三次元形状データ作成装置
【課題】三次元物体の表面の一部を該三次元物体の厚み方向にオフセットして得られる三次元物体の三次元形状データを、オフセット前の三次元物体の三次元形状データから容易に作成することができる装置を提供する。
【解決手段】三次元形状データ作成装置は、オフセット前の三次元形状データを入力する手段と、オフセット面領域を選択する手段と、オフセット量を指定する手段と、オフセット面領域を複数の面要素に分割する手段と、面要素を法線方向に指定されたオフセット量だけオフセットしたときの各節点の座標データ算出する手段と、それら座標データを修正してオフセット後の面データを作成する手段と、徐変領域を複数の面要素に分割する手段と、徐変領域の面要素の各節点の座標データを算出する手段と、算出された各節点の座標データから、徐変領域を平滑化した面データを作成する手段と、を有している。
【解決手段】三次元形状データ作成装置は、オフセット前の三次元形状データを入力する手段と、オフセット面領域を選択する手段と、オフセット量を指定する手段と、オフセット面領域を複数の面要素に分割する手段と、面要素を法線方向に指定されたオフセット量だけオフセットしたときの各節点の座標データ算出する手段と、それら座標データを修正してオフセット後の面データを作成する手段と、徐変領域を複数の面要素に分割する手段と、徐変領域の面要素の各節点の座標データを算出する手段と、算出された各節点の座標データから、徐変領域を平滑化した面データを作成する手段と、を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元物体の三次元形状データを作成する装置に関する。詳しくは、三次元物体の表面の一部を該三次元物体の厚み方向にオフセットして得られる三次元物体の三次元形状データを、オフセット前の三次元物体の三次元形状データから作成する装置に関する。ここで、「厚み方向」とは、三次元物体を構成する各表面のうちオフセットする表面の法線方向を意味する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製品形状や金型の仕様を決定するためにＣＡＥ（コンピュータ援用エンジニアリング）が利用されている。この種の技術では、通常、ＣＡＤ（コンピュータ援用設計）によって作成された形状データや、実際の製品を実測することによって得られた形状データに基づいて解析モデルを作成する。そして、解析モデルを用いたシミュレーションを行い、そのシミュレーション結果に基づいて製品形状や製品仕様を決定する。ＣＡＥ技術を利用することで、製品の試作回数を低減でき、効率的に設計を行うことができる。
特許文献１には、この種のＣＡＥ技術の一例が開示されている。特許文献１の技術では、実際に作製された金型の形状を測定して成形品の解析モデルを作成し、作成された解析モデルを用いて成形不良対策のシミュレーションを行っている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１９６２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したＣＡＥ技術を利用して製品形状や金型の仕様を決定する場合、製品の板厚を部分的に変更したいときがある。例えば、樹脂射出成形に用いられる金型の仕様を決定する場合、設計者が仮設定した板厚分布やゲート配置に基づいてシミュレーションが行われる。シミュレーションの結果、成形品に成形不良（例えば、エアートラップ、フローマーク等）が発生すると、製品の板厚を部分的に変更する対策が採られる。かかる場合、板厚を部分的に変更する対策が適切か否かを確認するために、板厚変更後の成形品について解析モデルを作成してシミュレーションが行われる。したがって、板厚変更後の製品についても解析モデルを作成する必要が生じる。従来、板厚を部分的に変更した製品の解析モデルを作成するためには、ＣＡＤによって作成された板厚変更前の形状データをＣＡＤ上で変更し、変更した形状データに基づいて解析モデルの作成を行っていた。
しかしながら、ＣＡＤ上で板厚を修正する作業は手動で行わなければならず、製品の板厚を部分的に変更し、板厚変更部位と板厚を変更しなかった部位の段差をなだらかにするために多くの工数を要していた。特に、三次元ＣＡＤ（以下、３Ｄ−ＣＡＤという）によって作成された三次元形状データ（すなわち、ソリッドデータ）を３Ｄ−ＣＡＤ上で修正するためには、３Ｄ−ＣＡＤの特性上、多くの工数を要した。すなわち、３Ｄ−ＣＡＤでは、オペレータが利用可能なコマンドは限られており、オペレータは、それらのコマンドをさまざまに組み合わせて使用することによって、ソリッドデータを作成・変更する。このため、製品の板厚を部分的に変更する作業も、オペレータが種々のコマンドを組み合わせて使用することによって行われる。このため、オペレータのコマンドの使い方や、使用するコマンドの順序によって、板厚変更部位と板厚非変更部位とをなだらかに結合することが難しく、これらの部位が捩れて結合されてしまう。このため、これらの捩れを修正するために、さらにコマンドを使用する必要が生じる。したがって、最終的な製品形状の形状データを得るために多大な時間を要していた。
【０００５】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、三次元物体の表面の一部を該三次元物体の厚み方向にオフセットして得られる三次元物体の三次元形状データを、オフセット前の三次元物体の三次元形状データから容易に作成することができる装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の装置は、オフセット前の三次元物体の三次元形状データを用いて、三次元物体の表面の一部をその厚み方向にオフセットして得られる三次元物体の三次元形状データを作成する。三次元形状データは、三次元物体を構成する各表面の面データによって構成され、それら面データによって表される面で閉じられた閉空間内を固体と認識することで三次元形状を表している。したがって、三次元物体の表面の一部をその厚み方向にオフセットして得られる三次元物体の三次元形状データを作成するためには、オフセットした表面の面データを作成するだけでよい。オフセットした表面以外の表面については、オフセット前の三次元物体の面データと変わらないためである。したがって、オフセットした表面の面データを作成すれば、オフセット後の三次元物体の三次元形状データを作成することができる。そこで、本発明の装置は図１８に模式的に示された構成を有する。
図１８に示される装置は、オフセット後の三次元形状データを作成するために必要なデータの入力等を行う入力手段１、オフセット面選択手段２及びオフセット量指定手段４を備えている。すなわち、入力手段１は、オフセット前の三次元形状データ（例えば、三次元形状データ１００）を入力する。オフセット面領域選択手段２は、オフセット対象となる三次元物体のオフセットする面領域（例えば、領域１０２）を選択する。オフセット量指定手段４はオフセット量（例えば、オフセット量ｔ）を指定する。
そして、この装置は、これらの手段によって入力、選択又は指定されたデータを用いて、オフセット後の三次元形状データを作成する下記の手段を備えている。
第１分割手段３は、選択されたオフセット面領域を複数の面要素に分割する。例えば、オフセット面領域選択手段２によって選択された領域１０２を複数の微小な面要素に分割する。
第１座標データ算出手段５は、分割された面要素のそれぞれに対して、その面要素をその面要素の法線方向に指定されたオフセット量だけオフセットしたときの各節点の座標データを、オフセット前三次元形状データと指定されたオフセット量から算出する。そして、第１面データ作成手段６は、第１座標データ算出手段５で算出された座標データ群に対して、隣接する面要素の対応する節点の各座標データが一致するように修正してオフセット面領域のオフセット後の面データを作成する。例えば、領域１０２を分割して得られた各面要素に対して、その面要素をその法線方向に指定されたオフセット量ｔだけオフセットし、オフセット後の面要素を接続して面データ（三次元物体１０４の上面（１０６，１０８）の面データ）を得る。
第２分割手段は、オフセット面領域と非オフセット面領域の境界線近傍に設定された徐変領域を複数の面要素に分割する。例えば、三次元物体１０４のオフセット面領域１０６と非オフセット面領域１０８の境界線近傍に設定された徐変領域１１０を複数の微小な面要素に分割する。
第２座標データ算出手段８は、分割された徐変領域の面要素のそれぞれに対して、その面要素の各節点の座標データをオフセット後の面データとオフセット前の三次元形状データから算出する。そして、第２面データ作成手段９は、第２座標データ算出手段８で算出された各節点の座標データから、徐変領域を平滑化した面データを作成する。例えば、第２座標データ算出手段８で算出された座標データ１１２を平滑化して座標データ１１４とすることで、徐変領域１１０の面データを作成する。
第２面データ作成手段９によって徐変領域の面データが作成されると、オフセットした面の面データが特定される。これによって、オフセット後の三次元物体の三次元形状データ１１６が作成される。
【０００７】
この三次元形状データを作成する装置では、オフセット前の三次元形状データを入力し、オフセットする領域を選択し、オフセット量の指定を行うだけで、オフセットした三次元物体の三次元形状データが作成される。このため、容易かつ短時間で所望の三次元形状データを得ることができる。また、得られた三次元形状データから解析モデルを作成し、その解析モデルをシミュレーションに用いることができる。
【０００８】
上述の三次元形状データ作成装置では、第１座標データ算出手段５は、オフセット前の三次元形状データから各面要素の各節点の座標データと各面要素の法線方向データを算出し、その算出した座標データと法線方向データとオフセット量を用いてオフセット後の各面要素の各節点の座標データを算出することができる。このような構成によれば、面要素毎に、当該面要素が当該面要素の法線方向にオフセットされるため、オフセット後のオフセット面を適切に表すことができる。
【０００９】
また、上述の三次元形状データ作成装置では、第２座標データ算出手段８は、オフセット後の面データを用いて徐変領域内のオフセット面領域内の節点の座標データを算出し、オフセット前の三次元形状データを用いて徐変領域内の非オフセット領域内の節点の座標データを算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（形態１）オフセット前の三次元形状データを入力する入力手段として、３Ｄ−ＣＡＤデータを作成する三次元ＣＡＤ装置が用いられる。三次元ＣＡＤ装置と三次元形状データ作成装置は通信回線により接続されている。三次元ＣＡＤ装置で設計した三次元ＣＡＤデータ（三次元形状データ）が三次元形状データ作成装置に入力される。
（形態２）三次元形状データ作成装置は、入力された三次元形状データで表される三次元物体を表示する表示装置を備える。オフセット面領域選択手段は、その表示装置に表示された三次元物体上でオフセットする面領域を選択する。
（形態３）三次元形状データ作成装置は、オフセット量を指定（入力）する入力装置を有している。
（形態４）第１分割手段は、選択されたオフセット面領域を三角形の微小面要素に分割する。
（形態５）第１座標データ算出手段は、オフセット前の三次元形状データから各面要素の各節点の座標データと各面要素の法線方向データを算出し、その算出した座標データと法線方向データとオフセット量を用いてオフセット後の各面要素の各節点の座標データを算出する。
