JP2572280B2 - 立体モデル作成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、コンピュータ支援設計システム（以下、CA
Dシステムという）における立体モデルの作成方法に関
するものである。

［発明の背景］ 従来、自動車車体の設計をCADシステムを用いて行う
場合、車体の曲面に沿った曲線の集合として全体モデル
を構成していた。従って、例えば、一部の設計変更があ
った場合でもその変更位置を通る線全部に対して処理を
行わなければならなかったために設計変更に際しては多
大な時間を必要とするという問題があった。

一方、CADシステムにデータを入力する場合、３次元
モデルを定義するには、頂点の座標やその頂点のつなが
り関係を与えることが必要である。

例えば、第13図ａに示すような自動車のフロントピラ
ー部のａ−ａ線断面をCADシステムに入力する場合、第1
3図ｂに示すように、フロントのガラス面を基準面と
して入力すると、入力した線分乃至の傾きが基準面
に対して正方向（時計方向）ならば＋になる。これに対
して、第13図ｃに示すように、第13図ａと比較して断面
を見る方向が逆の場合、すなわち、ｃ−ｃ線断面をCAD
システムに入力する場合、第13図ｄに示すように、入力
した線分の傾きが−になる。

このように、方向、位置関係を明確にするためには、
通常、基準になる点からの方向および距離を示すマトリ
ックス状の補助線を用いたり、各小部品に共通する基準
面等を同一画面上に表示してそれとの相対関係を入力し
て作成する方法がとられている。

［発明が解決しようとする課題］ 然しながら、実際に作成する際には、一定の方向から
投影した図ばかり作成するとは限らず、上下を反転した
り裏面からみた状態で作成したりするので、位置、角度
の正負が逆になり、ある程度の経験がなければ間違った
作成を行ってしまうおそれがある。また、このようなデ
ータの入力方法では、入力作業に非常に手間がかかる上
に入力時にミスを犯し易いという問題があった。

また、製品の立体形状をCADシステム上で構築する場
合、個々の単独図形を要素として定義し、その後オペレ
ータが図形間の関係を付加しており、オペレータが作成
したい形状を要素に分解し定義しなければならなかった
し、個々の要素の定義に多くのオペレーションを要し
た。また、図形間の関係も線レベルであり、面も含めた
立体として定義することは不可能であった。

［発明の目的］ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもの
であり、車両等の立体モデルにおいて各々の部分を作業
単位に分類し、それをCADシステム上に立体モデルとし
て構築し、これらを組み立て結合することにより、簡易
に立体モデルを作成することの出来る立体モデル作成方
法を提供することを目的とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は、製品の２次
元図形と、前記２次元図形における所定部位毎の断面図
形とを備えた製品図面情報から、CADシステムによって
立体モデルを作成する方法であって、 前記２次元図形から、断面図形を有し、その断面図形
が所定の範囲に渡って一定であると見なせる第１図形部
分を選択し、この第１図形部分の当該断面図形を、前記
製品図面情報に含まれる当該断面図形に付記された基準
線およびそれに対する２次元断面図形データに従って入
力する第１ステップと、 前記第１ステップで入力された前記断面図形を、前記
基準線からの相対位置関係を維持した状態で、前記製品
図面情報に含まれる当該第１図形部分の図形情報に従っ
て移動させることにより、前記第１図形部分およびその
延長部分に係る第１立体モデルを作成する第２ステップ
と、 前記２次元図形から、断面図形を有し、その断面図形
が所定の範囲に渡って一定であると見なせ、前記第１図
形部分とは異なる図形部分であって前記第１図形部分に
隣接する第２図形部分を選択し、この第２図形部分の当
該断面図形を、前記製品図面情報に含まれる当該断面図
形に付記された基準線およびそれに対する２次元断面図
形データに従って入力する第３ステップと、 前記第３ステップで入力された前記断面図形を、前記
基準線からの相対位置関係を維持した状態で、前記製品
図面情報に含まれる当該第２図形部分の図形情報に従っ
て移動させることにより、前記第２図形部分およびその
延長部分に係る第２立体モデルを作成する第４ステップ
と、 前記第１立体モデルと前記第２立体モデルとを前記各
延長部分に係る立体モデル上で交錯させ、その交錯部を
処理して連結する第５ステップと、 からなり、前記第１〜第５ステップを繰り返すことに
より所望の立体モデルを作成することを特徴とする。

