JP2010092265A - 表面形状データ作成方法およびこれに用いる表面形状データ作成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いにかけ離れた高さの皮絞模様とステッチ糸を含む皮革モデルの表面形状でも、限られた階調幅の画像データで、それぞれ微細な表現が確保される表面形状データを作成してマスター型を簡便に製作可能とする。
【解決手段】皮革モデルの表面測定データを、あらかじめ定めた１階調当りの高さに２５６階調を乗じた分割高さ単位でグループに分割する。分割したそれぞれのグループにおける表面測定データを、分割高さを順次に累積した値を基準値とするローカルデータに変換してから、ＲＧＢのチャンネルに割り当て合成してＲＧＢ画像データに変換し、このＲＧＢ画像データを表面形状データとする。分割したそれぞれのローカルデータが２５６階調幅で表現されるから、高さの低い皮絞模様部分でも微細な表現が再現される。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば電気鋳造金型などの製作に用いられる表面形状データの作成技術に関する。

従来、例えば車両のインストルメントパネルや内装トリム材の表面に皮絞（皺）等の微細な形状を成形する場合、高品質なものが要求される際には、主として、電気鋳造金型が用いられている。
電気鋳造金型とは、電気めっきを応用して得られる金型であって、金属溶液の電気分解を利用してマスター型（マンドレル）の表面上に所定の厚さで金属を析出させ電着させた後、この電着層をマスター型から剥離することで得られるもの（ネガティブ型）で、マスター型とは全く逆の表面形状を有するものである。この電気鋳造金型を用いて成形することで、樹脂成形品にマスター型の表面形状を転写することが可能となる。またこの電気鋳造金型によれば、マスター型の表面上に金属を析出させることで、微細な表面形状を精度良く形成（転写）できるという利点がある。

上記マスター型を作製するため、例えば特開平７−２４１９０９号公報には、皮革モデルの表面形状を読み取った表面測定データを、画素位置を測定位置に対応させたグレースケール画像データに変換して、表面形状の深さ（測定位置における高さ位置）を濃度で表わすようにした技術が開示されている。濃度は例えば８ビット表示の場合２５６階調で表わすことができる。

画像データにおいてうねりや傷に対する欠陥処理を行い、あるいは繰り返しや強調などのデータ処理を行い、その処理後データに基づいた加工データにより、エッチングやレーザ彫刻等でマスター型を形成する。
車両内装材に一般的な皮絞模様では表面形状の深さ変化が０．３ｍｍ程度であるので、これを２５６階調に割り振ると１階調あたり１．１７μｍとなるが、このレベルでは滑らかに表現される。
特開２００４−３５８６６２号公報にも、同様に表面測定データを画像データに変換し、これに基づいてマスター型を形成することが開示されている。
特開平７−２４１９０９号公報 特開２００４−３５８６６２号公報

ところで、近年の車両内装材では本革を縫い合わせたように見せるため、ステッチ（縫い目）部分の糸や周辺の持ち上がりまでも製品に表現されることが要求されるようになっている。
図５の（ａ）は右に皮絞模様Ａとステッチ糸Ｂとが含まれる皮革モデルを模式的に示し、左に皮絞模様部分を拡大して示す。
ステッチ部分の糸の高さは例えば１ｍｍに及ぶことがあり、これを含んで２５６階調で表現することになると、１階調あたり約３．９μｍとなる。そうすると、本来微細な表現が要求される皮絞模様部分が、図５の（ｂ）に示すＡ’のように、ギザギザの粗雑なものとなってしまう。

