JP7314341B1 - 形状解析装置、形状解析方法および形状解析プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】メッシュデータから対象物の形状を解析する時間を短縮化できる形状解析装置等を提供する。【解決手段】形状解析装置は、複数の三角形メッシュを用いて対象物の形状を表すメッシュデータを取得する取得部と、前記複数の三角形メッシュのうち一辺を共有し且つ法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内にある２つの三角形メッシュを統合する処理を行い、統合されたメッシュと一辺を共有し且つ法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内にある三角形メッシュを繰り返し統合する処理を行う処理部と、前記処理部の処理結果に基づき、前記対象物の形状を表す形状データを解析する解析部と、を含む。【選択図】図１１

Description

本発明は、形状解析装置、形状解析方法および形状解析プログラムに関する。

ＳＴＬ（Standard Triangulated Language）データに基づき、対象物の形状を解析する技術が特許文献１に開示されている。

特開２０２１－１７９８６１号公報

ＳＴＬデータ等のメッシュデータは、複数の三角形メッシュを用いて対象物の形状を表している。対象物の形状を表す三角形メッシュの数が多くなると、対象物の形状の解析に要する時間が長くなる。

１つの側面として、本開示は、メッシュデータから対象物の形状を解析する時間を短縮化できる形状解析装置等を提供することを目的とする。

本開示の一態様における形状解析装置は、複数の三角形メッシュを用いて対象物の形状を表すメッシュデータを取得する取得部と、前記複数の三角形メッシュのうち一辺を共有し且つ法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内にある２つの三角形メッシュを統合する処理を行い、統合されたメッシュと一辺を共有し且つ法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内にある三角形メッシュを繰り返し統合する処理を行う処理部と、前記処理部の処理結果に基づき、前記対象物の形状を表す形状データを解析する解析部と、を備える。

切削制御システムの一例を示す図である。 形状解析装置の一例を示すブロック図である。 処理前のメッシュデータの一例を示す図である。 ６つの三角形メッシュの一例を示す図である。 図４Ａの三角形メッシュにベクトルを定義した場合の一例を示す図である。 図４Ｂのうちの２つの三角形メッシュを統合した状態の一例を示す図である。 図５Ａのメッシュに対してベクトルを定義した場合の一例を示す図である。 図５Ｂの統合済みメッシュと三角形メッシュとを統合した状態の一例を示す図である。 図６Ａの三角形メッシュにベクトルを定義した場合の一例を示す図である。 統合済みメッシュに最後の辺が残ったメッシュの一例を示す図である。 三角形メッシュを統合して得られる面の外形の一例を示す図である。 ９つの三角形メッシュの一例を示す図である。 図８Ａのうちの２つの三角形メッシュを統合した場合の一例を示す図である。 図８Ｂの統合済みメッシュに三角形メッシュを統合した状態の一例を示す図である。 統合済みメッシュに最後の辺が残ったメッシュの他の例を示す図である。 対象物の面の領域の内側に他の領域がある場合の一例を示す図である。 本実施形態の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図１１から続くフローチャートである。 処理後のメッシュデータの一例を示す図である。

以下、本実施形態について図面を参照しつつ説明する。図面については、同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本開示の必須構成要件であるとは限らない。

図１は、切削制御システム１００の一例を示す図である。切削制御システム１００は、サーバ１０１、演算システム１０２および工作機械１０３を含む。演算システム１０２は、形状解析装置１０４および設定装置１０５を含む。サーバ１０１と形状解析装置１０４とは、インターネット等のネットワークＮＷを介して接続されている。

図１では、形状解析装置１０４と設定装置１０５とを別途の装置として構成した例を示しているが、形状解析装置１０４と設定装置１０５とは一体の装置として構成されてもよい。また、形状解析装置１０４は、切削制御システム１００以外のシステムに用いられてもよいし、単体の装置として用いられてもよい。

サーバ１０１は後述するメッシュデータを記憶するサーバである。サーバ１０１は、例えば、切削制御システム１００を提供する会社によって所定の場所に設置される。

演算システム１０２は、工作機械１０３を制御するコンピュータである。工作機械１０３は、例えば、演算システム１０２からの制御に従って、加工対象物（以下、対象物とする）を加工するＮＣ（Numerical Control）工作機である。

形状解析装置１０４は、ネットワークＮＷを介して、サーバ１０１からメッシュデータを取得する。メッシュデータは、複数の三角形メッシュを用いて対象物の形状を表す図面データである。本実施形態では、メッシュデータはＳＴＬデータであるものとして説明するが、メッシュデータはＳＴＬデータ以外の任意の図面データであってもよい。メッシュデータは、対象物の立体的な形状を表すデータである。