［作用］ 本発明によれば、複数の形状部分を継ぎ合わせること
で立体モデルを構築しており、個々の形状部分に対する
設計変更等に対する対応が極めて容易となる。

［実施例］ 次に、本発明に係る立体モデルの作成方法についてそ
れを組み込む装置との関係で好適な実施例を挙げ、添付
の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

本実施例が適用されるCADシステムは、第１図に示す
ように、中央処理装置を持ち図形計算や表示制御、デー
タベース管理等の役割を持つコンピュータ２、大量の図
形情報を保存し更新することの出来る大容量記憶装置
４、CADシステムとその使用者との対話の中心的装置で
あり入力装置と連動して利用される複数のグラフィック
ディスプレイ装置８、XYプロッタ等の図形出力装置６、
各グラフィックディスプレイ装置８に接続されるタブレ
ット10、キーボード12、マウス14、ライトペン16等の機
器から構成されている。

そして、前記CADシステムは、第２図に示す多くのプ
ログラムを有している。各プログラムは分担する機能に
より次のようなモジュールに分類することが出来る。

（ａ） CADシステム内の処理および情報の流れを制御
するオペレーテイングシステム32および制御モジュール
34 （ｂ） 各種の入力機器、例えば、キーボード12に対応
した入力操作が円滑に行われるように援助する入力モジ
ュール44 （ｃ） 入力された情報をコマンド命令の形式に従って
解釈する入力解釈モジュール40 （ｄ） 表示情報の管理およびコマンドに従った表示処
理を行う表示モジュール38 （ｅ） 命令に対応したサブモジュールより構成される
コマンドに従った図形処理を行うコマンドモジュール24 （ｆ） データベース54に保持されたCADシステムに必
要な大量の情報を効率よく検索および蓄積するデータベ
ース操作モジュール50 （ｇ） 自動設計プログラムであるマクロプログラム26
を実行するマクロモジュール28 （ｈ） 他のCADシステムとの情報交換および連動処理
を行う外部システムインタフェース30 等を備える。

また、CADBシステムには、拡張性および保守性を保つ
ため、システムの構成および標準値等を記憶するシステ
ム制御ファイル22、各コマンドの操作性およびプログラ
ム制御手順を記憶するコマンド制御ファイル42、表示装
置の機種および構成を記憶する表示制御ファイル36等の
補助ファイルが用意される。なお、その他補助的なもの
として、図形の処理を行う図形処理ライブラリ46、グラ
フィックディスプレイ装置８に表示を行うための表示ラ
イブラリ48、処理結果を図形出力装置６に出図するため
の出図ユーティリティ56、他のCADシステムと結合する
ためのデータ交換ユーティリティ52等が用意される。

次に、各モジュールについて簡単に説明する。制御モ
ジュール34は、プログラム群をモジュール化し、各モジ
ュール間に介在することにより、システム内制御の一元
管理および呼び出し手順の標準化を行う。その機能とし
ては、開始、終了、異常処理および各モジュールの実行
制御、実行履歴の記録、デバッグ機能、オペレーティン
グシステム32との特殊処理等を行う。

入力モジュール44は、各種入力装置の各種入力法を整
理統一した仕様に従った快適な入力手順を使用者に提供
する。その機能は、使用者に対し入力すべき情報の種
類、入力方法および入力装置を指示する入力促進、入力
装置の選択、入力情報の標準型への変換を行う。

入力解釈モジュール40は、入力情報の解釈方法および
結果表示を一元化することにより、多様な入力指示方法
をサポートし入力操作性を向上させるとともに、システ
ムの拡張性を維持する。その機能としては、入力情報の
解釈および解釈結果の表示を行う。

