KR20060053150A

KR20060053150A - 형상 모델 작성 방법, 그것을 실장한 컴퓨터 프로그램 및형상 모델 작성 시스템

Info

Publication number: KR20060053150A
Application number: KR1020050076044A
Authority: KR
Inventors: 쇼오헤이 누마따; 노리유끼 사다오까; 다로오 다까기
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2006-05-19
Also published as: JP2006099538A; EP1643445A2; KR101159855B1; US20070124107A1; US7640137B2; JP4615951B2; US20060069527A1; US7228254B2

Abstract

본 발명의 과제는 X선 CT 데이터 등의 형상 기술 데이터로부터 형상 모델을 작성하는 형상 모델 작성 방법이나 시스템에 관한 것으로, 종래에 있어서의 모든 문제를 해소하여 더욱 사용하기 편리한 것으로 하는 것이다.

대상물에 대해 취득된 X선 CT 데이터 등의 형상 기술 데이터로부터 대상물의 형상 모델을 작성하는 형상 모델 작성 방법 내지 시스템에 있어서, 가상 프로브 계측 수단(105)이 형상 기술 데이터에 있어서의 가상 공간에 유한의 폭을 갖는 영역으로서 정의되는 가상 프로브를 프로브 경로 설정 수단(108)에 의해 차례로 설정되는 복수의 프로브 경로의 각각에 대해 차례로 주사시켜 형상 기술 데이터에 대해 계측을 행함으로써, 가상 프로브의 가상 공간 상에서의 위치에 고유한 특징치를 프로브 경로마다 취득하는 처리, 및 프로브 경로에 대해 얻게 된 특징치를 이용하여 프로브 경로 설정 수단이 새로운 프로브 경로를 작성함으로써 복수의 프로브 경로의 순차적 설정을 행하는 처리를 포함한다.

Description

형상 모델 작성 방법, 그것을 실장한 컴퓨터 프로그램 및 형상 모델 작성 시스템 {GEOMETRIC MODEL FORMING METHOD, AND COMPUTER PROGRAM AND GEOMETRIC MODEL FORMING SYSTEM THEREFOR}

본 발명은 3차원 디지타이저를 이용하여 엔지니어링용의 형상 모델을 작성하는 기술에 관한 것으로, 특히 3차원 디지타이저로서 X선 CT 등의 볼륨 스캐너를 이용하여 고정밀도인 형상 모델의 작성을 가능하게 하는 형상 모델 작성 기술에 관한 것이다.

CAD를 이용하는 디지털 엔지니어링에 있어서, 실제물의 형상을 활용하는 기술은 일반적으로「리버스 엔지니어링」이라 총칭된다. 「리버스」라 기술되는 것은, 지금까지 실제물의 형상으로부터 CAD 데이터를 얻기 위한 체계적인 방법이 존재하지 않고, 그로 인해 CAD 데이터로부터 실제물을 작성해야만 했던 사정에 의한 것이다. 그러나 최근에는 생체 등 자연물의 형상을 활용하거나, 숙련 기술자의 기능을 피드백할 목적으로부터 리버스 엔지니어링이 중요시되도록 되고 있다.

리버스 엔지니어링의 중심이 되는 것은 대상물의 3차원 형상을 계측하여 3차원 데이터로 변환하는「3차원 디지타이저」이다. 3차원 디지타이저로서는 지금까지 탐침식(探針式) 3차원 계측기(CMM)나 광학식 디지타이저가 많이 사용되고 있었다. 그러나 최근에는 물체의 내부 형상이나 밀도 분포도 데이터화할 수 있는 X선 CT가 주목받도록 되어 있다. X선 CT를 활용하는 리버스 엔지니어링에 대해서는, 예를 들어 비특허문헌 1에 자세하게 기재되어 있다.

탐침식 3차원 계측기나 광학식 디지타이저는「점군 데이터」를 출력하는 장치이다. 「점군(点群) 데이터」라 함은, 실제물의 표면에 있는 다수의 점의 집합(점군)을 기술하는 데이터 형식이다. 이들 장치는 대상물의 표면만을 데이터화하므로, 일반적으로「서페이스 스캐너」라 불리운다. 점군 데이터는 그 상태로는 CAD에서 활용할 수 없다. 그러나 인접하는 점을 서로 결합하여 다면체(폴리곤) 데이터를 작성하면 3차원 공간을 대상물의 내부와 외부로 나눌 수 있고, 엔지니어링에 유효한「형상 모델」로서 활용할 수 있다. 점군 데이터로부터 폴리곤 데이터를 작성하는 작업을「면 칠하기」라 부른다.

이에 대해 X선 CT는「비트맵 데이터」를 출력하는 장치이다. 「비트맵 데이터」라 함은, 공간적으로 배열한「셀」이라 불리는 단위 요소에 의해 형상을 기술하는 데이터 형식이다. X선 CT는 대상물의 내부도 데이터화할 수 있으므로, 일반적으로「볼륨 스캐너」라 불리운다. 각각의 셀은「셀치(値)」라 불리는 값을 갖고, 이것은 대상물에 있어서의 그 점에서의 구성 재료의 X선 흡수 계수를 나타낸다. 이 값은 거의 재료의 밀도에 비례한다. 따라서, 일정한 임계치보다도 셀치가 큰 셀을 취출하면, 대상물의 중실 상태의 3차원 형상을 알 수 있다. 여기서,「셀」은 일반적으로 이차원의 비트맵 데이터인 경우에 이용되고, 3차원의 비트맵 데이터인 경우에는 대응하는 요소를「복셀」이라 부르는 것이 통상적이지만, 본 명세서에서는「복셀」도 더불어「셀」이라 부르는 경우도 있다.

비트맵 데이터에는 많은 정보가 포함되어 있지만, 비트맵 데이터와 CAD 데이터의 호환성은 부족하다. 따라서, 그 상태로는 비트맵 데이터를 형상 모델로서 활용할 수는 없다. 그러나, 비트맵 데이터로부터 셀치가 임계치와 일치하는 셀을 취출하면, 그 좌표를 기초로 대상물의 표면에 대한 점군 데이터를 얻을 수 있다. 점군 데이터를 얻게 되면, 면 칠하기에 의해 형상 모델을 만들 수 있다. 이 방법이 X선 CT 데이터로부터 형상 모델을 작성하기 위해 종래 행해졌던 방법이다.

셀치의 임계치는 대상물의 내부 재질(대상물의 중실 부분에 있어서의 재질, 예를 들어 알루미늄)에 대응하는 셀치와, 외부 매질(대상물의 중실 부분을 외부로부터 포함하는 매질, 예를 들어 공기)에 대응하는 셀치의 평균으로 하는 것이 일반적이다. 실제로는 셀치가 임계치와 일치하는 셀을 취출하는 것이 아니라, 셀 사이의 보간 처리를 행하는 것이 보통이지만, 기본적인 생각은 동일하다.

또 본 발명의 배경에 관련된 기술로서는, 상기 외에 예를 들어 특허문헌 1에 개시되는「3차원 치수 계측 장치 및 3차원 치수 계측 방법」등이 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 제3431022호 공보

[비특허문헌 1] 사또가쯔또시ㆍ다까끼다로ㆍ이즈미시게루「X선 CT와 RP를 이용한 콘커렌트 엔지니어링」, 제15회 래피드 프로타이핑 심포지움 자료(1998)

[문헌 1] 일본 특허 제3431022호 공보

[문헌 2] 사또가쯔또시ㆍ다까끼다로ㆍ이즈미시게루「X선 CT와 RP를 이용한 콘커렌트 엔지니어링」, 제15회 래피드 프로트타이핑 심포지움 자료(1998)

X선 CT 데이터를 이용하는 경우의 상기 종래 기술에는 몇 개의 문제가 있었다. 그 중 하나는, 대상물의 중실 부분에서의 두께가 일정 이상으로 얇은 경우에 점군 데이터를 얻을 수 없고, 형상 모델을 작성할 수 없다는 문제이다. X선 CT 데이터에는 일반적으로 일정한 흐림(초점 어긋남)이 포함되어 있다. 흐림의 폭(흐림 폭)은 통상 2 내지 5셀(셀 사이즈는 100 내지 500 μ 정도인 것이 일반적)이다. 그래서 이 흐림 때문에 두께가 흐림 폭과 동등, 또는 흐림 폭보다도 얇으면, 상기 얇은 부분의 중립 부분(중립선 부분)에 있어서도 셀치가 상기 부분의 재료의 본래의 값까지 도달하지 않는다. 두께가 매우 얇은 경우에는 셀치는 임계치에조차 도달하지 않으므로, 그 부분에 대상물이 존재하고 있는 것 자체를 간과하게 된다.

다른 하나는, 재질이 다른 복수의 재료로 이루어지는 대상물을 취급하는 경우에 복수의 다른 재질 부분을 동시에 고정밀도로 모델화할 수 없게 되는 문제이다. 이는 내부 재질이 복수 있게 되고, 그로 인해 적절한 셀치의 임계치를 정할 수 없는 것에 기인한다.

또 다른 하나는 대상물이 갖고 있는 형상적 특징(피처)을 충분히 활용할 수 없다는 문제이다. 비트맵 데이터를 점군 데이터로 변환하는 종래의 기술에서는 많은 피처를 잃게 되고, 피처를 활용하여 통계적으로 계측 오차를 배제하는 방법 등을 이용할 수 없게 된다.

이상과 같은 사정을 배경으로 하여, 본 발명은 X선 CT 데이터 등의 형상 기술 데이터로부터의 형상 모델의 작성에 관한 것으로, 상기한 바와 같은 모든 문제를 해소할 수 있어, 보다 사용하기 편리한 형상 모델 작성 방법의 제공을 제1 목적으로 하고, 또한, 그 방법을 실장한 컴퓨터 프로그램의 제공을 제2 목적으로 하고, 또한, 상기 방법을 실행하기 위한 형상 모델 시스템의 제공을 제3 목적으로 하고 있다.

본 발명에서는 상기 제1 목적을 위해, 대상물에 대해 취득된 상기 대상물의 형상을 기술하는 데이터로부터 상기 대상물의 형상 모델을 작성하는 형상 모델 작성 방법에 있어서, 가상 프로브 계측 수단이 상기 형상 기술 데이터에 있어서의 가상 공간에 유한의 폭을 갖는 영역으로서 정의되는 가상 프로브를 프로브 경로 설정 수단에 의해 차례로 설정되는 복수의 프로브 경로의 각각에 대해 차례로 주사시켜 상기 형상 기술 데이터에 대해 계측을 행함으로써, 상기 가상 프로브의 상기 가상 공간 상에서의 위치에 고유한 특징치를 상기 프로브 경로마다 취득하는 처리와, 상기 프로브 경로에 대해 얻게 된 상기 특징치를 이용하여 프로브 경로 설정 수단이 새로운 프로브 경로를 작성함으로써, 상기 복수의 프로브 경로의 순차적 설정을 행하는 처리를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명에서는, 상기한 바와 같은 형상 모델 작성 방법에 대해 상기 대상물의 물리적인 성질이나 기능적인 필연성 등으로부터 상기 대상물이 본질적으로 구비하고 있는 형상적 특징을 기술하는 특징 모델도 상기 다음 프로브 경로의 작성에 이용하도록 하고 있다.

또한, 본 발명에서는, 판 요소를 포함하는 대상물에 대해 쉘 모델을 작성하는 경우에, 상기 가상 프로브 계측 수단이 상기 형상 기술 데이터로부터 상기 특징치로서 상기 판 요소의 두께 방향의 중립점의 위치를 취득하고, 이 취득한 중립점을 이용하여 상기 새로운 프로브 경로의 작성을 하도록 하고 있다.

