３次元形状表示装置
【課題】2種類のデータに基づく3次元形状を、比較可能に表示する。
【解決手段】上下動可能にマトリクス状に２次元配置された複数の第１モデリングピン３０と、第１モデリングピン３０の内部を上下方向に摺動可能に配置された第２モデリングピン３５とを、相互に異なる第１のデータＤ１及び第２のデータＤ２に基づいて、位置決めすることにより、第１モデリングピン３０によって規定される曲面Ｓ１と、第２モデリングピン３５によって規定される曲面Ｓ２とを同時に表示する。これにより、曲面Ｓ１と曲面Ｓ２との視覚的な比較が容易となる。
【解決手段】上下動可能にマトリクス状に２次元配置された複数の第１モデリングピン３０と、第１モデリングピン３０の内部を上下方向に摺動可能に配置された第２モデリングピン３５とを、相互に異なる第１のデータＤ１及び第２のデータＤ２に基づいて、位置決めすることにより、第１モデリングピン３０によって規定される曲面Ｓ１と、第２モデリングピン３５によって規定される曲面Ｓ２とを同時に表示する。これにより、曲面Ｓ１と曲面Ｓ２との視覚的な比較が容易となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元形状表示装置に係り、更に詳しくは所定のデータに基づく３次元形状を表示する３次元形状表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、不動産開発等の分野においては、計測対象となる地表をレーザ光を用いて走査することで、短時間に高精度な３次元座標データを取得することが可能な、例えば３次元レーザレンジスキャナや３次元写真測量装置等（以下、３次元スキャナと略述する）が広く用いられている。これら３次元スキャナで取得したデータは、ＣＡＤ（Computer Aided Design）による図面化や、地理情報システム（GIS：Geographic Information System）による視覚化に大きく寄与するため、近年では、不動産開発における計画、施工、管理などの各工程で幅広く活用されている。
【０００３】
一方、図面やディスプレイなどを通して見る土地の形状は、実際の土地を見た時のイメージからある程度乖離しているため、現実に不動産開発の計画を決定する際には、視覚的なイメージが開発対象となる土地形状に最も近い立体模型を、例えば紙又は樹脂を用いて製作し、この立体模型に基づく計画の立案を行う。しかしながら、この種の立体模型は、制作に長時間を要するため、膨大な設計費がかかる上に、計画変更に伴う修正が困難であるという不都合がある。また、現状の土地形状と、不動産開発によって完成する土地形状とを比較する場合などには、複数の立体模型を制作する必要があるため、更に設計時間及び設計費が増加するといった不都合もある。
【０００４】
なお、土地に関するデータを用いて、３次元形状を表現する装置としては、マトリクス状に配置された複数のロッドの先端部によって、土地の表面形状を表現する装置が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、この装置では、異なる土地形状の比較、具体的には、現状の土地形状と完成後の土地形状とを視覚的に比較するには不十分であり、また、両形状を比較しつつロッドを意図的に動かして、土地形状を変更した場合に、その変更に関するデータを取得するにも不十分である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述の事情の下になされたもので、その目的は、異なる２種類以上のデータに基づく３次元形状を、比較可能に表示する３次元形状表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、所定のデータに基づく３次元形状を表示する３次元形状表示装置であって、上下動可能に２次元配置された複数の第１モデリングピンと；前記第１モデリングピンそれぞれに対応して、上下動可能に配置された複数の第２モデリングピンと；第１のデータ、及び前記第１のデータと異なる第２のデータに基づいて、対応する前記複数の第１モデリングピン及び前記複数の第２モデリングピンをそれぞれ位置決めする位置決め機構と：を備える３次元形状表示装置である。
【０００８】
これによれば、３次元形状表示装置は、上下動可能に２次元配置された複数の第１モデリングピンと、各第１モデリングピンに対応して配置された複数の第２モデリングピンを備えている。これにより、第１のデータに基づいて位置決めされた複数の第１モデリングピンによる３次元形状と、第２のデータに基づいて位置決めされた複数の第２モデリングピンによる３次元形状とを比較可能に表示することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１は、本実施形態の３次元形状表示装置１０のブロック図である。図１に示されるように、３次元形状表示装置１０は、３次元形状を表示する形状表示装置２０と、形状表示装置２０を駆動する油圧ユニット７０と、形状表示装置２０及び油圧ユニット７０の制御を行なう制御装置６０を備えている。
【００１０】
図２は本実施形態に係る形状表示装置２０を上方から見た図であり、図３は、形状表示装置２０のＺＸ断面図である。形状表示装置２０は、複数の第１モデリングピン３０及び第２モデリングピン３５を上下動させることによって、例えば土地の表面形状等の３次元形状を表示する装置である。図２及び図３を総合して見るとわかるように、形状表示装置２０は、底板２２、フレーム２３、支持板２４、及び位置決め装置１００などを備えている。
【００１１】
前記底板２２は、Ｙ軸方向を長手方向とする長方形板状の部材であり、その上面がほぼ水平となるように、例えば床面等に載置されている。
【００１２】
前記フレーム２３は、上方と下方が開放された矩形枠状の部材であり、下端部が前記床面に載置された底板２２上面の外縁部に固定されている。
【００１３】
前記支持板２４は、一例として１９６個の丸孔が、１４行１４列のマトリクス状に形成された長方形板状の部材であり、その外縁がフレーム２３の内壁面に固定されることで、ほぼ水平に支持されている。そして、支持板２４に形成された各丸孔には、第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５とが、所定のストロークで上下動可能に配置されている。ここで、１４行１４列のマトリクスは、Ｘ軸方向を行方向、Ｙ軸方向を列方向とし、第１モデリングピン３０については、ｍ行目のｎ列目にあるモデリングピンを適宜第１モデリングピン３０ｍ、ｎと表すものとする。また、同様に、第２モデリングピン３５については、ｍ行目のｎ列目にあるモデリングピンを適宜第２モデリングピン３５ｍ、ｎと表すものとする。
【００１４】
図４（Ａ）は、図３における第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５を拡大して示す図であり、図４（Ｂ）は、第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５のＺＹ断面図である。
【００１５】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を総合して見るとわかるように、第１モデリングピン３０は、内部に配置される第２モデリングピン３５を外部から視認することができるような、例えば透明のプラスチックやガラスなどを素材とする円筒状の部材である。この第１モデリングピン３０は、上端部が球形状に整形され、＋Ｙ側及び−Ｙ側には、Ｚ軸方向を長手方向とする１組のスリット３０ａが形成されている。そして、支持板２４の丸孔に上方から挿入され、支持板２４の下面に固定された１組の把持機構４０によって把持されている。
【００１６】
図５（Ａ）は、図４（Ａ）における把持機構４０を拡大して示す図であり、図５（Ｂ）は把持機構４０を上方から見た図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を総合して見るとわかるように、前記把持機構４０は、１対の支持部材４１、該支持部材４１によって支持される歯車状のローラ４３、及び支持部材４１をＸ軸方向へ移動するピエゾ素子４２などを有している。