（形態６）第１面データ算出手段は、隣接する面要素の対応する節点の各座標データを平均化法により一致させる。
（形態７）第２分割手段は、徐変領域を三角形の微小面要素に分割する。
（形態８）第２座標データ算出手段は、オフセット後の面データを用いて徐変領域内のオフセット面領域側の節点の座標データを算出し、オフセット前の三次元形状データを用いて徐変領域内の非オフセット面領域側の節点の座標データを算出する。
（形態９）第２面データ作成手段は、徐変領域内のオフセット面領域において、その領域内にある複数の節点の中から１又は複数の節点を選択する（以下、選択された節点を第１節点という）。第１節点毎に、徐変領域内の非オフセット面領域において、その領域内にある複数の節点の中から１又は複数の節点を選択する（以下、選択された節点を第２節点という）。そして、第１節点毎に、その第１節点とその第１節点に対応して選択された第２節点とを繋いで得られる断面を特定する。特定された断面毎に、その表面が平滑化するように表面上のいくつかの節点を移動させて、その移動させた節点の座標データを算出する。同一節点に対応する座標データが複数ある場合は、各座標データが一致するように修正して徐変領域の面データを作成する。
（形態１０）第２面データ作成手段は、１つの第１節点に対して、徐変領域と徐変領域の外側との境界線上の節点から複数の第２節点を選択する。
（形態１１）第２面データ作成手段は、対応する節点の各座標データを平均化することにより修正する。
（形態１２）面データ作成手段は、オフセット前の三次元形状データを用いて、オフセット後のオフセット面領域の面データ及び／又はオフセット後の徐変領域の面データを修正する。
【実施例】
【００１１】
本発明の一実施例に係る三次元形状データ作成装置１０について図面を参照しながら説明する。図１は三次元形状データ作成装置１０の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、三次元形状データ作成装置１０は、コンピュータ３０と、画像を表示するディスプレイ１２と、コンピュータ３０にデータを入力するキーボード１４と、ディスプレイ１２に表示される画面内で任意の位置を指定するマウス１６と、各種データを記憶するメモリ１８と、コンピュータ３０に３Ｄ−ＣＡＤデータを入力するＣＡＤデータ入力装置２０とによって構成される。
三次元形状データ作成装置１０は、三次元物体の表面の一部をその厚み方向にオフセットして得られる三次元物体（以下、オフセット後の三次元物体という）の３Ｄ−ＣＡＤデータを、ＣＡＤデータ入力装置２０から入力される３Ｄ−ＣＡＤデータ（オフセット前の三次元物体のデータ）をコンピュータ３０で処理することによって作成する。
ここで、三次元形状データ作成装置１０が作成する３Ｄ−ＣＡＤデータについて説明しておく。３Ｄ−ＣＡＤデータは、三次元物体の表面形状を、複数の面データ（平面データ、曲面データ）によって規定し、その面データによって囲まれた空間内を固体と認識させることで、三次元物体の三次元形状を規定した三次元形状データである。３Ｄ−ＣＡＤデータをコンピュータ３０で処理することで、その３Ｄ−ＣＡＤデータに基づいた三次元物体の形状がディスプレイ１２に表示される。
【００１２】
ＣＡＤデータ入力装置２０には、３Ｄ−ＣＡＤ（三次元設計）を行うＣＡＤ装置が用いられる。ＣＡＤデータ入力装置２０は、通信回線（例えば、ＬＡＮ回線）を介してコンピュータ３０に接続されている。ＣＡＤデータ入力装置で作成された３Ｄ−ＣＡＤデータは、通信回線を介してコンピュータ３０に入力される。なお、ＣＡＤデータ入力装置２０には、ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体に記憶させた３Ｄ−ＣＡＤデータを読取る装置等を用いることができる。
【００１３】
ディスプレイ１２は、表示画面と、表示画面を起動させる回路等によって構成されている。ディスプレイ１２は、コンピュータ３０から出力される信号に基づいて画像を表示画面に表示する。例えば、コンピュータ３０が３Ｄ−ＣＡＤデータを処理することによって得られる三次元物体を表示画面に表示する。
【００１４】
キーボード１４は、多数の入力スイッチを備えた入力装置である。オペレータがそれらの入力スイッチを操作することによってコンピュータ３０に指令値が入力される。
【００１５】
マウス１６は、入力スイッチと、入力ローラを備えた入力装置であり、ディスプレイ１２に表示される画面内の任意の位置を指定する。オペレータが入力スイッチを操作し、またはマウス１６を机上で移動させて入力ローラを動かすことによって、コンピュータ３０に指令値が入力される。
【００１６】
メモリ１８は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等によって構成される。メモリ１８は、コンピュータ３０から入力されるデータを記憶する。メモリ１８内に記憶されているデータは、コンピュータ３０によって読み出される。メモリ１８には、コンピュータ３０がオフセット前の三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータからオフセット後の三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータを作成するためのプログラムや各種データが記憶されている。例えば、後述するオフセット面領域Ａと非オフセット面領域との境界線の近傍に設定される徐変領域Ｂを規定するデータを記憶している。また、メモリ１８は、オフセット面領域Ａ内から１つの第１節点を選択し、徐変領域Ｂとその外側の領域との境界線上の節点から複数の第２節点を選択するプログラムを記憶している。
【００１７】
コンピュータ３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロプロセッサ等によって構成されている。コンピュータ３０は、キーボード１４やマウス１６等から入力される指令値に基づいて、コンピュータ３０内のＲＯＭ、ＲＡＭや、メモリ１８等に記憶されている種々のデータを演算する。コンピュータ３０は、オフセット前の三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータから、オフセット後の三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータを作成する。コンピュータ３０は、各種プログラムを実行することで、オフセット面領域選択手段４０と、オフセット量指定手段４２と、第１分割手段４４と、第１座標データ算出手段４６と、第１面データ作成手段４８と、第２分割手段５０と、第２座標データ算出手段５２と、第２面データ作成手段５４として機能する。
【００１８】
次に、三次元形状データ作成装置１０が、オフセット前の三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータから、オフセット後三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータを作成する際の動作について、図２を参照して説明する。
【００１９】
三次元形状データ作成装置１０でオフセット後の三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータを作成する際は、まず、ＣＡＤデータ入力装置２０から、オフセット前の三次元物体２２の３Ｄ−ＣＡＤデータをコンピュータ３０に入力する。コンピュータ３０に入力された３Ｄ−ＣＡＤデータはコンピュータ３０によって処理され、これによって、オフセット前の三次元物体の形状がディスプレイ１２に表示される。
図３には、ディスプレイ１２に表示される三次元物体２２の一例が示されている。図３に示すように、ディスプレイ１２には三次元物体２２を一定の視点から見たときの面２３，２７，２８が表示されている。なお、三次元物体２２を見る視点の変更は、キーボード１４及び／又はマウス１６を操作することで行うことができるようになっている。
【００２０】
オフセット前の三次元物体２２の３Ｄ−ＣＡＤデータがコンピュータ３０に入力されたら、オペレータはキーボード１４及びマウス１６を操作することによって、三次元物体２２を構成する面２３，２７，２８等の中からオフセットする面及びその領域を選択する（ステップＳ２）。
すなわち、コンピュータ３０は、まず、オペレータに対してオフセットする領域の選択を求めるメッセージをディスプレイ１２に表示する。ディスプレイ１２にメッセージが表示されると、オペレータはキーボード１４及びマウス１６を操作して、ディスプレイ１２に三次元物体のオフセットさせる面が表示されるようにする。例えば、図３に示す三次元物体２２の表面２３をオフセットする場合は、オフセットさせる面２３が上側に表示されるように視点を変更する。
次いで、オペレータは、マウス１６を操作して、表示された三次元物体のオフセットさせる面から面領域を選択する。具体的には、オペレータは、マウス１６を操作して、オフセットさせる面の一部にオフセットさせる領域をスケッチする。例えば、図４に示すように、三次元物体２２のオフセットする面２３にオフセットさせる領域Ａをスケッチする。
オペレータによってオフセットする領域がスケッチされると、コンピュータ３０はそのスケッチされた領域内をオフセット面領域（図４の例ではＡで示される領域）に設定する。同時に、コンピュータ３０は、メモリ１８に記憶されている徐変領域Ｂ（図４の例ではＢで示される領域）を規定するデータに基づいて徐変領域Ｂを設定する。本実施例では、オフセット面領域の境界線上からオフセット側と非オフセット側の両側に向かって所定の距離の範囲を徐変領域に設定する。なお、図４に示す例では、徐変領域Ｂは、オフセット面領域Ａを全て含み、オフセット面領域Ａよりも所定範囲だけ非オフセット面側に広い領域が設定されている。
【００２１】
コンピュータ３０によってオフセット面領域及び徐変領域が設定されると、オペレータは、キーボード１４及びマウス１６を操作することによって、オフセット領域をオフセットさせる量及びオフセット方向を指定する（ステップＳ４）。すなわち、コンピュータ３０は、オペレータに対してオフセット量及びオフセット方向の入力を求めるメッセージをディスプレイ１２に表示する。オペレータは、キーボード１４を操作することによってオフセット量及びオフセット方向を入力する。コンピュータ３０は、入力されたオフセット量及びオフセット方向をＲＡＭに記憶する。なお、オフセット方向は、オフセット量を正又は負の値とすることで指定する。本実施例では、正の値は三次元物体２２の板厚を厚くする方向へオフセットすることを意味し、負の値は三次元物体２２の板厚を薄くする方向へオフセットすることを意味する。
【００２２】
オフセット量が指定されると、次に、コンピュータ３０は、オフセット面領域内の面データを多数の微小三角平面に分割する（ステップＳ６）。なお、オフセット面領域を複数の微小三角平面へ分割するためのプログラムには、３Ｄ−ＣＡＤデータの面データを微小な面要素に分割する従来公知のソフトウェアを用いることができる。
図５には三次元物体２２に設定されたオフセット面領域Ａを複数の微小三角平面２４に分割した例が示されている。図から明らかなように、生成された各微小三角平面２４は、隣接する微小三角平面２４と節点（三角形の頂点）を共有している。
【００２３】