表示モジュール38は、多様な表示総作要求を統一的に
処理し、表示情報および表示状態の管理を行う。その機
能は表示装置の管理、表示制御、表示情報の管理、表示
状態の管理を行う。

コマンドモジュール24は、入力引数の形式、コマンド
に従った処理プログラムの呼び出し、結果の処理方法を
一元的に管理し、システムの保守性および拡張性を維持
する。

データベース操作モジュール50は、他モジュールから
の要求方法を標準化するとともに、障害発生時の回復手
段を提供する。その機能は、データベース使用状況の管
理、データベース54の操作、障害発生時の処理等であ
る。

外部システムインタフェース30は、他システムとの情
報授受を標準化し、CADシステムの有効利用を図る。そ
の機能は外部システムとの情報授受、外部プログラムの
稼働制御を行う。

マクロモジュール28は、作成されたマクロプログラム
26に従いCADシステムの実行制御を行う。その機能は、
マクロプログラム26の翻訳、マクロプログラム26の実行
である。

以上のような構成のCADシステムを用いた立体モデル
の作成方法に用いる作業単位形状について説明する。こ
こで、以下に作成する形状を積木の称し、この積木パタ
ーンを次のように分類する。

（１） 断面一定形状を立体モデルとして作成するセク
ション積木 （２） ある方向から見て表現される形状を立体モデル
として作成するビュー積木 （３） 既に定義された立体モデル間をつなぐ形状を作
成するつなぎ積木 （４） パターン化された付属形状を作成し基本形状と
の結合を行うこぶ積木 また、その処理として積木操作、積木編集がある。

先ず、〔セクション積木〕の例として第３図ａに示す
自動車のフロントピラー部の断面形状を作成する場合に
ついて説明する。

断面方向および断面部分を線分ＡおよびＢで指示し、
第３図ｂに示すように、基準となるガラスの合わせを線
分で指示した後、フロントピラー部の断面形状を線分
乃至でラフに指示する。

このような断面形状をCADシステムに入力するための
手順としては、第３図ｂに示すように、線分から順に
線分迄、線の両端に相当する大略の位置P1乃至P7にカ
ーソルを合わせ、キーをセットして入力する。この場
合、各線分乃至は基準の線分に対して正確に垂
直、水平を維持する必要はなく、大略の形状が判ればよ
い。

次に、傾斜した線分を入力するには、その両端の位
置P7およびP8にカーソルを移動してキーをヒットする。
この場合も、傾斜角度を正確に入力する必要はなく、傾
いているのが判る程度のラフな入力でよい。なお、入力
された線分、点等には、位置P1、P2等の固有の番号を割
り付けておく。

このように、CADシステムにデータを入力すると、第
３図ｂのように、概略の形状がCRT上に表示される。

次いで、この概略図に対し、各位置P1乃至P8の基準か
らの距離、角度等を入力する。CADシステムは、入力さ
れたデータに基づき、ラフ入力された図形を正確な形状
に修正する（第３図ｃ）。なお、修正された正確な図形
はCADシステムに対し面張り指示をして第３図ｄに示す
ような形状を表示することにより立体としてその形状を
把握することが出来る。

次に、〔ビュー積木〕の例として２次元形状の入力に
ついて述べる。第４図ａに示すように、番線が表示され
た画面に、第４図ｂに示すように、線分乃至を用い
てラフ形状を入力する。次いで、各位置P1乃至P7のデー
タを入力しCADシステムに処理をさせ、第４図ｃに示す
ように、正確な２次元形状を得る。この後、各位置P1乃
至P6に対して円弧処理を行って第４図ｄの形状を得る。

続いて、〔つなぎ積木〕、〔こぶ積木〕、〔積木操
作〕、〔積木編集〕について述べる。

〔つなぎ積木〕

つなぎ積木は、第５図に示すように、部分形状のつな
ぎ作業に使用する。立体形状間を直接または間に新たな
立体を定義して連結する機能である。この機能は次のよ
うにいくつかのコマンドからなっている。

