JP6415835B2 - ドローモデル生成方法及びドローモデル生成システム - Google Patents
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Description
デザイン設計が成されると製品形状が得られるため、ドローモデル9の製品部91はデザイン設計と共に生成することができる。また、ダイフェース部95は、皺押さえを想定した部分であるため基本的に略平面であり比較的容易に生成することができる。一方、余肉部93は、プレス加工に応じて変形する部分であるため、ドローモデル9の生成では、余肉部93の生成に多くの時間がかかっている。
この点、搬送装置のレイアウト設計では、搬送する板材の重量や重心といったパラメータが重要であり、成形品の品質が低くても行うことができることがわかった。
また、設計タイミングの遅れを防ぐためには、ドローモデルの生成における処理負荷を軽減し、より効率的にドローモデルを生成することが求められる。
これにより、生成するのに膨大な時間が係るドローモデルを生成する際に、ポリゴンの分割が必要である部分のみを選択して分割することで、処理負荷を軽減し、より効率的にドローモデルを生成することができる。その結果、製品形状のデザイン設計が成された後、直ちに搬送装置のレイアウト設計が可能なドローモデルをより効率的に生成することができる。
これにより、十分に高精度にポリゴンを生成できる場合には、ポリゴンの分割が行われないことから、簡単な判定を行うことで、より高速に、より効率的にドローモデルを生成することが可能となる。
これにより、法線方向の大きさが過大なポリゴンが生成されることを避けることができる。
これにより、ポリゴンの各辺がなす折れ角が大きくなり、隣接するポリゴンとの関係において適確にドローモデルを表せない場合にはポリゴンの分割を行うことができるため、簡単な判定を行うことで、より高速に、より高精度なドローモデルを生成することが可能となる。
これにより、ポリゴン内部において、ポリゴンが表す面と形状データの面との差が大きい部分についてはポリゴンの分割を行うことができるため、簡単な判定を行うことで、より高速に、より高精度なドローモデルを生成することができる。
これにより、簡単にポリゴンを分割することができ、より高速にドローモデルを生成することができる。
初めに、図1を参照して、本発明のドローモデル生成システムの概要について説明する。ドローモデル生成システムでは、CAD(Computer Aided Design)を用いて生成した製品部91とダイフェース部95とから、プレス成形品の三次元のドローモデル9を生成する。具体的には、ドローモデル生成システムでは、図1(B)に示すように、製品部91及びダイフェース部95を含むドローモデル9に相当する領域に、夫々が個別のXY座標により規定される複数の特徴点101により構成される平面格子10を投影する。そして、図1(C)に示すように、投影した特徴点101を繋ぎポリゴン102とすることで、ドローモデル9を生成する。
この点、本発明のドローモデル生成システムでは、余肉部93に投影した特徴点101の座標(Z座標)を後述する方法により補間し、ドローモデル9を生成することとしている。
一方、平面格子10における特徴点101を低密度に設定すれば、ドローモデル9を生成するための処理負荷は低減されるものの、適切なモデル形状評価を得られない可能性が増大する。
この点、本発明のドローモデル生成システムでは、平面格子10における特徴点101を後述する方法により設定し、ドローモデル9を生成することとしている。
以下、詳細に説明する。
続いて、図2を参照して、本発明のドローモデル生成システム1の構成について説明する。図2は、本発明の一実施形態に係るドローモデル生成システム1の機能構成を示すブロック図である。
ドローモデル生成システム1は、作業者が各種データや指令を入力する入力装置2と、この入力装置2からの入力に応じて各種演算処理を実行する演算装置4と、画像を表示する表示装置6と、各種データを記憶する記憶装置8と、を含んで構成される。
特徴点101の間隔は、任意に設定することができるが、ドローモデルが自動車のアウタパネルやルーフパネルなどのパネル製品に関するものである場合、0.5mm間隔とすることが好ましい。この点、図3(B)(C)を参照して、具体的に説明する。なお、図3(B)は、製品部91の断面形状を示す模式図であり、図3(C)は、自動車のアウタパネルやルーフパネルなどのパネル製品のうち最もポリゴンの折れ角が大きくなる部位における、特徴点101の間隔とポリゴンの折れ角との関係を示す図である。