これに対処するためには８ビット表現のかわりに１６ビット表現として階調数を大きくすることが考えられるが、この場合データ処理のための回路コストが増大するとともに、データ処理に時間がかかるという問題を招く。
そこで本発明は、限られた階調幅の画像データで、皮絞模様とステッチの糸など互いにかけ離れた高さをもつ表面形状でも、それぞれ微細な表現が確保されるマスター型を簡便に製作可能とする表面形状データ作成方法および装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、モデルの表面測定データを所定の分割高さ単位でグループに分割し、分割したそれぞれのグループにおける表面測定データを、上記分割高さを順次に累積した値を基準値とするローカルデータに変換し、各グループのローカルデータを互いに異なる色チャンネルに割り当て、該色チャンネルを合成して多チャンネル色画像データに変換して表面形状データとするもので、上記所定の分割高さは、モデルの表面形状の高さを画像濃度で表わす際のあらかじめ定めた１階調当りの高さに所定の階調幅を乗じた値とするものとした。

本発明によれば、１階調当りの高さをあらかじめ設定した値に抑えることができるので、微細で滑らかな模様等が表現される高精度の表面形状データが得られる。
そして、絞加工データ作成装置などに入力する場合に、多チャンネル色画像データは合成された１つのデータとして扱われるので、入力作業も一度で済み、取り扱いが簡便であるという効果を有する。

次に本発明の実施の形態について説明する。
図１は実施の形態の構成を示すブロック図である。
表面形状データ作成装置１０は、表面形状計測装置１からの表面測定データを入力する測定データ入力部１１と、測定データ入力部１１に入力された表面測定データを画像データに変換するデータ可視化部１２と、画像データを素材として画像処理を行うデータ処理部１３と、データのサイズを整えるデータ調整部１９と、データ調整部で調整されたデータを表面形状データとして出力する表面形状データ出力部２０とからなる。
表面形状データ作成装置１０には、キーボードやジョグレバーなどからなる操作入力部２１と、画像データが表示されるモニタ２２とが接続される。
表面形状データは絞加工データ作成装置２に入力されて、ここでマスター型作製装置の使用に適した適宜のフォーマットに変換される。

表面形状計測装置１は、皮革モデルの表面形状を計測し、３次元ＸＹＺ座標のデジタルデータに変換して表面測定データとするもので、光学式、レーザ式、あるいは触針式など適宜の計測装置を用いることができる。計測装置の計測可能面積によって、必要面積を１回で、あるいは分割して複数回で計測する。

データ可視化部１２は、表面測定データのＸＹ座標を画面の画素位置に割り当て、高さ位置を示すＺ座標を濃度に割り当てた画像データを生成する。
データ可視化部１２で可視化された画像データはモニタ２１に表示される。操作者は操作入力部２０を介してデータ処理部１３を制御し、モニタ２１上の画像データを修正することができる。

データ処理部１３は、欠陥データ処理部１４、測定データ分割処理部１５、形状データ合成処理部１６、ローカルデータ変換部１７および色成分合成処理部１８を備えている。
欠陥データ処理部１４は、操作入力部２１の操作に基づいて、表面測定データの欠陥の修正を行うもので、微細な表面形状を測定し表面性状パラメータ等を算出する機能を備えた一般的なもので実現できる。
測定データ分割処理部１５では、欠陥データ処理部１４を経た表面測定データをその高さ方向で複数のデータ群に分割する。ここでは、あらかじめ設定してある１階調に対応させる高さＳに基づいて必要な全階調数を求めるとともに、２５６階調幅に相当する高さを分割高さとして、この分割高さを単位として分割する。
例えば１階調当りの高さＳを１μｍとすれば分割高さは１×２５６＝２５６μｍとなり、Ｓを１．３μｍとすれば、分割高さは１．３×２５６＝３３３μｍとなる。

形状データ合成処理部１６は、測定面積が狭くて分割測定したデータをつなぎ合わせるため、または測定面積は十分だが更に大面積のデータを作り出すため繰り返しつなぎ合わせるためなど、必要に応じて、小さい測定面積の表面測定データから大きな製品面積に対応する表面形状データを得るために、操作入力部２１の操作に基づいて、画像データを繰り返しつなげて拡張合成するものである。ここでは、分割された表面測定データのグループごとに、モニタ２２に表示して合成を行なう。