또한, 본 발명에서는, 상기한 바와 같은 형상 모델 작성 방법에 대해 상기 판 요소의 엣지부에 있어서의 중립점을 추출하는 처리와, 상기 엣지부 중립점에 있어서 상기 판 요소의 면에 평행한 동시에 상기 엣지부의 단부면에 수직이고, 또한, 상기 엣지부 중립점을 통과하는 프로브 경로를 설정하는 처리와, 상기 엣지부 중립점 통과 프로브 경로를 따라 상기 가상 프로브 계측 수단에 의한 계측을 행하여 진정한 엣지부 중립점을 구하는 처리를 포함하는 것으로 하고 있다.

또한, 본 발명에서는, 상기한 바와 같은 형상 모델 작성 방법에 대해, 상기 판 요소가 접합부를 갖는 경우에 상기 중립점에 대해 상기 가상 프로브 계측 수단에 의한 계측으로 얻게 된 상기 특징치인 상기 판 요소의 두께와 상기 판 요소의 법선 벡터가 상기 중립점의 근방에 있어서의 그것들과 비교하여 일정치 이상 다른 중립점을 추출함으로써 상기 접합부를 검출하는 처리를 포함하는 것으로 하고 있다.

또한, 본 발명에서는, 상기한 바와 같은 형상 모델 작성 방법에 대해, 유체 기계 부품의 형상 모델을 작성하는 경우에, 상기 가상 프로브 계측 수단이 상기 형상 기술 데이터로부터 상기 특징치로서 상기 유체 기계 부품에 의한 유로의 단면에 있어서의 중립점의 위치를 취득하고, 이 취득한 중립점을 이용하고 상기 새로운 프로브 경로의 작성을 하도록 하고 있다.

또한, 본 발명에서는, 상기한 바와 같은 형상 모델 작성 방법에 대해, 파이프 요소를 갖는 관로 부품의 형상 모델을 작성하는 경우에, 상기 가상 프로브 계측 수단이 상기 형상 기술 데이터로부터 상기 특징치로서 상기 파이프 요소에 있어서의 단면 중앙점의 위치를 취득하고, 이 취득한 중앙점을 이용하여 상기 새로운 프로브 경로의 작성을 하도록 하고 있다.

또한, 본 발명에서는, 상기한 바와 같은 형상 모델 작성 방법에 대해 재질이 다른 복수의 재료로 구성되는 복합재의 형상 모델을 작성하는 경우에, 상기 가상 프로브 계측 수단이 상기 형상 기술 데이터로부터 상기 특징치로서 상기 다른 재질의 재료마다의 표면 위치를 취득하고, 이 취득한 표면 위치를 이용하여 상기 새로운 프로브 경로의 작성을 하도록 하고 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 제1 목적을 위해, 대상물에 대해 취득된 상기 대상물의 형상을 기술하는 데이터로부터 상기 대상물의 형상 모델을 작성하는 형상 모델 작성 방법에 있어서, 상기 형상 기술 데이터에 있어서의 가상 공간에 유한의 폭을 갖는 영역으로서 정의되는 가상 프로브를 가상 프로브 계측 수단이 복수의 프로브 경로에 대해 차례로 주사시켜 상기 형상 기술 데이터에 대해 계측을 행함으로써, 상기 가상 프로브의 상기 가상 공간 상에서의 위치에 고유한 특징치를 상기 프로브 경로마다 취득하는 처리와, 상기 형상 기술 데이터로부터 상기 대상물의 내부에 위치하는 가상의 중립점 등의 내부점에 관한 가상 내부점군 데이터를 가상 내부점군 작성 수단이 작성하는 처리와, 상기 가상 내부점군의 각 내부점에 대해 그것들을 통과점으로 하는 프로브 경로를 가상 프로브 경로 설정 수단이 가상으로 설정하는 처리와, 상기 가상 프로브 계측 수단의 상기 가상 프로브 경로에 대한 계측에 의해 취득된 상기 특징치를 기초로 하여, 가상 내부점군 및 가상 프로브 경로 갱신 수단이 상기 가상 내부점군을 갱신하고, 이 갱신으로 얻게 된 새로운 가상 내부점군의 각 점에 대해 상기 프로브 경로를 갱신 및 설정하는 처리와, 상기 가상 내부점군 및 가상 프로브 경로 갱신 수단에 의해 갱신 및 설정된 가상 프로브 경로에 대해 수렴 판정 수단이 수렴 판정을 행하여 소정의 수렴 조건을 충족시킨다고 판정한 경우에, 상기 가상 내부점군을 진정한 내부점군으로 하는 처리를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 제2 목적을 위해, 상기한 바와 같은 형상 모델 작성 방법을 실장하여 컴퓨터 프로그램을 형성하도록 하고 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 제3 목적을 위해, 대상물에 대해 취득된 상기 대상물의 형상을 기술하는 데이터로부터 상기 대상물의 형상 모델을 작성하기 위한 형상 모델 작성 시스템에 있어서, 상기 형상 기술 데이터를 입력하는 데이터 입력 수단, 상기 데이터 입력 수단으로 입력된 데이터를 기억하는 데이터 기억 수단과, 사용자에 의한 조작을 받는 유저 인터페이스, 컴퓨터 프로그램 상에서 상기 형상 기술 데이터에 있어서의 가상 공간에 유한의 폭을 갖는 영역으로서 정의되는 가상 프로브를 순차적 설정의 복수의 프로브 경로의 각각에 대해 차례로 주사시켜 상기 형상 기술 데이터에 대해 계측을 행함으로써, 상기 가상 프로브의 상기 가상 공간 상에서의 위치에 고유한 특징치를 상기 프로브 경로마다 취득하는 가상 프로브 계측 수단과, 상기 프로브 경로에 대해 미계측의 것을 기억하는 계측 대기 프로브 경로 리스트 와, 상기 프로브 경로에 대해 얻게 된 상기 특징치를 이용하여 새로운 프로브 경로를 작성함으로써, 상기 프로브 경로의 순차적 설정을 행하는 프로브 경로 설정 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명에서는 상기한 바와 같은 형상 모델 작성 시스템에 대해, 상기 대상물의 물리적인 성질이나 기능적인 필연성으로부터 상기 대상물이 본질적으로 구비하고 있는 형상적 특징을 기술하는 특징 모델을 더 구비하는 것으로 하고 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 제3 목적을 위해, 대상물에 대해 취득된 상기 대상물의 형상을 기술하는 데이터로부터 상기 대상물의 형상 모델을 작성하기 위한 형상 모델 작성 시스템에 있어서, 상기 형상 기술 데이터에 있어서의 가상 공간에 유한의 폭을 갖는 영역으로서 정의되는 가상 프로브를 복수의 프로브 경로 각각에 대해 차례로 주사시켜 상기 형상 기술 데이터에 대해 계측을 행함으로써, 상기 가상 프로브의 상기 가상 공간 상에서의 위치에 고유한 특징치를 상기 프로브 경로마다 취득하는 가상 프로브 계측 수단과, 상기 형상 기술 데이터로부터 상기 대상물의 내부에 위치하는 가상의 중립점에 관한 가상 중립점군 데이터를 작성하는 가상 중립점군 작성 수단과, 상기 가상 중립점군의 각 중립점에 대해 그것들을 통과점으로 하는 프로브 경로를 가상으로 설정하는 가상 프로브 경로 설정 수단과, 상기 가상 프로브 계측 수단의 상기 가상 프로브 경로에 대한 계측에 의해 취득된 상기 특징치를 기초로 하여 상기 가상 중립점군을 갱신하고, 이 갱신으로 얻게 된 새로운 가상 중립점군의 각 중립점에 대해 상기 프로브 경로를 갱신하는 가상 중립점군 및 가상 프로브 경로 갱신 수단과, 상기 가상 중립점군 및 가상 프로브 경로 갱신 수단에 의해 갱신 및 설정된 가상 프로브 경로에 대해 소정의 수렴 조건에 의해 수렴 판정을 행하는 수렴 판정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이하, 본 발명을 실시하는 데 있어서 바람직한 형태에 대해 설명한다. 우선, 본 발명을 실시하는 경우의 일반적 형태 중 하나에 대해 기본적인 설명을 하고, 게다가 각각의 구체적인 응용에 대한 형태예에 대해 자세히 설명하는 것으로 한다. 설명을 쉽게 하기 위해, 본 명세서에서는 도면이나 설명의 대부분을 2차원의 것으로 하여 기술하고 있지만, 기본적인 생각은 3차원에서도 마찬가지다.

일반적인 실시 형태 ;

본 발명이 일반적인 실시 형태에 있어서의 형상 모델 작성 시스템의 기본적인 구성을 도1에 도시한다. 이 형상 모델 작성 시스템(100)은 데이터 입력 수단(101), 비트맵 데이터 기억 수단(형상 기술 데이터 기억 수단)(102), 유저 인터페이스(103), 계측 대기 프로브 경로 리스트(104), 가상 프로브 계측 수단(105), 계측 결과 리스트(106), 특징 모델(107), 프로브 경로 설정 수단(108) 및 형상 모델 작성 수단(109)을 포함하여 구성된다.

데이터 입력 수단(101)은 대상물의 형상 기술 데이터로서 X선 CT 장치로 대상물을 촬상하여 얻게 되는 X선 CT 데이터를 시스템에 취입하여 비트맵 데이터 기억 수단(102)에 저장하는 것으로, X선 CT 데이터의 포맷에 맞춘 미디어 드라이브나 데이터 변환 프로그램 등에 의해 실현된다.

비트맵 데이터 기억 수단(102)은 X선 CT 데이터를 저장하고, 셀치를 자유롭게 참조하는 것을 가능하게 하는 것으로, 자기 디스크나 반도체 메모리 등에 의해 실현된다.

유저 인터페이스(103)는 가상 프로브 계측 수단(105)에 의한 가상 프로브 계측에서 사용되는 최초의 프로브 경로(프로브 패스 ; 후술하는 가상 프로브가 주사하여 계측을 행하는 경로)를 사용자가 시스템과 대화적으로 설정하는 데 이용된다. 그 밖에, 가상 프로브의 직경, 셀치의 임계치, 계측 알고리즘[위치 계측, 폭 계측, 이종재(異種材) 계측] 등의 계측 조건의 설정을 사용자가 행할 수 있도록 하는 경우에, 그 기능을 유저 인터페이스(103)에 부여하는 경우도 있다. 또 표기를 간단히 하기 위해 본 명세서에서는 계측 조건의 지정된 프로브 경로의 것도 단순히「프로브 경로」라 쓰는 경우가 있다. 이와 같은 유저 인터페이스(103)는 디스플레이, 마우스, 키보드 등의 하드웨어에다가 표시를 위한 렌더링 프로그램이나 입력을 해석하는 프론트 엔드프로세서 등의 소프트웨어에 의해 구성된다. 사용자 인터페이스(103)의 동작은 대략 다음과 같다.

1. 디스플레이와 렌더링 프로그램을 사용하여 X선 CT 데이터(실제로는 X선 CT 데이터에 의한 화상)를 사용자에게 표시한다.

2. 사용자는 디스플레이에 표시된 X선 CT 데이터를 보면서 최초의 프로브 경로를 설정하기 위해 필요한 정보를 마우스 및 키보드를 사용하여 입력한다.

3. 마우스 및 키보드로부터의 입력을 수취한 프론트 엔드프로세서는 그것을 해석하여 최초의 프로브 경로를 작성한다.

