JP5142012B2 - 曲面データを生成する為のリバースエンジニアリングシステム、曲面データを生成する為のリバースエンジニアリング方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、対象物の非接触測定によって得られた点群データから、曲面データを作成するリバースエンジニアリングシステム、リバースエンジニアリングシステム方法及びそのプログラムに関する。

特願２００４−２６８１４４

従来より、実物形状を３次元スキャナでスキャンし、点群を取得し、この点群データから曲面データを生成するリバースエンジニアリングが行われてきた。その一例が特願２００４−２６８１４に示されている。

従来の自由曲面生成方法では、まず点群データに三角網を被せ、その後自由曲面を生成している。さらに、曲面データを生成する際に、母曲面若しくは点群データその物に対し、平面、球、円柱面又は円錐面のいずれかの解析面を定めて曲面データを生成している。

点群データに三角網を被せ、その後自由曲面を生成する手法では、点群の密度・配置等によっては三角網を被せる事が不可能な場合がある。
又、三角網の辺長の差が大きい場合、三角網を被せる事が不可能であった。

図１のように、点群その物に、平面、球、円柱面又は円錐面のいずれかの解析面と定める方法では、アーチ状やカーブしている部材、複雑な構造物は正確な曲面データの生成は不可能だった。

従来の自由曲面生成方法では、取得した点群が不鮮明な場合、三角網を被せ自由曲面を生成する事ができなかった。

従来の曲面データ生成方法では、図１のように、平面、球、円柱面又は円錐面のいずれかの解析面をフィットさせる仕組みの為、定型面を点群にフィットさせる事しか出来ず、複雑な部材形状や特別な形状をユーザーが独自に部品を登録する事が出来なかった。

従来は、寸断された非連続的な点群は、１つの部材として三角網化、若しくは自由曲面化する事は出来なかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、非接触測定点群リバースシステム、非接触測定リバースエンジニアリング方法及びそのプログラムを提供する事にある。

課題を解決する為の手段

本願発明は、請求項１記載のとおり、非接触測定によって取得された点群データから曲面データを生成する為のリバースエンジニアリングシステムにおいて、目的とする対象物の点群データに断面形状をフィットさせ、それを連続的に配列、若しくはスイープさせて一時的な曲面データ（サーフェイス）を作成する一次モデル生成機能と、該モデルを貫く法線を求め、再度、断面形状を該法線にに対して垂直に再配置する事で、目的とするサーフェイスモデルを自動的に生成する機能を備える事を特徴とした、リバースエンジニアリングシステムである。
又、請求項１には以下の発明も含まれる。
請求項１において、一次モデルを作成する段階において、点群にフィットさせる断面形状をユーザーが登録できる機能を備える事を特徴とするリバースエンジニアリングシステム。
請求項１において、一次モデルを作成する段階において、断面形状を配置する始点と終点を指定し、その間の断面形状を連続的に配列、若しくはスイープする機能を備える事を特徴とするリバースエンジニアリングシステム。
請求項１において、一次モデルを作成するための断面形状の連続配置の間隔をユーザーが任意に設定することができる事を特徴とするリバースエンジニアリングシステム。
請求項１において、一次モデルを作成する段階において、点群１箇所に断面を配置し、それを連続配置、若しくはスイープさせる事で一次モデルを作成する事ができる事を特徴とするリバースエンジニアリングシステム。
請求項２の発明として非接触測定によって取得された点群データから曲面データを生成する為のリバースエンジニアリングシステムにおいて、目的とする対象物の点群データに断面形状をフィットさせ、それを連続的に配列、若しくはスイープさせて一時的な曲面データ（サーフェイス）を作成し、該モデルを貫く法線を求め、再度、断面形状を該法線にに対して垂直に再配置する事で、目的とするサーフェイスモデルを自動的に生成する機能を備える事を特徴とした、リバースエンジニアリング方法である。
又、請求項２には以下の発明も含まれる。
請求項２において一次モデルを作成する段階において、点群にフィットさせる断面形状をユーザーが登録できる事を特徴とするリバースエンジニアリング方法。
請求項２において一次モデルを作成する段階において、断面形状を配置する始点と終点を指定し、その間の断面形状を連続的に配列、若しくはスイープする機能を特徴とするリバースエンジニアリング方法。
請求項２において一次モデルを作成するための断面形状の連続配置の間隔をユーザーが任意に設定することができる事を特徴とするリバースエンジニアリング方法。
請求項２において一次モデルを作成する段階において、点群１箇所に断面を配置しそれを連続配置、若しくはスイープさせる事で１次モデルを作成する事を特徴とするリバースエンジニアリング方法。
請求項３の発明としてコンピューターに対象物の非接触測定によって取得された点群データから曲面データを生成させるためのプログラムであって、コンピューターに、目的とする対象物の点群データに断面形状をフィットさせ、それを連続的に配列、若しくはスイープさせて一時的な曲面データ（サーフェイス）を作成する一次モデル生成機能と、該モデルを貫く法線を求め、再度、断面形状を該法線に対して垂直に再配置する事で、目的とするサーフェイスモデルを自動的に生成する機能とを実行させる為のプログラム。
又、請求項３には以下の発明も含まれる。
請求項３において、一次モデルを作成する段階において、点群にフィットさせる断面形状をユーザーが登録できる機能を実行させる為のプログラム。
請求項３において、一次モデルを作成する段階において、断面形状を配置する始点と終点を指定し、その間の断面形状を連続的に配列、若しくはスイープする機能を実行させる為のプログラム。
請求項３において、一次モデルを作成するための断面形状の連続配置の間隔をユーザーが任意に設定する事を実行させる為のプログラム。
請求項３において、一次モデルを作成する段階において、点群１箇所に断面を配置しそれを連続配置、若しくはスイープさせる事で１次モデルを作成する事を実行させる為のプログラム。図２ｃのように点群に断面形状をフィットさせ、それを連続的に配置し続ける、若しくはスイープすることによって、レーザースキャナーで取得した点群を追跡させる。