【００１７】
前記ピエゾ素子４２は、印加される電圧に応じてＸ軸方向に沿って伸縮するようになっており、支持板２４の下面から下方に延設された突出部２４ａの＋Ｘ側に固定されている。そして、前記ローラ４３は、ピエゾ素子４２の＋Ｘ側の面に、長手方向をＸ軸方向として固定された１対の支持部材４１によって、Ｙ軸に平行な軸４１ａを中心に回動可能に支持されている。また、ピエゾ素子４２の＋Ｘ側には、一端がピエゾ素子４２の内部に埋め込まれ、他端がローラ４３の隣接する歯と歯の間に位置するように配置されたフィルム４４が設けられている。
【００１８】
上述のように構成された把持機構４０では、ピエゾ素子４２へ適当な電圧を印加して伸長させることで、ローラ４３を、第１モデリングピン３０へ所望の圧力で圧接することができる。したがって、図４（Ａ）に示されるように、第１モデリングピン３０の＋Ｘ側及び−Ｘ側に配置された把持機構４０のピエゾ素子４２に適当な電圧を印加することで、第１モデリングピン３０を所望の把持力で把持することができ、電圧の印加を停止することで、第１モデリングピン３０を開放することができるようになっている。
【００１９】
なお、第１モデリングピン３０は、開放されているときにはその自重によって下降し、また後述する位置決め装置１００によって上昇することができる。そして、第１モデリングピン３０の位置は、上下動する第１モデリングピン３０によって回転するローラ４３により、フィルム４４が周期的に湾曲と復帰を繰り返すことで、ピエゾ素子４２から出力される電気信号に基づいて計測される。
【００２０】
第２モデリングピン３５は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を総合して見るとわかるように、上端部が球形状に整形された円柱状の部材である。この第２モデリングピン３５は、第１モデリングピン３０の内部を上下方向に摺動可能に配置され、第１モデリングピン３０に形成されたスリット３０ａを介して、上述した１組の把持機構４０によって第１モデリングピン３０と同様に把持されている。
【００２１】
図６は、上述した第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５のＸＹ断面図である。この図６に示されるように、第１モデリングピン３０と、第２モデリングピン３５とは、それぞれを独立した状態で、１組の把持機構４０によって把持されている。このため、例えば、第１モデリングピン３０の＋Ｘ側及び−Ｘ側の把持機構４０で第１モデリングピン３０を把持して、第２モデリングピン３５の＋Ｙ側及び−Ｙ側の把持機構４０を開放することで、第２モデリングピン３５のみが外部からの力で昇降可能となり、また、第１モデリングピン３０の＋Ｘ側及び−Ｘ側の把持機構４０を開放し、第２モデリングピン３５の＋Ｙ側及び−Ｙ側の把持機構４０で第２モデリングピン３５を把持することで、第１モデリングピン３０のみが外部からの力で昇降可能となる。
【００２２】
図７は前記位置決め装置１００の斜視図である。図７に示されるように、位置決め装置１００は、ベース１０１、１組のリニアガイド１１０Ａ,１１０Ｂ、シリンダユニット１５０、移動機構１２０などを備えている。
【００２３】
前記ベース１０１は、長手方向をＹ軸方向とする板状の部材であり、底板２２の上面に固定されている。
【００２４】
前記１組のリニアガイド１１０Ａ,１１０Ｂは、それぞれベース１０１上面の−Ｘ側及び＋Ｘ側の外縁部に、Ｙ軸方向を長手方向として延設され、それぞれの両端部は、支持部材１１１によって支持されている。
【００２５】
前記シリンダユニット１５０は、長手方向をＸ軸方向とする直方体状の部材であり、＋Ｘ側端部及び−Ｘ側端部が、リニアガイド１１０Ａ,１１０ＢそれぞれによってＹ軸方向に摺動可能に支持されている。
【００２６】
図８は、シリンダユニット１５０のＺＸ断面図である。この図８と図７を総合して見るとわかるように、シリンダユニット１５０は、Ｘ軸方向に沿って２列に配列された２８本のシリンダ１６０と、＋Ｙ側の列のシリンダ１６０によって上下に駆動される１４本の第１リフターピン１６１、及び−Ｙ側の列のシリンダ１６０によって上下に駆動される１４本の第２リフターピン１６２を備えている。
【００２７】
前記シリンダ１６０としては、例えば油圧によって第１リフターピン１６１、第２リフターピン１６２を上下方向に移動させることが可能な複動シリンダが用いられ、それぞれのシリンダ１６０は、シリンダユニット１５０の＋Ｘ側の外壁面に設けられたコネクタ部１５０ａを介して外部機器（油圧ユニット７０）と接続されている。
【００２８】
前記第１リフターピン１６１は、長手方向をＺ軸方向とする円筒状の部材であり、その外径及び内径が、第１モデリングピン３０の外径及び内径と等しくなっている。また、前記第２リフターピン１６２は、長手方向をＺ軸方向とする円柱状の部材であり、その外径が第１モデリングピン３０の内径よりも小さくなっている。
【００２９】
図７に戻り、前記移動機構１２０は、１組の回転シャフト１２３Ａ,１２３Ｂ、回転シャフト１２３Ａを回動するモータ１２４、シリンダユニット１５０をＹ軸方向に牽引する２本のベルト１２５を備えている。
【００３０】
前記１組の回転シャフト１２３Ａ,１２３Ｂは、それぞれベース１０１上面の＋Ｙ側及び−Ｙ側の外縁部にＸ軸方向を長手方向として配置され、それぞれの両端は支持部材１２２によってＸ軸に平行な軸回りに回動可能に支持されている。そして、回転シャフト１２３Ａについては、＋Ｘ側の支持部材１２２に固定された前記モータ１２４によって、回動されるようになっている。
【００３１】
前記ベルト１２５それぞれは、回転シャフト１２３Ａ,１２３Ｂに巻回された状態で、両端がそれぞれシリンダユニット１５０の＋Ｙ側及び−Ｙ側の側壁部に固定されている。
【００３２】
上述のように構成された移動機構１２０は、モータ１２４によって回転シャフト１２３Ａが回動し、ベルト１２５Ａ,１２５Ｂでシリンダユニット１５０を牽引することにより、シリンダユニット１５０を、リニアガイド１１０Ａ,１１０Ｂに沿って、＋Ｙ方向又は−Ｙ方向へ移動させることが可能となっている。
【００３３】
前記油圧ユニット７０は、例えば、油圧ポンプ、各シリンダ１６０に対応した電磁弁などを備え、図７に示されるように、一端がシリンダユニット１５０のコネクタ部１５０ａに接続されたフレキシブル配管束１５２の他端に接続部材１５３を介して接続されている。これにより、油圧ユニット７０は、各シリンダ１６０に油圧を作用させて、１４本の第１リフターピン１６１及び１４本の第２リフターピン１６２をそれぞれ個別に駆動することが可能となっている。
【００３４】
前記制御装置６０は、オペレータが３次元データ等を入力するための入力部６０ｂと、形状表示装置２０の各ステータス及び油圧ユニット７０の運転状況等を表示するモニタ６０ｃと、ＣＰＵ等の演算装置及び３次元データなどを格納するメモリ等を備え、形状表示装置２０及び油圧ユニット７０を統括的に制御する処理装置６０ａとを備えている。
【００３５】
次に、上述のように構成された３次元形状表示装置１０の動作について説明する。前提として、制御装置６０の処理装置６０ａには、入力部６０ｂを介して、マトリクス状に配置された第１モデリングピン３０に対応する第１のデータＤ１ｍ、ｎ（ｍ＝１、２…１４、ｎ＝１、２…１４）と、第２モデリングピン３５に対応する第２のデータＤ１ｍ、ｎ（ｍ＝１、２…１４、ｎ＝１、２…１４）とが格納されているものとし、全ての第１モデリングピン３０及び第２モデリングピン３５は、把持機構４０から開放され、図３に示されるように、上下方向のストロークの最下限に位置しているものとする。また、３次元形状表示装置１０の動作は、処理装置６０ａによって、形状表示装置２０に設けられた位置決め装置１００及び把持機構４０のピエゾ素子４２と、油圧ユニット７０とが駆動されることにより行われるものとする。
【００３６】
処理装置６０ａは、ユーザによって入力部６０ｂを介して開始指令等が入力されると、まず、移動機構１２０を駆動して、１行目に配列された第１モデリングピン３０１、１〜３０１、１４の直下に、各第１リフターピン１６１が位置するように、シリンダユニット１５０を移動させる。
【００３７】
