JP3786412B2

JP3786412B2 - フィレット作成方法、及び３次元ｃａｄプログラム

Info

Publication number: JP3786412B2
Application number: JP2002068394A
Authority: JP
Inventors: 吉田　　誠; 茂樹坂口
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: JP2003271681A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィレット作成方法及びそれを実行する３次元ＣＡＤ装置に関する。本発明は、特に、物体の表面の位置の座標を示す点群データから３Ｄモデルを作成するときに使用されるフィレット作成方法、及びそれを実行する３次元ＣＡＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のコンピュータ技術の発達により、３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置を用いた工業製品のデザインが、広く行われるようになってきている。３次元ＣＡＤ装置は、工業製品のデザインの効率化に大きく貢献している。
【０００３】
しかし、３次元ＣＡＤ装置のみによって、デザイナーの感性を完全に生かしたデザインをすることは容易ではない。このため、粘土によって作成されたクレイモデルと３次元ＣＡＤ装置とを併用して工業製品をデザインするデザイン方法が使用されている。
【０００４】
このようなデザイン方法では、まず、デザイナーによりクレイモデルが作成される。続いて、作成されたクレイモデルの形状が、ＣＣＤ（Charge Carrying Device）カメラやレーザースキャン装置のような３次元形状測定装置によって測定される。３次元形状測定装置を用いた測定により、クレイモデルの表面上の点のそれぞれの座標を示す点群データが取得される。続いて、その点群データが３次元ＣＡＤ装置に入力され、以後は、３次元ＣＡＤ装置を用いて工業商品のデザインが行われる。
【０００５】
３次元ＣＡＤ装置で扱われるのは、曲面関数により表現された面データ（サーフェスデータ）である一方、３次元形状測定装置により得られる点群データは、離散的に定められた点の座標を示すデータである。このため、３次元ＣＡＤ装置では、点群データから面データが作成される。点群データからの面データの作成は、曲面関数へのフィッティングにより行われる。
【０００６】
しかし、クレイモデルの屈曲部、即ち、曲率半径が小さい部分についての、曲面関数へのフィッティングによる面データの作成は、点群データに点と点との間の情報が欠けているために、精度よく実行することができない。
【０００７】
そこで、クレイモデルの屈曲部についての点群データから面データの作成は、典型的には、以下の方法によって行われる。図１０に示されているように、まず、点群データに基づいて、クレイモデルの屈曲部を近似的に表す２つの自由曲面１０１、１０２が定められる。自由曲面１０１、１０２は、いずれも曲率半径が大きい面である。続いて、自由曲面１０１、１０２についてフィレット処理が行われ、フィレット面１０３を示す曲面関数が定められる。この曲面関数が面データとして使用される。このようなフィレット処理は、当業者にとって周知であり、例えば、公開特許公報（特開平６−２５９５１４、特開平６−３３２９９０、及び特開平１０−２４０７９０）に開示されている。
【０００８】
しかし、このような面データの作成方法では、クレイモデルに表現したデザイナーの意思が充分に反映されにくい。
【０００９】
そこで、デザイナーの意思をより反映するために、クレイモデル上に、フィレット処理に必要な共通稜線を仮想的に指示するための構造体が実際に形成されることがある。このような構造体としては、例えば、アルミ棒や、粘土による盛り土が使用される。この場合、まず、その構造物の形状が３次元形状測定器によって測定され、その構造体の上にある複数の点の座標が測定される。その点を滑らかに結ぶ曲線が求められ、その曲線が仮想的な共通稜線として使用される。
【００１０】
このような方法は、クレイモデルの上に仮想的な共通稜線を指示するための構造体を形成するために高度な技能が必要であり、更に、多くの工数が必要である。
【００１１】
