JP3873571B2 - 光造形機用データ作成方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は三次元モデルを光造形機で造形するために上記三次元モデルのデータから光造形機用のデータを作成する光造形機用データ作成方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光を用いて造形を行う光造形機を作動させるための光造形機用データは、ＣＡＤにおいて作成した造形しようとする物体の三次元形状モデルを取り込んでスライス処理を行い、得られた等高線断面の輪郭線で囲まれた領域をレーザー光を照射すべき塗り潰し面とすることで作成するわけであるが、この時、特開平６−２５４９７３号公報には造形時に光線が入射する方向の造形物の厚みを入力された補正値で補正することで厚みの方向について寸法精度の高い造形物を得られるようにする技術が開示されている。また、特開平８−３４０６４号公報には、樹脂の収縮による形状変更を補正するための三次元モデルの変形を行い、その補正後のモデルを均一な厚さで高精度に且つ高速度で造形するために、走査速度、照射方向、積層間隔（スライスピッチ）を部分的に変更する旨の開示があるが、スライスピッチの具体的な決定方法については開示されていない。
【０００３】
また、特開平５−３１８６０３号公報には、三次元モデルを複数の層に分割して層別に造形パラメータを設定することで、断面が異なっている場合には異なった造形パラメータを設定することが記載されているが、異なる断面の認識方法については記述がなく、細かい箇所がある場合にはスキャンピッチを小さくする程度の記述があるだけとなっている。また、造形パラメータの設定も層単位でできるに過ぎない。
【０００４】
さらに特開平４−１６９２２１号公報や特開平５−２７８１２４号公報にはオフセット量の決定、殊に傾斜部分のオフセット量の決定についての提案が示されているが、これはレーザー光のスポット径が一定の元でのオフセット量の変更であり、スポット径そのものを変更することについての記述はない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは設計者の造形条件の入力とは別に、モデルの全体形状及び断面輪郭線形状の特徴を自動的に認識把握し、その形状に対応した造形条件決定知識ベースを参照することで、モデルの形状だけでなく断面の輪郭線の一つ一つに最適な造形条件を自動的に決定することができる光造形機用データ作成方法及びその装置を提供するにあり、他の目的とするところは、層単位ではなく、任意の層内の各断面輪郭線単位で造形条件の自動設定が可能であるために、より高精度且つ高速度での造形を可能とした光造形機用データ作成方法を提供するにあり、さらに他の目的とするとこは、断面輪郭線の形状特徴に対する最適なスポット径を決定することができる光造形機用データ作成方法を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係る光造形機用データ作成方法は、造形する形状を所定の形式のデータとして取り込むモデル取り込みを行うステップと、取り込んだモデルの概観形状を正面と背面と左側面と右側面への投影形状として認識するモデル認識処理ステップと、取り込んだモデルを所望の間隔で輪切りにして複数の断面輪郭線データを作成するスライス処理ステップと、得られた断面輪郭線の形状を認識する断面輪郭線形状認識ステップと、得られた断面輪郭線データを輪郭線の構成に応じてレーザーのスポット径に応じた寸法だけ内または外側にオフセットさせるオフセット処理ステップと、オフセット処理された断面輪郭線の内側領域に塗り潰し処理を行うハッチング処理ステップと、スライス処理直後の断面輪郭線やオフセット直後の断面輪郭線を画面上に表示して対話的に編集・修正作業を行う対話編集処理ステップとを備えている光造形機用データ作成方法であって、前記モデル認識ステップまたは断面輪郭線形状認識ステップで認識されたモデルまたは断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件との関係を格納した造形条件決定知識ベースを備えて、上記スライス処理ステップとオフセット処理ステップとハッチング処理ステップでは、モデル認識処理ステップまたは断面輪郭線形状認識ステップで認識されたモデルや断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件を、上記造形条件決定知識ベースを参照して導いていることに特徴を有している。
【０００７】
ある特定のスライス層における断面輪郭線とその上下のスライス層の断面輪郭線との比較において上記特定のスライス層の断面輪郭線の良否を判定する断面輪郭線判定ステップを備えたものとするのも好ましい。
【０００８】
上記スライス処理ステップでは、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル形状からモデルの傾斜度または微細度に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル寸法値から仮決定されるスライス分割値によって分割するとともにこのスライス線分と投影形状とで囲まれた領域の面積と投影形状の外殻輪郭線長との比率に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いていたり、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成した投影形状の外殻線の傾き角度に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、さらには取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成した投影形状の外殻線を構成する線分のベクトル方向から近似した特徴図形を求めて、この特徴図形に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導くことが好ましい。
【０００９】
また、オフセット処理ステップでは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線の形状パターンに対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積に対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積と断面輪郭線長とに対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する線分のベクトル方向から近似した近似断面輪郭線を求めて、近似断面輪郭線中の隣接する線分がなす角度に対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いたりすればよい。ただし、これらは断面輪郭線が孔を構成しないものである場合にのみ適用することが好ましい。
【００１０】
オフセット処理ステップは、スポット径を半径とするとともに断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する線分のコーナーを中心としてとする第１の円と、同じくスポット径を半径とするとともに上記コーナーに隣接する他のコーナーに円弧を位置させる第２の円との交点を通る第１の円の接線を、コーナー部のオフセット経路の補完路とするのも好ましい。
【００１１】
ハッチング処理ステップは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の形状に対応するハッチングパターンやハッチングピッチやハッチング方向等のハッチングパラメータを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積に対応するハッチングピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する各線分を一定の範囲で近似することにより輪郭線形状の形状特徴を抽出して、該形状特徴に対応するハッチング方向を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する各線分を一定の範囲で近似することにより輪郭線形状の形状特徴を抽出して、該形状特徴に対応するハッチングパターンを造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の内部の製品部分と穴部分とを認識し、製品部分と穴部分との関係に対応するハッチングパターンを造形条件決定知識ベースを参照して導いたりするものがよい。
【００１２】
さらに前記断面輪郭線判定ステップは、ある特定のスライス層における断面輪郭線とその上下のスライス層の断面輪郭線との比較において一致しない輪郭線で囲まれる領域の面積が設定値より小さい時、その断面輪郭線を削除するのが好ましく、断面輪郭線判定ステップは、スライス処理ステップで作成された断面輪郭線の破れをその上下層の断面輪郭線形状から判断して閉じる補正を行うことが望ましい。
【００１３】
そして本願の光造形機用データ作成装置は、造形する形状を所定の形式のデータとして取り込むモデル取り込み部と、取り込んだモデルの概観形状を正面と背面と左側面と右側面への投影形状として認識するモデル認識処理部と、取り込んだモデルを所望の間隔で輪切りにして複数の断面輪郭線データを作成するスライス処理部と、得られた断面輪郭線の形状を認識する断面輪郭線形状認識部と、得られた断面輪郭線データを輪郭線の構成に応じてレーザーのスポット径に応じた寸法だけ内または外側にオフセットさせるオフセット処理部と、オフセット処理された断面輪郭線の内側領域に塗り潰し処理を行うハッチング処理部と、スライス処理直後の断面輪郭線やオフセット直後の断面輪郭線を画面上に表示して対話的に編集・修正作業を行う対話編集処理部と、前記モデル認識部または断面輪郭線形状認識部で認識されたモデルまたは断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件との関係を格納した造形条件決定知識ベースとを備えているとともに、上記スライス処理部とオフセット処理部とハッチング処理部は、モデル認識処理部で認識されたモデルまたは断面輪郭線形状認識部で認識された断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件を上記造形条件決定知識ベースを参照して自動決定するものであることに特徴を有している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図２は本発明に係る光造形機用データ作成装置である光造形ＣＡＭ装置を示しており、マウスやキーボード、ＣＲＴ等が接続されるとともに外部記憶装置２が接続された制御回路１内には、ユーザーインターフェースのほか、モデル取込部１１、モデル認識部１２、スライス処理部１３、断面輪郭線形状認識部１４、オフセット処理部１５、ハッチング処理部１６、対話編集処理部１７、上下層判定部１８等を備えて、ＣＡＤで作成された三次元モデルのデータをＳＴＬ（Ｓｔｅｒｅｏ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）形式のデータとして取り込み、作成した光造形機用の光造形データを光造型機に出力することができるものとなっている。また、上記外部記憶装置２は、取り込んだＳＴＬ形式のモデルデータや上記造形データのための蓄積部を備えるほか、造形条件知識ベース３を納めている。
【００１５】
この光造形ＣＡＭ装置における処理についてその概略から説明すると、図１に示すように、造形するモデルをＳＴＬ形式データとしてモデル取込部１１で取り込み、取り込んだモデルの概観形状をモデル認識処理部１２において正面と背面と左側面と右側面への投影形状として認識する。次いで、取り込んだモデルをスライス処理部１３において所望の間隔で輪切りにして複数の断面輪郭線データを作成し、得られた断面輪郭線の形状を断面輪郭線形状認識部１４において認識するとともに、オフセット処理部１５において上記断面輪郭線データから輪郭線の構成とレーザーのスポット径とに応じた寸法だけ内または外側にオフセットさせるオフセット処理ステップを実行し、さらにハッチング処理部１６において上記オフセット処理された断面輪郭線の内側領域に塗り潰し処理を行う。また、スライス処理直後の断面輪郭線やオフセット直後の断面輪郭線については、画面ＣＲＴ上に表示して対話編集処理部１７において対話的に編集・修正作業を行うことができるようにしている。
