KR0141442B1

KR0141442B1 - 3차원형상데이터의 처리방법

Info

Publication number: KR0141442B1
Application number: KR1019940017615A
Authority: KR
Inventors: 세이지 하마노; 타카시 이치야나기; 쯔요시 노무라; 코헤이 하마무라
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 1998-07-01
Also published as: CN1118483A; JPH0735529A; CN1096657C; US5668894A; JP3075023B2; KR950003793A

Abstract

본 발명은 3차원형상을 가진 표면을 따라서 얻은 상기 3차원형상에 대응하는 점데이터에 대하여 솎아내기 처리의 가부판정을 행하는 데이터 처리방법에 관한 것으로서, 기억부에 격납유지해서 남기는 점데이터의 수를 감소시킬 수 있고, 또한, 기억부에 남는 점데이터로 제현할 수 있는 모양의 정밀도가 향상되는 3차원형상데이터의 처리방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 그 구성에 있어서 본 발명은, 3차원형상을 가진 표면을 따라서 얻은 상기 3차원형상에 대응하는 점데이터(D1)∼(D18)에 대해서 솎아내기 처리의 가부판정을 행하는데 있어서, 각 점데이터에 대하여, 솎아내기 처리의 가부판정을 행하는 판정 점데이터(D5) 및 판정점데이터(D5)보다 앞의 점데이터중에서 선택된 앞점데이터군(D2, D3, D4, D5)과, 판정점데이터(D5) 및 판정점보다뒤의 점데이터중에서 선택된 뒷점데이터군(D5, D6, D7, D8)에 기초해서, 판정점데이터(D5)의 전후에서의 형상변화를 구하고, 형상변화가 일정치 이상이면 솎아내기 불가로 판정하고, 기타의 경우는 솎아내기가라고 판정하는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

3차원형상데이터의 처리방법

제1도는 실시예에서 사용하는 솎아내기 처리전의 점데이터와 판정의 모양을 나타내는 설명도,

제2도는 실시에의 솎아내기 처리후의 점데이터를 표시한 설명도,

제3도는 실시예에 있어서 보완 데이터도 삽입격납하는 경우를 표시한 설명도,

제4도는 3각 측량 방법의 원리를 표시한 설명도,

제5도는 종래법에서의 솎아내기전의 점데이터를 나타내는 설명도,

제6도는 참고예에서의 솎아내기후의 점데이터와 재생형상을 표시한 설명도,

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

D1∼D18 : 3차원형상에 대응하는 점데이터

P : 접선Q : 접선

M : 거리

(1) : 물체(2) : 투광부

(3) : 투광렌즈(5) : CCD 카메라검출부

(6) : 수광렌즈(10) : 레이저빔

(11) : 기준점(12) : 측정점

(14) : 재치테이블(17) : 기준위치

(18) : 어긋난위치

본 발명은, 3차원형상을 가진 표면을 따라서 얻은 상기 3차원형상에 대응하는 점데이터에 대해서 솎아내기 처리후의 가부판정을 행하는 데이터 처리방법에 관한 것이다.

3차원형상을 가진 표면(예를 들면, 기계가공부품이나 견본품 등의 표면)을 따라서 소정의 간격으로 순차적으로 3차원형상에 대응하는 점데이터를 얻고, 이것을 기억부에 인입(격납한다)하고, 기억부에 격납된 3차원형상에 대응하는 점데이터는, 기계가공부품의 검사를 행하거나, 혹은 견본품의 도면이나 NC 가공용의 제어데이터를 작성하는데 사용할 수가 있다.

예를 들며, 제5도에 보는 바와 같이, 3차원형상을 가진 표면을 따라서 3차원형상에 대응하는 점데이터 D101∼D118을 순차적으로 얻고 기억부로 격납해 가는 것이다.

