WO1999014061A1 - Dispositif de traitement d'informations de forme tridimensionnelle, plaque gravee et dispositif de gravure - Google Patents

Dispositif de traitement d'informations de forme tridimensionnelle, plaque gravee et dispositif de gravure Download PDF

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WO1999014061A1
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shape data
cutting
data
engraving
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Meitetsu Kawamoto
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Petio Co., Ltd.
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    • B44C1/222Removing surface-material, e.g. by engraving, by etching using machine-driven mechanical means
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    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
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    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T19/00Manipulating 3D models or images for computer graphics

Definitions

  • the present invention provides a three-dimensional shape data processing device for processing three-dimensional shape data formed on a flat plate, and a cutting blade which is moved up and down while moving the flat plate in the XY direction based on the three-dimensional shape data synthesized and superimposed.
  • the present invention relates to an engraving device for engraving a precious metal plate based on an engraved plate to be engraved and three-dimensional shape data.
  • the so-called three-dimensional shape measurement device that measures the three-dimensional shape with a height using a laser or a CCD (Charge Coupled Device) is used in the morphological research and medical field by measuring the human body and human body. It is widely used for the purpose of utilizing three-dimensional shapes.
  • a three-dimensional shape measuring apparatus measures the height of each point on a two-dimensional XY plane using the principle of triangulation as is well known, and various proposals have been made so far (for example, (See Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-18010 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-220805).
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a conventional automatic engraving apparatus using three-dimensional shape measurement data
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a memory space for three-dimensional shape measurement data.
  • 3 1 is a 3D shape measuring device
  • 3 2 is a shape data processing device
  • 3 3 is a 3 dimensional cutting machine
  • 3 4 is a fixing means
  • 3 5 is a dust collector
  • 3 6 is a tool changing means
  • 3 7 is a tool Medal selection supply means
  • 38 indicates medals.
  • a three-dimensional shape measuring device 31 is a means for three-dimensionally measuring a person's profile or the like, and a shape data processing device 32 controls data measured by the three-dimensional shape measuring device 31.
  • a computer that calculates, stores and calculates the width, length, and thickness of a person's profile.
  • the 3D cutting machine 3 3 moves the cutting tool up and down in the Z direction while moving (scanning) the medal 3 8 in the XY direction based on the shape data under the control of the shape data processing device 32. It moves and engraves a profile on one side, and is equipped with fixing means 34, dust collector 35, tool changing means 36, and medal selection supply means 37.
  • the fixing means 34 is a vice or the like for fixing the medal 38
  • the tool changing means 36 is for changing a cutting tool such as a drill, a cutting tool, an end mill or the like suitable for the cutting part of the medal.
  • the dust collector 35 collects the chips in one place, and the medal selection and supply means 37 prepares several types of medals of different colors, sizes, etc., as necessary, and selects them as desired. The medal is conveyed to the cutting position.
  • the three-dimensional shape measuring device 31 uses, for example, two industrial television cameras and a CCD, and the height at each point on the two-dimensional XY plane.
  • the Moire contour (topographic) method, a mesh-like orthogonal grid is used.
  • Various methods are used, such as a method using a distorted mesh image obtained by projecting a shadow on an object.
  • the three-dimensional shape data measured by the three-dimensional shape measuring device 31 is, for example, as shown in FIG. 2, when the height is expressed in eight bits on a two-dimensional plane of nxm, the plane memory of nxm is stored in eight planes. It can be set in the memory space using the number of sheets, and the height information of the three-dimensional shape data is stored by piercing each point of the plane memory. Thus, for example, the height data at a point P (i, j) is extracted in a form such as "1 0 0 1 1 1 0 1 0" by sequentially reading each plane memory at that point. The 3D cutting machine determines and controls the height of the cutting tool, that is, the cutting height, based on this height data. P (i, j) is the cutting position of the medal at this time.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a problem in the case of performing a synthesis process of three-dimensional shape data. Command
  • the Y-Y 'cross section of the composition result 42 shown in FIG. 3 (A) becomes the boundary contour X of the composite engraving data as shown in FIG. 3 (B).
  • the synthetic engraving data 1 becomes zero (reference height) and becomes discontinuous.
  • the cutting tool when engraving a medal, the cutting tool is moved up and down in the Z direction according to the height data while moving the medal in the XY direction.
  • the time when the time is discontinuous, cutting cannot be performed while moving the medal at a constant speed, and the cutting must be stopped once at the boundary contour X, which is a step. And there is a problem that machining efficiency is significantly reduced. Also, since a step is formed on the engraved surface, a smooth finish cannot be expected.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to synthesize three-dimensional shape data as good engraving data, and to efficiently perform engraving using three-dimensional shape data.
  • the present invention provides a three-dimensional shape data processing apparatus for processing three-dimensional shape data formed on a flat plate, wherein the three-dimensional shape data is partially overlapped, and one of the three-dimensional shapes is overlapped in the overlapped portion.
  • a synthesis processing means for performing synthesis processing by deleting the other three-dimensional shape data while leaving the hidden data, and performing an interpolation process by providing a fixed interpolation area at a boundary of the synthesized three-dimensional shape data Interpolation processing means, wherein the interpolation processing means performs interpolation such that the height changes continuously between the three-dimensional shape data synthesized through the interpolation area.
  • a fixed interpolation area is provided at the boundary portion, and the height of the three-dimensional shape data is increased through the interpolation area. It is characterized by being sculpted by interpolation so that it changes continuously.
  • an engraving apparatus for engraving a precious metal flat plate based on three-dimensional shape data
  • a storage means for storing three-dimensional shape data
  • a holding means for holding the flat plate in cutting oil
  • a cutting blade A holding means for moving the holding means in the XY direction based on the three-dimensional shape data stored in the storage means, and simultaneously raising the cutting means in the Z direction.
  • Drive control means for lowering the plate, and engraving the plate by moving the cutting means up and down in the Z direction while moving the plate in the XY direction while holding the plate in the cutting oil.
