JP6154543B2 - 3次元造形システム、情報処理装置、3次元造形モデル配置方法および3次元造形モデル配置プログラム - Google Patents
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Description
3次元造形物を造形する積層造形装置の造形エリアを表わす3次元の仮想エリアを、3次元造形モデルの構成部位を包含可能であり、かつ、2つの3次元造形モデルの構成部位の距離を積層造形において必要な距離以上に維持できる所定サイズ単位で分割して、3次元グリッドを生成するグリッド生成手段と、
複数の3次元造形モデルの各3次元造形モデルを、前記各3次元造形モデルを包含する前記3次元グリッドの集合モデルに変換する変換手段と、
複数の前記3次元造形モデルにそれぞれ対応する複数の前記集合モデルを、互いに重ならないように相対的に移動させる移動手段と、
複数の前記集合モデルの配置が所定条件を満足した場合に、複数の前記集合モデルの配置を複数の前記3次元造形モデルの配置とする配置判定手段と、
を備え、
前記移動手段は、複数の前記集合モデルを前記仮想エリア内で前記3次元グリッドの前記所定サイズ単位に相対的に所定の方向に移動させ、複数の前記集合モデルが重ならない場合に移動を確定し、複数の前記集合モデルが重なる場合に移動を元に戻して前記所定の方向と異なる方向に移動させる。
3次元造形物を造形する積層造形装置の造形エリアを表わす3次元の仮想エリアを、3次元造形モデルの構成部位を包含可能であり、かつ、2つの3次元造形モデルの構成部位の距離を積層造形において必要な距離以上に維持できる所定サイズ単位で分割して、3次元グリッドを生成するグリッド生成ステップと、
複数の3次元造形モデルの各3次元造形モデルを、前記各3次元造形モデルを包含する前記3次元グリッドの集合モデルに変換する変換ステップと、
複数の前記3次元造形モデルにそれぞれ対応する複数の前記集合モデルを、互いに重ならないように相対的に移動させる移動ステップと、
複数の前記集合モデルの配置が所定条件を満足した場合に、複数の前記集合モデルの配置を複数の前記3次元造形モデルの配置とする配置判定ステップと、
を含み、
前記移動ステップにおいては、複数の前記集合モデルを前記仮想エリア内で前記3次元グリッドの前記所定サイズ単位に相対的に所定の方向に移動させ、複数の前記集合モデルが重ならない場合に移動を確定し、複数の前記集合モデルが重なる場合に移動を元に戻して前記所定の方向と異なる方向に移動させる。
3次元造形物を造形する積層造形装置の造形エリアを表わす3次元の仮想エリアを、3次元造形モデルの構成部位を包含可能であり、かつ、2つの3次元造形モデルの構成部位の距離を積層造形において必要な距離以上に維持できる所定サイズ単位で分割して、3次元グリッドを生成するグリッド生成ステップと、
複数の3次元造形モデルの各3次元造形モデルを、前記各3次元造形モデルを包含する前記3次元グリッドの集合モデルに変換する変換ステップと、
複数の前記3次元造形モデルにそれぞれ対応する複数の前記集合モデルを、互いに重ならないように相対的に移動させる移動ステップと、
複数の前記集合モデルの配置が所定条件を満足した場合に、複数の前記集合モデルの配置を複数の前記3次元造形モデルの配置とする配置判定ステップと、
をコンピュータに実行させる3次元造形モデル配置プログラムであって、
前記移動ステップにおいては、複数の前記集合モデルを前記仮想エリア内で前記3次元グリッドの前記所定サイズ単位に相対的に所定の方向に移動させ、複数の前記集合モデルが重ならない場合に移動を確定し、複数の前記集合モデルが重なる場合に移動を元に戻して前記所定の方向と異なる方向に移動させる。
3次元造形物を表わすデータから3次元造形モデルを生成するモデル生成手段と、
前記3次元造形物を造形する積層造形手段の造形エリアを表わす3次元の仮想エリアに、複数の前記3次元造形モデルを配置するモデル配置手段と、
前記モデル配置手段による複数の前記3次元造形モデルの配置結果に従って、前記造形エリアにおいて複数の前記3次元造形物を造形する前記積層造形手段と、
を備え、
前記モデル配置手段は、
前記3次元の仮想エリアを、3次元造形モデルの構成部位を包含可能であり、かつ、2つの3次元造形モデルの構成部位の距離を積層造形において必要な距離以上に維持できる所定サイズ単位で分割して、3次元グリッドを生成するグリッド生成手段と、
