JP4455527B2

JP4455527B2 - Ｃａｄ装置

Info

Publication number: JP4455527B2
Application number: JP2006095239A
Authority: JP
Inventors: 祐介今泉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2007272403A

Description

この発明は、対象物の形状簡略化を行うCAD装置に関する。

近年では対象物の設計にCAD（Computer Aided Design）装置が用いられている。設計の複雑化に伴いCAD装置の操作も高度化して一般のユーザが使うのが困難となってきている。また操作後の機械処理にかかる時間も増大している。そのため複雑な設計対象を簡略化して扱う工夫もされるようになってきている。

例えば、特許文献１による方法、システムでは、対象物の外形を取りまず直交格子で近似（図７）している。さらに三角形とその集合（四面体等）へ近似（図８）の精度を上げていくものであった。しかし、この方法、システムにおいても簡略化は不十分であるという問題があった。
特開２００１−３４６５６号公報（図７、図８）。

本発明は、対象物の形状簡略化を行うCAD装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、この発明においては、対象物の形状を簡略化して表示するためのCAD装置であって、前記対象物の形状を表示する表示部と、互いに直交する３方向をそれぞれＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸とする座標系において、前記対象物に外接される直方体空間を作成する作成手段であって、前記直方体空間の各面がＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面のいずれかと平行するように前記直方体空間を作成する直方体空間作成手段と、前記直方体空間を、前記ＸＹ平面、前記ＹＺ平面、および前記ＺＸ平面それぞれと平行な面で等分割するための分割数を入力させる入力手段と、前記直方体空間を前記ＹＺ平面と平行な面でＮ _１個（Ｎ _１は２以上の自然数）に等分割して、均一な大きさの第１のブロック集合に分割する第１の分割手段と、前記直方体空間を前記ＺＸ平面と平行な面でＮ _２個（Ｎ _２は２以上の自然数）に等分割して、均一な大きさの第２のブロック集合に分割する第２の分割手段と、前記直方体空間を前記ＸＹ平面と平行な面でＮ _３個（Ｎ _３は２以上の自然数）に等分割して、均一な大きさの第３のブロック集合に分割する第３の分割手段と、前記第１の分割手段により分割された前記第１のブロック集合の各スケッチ面における、前記第２の分割手段および前記第３の分割手段による分割に基づいて生成された各長方形の中に、前記対象物の形状が存在するか否かを検出する第１の検出手段と、前記第２の分割手段により分割された前記第２のブロック集合の各スケッチ面における、前記第３の分割手段および前記第１の分割手段による分割に基づいて生成された各長方形の中に、前記対象物の形状が存在するか否かを検出する第２の検出手段と、前記第３の分割手段により分割された前記第３のブロック集合の各スケッチ面における、前記第１の分割手段および前記第２の分割手段による分割に基づいて生成された各長方形の中に、前記対象物の形状が存在するか否かを検出する第３の検出手段と、前記第１の検出手段により前記対象物の形状が存在するものとして検出された長方形それぞれについて、該長方形を底面とし、前記直方体空間の前記Ｘ軸に平行な辺の長さをＮ _１等分した値を高さとする直方体ブロックを形成する第１の直方体ブロック形成手段と、前記第２の検出手段により前記対象物の形状が存在するものとして検出された長方形それぞれについて、該長方形を底面とし、前記直方体空間の前記Ｙ軸に平行な辺の長さをＮ _２等分した値を高さとする直方体ブロックを形成する第２の直方体ブロック形成手段と、前記第３の検出手段により前記対象物の形状が存在するものとして検出された長方形それぞれについて、該長方形を底面とし、前記直方体空間の前記Ｚ軸に平行な辺の長さをＮ _３等分した値を高さとする直方体ブロックを形成する第３の直方体ブロック形成手段と、前記第１の直方体ブロック形成手段により形成された直方体ブロックと、前記第２の直方体ブロック形成手段により形成された直方体ブロックと、前記第３の直方体ブロック形成手段により形成された直方体ブロックとを合成する合成手段とを備え、前記表示部は前記合成手段により合成された結果を表示することを特徴とするCAD装置を提供する。

