モデルデータの修正方法
【課題】モデルデータを測定データに適合するように簡便かつ効率的に修正する。
【解決手段】基準となるモデルデータに基づいて製作された金型を修正し（Ｓ６）、修正された金型を測定器によって測定することにより金型３次元測定データを得る（Ｓ７）。コンピュータにより、金型３次元測定データにおけるノイズ箇所を特定して除去する（Ｓ９）。金型３次元測定データとモデルデータとを近接配置し、モデルデータで示されるモデル面１６を、金型３次元測定データで示される計測データ面１０に投影させるための積層変形を行う（Ｓ１２）。この工程は、モデル面１６のうち、金型が修正された箇所に相当する範囲だけに限定して行う（Ｓ１１）。ノイズが除去された箇所はモデルデータで補完する（Ｓ１３）。
【解決手段】基準となるモデルデータに基づいて製作された金型を修正し（Ｓ６）、修正された金型を測定器によって測定することにより金型３次元測定データを得る（Ｓ７）。コンピュータにより、金型３次元測定データにおけるノイズ箇所を特定して除去する（Ｓ９）。金型３次元測定データとモデルデータとを近接配置し、モデルデータで示されるモデル面１６を、金型３次元測定データで示される計測データ面１０に投影させるための積層変形を行う（Ｓ１２）。この工程は、モデル面１６のうち、金型が修正された箇所に相当する範囲だけに限定して行う（Ｓ１１）。ノイズが除去された箇所はモデルデータで補完する（Ｓ１３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基準となるモデルデータに基づいて作成された金型や実モデルを修正し、さらに測定器によって測定することにより３次元測定データを得た後、コンピュータにより、３次元測定データで示される第１面に対して、モデルデータで示される第２面に近接配置させて対比するモデルデータの修正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プレス成型用の金型を製作する際には、成形品の形状データからＣＡＤ等を用いて金型の設計を行い、金型データを作製している。得られた金型データに基づいて金型を加工するＮＣプログラムを作成し、ＮＣ工作機械を用いて第１段階としての金型を加工している。この段階の金型は、必ずしも所望の製品を形成することができるとは限らず、実際に試用して得られた成形品に基づいて検証を行い、金型を修正することが一般的に行われている。
【０００３】
自動車のような複雑形状のプレス金型成形では、試作品や成形シミュレーションからは分からない上型と下型のかみ合いのクリアランスが発生したり、試作品にしわや亀裂などが発生することがある。そのため、金型を修正した後に再度試作を行うという繰り返しのプロセスを行う必要がある。
【０００４】
最終的に得られた金型、つまり一番型は１つだけであるが、自動車の片側のドア金型を作製した後、他方のドアが同形状である場合や、複数の生産現場で同一製品を製造する場合には一番型と同じ（又は対称な）１つ以上の二番型を設けるとよい。
【０００５】
２番型を作製するための時間を短縮するために、修正後の金型の形状を３次元測定し、得られた３次元測定データを金型モデルデータに反映させることが考えられる。本出願人は、このように３次元計測データを金型モデルデータに反映させる手段を特許文献１において提案している。すなわち、金型３次元測定データで示される面を金型モデルデータで示される面に近接配置させて、その間で複数対の対応点の距離の絶対値を算出し、該距離の絶対値に基づいて金型モデルデータを修正する。この方法によれば、滑らかな面のＣＡＤデータが得られるとともに、面相互間の対応点がねじれ関係になることを防止できて好適である。
【０００６】
特許文献１記載の方法では、金型３次元測定データで示される第２面における複数のポリゴンの基準点と、それに対応する金型モデルデータで示される第１面における対応点とを規定している。
【０００７】
一方、車両の外観デザイン時においても、いずれかの段階でモデルデータを用意しておき、該モデルデータに基づいて作成したクレーモデルをデザイナーが何度か修正することがある。このような場合にも、修正されたクレーモデルをモデルデータに反映させたいという要望がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１７６４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
修正して得られた一番型には、その修正によって表れた巣や、部品取り付け用のねじ穴や、所定の理由で発生した傷や段差等のノイズが存在する場合がある。このようなノイズは三次元加工を行う形状面データに反映すべきではない。引用文献１のように一番型を３次元測定器で計測した場合には、このようなノイズも含めて計測してしまうため、後工程においてコンピュータのオペレータがメッシュデータからノイズの箇所を特定し、所定の補正処理をする必要がある。
【００１０】
本願出願人はこのような課題を考慮して、特願２００８−２８３４０９号においてのノイズ箇所を特定する方法を提案している。この方法は、計測されたメッシュデータから所定の基準ノードと、該基準ノードに対してメッシュ要素の一辺を介して隣接する全ての隣接ノードを特定する工程と、全ての隣接ノードについて平均面を求める工程と、平均面と基準ノードとの離間距離を求める工程と、離間距離が所定閾値よりも小さいときに基準ノードを正常ノードとし、離間距離が所定閾値以上であるときに基準ノードをノイズノードとする工程とを有する。このように、平均面と基準ノードとの離間距離が所定閾値以上であるときにその基準ノードをノイズノードとして特定すると、コンピュータにより、自動的に簡便且つ確実にノイズ部分を特定することができる。
【００１１】
一方、特許文献１記載の方法では、金型３次元測定データで示される面における基準点と、金型モデルデータの面における対応点とを規定するために金型３次元測定データの面の基準点に対して法線を設定している。金型３次元測定データは現物の一番型を計測して得られたものであることから微小な加工痕や計測器による計測誤差等の影響によりやや粗い面となっている。従って、基準点からそのまま法線を設定するのではなく、一旦、所定のスムージング処理（リラクゼーションスムージング処理等）を行った後に法線を設定することが望ましい。ところが、このようなスムージング処理は煩雑であり処理時間がかかる。
【００１２】
また、車両のボディは面積が広いことから、全面に対してデータの修正を行うとコンピュータの負荷が大きく、時間がかかる。
【００１３】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、人手によって修正された現物の金型や実モデルを測定して得られた測定データに基づいて、修正前の現物に対応して当初得られていたモデルデータを測定データに適合するように簡便かつ効率的に修正することのできるモデルデータの修正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るモデルデータの修正方法は、基準となるモデルデータに基づいて製作された金型を修正し、修正された金型を測定器によって測定することにより金型３次元測定データを得た後、コンピュータにより、前記金型３次元測定データと前記モデルデータとを近接配置し、前記モデルデータで示される第１面を、前記金型３次元測定データで示される第２面に投影させる投影工程を有し、前記投影工程は、前記第１面において設定された複数の基準点を基点として、法線又はその周辺部を含んで求められる平均法線をそれぞれ求める第１工程と、前記法線又は前記平均法線と前記第２面との交点をそれぞれ求める第２工程と、複数の前記基準点をそれぞれ前記法線又は前記平均法線に沿って、前記交点までの所定割合位置まで移動させて移動修正面を得る第３工程とを有し、前記投影工程は、前記第１面のうち、金型が修正された箇所に相当する範囲だけに限定して行われることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、基準となるモデルデータに基づいて製作された実モデルを修正し、修正された実モデルを測定器によって測定することにより実モデル３次元測定データを得た後、コンピュータにより、前記実モデル測定データと前記モデルデータとを近接配置し、前記モデルデータで示される第１面を、前記実モデル計測データで示される第２面に投影させる投影工程を有し、前記投影工程は、前記第１面において設定された複数の基準点を基点として、法線又はその周辺部を含んで求められる平均法線をそれぞれ求める第１工程と、前記法線又は前記平均法線と前記第２面との交点をそれぞれ求める第２工程と、複数の前記基準点をそれぞれ前記法線又は前記平均法線に沿って、前記交点までの所定割合位置まで移動させて移動修正面を得る第３工程とを有し、前記投影工程は、前記第１面のうち、金型が修正された箇所に相当する範囲だけに限定して行われることを特徴とする。
【００１６】
このように、第１面において設定された複数の基準点から法線又は平均法線を設け、基準点を法線に沿って移動する投影工程によれば、金型３次元計測データ面及びモデルデータのいずれとも特別なスムージング処理が不要である。従って、モデルデータを測定データに適合するように簡便かつ効率的に修正することができる。ここで、所定割合とは１００％を含む意味である。また、投影工程は、金型が修正された箇所に限定して行われることから、処理の高速化が図られる。