4. 이리하여 만들어진 최초의 프로브 경로를 계측 대기 프로브 경로 리스트(104)로 보내어 기억시킨다.

유저 인터페이스(103)의 상세한 동작은 실제로는 각각의 응용 시스템마다 서로 다르다. 후술하는 응용에 관한 실시 형태예에서 상세하게 설명한다.

계측 대기 프로브 경로 리스트(104)는 미계측 프로브 경로를 기억하는 리스트이다.

가상 프로브 계측 수단(105)은 가상 프로브를 이용하여 대상물의 X선 CT 데이터 상에서 형상 모델화를 위한 계측을 행한다. 보다 구체적으로 말하면, 가상 프로브 계측 수단(105)은 계측 대기 프로브 경로 리스트(104)에 저장되어 있는 프로브 경로 중에서 미계측의 프로브 경로를 취출하여, 그 프로브 경로에 대해 가상 프로브에 의해 계측을 실행하고, 가상 프로브의 X선 CT 데이터에 있어서의 가상 공간 상에서의 위치에 고유한 특징치(후술하는 응용예에 있어서의 중립점, 요소의 두께, 유로 폭 등)를 프로브 경로마다 취득한다. 계측 결과는 계측 결과 리스트(106)에 보내어져 기억된다. 가상 프로브는 컴퓨터 프로그램 상에서 X선 CT 데이터에 있어서의 가상 공간에 유한의 폭(면적 또는 부피)을 갖는 영역(검사 영역)으로서 정의되는 가상 상의「계측구」이다. 이와 같은 가상 프로브에 대해서는 특허문헌 1에 자세히 설명되어 있다.

계측 결과 리스트(106)는 가상 프로브 계측 수단(105)에 의해 이루어진 계측의 결과를 기억하는 리스트이다.

특징 모델(107)은 대상물이 본질적으로 구비하고 있는 형상적 특징을 기술하고 있는 모델이다. 이는 형상 모델화하기 위한 대상물의 물리적인 성질이나 기능적인 필연성을 기초로 가정된다. 그 구체적인 내용에 대해서는 후술하는 실시 형태예에 있어서 자세히 설명한다.

프로브 경로 설정 수단(108)은 계측 결과 리스트(106)의 내용과 특징 모델(107)을 기초로 새로운 프로브 경로를 작성하여 설정한다.

형상 모델 작성 수단(109)은 계측 결과 리스트(106)의 내용과 특징 모델(107)을 기초로 형상 모델을 작성하고, CAD 시스템에서 이용할 수 있는 형식으로 출력한다.

상기의 특징 모델(107), 프로브 경로 설정 수단(108), 형상 모델 작성 수단(109)은 각각 컴퓨터 프로그램의 일부로서 실현된다.

지금까지는 형상 모델 작성 시스템(100)의 일반적인 구성이다. 다음에 형상 모델 작성 시스템(100)에 있어서의 일반적인 처리 동작에 대해 설명한다. 형상 모델 작성 시스템(100)의 기본적인 생각은 계측 대상물의 특징 모델(107)을 기초로, 가상 프로브 계측(가상 프로브 계측 수단에 의한 계측)에「준비 단계」를 도입하는 데 있다. 「준비 단계」라 함은, 목표를 실현하기 위해 필요한 일련의 순서인 것이다. 여기서는 X선 CT 데이터를 계측함으로써, 고정밀도의 형상 모델을 작성하기 위해 필요한 파라미터(형상 모델화 데이터)를 얻는 것이 목표이다.

형상 모델 작성 시스템(100)에서는 계측의 준비 단계를 실현하기 위해, 유저 인터페이스(103)에 의해 부여되는 최초의 프로브 경로를 기초로, 그 최초의 프로브 경로에 대한 계측 결과와 계측 대상물의 특징 모델(107)을 기초로 하여 순차적으로 새로운 프로브 경로를 추가해 가는 방법을 채용한다.

이것은 가상 프로브 계측을 건축에 있어서의「비계」와 대비하여 생각하면 알기 쉽다. 비계는 최초로 지상으로부터 조립되어, 단계적으로 조립되어 간다. 지상부가 조립되기 전에 상층부를 조립할 수는 없다. 가상 프로브 계측에 있어서도 마찬가지로, 예비적인 계측을 행하지 않으면 프로브 경로를 정할 수 없는 경우가 있다.

계측에 준비 단계를 도입함으로써, 낭비가 없는 계측을 할 수 있게 되므로 단시간에 형상 모델을 작성할 수 있게 되고, 또한, 대상물의 형상의 특징을 생성하는 준비 단계를 구성함으로써 고품질의 형상 모델을 작성할 수 있게 된다. 이 사고 방식은 범용적인 것이므로 다양한 응용을 생각할 수 있다. 이하에서는 대표적인 응용에 있어서의 실시 형태에 대해 설명한다.

응용에 대한 제1 실시 형태 :

제1 실시 형태는 판 요소를 포함하는 대상물인 판금 부품에 대해 쉘 모델을 작성하기 위한 쉘 모델 작성 시스템에 관한 예이다. 쉘 모델 작성 시스템의 목적은, 예를 들어 도2에 도시한 바와 같은 판금 부품[도2의 (a)]의 X선 CT 데이터(200a)[도2의 (b)]로부터 도3에 도시한 바와 같은 쉘 모델(300a)을 작성하는 데 있다. 또 도3에서 (b)에 도시한 것은 (a)의 쉘 모델(300a)의 일부를 확대한 것이다. 판금의 두께는 X선 CT 데이터(200a)의 흐림 폭에 비해 동등 이하이므로, 셀치의 임계치를 설정하여 형상을 취출한다는 종래의 방법을 적용할 수 없다. 따라서 본 발명의 적용이 유효하다.

CAD에서 판금 등의 얇은 물건을 취급하는 경우, 일반적으로는 판금 부품에 있어서의 판 요소의 두께 방향의 중립면(C)을 구성하는 중립점군(P1 내지 Pn)과, 각 중립점에 있어서의 두께(t1 내지 tn)를 사용하여 모델화하는 것이 일반적이므로, 쉘 모델(300a)도 그에 준하는 것으로 되어 있다.

본 실시 형태에 있어서의 쉘 모델 작성 시스템의 구성을 도4에 도시한다. 이 쉘 모델 작성 시스템(100a)의 기본적인 구성은 형상 모델 작성 시스템(100)과 동일하다. 이하에서는, 쉘 모델 작성 시스템(100a)에 고유의 실장을 중심으로 하여 설명한다.

쉘 모델 작성 시스템(100a)의 유저 인터페이스(103a)에 있어서 디스플레이에 표시되는 화면의 예를 도5에 나타낸다. 디스플레이에는 X선 CT 데이터(200a)를 볼륨 렌더링화한 렌더링 화상(401a)이 표시된다. 렌더링 화상(401a)의 콘트라스트는 콘트라스트 조정 패널(403a)을 사용하여 사용자가 보기 쉬워지도록 조정할 수 있다.

사용자는 렌더링 화상(401a)을 보면서 마우스 커서(402a)에서 화면 상의 1 점을 지정한다. 그러면 이 지정점의 화면 상에서의 2차원 좌표와 X선 CT 데이터(200a)의 렌더링 방향(렌더링 화상에 있어서의 투시 방향)으로부터 하나의 시선이 정해진다. 프론트 엔드프로세서는 이 시선을 따라 대상물의 표면을 찾아 대상물의 표면점을 발견한다. 지정된 점의 근방의 여러 점에 대해 같은 탐색을 행하면, 대상물의 표면점의 근방에 있어서의 표면의 법선 벡터를 얻을 수 있다. 이리하여, 지정점에 의해 프로브 경로의 위치가 정해지고, 표면 법선 벡터에 의해 프로브 경로의 방향이 정해진다. 그리고 계측 조건 설정 패널(404a)에서 프로브 주사 길이를 설정하면, 직선형의 프로브 경로를 작성할 수 있다. 이상이 최초의 프로브 경로를 사용자가 시스템과 대화적으로 설정하는 처리이다.

쉘 모델 작성 시스템(100a)의 특징 모델(107a)은 대상물인 판금 부품에 대해, 예를 들어 다음과 같은 특징을 가정하고 있다.

1. 두께(t)는 급변하지 않고, 표면과 이면의 각 면은 1차 미분 연속이다.

2. 중립면(C)의 곡률 반경은 3 ㎜ 이상이다.

이들의 특징은, 판금 부품의 제조 프로세스를 고려하여 결정되는 것이다.

쉘 모델 작성 시스템(100a)의 프로브 경로 설정 수단(108a)은 상기한 바와 같이 하여 설정되는 최초의 프로브 경로와 특징 모델(107a)을 기초로 하여 순차적으로 프로브 경로를 작성하여 설정한다. 그 프로세스를 도6에 나타낸다.

1. 최초의 프로브 경로(L1)에 대한 계측을 행하여 중립점(P1)을 얻는다. 가상 프로브 계측에는 몇 개의 계측 알고리즘이 있고,「폭 계측」이라 불리우는 방법을 사용하면 얇은 부분의 두께를 정확하게 계측하여 중립점을 얻을 수 있다. 「폭 계측」에 대해서는, 특허문헌 1에 X선 CT 데이터의 화상을 흐리게 하는 방법으로서 자세히 설명되어 있다.

2. 프로브 경로(L1)를 간신히 평행 이동하여 프로브 경로(L2)를 구하고, 계측 대기 프로브 경로 리스트(104)에 기억시킨다. 평행 이동량은 특징 모델(107a)을 기초로 하여 결정한다. 구체적으로는, 중립면(C)의 곡률 반경이 3 ㎜ 이상이라는 특징을 고려하여, 그 1/2 이하에 해당하는 1 ㎜로 한다.

3. 가상 프로브 계측 수단(105)이 프로브 경로(L2)에 대한 계측을 행하여 중립점(P2)을 구하고, 계측 결과 리스트(106)에 기억시킨다.

4. 중립점(P1)과 중립점(P2)으로부터 이들 근방에 있어서의 중립면(C)의 법선 벡터를 구한다.

5. 프로브 경로(L2)의 중립점을 프로브 경로(L1)와는 반대 측으로 이동하고, 또한, 4의 처리로 얻게 된 중립면(C)의 법선 벡터를 적용한다. 이리하여 새로운 프로브 경로(L3)를 구하고, 계측 대기 프로브 경로 리스트(104)에 기억시킨다.

6. 가상 프로브 계측 수단(105)이 프로브 경로(L3)에 대한 계측을 행하여 중립점(P3)을 구하고, 계측 결과 리스트(106)에 기억시킨다.

7. 중립점(P3)의 근방에 있는 중립점의 집합으로부터 이들 근방에 있어서의 중립면(C)의 법선 벡터를 구한다.

8. 상기한 5 내지 7의 각 처리를 새로운 중립점을 얻을 수 없게 될 때까지 반복한다.

이상과 같은 프로브 경로 설정 수단(108a)과 가상 프로브 계측 수단(106)의 처리에 의해 계측 결과 리스트(106)에는 다수의 중립점의 좌표, 각 중립점의 근방에 있어서의 중립면(C)의 법선 벡터 및 각 중립점에 있어서의 재료의 두께(t1 내지 tn)가 기억된다.

이상의 처리가 끝나면, 쉘 모델 작성 시스템(100a)의 형상 모델 작성 수단(109)은 계측 결과 리스트(106)에 기억되어 있는 중립점을 재배열하여, 그것들을 서로 결합하여 곡면 데이터로서 출력한다. 곡면 데이터를 IGES(Initial Graphic Exchange Specification) 등의 호환성이 높은 형식으로 출력하면, 쉘 모델로서 유한 요소 해석 등에 활용할 수 있다.