この発明によれば、対象物の形状簡略化を行うCAD装置が得られる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。装置に関して説明するが、方法に関しても同様である。

本発明の実施例１を図１乃至図６を参照して説明する。
図１は、CAD装置の対象と形状簡略化データを示す表示図である。図１（ａ）は対象の表示であり、携帯電話の電磁シールドの例である。大きくは本体と蓋に分かれている。図１（ｂ）は蓋の部分についての形状簡略化データを対話的に入力する画面の例である。簡略化モデル名が蓋の部分に相当している。簡略化処理方向としては直交するXYZの３座標軸に関しXY平面、YZ平面、ZX平面の３方向があり、ここではXY平面が選ばれている。均一な大きさのブロック集合に分割する指定方法としては、最大外形を等分割すると分割パラメータを指定するとの２方法があり、前者の方法は対象を包含する直方体空間を指定した分割数に分割するものであり、後者の方法は例えば長さで何ｃｍ単位に分割という指定を外部操作の一つとしてユーザが行うものである。電磁界解析を行うときには、周波数に対応した波長とモデルの粗さの関係をユーザが意識しながら行うことができる。

ソリッド有無確認位置はソリッド（対象）を検出する手段に関するもので、スケッチ面（分割境界の面）の各長方形区分内の指定位置において対象が存在することを判定する位置を０〜１００％で表している。長方形の対角線分上にあり、図の５０％は長方形の中心となる。もう一つの対角線上でも判定し両者の論理和を採ってもよい。他のソリッドを検出する手段としては、スケッチ面の各長方形区分内の対象面積割合が大きいことを判定するやり方もある。XY平面ではX方向に積分、またはY方向に積分する。両者の面積値が異なる場合には論理和、論理積を含む広義の平均を採ってもよい。そのようにして得られた面積は通常はソリッド存在比率としてある判定値ｘ（％）と比較してそれ以上なら存在が検出されたとする。

動作を説明する。図２は、CAD装置の処理フローチャート例である。ステップ１では、対象とするモデルの基準となる座標系を取得する。対象をそれを包含する直方体空間の中で置く向きの指定であり、モデルに付属する指定データの中から外部操作により選ばれる。ステップ２では、対象とするモデルに外接する直方体の範囲を取得する。ステップ３では、直方体の分割数をXYZの三方について外部操作により指定する。先に述べた最大外形を等分割する方法によるものである。ステップ４では、ステップ３で指定した分割数に基づき直方体を分割する。ステップ５では、分割点を含みXY,YZ,ZX面に平行なスケッチ面を分割数に応じて形成する。ステップ６では、ソリッド存在比率判定値ｘ（％）を外部操作により指定する。ステップ７では、それぞれのスケッチ面の微小面積（長方形区分）においてソリッド部分の存在比率を検出する。ステップ８では、それぞれの微小面積においてソリッド部分の存在比率がｘ以上か判定を行う。ｘ以上と判定された場合には次のステップ９で該当の微小面積に矩形状のソリッドを形成するが、ｘ以上と判定されなかった場合にはステップ９が実行されず、いずれの場合にも次のステップ１０へと進む。ステップ１０では、矩形状のソリッドが形成された箇所において法線方向にブロックを形成する。XY面については+Z方向に1ブロック分ソリッドを押し出す。YZ面については+X方向に1ブロック分ソリッドを押し出す。ZX面については+Y方向に1ブロック分ソリッドを押し出す。

ステップ１１では、直交する３方向のそれぞれのスケッチ面に形成されたブロックを合成する。合成方法としては例えばブロック対象空間における３方向のソリッドの存在に関する論理和をとる。すなわちXY面、YZ面、ZX面のいづれかの面でブロックが形成されていれば、その箇所にはブロックを形成する。

