JP3349917B2 - 形状データ検証方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＡＤシステムを
用いて、製品の形状データを検証する形状データ検証方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、車体の形状データは、次のように
して作成されていた。すなわち、樹脂や粘土を用いてモ
ックアップを作成し、その形状を車体デザイナーが感性
や官能的評価によって判断し、前記の判断結果に基づ
き、必要に応じて形状の修正を行った後、モックアップ
の外形形状をスキャニングマシンにより３次元的に走査
することで形状データを作成していた。

【０００３】しかしながら、この方法は、作業工数が多
く、処理に相当な時間を要するだけでなく、車体デザイ
ナーに個人差があるため、最終的に得られる形状データ
の品質にばらつきが生じてしまう不具合があった。

【０００４】一方、コンピュータ技術の著しい進歩によ
り、最近では、モックアップをＣＡＤシステム上で構築
し、ディスプレイに車体の画像を表示してデザインの評
価や修正等を行うことが可能になってきている。なお、
必要に応じて修正されたデザインから金型を加工するた
めの形状データが作成され、この形状データに基づいて
作成された金型を用いて車体を構成する各部品が製造さ
れることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記形状デ
ータに対応する形状面は、複数の自由曲面を連結して構
成される。この場合、スムーズな表面形状を備えた車体
を得るためには、前記自由曲面の接続状態を少なくとも
形状データの段階で検証しておく必要がある。

【０００６】そこで、このような検証を行う方法とし
て、例えば、形状面間の境界線の接線ベクトルを求め、
前記接線ベクトルを法線とする平面を定義し、この平面
と前記各形状面との交線を求め、前記各交線同士の成す
角度を求めることにより、接続状態の検証を行うように
したものがある。

【０００７】しかしながら、このような作業を境界線上
に設定した多数の検証ポイント毎に行おうとすると、相
当な処理時間を計上してしまうという不具合がある。

【０００８】本発明は、前記の不具合を解消するために
なされたものであり、製品の形状データによって構成さ
れる複数の形状面間の接続状態を容易に求め、且つ、そ
の良否を極めて容易且つ確実に検証することのできる形
状データ検証方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る形状データ
検証方法は、ＣＡＤシステムを用いて、デザインした製
品の形状データを検証する形状データ検証方法であっ
て、前記形状データによって構成される複数の形状面間
の境界線上に検証ポイントを設定し、前記検証ポイント
での前記境界線の接線ベクトルを求める工程と、前記境
界線で接続される一方の前記形状面の前記検証ポイント
での法線ベクトルと、他方の前記形状面の前記検証ポイ
ントでの法線ベクトルとを求める工程と、前記接線ベク
トルと前記各法線ベクトルとの各外積ベクトルを前記各
形状面の前記検証ポイントにおける各接ベクトルとして
求める工程と、前記各接ベクトルから、前記検証ポイン
トにおける一方の前記形状面と他方の前記形状面とがな
す角度を求める工程と、 一方の前記接ベクトルと他方の
前記接ベクトルとの外積ベクトルを求める工程と、 前記
外積ベクトルと前記接線ベクトルとの内積の符号を求め
る工程と、 前記角度および前記符号に応じた表示形態で
前記検証ポイントの状態を表示する工程と、からなり、
前記表示形態に基づいて前記各形状面の前記境界線での
接続状態を検証することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る形状データ
検証方法が適用されるＣＡＤシステム１０を示す。この
ＣＡＤシステム１０は、車体のデザインデータを記憶す
るデザインデータ記憶装置１２と、車体を製造するため
の生産技術要件データを記憶する生産技術要件データ記
憶装置１４と、前記デザインデータから車体の形状デー
タを作成し、その検証を行う形状データ検証装置１６と
から基本的に構成される。

【００１１】デザインデータ記憶装置１２は、上流にお
いて車体のデザイン情報に従って作成された面情報を含
むサーフェスモデルであるデザインデータを記憶する。
生産技術要件データ記憶装置１４は、デザインデータに
対して付加される製品の部位に応じ前記デザインデータ
に基づいて製造される製品の重量等含む材質特性、前記
製品を製造するための金型の構造の制約による条件等を
指示する生産技術要件データを記憶する。

【００１２】形状データ検証装置１６は、インタフェー
ス回路１８、制御回路２０および処理回路２２を備え
る。インタフェース回路１８には、ディスプレイ２４、
キーボード２６、マウス２８およびワーク用のデータを
記憶する記憶回路３０が接続されるとともに、デザイン
データ記憶装置１２および生産技術要件データ記憶装置
１４が接続される。制御回路２０は、形状データ検証装
置１６の全体の動作制御を行う。処理回路２２は、デザ
インデータに対してリブ面に係るリブデータを付加した
形状データを作成し、この形状データに基づいて車体の
部品の３次元形状を表示し、各種の検証処理を行う機能
を備える。