形状解析装置１０４はメッシュデータから、対象物の形状を解析する。形状解析装置１０４は、解析した対象物の形状を表すデータを解析データとして設定装置１０５に出力する。形状解析装置１０４の詳細は後述する。

設定装置１０５は、工作機械１０３が対象物を加工する際の各種の設定を行う。例えば、設定装置１０５は、形状解析装置１０４が出力した解析データに基づき、加工種別や工具選定等の各種の設定を行う。

加工種別の設定は、例えば、島状の形状を残すように加工する島残し加工、止まり穴を形成する止まり穴加工、貫通穴を形成する貫通穴加工などの加工の種別に関する設定である。工具選定の設定は、例えば、例えば、センタードリル、スクエアエンドミルなどの工具の選定に関する設定である。

図１の例において、形状解析装置１０４は、ネットワークＮＷを介して、サーバ１０１からメッシュデータを取得してもよいし、可搬型メモリ等からメッシュデータを取得してもよい。例えば、形状解析装置１０４がネットワークＮＷに接続されていない単体の装置である場合、形状解析装置１０４は、メッシュデータが格納された可搬型メモリからメッシュデータを取得してもよい。

図２は、形状解析装置１０４の一例を示すブロック図である。形状解析装置１０４は、制御部２０１、通信部２０２、記憶部２０３、操作部２０４および表示部２０５を含む。形状解析装置１０４は、図２の構成に限定されず、他の要素を含んでもよいし、一部の要素が省略されてもよい。制御部２０１は、プロセッサおよびメモリを含む。制御部２０１のプロセッサとしては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の任意のプロセッサであってもよい。

通信部２０２は、ネットワークＮＷに接続されるネットワークインターフェースであって、制御部２０１からの指示に応じて、ネットワークＮＷを介して、情報を送受信する。本実施形態では、当該情報にメッシュデータが含まれる。

記憶部２０３は、例えば、ハードディスクやＲＯＭ、ＲＡＭ等の情報記録媒体で構成される。記憶部２０３は、制御部２０１のプロセッサによって実行されるプログラムを保持する情報記録媒体である。

操作部２０４は、例えば、キーボード、マウス、ボタン等のインターフェースで構成され、ユーザの指示操作に応じて、当該指示操作の内容を制御部２０１に出力する。表示部２０５は、例えば、液晶ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、または有機ＥＬディスプレイであって、制御部２０１からの指示に従い、情報を表示する。

制御部２０１は、取得部２１１、処理部２１２、解析部２１３および出力部２１４を含む。各部は、上述したプロセッサが、メモリに記憶された複数の命令セットを実行することにより実現されるソフトウェア的な機能である。

取得部２１１は、通信部２０２を介して、サーバ１０１からメッシュデータを取得する。処理部２１２は、取得したメッシュデータに対して本実施形態の各種の処理を行う。解析部２１３は、処理部２１２が処理したメッシュデータに基づき、対象物の形状解析を行う。出力部２１４は、対象物の形状解析を行った解析データを、例えば、設定装置１０５等に出力する。

図３は、処理前のメッシュデータの一例を示す図である。メッシュデータは、処理部２１２により処理が施される前のメッシュデータであって、サーバ１０１から取得されるＳＴＬデータである。図３の例のメッシュデータにおいて、対象物ＯＢは面ＳＡおよびＳＢを含む直方体の形状を有している。対象物ＯＢには、穴Ｈ１、穴Ｈ２を含む複数の穴（例えば、止まり穴や貫通穴等の穴）が形成されている。

図３の例に示されるように、メッシュデータは多くの三角形メッシュの集合により対象部ＯＢの形状を表している。メッシュデータは、対象物ＯＢの外形や穴等の形状の情報以外の多くの三角形メッシュの情報を含む。従って、メッシュデータから対象物ＯＢの形状を解析する際には、多くの処理時間を要する。そこで、本実施形態では、複数の三角形メッシュの辺を削除するとともに、メッシュ同士を統合する処理を繰り返し行い、三角形メッシュの辺の情報を削除していく。

図４Ａ～図７Ｂは、メッシュの統合の一例を示す図である。図４Ａは、６つの三角形メッシュＭ１～Ｍ６の一例を示す図である。図４Ａの６つの三角形メッシュＭ１～Ｍ６は、取得部２１１がサーバ１０１から取得したメッシュデータのうちの一部分のデータである。