다만, 기억부에 격납하는 점데이터의 수는 매우 많다. 원래의 3차원형상을 가진 표면의 모양에 정확하게 대응시키기 위하여 점데이터를 짧은 간격으로 얻고 있어, 전체 데이터수가 매우 많아지는 것이다. 그래서, 기억부에 일단 격납된 점데이터를 솎아내기 처리해서 특정의 점데이터만을 재격납하여 최종적으로 격납유지하는 것을 생각해 볼 수 있다. 이렇게 하면, 동일한 기억용량으로 격납유지할 수 있는 3차원형상을 가진 표면의 전체정보량이 많아지고, 기억유지된 점데이터를 이용해서 행하는 처리를 하기 쉽게 된다.

구체적으로는, 제6도에서 보는 바와같이 점데이터를 동일간격으로 솎아내어 특정의 점데이터 D101, D103, D106, D109, D112, D115, D118만을 기억부에 격납유지하면, 최종적으로 기입부에 남는 점데이터를 감소할 수 있다.

그러나, 이와 같이, 점데이터를 동일간격으로 솎아내는 것 만으로는 기억유지하는 점데이터의 수는 감소시킬 수 있어도, 기억부에 남긴점데이터로 부터는 원래의 모양으로 정밀도 좋게 일치된 모양을 꺼낼 수 없다고 하는 별도의 문제가 발생된다. 컴퓨터를 사용한 도형처리수법에 의해 제6도에 굵은 실선 S로 원래의 모양을 복원할 수 있게 되지만, 제6도에 굵은 실선 S에 의해 표시한 모양은, 가느다란 실선 T로 표시한 원래의 모양과 그다지 잘 일치되고 있지 않다. 에지부에서의 점데이터 D111, D116이 떨어져서 에지가 정확하게 복원되지 않고, R부에서도 점데이터가 너무 떨어져서 R가 정확하게 복원되지 않는다.

본 발명은, 상기 사정에 비추어, 기억부에 격납유지해서 남기는 점데이터의 수를 감소할 수 있고, 또한, 기억부에 남는 점데이터를 재현할 수 있는 모양의 정밀도가 향상되는 3차원형상의 처리방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는, 3차원형상을 가진 표면을 따라서 얻은 상기 3차원형상에 대응하는 점데이터에 대하여 솎아내기 처리의 가부판정을 행하는 데이터 처리방법으로서 각 점데이터에 대하여, 솎아내기 처리의 가부판정을 행하는 판정점데이터 및 판정 점데이터보다 앞의 점데이터중에서 선택된 앞점데이터군과, 판정점데이터 및 판정점데이터보다 뒤의 점데이터중에서 선택된 뒷점데이터에 기초해서 판정점데이터의 전후에서의 형상변화를 구한다음, 형상변화가 일정치이상이면 솎아내기 불가데이터로서 판정하고, 기타의 경우는 솎아내기 가함이라고 판정하고 있다.

본 발명의 3차원 형상데이터의 처리방법은, 기억부에 격납된 점데이터에 대해 적용해서 기억부의 기억을 갱신하는 형식으로 적용해도 되고, 3차원형상데이터를 얻는 장치로부터 순차적으로 보내져오는 점데이터에 대해서 적용하여 점데이터를 솎아내면서 기억부에 격납하는 경우에 적용되어도 된다.

앞점데이터군으로서는, 그때의 판정점데이터와 직전의 3개의 점데이터를 가한 4개의 점데이터로 이루어진 군이, 뒷점데이터군으로서는, 그때의 판정점데이터와 직후의 3개의 점데이터를 가한 4개의 점데이터로 이루어진 군이 예시되나, 이것에 한정되지 않고, 앞점데이터군으로서, 그때의 판정점데이터와 직전의 1개의 점데이터를 가한 2개의 점데이터로 이루어진 군이, 뒷점데이터군으로서, 그때의 판정점데이터와 직후의 1개의 점데이터를 가한 2개의 점데이터로 이루어진 군이 예시되고, 앞점데이터으로서, 그때의 판정점데이터는 가하지 않고 직전의 3개의 점데이터로 이루어진 군이, 뒷점데이터군으로서, 그때의 판정점데이터는 가하지 않고 직후의 3개의 점데이터로 이루어진 군이 각각 예시된다.