デザイナーの意思をより反映しながら、フィレット面を効率よく作成するための技術が望まれている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、工業製品の形状を示す点群データから面データを作成する際に、面と面とを接続するフィレット面をより効率よく作成するための技術を提供することにある。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、工業製品の形状を示す点群データから面データを作成する際に、面と面とを接続するフィレット面をデザイナーの意思をより反映しながら、且つ、効率よく作成するための技術を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１５】
本発明によるフィレット作成方法は、
（ａ）モデリング対象面の形状を、前記モデリング対象面の上にある複数の点の座標によって示す点群データ（４）を取得するステップと、
（ｂ）前記点の集合であるクラウド（１１）に沿って、Ｒ頂点線（１２）を定めるステップと、
（ｃ）前記Ｒ頂点線（１２）の上にあるＲ頂点（１３）に対応してＲ値（Ｒ）を定めるステップと、
（ｄ）前記Ｒ頂点（１３）を通り、且つ、前記Ｒ頂点線（１２）に垂直な垂直平面の上にある、前記Ｒ頂点（１３）を中心とし、半径を前記Ｒ値とする円（１７ａ）を定めるステップと、
（ｅ）前記円（１７ａ）を通過するパイプ面を定めるステップと、
（ｆ）クラウド（１１）と、パイプ面（１７）とが交差する位置にある２つの交線をＲ止まり線（１８、１９）と定めるステップと、
（ｇ）Ｒ頂点線（１２）とＲ止まり線（１８、１９）とに基づいて、フィレット面（２３）を定めるステップ
とを備えている。当該フィレット作成方法は、フィレット面（２３）を規定するＲ止まり線（１８、１９）を点群データ（４）から抽出し、フィレット面（２３）の生成を効率化する。更に、当該フィレット作成方法は、面データを媒介にせずに点群データ（４）から直接的にＲ止まり線（１８、１９）を抽出し、デザイナーの意図を、よりフィレット面（２３）の形状に反映させることが可能である。
【００１６】
Ｒ頂点（１３）と、Ｒ頂点（１３）に対応して定められる円（１７ａ）とは複数であり、パイプ面（１７）は、円（１７ａ）の全てを滑らかに接続する面であることが好ましい。
【００１７】
前記（ｆ）ステップは、
（ｈ）前記点のうちの２点（１５）を結び、かつ、パイプ面（１７）と交わる線分を複数定めるステップと、
（ｉ）前記線分と前記パイプ面（１７）との交点（２０）を定めるステップと、
（ｊ）交点（２０）を滑らかに結ぶ曲線をＲ止まり線（１８、１９）と定めるステップ
を含むことが好ましい。
【００１８】
前記（ｂ）ステップは、
（ｋ）点群データ（４）に基づいて、前記点のうちの３つ（１５）を頂点とする３角形要素（１６）から構成されるメッシュ（１４）を定めるステップと、
（ｌ）３角形要素（１６）の上に構成点（１３）を定めるステップと、
（ｍ）前記構成点（１３）を滑らかに結ぶ曲線をＲ頂点線（１２）と定めるステップ
とを含むことが好ましい。
【００１９】
構成点（１３）は、Ｒ値が定められる対象であるＲ頂点（１３）に一致することがある。構成点（１３）と、Ｒ値が定められる対象であるＲ頂点（１３）とが一致することは、Ｒ頂点（１３）を新たに指定する手間を省く。
【００２０】
本発明による３次元ＣＡＤプログラムは、
（ａ）モデリング対象面の形状を、前記モデリング対象面の上にある複数の点の座標によって示す点群データ（４）を取得するステップと、
（ｂ）’入力装置（８）になされた操作に応答して、前記点の集合であるクラウド（１１）に沿って、Ｒ頂点線（１２）を定めるステップと、
（ｃ）’入力装置（８）になされた操作に応答して、Ｒ頂点線（１２）の上にあるＲ頂点（１３）に対応してＲ値（Ｒ）を定めるステップと、
（ｄ）Ｒ頂点（１３）を通り、且つ、Ｒ頂点線（１２）に垂直な垂直平面の上にある、Ｒ頂点（１３）を中心とし、半径を前記Ｒ値とする円（１７ａ）を定めるステップと、
（ｅ）円（１７ａ）を通過するパイプ面を定めるステップと、
（ｆ）クラウド（１１）と、パイプ面（１７）とが交差する位置にある２つの交線をＲ止まり線（１８、１９）と定めるステップと、
（ｇ）Ｒ頂点線（１２）とＲ止まり線（１８、１９）とに基づいて、フィレット面（２３）を定めるステップ