【００１７】
金型が修正された箇所に相当する範囲は、前記実モデル測定データと前記モデルデータとを近接配置した後、前記第１面と前記第２面との距離に基づいて規定されていてもよい。
【００１８】
金型が修正された箇所に相当する範囲とするための前記第１面と前記第２面との距離の閾値は、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍであるとよい。
【００１９】
コンピュータにより、金型３次元測定データにおけるノイズ箇所を特定して除去するノイズ特定工程を有し、前記ノイズ特定工程によって除去された箇所については、それに相当する箇所の前記第１面を複写してもよい。
【００２０】
前記移動修正面を第１面として更新し、前記第１工程から前記第３工程を複数回繰り返して実行してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るモデルデータの修正方法によれば、修正前の現物に対応して当初得られていたモデルデータを測定データに適合するように簡便かつ効率的に修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施の形態に係るモデルデータの修正方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】モデル面と、ノイズ部が除去された計測データ面を示す模式図である。
【図３】モデル面に対して法線を設定する様子を示す模式図である。
【図４】積層変形の手順を示すフローチャート（その１）である。
【図５】積層変形の手順を示すフローチャート（その２）である。
【図６】所定の分割点から２ノード以内の点を抽出する様子を示す模式図である。
【図７】重み付け関数を示す図である。
【図８】第１層面から法線を設定する様子を示す模式図である。
【図９】積層変形による複数回の移動修正面を模式的に二次元的に示す図である。
【図１０】積層変形による複数回の移動修正面を模式的に三次元的に示す図である。
【図１１】面相互間で法線にねじれが発生する例の模式図である。
【図１２】適正化処理の様子を示す模式図である。
【図１３】計測データからノイズを除去する判定方法の概念を二次元面上で示す説明図である。
【図１４】計測データの一部において、基準ノード、隣接ノード及び平均面を示す斜視図である。
【図１５】補完処理の様子を示す模式図である。
【図１６】変形例に係るモデルデータの修正方法の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係るモデルデータの修正方法について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１６を参照しながら説明する。
【００２４】
先ず、図１のステップＳ１において、得ようとする成形品の設計を行い、成形品モデルのデータを作製する。
【００２５】
ステップＳ２において、成形品モデルのデータに基づいて、ＣＡＤにより金型モデルデータのデータを作製する。
【００２６】
ステップＳ３において、金型モデルデータのデータに基づいて、ＮＣ加工機用のＮＣデータを作製する。
【００２７】
ステップＳ４において、得られたＮＣデータを用い、ＮＣ加工機により金型を成形する。
【００２８】
ステップＳ５において、成形された金型を用いてプレス加工を行い、試作品としての成形品を得る。
【００２９】
ステップＳ６において、試作品及び金型プレス面等を観察、検討し、手作業により金型の修正を行う。この際、試作品については皺や割れ、寸法誤差の有無等を観察、検討し、金型については、プレス表面の状態等を勘案し、総合的に判断して金型の修正を行う。これらのステップＳ５及びＳ６は複数回繰り返して行ってもよい。
【００３０】
ステップＳ７において、修正された金型を計測器（３次元デジタイザ等）で形状を３次元的に測定し、点群から構成される３次元測定データを得る。この計測器は接触式でも非接触式でもよい。
【００３１】
ステップＳ８において、３次元測定データの点群をコンピュータを用いた所定の手段によって、多数のポリゴンに設定する。これらのポリゴンは、測定された金型の表面形状を示すことになる。ポリゴンは主として三角形の平面で表される。
【００３２】
ステップＳ９において、金型３次元測定データにおけるノイズ箇所を特定して除去するノイズ特定工程を行う。この処理については後述する。
【００３３】
このノイズ特定工程により、図２に示すように、計測データ面（第２面）１０からは、ノイズ部１２、１４が除去される。除去された箇所はデータが存在しないことになる。
【００３４】
また、コンピュータにより、ポリゴン化された３次元測定データと、金型モデルデータとを対比し、図３に示すように、金型３次元測定データに基づくポリゴンで示される計測データ面（第２面）１０を金型モデルデータで示されるモデル面（第１面）１６に十分に近接配置させる。この近接配置させる処理では、例えば、計測データ面とモデル面との距離の平均がほぼ最小となるように全面にわたって十分に接近させるとよい。計測データ面とモデル面とは一部交差していてもよい。この近接配置をすることにより、金型における修正のない箇所（図２における範囲Ｗ0以外の箇所）は、面同士が実質的に面接触することになる。
【００３５】
図３に示すように、計測データ面１０は多数の測定点１８を頂点とするポリゴン２２の集合体である。計測データ面１０は現物の一番型を計測して得られたものであることから微小な加工痕や計測器による計測誤差等の影響によりやや粗い面となっている。
【００３６】
モデル面１６も多数のポリゴン２２から構成されている。図３及びこれに相当する以降の図では、面状の計測データ面１０及びモデル面１６を模式的に線状に示す。
【００３７】
ステップＳ１０において、計測データ面とモデル面との距離ｄ0（図２参照）を全面について求める。
【００３８】
ステップＳ１１において、計測データ面とモデル面との距離ｄ0を判断し、修正をすべき範囲、つまり、金型が修正された箇所に相当する範囲Ｗ0を特定する。この修正すべき範囲Ｗ0の特定は、コンピュータにより自動的に行われる。以降の積層変形処理は、この範囲Ｗ0だけに限定して行われる。これにより、対象が車両のような広い面積のワークであっても、処理の高速化を図ることができる。
【００３９】
距離ｄ0の閾値は、範囲Ｗ0を可及的に狭く制限するとともに、最終的に得られるデータの精度維持の観点から、０．０１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍ、例えば０．１ｍｍにするとよい。範囲Ｗ0は、周辺部との接続代として、所定ピッチだけ広く設定するとよい。
【００４０】
ステップＳ１２において、積層変形処理を行う。
【００４１】
次に、ステップＳ１３において、前記のノイズ特定工程によって除去された箇所（図２のノイズ部１２、１４）についての補完処理を行う。ステップＳ１２の積層変形処理及びステップＳ１３の補完処理については後述する。
【００４２】
ステップＳ１４において、得られた金型３次元測定データの各測定点から金型モデルまでの距離の絶対値、つまり差分のデータに基づいて、金型モデルを変形し金型修正モデルを作製する。この処理は差分のデータに基づいて金型モデルデータを変形することから、元データの隣接情報や曲線を引き継いだモデルデータが作られるため、仮に測定点に欠落した箇所が存在しても、周りの形状に相応したモデルデータの復元、修復を容易に行うことができる。
【００４３】
このようにして得られた金型修正モデルは、少なくとも一度実際に試作を行って得られた試作品に基づいて、ステップＳ６で修正を行った金型の形状の情報が相当に反映されているものであることから、リピート型を作製する際に修正に要する工数が大幅に抑制されることになる。すなわち、金型修正モデルに基づいてＮＣデータが作製され、該ＮＣデータによりＮＣ工作機で作製されたリピート型は、ステップＳ６で行った修正が反映されているものであることから、ほとんど修正をすることがなく、高精度の成形品を成形することができる。
【００４４】
次に、前記のステップＳ１２における積層変形処理について説明する。なお、この処理は、当初の計測データ面１０に対して３層の中間段階の面が積層し変形しながら設定されることから積層変形処理と呼んでいる。
【００４５】
先ず、図４のステップＳ１０１において、モデル面１６における積層変形の基準点を設定する。ここでは、図３に示すようにポリゴン２２の頂点２４を基準点とする。
【００４６】
ステップＳ１０２において、モデル面１６の各頂点２４から、計測データ面１０に対する法線ベクトルの線２６をそれぞれ設定する。つまり、法線ベクトルの線２６と周囲の各モデル面１６とのなす角度δが等しくなるように該法線ベクトルの線２６を設定する。
【００４７】
頂点２４は３以上のポリゴン２２の頂点であることから、法線ベクトルの線２６は隣接する各ポリゴン２２に対する角度が可及的に等しくなるように設定すればよい。
【００４８】
また、さらに精度を上げるためには、周辺の所定の領域の加重平均によってベクトルの線２６を求めてもよい。
【００４９】
