JPWO2017122462A1 - 造形処理装置、造形処理システムおよびプログラム - Google Patents

Abstract

造形した立体物を複製する際、その立体物と同様の造形物を得ることができる装置やシステム等を提供する。
この装置は、立体物の造形処理を行うための造形処理装置であり、各々が立体物の表面形状の情報を含む複数の立体物情報を蓄積する蓄積部３０と、立体物の表面を読み取る読取部３４により生成された該立体物の表面形状の情報に基づき、蓄積された複数の立体物情報から造形に使用する立体物情報を検索する検索部３１と、生成された表面形状の情報から立体物を造形したときの造形条件を抽出する抽出部３２とを含む。

Description

本発明は、立体物の造形処理を行うための造形処理装置、造形処理システムおよび立体物の複製である造形物を造形するために使用する情報を取得し、出力する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。

3Dプリンタが普及し、3Dモデルデータがあれば誰でも立体物を造形することができるようになってきている。この3Dモデルデータは、CAD(Computer Aided Design)等により作成されているが、近年では、3Dスキャナにより読み取った表面形状の情報から作成する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１０１４４６号公報

しかしながら、上記の方法では、複製元の立体物が3Dプリンタで造形した造形物である場合、3次元測定して取得した3Dモデルデータに基づき造形しても、同様のものを複製することができないという問題があった。これは、3Dプリンタで造形する際、3Dモデルデータだけでなく、積層ピッチ等の造形条件を指定する必要があり、複製元の立体物と同じ造形条件で造形しなければ、同様のものは得られないからである。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、3Dプリンタで造形した造形物を複製元の立体物として複製する際、その立体物と同様の造形物を得ることができる装置、システムおよびプログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、立体物の造形処理を行うための造形処理装置であって、各々が立体物の表面形状の情報を含む複数の立体物情報を蓄積する蓄積部と、立体物の表面を読み取る読取部により生成された該立体物の表面形状の情報に基づき、蓄積部に蓄積された複数の立体物情報から造形に使用する立体物情報を検索する検索部と、読取部により生成された表面形状の情報から立体物を造形したときの造形条件を抽出する抽出部とを含む、造形処理装置を提供する。

本発明によれば、造形した立体物を複製する際、その立体物と同様の造形物を得ることができる。

造形処理システムの構成例を示した図。 情報処理装置のハードウェア構成を示した図。 造形処理システムの第１の機能構成を示したブロック図。 3Dスキャンデータまたは3Dモデルデータの一例を示した図。 造形条件の一例を示した図。 積層ピッチについて説明する図。 積層ピッチの違いについて説明する図。 造形方向の違いについて説明する図。 造形処理システムが実行する第１の処理の流れを示したシーケンス図。 3Dモデルデータを検索する処理の流れを示したフローチャート。 造形条件を抽出する処理の流れを示したフローチャート。 積層ピッチを特定する第１の処理の流れを示したフローチャート。 造形方向を特定する第１の処理の流れを示したフローチャート。 積層ピッチを特定する第２の処理の流れを示したフローチャート。 造形方向を特定する第２の処理の流れを示したフローチャート。 造形処理システムの第２の機能構成を示したブロック図。 造形処理システムが実行する第２の処理の流れを示したシーケンス図。 造形条件を補正する処理の流れを示したフローチャート。 造形処理システムの第３の機能構成を示したブロック図。 造形処理システムが実行する第３の処理の流れを示したシーケンス図。

図１は、立体物の造形処理を行うための造形処理システムの構成例を示した図である。図１に示す造形処理システムは、読取部としての読取装置と、情報処理装置と、造形部としての造形装置とを含んで構成される。読取装置は、複製元の立体物の表面を読み取り、その立体物の表面形状の情報を出力する。読取装置は、例えば3Dスキャナ１０であり、表面形状の情報は、3Dスキャナ１０から出力される3Dスキャンデータである。

情報処理装置は、読取装置から3Dスキャンデータを取得し、造形に使用する立体物情報を検索する等の処理を行う。情報処理装置は、例えば3Dモデルデータサーバ１１であり、複数の立体物情報として、複数の3Dモデルデータを蓄積し、その中から造形に使用する3Dモデルデータを検索し特定する。そして、情報処理装置は、特定した3Dモデルデータを造形装置に出力する。

造形装置は、情報処理装置から3Dモデルデータを受け取り、その3Dモデルデータに基づき造形物を造形する。造形装置は、例えば3Dプリンタ１２であり、3Dスキャナ１０で読み取った立体物の複製を、造形物を造形することにより作成する。