オフセット面領域が多数の微小三角平面に分割されると、コンピュータ３０は各微小三角平面の各節点の座標データを算出する（ステップＳ８）。例えば、図５に示す例では、コンピュータ３０は、まず、ＣＡＤデータ入力装置２０より入力された３Ｄ−ＣＡＤデータからオフセット対象となる面２３の面データを特定し、その面データから各微小三角平面の節点の座標データを算出する。算出された節点の座標データは、ｘ，ｙ，ｚの三次元座標によって表されている。
【００２４】
各節点の座標データを算出すると、次に、コンピュータ３０は、微小三角平面の各節点の座標データから、各微小三角平面の法線方向を算出する（ステップＳ１０）。より詳細に説明すると、コンピュータ３０は、微小三角平面の各節点の座標データから、その微小三角平面の法線方向の単位法線ベクトルＶを算出する。このとき、コンピュータ３０は、ステップＳ４で記憶したオフセット量を読取り、オフセット方向を特定する。すなわち、読取ったオフセット量が正の値の場合には、三次元物体の厚みを厚くする方向に単位法線ベクトルＶが算出される。また、読取ったオフセット量が負の値の場合には、三次元物体の厚みを薄くする方向に単位法線ベクトルＶが算出される。コンピュータ３０は、全ての微小三角平面に対して、単位法線ベクトルＶの算出を行う。
【００２５】
各微小三角平面の単位法線ベクトルＶを算出すると、コンピュータ３０は、単位法線ベクトルＶと、各節点の座標データと、ステップＳ１０で読取ったオフセット量を用いて、オフセット後の各微小三角平面の各節点の座標データを算出する（ステップＳ１２）。すなわち、コンピュータ３０は、各微小三角平面の各節点をその微小三角平面の法線方向に、オフセット量だけオフセットした座標データを算出する。オフセットする節点の座標データを（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とし、単位法線ベクトルＶを（ｘｖ，ｙｖ，ｚｖ）とし、オフセット量をＰとすると、オフセット後の節点の座標データ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）は、次の計算式によって算出される。
【００２６】
【数１】
【００２７】
コンピュータ３０によって全ての微小三角平面の全ての節点に対して、オフセット後の節点の座標データの算出を実行する。上述したように、各微小三角平面は、隣接する微小三角平面と節点を共有している。従って、同一の節点に対して、その節点を共有する複数の微小三角平面からオフセット後の節点の座標データが算出される。
図１０，１１，１３を用いて具体的に説明する。図１０、図１１は節点６０を共有する６つの微小三角平面を示しており、図１０はオフセット前の状態を示し、図１１はオフセット後の状態を示している。図１３は、図１０におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面のオフセット前後の状態を示す図である。
節点６０を微小三角平面６２の法線方向にオフセットすると、図１３に示すように、節点６０ａの座標データが算出される。また、節点６０を微小三角平面６４の法線方向にオフセットすると、節点６０ｂの座標データが算出される。同様の計算を節点６０を共有する全ての微小三角平面に対して実行すると、図１１に示すように、オフセット前の節点６０に対応するオフセット後の節点６０ａ〜６０ｆが算出される。このように、同一節点を、異なる平面の法線方向にオフセットすることによって、1つの節点から、複数の対応するオフセット後の節点の座標データが算出される。
なお、図１１、図１３に示す例では、板厚を厚くする方向に微小三角平面をオフセットするときの状態が図示されているが、板厚を薄くする方向に微小三角平面をオフセットする場合にも、上述の処理が実行される。また、以後の説明で参照する図についても、板厚を厚くする方向にオフセットする場合の状態のみを図示するが、板厚を薄くする方向にオフセットする場合も、板厚を厚くする方向にオフセットする場合と同様の処理が行われる。
【００２８】
各微小三角平面の各節点のオフセット後の座標データが算出されると、コンピュータ３０は、隣接する微小三角平面の対応する節点のオフセット後の各座標データが一致するように修正する（ステップＳ１４）。すなわち、コンピュータ３０は、オフセット前の１つの節点に対応するオフセット後の各節点の座標データを平均化する。例えば、図１１及び図１３の場合は、節点６０ａ〜６０ｆの座標データを平均化して、節点６０ｇの座標を算出する。すると、図１２に示すように、隣接する微小三角平面が再度節点６０ｇを共有する。
コンピュータ３０が全てのオフセット後の節点に対して上述の修正を行うと、隣接する微小三角平面が修正後の各節点を共有する。これによって、オフセット領域を法線方向に所定量だけオフセットしたときの面データが生成される。
例えば、図５に示すオフセット領域Ａをオフセット量Ｐだけオフセットする場合は、コンピュータ３０が上述の処理をすることによって、図６に示される面２５が作成される。上述したように、オフセット後の面２５は、オフセット前の面２４の各節点を各微小三角平面の法線方向にオフセット量Ｐだけ移動させて、平均化した面である。従って、オフセット後の面２５は、オフセット前の面２４を厚み方向にオフセット量Ｐだけ移動させた面となっている。なお、図６から明らかなように、オフセット後の面２５と面２３との間には隙間が生じている。
【００２９】
コンピュータ３０は、オフセット後の面データを形成すると、その面データをオフセット前のオフセット面領域Ａの曲率に基づいて修正する（ステップＳ１６）。図６の例では、オフセット後の面２５が修正されて、図７に示すように滑らかな曲面となる。また、コンピュータ３０は、オフセット後の面２５とオフセット前の面２３との間の隙間を閉じる側面８０、８２等を設定し、オフセット後の面２５と、側面８０，８２等と、面２３と、他の三次元物体２２の表面によって囲まれた閉空間を形成する。そして、その閉空間内は固体と認識されて、３Ｄ−ＣＡＤデータとなる。
【００３０】
オフセット後の３Ｄ−ＣＡＤデータが作成されると、コンピュータ３０は、オフセット後の３Ｄ−ＣＡＤデータの徐変領域内の面データを多数の微小三角平面に分割する（ステップＳ１８）。例えば、図７に示す徐変領域Ｂを微小三角平面に分割すると、図８に示すように、徐変領域Ｂが多数の微小三角平面２９が結合した面（平滑化前の面）となる。
なお、コンピュータ３０による徐変領域Ｂの微小三角平面への分割も、ステップＳ６と同様に、従来公知のソフトウェアを用いることができる。
【００３１】
徐変領域が多数の微小三角平面に分割されると、コンピュータ３０は、各微小三角平面の節点の座標データを算出する（ステップＳ２０）。すなわち、コンピュータ３０は、ステップＳ１６で作成したオフセット後の３Ｄ−ＣＡＤデータから、各微小三角平面の節点の座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。
【００３２】
徐変領域内の各節点の座標データが算出されると、コンピュータ３０は、徐変領域を平滑化するための基準節点と第２節点を選択する（ステップＳ２２）。本実施例では、徐変領域内のオフセット面領域側の１つの節点を基準節点として選択し、徐変領域の境界線上の全ての節点を第２節点として選択する。図８に示す例を用いて具体的に説明する。図８に示すように、コンピュータ３０は、オフセット面領域Ａ内（すなわち、オフセット後の面データ２５上）から１つの節点（例えば、節点６６）を基準節点として選択し、徐変領域Ｂの境界線上の全ての節点（例えば、節点６８等）を第２節点として選択する。
【００３３】
コンピュータ３０は、ステップＳ２２で基準節点と第２節点を選択すると、まず、基準節点と各第２節点とを繋いで得られる断面を特定する。次いで、特定した断面毎に、その断面の表面が平滑化するように、その断面の表面上の各節点を移動させた座標データを算出する（ステップＳ２４）。
図８に示す例を参照して具体的に説明すると、コンピュータ３０は、基準節点６６と第２節点６８を繋いで断面７０を特定し、その断面７０から所定範囲内の領域を平滑化領域Ｃとして設定する。図８に示すように、断面７０は複数の分割線（徐変領域Ｂを複数の微小三角平面に分割するための線）と交差する。断面７０と複数の分割線との交点（例えば、図８の７２）のうち微小三角平面の節点以外では、その座標データが算出されていない。コンピュータ３０は、その交点と隣接する節点の座標データに基づいて、各交点の座標データを算出する。例えば、図８の交点７２の座標データは、節点７４と節点７６の座標データに基づいて算出される。具体的には、節点７４の座標データを（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、節点７６の座標データを（ｘ４，ｙ４，ｚ４）、交点７２と節点７４の距離をｌ、交点７２と節点７６の距離をｍとすると、交点７２の座標データ（ｘ５，ｙ５，ｚ５）は、次の計算式によって算出される。
【００３４】
【数２】
【００３５】
このようにして、断面７０上の全ての交点の座標データを算出すると、図１４に示すように断面７０の形状が特定される。コンピュータ３０は、断面７０上の基準節点及び第２節点を除く全ての節点または交点を断面７０の表面を平滑化する方向に移動させ、移動後の節点または交点の座標データ（平滑化後の座標データ）を算出する（図１５参照）。
コンピュータ３０は、断面７０上の節点または交点の平滑化後の座標データを算出すると、平滑化領域Ｃ内の節点（断面７０上の節点を除く）の平滑化後の座標データを算出する。平滑化領域Ｃ内の節点の平滑化後の座標データの算出は、その節点の座標データと、その節点に最も近い断面７０上の節点または交点の座標データと、その節点または交点を移動させた座標データに基づいて算出される。例えば、図８の節点７４の平滑化後の座標データ（ｘ６，ｙ６，ｚ６）は、平滑化前の節点７４の座標データ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、その節点に最も近い断面７０上の交点７２の平滑化前の座標データ（ｘ５，ｙ５，ｚ５）、交点７２の平滑化後の座標データ（ｘ７，ｙ７，ｚ７）を用いて、次の計算式によって算出される。
【００３６】
【数３】
【００３７】
コンピュータ３０は、上述した処理を平滑化領域Ｃ内のすべての節点について行い、平滑化領域Ｃ内の全ての節点の平滑化後の座標データを算出する。
コンピュータ３０は、上述した断面７０に対して行った処理を、基準節点と各第２節点とを繋いで得られる全ての断面に対して実行する。図８より明らかなように、隣接する平滑化領域Ｃは重なるように設定されていることから、徐変領域内の１つの節点に対して、複数の平滑化後の座標データが算出されることとなる。
【００３８】
コンピュータ３０は、徐変領域内の各節点の平滑化後の座標データを算出すると、同一の節点に対して算出された複数の平滑化後の座標データを平均化して１つの座標データに修正する（ステップＳ２６）。コンピュータ３０が徐変領域内の全ての節点に対して上述の修正を行うと、それらの節点によって形成される多数の微小三角平面によって、徐変領域の平滑化後の面データが形成される。
【００３９】
コンピュータ３０は、ステップＳ２６で平滑化後の面データを作成すると、各微小三角平面を、隣接する微小三角平面との傾きに応じた滑らかな曲面に修正する（ステップＳ２８）。例えば、図１６に示すように、微小三角平面８４の形状を、隣接する微小三角平面８６、８８に応じた滑らかな曲面に修正する。全ての微小三角平面を上述したように修正すると、図９に示すように、平滑化後の面データ２６と、徐変領域Ｂの外側の面データ２３とが滑らかに結合される。