（ア）帯つなぎ（第５図ａ） 複数の帯状の面の間を滑らかにつなぐ機能。

（イ）ダイレケトつなぎ（第５図ｂ） 複数の面と互いの交線で余分な部分を切り捨ててつな
ぐ。

（ウ）穴埋めつなぎ（第５図ｃ） 複数の線間にルールド面またはブレンド面を作成す
る。

（エ）フィレットつなぎ（第５図ｄ） 線と線、線と面、面と面の間にフィレット面を張り、
同時に端の余りを切り捨てる。

〔こぶ積木〕 こぶ積木は、第６図に示すように、基本形状に対し付
属的に構成される形状の定義を行う。具体的には穴、
座、ジョッグル、ビード形状を作成する機能である。こ
の機能は次のようなコマンドからなっている。

（ア）穴（第６図ａ） 穴中心点、穴プロフィール線を定義する。

（イ）座（第６図ｂ） 座面形状を立体として作成する。座を構成する座中心
点72、座端76、座穴70、座斜面78、座面74、座足80のパ
ラメータを連続して入力することにより、一体型のこぶ
形状として作成される。

（ウ）ジョッグル（第６図ｃ） ジョッグル形状を立体として作成する。ジョッグルを
定義する条件としては、ジョッグルを付ける面が定義さ
れていなければならない。

（エ）ビード（第６図ｄ） ビード形状を作成する。但し、ビード形状は相手の面
の交線、ビード中心線、ビード内の稜線の集合として表
現される。

〔積木操作〕

積木操作は、既に定義された形状に対しコピーあるい
は変換した形状等を作成する。

（ア）コピー 図形を他の形状の集合体（ブロック）へ複製、マージ
を行う。

（イ）変換 図形をコピーして、平行移動、回転、拡大、縮小、対
称移動等の座標変換を行う。

（ウ）板厚変換 立体として定義された形状板厚変換された形状を自動
的に作成する。

（エ）板厚方向、板厚値 立体の板厚方向、板厚値の設定、変更を行う。

〔積木編集〕

積木編集は、第７図に示すように、面、立体の結合、
分割等の編集機能を有するコマンド群である。

（ア）分割（第７図ａ） 分割は、複数の線および面を切断し分離する。

（イ）切り捨て（第７図ｂ） 切り捨ては、複数の線および面を切断し不要部を削除
する。

（ウ）延長（第７図ｃ） 延長は、面および線の延長をする。

（エ）面分け（第７図ｄ） １枚の面を一端が境線に他の一端が面内にある面上の
線で面を分割する。

（オ）複合面一体化（第７図ｅ） 複数の接続した面を１枚の面として扱えるように複合
面にする。

（カ）形状面一体化（第７図ｆ） 隣接する複数の立体を滑らかに１つの立体にする。接
する境界はなくなる。

（キ）頂点合わせ（第７図ｇ） 立体モデル内の頂点（複数の線の交点）の離れを補足
して隙間をなくす。板厚変換を行ったとき等に使用す
る。

（ク）形状面化（第７図ｈ） 同一面上にある複数の線で閉じられた面を定義する。
この面は立体として扱われる。

（ケ）ブロック切り貼り（第７図ｉ） 異なるブロックに存在する２つの立体モデルを連結
し、１つの立体モデルにする。余分な部分は切り捨て
る。

（コ）こぶ切り貼り（第７図ｊ） こぶ積木で作成された立体とは別に後で取り外し可能
な状態として立体の連結を行う。

（サ）こぶ分離（第７図ｋ） こぶとして連結した立体のこぶ形状を削除し基本形状
に戻す。

次に、本発明に係る立体モデル作成方法を自動車のサ
イドパネルのドア開口部近傍の分割例に適用する場合に
ついて説明する。

先ず、基となる製品図より、当該部位近傍データをCR
T上に入力する。そして、そのドア開口部の形状から、
断面図形が一定であると見なせる範囲（第１図形部分、
第２図形部分）をセクション毎に分割する（第８図にお
いて、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｐで示す部分）。