複数の前記3次元造形モデルの各3次元造形モデルを、前記各3次元造形モデルを包含する前記3次元グリッドの集合モデルに変換する変換手段と、
複数の前記3次元造形モデルにそれぞれ対応する複数の前記集合モデルを、互いに重ならないように相対的に移動させる移動手段と、
複数の前記集合モデルの配置が所定条件を満足した場合に、複数の前記集合モデルの配置を複数の前記3次元造形モデルの配置とする配置判定手段と、
を有し、
前記移動手段は、複数の前記集合モデルを前記仮想エリア内で前記3次元グリッドの前記所定サイズ単位に相対的に所定の方向に移動させ、複数の前記集合モデルが重ならない場合に移動を確定し、複数の前記集合モデルが重なる場合に移動を元に戻して前記所定の方向と異なる方向に移動させる。
本発明の第1実施形態としての情報処理装置100について、図1を用いて説明する。情報処理装置100は、3次元造形モデルを配置する装置である。
次に、本発明の第2実施形態に係る情報処理装置における3次元造形モデル配置について説明する。本実施形態に係る3次元造形モデル配置においては、3次元造形モデルを所定サイズの立方体をグリッドとする集合モデルに変換し、集合モデルが重ならないように移動して、積層造形において効率的な3次元造形モデルの組み合わせ配置を生成する。
図2は、本実施形態に係る3次元造形モデル配置200の動作概要を示す図である。図2には、机と椅子の2つの3次元造形モデルから適切な配置を探索する処理を示している。ここで、適切な配置とは、本実施形態において、積層造形を効率的に実現する配置であり、例えば、積層方向(Z方向)が短いこと、3次元造形モデル間の空間が少なく密に造形できること、などが挙げられる。このような適切な配置をすれば、少ない積層材料によりかつ造形時間を短くすることができる。
図3は、本実施形態に係る3次元造形システム300の機能構成を示すブロック図である。
図4は、本実施形態に係る情報処理装置310の3次元造形モデル配置部312の機能構成を示すブロック図である。なお、図4では、例えば、3次元造形用ファイル315のデータを使用する機能構成部への接続線は全てを示していない。また、図4には、3次元造形モデル配置部312に接続する機能構成部も図示されている。
図5は、本実施形態に係る配置制御アルゴリズムテーブル451の構成を示す図である。配置制御アルゴリズムテーブル451は、本実施形態の3次元造形モデルを仮想エリア内に配置する制御アルゴリズムを格納する。なお、配置制御アルゴリズムテーブル451の構成は、図5に限定されない。
図6Aは、本実施形態に係る配置制御パラメータテーブル452の構成を示す図である。配置制御パラメータテーブル452は、配置制御プログラム503で使用するパラメータを格納する。かかるパラメータは、使用する3次元造形装置320などに対応して自動的に設定されるものと、オペレータが操作部314から設定したものと、を含む。
図6B〜図6Eを参照して、図6Aの配置制御パラメータテーブル452の具体的な例を説明する。図6Bおよび図6Cには、仮想エリアのXY平面の中心を目標位置として、8つに等分された領域内の3次元グリッドの集合エリアを移動する方向の優先順位を設定するパラメータを示す。図6Dおよび図6Eには、仮想エリア(X,Y,Z)の中心を目標位置として、26に分割された領域内の3次元グリッドの集合エリアを移動する方向の優先順位を設定するパラメータを示す。図6Dにおいて、目標位置を仮想エリアの中央としたが、3次元造形モデルの最初の目標位置は立体の底面とするのが望ましい。なお、配置制御パラメータの重み付けは、図6B〜図6Eの分割例やパラメータ例に限定されるのもではない。例えば、図6B〜図6Eにおいては、1グリッド単位の移動で斜め方向の移動も含めたが、移動単位が1グリッドでなくてもよく、斜め方向の移動を省いて優先方向への1方向移動を繰り返す、単純で移動の同期が容易な構成であってもよい。
積層造形の仮想エリア650の中央には、目標位置651が設定されている。XYZ立体は目標位置651の周囲の8方向と、上方向および下方向の18個(=2×9)に分割された領域(A)〜(Z)に分割されている。なお、複雑さを避けるため、図6Dには、左図に上方向の9領域(A)から(I)、中央に周囲の8領域(J)から(Q)、右図に下方向の9領域(R)から(Z)、が分けて示されている。図中、黒丸および白丸は、仮想エリア650の各外面を16等分した場合の角から一番近い交点を示し、目標位置651から各交点への直線が領域の分割線である。黒丸は仮想エリア650の斜視図の見える面上の交点であり、白丸は仮想エリア650の斜視図の見えない面上の交点である。図6Dの分割は一例であり、これに限定されない。
