JPH0457167A - パラメトリック設計装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、コンピュータ援用設計等の会話型形状処理シ
ステムにおいて形状定義を行うパラメトリック設計装置
に関する。

［従来の技術］ 一般に、コンピュータ援用設計（以後、ＣＡＤと称する
）等の会話型形状処理システムにおける形状生成方法と
しては、形状を構成する線分、円弧等の各形状要素毎に
、要素の種類及び端点の座標値等の幾何情報を入力する
方法、高い頻度で用いられる形状を図形パターンとして
用意しておき、必要に応じて用意された図形パターンを
取り出す方法、図形の生成過程を一種のプログラムで定
義及び実行して形状を生成する方法（パラメータで定義
されている部分はパラメータの値に応じた形状が生成さ
れる）及び入力図形の各要素の座標値をパラメータの関
数として登録し、パラメータの値を入力することによっ
て図形の各要素の座標値を求めて図形を生成するパラメ
トＩＪツク図形処理方法（特開昭６１−２７３６７０号
参照）がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上述の形状要素毎に要素の種類及び幾前情報を
入力する形状生成方法及び図形パターンを用意してその
図形パターンを必要に応じて利用する形状生成方法には
、設計者の設計意図及び形状の機能的要求を反映させて
形状の生成及び修正を行うことか難しいという問題点が
ある。

上述の形状の生成過程をプログラムで定義する形状生成
方法及び座標値をパラメータ関数で定義する形状生成方
法には、パラメータ入力により形状が規定される部分が
あらかじめ決められており、形状が規定される部分を変
更する場合には、プログラム又はパラメータ関数を再定
義し直す必要があり形状の修正が難しいという問題点が
ある。

従来のパラメトリック図形処理方法には、従来のＣＡＤ
システムにおける図面データに対してパラメトリック設
計を適用できないという問題点かある。

本発明の目的は、上述の従来の形状生成方法の問題点に
鑑み、設計者の設計意図及び形状の機能的要求による形
状修正が容易であると共に、従来のＣＡＤデータを適用
できるパラメトリック設計装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の上述した目的は、初期のデータからパラメトリ
ック設計を適用するデータ部分を選択する選択手段と、
データ部分内の特定のデータから形状要素間の接続関係
を保持した形状データを生成する第１認識手段と、形状
データ及Ｏｚデータ部分内の他の特定のデータから寸法
データを生成する第２認識手段と、形状データ及び寸法
データから特定の未知数を含む方程式を生成する方程式
生成手段と、生成された特定の方程式の解を算出する算
出手段とを備えており、形状データ、寸法ブタ及び算出
された解から修正データを生成するパラメトリック設計
装置によって達成される。

［作用］ 選択手段が初期のデータからパラメトリック設計を適用
するデータ部分を選択し、第１認識手段がデータ部分内
の特定のデータから形状要素間の接続関係を保持した形
状データを生成し、第２認識手段が形状データ及びデー
タ部分内の他の特定のデータから寸法データを生成し、
方程式生成手段が形状データ及び寸法データから特定の
未知数を含む方程式を生成し、算出手段が生成された特
定の方程式の解を算出して、形状データ、寸法ブタ及び
算出された解から修正データを生成する。

［実施例］ 第１図は、本発明のパラメトリック設計装置における一
実施例の構成を示す。

第１図のパランｈ　ＩＪソック計装置１１は、選択手段
としての図面データ選択部１２、第１認識手段としての
形状認識部１３、第２認識手段としての寸法認識部１４
、方程式生成手段としての方程式生成部１５、算出手段
としての特徴点算出部１６、図面データ生成部１７及び
前記各部に接続された制御部１８により構成されている
。

第２図は、第１図に示すパラメトリック設計装置を用い
たＣＡＤシステムの一例を示す。

第２図のＣＡＤシステムは、パラメトリック設計装置１
１に接続された図面作成ＣＡ　Ｄ　１９、図面作成ＣＡ
　Ｄ　１９に接続されており図面作成ＣＡＤ１９で作成
された図面を格納するデータファイル２０、図面作成Ｃ
Ａ　Ｄ　１９に接続されており図面及び各種コマンドメ
ニュー等を表示するＣＲＴ２１、図面作成ＣＡ　Ｄ　＋
９に接続されておりオペレータが各種コマンド及び座標
などを入力するタブレット２２及びキーボード２３、図
面作成ＣＡ　Ｄ　１９に接続されており図面作成ＣＡ　
Ｄ　１９で生成された図面データなどを出力するプロッ
タ２４により構成されている。