본 발명에 있어서의 판정점데이터의 전후의 형상변화를 구하는데는, 예를 들면, 앞점데이터군과 뒷점데이터군의 각각에 대해서, 각점데이터군이 가진 모양에 알맞는 가상선을 소정의 함수식에 따라 구한후, 각각의 가상선에 대한 판정점데이터를 통하는 접선을 각각 얻고, 양접선이 이루는 각에 기초해서 판정점데이터의 전후에서의 형상 변화를 구하는 형태가 예시된다. 소정의 함수식으로서는 NURBS 함수나 체비쉐브다 항식동이 예시된다. 형상변화가 클수록 양점선의 각도(계방전도)가 작아진다. 항상 변화가 전혀없는(수평인)경우는, 양접선의불 각도가 최대(180°)가 된다. 물론, 대상물에 맞추어 적당한 기준각도를 미리 설정해 놓고 비교해서 판정을 행하게 된다.

본 발명에서 사용하는 3차원형상에 대응하는 점데이터는, 예를 들면, 이하에 설명하는 바와 같이 주사레이저빔의 반사점의 높이 위치가 기준점의 높이 위치의 차에 비례해서 반사레이저빔의 수광위치가 변화되는 현상을 이용하는 3각측량방법을 사용해서 얻을 수 있다. 기타, 모아레·CT 화상처리법을 사용해서 얻게된 점데이터라도 된다.

제4도에 표시한 바와 같이, 물체(1)의 3차원형상을 가진 표면에 투광부(2)로부터 투광렌즈를 게재해서 레이저빔(10)이 비추어진다. 레이저빔(10)은 물체(1)의 표면에서 반사되어 수광렌즈(6)를 게재해서 CCD 카메라검출부(5)에 들어간다. 이 광학계에서는, 기준점(11)의 높이에서 레이저빔(10)이 반사한 경우, 반사된 레이저빔(10)은, CCD카메라검출부(5)의 기준위치(17)에서 검출되도록 되어있다. 한편, 물체(1) 표면에 있어서의, 기준점(11)과 다른 높이를 가진점(12)에서 반사한 레이저빔(10)은, CCD카메라 검출부(5)의 기준위치(17)로부터 거리 L1만큼 어긋난 위치(18)에서 검출된다. 이때, 반사레이저빔의 수광위치는 측정점(12)의 높이 위치와 기준점(11)의 높이위치의 차에 비례해서 변화한다. 그결과, 측정점(12)의 높이위치(Z축상의 위치)를 알 수 있다.

상기 3각 측량방법을 사용해서 실제로 민형상을 구하는 경우, 레이저빔(10)에 의해 물체(1)의 표면을 주시한다. 이 주사범위는, 반사레이저빔(10)의 수광위치가 기준위치(17)에 수납되는 범위이다. 반살(10)의 수광위치가 기준위치(17)에 수납되는 범위내의 면을 기준면이라고 한다. 기준면의 형상은, 예를 들면, 일본국특개소 64-26816호공보에서 보는 바와 같이, 렌즈의 형상등의 조정에 의해, 곡민이나 평면등 여러가지 형태로 설정할 수 있다. 측정점(12)은, 이 기준면내에서의 주사로 측정대상이 되는 각점이며, 기준면내에서 기준점(11)과 동일한 높이 위치나 다른 높이 위치를 가진다. 수광렌즈(6)와 기준점(11)의 거리 L2, 수광렌즈(6)와 기준위치(17)의 거리 L3, 및 수광렌즈(6)와 기준점(11)을 연결하는 선과 투광렌즈(3)와 기준점(11)을 연결하는 선과 이루는 각도 8를 미리 알고 있기 때문에, 물체(1) 표면상의 측정점(12)과 기준점(11)의 사이의 거리Z는 즉시 구해진다. 이와 같이 해서, 기준점(11)으로부터의 거리Z가 2차원적으로 다른 측정점의 높이위치가 레이저빔(10)의 주사에 의해 순차얻게 되고, 이들의 점데이터가 축적되어, 3차원형상을 인식할 수 있다. 각 측정점(12)의 XY축위의 위치(2차원적 위치)는, 통상, 상기 거리 Z에 기준점(11)과 재치테이블(14)사이의 거리를 충족한 거리 LZ로서 표현된다. 또한, 도면의 ZH는 측정가능 범위를 표시한다.