응용에 대한 제2 실시 형태 ;

제2 실시 형태는 예를 들어 소용돌이 펌프에 대해 블레이드와 같은 유체 기계 부품의 형상 모델을 작성하는 등의 경우에 이용되는 유체 기계 부품 형상 모델 작성 시스템에 관한 예이다. 유체 기계 부품 형상 모델 작성 시스템의 목적은 예를 들어 도7에 그 외관을 도시한 바와 같은 원심형 소용돌이 펌프의 임펠러[도3의 (a)]의 X선 CT 데이터(200b)[도3의 (b)]로부터 도8에 도시한 바와 같은 블레이드 형상 모델(300b)을 작성하는 데 있다. 임펠러는 회전 대칭이고, 복수매의 블레이드의 계측 결과를 평균화함으로써 고정밀도인 모델화를 기대할 수 있다. 이와 같은 경우에도 순차적으로 계측을 행하는 본 발명의 적용이 유효하다.

소용돌이 펌프와 같은 유체 기계의 설계에서는 일반적으로는 블레이드에 의한 유로의 중립면(C)을 정의하고, 그 위에 있는 중립점군(P1 내지 Pn)과, 각 중립점에 있어서의 유로 폭(t1 내지 tn)을 사용하여 모델화하는 것이 일반적이므로, 블레이드 형상 모델(300b)도 그에 준하는 것으로 되어 있다.

본 실시 형태에 있어서의 유체 기계 부품 형상 모델 작성 시스템의 구성을 도9에 도시한다. 이 유체 기계 부품 형상 모델 작성 시스템(100b)의 기본적인 구성은 형상 모델 작성 시스템(100)과 동일하다. 이하에서는, 유체 기계 부품 형상 모델 작성 시스템(100b)에 고유의 실장을 중심으로 하고 설명한다.

유체 기계 부품 형상 모델 작성 시스템(100b)의 유저 인터페이스(103b)가 디스플레이에 표시하는 화면의 예를 도10에 나타낸다. 디스플레이에는 X선 CT 데이터(200b)를 절단 렌더링화한 렌더링 화상(401b)이 표시된다. 렌더링 화상(401b)의 절단 위치는 절단 위치 조정 패널(405b)을 사용하여 조정할 수 있다. 사용자는 렌더링 화상(401b)을 보면서, 마우스 커서(402b)에서 중심축 사이에 끼이는 허브 구멍의 내벽의 1점을 지정한다. 그러면 이 지정점의 화면 상에서의 2차원 좌표와 X선 CT 데이터(200b)의 렌더링 방향으로부터 하나의 시선이 정해진다. 조작 패널(406b)에 있는「중심축」버튼을 누르면, 프론트 엔드프로세서가 이 시선을 따라 대상물의 표면을 찾아내어 대상물의 표면점을 발견한다. 하나의 표면점이 발견되면,「표면 영역 확장법」이라 불리우는 방법에 의해 임펠러의 중심축(A)을 알 수 있다. 표면 영역 확장법에 대해서는 일본 특허 공개 제2002-230056호 공보에 자세한 설명이 있다.

다음에 사용자는 마우스 커서(402b)에서 유로의 시점(P0)을 지정한다. 실제의 유로의 시점(P0)은 임펠러의 유로의 입구에 있는 것으로, 도10과 같이 블레이드의 표면에 있는 것은 아니지만, 여기서는 설명을 간단하게 하기 위해 블레이드의 표면에 있는 것처럼 기술하고 있다. 유로의 시점(P0)을 지정해 둔 후, 조작 패널(406b)에 있는「개시점」버튼을 누르면, 최초의 프로브 경로로서 다음의 2종류의 프로브 경로가 작성된다.

1. L0r : 유로의 시점(P0)과 중심축(A)을 통과하고, 중심축(A)에 수직인 직선 형상의 경로.

2. L0t : 유로의 시점(P0)을 통과하고, 중심축(A)에 수직인 면 내에 있는 중심축(A)을 중심으로 하는 원호 형상의 경로.

유체 기계 부품 형상 모델 작성 시스템(100b)의 특징 모델(107b)은 대상물인 임펠러에 대해, 예를 들어 다음과 같은 특징을 가정하고 있다.

1. 유로 단면은 급변하지 않고, 흐름에 따른 곡률 반경은 10 ㎜ 이상이다.

2. 대략 사변형이고, 각각의 면은 1차 미분 연속이다.

3. 블레이드 매수의 회전 대칭이다. 예를 들어 블레이드가 6매인 경우에는, 중심축(A)의 주위로 60도 회전시키면, 원래의 형상에 대략 포개어진다.

이들 특징은 원심형 소용돌이 펌프 임펠러가 기능하기 위해 구비해야 하는 조건을 고려하여 필연적으로 결정되는 것이다.

유체 기계 부품 형상 모델 작성 시스템(100b)의 프로브 경로 설정 수단(108b)은 상기한 바와 같이 하여 설정되는 최초의 프로브 경로와 특징 모델(107b)을 기초로 순차적으로 프로브 경로를 작성하여 설정한다. 그 프로세스를 도11에 나타낸다.

1. 가상 프로브 계측 수단(105)이 중립점(P0)으로부터 얻게 된 최초의 프로브 경로(L0r, L0t)에 대한 계측을 행하여 정확한 중립점(P0')(도면 중에는 도시하지 않음)을 구하고, 계측 결과 리스트(106)에 기억시킨다. 각각의 프로브 경로에 대한 계측에 의해 중심축(A)에 대한 중립점(P0')의 거리와 각도를 알 수 있으므로, 그것을 기초로 중립점(P0')의 3차원적인 위치를 결정한다. 조작 패널(406b)에서 블레이드 매수가 지정되어 있는 경우에는 회전 대칭에 해당하는 다른 부위의 위치를 알 수 있으므로, 그것들에 대해서도 계측을 행하여 평균을 구함으로써 계측 오차를 저감시키도록 해도 좋다.

2. 중립점(P0')을 이동하여 새로운 가상의 중립점(P1)을 구한다. 그리고 나서 이에 대해 프로브 경로(L1r, L1t)를 구하여 계측 대기 프로브 경로 리스트(104)에 기억시킨다. 이동량은 특징 모델(107b)에 있어서 유로 단면의 곡률 반경이 10 ㎜ 이상인 것을 고려하여, 그 1/2 이하에 해당하는 3 ㎜로 한다.

3. 가상 프로브 계측 수단(105)이 프로브 경로(L1r, L1t)에 대한 계측을 행하여 정확한 중립점(P1')(도면 중에는 도시하지 않음)을 구하고, 계측 결과 리스트(106)에 기억시킨다.

4. 중립점(P0')과 중립점(P1')으로부터 이들 근방에 있어서의 중립면(C)의 접평면(接平面)을 구한다.

5. 중립점(P1')을 중립점(P0')과는 반대 측으로 이동하고, 4의 처리에서 얻게 된 중립면(C)의 접평면에 정사영(正射影)함으로써, 새로운 가상의 중립점(P2)을 구한다. 이에 대해 프로브 경로(L2r, L2t)를 구하여 계측 대기 프로브 경로 리스트(104)에 기억시킨다.

6. 가상 프로브 계측 수단(105)이 프로브 경로(L2r, L2t)에 대한 계측을 행하여 정확한 중립점(P2')(도면 중에는 도시하지 않음)을 구하고, 계측 결과 리스트(106)에 기억시킨다.

7. 상기한 4 내지 6의 각 처리를 새로운 중립점을 얻을 수 없게 될 때까지 반복한다.

이상과 같은 프로브 경로 설정 수단(108b)과 가상 프로브 계측 수단(106)의 처리에 의해 계측 결과 리스트(106)에는 다수의 중립점의 좌표, 각 중립점의 근방에 있어서의 중립면(C)의 접평면 및 각 중립점에 있어서의 유로 폭(t1 내지 tn)이 기억된다.

이상의 처리가 끝나면, 유체 기계 부품 형상 모델 작성 시스템(100b)의 형상 모델 작성 수단(109)은 계측 결과 리스트(106)에 기억되어 있는 중립점을 재배열하여, 이들을 서로 결합하여 곡면 데이터로서 출력한다. 곡면 데이터를 IGES 등의 호환성이 높은 형식으로 출력하면, 블레이드 형상 모델로서 유체 해석 등에 활용할 수 있다.

응용예에 대한 제3 실시 형태 ;

제3 실시 형태는 예를 들어 자동차 엔진의 매니폴드의 형상 모델 등을 작성하는 관로 부품 모델 작성 시스템에 관한 예이다. 관로 부품 모델 작성 시스템의 목적은 예를 들어 도12에 도시한 바와 같은 매니폴드[도12의 (a)]의 X선 CT 데이터(200c)[도12의 (b)]로부터 도13에 도시한 바와 같은 매니폴드 모델(300c)을 작성하는 데 있다. 매니폴드는 대략 일정한 두께의 파이프의 조합이고, 그 중심선을 찾아감으로써 이용하기 쉬운 형상 모델을 작성할 수 있다. 이와 같은 형상이 갖는 특징을 활용하기 위해서는 본 발명의 적용이 유효하다.

CAD에서 파이프를 취급하는 경우, 중앙선(C)을 구성하는 중앙점군(P0 내지 Pn)과, 각 중앙점에 있어서의 파이프의 반경(r0 내지 rn)을 사용하여 모델화하는 것이 일반적이므로, 매니폴드 모델(300c)도 그에 준하는 것으로 되어 있다.

본 실시 형태에 있어서의 관로 부품 모델 작성 시스템의 구성을 도14에 도시한다. 이 관로 부품 모델 작성 시스템(100c)의 기본적인 구성은 형상 모델 작성 시스템(100)과 동일하다. 이하에서는 관로 부품 모델 작성 시스템(100c)에 고유의 실장을 중심으로 하여 설명한다.

관로 부품 모델 작성 시스템(100c)의 유저 인터페이스(103c)가 디스플레이에 표시하는 화면의 예를 도15에 나타낸다. 디스플레이에는 X선 CT 데이터(200c)를 볼륨 렌더링화한 렌더링 화상(401c)이 표시된다. 사용자는 렌더링 화상(401c)을 보면서, 마우스 커서(402c)로 파이프의 단부면 플랜지면에 있는 3개 이상의 점을 지정한다. 그러면 그 지정점의 화면 상의 2차원 좌표와 X선 CT 데이터(200a)의 렌더링 방향으로부터 몇 개의 시선이 정해진다. 프론트 엔드프로세서는 이들 시선을 따라 대상물의 표면을 찾아내어 표면점을 발견한다. 최소 제곱법을 사용하면, 단부면 플랜지면을 알 수 있다. 다음에 사용자는 파이프의 입구에 해당하는 점을 지정한다. 마찬가지로 구한 시선과 단부면 플랜지면의 교점을 구하면, 그것이 파이프 입구에 있어서의 중앙점(중립점)의 3차원적인 위치이다. 이와 같이 하여 파이프 입구 중앙점이 구해지면, 그것을 약간 시선 방향으로 이동시킨 점[후술하는 도16에 있어서의 중앙점(P0)]에 있어서, 단부면 플랜지면에 평행하게 한 최초의 프로브 경로를 작성하여 설정할 수 있다.

관로 부품 모델 작성 시스템(100c)의 특징 모델(107c)은 대상물인 매니폴드에 대해 예를 들어 다음과 같은 특징을 가정하고 있다.

1. 파이프의 단면은 거의 원형이다.

2. 파이프의 방향은 급변하지 않고, 내면은 1차 미분 연속이다.

