JP4726465B2 - 3次元形状処理方法および装置 - Google Patents
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Description
さらに、CADシステム等により生成された3次元形状データを製造工程へ移行する前に、計算機上で解析・検証するような工程も頻繁に行われるようになりつつある。そのような仮想検証工程の中に、製品を組み立てる工程を検討する作業がある。
一般に、製品は複数の部品から構成され、その製品を表現する3次元形状データも同様に幾つかの部品から階層的に構成される木構造をもつ3次元形状アセンブリである。組み立て工程を検証するには、3次元形状アセンブリ構成中の各段階でサブ3次元形状アセンブリ単位もしくは部品単位の移動操作が必要となる。
この検証作業は、CADシステムや3次元形状ビューワーにて一般に提供されるモデルを移動する機能を利用して行う場合、移動操作を随時手作業で行う必要がある。工業製品の3次元形状アセンブリはコピー機など大規模なものでは部品点数が数千に及ぶため、検証に要する時間は3次元形状アセンブリ全体で合計すると膨大なものとなる。
一方、製品開発における組み立て工程検証は、複数の担当者による追試やモデルの設計変更による再検証など、幾度か繰り返されるのが通常である。この時、同一モデルに対する検証を次工程の担当者が一から同じ手間をかけて行うのではなく、一度行われた検証結果を追試等で有効に利用することができれば、検証工程全体の効率向上が期待できる。
そこで、3次元形状アセンブリを構成する各モデルごとに、組付前の位置すなわち分解位置(移動前の位置)と組付後の位置(移動後の位置)を設定/保存しておき、他の検証作業などでモデルの位置が任意に変更されている状態でも、一度で保存時の状態に復元可能な構成としておくようにする。
このようにすることで、検証者は、望む時に望む部品やサブ3次元形状アセンブリの分解/組付位置を表示装置上で再現でき、他の担当者による追試も同様に効率向上を見込める。
また、分解/組付位置の表示は、製品の製造プロセスにおいて組立に従事する担当者へのトレーニングに有用であり、3次元データに基づいて組立工程をアニメーションを用いて設定する技術および設計図に基づいて分解/組立のアニメーションを作成する技術が、従来から提案されている。
なお、先行技術としては、特許文献1には、生産ラインにおける一連の作業の流れを順に記述したアニメーションを本支援システムを利用してユーザがティーチングするのに応じて、本支援システムは、記述されたアニメーションに基づいて各作業に伴う作業者の動作の分析を自動的に行い、その分析結果に基づいて各動作に必要な工数を設定する。更に本支援システムは、動作毎に設定した工数を積み上げる(積算する)ことにより、ユーザが目的としている(注目している)一連の作業に対して、標準工数(複数の作業工程からなる生産ラインのある一工程における作業単位)を決定する技術が開示されている。特許文献2には、手書設計や2次元CADにて設計された各種組立品及びサブ組立品の設計図を基に、3次元CADやモデリングソフトで全ての構成部品の3次元ソリッドデータを作成し、上記データを基に、市販のアニメーションソフトで陰影を持つ投影図及び透視図を作成して、組立品の構成が順序良く立体的に表示され、また組立及び分解の手順が一目で分かるようにした組立工程表を作成すると共に、上記3次元ソリッドデータと画像データを基に、市販のアニメーションソフトで組立及び分解を表すアニメーションを作成し、各データをコンピューターで処理して、組立、分解工程を視覚により確認し得るように構成した技術が開示されている。
従来の階層構造をもつ大規模3次元形状アセンブリの製造工程における分解/組付の手順は、実際には3次元形状アセンブリを構成するユニット単位、さらに各ユニットを構成するサブユニット単位、といったように、階層を幅優先で探索する順番であり、深さ優先で探索する順番の工程ではなく、実機の分解/組付工程に即した検証を行うことができない問題があった。
また、モデルを見る方向や拡大率、注視点などの視点情報は、そのモデルの大きさや3次元形状アセンブリ中の位置、組み付けられている方向等によって、モデル毎に最適な視点情報は異なるので、同じ視点のまま各構成要素の分解/組付アニメーションを表示しても、あるモデルが他のモデルの後ろに隠れて見えなかったり、あるいは全体と比較して小さすぎてわかりにくい、といった問題が生じるものであった。
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、部品、3次元形状アセンブリ毎にそれぞれ最適な視点で自動的にアニメーションを再生することができることにより、実機の分解/組付工程に即した検証を行うことができる3次元形状処理方法および装置を提供することである。
