JP3194773B2 - デジタル化システム及び方法 - Google Patents
デジタル化システム及び方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、３次元の物体のデジタ
ル化に関するものである。
ル化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】３次元の物体のデジタル化の有用性は十
分に確立されている。外被のみをデジタル化するよう動
作する３次元デジタル化装置が知られている。これらの
装置としては、例えば、物体の外面をたどる機械的アー
ムがあり、アームの先端部の座標は、アームジョイント
部でシャフトエンコーダによって決定される。このよう
なデジタル化装置の別の例は、物体の面上の位置を指し
示す針（stylus）を使用するものであり、針の先端部の
座標は遠隔測定によって決定される。このような装置の
もう１つの例は、物体の外郭で反射される光等のエネル
ギービームの反射を測定するものである。
分に確立されている。外被のみをデジタル化するよう動
作する３次元デジタル化装置が知られている。これらの
装置としては、例えば、物体の外面をたどる機械的アー
ムがあり、アームの先端部の座標は、アームジョイント
部でシャフトエンコーダによって決定される。このよう
なデジタル化装置の別の例は、物体の面上の位置を指し
示す針（stylus）を使用するものであり、針の先端部の
座標は遠隔測定によって決定される。このような装置の
もう１つの例は、物体の外郭で反射される光等のエネル
ギービームの反射を測定するものである。
【０００３】典型的な機械的アームデジタイザについて
は、”Digital Design, 1984年 4月, 104 頁”に記載さ
れており、Vernon CT, U.S.A. の Micro Controlから 3
D Digitizer という名称で入手可能であると記されてい
る。
は、”Digital Design, 1984年 4月, 104 頁”に記載さ
れており、Vernon CT, U.S.A. の Micro Controlから 3
D Digitizer という名称で入手可能であると記されてい
る。
【０００４】典型的な遠隔測定デジタイザは 3-Spaceと
して知られており、 St. Louis, MO, U.S.A.の McDonne
ll Douglasから入手可能である。
して知られており、 St. Louis, MO, U.S.A.の McDonne
ll Douglasから入手可能である。
【０００５】一部の表面上で測定された３次元のポイン
トをＣＡＤモデルへ変換するための装置は CADD Inspec
tor として知られており、 Vernon, CT, U.S.A. の CAD
KEYから入手可能であると”Klein Report, Vol. 10, N
o. 13, 1988 年 7月”に記載されている。
トをＣＡＤモデルへ変換するための装置は CADD Inspec
tor として知られており、 Vernon, CT, U.S.A. の CAD
KEYから入手可能であると”Klein Report, Vol. 10, N
o. 13, 1988 年 7月”に記載されている。
【０００６】また、ミクロトームで切断される比較的軟
らかい組織の３次元画像を生成することが知られてい
る。この技法は、画像の位置決めを提供せず、エンジニ
アリングのためには適さない。
らかい組織の３次元画像を生成することが知られてい
る。この技法は、画像の位置決めを提供せず、エンジニ
アリングのためには適さない。
【０００７】コンピュータ化された断層撮影法及び放射
線スキャナによって、物体のスライス情報が提供される
が、これらは一般に、その速度、モデルサイズ容量、精
度、解像度、及び取扱可能な材料の種類の点で、産業環
境で使用するのには適さない。
線スキャナによって、物体のスライス情報が提供される
が、これらは一般に、その速度、モデルサイズ容量、精
度、解像度、及び取扱可能な材料の種類の点で、産業環
境で使用するのには適さない。
【０００８】Prothero J. S.らによる「連続セクション
からの３次元再構成：再組み立て問題（Tree-dimension
al reconstruction from serial sections: iv. The re
assembly problem）」（Computer. & Biomed. Res. (US
A), vol. 19, No. 4, 361-373 頁, 1986年 8月）と題さ
れた論文では、物体から薄いスライスが順次切断される
再構成技について記載されている。切断後、スライスは
従来の２次元デジタル化技法によってデジタル化され
る。
からの３次元再構成：再組み立て問題（Tree-dimension
al reconstruction from serial sections: iv. The re
assembly problem）」（Computer. & Biomed. Res. (US
A), vol. 19, No. 4, 361-373 頁, 1986年 8月）と題さ
れた論文では、物体から薄いスライスが順次切断される
再構成技について記載されている。切断後、スライスは
従来の２次元デジタル化技法によってデジタル化され
る。
【０００９】H. Harlyn Baker による「運動表面におけ
る組み立て、視覚化及びコンピューティング（Buildin
g, visualizing and computing on surfaces of evolut
ion）」（IEEE Computer Graphics & Applications, 19
88 年 7月, 31-41 頁）と題された論文では、物体の３
次元表面をその２次元スライスから再構成することに関
して議論されている。
る組み立て、視覚化及びコンピューティング（Buildin
g, visualizing and computing on surfaces of evolut
ion）」（IEEE Computer Graphics & Applications, 19
88 年 7月, 31-41 頁）と題された論文では、物体の３
次元表面をその２次元スライスから再構成することに関
して議論されている。
【００１０】米国特許第３、６４９、１０８号及び第