3. 파이프 중앙선(C)의 곡률 반경은 30 ㎜ 이상이다.

이들 특징은 자동차 엔진의 매니폴드가 기능하기 위해 구비해야 하는 조건을 고려하여 필연적으로 결정되는 것이다.

관로 부품 모델 작성 시스템(100c)의 프로브 경로 설정 수단(108c)은 상기한 바와 같이 하여 설정되는 최초의 프로브 경로와 특징 모델(107c)을 기초로, 순차적으로 프로브 경로를 작성하여 설정한다. 그 프로세스를 도16에 나타낸다.

1. 가상 프로브 계측 수단(105)이 중앙점(P0)으로부터 얻게 된 최초의 프로브 경로(L0)에 대한 계측을 행하여 정확한 중앙점(P0')(도면 중에는 도시하지 않음)을 구하고, 계측 결과 리스트(106)에 기억시킨다.

2. 중앙점(P0')을 이동하여 새로운 가상의 중앙점(P1)을 구한다. 이 중앙점(P1)에 대해 프로브 경로(L1)를 구하여 계측 대기 프로브 경로 리스트(104)에 기억시킨다. 이동량은 특징 모델(107c)에 있어서 중앙선(C)의 곡률 반경이 30 ㎜ 이상인 것을 고려하여, 그 1/2 이하에 해당하는 10 ㎜로 한다.

3. 가상 프로브 계측 수단(105)이 프로브 경로(L1)에 대한 계측을 행하여 정확한 중앙점(P1')(도면 중에는 도시하지 않음)을 구하여 계측 결과 리스트(106)에 기억시킨다.

4. 중앙점(P0')과 중앙점(P1')으로부터 이들 근방에 있어서의 중앙선(C)의 방향 벡터를 구한다.

5. 중앙점(P1')을 중앙점(P0')과는 반대 측으로 이동하고, 중앙선(C)에 정사영함으로써 새로운 가상의 중앙점(P2)을 구한다. 이 중앙점(P2)에 대해 프로브 경로(L2)을 구하여 계측 대기 프로브 경로 리스트(104)에 기억시킨다.

6. 가상 프로브 계측 수단(105)이 프로브 경로(L2)에 대한 계측을 행하여 정확한 중앙점(P2')(도면 중에는 도시하지 않음)을 구하고, 계측 결과 리스트(106)에 기억시킨다.

7. 상기한 4 내지 6의 각 처리를 새로운 중앙점을 얻을 수 없을 때까지 반복한다.

이상과 같은 프로브 경로 설정 수단(108c)과 가상 프로브 계측 수단(106)의 처리에 의해 계측 결과 리스트(106)에는 다수의 중앙점의 좌표와, 각 중앙점의 근방에 있어서의 중앙선(C)의 방향 벡터, 각 중앙점에 있어서의 파이프의 반경(r0 내지 rn)이 기억된다.

이상의 처리가 끝나면, 관로 부품 모델 작성 시스템(100c)의 형상 모델 작성 수단(109)은 계측 결과 리스트(106)에 기억되어 있는 중앙점을 재배열하고, 그것들을 서로 결합하여 곡선 데이터로서 출력한다. 곡선 데이터를 IGES 등의 호환성이 높은 형식으로 출력하면, 매니폴드 모델로서 유한 요소 해석 등에 활용할 수 있다.

응용에 대한 제4 실시 형태 ;

제4 실시 형태는 재질이 다른 복수의 재료로 구성되는 복합재의 형상 모델을 작성하는 복합재 모델 작성 시스템에 관한 예이다. X선 CT에서는 밀도의 정보를 취득하는 것이 가능하므로 이종재를 구별할 수 있지만, 경계가 흐림을 포함하므로 표면 위치를 정확하게 추출하는 것이 어려워진다. 3차원 형상 모델을 작성하기 위해서는, 종래 매칭 큐브법 등의 경계 모델화 방법으로 폴리곤 모델을 작성하고 있었다. 그러나, 이 방법으로는 미리 설정된 임계치에 의해 경계를 결정하므로 경계의 임계치가 복수 존재하는 복합재의 모델화는 곤란하였다. 복합재 모델 작성 시스템의 목적은 X선 CT 장치에 의해 촬상한 X선 CT 데이터를 이용하여 복합재의 형상에 대해 특정한 재질 내지는 모든 재질의 표면 형상의 폴리곤 모델을 정밀도 좋게 작성하는 데 있다. 이 때, 이 재질의 각 부재가 얇아도 모델화가 가능하다. 따라서, 본 방법으로 제1 실시 형태와 같은 쉘 모델도 작성할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서의 복합재 형상 모델 작성 시스템의 구성을 도17에 도시한다. 이 복합재 형상 모델 작성 시스템(100d)의 기본적인 구성은 형상 모델 작성 시스템(100)과 동일하다. 이하에서는 복합재 형상 모델 작성 시스템(100d)에 고유의 실장을 중심으로 하여 설명한다.

복합재 형상 모델 작성 시스템(100d)의 유저 인터페이스(103d)의 디스플레이에는 형상 모델화 대상의 복합재로부터 얻게 된 X선 CT 데이터에 의한 화상이 표시된다. 사용자는 그 디스플레이 상의 화상을 보면서 마우스 커서로 추출하고자 하는 재질의 부품을 지정한다. 데이터 전체에 대해 형상 모델을 작성하는 경우에는, 이 지정은 마우스를 사용하지 않고 재질로 지정해도 좋다.

복합재 형상 모델 작성 시스템(100d)의 특징 모델(107d)은 대상물인 복합재의 각 부재에 대해 재질, 각 재질의 평균 셀치 등의 특징을 가정하고 있다. 또한, 복합재의 제조 프로세스를 고려하여 결정되는 이종재 사이의 연속성 등을 가정하고 있어도 좋다.

복합재 형상 모델 작성 시스템(100d)의 프로브 경로 설정 수단(108d)은 최초의 프로브 경로와 특징 모델(107d)을 기초로, 순차적으로 프로브 경로를 작성한다. 그 프로세스를 도18에 나타낸다.

1. 최초의 프로브 경로(L1)는 사용자 지정 또는 인접 셀의 자동 탐색에 의해 설정된다. 프로브 경로 상에서 일정 이상의 셀치의 차가 있는 경우, 프로브 경로의 양단부가 각 재질의 평균 셀치를 나타낼 때까지 프로브 경로를 연장하여 프로브 경로(L1')을 작성한다. 프로브 경로를 5 내지 10 셀 연장해도 각 재질의 평균 셀치를 나타내지 않는 경우, 프로브 경로의 각도를 바꾸어 상기를 충족시키는 프로브 경로(L1')를 탐색한다. 이 때, 이하의 경우에는 프로브 경로 상에 3 종류 이상의 이종재가 포함되므로, 가상 프로브 계측의「이종재 계측」을 적용하여 얇은 부재의 표면 위치를 고정밀도로 계측한다. 「이종재 계측」에 대해서는, 특허문헌 1에 자세히 설명되어 있다.

(a) 프로브 경로 상에 그 양단에 있어서의 각 셀의 셀치보다도 높거나 혹은 낮은 셀치가 존재한다.

(b) 프로브 경로의 길이를 극소로 하도록 프로브 경로의 각도를 조절해도 프로브 경로의 길이가 10 내지 15 셀 이상이 된다.

2. 다음에, 프로브 경로(L1')에 대한 계측을 행하여 복합재의 부재에 있어서의 표면상의 점(P1)을 얻는다.

3. 프로브 경로(L1')를 약간 평행 이동하여 프로브 경로(L2)를 구하고, 계측 대기 프로브 경로 리스트(104)에 기억시킨다. 평행 이동량은 특징 데이터(107d)를 참조하여 결정한다.

4. 가상 프로브 계측 수단(105)이 프로브 경로(L2)에 대한 계측을 행하여 표면 상의 점(P2)을 구하고, 계측 결과 리스트(106)에 기억시킨다.

5. 상기한 1 내지 4의 각 처리를 복합재에 대해 사용자가 지정한 부재, 혹은 모든 부재에 대해 반복한다.

이상과 같은 프로브 경로 설정 수단(108d)과 가상 프로브 계측 수단(106)의 처리에 의해 계측 결과 리스트(106)에는 다수의 표면 위치의 좌표가 기억된다. 1 내지 5의 각 처리에서는 모든 재질의 모든 경계면을 구하는 예를 나타냈지만, 1의 처리에서 각 재질의 평균 셀치를 탐색하였을 때에 판정을 가함으로써 특정한 재질의 표면만을 구하도록 할 수도 있다.

이상의 처리가 끝나면, 복합재 형상 모델 작성 시스템(100d)의 형상 모델 작성 수단(109)은 계측 결과 리스트(106)에 기억되어 있는 표면 위치 좌표를 재배열하고, 그것들을 서로 결합하여 곡면 데이터로서 출력한다. 곡면 데이터를 폴리곤 데이터나 IGES 등의 호환성이 높은 형식으로 출력하면, 유한 요소 해석 등에 활용할 수 있다.

이하에서는, 본 발명을 실시하는 경우의 일반적 형태의 다른 하나에 대해 설명한다. 이상의 실시 형태예에서는, 사용자가 유저 인터페이스를 이용하여 관여함으로써 설정되는 최초의 프로브 경로와 특징 모델을 기초로 하여 순차적으로 프로브 경로를 작성 설정하는 구성으로 되어 있었지만, 본 일반적 실시 형태예에서는 필요한 프로브 경로 모두를 일괄적으로 설정할 수 있도록 되어 있다. 단, 그 설정은 복수를 일괄적으로 설정한 가상의 프로브 경로를 그 각 가상 프로브 경로에 대한 측정으로 얻게 된 특징치 등을 기초로 하여 갱신하는 것을 일정한 수렴 조건을 충족시킬 때까지 반복함으로써 최종적인 프로브 경로를 구하는 것으로 이루어진다.

도19에 본 실시 형태에 있어서의 형상 모델 작성 시스템의 구성을 도시한다. 이 형상 모델 작성 시스템은 X선 CT 촬상 장치(1), 가상 중립점군 작성 수단(12),가상 프로브 경로 설정 수단(13), 가상 프로브 계측 수단(4), 가상 중립점군 및 가상 프로브 경로 갱신 수단(14), 수렴 판정 수단(15) 및 형상 모델 작성 수단(5)을 구비한다. 이와 같은 형상 모델 작성 시스템은 상술한 예와 같이 다양한 대상물에 대해 형상 모델의 작성을 가능하게 한다. 이하에서는, 설명을 구체적인 것으로 하기 위해 판 요소로 구성되는 판 부품을 대상물로 하는 경우를 전제로 한 설명으로 한다. 위에서 설명한 바와 같이, CAD에서 판금 등의 얇은 물건을 취급하는 경우, 일반적으로는 중립면을 구성하는 중립점군과 각 중립점에 있어서의 두께를 사용하여 모델화하는 것이 일반적이므로, 이하의 설명에서도 그에 준하는 것으로 하고 있다.

X선 CT 촬상 장치(1)는 판 요소로 구성되는 판 부품(6)의 단층상을 복수매 촬상하여, 판 부품(6)을 포함하는 X선 CT 데이터(3차원 비트맵 데이터)(7)를 작성한다.

가상 중립점군 작성 수단(12)은 X선 CT 데이터(7)로부터 판 부품(6)의 내부에 위치하는 내부점, 구체적으로는 중립점에 관하여 가상 중립점군 데이터(16)를 작성한다.

