三维模型制作装置的制作方法

本发明涉及三维模型制作装置，尤其涉及从图像制作干涉检查数据的三维模型制作装置。

背景技术：

存在检测机床的构造物、工具、被加工物的干涉的技术。检测干涉的现有技术的三维干涉检查功能一般是如下方法：组合立方体、圆柱等立体模型来表现干涉的检查对象物的三维形状，并进行三维模拟，从而检查立体模型彼此是否干涉。

在使用三维干涉检查功能来检查干涉的情况下，作为三维模拟的数据，需要用cad制作出的三维模型，但当每次在机床中进行加工时，成为加工对象的工件、为了固定工件而使用的夹具不同，从而操作者需要每次制作其三维模型，并且，工件因被工具加工(与工具接触)而形状产生变化，但夹具一般不会改变形状，并且由于夹具是与工具的接触应被判断为干涉的部分，因此工件和夹具需要作为不同的三维模型来制作。

作为辅助三维模型的制作的技术，例如在日本专利第4083554号公报中公开如下方法：利用两个照相机从x轴、y轴、z轴方向分别拍摄构成机床的构造体，并生成图像数据，基于各图像数据来生成构造体的三维形状数据。并且，在日本专利第4456455号公报中公开如下技术：在车床中，从卡盘、工件各自的不装配时的图像和装配时的图像检测各形状，并运算干涉区域。另外，在日本专利第6043234号公报中公开如下技术：基于工件的三维模型和在三维计测中一体地计测出工件以及夹具的形状的数据，来生成夹具的个别模型。

然而，在日本专利第4083554号公报所公开的现有技术中，将工件和夹具制作成一体的三维模型，从这样的三维模型无法区别工件和夹具，从而在干涉检查中无法区别地检查工件和夹具。并且，在日本专利第4456455号公报所公开的现有技术中，在制作三维模型时，需要分开拍摄工件和卡盘(夹具)各自的不装配时的图像和装配时的图像，从而不能说能够充分地减少三维模型的制作的劳力和时间。另外，在日本专利第6043234号公报所公开的现有技术中，利用工件的三维模型来从工件和夹具一体的三维模型切出夹具的三维模型，但工件的三维模型需要由操作者另外用cad来制作，虽然操作者不增加夹具的三维模型的制作的劳力和时间，但必须进行工件的三维模型的制作。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供能够通过一次拍摄或计测来制作工件以及夹具的三维模型的三维模型制作装置。

本发明的三维模型制作装置具备通过一起拍摄或计测工件以及装配有该工件的夹具而得到的图像、和操作者的简单操作来分别制作工件的三维模型和夹具的三维模型的功能，由此解决上述课题。

本发明的一个实施方式的三维模型制作装置例如如图6所示地根据所拍摄或计测到的图像来构建三维模型，并根据构建成的三维模型的棱线的连接关系来将三维模型分割成多个三维模型的部分，对分别分割出的三维模型的部分进行操作者的标注标签处理，并且根据标注标签后的模型来制作夹具、工件个别的三维模型。

而且，本发明的一个方式是一种三维模型制作装置，由基于通过一起拍摄或计测至少两个以上的物体而得到的数据制作的一体模型，制作表示上述物体个别的形状的个别模型，上述三维模型制作装置具备：三维模型分割处理部，其制作利用将形成上述一体模型的各面延长后的延长面来分割该一体模型而成的多个分割模型；用户界面部，其受理对各个上述分割模型的标注标签；以及个别模型制作部，其基于对分割模型的标注标签来制作上述物体的个别模型。

根据本发明，操作者能够根据一起拍摄或计测工件以及装配有该工件的夹具而得到的图像，来制作夹具和工件各自的个别三维模型，从而能够大幅度减少制作三维模型的劳力和时间。

以下参照附图进行的实施例的说明，本发明的上述及其它目的以及特征会变得清楚。这些附图如下。

附图说明

图1是示出一个实施方式的三维模型制作装置的主要部分的简要硬件结构图。

图2是一个实施方式的三维模型制作装置的简要的功能框图。

图3是说明基于立体视觉的三维模型的制作方法的图。

图4是示出一体模型的分割方法的例子的图。

图5是示出凹棱线和凸棱线的辨别方法的例子的图。

图6是说明本发明的三维模型制作方法的图。

具体实施方式

以下示出用于实现本发明的三维模型制作装置的结构例。

图1是示出一个实施方式的三维模型制作装置的主要部分的简要的硬件结构图。本实施方式的三维模型制作装置1例如能够作为数值控制装置来安装。并且，本实施方式的三维模型制作装置1例如也能够作为并列设置于机床的个人计算机等来安装。另外，本实施方式的三维模型制作装置1例如也能够作为并列设置于机床的干涉检查装置等来安装。图1示出作为个人计算机而安装的三维模型制作装置1的硬件结构的例子。

三维模型制作装置1以处理器10为中心而构成。三维模型制作装置1所具备的各构成要素经由总线17连接，经由该总线17相互交换数据。处理器10根据保存于rom11的系统、程序来控制三维模型制作装置1整体。该rom11使用eprom、eeprom等。

ram12使用dram等，保存临时计算数据、显示数据、输入输出信号等。非易失性存储器13使用由未图示的电池供电的cmos、sram等，在电源切断后也存储应保持的参数等。

机械操作盘18配置于三维模型制作装置1的前表面等，接受三维模型制作装置1的动作所需要的数据以及图形的显示、操作者的手动操作输入、数据输入等，并用于三维模型制作装置1的动作。图形控制电路19将数值数据以及图形数据等的数字信号变换成显示用的光栅信号，并发送至显示装置20，显示装置20显示上述数值以及图形。显示装置20主要使用液晶显示装置。

