JP5320151B2 - ワークモデル作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータの三次元仮想空間上のワークの面で形成されるモデルを構成する点群を間引いてワークモデルを作成するワークモデル作成方法に関する。

近時、同じ製品を複数作製する必要がある場合に、例えば数値制御（ＮＣ）による機械の加工法（ＮＣ加工法）が使用される。

ＮＣ加工法は、先ず、製品の三次元モデル（コンピュータの三次元仮想空間上の三次元モデル）を作成し、この三次元モデルに基づいて、切削用工具の刃先の動作を座標によって定義したＮＣプログラムを作成し、作成されたＮＣプログラムをＮＣ装置にインストールして、該ＮＣプログラムを動作させることによって行われる。すなわち、ＮＣ装置では、ＮＣプログラムに基づいてＮＣ装置に内蔵されたサーボモータが駆動することで、工具やワークが動作し、加工が行なわれることになる。

製品の三次元モデルの作成については、製品を非接触式もしくは接触式の変位センサにより計測した点群の位置に基づいて、コンピュータの三次元仮想空間上に、多数の面で構成される三次元モデルを作成したり、製品をカメラにて撮像し、その撮像画像（二次元イメージ）に基づいて、多数の面で構成される三次元モデルを作成するようにしている。後者の方法としては、二次元イメージを基にした三次元モデリング手法（例えば特許文献１及び２参照）によって三次元モデルを作成することが挙げられる。また、コンピュータの三次元仮想空間上の点群の位置情報から元の形状に復元する方法として特許文献３による方法が挙げられる。

特許第３７３９２０９号公報 特許第３８０５１２０号公報 特開２００４−３０２２６号公報

ところで、このような三次元モデルは、点群を構成する点の数が大量（９０万点以上）であることから、三次元モデルからＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）システム等で、ＮＣプログラムを作成する際には、コンピュータに過度に負荷をかけることや、長大な計算時間がかかるおそれがある。もちろん、上述した特許文献１〜３においても、二次元イメージを基にして三次元モデルを作成したり、三次元仮想空間上の点群の位置情報から元の形状に復元する際に、コンピュータに過度に負荷がかかり、また、長大な計算時間がかかるおそれがある。

そこで、大量の点群を間引いて、コンピュータの三次元仮想空間上に作成される三次元モデルの情報量を軽減することが求められるが、単純に点を間引いただけでは、残された点群で、再度、三次元仮想空間上に、面で構成される三次元モデルを作成したときに、点が疎らなところは、正しく面が作成されないという問題が生じるおそれがある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、間引いた後の残された点群において、局部的に点が疎らに配されるということがなく、点の密度をほぼ一定にすることができ、コンピュータの三次元仮想空間上に、面で構成された三次元モデルを作成することができ、しかも、三次元モデルの再現性を向上させることができるワークモデル作成方法を提供することを目的とする。

本発明に係るワークモデル作成方法は、実際に製造された製品を実計測して得られ、且つ、コンピュータの三次元仮想空間上の点群で構成される製品モデルの前記点群を間引いてワークモデルを作成するワークモデル作成方法であって、前記コンピュータが備える基準位置設定手段が、前記三次元仮想空間上に基準位置を設定する基準位置設定ステップと、前記コンピュータが備える基準立方体配置手段が、設定された前記基準位置に、重心位置が前記基準位置と一致する基準の立方体を配置する基準立方体配置ステップと、前記コンピュータが備える立方体配列手段が、前記基準の立方体と同じ大きさの複数の立方体を、前記基準の立方体を起点とし、且つ、各立方体の線分が一直線上に並ぶように、立体的に並べる立方体配列ステップと、前記コンピュータが備える点群選択手段が、前記立方体毎に行われ、前記製品モデルを構成する点群であって、且つ、当該立方体の中に存在する点群のうち、当該立方体の重心位置から最も近い点を選択する第１点群選択ステップと、前記コンピュータが備える点群削除手段が、前記製品モデルを構成する点群から、前記選択された点群以外の点群を削除する点群削除ステップと、前記コンピュータが備える第１記憶手段が、前記選択された点群に基づいて構成された複数の面で形成される第１ワークモデルを記憶媒体に記憶する第１記憶ステップと、前記コンピュータが備える差異算出手段が、前記製品モデルと前記第１ワークモデルとを、コンピュータの三次元仮想空間上で比較して、前記実計測した点毎に、前記第１ワークモデル上にあって、且つ、前記実計測した点に対応する点を基準に、前記実計測した前記点の前記基準からの差異を求める差異算出ステップと、前記コンピュータが備える等差異線想定手段が、同じ差異の点を結ぶ仮想の等差異線であって、且つ、隣接する等差異線の差異から任意の幅だけ違った差異の等差異線を想定する等差異線想定ステップと、前記コンピュータが備える点選択手段が、想定された等差異線毎に、その線上にあって、隣り合う距離が点選択距離である点群を選択する第２点群選択ステップと、前記コンピュータが備える第２記憶手段が、前記第２点群選択ステップで選択された点群を、第２ワークモデルとして記憶媒体に記憶する第２記憶ステップとを有することを特徴とする。

これにより、間引いた後の残された点群において、局部的に点が疎らに配されるということがなく、点の密度をほぼ一定にすることができ、コンピュータの三次元仮想空間上に、面で構成された三次元モデルを作成することができ、しかも、三次元モデルの再現性を向上させることができる。