次に、処理装置６０ａは、第１モデリングピン３０１、１〜３０１、１４に対応する把持機構４０に設けられたピエゾ素子４２から発信される信号をモニタしつつ、油圧ユニット７０を駆動して、図９に示されるように、各第１リフターピン１６１を、第１のデータＤ１１、１〜Ｄ１１、１４に基づいて上昇させる。これにより、第１モデリングピン３０１、１〜３０１、１４は、第１のデータＤ１１、１〜Ｄ１１、１４に基づく位置に位置決めされる。
【００３８】
次に、処理装置６０ａは、第１モデリングピン３０１、１〜３０１、１４に対応する把持機構４０のピエゾ素子４２に電圧を印加して、位置決めされた第１モデリングピン３０１、１〜３０１、１４それぞれを把持する。これにより、１行目の第１モデリングピン３０の位置が固定される。
【００３９】
次に、処理装置６０ａは、１行目に配列された第２モデリングピン３５１、１〜３５１、１４の直下に、各第２リフターピン１６２が位置するように、シリンダユニット１５０を移動し、図１０に示されるように、各第２リフターピン１６２を、第２のデータＤ２１、１〜Ｄ２１、１４に基づいて上昇させる。これにより、第２モデリングピン３５１、１〜３５１、１４は、第２のデータＤ２１、１〜Ｄ２１、１４に基づく位置に位置決めされる。そして、第２モデリングピン３５１、１〜３５１、１４に対応する把持機構４０のピエゾ素子４２に電圧を印加して、位置決めされた第２モデリングピン３５１、１〜３５１、１４それぞれを把持する。これにより、１行目の第２モデリングピン３５の位置が固定される。
【００４０】
上述した動作を、第１のデータＤ１、及び第２のデータＤ２に基づいて、２行目以降の行に配列された第１モデリングピン３０２、１〜３０１４、１４及び第２モデリングピン３５２、１〜３５１４、１４に対して行うことで、図１０に示されるように、第１モデリングピン３０によって規定される曲面Ｓ１と、第２モデリングピン３５によって規定される曲面Ｓ２とが表示される。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態に係る３次元形状表示装置１０は、上下動可能な状態でマトリクス状に２次元配置された複数の第１モデリングピン３０と、第１モデリングピン３０の内部を、上下方向に摺動可能に配置された第２モデリングピン３５とを備えている。そして、第１モデリングピン３０に対応する第１のデータＤ１に基づいて、位置決め装置１００により各第１モデリングピン３０が位置決めされ、第２モデリングピン３５に対応する第２のデータＤ２に基づいて、位置決め装置１００により各第２モデリングピン３５が位置決めされることで、第１モデリングピン３０によって規定される曲面Ｓ１と、第２モデリングピン３５によって規定される曲面Ｓ２とが同時に表示される。したがって、それぞれの曲面Ｓ１,Ｓ２相互間の差異を容易に比較することが可能となる。
【００４２】
具体的には、第２のデータＤ２として３次元スキャナ等で取得した開発対象となる土地のデータを用い、第１のデータＤ１として、３次元スキャナ等で取得した開発対象となる土地のデータを変更してなる設計データを用いることで、第２モデリングピン３５によって開発対象となる土地形状を表示し、第１モデリングピン３０で計画する土地形状を表示することができるので、現況と計画との差分を視覚的にとらえることが可能となる。また、データＤ１,Ｄ２の内容を変更することで、容易に異なる形状を表示することができるため、例えば、データに基づく立体模型等をそれぞれ制作する場合に比べて、容易かつ短時間に形状の差分を表示することが可能となる。
【００４３】
なお、本実施形態では、第１モデリングピン３０は透明なプラスチック材料を素材としているため、図１０に示されるように、第２モデリングピン３５が、第１モデリングピン３０の内部に位置決めされている部分がある場合にも、第２モデリングピン３５を良好に視認することができるようになっている。
【００４４】
また、第１モデリングピン３０と合わせて、第２モデリングピン３５の素材についても同様に透明材料を用い、例えば図１１に示されるように、支持板２４の上面やフレーム２３の上端に、例えば支持柱１７１に沿って上下に移動させることが可能なレーザ装置１７０を設けることで、レーザ装置１７０から水平方向に射出されるレーザ光ＬＢによって、各モデリングピン３０,３５の内部に等高線、計画変更線、指示線等を明示することができる。
【００４５】
なお、レーザ装置１７０は、支持柱１７１に複数設けてもよく、また、支持板２４等の複数の箇所に設けてもよい。また、レーザ装置１７０ごとに異なる色のレーザ光を照射することで、より等高線等の視認性を向上することが可能となる。
【００４６】
また、上記のレーザ装置１７０を用いるのではなくて、モデリングピン３０,３５それぞれの上端部に、発光ダイオード等の発光材料を組み付けて、同様に等高線、計画変更線、指示線計画等を明示するようにしてもよい。
【００４７】
また、上述したように、把持機構４０による、第１モデリングピン３０及び第２モデリングピン３５の把持力は、ピエゾ素子４２に印加する電圧によって所望の大きさに微調整することが可能となっている。したがって、把持機構４０による第１モデリングピン３０の把持力を、第１モデリングピン３０の自重に耐え得る最低の大きさに設定することで、第１モデリングピン３０を、マニュアルで移動することが可能となる。そして、このマニュアルによる第１モデリングピン３０の移動量を、ピエゾ素子４２からの信号によって計測することで、リアルタイムで設計データに移動量を反映し、モニタ６０ｃに表示させることが可能となる。
【００４８】
なお、必ずしも第２のデータＤ２として、３次元スキャナ等で取得した開発対象となる土地のデータを用い、第１のデータＤ１として、３次元スキャナ等で取得した開発対象となる土地のデータを変更してなる設計データを用いる必要はなく、第１のデータＤ１として、３次元スキャナ等で取得した開発対象となる土地のデータを用い、第２のデータＤ２として、３次元スキャナ等で取得した開発対象となる土地のデータを変更してなる設計データを用いてもよい。しかしながら、モデリングピン３０,３５については、第１モデリングピン３０のほうが、マニュアルで動かすことが容易であるため、開発対象となる土地の現況を第２モデリングピン３５によって表示し、この表示された形状に基づいて、設計データからなる形状の変更を行うのが望ましい。
【００４９】
また、本実施形態では、第１モデリングピン３０に対応する１９６（＝１４×１４）のデータＤ１１、１〜Ｄ１１４、１４及び、第２モデリングピン３５に対応する１９６（＝１４×１４）のデータＤ２１、１〜Ｄ２１４、１４を用いたが、例えば、２８行２８列に対応する７８４のデータを用いる場合には、予め処理装置６０ａ等で、隣接する例えば４つのデータを用いた１９６の平均値を算出し、これらの値をデータＤ１１、１〜Ｄ１１４、１４又はデータＤ２１、１〜Ｄ２１４、１４として、モデリングピン３０,３５を移動させればよい。
【００５０】
また、本実施形態では、１４行１４列のマトリクス状に配置された第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５とを備える形状表示装置２０を用いた説明を行ったが、これは説明の便宜のためであり、３次元形状表示装置１０は、例えば１００行１００列程度に対応する数、又はそれ以上の数のモデリングピン３０,３５を備える形状表示装置２０を備えていてもよいのは勿論である。
【００５１】
また、本実施形態では、ピエゾ素子４２を用いてモデリングピン３０,３５の移動量を検出したが、これに限らず公知のロータリーエンコーダ又はリニアエンコーダ等を用いて、モデリングピン３０,３５の移動量を検出してもよい。また、モデリングピン３０,３５ではなくて、リフターピン１６１,１６２の移動量をモニタしつつ、モデリングピン３０,３５の位置決めを行ってもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、把持機構４０のピエゾ素子４２を、把持機構４０の把持力の調整手段として用いるとともに、モデリングピン３０,３５の移動量の計測手段として用いている。これにより、モデリングピン３０,３５に対する把持力調整機構及び計測機構を別々に設ける場合に比べて、装置の構造が簡単になり、装置の大型化及び高コスト化を回避することが可能となる。