ＳＴＬデータは、各三角形メッシュの３つの頂点の座標情報および各三角形メッシュの法線ベクトルの情報を含む。処理部２１２は、三角形メッシュＭ１～Ｍ６のそれぞれの三角形メッシュの３つの頂点およびそれぞれの法線ベクトルを抽出する。各頂点は、Ｘ座標、Ｙ座標およびＺ座標の三次元を表す座標軸で表される。

処理部２１２は、三角形メッシュＭ１～Ｍ６のそれぞれの３つの頂点を全て反時計回りに並べる。例えば、図４Ａの例において、処理部２１２は、三角形メッシュＭ１の３つの頂点をＡ１、Ｃ１、Ｂ１の順に並べる。他の三角形メッシュＭ２～Ｍ６も同様である。

処理部２１２は、各三角形メッシュＭ１～Ｍ６のそれぞれについて、３つの頂点を反時計回りに結ぶ３つのベクトルを定義する。例えば、処理部２１２は、三角形メッシュＭ１について、頂点Ａ１から頂点Ｂ１に向かうベクトル、頂点Ｂ１から頂点Ｃ１に向かうベクトルおよび頂点Ｃ１から頂点Ａ１に向かうベクトルを定義する。処理部２１２は、他の三角形メッシュＭ２～Ｍについても、同様に、各ベクトルを定義する。

処理部２１２は、各三角形メッシュのうち２つの三角形メッシュが一辺を共有し且つ両者の法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内である場合、当該２つの三角形メッシュを、両者が共有する一辺を削除するとともに、統合する。

図４Ｂは、図４Ａの三角形メッシュにベクトルを定義した場合の一例を示す図である。図４Ｂは、三角形メッシュＭ１について頂点Ｂ１から頂点Ｃ１に向かうベクトルＶ１、および三角形メッシュＭ２について頂点Ｃ２から頂点Ａ２に向かうベクトルＶ２を示している。

頂点Ｂ１と頂点Ａ２とは同じ座標であり、頂点Ｃ１と頂点Ｃ２とは同じ座標である。つまり、ベクトルＶ１の始点および終点とベクトルＶ２の終点および始点とは同じである。また、ベクトルＶ１の向きとベクトルＶ２の向きとは逆である。この場合、処理部２１２は、三角形メッシュＭ１と三角形メッシュＭ２とは、ベクトルＶ１およびベクトルＶ２が重複する辺Ｅ１を共有すると判定する。

また、三角形メッシュＭ１の法線ベクトルの向きの情報と三角形メッシュＭ２の法線ベクトルの情報もＳＴＬデータに基づき予め得られている。処理部２１２は、三角形メッシュＭ１の法線ベクトルの向きと三角形メッシュＭ２の法線ベクトルの向きとの差分が一定範囲内であるかを判定する。

上記の一定範囲は、任意の範囲に設定可能である。例えば、上記の一定範囲は、２つの三角形メッシュが同一平面か、または同一平面であるとして許容できる程度の範囲である。例えば、僅かに湾曲した曲面を同一平面として見做せる場合、処理部２１２は、当該曲面を構成する２つの三角形メッシュの法線ベクトルの向きが完全に同一でなくても、両者の法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内であると判定する。

三角形メッシュＭ１の法線ベクトルの向きと三角形メッシュＭ２の法線ベクトルの向きとの差分が一定範囲内であるとする。この場合、三角形メッシュＭ１と三角形メッシュＭ２とは辺Ｅ１を共有し且つ法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内であるため、処理部２１２は、辺Ｅ１を削除するとともに、三角形メッシュＭ１と三角形メッシュＭ２とを統合する。

図５Ａは、図４Ｂの２つの三角形メッシュを統合した状態の一例を示す図である。処理部２１２は、上述したように、三角形メッシュＭ１と三角形メッシュＭ２とを統合する。以下、統合したメッシュを統合済みメッシュと称する。統合済みメッシュＭ１２からは辺Ｅ１の情報が削除されている。

上述したように、２つの三角形メッシュの法線ベクトルの向きが完全に同一でなくても、一定範囲内である場合にも、２つの三角形メッシュは統合される。この場合、処理部２１２は、統合済みメッシュの法線ベクトルを、統合前の２つの三角形メッシュの法線ベクトルの平均として定義する。後述する統合済みメッシュと三角形メッシュとを統合する場合も同様である。

本実施形態では、統合済みメッシュとしては、２つの三角形メッシュを統合したメッシュ、および統合済みメッシュにさらに三角形メッシュを統合したメッシュの２種類のメッシュがある。何れの統合済みメッシュも、４辺以上の辺を有する多角形のメッシュである。

