JP2575803B2 - ３次元物体干渉チエック方法および装置 - 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を用いて行う３次元物体干渉チ
ェック方法および装置に係り、特に処理時間の短縮に配
慮した３次元物体干渉チェック方法および装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、部品の配置や、動作する部材を設計するとき、
部品が相互に干渉することがないか、動作する部材が他
の部材や外部のものに接触することがないか等を、設計
段階でチェックすることが行われている。このようなと
きにコンピュータを用いて行われる３次元物体の干渉
（重なり、接触など）チェック方法としては、（１）３
次元中実体モデル同志の集合演算により得られる重なり
部分の有無で調べる方法、（２）カラーシェーディング
または隠線処理外形線表示により調べる方法などがあ
る。

ナショナルテクニカルリポート（National Technical
Report）vol31.No4.1985−８に記載された「ロボット
グラフィックスシミュレータ（荒川、安田）」において
は、複雑な３次元中実体モデルを簡略化したデータで処
理を行ってはいるが、膨大な処理時間を要している。一
般的には前記（２）の方法が用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、物体を構成する面を画面奥から表示
しその手前の物体を表示する段階で後方物体の隠線処理
を行うため、図形の表示と各演算に多大の時間を要し、
図形表示端末の応答時間が膨大になるので、実用化しに
くかった。

さらに、部品群が多層に立体配置されている場合、内
側に配置された部品同志の干渉は、視点を種々変えて物
体を表示しても画面には表示できない。

本発明の課題は、応答速度が早く、かつ簡単な図形表
示で３次元物体の干渉チェックを行うにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、複数の物体の形状データを入力し、入
力された形状データを記憶し、該形状データに基く演算
により前記物体の３次元形状データを生成し、該３次元
形状データに基く画面表示により前記物体相互間の干渉
チェックを行う方法において、前記物体の３次元形状デ
ータから形成される該物体の形状構成面と任意の面の挿
入面の交線の３次元形状データを演算して求める手段
と、該交線の３次元形状データを切口図形として画面表
示する手段とを備えている３次元物体干渉チェック方法
により達成される。

上記の課題は、また、物体の形状データの入力部と、
該形状データを記憶する記憶部と、該形状データに基い
て前記物体の３次元形状データを生成する演算部と、該
３次元形状データに基いて前記物体を画面表示する表示
部と、表示図形の選択を含む作業指示を行う指示部とを
備えてなる３次元物体干渉チェック装置において、前記
演算部が任意の挿入面の形状データから該面の３次元形
状データを生成する手段と、前記物体の３次元形状デー
タから形成される該物体の形状構成面と前記任意の挿入
面の交線を３次元形状データとして求める手段とを備え
ており、前記記憶部が、前記任意の面と該面に対応する
前記交線の３次元形状データを記憶する手段を備えてい
る３次元物体干渉チェック装置により達成される。

〔作用〕

干渉チェックが行われるべき複数の物体が配置されて
いる状態が、前記物体の形状構成面を形成する該物体の
３次元形状データで表現され、前記物体が配置されてい
る状態に任意の面が挿入されて該挿入面と前記物体の形
状構成面との交線（切口図形）が演算して求められるか
ら、３次元の物体相互の位置関係が、挿入された面上に
表わされる２次元の切口図形相互の位置関係に置換され
る。この切口図形が画面表示され、その重なりの有無が
画面上から読みとられる。

ある基準面に平行な複数の挿入面を設定する場合や物
体の相互の位置が時間とともに変化する場合に所要の時
間間隔で挿入面を設定する場合、挿入面に対応させて、
その挿入面と物体との交線データが記憶される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。第１
図に示す本発明の実施例である３次元物体干渉チェック
装置は、指示部１および指示データ解析部２からなる物
体形状データの入力部と、該入力部にデータ伝送路10を
介して接続された主記憶装置４および外部記憶装置６か
らなる記憶部と、前記データ伝送路10を介して記憶部に
接続された表示部３と、からなっている。主記憶装置４
は、その中に、プロセッサ５および５′を備えて物体の
形状データから３次元形状データを生成する演算部とし
ても機能する。指示部１は例えばスタイラスや、キーボ
ードなどであり、指示データ解析部２は端末内に設けた
データ処理部である。入力部は表示図形の選択などの指
示部および任意の挿入面の形状データ入力部を兼ね、前
記演算部は前記挿入面の形状データから該面の３次元形
状データを生成する手段と、挿入面と物体の交線を３次
元形状データとして求める手段とを兼ねている。また記
憶部は、前記任意の面と該面に対応する前記交線の３次
元形状データを記憶する手段を兼ねている。