【００５３】
また、モデリングピン３０,３５を把持する把持機構４０は、一例であってこれ以外の把持機構を用いてもよい。要は、第１モデリングピン３０及び第２モデリングピン３５の位置が対応するデータに基づいて固定されることで、２種類の曲面Ｓ１,Ｓ２が比較可能に表示されればよい。
【００５４】
また、本実施形態では、位置決め装置１００は、Ｙ軸方向に移動するシリンダユニット１５０を備えている。したがって、各モデリングピン３０,３５それぞれに対して、昇降機構を設ける場合に比べて、装置の構成が簡単になり、結果的に装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
【００５５】
また、本実施形態では、第１モデリングピン３０及び第２モデリングピン３５を、油圧を用いた位置決め装置１００によって上下方向へ移動したが、これに限らず、位置決め装置１００は、空気圧又は油以外の液体の圧力を用いて動作させてもよい。また、油圧機構ではなくて、各リフターピン１６１,１６２を例えばリニアモータ、超音波モータ、又はピエゾウォーキングドライブ等の駆動装置を用いて昇降させてもよい。ところで、ピエゾウォーキングドライブとは、一例として図１１に示されるように、異なる１組のピエゾ素子からなる複数の素子群２００の一端を、例えばリフターピン等の対象物に当接させ、１組のピエゾ素子それぞれに異なる電圧を印加することで、リフターピン等を昇降させる機構である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明の３次元形状表示装置は、３次元データに基づいて３次元形状を表示するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態に係る3次元形状表示装置１０のブロック図である。
【図２】形状表示装置２０を上方から見た図である。
【図３】形状表示装置２０のＺＸ断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、図３における第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５を拡大して示す図であり、図４（Ｂ）は、第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５のＺＹ断面図である。
【図５】図５（Ａ）は、図４（Ａ）における把持機構４０を拡大して示す図であり、図５（Ｂ）は把持機構４０を上方から見た図である。
【図６】第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５のＸＹ断面図である。
【図７】位置決め装置１００の斜視図である。
【図８】シリンダユニット１５０のＺＸ断面図である。
【図９】位置決め装置１００の動作を説明するための図（その１）である。
【図１０】位置決め装置１００の動作を説明するための図（その２）である。
【図１１】形状表示装置２０の変形例を示す図である。
【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、ピエゾウォーキングドライブの動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０…３次元形状表示装置、２０…形状表示装置、２２…底板、２３…フレーム、２４…支持板、２４ａ…突出部、３０…第１モデリングピン、３０ａ…スリット、３５…第２モデリングピン、４０…把持機構、４１…支持部材、４２…ピエゾ素子、４３…ローラ、４４…フィルム、６０…制御装置、６０ａ…処理装置、６０ｂ…入力部、６０ｃ…モニタ、１００…位置決め装置、１０１…ベース、１１０Ａ,１１０Ｂ…リニアガイド、１１１…支持部材、１２０…移動機構、１２２…支持部材、１２３Ａ,１２３Ｂ…回転シャフト、１２４…モータ、１２５Ａ,１２５Ｂ…ベルト、１５０…シリンダユニット、１５０ａ…コネクタ部、１５２…フレキシブル配管束、１５３…接続部材、１６０…シリンダ、１６１…第１リフターピン、１６２…第２リフターピン、２００…素子群。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元形状表示装置に係り、更に詳しくは所定のデータに基づく３次元形状を表示する３次元形状表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、不動産開発等の分野においては、計測対象となる地表をレーザ光を用いて走査することで、短時間に高精度な３次元座標データを取得することが可能な、例えば３次元レーザレンジスキャナや３次元写真測量装置等（以下、３次元スキャナと略述する）が広く用いられている。これら３次元スキャナで取得したデータは、ＣＡＤ（Computer Aided Design）による図面化や、地理情報システム（GIS：Geographic Information System）による視覚化に大きく寄与するため、近年では、不動産開発における計画、施工、管理などの各工程で幅広く活用されている。
【０００３】
一方、図面やディスプレイなどを通して見る土地の形状は、実際の土地を見た時のイメージからある程度乖離しているため、現実に不動産開発の計画を決定する際には、視覚的なイメージが開発対象となる土地形状に最も近い立体模型を、例えば紙又は樹脂を用いて製作し、この立体模型に基づく計画の立案を行う。しかしながら、この種の立体模型は、制作に長時間を要するため、膨大な設計費がかかる上に、計画変更に伴う修正が困難であるという不都合がある。また、現状の土地形状と、不動産開発によって完成する土地形状とを比較する場合などには、複数の立体模型を制作する必要があるため、更に設計時間及び設計費が増加するといった不都合もある。
【０００４】
なお、土地に関するデータを用いて、３次元形状を表現する装置としては、マトリクス状に配置された複数のロッドの先端部によって、土地の表面形状を表現する装置が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、この装置では、異なる土地形状の比較、具体的には、現状の土地形状と完成後の土地形状とを視覚的に比較するには不十分であり、また、両形状を比較しつつロッドを意図的に動かして、土地形状を変更した場合に、その変更に関するデータを取得するにも不十分である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述の事情の下になされたもので、その目的は、異なる２種類以上のデータに基づく３次元形状を、比較可能に表示する３次元形状表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、所定のデータに基づく３次元形状を表示する３次元形状表示装置であって、上下動可能に２次元配置された複数の第１モデリングピンと；前記第１モデリングピンそれぞれに対応して、上下動可能に配置された複数の第２モデリングピンと；第１のデータ、及び前記第１のデータと異なる第２のデータに基づいて、対応する前記複数の第１モデリングピン及び前記複数の第２モデリングピンをそれぞれ位置決めする位置決め機構と：を備える３次元形状表示装置である。
【０００８】
これによれば、３次元形状表示装置は、上下動可能に２次元配置された複数の第１モデリングピンと、各第１モデリングピンに対応して配置された複数の第２モデリングピンを備えている。これにより、第１のデータに基づいて位置決めされた複数の第１モデリングピンによる３次元形状と、第２のデータに基づいて位置決めされた複数の第２モデリングピンによる３次元形状とを比較可能に表示することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１は、本実施形態の３次元形状表示装置１０のブロック図である。図１に示されるように、３次元形状表示装置１０は、３次元形状を表示する形状表示装置２０と、形状表示装置２０を駆動する油圧ユニット７０と、形状表示装置２０及び油圧ユニット７０の制御を行なう制御装置６０を備えている。