図3(B)を参照して、製品部91が、XY座標と略平行な平面911、913と、XY座標に対して所定の角度傾斜した斜面912とから構成される断面形状を考える。このとき、平面911、913に投影した特徴点101の間隔L1と、斜面912に投影した特徴点101の間隔L2とを比較すると、間隔L2の方が広くなる。この特徴点101の間隔は、特徴点101を繋いでポリゴン102を取得する場合にポリゴン102の折れ角となってあらわれる。ポリゴン102の折れ角が大きいとCAEによるモデル形状評価においてエラーの原因となるため、エラーとならない範囲に収める必要がある。
図3(C)に示すように、CAEによるモデル形状評価では、ポリゴン102の折れ角がθmaxを超えると、エラーや不正な解などの不具合となる。この点、自動車のパネル製品では、特徴点101の間隔を0.7mmとすることでポリゴン102の折れ角が約θmaxとなり、特徴点101の間隔を0.5mmとすることでポリゴン102の折れ角がθmax未満となることが確認できた。そのため、自動車のパネル製品についてドローモデルを生成する場合、特徴点101の間隔を形状変化が大きな箇所では0.5mmとすることが好ましい。
尚θmaxは経験的な閾値であり、各CAEソフトで夫々異なる。
上述のように、自動車のパネル製品においては、特徴点101の間隔を0.5mmとすることで、ポリゴン102の折れ角がθmax未満となる。
一方、パネル製品の全体にわたって特徴点101の間隔を0.5mmとした場合、形状変化の大きくない箇所では、特徴点101が過度に高密度に設定されることとなり、ドローモデル9を生成するための処理負荷が増大する。
即ち、特徴点101に関しては、より少ない数で、より精密なドローモデル9を生成できることが望ましい。
そこで、本実施形態においては、特徴点101を上限値となる間隔で初期設定し、所定の条件に適合する場合に、より小さい間隔で、さらに特徴点101を設定する。
図4は、平面格子生成部41における各分割条件(第1〜第3分割条件)の概念を説明するための模式図であり、図4(A)は第1分割条件判定部412における平面ピッチ、図4(B)は第2分割条件判定部413における折れ角、図4(C)は第3分割条件判定部414における折れ角の概念を示している。以下、図4を適宜参照しながら、平面格子生成部41の各機能について説明する。
また、平面格子分割部411は、第1分割条件判定部412、第2分割条件判定部413、及び第3分割条件判定部414によって平面格子10をさらに分割すると判定された場合に、平面格子10の単位格子(隣接する4つの特徴点101が構成する方形の領域)に対して、特徴点101をより小さい間隔で設定する。隣接する特徴点101の間にさらに特徴点101を追加することで、簡単にポリゴンの分割を行うことができ、ドローモデルを生成する処理を高速化することができる。
また、第2分割条件判定部413は、ドローモデル生成部43によって生成されたポリゴンにおいて、その単位格子の特徴点101夫々と、隣接する特徴点101とがなす辺の折れ角θ1〜θ8のいずれも、折れ角の第1閾値Th1を超えていないと判定した場合、第3分割条件判定部414に対し、その単位格子の判定結果を出力する。
また、第3分割条件判定部414は、条件判定用の特徴点101と単位格子の他の特徴点101とがなす辺の折れ角φ1,φ2のいずれも、折れ角の第2閾値Th2を超えていないと判定した場合、平面格子分割部411に対し、現在の特徴点101の間隔を確定するための指示を出力する。
ここで、図5を参照して座標算出部42についてより詳細に説明する。図5(A)は、CADデータの断面形状を示す模式図である。図5(A)を参照して、製品部91やダイフェース部95は、記憶装置8に形状データが予め記憶されているため、製品部91やダイフェース部95に投影された特徴点101のZ座標は、製品部91やダイフェース部95の形状データから容易に取得することができる。一方、余肉部93は、形状データが設定されていないため、余肉部93に投影された特徴点101のZ座標を適切に取得するための工夫が求められる。