３、８８４、５６３号は何れも、試験体の層毎の写真撮
影に関するものである。所定の層は、撮影後に試験体か
ら除去され処分される。米国特許第３、８８４、５６３
号は、欄２の１５行目で、コンピュータスキャナの使用
について記載している。米国特許第３、６４９、１０８
号は、欄３の１６〜２０行目で、通常は半透明又は透明
である充填材の使用について記載している。
３、８８４、５６３号は何れも、試験体の層毎の写真撮
影に関するものである。所定の層は、撮影後に試験体か
ら除去され処分される。米国特許第３、８８４、５６３
号は、欄２の１５行目で、コンピュータスキャナの使用
について記載している。米国特許第３、６４９、１０８
号は、欄３の１６〜２０行目で、通常は半透明又は透明
である充填材の使用について記載している。
【００１１】上記の先行技術の装置では、遍く全ての形
の物体を均一に高解像度で立体デジタル化することがで
きないと言えるであろう。
の物体を均一に高解像度で立体デジタル化することがで
きないと言えるであろう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、３次元の物
体をデジタル化するための極めて正確なシステムを提供
しようとするものである。
体をデジタル化するための極めて正確なシステムを提供
しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために、本発明の好ましい実施例に従って提供され
る３次元の物体の立体デジタル化のためのシステムに
は、デジタル化を実行する前に３次元の物体内の空洞及
び物体の外側の容積をほぼ不透明な支持材料で充填して
支持材料をほぼ均一な硬度を有する固体ブロックへ凝固
させる装置と、物体の第１の露出表面をデジタル化する
装置と、第１の露出表面のデジタル化に続いて動作して
物体の所定厚の層を除去し第２の露出表面を露出させる
装置と、物体の第２の露出表面をデジタル化するよう動
作する装置と、が含まれる。
するために、本発明の好ましい実施例に従って提供され
る３次元の物体の立体デジタル化のためのシステムに
は、デジタル化を実行する前に３次元の物体内の空洞及
び物体の外側の容積をほぼ不透明な支持材料で充填して
支持材料をほぼ均一な硬度を有する固体ブロックへ凝固
させる装置と、物体の第１の露出表面をデジタル化する
装置と、第１の露出表面のデジタル化に続いて動作して
物体の所定厚の層を除去し第２の露出表面を露出させる
装置と、物体の第２の露出表面をデジタル化するよう動
作する装置と、が含まれる。
【００１４】更に、本発明の実施例によると、露出され
たほぼ２次元の表面をデジタル化するための装置と、物
体の所定厚の層を選択的に除去してそのほぼ２次元の表
面を露出させるための装置と、デジタル化装置が物体の
第１の露出表面をデジタル化し、選択的除去装置が第１
の露出表面のデジタル化に続いて動作して物体から所定
厚の層を除去して第２の露出表面を露出させ、デジタル
化装置が物体の第２の露出表面をデジタル化するように
する制御装置と、を含む、３次元の物体の立体デジタル
化のためのシステムが提供されている。
たほぼ２次元の表面をデジタル化するための装置と、物
体の所定厚の層を選択的に除去してそのほぼ２次元の表
面を露出させるための装置と、デジタル化装置が物体の
第１の露出表面をデジタル化し、選択的除去装置が第１
の露出表面のデジタル化に続いて動作して物体から所定
厚の層を除去して第２の露出表面を露出させ、デジタル
化装置が物体の第２の露出表面をデジタル化するように
する制御装置と、を含む、３次元の物体の立体デジタル
化のためのシステムが提供されている。
【００１５】また更に、本発明の好ましい実施例に従っ
て提供される３次元の物体をデジタル化するための方法
は、デジタル化を実行する前に３次元の物体の空洞及び
物体の外側の容積をほぼ不透明な支持材料で充填して支
持材料をほぼ均一な硬度を有する固体ブロックへ凝固さ
せるステップと、物体の第１の露出表面をデジタル化す
るステップと、第１の露出表面のデジタル化に続いて物
体から所定厚の層を除去して第２の露出表面を露出させ
るステップと、物体の第２の露出表面をデジタル化する
ステップと、を含むものである。
て提供される３次元の物体をデジタル化するための方法
は、デジタル化を実行する前に３次元の物体の空洞及び
物体の外側の容積をほぼ不透明な支持材料で充填して支
持材料をほぼ均一な硬度を有する固体ブロックへ凝固さ
せるステップと、物体の第１の露出表面をデジタル化す
るステップと、第１の露出表面のデジタル化に続いて物
体から所定厚の層を除去して第２の露出表面を露出させ
るステップと、物体の第２の露出表面をデジタル化する
ステップと、を含むものである。
【００１６】デジタル化後に層を更に除去して次の表面
を露出させる操作及びそのデジタル化操作は、物体の全
容積がデジタル化されるまで続けられる。
を露出させる操作及びそのデジタル化操作は、物体の全
容積がデジタル化されるまで続けられる。
【００１７】本発明の好ましい実施例によると、上記の
デジタル化プロセスの前に、３次元の物体内の空洞及び
物体の外側の容積は支持材料で充填され、ほぼ均一な硬
度を有する固体ブロックへ凝固される。
デジタル化プロセスの前に、３次元の物体内の空洞及び
物体の外側の容積は支持材料で充填され、ほぼ均一な硬
度を有する固体ブロックへ凝固される。
【００１８】更に、本発明の好ましい実施例によると、
物体の所定厚の層の除去は機械加工（machining ）によ
って実行される。
物体の所定厚の層の除去は機械加工（machining ）によ
って実行される。
【００１９】また更に、本発明の好ましい実施例による
と、コントラストを提供するために、支持材料の色は物
体の色とは異なる。より深い層からデジタル化表面へ通
過する光による偽の読取りを無くすために、支持材料は
不透明であるのが好ましい。
と、コントラストを提供するために、支持材料の色は物
体の色とは異なる。より深い層からデジタル化表面へ通
過する光による偽の読取りを無くすために、支持材料は
不透明であるのが好ましい。
【００２０】更に本発明の好ましい実施例によると、２
次元表面のデジタル化は、標準ＣＡＤフォーマットであ
る３次元表示へ併合される。
次元表面のデジタル化は、標準ＣＡＤフォーマットであ
る３次元表示へ併合される。
【００２１】また更に本発明の好ましい実施例による