【００４０】
以上に説明したように、三次元形状データ作成装置１０によれば、まず、オフセット前の三次元物体のオフセット面領域を厚み方向にオフセットした三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータが作成される。次いで、徐変領域Ｂ内の面データが平滑化されることによって、徐変領域内の面データと徐変領域Ｂの外側の面データとが滑らかに結合された、平滑化されたオフセット後の面データを得ることができる。
三次元物体を構成する複数の面のうちオフセットされなかった面（例えば、図９に示す面２７，２８等）は、オフセット前の三次元物体の面と変わらない。このため、ステップＳ２８で平滑化されたオフセット後の面の面データが得られると、オフセット後の三次元物体を規定する全ての面の面データが得られることとなる。これらの面データによって閉じられた閉空間内を固定と認識することによって、オフセット後の平滑化された３Ｄ−ＣＡＤデータが作成されることとなる。
【００４１】
上述した三次元形状データ作成装置１０は、例えば、射出成形によって製造される成形品の成形金型を設計する際に利用される。図１７の成形品９０は、射出成形によって製造される成形品の一例である。成形品９０は、自動車等のバンパに使用される樹脂部材である。成形品９０の意匠面９２は、自動車等に取り付けたときに需要者等に視認される意匠面であり、裏面９４は需要者等に視認されない裏面である。
成形品９０の成形金型を設計する場合、まず、成形品９０の３Ｄ−ＣＡＤデータを作成する。そして、その３Ｄ−ＣＡＤデータに基づいてＣＡＥを実行する。ＣＡＥでは、射出成形時の諸条件（温度、圧力、樹脂流入口の位置等）を設定し、その条件下で、成形品９０を射出成形する場合の樹脂の流動経路等をシミュレーションする。そして、シミュレーション結果から、成形品９０の特性等が評価される。シミュレーション結果を評価した結果、成形品９０に成形不良が発生することが予測されると、その成形不良の種類と、成形不良が発生する箇所が特定される。図１７では、成形品９０の意匠面９２にエアートラップ９６が発生することが示されている。
図１７に示すように、シミュレーションによって、成形品９０の意匠面９２にエアートラップ９６等の不具合が発生する可能性があることが判明すると、成形品９０の裏面を部分的に板厚を変更する対策が採られる。すなわち、成形品９０の板厚を変更すると、成形品９０を射出成形するときの樹脂の流動速度及び樹脂の流動方向を変更することができ、成形不良の発生を防止することができるためである。そして、この対策が適切であるか否かを判断するために、再度、シミュレーションを行うことが好ましい。
そこで、本実施例の三次元形状データ作成装置１０により、オフセット前の成形品の３Ｄ−ＣＡＤデータからオフセット後の３Ｄ−ＣＡＤデータを作成する。この際、成形品９０の意匠面９２をオフセットすると、意匠面９２の形状が変更されてしまう。意匠面９２は需要者等に視認される面であり、そのデザインが重視される面であるので、意匠面９２の形状を変更することは好ましくない。従って、裏面９４の不具合箇所（エアートラップ９６に対応する箇所９８）を厚み方向にオフセットする。
オフセット後の３Ｄ−ＣＡＤデータが作成されたら、再度、その３Ｄ−ＣＡＤデータに基づいて解析モデルを作成し、シミュレーションを実行する。シミュレーションの結果、不具合が発生しないことが確認されると、実際に試作等を行って評価することとなる。一方、シミュレーションの結果、不具合が解消されない場合（新たな不具合が発見される場合も含む）は、不具合が解消されるまで、３Ｄ−ＣＡＤデータの作成とシミュレーションを繰返す。このように、ＣＡＥと３Ｄ−ＣＡＤデータの板厚変更を繰り返すことで、成形不良が発生しない好適な成形品の成形金型を設計することができる。
なお、上述した三次元形状データ作成装置１０に、成形品９０の解析用ソフトをインストールし（すなわち、コンピュータ３０に、シミュレーション手段と、そのシミュレーション結果を評価する評価手段を設け）、三次元形状データ作成装置１０によってシミュレーションと、そのシミュレーション結果の評価を行うようにしてもよい。なお、コンピュータを用いて行われるシミュレーションの実施と、そのシミュレーション結果の評価は、特開２００５−１６９７６６号公報に詳しく開示されており、この公報に開示された構成を用いることができる。
【００４２】
以上に説明したように、本実施例の三次元形状データ作成装置１０によれば、オペレータが、三次元物体のオフセットしたい面の一部の領域を選択し、オフセット量を入力するだけで、選択した面領域を三次元物体の厚み方向にオフセットして得られる三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータを作成することができる。従って、オフセット後の三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータを短時間で作成することができる。
また、本実施例の三次元形状データ作成装置１０によれば、オフセット後の三次元物体のオフセット面と非オフセット面の境界線近傍が平滑化された三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータが作成される。従って、オフセット後の３Ｄ−ＣＡＤデータを用いて解析モデルを作成しても、シミュレーションを精度よく行うことができる。
【００４３】
なお、本実施例では、コンピュータ３０が、オフセット面領域側に基準節点を設定し、非オフセット面側に第２節点を選択し、基準節点と第２節点とを繋いで得られる各断面を平滑化し、各断面を平滑化することで得られた同一節点に対する複数の座標データを平均化することで徐変領域の面データを作成したが、本発明はこのような実施形態に限られない。例えば、オフセット面領域Ａの境界線と徐変領域Ｂの境界線によって規定される平面を、徐変領域Ｂの平滑化後の面データとする等の方法によって徐変領域の面データを作成することができる。
また、本実施例では、オフセット面領域Ａ内から１つの基準節点を選択し、徐変領域Ｂの境界線上の節点から複数の第２節点を選択したが、本発明はこのような実施例に限られない。本発明を逸脱しない範囲で、基準節点及び第２節点を選択することができる。例えば、オフセット面側に複数の基準点を設定し、その基準点に対し非オフセット面側に同数の節点を設定するようにしてもよい。また、オフセット面領域の中央に基準節点を設定し、その基準節点に対して等角度に断面が設定されるように第１節点を設定することができる。
また、本実施例では、同一節点に対して算出された複数の座標データを平均化することにより、節点の座標データを修正したが本発明はこのような実施形態に限られない。例えば、節点を共有する各微小三角平面の傾きから節点の座標データを修正する等の他の様々な修正方法によって、対応する節点の各座標データを修正することができる。
また、本実施例では、オフセット面領域Ａ及び徐変区間Ｂを多数の微小三角平面に分割したが、他の形状の面に分割しても良い。
また、本実施例では、徐変領域Ｂがオフセット面領域Ａの全てを含むように徐変領域Ｂと設定したが、他の様々な設定方法によって徐変領域Ｂを設定することができる。例えば、オフセット面領域Ａと非オフセット面領域の境界線近傍にのみ徐変領域Ｂを設定することができる。
【００４４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施例の三次元形状データ作成装置１０のブロック図
【図２】本実施例の三次元形状データ作成装置１０の処理を示すフローチャート
【図３】三次元形状データ作成装置１０によって表示される三次元物体の模式図
【図４】三次元形状データ作成装置１０によって表示される三次元物体の模式図
【図５】三次元形状データ作成装置１０によって表示される三次元物体の模式図
【図６】三次元形状データ作成装置１０によって表示される三次元物体の模式図
【図７】三次元形状データ作成装置１０によって表示される三次元物体の模式図
【図８】三次元形状データ作成装置１０によって表示される三次元物体の模式図
【図９】三次元形状データ作成装置１０によって表示される三次元物体の模式図
【図１０】三次元形状データ作成装置１０によって表示される面データの拡大図
【図１１】三次元形状データ作成装置１０によって表示される面データの拡大図
【図１２】三次元形状データ作成装置１０によって表示される面データの拡大図
【図１３】三次元形状データ作成装置１０によって表示される面データの断面図
【図１４】三次元形状データ作成装置１０によって表示される面データの断面図
【図１５】三次元形状データ作成装置１０によって表示される面データの断面図
【図１６】三次元形状データ作成装置１０によって表示される面データの断面図
【図１７】成形品９０の斜視図
【図１８】板厚変更の説明図
【符号の説明】
【００４６】
１０：三次元形状データ作成装置
１２：ディスプレイ
１４：キーボード
１６：マウス
１８：メモリ
２０：ＣＡＤデータ入力装置
３０：コンピュータ
４０：オフセット面領域選択手段
４２：オフセット量指定手段
４４：第１分割手段
４６：第１座標データ算出手段
４８：第１面データ作成手段
５０：第２分割手段
５２：第２座標データ算出手段
５４：第２面データ作成手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元物体の三次元形状データを作成する装置に関する。詳しくは、三次元物体の表面の一部を該三次元物体の厚み方向にオフセットして得られる三次元物体の三次元形状データを、オフセット前の三次元物体の三次元形状データから作成する装置に関する。ここで、「厚み方向」とは、三次元物体を構成する各表面のうちオフセットする表面の法線方向を意味する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製品形状や金型の仕様を決定するためにＣＡＥ（コンピュータ援用エンジニアリング）が利用されている。この種の技術では、通常、ＣＡＤ（コンピュータ援用設計）によって作成された形状データや、実際の製品を実測することによって得られた形状データに基づいて解析モデルを作成する。そして、解析モデルを用いたシミュレーションを行い、そのシミュレーション結果に基づいて製品形状や製品仕様を決定する。ＣＡＥ技術を利用することで、製品の試作回数を低減でき、効率的に設計を行うことができる。
特許文献１には、この種のＣＡＥ技術の一例が開示されている。特許文献１の技術では、実際に作製された金型の形状を測定して成形品の解析モデルを作成し、作成された解析モデルを用いて成形不良対策のシミュレーションを行っている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１９６２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したＣＡＥ技術を利用して製品形状や金型の仕様を決定する場合、製品の板厚を部分的に変更したいときがある。例えば、樹脂射出成形に用いられる金型の仕様を決定する場合、設計者が仮設定した板厚分布やゲート配置に基づいてシミュレーションが行われる。シミュレーションの結果、成形品に成形不良（例えば、エアートラップ、フローマーク等）が発生すると、製品の板厚を部分的に変更する対策が採られる。かかる場合、板厚を部分的に変更する対策が適切か否かを確認するために、板厚変更後の成形品について解析モデルを作成してシミュレーションが行われる。したがって、板厚変更後の製品についても解析モデルを作成する必要が生じる。従来、板厚を部分的に変更した製品の解析モデルを作成するためには、ＣＡＤによって作成された板厚変更前の形状データをＣＡＤ上で変更し、変更した形状データに基づいて解析モデルの作成を行っていた。