すなわち、図６に示すように、基準となる点２８ａに対して１ボールノードの点２８ｂ及び２ボールノードの点２８ｃを抽出する。１ボールノードは、点２８ａに対して１本の線で結ばれる点であり、図６では黒丸で示される。２ボールノードは、２本以内の線で結ばれる点であり、図６では白丸で示される。図６に示す例では、１ボールノードの点２８ｂは８点であり、２ボールノードの点２８ｃは１１点である。従って、２ボールノード以内の点は１９点である。
【００５０】
２ボールノード以内の各点について番号ｊ（ｊ＝１〜１９）を付与して対応する点ベクトル３４を点ｎjとして識別可能にするとともに、各点ｎjの点２８ａからの直線距離ｄjを求める。
【００５１】
次の（１）式に基づいて、２ボールノード以内の点のベクトルｎjを距離ｄjに応じて重み付けし、加重平均することにより点代表ベクトルｎ’jを求める。
【００５２】
【数１】
【００５３】
ここで、パラメータｍは、２ボールノード以内の点の総数であり、図６の例ではｍ＝１９である。また、距離ｄiを引数とする関数ｆは、図７に表される重み付け関数である。関数ｆは、距離ｄiの絶対値が閾値ｄMax以下であるときは、関数ｇによって規定され、絶対値が閾値ｄMaxを超えるときには０となる。関数ｇは、略正規分布を示す０≦ｇ≦１の範囲の関数であり、｜ｄj｜＝ｄMaxのときにはｇ＝０、ｄj＝０のときにはｇ＝１と規定されている。図７で、距離ｄiのプラスの範囲とマイナスの範囲は、対象となる面の表側と裏側を区別して表すものである。
【００５４】
このような（１）式によって得られる点代表ベクトルｎ’は、３ボールノード以上の点や、距離ｄjが大きすぎる点に対応したベクトルは除去され、２ボールノード以内であっても、距離ｄjに応じて重み付けされて平均される。従って、近距離のベクトルほど影響が大きくなり、周辺の形状を適切に示した点代表ベクトルｎ’が得られる。
【００５５】
次に、ステップＳ１０３において、線２６と計測データ面１０との各交点である第１回交点３８を求め、頂点２４から第１回交点３８までの距離を求める。
【００５６】
ステップＳ１０４において、頂点２４と第１回交点３８との間を、例えば４等分し、頂点２４から最も近い第１回分割点４０を求める。換言すれば、第１回分割点４０は、測定点１８と第１回交点３８との間を１：３の割合で分割して得られる分割点である。この分割回数は１回以上であればよい（すなわち、分割点の分割割合を１００％にしてもよい。）。
【００５７】
ステップＳ１０５において、当初の測定点１８に基づくポリゴンの接続関係を維持しながら、図８に示すように、対応する各第１回分割点４０に対してもポリゴンを設定し第１層面（移動修正面）４２を形成する。すなわち、複数の頂点２４をそれぞれ線２６に沿って、第１回交点３８までの所定割合位置である第回１分割点４０まで移動させて移動修正面を得る。
【００５８】
ステップＳ１０１〜Ｓ１０５においては、計測データ面１０及びモデル面１６とも、スムージング処理は特に必要なく、当初のポリゴン面のまま適用が可能であり高速処理が可能である。
【００５９】
ステップＳ１０６において、図８に示すように、各第１回分割点４０から計測データ面１０に対して加重平均法線である線４４をそれぞれ設定する。これは、前記のステップＳ１０１と同様の処理であり、移動修正面として得られた第１層面４２を当初のモデル面１６として更新することと等価である。
【００６０】
ステップＳ１０７において、線４４とモデル面１６との交点である第２回交点４６を求め、第１回分割点４０から第２回交点４６までの距離を求める。これは、前記のステップＳ１０２と同様の処理である。
【００６１】
ステップＳ１０８において、第１回分割点４０と第２回交点４６との間を３等分し、第１回分割点４０から最も近い第２回分割点４８を求める。換言すれば、第２回分割点４８は、第１回分割点４０と第２回交点４６との間を１：２の割合で分割して得られる分割点である。
【００６２】
ステップＳ１０９において、当初の測定点１８に基づくポリゴンの接続関係を維持しながら、得られた第２回分割点４８に対してポリゴンを設定し第２層面４９を形成する。
【００６３】
この後、図５に示すように、同様にして、第２回分割点４８からポリゴンの法線ベクトルを設定し（ステップＳ１１０）、第３回交点を求め（ステップＳ１１１）、第２回分割点４８と第３回交点との間を２等分し、第３分割点を求め（ステップＳ１１２）、第３回分割点に対してポリゴンを設定し第３層面５６（図１０参照）を形成する（ステップＳ１１３）。
【００６４】
さらに、第３回分割点からポリゴンの法線ベクトルを設定し（ステップＳ１１４）、法線ベクトルと計測データ面１０との交点である対応点５０（図９参照）を求め（ステップＳ１１５）、対応点５０に対してポリゴンを設定し上層面５８を設定する（ステップＳ１１６）。
【００６５】
ここまでの処理を図９及び図１０にまとめて示す。当初のモデル面１６が４段階を経て計測データ面１０に投影されていることが理解されよう。このような積層変換処理では、当初の法線である線２６に沿って一度に投影を行うのではなく、所定割合毎に移動修正面を設けて段階的な投影を行っている。従って、計測データ面１０及びモデル面１６において曲率の大きい箇所において複数の線２６が交差してしまうような場合であっても、当初のモデル面１６における複数のポリゴン２２同士の位置関係がそのまま維持されて計測データ面１０に投影される。
【００６６】
仮に、積層変形処理を行わない場合、図１１に示すように、計測データ面１０又はモデル面１６の曲率半径が小さい部分では、測定点１８から計測データ面１０に対して面直線５２を設定しても、得られる対応点５４と測定点１８との関係にねじれが生じることがあり、金型修正モデルを精度良く設定することができない。これに対して、本実施の形態では積層変形処理により、係る不都合がなく、計測データ面１０における複数の測定点１８の相互の位置関係が略維持されながら計測データ面１０に対応点５０が設定されることになり、適切な対応関係が得られる。
【００６７】
次いで、ステップＳ１１７において、図１２に示すように、最終的に形成された上層面５８を所定の精度条件に合うように適正化する（例えば、規定値ＭＴに応じてトレランスｔｒを小さくする）。この適正化処理は、精度条件に合わない箇所について適度に滑らかな擬似曲面５９を設定し、該擬似曲面５９に基づいて適切なピッチを再計算した上でメッシュを再構成する適正化処理を行うとよい。さらに得られたメッシュによる面は測定データに再投影するとよい。このように適正化されて精度保障されたデータは、金型加工のＣＡＭデータとして利用することができる。
【００６８】
なお、図３、図８及び図９におていは、計測データ面１０はモデル面１６を基準として一方にのみ設けられているが、計測データ面１０はモデル面１６の反対側に設けられていてもよく、又は一部交差していてもよい。上記の積層変形処理では、３層の中間段階の面が設けられる例を示したが、２層又は４層以上であってもよい。途中段階で求める分割点の基準となる分割比は、任意に設定可能であり、例えば常に中点（１：１）となる箇所を分割点として設定してもよい。
【００６９】
次に、前記のステップＳ９におけるノイズ特定工程について説明する。このノイズ特定工程は、基本的には、メッシュデータから所定の基準ノードと、該基準ノードに対してメッシュ要素の一辺を介して隣接する全ての隣接ノードを特定する工程と、全ての隣接ノードについて平均面を求める工程と、平均面と基準ノードとの離間距離を求める工程と、離間距離が所定閾値よりも小さいときに基準ノードを正常ノードとし、離間距離が所定閾値以上であるときに基準ノードをノイズノードとする工程とを有する。
【００７０】
メッシュデータの判定方法について基本的な概念について二次元平面上で説明する。
【００７１】
図１３に示すように、計測データ面１０における複数のノード１１４が同一面上で表されるとしたとき、所定のノード１１４を基準ノード１１４ａとして、該基準ノード１１４ａに隣接する２つのノード１１４を隣接ノード１１４ｂとして選択する。基準ノード１１４ａ及び２つの隣接ノード１１４ｂに接する半径ｒの円１１６と、２つの隣接ノード１１４ｂを接続する基準線１１８を規定する。
【００７２】
金型を加工する際には、工作機械の工具はポリゴン１１２の面に沿って加工をするのではなく、ノード１１４同士を滑らかに結んだ曲線に沿って加工をすることから、円１１６は工具の移動経路と略等しいことになる。
【００７３】
左側の隣接ノード１１４ｂ（以下、隣接ノード１１４ｃと呼んで区別する。）に着目し、円１１６の中心点Ｏを基準として該隣接ノード１１４ｃと基準ノード１１４ａとのなす角をθとする。隣接ノード１１４ｃと基準ノード１１４ａとの中点１２０と中心点Ｏとを通る直線１２２を規定し、該直線１２２上で円１１６と中点１２０との距離を形状トレランスｔとする。形状トレランスｔは、工具の移動経路とポリゴン１１２との距離を示していることからできるだけ小さいことが望ましいが、工作機械の加工精度よりも過度に小さくすることは合理的ではない。したがって、形状トレランスｔは、工作機械の加工精度に基づいて適度に小さい値に設定される。
【００７４】
隣接ノード１１４ｃ、中点１２０及び中心点Ｏで形成される直角三角形で、隣接ノード１１４ｃ〜中点１２０をｘ、中点１２０〜中心点Ｏをｙとする。基準線１１８において、基準ノード１１４ａから下ろした垂線１２４との交点と隣接ノード１１４ｃとの間をｚとする。基準ノード１１４ａ、隣接ノード１１４ｃ及び中心点Ｏによって形成される二等辺三角形の二等角をそれぞれαとする。垂線１２４の長さＭＴ（以下閾値ＭＴと呼ぶ）は以下の計算によって求まる。