と、デジタル化はコンピュータ化自動検査システムと共
に実行される。
と、デジタル化はコンピュータ化自動検査システムと共
に実行される。
【００２２】固体ブロックから既に除去された層の表面
ではなく、固体ブロックから除去する前のブロックのそ
のままの表面で２次元デジタル化を実行することによっ
て、種々の表面のデジタル化間の位置決めの問題が除去
されることは、特に本発明の特徴である。
ではなく、固体ブロックから除去する前のブロックのそ
のままの表面で２次元デジタル化を実行することによっ
て、種々の表面のデジタル化間の位置決めの問題が除去
されることは、特に本発明の特徴である。
【００２３】
【実施例】図１を参照すると、本発明の基本原理が示さ
れている。花瓶のような物体１０は、始めに、ここで凝
固手順と称される処理が準備セル１２内で実行される。
以下により詳細に記載されるように、物体１０の内部空
洞は充填材料１４で充填される。物体の外側の容積は充
填されて、物体１０が埋込まれた固体の立方体１６又は
他の適切な形を画定する。
れている。花瓶のような物体１０は、始めに、ここで凝
固手順と称される処理が準備セル１２内で実行される。
以下により詳細に記載されるように、物体１０の内部空
洞は充填材料１４で充填される。物体の外側の容積は充
填されて、物体１０が埋込まれた固体の立方体１６又は
他の適切な形を画定する。
【００２４】立方体１６内の物体１０の内部及び外部の
双方を充填するのに使用される充填材料１４は、物体１
０の硬度と同様の硬度を有する材料であるのが好まし
い。また充填材料は、物体１０の色と異なる色であり、
不透明であることが望ましい。
双方を充填するのに使用される充填材料１４は、物体１
０の硬度と同様の硬度を有する材料であるのが好まし
い。また充填材料は、物体１０の色と異なる色であり、
不透明であることが望ましい。
【００２５】立方体１６は、昇降トレイ２２上に支持さ
れた参照番号２０で示される被加工物（ワークピース）
を画定する。トレイ２２は、Ｘ−Ｙ平面を移動可能な移
動台（キャリッジ）２４上に可変高さで支持される。
れた参照番号２０で示される被加工物（ワークピース）
を画定する。トレイ２２は、Ｘ−Ｙ平面を移動可能な移
動台（キャリッジ）２４上に可変高さで支持される。
【００２６】被加工物２０は、Newport Beach, CA.の A
udreから入手可能なＣＣＤカメラのような略２次元表面
の２次元写真を提供するためのカメラ２６、物体から所
定の又は選択的な厚さを除去することによって新しい２
次元表面を露出させるためのフライスヘッド（milling
head）２８、及び、カメラ２６のために新しく露出され
た表面を準備する光学的クリーンアップ・アセンブリ２
９と、繰返し且つ順番に操作係合したり離れたりする。
カメラ２６は、Nes Ziona, Israel の Optrotech Ltd.
から市販されている Vision-106 検査システムのような
コンピュータ化検査システムの一部を形成するのが好ま
しい。市販されている別のシステムは、Hartford, CT
の Gerber Scientific Instruments Co.から得られる M
odel 1850 自動光学検査システムである。
udreから入手可能なＣＣＤカメラのような略２次元表面
の２次元写真を提供するためのカメラ２６、物体から所
定の又は選択的な厚さを除去することによって新しい２
次元表面を露出させるためのフライスヘッド（milling
head）２８、及び、カメラ２６のために新しく露出され
た表面を準備する光学的クリーンアップ・アセンブリ２
９と、繰返し且つ順番に操作係合したり離れたりする。
カメラ２６は、Nes Ziona, Israel の Optrotech Ltd.
から市販されている Vision-106 検査システムのような
コンピュータ化検査システムの一部を形成するのが好ま
しい。市販されている別のシステムは、Hartford, CT
の Gerber Scientific Instruments Co.から得られる M
odel 1850 自動光学検査システムである。
【００２７】生データ形式、好ましくはデジタルラスタ
形式のカメラ２６の出力は、 IBM PC のようなコンピュ
ータシステム３０へ供給される。コンピュータシステム
３０は、St. Louis, Missouri, U.S.A. の McDonnell D
ouglas Automation から得られる Unigraphics system
のような従来の市販のＣＡＤシステム３２によって使用
するために、計算機支援設計（ＣＡＤ）出力３１を従来
のフォーマットで準備する。このような応用のためのア
ルゴリズム及びシステムの概説は、"ComputerVision, G
raphics and Image Processing, No. 41, 346-381頁"
の R. T. Chinによる「自動化視覚的検査の調査（Surve
y-Automated Visual Inspection 1981-1987）」に示さ
れている。
形式のカメラ２６の出力は、 IBM PC のようなコンピュ
ータシステム３０へ供給される。コンピュータシステム
３０は、St. Louis, Missouri, U.S.A. の McDonnell D
ouglas Automation から得られる Unigraphics system
のような従来の市販のＣＡＤシステム３２によって使用
するために、計算機支援設計（ＣＡＤ）出力３１を従来
のフォーマットで準備する。このような応用のためのア
ルゴリズム及びシステムの概説は、"ComputerVision, G
raphics and Image Processing, No. 41, 346-381頁"
の R. T. Chinによる「自動化視覚的検査の調査（Surve
y-Automated Visual Inspection 1981-1987）」に示さ
れている。
【００２８】図１の装置の操作順序は以下のように要約
される。本発明に従って立体的にデジタル化されるべき
物体１０又は１つ以上の物体は、準備セル１２を画定す
る適切なフレーミング容器内に置かれ、必要に応じて、
固体リブによって適所に保持される。固体リブは、以下
のステップで凝固の際使用される支持材料と同様又は同
一の支持材料で製造されるのが好ましい。