すなわち、最初に、コンピュータの三次元仮想空間上に、基準の立方体を設置し、その後、製品モデルに対して、基準の立方体と同じ大きさの立方体を多数配列するようにしたので、製品モデルを構成する点群であって、各立方体の中に存在する点群の中から、それぞれ最も有用な点を選ぶことができる。そのため、立方体の中に存在し、且つ、選ばれなかった点を製品モデルから削除することができる。選ばれた点群に基づいて作成されたワークモデルは、製品モデルと比較して当然に情報量が少ないことから、例えばＣＡＭシステム等でＮＣプログラムを作成する際に、コンピュータに過度に負荷をかけることなく、また、長大に計算時間がかかるといったことを低減することができる。

また、基準の立方体を起点とし、且つ、各立方体の線分が一直線上に並ぶように、立体的に並べる処理は、コンピュータ上において比較的容易にできるため、処理の高速化も図ることができる。

また、点群削除ステップにて不要な点群を削除した後の点のピッチは、製品モデルにおける点のピッチの５倍〜１０倍のピッチとなる。しかも、各立方体の同じ条件の位置（ここでは重心位置）を基準に点を選択したので、選択された点群は、ほぼ同じピッチで並んだ点で構成されることになる。すなわち、不要な点を削除した後に残された点群において、局部的に点が疎らに配されるということがなく、点の密度をほぼ一定にすることができる。その結果、面で構成されたワークモデルを作成することができ、しかも、ワークモデルの再現性を向上させることができる。

また、面で構成されたワークモデルを基準とし、該ワークモデルに対して複数の等差異線を段階的に想定し、各等差異線上の点であって、且つ、隣り合う距離が点選択距離である点を選択し、選択された点群を製品モデルを構成する点群として置き換えるようにしたので、置き換えられた点群によるワークモデルは、製品モデルと比較して当然に情報量が少ないことから、例えばＣＡＭシステム等でＮＣプログラムを作成する際や、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）システム等で、加工精度検証や、凝固・熱収縮等の歪をシミュレートする際に、コンピュータに過度に負荷をかけることなく、また、長大に計算時間がかかるといったことを低減することができる。

上述したように、製品モデルを構成する点群であって、各立方体の中に存在する点群の中から、それぞれ最も有用な点を選んで構成されたワークモデルを基準に、複数の等差異線を段階的に想定するようにしたので、各面において、疎らに点群が置き換えられるということがなく、しかも、隣り合う点の距離を一定の距離（点選択距離）に設定したので、局部的に点が疎らに配されるということがなく、点の密度をほぼ一定にすることができる。その結果、選択された点群によるワークモデルから、面で構成された三次元モデルを作成することができ、しかも、三次元モデルの再現性を向上させることができる。

また、選択された点群によるワークモデルでは、各等差異線上に配置された点群がある一定の密度になっていることから、選択された点群によるワークモデルを用いて、加工精度検証や、凝固・熱収縮等の歪をシミュレートした際に、実際の金型の熱膨張や、製品の熱収縮に対して精度の高い結果（より現実に近い結果）を得ることができる。

上述の本発明において、前記等差異線設定ステップは、前記製品を構成する点群における２点間の最長距離の１／２に相当する距離を前記差異とする基準の等差異線を想定するステップと、前記基準の等差異線から遠ざかる複数の等差異線を順次想定するステップとを有し、隣接する前記等差異線間の前記幅は、前記基準の等差異線における前記差異の１／ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）に相当する距離であり、前記第２点群選択ステップにおける前記点選択距離は、前記製品モデルを構成する点群における２点間の最短距離に相当する距離であることが好ましい。

前記基準位置設定ステップは、前記製品モデルを構成する点群の各三次元座標の原点となる位置に、前記基準位置を設定すれば、基準の立方体の配置や多数の立方体の配列処理を容易に行うことができる。

また、前記製品モデルを構成する点群の各三次元座標が少なくとも登録された点群情報テーブルを使用し、前記基準立方体配置ステップは、配置した前記基準の立方体の各頂点の三次元座標と重心位置の三次元座標とを基準立方体情報テーブルに登録し、前記立方体配列ステップは、立体的に並べた複数の立方体の各頂点の三次元座標と各重心位置の三次元座標とをそれぞれ立方体情報テーブルに登録し、前記第１点群選択ステップは、前記点群情報テーブルに登録された各三次元座標と点群の選択対象となっている当該立方体の各頂点の三次元座標とに基づいて、前記製品モデルを構成する点群のうち、当該立方体の中に存在する点群を抽出するステップと、抽出した前記点群の各三次元座標と当該立方体の重心位置の三次元座標とに基づいて、当該立方体の重心位置から最も近い点を選択するステップと、選択した前記点の三次元座標を選択点群情報テーブルに登録するステップとを有し、前記点群削除ステップは、前記製品モデルを構成する点群のうち、前記選択点群情報テーブルに登録された複数の三次元座標に対応する点群以外の点群を削除するようにしてもよい。

また、前記第１点群選択ステップは、当該立方体の中に存在する点群のうち、当該立方体の重心位置から最も近い点が２以上存在する場合、そのうちの１つの点を選択することによって、点の削減を効率よく図ることができる。

以上説明したように、本発明に係るワークモデル作成方法によれば、間引いた後の残された点群において、局部的に点が疎らに配されるということがなく、点の密度をほぼ一定にすることができ、コンピュータの三次元仮想空間上に、面で構成された三次元モデルを作成することができ、しかも、三次元モデルの再現性を向上させることができる。