【００１０】
図２は本実施形態に係る形状表示装置２０を上方から見た図であり、図３は、形状表示装置２０のＺＸ断面図である。形状表示装置２０は、複数の第１モデリングピン３０及び第２モデリングピン３５を上下動させることによって、例えば土地の表面形状等の３次元形状を表示する装置である。図２及び図３を総合して見るとわかるように、形状表示装置２０は、底板２２、フレーム２３、支持板２４、及び位置決め装置１００などを備えている。
【００１１】
前記底板２２は、Ｙ軸方向を長手方向とする長方形板状の部材であり、その上面がほぼ水平となるように、例えば床面等に載置されている。
【００１２】
前記フレーム２３は、上方と下方が開放された矩形枠状の部材であり、下端部が前記床面に載置された底板２２上面の外縁部に固定されている。
【００１３】
前記支持板２４は、一例として１９６個の丸孔が、１４行１４列のマトリクス状に形成された長方形板状の部材であり、その外縁がフレーム２３の内壁面に固定されることで、ほぼ水平に支持されている。そして、支持板２４に形成された各丸孔には、第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５とが、所定のストロークで上下動可能に配置されている。ここで、１４行１４列のマトリクスは、Ｘ軸方向を行方向、Ｙ軸方向を列方向とし、第１モデリングピン３０については、ｍ行目のｎ列目にあるモデリングピンを適宜第１モデリングピン３０ｍ、ｎと表すものとする。また、同様に、第２モデリングピン３５については、ｍ行目のｎ列目にあるモデリングピンを適宜第２モデリングピン３５ｍ、ｎと表すものとする。
【００１４】
図４（Ａ）は、図３における第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５を拡大して示す図であり、図４（Ｂ）は、第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５のＺＹ断面図である。
【００１５】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を総合して見るとわかるように、第１モデリングピン３０は、内部に配置される第２モデリングピン３５を外部から視認することができるような、例えば透明のプラスチックやガラスなどを素材とする円筒状の部材である。この第１モデリングピン３０は、上端部が球形状に整形され、＋Ｙ側及び−Ｙ側には、Ｚ軸方向を長手方向とする１組のスリット３０ａが形成されている。そして、支持板２４の丸孔に上方から挿入され、支持板２４の下面に固定された１組の把持機構４０によって把持されている。
【００１６】
図５（Ａ）は、図４（Ａ）における把持機構４０を拡大して示す図であり、図５（Ｂ）は把持機構４０を上方から見た図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を総合して見るとわかるように、前記把持機構４０は、１対の支持部材４１、該支持部材４１によって支持される歯車状のローラ４３、及び支持部材４１をＸ軸方向へ移動するピエゾ素子４２などを有している。
【００１７】
前記ピエゾ素子４２は、印加される電圧に応じてＸ軸方向に沿って伸縮するようになっており、支持板２４の下面から下方に延設された突出部２４ａの＋Ｘ側に固定されている。そして、前記ローラ４３は、ピエゾ素子４２の＋Ｘ側の面に、長手方向をＸ軸方向として固定された１対の支持部材４１によって、Ｙ軸に平行な軸４１ａを中心に回動可能に支持されている。また、ピエゾ素子４２の＋Ｘ側には、一端がピエゾ素子４２の内部に埋め込まれ、他端がローラ４３の隣接する歯と歯の間に位置するように配置されたフィルム４４が設けられている。
【００１８】
上述のように構成された把持機構４０では、ピエゾ素子４２へ適当な電圧を印加して伸長させることで、ローラ４３を、第１モデリングピン３０へ所望の圧力で圧接することができる。したがって、図４（Ａ）に示されるように、第１モデリングピン３０の＋Ｘ側及び−Ｘ側に配置された把持機構４０のピエゾ素子４２に適当な電圧を印加することで、第１モデリングピン３０を所望の把持力で把持することができ、電圧の印加を停止することで、第１モデリングピン３０を開放することができるようになっている。
【００１９】
なお、第１モデリングピン３０は、開放されているときにはその自重によって下降し、また後述する位置決め装置１００によって上昇することができる。そして、第１モデリングピン３０の位置は、上下動する第１モデリングピン３０によって回転するローラ４３により、フィルム４４が周期的に湾曲と復帰を繰り返すことで、ピエゾ素子４２から出力される電気信号に基づいて計測される。
【００２０】
第２モデリングピン３５は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を総合して見るとわかるように、上端部が球形状に整形された円柱状の部材である。この第２モデリングピン３５は、第１モデリングピン３０の内部を上下方向に摺動可能に配置され、第１モデリングピン３０に形成されたスリット３０ａを介して、上述した１組の把持機構４０によって第１モデリングピン３０と同様に把持されている。
【００２１】
図６は、上述した第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５のＸＹ断面図である。この図６に示されるように、第１モデリングピン３０と、第２モデリングピン３５とは、それぞれを独立した状態で、１組の把持機構４０によって把持されている。このため、例えば、第１モデリングピン３０の＋Ｘ側及び−Ｘ側の把持機構４０で第１モデリングピン３０を把持して、第２モデリングピン３５の＋Ｙ側及び−Ｙ側の把持機構４０を開放することで、第２モデリングピン３５のみが外部からの力で昇降可能となり、また、第１モデリングピン３０の＋Ｘ側及び−Ｘ側の把持機構４０を開放し、第２モデリングピン３５の＋Ｙ側及び−Ｙ側の把持機構４０で第２モデリングピン３５を把持することで、第１モデリングピン３０のみが外部からの力で昇降可能となる。
【００２２】
図７は前記位置決め装置１００の斜視図である。図７に示されるように、位置決め装置１００は、ベース１０１、１組のリニアガイド１１０Ａ,１１０Ｂ、シリンダユニット１５０、移動機構１２０などを備えている。
【００２３】
前記ベース１０１は、長手方向をＹ軸方向とする板状の部材であり、底板２２の上面に固定されている。
【００２４】
前記１組のリニアガイド１１０Ａ,１１０Ｂは、それぞれベース１０１上面の−Ｘ側及び＋Ｘ側の外縁部に、Ｙ軸方向を長手方向として延設され、それぞれの両端部は、支持部材１１１によって支持されている。
【００２５】
前記シリンダユニット１５０は、長手方向をＸ軸方向とする直方体状の部材であり、＋Ｘ側端部及び−Ｘ側端部が、リニアガイド１１０Ａ,１１０ＢそれぞれによってＹ軸方向に摺動可能に支持されている。
【００２６】
図８は、シリンダユニット１５０のＺＸ断面図である。この図８と図７を総合して見るとわかるように、シリンダユニット１５０は、Ｘ軸方向に沿って２列に配列された２８本のシリンダ１６０と、＋Ｙ側の列のシリンダ１６０によって上下に駆動される１４本の第１リフターピン１６１、及び−Ｙ側の列のシリンダ１６０によって上下に駆動される１４本の第２リフターピン１６２を備えている。
【００２７】
前記シリンダ１６０としては、例えば油圧によって第１リフターピン１６１、第２リフターピン１６２を上下方向に移動させることが可能な複動シリンダが用いられ、それぞれのシリンダ１６０は、シリンダユニット１５０の＋Ｘ側の外壁面に設けられたコネクタ部１５０ａを介して外部機器（油圧ユニット７０）と接続されている。
【００２８】
前記第１リフターピン１６１は、長手方向をＺ軸方向とする円筒状の部材であり、その外径及び内径が、第１モデリングピン３０の外径及び内径と等しくなっている。また、前記第２リフターピン１６２は、長手方向をＺ軸方向とする円柱状の部材であり、その外径が第１モデリングピン３０の内径よりも小さくなっている。
【００２９】