される。本発明に従って立体的にデジタル化されるべき
物体１０又は１つ以上の物体は、準備セル１２を画定す
る適切なフレーミング容器内に置かれ、必要に応じて、
固体リブによって適所に保持される。固体リブは、以下
のステップで凝固の際使用される支持材料と同様又は同
一の支持材料で製造されるのが好ましい。
【００２９】例えば注型成形用ワックス、ポリスチレン
フォーム、セッコウ又はエポキシのような凝固可能な液
状支持材料１４は、準備セル１２（図１）の内部容積を
充填するように、物体の空洞及び物体の周囲全てに挿入
される。支持材料１４の固着及び凝固において、立方体
又は他の適切な立体１６が画定され、その外郭は準備セ
ル１２の外郭に対応する。この時点で、立体１６はセル
１２から取り外されてもよい。又は、セル１２が取り除
かれてもよい。あるいは、更に好ましいのは、図４に示
されるように、立体１６はセル１２内に保持される。
フォーム、セッコウ又はエポキシのような凝固可能な液
状支持材料１４は、準備セル１２（図１）の内部容積を
充填するように、物体の空洞及び物体の周囲全てに挿入
される。支持材料１４の固着及び凝固において、立方体
又は他の適切な立体１６が画定され、その外郭は準備セ
ル１２の外郭に対応する。この時点で、立体１６はセル
１２から取り外されてもよい。又は、セル１２が取り除
かれてもよい。あるいは、更に好ましいのは、図４に示
されるように、立体１６はセル１２内に保持される。
【００３０】支持材料１４は、以下のような多数の重要
な機能を有する。 ＊物体の精密部分を支持し、フライス切削による物体の
歪みを防止すること。 ＊正確なイメージングが達成されるように物体と背景と
の間の視覚的なコントラストを提供すること。 ＊物体の露出された２次元層から除かれた部分を見えな
くして、イメージングの正確さを保持すること。 ＊ツール及びマーカーがデジタル化されている物体に関
して所望の位置に配置されるのを可能にすること。 ＊同時に同一の準備セル内で多数の物体がデジタル化さ
れるのを可能にすること。
な機能を有する。 ＊物体の精密部分を支持し、フライス切削による物体の
歪みを防止すること。 ＊正確なイメージングが達成されるように物体と背景と
の間の視覚的なコントラストを提供すること。 ＊物体の露出された２次元層から除かれた部分を見えな
くして、イメージングの正確さを保持すること。 ＊ツール及びマーカーがデジタル化されている物体に関
して所望の位置に配置されるのを可能にすること。 ＊同時に同一の準備セル内で多数の物体がデジタル化さ
れるのを可能にすること。
【００３１】被加工物２０を画定する立体１６は、次に
昇降トレイ２２上に置かれ、被加工物の頂部は、カメラ
２６、フライスヘッド２８及びクリーンアップ・ユニッ
ト２９と操作係合する操作レベルに配置される。
昇降トレイ２２上に置かれ、被加工物の頂部は、カメラ
２６、フライスヘッド２８及びクリーンアップ・ユニッ
ト２９と操作係合する操作レベルに配置される。
【００３２】適切な垂直の解像度が選択される。典型的
な解像度は０．１ mm である。
な解像度は０．１ mm である。
【００３３】操作は、トレイを解像度の１単位（典型的
には０．１ mm ）だけ上昇させ、フライスヘッドを横切
ってトレイを移動し、１解像度単位の厚さの層を除去す
ることによって開始される。次に、例えば水やアルコー
ルのような透明な液体で層の露出表面をぬらす等によっ
て、露出層は装置２９によって処理されて、物体と支持
材料１４との間のコントラストを強化する。
には０．１ mm ）だけ上昇させ、フライスヘッドを横切
ってトレイを移動し、１解像度単位の厚さの層を除去す
ることによって開始される。次に、例えば水やアルコー
ルのような透明な液体で層の露出表面をぬらす等によっ
て、露出層は装置２９によって処理されて、物体と支持
材料１４との間のコントラストを強化する。
【００３４】露出層のコントラスト強化表面は、カメラ
２６によって走査又は撮影され、デジタルラスタ画像を
生成する。
２６によって走査又は撮影され、デジタルラスタ画像を
生成する。
【００３５】デジタル画像は処理され、物体全体が所望
の解像度でスライスされてその各層が撮影されるまで上
記のステップは繰り返される。
の解像度でスライスされてその各層が撮影されるまで上
記のステップは繰り返される。
【００３６】種々の層のデジタルラスタ画像は結合及び
修正されて従来のＣＡＤデータファイル出力を生成す
る。
修正されて従来のＣＡＤデータファイル出力を生成す
る。
【００３７】図２は、本発明に従って容易にデジタル化
することができる比較的複雑な物体の絵画図である。
することができる比較的複雑な物体の絵画図である。
【００３８】３次元の物体のスライシングは、図３Ａ〜
図３Ｃを考えることによって容易に視覚化することがで
きる。図３Ａは物体を示す。図３Ｂは、物体上に重ね合
せられた層パターンを示す。図３Ｃは、層１から層３が
除去されて層４が露出した物体を示す。
図３Ｃを考えることによって容易に視覚化することがで
きる。図３Ａは物体を示す。図３Ｂは、物体上に重ね合
せられた層パターンを示す。図３Ｃは、層１から層３が
除去されて層４が露出した物体を示す。
【００３９】本発明の装置は多数の応用が可能であるこ
とが認識されるであろう。例えば以下のようなものが含
まれる。 ＊３次元の物体のデジタル化。 ＊適切な出力装置で結合されると、現存の物体の多くの
スケールアップ及び／又はスケールダウンされた変形を
生成する。 ＊成形又は注型成形された生成物をデジタル化して、そ
れをその設計寸法と比較することによって、注型成形用
モールド及びダイスをテストすること。 ＊材料の追加及び／又は減少によって物理モデルが物理
的に修正された後、ＣＡＤファイルを更新すること。 ＊市販のＣＡＤデータベースと互換性のある標準ＣＡＤ
ファイルへ物理的物体を変換すること。
とが認識されるであろう。例えば以下のようなものが含
まれる。 ＊３次元の物体のデジタル化。 ＊適切な出力装置で結合されると、現存の物体の多くの
スケールアップ及び／又はスケールダウンされた変形を
生成する。 ＊成形又は注型成形された生成物をデジタル化して、そ
れをその設計寸法と比較することによって、注型成形用
モールド及びダイスをテストすること。 ＊材料の追加及び／又は減少によって物理モデルが物理
的に修正された後、ＣＡＤファイルを更新すること。 ＊市販のＣＡＤデータベースと互換性のある標準ＣＡＤ