ローカルデータ変換部１７は、各グループの表面測定データあるいはそれを拡張合成したデータの分割高さ内での変化がそれぞれ最大２５６階調の濃度で表わされるように変換するもので、詳細は後述する。
色成分合成処理部１８は、各グループのデータを合成してＲＧＢ画像データとする。
データ調整部１９は、色成分合成処理部１８で合成したＲＧＢ画像データの解像度を製品の目標サイズに対応させたり、モニタ２２に表示して操作入力部２１の操作に基づいて製品形状とする裁断処理などを行う。

図２は上記の表面形状データ作成装置１０を用いた表面形状データ作成処理の流れを示すフローチャートである。
まず、ステップ１００において、表面測定データを測定データ入力部１１から入力する。
表面測定データの入力は、表面形状計測装置１を測定データ入力部１１に接続して自動的に入力してもよいし、あるいはハードディスクなどの高密度媒体を介して手作業で行ってもよい。
ステップ１０１では、データ可視化部１２において、表面測定データのＸＹ座標を画面の画素位置に割り当て、高さ位置を示すＺ座標を８ビット２５６階調の濃度に割り当てた画像データを生成して、モニタ２２に表示する。

ステップ１０２において、操作者がモニタ表示を見ながら行う操作入力部２１の操作に基づいて、欠陥データ処理部１４が表面形状のうねり成分を除去したり、欠損や異常データを適正なデータに置き換えて、皮絞模様として不適な傷の修正など、欠陥の修正を行う。
ステップ１０３において、測定データ分割処理部１５では、あらかじめ設定してある１階調に対応させる高さＳに基づいて、前ステップで欠陥修正された表面測定データの高さ（Ｚ座標）の最低から最高までに必要な階調数を算出する。

そして、ステップ１０４で、測定データ分割処理部１５は２５６階調幅に相当する分割高さを１単位として表面測定データの高さ（Ｚ座標）を分割する分割数を求め、表面測定データを分割高さ（すなわち２５６階調分の高さ、）単位で分けて、分割数だけのグループ（データ群）に分割する。
例えば１階調当りの高さＳを１μｍとして、図３に示すように、ステッチ部分の糸まで含んだ皮革モデルの表面測定データの高さ変化（形状高さ）が６００μｍであったとすると、分割高さ（１μｍ／１階調のとき２５６μｍ）単位で３グループに分割される。
この場合、表面測定データの高さの最低０から２５５μｍの部分が第１グループＺ１、続く２５６から５１１μｍの高さ部分が第２グループＺ２となり、残りの５１２から６００μｍを含む高さ部分が第３グループＺ３として分割される。

ステップ１０５では、操作者は表面測定データの測定面積が必要な製品面積をカバーしているか確認する。
測定面積が製品面積をカバーしているときはステップ１０７へ進み、測定面積が製品面積に対して小さいときはステップ１０６へ進む。
ステップ１０６では、操作者が操作入力部２１を操作して、分割されたグループごとにモニタ２２上で必要面積になるまで画像データを繰り返し配置してつなぎ合わせることにより、所要面積をカバーするように形状データ合成処理部１６がデータの拡張合成を行う。
この合成時に、接続部分の境界を目立たないようにするボカシ処理も行なう。
このあと、ステップ１０７へ進む。

ステップ１０７では、ローカルデータ変換部１７が、測定データ分割処理部１５で分割された各グループの表面測定データまたは形状データ合成処理部１６で拡張合成されたデータ（以下、「グループの表面測定データ」で代表させる）をローカルデータに変換する。
ここでは、それぞれのグループの表面測定データを、分割高さ（２５６μｍ）を順次に累積した値を基準値とするローカルデータに変換する。