図2に戻り、そこで、座標算出部42は、判定部421と、第1のZ座標算出部422と、第2のZ座標算出部423と、を含んで構成される。
第2のZ座標算出部423は、算出済みの特徴点101a、101b、101c、101dのZ座標Za,Zb,Zc,Zdを、特徴点101から特徴点101a、101b、101c、101dまでの距離に基づく重み付けを行うことで、特徴点101のZ座標を算出する。この重み付けの方法は任意であり、最も単純には、特徴点101a、101b、101c、101dのZ座標Za,Zb,Zc,Zdに対して線形補間を行うことで、特徴点101のZ座標を算出する。もちろん、線形補間に限られるものではなく、所定の近似式を用いた非線形補間により特徴点101のZ座標を算出することとしてもよい。
Z=Ka・Za+Kb・Zb+Kc・Zc+Kd・Zd ・・・式(1)
Ka+Kb+Kc+Kd=1 ・・・式(2)
Ka・Na=Kb・Nb=Kc・Nc=Kd・Nd ・・・式(3)
なお、Ka,Kb,Kc,Kdは、特徴点101からの距離に基づく重みであり、Na,Nb,Nc,Ndは、特徴点101からの距離(格子状である場合には数と同義)である。これら式(1)〜(3)から以下の式(4)が導かれ、この式(4)により特徴点101のZ座標を算出することができる。
図6から図8は、ドローモデル生成システム1の処理の流れを示すフローチャートである。図6に示すように、ドローモデルの生成は、製品部91やダイフェース部95の形状データ及び平面格子10を設定する準備工程と、この準備工程において準備したデータを用いてドローモデル9を生成するドローモデル生成工程と、を含む。より具体的には、準備工程は、ステップS1,S2の処理で構成され、ドローモデル生成工程は、ステップS3〜S7の処理で構成される。
ステップS21において、平面格子生成部41は、特徴点101の間隔を上限値に設定した平面格子10を生成する。ステップS22において、第1分割条件判定部412は、平面格子10における処理対象の単位格子について、設定された特徴点101の間隔が特徴点101の間隔の閾値(ここでは0.5mm)以下であるか否か(第1分割条件のXY平面における条件)の判定を行う。
他方、平面格子10の各単位格子について、設定された特徴点101の間隔が特徴点101の間隔の閾値以下である場合、ステップS22においてYESと判定され、処理をステップS26に移す。
ステップS23において、第1分割条件判定部412は、処理対象の単位格子について、CADデータ上に投影された、単位格子内の特徴点101のZ座標の差分値が閾値以上であるか否か(第1分割条件のZ座標における条件)の判定を行う。
処理対象の単位格子について、CADデータ上に投影された、単位格子内の特徴点101のZ座標の差分値が閾値以上である場合、ステップS23においてYESと判定され、処理をステップS27に移す。
他方、平面格子10の各単位格子について、CADデータ上に投影された、単位格子内の特徴点101のZ座標の差分値が閾値未満である場合、ステップS23においてNOと判定され、処理をステップS24に移す。
処理対象の単位格子の特徴点101夫々と、隣接する特徴点101とがなす辺の折れ角θ1〜θ8のいずれかが折れ角の第1閾値Th1を超えている場合、ステップS24においてYESと判定され、処理をステップS27に移す。
他方、処理対象の単位格子の特徴点101夫々と、隣接する特徴点101とがなす辺の折れ角θ1〜θ8の全てが折れ角の第1閾値Th1を超えていない場合、ステップS24においてNOと判定され、処理をステップS25に移す。
条件判定用の特徴点101と、処理対象の単位格子の他の特徴点101とがなす辺の折れ角φ1,φ2のいずれかが折れ角の第2閾値Th2を超えている場合、ステップS25においてYESと判定され、処理をステップS27に移す。
他方、条件判定用の特徴点101と、処理対象の単位格子の他の特徴点101とがなす辺の折れ角φ1,φ2の全てが折れ角の第2閾値Th2を超えていない場合、ステップS25においてNOと判定されて、処理をステップS26に移す。
ステップS27において、平面格子分割部411は、処理対象の単位格子について、特徴点101を追加して単位格子を1/2のピッチに分割する。即ち、処理対象の単位格子における縦横の辺の中央及び対角線の交点に特徴点101が追加される。ステップS27の後、図6の処理に戻る。