【００１６】
そして、本発明においては、前記モデル認識部１２によるモデル処理ステップまたは断面輪郭線形状認識部１４による断面輪郭線形状認識ステップで認識されたモデルまたは断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴などと、これらに対応する好ましい造形条件との関係を予め前記造形条件決定知識ベース３に格納しており、上記スライス処理部１３によるところのスライス処理ステップや、オフセット処理部１５によるオフセット処理ステップ、あるいはハッチング処理部１６におけるハッチング処理ステップに際して、上記モデル認識処理ステップまたは断面輪郭線形状認識ステップで認識されたモデルや断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴などに対応する造形条件を、上記造形条件決定知識ベース３を参照して自動的に決定するようにしてある。
【００１７】
前記モデル認識処理部１２は、取り込んだモデルＭの概観形状を図３に示すように正面Ｍｆと背面Ｍｂと左側面Ｍｌと右側面Ｍｒへの各投影形状とし、各投影図の外形を構成する線分のベクトル方向を一定の範囲内で近似（図４参照）することで、各投影図の形状特徴を抽出し、予め登録してある基本形状パターンとのマッチングをとることで、形状パターンの判断（たとえば図４(a)に示すものは細肉部無し凹型、図４(b)に示すものは鋭角三角形）を行ったり、面積を取得するものである。
【００１８】
スライス処理部１３は図５に示すように、ＳＴＬデータモデルＭ（図は投影モデルを示している）から任意のｚ座標値のｘ−ｙ平面でモデルを輪切りすることで、断面輪郭線Ｗ１〜Ｗｎの各データを作成するもので、この断面輪郭線データとしては、たとえば、
総層数
層１、構成輪郭線数
輪郭線１、方向、構成ポイント数
ポイント１座標ｘ，ｙ、ポイント２座標ｘ，ｙ、…ポイントｎ座標ｘ，ｙ
輪郭線２、方向、構成ポイント数
ポイント１座標ｘ，ｙ、ポイント２座標ｘ，ｙ、…ポイントｎ座標ｘ，ｙ
…
層２、構成輪郭線数
…
層ｎ、構成輪郭線数
輪郭線１、方向、構成ポイント数
ポイント１座標ｘ，ｙ、ポイント２座標ｘ，ｙ、…ポイント３座標ｘ，ｙ
…
輪郭線ｍ、方向、構成ポイント数
ポイント１座標ｘ，ｙ、ポイント２座標ｘ，ｙ、…ポイントｎ座標ｘ，ｙ
という形式のものを用いる。
【００１９】
断面輪郭線形状認識部１４は、取り込んだ断面輪郭線を構成する各線分のベクトル方向を一定の範囲内で近似することで輪郭線の形状特徴を抽出し、予め登録してある基本形状パターンとのマッチングをとることで形状パターンの判定を行ったり面積を取得するものであり、また輪郭線同士の内外の関係を抽出することで、製品の輪郭線か穴部分の輪郭線かを判断する（最外周の輪郭線は製品の輪郭線、その内側の輪郭線は穴部分の輪郭線、さらにその内側の輪郭線は製品の輪郭線）。
【００２０】
次にオフセット処理部１５は、図６に示すように、断面輪郭線Ｗから使用するレーザー光のスポット径ｒ（半径、厳密にはレーザースポット光の照射で溶融硬化する部分の半径）分だけオフセットしてオフセット輪郭線ＯＷを形成するものであり、輪郭線Ｗが製品の外側か内側かを判別するために、ここではオフセット輪郭線ＯＷの回転方向に対して左側が製品の内側となるようにしている。
【００２１】
さらにハッチング処理部１６は、製品の内側となる領域であってレーザー光を照射することになる領域をレーザー光で塗りつぶす経路を生成するもので、レーザー光の走査線と一致することになる図中のハッチング線による塗りつぶしにあたって、図７に示す全面走査、領域を帯状に分割して各分割された帯状領域うちを塗りつぶす帯状走査（図８(a)参照）、領域を縦横のセル状に分割して各セル領域を塗りつぶすセル走査（図８(b)参照）などのハッチングパターンや、走査方向（図７(a)(b)(c)）、ハッチングピッチ（レーザー走査線ピッチ）などのハッチングパラメータを決定して、該ハッチングパラメータに基づく塗りつぶし処理を行う。
【００２２】
上記の各処理に加えて、図９に示すように、ある特定のスライス層における断面輪郭線とその上下のスライス層の断面輪郭線との比較において上記特定のスライス層の断面輪郭線の良否を判定する断面輪郭線上下層判定部１９を設けてもよい。図１０に断面輪郭線上下層判定部１９による断面輪郭線上下層判定処理ステップの処理概要を、図１１に処理フローを示す。ｎ層目の輪郭線Ｗ（ＯＷ）とその上下の層（ｎ−１層、ｎ＋１層）の輪郭線Ｗ（ＯＷ）とを比較して、ｎ層目の輪郭線Ｗ（ＯＷ）が正しいかどうかを判定するものであり、無くなった輪郭線Ｗ１があればこれを追加し、変形した輪郭線Ｗ２があればこれを補正し、ｎ層目にだけ存在する輪郭線Ｗ３はこれを削除するといった処理を行う。この処理は自動で行わせるのではなく、対話編集処理部１７での対話編集で行うようにしてもよいが、対話編集での操作ミスや操作者の見落とし等の虞を考えれば、上記上下層判定部１９による自動処理機能を付加しておくことが望ましい。
【００２３】
次に、各処理ステップにおいて、造形条件決定知識ベース３を参照して好ましい光造形機用データを作成している点について説明すると、スライス処理ステップでのスライスピッチについては、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル形状からモデルの傾斜度または微細度に対応する値を造形条件決定知識ベースを参照して導いている。図１２に示すように、傾斜部がある場合、スライスピッチＳＰを小さくするほど造形精度が向上するとともに傾斜が緩やかなほどスライスピッチＳＰが造形精度に与える影響が大きくなる。また、スライスピッチＳＰを小さくするほど、造形速度が遅くなる。
【００２４】
このために、スライス処理ステップにおいては、仮スライスピッチをいったん設定し、モデル認識処理ステップでの認識結果としてのモデル形状から微細形状や傾斜部分の有無の判定及び有りと判断した時の微細形状の度合いや傾斜度合いを計算を行い、これらの計算結果を造形条件決定知識ベース３におけるたとえば表１に示すような知識ベースを参照して、スライスピッチＳＰを決定する。
【００２５】
【表１】
【００２６】
スライスピッチＳＰの決定にあたっては、図１４及び図１５に示すように、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル寸法値から仮決定されるスライス分割値によって分割（図１５(b)）するとともにこのスライス線分と投影形状とで囲まれた領域の面積と投影形状の外殻輪郭線長との比率に対応するスライスピッチを造形条件決定知識ベース３を参照して導くようにしてもよい。つまり、図１６及び図１７に示すような投影図がある場合、投影形状の外殻輪郭線長をスライス線分と投影形状とで囲まれた領域（図中のハッチング部）の面積で割った値を求めて、この値と設定すべきスライスピッチＳＰとの相関を造形条件決定知識ベース３のたとえば表２に示すような知識ベースを参照して、スライスピッチＳＰを決定する。ちなみに図１６に示すモデルでは、すべて比率が３未満であるが、図１７に示すモデルでは、底部側が比率３未満となるものの頂部側は比率３以上となるために０．０１ｍｍのスライスピッチＳＰが頂部側の部分において採用される。
【００２７】
【表２】
【００２８】
そして、上記知識ベースを参照することで各部形状に応じて決定したスライスピッチＳＰで再度スライス処理を行う（図１５(d)参照）。図１８は上記処理のフローチャートを示す。
【００２９】
スライスピッチＳＰの決定にあたっては、図１９及び図２０に示すように、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル寸法値から仮決定されるスライス分割値によって分割して分割して得られた一つの層における投影形状外殻線の最小傾き角度（図中のＫ部）に対応するスライスピッチＳＰを造形条件決定知識ベース３を参照して導くようにしてもよい。この場合の造形条件決定知識ベース３の知識ベースの一例を表３に、フローチャートを図２１に示す。
【００３０】
【表３】
【００３１】
このほか、図２２及び図２３に示すように、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成した投影形状の外殻線を構成する線分のベクトル方向から近似した特徴図形を求めて、この特徴図形に対応するスライスピッチを造形条件決定知識ベース３を参照して導くようにしてもよい。この場合の知識ベースの一例を表４に、フローチャートを図２４に示す。なお、ここでは３６０°を４分割するベクトル近似を行っているが、さらに細かく分割してベクトル近似を行ってもよいのはもちろんである。
【００３２】
【表４】
【００３３】
次にオフセット処理ステップでの造形条件決定知識ベースを参照する処理について説明すると、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線Ｗに微細な部分がある場合に大きなスポット径のレーザー光Ｂを採用した場合、図２５(a)に示すように、塗り残し部分Ｕの面積が大きくなり、小さなスポット径のレーザー光Ｂを採用した方が塗り残し部分Ｕの面積が小さくなって造形精度を高くすることができる。しかし、スポット径を小さくすれば、レーザーエネルギーが小さくなるために長い時間照射する必要があり、走査時間が長くなって造形時間が多大となる。つまりは、精度と造形時間とのトレードオフの関係で、対象となる輪郭線に最適なスポット径を設定する必要がある。このために、図２６に示すフローチャートから明らかなように、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線Ｗの形状パターンから抽出演算した微細度に対応する光造形加工用レーザーのスポット径を表５に示すような造形条件決定知識ベースを参照して導くのである。
【００３４】
【表５】
【００３５】
また、図２７(a)(b)に示すように、断面輪郭線Ｗでの微細度が同じでも囲まれた領域の面積が小さければ、大きい面積の場合と同じスポット径のレーザー光Ｂで走査したのでは精度が悪くなってしまい、図２７(c)に示すように、スポット径を絞る必要がある。この点についても、図２８のフローチャートに示すように、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積を計算してこの面積を条件に造形条件決定知識ベースを参照して最適スポット径を導いている。この場合の知識ベースの一例を表６に示す。
【００３６】
【表６】
【００３７】
さらには断面輪郭線Ｗで囲まれる面積が大きくとも、図２９に示すような形状であれば、面積が小さい場合と同様にスポット径を小さくしなくては精度を保つことができないことから、図３０及び表７の知識ベースの一例に示すように断面輪郭線の全長を面積で割った値に応じてスポット径を設定することが望ましい。
【００３８】
【表７】
【００３９】
また、断面輪郭線で囲まれる面積あるいは面積と断面輪郭線の全長との比に応じてレーザー光Ｂのスポット径を設定しても、断面輪郭線中の隣接する線分がなす角度が小さければ、図３１に示すように、上記角度が大きいものよりもスポット径を小さくしなくては精度を保つことができない。このために、図３２に示すように、形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する線分のベクトル方向から近似した近似断面輪郭線を求め、近似断面輪郭線中の隣接する線分がなす角度に対応する光造形加工用レーザー光Ｂのスポット径をたとえば表８に示すような造形条件決定知識ベースを参照するのも好ましい。
【００４０】
【表８】
【００４１】
もっとも、同じ輪郭線を走査する場合でも、対象が製品部か穴部かによってオフセット方向が逆となるだけでなく、穴部の場合にはオフセット輪郭線が大きくなる方向であるために、たとえ微細形状を有していたり面積が小さかったりしても、レーザー光Ｂのスポット径をさほど小さくしなくても精度的な問題は生じない（領域面積と輪郭線長との比から判断する場合を除く）。このために、穴部を有するものについては、図２８及び図３２に示したフローは、図３３及び図３４に示すように、穴部である場合にはスポット径として知識ベースから参照することなく所定値を与えてしまうものとするのが好ましい。なお、知識ベースに穴部である場合のスポット径を加えておき、知識ベースの参照で穴部である場合のスポット径を導くようにしてもよい。