とをコンピュータに実行させる。このような３次元ＣＡＤプログラムは、フィレット面（２３）を規定するＲ止まり線（１８、１９）を点群データ（４）から半自動的に抽出し、フィレット面（２３）の生成の効率化を可能にする。更に、当該３次元ＣＡＤプログラムは、デザインの良否に多大な影響を及ぼすＲ頂点線（１２）の形状の決定を設計者に委ね、設計者の意図を一層にフィレット面（２３）の形状に反映させることを可能にする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明によるフィレット作成方法の実施の一形態を説明する。
【００２２】
本発明によるフィレット作成方法の実施の一形態では、図２に示されている設計システム１０が使用される。設計システム１０は、３次元形状測定装置１と３次元ＣＡＤ装置２とを含む。３次元形状測定装置１は、モデリングの対象であるクレイモデル３の表面の上にある多数の点の位置を測定し、各点の座標を示す点群データ４を生成する。３次元形状測定装置１は、生成した点群データ４を３次元ＣＡＤ装置２に送る。３次元形状測定装置１としては、例えば、ＣＣＤカメラやレーザスキャナが使用される。
【００２３】
３次元ＣＡＤ装置２は、点群データ４から、クレイモデル３の形状を表す面データを作成する。クレイモデル３の表面のうちの曲率半径が大きい部分については、点群データ４のフィッティングにより面データが作成される。一方、曲率半径が小さい部分については、点群データ４のフィッティングにより生成された面データは使用されず、フィレット面が別途に作成される。後述されるように、３次元ＣＡＤ装置２は、点群データ４からＲ止まり線を抽出し、そのＲ止まり線を用いてフィレット面を作成する。このフィレット面の作成には、点群データ４をフィッティングすることにより得られる面データは使用されない。
【００２４】
３次元ＣＡＤ装置２としては、ワークステーション等のコンピュータが使用される。３次元ＣＡＤ装置２は、インターフェース５、記憶装置６、演算装置７、入力装置８、及び表示装置９を含む。インターフェース５は、演算装置７による制御の下、３次元形状測定装置１から点群データ４を受け取る。記憶装置６は、インターフェース４が受け取った点群データ４を記憶する。記憶装置６は、更に、点群データ４から面データを作成する過程で作成されるデータと、３次元ＣＡＤプログラムとを記憶する。演算装置７は、記憶装置６に記憶された３次元ＣＡＤプログラムを実行し、点群データ４から面データを作成する処理、及び３次元ＣＡＤ装置２の各部の制御を行う。
【００２５】
入力装置８は、設計者から３次元ＣＡＤ装置２への指示、及び設計者による選択を３次元ＣＡＤ装置２に入力するために使用される。入力装置８としては、例えば、キーボード、マウスが使用される。表示装置９は、点群データ、点群データ４から面データを作成する過程で作成されるデータ、及び最終的に作成された面データを表示する。表示装置９としては、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイが使用される。
【００２６】
図１は、本実施の形態のフィレット作成方法を使用してクレイモデル３の形状を示す面データを作成する作成プロセスを示す。
【００２７】
まず、３次元形状測定装置１によってクレイモデル３の形状が測定され、点群データ４が３次元ＣＡＤ装置２に入力される（ステップＳ０１）。図３に示されているように、表示装置９には、点群データ４に示された点の集合１１が表示される。点群データ４に示された点の集合１１は、クラウド１１と呼ばれる。クラウド１１は、クレイモデル３の表面の形状に対応している。
【００２８】
続いて、図４に示されているように、クラウド１１に沿ってＲ頂点線１２が指定される。（図１のステップＳ０２）。Ｒ頂点線１２は、フィレット面の頂点を規定するための曲線である。フィレット面の頂点を規定するＲ頂点線１２は、デザインの良し悪しに重大な影響を及ぼす。このため、Ｒ頂点線１２の指定は、設計者の感性を最大限に生かすために設計者に委ねられる。
【００２９】
Ｒ頂点線１２の指定のために、３次元ＣＡＤ装置２は、Ｒ頂点線１２の形状を指定する構成点１３の位置の入力を設計者に要求する。構成点１３を滑らかに結ぶ曲線が、Ｒ頂点線１２と定められる。構成点１３は、Ｒ頂点線１２の上にあるＲ頂点になる。
【００３０】