また、請求項2記載の発明は、請求項1に記載の3次元形状処理方法において、前記第1の位置が、分解位置であり、前記第2の位置が、組み付け位置であり、前記所定方向が、上位から下位への方向であることを特徴とする。
また、請求項3記載の発明は、請求項1に記載の3次元形状処理方法において、前記第1の位置が、組み付け位置であり、前記第2の位置が、分解位置であり、前記所定方向が、下位から上位への方向であることを特徴とする。
また、請求項5記載の発明は、請求項3に記載の3次元形状処理方法において、前記組み付け位置が保存されていない場合、前記分解・組付情報処理部は、前記構成要素の形状入力時の初期位置を組み付け位置として用いるようにしたことを特徴とする。
また、請求項6記載の発明は、製品を構成する複数の構成要素の3次元形状データが階層的に構成される木構造をもつ3次元形状アセンブリの情報、及び操作命令を読み取るための入力読み取り部と、前記入力読み取り部により読み取られた情報を記憶するための入力記憶部と、前記3次元形状アセンブリを構成する個々の構成要素の3次元空間上の位置情報を処理するための分解・組付情報処理部と、前記3次元形状アセンブリを表示装置に表示するための形状表示部からなり、前記構成要素の単位で保存された第1の位置と第2の位置に関する位置情報を用いて、前記構成要素の第1の位置から第2の位置への移動をアニメーションで表示する3次元形状処理装置であって、前記分解・組付情報処理部は、前記木構造内の前記3次元形状アセンブリの構成要素を、現在処理対象となっている構成要素と同一階層に属する構成要素を優先して階層順に所定方向に探索し、探索された前記構成要素を前記位置情報に基づいて移動処理し、前記構成要素の第1の位置及び第2の位置の夫々について保存されている視点情報を形状表示部に指示することにより前記形状表示部の表示画面の視点を前記構成要素に最適な視点に切り替える処理を行い、前記形状表示部は、前記分解・組付情報処理部の処理内容に従って、移動処理の結果のアニメーション表示を順次連続して行うことを特徴とする。
また、請求項7記載の発明は、請求項6に記載の3次元形状処理装置において、前記第1の位置が、分解位置であり、前記第2の位置が、組み付け位置であり、前記所定方向が、上位から下位への方向であることを特徴とする。
また、請求項9記載の発明は、請求項6に記載の3次元形状処理装置において、前記分解・組付情報処理部は、前記形状表示部の表示画面の視点位置を、前記第1の位置保存時の視点から前記第2の位置保存時の視点に変化させる処理を行い、前記形状表示部は、前記分解・組付情報処理部の処理に従ってアニメーション表示することを特徴とする。
また、請求項10記載の発明は、請求項8に記載の3次元形状処理装置において、前記組み付け位置が保存されていない場合、前記分解・組付情報処理部は、前記構成要素の形状入力時の初期位置を組み付け位置として用いるようにしたことを特徴とする。
また、請求項11記載の発明は、請求項1に記載の3次元形状処理方法において、前記構成要素が、さらに、製品を構成する複数の構成要素の3次元形状データが階層的に構成される木構造をもつ3次元形状アセンブリからなることを特徴とする。
また、請求項12記載の発明は、請求項6に記載の3次元形状処理装置において、前記構成要素が、さらに、製品を構成する複数の構成要素の3次元形状データが階層的に構成される木構造をもつ3次元形状アセンブリからなることを特徴とする。
また、本発明によれば、モデルを見る方向や拡大率、注視点などをモデルの位置と同時に復元でき、モデル毎に最適な視点を自動的に切り替えながらアニメーション再生することができる。
また、本発明によれば、分解状態と組付状態でモデルを見たい方向や注視点などが異なる場合にも、視点の切り替わりがわかり易く伝わるアニメーションを再生できる。
また、本発明によれば、組み付けられた状態として生成された3次元形状3次元形状アセンブリの設計データを用いる際、モデルの初期位置を組付位置として自動的に採用することにより、利用者がモデル毎に組付位置を保存する手間を省くことができる。
図1に示すように、この3次元形状処理装置は、バス1に、CPU3と、少なくともROMおよびRAMを有するメモリ5と、外部記憶装置7と、入力装置9と、表示装置11とが接続されたコンピュータシステムからなり、その上でROMに記憶されたプログラムが動作することによって実現される。
図2は、図1に示した3次元形状処理装置の機能ブロック図である。