図７に戻り、前記移動機構１２０は、１組の回転シャフト１２３Ａ,１２３Ｂ、回転シャフト１２３Ａを回動するモータ１２４、シリンダユニット１５０をＹ軸方向に牽引する２本のベルト１２５を備えている。
【００３０】
前記１組の回転シャフト１２３Ａ,１２３Ｂは、それぞれベース１０１上面の＋Ｙ側及び−Ｙ側の外縁部にＸ軸方向を長手方向として配置され、それぞれの両端は支持部材１２２によってＸ軸に平行な軸回りに回動可能に支持されている。そして、回転シャフト１２３Ａについては、＋Ｘ側の支持部材１２２に固定された前記モータ１２４によって、回動されるようになっている。
【００３１】
前記ベルト１２５それぞれは、回転シャフト１２３Ａ,１２３Ｂに巻回された状態で、両端がそれぞれシリンダユニット１５０の＋Ｙ側及び−Ｙ側の側壁部に固定されている。
【００３２】
上述のように構成された移動機構１２０は、モータ１２４によって回転シャフト１２３Ａが回動し、ベルト１２５Ａ,１２５Ｂでシリンダユニット１５０を牽引することにより、シリンダユニット１５０を、リニアガイド１１０Ａ,１１０Ｂに沿って、＋Ｙ方向又は−Ｙ方向へ移動させることが可能となっている。
【００３３】
前記油圧ユニット７０は、例えば、油圧ポンプ、各シリンダ１６０に対応した電磁弁などを備え、図７に示されるように、一端がシリンダユニット１５０のコネクタ部１５０ａに接続されたフレキシブル配管束１５２の他端に接続部材１５３を介して接続されている。これにより、油圧ユニット７０は、各シリンダ１６０に油圧を作用させて、１４本の第１リフターピン１６１及び１４本の第２リフターピン１６２をそれぞれ個別に駆動することが可能となっている。
【００３４】
前記制御装置６０は、オペレータが３次元データ等を入力するための入力部６０ｂと、形状表示装置２０の各ステータス及び油圧ユニット７０の運転状況等を表示するモニタ６０ｃと、ＣＰＵ等の演算装置及び３次元データなどを格納するメモリ等を備え、形状表示装置２０及び油圧ユニット７０を統括的に制御する処理装置６０ａとを備えている。
【００３５】
次に、上述のように構成された３次元形状表示装置１０の動作について説明する。前提として、制御装置６０の処理装置６０ａには、入力部６０ｂを介して、マトリクス状に配置された第１モデリングピン３０に対応する第１のデータＤ１ｍ、ｎ（ｍ＝１、２…１４、ｎ＝１、２…１４）と、第２モデリングピン３５に対応する第２のデータＤ１ｍ、ｎ（ｍ＝１、２…１４、ｎ＝１、２…１４）とが格納されているものとし、全ての第１モデリングピン３０及び第２モデリングピン３５は、把持機構４０から開放され、図３に示されるように、上下方向のストロークの最下限に位置しているものとする。また、３次元形状表示装置１０の動作は、処理装置６０ａによって、形状表示装置２０に設けられた位置決め装置１００及び把持機構４０のピエゾ素子４２と、油圧ユニット７０とが駆動されることにより行われるものとする。
【００３６】
処理装置６０ａは、ユーザによって入力部６０ｂを介して開始指令等が入力されると、まず、移動機構１２０を駆動して、１行目に配列された第１モデリングピン３０１、１〜３０１、１４の直下に、各第１リフターピン１６１が位置するように、シリンダユニット１５０を移動させる。
【００３７】
次に、処理装置６０ａは、第１モデリングピン３０１、１〜３０１、１４に対応する把持機構４０に設けられたピエゾ素子４２から発信される信号をモニタしつつ、油圧ユニット７０を駆動して、図９に示されるように、各第１リフターピン１６１を、第１のデータＤ１１、１〜Ｄ１１、１４に基づいて上昇させる。これにより、第１モデリングピン３０１、１〜３０１、１４は、第１のデータＤ１１、１〜Ｄ１１、１４に基づく位置に位置決めされる。
【００３８】
次に、処理装置６０ａは、第１モデリングピン３０１、１〜３０１、１４に対応する把持機構４０のピエゾ素子４２に電圧を印加して、位置決めされた第１モデリングピン３０１、１〜３０１、１４それぞれを把持する。これにより、１行目の第１モデリングピン３０の位置が固定される。
【００３９】
次に、処理装置６０ａは、１行目に配列された第２モデリングピン３５１、１〜３５１、１４の直下に、各第２リフターピン１６２が位置するように、シリンダユニット１５０を移動し、図１０に示されるように、各第２リフターピン１６２を、第２のデータＤ２１、１〜Ｄ２１、１４に基づいて上昇させる。これにより、第２モデリングピン３５１、１〜３５１、１４は、第２のデータＤ２１、１〜Ｄ２１、１４に基づく位置に位置決めされる。そして、第２モデリングピン３５１、１〜３５１、１４に対応する把持機構４０のピエゾ素子４２に電圧を印加して、位置決めされた第２モデリングピン３５１、１〜３５１、１４それぞれを把持する。これにより、１行目の第２モデリングピン３５の位置が固定される。
【００４０】
上述した動作を、第１のデータＤ１、及び第２のデータＤ２に基づいて、２行目以降の行に配列された第１モデリングピン３０２、１〜３０１４、１４及び第２モデリングピン３５２、１〜３５１４、１４に対して行うことで、図１０に示されるように、第１モデリングピン３０によって規定される曲面Ｓ１と、第２モデリングピン３５によって規定される曲面Ｓ２とが表示される。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態に係る３次元形状表示装置１０は、上下動可能な状態でマトリクス状に２次元配置された複数の第１モデリングピン３０と、第１モデリングピン３０の内部を、上下方向に摺動可能に配置された第２モデリングピン３５とを備えている。そして、第１モデリングピン３０に対応する第１のデータＤ１に基づいて、位置決め装置１００により各第１モデリングピン３０が位置決めされ、第２モデリングピン３５に対応する第２のデータＤ２に基づいて、位置決め装置１００により各第２モデリングピン３５が位置決めされることで、第１モデリングピン３０によって規定される曲面Ｓ１と、第２モデリングピン３５によって規定される曲面Ｓ２とが同時に表示される。したがって、それぞれの曲面Ｓ１,Ｓ２相互間の差異を容易に比較することが可能となる。
【００４２】
具体的には、第２のデータＤ２として３次元スキャナ等で取得した開発対象となる土地のデータを用い、第１のデータＤ１として、３次元スキャナ等で取得した開発対象となる土地のデータを変更してなる設計データを用いることで、第２モデリングピン３５によって開発対象となる土地形状を表示し、第１モデリングピン３０で計画する土地形状を表示することができるので、現況と計画との差分を視覚的にとらえることが可能となる。また、データＤ１,Ｄ２の内容を変更することで、容易に異なる形状を表示することができるため、例えば、データに基づく立体模型等をそれぞれ制作する場合に比べて、容易かつ短時間に形状の差分を表示することが可能となる。
【００４３】
なお、本実施形態では、第１モデリングピン３０は透明なプラスチック材料を素材としているため、図１０に示されるように、第２モデリングピン３５が、第１モデリングピン３０の内部に位置決めされている部分がある場合にも、第２モデリングピン３５を良好に視認することができるようになっている。
【００４４】
また、第１モデリングピン３０と合わせて、第２モデリングピン３５の素材についても同様に透明材料を用い、例えば図１１に示されるように、支持板２４の上面やフレーム２３の上端に、例えば支持柱１７１に沿って上下に移動させることが可能なレーザ装置１７０を設けることで、レーザ装置１７０から水平方向に射出されるレーザ光ＬＢによって、各モデリングピン３０,３５の内部に等高線、計画変更線、指示線等を明示することができる。
【００４５】
なお、レーザ装置１７０は、支持柱１７１に複数設けてもよく、また、支持板２４等の複数の箇所に設けてもよい。また、レーザ装置１７０ごとに異なる色のレーザ光を照射することで、より等高線等の視認性を向上することが可能となる。
【００４６】
また、上記のレーザ装置１７０を用いるのではなくて、モデリングピン３０,３５それぞれの上端部に、発光ダイオード等の発光材料を組み付けて、同様に等高線、計画変更線、指示線計画等を明示するようにしてもよい。
【００４７】