  • Fig. 1 is a diagram for explaining a conventional automatic engraving device using three-dimensional shape measurement data.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a memory space for three-dimensional shape measurement data.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a problem in the case of performing a synthesis process of three-dimensional shape data.
  • FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a three-dimensional shape data processing device according to the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of combining three-dimensional shape data.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a process of synthesizing three-dimensional shape data.
  • FIG. 7 is a diagram showing an embodiment of an oiling engraving device.
  • Figure 8 is a diagram for explaining the relationship between the convection of the cutting oil and the cutting direction.
  • FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a three-dimensional shape data processing apparatus according to the present invention
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of synthesizing three-dimensional shape data
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a three-dimensional shape data processing apparatus according to the present invention
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of synthesizing three-dimensional shape data
  • FIG. FIG. 5 is a diagram showing an example of synthesizing three-dimensional shape data
  • 1 is a 3D shape measuring device
  • 2 is a 3D engraving data file
  • 3 is the engraving data extraction section
  • 4a is the synthetic engraving data
  • 4b is the composite engraving data
  • 5 is the engraving data position boundary contour interpolation area setting section
  • 6 is the engraving data synthesis processing section
  • 7 is the boundary contour
  • 8 indicates engraving data
  • 9 indicates an engraving device.
  • the three-dimensional shape measurement device scans an object two-dimensionally using a laser or CCD to measure the three-dimensional shape having a height, as described above, and then collects the abnormal value data. It performs necessary processing such as removal of noises and interpolation of missing data where measurement data cannot be obtained, and outputs 3D shape data with height information for each point on the XY plane.
  • the three-dimensional engraving data file 2 is a file that stores and accumulates the three-dimensional shape data as three-dimensional engraving data.
  • the engraving data extraction unit 3 extracts the engraving data based on the selection designation from the three-dimensional engraving data stored in the three-dimensional engraving data file 2.
  • the composite engraving data 4b are stored as two engraving data for synthesizing the three-dimensional engraving data.
  • the engraving data position boundary contour interpolation area setting section 5 sets the position of the composite engraving data 4b and the position of the composite engraving data 4a to be superimposed and composited thereon, and the composite engraving data 4 This sets the boundary contour of the composite engraving data 4a that overlaps b, and also sets the interpolation area.
  • the interpolation area is a fixed distance (pixel width, etc.) from the boundary contour to the composite engraving data 4b. Is set by
  • the engraving data synthesis processing unit 6 compresses each data to a size that matches the engraving specifications, and for the engraved data to be synthesized 4b, a portion where the synthetic engraving data 4a overlaps, and a fixed pixel width from the boundary contour Deletes the composite engraving data 4a including the interpolation area and replaces the composite engraving data 4a. b.
  • the boundary contour interpolation processing unit 7 interpolates based on the composite engraving data 4 b from the boundary contour of the composite engraving data 4 a overlapping the composite engraving data 4 b to an interpolation area having a fixed pixel width. In this way, smoothing processing is performed while preserving the boundary contour.
  • the engraving data 8 is, for example, data after the boundary contour interpolation processing stored in the memory.
  • the engraving device 9 moves the medal in the XY direction while controlling the height of the cutting blade based on the engraving data, and It is a 3D cutting machine for engraving.
  • the three-dimensional engraving data file obtained by the measurement by the three-dimensional shape measuring apparatus is used to obtain a fixed amount from the boundary contour of the two engraving data to be synthesized.
  • the contour of the composite engraving data is not disturbed and the quality is prevented, and discontinuity occurs at the boundary contour between the composite engraving data and the composite engraving data.
  • a medal is created with only one sculpture data instead of combining two sculpture data, there is no combined sculpture data 4a and combined sculpture data 4b, but one sculpture data.
  • the engraving data position boundary contour interpolation area setting section 5 simply sets the position, and the engraving data synthesis processing section 6 compresses one piece of engraving data to a size corresponding to the engraving specification. Stored as 8. At this time, the boundary contour interpolation processing section 7 becomes through.
  • the engraving data synthesizing process will be specifically described.
  • the composite engraving data 4b shown in Fig. 5 (A) To superimpose the composite engraving data 4a shown in (B) and combine them, as shown in FIG. 5 (C), the composite engraving data It is set at a position shifted by an arbitrary distance so as to leave about half of the engraved data 4b.
  • Fig. 6 (A) shows the Y-Y 'section of the boundary contour between the composite engraving data 4a and the composite engraving data 4b shown in Fig. 6, and as shown in Fig. 5 (C).
  • An interpolation area of ⁇ X is provided from the boundary contour X of the synthetic engraving data 4a to the left in the figure as shown in FIG. 6, and the composite engraving data 4a on the right side of X ′ including this interpolation area ⁇ overlaps
  • the composite engraving data 4 b of the part is erased and 6 o
  • the engraving data synthesizing unit 6 compresses and synthesizes the synthetic engraving data 4a and the synthetic engraving data 4b based on the engraving specification, and generates the synthetic engraving data 4b of the interpolation area from the boundary contour.
  • the boundary contour interpolation processing section 7 calculates the height of the boundary contour from the height of the composite engraving data 4 b in the interpolation area as shown in FIG. 6 (B). Interpolation processing is performed so that the night changes gradually toward.
  • the height from the composite engraving data 4 b to the boundary contour and the composite engraving data 4 a does not become discontinuous in a stepwise manner, so that the operation of the cutting blade in the engraving device 9 can be continuously performed.
  • the efficiency of the cutting process can be increased, and a smooth and high-quality three-dimensional image composite engraving medal can be provided.
  • Fig. 6 (B) shows that in the smoothing process by data interpolation in the interpolation area, the data changes linearly from the height of the composite sculpture data 4b overnight to the height of the boundary contour.
  • the height may be interpolated by a curve as shown in FIG. 6 (C).