この3次元形状処理装置の機能としては、利用者により入力装置9を通して入力される、製品を構成する複数の部品の3次元形状データが階層的に構成される木構造をもつ3次元形状アセンブリの情報や操作等を読み取るための入力読み取り部13と、入力読み取り部13により読み取られた情報を記憶するための入力記憶部15と、3次元形状アセンブリを構成する個々のモデルの分解位置、組付位置および視点情報を処理するための分解・組付情報処理部17と、3次元形状アセンブリを表示装置11にアニメーション表示するための形状表示部19と、から構成される。
図3は、階層中のある3次元形状3次元形状アセンブリ(最上位の3次元形状アセンブリまたは中間階層に位置する3次元形状アセンブリ)を組付状態から分解状態にするアニメーション表示を行う動作のフローチャートである。
なお、ここでは、階層中のある3次元形状アセンブリ(最上位の3次元形状アセンブリまたは中間階層に位置する3次元形状アセンブリ)を組付状態から分解状態にするアニメーション表示を行う動作において、分解・組付情報処理部17及び形状表示部19にて行う動作について説明する。
図3のステップ101において、分解・組付情報処理部17により、3次元形状アセンブリの構成要素をすべて組付位置に移動し、形状表示部19において表示画面を更新する。モデルに組付位置が保存されていない場合、形状入力時の3次元空間上の初期位置に移動する。
次に、ステップ103において、分解・組付情報処理部17により、3次元形状アセンブリの直下のモデルから移動処理を開始する。以降の処理は、3次元形状アセンブリ構成要素を幅優先で上から下に探索する順番で対象のモデルを移動し、順次繰り返す。幅優先で上から下に探索する順番とは、同一階層に存在する未処理のモデルが無ければ一階層下位のモデルを次の対象とするという意味である。
次に、ステップ105において、分解・組付情報処理部17により、当該モデルにおいて、モデルを見る方向や拡大率、注視点などの視点情報が保存されているか否か調べる。保存されている場合、ステップ107に進み、保存されていない場合、ステップ109に進む。
すなわち、モデルを見る方向や拡大率、注視点などの視点情報は、そのモデルの大きさや3次元形状アセンブリ中の位置、組み付けられている方向等によって、モデル毎に最適な視点情報は異なるので、同じ視点のまま各構成要素の分解アニメーションを表示しても、あるモデルが他のモデルの後ろに隠れて見えなかったり、あるいは全体と比較して小さすぎてわかりにくい、といった問題が生じる。
そこで、この実施形態では、保存されている視点情報を反映し、表示画面を更新するようにしているので、保存されている視点情報に従って自動的に視点が切り替わり、部品、3次元形状アセンブリ毎にそれぞれ最適な視点で自動的にアニメーションを再生することができる。
また、分解位置における視点情報および組付位置それぞれにおける視点情報を保存するようにし、アニメーション再生時には、視点位置も分解位置保存時の視点から組付位置保存時の視点、もしくは組付位置保存時の視点から分解位置保存時の視点に少しずつ変化するようにアニメーション表示することにより、分解状態と組付状態でモデルを見たい方向や注視点などが異なる場合にも、視点の切り替わりがわかり易く伝わるアニメーションを再生できる。
次に、ステップ109において、分解・組付情報処理部17により、当該モデルにおいて分解位置が保存されているか否か調べる。保存されている場合、ステップ111に進み、保存されていない場合、ステップ113に進む。
次に、ステップ111において、分解・組付情報処理部17により、現在のモデル位置から分解位置まで、モデルを移動単位だけ動かしながら、形状表示部19において、その都度表示画面を再描画(アニメーション表示)する。移動単位は、例えば移動前から移動後に至る移動距離を等分した距離とすればよい。
次に、ステップ113において、分解・組付情報処理部17により、次のモデルに処理を移す。すべてのモデルを処理したら終了する。
図4は、階層中のある3次元形状アセンブリを分解状態から組付するアニメーション表示を行う動作のフローチャートである。
なお、ここでは、階層中のある3次元形状アセンブリを分解状態から組付するアニメーション表示を行う動作において、分解・組付情報処理部17及び形状表示部19にて行う動作について説明する。
図4のステップ201において、分解・組付情報処理部17により、3次元形状アセンブリの構成要素をすべて分解位置に移動し、表示画面を更新する。当該モデルに分解位置が保存されていない場合、組付位置が保存されていれば、その位置を適用する。また、組付位置も保存されていない場合、形状入力時の3次元空間上の初期位置を適用する。