【００７５】
ｘ＝ｒ×ｓｉｎ（θ／２）
ｚ＝ｒ×ｓｉｎθ
ｔ＝ｘ×ｔａｎ（θ／４）
ＭＴ＝ｔ×４×ｃｏｓ2（θ／４）０＜ｃｏｓ（θ／４）≦１
これから、
０＜ＭＴ≦ｔ×４
となり、閾値ＭＴは形状トレランスｔの４倍以内として規定することができる。
【００７６】
ところで、計測データ面１０は、本来、一番型を計測して得られたものであることから、理論的には形状トレランスｔは過度に大きくなることはないのであるが、実際には大きくなる箇所がある。これは、対象となった基準ノード１１４ａが金型に存在した巣、傷、段差及び穴等に起因するノイズであると判断可能である。
【００７７】
このような概念に基づいて、計測データ面１０のノイズ部分の特定をする際には、計測データ面１０は面のデータがなくノード１１４のデータの集合であることから、形状トレランスｔを直接的に求めて判断することが困難であり、垂線１２４の閾値ＭＴによって任意に規定した形状トレランスを基準とする閾値でノイズ判断をすることが望ましい。また、閾値ＭＴによる判断では、基準ノード１１４ａの周りに存在する複数のポリゴン１１２をまとめて判定することができる。なお、図１３は、形状トレランスｔと閾値ＭＴとの関係を説明するための図であり、閾値ＭＴは固定値であるが、垂線１２４の長さｄは変動する。
【００７８】
このような方法を３次元的に適用するには、図１４に示すように、基準ノード１１４ａの回りには複数（３以上）の隣接ノード１１４ｂが存在することから、得られた全ての隣接ノード１１４ｂに基づいて、最小二乗法により平均面１３０を求めればよい。最小二乗法によれば、平均面１３０が適切に求められ、しかもこの後の処理が簡便となる。平均面１３０は図１３における基準線１１８に相当する。平均面１３０を求める最小二乗法では基準ノード１１４ａは含めなくてよい。基準ノード１１４ａは、平均面１３０の上側に存在する場合と、下側に存在する場合、及び平均面１３０上に存在する場合がある。なお、平均面１３０は、基本的には平面であるが、設計条件によっては曲面近似させてもよい。
【００７９】
このようなノイズ特定工程は、特願２００８−２８３４０９号に記載されているものと同様である。ノイズ特定工程はこれ以外の方法によって実現してもよい。
【００８０】
図１５に示すように、ステップＳ１３の補完処理について説明する。ノイズを除去した除去箇所６０には、計測データ面１０としてのデータが存在していないことから、モデル面１６におけるそれに相当する充当箇所６２を特定し、該充当箇所６２を除去箇所６０に移動複写する。この際の移動は、除去箇所６０と充当箇所６２の周囲部分が適合するように行えばよく、並行移動だけでなく適度に回転移動させてもよい。条件によっては、移動を伴なわずにそのままの場所で複写してもよい。
【００８１】
このように、除去箇所６０については、それに相当する充当箇所６２のモデル面１６を複写することにより、簡便に補完ができる。
【００８２】
上述したように、本実施の形態に係るモデルデータの修正方法によれば、投影工程（ステップＳ１０１〜Ｓ１１６）において、計測データ面１０及びモデル面１６のいずれとも特別なスムージング処理が不要である。従って、モデル１０６面を計測データ面１０に適合するように簡便かつ効率的に修正することができる。本発明者が試行した結果によれば、特許文献１記載の手順によってスムージングを行いながら面を修正する方法と比較して、本実施の形態に係るモデルデータの修正方法によれば、所定の大きさの金型に適用した場合、処理時間が約１／６に短縮されてしかも精度は従来通りに維持された。
【００８３】
このようにして修正されたデータは、ＦＥＭ解析用にも利用可能である。
【００８４】
次に、本発明を、車両の外観デザインの段階に適用する方法について説明する。すなわち、外観デザイン時においては、そのいずれかの段階でモデルデータを用意しておき、該モデルデータに基づいて作成したクレーモデルをデザイナーが何度か修正することがある。このような場合にも、修正されたクレーモデルをモデルデータに反映させることができる。
【００８５】
図１６のステップＳ２０１において、デザイナーはコンピュータを用いて仮想空間上で車両の外観デザインを行う。何度かのレビューを経て第１段階目のデザインが決定する。この外観デザインはモデルデータとして記録される。近時のコンピュータは処理能力が高く、３次元的なデザインを容易且つ高速に行うことができる。
【００８６】
このようにして得られたクレーモデルは、相当に洗練されたデザインとなっている。しかしながら、コンピュータ上のデザインではモニタ又は印刷物を通して見るだけであり、３次元的な検討も欠かせないことから、以下の処理を行う。
【００８７】
ステップＳ２０２において、モデルデータに基づいてクレーモデル（実モデル）を製作する。
【００８８】
ステップＳ２０３において、クレーモデルを観察し、外観デザインの３次元的な検討を行って所定の修正を行う。この修正はデザイナー又は所定の作業者が手作業により行う。これらのステップＳ２０２及びＳ２０３は複数回繰り返して行ってもよい。クレーモデルは、当初は小さいモデルとし、その後に実物大のモデルを作成してもよい。
【００８９】
ステップＳ２０４において、修正されたクレーモデルを計測器で形状を３次元的に測定し、点群から構成される３次元測定データを得る。これは前記のステップＳ７の処理と実質的に同じであり、対象が金型ではなくて実モデルであることが異なる。
【００９０】
これ以降のステップＳ２０５〜Ｓ２１０は、前記のステップＳ８〜Ｓ１２（図１参照）と同じ処理である。従って、ステップＳ２０６のノイズ特定工程では、図１３及び図１４と同様の処理を行い、ステップＳ２１０の積層変形では、図４及び図５と同様の処理を行う。
【００９１】
このようにして得られたデータは、図１に示す金型作成する際の金型モデルデータとして利用できる。また、何らかの目的によりクレーモデルを再び作成する際に利用することができる。ＦＥＭ解析用に利用してもよい。
【００９２】
上記のモデルデータの修正方法は、車両ボディを対象にしたものに限らず、より小さな製品についても適用可能である。
【００９３】
本発明に係るモデルデータの修正方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００９４】
１０…計測データ面 １６…モデル面
１８…測定点 ２２…ポリゴン
２４…頂点 ３８…第１回交点
４２…第１層面 ４９…第２層面
５６…第３層面 ５８…上層面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基準となるモデルデータに基づいて作成された金型や実モデルを修正し、さらに測定器によって測定することにより３次元測定データを得た後、コンピュータにより、３次元測定データで示される第１面に対して、モデルデータで示される第２面に近接配置させて対比するモデルデータの修正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プレス成型用の金型を製作する際には、成形品の形状データからＣＡＤ等を用いて金型の設計を行い、金型データを作製している。得られた金型データに基づいて金型を加工するＮＣプログラムを作成し、ＮＣ工作機械を用いて第１段階としての金型を加工している。この段階の金型は、必ずしも所望の製品を形成することができるとは限らず、実際に試用して得られた成形品に基づいて検証を行い、金型を修正することが一般的に行われている。
【０００３】
自動車のような複雑形状のプレス金型成形では、試作品や成形シミュレーションからは分からない上型と下型のかみ合いのクリアランスが発生したり、試作品にしわや亀裂などが発生することがある。そのため、金型を修正した後に再度試作を行うという繰り返しのプロセスを行う必要がある。
【０００４】
最終的に得られた金型、つまり一番型は１つだけであるが、自動車の片側のドア金型を作製した後、他方のドアが同形状である場合や、複数の生産現場で同一製品を製造する場合には一番型と同じ（又は対称な）１つ以上の二番型を設けるとよい。
【０００５】
２番型を作製するための時間を短縮するために、修正後の金型の形状を３次元測定し、得られた３次元測定データを金型モデルデータに反映させることが考えられる。本出願人は、このように３次元計測データを金型モデルデータに反映させる手段を特許文献１において提案している。すなわち、金型３次元測定データで示される面を金型モデルデータで示される面に近接配置させて、その間で複数対の対応点の距離の絶対値を算出し、該距離の絶対値に基づいて金型モデルデータを修正する。この方法によれば、滑らかな面のＣＡＤデータが得られるとともに、面相互間の対応点がねじれ関係になることを防止できて好適である。
【０００６】
特許文献１記載の方法では、金型３次元測定データで示される第２面における複数のポリゴンの基準点と、それに対応する金型モデルデータで示される第１面における対応点とを規定している。
【０００７】
一方、車両の外観デザイン時においても、いずれかの段階でモデルデータを用意しておき、該モデルデータに基づいて作成したクレーモデルをデザイナーが何度か修正することがある。このような場合にも、修正されたクレーモデルをモデルデータに反映させたいという要望がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１７６４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