そこで、図8に示すように、ステップS22、ステップS23、ステップS24、ステップS25の順に平面格子10の分割条件を判定することにより、全体として、より効率的に平面格子10の生成を行うことが可能となる。
他方、ステップS7において、全ての単位格子について、第1〜第3の分割条件が充足されたと判定された場合、処理は終了する。
例えば、第2分割条件判定部413における第2分割条件、及び第3分割条件判定部414における第3分割条件では、折れ角について設定された第1閾値Th1、第2閾値Th2に基づいて、平面格子10をさらに分割するか否かを判定したが、3つの特徴点101によって定義されるsag値について設定された閾値によって、第2分割条件及び第3分割条件を判定することとしてもよい。
図10は、sag値の概念を示す模式図である。
図10に示すように、sag値Hは、3つの特徴点101によって定義され、以下の式(5)によって算出される。
H=Da・Db・sinθ/(Da2+Db2−2・Da・Db・cosθ)1/2 ・・・式(5)
なお、図10において、Da、Dbは夫々辺の長さを表し、θはそれらの辺に挟まれる角度を表している。
平面格子10において、隣接する任意の3つの特徴点101によって定義されるsag値Hの全てが、sag値について設定された閾値Hth(例えば、0.1mm)以下であれば、平面格子10の分割が不要であると判定できる。
sag値は、3つの特徴点101が形成する3角形のうち、2辺とその挟角を把握することで算出でき、ポリゴンの精度を適確に判定できるパラメータである。そのため、sag値を用いることで、負荷の小さい処理により、より適切に平面格子10の分割条件を判定することができる。
これにより、生成するのに膨大な時間が係るドローモデルを生成する際に、ポリゴンの分割が必要である部分のみを選択して分割することで、処理負荷を軽減し、より効率的にドローモデルを生成することができる。その結果、製品形状のデザイン設計が成された後、直ちに搬送装置のレイアウト設計が可能なドローモデルをより効率的に生成することができる。
これにより、十分に高精度にポリゴンを生成できる場合には、ポリゴンの分割が行われないことから、簡単な判定を行うことで、より高速に、より効率的にドローモデルを生成することが可能となる。
これにより、Z軸方向の大きさが過大なポリゴンが生成されることを避けることができる。
これにより、ポリゴンの各辺がなす折れ角が大きくなり、隣接するポリゴンとの関係において適確にドローモデルを表せない場合にはポリゴンの分割を行うことができるため、簡単な判定を行うことで、より高速に、より高精度なドローモデルを生成することが可能となる。
これにより、ポリゴン内部において、ポリゴンが表す面と形状データの面との差が大きい部分についてはポリゴンの分割を行うことができるため、簡単な判定を行うことで、より高速に、より高精度なドローモデルを生成することができる。
これにより、簡単にポリゴンを分割することができ、より高速にドローモデルを生成することができる。
2 入力装置
4 演算装置
41 平面格子生成部
411 平面格子分割部
412 第1分割条件判定部
413 第2分割条件判定部
414 第3分割条件判定部
42 座標算出部
421 判定部
422 第1のZ座標算出部
423 第2のZ座標算出部
43 ドローモデル生成部
9 ドローモデル
91 製品部
93 余肉部
95 ダイフェース部
10 平面格子
101 特徴点
Claims (8)
- 格子状に配列された複数の平面座標点の法線と三次元形状データとの交点座標を算出し、複数の交点座標を結ぶことによりポリゴン化されたドローモデルをコンピュータによって生成するドローモデル生成方法であって、
生成されたポリゴンの分割が必要であるか否かを判定する判定工程と、
前記判定工程において分割が必要であると判定された場合には、既に作成されたポリゴンを分割し、新たなポリゴンを生成する新ポリゴン生成工程と、を含み、
前記判定工程は、
隣接する前記平面座標点の間の距離が、当該距離について設定された閾値以下となっている場合には、前記ポリゴンの分割が必要でないと判定する予備判定工程と、
格子内の前記平面座標点の前記交点座標における前記法線方向の座標の最大値と最小値との差分値が、当該差分値について設定された閾値以上となっている場合には、前記ポリゴンの分割が必要であると判定する本判定工程と、を含み、