すなわち、スタートとしての第１グループＺ１では、基準値を０として０〜２５５μｍの範囲の表面測定データをそのままローカルデータとする。
第２グループＺ２では基準値を２５６μｍとして、２５６から５１１μｍの範囲の表面測定データが０〜２５５μｍのローカルデータとなる。
そして、第３グループＺ３では基準値を５１２μｍ（＝２５６＋２５６）として、５１２から７６７μｍの範囲の表面測定データが０〜２５５μｍのローカルデータとなる。

続いて、ステップ１０８において、色成分合成処理部１８は各グループのローカルデータを順次に色成分の異なるＲＧＢのチャンネルに割り当て、これらのチャンネルのデータを合成してＲＧＢ画像データに変換する。ＲＧＢ画像はモニタ２２に表示される。
ステップ１０９において、操作者による操作入力部２１の操作に基づいて、データ調整部１９が、ＲＧＢ画像データの解像度を製品の目標サイズに対応させたり、モニタ２２上で製品形状への裁断処理などを行う。

このように最終調整されたＲＧＢ画像データが、ステップ１１０において、操作入力部２１の操作に基づいて表面形状データとして表面形状データ出力部２０から出力される。
なお、表面形状データの絞加工データ作成装置２への入力は、表面形状データ出力部２０を直接絞加工データ作成装置２に接続して行うこともでき、あるいは媒体を介して手作業で行ってもよい。

以上の処理により、表面形状データ出力部２０から出力される表面形状データは３チャンネルから構成される１つのＲＧＢ画像データとなっており、Ｒチャンネルに第１グループＺ１のデータ（ローカルデータ）が、Ｇチャンネルに第２グループＺ２のデータが、そしてＢチャンネルに第３グループＺ３のデータが割り当てられている。
先に例示した１μｍ／１階調の場合には、図４に示すように、Ｒチャンネルのデータは表面測定データの高さ（形状の高さ）の０〜２５５μｍの範囲部分（Ｚ１）を２５６階調で示すものとなっており、Ｇチャンネルのデータは表面測定データの高さの２５６〜５１１μｍの範囲部分（Ｚ２）を２５６階調で示す。同様に、Ｂチャンネルのデータは表面測定データの高さの５１２以上の範囲部分（Ｚ３）を２５６階調で示すものとなっている。したがってこのＲＧＢ画像データは８ビット表示が可能である。

なお、表面測定データの高さ変化が比較的に小さく、分割結果が２グループとなったときには、Ｒ、Ｇの２チャンネルに割り当てられ、２つの色成分をもつ画像データとされる。同様に、分割結果が１グループに収まったときには、色成分が１つだけの画像データとなる。

ＲＧＢ画像データを形成する各チャンネルの情報は上記の構成となっているから、この表面形状データを受ける絞加工データ作成装置２では、一般化した次の形状高さ算出式により各チャンネルの階調Ｋに基づいて表面形状の高さＺを算出することができる。
Ｒチャンネル： Ｚ_Ｒ ＝Ｋ_Ｒ ×Ｓ
Ｇチャンネル： Ｚ_Ｇ ＝（２５６＋Ｋ_Ｇ ）×Ｓ
Ｂチャンネル： Ｚ_Ｂ ＝（２５６＋２５６＋Ｋ_Ｂ ）×Ｓ
ただし、添え字はチャンネルを表わし、Ｓは前述のとおりあらかじめ設定された１階調当りの高さである。

なお、表面形状データ作成装置１０のデータ可視化部１２、データ処理部１３およびデータ調整部１９等はＣＰＵで構成することができ、とくにデータ処理部１３の欠陥データ処理部１４、測定データ分割処理部１５、形状データ合成処理部１６、ローカルデータ変換部１７ならびに色成分合成処理部１８はプログラムの形態で実現される。