【００１３】すなわち、処理回路２２は、形状データ作
成部３２と、曲線曲率解析部３４と、曲面曲率解析部３
６と、断面解析部３８と、距離解析部４０と、角度解析
部４２と、イメージ解析部４４とを備える。

【００１４】形状データ作成部３２は、図２に示すよう
に、デザインデータにより構成されるデザイン面６に対
し生産技術要件データに基づいてリブ面４６を設定する
ことで、完全形状面４８を表す形状データを作成する。

【００１５】曲線曲率解析部３４は、完全形状面４８あ
るいはデザイン面６上の任意の曲線の曲率を求め、その
曲率が所定の範囲内にあるか否かを解析することによ
り、当該形状データの良否判定を行う。

【００１６】曲面曲率解析部３６は、完全形状面４８あ
るいはデザイン面６の任意の部分における形状面の曲率
を求め、その曲率から面の凹凸を解析することにより、
当該形状データの良否判定を行う。

【００１７】断面解析部３８は、完全形状面４８あるい
はデザイン面６の任意の部分における断面形状を求め、
その形状を解析することにより、当該断面の良否判定を
行う。

【００１８】距離解析部４０は、任意の方向から車体の
３次元形状を見たときの隣接する完全形状面４８間の幅
や段差を解析することにより、前記完全形状面の良否判
定を行う。

【００１９】角度解析部４２は、完全形状面４８あるい
はデザイン面６を構成する面同士の接合角度を求めて解
析することにより、凹凸等の面の接続状態の良否判定を
行う。

【００２０】イメージ解析部４４は、形状データ作成部
３２において作成された形状データに従って、任意の方
向から見たときの車体の３次元形状をディスプレイ２４
に表示するとともに、所望の解析を行うため、曲線曲率
解析部３４、曲面曲率解析部３６、距離解析部４０、角
度解析部４２で求めた良否判定データを表示する。

【００２１】次に、前記のように構成されるＣＡＤシス
テム１０を用いた本実施形態の形状データ検証方法につ
いて説明する。

【００２２】形状データ検証装置１６を構成する制御回
路２０は、インタフェース回路１８を介して、デザイン
データ記憶装置１２よりデザインデータを読み込み、記
憶回路３０に格納する。なお、このデザインデータに
は、実際に製造される製品の細部まで考慮されておら
ず、図２の（ａ）に示すように、デザイン面６のみを表
すデータにより構成されている。

【００２３】処理回路２２を構成する形状データ作成部
３２は、図２の（ｂ）に示すように、前記デザイン面６
のコーナ部分を円弧形状とする処理を行い、デザイン面
７に係る形状データを作成する。コーナ部分が円弧状と
されたデザイン面７が設定された後、図２の（ｃ）に示
すように、リブ面４６を設定する。このリブ面４６は、
製品に他の部品を結合し、あるいは、所定の外形形状を
維持するために設定されるもので、生産技術要件データ
記憶装置１４から供給される生産技術要件データに従っ
た形状に設定される。リブ面４６が設定された後、新た
なデザイン面８およびリブ面４６に面ループが定義さ
れ、図２の（ｄ）に示す完全形状面４８を構成する形状
データが作成される。

【００２４】次に、前記形状データに基づき、イメージ
解析部４４は、ディスプレイ２４上に生産技術要件デー
タを考慮した車体の３次元デザイン画像および必要なデ
ータを所望の形態で表示する。作業者は、前記３次元デ
ザイン画像からデザインデータの良否の検証を行い、必
要に応じてデザインデータの修正指示等を行う。

【００２５】そこで、角度解析部４２による形状データ
の検証方法につき、図３に示すフローチャートに基づい
て説明する。

【００２６】先ず、作業者は、複数の形状面がその境界
線において交差する角度に対する許容範囲である判断基
準値を生産技術要件データに基づいて設定する（ステッ
プＳ１）。

【００２７】前記のようにして形状面間の角度等に対す
る判断基準値を設定した後、検証の対象とするデータの
有無を判断し（ステップＳ２）、有る場合には、ボンネ
ット、ルーフ、フェンダ等の検証部位を設定し（ステッ
プＳ３）、解析処理を実行（ステップＳ４）。