3Dスキャナ１０と3Dモデルデータサーバ１１と3Dプリンタ１２とは、直接ケーブルで接続されていてもよいし、LAN(Local Area Network)やインターネット等のネットワークを介して接続されていてもよい。なお、ネットワークは、有線ネットワーク、無線ネットワークのいずれであってもよい。また、造形システムは、必要に応じて、アクセスポイント、プロキシサーバ、プリントサーバ、DNS(Domain Name System)サーバ等の他の機器を含んで構成されていてもよい。

3Dスキャナ１０は、スキャン方式によって接触式のスキャナと非接触式のスキャナとがある。図１に示す例では、非接触式の3Dスキャナを示している。接触式の3Dスキャナは、ハードウェアとして、センサを含む。接触式の3Dスキャナは、センサを複製元の立体物の表面に押し当て、押し当てた表面の三次元位置の座標を複数測定する。

非接触式の3Dスキャナは、レーザー光を使用するタイプと、パターン光を使用するタイプとがある。レーザー光を使用するタイプの3Dスキャナは、レーザー光を照射する照射装置と、センサとを含む。照射装置により複製元の立体物にレーザー光を当て、その立体物から反射するレーザー光をセンサで識別し、例えば三角法を使用してその立体物の表面の各位置までの距離を計測する。パターン光を使用するタイプの3Dスキャナは、パターンを照射する照射装置と、センサとを含む。照射装置により縞模様のパターンを複製元の立体物に当て、センサでその縞模様を構成するラインを識別し、その立体物の表面の各位置までの距離を計測する。

3Dプリンタ１２は、造形する方式として熱溶解積層法、光造形法、粉末法等を使用する3Dプリンタがある。熱溶解積層法を使用する3Dプリンタは、熱で融解した造形材料である樹脂を少しずつ積み重ねて造形する。この樹脂としては、ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニルスルホン樹脂、ポリ乳酸等を使用することができる。

光造形法を使用する3Dプリンタは、液状の樹脂に紫外線等を照射し、造形材料である樹脂を少しずつ硬化させて造形する。この樹脂としては、光硬化性樹脂が使用される。粉末法を使用する3Dプリンタは、造形材料である粉末の石膏や樹脂を所定厚さの層として敷き詰め、その層上の所定位置に接着剤を塗布し、その上に粉末の石膏や樹脂を敷き詰め、これを繰り返すことにより造形する。

図１では、3Dスキャナ１０と、3Dモデルデータサーバ１１と、3Dプリンタ１２という別個の３つの機器から構成される造形処理システムを説明してきたが、これらが１つの筐体に収納され、１つの装置として構成された造形処理装置であってもよい。また、造形処理システムは、3Dスキャナ１０と3Dモデルデータサーバ１１とから構成されるものであってもよい。造形処理装置は、上記の３つの機器を１つの筐体に収納したもののほか、3Dスキャナ１０と3Dモデルデータサーバ１１とを１つの筐体に収納したものや、3Dモデルデータサーバ１１のみからなるものであってもよい。

図２を参照して、3Dモデルデータサーバ１１のハードウェア構成について説明する。3Dモデルデータサーバ１１は、一般的なPCと同様、CPU２０、ROM２１、RAM２２、HDD２３、入出力I/F２４、入力装置２５、表示装置２６を備える。

CPU２０は、3Dモデルデータサーバ１１全体の動作を制御する。ROM２１は、3Dモデルデータサーバ１１を起動するためのブートプログラムやファームウェア等を記憶する。RAM２２は、CPU２０に対して作業空間を提供する。HDD２３は、上記の3Dモデルデータを取得し、出力する処理を実行するためのプログラム、OS、複数の3Dモデルデータを記憶する。

入出力I/F２４は、上記の入力装置２５および表示装置２６のほか、3Dスキャナ１０および3Dプリンタ１２と接続し、データや情報の入力および出力を制御する。入力装置２５は、マウスやキーボード等とされ、ユーザからの指示や情報の入力を受け付ける。表示装置２６は、3Dスキャンデータや特定した3Dモデルデータ等を表示する。

なお、3Dモデルデータサーバ１１は、これらのハードウェアに限られるものではなく、ネットワークに接続するために通信I/F、外部記憶装置を接続するために外部記憶装置I/F等をさらに備えていてもよい。したがって、3Dモデルデータは、3Dモデルデータサーバ１１内のHDD２３に記憶されることに限られるものではなく、3Dモデルデータサーバ１１がアクセス可能な外部記憶装置に記憶されていてもよい。また、3Dモデルデータサーバ１１がネットワークを介して通信可能な他の機器やデータベース等に記憶されていてもよい。