クラウド１１に沿ってＲ頂点線１２を指定するためには構成点１３もクラウド１１に沿って指定される必要がある。図５は、構成点１３をクラウド１１に沿って選択する方法を示している。構成点１３の指定のために、演算装置７は、点群データ４からメッシュ１４を生成する。生成されたメッシュ１４は、クラウド１１に含まれる点１５のうちの３つを頂点とする３角形要素１６で構成されている。それぞれの３角形要素１６は一の平面上にある。演算装置７は、設計者が入力装置８に対して行った操作に応じて、３角形要素１６の上にある点から構成点１３を選択する。演算装置７は、選択された構成点１３からＲ頂点線１２を生成する。
【００３１】
続いて、図１に示されているように、構成点１３のそれぞれについて、Ｒ値が設計者によって入力装置８に入力される（ステップＳ０３）。３次元ＣＡＤ装置２は、入力されたＲ値を受け取る。
【００３２】
続いて、３次元ＣＡＤ装置２の演算装置７により、図６に示されているように、Ｒ頂点線１２を中心線とするパイプ面１７が求められる（図１のステップＳ０４）。パイプ面１７は、下記のようにして定められる。まず、構成点１３のそれぞれについて、構成点１３を通り、且つ、Ｒ頂点線１２に垂直な垂直平面が定められる。更に、その垂直平面の上に、構成点１３を中心とし、且つ、その構成点１３に対応して定められたＲ値を半径とする円１７ａが定められる。円１７ａは、構成点１３のそれぞれについて定められる。図６には、構成点１３の一部についてのみ、円１７ａが図示されている。全ての円１７ａを通過し、且つ、円１７ａを滑らかに接続する面が、パイプ面１７である。
【００３３】
パイプ面１７の決定に使用されるＲ値は、構成点１３に対応して定められるのではなく、Ｒ頂点線１２の上に任意に定められた複数のＲ頂点のそれぞれに対応して定められることが可能である。この場合、パイプ面１７の決定において、構成点１３の代わりに、任意に定められたＲ頂点が使用される。但し、Ｒ値が構成点１３に対応して定められることは、Ｒ値が定められる対象であるＲ頂点を新たに指定する手間を省くことができる点で好ましい。
【００３４】
続いて、パイプ面１７とクラウド１１とが交差する位置にある交線が演算装置７により求められる（図１のステップＳ０５）。図７に示されているように、求められた２つの交線がＲ止まり線１８、１９と定められる。
【００３５】
クラウド１１は点で構成されるため、Ｒ止まり線１８、１９を、２つの面が交わる曲線として求めることは出来ない。そこで、Ｒ止まり線１８、１９は、以下に述べられる方法により求められる。図８に示されているように、Ｒ止まり線１８、１９の生成には、ステップＳ０２において定められた３角形要素１６が使用される。既述のように、３角形要素１６は、クラウド１１に含まれる点１５を頂点としている。この３角形要素１６の辺のうちパイプ面１７と交わるものが、交差線分１６ａとして選択され、選択された交差線分１６ａとパイプ面１７との交点２０が求められる。交点２０は、パイプ面１７とクラウド１１とが交差する２つの位置のそれぞれについて求められる。交点２０を滑らかに接続する曲線が、Ｒ止まり線１８、１９として定められる。
【００３６】
Ｒ止まり線１８、１９が定められた後は、３次元ＣＡＤ装置２が一般的に有する機能を使用して、クレイモデル３の形状を示す面データの作成が行われる（図１のステップＳ０６）。まず、クラウド１１のうちのＲ止まり線１８、１９の間でない部分１１ａ、１１ｂについて、点群データ４の曲面関数へのフィッティングが行われる。図１４に示されているように、このフィッティングにより、部分１１ａ、１１ｂにそれぞれ対応する自由曲面２１、２２の面データが作成される。
【００３７】
更に、Ｒ頂点線１２、及びＲ止まり線１８、１９から、自由曲面２１、２２を結ぶフィレット面２３が作成される。Ｒ頂点線１２、及びＲ止まり線１８、１９からのフィレット面２３の作成は、３次元ＣＡＤ装置が一般的に有する機能を用いて行われ、当業者にとって周知であるフィレット処理方法により容易に実施可能である。自由曲面２１、２２、及びフィレット面２３の面データが演算装置７によって統合され、点群データ４からの面データの作成が完了する。
【００３８】
以上に説明されたように、本実施の形態では、フィレット面２３の作成のために必要ななＲ止まり線１８、１９が、点群データ４から半自動的に作成され、フィレット面２３の作成が簡便になる。このとき、デザインの良し悪しに大きく影響するＲ頂点線１２の決定が設計者に委ねられ、これにより、デザイナーの感性を生かしたデザインが実現されている。