가상 프로브 경로 설정 수단(13)은 가상 중립점군(16)에 있어서의 각 중립점에 대해, 그 중립점에 있어서의 판 요소의 두께와 그 두께 방향의 중앙 위치를 계측하기 위한 가상의 프로브 경로를 그것이 해당하는 중립점을 통과하도록 하여 설정한다.

가상 프로브 계측 수단(4)은 가상 프로브 경로 설정 수단(13)에 의해 설정되는 가상 프로브 경로 및 가상 중립점군 및 가상 프로브 경로 갱신 수단(14)에 의해 갱신되어 설정되는 새로운 가상 프로브 경로를 따라 가상 프로브(10)를 주사시켜 가상 프로브 계측을 행한다. 그 계측 내용은 각 가상 중립점에 있어서의 판 요소의 두께와 그 두께 방향에서의 중앙 위치를 구하는 것이다.

가상 중립점군 및 가상 프로브 경로 갱신 수단(14)은 가상 프로브 계측 수단(4)에 의해 계측된 판 요소의 중앙 위치에 가상 중립점군을 갱신하고, 이 갱신으로 얻게 된 새로운 가상 중립점군의 각 점에 대해, 그 점에 있어서의 판 요소의 두께를 계측하기 위한 가상 프로브 경로를 갱신 및 설정한다.

수렴 판정 수단(15)은 가상 중립점군 및 가상 프로브 경로 갱신 수단(14)으로 갱신된 중립점 내지 가상 프로브 경로에 대해 수렴 판정을 행한다. 그 수렴 판정은 각 갱신 가상 중립점의 위치의 변화와 각 갱신 가상 중립점에 설정한 가상 프로브 경로의 벡터의 변화에 대해 행한다. 즉 갱신 가상 중립점의 위치가 갱신 전의 가상 중립점에 대해 일정치 이상 변화하고 있는지 및 갱신 가상 중립점에 설정된 가상 프로브 경로의 벡터가 갱신 전의 가상 중립점에 있어서의 가상 프로브 경로의 벡터에 대해 일정치 이상 변화하고 있는지를 판정하여 행한다. 이 수렴 판정에서 일정치 이상의 변화가 있다고 판정된 경우에는, 가상 프로브 계측 수단(4)과 가상 중립점군 및 가상 프로브 경로 갱신 수단(14)에 데이터를 보내어 수렴 판정 수단(L5)에 의한 판정 결과가「일정치 이상의 변화없음」이 될 때까지 이상의 처리를 반복시킨다. 그리고 수렴 판정 수단(15)이「일정치 이상의 변화없음」이라 판정한 후, 그 시점에서의 가상 중립점군을 진정한 중립점군(8)으로 하고, 중립점군(8)의 각 중립점에 관련된 판 두께를 진정한 판 두께로 한다. 형상 모델 작성 수단(5)은 중립점군 데이터(8)와 가상 프로브 계측 수단(4)에 의해 계측된 판 두께로부터 판 두께의 정보를 갖는 형상 모델, 구체적으로는 판 요소 모델(11)을 작성한다.

도20에 가상 중립점군 작성 수단(12)이 가상 중립점군을 자동적으로 구하는 방법의 일예에 있어서의 처리의 흐름을 나타낸다. 본 예에 있어서의 가상 중립점군 작성법(가상 중립점군 추출법)은 대상물 내부 셀 추출 과정(17), 근방 셀 참조 과정(18), 근방 셀 중심점 산출 과정(19) 및 점군 선별 과정(20)을 포함하고 있다.

대상물 내부 셀 추출 과정(17)은 도19에 있어서의 X선 CT 데이터(7)를 2치화함으로써, 대상물 내부 셀(21)[도20의 (c)에 있어서의 흰색 부분]을 추출한다. 이 때 2치화의 임계치를 조절함으로써, 추출하는 내부 셀(21)의 수량을 적절한 값으로 조정해도 좋다.

근방 셀 참조 과정(18)은 각 내부 셀(21)의 근방에 있는 셀(22)[도20의 (d)에 음영으로 나타나 있는 부분]을 참조한다. 근방의 범위는 각 내부 셀(21)로부터 소정 거리의 범위로서 정해진다. 그 소정 거리는 예를 들어 각 내부 셀(21)로부터의 2 셀 이내로 정해진다. 또한, 소정 거리는 외부 셀이 포함되는 거리로서 국소적으로 결정할 수도 있다. 또한, 소정 거리는 사용자가 입력하는 판 요소의 판 두께를 기초로 하여 결정할 수도 있다.

근방 셀의 중심점 산출 과정(19)에서는 근방 셀 참조 과정(18)에서 참조한 근방 셀(22)의 중심점을 산출한다. 그리고 이 산출된 중심점을 가상 중립점군 데이터(16)에 있어서의 가상 중립점으로 한다. 중심점의 산출은 내부 셀뿐만 아니라 외부 셀도 포함할 수 있는 근방 셀(22) 내의 내부 셀군(群)에 대해 그 무게 중심 위치를 구함으로써 행하는 것이 하나의 방법이다. 또한, 각 셀의 CT치에 의해 중점 부여하는 것으로도 중심점을 산출하는 것이 가능하다.

점군 선별 과정(20)에서는, 근방 셀(22)의 중심점 산출 과정에서 구해진 중심점군에 대해 포개어진 점이나 가장 근방에 있는 점을 합병한다. 여기서, 가장 근방에 대한 정의치는 사용자가 입력에 의해 결정할 수 있도록 해도 좋다.

이상의 일련의 처리에 의해, 도19에 있어서의 X선 CT 데이터(7)로부터 가상 중립점군 데이터(16)를 자동적으로 작성할 수 있다.

도21에 가상 중립점군과 가상 프로브 경로를 갱신하는 처리를 이미지화하여 나타낸다. 가상 중립점군과 가상 프로브 경로의 갱신에서는 우선 갱신 전의 가상 중립점(23)에 대해 설정된 가상 프로브 경로(24)를 따라 가상 프로브 계측 수단(4)이 가상 프로브(10)를 주사시켜 판 요소의 두께와 중앙 위치를 구한다[도21의 (a)]. 다음에, 가상 중립점의 위치를 가상 프로브 계측으로 구한 판 요소의 중앙 위치로 설정하여, 새로운 가상 중립점(25)으로 한다. 마지막에, 새로운 가상 중립점(25)을 통과하는 새로운 가상 프로브 경로(26)를 설정한다[도21의 (b)].

가상 프로브 경로(26)에는 방향과 길이가 있다. 가상 프로브 경로(26)의 방향은 예를 들어 가상 중립점(25)의 근방의 가상 중립점군으로 형성되는 면의 법선 벡터로서 설정할 수 있다. 법선 벡터는 근방의 점과의 근사 평면의 법선 벡터로서 구해도 좋고, 또한, 주목한 점을 원점으로 한 근방의 각 점의 위치 벡터를 구하여 모든 외적 벡터의 평균을 산출하는 등하여 구해도 좋다. 후자의 방법은 X선 CT 데이터로부터 셀치로 중점 부여하여 근사면 법선 벡터를 구하는 경우에도 유효하다. 이들 방법과는 달리 갱신에 있어서의 새로운 가상 프로브 경로의 방향은 갱신 전을 기준으로 하여 판 두께가 극소가 되도록 탐색하여 구하는 것도 가능하다.

가상 프로브 경로(26)의 길이는 참조한 근방 셀의 거리의 2 내지 8배로 설정하거나, 혹은 사용자가 입력하는 판 두께의 2 내지 8배로 설정하거나 하는 것이 일반적이다.

도22에 가상 프로브를 이용하여 판 부품의 중립점 및 판 두께를 계측하는 처리를 이미지화하여 나타낸다. 이 계측은 특허문헌 1에서 알 수 있는 폭 계측 방법에 준하고 있다. 도22에 있어서의 상부의 부분은 X선 CT 데이터(7)에 있어서의 가상 프로브(10)의 주사 요령을 나타내고, 하부의 그래프 부분은 가상 프로브 위치와 CT치와의 관계를 나타낸다. 가상 프로브(10)는 X선 CT 데이터(7) 상에서 프로브 경로(9)를 따라 주사한다. 그리고, 그 주사에 있어서, 상술한 바와 같이 유한의 면적 내지 체적을 갖는 영역으로서 정의되는 부분의 가상 프로브(10) 내에 포함되는 각 셀에 대한 CT치(셀치)를 구한다. 이 때, 가상 프로브(10)를 왕복 주사시켜 데이터의 정밀도를 상승시키도록 해도 된다. 이와 같이 하여, 도면에 나타내는 가상 프로브 위치와 가상 프로브에 포함되는 CT치와의 관계를 계측한다. 이 계측치를 프로브 경로 상의 위치에 플롯한 것이 하부의 그래프이다. 실선(27)은 가상 프로브 위치에 대해 계측한 CT치이고, 2개의 굵은 파선(28)은 실제의 판 부품의 표면이다. 그래프에서는 가상 프로브 위치에 있어서의 좌측으로부터 공기, 판 부품, 공기의 순서로 계측 대상 영역이 구성되어 있는 예를 나타내고 있다.

판 부품의 두께는 이하의 순서로 구할 수 있다. 우선, 판 부품의 밀도를 나타내는 CT치(29)와 공기의 밀도를 나타내는 CT치(30)를 구한다. CT치(29)는 예를 들어 판 부품과 동일한 재질이 수십 셀 이상의 넓은 영역을 차지하는 부분에 대한 CT치를 취득하여, 그 평균치로서 구한다. 다음에, CT치(30)를 나타내는 가는 파선과 실선(27)으로 둘러싸이는 영역(31)의 면적을 구한다. 이 경우, 실선(27)은 두꺼운 파선(28)이 가우스 함수에 따라서 흐려진 것이므로, 영역(31)의 면적은 CT치(29)를 나타내는 가는 파선, CT치(30)를 나타내는 가는 파선, 및 굵은 파선(28)으로 둘러싸이는 영역(32)의 면적과 동일하다. 이 관계를 이용하여, 판 부품의 두께(33)를 두께(33) ＝ [영역(31)의 면적]/[CT치(29) － CT치(30)]로서 구한다. 중립점 위치(34)를 구하기 위해서는, 가상 프로브가 프로브 경로 전체를 주사하여 영역(31)의 면적을 구한 후에, 다시 주사하여 가상 프로브가 더해진 면적이 영역(31)의 면적의 1/2이 되는 위치를 구하면 된다. 이와 같이 하여, 판 부품이 얇은 경우라도 이 얇은 판 부품의 중립점, 두께 및 경계 위치를 셀 폭 이하의 고정밀도로 계측할 수 있다.

도23에 계측된 중립점군과 판 두께로부터 판 요소 모델을 작성하는 처리의 일예를 이미지화하여 나타낸다. 가상 프로브 계측 수단으로 계측된 중립점군의 각 중립점(8)에 대해 근방의 2점으로 구성되는 면 요소(판 요소)(11)를 작성하고, 이 작성한 면 요소에 계측된 판 두께를 관련되게 한다. 이 때, 가상 프로브 계측 수단에서 이용한 프로브 경로의 벡터의 방향이 친한 점끼리 우선적으로 연결하도록 해도 좋다. 또한, 면 요소에 관련된 판 두께는, 예를 들어 면을 구성하는 각 점의 판 두께의 평균치를 설정하지만, 이 때 가상 프로브 계측 수단으로 이용한 프로브 경로의 벡터의 방향이 가까운 점의 판 두께만을 평균치의 계산에 이용하도록 하면, 판의 굴곡부 등에서도 고정밀도로 모델화할 수 있다.