【００２８】図４は、角度解析部４２での前記解析処理
のフローチャートである。先ず、図５に示すように、選
択された検証部位である形状面Ｓ１およびＳ２間の境界
線Ｋ上に所定のサンプリングピッチで複数の検証ポイン
トＰを設定する（ステップＳ１１）。次に、前記各検証
ポイントＰにおいて、境界線Ｋに対する接線ベクトルＶ
ｃを求めるとともに（ステップＳ１２）、各形状面Ｓ
１、Ｓ２の法線ベクトルＶｈ１、Ｖｈ２を求める（ステ
ップＳ１３）。さらに、前記接線ベクトルＶｃと前記法
線ベクトルＶｈ１との外積、および、前記接線ベクトル
Ｖｃの逆ベクトルと前記法線ベクトルＶｈ２との外積
を、各形状面Ｓ１、Ｓ２に沿った接ベクトルＶ１、Ｖ２
として、次のように求める（ステップＳ１４）。

【００２９】 Ｖ１＝Ｖｃ×Ｖｈ１ Ｖ２＝−Ｖｃ×Ｖｈ２ 前記のようにして算出された接ベクトルＶ１と接ベクト
ルＶ２の成す角度を検証ポイントＰにおける形状面Ｓ
１、Ｓ２間の角度φとする。前記角度φは、接ベクトル
Ｖ１、Ｖ２の内積を用いて、 cos φ＝Ｖ１・Ｖ２／（｜Ｖ１｜・｜Ｖ２｜） として求めることができる（ステップＳ１５）。前式か
ら、形状面Ｓ１と形状面Ｓ２の成す角度φが得られる。

【００３０】ここで、図５の状態を形状面Ｓ１、Ｓ２が
凸状態に接続されているものと定義すると、角度θ＝０
゜（θ＝１８０°−φ）であれば、形状面Ｓ１およびＳ
２が検証ポイントＰにおいて滑らかに接続されていると
判定することができる。

【００３１】そこで、次に、前記角度θの符号を算出す
るため、接ベクトルＶ１、Ｖ２の外積ベクトルＶ３を Ｖ３＝Ｖ１×Ｖ２ として求める（ステップＳ１６）。次いで、面の表方向
に対して前記外積ベクトルＶ３と接線ベクトルＶｃとの
内積を求め（ステップＳ１７）、その符号を算出する
（ステップＳ１８）。この場合、前記外積ベクトルＶ３
は、形状面Ｓ１、Ｓ２が凸状態に折れ曲がっていれば接
線ベクトルＶｃと同じ方向となり、凹状態に折れ曲がっ
ていれば接線ベクトルＶｃと反対方向となるため、前記
内積の値の符号を角度θの符号として算出することがで
きる。

【００３２】以上のようにして求めた角度θおよびその
符号とから、形状面Ｓ１、Ｓ２間の接続状態を解析して
判定する（ステップＳ５）。例えば、判断基準値をαと
し、角度θが−α＜θ＜＋αの範囲にある場合、接続状
態が許容できる範囲にあるものと判定する。図６は、前
記の判定に基づく各検証ポイントＰでの検証結果を対象
データ名、解析機能、判断基準値および後述する解析イ
メージ図の番号との関係で表したものであり、このテー
ブルは、例えば、記憶テーブル３０に記憶される。

【００３３】一方、前記角度θおよび符号から、その大
きさに応じた表示形態および表示色が設定され、表示す
るための解析イメージ図が作成される（ステップＳ
６）。例えば、図７に示すように、角度θが−α＜θ＜
＋αの範囲にあるとき、「Ｚ」の表示形態で緑色に設定
する。角度θが＋α＜θ＜＋βの範囲にあるときは、凸
形状を表す「凸」の表示形態で水色に設定する。角度θ
が＋β＜θのときは、凸形状を表す「凸」の表示形態で
白色に設定する。角度θが−α＞θ＞−βの範囲にある
ときは、凹形状を表す「凹」の表示形態で黄色に設定す
る。角度θが−β＞θのときは、凹形状を表す「凹」の
表示形態で赤色に設定する。

【００３４】前記の解析処理および解析イメージ図の作
成処理は、作業者によって設定した所望の検証項目につ
いて行われる（ステップＳ７）。

【００３５】以上のようにして各検証項目についての処
理が終了した後、指定した解析イメージ図がディスプレ
イ２４に表示される（ステップＳ８）。

【００３６】図８は、角度解析部４２によって解析して
得られた解析イメージ図である。この解析イメージ図で
は、選択された複数の形状面５０ａ〜５０ｄ間の境界線
５１ａ、５１ｂに対して、図７に示すように設定された
表示形態および表示色で算出された角度θおよびその符
号が表示される。この場合、作業者は、表示された色か
ら、接続状態の許容できる範囲を把握することができ、
また、その表示形態から凸状態であるか凹状態であるか
を極めて容易に把握することができる。