図３は、CAD装置の対象をブロック集合に分割した例である。図３（ａ）は図２のステップ２に対応する結果であり対象モデルに直方体を外接させた表示である。図３（ｂ）は図２のステップ４に対応する結果でありX,Y,Z各座標軸方向にそれぞれN1,N2,N3個に直方体を分割した表示である。図４は、CAD装置のスケッチ面においてソリッドを検出した例であり、図４（ａ）は図２のステップ５に対応する結果でありXY面に平行なスケッチ面の一つを形成した例であり、図４（ｂ）は図２のステップ７に対応する結果でありこの面において微小面積ごとにソリッドの存在比率を検出している。図４（ｃ）は図２のステップ８，９に対応する結果であり該当の微小面積に矩形状のソリッドが形成されている。

図５は、CAD装置の検出されたソリッドを合成した例である。図５（ａ）は図２のステップ１０に対応する結果であり矩形状のソリッドが形成された箇所において法線方向にブロックを形成している。図５（ｂ）図２のステップ１１に対応する結果であり直交する３方向のそれぞれのスケッチ面に形成されたブロックを合成している。図６は、CAD装置の対象形状とソリッドを合成した結果の表示例である。図６（ａ）は対象モデル形状であり、図６（ｂ）はソリッドを合成した結果である。この例に示すような曲線を多く含むモデルでは、特に大幅なメッシュ削減が見込める。

本発明の実施例２を図１乃至図７を参照して説明する。図１乃至図６に関する部分は実施例１と同等なので説明を省略する。
図７は、実施例２のCAD装置のスケッチ面においてソリッドを検出した例である。図７（ａ）は実施例１に述べた方法によりソリッドを検出した状態であり２つの長方形が点で接している。これからブロックを形成するとブロックが辺や点で接する可能性がある。図７（ｂ）はこの状態に基づき更に一辺が半分の大きさの２つの長方形を前述の２つの長方形が点で接している両側に付加したものである。この付加の効果は例えば電磁界解析で辺や点で接する導体においては抵抗、インダクタンス等の素子の値が異常なモデルとなり解析精度を下げるといったことを妨げるものである。

3次元CADデータを利用して電磁界解析用のモデルを作成しようとした場合、単純にそのままの形状を解析ツールに持ってきてメッシュを切ってしまうと、膨大なメッシュ数になってしまい実用的ではない。メッシュ数が多ければ解析精度としては向上が見込めるが、解析時間が膨大に膨らみ、場合によってはメッシュ数大によるメモリ不足で解析そのものが実行できないというケースも多々ある。そこで通常は、解析精度上不要と思われるような、微小な凹凸や緩い曲面などは削除して平坦化してしまうが、これを手作業で逐一修正しようとすると数時間〜数十時間程度の工数が発生してしまう。

そこで本発明では、そのような複雑な形状の3次元CADデータを一括して微小な直方体の集合に変換してしまうことにより、従来手作業で数時間〜数十時間も要していた作業を一括して自動で行えるようにした。また、曲線部に沿って細かくメッシュ切りされてしまうような箇所が無くなり、大幅なメッシュ数削減が可能となった。

本発明の実施例１のCAD装置の対象と形状簡略化データを示す表示図。実施例１のCAD装置の処理フローチャート。実施例１のCAD装置のブロック集合に分割した例。実施例１のCAD装置のスケッチ面においてソリッドを検出した例。実施例１のCAD装置の検出されたソリッドを重ね合わせた例。実施例１のCAD装置の対象形状とソリッドを重ね合わせた結果の表示例。実施例２のCAD装置のスケッチ面においてソリッドを検出した例。