도24에 나타낸 것은, 판 부품의 엣지부의 중립점군을 구하는 방법에 있어서의 처리의 일예를 이미지화한 것이다. 도면 중에서 부호 37을 부여하고 있는 것이 X선 CT 데이터에 있어서의 엣지부의 판 부품 단면이다. 본 방법은 중립점군과 판 두께를 본 발명 혹은 다른 방법으로 구한 후, X선 CT 촬상 장치로 작성한 X선 CT 데이터를 이용한다. 우선, 초기의 엣지부 중립점(단부점)(38)에 대해 프로브 경로(39)를 정의한다. 프로브 경로(39)는 중립점(38)이 속하는 판 요소에 평행, 중립점(38)이 속하는 엣지에 수직 및 중립점(38)을 통과하는 3개의 조건을 만족시키는 것으로서 정의된다. 프로브 경로(39)의 길이는 엣지의 외부의 공기 부분까지 연장한다. 다음에, 중립점(38)이 속하는 판 요소의 판 두께의 2 내지 8배의 크기의 가상 프로브(40)를 정의한다. 가상 프로브(40)는 프로브 경로(39)를 따라 주사하고, 각 위치에서의 가상 프로브 내에 있는 X선 CT 데이터의 CT치의 합계를 구하여, 판 두께 상당의 CT치를 계산한다. 이는 도22에 대해 설명한 판 부품의 CT치로부터 판 두께를 구하는 방법의 반대이다. 이 방법에 의해, 프로브 경로에서의 판 두께 상당의 CT치의 프로파일(41)을 구할 수 있다. 여기서, 판의 엣지부에서는 화상의 흐림 때문에 가우스 함수에 따라서 CT치가 떨어진다. 따라서, 판 부품의 밀도를 나타내는 CT치와 공기의 밀도를 나타내는 CT치의 평균치를 임계치로 하여 진정한 중립점(단부점)(42)을 구할 수 있다. 이에 의해, 정밀도가 높은 엣지부의 판 요소 모델 작성이 가능해진다.

도25에 도시하는 것은 판의 접합부에서 중립점군을 구하는 경우의 처리의 일예를 이미지화한 것이다. 도면 중에 부호 43을 부여한 것은 X선 CT 데이터에 있어서의 판 부품의 접합부 단면이다. 실선이 도22에 대해 설명한 방법으로 작성된 판 요소군을 나타낸다. 이 판 요소군에 있어서, 2매의 판의 접합부는 실제의 판 두께의 배의 판 두께 부품으로서 정의된다. 여기서, 접합부의 판 요소의 법선 벡터는 근방의 1매 판 부위의 법선 벡터와 같다. 한편, 점선으로 나타낸 1매 판과 접합부와의 경계 부위는 법선 벡터가 다르므로, 이 부위에 착안하여 접합부를 추출할 수 있다. 예를 들어, 착안한 부위의 근방 요소를 조사하여, 법선 벡터가 동일한 경우, 판 두께가 작은 쪽의 요소를 확장하는 등의 방법을 이용하면 된다.

이상과 같이, 본 발명에서는 X선 CT 데이터 등의 형상 기술 데이터로부터 가상 프로브 계측을 이용하여 형상 모델화를 위한 데이터를 얻도록 하고 있다. 이는, 대상물의 내부 형상도 데이터화할 수 있는 X선 CT 데이터와 같은 형상 기술 데이터의 특징을 살려, 말하자면 대상물의 내부로부터 형상 모델화를 위한 데이터를 구하는 것에 상당한다. 이로 인해, X선 CT 데이터를 점군 데이터화하여 형상 모델화를 위한 데이터를 얻는 종래의 방법에 있어서의 상기한 바와 같은 모든 문제를 유효하게 해소할 수 있다. 예를 들어, X선 CT 데이터에 있어서의 흐림 폭 정도 내지 그 이하의 두께밖에 없는 얇은 판 요소를 포함하는 대상물이라도 용이하게 형상 모델화하는 것이 가능해진다. 또 X선 CT 데이터의 점군 데이터화를 필요로 하지 않으므로, 대상물이 가지고 있는 형상적 특징을 충분히 활용한 형상 모델화가 가능해진다. 또한, 판 요소의 표면을 검출하는 경우에 CT치 프로파일로의 변화에서 그것을 행할 수 있어 임계치를 이용할 필요가 없으므로, 재질이 다른 복수의 재료로 구성되는 복합재에 대해서도 형상 모델을 용이하게 작성하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명은, 가상 프로브 계측으로 필요해지는 다수의 프로브 경로를 최초의 프로브 경로 이외, 또는 모두에 대해 프로브 경로 설정 수단에 의해 자동적으로 설정할 수 있도록 하고 있다. 이로 인해 사용자의 부담을 대폭으로 경감시킬 수 있어, 한층 더 사용하기 편리한 것으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 프로브 경로를 차례로 작성하는 데 대해, 특징 모델도 이용하는 외삽 처리를 행하도록 하고 있다. 이로 인해, 사용자가 설정하는 최초의 프로브 경로의 배치가 매우 간단해져, 위에서 설명한 예와 같이 화면 상에서 1점을 지정하는 만큼의 간단한 조작을 행하는 것만으로 끝낼 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 의한 효과의 이해의 일조로서, 판 부품에 대해 그 표면 위치를 구한 후 그 중립점과 판 두께를 구하는 종래의 방법의 개략을 설명한다. 도26에 종래의 방법에 있어서의 대표적인 처리의 일예를 이미지화하여 나타낸다. 도면 중에 부호 35를 붙여 나타내는 상부의 부분은 X선 CT 데이터 중 판 부품의 단면이다. 하부의 그래프 부분은 판 부품의 단면 데이터(35)에서의 점선 위치의 CT치 프로파일을 나타낸다. 종래의 방법에서는, 우선 일정한 임계치에 의해 판 표면의 위치를 설정한다. 3차원 형상의 경우, 예를 들어 매칭 큐브법 등을 이용하여 판 표면을 모델화한다. 여기서 이용하는 임계치는, 예를 들어 판 표면이 판 부품과 공기의 경계인 경우, 판 부품의 밀도를 나타내는 CT치와 공기의 밀도를 나타내는 CT치의 평균치가 된다. 다음에, 판 부품의 표면과 이면의 각 면의 위치의 중앙을 중립점으로 하여, 중립점 위치에서의 표면과 이면의 각 면 사이의 거리를 판 두께로 한다. 이 때, 예를 들어, 표면과 이면의 각 면 각각의 수선을 이용하여 중립점과 판 두께를 구한다. 따라서, 종래의 방법에서는, 판 표면 위치를 고정밀도로 구하는 것이 필수가 된다. 그러나, 여기서 나타낸 CT치 프로파일과 같이 판 부품의 내부에 상당하는 위치에서도 판 부품의 밀도를 나타내는 CT치에 만족하지 않는 경우에는, 상기한 임계치가 정확한 경계 위치를 나타내고 있지 판 두께의 계측 정밀도가 낮아진다.

도27에 도시한 것은, 종래의 방법으로 모델화할 수 없는 판 부품의 X선 CT 촬상 데이터의 일예이다. 도면 중에 부호 36을 붙여 나타내는 상부의 부분은 X선 CT 데이터 중의 판 부품의 단면이다. 하부의 그래프 부분은 판 부품의 단면 데이터(36) 중의 점선 위치의 CT치 프로파일을 나타낸다. 도26에 도시한 데이터(35)와의 차이는 원래의 판 부품이 매우 얇은 것이다. 그래프에 나타낸 바와 같이, 판 부품이 매우 얇으므로, 판 부품의 CT치가 판 부품의 밀도를 나타내는 CT치와 공기의 밀도를 나타내는 CT치의 평균치에도 만족하지 않는다. 이와 같은 상태는, 예를 들어 판 부품의 두께가 2 셀 이하인 경우에 대해 나타낼 수 있다. 이 경우, 일정한 임계치에 의해 판 표면의 위치를 구할 수 없다. 따라서, 판 표면의 위치를 구할 수 없는 것이므로, 중립점이나 판 두께도 구할 수 없고, 판 부품의 형상 모델화를 할 수 없다.

이상과 같이, 종래의 방법에서는 일정 이상으로 얇은 판 부품에 대해 형상 모델화가 곤란하다. 이에 대해, 위에서 설명한 바와 같이 본 발명의 방법에서는, CT치 프로파일에 변화가 있으면 판 두께를 구하는 것이 가능하므로, 판 두께가 셀 사이즈 이하의 경우라도 판 부품의 모델화가 가능하다.

본 발명은 X선 CT 데이터 등의 형상 기술 데이터로부터의 형상 모델의 작성에 대해 그것을 적용 가능한 대상물의 범위를 확대한 등의 효과를 가져오는 것으로, CAD를 이용하는 디지털 엔지니어링의 분야에서 널리 이용할 수 있다.

본 발명에서는 X선 CT 데이터 등의 형상 기술 데이터로부터 가상 프로브 계측을 이용하여 형상 모델화를 위한 데이터를 얻도록 하고 있다. 이로 인해, 본 발명에 의한 형상 모델 작성 방법 내지 형상 모델 작성 시스템은 X선 CT 데이터를 점군 데이터화하여 형상 모델화를 위한 데이터를 얻는 종래의 방법에 있어서의 상기한 바와 같은 모든 문제를 유효하게 해소할 수 있어 더욱 사용하기 편리한 것이 된다. 또한, 본 발명은 가상 프로브 계측에서 필요해지는 다수의 프로브 경로를 프로브 경로 설정 수단에 의해 자동적으로 설정할 수 있도록 하고 있다. 이로 인해 사용자의 부담을 대폭으로 경감시킬 수 있어, 한층 더 사용하기 편리한 것으로 할 수 있다.

도1은 본 발명이 일반적인 실시 형태에 있어서의 형상 모델 작성 시스템의 구성을 도시하는 도면.

도2는 판금 부품의 외관과 그 X선 CT 데이터를 예시하는 도면.

도3은 쉘 모델의 예를 나타내는 도면.

도4는 쉘 모델 작성 시스템의 구성을 도시하는 도면.

도5는 쉘 모델 작성 시스템의 유저 인터페이스가 표시하는 화면의 예를 나타내는 도면.

도6은 쉘 모델 작성 시스템에 있어서의 프로브 경로 설정 수단의 처리 과정을 나타내는 도면.

도7은 임펠러의 외관과 그 X선 CT 데이터를 예시하는 도면.

도8은 블레이드 형상 모델의 예를 나타내는 도면.

도9는 유체 기계 부품 형상 모델 작성 시스템의 구성을 도시하는 도면.

도10은 유체 기계 부품 형상 모델 작성 시스템의 유저 인터페이스가 표시하는 화면의 예를 나타내는 도면.

도11은 유체 기계 부품 형상 모델 작성 시스템에 있어서의 프로브 경로 설정 수단의 처리 과정을 나타내는 도면.

도12는 매니폴드의 외관과 그 X선 CT 데이터의 예를 나타내는 도면.

도13은 매니폴드 모델의 예를 나타내는 도면.

도14는 관로 부품 모델 작성 시스템의 구성을 도시하는 도면.

도15는 관로 부품 모델 작성 시스템의 유저 인터페이스가 표시하는 화면의 예를 나타내는 도면.

도16은 관로 부품 모델 작성 시스템에 있어서의 프로브 경로 설정 수단의 처리 과정을 나타내는 도면.

도17은 복합재 형상 모델 작성 시스템의 구성을 도시하는 도면.

도18은 복합재 형상 모델 작성 시스템에 있어서의 프로브 경로 설정 수단의 처리 개정을 나타내는 도면.