各構成要素とプロセッサ５との関係は次の通りであ
る。

ｉ） 指示部１よりデータ解析部２を介して、作業を指
示する指示データがプロセッサ５に入力される。プロセ
ッサ５は入力された指示に従って、データ解析部２との
データ入出力、外部記憶装置６とのデータ入出力および
各種演算を行う。

ii） データ解析部２は指示部１や表示部３とプロセッ
サ５の間のデータ入出力を行う。

iii） プロセッサ５′は、プロセッサ５と同様の機能
をもち、外部記憶装置６と直接、データ入出力を行うた
めのプロセッサである。

次に本発明の方法の概略処理フローを、第２図により
説明する。

A.外部記憶装置６にある干渉チェック対象の物体の３次
元形状データを主記憶４に読み込む。

B.読みこんだデータを表示部３に表示する。

C.挿入面の３次元の面データを第５図に示すような３面
図を作って入力する。挿入面作成用図形７を、２次元図
形データと、１点鎖線のような線データを与えることに
より、２次元図形を、プロセッサにより、１点鎖線を通
る面として３次元化する。

D.挿入面と、前記表示された干渉チェック対象物の３次
元形状構成面とがなす交線を求める。

E.求められた交線を表示部３により表示する。

挿入面の３次元化および交線作成処理のフローを第３
図に示す。

イ．交線の３次元形状データ（交線データ）が既に記憶
されている場合、外部記憶装置（ファイル）６から、干
渉チェック対象物の立体形状を示す線素データ、挿入面
の３次元形状データ、および交線データを主記憶４内に
取り込み、これを表示部３に送って表示する。

ロ．交線データが記憶されていない場合、はじめに表示
部３と指示部１からのデータを使って挿入面データを生
成する。たとえば、第５図のような三面図上の線７の２
次元データから、この線を含み、YZ面に垂直な面を挿入
面として、その面の式（挿入面の３次元形状データ）を
挿入面テーブルに代入する。

ハ．次に、上記挿入面と、干渉チェック対象である３次
元形状構成面とで作る交線を、面の一般式からなる連立
方程式を解いて求め、得られた式を交線データとして主
記憶内テーブルへ代入する。同時に挿入面テーブルへ、
交線データ検索用データ例えば格納番地などを代入す
る。

ニ．ファイル６へ登録するための指示データを読みこ
み、干渉チェック対象の３次元形状データのうちの線素
データ、前記交線データおよび挿入面の３次元形状デー
タをファイル６へ転送する。

ホ．得られた交線を、挿入面が表示画面に対して垂直で
はない状態の交線に変換して画面表示し、挿入面による
干渉チェック対象の３次元形状の切口を表示する。第６
図は、第５図に示した部品を挿入面で切った切口を、挿
入面７が表示画面に対して垂直でない状態に変換して表
示した例である。

次に第７図に示すように、３次元物体が互いに相対運
動をする場合、各挿入面テーブルには、時刻毎などグル
ープ毎に検索するための、検索範囲指示データを含めた
挿入面の３次元形状データが代入される。このデータに
より、切口形状を各時刻や各ステップ毎に表示できるの
で、相対運動する各形状の干渉チェックも可能になる。
第８図は、第７図に示すように部品が相対運動する場合
の、同一挿入面による異なった時刻における切口形状を
示した例である。

次に、プロセッサ５′により、ファイル６から、直
接、挿入面を作成するデータを読みこみ、交線データを
作成してファイル６に直接出力する方法について述べ
る。

対話型処理の応答時間は約１秒以内でないと、実用的
ではないと云われている。従って干渉チェックすべき面
が数多くあって、対話型の処理が実用上不可能な場合が
ある。この場合は、バッチ処理により、必要な挿入面と
の交線データを自動生成してファイル６に自動的に記録
しておく。対話処理は演算部分が除かれ、かつ、面のデ
ータの検索は行わず切口の線のデータ（交線データ）の
みを検索して表示するだけの処理となって応答時間が短
縮され、干渉チェックすべき面、あるいは干渉チェック
すべき時点が多数あっても、対話処理が実用できるレベ
ルに応答が高速化される。

切口図形を画面表示する場合は、切口図形のみを表示
し、物体外形は表示しないこととしてもよいし、物体外
形を同時に表示して、切口図形の表示色を物体外形の表
示色と異なる色として重なりを明らかにしてもよい。更
に切口図形の重なり部分のみを別に着色表示すれば、重
なりがはっきりする。