処理部２１２は、統合済みメッシュと一辺を共有し且つ法線ベクトルが一定範囲内である三角形メッシュがある場合、両者が共有する一辺を削除するとともに、統合済みメッシュと三角形メッシュとを統合する。

図５Ｂは、図５Ａのメッシュに対してベクトルを定義した場合の一例を示す図である。図５Ｂの例に示されるように、四角形の統合済みメッシュＭ１２の４辺のそれぞれについて、ベクトルが定義されている。例えば、頂点Ｂ２と頂点Ｃ１とを結ぶベクトルＶ１１は、もともとは三角形メッシュＭ２で定義されていたベクトルである。

三角形メッシュＭ３のうちベクトルＶ３は、頂点Ｃ３と頂点Ａ３とを結ぶベクトルである。ベクトルＶ１１とベクトルＶ３とは始点および終点が同じであり且つ向きが逆である。また、統合済みメッシュＭ１２の法線ベクトルの向きと三角形メッシュＭ３の法線ベクトルの向きとの差分が一定範囲内であるとする。

処理部２１２は、ベクトルＶ１２とベクトルＶ３とが重複する辺Ｅ２を削除するとともに、統合済みメッシュＭ１２と三角形メッシュＭ３とを統合する。これにより、統合済みメッシュＭ１２に三角形メッシュＭ３が統合された統合済みメッシュが得られる。図６Ａは、図５Ｂの統合済みメッシュと三角形メッシュとを統合した状態の一例を示す図である。

図６Ｂの統合済みメッシュＭ１３は、頂点Ａ１と頂点Ｂ１とを結ぶ辺、頂点Ｂ１と頂点Ｂ２とを結ぶ辺、頂点Ｂ２と頂点Ｂ３とを結ぶ辺、頂点Ｂ３と頂点Ｃ１とを結ぶ辺および頂点Ｃ１と頂点Ａ１とを結ぶ辺の合計５つの辺で構成される。頂点Ｂ３と頂点Ｃ１とを結ぶ辺および頂点Ｃ１と頂点Ａ１とを結ぶ辺は直線状になっているが、処理部２１２は、両者の辺を異なる辺として取り扱う。

図６Ｂは、図６Ａの三角形メッシュにベクトルを定義した場合の一例を示す図である。
統合済みメッシュＭ１３のうち頂点Ｂ３と頂点Ｃ１とを結ぶベクトルＶ１３と三角形メッシュＭ４のうち頂点Ｃ４と頂点Ａ４とを結ぶベクトルＶ４は、始点および終点が同じであり且つ向きが逆のベクトルである。また、統合済みメッシュＭ１３の法線ベクトルの向きと三角形メッシュＭ４の法線ベクトルの向きとの差分が一定範囲内であるとする。

処理部２１２は、ベクトルＶ１３とベクトルＶ４とが重複する辺Ｅ３を削除するとともに、統合済みメッシュＭ１３と三角形メッシュＭ４とを統合する。そして、処理部２１２は、統合済みメッシュと三角形メッシュとを統合する処理を繰り返す。

図７Ａは、最後の辺が残ったメッシュの一例を示す図である。頂点Ａ１と頂点Ｂ６とは同じ点である。頂点Ａ１と頂点Ｂ１と頂点Ｂ２と頂点Ｂ３と頂点Ｂ４と頂点Ｂ５と頂点Ｂ６とを結ぶ各ベクトルは結合可能である。この場合、処理部２１２は、各ベクトルを結合するとともに、各ベクトルにより構成される領域の内側に最後に残った辺Ｅ６を削除する。

図７Ｂは、三角形メッシュを統合して得られる面の最も外側の外形の一例を示す図である。図７Ｂの統合済みメッシュＭ２０は、上記の辺Ｅ６を削除することにより得られるメッシュである。統合済みメッシュＭ２０の各ベクトルを結合して構成される領域は、対象物の最も外側の外形のうちの１つの面を表す。図７Ｂの例では、面ＳＡが、対象物の最も外側の外形のうち１つの面を構成する。

統済み合メッシュＭ２０からは、三角形メッシュＭ１～Ｍ６を構成していた複数の辺が削除されている。これにより、対象物の１つの面を表す三角形メッシュの情報の多くが削除されるため、対象物ＯＢの形状を表すための情報が低減する。これにより、対象物ＯＢの形状を解析する際の処理時間が短縮化される。