본 발명을 적용한 결과, 불필요한 것을 솎아낸 다음 점데이터를 기억부에 격납해 가나, 일정치 이상의 형상변화가 인정되지 않고, 점데이터 솎아내는 상태가 연속되는 경우에는 적당한 보완데이터를 여기저기 삽입해서 격납시키도록 해도 된다. 즉, 솎아내기불가로 판정된 점데이터를 기억부에 격납하는 외에, 솎아내기가한 판정이 연속해서 계속되는 경우에 그 사이의 점데이터수보다 적은수의 보완데이터를 기억부에 솎아내기 불거 데이터로서 격납하도록 해도 되는 것이다.

본 발명의 대상으로 하는 3차원형상을 가진 표면으로서는 예를 들면, 기계가공부품이나 견본품, 인체·이빨 등의 표면을 들 수 있으나, 이것에 한정되지 않는 것은 말할 것도 없다.

본 발명의 3차원형상데이터의 처리방법을 사용하면, 불필요한 점데이터를 솎아내고, 전체점데이터로부터 필요한 점데이터를 적절히 선택해서 기억부에 격납시킬 수 있다.

이것은, 각점데이터에 대해서, 앞점데이터군과 뒷점데이터군에 기초해서, 판정점데이터의 전후에서의 형상변화를 구한뒤, 형상변화가 일정치이상이면 솎아내기불가로 판정하고 있기 때문이다. 그 때문에, 열정치이상의 형상변화가 일어나는 곳의 점데이터를 과부족이 없는 상태에서 기억부에 격납시키도록 되는 것이다.

즉, 제5도의 경우이면, 점데이터 D111나 점데이터 D116도 기억부에 격납유지되어, 예지가 정확하게 복원되게 된다.

본 발명에서, 상기에 부가해서, 일정치 이상의 형상변화가 인정되지 않을 때에도, 그 상태가 연속되는 경우에는 해당 점데이터의 일부를 보완데이터로서 인입하는 경우, 점데이터를 이용하기 쉽게 된다.

앞점데이터군과 뒷점데이터군의 각각에 대해서 각 점데이터군이 가진 모양이 알맞는 가상선을 소정의 함수식에 따라서 구한후, 각각의 가상선에 대한 솎아내기의 가부판정을 행하는 판정점데이터를 통하는 접선을 각각 얻고, 양접선이 이루는 각도에 기초해서 판정점데이터의 전후에서의 형상변화를 구하는 경우, 특히 어려운 산법을 필요로 하는 일없이 적절한 판정결과를 얻을 수 있다.

솎아내기가한 판정이 연속해서 계속되는 경우에 그 사이의점데이터수보다 적은 수의 보완데이터를 기억부에 솎아내기 불가로서 격납토록 하면, 이 점데이터를 이용하기 쉽게 된다. 데이터블랭크사이가 너무길면 처리하기 어려울때가 있다.

3각측량방법을 이용하는 경우는 3차원형상에 대응하는 점데이터를 간단하고 신속하게 얻을 수 있다. 시판의 장치의 이용도 가능하며, 본 발명의 실시가 매우 용이하게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명은, 물론, 하기의 실시예에 한정되지 않는다.

제1도는, 실시예에서의 3차원형상에 대응하는 점데이터를 나타내고 있고, 점데이터 D1∼D18은, 상기한 3각측량방법을 이용해서 3차원형상을 가진 표면에 다라서 순차로 얻게된 점데이터이미, 기억부에 본래의 점데이터로서 격납되어 있다. 제1도의 점데이터 D1∼D18은, 제5도의 점데이터 D101∼D118과 동일한 것이다. 이들 점데이터 D1∼D18에 대해서 솎아내기 가·불가의 판정을 행하고, 솎아내기 불가의 경우는 기억부에 격납유지하고, 솎아내기가(可)의 경우는 원칙으로서 격납유지하지 않는다.