도19는 본 발명이 일반적인 실시 형태에 있어서의 다른 형상 모델 작성 시스템의 구성을 도시하는 도면.

도20은 가상 중립점군 작성 수단이 가상 중립점군을 자동적으로 구하는 방법의 일예에 있어서의 처리의 흐름을 설명하는 도면.

도21은 가상 중립점군과 가상 프로브 경로를 갱신하는 처리를 이미지화하여 나타내는 도면.

도22는 가상 프로브를 이용하여 판 부품의 중립점 및 판 두께를 계측하는 처리를 이미지화하여 나타내는 도면.

도23은 계측된 중립점군과 판 두께로부터 판 요소 모델을 작성하는 처리의 일예를 이미지화하여 나타내는 도면.

도24는 판 부품의 엣지부의 중립점군을 구하는 방법에 있어서의 처리의 일예를 이미지화하여 나타내는 도면.

도25는 판의 접합부에서 중립점군을 구하는 경우의 처리의 일예를 이미지화하여 나타내는 도면.

도26은 종래의 방법에 있어서의 대표적인 처리의 예를 이미지화하여 나타내는 도면.

도27은 종래의 방법에서 모델화할 수 없는 판 부품의 X선 CT 촬상 데이터의 일예를 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

4 : 가상 프로브 계측 수단

5 : 형상 모델 작성 수단

6 : 판 부품

7 : X선 CT 데이터

8 : 중립점군 데이터

9 : 프로브 경로

10 : 가상 프로브

12 : 가상 중립점군 작성 수단

13 : 가상 프로브 경로 설정 수단

14 : 가상 중립점군 및 가상 프로브 경로 갱신 수단

15 : 수렴 판정 수단

100 : 형상 모델 작성 시스템

100a : 쉘 모델 작성 시스템

100b : 유체 기계 부품 형상 모델 작성 시스템

100c : 관로 부품 모델 작성 시스템

100d : 복합재 형상 모델 작성 시스템

101 : 데이터 입력 수단

102 : 데이터 기억 수단

103, 103a, 103b, 103c, 103d : 유저 인터페이스

104 : 계측 대기 프로브 경로 리스트

105 : 가상 프로브 계측 수단

106 : 계측 결과 리스트

107, 107a, 107b, 107c, 107d : 특징 모델

108, 108a, 108b, 108c, 108d : 프로브 경로 설정 수단

200a, 200b, 200c, 200d : X선 CT 데이터

300a : 쉘 모델

300b : 블레이드 형상 모델

300c : 매니폴드 모델

300d : 복합재 형상 모델

Claims

대상물에 대해 취득된 상기 대상물의 형상을 기술하는 데이터로부터 상기 대상물의 형상 모델을 작성하는 형상 모델 작성 방법에 있어서,

가상 프로브 계측 수단이 상기 형상 기술 데이터에 있어서의 가상 공간에 유한의 폭을 갖는 영역으로서 정의되는 가상 프로브를 프로브 경로 설정 수단에 의해 차례로 설정되는 복수의 프로브 경로의 각각에 대해 차례로 주사시켜 상기 형상 기술 데이터에 대해 계측을 행함으로써, 상기 가상 프로브의 상기 가상 공간 상에서의 위치에 고유한 특징치를 상기 프로브 경로마다 취득하는 처리와, 상기 프로브 경로에 대해 얻게 된 상기 특징치를 이용하여 프로브 경로 설정 수단이 새로운 프로브 경로를 작성함으로써, 상기 복수의 프로브 경로의 순차적 설정을 행하는 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 형상 모델 작성 방법.
제1항에 있어서, 상기 대상물의 물리적인 성질이나 기능적인 필연성 등으로부터 상기 대상물이 본질적으로 구비하고 있는 형상적 특징을 기술하는 특징 모델도 상기 다음 프로브 경로의 작성에 이용하도록 되어 있는 형상 모델 작성 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 판 요소를 포함하는 대상물에 대해 쉘 모델을 작성하는 경우에, 상기 가상 프로브 계측 수단이 상기 형상 기술 데이터로부터 상기 특징치로서 상기 판 요소의 두께 방향의 중립점의 위치를 취득하고, 이 취득한 중립점을 이용하여 상기 새로운 프로브 경로의 작성을 하도록 되어 있는 형상 모델 작성 방법.
제3항에 있어서, 상기 판 요소의 엣지부에 있어서의 중립점을 추출하는 처리와, 상기 엣지부 중립점에 있어서 상기 판 요소의 면에 평행한 동시에 상기 엣지부의 단부면에 수직이고, 또한, 상기 엣지부 중립점을 통과하는 프로브 경로를 설정하는 처리와, 상기 엣지부 중립점 통과 프로브 경로를 따라 상기 가상 프로브 계측 수단에 의한 계측을 행하여 진정한 엣지부 중립점을 구하는 처리를 포함하는 형상 모델 작성 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 판 요소가 접합부를 갖는 경우에, 상기 중립점에 대해 상기 가상 프로브 계측 수단에 의한 계측으로 얻게 된 상기 특징치인 상기 판 요소의 두께와 상기 판 요소의 법선 벡터가 상기 중립점의 근방에 있어서의 그것들과 비교하여 일정치 이상 다른 중립점을 추출함으로써 상기 접합부를 검출하는 처리를 포함하는 형상 모델 작성 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 유체 기계 부품의 형상 모델을 작성하는 경우에, 상기 가상 프로브 계측 수단이 상기 형상 기술 데이터로부터 상기 특징치로서 상기 유체 기계 부품에 의한 유로의 단면에 있어서의 중립점의 위치를 취득하고, 이 취득한 중립점을 이용하여 상기 새로운 프로브 경로의 작성을 하도록 되어 있는 형상 모델 작성 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 파이프 요소를 갖는 관로 부품의 형상 모델을 작성하는 경우에, 상기 가상 프로브 계측 수단이 상기 형상 기술 데이터로부터 상기 특징치로서 상기 파이프 요소에 있어서의 단면 중앙점의 위치를 취득하고, 이 취득한 중앙점을 이용하여 상기 새로운 프로브 경로의 작성을 하도록 되어 있는 형상 모델 작성 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 재질이 다른 복수의 재료로 구성되는 복합재의 형상 모델을 작성하는 경우에, 상기 가상 프로브 계측 수단이 상기 형상 기술 데이터로부터 상기 특징치로서 상기 다른 재질의 재료마다의 표면 위치를 취득하고, 이 취득한 표면 위치를 이용하여 상기 새로운 프로브 경로의 작성을 하도록 되어 있는 형상 모델 작성 방법.
대상물에 대해 취득된 상기 대상물의 형상을 기술하는 데이터로부터 상기 대상물의 형상 모델을 작성하는 형상 모델 작성 방법에 있어서,

상기 형상 기술 데이터에 있어서의 가상 공간에 유한의 폭을 갖는 영역으로서 정의되는 가상 프로브를 가상 프로브 계측 수단이 복수의 프로브 경로에 대해 차례로 주사시켜 상기 형상 기술 데이터에 대해 계측을 행함으로써, 상기 가상 프로브의 상기 가상 공간 상에서의 위치에 고유한 특징치를 상기 프로브 경로마다 취득하는 처리와, 상기 형상 기술 데이터로부터 상기 대상물의 내부에 위치하는 가상의 중립점 등의 내부점에 관한 가상 내부점군 데이터를 가상 내부점군 작성 수단이 작성하는 처리와, 상기 가상 내부점군의 각 내부점에 대해 그것들을 통과점으로 하는 프로브 경로를 가상 프로브 경로 설정 수단이 가상으로 설정하는 처리와, 상기 가상 프로브 계측 수단의 상기 가상 프로브 경로에 대한 계측에 의해 취득된 상기 특징치를 기초로 하여 가상 내부점군 및 가상 프로브 경로 갱신 수단이 상기 가상 내부점군을 갱신하고, 이 갱신으로 얻게 된 새로운 가상 내부점군의 각 점에 대해 상기 프로브 경로를 갱신 및 설정하는 처리와, 상기 가상 내부점군 및 가상 프로브 경로 갱신 수단에 의해 갱신 및 설정된 가상 프로브 경로에 대해 수렴 판정 수단이 수렴 판정을 행하여 소정의 수렴 조건을 충족시킨다고 판정한 경우에, 상기 가상 내부점군을 진정한 내부점군으로 하는 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 형상 모델 작성 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 형상 모델 작성 방법을 실장한 컴퓨터 프로그램.
대상물에 대해 취득된 상기 대상물의 형상을 기술하는 데이터로부터 상기 대상물의 형상 모델을 작성하기 위한 형상 모델 작성 시스템에 있어서,

상기 형상 기술 데이터를 입력하는 데이터 입력 수단, 상기 데이터 입력 수단으로 입력된 데이터를 기억하는 데이터 기억 수단과, 사용자에 의한 조작을 받는 유저 인터페이스, 컴퓨터 프로그램 상에서 상기 형상 기술 데이터에 있어서의 가상 공간에 유한의 폭을 갖는 영역으로서 정의되는 가상 프로브를 순차적 설정의 복수의 프로브 경로의 각각에 대해 차례로 주사시켜 상기 형상 기술 데이터에 대해 계측을 행함으로써, 상기 가상 프로브의 상기 가상 공간 상에서의 위치에 고유한 특징치를 상기 프로브 경로마다 취득하는 가상 프로브 계측 수단과, 상기 프로브 경로에 대해 미계측인 것을 기억하는 계측 대기 프로브 경로 리스트와, 상기 프로브 경로에 대해 얻게 된 상기 특징치를 이용하여 새로운 프로브 경로를 작성함으로써, 상기 프로브 경로의 순차적 설정을 행하는 프로브 경로 설정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 형상 모델 작성 시스템.
제11항에 있어서, 상기 대상물의 물리적인 성질이나 기능적인 필연성으로부터 상기 대상물이 본질적으로 구비하고 있는 형상적 특징을 기술하는 특징 모델을 더 구비하고 있는 형상 모델 작성 시스템.
대상물에 대해 취득된 상기 대상물의 형상을 기술하는 데이터로부터 상기 대상물의 형상 모델을 작성하기 위한 형상 모델 작성 시스템에 있어서,

상기 형상 기술 데이터에 있어서의 가상 공간에 유한의 폭을 갖는 영역으로서 정의되는 가상 프로브를 복수의 프로브 경로 각각에 대해 차례로 주사시켜 상기 형상 기술 데이터에 대해 계측을 행함으로써, 상기 가상 프로브의 상기 가상 공간 상에서의 위치에 고유한 특징치를 상기 프로브 경로마다 취득하는 가상 프로브 계측 수단과, 상기 형상 기술 데이터로부터 상기 대상물의 내부에 위치하는 가상의 중립점에 관한 가상 중립점군 데이터를 작성하는 가상 중립점군 작성 수단과, 상기 가상 중립점군의 각 중립점에 대해 그것들을 통과점으로 하는 프로브 경로를 가상으로 설정하는 가상 프로브 경로 설정 수단과, 상기 가상 프로브 계측 수단의 상기 가상 프로브 경로에 대한 계측에 의해 취득된 상기 특징치를 기초로 하여 상기 가상 중립점군을 갱신하고, 이 갱신으로 얻게 된 새로운 가상 중립점군의 각 중립점에 대해 상기 프로브 경로를 갱신하는 가상 중립점군 및 가상 프로브 경로 갱신 수단과, 상기 가상 중립점군 및 가상 프로브 경로 갱신 수단에 의해 갱신 및 설정된 가상 프로브 경로에 대해 소정의 수렴 조건에 의해 수렴 판정을 행하는 수렴 판정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 형상 모델 작성 시스템.