  • the processing may be performed using a table in which the compression ratio is set according to the respective distances d, d-1, 1, ... from the boundary contour, or by using a function. Arithmetic processing may be performed.
  • the direction of composition may not be the same direction as shown in Fig. 5 but may be the opposite direction like a mirror image, that is, the composite sculpture de 4a in Fig. 5 may be oriented to the right. .
  • the interpolation processing a method of setting the center boundary line at a predetermined reference height, setting the interpolation area on both sides thereof in the same manner as described above, and performing the interpolation processing so that the height continuously changes.
  • an interpolation area is set on one side from the center boundary line, and interpolation processing is performed so that the heights of the composite engraving data 4a and the composite engraving data 4b are continuous in the interpolation area.
  • FIG. 7 is a diagram showing an embodiment of an oiling engraving device
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a relationship between convection of cutting oil and a cutting direction.
  • 11 is a three-dimensional shape data processor
  • 12 is a control box
  • 13 is a motor
  • 14 is an engraving motor
  • 15 is a medal
  • 16 is a medal chuck
  • 17 is an oil tank
  • 18 is an oil pump
  • 19 is an oil supply nozzle
  • 20 is an X motor
  • 21 is a Y motor
  • 22 is a cutting oil intake
  • 23 is cutting oil
  • 24 is a cutting oil circulation system.
  • Reference numeral 25 denotes a cutting blade.
  • the three-dimensional shape data processing device 11 is a device that performs the processing described above with reference to FIG. 4 on the three-dimensional engraving data according to the engraving specifications
  • the control box 12 is a three-dimensional data processing device. It controls each mechanism of the three-dimensional cutting machine based on the engraving data generated by the shape data processing device 11.
  • the 3D cutting machine holds the medals 15 in the medal chuck 16 while engraving the medals 15 in a so-called oil bath 17 while moving the whole in the XY direction. Cutting is performed by moving the cutting blade on the upper surface up and down according to the engraving pattern.
  • the X motor 20 engraves the oil tank 17 together with the oil tank 17
  • the medal 15 is moved in the X direction together with the medal chuck 16 and the Y motor 21 is moved at right angles to the Y direction.
  • the engraving motor 14 rotates the cutting blade at a high speed of, for example, ten thousandth of a thousand noble metals, and the Z motor 13 moves the cutting blade rotating at a high speed up and down.
  • the oil supply nozzle 19 supplies cutting oil to the oil tank 17, and the oil pump 18 circulates cutting oil from the oil tank 17 through the oil supply nozzle 19.
  • the cutting blades and cutting chips are cooled, and the cutting oil in the oil tank 17 is gently convected through the oil supply nozzle 19 using the oil pump 18 to reduce the cutting chips near the cutting blades.
  • the swarf is prevented from collecting near the cutting blade.
  • the position of the oil supply nozzle 19 is too close to the cutting edge of the cutting blade, and if the cutting oil is directly applied to the cutting edge, the cutting edge will swing and the quality of the engraving will deteriorate. Occurs. Therefore, the position of the oil supply nozzle 19 is selected such that gentle convection of the cutting oil occurs on the engraved surface of the cutting edge at a certain distance from the cutting edge.
  • the oil supply nozzle ⁇ 9 is located ahead of the cutting blade 25 in the cutting direction, and the cutting oil in the oil tank 17 Arrange the inlet 22 so that it is located rearward in the opposite cutting direction. That is, cutting is performed in a direction where the oil supply nozzle 19 is located so that the convection of the cutting oil 23 is opposite to the direction in which the cutting is performed, and a cutting oil intake 22 is provided on the opposite side. By doing so, the chips will flow toward the end of cutting and be removed. In order to make the convection parallel to the cutting direction, as shown in Fig. 8 ( ⁇ ), the oil supply nozzle 19 must be
  • the oil supply nozzle 1 is also, depending on the material of the medal and cutting conditions. Also, depending on the material of the medal and cutting conditions, the oil supply nozzle 1
  • the arrangement of 9 and the cutting oil inlet 22 may be reversed. This In this case, the chips flow in the cutting direction, so unlike the above arrangement, the engraved surface immediately after cutting does not become difficult to see with the chips, and each has its advantages and disadvantages. Further, the arrangement of the oil supply nozzle 19 and the cutting oil intake 22 may be made to be orthogonal to the cutting direction. Needless to say, the oil supply nozzle 19 may not be provided so that convection occurs between the start side (rear) and the end side (front) of the cutting direction in the oil tank 17.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.
  • a description has been given as a series of systems in which three-dimensional shape data measured by a three-dimensional shape measuring device is synthesized by a processing device, and the engraving data is engraved by a three-dimensional cutting machine.
  • the three-dimensional shape measuring device, three-dimensional shape data processing device, and three-dimensional cutting machine are independent of each other.
  • the configuration may be such that the three-dimensional engraving data file is engraved on a recording medium such as a memory disk.
  • 3D shape data can be used not only to engrave medals, It can be used regardless of the purpose or type, such as dials for clocks and clocks, other flat wall panels, etc., and can be applied to any shape, such as circular, oval, polygonal, etc., and small or large. It may be used to make passports and other molds for stamping as well as evening.
  • sculpture data not only two but also three or more sculpture data may be combined in the same manner.
  • Sculpture data includes not only the head of a person but also the whole body or a combination of these Pets and other animals may be similarly applied.
  • the three-dimensional shape data when the three-dimensional shape data is partially overlapped, one of the three-dimensional shape data is left in the overlapped portion and the other three-dimensional shape data is left.
  • the three-dimensional shape synthesized by erasing the shape data and combining the three-dimensional shape data with a fixed interpolation area at the boundary of the synthesized three-dimensional shape data continuously changes in height In this way, no step can be formed at the synthesized connection, and even when engraving medals or the like, the engraved surface is finished smoothly, and the contour is broken by interpolating while leaving the boundary contour. No good engraving medals etc can be provided.