修正して得られた一番型には、その修正によって表れた巣や、部品取り付け用のねじ穴や、所定の理由で発生した傷や段差等のノイズが存在する場合がある。このようなノイズは三次元加工を行う形状面データに反映すべきではない。引用文献１のように一番型を３次元測定器で計測した場合には、このようなノイズも含めて計測してしまうため、後工程においてコンピュータのオペレータがメッシュデータからノイズの箇所を特定し、所定の補正処理をする必要がある。
【００１０】
本願出願人はこのような課題を考慮して、特願２００８−２８３４０９号においてのノイズ箇所を特定する方法を提案している。この方法は、計測されたメッシュデータから所定の基準ノードと、該基準ノードに対してメッシュ要素の一辺を介して隣接する全ての隣接ノードを特定する工程と、全ての隣接ノードについて平均面を求める工程と、平均面と基準ノードとの離間距離を求める工程と、離間距離が所定閾値よりも小さいときに基準ノードを正常ノードとし、離間距離が所定閾値以上であるときに基準ノードをノイズノードとする工程とを有する。このように、平均面と基準ノードとの離間距離が所定閾値以上であるときにその基準ノードをノイズノードとして特定すると、コンピュータにより、自動的に簡便且つ確実にノイズ部分を特定することができる。
【００１１】
一方、特許文献１記載の方法では、金型３次元測定データで示される面における基準点と、金型モデルデータの面における対応点とを規定するために金型３次元測定データの面の基準点に対して法線を設定している。金型３次元測定データは現物の一番型を計測して得られたものであることから微小な加工痕や計測器による計測誤差等の影響によりやや粗い面となっている。従って、基準点からそのまま法線を設定するのではなく、一旦、所定のスムージング処理（リラクゼーションスムージング処理等）を行った後に法線を設定することが望ましい。ところが、このようなスムージング処理は煩雑であり処理時間がかかる。
【００１２】
また、車両のボディは面積が広いことから、全面に対してデータの修正を行うとコンピュータの負荷が大きく、時間がかかる。
【００１３】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、人手によって修正された現物の金型や実モデルを測定して得られた測定データに基づいて、修正前の現物に対応して当初得られていたモデルデータを測定データに適合するように簡便かつ効率的に修正することのできるモデルデータの修正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るモデルデータの修正方法は、基準となるモデルデータに基づいて製作された金型を修正し、修正された金型を測定器によって測定することにより金型３次元測定データを得た後、コンピュータにより、前記金型３次元測定データと前記モデルデータとを近接配置し、前記モデルデータで示される第１面を、前記金型３次元測定データで示される第２面に投影させる投影工程を有し、前記投影工程は、前記第１面において設定された複数の基準点を基点として、法線又はその周辺部を含んで求められる平均法線をそれぞれ求める第１工程と、前記法線又は前記平均法線と前記第２面との交点をそれぞれ求める第２工程と、複数の前記基準点をそれぞれ前記法線又は前記平均法線に沿って、前記交点までの所定割合位置まで移動させて移動修正面を得る第３工程とを有し、前記投影工程は、前記第１面のうち、金型が修正された箇所に相当する範囲だけに限定して行われることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、基準となるモデルデータに基づいて製作された実モデルを修正し、修正された実モデルを測定器によって測定することにより実モデル３次元測定データを得た後、コンピュータにより、前記実モデル測定データと前記モデルデータとを近接配置し、前記モデルデータで示される第１面を、前記実モデル計測データで示される第２面に投影させる投影工程を有し、前記投影工程は、前記第１面において設定された複数の基準点を基点として、法線又はその周辺部を含んで求められる平均法線をそれぞれ求める第１工程と、前記法線又は前記平均法線と前記第２面との交点をそれぞれ求める第２工程と、複数の前記基準点をそれぞれ前記法線又は前記平均法線に沿って、前記交点までの所定割合位置まで移動させて移動修正面を得る第３工程とを有し、前記投影工程は、前記第１面のうち、金型が修正された箇所に相当する範囲だけに限定して行われることを特徴とする。
【００１６】
このように、第１面において設定された複数の基準点から法線又は平均法線を設け、基準点を法線に沿って移動する投影工程によれば、金型３次元計測データ面及びモデルデータのいずれとも特別なスムージング処理が不要である。従って、モデルデータを測定データに適合するように簡便かつ効率的に修正することができる。ここで、所定割合とは１００％を含む意味である。また、投影工程は、金型が修正された箇所に限定して行われることから、処理の高速化が図られる。
【００１７】
金型が修正された箇所に相当する範囲は、前記実モデル測定データと前記モデルデータとを近接配置した後、前記第１面と前記第２面との距離に基づいて規定されていてもよい。
【００１８】
金型が修正された箇所に相当する範囲とするための前記第１面と前記第２面との距離の閾値は、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍであるとよい。
【００１９】
コンピュータにより、金型３次元測定データにおけるノイズ箇所を特定して除去するノイズ特定工程を有し、前記ノイズ特定工程によって除去された箇所については、それに相当する箇所の前記第１面を複写してもよい。
【００２０】
前記移動修正面を第１面として更新し、前記第１工程から前記第３工程を複数回繰り返して実行してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るモデルデータの修正方法によれば、修正前の現物に対応して当初得られていたモデルデータを測定データに適合するように簡便かつ効率的に修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施の形態に係るモデルデータの修正方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】モデル面と、ノイズ部が除去された計測データ面を示す模式図である。
【図３】モデル面に対して法線を設定する様子を示す模式図である。
【図４】積層変形の手順を示すフローチャート（その１）である。
【図５】積層変形の手順を示すフローチャート（その２）である。
【図６】所定の分割点から２ノード以内の点を抽出する様子を示す模式図である。
【図７】重み付け関数を示す図である。
【図８】第１層面から法線を設定する様子を示す模式図である。
【図９】積層変形による複数回の移動修正面を模式的に二次元的に示す図である。
【図１０】積層変形による複数回の移動修正面を模式的に三次元的に示す図である。
【図１１】面相互間で法線にねじれが発生する例の模式図である。
【図１２】適正化処理の様子を示す模式図である。
【図１３】計測データからノイズを除去する判定方法の概念を二次元面上で示す説明図である。
【図１４】計測データの一部において、基準ノード、隣接ノード及び平均面を示す斜視図である。
【図１５】補完処理の様子を示す模式図である。
【図１６】変形例に係るモデルデータの修正方法の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係るモデルデータの修正方法について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１６を参照しながら説明する。
【００２４】
先ず、図１のステップＳ１において、得ようとする成形品の設計を行い、成形品モデルのデータを作製する。
【００２５】
ステップＳ２において、成形品モデルのデータに基づいて、ＣＡＤにより金型モデルデータのデータを作製する。
【００２６】
ステップＳ３において、金型モデルデータのデータに基づいて、ＮＣ加工機用のＮＣデータを作製する。
【００２７】
ステップＳ４において、得られたＮＣデータを用い、ＮＣ加工機により金型を成形する。
【００２８】
ステップＳ５において、成形された金型を用いてプレス加工を行い、試作品としての成形品を得る。
【００２９】
ステップＳ６において、試作品及び金型プレス面等を観察、検討し、手作業により金型の修正を行う。この際、試作品については皺や割れ、寸法誤差の有無等を観察、検討し、金型については、プレス表面の状態等を勘案し、総合的に判断して金型の修正を行う。これらのステップＳ５及びＳ６は複数回繰り返して行ってもよい。
【００３０】
ステップＳ７において、修正された金型を計測器（３次元デジタイザ等）で形状を３次元的に測定し、点群から構成される３次元測定データを得る。この計測器は接触式でも非接触式でもよい。
【００３１】
ステップＳ８において、３次元測定データの点群をコンピュータを用いた所定の手段によって、多数のポリゴンに設定する。これらのポリゴンは、測定された金型の表面形状を示すことになる。ポリゴンは主として三角形の平面で表される。
【００３２】