図7は、本実施形態に係る3次元造形モデルファイル453の構成を示す図である。3次元造形モデルファイル453は、3次元造形モデル取得部316が取得した3次元造形モデルのデータを格納する。
図8は、本実施形態に係る情報処理装置310のハードウェア構成を示すブロック図である。
図9は、本実施形態に係る3次元グリッド集合モデル生成テーブル900の構成を示す図である。3次元グリッド集合モデル生成テーブル900は、図8のRAM840に生成され、3次元造形モデルから3次元グリッド集合モデルを生成するために使用される。
図10は、本実施形態に係る組み合わせ探索テーブル1000の構成を示す図である。組み合わせ探索テーブル1000は、図8のRAM840に図8のデータを含んで生成され、複数の3次元グリッド集合モデルの適切な組み合わせ配置を探索するために使用される。
図11は、本実施形態に係る情報処理装置310の3次元造形モデル配置処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、図8のCPU810がRAM840を使用して実行し、図3の情報処理装置310の機能構成部、特に、3次元造形モデル配置部312を実現する。
図12Aは、本実施形態に係るグリットモデル生成処理(S1101)の手順を示すフローチャートである。
図12Bは、本実施形態に係る組み合わせ探索処理(S1105およびS1107)の手順を示すフローチャートである。
次に、本発明の第3実施形態に係る情報処理装置における3次元造形モデル配置について説明する。本実施形態に係る3次元造形モデル配置は、上記第2実施形態と比べると、立方体グリッドのサイズを漸次に縮小することにより、簡単な処理で精度のよい配置をする点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
図13は、本実施形態に係る3次元造形モデル配置1300の動作概要を示す図である。なお、図13において、図2Aと同様に要素には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
図14は、本実施形態に係る3次元グリッド集合モデル生成テーブル1400の構成を示す図である。なお、図14において、図9と同様の要素には同じ参照番号を付して、説明は省略する。
図15は、本実施形態に係る情報処理装置310の3次元造形モデル配置処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、図8のCPU810がRAM840を使用して実行し、図3の情報処理装置310の機能構成部、特に、3次元造形モデル配置部312を実現する。なお、図15において、図11と同様のステップには同じステップ番号を付して、説明を省略する。
次に、本発明の第4実施形態に係る情報処理装置における3次元造形モデル配置について説明する。本実施形態に係る3次元造形モデル配置は、上記第2実施形態および第3実施形態と比べると、3次元造形モデルの配置において3次元造形物の積層造形方向との関係を考慮することにより、積層造形に適した配置をする点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態または第3実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
図16は、本実施形態に係る3次元造形モデル配置1600の動作概要を示す図である。なお、図16において、図2Aと同様の要素には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
図17は、本実施形態に係る配置制御パラメータテーブル1700の構成を示す図である。なお、図17において、図6Aと同様の要素には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
図18は、本実施形態に係る組み合わせ探索テーブル1800の構成を示す図である。なお、図18において、図10と同様の要素には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