しかしながら、ＣＡＤ上で板厚を修正する作業は手動で行わなければならず、製品の板厚を部分的に変更し、板厚変更部位と板厚を変更しなかった部位の段差をなだらかにするために多くの工数を要していた。特に、三次元ＣＡＤ（以下、３Ｄ−ＣＡＤという）によって作成された三次元形状データ（すなわち、ソリッドデータ）を３Ｄ−ＣＡＤ上で修正するためには、３Ｄ−ＣＡＤの特性上、多くの工数を要した。すなわち、３Ｄ−ＣＡＤでは、オペレータが利用可能なコマンドは限られており、オペレータは、それらのコマンドをさまざまに組み合わせて使用することによって、ソリッドデータを作成・変更する。このため、製品の板厚を部分的に変更する作業も、オペレータが種々のコマンドを組み合わせて使用することによって行われる。このため、オペレータのコマンドの使い方や、使用するコマンドの順序によって、板厚変更部位と板厚非変更部位とをなだらかに結合することが難しく、これらの部位が捩れて結合されてしまう。このため、これらの捩れを修正するために、さらにコマンドを使用する必要が生じる。したがって、最終的な製品形状の形状データを得るために多大な時間を要していた。
【０００５】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、三次元物体の表面の一部を該三次元物体の厚み方向にオフセットして得られる三次元物体の三次元形状データを、オフセット前の三次元物体の三次元形状データから容易に作成することができる装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の装置は、オフセット前の三次元物体の三次元形状データを用いて、三次元物体の表面の一部をその厚み方向にオフセットして得られる三次元物体の三次元形状データを作成する。三次元形状データは、三次元物体を構成する各表面の面データによって構成され、それら面データによって表される面で閉じられた閉空間内を固体と認識することで三次元形状を表している。したがって、三次元物体の表面の一部をその厚み方向にオフセットして得られる三次元物体の三次元形状データを作成するためには、オフセットした表面の面データを作成するだけでよい。オフセットした表面以外の表面については、オフセット前の三次元物体の面データと変わらないためである。したがって、オフセットした表面の面データを作成すれば、オフセット後の三次元物体の三次元形状データを作成することができる。そこで、本発明の装置は図１８に模式的に示された構成を有する。
図１８に示される装置は、オフセット後の三次元形状データを作成するために必要なデータの入力等を行う入力手段１、オフセット面選択手段２及びオフセット量指定手段４を備えている。すなわち、入力手段１は、オフセット前の三次元形状データ（例えば、三次元形状データ１００）を入力する。オフセット面領域選択手段２は、オフセット対象となる三次元物体のオフセットする面領域（例えば、領域１０２）を選択する。オフセット量指定手段４はオフセット量（例えば、オフセット量ｔ）を指定する。
そして、この装置は、これらの手段によって入力、選択又は指定されたデータを用いて、オフセット後の三次元形状データを作成する下記の手段を備えている。
第１分割手段３は、選択されたオフセット面領域を複数の面要素に分割する。例えば、オフセット面領域選択手段２によって選択された領域１０２を複数の微小な面要素に分割する。
第１座標データ算出手段５は、分割された面要素のそれぞれに対して、その面要素をその面要素の法線方向に指定されたオフセット量だけオフセットしたときの各節点の座標データを、オフセット前三次元形状データと指定されたオフセット量から算出する。そして、第１面データ作成手段６は、第１座標データ算出手段５で算出された座標データ群に対して、隣接する面要素の対応する節点の各座標データが一致するように修正してオフセット面領域のオフセット後の面データを作成する。例えば、領域１０２を分割して得られた各面要素に対して、その面要素をその法線方向に指定されたオフセット量ｔだけオフセットし、オフセット後の面要素を接続して面データ（三次元物体１０４の上面（１０６，１０８）の面データ）を得る。
第２分割手段は、オフセット面領域と非オフセット面領域の境界線近傍に設定された徐変領域を複数の面要素に分割する。例えば、三次元物体１０４のオフセット面領域１０６と非オフセット面領域１０８の境界線近傍に設定された徐変領域１１０を複数の微小な面要素に分割する。
第２座標データ算出手段８は、分割された徐変領域の面要素のそれぞれに対して、その面要素の各節点の座標データをオフセット後の面データとオフセット前の三次元形状データから算出する。そして、第２面データ作成手段９は、第２座標データ算出手段８で算出された各節点の座標データから、徐変領域を平滑化した面データを作成する。例えば、第２座標データ算出手段８で算出された座標データ１１２を平滑化して座標データ１１４とすることで、徐変領域１１０の面データを作成する。
第２面データ作成手段９によって徐変領域の面データが作成されると、オフセットした面の面データが特定される。これによって、オフセット後の三次元物体の三次元形状データ１１６が作成される。
【０００７】
この三次元形状データを作成する装置では、オフセット前の三次元形状データを入力し、オフセットする領域を選択し、オフセット量の指定を行うだけで、オフセットした三次元物体の三次元形状データが作成される。このため、容易かつ短時間で所望の三次元形状データを得ることができる。また、得られた三次元形状データから解析モデルを作成し、その解析モデルをシミュレーションに用いることができる。
【０００８】
上述の三次元形状データ作成装置では、第１座標データ算出手段５は、オフセット前の三次元形状データから各面要素の各節点の座標データと各面要素の法線方向データを算出し、その算出した座標データと法線方向データとオフセット量を用いてオフセット後の各面要素の各節点の座標データを算出することができる。このような構成によれば、面要素毎に、当該面要素が当該面要素の法線方向にオフセットされるため、オフセット後のオフセット面を適切に表すことができる。
【０００９】
また、上述の三次元形状データ作成装置では、第２座標データ算出手段８は、オフセット後の面データを用いて徐変領域内のオフセット面領域内の節点の座標データを算出し、オフセット前の三次元形状データを用いて徐変領域内の非オフセット領域内の節点の座標データを算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
下記に詳細に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
（形態１）オフセット前の三次元形状データを入力する入力手段として、３Ｄ−ＣＡＤデータを作成する三次元ＣＡＤ装置が用いられる。三次元ＣＡＤ装置と三次元形状データ作成装置は通信回線により接続されている。三次元ＣＡＤ装置で設計した三次元ＣＡＤデータ（三次元形状データ）が三次元形状データ作成装置に入力される。
（形態２）三次元形状データ作成装置は、入力された三次元形状データで表される三次元物体を表示する表示装置を備える。オフセット面領域選択手段は、その表示装置に表示された三次元物体上でオフセットする面領域を選択する。
（形態３）三次元形状データ作成装置は、オフセット量を指定（入力）する入力装置を有している。
（形態４）第１分割手段は、選択されたオフセット面領域を三角形の微小面要素に分割する。
（形態５）第１座標データ算出手段は、オフセット前の三次元形状データから各面要素の各節点の座標データと各面要素の法線方向データを算出し、その算出した座標データと法線方向データとオフセット量を用いてオフセット後の各面要素の各節点の座標データを算出する。
（形態６）第１面データ算出手段は、隣接する面要素の対応する節点の各座標データを平均化法により一致させる。
（形態７）第２分割手段は、徐変領域を三角形の微小面要素に分割する。
（形態８）第２座標データ算出手段は、オフセット後の面データを用いて徐変領域内のオフセット面領域側の節点の座標データを算出し、オフセット前の三次元形状データを用いて徐変領域内の非オフセット面領域側の節点の座標データを算出する。
（形態９）第２面データ作成手段は、徐変領域内のオフセット面領域において、その領域内にある複数の節点の中から１又は複数の節点を選択する（以下、選択された節点を第１節点という）。第１節点毎に、徐変領域内の非オフセット面領域において、その領域内にある複数の節点の中から１又は複数の節点を選択する（以下、選択された節点を第２節点という）。そして、第１節点毎に、その第１節点とその第１節点に対応して選択された第２節点とを繋いで得られる断面を特定する。特定された断面毎に、その表面が平滑化するように表面上のいくつかの節点を移動させて、その移動させた節点の座標データを算出する。同一節点に対応する座標データが複数ある場合は、各座標データが一致するように修正して徐変領域の面データを作成する。
（形態１０）第２面データ作成手段は、１つの第１節点に対して、徐変領域と徐変領域の外側との境界線上の節点から複数の第２節点を選択する。
（形態１１）第２面データ作成手段は、対応する節点の各座標データを平均化することにより修正する。
（形態１２）面データ作成手段は、オフセット前の三次元形状データを用いて、オフセット後のオフセット面領域の面データ及び／又はオフセット後の徐変領域の面データを修正する。
【実施例】
【００１１】
本発明の一実施例に係る三次元形状データ作成装置１０について図面を参照しながら説明する。図１は三次元形状データ作成装置１０の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、三次元形状データ作成装置１０は、コンピュータ３０と、画像を表示するディスプレイ１２と、コンピュータ３０にデータを入力するキーボード１４と、ディスプレイ１２に表示される画面内で任意の位置を指定するマウス１６と、各種データを記憶するメモリ１８と、コンピュータ３０に３Ｄ−ＣＡＤデータを入力するＣＡＤデータ入力装置２０とによって構成される。
三次元形状データ作成装置１０は、三次元物体の表面の一部をその厚み方向にオフセットして得られる三次元物体（以下、オフセット後の三次元物体という）の３Ｄ−ＣＡＤデータを、ＣＡＤデータ入力装置２０から入力される３Ｄ−ＣＡＤデータ（オフセット前の三次元物体のデータ）をコンピュータ３０で処理することによって作成する。
ここで、三次元形状データ作成装置１０が作成する３Ｄ−ＣＡＤデータについて説明しておく。３Ｄ−ＣＡＤデータは、三次元物体の表面形状を、複数の面データ（平面データ、曲面データ）によって規定し、その面データによって囲まれた空間内を固体と認識させることで、三次元物体の三次元形状を規定した三次元形状データである。３Ｄ−ＣＡＤデータをコンピュータ３０で処理することで、その３Ｄ−ＣＡＤデータに基づいた三次元物体の形状がディスプレイ１２に表示される。
【００１２】