図３は、造形処理システムの第１の機能構成を示したブロック図である。造形処理システムは、蓄積部３０と、検索部３１と、抽出部３２と、出力部としても機能する制御部３３と、読取部３４と、造形部３５とを含んで構成されている。造形処理システムは、蓄積部３０、検索部３１、抽出部３２、制御部３３、読取部３４を少なくとも含み、造形部３５は必要に応じて設けることができる。検索部３１、抽出部３２、制御部３３については、上記のCPU２０が上記のプログラムを実行することにより、蓄積部３０については、HDD２３等により実現される。また、読取部３４については、3Dスキャナ１０により、造形部３５については、3Dプリンタ１２により実現される。

読取部３４は、複製元の立体物の表面を読み取り、その表面形状の情報を3Dスキャンデータとして生成する。ここでは、立体物は、既に造形部３５等で造形された三次元形状の造形物である。3Dスキャンデータは、例えば図４に示すような三次元の頂点の位置（座標）を指定した三角形データの集合による形式、具体的にはSTL(Standard Triangulated Language)とすることができる。

図４に示すSTLで表現した3Dスキャンデータは、facetからendfacetまでを１つの三角形データで表し、normalで三角形の法線ベクトルを表し、３つのvertexで三角形の各頂点の位置を表す。このような三角形データを繰り返し記述することで、三次元形状を表現する。ここでは、3Dスキャンデータについて説明したが、3Dモデルデータも同様にして表現することができる。なお、3Dスキャンデータや3Dモデルデータは、三次元形状を表現していればSTLに限らず、どのような形式のデータであってもよい。

蓄積部３０は、各々が立体物の表面形状の情報を含む複数の立体物情報を、複数の3Dモデルデータとして蓄積する。したがって、立体物情報は、その立体物の内部構造の情報も含んでいてもよい。内部構造の情報は、例えば中空等の情報である。

検索部３１は、読取部３４により生成された3Dスキャンデータに基づき、蓄積部３０に蓄積された複数の3Dモデルデータの中から造形に使用する3Dモデルデータを検索する。検索部３１は、複数の3Dモデルデータの中から3Dスキャンデータが表現する立体物の表面形状に類似する表面形状の情報をもつ3Dモデルデータを検索する。そして、検索部３１は、検索した3Dモデルデータを、造形に使用する3Dモデルデータとして特定する。

抽出部３２は、読取部３４により生成された3Dスキャンデータから、その立体物を造形したときの造形条件を抽出する。造形条件は、その立体物を造形したときに指定した積層ピッチや造形方向等である。積層ピッチは、粉末の樹脂や石膏等を積み重ねて造形する際の各層の厚さであり、造形方向は、その立体物を造形する際の層を積み重ねる方向（積層方向）である。以下、造形条件をこれら２つの情報として説明するが、造形条件はこれらに限定されるものではない。

造形条件は、例えば図５に示すような内容のものとされる。造形条件は、項目とそれに対応する内容とを含み、項目は、上記の積層ピッチや造形方向であり、内容は、各層の高さ(mm)や積み重ねる方向である。積み重ねる方向は、X軸、Y軸、Z軸に対する角度である。X軸は、3Dプリンタが備える造形槽を上から見た矩形の平面の一辺の方向、Y軸は、その平面の該一辺に垂直な他の辺の方向、Z軸は、X軸およびY軸に対して垂直で、造形槽の高さ方向である。

図６に示す立体物を参照して、積層ピッチについて説明する。図６に示す立体物は、造形された円錐状の立体物で、円錐状にするために、一層毎に径が小さくなる円盤を積み重ねることにより造形されている。この各円盤の厚さあるいは高さが各層の厚さであり、その厚さが積層ピッチである。

積層ピッチがどの程度であるかは、複製元の立体物の表面を計測することにより求めることができる。これは、3Dプリンタで造形した立体物が層の積み重ねにより造形されたことに起因して、図７Ａに示すように、層の厚みの違いが、立体物の表面に現れるためである。この表面の計測は、画像解析により行うことができる。

造形方向がどの方向であるかも、積層ピッチと同様、複製元の立体物の表面を計測することにより求めることができる。これは、3Dプリンタで造形した造形物が層の積み重ねにより造形されたことに起因して、図７Ｂに示すように、どの向きに造形されたかについての違いが造形物の表面に現れるためである。ちなみに、図７Ｂは、円錐状の立体物を、円盤を積み重ねて造形したものと、それを９０度回転した立体物で、直方体等を積み重ねて造形したものとを示している。

制御部３３は、造形処理システム全体を制御し、ユーザから立体物の複製の要求を受け付け、読取部３４に対して3Dスキャンデータの取得を要求し、3Dスキャンデータを取得する。制御部３３は、検索部３１に対して3Dモデルデータの検索を要求し、3Dモデルデータを取得する。また、制御部３３は、抽出部３２に対して造形条件の抽出を要求し、造形条件を取得する。そして、制御部３３は、造形部３５へ検索部３１により検索された3Dモデルデータと抽出部３２により抽出された造形条件とを送信する。