曲面データ化した一次モデルに対し、図２ｄのように、一度中心線を求め、始めにフィットさせた断面を再度中心線に対して垂直に再配置し、図３ｆのように断面形状を求めなおす。

ユーザーが自分で断面形状を部品として登録する事ができるようにする。

発明の効果

影に隠れた部分や入り組んだ形状が、簡単に曲面データ化が可能になる。

アーチ形状やカーブ等の複雑な形状も自動で曲面データ化が可能になる。

非接触測定によって得られた点群が不鮮明な場合でも、曲面データ化する事が可能になる。

同系統の配管や１つの部材を自動的に認識し合成する事が出来る。

ユーザーが断面形状を登録、若しくは現在所有するＣＡＤデータをインポートして断面形状として登録する事で、モデリング作業が簡便になる。

非接触測定によって計測された点群データをソフトウェアに取り込む。図２ａこの時、各スキャンポジションで取得したデータを合成した物を取り込む事も、各々のデータを個別に取得する事も可能である。これは点群の状況によって判断する。

既製の部材（ＪＩＳ・ＩＳＯ）はソフトウェアにあらかじめ登録しそれを使用するが、複雑な形状、又は既製でない形状、若しくは既製であっても特有な形状は、任意でソフトウェアに登録する事ができる、若しくは現在持っているデジタルデータ（ＣＡＤデータ）をインポートする事ができる。

断面形状フィットさせる場合、辺長や周が既知の場合、その値を入力する事によって、正確な曲面データが可能となる。

断面形状をフィットさせる場合、辺長や径等の部材情報が解らない場合、形状をフィットさせる事で、点群から自動的に寸法を判断する。この時、寸法の偏差を表示する事により、実寸を類推し、点群データと曲面データの確からしさを知る事ができる。

一次モデルを作成する際、配置される断面形状は、一時的に微細な幅を持ち、点群にフィットされる。その後、断面形状は微細な幅を持ちながら、点群に最も忠実な位置を追跡つつ、連続的に断面を配置し続ける。図２ｃ

この時の断面形状は、２次元データから容量を持たないサーフェイスモデル化され、それは点群とフィットするベクトル方向にスイープ、若しくは連続的に再配置し続ける。

この再配置の間隔については、形状によってパラメータとして指定できる事で、形状の特性に合わせたモデリングする事ができる。

一次モデルを作成する際、始点と終点の２断面を配置しモデリングする事で、始点と終点は同一部材であると定義付けさせる。これによって途中点群の疎な部分に関しても自動的にモデリングできる。