실시예의 경우는, 각 점데이터에 대해서 솎아내기 처리의 가부판정을 행하는 판정점데이터 및 판정점데이터의 직전의 3개의 점데이터로 이루어진 앞점데이터군과, 판정점데이터 및 판정점데이터의 직후의 3개의 점데이터로 이루어진 점데이터군에 기초해서, 판정점데이터의 전후에서의 형상변화를 구한후, 형상변화가 일정치 이상이면 솎아내기불가로 판정하고, 기타의 경우는 솎아내기가라고 판정하는 연산을 컴퓨터 등을 이용해서 행한다.

지금, 판정대상의 판정점데이터를 점데이터 D5로 하면, 실시예의 경우, 점데이터 D5와 점데이터 D2, D3, D4의 3개의 계 4개가 앞점데이터군이고, 점데이터 D5와 점데이터 D6, D7, D8의 3개의 계 4개가 뒷점데이터군이 된다. 먼저, 점데이터 D2, D3, D4, D5의 앞점데이터군으로부터, 이 점데이터군이 가진 모양에 알맞은 가상선을 2차근사식을 사용해서 구하고, 이 가상선에 대한 점데이터 D5를 통하는 접선 P를 단위벡터의 형식으로 얻는다. 한편, 점데이터 D5, D6, D7, D8의 뒷점데이터군으로부터 가상선을 2차근사식을 사용해서 구하고, 이 가상선에 대한 점데이터 D5를 통하는 접선 Q를 단위벡터의 형식으로 얻는다. 2차식으로 근사하고 있으나, 다항식의 차수는 적당히 변경가능하다.

양접선 P, Q를 구한후, 양접선 P, Q의 선단사이의 거리 M을 산출한다. 거리 M은, 양접선 P, Q의 갱방각도와 비례관계에 있고, 거리 M이 길수록 개방각도가 크다. 다른 한편, 접선 P, Q의 개방각도와 형상변화는 역비례의 관계가 있고, 각 도가 작을수록 형상변화는 크게 된다. 그래서, 일정이상의 형상변화에 대응하는 접선 P, Q의 개방각도에 상당하는 거리 Mo를 미리 결정해놓고, 산출되는 거리 m01 일정이하가 되는 해당점데이터는 일정치이상의 형상변화가 인정된 것으로 해서 솎아내기불가로 해서 기억부에 격납유지하고, 그 이외의 것은, 솎아내기라고 판정해서 격납유지하지 않도록 한다. 이와 같이, 각점 데이터에 대해서 마찬가지의 판정연산을 반복해서 행하고, 산출되는 거리 M이 일정이하가 되는 점데이터는 기억부에 격납해 나간다.

물론, 접선 P, Q가 이루는 각도를 즉시 산출하여, 판정을 행해도 된다.

제2도는 판정연산의 결과, 기억부에 격납유지된 점데이터를 표시한다. 형상변화가 큰 곳의 점데이터는 전부 빠지지 않고 수십되고 있으며, 정밀도 좋게 형상을 제현할 수 있게 된다.

또한 제3도에 보는 바와같이, 점데이터의 솎아내기가라고 하는 판정이 일정이상의 구간에서 연속해서 계속되는 경우는, 솎아내야 될 점데이터를 일부만 격납유지하거나, 그 사이의 경제적으로 점데이터를 삽입하는 동해서, 보완데이터 DA, DB, DC, DE도 기억부에 격납되도록 해도 된다. 물론, 삽입하는 데이터의 수는 솎아내기가라고 판정된 점데이터의 수보다 적은수이다. 보완데이터의 삽입의 경우, 예를 들면, 솎아내지 않는 점데이터 D6, D7, D11, D12로부터 NURBS' 곡선근사이에 의한 가상선을 내서 적당한 위치의 데이터를 점데이터로서 구하고, 이것을 보완데이터 DA, DB, DC, DE로서 삽입하는 것이다.