ファイルへ物理的物体を変換すること。
【００４０】次に、図４について説明する。図４は、図
１の装置の一部の概略的な絵画図である。移動台２４
は、トレイ２２を支持するＺ軸昇降機構４０を有するこ
とがわかる。トレイ２２の上には立方体１６が配置され
ている。立方体１６は、始めに配置された準備セル容器
１２によって包囲されていてもよいことに注意する。
１の装置の一部の概略的な絵画図である。移動台２４
は、トレイ２２を支持するＺ軸昇降機構４０を有するこ
とがわかる。トレイ２２の上には立方体１６が配置され
ている。立方体１６は、始めに配置された準備セル容器
１２によって包囲されていてもよいことに注意する。
【００４１】フライスヘッド２８（図１）は、典型的に
は、 Israel の Iscar Ltd. から市販されているような
従来の設計のフライカッタ（舞いカッタ）４４を備えて
いる。フライカッタ４４は、モータ４６によって駆動さ
れ、ダストの制御及び収集のために真空クリーナ４８及
びダストトラップ５０と連結されている。
は、 Israel の Iscar Ltd. から市販されているような
従来の設計のフライカッタ（舞いカッタ）４４を備えて
いる。フライカッタ４４は、モータ４６によって駆動さ
れ、ダストの制御及び収集のために真空クリーナ４８及
びダストトラップ５０と連結されている。
【００４２】光学的クリーンアップ装置２９は、典型的
には、ウェット回転ブラシ又は１列の噴射スプリンクラ
ー５２を備えている。カメラ２６（図１）は、典型的に
は、照明装置５６及び制御コンピュータ５８と連結され
たデジタルビデオカメラ５４を備えている。これらは、
Optrotech Ltd.によって製造される上記の Vision 106
検査システムで使用されるようなものである。
には、ウェット回転ブラシ又は１列の噴射スプリンクラ
ー５２を備えている。カメラ２６（図１）は、典型的に
は、照明装置５６及び制御コンピュータ５８と連結され
たデジタルビデオカメラ５４を備えている。これらは、
Optrotech Ltd.によって製造される上記の Vision 106
検査システムで使用されるようなものである。
【００４３】準備セル１２内の物体１０の向きが、座標
の修正の前にシステムが指定する座標を決定すること
は、認識されるであろう。図５Ａは、ピストン６０を使
用して、支持材料６６で充填された準備セル６４の底部
へ物体６２を押しつけて、物体６２の平らな底部が準備
セル６４の平らな底部に沿うようにすることを示してい
る。
の修正の前にシステムが指定する座標を決定すること
は、認識されるであろう。図５Ａは、ピストン６０を使
用して、支持材料６６で充填された準備セル６４の底部
へ物体６２を押しつけて、物体６２の平らな底部が準備
セル６４の平らな底部に沿うようにすることを示してい
る。
【００４４】図５Ｂは、支持材料７０で充填された準備
セル６８内に物体６６を吊るした状態を示している。好
ましくは、物体６６は凝固した支持材料７０で形成され
た支持ロッド７２へ取り付けられている。ロッド７２
は、支持部材７４によって正確な位置に保持される。
セル６８内に物体６６を吊るした状態を示している。好
ましくは、物体６６は凝固した支持材料７０で形成され
た支持ロッド７２へ取り付けられている。ロッド７２
は、支持部材７４によって正確な位置に保持される。
【００４５】次に図６Ａ〜図６Ｆを参照すると、本発明
に従ってデジタル化するために内部空洞を有する物体を
準備する種々の段階が示されている。内部空洞８２を有
する典型的な物体８０が図６Ａに示されている。内部空
洞８２は図６Ｂに示されるように支持材料８４によって
充填され、充填された物体は図６Ｃに示されている。次
に物体は準備セル８６に配置された後、物体８０の外側
の容積が支持材料で充填される。充填された準備セルは
図６Ｅに示される。凝固した立方体８８は図６Ｆに示さ
れる。この場合は例として、上下が逆向きになっている
ことがわかる。この向きは、特に、図９に示されるタイ
プの準備セルが使用される場合、又は物体の上にある支
持材料のフライス切削の回避が望まれる場合に、デジタ
ル化のために好ましい向きである。立方体８８は、準備
セル８６と共に、又は準備セル８６が取除かれた後に、
機械加工される。
に従ってデジタル化するために内部空洞を有する物体を
準備する種々の段階が示されている。内部空洞８２を有
する典型的な物体８０が図６Ａに示されている。内部空
洞８２は図６Ｂに示されるように支持材料８４によって
充填され、充填された物体は図６Ｃに示されている。次
に物体は準備セル８６に配置された後、物体８０の外側
の容積が支持材料で充填される。充填された準備セルは
図６Ｅに示される。凝固した立方体８８は図６Ｆに示さ
れる。この場合は例として、上下が逆向きになっている
ことがわかる。この向きは、特に、図９に示されるタイ
プの準備セルが使用される場合、又は物体の上にある支
持材料のフライス切削の回避が望まれる場合に、デジタ
ル化のために好ましい向きである。立方体８８は、準備
セル８６と共に、又は準備セル８６が取除かれた後に、
機械加工される。
【００４６】上記のように、種々のツール又はリファレ
ンスインジケータは、物体と共にデジタル化される。こ
れは、マーカによって示すことのできる所定位置でデジ
タル化されている物体にある変化をさせることをコンピ
ュータへ指示することが所望されるときに望ましい。マ
ーカーはまた、ＣＡＤファイル間、又はＣＡＤファイル
の一部の間で可能な分離を示すために使用することもで
きる。
ンスインジケータは、物体と共にデジタル化される。こ
れは、マーカによって示すことのできる所定位置でデジ
タル化されている物体にある変化をさせることをコンピ
ュータへ指示することが所望されるときに望ましい。マ
ーカーはまた、ＣＡＤファイル間、又はＣＡＤファイル
の一部の間で可能な分離を示すために使用することもで
きる。
【００４７】図７Ａは、物体９２上のマークすることが
所望される領域９０を示している。図７Ｂでは、領域９
０は比較的厚い塗料９４又は他のマーキング物質の層で
被覆されている。図７Ｃは、支持材料９８で充填された
準備セル９６内に配置された図７Ｂのマークされた物体
の典型的な断面を示す。
所望される領域９０を示している。図７Ｂでは、領域９
０は比較的厚い塗料９４又は他のマーキング物質の層で
被覆されている。図７Ｃは、支持材料９８で充填された