図19は、本実施形態に係る情報処理装置310の3次元造形モデル配置処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、図8のCPU810がRAM840を使用して実行し、図3の情報処理装置310の機能構成部、特に、3次元造形モデル配置部312を実現する。なお、図19において、図11と同様のステップには同じステップ番号を付して、説明を省略する。
図20は、本実施形態に係る組み合わせ探索処理(S1105およびS1107)の手順を示すフローチャートである。なお、図20において、図12Bと同様のステップには同じステップ番号を付して、説明を省略する。
上記実施形態においては、3次元グリッドを立方体としたが、積層造形する3次元造形対象物によっては直方体や他の多面体を用いてもよい。また、立方体、直方体、あるいは、他の多面体を組み合わせた集合モデルであってもよい。
Claims (16)
- 3次元造形物を造形する積層造形装置の造形エリアを表わす3次元の仮想エリアを、3次元造形モデルの構成部位を包含可能であり、かつ、2つの3次元造形モデルの構成部位の距離を積層造形において必要な距離以上に維持できる所定サイズ単位で分割して、3次元グリッドを生成するグリッド生成手段と、
複数の3次元造形モデルの各3次元造形モデルを、前記各3次元造形モデルを包含する前記3次元グリッドの集合モデルに変換する変換手段と、
複数の前記3次元造形モデルにそれぞれ対応する複数の前記集合モデルを、互いに重ならないように相対的に移動させる移動手段と、
複数の前記集合モデルの配置が所定条件を満足した場合に、複数の前記集合モデルの配置を複数の前記3次元造形モデルの配置とする配置判定手段と、
を備え、
前記移動手段は、複数の前記集合モデルを前記仮想エリア内で前記3次元グリッドの前記所定サイズ単位に相対的に所定の方向に移動させ、複数の前記集合モデルが重ならない場合に移動を確定し、複数の前記集合モデルが重なる場合に移動を元に戻して前記所定の方向と異なる方向に移動させる情報処理装置。 - 前記3次元グリッドは、立方体である請求項1に記載の情報処理装置。
- 前記変換手段は、前記3次元造形モデルが前記3次元グリッドの集合に包含されるように、前記仮想エリア内に初期配置する初期配置手段を有する、請求項1または2に記載の情報処理装置。
- 前記初期配置手段は、複数の前記集合モデルを前記仮想エリアの周辺に初期配置して、
前記移動手段は、複数の前記集合モデルを前記仮想エリアの中心方向に移動する、請求項3に記載の情報処理装置。 - 前記初期配置手段は、複数の前記集合モデルを前記仮想エリアの中央に初期配置して、
前記移動手段は、複数の前記集合モデルを前記仮想エリアの周辺方向に移動する、請求項3に記載の情報処理装置。 - 前記初期配置手段は、各3次元造形物の優先的な造形方向および禁止された造形方向を考慮して、前記各3次元造形モデルを包含する集合モデルを前記仮想エリアに初期配置し、
前記移動手段は、前記優先的な造形方向および禁止された造形方向を考慮して、複数の前記集合モデルを前記仮想エリア内で互いに重ならないように相対的に移動させる、請求項3乃至5のいずれか1項に記載の情報処理装置。 - 前記移動手段は、前記集合モデルの移動方向に対して優先順位を付けるための重み付けを行なう、請求項3乃至6のいずれか1項に記載の情報処理装置。
- 前記移動手段は、前記集合モデルを前記3次元グリッドの単位で回転する回転手段を含む、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の情報処理装置。
- 前記回転手段は、前記集合モデルを±90度あるいは180度、回転する、請求項8に記載の情報処理装置。
- 前記所定条件は、前記仮想エリア内の所定の位置から複数の前記集合モデルへの距離が、第1閾値より短くなった場合、あるいは、前記移動手段による移動の回数が第2閾値を超えた場合、を含む請求項1乃至9のいずれか1項に記載の情報処理装置。
- 前記3次元グリッドのサイズを漸次に縮小する縮小手段を、さらに備え、
前記縮小手段により前記3次元グリッドのサイズを漸次に縮小しながら、前記変換手段と、前記移動手段と、前記配置判定手段と、の処理を繰り返す、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の情報処理装置。 - 前記3次元造形モデルは、前記積層造形装置が造形する前記3次元造形物を表わすデータからなる、請求項1乃至11に記載の情報処理装置。