【００３９】
【発明の効果】
本発明により、工業製品の形状を示す点群データから面データを作成する際に、面と面とを接続するフィレット面をより効率よく作成するための技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるフィレット作成方法の実施の一形態を示す。
【図２】図２は、本発明によるフィレット作成方法で使用される設計システム１０を示す。
【図３】図３は、３次元形状測定装置１によって生成された点群データ４に示された点の集合（クラウド）１１を示す。
【図４】図４は、Ｒ頂点線１２の指定方法を示す。
【図５】図５は、Ｒ頂点線１２を規定する構成点１３の指定方法を示す。
【図６】図６は、パイプ面１７の決定方法を示す。
【図７】図７は、生成されたＲ止まり線１８、１９を示す。
【図８】図８は、Ｒ止まり線１８、１９の決定方法を示す。
【図９】図９は、点群データ４から生成された自由曲面２１、２２、及びフィレット面２３を示す。
【図１０】図１０は、従来の面データ作成方法を示す。
【符号の説明】
１：３次元形状測定装置
２：３次元ＣＡＤ装置
３：クレイモデル
４：点群データ
５：インターフェース
６：記憶装置
７：演算装置
８：入力装置
９：表示装置
１０：設計システム
１１：クラウド
１２：Ｒ頂点線
１３：構成点
１４：メッシュ
１５：点
１６：３角形要素
１７：パイプ面
１８、１９：Ｒ止まり線
２０：交点
２１、２２：自由曲面
２３：フィレット面

Claims

（ａ）モデリング対象面の形状を、前記モデリング対象面の上にある複数の点の座標によって示す点群データを取得するステップと、
（ｂ）前記点の集合であるクラウドに沿って、Ｒ頂点線を定めるステップと、
（ｃ）前記Ｒ頂点線の上にあるＲ頂点に対応してＲ値を定めるステップと、
（ｄ）前記Ｒ頂点を通り、且つ、前記Ｒ頂点線に垂直な垂直平面の上にある、前記Ｒ頂点を中心とし、半径を前記Ｒ値とする円を定めるステップと、
（ｅ）前記円を通過するパイプ面を定めるステップと、
（ｆ）前記クラウドと、前記パイプ面とが交差する位置にある２つの交線をＲ止まり線と定めるステップと、
（ｇ）前記Ｒ頂点線と前記Ｒ止まり線とに基づいて、フィレット面を定めるステップ
とを備えた
フィレット作成方法。
請求項１に記載のフィレット作成方法において、
前記Ｒ頂点と、前記Ｒ頂点に対応して定められる前記円とは複数であり、
前記パイプ面は、前記円の全てを滑らかに接続する
フィレット作成方法。
請求項１に記載のフィレット作成方法において、
前記（ｆ）ステップは、
（ｈ）前記点のうちの２点を結び、かつ、前記パイプ面と交わる線分を複数定めるステップと、
（ｉ）前記線分と前記パイプ面との交点を定めるステップと、
（ｊ）前記交点を滑らかに結ぶ曲線を前記Ｒ止まり線と定めるステップ
を含む
フィレット作成方法。
請求項１に記載のフィレット作成方法において、
前記（ｂ）ステップは、
（ｋ）前記点群データに基づいて、前記点のうちの３つを頂点とする３角形要素から構成されるメッシュを定めるステップと、
（ｌ）前記３角形要素の上に構成点を定めるステップと、
（ｍ）前記構成点を滑らかに結ぶ曲線を前記Ｒ頂点線と定めるステップ
とを含む
フィレット作成方法。
請求項４に記載のフィレット作成方法において、
前記構成点は、前記Ｒ頂点に一致する
フィレット作成方法。
（ａ）モデリング対象面の形状を、前記モデリング対象面の上にある複数の点の座標によって示す点群データを取得するステップと、
（ｂ）’入力装置になされた操作に応答して、前記点の集合であるクラウドに沿って、Ｒ頂点線を定めるステップと、
（ｃ）’入力装置になされた操作に応答して、前記Ｒ頂点線の上にあるＲ頂点に対応してＲ値を定めるステップと、
（ｄ）前記Ｒ頂点を通り、且つ、前記Ｒ頂点線に垂直な垂直平面の上にある、前記Ｒ頂点を中心とし、半径を前記Ｒ値とする円を定めるステップと、
（ｅ）前記円を通過するパイプ面を定めるステップと、
（ｆ）前記クラウドと、前記パイプ面とが交差する位置にある２つの交線をＲ止まり線と定めるステップと、
（ｇ）前記Ｒ頂点線と前記Ｒ止まり線とに基づいて、フィレット面を定めるステップ
とをコンピュータに実行させる
３次元ＣＡＤプログラム。