準備セル９６内に配置された図７Ｂのマークされた物体
の典型的な断面を示す。
【００４８】図７Ｄは、図７Ｃに記された円形部分を拡
大して示している。３つの異なる色の間の界面、即ち物
体９２とマーキング材料９４との間、マーキング材料９
４と支持材料９８との間、及び物体９２と支持材料９８
との間、が画定されて記載されている。上記の Optrote
ch Vision 106 systemで使用されている標準的なエッジ
検出ソフトウェアは、上記界面のそれぞれをベクトル化
するのに使用することができる。
大して示している。３つの異なる色の間の界面、即ち物
体９２とマーキング材料９４との間、マーキング材料９
４と支持材料９８との間、及び物体９２と支持材料９８
との間、が画定されて記載されている。上記の Optrote
ch Vision 106 systemで使用されている標準的なエッジ
検出ソフトウェアは、上記界面のそれぞれをベクトル化
するのに使用することができる。
【００４９】図７Ｅはベクトル化の結果を示す。２つの
異なるベクトルのリスト１００及び１０２が物体９２と
支持材料９８との間の界面、並びに物体９２とマーキン
グ材料９４との間の界面に沿ってそれぞれ画定されてい
る。マーキング材料９４と支持材料９８との間の界面は
関係ないので無視することに注意する。２つの異なるベ
クトルのリストが層同士の間で累算されると、これら
は、マーキングを所望するような別々の表面を画定す
る。
異なるベクトルのリスト１００及び１０２が物体９２と
支持材料９８との間の界面、並びに物体９２とマーキン
グ材料９４との間の界面に沿ってそれぞれ画定されてい
る。マーキング材料９４と支持材料９８との間の界面は
関係ないので無視することに注意する。２つの異なるベ
クトルのリストが層同士の間で累算されると、これら
は、マーキングを所望するような別々の表面を画定す
る。
【００５０】支持材料としての使用に好ましいいくつか
の材料を以下に挙げる。 ＊ Mamaroneck, New York, U.S.A. の Arguesoから入手
可能なタイプ９９９のような注型成形用ワックス ＊ "Modern Plastics Encyclopedia, McGraw Hill, 198
8"の 79 頁に記載されているようなポリスチレンフォー
ム ＊ Ramat Gan, Israelの Delta Chemicalsから入手可能
な注型成形用エポキシタイプ 3142-66E のようなエポキ
シ ＊セッコウ
の材料を以下に挙げる。 ＊ Mamaroneck, New York, U.S.A. の Arguesoから入手
可能なタイプ９９９のような注型成形用ワックス ＊ "Modern Plastics Encyclopedia, McGraw Hill, 198
8"の 79 頁に記載されているようなポリスチレンフォー
ム ＊ Ramat Gan, Israelの Delta Chemicalsから入手可能
な注型成形用エポキシタイプ 3142-66E のようなエポキ
シ ＊セッコウ
【００５１】図８Ａ〜図８Ｄには、デジタル化されるべ
き物体の内部及び周囲に支持材料を挿入するための種々
の技法が示されている。図面では、注ぎ込み（pouring
）が参照番号１０１で示され、注入（injecting ）が
参照番号１０３で示されている。物体１０６の内部空洞
１０４は、図８Ｂに示されるように準備セルの外側で予
め充填されていてもよい。予め充填された物体１０６
は、次に準備セル１０８内に配置され、図８Ｃに示され
るように支持材料１１０が更に充填される。この２段階
充填技法は、より直接的な技法が気泡を生じ得る場合に
特に有用である。
き物体の内部及び周囲に支持材料を挿入するための種々
の技法が示されている。図面では、注ぎ込み（pouring
）が参照番号１０１で示され、注入（injecting ）が
参照番号１０３で示されている。物体１０６の内部空洞
１０４は、図８Ｂに示されるように準備セルの外側で予
め充填されていてもよい。予め充填された物体１０６
は、次に準備セル１０８内に配置され、図８Ｃに示され
るように支持材料１１０が更に充填される。この２段階
充填技法は、より直接的な技法が気泡を生じ得る場合に
特に有用である。
【００５２】別の例によると、凝固した支持材料１１８
等によって、所定表面１１６に関して正確な物体の向き
で使用するために、準備セルの外側で、固体ベース１１
２が物体１１４上へ注型成形されてもよい。
等によって、所定表面１１６に関して正確な物体の向き
で使用するために、準備セルの外側で、固体ベース１１
２が物体１１４上へ注型成形されてもよい。
【００５３】本発明の別の実施例によると、物体は浸漬
（dipping ）及び噴霧（spraying）等のどんな所望の技
法によって被覆されてもよい。
（dipping ）及び噴霧（spraying）等のどんな所望の技
法によって被覆されてもよい。
【００５４】次に図９を参照すると、パターン化凹部１
２２をその底部に画定する準備セル１２０が示されてい
る。これは、機械加工されるとき、デジタル化システム
の座標システムに関して準備セル１２０の向きの誤差を
表示する２次元パターンを提供する。従って、移動台２
４及びトレイ２２（図１）は、デジタル化の前に、準備
セル１２０の測定された位置の誤差に従ってその位置を
調節するための装置を有する。
２２をその底部に画定する準備セル１２０が示されてい
る。これは、機械加工されるとき、デジタル化システム
の座標システムに関して準備セル１２０の向きの誤差を
表示する２次元パターンを提供する。従って、移動台２
４及びトレイ２２（図１）は、デジタル化の前に、準備
セル１２０の測定された位置の誤差に従ってその位置を
調節するための装置を有する。
【００５５】図９に示された特定の凹部構造は多数の利
点を有する。 ａ．誤差をＸ成分とＹ成分とに分ける。 ｂ．デジタル化されるべき物体へ向かって機械加工が継
続されるにつれてより感度が高くなる。
点を有する。 ａ．誤差をＸ成分とＹ成分とに分ける。 ｂ．デジタル化されるべき物体へ向かって機械加工が継
続されるにつれてより感度が高くなる。
【００５６】図１０Ａ〜図１０Ｄは、図９に示されるタ
イプのリファレンス凹部１２２を有する準備セル１２０
を使用して、デジタル化のために物体を準備する種々の
ステップが示されている。図１０Ｂに示されるように、
物体１３０は、凹部１２２の上の準備セル１２０の底に