造形部３５は、制御部３３から受け取った3Dモデルデータと造形条件とに基づき造形物を造形する。3Dモデルデータは、表面形状の情報のほか、内部構造の情報を含むことができる。このため、造形部３５は、内部構造の特徴も反映して造形物を造形することができる。また、造形部３５は、複製元の立体物と同じ造形条件で造形するため、同じ積層ピッチおよび造形方向で造形する。これにより、複製元の立体物と同様の造形物を得ることができる。

図３に示す造形処理システムにより実行される処理を、図８を参照して詳細に説明する。制御部３３は、ユーザから立体物の複製の要求を受け付け、読取部３４に対して3Dスキャンデータの取得を要求する(S1)。3Dスキャンデータは、複製を要求された立体物の表面形状データであり、その立体物は、3Dプリンタで造形した造形物である。複製元の立体物を造形した3Dプリンタは、この造形処理システムが備える3Dプリンタ１２であってもよいし、他の3Dプリンタであってもよい。

読取部３４は、制御部３３からの要求を受けて、立体物の表面を読み取り、3Dスキャンデータを生成する(S2)。3Dスキャンデータは、例えば図４に示したSTLで表現されたデータである。読取部３４は、生成した3Dスキャンデータを制御部３３に送信する(S3)。

制御部３３は、読取部３４から3Dスキャンデータを受け取った後、検索部３１にその3Dスキャンデータを送り、3Dモデルデータの検索を要求する(S4)。検索部３１は、制御部３３からの要求を受けて、蓄積部３０に対して3Dモデルデータの取得を要求し(S5)、蓄積部３０から3Dモデルデータを取得する(S6)。

検索部３１は、3Dスキャンデータと、3Dモデルデータとの類似性を判定する処理（マッチング処理）を行い、表面形状が類似する3Dモデルデータを検索する(S7)。S5からS7の処理は、3Dモデルデータを検索するまで繰り返される。検索部３１は、マッチング処理により特定した3Dモデルデータを類似形状候補としてリストし、そのリストを制御部３３に送信する(S8)。

類似形状候補とするかどうかは、各データが表現する立体物の表面形状がどの程度類似しているかを数値で表したパラメータ（類似度）を求め、その類似度が閾値以上かどうかにより決定することができる。閾値は、造形処理システムが固定で保持することもできるし、造形処理システムが類似形状候補の数に応じて決定してもよい。

3Dスキャンデータが表現する立体物と3Dモデルデータが表現する立体物との表面形状の類似度は、これまでに知られたいかなる方法でも使用して求めることができる。例えば、クラスタ分析、k-近傍法、多次元尺度構成法(MDS)等を使用して数値として求めることができる。これらの方法は、よく知られた方法であるので、ここでは詳述しない。

制御部３３は、取得したリストに3Dモデルデータが１つである場合、その3Dモデルデータを、造形に使用する3Dモデルデータとして特定する。制御部３３は、取得したリストに3Dモデルデータが複数ある場合、類似度が最も高い3Dモデルデータを、造形に使用する3Dモデルデータとして特定する。なお、これに限らず、制御部３３は、取得したリストをユーザに提示する等してユーザに選択させ、ユーザが選択した3Dモデルデータを、造形に使用する3Dモデルデータとして特定することもできる。

制御部３３は、抽出部３２に3Dスキャンデータを送信し、造形条件の抽出を要求する(S9)。抽出部３２は、受け取った3Dスキャンデータから、その立体物を造形したときの造形条件を抽出する(S10)。抽出部３２は、3Dスキャンデータが表現する立体物の表面を画像解析することにより、その立体物の積層ピッチや造形方向を抽出する。

抽出部３２は、抽出した造形条件を制御部３３に送信する(S11)。制御部３３は、抽出部３２から受け取った3Dモデルデータと造形条件とを、造形部３５に送信し、造形を要求する(S12)。造形部３５は、この要求を受けて、その3Dモデルデータと造形条件とに基づき造形物を造形する。

図９を参照して、図８に示すS6からS8の3Dモデルデータを検索する処理について詳細に説明する。検索部３１が制御部３３からの要求を受けて、ステップ９００からこの処理を開始する。ステップ９０５では、蓄積部３０に蓄積された3Dモデルデータの１つを取得する。ステップ９１０では、3Dスキャンデータとその取得した3Dモデルデータのそれぞれが表現する立体物の表面形状が類似しているかを判定する。

類似しているか否かは、上記の類似度が閾値以上であるか否かにより判定することができる。類似している場合は、ステップ９１５へ進み、類似していない場合は、ステップ９０５へ戻り、別の3Dモデルデータを取得する。