また、上述したように、把持機構４０による、第１モデリングピン３０及び第２モデリングピン３５の把持力は、ピエゾ素子４２に印加する電圧によって所望の大きさに微調整することが可能となっている。したがって、把持機構４０による第１モデリングピン３０の把持力を、第１モデリングピン３０の自重に耐え得る最低の大きさに設定することで、第１モデリングピン３０を、マニュアルで移動することが可能となる。そして、このマニュアルによる第１モデリングピン３０の移動量を、ピエゾ素子４２からの信号によって計測することで、リアルタイムで設計データに移動量を反映し、モニタ６０ｃに表示させることが可能となる。
【００４８】
なお、必ずしも第２のデータＤ２として、３次元スキャナ等で取得した開発対象となる土地のデータを用い、第１のデータＤ１として、３次元スキャナ等で取得した開発対象となる土地のデータを変更してなる設計データを用いる必要はなく、第１のデータＤ１として、３次元スキャナ等で取得した開発対象となる土地のデータを用い、第２のデータＤ２として、３次元スキャナ等で取得した開発対象となる土地のデータを変更してなる設計データを用いてもよい。しかしながら、モデリングピン３０,３５については、第１モデリングピン３０のほうが、マニュアルで動かすことが容易であるため、開発対象となる土地の現況を第２モデリングピン３５によって表示し、この表示された形状に基づいて、設計データからなる形状の変更を行うのが望ましい。
【００４９】
また、本実施形態では、第１モデリングピン３０に対応する１９６（＝１４×１４）のデータＤ１１、１〜Ｄ１１４、１４及び、第２モデリングピン３５に対応する１９６（＝１４×１４）のデータＤ２１、１〜Ｄ２１４、１４を用いたが、例えば、２８行２８列に対応する７８４のデータを用いる場合には、予め処理装置６０ａ等で、隣接する例えば４つのデータを用いた１９６の平均値を算出し、これらの値をデータＤ１１、１〜Ｄ１１４、１４又はデータＤ２１、１〜Ｄ２１４、１４として、モデリングピン３０,３５を移動させればよい。
【００５０】
また、本実施形態では、１４行１４列のマトリクス状に配置された第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５とを備える形状表示装置２０を用いた説明を行ったが、これは説明の便宜のためであり、３次元形状表示装置１０は、例えば１００行１００列程度に対応する数、又はそれ以上の数のモデリングピン３０,３５を備える形状表示装置２０を備えていてもよいのは勿論である。
【００５１】
また、本実施形態では、ピエゾ素子４２を用いてモデリングピン３０,３５の移動量を検出したが、これに限らず公知のロータリーエンコーダ又はリニアエンコーダ等を用いて、モデリングピン３０,３５の移動量を検出してもよい。また、モデリングピン３０,３５ではなくて、リフターピン１６１,１６２の移動量をモニタしつつ、モデリングピン３０,３５の位置決めを行ってもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、把持機構４０のピエゾ素子４２を、把持機構４０の把持力の調整手段として用いるとともに、モデリングピン３０,３５の移動量の計測手段として用いている。これにより、モデリングピン３０,３５に対する把持力調整機構及び計測機構を別々に設ける場合に比べて、装置の構造が簡単になり、装置の大型化及び高コスト化を回避することが可能となる。
【００５３】
また、モデリングピン３０,３５を把持する把持機構４０は、一例であってこれ以外の把持機構を用いてもよい。要は、第１モデリングピン３０及び第２モデリングピン３５の位置が対応するデータに基づいて固定されることで、２種類の曲面Ｓ１,Ｓ２が比較可能に表示されればよい。
【００５４】
また、本実施形態では、位置決め装置１００は、Ｙ軸方向に移動するシリンダユニット１５０を備えている。したがって、各モデリングピン３０,３５それぞれに対して、昇降機構を設ける場合に比べて、装置の構成が簡単になり、結果的に装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能となる。
【００５５】
また、本実施形態では、第１モデリングピン３０及び第２モデリングピン３５を、油圧を用いた位置決め装置１００によって上下方向へ移動したが、これに限らず、位置決め装置１００は、空気圧又は油以外の液体の圧力を用いて動作させてもよい。また、油圧機構ではなくて、各リフターピン１６１,１６２を例えばリニアモータ、超音波モータ、又はピエゾウォーキングドライブ等の駆動装置を用いて昇降させてもよい。ところで、ピエゾウォーキングドライブとは、一例として図１１に示されるように、異なる１組のピエゾ素子からなる複数の素子群２００の一端を、例えばリフターピン等の対象物に当接させ、１組のピエゾ素子それぞれに異なる電圧を印加することで、リフターピン等を昇降させる機構である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上説明したように、本発明の３次元形状表示装置は、３次元データに基づいて３次元形状を表示するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態に係る3次元形状表示装置１０のブロック図である。
【図２】形状表示装置２０を上方から見た図である。
【図３】形状表示装置２０のＺＸ断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、図３における第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５を拡大して示す図であり、図４（Ｂ）は、第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５のＺＹ断面図である。
【図５】図５（Ａ）は、図４（Ａ）における把持機構４０を拡大して示す図であり、図５（Ｂ）は把持機構４０を上方から見た図である。
【図６】第１モデリングピン３０と第２モデリングピン３５のＸＹ断面図である。
【図７】位置決め装置１００の斜視図である。
【図８】シリンダユニット１５０のＺＸ断面図である。
【図９】位置決め装置１００の動作を説明するための図（その１）である。
【図１０】位置決め装置１００の動作を説明するための図（その２）である。
【図１１】形状表示装置２０の変形例を示す図である。
【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、ピエゾウォーキングドライブの動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０…３次元形状表示装置、２０…形状表示装置、２２…底板、２３…フレーム、２４…支持板、２４ａ…突出部、３０…第１モデリングピン、３０ａ…スリット、３５…第２モデリングピン、４０…把持機構、４１…支持部材、４２…ピエゾ素子、４３…ローラ、４４…フィルム、６０…制御装置、６０ａ…処理装置、６０ｂ…入力部、６０ｃ…モニタ、１００…位置決め装置、１０１…ベース、１１０Ａ,１１０Ｂ…リニアガイド、１１１…支持部材、１２０…移動機構、１２２…支持部材、１２３Ａ,１２３Ｂ…回転シャフト、１２４…モータ、１２５Ａ,１２５Ｂ…ベルト、１５０…シリンダユニット、１５０ａ…コネクタ部、１５２…フレキシブル配管束、１５３…接続部材、１６０…シリンダ、１６１…第１リフターピン、１６２…第２リフターピン、２００…素子群。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のデータに基づく３次元形状を表示する３次元形状表示装置であって、
上下動可能に２次元配置された複数の第１モデリングピンと；
前記第１モデリングピンそれぞれに対応して、上下動可能に配置された複数の第２モデリングピンと；
第１のデータ、及び前記第１のデータと異なる第２のデータに基づいて、対応する前記複数の第１モデリングピン及び前記複数の第２モデリングピンをそれぞれ位置決めする位置決め機構と：を備える３次元形状表示装置。
【請求項２】
前記第２モデリングピンそれぞれは、対応する前記第１モデリングピンに対して摺動可能に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元形状表示装置。
【請求項３】