本実施の形態に係るワークモデル作成方法を実現するコンピュータシステムの一例を示すブロック図である。 コンピュータシステムにおけるコンピュータの構成を示すブロック図である。 第１ワークモデル処理手段の構成を示す機能ブロック図である。 第１ワークモデル処理手段での処理動作を示すフローチャートである。 コンピュータの三次元仮想空間上に基準位置を設定し、設定された基準位置に、重心位置が基準位置と一致する基準の立方体を配置した状態を示す説明図である。 基準の立方体を起点とし、且つ、各立方体の線分が一直線上に並ぶように、立体的に並べた状態を示す説明図である。 図７Ａは製品モデルを構成する点群のうち、各立方体の中に存在する点群を抽出する処理を概念的に示す図であり、図７Ｂは選択された点群以外の点群を削除する処理を概念的に示す図である。 第２ワークモデル処理手段の構成を示す機能ブロック図である。 第２ワークモデル処理手段での処理動作を示すフローチャート（その１）である。 第２ワークモデル処理手段での処理動作を示すフローチャート（その２）である。 対象となっている点と、検索された面上の基準点との差異を求める原理を示す概念図である。 面の外方の仮想の等差異線であって、面から遠ざかる及び面に近づく等差異線の想定、並びに面の内方の仮想の等差異線であって、面から遠ざかる及び面に近づく等差異線の想定を示す説明図である。

以下、本発明に係るワークモデル作成方法の実施の形態例を図１〜図１２を参照しながら説明する。

本実施の形態に係るワークモデル作成方法は、図１に示すコンピュータシステム１０によって実現される。このコンピュータシステム１０は、図１に示すように、コンピュータ１２と、各種ワークモデル等が記憶されたデータベースＤＢがネットワーク１４を介して接続されて構成されている。コンピュータ１２には、キーボードや座標入力装置（マウス等）の入力装置１６と、表示装置１８とがそれぞれ接続されている。

コンピュータ１２は、図２に示すように、各種プログラムの動作用並びにデータの転送用として使用されるメインメモリ２０と、各種プログラムにて作成された表示用の画像データが記録されるが画像メモリ２２と、外部機器とのデータのやりとりを行う入出力ポート２４と、プログラムの実行処理を行うＣＰＵ２６とを有する。これらメインメモリ２０、画像メモリ２２、入出力ポート２４及びＣＰＵ２６は、システムバス２８を通じて接続されている。

入出力ポート２４には、上述した入力装置１６と、表示装置１８と、ＣＰＵ２６からの指令に基づいてハードディスク３０に対してアクセスを行うハードディスクドライブ（ＨＤＤ）３２と、ネットワーク１４とが少なくとも接続されている。

ハードディスク３０には、ＯＳやアプリケーションプログラム並びに各種データが記録されている。また、アプリケーションプログラムとしては、既存の文書作成プログラム、表計算プログラムやＣＡＤプログラムのほか、本実施の形態に係るワークモデル作成方法を実現するワークモデル作成プログラム等がある。

ワークモデル作成プログラムは、コンピュータシステム１０を、コンピュータの三次元仮想空間上の三次元モデルを構成する点群を間引いて面で構成された第１ワークモデルや点群で構成されたワークモデルを作成するワークモデル作成手段として機能させるためのプログラムである。

ここで、本実施の形態に係るワークモデル作成手段について説明する。

先ず、図１に示すように、データベースＤＢには、実際に製造された製品を実計測し、実計測された製品を構成する点群で形成される製品モデルの情報が格納されている。具体的には、製品モデルを構成する点群の各点毎の三次元座標が登録された点群情報テーブル４０等が格納されている。

そして、本実施の形態に係るワークモデル作成手段は、図３に示す第１ワークモデル処理手段４２Ａと、図８に示す第２ワークモデル処理手段４２Ｂとを有する。

上述した点群情報テーブル４０に登録された各点毎の三次元座標は、通常は、製品モデル４４（図５参照）の点群だけの画像データや、点群に基づく複数の面で構成された製品モデル４４の画像データを表示装置に表示する場合や、ＮＣ装置に供給されたワークをＮＣ加工して製品を作製する場合に利用される。しかし、点群は大量（９０万以上）の点の集まりであるため、ＮＣプログラムを作成する際に、コンピュータに過度に負荷をかけ、長大な計算時間がかかる等の不都合が生じる。

そこで、第１ワークモデル処理手段４２Ａは、このような不都合を回避するために構成されたものである。

すなわち、第１ワークモデル処理手段４２Ａは、図３に示すように、データベースＤＢから点群情報テーブル４０を読み出して、例えばハードディスク３０（図２参照）に記録する第１テーブル読出手段４６と、コンピュータ１２の三次元仮想空間（ｘｙｚ直交座標）上に基準位置を設定する基準位置設定手段４８と、設定された基準位置５０（図５参照）に、重心位置が基準位置５０と一致する基準の立方体５２（基準立方体：図５参照）を配置する基準立方体配置手段５４と、基準の立方体５２と同じ大きさの複数の立方体５２（図６参照）を、基準の立方体５２を起点とし、且つ、各立方体５２の線分が一直線上に並ぶように、立体的に並べる立方体配列手段５６と、立方体５２毎に行い、製品モデル４４を構成する点群であって、且つ、当該立方体５２の中に存在する点群のうち、当該立方体５２の重心位置から最も近い点を選択する点群選択手段５８と、製品モデル４４を構成する点群から、選択された点群以外の点群を削除する点群削除手段６０と、選択された点群に基づいて複数の面で形成される第１ワークモデルを作成する第１ワークモデル作成手段６２と、第１ワークモデルをデータベースＤＢに記憶する第１ワークモデル記憶手段６４とを有する。