実施の形態は以上のように構成され、測定データ入力部１１から入力された皮革モデルの表面測定データを、測定データ分割処理部１５であらかじめ定めた１階調当りの高さＳに２５６階調を乗じた分割高さ単位でグループに分割する。
そして、分割したそれぞれのグループにおける表面測定データを、ローカルデータ変換部１７で分割高さを順次に累積した値を基準値とするローカルデータに変換してから、色成分合成処理部１８で各ローカルデータをＲＧＢのチャンネルに割り当て、チャンネルのローカルデータを合成してＲＧＢ画像データに変換し、このＲＧＢ画像データを表面形状データとするものとした。

これにより、図５の（ａ）に示す高さの小さい皮絞模様Ａとともに高さの大きいステッチ糸Ｂを含む表面形状について、その高さの最低から最高まで全体を２５６階調のグレースケール画像で表現したとき、本来微細な表現が要求される皮絞模様部分が図５の（ｂ）に示すようにギザギザの粗雑なものとなってしまう従来のものと比較して、１階調当りの高さＳをあらかじめ設定した値に抑えているので、（ａ）の実際形状に極めて近い微細で滑らかな皮絞模様が表現される表面形状データが得られる。
そして、絞加工データ作成装置２に入力する場合、ＲＧＢ画像データは合成された１つのデータとして扱われるので入力作業も一度で済み取り扱いが簡便であり、また絞加工データ作成装置２における加工データ化も一度にできるから、皮絞模様の高品質を確保しながら加工時間も短時間に抑えられる。

また、測定データ入力部１１から入力された表面測定データをデータ可視化部１２で可視化してモニタ２２に表示し、操作者による操作入力部２１の操作に基づいて、欠陥データ処理部１４が表面測定データの欠陥を修正するものとしたので、表面測定データに表れた表面形状のうねり成分の除去や、欠損や異常データの適正なデータへの置き換え、あるいは不適当な傷の修正などを、表面形状データ作成装置１０上で表面形状データ作成途中に簡便に行うことができる。

同様に操作入力部２１の操作に基づいて、形状データ合成処理部１６が、測定データ分割処理部１５で分割したグループごとに当該グループの画像をつなぎ合わせてデータの拡張合成を行えるように構成しているので、この拡張合成されたデータを変換したローカルデータを各チャンネルへの割り当て対象とすることにより、表面測定データが面積の限定された皮革モデルからのものであっても、大面積用の表面形状データを簡単に作成することができる。

また、表面形状データはデータ調整部１９によりＲＧＢ画像データの解像度調整や裁断処理を行ってから出力するので、画像データから画素位置と色濃度を情報として取り出し前述の形状高さＺを算出するだけで絞の形状データとして使用できる。

なお、実施の形態における各数値は例示であって、本発明は例示の数値に限定されない。また、表面測定データを皮革モデルのデータとして説明したが、モデルも皮革に限定されない。
実施の形態では２５６階調の８ビット表示を前提に説明したが、装置の処理速度やデータ容量の大きさ、あるいはモデルの模様特性に応じて１６ビット表示その他を採用することを除外するものではなく、この場合にも、所定の分割高さで表面測定データを分割してそれぞれローカルデータに変換した上で多チャンネル色画像データとすることにより、表面形状の高さの全体を１つのグレースケール画像で表わすものと比較して格段の効果を奏する。

また、測定データ分割処理部１５で表面測定データを分割する際の、分割高さ算出に用いる１階調当りの高さＳを例えば１μｍあるいは１．３μｍと例示したが、多くの皮絞模様の場合、２μｍ以下であれば商品性の高い表面形状が再現される。

さらに、実施の形態では多チャンネル色画像データとして３グループを割り当て可能なＲＧＢ画像データを生成するものとしたが、そのほか例えばＣＭＹＫ画像データとすれば４グループを割り当て可能となり、表面形状の高さ変化のとくに大きなモデルについても、微細で滑らかな模様が表現される表面形状データを得ることができる。

実施の形態の構成を示すブロック図である。 表面形状データ作成処理の流れを示すフローチャートである。 表面測定データの分割要領を示す説明図である。 分割された各グループの階調幅を示す図である。 従来の問題を示す比較説明図である。