次に、面の内部に穴がある場合のメッシュの統合および穴の解析について、図８Ａ～図１０Ｂを参照して説明する。図８Ａは、９つの三角形メッシュの一例を示す図である。図８Ａの９つの三角形メッシュＭ３１～Ｍ３９は、取得部２１１がサーバ１０１から取得したメッシュデータのうちの一部分のデータである。図８Ａの三角形メッシュＭ３１～Ｍ３９を含むメッシュデータは、図４Ａの三角形メッシュＭ１～Ｍ６を含むメッシュデータと同じであってもよいし、異なっていてもよい。

処理部２１２は、三角形メッシュＭ３１について、上述した例と同様、３つのベクトルＶ３１Ａ、Ｖ３１ＢおよびＶ３１Ｃを定義する。同様に、処理部２１２は、三角形メッシュＭ３２について３つのベクトルＶ３２Ａ、Ｖ３２ＢおよびＶ３２Ｃを定義し、三角形メッシュＭ３３について３つのベクトルＶ３３Ａ、Ｖ３３ＢおよびＶ３３Ｃを定義する。

三角形メッシュＭ３１のベクトルＶ３１Ｃと三角形メッシュＭ３２のベクトルＶ３２Ａとの始点および終点が同じであり且つ向きが逆である。また、三角形メッシュＭ３１の法線ベクトルの向きと三角形メッシュＭ３２の法線ベクトルの向きとの差分が一定範囲内であるとする。

処理部２１２は、ベクトルＶ３１ＣとベクトルＶ３２Ａとが重複する辺Ｅ３１を削除するともに、三角形メッシュＭ３１と三角形メッシュＭ３２とを統合する。図８Ｂは、図８Ａのうちの２つの三角形メッシュを統合した場合の一例を示す図である。三角形メッシュＭ３１と三角形メッシュＭ３２とが統合されることで、統合済みメッシュＭ４２が得られる。

処理部２１２は、同様に、統合済みメッシュＭ４２のベクトルＶ３２Ｃと三角形メッシュＭ３３のベクトルＶ３３Ａとが重複する辺Ｅ３２を削除するともに、統合済みメッシュＭ４２と三角形メッシュＭ３３とを統合する。図９Ａは、図８Ｂの統合済みメッシュに三角形メッシュを統合した状態の一例を示す図である。図９Ａの例では、統合済みメッシュＭ４２に三角形メッシュＭ３３を統合した統合済みメッシュＭ４３が示されている。

処理部２１２は、統合済みメッシュと一辺を共有し且つ法線ベクトルの向きが一定範囲内である三角形メッシュがある場合、統合済みメッシュと三角形メッシュとを統合する処理を繰り返し行う。これにより、図９Ｂの例に示されるような統合済みメッシュＭ４９が得られる。

図９Ｂは、統合済みメッシュＭ４９に最後の辺が残ったメッシュの一例を示す図である。処理部２１２は、統合メッシュＭ４９から最後の辺Ｅ３９を削除する。統合済みメッシュＭ４９の各ベクトルを結合して形成される領域は、対象物の最も外側の外形のうちの１つの面（図１０の面ＳＢ）である。

図１０は、対象物の面の領域の内側に他の領域がある場合の一例を示す図である。面ＳＢの外形を構成する各ベクトルは、図８Ａの各三角形メッシュの何れかの三角形メッシュのベクトルにより構成される。上述したように、各三角形メッシュの３辺のベクトルは、全て反時計回りに定義される。従って、面ＳＢの外形を構成する各ベクトルは、全て反時計回りになる。

一方、図１０の例に示されるように、面ＳＢの内側には他の領域が存在する。当該他の領域を構成する破線で示される各ベクトルは時計回りに定義されている。この場合、処理部２１２は、当該他の領域を面ＳＢの内側に設けられる穴Ｈであると判定する。

例えば、図８ＡのベクトルＶ３３Ｃの一部は、穴Ｈの一辺を構成する。穴Ｈを基準とした場合、図８ＡのベクトルＶ３３Ｃは時計回りになる。このため、穴Ｈを構成する各ベクトルは全て時計回りになる。つまり、面ＳＢを構成する各ベクトルの向きと穴Ｈを構成する各ベクトルとは逆になる。

処理部２１２は、面ＳＢの内側に他の領域があり且つ当該他の領域を構成する各ベクトルの向きが時計回りであった場合、当該他の領域を穴であると判定する。これにより、解析部２１３は、対象物ＯＢを構成する複数の外面のうちの１つの外面に穴が形成されていると解析する。

次に、本実施形態の処理の流れについて説明する。図１１は、本実施形態の処理の流れの一例を示すフローチャートである。取得部２１１は、通信部２０２を制御して、ネットワークＮＷを介して、サーバ１０１からメッシュデータを取得する（ステップＳ１０１）。取得されたメッシュデータはＳＴＬデータであり、複数の三角形メッシュを用いて対象物を表すデータである。