以下、第２図に示すＣＡＤシステムの動作を、第３図の
フローチャートを参照して説明する。

まず、図面作成ＣＡ　Ｄ　＋９により図面データを作成
するか又はデータファイル２０から図面データを読み込
んで、初期のデータとしての初期図面デ夕を用意する。

この時点で形状に対して寸法拘束を行う（ステップ５１
００）。

次に、ステップＳ　１００て用意された初期図面データ
のどの部分に対して、実際にパラメトリック設計を適用
するかを図面データ選択部１２により指定する（ステッ
プ５２００）。

ステップ５２００で選択された図面データ内の特定のデ
ータとしての形状データから形状要素間の接続関係を保
持した形状データを形状認識部１３により生成する（ス
テップ８３１ｏ）。例えば、図面データ内の各形状要素
データが要素の種類及び座標値などの幾何データを保持
している場合、それらの幾何データから全ての形状要素
データの特徴点座標配列及び各形状要素ごとに要素の種
類及び特徴点座標配列へのポインタを生成する。なお、
形状要素の切断処理及びフィレットの除去はこのステッ
プ５３００で行う（これらの内容については後述する）
。

次にステップＳ　３００で生成された形状データ及びス
テップ５２００で選択された図面データ内の他の特定の
データとしての寸法データから、寸法と特徴点との関係
を保持した寸法データを寸法認識部４により生成する（
ステップ３４００）。例えば、図面データ内の寸法デー
タが寸法の種類及びその寸法が指し示めす座標値などの
幾何データを保持している場合、幾何データから各寸法
ごとに寸法の種類及び特徴点配列へのポインタを生成す
る。

ステップ５３００及びステップ５４００で生成された形
状データ及び寸法データから方程式生成部１５により特
定の方程式としての寸法拘束方程式を生成する（ステッ
プ８５００）。なお、デフォルトの寸法拘束方程式の自
動生成はこのステップ５５００で行う（この内容につい
ては後述する）。

ステップ５５００で生成された寸法拘束方程式を特徴点
算出部１６で解くことにより特定の未知数としての特徴
点座標を算出する（ステップ８６００）。

特徴点座標の算出方法としては、非線形方程式の一般解
法であるニュートンーラフソン（ＮＨｔｏｎ−Ｒａｐｈ
ｓｏｎ）法を用いる（この内容については後述する）。

ステップ５３００及びステップ８４００で生成された形
状データ及び寸法データ、そしてステップ５６００で生
成された特徴点座標から寸法整合のとれた修正データと
しての修正図面データを図面データ生成部１７により生
成する（ステップ８７００）。

なお、除去されたフィレットの復元はこのステップ５７
００で行う。

最後に修正図面はＣＲＴ２＋に表示される（ステップ５
８００）。

次に、上述した第３図に示されている形状の接続関係認
識（ステップ８３００）における形状要素の切断処理に
ついて説明する。

第４図（Ａ）〜（Ｃ）は、形状要素の切断処理が行われ
る状態の一例を示す。また、第５図は第４図（Ａ）〜（
Ｃ）の形状要素の切断処理の動作を示す。

第４図（Ａ）〜（Ｃ）に示すような２つの形状要素が接
する状態を検出する方法の一例を第５図を参照して以下
に説明する。

まず、２つの線分（第４図（Ａ）参照）または線分及び
円弧の組み合せ（第４図（Ｂ）及び（Ｃ）参照）を抽出
する（ステップ５３１１）。

次に、ステップ５３１１で抽出された２つの形状要素に
対するミニマックステスト（最大、最小テスト）を行う
（ステップ５３１２及び５３１３）。

接する可能性のある組み合せに対して、以下の切断条件
Ａまたは切断条件Ｂを満足するか否かの検査を行う（ス
テップ５３１４）： （切断条件Ａ） ２つの形状要素が両方とも線分の場合 ２つの線分の端点をそれぞれＰ　　、　　Ｐ２　、　Ｑ
ｔ　。

Ｑ２とすると、 点Ｐ　が線分ＱＱ　　上にあればＰｌが切断点点Ｐ　が
線分ＱＱ　　上にあればＰ２が切断点点Ｑ　が線分ＰＰ
　　上にあればＱｌが切断点点Ｑ　が線分ＰＰ　　上に
あればＱ２が切断点（切断条件Ｂ） 一方が円弧で他方が線分の場合 円弧の端点をＰ　　、Ｐ　　、線分の端点をＱｌ。