点群選択手段５８は、点群情報テーブル４０（図３参照）に登録された各三次元座標と点群の選択対象となっている当該立方体５２の各頂点の三次元座標とに基づいて、製品モデル４４を構成する点群のうち、当該立方体５２の中に存在する点群を抽出する点群抽出手段６６と、抽出した点群の各三次元座標と当該立方体５２の重心位置の三次元座標とに基づいて、当該立方体５２の重心位置から最も近い点を選択する第１点選択手段６８と、第１点選択手段６８にて選択された複数の点（選択された点群）の各三次元座標を選択点群情報テーブル７０に登録するテーブル登録手段７２とを有する。

次に、本実施の形態に係るワークモデル作成方法、特に、複数の面で形成される第１ワークモデルを作成する方法（第１ワークモデル処理手段４２Ａでの処理）について、図４〜図７Ｂも参照しながら説明する。

先ず、図４のステップＳ１において、第１テーブル読出手段４６は、データベースＤＢから点群情報テーブル４０を読み出してハードディスク３０に記録する。

その後、図４のステップＳ２において、基準位置設定手段４８は、図５に示すように、コンピュータ１２の三次元仮想空間上に基準位置５０を設定する。基準位置５０は、任意の位置に設定することができるが、本実施の形態では、演算が簡単になるように、製品モデル４４を構成する点群の各点毎の三次元座標の原点となる位置に基準位置５０を設定するようにしている。

その後、図４のステップＳ３において、基準立方体配置手段５４は、図５に示すように、設定された基準位置５０に、重心位置が基準位置５０と一致する基準の立方体５２（基準立方体）を配置し、配置した基準の立方体５２の各頂点の三次元座標と重心位置の三次元座標とを基準立方体情報テーブル７４（図３参照）に登録する。

その後、図４のステップＳ４において、立方体配列手段５６は、図６に示すように、基準の立方体５２と同じ大きさの複数の立方体５２を、基準の立方体５２を起点とし、且つ、各立方体５２の線分が一直線上に並ぶように、立体的に並べる。そして、立体的に並べた複数の立方体５２の各頂点の三次元座標と各重心位置の三次元座標とをそれぞれ立方体情報テーブル７６（図３参照）に登録する。また、配列した立方体５２の数をレジスタに格納する。

その後、点群選択手段５８での処理に入る。すなわち、図４のステップＳ５において、点群選択手段５８は、立方体５２の検索用インデックスｉに初期値「１」を格納する。

その後、図４のステップＳ６において、点群選択手段５８は、立方体情報テーブル７６のｉ番目のレコードからｉ番目の立方体５２の重心位置の三次元座標と、各頂点の三次元座標とを読み出す。

その後、図４のステップＳ７において、点群抽出手段６６は、ハードディスク３０上の点群情報テーブル４０に登録された各三次元座標と、ｉ番目の立方体５２の各頂点の三次元座標とに基づいて、製品モデル４４を構成する点群のうち、ｉ番目の立方体５２の中に存在する点群を抽出する。例えば図７Ａに示すように、３つの立方体（第１立方体５２ａ〜第３立方体５２ｃ）を考えたとき、第１立方体５２ａでは３つの点Ｔａ１〜Ｔａ３が抽出され、第２立方体５２ｂでは３つの点Ｔｂ１〜Ｔｂ３が抽出され、第３立方体５２ｃでは３つの点Ｔｃ１〜Ｔｃ３が抽出される。

その後、図４のステップＳ８において、第１点選択手段６８は、抽出した点群の各三次元座標とｉ番目の立方体５２の重心位置の三次元座標とに基づいて、ｉ番目の立方体５２の重心位置から最も近い点を選択する。例えば図７Ａの例で説明すると、第１立方体５２ａでは、抽出された３つの点Ｔａ１〜Ｔａ３のうち、該第１立方体５２ａの重心位置に最も近い１つの点Ｔａ１が選択され、第２立方体５２ｂでは、抽出された３つの点Ｔｂ１〜Ｔｂ３のうち、該第２立方体５２ｂの重心位置に最も近い１つの点Ｔｂ２が選択され、第３立方体５２ｃでは、抽出された３つの点Ｔｃ１〜Ｔｃ３のうち、該第３立方体５２ｃの重心位置に最も近い１つの点Ｔｃ３が選択される。なお、当該立方体５２の中に存在する点群のうち、当該立方体５２の重心位置から最も近い点が２以上存在する場合は、点群の削減を考慮すれば、そのうちの１つの点を選択することが好ましい。１つの点を選択する方法としては、乱数を用いてもよいし、最初に選択した点としてもよい。

その後、図４のステップＳ９において、テーブル登録手段７２は、第１点選択手段６８にて選択された１つの点の三次元座標を選択点群情報テーブル７０に登録する。

その後、図４のステップＳ１０において、検索用インデックスを＋１更新する。その後、ステップＳ１１において、全ての立方体５２について点の選択処理が終了したか否かが判別される。この判別は、検索用インデックスｉの値が配列された立方体５２の数（レジスタに格納された値）以上であるかどうかで行われる。

全ての立方体５２について点の選択処理が終了していなければ、上述したステップＳ６に戻り、該ステップＳ６以降の処理を繰り返す。そして、全ての立方体５２について点の選択処理が終了した段階で、次のステップＳ１２に進み、点群削除手段６０は、製品モデル４４を構成する点群のうち、選択点群情報テーブル７０に登録された複数の三次元座標に対応する点群以外の点群を削除する。具体的には、ハードディスク３０上の点群情報テーブル４０に登録された点群の各三次元座標のうち、選択点群情報テーブル７０に登録された複数の三次元座標に対応する点群以外の点群の三次元座標を削除する。これにより、例えば図７Ｂに示すように、第１立方体５２ａでは、１つの点Ｔａ１だけが残り、第２立方体５２ｂでは、１つの点Ｔｂ２だけが残り、第３立方体５２ｃにおいても、１つの点Ｔｃ３だけが残ることになる。