一次モデルを作成する際、始点と終点の２断面を配置しモデリングする事で、始点と終点が異なる寸法・断面形状を持っていても、モデリングできる。

１箇所に断面を配置し、ベクトルの正及び負の両方向に向けて同時に断面を連続的に配置、若しくはスイープさせ点群を追跡する。
複雑な部材のモデリングの場合、始点・終点が定かではない時、明瞭な１部分を基に、自動的に同一部材の点群を追跡し曲面データ化が可能になる。

１次モデルを作成する際に、断面の連続配置数を少なくする事ができる。
これは、点群が明瞭に計測されており、部材の判別が容易な場合、若しくは点群が不明瞭で、一部欠落しているようなデータの場合、配置数を減らす事で、より明瞭な曲面データを得る事が可能となる。

１次モデルを作成する際に、断面の連続配置数を多くする事ができる。
これは、形状変化の多い物については断面形状の配置間隔を細かくする事で、より現況に忠実なサーフェイスモデルを生成する事が可能となる為である。

生成された１次モデルに対し、自動的に法線を求め、再度断面形状を図３ｆのように再配置させ、曲面データを再作成する。
この再配置は計測する対象物に対し断面形状を直角に配置する為であり、これを行わないと、図３ｈのように実際の部材の断面と異なった形状になってしまう。寸法が既知の場合、上記の問題は起きないが、寸法を指定しない断面のフィットに関しては、この再配置が精度を保つ為必要になる。

以下、本発明の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の形態におけるリバースエンジニアリングシステムは対象物の非接触測定によって得られた点群データからサーフェイスモデル（曲面データ）を作成するものである。

図１は従来技術を示した図である。解析面である曲面データを点群データにフィットさせる事で曲面データを生成させる事を示している。若しくは点群データに三角網を被せ、その面形状を元に曲面データを生成させる。

従来技術によるモデリングの場合、部材が交差する場所やアーチ形状、カーブ等の複雑な形状のモデリングは不可能である。

又、ａの点群データが均一で無く、疎な部分については、三角網を被せる事は不可能で、解析面である曲面データをフィットさせる事も不可能である。

図２は本発明に係るリバースエンジニアリング方法を示す図である。
Ａの点群に対し、ｅの断面を１箇所、若しくは２箇所配置し、それを連続的に配置、若しくはスイープさせる事によって曲面データを生成する。

点群を範囲指定し、フィットさせる断面形状を選択する事によって、自動的に点群に配置される。

その方法は、断面形状が一時的に微細な幅を持ち、範囲指定された点群に対し最も重なりの大きい位置でフィットされる。そして、その幅は同一ベクトル方向へ延伸され、ベクトルの角度が変化した位置で断面形状を再配置、又、同一ベクトル方向へ延伸され曲面モデルを生成してゆく。

このベクトルは、１断面を配置した場合は正・負、双方の方向へ適用され、２断面を配置した場合は、間を埋める方向へ適用される。

この方法によって、アーチやカーブ形状のサーフェイス（曲面データ）化が可能で、又点群が疎である場合も、断面形状の再配置の間隔を指定する事によってサーフェイス（曲面データ）化が可能となる。

図３は断面形状の再配置の図である。
点群に断面形状を配置する際、寸法が既知の場合はその寸法によって配置される断面は、法線に対して垂直に配置される事は明確である。

しかし、寸法が既知では無い場合は、ｇの様に形状に対し垂直に配置されない。
そこで、一度１次モデルｉを作成し、その曲面データから、法線を求め、その法線に対し垂直に再配置させる事によって、正確な曲面データを取得する事が可能となる。

図４はリバースエンジニアリングシステムの例を示す構成図である。
対象物ｊは計測用パソコンｌによって制御された３Ｄレーザースキャナーｋによって計測データｍとして取得され、ｌの計測用パソコンにデータとして保存される。保存されたデータｍは、計測用パソコンｌから、解析用パソコンｎにコピーされ、ソフトウェアによって解析データｏとしてアウトプットされる。
この解析データｏとは曲面データの一種であり、様々なＣＡＤシステムや３Ｄグラフィックスソフトウェアで扱えるデータである。