  • the three-dimensional effect of the synthesized sculpture image can be further enhanced by making the compression ratio of the height different.
  • the cutting means is moved in the XY direction while the flat plate serving as a plate to be engraved such as a medal is held in the cutting oil while moving in the XY direction.
  • the flat plate is engraved, even if it is a noble metal with a low hardness and a low melting point, it is possible to prevent the cutting powder from clinging to the cutting blade and the cutting part and welding and disturbing the engraved surface, resulting in a better finished state
  • the engraved plate can be provided.

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Description

明細書
3次元形状データ処理装置並びに被彫刻板及び彫刻装置 技術分野
本発明は、 平板上に形成する 3次元形状データを処理する 3次元 形状デー夕処理装置並びに重ね合わせ合成した 3次元形状デー夕に 基づき平板を XY方向に移動させながら切削刃を上下動させて彫刻 した被彫刻板及び 3次元形状データに基づき貴金属の平板を彫刻す る彫刻装置に関する。 背景技術
レーザ、 CCD (Charge Coupled Device :電荷結合素子) を使って高さを持つ 3次元の形状を測定する、 所謂 3次元形状測定 装置は、 人体測定や人体部位測定による形態研究、 医療分野におけ る立体形状の活用等を目的として幅広く利用されている。 一般に 3 次元形状測定装置は、 周知の如く三角測量の原理で 2次元の X Y平 面上における各点の高さを測定するものであり、 これまでに種々の 提案がなされている (例えば特開昭 5 8 - 1 8 1 1 0号公報、 特開 昭 6 0 - 2 2 0 8 0 5号公報等参照) 。 従来のこれらの装置におい て、 人体測定の頭髪部の測定では、 測定データが得られない欠測部 が生じ測定精度が極端に悪かった。 そのため、 頭部の 3次元形状測 定データを使用した彫刻メダルで良品質のものを得ることは難しか つた。 しかし、 近年においては、 3次元形状測定装置の測定精度の 向上、 測定データの補間、 修正処理アルゴリズムの向上等により、 3次元形状測定デー夕を使用した頭部の彫刻メダルも品質が向上し つつあり、 既にメダルの自動彫刻装置が提案 (例えば特開平 2 - 3 0 3 9 0 0号公報参照) されている。
図 1は従来の 3次元形状測定データを使用した自動彫刻装置を説 明するための図、 図 2は 3次元形状測定デー夕のメモリ空間の構成 例を示す図である。 図中、 3 1は 3次元形状計測装置、 3 2は形状 データ処理装置、 3 3は 3次元切削加工機、 3 4は固定手段、 3 5 は集塵機、 3 6は工具交換手段、 3 7はメダル選択供給手段、 3 8 はメダルを示す。
図 1において、 3次元形状計測装置 3 1は、 人の横顔等を 3次元 的に計測する手段であり、 形状データ処理装置 3 2は、 3次元形状 計測装置 3 1により計測したデータを制御、 演算、 記憶して人の横 顔の横幅、 長さ、 厚みを計算するコンピュータである。 3次元切削 加工機 3 3は、 形状データ処理装置 3 2の制御のもと形状データに 基づき被彫刻物であるメダル 3 8を X Y方向に移動 (走査) させな がら切削工具を Z方向に上下動させて、 その 1面に横顔を彫刻する ものであり、 固定手段 3 4、 集塵機 3 5、 工具交換手段 3 6、 メダ ル選択供給手段 3 7が付随して装備される。 固定手段 3 4は、 メダ ル 3 8を固定するバイス等であり、 工具交換手段 3 6は、 メダルの 切削部によりそれに適したドリル、 カツ夕、 エンドミル等の切削ェ 具を交換するものである。 また、 集塵機 3 5は、 切り粉を 1 ケ所に 集めるものであり、 メダル選択供給手段 3 7は、 必要に応じ、 色、 大きさ等を変えた数種類のメダルを予め用意し、 希望により選択し たとき切削位置までメダルを搬送するものである。
3次元形状計測装置 3 1には、 例えば 2台の工業用テレビジョン 力メラと C C Dを用い、 X Yの 2次元平面上での各点における高さ zを計測するもの、 光線の走査、 または平行光線束拡大レ ンズ系 ( ビームェクスパンダ) と円柱レンズの組み合わせ系によって形成で きる光膜を投影して 3次元形状を計測する光切断法、 等間隔のピッ チで作られたスリ ッ トをもつ格子を一定距離だけ離しておき、 これ を通して光を投射して 3次元形状を計測するモアレ等高線 (トポグ ラフ) 法、 網目状の直交格子の影を物体に投影して得られる歪網目 影像を利用する方法等、 様々な手法のものが用いられる。