【００４２】
このほか、断面輪郭線を構成する各線分のベクトル方向を一定の範囲内で近似することによって得た近似断面輪郭線においてスポット径未満の微小な段差があるコーナー部では、通常であれば、図３５(a)に示すように、段差を挟んで連続する直線状輪郭線Ｗ１，Ｗ２と平行なオフセット輪郭線ＯＷ１，ＯＷ２同士を、スポット径を半径とするとともに内隅コーナー部Ｃｉｎに周縁が接する円Ｃ１の接線によって直角に結んでいるが、この場合、塗り残し部Ｕの面積が大きくなってしまう。オフセット輪郭線ＯＷ１，ＯＷ２間を図３５(b)に示すように円弧で補完すれば、塗り残しＵは少なくなるが、内隅コーナー部Ｃｉｎを支点にレーザーが回ることになるために、内隅コーナー部Ｃｉｎにエネルギーが集中してしまうことになる。
【００４３】
このために、上記のような微小段差のコーナー部では、図３６に示すように、段差を挟んで連続する直線状輪郭線Ｗ１，Ｗ２と平行なオフセット輪郭線ＯＷ１，ＯＷ２同士を、スポット径を半径とするとともに内隅コーナー部Ｃｉｎを中心とする円Ｃ２と、同じくスポット径を半径とするとともに直線状輪郭線Ｗ２上に中心があり且つ外隅コーナー部Ｃｏｕｔに周縁が接する円Ｃ３との交点での円Ｃ２の接線Ｔ１で結ぶようにすることが望ましい。このようにすれば、塗り残しＵの面積を小さくすることができると同時に、内隅コーナー部Ｃｉｎにレーザーエネルギーが集中してしまうこともない。図３７に示すように、上記接線Ｔ１ともう一つの接線Ｔ２とで補完するようにしてもよい。
【００４４】
次にハッチング処理ステップについて説明すると、ここでのハッチング線に従って光造形機でのレーザー光の走査がなされることから、図３８(a)に示すように、全面走査、帯状分割走査、セル状分割走査といったハッチングパターン、分割走査を行う場合には図３８(b)に示すＸ方法分割とＹ方向分割という分割方法や図３８(c)に示す狭い広いの分割ピッチ、また図３８(d)に示すようにＸ方向、Ｙ方向、斜方向、ＸＹ両方向といったハッチング方向、ハッチングピッチ等をハッチング処理ステップで決定しなくてはいけない。
【００４５】
また、上記分割は、造形物のレーザーエネルギーによる歪みを軽減させるために行うことから、塗り潰し領域の面積が小さい場合には分割する必要がなく、図３９に示すような横長矩形の領域をＸ方向走査で分割して塗り潰す場合は、同図(a)に示すようなＹ方向分割ではなく、同図(b)に示すＸ方向分割とすることが望ましく、走査にかかる時間の点からは、塗り潰し面積が大きい時にはハッチングピッチを大きくすることが望ましく、塗り潰し領域が図４０に示すように、縦横比の差が大きいものである場合、その長手方向と直交する方向がハッチング方向となるようにすることが望ましい。
【００４６】
このために、ここでは断面輪郭線で囲まれる領域の形状や面積と、ハッチングパターンやハッチングピッチやハッチング方向等のハッチングパラメータとの好ましい関係を造形条件決定知識ベースに予め登録してある。
【００４７】
そして、ハッチング処理ステップにおいては、たとえば図４１に示すように、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積に対応する走査方式（ハッチングパターン）と上記断面輪郭線で囲まれる領域の縦横比に対応する分割方向とを表９及び表１０に示す知識ベースを参照して決定する。
【００４８】
【表９】
【００４９】
【表１０】
【００５０】
図４２は断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積に対応するハッチングピッチを表１１に示すような知識ベースから参照して決定する場合のフローを示しており、図４３は断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する各線分を一定の範囲で近似することにより輪郭線形状の形状特徴を抽出して、該形状特徴に対応するハッチング方向を表１２に示すような造形条件決定知識ベースを参照して導く場合を示している。この場合、図４０に示すものに対しては長手方向と直交する方向のハッチング方向が選択される。
【００５１】
【表１１】
【００５２】
【表１２】
【００５３】
さらに図４４は断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する各線分を一定の範囲で近似することにより輪郭線形状の形状特徴（縦横比Ｙ／Ｘ）を抽出して、該形状特徴に対応するハッチングパターンを表１３に示すような造形条件決定知識ベースを参照して導く場合を示しており、面積が小さい場合には全面走査を、面積が所定値（１００ｍｍ2）以上で縦長であれば、図４５(a)に示すようにＹ方向の帯状分割、横長であれば図４５(b)に示すようにＸ方向の帯状分割、縦横比がほぼ１（ここでは０．１〜１０）であれば、セル状分割とする。
【００５４】
【表１３】
【００５５】
また、穴部分を有するものに対して、図４６(a)に示すように帯状分割を行っても、穴部分の面積が大きいために、その効果は期待できず、データ量のみが増えてしまうことになる。図４６(b)に示すように、穴部が存在するものの全体の面積に対する穴部の面積が小さいものでは、その影響は小さい。このために、図４７に示すように、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の内部の製品部分と穴部分とを認識し、穴部分の面積割合に対応するハッチングパターンを表１４に示すような造形条件決定知識ベースを参照して導いたりするのもよい。なお、表中の「設定値」とは、ユーザーが明示的に選択したものを指す。
【００５６】
【表１４】
【００５７】
さらに前記断面輪郭線判定ステップは、ある特定のスライス層における断面輪郭線とその上下のスライス層の断面輪郭線との比較において一致しない輪郭線で囲まれる領域の面積が設定値より小さい時、その断面輪郭線を削除するのが好ましい。
【００５８】
たとえば、図４８に示す３層の断面輪郭線において、１層目は前層が存在せず、３層目も後層が存在しないために処理対象外とするが、前後層が存在する２層目の断面輪郭線に対して、前後層に存在する各断面輪郭線を調べて、対応する断面輪郭線が存在せず、しかも領域面積が小さいもの（図中のＣＷで示す断面輪郭線）については削除するのである。図４９にこの処理のフローチャートを示す。
【００５９】
ところで、光造形における標準的な形状表現方法である前述のＳＴＬは、三次元形状を三角形のパッチ（平面）の集まりで近似した形状表現方法であり、モデルの不完全性や形状誤差によってパッチの重なり、あるいは抜けといった不具合が生じると、これをスライスした場合、図５０(a)に示すように、パッチの重なりでその部分の三角形がそのまま輪郭線形状となってしまうことによる微小領域ＳＡが発生したり、図５０(b)に示すように、パッチの抜けによって輪郭線形状が閉じずに開いたままになってしまうことがある。図４８に示した削除すべき微小面積の断面輪郭線も、この微小領域ＳＡが原因で生じるのであるが、パッチの抜けによって輪郭線形状が開いた（破れた）状態となってしまっているものに対しては、図５１に示すように、断面輪郭線判定ステップにおいて、スライス処理ステップで作成された断面輪郭線の破れをその上下層の断面輪郭線形状から判断して閉じる補正を行うものとする。
【００６０】
たとえば、図５２(a)に示すように、２層目に破れた断面輪郭線がある場合、その開いた点の座標が３層目の断面輪郭線上に存在することから、３層面の断面輪郭線を複写して破れた断面輪郭線に置き換える処理を行うのである。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、造形する形状を所定の形式のデータとして取り込むモデル取り込みを行うステップと、取り込んだモデルの概観形状を正面と背面と左側面と右側面への投影形状として認識するモデル認識処理ステップと、取り込んだモデルを所望の間隔で輪切りにして複数の断面輪郭線データを作成するスライス処理ステップと、得られた断面輪郭線の形状を認識する断面輪郭線形状認識ステップと、得られた断面輪郭線データを輪郭線の構成に応じてレーザーのスポット径に応じた寸法だけ内または外側にオフセットさせるオフセット処理ステップと、オフセット処理された断面輪郭線の内側領域に塗り潰し処理を行うハッチング処理ステップと、スライス処理直後の断面輪郭線やオフセット直後の断面輪郭線を画面上に表示して対話的に編集・修正作業を行う対話編集処理ステップとを備えている光造形機用データ作成方法であって、前記モデル認識ステップまたは断面輪郭線形状認識ステップで認識されたモデルまたは断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件との関係を格納した造形条件決定知識ベースを備えて、上記スライス処理ステップとオフセット処理ステップとハッチング処理ステップでは、モデル認識処理ステップまたは断面輪郭線形状認識ステップで認識されたモデルや断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件を、上記造形条件決定知識ベースを参照して導くものであり、設計者の造形条件の入力とは別にモデルの全体形状及び断面輪郭線の形状の特徴を自動的に認識把握してその形状に対応した造形条件決定知識ベースを参照することでモデルの形状だけでなく断面輪郭線の一つ一つに最適な造形条件を自動的に決定することができるものであり、加えるに、定量的な形状特徴に対する造形条件の決定であり、層単位ではなく、任意の層内の各断面輪郭線単位で造形条件の自動設定が可能であることから、短時間で造形データを作成することができるにもかかわらず、きわめて高精度であるとともに造形時間が短くてすむ光造形データを生成することができるものである。
【００６２】
ある特定のスライス層における断面輪郭線とその上下のスライス層の断面輪郭線との比較において上記特定のスライス層の断面輪郭線の良否を判定する断面輪郭線判定ステップを備えたものとすれば、誤った断面輪郭線に基づく処理を行ってしまうことを避けることができるとともに、不具合のある断面輪郭線を調べる工数及び不具合修正工数の低減を図ることができる。
【００６３】
上記スライス処理ステップでは、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル形状からモデルの傾斜度または微細度に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル寸法値から仮決定されるスライス分割値によって分割するとともにこのスライス線分と投影形状とで囲まれた領域の面積と投影形状の外殻輪郭線長との比率に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いていたり、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成した投影形状の外殻線の傾き角度に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、さらには取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成した投影形状の外殻線を構成する線分のベクトル方向から近似した特徴図形を求めて、この特徴図形に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導くことで、造形精度と造形精度とに影響するスライスピッチを適切に設定することができる。
【００６４】
また、オフセット処理ステップでは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線の形状パターンに対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積に対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積と断面輪郭線長とに対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する線分のベクトル方向から近似した近似断面輪郭線を求めて、近似断面輪郭線中の隣接する線分がなす角度に対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導くことで、トレードオフ関係となっている造形精度と走査時間とに応じた適切なスポット径を設定することができる。この時、上記に基づくスポット径設定は断面輪郭線が孔を構成しないものである場合にのみ適用することで、無用に小さいスポット径を設定しまう事態を避けることができて、走査時間（造形時間）を短縮することができる。