Ｑ２とすると、 点Ｐ　が線分上にあればＰ＋が切断点 点Ｐ　が線分上にあればＰ２が切断点 点Ｑ　が円弧上にあればＱｌが切断点 点Ｑ　が円弧上にあればＱ２が切断点 上記の切断条件Ａ又は切断条件Ｂを満足する場合には、
切断点（特徴点）へのポインタ及び切断される形状要素
番号を保持して切断点を抽出する（ステップ５３１５）
。

ステップ５３１５の処理に続いて、全ての組み合せに対
して切断点の抽出処理が終了したか否かを調べる（ステ
ップ３３１６）。

ステップＳ　３１６で、全ての組み合せに対して切断点
の抽出処理が終了した場合は、ステップ５３１５で生成
されたデータ及び切断前の形状要素データを用いて、切
断後の形状要素データの生成を行う（ステップ５３１７
）。

なお、第３図のステップＳ　７００における修正図面デ
ータ生成時には、切断前の形状要素データを用いること
によりＣＡ、　Ｄ図面データに対して実際に切断を行わ
すに位相を保持することができる。

次に、第３図に示されている上述した形状の接続関係認
識（ステップ５３００）におけるフィレット除去につい
て詳述する。

以下、第７図を参照して第６図（Ａ）、　（Ｂ）に示さ
れている２つの線分間に対するフィレット除去処理の動
作を説明する。

まず形状要素内の円弧の両端に線分が接続されている（
第６図（Ａ）参照）かどうかの判定を行う（ステップ５
３２１）。

接続されている場合は、以下の２つの条件を満たしてい
るかとうかの判定を行う。

（条件１） 円弧及び円弧に接続されている２つの線分の特徴点に対
して ＰＩＰ３土Ｐ、　Ｐ４ Ｐ２Ｐ３±Ｐ２Ｐ５ （条件２） 円弧の扇型のなす角θが ０〈θ〈π 上記の条件１及び条件２を満足すればフィレットとみな
す（ステップ５３２２及び５３２３）。

フィレットとみなされた場合は、円弧を消去し直線ＰＰ
　　と直線Ｐ　２　Ｐ　ｓの交点Ｐ６を求め端点Ｐ　１
．　　Ｐ　２を共にＰ６に置き換えることによりフィレ
ットの除去を行う（第６図（Ｂ）参照）と共に、この時
点でどの線分間に半径いくらの寸法のフィレットが設定
されているかという情報を保持しておく　（ステップ５
３２４）。この情報は、第３図の修正図面データ生成時
（ステップ５７００）においてフィレットを復元するの
に用いられる。

全ての円弧について処理が終了したか否かを調べる（ス
テップ５３２５）。終了していない場合には、ステップ
５３２１に戻る。

次に上述の寸法拘束方程式について詳述する。

システム内では、寸法拘束方程式は優先のものと非優先
のものに分類される。

特徴点座標は、図面内の寸法データから生成される寸法
拘束方程式とシステム側で自動生成される寸法拘束方程
式との両方を用いて算出されるが、通常、寸法拘束方程
式の全数は特徴点座標の数よりも多い。

除去されるべき方程式は、特徴点座標算出の際に非優先
の方程式の中から自動的に選ばれて除去される。

優先寸法拘束方程式としては、図面内の寸法ブタから生
成される方程式及び以下に示す自動生成される方程式の
一部がある。

以下、第３図の寸法拘束方程式の生成（ステラプ５５０
０）における寸法拘束方程式の自動設定方法の一例を第
８図の動作フローを参照して説明する。

まず選択された形状要素の集合に対してグループ分けを
行う。グループとは特徴点で互いに連結された形状要素
の集合である（ステップ５５１０）。

次に、形状の絶対的な位置を規定するために、グループ
内のある１つの特徴点に対して実際の座標値である位置
規定の寸法拘束方程式を各グループごとに優先で設定す
る。ただし、そのグループに対して図面内に位置規定の
寸法が設定されている場合、又はそのグループが円のみ
で構成されている場合は、位置規定の寸法拘束方程式の
自動生成は行わない（ステップ５５２０）。