これら 3次元形状計測装置 3 1により計測された 3次元形状デー 夕は、 例えば図 2に示すように n x mの 2次元平面で高さを 8 ビッ ト表現する場合には、 n x mのプレーンメモリを 8枚用いたメモリ 空間に設定することができ、 このプレーンメモリの各点をく し刺し するようにして 3次元形状デ一夕の高さ情報が格納される。 したが つて、 例えば点 P ( i , j ) における高さデータは、 その点の各プ レーンメモリを順に読み出すことにより、 「 1 0 0 1 1 0 1 0」 の ような形で取り出される。 3次元切削加工機では、 この高さデータ に基づき切削工具の高さ、 つまり切削高さを決定し制御する。 そし て、 P ( i , j ) は、 このときのメダルの切削位置となる。
図 3は 3次元形状データの合成処理する場合における問題を説明 するための図である。 令
上記従来の自動彫刻装置により 3次元形伏計測装置により計測さ れた 3次元形状データを用いメダル等に横顔を彫刻する場合につい て説明する。 このような場合には、 まず、 3次元形状計測装置によ り 2つの 3次元形状データが計測され、 図 3 ( A ) に示すようにそ の 1つを被合成彫刻データ、 もう 1つを合成彫刻データとして、 彫 刻データ合成処理部 4 1に入力されそれぞれの位置決めを行った上 合成される。 彫刻データ合成処理部 4 1による合成処理では、 メモ リにまず被合成彫刻データを書き込み、 その上に合成彫刻データを 書き込み更新することにより、 合成彫刻データが重なる被合成彫刻 データの部分は書き換えられて隠れてしまい、 つまり消去された合 成結果 4 2が得られる。
しかし、 上記のように合成処理されると、 例えば図 3 ( A ) に示 す合成結果 4 2の Y - Y ' 断面は、 図 3 ( B ) に示すように合成彫 刻データの境界輪郭 Xから被合成彫刻データ①が零 (基準高さ) に なり不連続になる。 3次元切削加工機では、 先に述べたようにメダ ルを彫刻する場合、 メダルを X Y方向に移動させながら、 高さデー 夕に応じて切削工具を Z方向に上下動させるので、 図 3 ( B ) に示 すように不連続デ一夕になると、 メダルの一定の速度で移動させな がら切削を行うことができず、 段差となる境界輪郭 Xにおいて一旦 移動を止めて切削加工をしなければならなくなり、 著しく加工効率 が低下するという問題がある。 また、 彫刻面に段差を形成するため 、 滑らかな仕上がりが期待できない。
また、 被合成彫刻データと合成彫刻データとを境界で滑らかに接 続するため、 図 3 ( C ) に示すように高い方のデータを採用しなが ら同じ高さの部分で被合成彫刻デー夕と合成彫刻デー夕とを切り換 えるように、 つまり、 同じ高さの部分を境界とすると、 境界では、 被合成彫刻デ一夕の輪郭も合成彫刻デー夕の輪郭 Xも得られなくな つてしまう。 このような場合には、 特に図 3 ( A ) に示す合成結果 4 2で合成彫刻データの輪郭 Xが崩れてしまうという問題が生じる 発明の開示
本発明は、 上記課題を解決するものであって、 3次元形状データ を良好な彫刻データとして合成処理し、 また、 3次元形状データに よる彫刻を効率よく行えるようにするものである。
そのために本発明は、 平板上に形成する 3次元形状データを処理 する 3次元形状データ処理装置であって、 3次元形状データを部分 的に重ね合わせ該重ね合わせ部分においていずれか一方の 3次元形 伏デー夕を残して他方の 3次元形状デ一夕を消去することにより合 成処理する合成処理手段と、 前記合成処理した 3次元形状データの 境界に一定の補間領域を設けて補間処理を行う補間処理手段とを備 え、 前記補間処理手段は、 前記補間領域を通して合成した 3次元形 状データの間で高さが連続的に変化するように補間することを特徴 とするものである。
重ね合わせ合成した 3次元形状データに基づき平板を X Y方向に 移動させながら切削刃を上下動させて彫刻した被彫刻板であって、 3次元形状データを部分的に重ね合わせ該重ね合わせ部分において し、ずれか一方の 3次元形状デー夕を残して他方の 3次元形状デー夕 を消去すると共に、 境界部分に一定の補間領域を設け該補間領域を 通して 3次元形状デ一夕の高さが連続的に変化するように補間して 彫刻したことを特徴とするものである。
3次元形状データに基づき貴金属の平板を彫刻する彫刻装置にお いて、 3次元形状データを記憶する記憶手段と、 前記平板を切削油 中に保持する保持手段と、 切削刃を有し前記平板上を切削する切削 手段と、 前記記憶手段に記憶した 3次元形状デー夕に基づき前記保 持手段を X Y方向に移動させると同時に前記切削手段を Z方向に上 下動させる駆動制御手段とを備え、 切削油中に平板を保持した状態 で X Y方向に移動させながら前記切削手段を Z方向に上下動させて 平板を彫刻することを特徴とするものである。 図面の簡単な説明
図 1は従来の 3次元形状測定データを使用した自動彫刻装置を説 明するための図である。
図 2は 3次元形状測定デー夕のメモリ空間の構成例を示す図であ る。
図 3は 3次元形状データの合成処理する場合における問題を説明 するための図である。
図 4は本発明に係る 3次元形状データ処理装置の実施の形態を示 す図である。
図 5は 3次元形状データの合成例を示す図である。
図 6は 3次元形状データの合成処理を説明する図である。
図 7は油付け彫刻装置の実施の形態を示す図である。
図 8は切削油の対流と切削方向との関係を説明するための図であ
- > o 発明の実施の最良の形態
以下、 本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図 4は本発明に係る 3次元形状データ処理装置の実施の形態を示 す図、 図 5は 3次元形状データの合成例を示す図、 図 6は 3次元形 伏データの合成処理を説明するための図である。
図中、 1は 3次元形状測定装置、 2は 3次元彫刻データファイル 、 3は彫刻データ抽出部、 4 aは合成彫刻データ、 4 bは被合成彫 刻デ一夕、 5は彫刻データ位置境界輪郭補間領域設定部、 6は彫刻 データ合成処理部、 7は境界輪郭補間処理部、 8は彫刻データ、 9 は彫刻装置を示す。