符号の説明

１ 表面形状計測装置
２ 絞加工データ作成装置
１０ 表面形状データ作成装置
１１ 測定データ入力部
１２ データ可視化部
１３ データ処理部
１４ 欠陥データ処理部
１５ 測定データ分割処理部
１６ 形状データ合成処理部
１７ ローカルデータ変換部
１８ 色成分合成処理部
１９ データ調整部
２０ 表面形状データ出力部
２１ 操作入力部
２２ モニタ

Claims (8)

1. モデルの表面測定データを所定の分割高さ単位でグループに分割し、
   分割したそれぞれのグループにおける表面測定データを、前記所定の分割高さを順次に累積した値を基準値とするローカルデータに変換し、
   該ローカルデータを互いに異なる色チャンネルに割り当て、
   各ローカルデータが割り当てられた前記色チャンネルを合成して多チャンネル色画像データに変換して表面形状データとし、
   前記所定の分割高さは、モデルの表面形状の高さを画像濃度で表わす際のあらかじめ定めた１階調当りの高さに所定の階調幅を乗じた値とすることを特徴とする表面形状データ作成方法。
2. 前記表面測定データを、所定の分割高さ単位で分割する前に、可視化してモニタに表示し、
   モニタ上で表面測定データの欠陥の修正を行うことを特徴とする請求項１に記載の表面形状データ作成方法。
3. 前記所定の階調幅を２５６とし、
   前記多チャンネル色画像データがＲＧＢ画像データであって、前記分割したグループのローカルデータを割り当てる色チャンネルをＲ、ＧおよびＢチャンネルから選択することを特徴とする請求項１または２に記載の表面形状データ作成方法。
4. モデルの表面測定データを入力する測定データ入力部（１１）と、
   入力された表面測定データを、あらかじめ定めた１階調当りの高さに所定の階調幅を乗じた分割高さ単位でグループに分割する測定データ分割処理部（１５）と、
   それぞれのグループにおける表面測定データを、前記所定の分割高さを順次に累積した値を基準値とするローカルデータに変換するローカルデータ変換部（１７）と、
   各グループの前記ローカルデータを互いに異なる色チャンネルに割り当て、該色チャンネルを合成して多チャンネル色画像データに変換する色成分合成処理部（１８）と、
   前記多チャンネル色画像データを表面形状データとして出力する表面形状データ出力部（２０）とを有することを特徴とする表面形状データ作成装置。
5. さらに、前記測定データ入力部（１１）から入力された表面測定データを可視化してモニタ（２２）に表示するデータ可視化部（１２）と、
   操作者が操作可能な操作入力部（２１）と、
   操作入力部の操作に基づいて、モニタ上で表面測定データの欠陥を修正可能な欠陥データ処理部（１４）とを有することを特徴とする請求項４に記載の表面形状データ作成装置。
6. 前記測定データ分割処理部（１５）で分割したグループごとに、前記操作入力部（２１）の操作に基づいて、モニタ上で当該グループの画像をつなぎ合わせて合成する形状データ合成処理部（１６）を備え、
   前記ローカルデータ変換部（１７）は、前記形状データ合成処理部で合成されたデータを前記ローカルデータに変換することを特徴とする請求項５に記載の表面形状データ作成装置。
7. 前記所定の階調幅を２５６とし、
   前記多チャンネル色画像データがＲＧＢ画像データであって、
   前記色成分合成処理部（１８）は、前記ローカルデータを割り当てる色チャンネルをＲ、ＧおよびＢチャンネルから選択することを特徴とする請求項４から６のいずれか１に記載の表面形状データ作成装置。
8. 前記多チャンネル色画像データの解像度調整または裁断処理を行うデータ調整部（１９）を有することを特徴とする請求項４から７のいずれか１に記載の表面形状データ作成装置。

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