ステップ９１５では、類似していると判定された3Dモデルデータを出力候補とする。ステップ９２０では、出力候補の3Dモデルデータが他にあるかを判断する。蓄積部３０に蓄積されている検索対象の全ての3Dモデルデータにつき、類似しているか否かの判定を行ったか否かにより、出力候補の3Dモデルデータが他にあるか否かを判断することができる。ある場合は、ステップ９０５へ戻り、ない場合は、ステップ９２５へ進む。

ステップ９２５では、3Dモデルデータの出力候補をリストにして制御部３３に送信し、ステップ９３０でこの処理を終了する。3Dモデルデータの出力候補は、ステップ９１５で出力候補とされた全ての3Dモデルデータであってもよいし、類似度が高い方から指定された数の3Dモデルデータであってもよいし、類似度が最も高い3Dモデルデータのみであってもよい。

２以上の3Dモデルデータを送信した場合は、ユーザがそのうちの１つを選択し、または制御部３３が、類似度が最も高い3Dモデルデータを選択し、それを出力すべき3Dモデルデータとして特定することができる。

次に、図１０を参照して、図８に示すS10の造形条件を抽出する処理について詳細に説明する。抽出部３２が制御部３３からの要求を受けて、ステップ１０００からこの処理を開始する。ステップ１００５では、3Dスキャンデータから造形条件の候補となる情報を抽出する。抽出部３２は、3Dスキャンデータが表現する立体物の一部を画像解析し、造形条件の候補となる情報を抽出する。

画像解析する立体物の一部は、該立体物のどの部位であってもよい。造形条件の候補となる情報は、積層ピッチや造形方向の情報であり、造形によって生じた段差と誤認しないように、段差状になっていない部位であることが望ましい。

なお、3Dスキャンデータには、ある程度の誤差が含まれている。この誤差による影響を小さくするため、その立体物の別の複数の部位からも造形条件を抽出し、それらの平均を取る等して平滑化することが望ましい。

ステップ１０１０では、抽出した情報を造形条件として採用し、ステップ１０１５でこの処理を終了する。

具体的な造形条件の抽出について、図１１および図１２を参照して説明する。図１１は、造形条件として積層ピッチを特定する第１の処理の流れを示したフローチャートである。ステップ１１００からこの処理を開始し、ステップ１１０５では、3Dスキャンデータが表現する立体物の一部を画像解析し、積層ピッチを抽出する。画像解析では、表面を計測し、積層ピッチに対応したパターンを検出し、パターン間の距離を算出する等して、積層ピッチを抽出する。

なお、3Dスキャンデータには、ある程度の誤差が含まれている。この誤差による影響を小さくするため、その立体物の別の複数の部位からも積層ピッチの候補となる情報を抽出し、それらの平均を取る等して平滑化することが望ましい。

ステップ１１１０では、抽出した情報を積層ピッチとして採用し、ステップ１１１５でこの処理を終了する。

図１２は、造形条件として造形方向を特定する第１の処理の流れを示したフローチャートである。ステップ１２００からこの処理を開始し、ステップ１２０５では、3Dスキャンデータが表現する立体物の一部を画像解析し、造形方向の候補となる情報を抽出する。画像解析では、上記と同様、表面を計測し、積層ピッチに対応したパターンを検出し、その積層方向から、造形方向の候補となる情報を抽出する。

なお、3Dスキャンデータには、ある程度の誤差が含まれている。この誤差による影響を小さくするため、その立体物の別の複数の部位からも造形方向の候補となる情報を抽出し、それらの平均を取る等して平滑化することが望ましい。

ステップ１２１０では、抽出した情報を造形方向として採用し、ステップ１２１５でこの処理を終了する。

図１３は、造形条件として積層ピッチを特定する第２の処理の流れを示したフローチャートである。この処理では、3Dスキャンデータだけでなく、3Dモデルデータも使用して積層ピッチを特定する。ステップ１３００からこの処理を開始し、ステップ１３０５では、3Dスキャンデータが表現する立体物と3Dモデルデータが表現する立体物の表面形状をパターンマッチングする。パターンマッチングは、評価値として類似度を用い、その類似度が閾値以上であるか否かを判定することで、両者が似ているか否かを評価する。なお、パターンマッチングに際しては、両者の向きを同一にして行う。

ステップ１３１０では、3Dモデルデータが表現する立体物の表面において段差状になっていない部位を探索する。これは、3Dモデルデータ中で段差状になっている部位と同じ部位の積層ピッチを3Dスキャンデータから抽出した場合、3Dモデルデータが有している意図した段差状の部位を、3Dプリンタで造形したことによって生じた意図しない段差状の部位と誤検知する可能性があるからである。ステップ１３１０で、段差状になっていない部位がある場合は、ステップ１３１５へ進み、ない場合は、ステップ１３２０へ進む。