図 4において、 3次元形状測定装置は、 先に述べたようにレーザ や C C Dを使用して 2次元的に物体を走査して高さをもつ 3次元形 状を測定し、 異常値のデータを有するノイズの除去、 測定データが 得られない欠測部のデータの補間等の必要な処理を行って X Y平面 の各点に対して高さ情報を持つ 3次元形状データを出力するもので あり、 3次元彫刻データファイル 2は、 この 3次元形状データを 3 次元彫刻データとし格納し蓄積するファイルである。 彫刻データ抽 出部 3は、 3次元彫刻データファイル 2に格納された 3次元彫刻デ —夕の中から、 選択指定に基づき彫刻データを抽出するものであり 、 抽出した合成彫刻デ一夕 4 aと被合成彫刻データ 4 bを 3次元彫 刻データを合成するための 2つの彫刻データとして保持する。 彫刻データ位置境界輪郭補間領域設定部 5は、 被合成彫刻データ 4 bの位置及びその上に重ねて合成する合成彫刻データ 4 aの位置 を設定すると共に、 それらの位置よつて被合成彫刻データ 4 bの上 に重なる合成彫刻データ 4 aの境界輪郭、 さらにはその補間領域を 設定するものであり、 補間領域は、 境界輪郭から被合成彫刻データ 4 bに対して一定の距離 (画素幅等) で設定される。
彫刻データ合成処理部 6は、 それぞれのデータを彫刻仕様に合わ せたサイズに圧縮し、 被合成彫刻データ 4 bについて合成彫刻デー 夕 4 aが重なる部分、 さらに境界輪郭から一定の画素幅からなる補 間領域を含めて消去して合成彫刻データ 4 aを被合成彫刻データ 4 bに合成処理するものである。
境界輪郭補間処理部 7は、 被合成彫刻データ 4 bの上に重なる合 成彫刻データ 4 aの境界輪郭から一定の画素幅からなる補間領域に 対して、 被合成彫刻データ 4 bに基づき補間することにより境界輪 郭を保存しつつ平滑処理するものである。 彫刻データ 8は、 例えば メモリに記憶される境界輪郭補間処理後のデータであり、 彫刻装置 9は、 その彫刻データに基づき切削刃の高さを制御しながらメダル を X Y方向に移動させて、 メダルの彫刻を行う 3次元切削加工機で ある。
上記のように本発明に係る 3次元形状データ処理装置では、 3次 元形状測定装置により測定して得られた 3次元彫刻デ一夕ファイル について、 合成する 2つの彫刻データの境界輪郭から一定の幅で被 合成彫刻データ 4 bの平滑処理を行うことにより、 合成彫刻データ の輪郭の乱れをなく して品質の低下を防ぎ、 合成彫刻データと被合 成彫刻データとの境界輪郭において不連続となるのをなく して切削 における障害をなく している。 また、 2つの彫刻データを合成する のではなく、 1つの彫刻データのみでメダルを作る場合には、 合成 彫刻データ 4 aと被合成彫刻データ 4 bはなく 1つの彫刻データと なる。 したがって、 彫刻データ位置境界輪郭補間領域設定部 5では 、 単なる位置の設定を行い、 彫刻データ合成処理部 6では、 1つの 彫刻データを彫刻仕様に合わせたサイズに圧縮し、 それが彫刻デ一 夕 8として記憶される。 この時、 境界輪郭補間処理部 7はスルーと なる。
さらに、 彫刻データの合成処理について具体的に説明する。 例え ば図 5 ( A ) に示す被合成彫刻データ 4 bに対して、 その上に図 5 ( B ) に示す合成彫刻データ 4 aを重ねて合成するには、 図 5 ( C ) に示すように被合成彫刻データ 4 bの位置に対して、 合成彫刻デ 一夕 4 aは、 例えばおよそ半分程度の被合成彫刻データ 4 bを残す ように任意の距離シフトした位置に設定される。 図 6に示す合成彫 刻データ 4 aと被合成彫刻データ 4 bとの境界輪郭における Y— Y ' 断面を示したのが図 6 ( A ) であり、 図 5 ( C ) に示すように合 成彫刻データ 4 aの境界輪郭 Xから図示左方へ、 図 6に示すように △ Xの補間領域を設け、 この補間領域 Δ Χを含めた X ' より右方の 合成彫刻データ 4 aが重なる部分の被合成彫刻データ 4 bは消去さ れ 6 o
先に述べたように彫刻データ合成処理部 6により合成彫刻デ一夕 4 aと被合成彫刻データ 4 bが彫刻仕様に基づき圧縮合成処理され 、 境界輪郭から補間領域の被合成彫刻データ 4 bが図 6 ( A ) に示 すように消去されると、 境界輪郭補間処理部 7では、 図 6 ( B ) に 示すように補間領域において被合成彫刻データ 4 bの高さから境界 輪郭の高さに向けてデ一夕が徐々に変化するように補間処理される 。 この補間処理により被合成彫刻データ 4 bから境界輪郭、 合成彫 刻データ 4 aまで、 高さが階段状に不連続になることがなくなるの で、 彫刻装置 9における切削刃の操作を連続的に行い切削加工の効 率を上げることができ、 滑らかな良品質の 3次元像合成彫刻メダル を提供することができる。
補間領域でのデータ補間による平滑処理において、 被合成彫刻デ 一夕 4 bの高さから境界輪郭の高さに向けてデータが直線的に変化 するようにしたのが、 図 6 ( B ) に示す例であるが、 図 6 ( C ) に 示すように高さを曲線で補間するようにしてもよい。 このような補 間を行うことにより、 合成彫刻データ 4 a、 被合成彫刻データ 4 b とも高さの圧縮率を図 6 ( B ) に示すように同じにしても、 ダブル フェースの一方を浮き上がらせるため図 6 ( C ) に示すように合成 彫刻データ 4 aの高さの圧縮率を被合成彫刻データ 4 bの高さより 小さく しても全く同じような感じの合成結果を得ることができる。 この場合、 図 6 ( D ) に示すように境界輪郭からのそれぞれの距離 d、 d— 1、 ……に応じて圧縮率を設定したテーブルを使って処理 してもよいし、 関数を使って演算処理してもよい。