処理部２１２は、メッシュデータに含まれる複数の三角形メッシュのそれぞれについて、法線ベクトルおよび３つの頂点を抽出する（ステップＳ１０２）。そして、処理部２１２は、各三角形メッシュの３つの頂点を反時計回りに並べて、各三角形メッシュの３つの頂点を結ぶ３つのベクトルを反時計回りに定義する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３において、処理部２１２は、各三角形メッシュの全てに対して、３つの頂点を結ぶ３つのベクトルを時計回りに定義してもよい。この場合、上述した穴を判定するためのベクトルの向きは逆（反時計回り）になる。

処理部２１２は、複数の三角形メッシュのうち一辺を共有し且つ法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内の２つの三角形メッシュを探索する（ステップＳ１０４）。このとき、処理部２１２は、始点および終点が同じであり且つ向きが逆方向のベクトルがある２つの三角形メッシュが存在する場合、当該２つの三角形メッシュが一辺を共有すると判定する。

処理部２１２は、ステップＳ１０４の条件で探索した結果、条件を満たす２つの三角形メッシュがあるかを判定する（ステップＳ１０５）。取得したメッシュデータに含まれる複数の三角形メッシュにステップＳ１０４の探索の条件を満たす三角形メッシュが１つもない場合、処理部２１２はステップＳ１０５でＮｏと判定する。この場合、処理部２１２は「Ａ」から図１２の「Ａ」に進み、本実施形態のフローチャートを終了させる。

取得したメッシュデータに含まれる複数の三角形メッシュにステップＳ１０４の探索の条件を満たす三角形メッシュがある場合、処理部２１２はステップＳ１０５でＹｅｓと判定し、処理をステップＳ１０６に進める。

サーバ１０１から取得されるメッシュデータには多くの三角形メッシュが含まれる。そして、ステップＳ１０４で探索する条件（一辺を共有し且つ法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内である条件）を満たす三角形メッシュは多く存在するケースが想定される。この場合、処理部２１２は、メッシュデータに含まれる多くの三角形メッシュのうち、探索する条件を満たす２つの三角形メッシュを任意に指定してもよい。

処理部２１２は、条件を満たす２つの三角形メッシュが共有する一辺を削除するとともに、当該２つの三角形メッシュを統合する（ステップＳ１０６）。これにより、２つの三角形メッシュを統合した統合済みメッシュが得られる。統合前の２つの三角形メッシュの法線ベクトルの向きに差分がある場合、処理部２１２は、統合前の２つの三角形メッシュの法線ベクトルの向きの平均を、統合済みメッシュの法線ベクトルとして定義する。

処理部２１２は、統合済みメッシュと一辺を共有し且つ法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内の三角形メッシュを探索する（ステップＳ１０７）。統合済みメッシュとしては、２つの三角形メッシュを統合したメッシュ、および統合済みメッシュにさらに三角形メッシュを統合したメッシュの２種類のメッシュがある。

処理部２１２は、ステップＳ１０７の条件で探索した結果、条件を満たす三角形メッシュがあるかを判定する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８の探索の条件を満たす三角形メッシュがある場合、処理部２１２は、ステップＳ１０８でＹｅｓと判定し、処理をステップＳ１０９に進める。

処理部２１２は、探索した三角形メッシュと統合済みメッシュとが共有する一辺を削除するとともに、探索した三角形メッシュを統合済みメッシュに統合する（ステップＳ１０９）。

処理部２１２は、ステップＳ１０９を実行した後、処理をステップＳ１０７に戻す。これにより、処理部２１２は、統合済みメッシュに、ステップＳ１０７の探索の条件を満たす三角形メッシュを繰り返し統合していく。

統合済みメッシュについて、ステップＳ１０７の探索の条件を満たす三角形メッシュがなくなった場合、処理部２１２は、ステップＳ１０８でＮｏと判定し、処理を「Ｂ」から図１１のステップＳ１１０に進める。

図１２は、図１１から続くフローチャートである。解析部２１３は、複数のベクトルを結合して形成される領域を対象物ＯＢの１つの面の外形として解析する（ステップＳ１１０）。例えば、解析部２１３は、図７ＢのメッシュＭ２０の６つのベクトルを結合して形成される領域を対象物ＯＢの１つの面の外形として解析する。