ステップＳ９において、金型３次元測定データにおけるノイズ箇所を特定して除去するノイズ特定工程を行う。この処理については後述する。
【００３３】
このノイズ特定工程により、図２に示すように、計測データ面（第２面）１０からは、ノイズ部１２、１４が除去される。除去された箇所はデータが存在しないことになる。
【００３４】
また、コンピュータにより、ポリゴン化された３次元測定データと、金型モデルデータとを対比し、図３に示すように、金型３次元測定データに基づくポリゴンで示される計測データ面（第２面）１０を金型モデルデータで示されるモデル面（第１面）１６に十分に近接配置させる。この近接配置させる処理では、例えば、計測データ面とモデル面との距離の平均がほぼ最小となるように全面にわたって十分に接近させるとよい。計測データ面とモデル面とは一部交差していてもよい。この近接配置をすることにより、金型における修正のない箇所（図２における範囲Ｗ0以外の箇所）は、面同士が実質的に面接触することになる。
【００３５】
図３に示すように、計測データ面１０は多数の測定点１８を頂点とするポリゴン２２の集合体である。計測データ面１０は現物の一番型を計測して得られたものであることから微小な加工痕や計測器による計測誤差等の影響によりやや粗い面となっている。
【００３６】
モデル面１６も多数のポリゴン２２から構成されている。図３及びこれに相当する以降の図では、面状の計測データ面１０及びモデル面１６を模式的に線状に示す。
【００３７】
ステップＳ１０において、計測データ面とモデル面との距離ｄ0（図２参照）を全面について求める。
【００３８】
ステップＳ１１において、計測データ面とモデル面との距離ｄ0を判断し、修正をすべき範囲、つまり、金型が修正された箇所に相当する範囲Ｗ0を特定する。この修正すべき範囲Ｗ0の特定は、コンピュータにより自動的に行われる。以降の積層変形処理は、この範囲Ｗ0だけに限定して行われる。これにより、対象が車両のような広い面積のワークであっても、処理の高速化を図ることができる。
【００３９】
距離ｄ0の閾値は、範囲Ｗ0を可及的に狭く制限するとともに、最終的に得られるデータの精度維持の観点から、０．０１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍ、例えば０．１ｍｍにするとよい。範囲Ｗ0は、周辺部との接続代として、所定ピッチだけ広く設定するとよい。
【００４０】
ステップＳ１２において、積層変形処理を行う。
【００４１】
次に、ステップＳ１３において、前記のノイズ特定工程によって除去された箇所（図２のノイズ部１２、１４）についての補完処理を行う。ステップＳ１２の積層変形処理及びステップＳ１３の補完処理については後述する。
【００４２】
ステップＳ１４において、得られた金型３次元測定データの各測定点から金型モデルまでの距離の絶対値、つまり差分のデータに基づいて、金型モデルを変形し金型修正モデルを作製する。この処理は差分のデータに基づいて金型モデルデータを変形することから、元データの隣接情報や曲線を引き継いだモデルデータが作られるため、仮に測定点に欠落した箇所が存在しても、周りの形状に相応したモデルデータの復元、修復を容易に行うことができる。
【００４３】
このようにして得られた金型修正モデルは、少なくとも一度実際に試作を行って得られた試作品に基づいて、ステップＳ６で修正を行った金型の形状の情報が相当に反映されているものであることから、リピート型を作製する際に修正に要する工数が大幅に抑制されることになる。すなわち、金型修正モデルに基づいてＮＣデータが作製され、該ＮＣデータによりＮＣ工作機で作製されたリピート型は、ステップＳ６で行った修正が反映されているものであることから、ほとんど修正をすることがなく、高精度の成形品を成形することができる。
【００４４】
次に、前記のステップＳ１２における積層変形処理について説明する。なお、この処理は、当初の計測データ面１０に対して３層の中間段階の面が積層し変形しながら設定されることから積層変形処理と呼んでいる。
【００４５】
先ず、図４のステップＳ１０１において、モデル面１６における積層変形の基準点を設定する。ここでは、図３に示すようにポリゴン２２の頂点２４を基準点とする。
【００４６】
ステップＳ１０２において、モデル面１６の各頂点２４から、計測データ面１０に対する法線ベクトルの線２６をそれぞれ設定する。つまり、法線ベクトルの線２６と周囲の各モデル面１６とのなす角度δが等しくなるように該法線ベクトルの線２６を設定する。
【００４７】
頂点２４は３以上のポリゴン２２の頂点であることから、法線ベクトルの線２６は隣接する各ポリゴン２２に対する角度が可及的に等しくなるように設定すればよい。
【００４８】
また、さらに精度を上げるためには、周辺の所定の領域の加重平均によってベクトルの線２６を求めてもよい。
【００４９】
すなわち、図６に示すように、基準となる点２８ａに対して１ボールノードの点２８ｂ及び２ボールノードの点２８ｃを抽出する。１ボールノードは、点２８ａに対して１本の線で結ばれる点であり、図６では黒丸で示される。２ボールノードは、２本以内の線で結ばれる点であり、図６では白丸で示される。図６に示す例では、１ボールノードの点２８ｂは８点であり、２ボールノードの点２８ｃは１１点である。従って、２ボールノード以内の点は１９点である。
【００５０】
２ボールノード以内の各点について番号ｊ（ｊ＝１〜１９）を付与して対応する点ベクトル３４を点ｎjとして識別可能にするとともに、各点ｎjの点２８ａからの直線距離ｄjを求める。
【００５１】
次の（１）式に基づいて、２ボールノード以内の点のベクトルｎjを距離ｄjに応じて重み付けし、加重平均することにより点代表ベクトルｎ’jを求める。
【００５２】
【数１】
【００５３】
ここで、パラメータｍは、２ボールノード以内の点の総数であり、図６の例ではｍ＝１９である。また、距離ｄiを引数とする関数ｆは、図７に表される重み付け関数である。関数ｆは、距離ｄiの絶対値が閾値ｄMax以下であるときは、関数ｇによって規定され、絶対値が閾値ｄMaxを超えるときには０となる。関数ｇは、略正規分布を示す０≦ｇ≦１の範囲の関数であり、｜ｄj｜＝ｄMaxのときにはｇ＝０、ｄj＝０のときにはｇ＝１と規定されている。図７で、距離ｄiのプラスの範囲とマイナスの範囲は、対象となる面の表側と裏側を区別して表すものである。
【００５４】
このような（１）式によって得られる点代表ベクトルｎ’は、３ボールノード以上の点や、距離ｄjが大きすぎる点に対応したベクトルは除去され、２ボールノード以内であっても、距離ｄjに応じて重み付けされて平均される。従って、近距離のベクトルほど影響が大きくなり、周辺の形状を適切に示した点代表ベクトルｎ’が得られる。
【００５５】
次に、ステップＳ１０３において、線２６と計測データ面１０との各交点である第１回交点３８を求め、頂点２４から第１回交点３８までの距離を求める。
【００５６】
ステップＳ１０４において、頂点２４と第１回交点３８との間を、例えば４等分し、頂点２４から最も近い第１回分割点４０を求める。換言すれば、第１回分割点４０は、測定点１８と第１回交点３８との間を１：３の割合で分割して得られる分割点である。この分割回数は１回以上であればよい（すなわち、分割点の分割割合を１００％にしてもよい。）。
【００５７】
ステップＳ１０５において、当初の測定点１８に基づくポリゴンの接続関係を維持しながら、図８に示すように、対応する各第１回分割点４０に対してもポリゴンを設定し第１層面（移動修正面）４２を形成する。すなわち、複数の頂点２４をそれぞれ線２６に沿って、第１回交点３８までの所定割合位置である第回１分割点４０まで移動させて移動修正面を得る。
【００５８】
ステップＳ１０１〜Ｓ１０５においては、計測データ面１０及びモデル面１６とも、スムージング処理は特に必要なく、当初のポリゴン面のまま適用が可能であり高速処理が可能である。
【００５９】
ステップＳ１０６において、図８に示すように、各第１回分割点４０から計測データ面１０に対して加重平均法線である線４４をそれぞれ設定する。これは、前記のステップＳ１０１と同様の処理であり、移動修正面として得られた第１層面４２を当初のモデル面１６として更新することと等価である。
【００６０】
ステップＳ１０７において、線４４とモデル面１６との交点である第２回交点４６を求め、第１回分割点４０から第２回交点４６までの距離を求める。これは、前記のステップＳ１０２と同様の処理である。
【００６１】
ステップＳ１０８において、第１回分割点４０と第２回交点４６との間を３等分し、第１回分割点４０から最も近い第２回分割点４８を求める。換言すれば、第２回分割点４８は、第１回分割点４０と第２回交点４６との間を１：２の割合で分割して得られる分割点である。
【００６２】
ステップＳ１０９において、当初の測定点１８に基づくポリゴンの接続関係を維持しながら、得られた第２回分割点４８に対してポリゴンを設定し第２層面４９を形成する。
【００６３】
この後、図５に示すように、同様にして、第２回分割点４８からポリゴンの法線ベクトルを設定し（ステップＳ１１０）、第３回交点を求め（ステップＳ１１１）、第２回分割点４８と第３回交点との間を２等分し、第３分割点を求め（ステップＳ１１２）、第３回分割点に対してポリゴンを設定し第３層面５６（図１０参照）を形成する（ステップＳ１１３）。
【００６４】