【００６５】
オフセット処理ステップは、スポット径を半径とするとともに断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する線分のコーナーを中心としてとする第１の円と、同じくスポット径を半径とするとともに上記コーナーに隣接する他のコーナーに円弧を位置させる第２の円との交点を通る第１の円の接線を、コーナー部のオフセット経路の補完路とすることで、スポット径以下の段差がある部分の塗り残し面積を少なくすることができると同時に、一点にレーザーが集中してしまう事態が生じるのを避けることができる。
【００６６】
ハッチング処理ステップは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の形状に対応するハッチングパターンやハッチングピッチやハッチング方向等のハッチングパラメータを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積に対応するハッチングピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する各線分を一定の範囲で近似することにより輪郭線形状の形状特徴を抽出して、該形状特徴に対応するハッチング方向を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する各線分を一定の範囲で近似することにより輪郭線形状の形状特徴を抽出して、該形状特徴に対応するハッチングパターンを造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の内部の製品部分と穴部分とを認識し、製品部分と穴部分との関係に対応するハッチングパターンを造形条件決定知識ベースを参照して導いたりするものがよく、このような処理を行うことで、形状や面積等に応じた最適なハッチング処理を行うことができる。
【００６７】
さらに前記断面輪郭線判定ステップは、ある特定のスライス層における断面輪郭線とその上下のスライス層の断面輪郭線との比較において一致しない輪郭線で囲まれる領域の面積が設定値より小さい時、その断面輪郭線を削除することで、誤った断面輪郭線を確実に削除することができ、スライス処理ステップで作成された断面輪郭線の破れをその上下層の断面輪郭線形状から判断して閉じる補正を行うことで、断面輪郭線の不具合を確実に直すことができる。
【００６８】
そして本願の光造形機用データ作成装置は、造形する形状を所定の形式のデータとして取り込むモデル取り込み部と、取り込んだモデルの概観形状を正面と背面と左側面と右側面への投影形状として認識するモデル認識処理部と、取り込んだモデルを所望の間隔で輪切りにして複数の断面輪郭線データを作成するスライス処理部と、得られた断面輪郭線の形状を認識する断面輪郭線形状認識部と、得られた断面輪郭線データを輪郭線の構成に応じてレーザーのスポット径に応じた寸法だけ内または外側にオフセットさせるオフセット処理部と、オフセット処理された断面輪郭線の内側領域に塗り潰し処理を行うハッチング処理部と、スライス処理直後の断面輪郭線やオフセット直後の断面輪郭線を画面上に表示して対話的に編集・修正作業を行う対話編集処理部と、前記モデル認識部または断面輪郭線形状認識部で認識されたモデルまたは断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件との関係を格納した造形条件決定知識ベースとを備えているとともに、上記スライス処理部とオフセット処理部とハッチング処理部は、モデル認識処理部で認識されたモデルまたは断面輪郭線形状認識部で認識された断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件を上記造形条件決定知識ベースを参照して自動決定するものであるために、前記光造形機用データ作成方法を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例における概略フローチャートである。
【図２】同上のブロック図である。
【図３】同上の投影の説明図である。
【図４】 (a)(b)は同上のモデルのベクトル近似の説明図である。
【図５】同上のスライスについての説明図である。
【図６】 (a)は同上のスポット径の説明図、(b)はオフセット輪郭線の説明図、(c)は輪郭線の回転方向についての説明図である。
【図７】同上の全面走査の例を示す説明図である。
【図８】同上の分割走査の例を示す説明図である。
【図９】他例における概略フローチャートである。
【図１０】輪郭線の不具合判定についての説明図である。
【図１１】同上のフローチャートである。
【図１２】スライスピッチの説明図である。
【図１３】スライス処理についてのフローチャートである。
【図１４】スライス処理についての他のフローチャートである。
【図１５】スライス処理についての説明図である。
【図１６】他のスライス処理についての説明図である。
【図１７】スライス処理についての説明図である。
【図１８】スライス処理についてのフローチャートである。
【図１９】他のスライス処理についてのフローチャートである。
【図２０】スライス処理についての説明図である。
【図２１】スライス処理についてのフローチャートである。
【図２２】スライス処理についての別のフローチャートである。
【図２３】スライス処理についての説明図である。
【図２４】スライス処理についてのさらに他のフローチャートである。
【図２５】 (a)(b)はスポット径に関する説明図である。
【図２６】スポット径設定についてのフローチャートである。
【図２７】 (a)(b)(c)は領域面積とスポット径とに関する説明図である。
【図２８】スポット径設定についての他のフローチャートである。
【図２９】形状についての説明図である。
【図３０】スポット径設定についてのさらに他のフローチャートである。
【図３１】 (a)(b)は形状とスポット径とについての説明図である。
【図３２】スポット径設定についての別のフローチャートである。
【図３３】スポット径設定についてのさらに別のフローチャートである。
【図３４】スポット径設定についてのさらに別のフローチャートである。
【図３５】補完処理の一例の説明図である。
【図３６】補完処理に他の例の説明図である。
【図３７】補完処理についての説明図である。
【図３８】 (a)(b)(c)(d)はハッチングの各種パラメータについての説明図である。
【図３９】 (a)(b)は分割方向についての説明図である。
【図４０】 (a)(b)はハッチング方向についての説明図である。
【図４１】ハッチング処理についてのフローチャートである。
【図４２】ハッチング処理についての他のフローチャートである。
【図４３】ハッチング処理についての更に他のフローチャートである。
【図４４】ハッチング処理についての別のフローチャートである。
【図４５】 (a)(b)(c)はハッチングパターンについての説明図である。
【図４６】 (a)(b)は穴がある場合のハッチングパターンについての説明図である。
【図４７】ハッチング処理についての更に別のフローチャートである。
【図４８】断面輪郭線の補正についての説明図である。
【図４９】断面輪郭線の補正についてのフローチャートである。
【図５０】 (a)(b)は断面輪郭線の不具合についての説明図である。
【図５１】断面輪郭線の補正についての他のフローチャートである。
【図５２】断面輪郭線の補正についての説明図である。
【符号の説明】
３ 造形条件決定知識ベース
Ｗ 断面輪郭線
ＯＷ オフセット輪郭線
【発明の属する技術分野】
本発明は三次元モデルを光造形機で造形するために上記三次元モデルのデータから光造形機用のデータを作成する光造形機用データ作成方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光を用いて造形を行う光造形機を作動させるための光造形機用データは、ＣＡＤにおいて作成した造形しようとする物体の三次元形状モデルを取り込んでスライス処理を行い、得られた等高線断面の輪郭線で囲まれた領域をレーザー光を照射すべき塗り潰し面とすることで作成するわけであるが、この時、特開平６−２５４９７３号公報には造形時に光線が入射する方向の造形物の厚みを入力された補正値で補正することで厚みの方向について寸法精度の高い造形物を得られるようにする技術が開示されている。また、特開平８−３４０６４号公報には、樹脂の収縮による形状変更を補正するための三次元モデルの変形を行い、その補正後のモデルを均一な厚さで高精度に且つ高速度で造形するために、走査速度、照射方向、積層間隔（スライスピッチ）を部分的に変更する旨の開示があるが、スライスピッチの具体的な決定方法については開示されていない。
【０００３】
また、特開平５−３１８６０３号公報には、三次元モデルを複数の層に分割して層別に造形パラメータを設定することで、断面が異なっている場合には異なった造形パラメータを設定することが記載されているが、異なる断面の認識方法については記述がなく、細かい箇所がある場合にはスキャンピッチを小さくする程度の記述があるだけとなっている。また、造形パラメータの設定も層単位でできるに過ぎない。
【０００４】
さらに特開平４−１６９２２１号公報や特開平５−２７８１２４号公報にはオフセット量の決定、殊に傾斜部分のオフセット量の決定についての提案が示されているが、これはレーザー光のスポット径が一定の元でのオフセット量の変更であり、スポット径そのものを変更することについての記述はない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは設計者の造形条件の入力とは別に、モデルの全体形状及び断面輪郭線形状の特徴を自動的に認識把握し、その形状に対応した造形条件決定知識ベースを参照することで、モデルの形状だけでなく断面の輪郭線の一つ一つに最適な造形条件を自動的に決定することができる光造形機用データ作成方法及びその装置を提供するにあり、他の目的とするところは、層単位ではなく、任意の層内の各断面輪郭線単位で造形条件の自動設定が可能であるために、より高精度且つ高速度での造形を可能とした光造形機用データ作成方法を提供するにあり、さらに他の目的とするとこは、断面輪郭線の形状特徴に対する最適なスポット径を決定することができる光造形機用データ作成方法を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係る光造形機用データ作成方法は、造形する形状を所定の形式のデータとして取り込むモデル取り込みを行うステップと、取り込んだモデルの概観形状を正面と背面と左側面と右側面への投影形状として認識するモデル認識処理ステップと、取り込んだモデルを所望の間隔で輪切りにして複数の断面輪郭線データを作成するスライス処理ステップと、得られた断面輪郭線の形状を認識する断面輪郭線形状認識ステップと、得られた断面輪郭線データを輪郭線の構成に応じてレーザーのスポット径に応じた寸法だけ内または外側にオフセットさせるオフセット処理ステップと、オフセット処理された断面輪郭線の内側領域に塗り潰し処理を行うハッチング処理ステップと、スライス処理直後の断面輪郭線やオフセット直後の断面輪郭線を画面上に表示して対話的に編集・修正作業を行う対話編集処理ステップとを備えている光造形機用データ作成方法であって、前記モデル認識ステップまたは断面輪郭線形状認識ステップで認識されたモデルまたは断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件との関係を格納した造形条件決定知識ベースを備えて、上記スライス処理ステップとオフセット処理ステップとハッチング処理ステップでは、モデル認識処理ステップまたは断面輪郭線形状認識ステップで認識されたモデルや断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件を、上記造形条件決定知識ベースを参照して導いていることに特徴を有している。
【０００７】
ある特定のスライス層における断面輪郭線とその上下のスライス層の断面輪郭線との比較において上記特定のスライス層の断面輪郭線の良否を判定する断面輪郭線判定ステップを備えたものとするのも好ましい。
