取り加工が施されたものである場合には、各点P1,P2を結ぶ最短距離値が必ずしも先端幅w1の値とは一致しないおそれがある。そこで、形状検査装置20は、後述する補正法線ベクトルV1′を取得し、その補正法線ベクトルV1′が各点P1,P2を結ぶ線分の方向と一致しない場合には、各点P1,P2のいずれかから補正法線ベクトルV1′に沿った方向における反対側の面までの距離を算出する。この算出は、三平方定理等の公知の概念を用いて行えばよい。そして、このようにして得られた距離値を、先端幅w1の算出値とする。
根元幅w2の算出にあたり、形状検査装置20は、先ず、図8(a)に示すように、リブを構成する選択面1bと、当該リブを構成する他の面で当該選択面1bと反対側の対向面1cとを認識する。そして、これらの各面1b,1cのそれぞれにおける下端エッジe1,e2の認識を行う。下端エッジe1,e2の認識は、リブ高さhの算出の場合と同様に行えばよい(図6(b)参照)。
下端エッジe1,e2を認識すると、形状検査装置20は、続いて、図8(b)に示すように、これら下端エッジe1,e2とその反対側の面の全てのエッジとの間の距離を総当りで測定する。すなわち、下端エッジe1については、当該下端エッジe1上のいずれかの点と、当該下端エッジe1を含む選択面1bの反対側の面である対向面1cにおける全てのエッジ上のいずれかの点との間で、最短の距離を測定する。また、下端エッジe2については、当該下端エッジe2を含む対向面1cの反対側の面である選択面1bにおける全てのエッジとの間で、最短の距離を測定する。そして、これらの測定結果から、最短距離が得られた相手エッジe1′を取得し、その取得した相手エッジe1′を根元幅w2の算出に用いる測定エッジとして特定する。
その後、形状検査装置20は、図8(c)に示すように、測定エッジe1′と、その最短距離測定の相手である下端エッジe1とについて、それぞれのエッジ長を認識するとともに、各エッジ長を互いに比較して、エッジ長が短いほうのエッジ(図例の場合は測定エッジe1′)を特定する。そして、その特定した測定エッジe1′上における始点、中点および終点を抽出して、これらを根元幅w2の算出に用いる測定ポイントとして取得し、これらの各測定ポイントとその相手である下端エッジe1との間の距離をそれぞれ測定し、これらの距離のうちで値が最も大きいものをリブの根元幅w2として算出する。
根元肉厚tの算出にあたり、形状検査装置20は、先ず、根元幅w2の算出と同様に、リブを構成する選択面1bとその対向面1cとのそれぞれにおける下端エッジe1,e2の認識を行う。そして、両下端エッジe1,e2について、それぞれにおける始点、中点および終点を抽出して、根元肉厚tの算出に用いる測定ポイントとして取得する。
これらの測定ポイントを取得したら、形状検査装置20は、図9に示すように、各測定ポイントから、抜き方向入力で指定された抜き方向ベクトルV0の方向と反対方向に向けて、仮想的な投影ビームを照射する(図中矢印参照)。そして、各投影ビームのそれぞれについて、当該投影ビームが最初にあたるチェック対象モデルの構成面を抽出して取得する。
その後は、このようにして取得した各構成面と、両下端エッジe1,e2のそれぞれとの間の距離を、総当りで測定する。そして、測定結果である距離値のうちで値が最も小さいものを、選択面1bを有するリブに対して基準となる根元肉厚tとして算出する。最も小さい距離値を根元肉厚tとするのは、いわゆるワースト・ケース・デザインによるものである。
勾配θの算出にあたり、形状検査装置20は、先ず、リブを構成する選択面1bと、当該リブを構成する他の面で当該選択面1bと反対側の対向面1cとを認識する。そして、これらの各面1b,1cのそれぞれにおける法線ベクトルV1,V2を取得する。
法線ベクトルV1,V2を取得すると、形状検査装置20は、続いて、各法線ベクトルV1,V2と抜き方向入力で指定された抜き方向ベクトルV0との内積値を算出する。そして、それぞれの内積値の算出結果から、抜き方向ベクトルV0の方向に対する選択面1bおよび対向面1cのそれぞれの傾き角を算出して、その算出結果を基に各面1b,1cについての勾配θを特定する。
例えば、リブを構成する側面に勾配θが与えられている場合、その側面における法線ベクトルV1は、抜き方向入力で指定された抜き方向ベクトルV0との関係が、必ずしも一義的なものになるとは限らない。そのため、上述した一括処理のための面自動抽出を行うステップやリブの先端幅w1を算出するステップ等では、法線ベクトルV1をそのまま用いると不都合が生じるおそれがある。
そこで、形状検査装置20は、リブを構成する側面に勾配θが与えられている場合には、その側面における法線ベクトルV1に対する角度補正を行うようにする。具体的には、図11に示すように、リブを構成する選択面1bにおける法線ベクトルV1を取得して、その法線ベクトルV1と抜き方向入力で指定された抜き方向ベクトルV0との内積値を算出し、その算出結果から選択面1bにおける勾配θを認識する。さらには、法線ベクトルV1と抜き方向ベクトルV0との外積値を算出し、その算出結果から各ベクトルV1,V0と直交する方向に延びるベクトルV2を求める。そして、ベクトルV2を求めたら、そのベクトルV2を基準軸、すなわち回転中心として、ベクトルV1を勾配θの分だけ回転させて、当該ベクトルV1に角度補正を施した補正法線ベクトルV1′を取得する。
この補正法線ベクトルV1′は、勾配θの分だけ角度補正が施されているので、抜き方向ベクトルV0との関係が常に直交関係にあるといった一義的なものになる。