図５はリバースエンジニアリングシステムの演算装置の構成を示すフローである。
ｊの点群データはｎの計測用パソコンｌに取り込まれ、解析用パソコンｎにコピーされる。コピーされたスキャンデータは、ＣＰＵによって実行されたリバースエンジニアリングソフトウェアにインポートされ、リバースエンジニアリングソフトウェアの実行により、点群からサーフェイスモデルを生成する。

図６はリバースエンジニアリングシステムの動作を示すフローチャートである。
３Ｄレーザースキャナーで計測されたデータは、リバースエンジニアリングソフトウェアにインポートされる際、既に合成されたデータでも良いし、各スキャンポジジョン毎のデータも良い。

計測データは点群としてソフトウェアに認識され、ＣＲＴによって表示される。
この点群に対し、曲面データの作成の為に、断面形状をフィットさせる。
この時、１断面でも良いし２断面でも良い。又、断面形状の寸法は既知の場合、寸法をパラメータとして入力する事も出来る。

断面形状は連続的に配置され、曲面データ化される。
この時の連続配置される頻度は、点群や形状によってパラメータとして入力する事も出来る。

生成された曲面データは、外部記憶装置へ、他のＣＡＤシステムや３Ｄグラフィックスソフトウェアで扱えるデータとしてアウトプットする事ができる。

従来手法による点群へのサーフェイスモデルのフィット概念図である。 断面を連続的に配置する手法による点群への曲面データのフィット概念図である。 断面形状のフィットと、その断面形状を法線に対し垂直に再配置させる必要性を示す図である。 本発明に係るリバースエンジニアリングシステムの例を示す構成図である。 同リバースエンジニアリングシステムの演算装置の構成を示す構成図である。 同リバースエンジニアリングシステムの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

ａ レーザースキャナーによる計測データ（点群）
ｂ 点群にフィットさせたサーフェイスモデル
ｃ 点群を追跡し無限近に若しくはスイープさせ配置された断面形状
ｄ 自動的に求められた中心線
ｅ 断面形状をオペレーターが２箇所点郡に配置
ｆ 中心線に垂直に再配置された断面
ｇ 点群に手動でフィットされた断面
ｈ ｇを元に無限近若しくはスイープで配置された断面
ｉ ｇを元に無限近若しくはスイープで作成された１次モデル
ｊ 対象物
ｋ ３Ｄレーザースキャナー
ｌ データ取得用パソコン
ｍ 計測データ
ｎ 解析用ワークステーション
ｏ 解析データ

Claims (3)

1. 非接触測定によって取得された点群データから曲面データを生成する為のリバースエンジニアリングシステムにおいて、目的とする対象物の点群データに断面形状をフィットさせ、それを連続的に配列、若しくはスイープさせて一時的な曲面データ（サーフェイス）を作成する一次モデル生成機能と、該モデルを貫く法線を求め、再度、断面形状を該法線にに対して垂直に再配置する事で、目的とするサーフェイスモデルを自動的に生成する機能を備える事を特徴とした、リバースエンジニアリングシステム。
2. 非接触測定によって取得された点群データから曲面データを生成する為のリバースエンジニアリングシステムにおいて、目的とする対象物の点群データに断面形状をフィットさせ、それを連続的に配列、若しくはスイープさせて一時的な曲面データ（サーフェイス）を作成し、該モデルを貫く法線を求め、再度、断面形状を該法線にに対して垂直に再配置する事で、目的とするサーフェイスモデルを自動的に生成する機能を備える事を特徴とした、リバースエンジニアリング方法。
3. コンピューターに対象物の非接触測定によって取得された点群データから曲面データを生成させるためのプログラムであって、コンピューターに、目的とする対象物の点群データに断面形状をフィットさせ、それを連続的に配列、若しくはスイープさせて一時的な曲面データ（サーフェイス）を作成する一次モデル生成機能と、該モデルを貫く法線を求め、再度、断面形状を該法線に対して垂直に再配置する事で、目的とするサーフェイスモデルを自動的に生成する機能とを実行させる為のプログラム。

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