さらに、第３回分割点からポリゴンの法線ベクトルを設定し（ステップＳ１１４）、法線ベクトルと計測データ面１０との交点である対応点５０（図９参照）を求め（ステップＳ１１５）、対応点５０に対してポリゴンを設定し上層面５８を設定する（ステップＳ１１６）。
【００６５】
ここまでの処理を図９及び図１０にまとめて示す。当初のモデル面１６が４段階を経て計測データ面１０に投影されていることが理解されよう。このような積層変換処理では、当初の法線である線２６に沿って一度に投影を行うのではなく、所定割合毎に移動修正面を設けて段階的な投影を行っている。従って、計測データ面１０及びモデル面１６において曲率の大きい箇所において複数の線２６が交差してしまうような場合であっても、当初のモデル面１６における複数のポリゴン２２同士の位置関係がそのまま維持されて計測データ面１０に投影される。
【００６６】
仮に、積層変形処理を行わない場合、図１１に示すように、計測データ面１０又はモデル面１６の曲率半径が小さい部分では、測定点１８から計測データ面１０に対して面直線５２を設定しても、得られる対応点５４と測定点１８との関係にねじれが生じることがあり、金型修正モデルを精度良く設定することができない。これに対して、本実施の形態では積層変形処理により、係る不都合がなく、計測データ面１０における複数の測定点１８の相互の位置関係が略維持されながら計測データ面１０に対応点５０が設定されることになり、適切な対応関係が得られる。
【００６７】
次いで、ステップＳ１１７において、図１２に示すように、最終的に形成された上層面５８を所定の精度条件に合うように適正化する（例えば、規定値ＭＴに応じてトレランスｔｒを小さくする）。この適正化処理は、精度条件に合わない箇所について適度に滑らかな擬似曲面５９を設定し、該擬似曲面５９に基づいて適切なピッチを再計算した上でメッシュを再構成する適正化処理を行うとよい。さらに得られたメッシュによる面は測定データに再投影するとよい。このように適正化されて精度保障されたデータは、金型加工のＣＡＭデータとして利用することができる。
【００６８】
なお、図３、図８及び図９におていは、計測データ面１０はモデル面１６を基準として一方にのみ設けられているが、計測データ面１０はモデル面１６の反対側に設けられていてもよく、又は一部交差していてもよい。上記の積層変形処理では、３層の中間段階の面が設けられる例を示したが、２層又は４層以上であってもよい。途中段階で求める分割点の基準となる分割比は、任意に設定可能であり、例えば常に中点（１：１）となる箇所を分割点として設定してもよい。
【００６９】
次に、前記のステップＳ９におけるノイズ特定工程について説明する。このノイズ特定工程は、基本的には、メッシュデータから所定の基準ノードと、該基準ノードに対してメッシュ要素の一辺を介して隣接する全ての隣接ノードを特定する工程と、全ての隣接ノードについて平均面を求める工程と、平均面と基準ノードとの離間距離を求める工程と、離間距離が所定閾値よりも小さいときに基準ノードを正常ノードとし、離間距離が所定閾値以上であるときに基準ノードをノイズノードとする工程とを有する。
【００７０】
メッシュデータの判定方法について基本的な概念について二次元平面上で説明する。
【００７１】
図１３に示すように、計測データ面１０における複数のノード１１４が同一面上で表されるとしたとき、所定のノード１１４を基準ノード１１４ａとして、該基準ノード１１４ａに隣接する２つのノード１１４を隣接ノード１１４ｂとして選択する。基準ノード１１４ａ及び２つの隣接ノード１１４ｂに接する半径ｒの円１１６と、２つの隣接ノード１１４ｂを接続する基準線１１８を規定する。
【００７２】
金型を加工する際には、工作機械の工具はポリゴン１１２の面に沿って加工をするのではなく、ノード１１４同士を滑らかに結んだ曲線に沿って加工をすることから、円１１６は工具の移動経路と略等しいことになる。
【００７３】
左側の隣接ノード１１４ｂ（以下、隣接ノード１１４ｃと呼んで区別する。）に着目し、円１１６の中心点Ｏを基準として該隣接ノード１１４ｃと基準ノード１１４ａとのなす角をθとする。隣接ノード１１４ｃと基準ノード１１４ａとの中点１２０と中心点Ｏとを通る直線１２２を規定し、該直線１２２上で円１１６と中点１２０との距離を形状トレランスｔとする。形状トレランスｔは、工具の移動経路とポリゴン１１２との距離を示していることからできるだけ小さいことが望ましいが、工作機械の加工精度よりも過度に小さくすることは合理的ではない。したがって、形状トレランスｔは、工作機械の加工精度に基づいて適度に小さい値に設定される。
【００７４】
隣接ノード１１４ｃ、中点１２０及び中心点Ｏで形成される直角三角形で、隣接ノード１１４ｃ〜中点１２０をｘ、中点１２０〜中心点Ｏをｙとする。基準線１１８において、基準ノード１１４ａから下ろした垂線１２４との交点と隣接ノード１１４ｃとの間をｚとする。基準ノード１１４ａ、隣接ノード１１４ｃ及び中心点Ｏによって形成される二等辺三角形の二等角をそれぞれαとする。垂線１２４の長さＭＴ（以下閾値ＭＴと呼ぶ）は以下の計算によって求まる。
【００７５】
ｘ＝ｒ×ｓｉｎ（θ／２）
ｚ＝ｒ×ｓｉｎθ
ｔ＝ｘ×ｔａｎ（θ／４）
ＭＴ＝ｔ×４×ｃｏｓ2（θ／４）０＜ｃｏｓ（θ／４）≦１
これから、
０＜ＭＴ≦ｔ×４
となり、閾値ＭＴは形状トレランスｔの４倍以内として規定することができる。
【００７６】
ところで、計測データ面１０は、本来、一番型を計測して得られたものであることから、理論的には形状トレランスｔは過度に大きくなることはないのであるが、実際には大きくなる箇所がある。これは、対象となった基準ノード１１４ａが金型に存在した巣、傷、段差及び穴等に起因するノイズであると判断可能である。
【００７７】
このような概念に基づいて、計測データ面１０のノイズ部分の特定をする際には、計測データ面１０は面のデータがなくノード１１４のデータの集合であることから、形状トレランスｔを直接的に求めて判断することが困難であり、垂線１２４の閾値ＭＴによって任意に規定した形状トレランスを基準とする閾値でノイズ判断をすることが望ましい。また、閾値ＭＴによる判断では、基準ノード１１４ａの周りに存在する複数のポリゴン１１２をまとめて判定することができる。なお、図１３は、形状トレランスｔと閾値ＭＴとの関係を説明するための図であり、閾値ＭＴは固定値であるが、垂線１２４の長さｄは変動する。
【００７８】
このような方法を３次元的に適用するには、図１４に示すように、基準ノード１１４ａの回りには複数（３以上）の隣接ノード１１４ｂが存在することから、得られた全ての隣接ノード１１４ｂに基づいて、最小二乗法により平均面１３０を求めればよい。最小二乗法によれば、平均面１３０が適切に求められ、しかもこの後の処理が簡便となる。平均面１３０は図１３における基準線１１８に相当する。平均面１３０を求める最小二乗法では基準ノード１１４ａは含めなくてよい。基準ノード１１４ａは、平均面１３０の上側に存在する場合と、下側に存在する場合、及び平均面１３０上に存在する場合がある。なお、平均面１３０は、基本的には平面であるが、設計条件によっては曲面近似させてもよい。
【００７９】
このようなノイズ特定工程は、特願２００８−２８３４０９号に記載されているものと同様である。ノイズ特定工程はこれ以外の方法によって実現してもよい。
【００８０】
図１５に示すように、ステップＳ１３の補完処理について説明する。ノイズを除去した除去箇所６０には、計測データ面１０としてのデータが存在していないことから、モデル面１６におけるそれに相当する充当箇所６２を特定し、該充当箇所６２を除去箇所６０に移動複写する。この際の移動は、除去箇所６０と充当箇所６２の周囲部分が適合するように行えばよく、並行移動だけでなく適度に回転移動させてもよい。条件によっては、移動を伴なわずにそのままの場所で複写してもよい。
【００８１】
このように、除去箇所６０については、それに相当する充当箇所６２のモデル面１６を複写することにより、簡便に補完ができる。
【００８２】
上述したように、本実施の形態に係るモデルデータの修正方法によれば、投影工程（ステップＳ１０１〜Ｓ１１６）において、計測データ面１０及びモデル面１６のいずれとも特別なスムージング処理が不要である。従って、モデル１０６面を計測データ面１０に適合するように簡便かつ効率的に修正することができる。本発明者が試行した結果によれば、特許文献１記載の手順によってスムージングを行いながら面を修正する方法と比較して、本実施の形態に係るモデルデータの修正方法によれば、所定の大きさの金型に適用した場合、処理時間が約１／６に短縮されてしかも精度は従来通りに維持された。
【００８３】
このようにして修正されたデータは、ＦＥＭ解析用にも利用可能である。
【００８４】
次に、本発明を、車両の外観デザインの段階に適用する方法について説明する。すなわち、外観デザイン時においては、そのいずれかの段階でモデルデータを用意しておき、該モデルデータに基づいて作成したクレーモデルをデザイナーが何度か修正することがある。このような場合にも、修正されたクレーモデルをモデルデータに反映させることができる。
【００８５】
図１６のステップＳ２０１において、デザイナーはコンピュータを用いて仮想空間上で車両の外観デザインを行う。何度かのレビューを経て第１段階目のデザインが決定する。この外観デザインはモデルデータとして記録される。近時のコンピュータは処理能力が高く、３次元的なデザインを容易且つ高速に行うことができる。
【００８６】