また、 合成する場合の向きとして、 図 5に示すように同じ向きで はなく、 鏡像のように反対向きに、 つまり、 図 5において合成彫刻 デ一夕 4 aを右向きにして合成する場合もある。 このような合成の 場合には、 中央に合成彫刻デ一夕 4 aと被合成彫刻データ 4 bとの 境界線を設定するのが普通であり境界輪郭はなくなる。 したがって 、 補間処理としては、 中央の境界線を所定の基準高さに設定してそ の両側に上記と同様に補間領域を設定して高さが連続して変化する ように補間処理を行う方法と、 中央の境界線から片側に補間領域を 設定し、 その補間領域で合成彫刻データ 4 aと被合成彫刻データ 4 bとの高さが連続するように補間処理を行う方法とがある。
次に、 彫刻装置について説明する。 図 7は油付け彫刻装置の実施 の形態を示す図、 図 8は切削油の対流と切削方向との関係を説明す るための図である。 図中、 1 1は 3次元形状データ処理装置、 1 2 はコン トロールボックス、 1 3は∑モー夕、 1 4は彫刻モータ、 1 5はメダル、 1 6はメダルチャック、 1 7はオイル槽、 1 8はオイ ルポンプ、 1 9はオイル供給ノズル、 2 0は Xモータ、 2 1は Yモ 一夕、 2 2は切削油取込み口、 2 3は切削油、 2 4は切削油循環系 、 2 5は切削刃を示す。
図 7において、 3次元形状データ処理装置 1 1は、 彫刻仕様に応 じて 3次元彫刻データについて先に図 4を参照して説明した処理を 行う装置であり、 コントロールボックス 1 2は、 3次元形状デ一夕 処理装置 1 1により生成された彫刻データに基づき 3次元切削加工 機の各機構を制御するものである。 3次元切削加工機は、 彫刻する メダル 1 5をメダルチャック 1 6に保持して全体をオイル槽 1 7の 中に、 いわゆるどぶ漬けして、 全体を X Y方向に移動させながら、 メダル 1 5の上面の切削刃を彫刻デ一夕にしたがって上下動させて 切削するものである。 Xモータ 2 0がオイル槽 1 7と共に彫刻する メダル 1 5をメダルチヤック 1 6を一体に X方向移動させるもので あり、 それと直角に Y方向移動させるものが Yモータ 2 1である。 彫刻モータ 1 4は、 切削刃を、 例えば貴金属では一万数千回転で高 速回転させるものであり、 Zモータ 1 3は、 高速回転している切削 刃を上下動させるものである。 オイル供給ノズル 1 9は、 オイル槽 1 7に切削油を供給するものであり、 オイルポンプ 1 8は、 切削油 をオイル槽 1 7からオイル供給ノズル 1 9を通して循環させるもの である。
ところで、 真鍮ゃァクリルのような硬材質のメダルを彫刻する場 合には、 一般の工作機械や切削加工機と同様に室内雰囲気のままで 切削しても特に問題はないが、 金や銀、 白金等の硬度が低く、 融点 の低い貴金属を使ったメダルの場合には、 切削中に切り粉が切削刃 やメダルの表面に溶着してしまうという問題が生じる。 図 7に示す 3次元切削加工機は、 このような問題を解消するためにオイル槽 1 7の中に彫刻するメダル 1 5をメダルチャック 1 6に保持してどぷ 漬けすることにより、 切削刃、 切り粉を冷却すると共に、 さらにォ ィルポンプ 1 8を使ってオイル供給ノズル 1 9を通してオイル槽 1 7の中の切削油を緩やかに対流させて切り粉を切削刃付近から流れ るようにすることにより、 切り粉が切削刃付近に溜まらないように するものである。
硬度が低く、 融点の低 、貴金属を使つたメダルの切削に際して、 切削時の摩擦熱により切り粉が加熱され切削刃やメダルの表面に溶 着しないように切削油中にメダル 1 5をどぶ漬けして対流させる場 合、 オイル供給ノズル 1 9の位置は、 あまり切削刃の刃先に近くな り切削油が直接刃先にかかるようになると、 刃先が振れて彫刻の品 質が低下するという問題が生じる。 したがって、 刃先からある程度 離して刃先の彫刻面で切削油の緩やかな対流がおこるようにオイル 供給ノズル 1 9の位置が選択される。
オイル供給ノズル ί 9は、 図 8に示すようにオイル槽 1 7が X方 向に移動する時に切削を行う場合、 切削刃 2 5より切削方向の前方 に位置し、 オイル槽 1 7の切削油取込み口 2 2を反対の切削方向の 後方に位置するように配置する。 つまり、 切削を行う方向に対して 切削油 2 3の対流が逆向きになるように、 オイル供給ノズル 1 9の ある方向に切削を行い、 反対側に切削油取込み口 2 2を設ける。 こ のようにすることにより、 切り粉は、 切削の終わった方に流れて除 去されるようになる。 さらに、 図 8 ( Β ) に示すように対流が切削 方向と平行になるようにするには、 オイル供給ノズル 1 9を切削刃
2 5の取付け側に一体に固定することも有効である。
また、 メダルの材料や切削条件によっては、 オイル供給ノズル 1
9と切削油取込み口 2 2の配置を上記と逆にすることもある。 この 場合には、 切り粉は、 切削方向に流れるため、 上記の配置と異なり 切削直後の彫刻面が切り粉で見にく くなることがなく、 それぞれに 一長一短がある。 また、 オイル供給ノズル 1 9と切削油取込み口 2 2の配置を切削方向と直交するようにすることもある。 勿論、 オイ ル槽 1 7の中で、 切削方向の開始側 (後方) と終了側 (前方) との 間で対流がおこるようにして、 オイル供給ノズル 1 9を設けなく し てもよい。
なお、 本発明は、 上記実施の形態に限定されるものではなく、 種 々の変形が可能である。 例えば上記実施の形態では、 3次元形状測 定装置により測定された 3次元形状データを処理装置により合成処 理し、 その彫刻データを 3次元切削加工機で彫刻する一連のシステ 厶として説明したが、 3次元形状測定装置、 3次元形状データ処理 装置、 3次元切削加工機は、 それぞれ独立したものであり、 それぞ れの間をデータライン等で接続して一連のシステムとして構成する だけでなく、 3次元彫刻デ一タフアイルゃ彫刻デー夕をメモリディ スク等の記録媒体で受け渡しするように構成してもよいことはいう までもない。