ステップ１３１５では、3Dスキャンデータから、その段差状になっていない部位の積層ピッチを抽出する。ステップ１３２０では、段差状になっていない部位が存在しないため、段差状になっている部位の中で、最も段差の具合が大きい部位を選択し、その部位の積層ピッチを抽出する。そして、ステップ１３２５でこの処理を終了する。

段差の具合が大きい部位は、立体物が元々有している段差状の表面である可能性が高いため、この部位を選択することで、誤検知を極力排除し、適切に積層ピッチを抽出することができる。

図１４は、造形条件として造形方向を特定する第２の処理の流れを示したフローチャートである。この処理では、3Dスキャンデータだけではなく、3Dモデルデータも使用して造形方向を特定する。ステップ１４００からこの処理を開始し、ステップ１４０５では、3Dスキャンデータが表現する立体物と3Dモデルデータが表現する造形物の表面形状をパターンマッチングする。パターンマッチングは、評価値として類似度を用い、その類似度が閾値以上であるか否かを判定することで、両者が似ているか否かを評価する。なお、パターンマッチングに際しては、両者の向きを同一にして行う。

ステップ１４１０では、3Dモデルデータが表現する造形物の表面において段差状になっていない部位を探索する。これは、3Dモデルデータ中で段差状になっている部位と同じ部位の造形方向を3Dスキャンデータから抽出した場合、3Dモデルデータが有している意図した段差状の部位を、3Dプリンタで造形したことによって生じた意図しない段差状の部位と誤検知する可能性があるからである。ステップ１４１０で、段差状になっていない部位がある場合は、ステップ１４１５へ進み、ない場合は、ステップ１４２０へ進む。

ステップ１４１５では、3Dスキャンデータから、その段差状になっていない部位の造形方向を抽出する。ステップ１４２０では、段差状になっていない部位が存在しないため、段差状になっている部位の中で、最も段差の具合が大きい部位を選択し、その部位の造形方向を抽出する。抽出した積層ピッチを候補となる情報とし、ステップ１４２５でこの処理を終了する。

段差の具合が大きい部位は、立体物が元々有している段差状の表面である可能性が高いため、この部位を選択することで、誤検知を極力排除し、適切に造形方向を抽出することができる。

上記では、抽出部３２が抽出した造形条件を、制御部３３が造形部３５へ送り、造形部３５がその造形条件に基づき、造形物を造形している。造形部３５の仕様（対応可能な造形条件の情報）によっては、その造形条件で造形することができない場合がある。例えば、造形部３５の仕様で対応する積層ピッチを設定できないため、同じ積層ピッチにすることができない等である。そこで、造形処理システムは、造形部３５の仕様を加味した上で造形条件を抽出し、その造形条件に基づき、造形物を造形するため、図１５に示すような機能構成とすることができる。

図１５は、造形処理システムの第２の機能構成を示したブロック図である。この造形処理システムは、図３に示した機能構成と同様、蓄積部３０、検索部３１、抽出部３２、制御部３３、読取部３４、造形部３５を含み、それに加えて、取得部３６、補正部３７を備える。蓄積部３０、検索部３１、抽出部３２、制御部３３、読取部３４、造形部３５については、既に説明したので、ここでは、取得部３６、補正部３７についてのみ説明する。

造形部３５の仕様は、設定可能な積層ピッチや造形方向等の造形部３５の造形条件に関する情報を含み、造形部３５自身が保持していてもよいし、蓄積部３０に3Dモデルデータとともに蓄積してもよい。また、他の記憶部に記憶させていてもよい。

抽出部３２は、造形条件の抽出後、取得部３６に対して造形部３５の仕様の取得を要求する。ここでは、造形条件の抽出後としているが、抽出前であってもよい。取得部３６は、その仕様を造形部３５が保持する場合は造形部３５に対して、蓄積部３０が保持する場合は蓄積部３０に対して、他の記憶部が保持する場合は該他の記憶部に対してその取得を要求し、その仕様を取得する。

造形部３５の仕様は、造形部３５を識別する識別情報が関連付けられており、取得部３６は、その識別情報を含む要求を送ることで、対応する仕様を取得することができる。

補正部３７は、抽出部３２が抽出した造形条件を、取得部３６が取得した仕様に基づき補正する。補正部３７は、抽出した造形条件と造形部３５の仕様とを照らし合わせ、適切な造形条件に補正する処理を行う。具体的には、抽出部３２が、積層ピッチが0.18mmであることを抽出したが、造形部３５の仕様が0.1mm、0.2mm、0.3mmの積層ピッチにしか対応していない場合、補正部３７は、0.18mmに最も近い0.2mmに造形条件を補正する。