処理対象となった全てのリブについての判定処理を終了すると、形状検査装置20は、当該判定処理の結果、所定形状条件に合致しないと判定されたリブを、チェック対象モデルにおける他部と識別可能な態様で画面表示する(図3におけるS209参照)。具体的には、図例のように、ディスプレイ装置の表示画面上にて、高さh、先端幅w1、比w2/tおよび勾配θの全項目について所定形状条件に合致しているリブについては例えば青色で表示し、また一つの項目でも所定形状条件に合致しないリブについては赤色で表示するといったように、その表示色を相違させてシステム利用者が認識し得るようにする。なお、リブの表示色は、特に限定されるものではないが、当該リブ以外の部分とは異なるものにする。処理対象となったリブを当該リブ以外の部分と判別可能にするためである。また、所定形状条件に合致するか否かを問わず、処理対象となった全てのリブについては、それぞれに固有の符号テキストを配置ポイント上に配置して表示し、当該符号テキストによって各リブを識別し得るようにする。
図13は、チェック結果の表示出力の一具体例を示す説明図である。
チェック結果の表示出力にあたり、形状検査装置20は、図例のようなウインドウ画面をディスプレイ装置に表示させる。すなわち、当該ウインドウ画面上にて、あるリブにおける各形状寸法値についての判定結果やその判定の基準となった所定規格値等を表示出力するのである。
図14は、一覧表示の一具体例を示す説明図である。
図例のように、形状検査装置20は、マルチモードが指定されている場合には、各リブに付された符号テキストが識別子となるような態様で、各リブについてのチェック内容を一覧形式で示すウインドウ画面を、ディスプレイ装置に表示させる。そして、その一覧形式のウインドウ画面上にて、システム利用者による符号テキストの選択指定、すなわちさらに詳細な表示を要求するリブ(面)の選択指定があると、形状検査装置20は、「インフォメーション」ボタンの押下後に、その選択指定されたリブについてチェック結果の表示出力を行うのである。
例えば、本実施形態では、リブについての判定処理の結果をディスプレイ装置における画面上に表示出力する場合を例に挙げたが、その出力先はこれに限定されるものではなく、ファイル形式で記憶装置に出力して当該記憶装置内に記憶保持させたり、通信回線を介して接続する外部装置に送信した当該外部装置にて出力等の処理をさせたりすることも考えられる。
また、本実施形態では、処理対象となるリブの選択指定にあたり、そのリブを構成する一側面をシステム利用者に指定させる場合を例に挙げたが、当該リブの一構成面であれば、一側面以外の面であっても、当該リブについての形状寸法値を算出することは可能である。
さらに、本実施形態では、チェック対象モデルに形成された凸状のリブを判定処理の対象とする場合を例に挙げたが、例えばリブ以外の凸状の形状部分であっても、また溝やスリット等の凹状の形状部分であっても、本発明を適用することで、当該形状部分が金型製作の都合、成型加工の都合、その他の都合による一定の制約条件に合致するか否かの判定を行い得るようになる。
このように、本発明は、本実施形態で説明した内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
Claims (6)
- 三次元形状データによって特定される立体形状を画面表示する形状表示手段と、
前記形状表示手段が表示する画面上にて前記立体形状を成型加工する際の抜き方向を指定する方向指定手段と、
前記形状表示手段が表示する画面上にて前記立体形状における凸状または凹状の形状部分の一構成面を指定する面指定手段と、
前記方向指定手段で指定された抜き方向と前記面指定手段で指定された一構成面とから前記形状部分についての形状寸法値を算出する寸法算出手段と、
前記寸法算出手段が算出した形状寸法値を所定規格値と比較して当該形状寸法値を有する前記形状部分が所定形状条件に合致するか否かを判定する判定手段と
を備えることを特徴とする形状検査装置。 - 前記判定手段で前記所定形状条件に合致しないと判定された形状部分を前記立体形状における他の形状部分と識別可能な態様で画面表示する判定結果表示手段
を備えることを特徴とする請求項1記載の形状検査装置。 - 前記一構成面は、前記形状部分の一側面である
ことを特徴とする請求項1または2記載の形状検査装置。 - 前記形状部分は、凸状に形成されたリブ構造部分である
ことを特徴とする請求項1、2または3記載の形状検査装置。 - 複数の形状部分についての一括処理を指定する一括処理指定手段と、
前記一括処理指定手段での一括処理指定があると前記面指定手段で指定された一構成面と並設された構成面を有する形状部分を抽出する並設部分抽出手段とを備えるとともに、
前記寸法算出手段および前記判定手段は、前記面指定手段で指定された一構成面を有する形状部分に加えて、前記並設部分抽出手段が抽出した形状部分についても、前記形状寸法値の算出対象および前記所定形状条件に合致するか否かの判定対象とする
ことを特徴とする請求項1、2、3または4記載の形状検査装置。 - コンピュータを、
三次元形状データによって特定される立体形状を画面表示する形状表示手段と、
前記形状表示手段が表示する画面上にて前記立体形状を成型加工する際の抜き方向を指定する方向指定手段と、
前記形状表示手段が表示する画面上にて前記立体形状における凸状または凹状の形状部分の一構成面を指定する面指定手段と、
前記方向指定手段で指定された抜き方向と前記面指定手段で指定された一構成面とから前記形状部分についての形状寸法値を算出する寸法算出手段と、
前記寸法算出手段が算出した形状寸法値を所定規格値と比較して当該形状寸法値を有する前記形状部分が所定形状条件に合致するか否かを判定する判定手段
として機能させることを特徴とする形状検査プログラム。
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