配置される。図１０Ｃに示されるように物体が支持材料
１３２で充填された後、図１０Ｄに示されるように準備
セル１２０の残りの部分が充填される。
イプのリファレンス凹部１２２を有する準備セル１２０
を使用して、デジタル化のために物体を準備する種々の
ステップが示されている。図１０Ｂに示されるように、
物体１３０は、凹部１２２の上の準備セル１２０の底に
配置される。図１０Ｃに示されるように物体が支持材料
１３２で充填された後、図１０Ｄに示されるように準備
セル１２０の残りの部分が充填される。
【００５７】図１０Ｅに示されるように、支持材料１３
２を凝固させた後、準備セルが逆さにされ、フライカッ
タ１３６等による機械加工のために、調節可能な支持ア
センブリ１３４上に取付けられる。図１０Ｆは、略水平
の向きにある準備セル１２０を示している。図１０Ｇ
は、水平でない向きの準備セルを示す。図１１Ａおよび
図１１Ｂは、始めの層が取り除かれたときの凹部１２２
の様子を示す。凹部１２２の様子から水平度を決定し適
切な調節を行うことができることがわかる。図１２に
は、ベース１３４上の準備セル１２０の向きを調節して
所望の水平化を達成するためのスプリング付取付けスク
リュー１４０を含むベースアセンブリ１３４の詳細が示
されている。
２を凝固させた後、準備セルが逆さにされ、フライカッ
タ１３６等による機械加工のために、調節可能な支持ア
センブリ１３４上に取付けられる。図１０Ｆは、略水平
の向きにある準備セル１２０を示している。図１０Ｇ
は、水平でない向きの準備セルを示す。図１１Ａおよび
図１１Ｂは、始めの層が取り除かれたときの凹部１２２
の様子を示す。凹部１２２の様子から水平度を決定し適
切な調節を行うことができることがわかる。図１２に
は、ベース１３４上の準備セル１２０の向きを調節して
所望の水平化を達成するためのスプリング付取付けスク
リュー１４０を含むベースアセンブリ１３４の詳細が示
されている。
【００５８】
【発明の効果】本発明のシステムは上記のように構成さ
れているので、３次元の物体を極めて正確にデジタル化
することができる。
れているので、３次元の物体を極めて正確にデジタル化
することができる。
【図１】本発明の好ましい実施例に従って構成及び操作
されるデジタル化システムの概略ブロック図である。
されるデジタル化システムの概略ブロック図である。
【図２】本発明のシステム及び技法を使用してデジタル
化することのできる物体の絵画図である。
化することのできる物体の絵画図である。
【図３】Ａ、Ｂ及びＣは、物体のスライシングの図であ
る。
る。
【図４】図１のデジタル化システムの一部の絵画図であ
る。
る。
【図５】Ａ及びＢは、支持材料の凝固の間、物体を所望
の位置に保持するための２つの異なる技法の絵画図であ
る。
の位置に保持するための２つの異なる技法の絵画図であ
る。
【図６】Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦは、本発明で有用な
凝固技法におけるステップの図である。
凝固技法におけるステップの図である。
【図７】Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥは、本発明の特徴を詳細
に説明する異なるレベルの図である。
に説明する異なるレベルの図である。
【図８】Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、本発明で有用な凝固技法
における４つの段階の図である。
における４つの段階の図である。
【図９】成形されたリファレンス・マークの付いた凝固
容器の絵画図である。
容器の絵画図である。
【図１０】Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧは、図９の容
器を使用する凝固ステップにおける種々の段階を示す図
である。
器を使用する凝固ステップにおける種々の段階を示す図
である。
【図１１】Ａ及びＢは、それぞれ図１０Ｆ及び図１０Ｇ
の線Ａ−Ａ及び線Ｂ−Ｂについての断面図である。
の線Ａ−Ａ及び線Ｂ−Ｂについての断面図である。
【図１２】図９の容器上へのカバーの取付けの詳細の図
である。
である。
１０ 物体 １２ 準備セル １４ 充填材料 ２０ 被加工物 ２２ 昇降トレイ ２４ 移動台 ２６ カメラ ２８ フライスヘッド ２９ 光学的クリーンアップ装置 ３０ コンピュータシステム ３２ ＣＡＤシステム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イッツチャック ポメランツ イスラエル国 クファー サバ ゴロン ブ ストリート 18 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06F 3/05 G01B 11/24
Claims (20)
- 【請求項１】 空洞を有する３次元の物体を立体デジタ
ル化するためのシステムであって、 デジタル化を実行する前に、３次元の物体内の前記空洞
及び物体の外側の容積をほぼ不透明な支持材料で充填
し、前記支持材料をほぼ均一な硬度を有する固体ブロッ
クへ凝固させるための手段と、 物体の第１の露出表面をデジタル化するための手段と、 第１の露出表面のデジタル化に続いて動作して、物体の
残りの部分を実質的に歪めることなく物体から所定厚の
層を除去して物体の第２の露出表面を露出させるための
フライカッタを含む機械加工手段と、 物体の第２の露出表面をデジタル化するための手段と、 を備えたデジタル化システム。 - 【請求項２】 空洞を有する３次元の物体を立体デジタ
ル化するためのシステムであって、 デジタル化を実行する前に、３次元の物体内の前記空洞
及び物体の外側の容積をほぼ不透明な支持材料で充填
し、前記支持材料をほぼ均一な硬度を有する固体ブロッ
クへ凝固させるための手段と、 物体のほぼ２次元の露出表面をデジタル化するための手
段と、 物体から所定厚の層を選択的に除去してほぼ２次元の表
面を露出させるためのフライカッタを含む機械加工手段
と、 デジタル化手段が物体の第１の露出表面をデジタル化
し、選択的除去手段が第１の露出表面のデジタル化に続
いて動作して物体の所定厚の層を除去して第２の露出表
面を露出させ、デジタル化手段が物体の第２の露出表面
をデジタル化するように動作する制御手段と、 を備えたデジタル化システム。 - 【請求項３】 空洞を含む３次元の物体をデジタル化す