前記第１モデリングピンは筒状の部材であり、前記第２モデリングピンは、それぞれ前記第１モデリングピンに挿入された状態で配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の３次元形状表示装置。
【請求項４】
位置決めされた前記第１モデリングピン及び前記第２モデリングピンそれぞれを摺動可能に把持する把持機構を更に備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項５】
前記第１モデリングピンに当接するローラと、前記第１モデリングピンの移動にともなう前記ローラの回転により信号を発生する圧電材料と、前記圧電材料からの信号に基づいて前記第１モデリングピンの変位を計測する処理装置とを含む第１計測装置を更に備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項６】
前記第２モデリングピンに当接するローラと、前記第２モデリングピンの移動にともなう前記ローラの回転により信号を発生する圧電材料と、前記圧電材料からの信号に基づいて前記第２モデリングピンの変位を計測する処理装置とを含む第２計測装置を更に備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項７】
前記第１モデリングピンは透明材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項８】
前記第１モデリングピンは、一側と他側に上下方向のスリット部を有し、前記把持機構は前記スリット部を介して前記第２モデリングピンを把持することを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項９】
前記第２計測装置は、前記スリット部を介して前記第２モデリングピンに前記ローラを当接することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項１０】
前記第１、第２モデリングピンの移動方向へ昇降可能に配置され、前記移動方向と直交する方向へレーザ光を射出して、前記第１、第２モデリングピンを照明するレーザ照射装置を更に備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項１１】
前記第１計測装置及び第２計測装置の計測結果を表示する表示装置を更に備える請求項６〜１０のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項１２】
前記第１モデリングピン及び前記第２モデリングピンはそれぞれマトリクス状に配置され、
前記位置決め機構は、列方向に配列された前記第１モデリングピンをそれぞれ上下動する複数の第１リフターピン、及び前記第２モデリングピンをそれぞれ上下動する複数の第２リフターピンを備える昇降機構と、該昇降機構を行方向へ移動する移動機構とを備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項１３】
前記昇降機構は、油圧、水圧、空気圧、又はピエゾ材料の応力を用いた機構であることを特徴とする請求項１２に記載の３次元形状表示装置。
【請求項１】
所定のデータに基づく３次元形状を表示する３次元形状表示装置であって、
上下動可能に２次元配置された複数の第１モデリングピンと；
前記第１モデリングピンそれぞれに対応して、上下動可能に配置された複数の第２モデリングピンと；
第１のデータ、及び前記第１のデータと異なる第２のデータに基づいて、対応する前記複数の第１モデリングピン及び前記複数の第２モデリングピンをそれぞれ位置決めする位置決め機構と：を備える３次元形状表示装置。
【請求項２】
前記第２モデリングピンそれぞれは、対応する前記第１モデリングピンに対して摺動可能に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元形状表示装置。
【請求項３】
前記第１モデリングピンは筒状の部材であり、前記第２モデリングピンは、それぞれ前記第１モデリングピンに挿入された状態で配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の３次元形状表示装置。
【請求項４】
位置決めされた前記第１モデリングピン及び前記第２モデリングピンそれぞれを摺動可能に把持する把持機構を更に備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項５】
前記第１モデリングピンに当接するローラと、前記第１モデリングピンの移動にともなう前記ローラの回転により信号を発生する圧電材料と、前記圧電材料からの信号に基づいて前記第１モデリングピンの変位を計測する処理装置とを含む第１計測装置を更に備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項６】
前記第２モデリングピンに当接するローラと、前記第２モデリングピンの移動にともなう前記ローラの回転により信号を発生する圧電材料と、前記圧電材料からの信号に基づいて前記第２モデリングピンの変位を計測する処理装置とを含む第２計測装置を更に備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項７】
前記第１モデリングピンは透明材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項８】
前記第１モデリングピンは、一側と他側に上下方向のスリット部を有し、前記把持機構は前記スリット部を介して前記第２モデリングピンを把持することを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項９】
前記第２計測装置は、前記スリット部を介して前記第２モデリングピンに前記ローラを当接することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項１０】
前記第１、第２モデリングピンの移動方向へ昇降可能に配置され、前記移動方向と直交する方向へレーザ光を射出して、前記第１、第２モデリングピンを照明するレーザ照射装置を更に備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項１１】
前記第１計測装置及び第２計測装置の計測結果を表示する表示装置を更に備える請求項６〜１０のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項１２】
前記第１モデリングピン及び前記第２モデリングピンはそれぞれマトリクス状に配置され、
前記位置決め機構は、列方向に配列された前記第１モデリングピンをそれぞれ上下動する複数の第１リフターピン、及び前記第２モデリングピンをそれぞれ上下動する複数の第２リフターピンを備える昇降機構と、該昇降機構を行方向へ移動する移動機構とを備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の３次元形状表示装置。
【請求項１３】
前記昇降機構は、油圧、水圧、空気圧、又はピエゾ材料の応力を用いた機構であることを特徴とする請求項１２に記載の３次元形状表示装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２６２１２４（Ｐ２００８−２６２１２４Ａ）
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０６３９０（Ｐ２００７−１０６３９０）
【出願日】平成１９年４月１３日（２００７．４．１３）
【出願人】（５０７１２２５６０）株式会社Ｎｉｓｓｉｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１３日（２００７．４．１３）
【出願人】（５０７１２２５６０）株式会社Ｎｉｓｓｉｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ (2)
【Ｆターム（参考）】
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