【０００８】
上記スライス処理ステップでは、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル形状からモデルの傾斜度または微細度に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル寸法値から仮決定されるスライス分割値によって分割するとともにこのスライス線分と投影形状とで囲まれた領域の面積と投影形状の外殻輪郭線長との比率に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いていたり、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成した投影形状の外殻線の傾き角度に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、さらには取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成した投影形状の外殻線を構成する線分のベクトル方向から近似した特徴図形を求めて、この特徴図形に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導くことが好ましい。
【０００９】
また、オフセット処理ステップでは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線の形状パターンに対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積に対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積と断面輪郭線長とに対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する線分のベクトル方向から近似した近似断面輪郭線を求めて、近似断面輪郭線中の隣接する線分がなす角度に対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いたりすればよい。ただし、これらは断面輪郭線が孔を構成しないものである場合にのみ適用することが好ましい。
【００１０】
オフセット処理ステップは、スポット径を半径とするとともに断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する線分のコーナーを中心としてとする第１の円と、同じくスポット径を半径とするとともに上記コーナーに隣接する他のコーナーに円弧を位置させる第２の円との交点を通る第１の円の接線を、コーナー部のオフセット経路の補完路とするのも好ましい。
【００１１】
ハッチング処理ステップは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の形状に対応するハッチングパターンやハッチングピッチやハッチング方向等のハッチングパラメータを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積に対応するハッチングピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する各線分を一定の範囲で近似することにより輪郭線形状の形状特徴を抽出して、該形状特徴に対応するハッチング方向を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する各線分を一定の範囲で近似することにより輪郭線形状の形状特徴を抽出して、該形状特徴に対応するハッチングパターンを造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の内部の製品部分と穴部分とを認識し、製品部分と穴部分との関係に対応するハッチングパターンを造形条件決定知識ベースを参照して導いたりするものがよい。
【００１２】
さらに前記断面輪郭線判定ステップは、ある特定のスライス層における断面輪郭線とその上下のスライス層の断面輪郭線との比較において一致しない輪郭線で囲まれる領域の面積が設定値より小さい時、その断面輪郭線を削除するのが好ましく、断面輪郭線判定ステップは、スライス処理ステップで作成された断面輪郭線の破れをその上下層の断面輪郭線形状から判断して閉じる補正を行うことが望ましい。
【００１３】
そして本願の光造形機用データ作成装置は、造形する形状を所定の形式のデータとして取り込むモデル取り込み部と、取り込んだモデルの概観形状を正面と背面と左側面と右側面への投影形状として認識するモデル認識処理部と、取り込んだモデルを所望の間隔で輪切りにして複数の断面輪郭線データを作成するスライス処理部と、得られた断面輪郭線の形状を認識する断面輪郭線形状認識部と、得られた断面輪郭線データを輪郭線の構成に応じてレーザーのスポット径に応じた寸法だけ内または外側にオフセットさせるオフセット処理部と、オフセット処理された断面輪郭線の内側領域に塗り潰し処理を行うハッチング処理部と、スライス処理直後の断面輪郭線やオフセット直後の断面輪郭線を画面上に表示して対話的に編集・修正作業を行う対話編集処理部と、前記モデル認識部または断面輪郭線形状認識部で認識されたモデルまたは断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件との関係を格納した造形条件決定知識ベースとを備えているとともに、上記スライス処理部とオフセット処理部とハッチング処理部は、モデル認識処理部で認識されたモデルまたは断面輪郭線形状認識部で認識された断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件を上記造形条件決定知識ベースを参照して自動決定するものであることに特徴を有している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図２は本発明に係る光造形機用データ作成装置である光造形ＣＡＭ装置を示しており、マウスやキーボード、ＣＲＴ等が接続されるとともに外部記憶装置２が接続された制御回路１内には、ユーザーインターフェースのほか、モデル取込部１１、モデル認識部１２、スライス処理部１３、断面輪郭線形状認識部１４、オフセット処理部１５、ハッチング処理部１６、対話編集処理部１７、上下層判定部１８等を備えて、ＣＡＤで作成された三次元モデルのデータをＳＴＬ（Ｓｔｅｒｅｏ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）形式のデータとして取り込み、作成した光造形機用の光造形データを光造型機に出力することができるものとなっている。また、上記外部記憶装置２は、取り込んだＳＴＬ形式のモデルデータや上記造形データのための蓄積部を備えるほか、造形条件知識ベース３を納めている。
【００１５】
この光造形ＣＡＭ装置における処理についてその概略から説明すると、図１に示すように、造形するモデルをＳＴＬ形式データとしてモデル取込部１１で取り込み、取り込んだモデルの概観形状をモデル認識処理部１２において正面と背面と左側面と右側面への投影形状として認識する。次いで、取り込んだモデルをスライス処理部１３において所望の間隔で輪切りにして複数の断面輪郭線データを作成し、得られた断面輪郭線の形状を断面輪郭線形状認識部１４において認識するとともに、オフセット処理部１５において上記断面輪郭線データから輪郭線の構成とレーザーのスポット径とに応じた寸法だけ内または外側にオフセットさせるオフセット処理ステップを実行し、さらにハッチング処理部１６において上記オフセット処理された断面輪郭線の内側領域に塗り潰し処理を行う。また、スライス処理直後の断面輪郭線やオフセット直後の断面輪郭線については、画面ＣＲＴ上に表示して対話編集処理部１７において対話的に編集・修正作業を行うことができるようにしている。
【００１６】
そして、本発明においては、前記モデル認識部１２によるモデル処理ステップまたは断面輪郭線形状認識部１４による断面輪郭線形状認識ステップで認識されたモデルまたは断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴などと、これらに対応する好ましい造形条件との関係を予め前記造形条件決定知識ベース３に格納しており、上記スライス処理部１３によるところのスライス処理ステップや、オフセット処理部１５によるオフセット処理ステップ、あるいはハッチング処理部１６におけるハッチング処理ステップに際して、上記モデル認識処理ステップまたは断面輪郭線形状認識ステップで認識されたモデルや断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴などに対応する造形条件を、上記造形条件決定知識ベース３を参照して自動的に決定するようにしてある。
【００１７】
前記モデル認識処理部１２は、取り込んだモデルＭの概観形状を図３に示すように正面Ｍｆと背面Ｍｂと左側面Ｍｌと右側面Ｍｒへの各投影形状とし、各投影図の外形を構成する線分のベクトル方向を一定の範囲内で近似（図４参照）することで、各投影図の形状特徴を抽出し、予め登録してある基本形状パターンとのマッチングをとることで、形状パターンの判断（たとえば図４(a)に示すものは細肉部無し凹型、図４(b)に示すものは鋭角三角形）を行ったり、面積を取得するものである。
【００１８】
スライス処理部１３は図５に示すように、ＳＴＬデータモデルＭ（図は投影モデルを示している）から任意のｚ座標値のｘ−ｙ平面でモデルを輪切りすることで、断面輪郭線Ｗ１〜Ｗｎの各データを作成するもので、この断面輪郭線データとしては、たとえば、
総層数
層１、構成輪郭線数
輪郭線１、方向、構成ポイント数
ポイント１座標ｘ，ｙ、ポイント２座標ｘ，ｙ、…ポイントｎ座標ｘ，ｙ
輪郭線２、方向、構成ポイント数
ポイント１座標ｘ，ｙ、ポイント２座標ｘ，ｙ、…ポイントｎ座標ｘ，ｙ
…
層２、構成輪郭線数
…
層ｎ、構成輪郭線数
輪郭線１、方向、構成ポイント数
ポイント１座標ｘ，ｙ、ポイント２座標ｘ，ｙ、…ポイント３座標ｘ，ｙ
…
輪郭線ｍ、方向、構成ポイント数
ポイント１座標ｘ，ｙ、ポイント２座標ｘ，ｙ、…ポイントｎ座標ｘ，ｙ
という形式のものを用いる。
【００１９】
断面輪郭線形状認識部１４は、取り込んだ断面輪郭線を構成する各線分のベクトル方向を一定の範囲内で近似することで輪郭線の形状特徴を抽出し、予め登録してある基本形状パターンとのマッチングをとることで形状パターンの判定を行ったり面積を取得するものであり、また輪郭線同士の内外の関係を抽出することで、製品の輪郭線か穴部分の輪郭線かを判断する（最外周の輪郭線は製品の輪郭線、その内側の輪郭線は穴部分の輪郭線、さらにその内側の輪郭線は製品の輪郭線）。
【００２０】
次にオフセット処理部１５は、図６に示すように、断面輪郭線Ｗから使用するレーザー光のスポット径ｒ（半径、厳密にはレーザースポット光の照射で溶融硬化する部分の半径）分だけオフセットしてオフセット輪郭線ＯＷを形成するものであり、輪郭線Ｗが製品の外側か内側かを判別するために、ここではオフセット輪郭線ＯＷの回転方向に対して左側が製品の内側となるようにしている。
【００２１】
さらにハッチング処理部１６は、製品の内側となる領域であってレーザー光を照射することになる領域をレーザー光で塗りつぶす経路を生成するもので、レーザー光の走査線と一致することになる図中のハッチング線による塗りつぶしにあたって、図７に示す全面走査、領域を帯状に分割して各分割された帯状領域うちを塗りつぶす帯状走査（図８(a)参照）、領域を縦横のセル状に分割して各セル領域を塗りつぶすセル走査（図８(b)参照）などのハッチングパターンや、走査方向（図７(a)(b)(c)）、ハッチングピッチ（レーザー走査線ピッチ）などのハッチングパラメータを決定して、該ハッチングパラメータに基づく塗りつぶし処理を行う。
【００２２】
上記の各処理に加えて、図９に示すように、ある特定のスライス層における断面輪郭線とその上下のスライス層の断面輪郭線との比較において上記特定のスライス層の断面輪郭線の良否を判定する断面輪郭線上下層判定部１９を設けてもよい。図１０に断面輪郭線上下層判定部１９による断面輪郭線上下層判定処理ステップの処理概要を、図１１に処理フローを示す。ｎ層目の輪郭線Ｗ（ＯＷ）とその上下の層（ｎ−１層、ｎ＋１層）の輪郭線Ｗ（ＯＷ）とを比較して、ｎ層目の輪郭線Ｗ（ＯＷ）が正しいかどうかを判定するものであり、無くなった輪郭線Ｗ１があればこれを追加し、変形した輪郭線Ｗ２があればこれを補正し、ｎ層目にだけ存在する輪郭線Ｗ３はこれを削除するといった処理を行う。この処理は自動で行わせるのではなく、対話編集処理部１７での対話編集で行うようにしてもよいが、対話編集での操作ミスや操作者の見落とし等の虞を考えれば、上記上下層判定部１９による自動処理機能を付加しておくことが望ましい。