このようにすることで、抽出部３２で抽出した造形条件が、造形部３５の仕様と異なっていても、適切に補正し、適切な造形条件で造形物を造形することが可能となる。

この機能構成の造形システムにより実行される処理を、図１６を参照して詳細に説明する。図１６中、S1からS10までの処理については、図８を参照して既に説明したので、ここではその説明を省略する。抽出部３２は、取得部３６に対して造形部３５の仕様の取得を要求する(S11)。取得部３６は、上記のようにして仕様を取得し、抽出部３２にその仕様を送信する(S12)。

抽出部３２は、抽出した造形条件と受け取った仕様とを補正部３７に送信する(S13)。補正部３７は、受け取った造形条件を、受け取った仕様に基づき補正を行い、補正後の造形条件を抽出部３２に送信する(S14)。抽出部３２は、受け取った補正後の造形条件を制御部３３に送信する(S15)。

制御部３３は、特定された3Dモデルデータと抽出部３２から取得した補正後の造形条件とを、造形部３５に送信し、造形を要求する(S16)。造形部３５は、この要求を受けて、その3Dモデルデータとその補正後の造形条件とに基づき、造形物を造形する。

ここで、補正部３７が行う補正について、図１７を参照して詳細に説明する。補正部３７は、抽出部３２からの要求を受けて、ステップ１７００から処理を開始する。ステップ１７０５では、抽出部３２から造形条件と造形部３５の仕様を取得する。ステップ１７１０では、その仕様に、その造形条件と合致するものがあるかどうかを判断する。造形条件の中に積層ピッチ0.18mmという値があれば、その値と同じ値がその仕様に含まれているかを判断する。

造形条件と合致するものがあるかどうかは、造形条件が積層ピッチと造形方向とを含む場合、その両方の値と同じ値がその仕様に含まれているかにより判断する。したがって、両方とも含まれている場合は、合致するものがあると判断し、ステップ１７１５へ進み、両方とも含まれていない場合や一方が含まれていない場合は、合致するものがないと判断し、ステップ１７２０へ進む。

ステップ１７１５では、抽出部３２から取得した造形条件を、造形部３５に送る造形条件として採用し、ステップ１７２５でこの処理を終了する。ステップ１７２０では、仕様の中で、抽出部３２から取得した造形条件に最も近いものを造形条件として採用し、ステップ１７２５でこの処理を終了する。

補正部３７は、上記の積層ピッチと造形方向の両方とも合致するものがない場合、仕様の中でその両方を最も近いものに補正し、一方に合致するものがない場合、該一方を仕様の中で最も近いものに補正し、他方は補正しない。すなわち、補正部３７は、該他方については抽出部３２から取得したものをそのまま採用する。

この構成を採用することで、造形部３５で確実に造形することが可能となり、また、3Dスキャンデータの精度が悪く、その結果、抽出した造形条件の精度が悪くても、適切な造形条件で造形することができる。

上記では、検索部３１は、蓄積部３０に蓄積された3Dモデルデータの全てにつき、マッチング処理を行い、3Dモデルデータを特定している。これでは、蓄積部３０に蓄積される3Dモデルデータの数が増えれば、検索部３１が行う3Dモデルデータを特定する処理に時間がかかってしまう。そこで、造形システムは、マッチング処理を行う対象を絞り、3Dモデルデータを特定する処理にかかる時間を削減するために、図１８に示すような機能構成とすることができる。

図１８は、造形システムの第３の機能構成を示したブロック図である。この造形システムは、図１５に示した機能構成と同様、蓄積部３０、検索部３１、抽出部３２、制御部３３、読取部３４、造形部３５、取得部３６、補正部３７を含み、それに加えて、指定部３８を備える。蓄積部３０、検索部３１、抽出部３２、制御部３３、読取部３４、造形部３５、取得部３６、補正部３７については、既に説明したので、ここでは、指定部３８についてのみ説明する。なお、造形システムは、蓄積部３０、検索部３１、抽出部３２、制御部３３、読取部３４、造形部３５、指定部３８という構成であってもよい。

検索部３１は、指定部３８に対して検索対象の3Dモデルデータの情報の取得を要求する。指定部３８は、その要求を受けて、検索対象の3Dモデルデータの情報として、検索対象の3Dモデルデータのリストを送信する。3Dモデルデータは、3Dモデルデータを識別するための識別情報(ID)が関連付けられており、指定部３８は、検索部３１に１以上のIDを含むリストを送信する。なお、リストは、IDに限らず、データを識別することができれば、データに付与されるデータ名等であってもよい。

指定部３８は、検索対象の3Dモデルデータを、予め決められた指定条件に従って指定することができる。指定条件は、UI(User Interface)からユーザが指定する形であってもよいし、一定期間経過後の3Dモデルデータは対象から外すというものであってもよい。これらは一例であるので、指定条件はこれらに限定されるものではない。