次に、ステップ203において、分解・組付情報処理部17により、3次元形状アセンブリの構成要素の中で階層の最下位に位置するモデルから移動処理を開始する。以降の処理は、3次元形状アセンブリ構成要素を幅優先で下から上に探索する順番で対象のモデルを移動し、順次繰り返す。幅優先で下から上に探索する順番とは、同一階層に存在する未処理のモデルが無ければ一階層上位のモデルあるいはユニットを次の対象とするという意味である(後述する図6の(a)から(g)の具体例を参照:ただし、実際のアニメーション表示は後述するステップ211となる)。
次に、ステップ205において、分解・組付情報処理部17により、当該モデルにおいて、モデルを見る方向や拡大率、注視点などの視点情報が保存されているか否か調べる。保存されている場合、ステップ207に進み、保存されていない場合、ステップ209に進む。
すなわち、モデルを見る方向や拡大率、注視点などの視点情報は、そのモデルの大きさや3次元形状アセンブリ中の位置、組み付けられている方向等によって、モデル毎に最適な視点情報は異なるので、同じ視点のまま各構成要素の組付アニメーションを表示しても、あるモデルが他のモデルの後ろに隠れて見えなかったり、あるいは全体と比較して小さすぎてわかりにくい、といった問題が生じる。
そこで、この実施形態では、保存されている視点情報を反映し、表示画面を更新するようにしているので、保存されている視点情報に従って自動的に視点が切り替わり、部品、3次元形状アセンブリ毎にそれぞれ最適な視点で自動的にアニメーションを再生することができる。
また、分解位置における視点情報および組付位置それぞれにおける視点情報を保存するようにし、アニメーション再生時には、視点位置も分解位置保存時の視点から組付位置保存時の視点、もしくは組付位置保存時の視点から分解位置保存時の視点に少しずつ変化するようにアニメーション表示することにより、分解状態と組付状態でモデルを見たい方向や注視点などが異なる場合にも、視点の切り替わりがわかり易く伝わるアニメーションを再生できる。
次に、ステップ209において、分解・組付情報処理部17により、当該モデルにおいて分解位置が保存されているか否か調べる。保存されている場合、ステップ211に進み、保存されていない場合、ステップ213に進む。
次に、ステップ211において、分解・組付情報処理部17により、モデルを移動単位だけ動かしながら、その都度表示画面を再描画し、現在のモデル位置から組付位置(組付位置が保存されていない場合には形状入力時の3次元空間上の初期位置)まで移動と再描画を繰り返す(後述する図6の(a)から(g)の具体例を参照)。移動単位は、例えば移動前から移動後に至る移動距離を等分した距離とすればよい。
次に、ステップ213において、分解・組付情報処理部17により、次のモデルに処理を移す。すべてのモデルを処理したら終了する。
図5は、階層構造をもつ3次元形状アセンブリの一実施形態を示す図であり、図6は、図5に示した3次元形状アセンブリの組付順序の説明図である。
なお、図5のA〜Gはそれぞれモデル名を示し、Aはトップ3次元形状アセンブリ、Aを構成するユニットはBとCであり、Bを構成する部品はDとE、Cを構成する部品はFとGという構成である。
この3次元形状アセンブリAについて、幅優先の探索を行いながら全体の組み付けを行う順序を図6の(a)から(g)に示す。
まず、図6の(a)においては、下位モデル(この場合、D、E、F、G)を幅優先で探索するので、モデルDの移動が行われる。
次に、図6の(b)においては、下位モデルを幅優先で探索するので、モデルEの移動が行われ、モデルDとEとが組み上がる。
次に、図6の(c)においては、下位モデルを幅優先で探索するので、モデルFの移動が行われる。
次に、図6の(d)においては、下位モデルを幅優先で探索するので、モデルGの移動が行われ、モデルFとGとが組み上がる。
次に、図6の(e)においては、下位モデルを幅優先で探索するので、この場合、同一階層に存在する未処理のモデルが無いので一階層上位のユニットが次の対象となり、ユニットBの移動が行われる。
次に、図6の(f)においては、下位モデルを幅優先で探索するので、次に、ユニットCの移動が行われる。
そして、図6の(g)においては、ユニットB、Cの移動の結果、ユニットAが組み上がる。
ここで、比較例として、幅優先ではなく、深さ優先に探索した場合、図6の(c)’−(e)’に示すように、ユニットCの組み上がりを待たずしてユニットAをくみ上げようとするために、ユニットBの移動を先に行うことになり、実機の分解/組付工程に沿わない順序となってしまうことが判る。
なお、本発明においては、3次元形状処理装置において、前記構成要素が、さらに、製品を構成する複数の構成要素の3次元形状データが階層的に構成される木構造をもつ3次元形状アセンブリからなるようにしても良い。
Claims (12)