次に各形状要素ごとに優先あるいは非優先の寸法拘束方
程式を自動生成する（ステップ５５３０）。

第９図に示す各形状要素に対して生成される寸法拘束方
程式を下記に示す。

■円弧（第９図（Ａ）参照） 優先方程式 さらに円弧の端点Ｐ１に線分ＰＩＰ４が接続されており
、 かつ、ＰＰ　ＬＰＰ　　の場合 Ｐ　１Ｐ　３−直線Ｐ１Ｐ４と点Ｐ３の距離さらに円弧
の端点Ｐ２に線分Ｐ　２　Ｐ　５が接続されており、 かつ、Ｐ　２　Ｐ　３土Ｐ　２　Ｐ　５の場合Ｐ　２　
Ｐ　３＝直線Ｐ２Ｐ５と点Ｐ３の距離非優先方程式 Ｐ　１Ｐ　３の水平距離＝初期図面におけるＰ　ｉ　Ｐ
　ａの水平距離 Ｐ　ＩＰ　３の垂直距離−初期図面におけるＰＩＰ３の
垂直距離 Ｐ　２　Ｐ　３の水平距離＝初期図面におけるＰ　２　
’Ｐ　３の水平距離 Ｐ　２　Ｐ　ａの垂直距離＝初期図面におけるＰ　２　
Ｐ　ａの垂直距離 ■線分（第９図（ｆｌ）参照） 非優先方程式 Ｐ　１Ｐ　２の水平距離−初期図面におけるＰＩＰ２の
水平距離 Ｐ　ＩＦ　２の垂直距離＝初期図面におけるＰ　ｔ　Ｐ
　２の垂直距離 なお、Ｐ　１Ｐ　２が水平線の場合には、垂直距離Ｏを
優先に、またはＰＩＰ２が垂直線の場合には、水平距離
＝０を優先にしておけば、パラメトリック設計後も水平
及び垂直を保持することができる。

水平線に近い線分に対して垂直距離＝０を優先で設定す
ることにより水平線に、そして垂直線に近い線分に対し
て水平距離−０を優先で設定することにより垂直線に補
正することもできる。

線分の両端点に対して位置規定の方程式を優先で設定す
ることにより、その線分を固定線にすることもできる。

■円（第９図（Ｃ）参照） 非優先方程式 Ｐｔのｘｙ座座標値切初期図面おける Ｐｌのｘｙｙ標値 ■切断された線分（第９図（ＤＪ参照）優先方程式 ％式％ ただし、この線分に対して垂直距離二〇または水平距離
−〇が優先で設定された場合は、上記の平行式の生成は
行わない。

非優先方程式 ％式％ 上記の線分の水平距離−初期図面における上記の線分の
水平距離 および、 上記の線分の垂直距離−初期図面における上記の線分の
垂直距離 ■切断された円弧（第９図（Ｅ）参照）優先方程式 ％式％ 非優先方程式 ＰＩＰ３・Ｐ　Ｉ　　Ｐ　ａ・　Ｐ２′Ｐ３・・・ＰＮ
’　Ｐ３．Ｐ２　Ｐ３ 上記の線分の水平距離−初期図面における上記の線分の
水平距離 および、 上記の線分の垂直距離−初期図面における上記の線分の
垂直距離 なお、図面内の寸法データより生成された方程式の中に
上記の■〜■で示された方程式と同じ種類の方程式が存
在する場合は、その方程式の自動生成は行わない。

以下、第３図の特徴点算出（ステップ３６００）でニュ
ートンーラフラン法を用いて特徴点を算出する場合の処
理を第１θ図を参照して説明する。

まず、第１０図中の記号の意味を以下のように定義する
（なお、各寸法拘束方程式はＦ、−〇の形で表現されて
いる）。

Ｘ（ジェオメトリック・ベクター・マトリックス）　特
徴点座標値の１次元配列を表すＸ　−（ｘ　１．　ｙ　
］　、　Ｘ　２　、　ｙ　２””　ｘｍ／２°ｙｍ／２
）Ｔ Ｊ　（ヤコビアン・マトリックス） ｒ（残余ベクター・マトリックス）　現在の特徴点の座
標値を寸法拘束方程式の左辺に代入した値を表す ｒ−（−Ｆ、　　Ｆ２　、　　Ｆ３ ■ ・・、−Ｆ）” ΔＸ（変位ベクター・マトリックス）：Δｘ＝（ΔＸ　
１ΔＸ２．Δｘ３ ・・、△ｘ　　）　Ｔ ε：０に近い正の値、ｍ：未知数の数、ｎ、方程式の数
、Ｆｏ、−〇Ｆ　、／ａｘ　、、テアリ、ＦｆｊＩ　　
　　　　　　Ｊ　　　　　　　　　　　　　１を方程式
の左辺を表すものとする。