次に、セクション毎に分割されなかった部分をビュー
部分として分割する（第８図において、Ｒ、Ｑで示す部
分）。そして、上記分割に基づいて、各部分を立体化す
るために積木操作を行う。

例えば、第８図において、部分Ｋを変更する場合に
は、その部分の形状を、第３図を用いて説明したよう
に、ラフ入力し、各部の寸法を入力することにより、形
状を定める。その後、第９図に示すように、少し長めに
設定された部分Ｌと部分Ｋ（第１立体モデルおよび第２
立体モデル）の各面を交錯させ、この交錯部に対して、
例えば、適当な半径と中心を定め、円弧によりつなぎの
処理を行う。つなぎ処理を行った後不要部分は除去す
る。また、部分Ｑと部分Ｋとの結合に対しても同様な処
理を行う。

また、部分Ｑに関しては、第10図に示すように、座12
0、穴122、こぶ124、ビード126を立体化するものとす
る。この場合、座120、こぶ124に関しては、第６図ｂに
ついて説明したように平面的な形状とすれば座になり、
立体的な形状とすればこぶ形状となる。また、穴の場合
は、第６図ａについて説明したように、穴中心点と穴プ
ロフィール線を定義して穴を決定する。さらに、ビード
については、第６図ｄについて説明した通りである。

例えば、処理手順については、第11図に示すように、
先ず、ラフ形状を入力する（92）。入力したラフ形状の
構成要素の各々に固有の番号を割り付け（94）、ラフ形
状の構成要素毎に寸法、座標値を入力する（96）。この
場合、直読寸法を入力する。そして直読寸法のラフ形状
（積木）群を順（外形図−セクション−ビュー−小部
品）に並べる（98）。次いで、ラフ形状の各面と外形面
の対応関係をデータベース54に格納する（100）。セク
ション積木毎に断面を求めて補間して３次元化する（10
2）。この場合、線は３次元化したデータと入れ替え
る。面は面創生情報のみ（直線、円弧方向、半径）を持
つ。ビュー積木毎に２次元形状を求める（104）。線は
２次元データをデータベース54に保存し、面は面創生情
報をデータベース54に保存する。さらにビューとビュ
ー、ビューと面の関係の満たされているものの精密化を
行う（106）。参照データが満足しているもの、参照デ
ータが未定義のものについてもtreeを作成する（10
8）。treeを順にたどって精密化の計算を行う（110）。
精密化は連立方程式を解く要領で行う。次いで、小部品
の精密化を行い（112）、終了する。

以上のように、第12図に示すように、セクション積
木、ビュー積木、つなぎ積木、こぶ積木の４種の積木を
用い、自動車のドアを数個から十数個の小部分に分割
し、夫々の小部分に各々管理用の名称を付与して１つの
３次元立体データして管理を行う。このように管理した
場合、部品の一部設計変更があった場合に、変更のあっ
た個所に対応する小部分のデータだけを修正すればよ
く、従来の線単位の管理に比較して、修正が容易とな
り、また、データの管理も非常に簡便なものとなる。

また、複雑な形状からなる立体モデルを簡易に作成す
ることができる。さらに、設計図面上の２次元形状から
立体モデルを作成することで、製品形状のイメージを容
易に具現化することができ、また、設計データ上にミス
があった場合、それを立体モデル上で事前に検証できる
利点もある。