- 製品を構成する複数の構成要素の3次元形状データが階層的に構成される木構造をもつ3次元形状アセンブリの階層構造中の前記構成要素の単位で保存された第1の位置と第2の位置に関する位置情報を用いて、前記構成要素の第1の位置から第2の位置への移動をアニメーションで表示する3次元形状処理方法であって、
分解・組付情報処理部が、前記木構造内の前記3次元形状アセンブリの構成要素を、現在処理対象となっている構成要素と同一階層に属する構成要素を優先して階層順に所定方向に探索し、探索された前記構成要素を前記位置情報に基づいて移動処理する第一ステップと、
前記分解・組付情報処理部が、前記構成要素の第1の位置及び第2の位置の夫々について保存されている視点情報を形状表示部に指示することにより前記形状表示部の表示画面の視点を前記構成要素に最適な視点に切り替える処理を行う第二ステップと、
前記3次元形状アセンブリを表示装置に表示する前記形状表示部が、前記分解・組付情報処理部の処理内容に従って移動処理の結果のアニメーション表示を順次連続して行う第三ステップと、を具備することを特徴とする3次元形状処理方法。 - 前記第1の位置が分解位置であり、前記第2の位置が組み付け位置であり、前記所定方向が、上位から下位への方向であることを特徴とする請求項1に記載の3次元形状処理方法。
- 前記第1の位置が組み付け位置であり、前記第2の位置が分解位置であり、前記所定方向が下位から上位への方向であることを特徴とする請求項1に記載の3次元形状処理方法。
- 前記分解・組付情報処理部は、前記形状表示部の表示画面の視点位置を、前記第1の位置保存時の視点から前記第2の位置保存時の視点に変化させる処理を行い、前記形状表示部は、前記分解・組付情報処理部の処理に従ってアニメーション表示することを特徴とする請求項1に記載の3次元形状処理方法。
- 前記組み付け位置が保存されていない場合、前記分解・組付情報処理部は、前記構成要素の形状入力時の初期位置を組み付け位置として用いるようにしたことを特徴とする請求項3に記載の3次元形状処理方法。
- 製品を構成する複数の構成要素の3次元形状データが階層的に構成される木構造をもつ3次元形状アセンブリの情報、及び操作命令を読み取るための入力読み取り部と、前記入力読み取り部により読み取られた情報を記憶するための入力記憶部と、前記3次元形状アセンブリを構成する個々の構成要素の3次元空間上の位置情報を処理するための分解・組付情報処理部と、前記3次元形状アセンブリを表示装置に表示するための形状表示部からなり、前記構成要素の単位で保存された第1の位置と第2の位置に関する位置情報を用いて、前記構成要素の第1の位置から第2の位置への移動をアニメーションで表示する3次元形状処理装置であって、
前記分解・組付情報処理部は、前記木構造内の前記3次元形状アセンブリの構成要素を、現在処理対象となっている構成要素と同一階層に属する構成要素を優先して階層順に所定方向に探索し、探索された前記構成要素を前記位置情報に基づいて移動処理し、前記構成要素の第1の位置及び第2の位置の夫々について保存されている視点情報を形状表示部に指示することにより前記形状表示部の表示画面の視点を前記構成要素に最適な視点に切り替える処理を行い、
前記形状表示部は、前記分解・組付情報処理部の処理内容に従って、移動処理の結果のアニメーション表示を順次連続して行うことを特徴とする3次元形状処理装置。 - 前記第1の位置が分解位置であり、前記第2の位置が組み付け位置であり、前記所定方向が上位から下位への方向であることを特徴とする請求項6に記載の3次元形状処理装置。
- 前記第1の位置が組み付け位置であり、前記第2の位置が分解位置であり、前記所定方向が下位から上位への方向であることを特徴とする請求項6に記載の3次元形状処理装置。
- 前記分解・組付情報処理部は、前記形状表示部の表示画面の視点位置を、前記第1の位置保存時の視点から前記第2の位置保存時の視点に変化させる処理を行い、前記形状表示部は、前記分解・組付情報処理部の処理に従ってアニメーション表示することを特徴とする請求項6に記載の3次元形状処理装置。
- 前記組み付け位置が保存されていない場合、前記分解・組付情報処理部は、前記構成要素の形状入力時の初期位置を組み付け位置として用いるようにしたことを特徴とする請求項8に記載の3次元形状処理装置。
- 前記構成要素が、さらに、製品を構成する複数の構成要素の3次元形状データが階層的に構成される木構造をもつ3次元形状アセンブリからなることを特徴とする請求項1に記載の3次元形状処理方法。
- 前記構成要素が、さらに、製品を構成する複数の構成要素の3次元形状データが階層的に構成される木構造をもつ3次元形状アセンブリからなることを特徴とする請求項6に記載の3次元形状処理装置。
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