ＣＡＤデータ入力装置２０には、３Ｄ−ＣＡＤ（三次元設計）を行うＣＡＤ装置が用いられる。ＣＡＤデータ入力装置２０は、通信回線（例えば、ＬＡＮ回線）を介してコンピュータ３０に接続されている。ＣＡＤデータ入力装置で作成された３Ｄ−ＣＡＤデータは、通信回線を介してコンピュータ３０に入力される。なお、ＣＡＤデータ入力装置２０には、ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体に記憶させた３Ｄ−ＣＡＤデータを読取る装置等を用いることができる。
【００１３】
ディスプレイ１２は、表示画面と、表示画面を起動させる回路等によって構成されている。ディスプレイ１２は、コンピュータ３０から出力される信号に基づいて画像を表示画面に表示する。例えば、コンピュータ３０が３Ｄ−ＣＡＤデータを処理することによって得られる三次元物体を表示画面に表示する。
【００１４】
キーボード１４は、多数の入力スイッチを備えた入力装置である。オペレータがそれらの入力スイッチを操作することによってコンピュータ３０に指令値が入力される。
【００１５】
マウス１６は、入力スイッチと、入力ローラを備えた入力装置であり、ディスプレイ１２に表示される画面内の任意の位置を指定する。オペレータが入力スイッチを操作し、またはマウス１６を机上で移動させて入力ローラを動かすことによって、コンピュータ３０に指令値が入力される。
【００１６】
メモリ１８は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等によって構成される。メモリ１８は、コンピュータ３０から入力されるデータを記憶する。メモリ１８内に記憶されているデータは、コンピュータ３０によって読み出される。メモリ１８には、コンピュータ３０がオフセット前の三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータからオフセット後の三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータを作成するためのプログラムや各種データが記憶されている。例えば、後述するオフセット面領域Ａと非オフセット面領域との境界線の近傍に設定される徐変領域Ｂを規定するデータを記憶している。また、メモリ１８は、オフセット面領域Ａ内から１つの第１節点を選択し、徐変領域Ｂとその外側の領域との境界線上の節点から複数の第２節点を選択するプログラムを記憶している。
【００１７】
コンピュータ３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロプロセッサ等によって構成されている。コンピュータ３０は、キーボード１４やマウス１６等から入力される指令値に基づいて、コンピュータ３０内のＲＯＭ、ＲＡＭや、メモリ１８等に記憶されている種々のデータを演算する。コンピュータ３０は、オフセット前の三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータから、オフセット後の三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータを作成する。コンピュータ３０は、各種プログラムを実行することで、オフセット面領域選択手段４０と、オフセット量指定手段４２と、第１分割手段４４と、第１座標データ算出手段４６と、第１面データ作成手段４８と、第２分割手段５０と、第２座標データ算出手段５２と、第２面データ作成手段５４として機能する。
【００１８】
次に、三次元形状データ作成装置１０が、オフセット前の三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータから、オフセット後三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータを作成する際の動作について、図２を参照して説明する。
【００１９】
三次元形状データ作成装置１０でオフセット後の三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータを作成する際は、まず、ＣＡＤデータ入力装置２０から、オフセット前の三次元物体２２の３Ｄ−ＣＡＤデータをコンピュータ３０に入力する。コンピュータ３０に入力された３Ｄ−ＣＡＤデータはコンピュータ３０によって処理され、これによって、オフセット前の三次元物体の形状がディスプレイ１２に表示される。
図３には、ディスプレイ１２に表示される三次元物体２２の一例が示されている。図３に示すように、ディスプレイ１２には三次元物体２２を一定の視点から見たときの面２３，２７，２８が表示されている。なお、三次元物体２２を見る視点の変更は、キーボード１４及び／又はマウス１６を操作することで行うことができるようになっている。
【００２０】
オフセット前の三次元物体２２の３Ｄ−ＣＡＤデータがコンピュータ３０に入力されたら、オペレータはキーボード１４及びマウス１６を操作することによって、三次元物体２２を構成する面２３，２７，２８等の中からオフセットする面及びその領域を選択する（ステップＳ２）。
すなわち、コンピュータ３０は、まず、オペレータに対してオフセットする領域の選択を求めるメッセージをディスプレイ１２に表示する。ディスプレイ１２にメッセージが表示されると、オペレータはキーボード１４及びマウス１６を操作して、ディスプレイ１２に三次元物体のオフセットさせる面が表示されるようにする。例えば、図３に示す三次元物体２２の表面２３をオフセットする場合は、オフセットさせる面２３が上側に表示されるように視点を変更する。
次いで、オペレータは、マウス１６を操作して、表示された三次元物体のオフセットさせる面から面領域を選択する。具体的には、オペレータは、マウス１６を操作して、オフセットさせる面の一部にオフセットさせる領域をスケッチする。例えば、図４に示すように、三次元物体２２のオフセットする面２３にオフセットさせる領域Ａをスケッチする。
オペレータによってオフセットする領域がスケッチされると、コンピュータ３０はそのスケッチされた領域内をオフセット面領域（図４の例ではＡで示される領域）に設定する。同時に、コンピュータ３０は、メモリ１８に記憶されている徐変領域Ｂ（図４の例ではＢで示される領域）を規定するデータに基づいて徐変領域Ｂを設定する。本実施例では、オフセット面領域の境界線上からオフセット側と非オフセット側の両側に向かって所定の距離の範囲を徐変領域に設定する。なお、図４に示す例では、徐変領域Ｂは、オフセット面領域Ａを全て含み、オフセット面領域Ａよりも所定範囲だけ非オフセット面側に広い領域が設定されている。
【００２１】
コンピュータ３０によってオフセット面領域及び徐変領域が設定されると、オペレータは、キーボード１４及びマウス１６を操作することによって、オフセット領域をオフセットさせる量及びオフセット方向を指定する（ステップＳ４）。すなわち、コンピュータ３０は、オペレータに対してオフセット量及びオフセット方向の入力を求めるメッセージをディスプレイ１２に表示する。オペレータは、キーボード１４を操作することによってオフセット量及びオフセット方向を入力する。コンピュータ３０は、入力されたオフセット量及びオフセット方向をＲＡＭに記憶する。なお、オフセット方向は、オフセット量を正又は負の値とすることで指定する。本実施例では、正の値は三次元物体２２の板厚を厚くする方向へオフセットすることを意味し、負の値は三次元物体２２の板厚を薄くする方向へオフセットすることを意味する。
【００２２】
オフセット量が指定されると、次に、コンピュータ３０は、オフセット面領域内の面データを多数の微小三角平面に分割する（ステップＳ６）。なお、オフセット面領域を複数の微小三角平面へ分割するためのプログラムには、３Ｄ−ＣＡＤデータの面データを微小な面要素に分割する従来公知のソフトウェアを用いることができる。
図５には三次元物体２２に設定されたオフセット面領域Ａを複数の微小三角平面２４に分割した例が示されている。図から明らかなように、生成された各微小三角平面２４は、隣接する微小三角平面２４と節点（三角形の頂点）を共有している。
【００２３】
オフセット面領域が多数の微小三角平面に分割されると、コンピュータ３０は各微小三角平面の各節点の座標データを算出する（ステップＳ８）。例えば、図５に示す例では、コンピュータ３０は、まず、ＣＡＤデータ入力装置２０より入力された３Ｄ−ＣＡＤデータからオフセット対象となる面２３の面データを特定し、その面データから各微小三角平面の節点の座標データを算出する。算出された節点の座標データは、ｘ，ｙ，ｚの三次元座標によって表されている。
【００２４】
各節点の座標データを算出すると、次に、コンピュータ３０は、微小三角平面の各節点の座標データから、各微小三角平面の法線方向を算出する（ステップＳ１０）。より詳細に説明すると、コンピュータ３０は、微小三角平面の各節点の座標データから、その微小三角平面の法線方向の単位法線ベクトルＶを算出する。このとき、コンピュータ３０は、ステップＳ４で記憶したオフセット量を読取り、オフセット方向を特定する。すなわち、読取ったオフセット量が正の値の場合には、三次元物体の厚みを厚くする方向に単位法線ベクトルＶが算出される。また、読取ったオフセット量が負の値の場合には、三次元物体の厚みを薄くする方向に単位法線ベクトルＶが算出される。コンピュータ３０は、全ての微小三角平面に対して、単位法線ベクトルＶの算出を行う。
【００２５】
各微小三角平面の単位法線ベクトルＶを算出すると、コンピュータ３０は、単位法線ベクトルＶと、各節点の座標データと、ステップＳ１０で読取ったオフセット量を用いて、オフセット後の各微小三角平面の各節点の座標データを算出する（ステップＳ１２）。すなわち、コンピュータ３０は、各微小三角平面の各節点をその微小三角平面の法線方向に、オフセット量だけオフセットした座標データを算出する。オフセットする節点の座標データを（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とし、単位法線ベクトルＶを（ｘｖ，ｙｖ，ｚｖ）とし、オフセット量をＰとすると、オフセット後の節点の座標データ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）は、次の計算式によって算出される。
【００２６】
【数１】
【００２７】
コンピュータ３０によって全ての微小三角平面の全ての節点に対して、オフセット後の節点の座標データの算出を実行する。上述したように、各微小三角平面は、隣接する微小三角平面と節点を共有している。従って、同一の節点に対して、その節点を共有する複数の微小三角平面からオフセット後の節点の座標データが算出される。
図１０，１１，１３を用いて具体的に説明する。図１０、図１１は節点６０を共有する６つの微小三角平面を示しており、図１０はオフセット前の状態を示し、図１１はオフセット後の状態を示している。図１３は、図１０におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面のオフセット前後の状態を示す図である。
節点６０を微小三角平面６２の法線方向にオフセットすると、図１３に示すように、節点６０ａの座標データが算出される。また、節点６０を微小三角平面６４の法線方向にオフセットすると、節点６０ｂの座標データが算出される。同様の計算を節点６０を共有する全ての微小三角平面に対して実行すると、図１１に示すように、オフセット前の節点６０に対応するオフセット後の節点６０ａ〜６０ｆが算出される。このように、同一節点を、異なる平面の法線方向にオフセットすることによって、1つの節点から、複数の対応するオフセット後の節点の座標データが算出される。