前記本判定工程は、前記予備判定工程において前記距離が前記閾値より大きいと判定された場合に実行されることを特徴とするドローモデル生成方法。 - 前記本判定工程は、
前記差分値が、前記閾値以上となっている場合には、前記ポリゴンの分割が必要であると判定する第1判定工程と、
生成されたポリゴンを形成する辺がなす折れ角を算出し、該折れ角が第1の閾値を超えている場合には、前記ポリゴンの分割が必要であると判定する第2判定工程と、を含み、
前記第2判定工程は、前記第1判定工程において前記差分値が前記閾値より小さいと判定された場合に実行されることを特徴とする請求項1に記載のドローモデル生成方法。 - 前記本判定工程は、生成されたポリゴンの内部に座標点を設定し、該座標点と前記三次元形状データとの交点座標を算出し、該交点座標と該ポリゴンを構成する他の前記交点座標とを結ぶ線分によって形成される折れ角を算出し、該折れ角が第2の閾値を超えている場合には、前記ポリゴンの分割が必要であると判定する第3判定工程を含み、
前記第3判定工程は、前記第2判定工程において前記折れ角が前記第1の閾値以下である場合に実行されることを特徴とする請求項2に記載のドローモデル生成方法。 - 前記新ポリゴン生成工程において、隣接する前記平面座標点の間に追加して平面座標点を設定し、追加した該平面座標点の法線と前記三次元形状データとの交点座標を算出し、隣接する複数の前記交点座標と結ぶことにより新たなポリゴンを生成することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のドローモデル生成方法。
- 格子状に配列された複数の平面座標点の法線と三次元形状データとの交点座標を算出し、複数の交点座標を結ぶことによりポリゴン化されたドローモデルを生成するドローモデル生成システムであって、
生成されたポリゴンの分割が必要であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部によって分割が必要であると判定された場合には、既に作成されたポリゴンを分割し、新たなポリゴンを生成する新ポリゴン生成部と、を備え、
前記判定部は、
隣接する前記平面座標点の間の距離が、当該距離について設定された閾値以下となっている場合には、前記ポリゴンの分割が必要でないと判定する予備判定部と、
格子内の前記平面座標点の前記交点座標における前記法線方向の座標の最大値と最小値との差分値が、当該差分値について設定された閾値以上となっている場合には、前記ポリゴンの分割が必要であると判定する本判定部と、を含み、
前記本判定部は、前記予備判定部において前記距離が前記閾値より大きいと判定された場合に前記ポリゴンの分割が必要であるか否かを判定することを特徴とするドローモデル生成システム。 - 前記本判定部は、
前記差分値が、前記閾値以上となっている場合には、前記ポリゴンの分割が必要であると判定する第1判定部と、
生成されたポリゴンを形成する辺がなす折れ角を算出し、該折れ角が第1の閾値を超えている場合には、前記ポリゴンの分割が必要であると判定する第2判定部と、を含み、
前記第2判定部は、前記第1判定部によって前記差分値が前記閾値より小さいと判定された場合に前記ポリゴンの分割が必要であるか否かを判定することを特徴とする請求項5に記載のドローモデル生成システム。
- 前記本判定部は、生成されたポリゴンの内部に座標点を設定し、該座標点と前記三次元形状データとの交点座標を算出し、該交点座標と該ポリゴンを構成する他の前記交点座標とを結ぶ線分によって形成される折れ角を算出し、該折れ角が第2の閾値を超えている場合には、前記ポリゴンの分割が必要であると判定する第3判定部を含み、
前記第3判定部は、前記第2判定部によって前記折れ角が前記第1の閾値以下であると判定された場合に前記ポリゴンの分割が必要であるか否かを判定することを特徴とする請求項6に記載のドローモデル生成システム。 - 前記新ポリゴン生成部は、隣接する前記平面座標点の間に追加して平面座標点を設定し、追加した該平面座標点の法線と前記三次元形状データとの交点座標を算出し、隣接する複数の前記交点座標と結ぶことにより新たなポリゴンを生成することを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載のドローモデル生成システム。
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