その後、図４のステップＳ１３において、第１ワークモデル作成手段６２は、点群削除手段６０にて処理された後の点群情報テーブル４０に登録された複数の三次元座標に対応する点群に基づいて、複数の面で形成される第１ワークモデルを作成する。具体的には、面単位に、当該面を構成する複数の頂点の各三次元座標を求めて、第１ワークモデル情報テーブル７８（図３参照）の該当レコードに登録するという処理を行う。

その後、図４のステップＳ１４において、第１ワークモデル記憶手段６４は、作成された第１ワークモデル（第１ワークモデル情報テーブル７８）をデータベースＤＢに記憶する。

このステップＳ１４での処理が終了した段階で、本実施の形態に係るワークモデル作成方法、特に、複数の面で形成される第１ワークモデルを作成する方法が終了する。

このように、本実施の形態に係るワークモデル作成方法においては、最初に、コンピュータ１２の三次元仮想空間上に、基準の立方体５２を設置し、その後、製品モデル４４に対して、基準の立方体５２と同じ大きさの立方体５２を多数配列するようにしたので、製品モデル４４を構成する点群であって、各立方体５２の中に存在する点群の中から、それぞれ最も有用な点を選ぶことができる。図７Ａ及び図７Ｂの例では、第１立方体５２ａ〜第３立方体５２ｃにおいて、それぞれ第１立方体５２ａ〜第３立方体５２ｃの各重心位置に最も近い点を選択するようにしている。そのため、立方体５２の中に存在し、且つ、選ばれなかった点を製品モデル４４から削除することができる。選ばれた点群に基づいて作成された第１ワークモデルは、製品モデル４４と比較して当然に情報量が少ないことから（例えば９０万点あった点群を６万点まで削減）、例えばＣＡＭシステム等でＮＣプログラムを作成する際に、コンピュータ１２に過度に負荷をかけることなく、また、長大に計算時間がかかるといったことを低減することができる。

また、基準の立方体５２を起点とし、且つ、各立方体５２の線分が一直線上に並ぶように、立体的に並べる処理は、コンピュータ１２上において比較的容易にできるため、処理の高速化も図ることができる。

また、図７Ａに示すように、製品モデル４４における点のピッチＰａは０．１〜１．０ｍｍであるが、点群削除手段６０にて不要な点群を削除した後においては、例えば図７Ｂに示すように、点のピッチＰｂは、製品モデル４４における点のピッチＰａの５倍〜１０倍のピッチ（０．５〜１０．０ｍｍ）となる。しかも、各立方体５２の同じ条件の位置（ここでは重心位置）を基準に点を選択したので、選択された点群は、ほぼ同じピッチＰｂで並んだ点で構成されることになる。すなわち、不要な点を削除した後に残された点群において、局部的に点が疎らに配されるということがなく、点の密度をほぼ一定にすることができる。その結果、第１ワークモデル作成手段６２において、面で構成された三次元モデル（第１ワークモデル）を作成することができ、しかも、第１ワークモデルの再現性を向上させることができる。

次に、第２ワークモデル処理手段４２Ｂについて図８〜図１２を参照しながら説明する。この第２ワークモデル処理手段４２Ｂでは、製品モデル４４（データベースＤＢに格納された点群情報テーブル４０）と第１ワークモデル処理手段４２Ａで作成された第１ワークモデル（データベースＤＢに格納された第１ワークモデル情報テーブル７８）が使用される。

すなわち、第２ワークモデル処理手段４２Ｂは、図８に示すように、データベースＤＢから点群情報テーブル４０と第１ワークモデル情報テーブル７８とを読み出して、例えばハードディスク３０に記録する第２テーブル読出手段８０と、上述した製品モデル４４と第１ワークモデルとを、コンピュータ１２の三次元仮想空間上で比較して、実計測した点毎に、第１ワークモデル上にあって、且つ、実計測した点に対応する点を基準に、実計測した点の基準からの差異を求める差異算出手段８２と、同じ差異の点を結ぶ仮想の等差異線であって、且つ、隣接する等差異線の差異から任意の幅だけ違った差異の等差異線を想定する等差異線想定手段８４と、想定された等差異線毎に、その線上にあって、隣り合う距離が点選択距離である点群を選択する第２点選択手段８６と、製品モデル４４を構成する点群を、第２点選択手段８６で選択された点群に置き換える点群置き換え手段８８と、点群置き換え手段８８にて点群が置き換えられた第２ワークモデル（点置換情報テーブル９０）をデータベースＤＢに記憶する第２ワークモデル記憶手段９２とを有する。

次に、本実施の形態に係るワークモデル作成方法、特に、製品モデル４４を構成する点群を選択された点群で置き換えられた第２ワークモデルを作成する方法（第２ワークモデル処理手段４２Ｂでの処理）について、図８〜図１２を参照しながら説明する。

先ず、図９のステップＳ１０１において、第２テーブル読出手段８０は、データベースＤＢから点群情報テーブル４０及び第１ワークモデル情報テーブル７８を読み出してハードディスク３０に記録する。