なお、図１１、図１３に示す例では、板厚を厚くする方向に微小三角平面をオフセットするときの状態が図示されているが、板厚を薄くする方向に微小三角平面をオフセットする場合にも、上述の処理が実行される。また、以後の説明で参照する図についても、板厚を厚くする方向にオフセットする場合の状態のみを図示するが、板厚を薄くする方向にオフセットする場合も、板厚を厚くする方向にオフセットする場合と同様の処理が行われる。
【００２８】
各微小三角平面の各節点のオフセット後の座標データが算出されると、コンピュータ３０は、隣接する微小三角平面の対応する節点のオフセット後の各座標データが一致するように修正する（ステップＳ１４）。すなわち、コンピュータ３０は、オフセット前の１つの節点に対応するオフセット後の各節点の座標データを平均化する。例えば、図１１及び図１３の場合は、節点６０ａ〜６０ｆの座標データを平均化して、節点６０ｇの座標を算出する。すると、図１２に示すように、隣接する微小三角平面が再度節点６０ｇを共有する。
コンピュータ３０が全てのオフセット後の節点に対して上述の修正を行うと、隣接する微小三角平面が修正後の各節点を共有する。これによって、オフセット領域を法線方向に所定量だけオフセットしたときの面データが生成される。
例えば、図５に示すオフセット領域Ａをオフセット量Ｐだけオフセットする場合は、コンピュータ３０が上述の処理をすることによって、図６に示される面２５が作成される。上述したように、オフセット後の面２５は、オフセット前の面２４の各節点を各微小三角平面の法線方向にオフセット量Ｐだけ移動させて、平均化した面である。従って、オフセット後の面２５は、オフセット前の面２４を厚み方向にオフセット量Ｐだけ移動させた面となっている。なお、図６から明らかなように、オフセット後の面２５と面２３との間には隙間が生じている。
【００２９】
コンピュータ３０は、オフセット後の面データを形成すると、その面データをオフセット前のオフセット面領域Ａの曲率に基づいて修正する（ステップＳ１６）。図６の例では、オフセット後の面２５が修正されて、図７に示すように滑らかな曲面となる。また、コンピュータ３０は、オフセット後の面２５とオフセット前の面２３との間の隙間を閉じる側面８０、８２等を設定し、オフセット後の面２５と、側面８０，８２等と、面２３と、他の三次元物体２２の表面によって囲まれた閉空間を形成する。そして、その閉空間内は固体と認識されて、３Ｄ−ＣＡＤデータとなる。
【００３０】
オフセット後の３Ｄ−ＣＡＤデータが作成されると、コンピュータ３０は、オフセット後の３Ｄ−ＣＡＤデータの徐変領域内の面データを多数の微小三角平面に分割する（ステップＳ１８）。例えば、図７に示す徐変領域Ｂを微小三角平面に分割すると、図８に示すように、徐変領域Ｂが多数の微小三角平面２９が結合した面（平滑化前の面）となる。
なお、コンピュータ３０による徐変領域Ｂの微小三角平面への分割も、ステップＳ６と同様に、従来公知のソフトウェアを用いることができる。
【００３１】
徐変領域が多数の微小三角平面に分割されると、コンピュータ３０は、各微小三角平面の節点の座標データを算出する（ステップＳ２０）。すなわち、コンピュータ３０は、ステップＳ１６で作成したオフセット後の３Ｄ−ＣＡＤデータから、各微小三角平面の節点の座標データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。
【００３２】
徐変領域内の各節点の座標データが算出されると、コンピュータ３０は、徐変領域を平滑化するための基準節点と第２節点を選択する（ステップＳ２２）。本実施例では、徐変領域内のオフセット面領域側の１つの節点を基準節点として選択し、徐変領域の境界線上の全ての節点を第２節点として選択する。図８に示す例を用いて具体的に説明する。図８に示すように、コンピュータ３０は、オフセット面領域Ａ内（すなわち、オフセット後の面データ２５上）から１つの節点（例えば、節点６６）を基準節点として選択し、徐変領域Ｂの境界線上の全ての節点（例えば、節点６８等）を第２節点として選択する。
【００３３】
コンピュータ３０は、ステップＳ２２で基準節点と第２節点を選択すると、まず、基準節点と各第２節点とを繋いで得られる断面を特定する。次いで、特定した断面毎に、その断面の表面が平滑化するように、その断面の表面上の各節点を移動させた座標データを算出する（ステップＳ２４）。
図８に示す例を参照して具体的に説明すると、コンピュータ３０は、基準節点６６と第２節点６８を繋いで断面７０を特定し、その断面７０から所定範囲内の領域を平滑化領域Ｃとして設定する。図８に示すように、断面７０は複数の分割線（徐変領域Ｂを複数の微小三角平面に分割するための線）と交差する。断面７０と複数の分割線との交点（例えば、図８の７２）のうち微小三角平面の節点以外では、その座標データが算出されていない。コンピュータ３０は、その交点と隣接する節点の座標データに基づいて、各交点の座標データを算出する。例えば、図８の交点７２の座標データは、節点７４と節点７６の座標データに基づいて算出される。具体的には、節点７４の座標データを（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、節点７６の座標データを（ｘ４，ｙ４，ｚ４）、交点７２と節点７４の距離をｌ、交点７２と節点７６の距離をｍとすると、交点７２の座標データ（ｘ５，ｙ５，ｚ５）は、次の計算式によって算出される。
【００３４】
【数２】
【００３５】
このようにして、断面７０上の全ての交点の座標データを算出すると、図１４に示すように断面７０の形状が特定される。コンピュータ３０は、断面７０上の基準節点及び第２節点を除く全ての節点または交点を断面７０の表面を平滑化する方向に移動させ、移動後の節点または交点の座標データ（平滑化後の座標データ）を算出する（図１５参照）。
コンピュータ３０は、断面７０上の節点または交点の平滑化後の座標データを算出すると、平滑化領域Ｃ内の節点（断面７０上の節点を除く）の平滑化後の座標データを算出する。平滑化領域Ｃ内の節点の平滑化後の座標データの算出は、その節点の座標データと、その節点に最も近い断面７０上の節点または交点の座標データと、その節点または交点を移動させた座標データに基づいて算出される。例えば、図８の節点７４の平滑化後の座標データ（ｘ６，ｙ６，ｚ６）は、平滑化前の節点７４の座標データ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、その節点に最も近い断面７０上の交点７２の平滑化前の座標データ（ｘ５，ｙ５，ｚ５）、交点７２の平滑化後の座標データ（ｘ７，ｙ７，ｚ７）を用いて、次の計算式によって算出される。
【００３６】
【数３】
【００３７】
コンピュータ３０は、上述した処理を平滑化領域Ｃ内のすべての節点について行い、平滑化領域Ｃ内の全ての節点の平滑化後の座標データを算出する。
コンピュータ３０は、上述した断面７０に対して行った処理を、基準節点と各第２節点とを繋いで得られる全ての断面に対して実行する。図８より明らかなように、隣接する平滑化領域Ｃは重なるように設定されていることから、徐変領域内の１つの節点に対して、複数の平滑化後の座標データが算出されることとなる。
【００３８】
コンピュータ３０は、徐変領域内の各節点の平滑化後の座標データを算出すると、同一の節点に対して算出された複数の平滑化後の座標データを平均化して１つの座標データに修正する（ステップＳ２６）。コンピュータ３０が徐変領域内の全ての節点に対して上述の修正を行うと、それらの節点によって形成される多数の微小三角平面によって、徐変領域の平滑化後の面データが形成される。
【００３９】
コンピュータ３０は、ステップＳ２６で平滑化後の面データを作成すると、各微小三角平面を、隣接する微小三角平面との傾きに応じた滑らかな曲面に修正する（ステップＳ２８）。例えば、図１６に示すように、微小三角平面８４の形状を、隣接する微小三角平面８６、８８に応じた滑らかな曲面に修正する。全ての微小三角平面を上述したように修正すると、図９に示すように、平滑化後の面データ２６と、徐変領域Ｂの外側の面データ２３とが滑らかに結合される。
【００４０】
以上に説明したように、三次元形状データ作成装置１０によれば、まず、オフセット前の三次元物体のオフセット面領域を厚み方向にオフセットした三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータが作成される。次いで、徐変領域Ｂ内の面データが平滑化されることによって、徐変領域内の面データと徐変領域Ｂの外側の面データとが滑らかに結合された、平滑化されたオフセット後の面データを得ることができる。
三次元物体を構成する複数の面のうちオフセットされなかった面（例えば、図９に示す面２７，２８等）は、オフセット前の三次元物体の面と変わらない。このため、ステップＳ２８で平滑化されたオフセット後の面の面データが得られると、オフセット後の三次元物体を規定する全ての面の面データが得られることとなる。これらの面データによって閉じられた閉空間内を固定と認識することによって、オフセット後の平滑化された３Ｄ−ＣＡＤデータが作成されることとなる。
【００４１】
上述した三次元形状データ作成装置１０は、例えば、射出成形によって製造される成形品の成形金型を設計する際に利用される。図１７の成形品９０は、射出成形によって製造される成形品の一例である。成形品９０は、自動車等のバンパに使用される樹脂部材である。成形品９０の意匠面９２は、自動車等に取り付けたときに需要者等に視認される意匠面であり、裏面９４は需要者等に視認されない裏面である。
成形品９０の成形金型を設計する場合、まず、成形品９０の３Ｄ−ＣＡＤデータを作成する。そして、その３Ｄ−ＣＡＤデータに基づいてＣＡＥを実行する。ＣＡＥでは、射出成形時の諸条件（温度、圧力、樹脂流入口の位置等）を設定し、その条件下で、成形品９０を射出成形する場合の樹脂の流動経路等をシミュレーションする。そして、シミュレーション結果から、成形品９０の特性等が評価される。シミュレーション結果を評価した結果、成形品９０に成形不良が発生することが予測されると、その成形不良の種類と、成形不良が発生する箇所が特定される。図１７では、成形品９０の意匠面９２にエアートラップ９６が発生することが示されている。
図１７に示すように、シミュレーションによって、成形品９０の意匠面９２にエアートラップ９６等の不具合が発生する可能性があることが判明すると、成形品９０の裏面を部分的に板厚を変更する対策が採られる。すなわち、成形品９０の板厚を変更すると、成形品９０を射出成形するときの樹脂の流動速度及び樹脂の流動方向を変更することができ、成形不良の発生を防止することができるためである。そして、この対策が適切であるか否かを判断するために、再度、シミュレーションを行うことが好ましい。
そこで、本実施例の三次元形状データ作成装置１０により、オフセット前の成形品の３Ｄ−ＣＡＤデータからオフセット後の３Ｄ−ＣＡＤデータを作成する。この際、成形品９０の意匠面９２をオフセットすると、意匠面９２の形状が変更されてしまう。意匠面９２は需要者等に視認される面であり、そのデザインが重視される面であるので、意匠面９２の形状を変更することは好ましくない。従って、裏面９４の不具合箇所（エアートラップ９６に対応する箇所９８）を厚み方向にオフセットする。