【００２３】
次に、各処理ステップにおいて、造形条件決定知識ベース３を参照して好ましい光造形機用データを作成している点について説明すると、スライス処理ステップでのスライスピッチについては、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル形状からモデルの傾斜度または微細度に対応する値を造形条件決定知識ベースを参照して導いている。図１２に示すように、傾斜部がある場合、スライスピッチＳＰを小さくするほど造形精度が向上するとともに傾斜が緩やかなほどスライスピッチＳＰが造形精度に与える影響が大きくなる。また、スライスピッチＳＰを小さくするほど、造形速度が遅くなる。
【００２４】
このために、スライス処理ステップにおいては、仮スライスピッチをいったん設定し、モデル認識処理ステップでの認識結果としてのモデル形状から微細形状や傾斜部分の有無の判定及び有りと判断した時の微細形状の度合いや傾斜度合いを計算を行い、これらの計算結果を造形条件決定知識ベース３におけるたとえば表１に示すような知識ベースを参照して、スライスピッチＳＰを決定する。
【００２５】
【表１】
スライスピッチＳＰの決定にあたっては、図１４及び図１５に示すように、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル寸法値から仮決定されるスライス分割値によって分割（図１５(b)）するとともにこのスライス線分と投影形状とで囲まれた領域の面積と投影形状の外殻輪郭線長との比率に対応するスライスピッチを造形条件決定知識ベース３を参照して導くようにしてもよい。つまり、図１６及び図１７に示すような投影図がある場合、投影形状の外殻輪郭線長をスライス線分と投影形状とで囲まれた領域（図中のハッチング部）の面積で割った値を求めて、この値と設定すべきスライスピッチＳＰとの相関を造形条件決定知識ベース３のたとえば表２に示すような知識ベースを参照して、スライスピッチＳＰを決定する。ちなみに図１６に示すモデルでは、すべて比率が３未満であるが、図１７に示すモデルでは、底部側が比率３未満となるものの頂部側は比率３以上となるために０．０１ｍｍのスライスピッチＳＰが頂部側の部分において採用される。
【００２７】
【表２】
そして、上記知識ベースを参照することで各部形状に応じて決定したスライスピッチＳＰで再度スライス処理を行う（図１５(d)参照）。図１８は上記処理のフローチャートを示す。
【００２９】
スライスピッチＳＰの決定にあたっては、図１９及び図２０に示すように、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル寸法値から仮決定されるスライス分割値によって分割して分割して得られた一つの層における投影形状外殻線の最小傾き角度（図中のＫ部）に対応するスライスピッチＳＰを造形条件決定知識ベース３を参照して導くようにしてもよい。この場合の造形条件決定知識ベース３の知識ベースの一例を表３に、フローチャートを図２１に示す。
【００３０】
【表３】
このほか、図２２及び図２３に示すように、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成した投影形状の外殻線を構成する線分のベクトル方向から近似した特徴図形を求めて、この特徴図形に対応するスライスピッチを造形条件決定知識ベース３を参照して導くようにしてもよい。この場合の知識ベースの一例を表４に、フローチャートを図２４に示す。なお、ここでは３６０°を４分割するベクトル近似を行っているが、さらに細かく分割してベクトル近似を行ってもよいのはもちろんである。
【００３２】
【表４】
次にオフセット処理ステップでの造形条件決定知識ベースを参照する処理について説明すると、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線Ｗに微細な部分がある場合に大きなスポット径のレーザー光Ｂを採用した場合、図２５(a)に示すように、塗り残し部分Ｕの面積が大きくなり、小さなスポット径のレーザー光Ｂを採用した方が塗り残し部分Ｕの面積が小さくなって造形精度を高くすることができる。しかし、スポット径を小さくすれば、レーザーエネルギーが小さくなるために長い時間照射する必要があり、走査時間が長くなって造形時間が多大となる。つまりは、精度と造形時間とのトレードオフの関係で、対象となる輪郭線に最適なスポット径を設定する必要がある。このために、図２６に示すフローチャートから明らかなように、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線Ｗの形状パターンから抽出演算した微細度に対応する光造形加工用レーザーのスポット径を表５に示すような造形条件決定知識ベースを参照して導くのである。
【００３４】
【表５】
また、図２７(a)(b)に示すように、断面輪郭線Ｗでの微細度が同じでも囲まれた領域の面積が小さければ、大きい面積の場合と同じスポット径のレーザー光Ｂで走査したのでは精度が悪くなってしまい、図２７(c)に示すように、スポット径を絞る必要がある。この点についても、図２８のフローチャートに示すように、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積を計算してこの面積を条件に造形条件決定知識ベースを参照して最適スポット径を導いている。この場合の知識ベースの一例を表６に示す。
【００３６】
【表６】
さらには断面輪郭線Ｗで囲まれる面積が大きくとも、図２９に示すような形状であれば、面積が小さい場合と同様にスポット径を小さくしなくては精度を保つことができないことから、図３０及び表７の知識ベースの一例に示すように断面輪郭線の全長を面積で割った値に応じてスポット径を設定することが望ましい。
【００３８】
【表７】
また、断面輪郭線で囲まれる面積あるいは面積と断面輪郭線の全長との比に応じてレーザー光Ｂのスポット径を設定しても、断面輪郭線中の隣接する線分がなす角度が小さければ、図３１に示すように、上記角度が大きいものよりもスポット径を小さくしなくては精度を保つことができない。このために、図３２に示すように、形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する線分のベクトル方向から近似した近似断面輪郭線を求め、近似断面輪郭線中の隣接する線分がなす角度に対応する光造形加工用レーザー光Ｂのスポット径をたとえば表８に示すような造形条件決定知識ベースを参照するのも好ましい。
【００４０】
【表８】
もっとも、同じ輪郭線を走査する場合でも、対象が製品部か穴部かによってオフセット方向が逆となるだけでなく、穴部の場合にはオフセット輪郭線が大きくなる方向であるために、たとえ微細形状を有していたり面積が小さかったりしても、レーザー光Ｂのスポット径をさほど小さくしなくても精度的な問題は生じない（領域面積と輪郭線長との比から判断する場合を除く）。このために、穴部を有するものについては、図２８及び図３２に示したフローは、図３３及び図３４に示すように、穴部である場合にはスポット径として知識ベースから参照することなく所定値を与えてしまうものとするのが好ましい。なお、知識ベースに穴部である場合のスポット径を加えておき、知識ベースの参照で穴部である場合のスポット径を導くようにしてもよい。
【００４２】
このほか、断面輪郭線を構成する各線分のベクトル方向を一定の範囲内で近似することによって得た近似断面輪郭線においてスポット径未満の微小な段差があるコーナー部では、通常であれば、図３５(a)に示すように、段差を挟んで連続する直線状輪郭線Ｗ１，Ｗ２と平行なオフセット輪郭線ＯＷ１，ＯＷ２同士を、スポット径を半径とするとともに内隅コーナー部Ｃｉｎに周縁が接する円Ｃ１の接線によって直角に結んでいるが、この場合、塗り残し部Ｕの面積が大きくなってしまう。オフセット輪郭線ＯＷ１，ＯＷ２間を図３５(b)に示すように円弧で補完すれば、塗り残しＵは少なくなるが、内隅コーナー部Ｃｉｎを支点にレーザーが回ることになるために、内隅コーナー部Ｃｉｎにエネルギーが集中してしまうことになる。
【００４３】
このために、上記のような微小段差のコーナー部では、図３６に示すように、段差を挟んで連続する直線状輪郭線Ｗ１，Ｗ２と平行なオフセット輪郭線ＯＷ１，ＯＷ２同士を、スポット径を半径とするとともに内隅コーナー部Ｃｉｎを中心とする円Ｃ２と、同じくスポット径を半径とするとともに直線状輪郭線Ｗ２上に中心があり且つ外隅コーナー部Ｃｏｕｔに周縁が接する円Ｃ３との交点での円Ｃ２の接線Ｔ１で結ぶようにすることが望ましい。このようにすれば、塗り残しＵの面積を小さくすることができると同時に、内隅コーナー部Ｃｉｎにレーザーエネルギーが集中してしまうこともない。図３７に示すように、上記接線Ｔ１ともう一つの接線Ｔ２とで補完するようにしてもよい。
【００４４】
次にハッチング処理ステップについて説明すると、ここでのハッチング線に従って光造形機でのレーザー光の走査がなされることから、図３８(a)に示すように、全面走査、帯状分割走査、セル状分割走査といったハッチングパターン、分割走査を行う場合には図３８(b)に示すＸ方法分割とＹ方向分割という分割方法や図３８(c)に示す狭い広いの分割ピッチ、また図３８(d)に示すようにＸ方向、Ｙ方向、斜方向、ＸＹ両方向といったハッチング方向、ハッチングピッチ等をハッチング処理ステップで決定しなくてはいけない。
【００４５】
また、上記分割は、造形物のレーザーエネルギーによる歪みを軽減させるために行うことから、塗り潰し領域の面積が小さい場合には分割する必要がなく、図３９に示すような横長矩形の領域をＸ方向走査で分割して塗り潰す場合は、同図(a)に示すようなＹ方向分割ではなく、同図(b)に示すＸ方向分割とすることが望ましく、走査にかかる時間の点からは、塗り潰し面積が大きい時にはハッチングピッチを大きくすることが望ましく、塗り潰し領域が図４０に示すように、縦横比の差が大きいものである場合、その長手方向と直交する方向がハッチング方向となるようにすることが望ましい。
【００４６】
このために、ここでは断面輪郭線で囲まれる領域の形状や面積と、ハッチングパターンやハッチングピッチやハッチング方向等のハッチングパラメータとの好ましい関係を造形条件決定知識ベースに予め登録してある。
【００４７】
そして、ハッチング処理ステップにおいては、たとえば図４１に示すように、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積に対応する走査方式（ハッチングパターン）と上記断面輪郭線で囲まれる領域の縦横比に対応する分割方向とを表９及び表１０に示す知識ベースを参照して決定する。
【００４８】
【表９】
【表１０】
図４２は断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積に対応するハッチングピッチを表１１に示すような知識ベースから参照して決定する場合のフローを示しており、図４３は断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する各線分を一定の範囲で近似することにより輪郭線形状の形状特徴を抽出して、該形状特徴に対応するハッチング方向を表１２に示すような造形条件決定知識ベースを参照して導く場合を示している。この場合、図４０に示すものに対しては長手方向と直交する方向のハッチング方向が選択される。
【００５１】
【表１１】
【表１２】
さらに図４４は断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する各線分を一定の範囲で近似することにより輪郭線形状の形状特徴（縦横比Ｙ／Ｘ）を抽出して、該形状特徴に対応するハッチングパターンを表１３に示すような造形条件決定知識ベースを参照して導く場合を示しており、面積が小さい場合には全面走査を、面積が所定値（１００ｍｍ2）以上で縦長であれば、図４５(a)に示すようにＹ方向の帯状分割、横長であれば図４５(b)に示すようにＸ方向の帯状分割、縦横比がほぼ１（ここでは０．１〜１０）であれば、セル状分割とする。
【００５４】
【表１３】