このようにして得られたクレーモデルは、相当に洗練されたデザインとなっている。しかしながら、コンピュータ上のデザインではモニタ又は印刷物を通して見るだけであり、３次元的な検討も欠かせないことから、以下の処理を行う。
【００８７】
ステップＳ２０２において、モデルデータに基づいてクレーモデル（実モデル）を製作する。
【００８８】
ステップＳ２０３において、クレーモデルを観察し、外観デザインの３次元的な検討を行って所定の修正を行う。この修正はデザイナー又は所定の作業者が手作業により行う。これらのステップＳ２０２及びＳ２０３は複数回繰り返して行ってもよい。クレーモデルは、当初は小さいモデルとし、その後に実物大のモデルを作成してもよい。
【００８９】
ステップＳ２０４において、修正されたクレーモデルを計測器で形状を３次元的に測定し、点群から構成される３次元測定データを得る。これは前記のステップＳ７の処理と実質的に同じであり、対象が金型ではなくて実モデルであることが異なる。
【００９０】
これ以降のステップＳ２０５〜Ｓ２１０は、前記のステップＳ８〜Ｓ１２（図１参照）と同じ処理である。従って、ステップＳ２０６のノイズ特定工程では、図１３及び図１４と同様の処理を行い、ステップＳ２１０の積層変形では、図４及び図５と同様の処理を行う。
【００９１】
このようにして得られたデータは、図１に示す金型作成する際の金型モデルデータとして利用できる。また、何らかの目的によりクレーモデルを再び作成する際に利用することができる。ＦＥＭ解析用に利用してもよい。
【００９２】
上記のモデルデータの修正方法は、車両ボディを対象にしたものに限らず、より小さな製品についても適用可能である。
【００９３】
本発明に係るモデルデータの修正方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００９４】
１０…計測データ面 １６…モデル面
１８…測定点 ２２…ポリゴン
２４…頂点 ３８…第１回交点
４２…第１層面 ４９…第２層面
５６…第３層面 ５８…上層面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準となるモデルデータに基づいて製作された金型を修正し、修正された金型を測定器によって測定することにより金型３次元測定データを得た後、
コンピュータにより、前記金型３次元測定データと前記モデルデータとを近接配置し、前記モデルデータで示される第１面を、前記金型３次元測定データで示される第２面に投影させる投影工程を有し、
前記投影工程は、
前記第１面において設定された複数の基準点を基点として、法線又はその周辺部を含んで求められる平均法線をそれぞれ求める第１工程と、
前記法線又は前記平均法線と前記第２面との交点をそれぞれ求める第２工程と、
複数の前記基準点をそれぞれ前記法線又は前記平均法線に沿って、前記交点までの所定割合位置まで移動させて移動修正面を得る第３工程と、
を有し、
前記投影工程は、前記第１面のうち、金型が修正された箇所に相当する範囲だけに限定して行われることを特徴とするモデルデータの修正方法。
【請求項２】
基準となるモデルデータに基づいて製作された実モデルを修正し、修正された実モデルを測定器によって測定することにより実モデル３次元測定データを得た後、
コンピュータにより、前記実モデル測定データと前記モデルデータとを近接配置し、前記モデルデータで示される第１面を、前記実モデル計測データで示される第２面に投影させる投影工程を有し、
前記投影工程は、
前記第１面において設定された複数の基準点を基点として、法線又はその周辺部を含んで求められる平均法線をそれぞれ求める第１工程と、
前記法線又は前記平均法線と前記第２面との交点をそれぞれ求める第２工程と、
複数の前記基準点をそれぞれ前記法線又は前記平均法線に沿って、前記交点までの所定割合位置まで移動させて移動修正面を得る第３工程と、
を有し、
前記投影工程は、前記第１面のうち、金型が修正された箇所に相当する範囲だけに限定して行われることを特徴とするモデルデータの修正方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のモデルデータの修正方法において、
金型が修正された箇所に相当する範囲は、前記実モデル測定データと前記モデルデータとを近接配置した後、前記第１面と前記第２面との距離に基づいて規定されることを特徴とするモデルデータの修正方法。
【請求項４】
請求項３記載のモデルデータの修正方法において、
金型が修正された箇所に相当する範囲とするための前記第１面と前記第２面との距離の閾値は、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍであることを特徴とするモデルデータの修正方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のモデルデータの修正方法において、
コンピュータにより、金型３次元測定データにおけるノイズ箇所を特定して除去するノイズ特定工程を有し、
前記ノイズ特定工程によって除去された箇所については、それに相当する箇所の前記第１面を複写することを特徴とするモデルデータの修正方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のモデルデータの修正方法において、
前記移動修正面を第１面として更新し、
前記第１工程から前記第３工程を複数回繰り返して実行することを特徴とするモデルデータの修正方法。
【請求項１】
基準となるモデルデータに基づいて製作された金型を修正し、修正された金型を測定器によって測定することにより金型３次元測定データを得た後、
コンピュータにより、前記金型３次元測定データと前記モデルデータとを近接配置し、前記モデルデータで示される第１面を、前記金型３次元測定データで示される第２面に投影させる投影工程を有し、
前記投影工程は、
前記第１面において設定された複数の基準点を基点として、法線又はその周辺部を含んで求められる平均法線をそれぞれ求める第１工程と、
前記法線又は前記平均法線と前記第２面との交点をそれぞれ求める第２工程と、
複数の前記基準点をそれぞれ前記法線又は前記平均法線に沿って、前記交点までの所定割合位置まで移動させて移動修正面を得る第３工程と、
を有し、
前記投影工程は、前記第１面のうち、金型が修正された箇所に相当する範囲だけに限定して行われることを特徴とするモデルデータの修正方法。
【請求項２】
基準となるモデルデータに基づいて製作された実モデルを修正し、修正された実モデルを測定器によって測定することにより実モデル３次元測定データを得た後、
コンピュータにより、前記実モデル測定データと前記モデルデータとを近接配置し、前記モデルデータで示される第１面を、前記実モデル計測データで示される第２面に投影させる投影工程を有し、
前記投影工程は、
前記第１面において設定された複数の基準点を基点として、法線又はその周辺部を含んで求められる平均法線をそれぞれ求める第１工程と、
前記法線又は前記平均法線と前記第２面との交点をそれぞれ求める第２工程と、
複数の前記基準点をそれぞれ前記法線又は前記平均法線に沿って、前記交点までの所定割合位置まで移動させて移動修正面を得る第３工程と、
を有し、
前記投影工程は、前記第１面のうち、金型が修正された箇所に相当する範囲だけに限定して行われることを特徴とするモデルデータの修正方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のモデルデータの修正方法において、
金型が修正された箇所に相当する範囲は、前記実モデル測定データと前記モデルデータとを近接配置した後、前記第１面と前記第２面との距離に基づいて規定されることを特徴とするモデルデータの修正方法。
【請求項４】
請求項３記載のモデルデータの修正方法において、
金型が修正された箇所に相当する範囲とするための前記第１面と前記第２面との距離の閾値は、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍであることを特徴とするモデルデータの修正方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のモデルデータの修正方法において、
コンピュータにより、金型３次元測定データにおけるノイズ箇所を特定して除去するノイズ特定工程を有し、
前記ノイズ特定工程によって除去された箇所については、それに相当する箇所の前記第１面を複写することを特徴とするモデルデータの修正方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のモデルデータの修正方法において、
前記移動修正面を第１面として更新し、
前記第１工程から前記第３工程を複数回繰り返して実行することを特徴とするモデルデータの修正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−２１１６７８（Ｐ２０１０−２１１６７８Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５９１９４（Ｐ２００９−５９１９４）
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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