물품(1)으로서 라디오카세트를 사용, 전체점데이터를 격납유지하면 2MB의 기억용량의 기억부가 필요하게 되는 경우, 본 발명의 3차원형상데이터의 처리방법에 의해, 앞의 보완데이터의 삽입을 행하도록 하여도 약 70KB의 기억용량으로 격납유지될 수 있음을 확인할 수 있었다.

본 발명의 3차원형상데이터의 처리방법을 사용하면, 불필요한 점데이터를 적절히 솎아내고, 전체점데이터로부터 필요한 점데이터를 적절히 선택해서 기억부에 격납시킬 수 있기 때문에, 기억부에 격납유지하는 점데이터의 수를 재현형상의 정밀도를 확보하면서 감소시킬 수 있고, 필요기억용량이 적어도 되며 뒤의 처리가 용이해진다.

본 발명에 있어서, 앞점데이터군과 뒷점데이터군의 각각에 대해서, 각점 데이터군이 가지는 형상에 알맞은 가상선을 소정의 함수식에 따라서 구한후, 각각의 가상선에 대한 솎아내기의 가부판정을 행하는 판정점데이터를 통하는 접선을 각각 얻고, 양접선이 이루는 각도에 기초해서 판정점데이터의 전후에서의 형상변화를 구하는 경우, 특히 어려운 산법을 필요로 하는 일없이 적절한 판정결과를 얻을 수 있다고 하는 이점이 있다.

솎아내기가의 판정이 연속해서 계속되는 경우에 그 사이의 점데이터수보다 적은 수의 보완데이터를 기억부에 솎아내기 불가데이터로서 격납토록 하면, 이점데이터를 이용하기 쉽게 된다고 하는 이점이 있다.

본 발명에 있어서, 3각측량방법으로 데이터를 얻는 경우는, 3차원 형상에 대응하는 데이터를 간단하고 신속하게 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 시판의 장치의 이용도 가능하고, 본 발명의 실시가 매우 용이하게 된다고 하는 이점이 있다.

Claims

3차원형상을 가진 표면을 따라서 얻은 상기 3차원형상에 대응하는 점데이터에 대해서 솎아내기처리의 가부판정을 행하는 데이터 처리방법으로서, 각점 데이터에 대하여, 솎아내기 처리의 가부판정을 행하는 판정점데이터 및 판정점데이터보다 앞의 점데이터중에서 선택된 앞점데이터군과 판정점데이터 및 판정점데이터보다 뒤의 점데이터중에서 선택된 뒷점데이터에 기초해서, 판정점데이터의 전후에서의 형상변화를 구한 후, 형상변화가 일정치이상이면 솎아내기 불가로 판정하고, 기타의 경우는 솎아내기가라고 판정하는 것을 특징으로 하는 3차원형상데이터의 처리방법에 있어서, 앞점데이터군과 뒷점데이터군의 각각에 대해서, 각점데이터군이 가진 모양에 알맞은 가상선을 소정의 함수식에 따라서 구한 후, 각각의 가상선에 대한 판정점데이터를 통하는 접선을 각각 얻고, 양접선이 이루는 각도에 기초해서 판정점데이터의 전후에서의 형상변화를 구하는 것을 특징으로 하는 3차원형상데이터의 처리방법.
제1항에 있어서, 솎아내기불가로 판정된 점데이터를 기억부에 격납하는 외에 솎아내기가의 판정이 연속해서 계속되는 경우에 그 사이의 점데이터수보다 적은 수의 보완데이터를 기억부에 솎아내기불가데이터로서 격납하는 것을 특징으로 하는 3차원형상데이터의 처리방법
제1항 또는 제2항에 있어서, 3차원형상에 대응하는 점데이터는, 주사레이저빔의 반사점이 높이위치가 기준점의 높이위치의 차에 비례해서 반사레이저빔의 수광위치가 변화하는 현상을 이용하는 3각측량방법을 사용해서 얻는 것을 특징으로 하는 3차원형상데이터의 처리 방법.