この機能構成の造形システムにより実行される処理を、図１９を参照して詳細に説明する。図１９中、S1からS4までの処理、S9からS18までの処理については、図８および図１６を参照して既に説明したので、ここではその説明を省略する。

検索部３１は、指定部３８に対して検索対象の3Dモデルデータのリストの取得を要求する(S5)。指定部３８は、その要求を受けて、１以上の3DモデルデータのIDを含むリストを送信する(S6)。検索部３１は、そのリストを参照し、蓄積部３０に対してそのリストにある3Dモデルデータの取得を要求する(S7)。そして、検索部３１は、蓄積部３０から3Dモデルデータを取得する(S8)。

このようにして、検索対象を絞り込むことにより、3Dモデルデータを特定するのにかかる時間を削減することができる。

これまで本発明を、造形処理システム、造形処理装置およびプログラムとして上述した実施の形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。したがって、他の実施の形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。よって、本発明では、造形処理システムや造形処理装置が実行する造形処理方法やそのプログラムが記録された記録媒体、そのプログラムを、ネットワークを介して提供するサーバ装置等も提供することができるものである。

本国際特許出願は、２０１６年１月１４日に出願した日本国特許出願第２０１６−００５２０９号に基づきその優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１６−００５２０９号の全内容を参照によりここに援用する。

１０…3Dスキャナ、１１…3Dモデルデータサーバ、１２…3Dプリンタ、２０…CPU、２１…ROM、２２…RAM、２３…HDD、２４…入出力I/F、２５…入力装置、２６…表示装置、３０…蓄積部、３１…検索部、３２…抽出部、３３…制御部、３４…読取部、３５…造形部、３６…取得部、３７…補正部、３８…指定部

Claims (9)

1. 立体物の造形処理を行うための造形処理装置であって、
   各々が立体物の表面形状の情報を含む複数の立体物情報を蓄積する蓄積部と、前記立体物の表面を読み取る読取部により生成された該立体物の表面形状の情報に基づき、前記蓄積部に蓄積された前記複数の立体物情報から造形に使用する立体物情報を検索する検索部と、
   前記読取部により生成された前記表面形状の情報から前記立体物を造形したときの造形条件を抽出する抽出部とを含む、造形処理装置。
2. 前記立体物の表面を読み取り、該立体物の表面形状の情報を生成する前記読取部をさらに含む、請求項１に記載の造形処理装置。
3. 前記検索部により検索された立体物情報と、前記抽出部により抽出された造形条件とに基づき、前記立体物の複製である造形物を造形する造形部をさらに含む、請求項１または２に記載の造形処理装置。
4. 前記抽出部は、前記造形条件として、造形材料を積層して前記立体物を造形したときの該造形材料の各層の厚さもしくは積層方向またはその両方を抽出する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の造形処理装置。
5. 前記抽出部は、前記読取部により生成された前記表面形状の情報に加えて、前記検索部により検索された前記立体物情報も使用して、前記造形条件を抽出する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の造形処理装置。
6. 前記造形部が対応可能な造形条件の情報を取得する取得部と、
   前記抽出部により抽出された造形条件を、前記取得部により取得された造形条件の情報を用いて補正する補正部とをさらに含む、請求項３に記載の造形処理装置。
7. 前記蓄積部に蓄積された前記複数の立体物情報のうち検索対象の立体物情報を、予め決められた指定条件に従って指定する指定部をさらに含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の造形処理装置。
8. 立体物の造形処理を行うための造形処理システムであって、
   前記立体物の表面を読み取り、該立体物の表面形状の情報を生成する読取部と、
   各々が立体物の表面形状の情報を含む複数の立体物情報を蓄積する蓄積部と、
   前記読取部により生成された前記立体物の表面形状の情報に基づき、前記蓄積部に蓄積された前記複数の立体物情報から造形に使用する立体物情報を検索する検索部と、
   前記読取部により生成された前記表面形状の情報から前記立体物を造形したときの造形条件を抽出する抽出部と、
   前記立体物の複製である造形物を造形する造形部に、検索された立体物情報と、抽出された造形条件とを出力する出力部とを含む、造形処理システム。
9. 立体物の複製である造形物を造形するために使用する情報を取得し、出力する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   前記立体物の表面を読み取り、該立体物の表面形状の情報を生成するステップと、
   生成された前記立体物の表面形状の情報に基づき、各々が立体物の表面形状の情報を含む複数の立体物情報を蓄積する蓄積部に蓄積された該複数の立体物情報から造形に使用する立体物情報を検索するステップと、
   生成された前記表面形状の情報から前記立体物を造形したときの造形条件を抽出するステップと、
   前記造形物を造形する造形部に、検索された立体物情報と、抽出された造形条件とを出力するステップとを実行させる、プログラム。

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