また、 3次元形状測定装置により測定された 3次元彫刻デー夕を 合成し彫刻するものとして説明したが、 3次元形状測定装置により 測定された 3次元形状デー夕に限らず、 写真等の 2次元デ一夕から 例えば経験的に設定されたパラメータを使用する等の所定の処理を 行うことにより高さデータを求め、 これを 3次元形状デー夕として 使用するものであってもよいし、 コンピュータグラフィ ック技術を 使って作成された 3次元形状データであってもよい。
さらに、 3次元形状データは、 メダルに彫刻するだけでなく、 コ インや時計の文字板、 その他壁掛け平板パネル等、 用途や種類を問 わず、 また、 円形、 楕円形、 多角形等の形状、 サイズの大小を問わ ず適用可能であり、 メダル等の彫刻デー夕としてだけでなくプレス 刻印するパスポートその他の型を作るために使用してもよい。 彫刻 データを合成する場合も、 2つだけでなく、 3つ或いはそれ以上の 彫刻データを同様に合成してもよいし、 彫刻データとしては、 人物 の頭部だけでなく、 全身あるいはこれらの組み合わせゃぺッ トその 他の動物との組み合わせに同様に適用してもよい。 産業上の利用可能性
以上の説明から明らかなように、 本発明によれば、 3次元形状デ 一夕を部分的に重ね合わせる場合に、 その重ね合わせ部分において いずれか一方の 3次元形状データを残して他方の 3次元形状データ を消去することにより合成処理すると共に、 その合成処理した 3次 元形状データの境界に一定の補間領域を設けて合成した 3次元形状 デ一夕の間で高さが連続的に変化するように補間するので、 合成し た接続部に段差ができなくなり、 メダル等の彫刻を行う場合にも彫 刻面を滑らかに仕上げ、 しかも、 境界輪郭を残して補間することに より、 輪郭の崩れない良好な彫刻メダル等を提供することができる 。 さらに、 3次元形状データを合成する場合に、 その高さの圧縮率 を異なるようにすることにより、 合成した彫刻像の立体感をより高 めることができる。
また、 3次元形状データに基づき貴金属の平板を彫刻する彫刻装 置では、 メダル等の被彫刻板となる平板を切削油中に保持した状態 で X Y方向に移動させながら前記切削手段を Z方向に上下動させて 平板を彫刻するので、 硬度が低く、 融点の低い貴金属であっても、 切り粉が切削刃や切削部にまとわりついて溶着し、 彫刻面を乱すこ とを防ぐことができ、 より仕上がり状態の優れた被彫刻板を提供す ることができる。

Claims

請求の範囲
1 . 平板上に形成する 3次元形状データを処理する 3次元形状デ— 夕処理装置であって、
3次元形状データを部分的に重ね合わせ該重ね合わせ部分において I、ずれか一方の 3次元形状デー夕を残して他方の 3次元形状デー夕 を消去することにより合成処理する合成処理手段と、
前記合成処理した 3次元形状データの境界に一定の補間領域を設け て補間処理を行う補間処理手段と
を備え、 前記補間処理手段は、 前記補間領域を通して合成した 3次 元形状データの間で高さが連続的に変化するように補間することを 特徴とする 3次元形状データ処理装置。
2 . 前記合成処理手段は、 一方の 3次元形伏データを境界輪郭まで 残し、 前記補間処理手段は、 前記補間領域を他方の 3次元形状デー 夕の高さから前記境界輪郭の高さまで連続的に変化するように補間 することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の 3次元形状データ処
3 . 前記合成処理手段は、 前記一方の 3次元形状データを他方の 3 次元形状デ一夕より高さの 縮率を小さく して合成したことを特徴 とする請求の範囲第 2項記載の 3次元形状データ処理装置。
4 . 重ね合わせ合成した 3次元形状データに基づき平板を X Y方向 に移動させながら切削刃を上下動させて彫刻した被彫刻板であって
3次元形状デー夕を部分的に重ね合わせ該重ね合わせ部分において いずれか一方の 3次元形状データを残して他方の 3次元形状データ を消去すると共に、 境界部分に一定の補間領域を設け該補間領域を 通して 3次元形状デー夕の高さが連続的に変化するように補間して 彫刻したことを特徴とする被彫刻板。
5 . 一方の 3次元形状データを境界輪郭まで残し、 該境界輪郭の高 さから他方の 3次元形状デ—夕の高さまで前記補間領域で連続的に 変化するように補間して彫刻したことを特徴とする請求の範囲第 4 項記載の被彫刻板。
6 . 前記一方の 3次元形状デー夕を他方の 3次元形状デー夕より高 さの圧縮率を小さく して合成したことを特徴とする請求の範囲第 5 項記載の被彫刻板。
7 . 3次元形状データに基づき貴金属の平板を彫刻する彫刻装置に おいて、
3次元形状データを記憶する記憶手段と、
前記平板を切削油中に保持する保持手段と、
切削刃を有し前記平板上を切削する切削手段と、
前記記憶手段に記憶した 3次元形状データに基づき前記保持手段を
X Y方向に移動させると同時に前記切削手段を Z方向に上下動させ る駆動制御手段と
を備え、 切削油中に平板を保持した状態で X Y方向に移動させなが ら前記切削手段を Z方向に上下動させて平板を彫刻することを特徴 とする彫刻装置。
8 . 前記保持手段は、 切削加工付近の切削油を対流させる切削油循 環手段を有することを特徴とする請求の範囲第 7項記載の彫刻装置 o
9 . 前記切削油循環手段は、 前記保持手段に切削油の取込みロを設 けると共に、 前記切削刃の近傍に切削油を供給するノズルを設け、 前記取込み口からノズルを通して前記切削刃の近傍に切削油を循環 させることを特徴とする請求の範囲第 8項記載の彫刻装置。
1 0 . 前記取込み口と前記ノズルを切削方向の両側に配置したこと を特徴とする請求の範囲第 9項記載の彫刻装置。
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