解析部２１３は、ステップＳ１１０で解析した面の内側に時計回りのベクトルを結合した領域（他の領域）があるかを判定する（ステップＳ１１１）。上記の面の内側に時計回りのベクトルを結合した領域がある場合、解析部２１３は、ステップＳ１１１でＹｅｓと判定し、処理をステップＳ１１２に進める。この場合、解析部２１３は、上記の他の領域が上記の面の内側に形成された穴であると解析する（ステップＳ１１２）。

上述したように、面の内側に他の領域がある場合、当該他の領域を構成する各ベクトルは時計回りになる。従って、面の内側に他の領域があり、且つ当該他の領域を構成する各ベクトルが反時計回りになっている場合（ステップＳ１０３で定義したベクトルと同じ方向になっている場合）、解析部２１３は何らかのエラーが生じていると判定してもよい。エラーとしては、例えば、計算エラーがある。この場合、解析部２１３は、例えば、エラーが発生したことを示す情報を表示部２０５に表示させてもよい。

ステップＳ１０４～ステップＳ１１２が実行されることにより、１つの面についての三角形メッシュを統合する処理が終了する。対象物ＯＢは立体的な形状を有しているため、他の面についての三角形メッシュを統合する処理が残っている場合がある。

処理部２１２は、メッシュデータに含まれる全ての三角形メッシュについての処理（三角形メッシュを統合する処理）が終了したかを判定する（ステップＳ１１３）。全ての三角形メッシュについての処理が終了していない場合、処理部２１２は、ステップＳ１１３でＮｏと判定し、処理を「Ｃ」から図１１のステップＳ１０４に戻す。この場合、他の面についてのステップＳ１０４～ステップＳ１１２が繰り返される。

ステップＳ１０４～ステップＳ１１２が繰り返し実行されることで、対象物を構成する複数の面の情報が得られる。ステップＳ１０４～ステップＳ１１２は逐次的に実行されてもよいし、並列的に実行されてもよい。

全ての三角形メッシュについての処理が終了した場合、処理部２１２は、ステップＳ１１３でＹｅｓと判定し、処理をステップＳ１１４に進める。これにより、メッシュデータに含まれる全ての三角形メッシュについての処理が終了する。

図１３は、処理後のメッシュデータの一例を示す図である。図１３の例における対象物ＯＢを表すデータは、図３の例における対象物ＯＢを表すデータから大幅に三角形メッシュが削減されている。

解析部２１３は、処理後のメッシュデータに含まれる対象物ＯＢの形状を解析する（ステップＳ１１４）。本実施形態の処理後のメッシュデータは、多くの三角形メッシュの情報が削除されているため、対象物ＯＢの形状を解析する時間が短縮化される。

例えば、図３のメッシュデータには対象物ＯＢの側面ＳＡおよびＳＢに多くの三角形メッシュが含まれていたが、図１３のメッシュデータには側面ＳＡおよびＳＢの外形を構成する辺の情報が残り、不要な三角形メッシュの情報が削除されている。これにより、メッシュデータの情報量を大幅に削減でき、対象物ＯＢの形状を解析する時間を大幅に短縮できる。

解析部２１３は、例えば、対象部ＯＢの立体的形状を垂直方向に細かい粒度で階層化した各層を走査して形状解析を行う。例えば、形状解析の分解能が１μｍであり、且つ層数が２００００層程度であるとする。この場合、本実施形態の処理を行っていない場合と比較して、本実施形態の処理を行ったデータの解析に要する時間を、おおよそ１０分の１に短縮できる。

また、図３の例のメッシュデータでは、対象物ＯＢの外形の辺は複数の三角形メッシュにより表現されている。このため、対象物ＯＢの外形の辺は不連続な辺が結合されている状態となる。図３の例では、対象物ＯＢの側面ＳＡおよびＳＢは多くの三角形メッシュにより表現されており、不連続な辺を多く含む。これより、対象物ＯＢの外形を特定することが難しくなる。

例えば、工作機械１０３は、対象物ＯＢを溶接加工やバリ取り加工等を行うことがある。このような加工を行う場合、対象物ＯＢの外形の辺を高精度に特定する必要がある。特に、工作機械１０３による加工の自動化を行う際に、対象物ＯＢの外形の辺を高精度に特定することは重要である。

本実施形態では、図１３の例に示されるように、対象物ＯＢから多くの三角形メッシュの情報が削除されており、対象物ＯＢの外形の辺は１つの辺で表現される。これにより、本実施形態の処理がされた対象物ＯＢを表すデータを用いた工作機械１０３による加工処理の自動化が実現され得る。さらに、図１３のメッシュデータからは多くの三角形メッシュの情報が削除されているため、穴Ｈ１、Ｈ２に横穴が存在していたとしても、当該横穴の存在を容易に解析できる。