その後、差異算出手段８２での処理に入る。すなわち、図９のステップＳ１０２において、点群の検索用インデックスｊに初期値「１」を格納する。

その後、ステップＳ１０３において、ハードディスクＤＢの点群情報テーブル４０からｊ番目の点の情報（三次元座標）を読み出す。

その後、ステップＳ１０４において、第１ワークモデル情報テーブル７８に登録された各面の情報（面を構成する頂点の三次元座標）と、ｊ番目の点の情報（三次元座標）に基づいて、第１ワークモデルを構成する面のうち、ｊ番目の点に対応する面を検索する。

その後、ステップＳ１０５において、前記ステップＳ１０４にて検索された面の情報（面を構成する頂点の三次元座標）を読み出す。

その後、ステップＳ１０６において、面の情報とｊ番目の点の情報に基づいて、前記検索された面上にあって、且つ、ｊ番目の点に対応する点を基準点とし、ｊ番目の点の基準点からの差異を求める。具体的には、図１１に示すように、ｊ番目の点Ｔｊから面Ｓに対して法線Ｌｍを引き、面Ｓと法線Ｌｍとの交点が基準点ｔａとなる。そして、法線Ｌｍ上のｊ番目の点Ｔｊと基準点ｔａ間の線分の長さ、すなわち差異を求める。この差異の算出は、予め面Ｓの情報（面Ｓを構成する頂点の三次元座標）とｊ番目の点Ｔｊの情報（三次元座標）がわかっているため、簡単に行うことができる。ところで、ｊ番目の点の面に対する位置関係は、図１１に示すように、ｊ番目の点Ｔｊが面Ｓの外方に位置している場合と、内方に位置している場合がある。そこで、ｊ番目の点Ｔｊが面Ｓの外方に位置している場合は、差異の符号として「＋」を付し、ｊ番目の点Ｔｊが面Ｓの内方に位置している場合は、差異の符号として「−」を付す。これによって、差異を符号と共に確認することで、ｊ番目の点Ｔｊの面Ｓに対する外方及び内方の位置関係がわかると共に、面Ｓからの差異もわかることとなる。

その後、図９のステップＳ１０７において、ｊ番目の点の三次元座標と差異（符号付き）とを差異情報テーブル９４（図８参照）のｊ番目のレコード（ｊレコード目）に格納する。

その後、図９のステップＳ１０９において、インデックスｊの値を＋１更新する。

その後、ステップＳ１１０において、点群情報テーブル４０に登録された全ての点について処理が行われたか否かを判別する。この判別は、インデックスｊの値が点群の総数以上であるかどうかで行われる。全ての点について処理されていなければ上述のステップＳ１０３に戻り、該ステップＳ１０３以降の処理を繰り返す。

そして、全ての点について処理が終了した段階で、差異算出手段８２での処理が終了する。

その後、次のステップＳ１１０に進み、等差異線想定手段８４は、等差異線設定用のインデックスｋに初期値「０」を格納する。

その後、ステップＳ１１１において、等差異線想定手段８４は、図１２に示すように、面Ｓの外方の仮想の等差異線であって、面Ｓから遠ざかる等差異線１００ａを想定する。具体的には、予め設定した等高線の情報Ａに（任意の幅の情報Ｂ×インデックスｋ）を加算した差異Ｄに仮想の等差異線１００ａを想定する。ここで、等高線の情報Ａは、製品モデル４４を構成する点群における２点間の最長距離の１／２に相当する距離に設定される。本実施の形態では、２点間の最長距離を例えば１．０ｍｍとしているため、等高線の情報Ａは０．５ｍｍとなる。任意の幅の情報Ｂは、等高線の情報Ａの１／ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）に相当する距離であり、ここでは、例えば０．０２ｍｍとしている。従って、インデックスｋの値が０のとき、面からの差異Ｄが等高線の情報Ａに相当する等差異線が想定されることになり、順次、インデックスｋの値が＋１更新されるたびに、差異Ｄが任意の幅の情報Ｂだけ加算された等差異線１００ａが想定されていくことになる。

その後、図９のステップＳ１１２において、第２点選択手段８６は、差異情報テーブル９４に登録された多数の点から、前記ステップＳ１１１にて想定された等差異線１１０ａ上の点を、差異情報テーブル９４に登録された差異の情報に基づいて検索し、該当する点の情報（三次元座標）をワークファイル１０２（図８参照）に格納する。

その後、ステップＳ１１３において、第２点選択手段８６は、ワークファイル１０２に格納された点のうち、隣り合った点の距離が点選択距離の点を選択する。点選択距離としては、製品モデル４４を構成する点群における２点間の最短距離に相当する距離、例えば０．１ｍｍが挙げられる。

その後、ステップＳ１１４において、点群置き換え手段８８は、選択された点の情報（三次元座標）を点置換情報テーブル９０に順番に登録する。

その後、ステップＳ１１５において、インデックスｋの値を＋１更新する。

その後、ステップＳ１１６において、面の外方であって、且つ、面から遠ざかる方向の等差異線処理が終了したか否かを判別する。この判別は、差異（Ａ＋Ｂ×ｊ）が規定値、例えば０．６ｍｍ以上であるかどうかで行われる。処理が終了していなければ、上述したステップＳ１１１に戻り、該ステップＳ１１１以降の処理を繰り返す。処理が終了していれば、次のステップＳ１１７以降の処理に進み、今度は、面の外方であって、且つ、面に近づく方向の等差異線処理を行う。すなわち、ステップＳ１１７において、等差異線想定手段８４は、等差異線設定用のインデックスｋに「１」を格納する。