また、穴部分を有するものに対して、図４６(a)に示すように帯状分割を行っても、穴部分の面積が大きいために、その効果は期待できず、データ量のみが増えてしまうことになる。図４６(b)に示すように、穴部が存在するものの全体の面積に対する穴部の面積が小さいものでは、その影響は小さい。このために、図４７に示すように、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の内部の製品部分と穴部分とを認識し、穴部分の面積割合に対応するハッチングパターンを表１４に示すような造形条件決定知識ベースを参照して導いたりするのもよい。なお、表中の「設定値」とは、ユーザーが明示的に選択したものを指す。
【００５６】
【表１４】
さらに前記断面輪郭線判定ステップは、ある特定のスライス層における断面輪郭線とその上下のスライス層の断面輪郭線との比較において一致しない輪郭線で囲まれる領域の面積が設定値より小さい時、その断面輪郭線を削除するのが好ましい。
【００５８】
たとえば、図４８に示す３層の断面輪郭線において、１層目は前層が存在せず、３層目も後層が存在しないために処理対象外とするが、前後層が存在する２層目の断面輪郭線に対して、前後層に存在する各断面輪郭線を調べて、対応する断面輪郭線が存在せず、しかも領域面積が小さいもの（図中のＣＷで示す断面輪郭線）については削除するのである。図４９にこの処理のフローチャートを示す。
【００５９】
ところで、光造形における標準的な形状表現方法である前述のＳＴＬは、三次元形状を三角形のパッチ（平面）の集まりで近似した形状表現方法であり、モデルの不完全性や形状誤差によってパッチの重なり、あるいは抜けといった不具合が生じると、これをスライスした場合、図５０(a)に示すように、パッチの重なりでその部分の三角形がそのまま輪郭線形状となってしまうことによる微小領域ＳＡが発生したり、図５０(b)に示すように、パッチの抜けによって輪郭線形状が閉じずに開いたままになってしまうことがある。図４８に示した削除すべき微小面積の断面輪郭線も、この微小領域ＳＡが原因で生じるのであるが、パッチの抜けによって輪郭線形状が開いた（破れた）状態となってしまっているものに対しては、図５１に示すように、断面輪郭線判定ステップにおいて、スライス処理ステップで作成された断面輪郭線の破れをその上下層の断面輪郭線形状から判断して閉じる補正を行うものとする。
【００６０】
たとえば、図５２(a)に示すように、２層目に破れた断面輪郭線がある場合、その開いた点の座標が３層目の断面輪郭線上に存在することから、３層面の断面輪郭線を複写して破れた断面輪郭線に置き換える処理を行うのである。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、造形する形状を所定の形式のデータとして取り込むモデル取り込みを行うステップと、取り込んだモデルの概観形状を正面と背面と左側面と右側面への投影形状として認識するモデル認識処理ステップと、取り込んだモデルを所望の間隔で輪切りにして複数の断面輪郭線データを作成するスライス処理ステップと、得られた断面輪郭線の形状を認識する断面輪郭線形状認識ステップと、得られた断面輪郭線データを輪郭線の構成に応じてレーザーのスポット径に応じた寸法だけ内または外側にオフセットさせるオフセット処理ステップと、オフセット処理された断面輪郭線の内側領域に塗り潰し処理を行うハッチング処理ステップと、スライス処理直後の断面輪郭線やオフセット直後の断面輪郭線を画面上に表示して対話的に編集・修正作業を行う対話編集処理ステップとを備えている光造形機用データ作成方法であって、前記モデル認識ステップまたは断面輪郭線形状認識ステップで認識されたモデルまたは断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件との関係を格納した造形条件決定知識ベースを備えて、上記スライス処理ステップとオフセット処理ステップとハッチング処理ステップでは、モデル認識処理ステップまたは断面輪郭線形状認識ステップで認識されたモデルや断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件を、上記造形条件決定知識ベースを参照して導くものであり、設計者の造形条件の入力とは別にモデルの全体形状及び断面輪郭線の形状の特徴を自動的に認識把握してその形状に対応した造形条件決定知識ベースを参照することでモデルの形状だけでなく断面輪郭線の一つ一つに最適な造形条件を自動的に決定することができるものであり、加えるに、定量的な形状特徴に対する造形条件の決定であり、層単位ではなく、任意の層内の各断面輪郭線単位で造形条件の自動設定が可能であることから、短時間で造形データを作成することができるにもかかわらず、きわめて高精度であるとともに造形時間が短くてすむ光造形データを生成することができるものである。
【００６２】
ある特定のスライス層における断面輪郭線とその上下のスライス層の断面輪郭線との比較において上記特定のスライス層の断面輪郭線の良否を判定する断面輪郭線判定ステップを備えたものとすれば、誤った断面輪郭線に基づく処理を行ってしまうことを避けることができるとともに、不具合のある断面輪郭線を調べる工数及び不具合修正工数の低減を図ることができる。
【００６３】
上記スライス処理ステップでは、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル形状からモデルの傾斜度または微細度に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル寸法値から仮決定されるスライス分割値によって分割するとともにこのスライス線分と投影形状とで囲まれた領域の面積と投影形状の外殻輪郭線長との比率に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いていたり、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成した投影形状の外殻線の傾き角度に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、さらには取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成した投影形状の外殻線を構成する線分のベクトル方向から近似した特徴図形を求めて、この特徴図形に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導くことで、造形精度と造形精度とに影響するスライスピッチを適切に設定することができる。
【００６４】
また、オフセット処理ステップでは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線の形状パターンに対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積に対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積と断面輪郭線長とに対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する線分のベクトル方向から近似した近似断面輪郭線を求めて、近似断面輪郭線中の隣接する線分がなす角度に対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導くことで、トレードオフ関係となっている造形精度と走査時間とに応じた適切なスポット径を設定することができる。この時、上記に基づくスポット径設定は断面輪郭線が孔を構成しないものである場合にのみ適用することで、無用に小さいスポット径を設定しまう事態を避けることができて、走査時間（造形時間）を短縮することができる。
【００６５】
オフセット処理ステップは、スポット径を半径とするとともに断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する線分のコーナーを中心としてとする第１の円と、同じくスポット径を半径とするとともに上記コーナーに隣接する他のコーナーに円弧を位置させる第２の円との交点を通る第１の円の接線を、コーナー部のオフセット経路の補完路とすることで、スポット径以下の段差がある部分の塗り残し面積を少なくすることができると同時に、一点にレーザーが集中してしまう事態が生じるのを避けることができる。
【００６６】
ハッチング処理ステップは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の形状に対応するハッチングパターンやハッチングピッチやハッチング方向等のハッチングパラメータを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積に対応するハッチングピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する各線分を一定の範囲で近似することにより輪郭線形状の形状特徴を抽出して、該形状特徴に対応するハッチング方向を造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する各線分を一定の範囲で近似することにより輪郭線形状の形状特徴を抽出して、該形状特徴に対応するハッチングパターンを造形条件決定知識ベースを参照して導いたり、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の内部の製品部分と穴部分とを認識し、製品部分と穴部分との関係に対応するハッチングパターンを造形条件決定知識ベースを参照して導いたりするものがよく、このような処理を行うことで、形状や面積等に応じた最適なハッチング処理を行うことができる。
【００６７】
さらに前記断面輪郭線判定ステップは、ある特定のスライス層における断面輪郭線とその上下のスライス層の断面輪郭線との比較において一致しない輪郭線で囲まれる領域の面積が設定値より小さい時、その断面輪郭線を削除することで、誤った断面輪郭線を確実に削除することができ、スライス処理ステップで作成された断面輪郭線の破れをその上下層の断面輪郭線形状から判断して閉じる補正を行うことで、断面輪郭線の不具合を確実に直すことができる。
【００６８】
そして本願の光造形機用データ作成装置は、造形する形状を所定の形式のデータとして取り込むモデル取り込み部と、取り込んだモデルの概観形状を正面と背面と左側面と右側面への投影形状として認識するモデル認識処理部と、取り込んだモデルを所望の間隔で輪切りにして複数の断面輪郭線データを作成するスライス処理部と、得られた断面輪郭線の形状を認識する断面輪郭線形状認識部と、得られた断面輪郭線データを輪郭線の構成に応じてレーザーのスポット径に応じた寸法だけ内または外側にオフセットさせるオフセット処理部と、オフセット処理された断面輪郭線の内側領域に塗り潰し処理を行うハッチング処理部と、スライス処理直後の断面輪郭線やオフセット直後の断面輪郭線を画面上に表示して対話的に編集・修正作業を行う対話編集処理部と、前記モデル認識部または断面輪郭線形状認識部で認識されたモデルまたは断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件との関係を格納した造形条件決定知識ベースとを備えているとともに、上記スライス処理部とオフセット処理部とハッチング処理部は、モデル認識処理部で認識されたモデルまたは断面輪郭線形状認識部で認識された断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件を上記造形条件決定知識ベースを参照して自動決定するものであるために、前記光造形機用データ作成方法を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例における概略フローチャートである。
【図２】同上のブロック図である。
【図３】同上の投影の説明図である。
【図４】 (a)(b)は同上のモデルのベクトル近似の説明図である。
【図５】同上のスライスについての説明図である。
【図６】 (a)は同上のスポット径の説明図、(b)はオフセット輪郭線の説明図、(c)は輪郭線の回転方向についての説明図である。
【図７】同上の全面走査の例を示す説明図である。
【図８】同上の分割走査の例を示す説明図である。
【図９】他例における概略フローチャートである。
【図１０】輪郭線の不具合判定についての説明図である。