出力部２１４は、メッシュデータを解析して得られる対象物ＯＢの形状を表す解析データを出力する（ステップＳ１１４）。例えば、出力部２１４は、設定装置１０５に解析結果を出力する。

設定装置１０５は、解析結果に基づき、例えば、加工種別や工具選定等の各種の設定を行う。形状解析装置１０４と設定装置１０５とが１つの装置で実現される場合、上記の解析結果は、例えば、加工種別や工具選定等の各種の設定を行うソフトウェアモジュールに出力される。

上述した解析データは、表示部２０５に出力されてもよい。表示部２０５は、図１３の例で示されるシンプルなメッシュデータを表示する。これにより、形状解析装置１０４を操作するユーザは、図３の例で示される多くの三角形メッシュを含むメッシュデータではなく、シンプルなメッシュデータを視認できるため、対象物ＯＢの形状を良好に認識できる。

以上のように、本実施形態では、対象物を表すメッシュデータに含まれる複数の三角形メッシュのうち一辺を共有し且つ法線ベクトルが一定範囲内である三角形メッシュが統合されていく。これにより、メッシュデータに含まれる三角形メッシュの情報量が削減されるため、対象物の解析に要する時間を短縮化できる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本実施形態の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、各種の変形はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態および変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。

１００ 切削制御システム、１０１ サーバ、１０２ 演算システム、１０３ 工作機械、１０４ 形状解析装置、１０５ 設定装置、２０１ 制御部、２０２ 通信部、２０３ 記憶部、２０４ 操作部、２０５ 表示部、２１１ 取得部、２１２ 処理部、２１３ 解析部、２１４ 出力部

Claims (8)

1. 複数の三角形メッシュを用いて対象物の形状を表すメッシュデータを取得する取得部と、
   前記複数の三角形メッシュのうち一辺を共有し且つ法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内にある２つの三角形メッシュを統合する処理を行い、統合されたメッシュと一辺を共有し且つ法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内にある三角形メッシュを繰り返し統合する処理を行う処理部と、
   前記処理部の処理結果に基づき、前記対象物の形状を表す形状データを解析する解析部と、
   を備える、形状解析装置。
2. 前記処理部は、前記複数の三角形メッシュのそれぞれの三角形メッシュの３つの頂点を結ぶ３つのベクトルの方向を反時計回りまたは時計回りに定義する、請求項１に記載の形状解析装置。
3. 前記処理部は、始点および終点が同じであり且つ向きが逆である２つのベクトルにより定義される線分を前記一辺として削除する、請求項２に記載の形状解析装置。
4. 前記解析部は、前記３つのベクトルを定義した方向と同じ方向を結合して形成される領域が前記対象物の最も外側の外形のうちの１つの面であると解析する、請求項２または３に記載の形状解析装置。
5. 前記解析部は、前記領域の内部に、前記３つのベクトルを定義した方向と逆方向の複数のベクトルを結合して形成される他の領域がある場合、当該他の領域が前記対象物の内側に設けられる穴であると解析する、請求項４に記載の形状解析装置。
6. 出力部、をさらに備え、
   前記処理部は、前記メッシュデータのうち統合する対象の三角形メッシュがなくなった時点で前記繰り返し統合する処理を終了し、
   前記出力部は、前記メッシュデータに対して前記繰り返し統合する処理を終了したデータが前記形状データとして出力する、請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の形状解析装置。
7. 複数の三角形メッシュを用いて対象物の形状を表すメッシュデータを取得し、
   前記複数の三角形メッシュのうち一辺を共有し且つ法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内にある２つの三角形メッシュを統合する処理を行い、統合されたメッシュと一辺を共有し且つ法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内にある三角形メッシュを繰り返し統合する処理を行い、
   前記繰り返し統合する処理の処理結果に基づき、前記対象物の形状を表す形状データを解析する、
   処理をコンピュータが実行する形状解析方法。
8. 複数の三角形メッシュを用いて対象物の形状を表すメッシュデータを取得し、
   前記複数の三角形メッシュのうち一辺を共有し且つ法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内にある２つの三角形メッシュを統合する処理を行い、統合されたメッシュと一辺を共有し且つ法線ベクトルの向きの差分が一定範囲内にある三角形メッシュを繰り返し統合する処理を行い、
   前記繰り返し統合する処理の処理結果に基づき、前記対象物の形状を表す形状データを解析する、
   処理をコンピュータに実行させる形状解析プログラム。

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