符号の説明

１…法線。

Claims

対象物の形状を簡略化して表示するためのCAD装置であって、
前記対象物の形状を表示する表示部と、
互いに直交する３方向をそれぞれＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸とする座標系において、前記対象物に外接される直方体空間を作成する作成手段であって、前記直方体空間の各面がＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面のいずれかと平行するように前記直方体空間を作成する直方体空間作成手段と、
前記直方体空間を、前記ＸＹ平面、前記ＹＺ平面、および前記ＺＸ平面それぞれと平行な面で等分割するための分割数を入力させる入力手段と、
前記直方体空間を前記ＹＺ平面と平行な面でＮ _１個（Ｎ _１は２以上の自然数）に等分割して、均一な大きさの第１のブロック集合に分割する第１の分割手段と、
前記直方体空間を前記ＺＸ平面と平行な面でＮ _２個（Ｎ _２は２以上の自然数）に等分割して、均一な大きさの第２のブロック集合に分割する第２の分割手段と、
前記直方体空間を前記ＸＹ平面と平行な面でＮ _３個（Ｎ _３は２以上の自然数）に等分割して、均一な大きさの第３のブロック集合に分割する第３の分割手段と、
前記第１の分割手段により分割された前記第１のブロック集合の各スケッチ面における、前記第２の分割手段および前記第３の分割手段による分割に基づいて生成された各長方形の中に、前記対象物の形状が存在するか否かを検出する第１の検出手段と、
前記第２の分割手段により分割された前記第２のブロック集合の各スケッチ面における、前記第３の分割手段および前記第１の分割手段による分割に基づいて生成された各長方形の中に、前記対象物の形状が存在するか否かを検出する第２の検出手段と、
前記第３の分割手段により分割された前記第３のブロック集合の各スケッチ面における、前記第１の分割手段および前記第２の分割手段による分割に基づいて生成された各長方形の中に、前記対象物の形状が存在するか否かを検出する第３の検出手段と、
前記第１の検出手段により前記対象物の形状が存在するものとして検出された長方形それぞれについて、該長方形を底面とし、前記直方体空間の前記Ｘ軸に平行な辺の長さをＮ _１等分した値を高さとする直方体ブロックを形成する第１の直方体ブロック形成手段と、
前記第２の検出手段により前記対象物の形状が存在するものとして検出された長方形それぞれについて、該長方形を底面とし、前記直方体空間の前記Ｙ軸に平行な辺の長さをＮ _２等分した値を高さとする直方体ブロックを形成する第２の直方体ブロック形成手段と、
前記第３の検出手段により前記対象物の形状が存在するものとして検出された長方形それぞれについて、該長方形を底面とし、前記直方体空間の前記Ｚ軸に平行な辺の長さをＮ _３等分した値を高さとする直方体ブロックを形成する第３の直方体ブロック形成手段と、
前記第１の直方体ブロック形成手段により形成された直方体ブロックと、前記第２の直方体ブロック形成手段により形成された直方体ブロックと、前記第３の直方体ブロック形成手段により形成された直方体ブロックとを合成する合成手段とを備え、前記表示部は前記合成手段により合成された結果を表示することを特徴とするCAD装置。
前記第１の検出手段、前記第２の検出手段、および前記第３の検出手段はそれぞれ、前記第１のブロック集合、前記第２のブロック集合、および前記第３のブロック集合それぞれの各スケッチ面における各長方形の面積に対する、該長方形のうち前記対象物の形状が占める面積の割合が、予め指定された値以上である場合、該長方形の中に前記対象物の形状が存在するものとして検出することを特徴とする請求項１に記載のCAD装置。
前記第１の検出手段、前記第２の検出手段、および前記第３の検出手段はそれぞれ、前記第１のブロック集合、前記第２のブロック集合、および前記第３のブロック集合それぞれの各スケッチ面における各長方形の中の指定位置において前記対象物の形状が存在する場合、該長方形の中に前記対象物が存在するものとして検出することを特徴とする請求項１に記載のCAD装置。