【図１１】同上のフローチャートである。
【図１２】スライスピッチの説明図である。
【図１３】スライス処理についてのフローチャートである。
【図１４】スライス処理についての他のフローチャートである。
【図１５】スライス処理についての説明図である。
【図１６】他のスライス処理についての説明図である。
【図１７】スライス処理についての説明図である。
【図１８】スライス処理についてのフローチャートである。
【図１９】他のスライス処理についてのフローチャートである。
【図２０】スライス処理についての説明図である。
【図２１】スライス処理についてのフローチャートである。
【図２２】スライス処理についての別のフローチャートである。
【図２３】スライス処理についての説明図である。
【図２４】スライス処理についてのさらに他のフローチャートである。
【図２５】 (a)(b)はスポット径に関する説明図である。
【図２６】スポット径設定についてのフローチャートである。
【図２７】 (a)(b)(c)は領域面積とスポット径とに関する説明図である。
【図２８】スポット径設定についての他のフローチャートである。
【図２９】形状についての説明図である。
【図３０】スポット径設定についてのさらに他のフローチャートである。
【図３１】 (a)(b)は形状とスポット径とについての説明図である。
【図３２】スポット径設定についての別のフローチャートである。
【図３３】スポット径設定についてのさらに別のフローチャートである。
【図３４】スポット径設定についてのさらに別のフローチャートである。
【図３５】補完処理の一例の説明図である。
【図３６】補完処理に他の例の説明図である。
【図３７】補完処理についての説明図である。
【図３８】 (a)(b)(c)(d)はハッチングの各種パラメータについての説明図である。
【図３９】 (a)(b)は分割方向についての説明図である。
【図４０】 (a)(b)はハッチング方向についての説明図である。
【図４１】ハッチング処理についてのフローチャートである。
【図４２】ハッチング処理についての他のフローチャートである。
【図４３】ハッチング処理についての更に他のフローチャートである。
【図４４】ハッチング処理についての別のフローチャートである。
【図４５】 (a)(b)(c)はハッチングパターンについての説明図である。
【図４６】 (a)(b)は穴がある場合のハッチングパターンについての説明図である。
【図４７】ハッチング処理についての更に別のフローチャートである。
【図４８】断面輪郭線の補正についての説明図である。
【図４９】断面輪郭線の補正についてのフローチャートである。
【図５０】 (a)(b)は断面輪郭線の不具合についての説明図である。
【図５１】断面輪郭線の補正についての他のフローチャートである。
【図５２】断面輪郭線の補正についての説明図である。
【符号の説明】
３ 造形条件決定知識ベース
Ｗ 断面輪郭線
ＯＷ オフセット輪郭線
Claims (20)
- 造形する形状を所定の形式のデータとして取り込むモデル取り込みを行うステップと、取り込んだモデルの概観形状を正面と背面と左側面と右側面への投影形状として認識するモデル認識処理ステップと、取り込んだモデルを所望の間隔で輪切りにして複数の断面輪郭線データを作成するスライス処理ステップと、得られた断面輪郭線の形状を認識する断面輪郭線形状認識ステップと、得られた断面輪郭線データを輪郭線の構成に応じてレーザーのスポット径に応じた寸法だけ内または外側にオフセットさせるオフセット処理ステップと、オフセット処理された断面輪郭線の内側領域に塗り潰し処理を行うハッチング処理ステップと、スライス処理直後の断面輪郭線やオフセット直後の断面輪郭線を画面上に表示して対話的に編集・修正作業を行う対話編集処理ステップとを備えている光造形機用データ作成方法であって、前記モデル認識ステップまたは断面輪郭線形状認識ステップで認識されたモデルまたは断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件との関係を格納した造形条件決定知識ベースを備えて、上記スライス処理ステップとオフセット処理ステップとハッチング処理ステップでは、モデル認識処理ステップまたは断面輪郭線形状認識ステップで認識されたモデルや断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件を、上記造形条件決定知識ベースを参照して導いていることを特徴とする光造形機用データ作成方法。
- ある特定のスライス層における断面輪郭線とその上下のスライス層の断面輪郭線との比較において上記特定のスライス層の断面輪郭線の良否を判定する断面輪郭線上下層判定ステップを備えていることを特徴とする請求項１記載の光造形機用データ作成方法。
- スライス処理ステップは、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル形状からモデルの傾斜度または微細度に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いていることを特徴とする請求項１記載の光造形機用データ作成方法。
- スライス処理ステップは、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成したモデル寸法値から仮決定されるスライス分割値によって分割するとともにこのスライス線分と投影形状とで囲まれた領域の面積と投影形状の外殻輪郭線長との比率に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いていることを特徴とする請求項１記載の光造形機用データ作成方法。
- スライス処理ステップは、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成した投影形状の外殻線の傾き角度に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いていることを特徴とする請求項１記載の光造形機用データ作成方法。
- スライス処理ステップは、取り込んだモデルについてモデル認識処理ステップで投影作成した投影形状の外殻線を構成する線分のベクトル方向から近似した特徴図形を求めて、この特徴図形に対応するスライスピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いていることを特徴とする請求項１記載の光造形機用データ作成方法。
- オフセット処理ステップは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線の形状パターンに対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いていることを特徴とする請求項１記載の光造形機用データ作成方法。
- オフセット処理ステップは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積に対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いていることを特徴とする請求項１記載の光造形機用データ作成方法。
- オフセット処理ステップは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積と断面輪郭線長とに対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いていることを特徴とする請求項１記載の光造形機用データ作成方法。
- オフセット処理ステップは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する線分のベクトル方向から近似した近似断面輪郭線を求めて、近似断面輪郭線中の隣接する線分がなす角度に対応する光造形加工用レーザーのスポット径を造形条件決定知識ベースを参照して導いていることを特徴とする請求項１記載の光造形機用データ作成方法。
- 断面輪郭線が孔を構成しないものである場合にのみ適用することを特徴とする請求項７〜１０のいずれかの項に記載の光造形機用データ作成方法。
- オフセット処理ステップは、スポット径を半径とするとともに断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する線分のコーナーを中心としてとする第１の円と、同じくスポット径を半径とするとともに上記コーナーに隣接する他のコーナーに円弧を位置させる第２の円との交点を通る第１の円の接線を、コーナー部のオフセット経路の補完路とすることを特徴とする請求項７記載の光造形機用データ作成方法。
- ハッチング処理ステップは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の形状に対応するハッチングパターンやハッチングピッチやハッチング方向等のハッチングパラメータを、造形条件決定知識ベースを参照して導いていることを特徴とする請求項１記載の光造形機用データ作成方法。
- ハッチング処理ステップは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の面積に対応するハッチングピッチを、造形条件決定知識ベースを参照して導いていることを特徴とする請求項１３記載の光造形機用データ作成方法。
- ハッチング処理ステップは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する各線分を一定の範囲で近似することにより輪郭線形状の形状特徴を抽出して、該形状特徴に対応するハッチング方向を造形条件決定知識ベースを参照して導いていることを特徴とする請求項１３記載の光造形機用データ作成方法。
- ハッチング処理ステップは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線を構成する各線分を一定の範囲で近似することにより輪郭線形状の形状特徴を抽出して、該形状特徴に対応するハッチングパターンを造形条件決定知識ベースを参照して導いていることを特徴とする請求項１３記載の光造形機用データ作成方法。
- ハッチング処理ステップは、断面輪郭線形状認識ステップで認識された断面輪郭線で囲まれる領域の内部の製品部分と穴部分とを認識し、製品部分と穴部分との関係に対応するハッチングパターンを造形条件決定知識ベースを参照して導いていることを特徴とする請求項１３記載の光造形機用データ作成方法。
- 断面輪郭線上下層判定ステップは、ある特定のスライス層における断面輪郭線とその上下のスライス層の断面輪郭線との比較において一致しない輪郭線で囲まれる領域の面積が設定値より小さい時、その断面輪郭線を削除することを特徴とする請求項２記載の光造形機用データ作成方法。
- 断面輪郭線上下判定ステップは、スライス処理ステップで作成された断面輪郭線の破れをその上下層の断面輪郭線形状から判断して閉じる補正を行うことを特徴とする請求項２記載の光造形機用データ作成方法。
- 造形する形状を所定の形式のデータとして取り込むモデル取り込み部と、取り込んだモデルの概観形状を正面と背面と左側面と右側面への投影形状として認識するモデル認識処理部と、取り込んだモデルを所望の間隔で輪切りにして複数の断面輪郭線データを作成するスライス処理部と、得られた断面輪郭線の形状を認識する断面輪郭線形状認識部と、得られた断面輪郭線データを輪郭線の構成に応じてレーザーのスポット径に応じた寸法だけ内または外側にオフセットさせるオフセット処理部と、オフセット処理された断面輪郭線の内側領域に塗り潰し処理を行うハッチング処理部と、スライス処理直後の断面輪郭線やオフセット直後の断面輪郭線を画面上に表示して対話的に編集・修正作業を行う対話編集処理部と、前記モデル認識部または断面輪郭線形状認識部で認識されたモデルまたは断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件との関係を格納した造形条件決定知識ベースとを備えているとともに、上記スライス処理部とオフセット処理部とハッチング処理部は、モデル認識処理部で認識されたモデルまたは断面輪郭線形状認識部で認識された断面輪郭線の形状パターンや面積、形状特徴に対応する造形条件を上記造形条件決定知識ベースを参照して自動決定するものであることを特徴とする光造形機用データ作成装置。
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