その後、ステップＳ１１８において、等差異線想定手段８４は、図１２に示すように、面Ｓの外方の仮想の等差異線であって、面に近づく等差異線１００ｂを想定する。具体的には、予め設定した等高線の情報Ａに（任意の幅の情報Ｂ×インデックスｋ）を減算した差異Ｄに仮想の等差異線１００ｂを想定する。従って、インデックスｋの値が１のとき、面からの差異Ｄが（等高線の情報Ａ−任意の幅の情報Ｂ）に相当する等差異線が想定されることになり、順次、インデックスｋの値が＋１更新されるたびに、差異Ｄが任意の幅の情報Ｂだけ減算された等差異線１００ｂが想定されていくことになる。

ステップＳ１１９〜ステップＳ１２２での処理は、上述したステップＳ１１２〜ステップＳ１１５での処理と同様であり、想定された等差異線１００ｂ毎に、その線上に位置する点が検索されてその点の情報がワークファイル１０２に格納され、さらに、ワークファイル１０２に格納された点において、隣り合う距離が点選択距離である点群が選択されて、その情報（三次元座標）が点置換情報テーブル９０に順番に登録される。

そして、ステップＳ１２３において、面の外方であって、且つ、面に近づく方向の等差異線処理が終了したか否かを判別する。この判別は、差異（Ａ−Ｂ×ｊ）が０以下であるかどうかで行われる。処理が終了していなければ、上述したステップＳ１１８に戻り、該ステップＳ１１８以降の処理を繰り返す。処理が終了していれば、図１０のステップＳ１２４以降の処理に進み、今度は、図１２に示すように、面Ｓの内方であって、且つ、面Ｓから遠ざかる方向の等差異線１００ｃを想定して上述と同様の処理を行う。すなわち、ステップＳ１２４〜ステップＳ１３０での処理は、上述した図９のステップＳ１１０〜ステップＳ１１６での処理と同様であり、想定された等差異線１１０ｃ毎に、その線上に位置する点が検索されてその点の情報がワークファイル１０２に格納され、さらに、ワークファイル１０２に格納された点において、隣り合う距離が点選択距離である点群が選択されて、その情報（三次元座標）が点置換情報テーブル９０に順番に登録される。

上述のステップＳ１２４〜ステップＳ１３０での処理が終了した後、図１０のステップＳ１３１以降の処理に進み、今度は、図１２に示すように、面Ｓの内方であって、且つ、面Ｓに近づく方向の等差異線１００ｄを想定して上述と同様の処理を行う。すなわち、ステップＳ１３１〜ステップＳ１３７での処理は、上述した図９のステップＳ１１７〜ステップＳ１２３での処理と同様であり、想定された等差異線１００ｄ毎に、その線上に位置する点が検索されてその点の情報がワークファイル１０２に格納され、さらに、ワークファイル１０２に格納された点において、隣り合う距離が点選択距離である点群が選択されて、その情報（三次元座標）が点置換情報テーブル９０に順番に登録される。

ステップＳ１３１〜ステップＳ１３７での処理が終了した段階で、それぞれ想定された等差異線上の点であって、且つ、隣り合う距離が点選択距離である点の情報（三次元座標）が登録された第２ワークモデル（点置換情報テーブル９０）が完成することとなる。そして、図１０のステップＳ１３８において、第２ワークモデル記憶手段９２は、点置換情報テーブル９０を第２ワークモデルとしてデータベースＤＢに記憶する。

このステップＳ１３８での処理が終了した段階で、本実施の形態に係るワークモデル作成方法、特に、製品モデル４４を構成する点群を選択された点群で置き換えられた第２ワークモデルを作成する方法が終了する。

このように、本実施の形態に係るワークモデル作成方法においては、面で構成された第１ワークモデルを基準とし、該第１ワークモデルに対して複数の等差異線を段階的に想定し、各等差異線上の点であって、且つ、隣り合う距離が点選択距離である点を選択し、選択された点群を製品モデル４４を構成する点群として置き換えるようにしたので、置き換えられた点群による第２ワークモデルは、製品モデル４４と比較して当然に情報量が少ないことから、例えばＣＡＭシステム等でＮＣプログラムを作成する際や、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）システム等で、加工精度検証や、凝固・熱収縮等の歪をシミュレートする際に、コンピュータに過度に負荷をかけることなく、また、長大に計算時間がかかるといったことを低減することができる。

また、上述したように、製品モデル４４を構成する点群であって、各立方体５２の中に存在する点群の中から、それぞれ最も有用な点を選んで構成された第１ワークモデルを基準に、複数の等差異線を段階的に想定するようにしたので、各面において、疎らに点群が置き換えられるということがなく、しかも、隣り合う点の距離を一定の距離（点選択距離）に設定したので、置き換えられた点群において、局部的に点が疎らに配されるということがなく、点の密度をほぼ一定にすることができる。その結果、点群で構成された第２ワークモデルから、面で構成された三次元モデルを作成することができ、しかも、三次元モデルの再現性を向上させることができる。

また、第２ワークモデルでは、各等差異線上に配置された点群がある一定の密度になっていることから、第２ワークモデルを用いて、加工精度検証や、凝固・熱収縮等の歪をシミュレートした際に、実際の金型の熱膨張や、製品の熱収縮に対して精度の高い結果（より現実に近い結果）を得ることができる。もちろん、加工精度検証や、凝固・熱収縮等の歪のほか、各種応力（熱応力、引っ張り応力、圧縮応力、曲げ応力、座屈応力等）に対する材料力学的な検証や、破壊力学的（金属疲労等）な検証等、規則性が存在すると想定される検証においても、現実の結果に近いシミュレーション結果を得ることができる。