挿入された面とその面上に生成された切口図形とは対
応して記憶されるから、例えば、水平面上に配置された
複数の物体が、水平面上のどの高さにおいても相互に干
渉していないかどうかをチェックする場合、基準となる
水平面を設定し、この基準面から例えば高さ5mmごとに
基準面に平行な挿入面を設定して、挿入面ごとに物体と
の交線を算出して記憶させ、画面表示の際に、下方の挿
入面による切口図形から順に上方の切口図形を表示させ
てチェックさせることも可能である。

第９図は、挿入面を、その面の法線方向に平行移動さ
せて物体同志の全体的配置の状況を表示する例を示して
いる。

第５図〜第９図においては、挿入面を平面とした例が
示されているが、挿入面は必ずしも平面でなく、階段状
平面、曲面、あるいは平面と曲面の組合せとしてもよ
い。第10a図および第10b図は、干渉しそうな部分を一回
の操作でチェックできるように階段状の面を挿入した例
を示す。この場合、折れ線を一回指示するだけで階段状
の挿入面が生成され、干渉の恐れのある部分が一度でチ
ェックされる。第11a図，第11b図および第11c図は、互
いに運動している物体の干渉チェックのための挿入面に
曲面を用いた例である。一方の物体９の回転軸を中心軸
とする円筒面が挿入され、あらかじめ定めた時間間隔ご
とに物体９や物体10と円筒面との交線が切口図形として
表示され、干渉チェックが行われる。

また運動する物体と他の物体との干渉チェックを行う
場合は、挿入面を運動物体と同調して運動させ、適当な
時間間隔で交線を演算して求め表示することにより干渉
チェックしてもよいし、相互に運動する物体であって、
互いの運動に規則性がない場合は、一方の運動物体の運
動の外限界面を求め、これを挿入面として他の物体との
干渉チェックを行うことも可能である。

さらに表示された切口図形の任意の２点を指定して、
その間の距離を算出して画面表示させることにより、隙
間がどれ位あるか、あるいは重なりがどの位あるかを確
認することもできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複雑な３次元形状物体の位置関係の
表示が、任意の挿入面により生成された２次元の切口図
形のような簡単な図形表示に置き換えられるので、図形
処理の応答速度が早くなり、かつ見やすくなって、３次
元物体の干渉チェックが容易になる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
り、第２図は本発明の方法の実施例の概略を示すフロー
図であり、第３図は、本発明の方法の実施例を示すフロ
ー図であり、第４図は本発明の実施例のデータ構造図で
あり、第５図は挿入面のデータ入力画面の例を示す平面
図であり、第６図は交線による切口図形の表示例を示す
斜視図であり、第７図は相対運動する部品例を示す斜視
図であり、第８図は相対運動する部品の切口図形例を示
す斜視図であり、第９図は挿入面を平行移動しつつ干渉
チェックを行う実施例を示す斜視図であり、第10a図お
よび第10b図は階段状挿入面を用いた実施例を示す平面
図および斜視図であり、第11a図，第11b図、および第11
c図は曲面を挿入面とした実施例を示す斜視図および平
面図である。 1,2……入力部，指示部（指示部，指示データ解析
部）、３……表示部、4,6……記憶部（主記憶，外部記
憶）、4,5,5′……演算部。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の物体の形状データを入力し、入力さ
   れた形状データを記憶し、該形状データに基く演算によ
   り前記物体の３次元形状データを生成し、該３次元形状
   データに基く画面表示により前記物体相互間の干渉チェ
   ックを行う方法において、前記物体の３次元形状データ
   から形成される該物体の形状構成面と任意の面の交線の
   ３次元形状データを演算して求める手順と、該交線の３
   次元形状データを切口図形として画面表示する手順とを
   備えていることと、を特徴とする３次元物体干渉チェッ
   ク方法。
2. 【請求項２】物体の形状データの入力部と、該形状デー
   タを記憶する記憶部と、該形状データに基いて前記物体
   の３次元形状データを生成する演算部と、該３次元形状
   データに基いて前記物体を画面表示する表示部と、表示
   図形の選択を含む作業指示を行う指示部とを備えてなる
   ３次元物体干渉チェック装置において、前記演算部が任
   意の面の形状データから該面の３次元形状データを生成
   する手段と、前記物体の３次元形状データから形成され
   る該物体の形状構成面と前記任意の面の交線を３次元形
   状データとして求める手段とを備えていることと、前記
   記憶部が、前記任意の面と該面に対応する前記交線の３
   次元形状データを記憶する手段を備えていることと、を
   特徴とする３次元物体干渉チェック装置。