- 3次元造形物を表わすデータから前記3次元造形モデルを生成するモデル生成手段と、
前記3次元造形モデルのデータと前記配置のデータとに基づいて、前記3次元造形物の造形用データを生成して、前記積層造形装置に送信する造形用データ送信手段と、
をさらに備える請求項12に記載の情報処理装置。 - 3次元造形物を造形する積層造形装置の造形エリアを表わす3次元の仮想エリアを、3次元造形モデルの構成部位を包含可能であり、かつ、2つの3次元造形モデルの構成部位の距離を積層造形において必要な距離以上に維持できる所定サイズ単位で分割して、3次元グリッドを生成するグリッド生成ステップと、
複数の3次元造形モデルの各3次元造形モデルを、前記各3次元造形モデルを包含する前記3次元グリッドの集合モデルに変換する変換ステップと、
複数の前記3次元造形モデルにそれぞれ対応する複数の前記集合モデルを、互いに重ならないように相対的に移動させる移動ステップと、
複数の前記集合モデルの配置が所定条件を満足した場合に、複数の前記集合モデルの配置を複数の前記3次元造形モデルの配置とする配置判定ステップと、
を含み、
前記移動ステップにおいては、複数の前記集合モデルを前記仮想エリア内で前記3次元グリッドの前記所定サイズ単位に相対的に所定の方向に移動させ、複数の前記集合モデルが重ならない場合に移動を確定し、複数の前記集合モデルが重なる場合に移動を元に戻して前記所定の方向と異なる方向に移動させる3次元造形モデル配置方法。 - 3次元造形物を造形する積層造形装置の造形エリアを表わす3次元の仮想エリアを、3次元造形モデルの構成部位を包含可能であり、かつ、2つの3次元造形モデルの構成部位の距離を積層造形において必要な距離以上に維持できる所定サイズ単位で分割して、3次元グリッドを生成するグリッド生成ステップと、
複数の3次元造形モデルの各3次元造形モデルを、前記各3次元造形モデルを包含する前記3次元グリッドの集合モデルに変換する変換ステップと、
複数の前記3次元造形モデルにそれぞれ対応する複数の前記集合モデルを、互いに重ならないように相対的に移動させる移動ステップと、
複数の前記集合モデルの配置が所定条件を満足した場合に、複数の前記集合モデルの配置を複数の前記3次元造形モデルの配置とする配置判定ステップと、
をコンピュータに実行させる3次元造形モデル配置プログラムであって、
前記移動ステップにおいては、複数の前記集合モデルを前記仮想エリア内で前記3次元グリッドの前記所定サイズ単位に相対的に所定の方向に移動させ、複数の前記集合モデルが重ならない場合に移動を確定し、複数の前記集合モデルが重なる場合に移動を元に戻して前記所定の方向と異なる方向に移動させる3次元造形モデル配置プログラム。 - 3次元造形物を表わすデータから3次元造形モデルを生成するモデル生成手段と、
前記3次元造形物を造形する積層造形手段の造形エリアを表わす3次元の仮想エリアに、複数の前記3次元造形モデルを配置するモデル配置手段と、
前記モデル配置手段による複数の前記3次元造形モデルの配置結果に従って、前記造形エリアにおいて複数の前記3次元造形物を造形する前記積層造形手段と、
を備え、
前記モデル配置手段は、
前記3次元の仮想エリアを、3次元造形モデルの構成部位を包含可能であり、かつ、2つの3次元造形モデルの構成部位の距離を積層造形において必要な距離以上に維持できる所定サイズ単位で分割して、3次元グリッドを生成するグリッド生成手段と、
複数の前記3次元造形モデルの各3次元造形モデルを、前記各3次元造形モデルを包含する前記3次元グリッドの集合モデルに変換する変換手段と、
複数の前記3次元造形モデルにそれぞれ対応する複数の前記集合モデルを、互いに重ならないように相対的に移動させる移動手段と、
複数の前記集合モデルの配置が所定条件を満足した場合に、複数の前記集合モデルの配置を複数の前記3次元造形モデルの配置とする配置判定手段と、
を有し、
前記移動手段は、複数の前記集合モデルを前記仮想エリア内で前記3次元グリッドの前記所定サイズ単位に相対的に所定の方向に移動させ、複数の前記集合モデルが重ならない場合に移動を確定し、複数の前記集合モデルが重なる場合に移動を元に戻して前記所定の方向と異なる方向に移動させる3次元造形システム。
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