オフセット後の３Ｄ−ＣＡＤデータが作成されたら、再度、その３Ｄ−ＣＡＤデータに基づいて解析モデルを作成し、シミュレーションを実行する。シミュレーションの結果、不具合が発生しないことが確認されると、実際に試作等を行って評価することとなる。一方、シミュレーションの結果、不具合が解消されない場合（新たな不具合が発見される場合も含む）は、不具合が解消されるまで、３Ｄ−ＣＡＤデータの作成とシミュレーションを繰返す。このように、ＣＡＥと３Ｄ−ＣＡＤデータの板厚変更を繰り返すことで、成形不良が発生しない好適な成形品の成形金型を設計することができる。
なお、上述した三次元形状データ作成装置１０に、成形品９０の解析用ソフトをインストールし（すなわち、コンピュータ３０に、シミュレーション手段と、そのシミュレーション結果を評価する評価手段を設け）、三次元形状データ作成装置１０によってシミュレーションと、そのシミュレーション結果の評価を行うようにしてもよい。なお、コンピュータを用いて行われるシミュレーションの実施と、そのシミュレーション結果の評価は、特開２００５−１６９７６６号公報に詳しく開示されており、この公報に開示された構成を用いることができる。
【００４２】
以上に説明したように、本実施例の三次元形状データ作成装置１０によれば、オペレータが、三次元物体のオフセットしたい面の一部の領域を選択し、オフセット量を入力するだけで、選択した面領域を三次元物体の厚み方向にオフセットして得られる三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータを作成することができる。従って、オフセット後の三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータを短時間で作成することができる。
また、本実施例の三次元形状データ作成装置１０によれば、オフセット後の三次元物体のオフセット面と非オフセット面の境界線近傍が平滑化された三次元物体の３Ｄ−ＣＡＤデータが作成される。従って、オフセット後の３Ｄ−ＣＡＤデータを用いて解析モデルを作成しても、シミュレーションを精度よく行うことができる。
【００４３】
なお、本実施例では、コンピュータ３０が、オフセット面領域側に基準節点を設定し、非オフセット面側に第２節点を選択し、基準節点と第２節点とを繋いで得られる各断面を平滑化し、各断面を平滑化することで得られた同一節点に対する複数の座標データを平均化することで徐変領域の面データを作成したが、本発明はこのような実施形態に限られない。例えば、オフセット面領域Ａの境界線と徐変領域Ｂの境界線によって規定される平面を、徐変領域Ｂの平滑化後の面データとする等の方法によって徐変領域の面データを作成することができる。
また、本実施例では、オフセット面領域Ａ内から１つの基準節点を選択し、徐変領域Ｂの境界線上の節点から複数の第２節点を選択したが、本発明はこのような実施例に限られない。本発明を逸脱しない範囲で、基準節点及び第２節点を選択することができる。例えば、オフセット面側に複数の基準点を設定し、その基準点に対し非オフセット面側に同数の節点を設定するようにしてもよい。また、オフセット面領域の中央に基準節点を設定し、その基準節点に対して等角度に断面が設定されるように第１節点を設定することができる。
また、本実施例では、同一節点に対して算出された複数の座標データを平均化することにより、節点の座標データを修正したが本発明はこのような実施形態に限られない。例えば、節点を共有する各微小三角平面の傾きから節点の座標データを修正する等の他の様々な修正方法によって、対応する節点の各座標データを修正することができる。
また、本実施例では、オフセット面領域Ａ及び徐変区間Ｂを多数の微小三角平面に分割したが、他の形状の面に分割しても良い。
また、本実施例では、徐変領域Ｂがオフセット面領域Ａの全てを含むように徐変領域Ｂと設定したが、他の様々な設定方法によって徐変領域Ｂを設定することができる。例えば、オフセット面領域Ａと非オフセット面領域の境界線近傍にのみ徐変領域Ｂを設定することができる。
【００４４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施例の三次元形状データ作成装置１０のブロック図
【図２】本実施例の三次元形状データ作成装置１０の処理を示すフローチャート
【図３】三次元形状データ作成装置１０によって表示される三次元物体の模式図
【図４】三次元形状データ作成装置１０によって表示される三次元物体の模式図
【図５】三次元形状データ作成装置１０によって表示される三次元物体の模式図
【図６】三次元形状データ作成装置１０によって表示される三次元物体の模式図
【図７】三次元形状データ作成装置１０によって表示される三次元物体の模式図
【図８】三次元形状データ作成装置１０によって表示される三次元物体の模式図
【図９】三次元形状データ作成装置１０によって表示される三次元物体の模式図
【図１０】三次元形状データ作成装置１０によって表示される面データの拡大図
【図１１】三次元形状データ作成装置１０によって表示される面データの拡大図
【図１２】三次元形状データ作成装置１０によって表示される面データの拡大図
【図１３】三次元形状データ作成装置１０によって表示される面データの断面図
【図１４】三次元形状データ作成装置１０によって表示される面データの断面図
【図１５】三次元形状データ作成装置１０によって表示される面データの断面図
【図１６】三次元形状データ作成装置１０によって表示される面データの断面図
【図１７】成形品９０の斜視図
【図１８】板厚変更の説明図
【符号の説明】
【００４６】
１０：三次元形状データ作成装置
１２：ディスプレイ
１４：キーボード
１６：マウス
１８：メモリ
２０：ＣＡＤデータ入力装置
３０：コンピュータ
４０：オフセット面領域選択手段
４２：オフセット量指定手段
４４：第１分割手段
４６：第１座標データ算出手段
４８：第１面データ作成手段
５０：第２分割手段
５２：第２座標データ算出手段
５４：第２面データ作成手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元物体の表面の一部を該三次元物体の厚み方向にオフセットして得られる三次元物体の三次元形状データを、オフセット前の三次元物体の三次元形状データから作成する装置であって、
オフセット前の三次元形状データを入力する手段と、
オフセット対象となる三次元物体のオフセットする面領域を選択するオフセット面領域選択手段と、
オフセット量を指定するオフセット量指定手段と、
選択されたオフセット面領域を複数の面要素に分割する第１分割手段と、
分割された面要素のそれぞれに対して、その面要素をその面要素の法線方向に指定されたオフセット量だけオフセットしたときの各節点の座標データを、オフセット前三次元形状データと指定されたオフセット量から算出する第１座標データ算出手段と、
第１座標データ算出手段で算出された座標データ群に対して、隣接する面要素の対応する節点の各座標データが一致するように修正してオフセット面領域のオフセット後の面データを作成する第１面データ作成手段と、
オフセット面領域と非オフセット面領域の境界線近傍に設定された徐変領域を複数の面要素に分割する第２分割手段と、
分割された徐変領域の面要素のそれぞれに対して、その面要素の各節点の座標データをオフセット後の面データとオフセット前の三次元形状データから算出する第２座標データ算出手段と、
第２座標データ算出手段で算出された各節点の座標データから、徐変領域を平滑化した面データを作成する第２面データ作成手段と、
を有していることを特徴とする三次元形状データ作成装置。
【請求項２】
第１座標データ算出手段は、オフセット前の三次元形状データから各面要素の各節点の座標データと各面要素の法線方向データを算出し、その算出した座標データと法線方向データとオフセット量を用いてオフセット後の各面要素の各節点の座標データを算出することを特徴とする請求項１に記載の三次元形状データ作成装置。
【請求項３】
第２座標データ算出手段は、オフセット後の面データを用いて徐変領域内のオフセット面領域内の節点の座標データを算出し、オフセット前の三次元形状データを用いて徐変領域内の非オフセット面領域内の節点の座標データを算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元形状データ作成装置。
【請求項１】
三次元物体の表面の一部を該三次元物体の厚み方向にオフセットして得られる三次元物体の三次元形状データを、オフセット前の三次元物体の三次元形状データから作成する装置であって、
オフセット前の三次元形状データを入力する手段と、
オフセット対象となる三次元物体のオフセットする面領域を選択するオフセット面領域選択手段と、
オフセット量を指定するオフセット量指定手段と、
選択されたオフセット面領域を複数の面要素に分割する第１分割手段と、
分割された面要素のそれぞれに対して、その面要素をその面要素の法線方向に指定されたオフセット量だけオフセットしたときの各節点の座標データを、オフセット前三次元形状データと指定されたオフセット量から算出する第１座標データ算出手段と、
第１座標データ算出手段で算出された座標データ群に対して、隣接する面要素の対応する節点の各座標データが一致するように修正してオフセット面領域のオフセット後の面データを作成する第１面データ作成手段と、
オフセット面領域と非オフセット面領域の境界線近傍に設定された徐変領域を複数の面要素に分割する第２分割手段と、
分割された徐変領域の面要素のそれぞれに対して、その面要素の各節点の座標データをオフセット後の面データとオフセット前の三次元形状データから算出する第２座標データ算出手段と、
第２座標データ算出手段で算出された各節点の座標データから、徐変領域を平滑化した面データを作成する第２面データ作成手段と、
を有していることを特徴とする三次元形状データ作成装置。
【請求項２】
第１座標データ算出手段は、オフセット前の三次元形状データから各面要素の各節点の座標データと各面要素の法線方向データを算出し、その算出した座標データと法線方向データとオフセット量を用いてオフセット後の各面要素の各節点の座標データを算出することを特徴とする請求項１に記載の三次元形状データ作成装置。
【請求項３】
第２座標データ算出手段は、オフセット後の面データを用いて徐変領域内のオフセット面領域内の節点の座標データを算出し、オフセット前の三次元形状データを用いて徐変領域内の非オフセット面領域内の節点の座標データを算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元形状データ作成装置。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００７−２３３９７２（Ｐ２００７−２３３９７２Ａ）
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５８３７２（Ｐ２００６−５８３７２）
【出願日】平成１８年３月３日（２００６．３．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３０００８７３９６）株式会社ビーピーエイ (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３日（２００６．３．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３０００８７３９６）株式会社ビーピーエイ (10)
【Ｆターム（参考）】
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