まず、ジェオメトリック・ベクター・マトリックスＸの
初期値を設定する。初期値には初期図面の特徴点座標値
を用いる（ステップ３６１０）。

ヤコビアン・マトリックスＪ及び残余ベクター・マトリ
ックスｒを設定する（ステップ５６２（１）。

方程式Ｊ・ΔＸ＝ｒをガウスの消去法を用いて解くこと
により変位ベクター・マトリックスΔＸを算出する。な
お、ガウスの消去法において行及び列方向の完全ピボッ
ト選択を行うことにより、冗長な方程式を検出すること
ができる。また、優先方程式をマトリックスの上方に、
非優先方程式を下方に分けておき、優先方程式に関して
は列方向のみのピボット選択を行うことにより、優先方
程式は必ず使用され得る（ステップ５６３０）。

変位ベクター・マトリックスΔχ内の各要素の絶対値の
総和を算出し、その絶対値の総和がε未満であるか否か
を調べる（ステップ５６４０）。

その結果、絶対値の総和がε未満であれは、その時点に
おけるジェオメトリック・ベクター・７トリックスＸが
解となり特徴点算出が行なわれる。

他方、絶対値の総和がε以上であればステップ５６５０
に進む。

ステップ５６５０では、Ｘ＋ΔＸを新たにジェオメトリ
ック・ベクター・マトリックスＸとしてステップ５６２
０に戻る。

なお、特徴点算出の処理時間の大半は、ステップＳ　６
３０の方程式の解法時間であるため、すでに確定した特
徴点は次の処理対象から除くことにより、上記のヤコビ
アン・マトリックスＪを縮小化ができ、処理を高速化す
ることができる。例えば、ステップ５６４０とステップ
５６５０の間にヤコビアン・マトリックスＪの縮小化を
行うステップを導入する。

［発明の効果〕 初期のデータからパラメトリック設計を適用するデータ
部分を選択する選択手段と、データ部分内の特定のデー
タから形状要素間の接続関係を保持した形状データを生
成する第１認識手段と、形状データ及びデータ部分内の
他の特定のデータから寸法データを生成する第２認識手
段と、形状データ及び寸法データから特定の未知数を含
む方程式を生成する方程式生成手段と、生成された特定
の方程式の解を算出する算出手段とを備えており、形状
データ、寸法データ及び算出された解から修正データを
生成するので、特徴点座標を未知数とした方程式に変換
可能な寸法を有する形状データならどのような寸法の形
状データでも用いることかでき、ユーザの設計意図及び
形状に対する機能的要求を反映させながら図面設計を行
うことができると共に形状修正を自在に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパラメトリック設計装置の一実施例の
構成図、第２図は第１図のパラメトリック設計装置を用
いたＣＡＤシステムの一例の構成図、第３図は第２図の
ＣＡＤシステムの動作を示すフローチャート、第４図（
Ａ）〜（Ｃ）は形状要素切断が行われる状態の説明図、
第５図は形状要素切断の動作を示す図、第６図（Ａ）、
　（Ｂ）はフィレット除去を表す説明図、第７図はフィ
レット除去の動作を示す図、第８図は寸法拘束方程式の
自動設定の動作を示す図、第９図（Ａ）〜（Ｅ）は各形
状要素の特徴点を表す説明図、第１０図は特徴点座標算
出の動作を示す図である。 １１・・・パラメトリック設計装置、１２・・・図面デ
ータ選択部、１３・・・形状認識部、１４・・・寸法認
識部、１５・・・方程式生成部、１６・・・特徴点算出
部、１７・・・図面データ生成部、１８・・・制御部、
１９・・・図面作成ＣＡＤ、２０・・・図面データファ
イル、２１・・・ＣＲＴ、２２・・・タブレット、２３
・・・キーボード、２４・・・プロッタ。 （Ａ） 第８図 （Ｂ） （Ｃ） 一一−〜Ｐ５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　初期のデータからパラメトリック設計を適用するデー
   タ部分を選択する選択手段と、前記データ部分内の特定
   のデータから形状要素間の接続関係を保持した形状デー
   タを生成する第１認識手段と、前記形状データ及び前記
   データ部分内の他の特定のデータから寸法データを生成
   する第２認識手段と、前記形状データ及び前記寸法デー
   タから特定の未知数を含む方程式を生成する方程式生成
   手段と、前記生成された特定の方程式の解を算出する算
   出手段とを備えており、前記形状データ、前記寸法デー
   タ及び前記算出された解から修正データを生成すること
   を特徴とするパラメトリック設計装置。