ここで、新規形状を定義した際のバッチ文は特に削除
しない限りヒストリーファイル上に保存されており、ま
た、このヒストリーは作業ブロック単位で保存されてい
るため、作業したときのブロックが判ればすぐにヒスト
リー上から検索することができる。従って、作業の手順
が同じで寸法値等のパラメータだけを修正するような設
計変更では、ヒストリーの修正再実行を行うだけで済
む。さらに、設計変更で変更になった部分を立体形状の
して定義しておけば、元の形状に対して切り取りと結合
を一括で処理できる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、形状モデルを各小部
分の立体形状の組み合わせで作成することによって簡易
に立体モデルを作成することができるだけでなく、設計
変更に容易に対応可能であるという効果を奏する。ま
た、変更になる部分を全体の立体モデルより切り取り、
切り取られた小立体モデルに対し変更を加え、変更され
た小立体モデルと全体モデルの結合を行うことにより部
分変更が容易になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるCADシステムの概略構成
図、 第２図はCADシステムのプログラム構成図、 第３図は形状データ入力方法の説明図、 第４図は２次元形状データ入力の説明図、 第５図は本発明方法により得られた形状のつなぎ積木の
説明図、 第６図は本発明方法により得られた形状のこぶ積木の説
明図、 第７図は本発明方法により得られた形状の積木編集の説
明図、 第８図は本発明方法の実施例である自動車のサイドパネ
ルのドア開口部近傍の分割図、 第９図は分割部分を結合する場合の図、 第10図はサイドパネルのドア開口部近傍の部分図、 第11図は本発明方法に係るラフ形状の精密化フロー、 第12図は本発明方法の実施例である自動車のサイドパネ
ルのドア開口部近傍に対する積木例の説明図、 第13図は従来のCADシステムにデータを入力する場合の
説明図である。 ２……コンピュータ、４……大容量記憶装置 ６……図形出力装置 ８……グラフィックディスプレイ装置 10……タブレット、12……キーボード 14……マウス、16……ライトペン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多賀 和春 埼玉県狭山市新狭山１―10―１ ホンダ エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 松永 直人 埼玉県狭山市新狭山１―10―１ ホンダ エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 小野 浩 埼玉県狭山市新狭山１―10―１ ホンダ エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−102684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−288979（ＪＰ，Ａ) 山口富士夫編著「ＣＡＤ／ＣＡＭ入 門」株式会社工業調査会1986年５月30日 ６版発行

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】製品の２次元図形と、前記２次元図形にお
   ける所定部位毎の断面図形とを備えた製品図面情報か
   ら、CADシステムによって立体モデルを作成する方法で
   あって、 前記２次元図形から、断面図形を有し、その断面図形が
   所定の範囲に渡って一定であると見なせる第１図形部分
   を選択し、この第１図形部分の当該断面図形を、前記製
   品図面情報に含まれる当該断面図形に付記された基準線
   およびそれに対する２次元断面図形データに従って入力
   する第１ステップと、 前記第１ステップで入力された前記断面図形を、前記基
   準線からの相対位置関係を維持した状態で、前記製品図
   面情報に含まれる当該第１図形部分の図形情報に従って
   移動させることにより、前記第１図形部分およびその延
   長部分に係る第１立体モデルを作成する第２ステップ
   と、 前記２次元図形から、断面図形を有し、その断面図形が
   所定の範囲に渡って一定であると見なせ、前記第１図形
   部分とは異なる図形部分であって前記第１図形部分に隣
   接する第２図形部分を選択し、この第２図形部分の当該
   断面図形を、前記製品図面情報に含まれる当該断面図形
   に付記された基準線およびそれに対する２次元断面図形
   データに従って入力する第３ステップと、 前記第３ステップで入力された前記断面図形を、前記基
   準線からの相対位置関係を維持した状態で、前記製品図
   面情報に含まれる当該第２図形部分の図形情報に従って
   移動させることにより、前記第２図形部分およびその延
   長部分に係る第２立体モデルを作成する第４ステップ
   と、 前記第１立体モデルと前記第２立体モデルとを前記各延
   長部分に係る立体モデル上で交錯させ、その交錯部を処
   理して連結する第５ステップと、 からなり、前記第１〜第５ステップを繰り返すことによ
   り所望の立体モデルを作成することを特徴とする立体モ
   デル作成方法。