なお、本発明に係るワークモデル作成方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…コンピュータシステム
１２…コンピュータ
４０…点群情報テーブル
４２Ａ…第１ワークモデル処理手段
４２Ｂ…第２ワークモデル処理手段
４４…製品モデル
４８…基準位置設定手段
５０…基準位置
５２…立方体
５４…基準立方体配置手段
５６…立方体配列手段
５８…点群選択手段
６０…点群削除手段
６２…第１ワークモデル作成手段
６４…第１ワークモデル記憶手段
６６…点群抽出手段
６８…第１点選択手段
７０…選択点群情報テーブル
７２…テーブル登録手段
７８…第１ワークモデル情報テーブル
８２…差異算出手段
８４…等差異線想定手段
８６…第２点選択手段
８８…点群置き換え手段
９０…点置換情報テーブル
９２…第２ワークモデル記憶手段
９４…差異情報テーブル
１００ａ〜１００ｄ…等差異線

Claims (5)

1. 実際に製造された製品を実計測して得られ、且つ、コンピュータの三次元仮想空間上の点群で構成される製品モデルの前記点群を間引いてワークモデルを作成するワークモデル作成方法であって、
   前記コンピュータが備える基準位置設定手段が、前記三次元仮想空間上に基準位置を設定する基準位置設定ステップと、
   前記コンピュータが備える基準立方体配置手段が、設定された前記基準位置に、重心位置が前記基準位置と一致する基準の立方体を配置する基準立方体配置ステップと、
   前記コンピュータが備える立方体配列手段が、前記基準の立方体と同じ大きさの複数の立方体を、前記基準の立方体を起点とし、且つ、各立方体の線分が一直線上に並ぶように、立体的に並べる立方体配列ステップと、
   前記コンピュータが備える点群選択手段が、前記立方体毎に行われ、前記製品モデルを構成する点群であって、且つ、当該立方体の中に存在する点群のうち、当該立方体の重心位置から最も近い点を選択する第１点群選択ステップと、
   前記コンピュータが備える点群削除手段が、前記製品モデルを構成する点群から、前記選択された点群以外の点群を削除する点群削除ステップと、
   前記コンピュータが備える第１記憶手段が、前記選択された点群に基づいて構成された複数の面で形成される第１ワークモデルを記憶媒体に記憶する第１記憶ステップと、
   前記コンピュータが備える差異算出手段が、前記製品モデルと前記第１ワークモデルとを、コンピュータの三次元仮想空間上で比較して、前記実計測した点毎に、前記第１ワークモデル上にあって、且つ、前記実計測した点に対応する点を基準に、前記実計測した前記点の前記基準からの差異を求める差異算出ステップと、
   前記コンピュータが備える等差異線想定手段が、同じ差異の点を結ぶ仮想の等差異線であって、且つ、隣接する等差異線の差異から任意の幅だけ違った差異の等差異線を想定する等差異線想定ステップと、
   前記コンピュータが備える点選択手段が、想定された等差異線毎に、その線上にあって、隣り合う距離が点選択距離である点群を選択する第２点群選択ステップと、
   前記コンピュータが備える第２記憶手段が、前記第２点群選択ステップで選択された点群を、第２ワークモデルとして記憶媒体に記憶する第２記憶ステップとを有することを特徴とするワークモデル作成方法。
2. 請求項１記載のワークモデル作成方法において、
   前記等差異線想定ステップは、
   前記製品を構成する点群における２点間の最長距離の１／２に相当する距離を前記差異とする基準の等差異線を想定するステップと、
   前記基準の等差異線から遠ざかる複数の等差異線を順次想定するステップとを有し、
   隣接する前記等差異線間の前記幅は、前記基準の等差異線における前記差異の１／ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）に相当する距離であり、
   前記第２点群選択ステップにおける前記点選択距離は、前記製品モデルを構成する点群における２点間の最短距離に相当する距離であることを特徴とするワークモデル作成方法。
3. 請求項１記載のワークモデル作成方法において、
   前記基準位置設定ステップは、前記製品モデルを構成する点群の各三次元座標の原点となる位置に、前記基準位置を設定することを特徴とするワークモデル作成方法。
4. 請求項１記載のワークモデル作成方法において、
   前記製品モデルを構成する点群の各三次元座標が少なくとも登録された点群情報テーブルを使用し、
   前記基準立方体配置ステップは、配置した前記基準の立方体の各頂点の三次元座標と重心位置の三次元座標とを基準立方体情報テーブルに登録し、
   前記立方体配列ステップは、立体的に並べた複数の立方体の各頂点の三次元座標と各重心位置の三次元座標とをそれぞれ立方体情報テーブルに登録し、
   前記第１点群選択ステップは、前記点群情報テーブルに登録された各三次元座標と点群の選択対象となっている当該立方体の各頂点の三次元座標とに基づいて、前記製品モデルを構成する点群のうち、当該立方体の中に存在する点群を抽出するステップと、抽出した前記点群の各三次元座標と当該立方体の重心位置の三次元座標とに基づいて、当該立方体の重心位置から最も近い点を選択するステップと、選択した前記点の三次元座標を選択点群情報テーブルに登録するステップとを有し、
   前記点群削除ステップは、前記製品モデルを構成する点群のうち、前記選択点群情報テーブルに登録された複数の三次元座標に対応する点群以外の点群を削除することを特徴とするワークモデル作成方法。
5. 請求項１又は４記載のワークモデル作成方法において、
   前記第１点群選択ステップは、当該立方体の中に存在する点群のうち、当該立方体の重心位置から最も近い点が２以上存在する場合、そのうちの１つの点を選択することを特徴とするワークモデル作成方法。

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