るための方法であって、 デジタル化を実行する前に、３次元の物体内の前記空洞
及び物体の外側の容積をほぼ不透明な支持材料で充填
し、前記支持材料をほぼ均一な硬度を有する固体ブロッ
クへ凝固させるステップと、 物体の第１の露出表面をデジタル化するステップと、 第１の露出表面のデジタル化に続いて、物体から所定厚
の層を機械加工して、物体の第２の露出表面を提供する
ステップと、 物体の第２の露出表面をデジタル化するステップと、 を含むデジタル化方法。 - 【請求項４】 表面をデジタル化した後に更に層を機械
加工して次の表面を露出させるステップ及び前記次の表
面をデジタル化するステップは、物体の全容積がデジタ
ル化されるまで継続される請求項３記載のデジタル化方
法。 - 【請求項５】 前記除去手段はフライカッタを含む請求
項１記載のデジタル化システム。 - 【請求項６】 前記除去手段はフライカッタを含む請求
項２記載のデジタル化システム。 - 【請求項７】 前記除去ステップはフライカッティング
を含む請求項３記載のデジタル化方法。 - 【請求項８】 前記除去ステップはフライカッティング
を含む請求項４記載のデジタル化方法。 - 【請求項９】 前記支持材料の色が物体の色と異なるこ
とによってコントラストが提供される請求項１記載のデ
ジタル化システム。 - 【請求項１０】 前記支持材料の色が物体の色と異なる
ことによってコントラストが提供される請求項２記載の
デジタル化システム。 - 【請求項１１】 前記支持材料の色が物体の色と異なる
ことによってコントラストが提供される請求項３記載の
デジタル化方法。 - 【請求項１２】 前記支持材料の色が物体の色と異なる
ことによってコントラストが提供される請求項４記載の
デジタル化方法。 - 【請求項１３】 複数の２次元表面のデジタル化を３次
元表示へ併合するための手段を更に含む請求項１記載の
デジタル化システム。 - 【請求項１４】 複数の２次元表面のデジタル化を３次
元表示へ併合するための手段を更に含む請求項２記載の
デジタル化システム。 - 【請求項１５】 複数の２次元表面のデジタル化を３次
元表示へ併合するステップを更に含む請求項３記載のデ
ジタル化方法。 - 【請求項１６】 複数の２次元表面のデジタル化を３次
元表示へ併合するステップを更に含む請求項４記載のデ
ジタル化方法。 - 【請求項１７】 前記３次元表示は、ＣＡＤ表示である
請求項１４記載のデジタル化システム。 - 【請求項１８】 前記３次元表示は、ＣＡＤ表示である
請求項１５記載のデジタル化方法。 - 【請求項１９】 ３次元の物体の立体デジタル化のため
のシステムであって、 デジタル化を実行する前に、中空の３次元の物体をほぼ
均一な硬度を有する固体ブロックへ充填及び凝固させる
ための手段と、 物体の第１の露出表面をデジタル化するための手段と、 第１の露出表面のデジタル化に続いて動作して、物体の
残りの部分を実質的に歪めることなく物体の所定厚の層
を除去して、物体の第２の露出表面を露出させるための
フライカッタ手段と、 物体の第２の露出表面をデジタル化するため手段と、 を備えたデジタル化システム。 - 【請求項２０】 中空の３次元の物体をデジタル化する
ための方法であって、 デジタル化を実行する前に、ほぼ均一な硬度を有する固
体ブロック内に中空の３次元物体を凝固させるステップ
と、 物体の第１の露出表面をデジタル化するステップと、 第１の露出表面のデジタル化に続いて、物体から所定厚
の層をフライカッティングして物体の第２の露出表面を
提供するステップと、 物体の第２の露出表面をデジタル化するステップと、 を含むデジタル化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04598392A JP3194773B2 (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | デジタル化システム及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04598392A JP3194773B2 (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | デジタル化システム及び方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05265659A JPH05265659A (ja) | 1993-10-15 |
| JP3194773B2 true JP3194773B2 (ja) | 2001-08-06 |
Family
ID=12734411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04598392A Expired - Lifetime JP3194773B2 (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | デジタル化システム及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3194773B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6077717B1 (ja) * | 2015-03-24 | 2017-02-08 | 技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構 | ３次元造形システム、３次元造形物の製造方法、情報処理装置、３次元造形物の収縮抑制構造生成方法および３次元造形物の収縮抑制構造生成プログラム |
| KR20180120246A (ko) * | 2016-03-10 | 2018-11-05 | 샌 드로우 인코퍼레이티드 | 조절 가능한 특성들을 갖는 3차원 물체를 생성하기 위한 장치, 시스템 및 방법 |
-
1992
- 1992-01-31 JP JP04598392A patent/JP3194773B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05265659A (ja) | 1993-10-15 |
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