【００３７】また、図９に示すように、各検証ポイント
Ｐ毎に符号を付した角度θの値を表示することもでき
る。

【００３８】なお、他の解析処理として、例えば、曲線
曲率解析部３４は、３次元デザイン画像を構成する所望
の曲線部分における曲率を演算し、その演算結果をディ
スプレイ２４上に前記３次元デザイン画像とともに表示
させる。作業者は、この表示に基づき、曲線部分の形状
の良否を判定することができる。曲面曲率解析部３６
は、３次元デザイン画像を構成する所望の曲面部分にお
ける曲率を演算し、その演算結果をディスプレイ２４上
に前記３次元デザイン画像とともに表示させる。作業者
は、この表示に基づき、曲面の凹凸の良否を判定するこ
とができる。また、断面解析部３８は、３次元デザイン
画像を構成する所望の部分の断面形状を求め、その形状
をディスプレイ２４上に表示させる。作業者は、この表
示に基づき、断面形状の良否を判定することができる。
距離解析部４０は、任意の方向から３次元デザイン画像
を見た場合における隣接する完全形状面４８間の幅や段
差を演算し、その演算結果をディスプレイ２４上の前記
３次元デザイン画像に対して重ねて表示させる。作業者
は、この表示に基づき、幅や段差の良否を判定すること
ができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る形状
データ検証方法によれば、車体の形状データによって構
成される複数の形状面間の接続状態が、例えば、滑らか
に接続されているか、凸状態であるか、あるいは、凹状
態であるかを容易に求めることができる。また、この算
出結果を凸状態、凹状態を示す表示形態で色別に表示し
ているため、作業者は、その接続状態を極めて容易且つ
確実に検証することができる。従って、このようにして
得られた判定結果に基づき、必要に応じて形状データを
事前に修正することにより、極めて効率的に車体を製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の形状データ検証方法が適用される
ＣＡＤシステムの構成図である。

【図２】デザイン面に対してリブ面を設定する手順の概
略説明図である。

【図３】本実施形態の形状データ検証方法のフローチャ
ートである。

【図４】本実施形態の形状データ検証方法における角度
解析処理のフローチャートである。

【図５】角度解析処理の説明図である。

【図６】解析結果のデータテーブルの説明図である。

【図７】角度解析処理の表示形態および表示色の説明図
である。

【図８】角度解析処理の結果である表示画面の説明図で
ある。

【図９】角度解析処理の結果である表示画面の説明図で
ある。

【符号の説明】

１０…ＣＡＤシステム １２…デザイン
データ記憶装置 １４…生産技術要件データ記憶装置 １６…形状デー
タ検証装置 ２０…制御回路 ２４…ディスプ
レイ ３２…形状データ作成部 ３４…曲線曲率
解析部 ３６…曲面曲率解析部 ３８…断面解析
部 ４０…距離解析部 ４２…角度解析
部 ４４…イメージ解析部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−153124（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−153125（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−95627（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−22480（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−311783（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−89190（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 17/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＣＡＤシステムを用いて、デザインした製
   品の形状データを検証する形状データ検証方法であっ
   て、 前記形状データによって構成される複数の形状面間の境
   界線上に検証ポイントを設定し、前記検証ポイントでの
   前記境界線の接線ベクトルを求める工程と、 前記境界線で接続される一方の前記形状面の前記検証ポ
   イントでの法線ベクトルと、他方の前記形状面の前記検
   証ポイントでの法線ベクトルとを求める工程と、 前記接線ベクトルと前記各法線ベクトルとの各外積ベク
   トルを前記各形状面の前記検証ポイントにおける各接ベ
   クトルとして求める工程と、前記各接ベクトルから、前記検証ポイントにおける一方
   の前記形状面と他方の前記形状面とがなす角度を求める
   工程と、 一方の前記接ベクトルと他方の前記接ベクトルとの外積
   ベクトルを求める工程と、 前記外積ベクトルと前記接線ベクトルとの内積の符号を
   求める工程と、 前記角度および前記符号に応じた表示形態で前記検証ポ
   イントの状態を表示する工程と、 からなり、前記表示形態に基づいて前記各形状面の前記
   境界線での接続状態を検証することを特徴とする形状デ
   ータ検証方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、 前記接続状態は、前記角度を示す数値データとして、当
   該境界線を含む前記各形状面の画像とともに表示するこ
   とを特徴とする形状データ検証方法。