输入装置21由按键开关或旋钮开关、具备数值键、符号键、文字键以及功能键的键盘、鼠标等指示设备构成。

触摸面板22具备检测操作者的触摸、拖动等操作的功能。触摸面板22重叠地配置在显示装置20的画面上，能够由触摸面板22检测操作者对显示在显示装置20的画面上的软件按键或软件按钮、软件开关进行的操作。此外，也可以将触摸面板22和显示装置20合在一起而作为一个装置来构成。

通信部23经由有线/无线网络在与数值控制装置、干涉检查装置、单体计算机、主计算机等之间进行数据通信。由三维模型制作装置1所制作成的三维模型数据例如经由通信部23向数值控制装置发送。

接口14是将由传感器100拍摄或计测而得到的数据获取到三维模型制作装置1的接口。传感器100使用能够获取用于制作三维模型的数据的构件即可，可以使用任何结构的传感器。作为传感器100，例如能够利用照相机、距离传感器等，更优选为，可使用如三维距离图像照相机、立体视觉等那样能够获取拍摄对象的图像、和离针对该图像的各像素的拍摄位置的距离的构件。

图2是示出在图1所示的三维模型制作装置1上执行了用于实现本发明的三维模型制作功能的系统、程序的情况下的本发明的一个实施方式的三维模型制作装置的主要部分的简要的功能框图。通过图1所示的三维模型制作装置1所具备的处理器10执行用于三维模型制作功能的系统、程序，并控制三维模型制作装置1的各部的动作来实现图2所示各功能模块。本实施方式的三维模型制作装置1具备数据获取部110、三维模型制作部120、三维模型分割处理部130、用户界面部140、以及个别模型制作部150，并且，在非易失性存储器13上，确保了用于保存一起拍摄或计测工件以及装配有该工件的夹具而得到的图像的数据保存部200、以及用于保存三维模型的三维模型保存部210。

数据获取部110是获取由传感器100拍摄或计测而得到的数据、并保存于数据保存部200的功能机构。数据获取部110例如也可以将由传感器100从多个方向拍摄或计测工件以及装配有该工件的夹具而获取到的多个数据组保存于数据保存部200。

三维模型制作部120是根据保存于数据保存部200的一起拍摄或计测工件以及装配有该工件的夹具而得到的数据来制作三维模型的功能机构。三维模型制作部120将根据保存于数据保存部200的数据而制作成的三维模型作为工件以及夹具的一体模型而保存于三维模型保存部210。

一般地，作为根据作为数据的图像来制作三维模型的方法，例如公知有视锥交叉法、立体匹配法等各种方法。作为利用三维模型制作部120来制作三维模型的方法，只要是能够基于由某机构获取到的工件以及装配有该工件的夹具的拍摄或计测的结果来制作三维模型的方法即可，可以使用任何方法。

作为三维模型制作部120的三维模型制作的一个例子，简单地对使用了三维距离图像的方法进行说明。在该方法中，首先，通过数据获取部110，利用作为传感器100的三维距离图像照相机、立体视觉等一起从多个方向拍摄工件以及装配有该工件的夹具，得到多个距离图像，并保存于数据保存部200。当使用三维距离图像照相机来拍摄距离图像时，三维距离图像照相机也可以预先设置于预定位置，例如也可以在机床的主轴、并列设置于机床的机器人安装三维距离图像照相机，通过轴移动来使三维距离图像照相机移动至预定位置并进行拍摄。并且，如图3所示，在使用立体视觉来获取对象物的图像的情况下，按照以下的顺序来得到距离图像。

[顺序a1]在图像内检测特征点

[顺序a2]使特征点在各图像间(图3中，右眼图像(xr，yr)与左眼图像(xl，yl))对应

[顺序a3]基于检测到的对应点并使用以下的式1来计算三维位置

【式1】

x＝(b/(xl－xr))×xl

y＝(b/(xl－xr))×yl

z＝(b/(xl－xr))×f

(其中，f是焦距，b是基线长)

对于像这样得到的多个距离图像，三维模型制作部120通过平行移动和旋转来使所拍摄到的图像在同一坐标系中对位。而且，使用在同一坐标系中对位的多个距离图像，三维模型制作部120求解体素上的带符号的距离，并使用水泡动画模拟(marchingcubes)算法来制作网格。

另外，三维模型制作部120对于像这样制作出的网格，按照以下的顺序制作简化了的三维模型。

[顺序b1]计算三维模型的各网格的面的单位法线矢量

[顺序b2]对上述单位法线矢量和邻接的面的单位法线矢量计算外积

[顺序b3]若上述计算出的外积的大小为预先决定的阈值以下，则视为同一平面，并合成面

三维模型分割处理部130是基于保存于三维模型保存部210的工件以及夹具的一体模型来对分割出该一体模型的各部分的分割模型进行制作的功能机构。如图4所示，三维模型分割处理部130利用将形成一体模型的各面延长后的延长面来分割一体模型。三维模型分割处理部130将分割保存于三维模型保存部210的一体模型而得到的分割模型保存于三维模型保存部210。

作为三维模型分割处理部130所进行的一体模型的分割算法，考虑各种算法，但作为一个例子，也可以辨别一体模型的各部的棱线(面与面相接的分界线)是凹棱线还是凸棱线，将与凹棱线连接的面在副法线的方向(副法线矢量的正负方向)上扩张至与其它棱线交叉的位置，并在交叉的点处分割模型。在采取该方法的情况下，三维模型分割处理部130例如按照以下的顺序，辨别一体模型的各部的棱线(面与面相接的分界线)是凹棱线还是凸棱线(图5)。[顺序c1]求解与成为辨别对象的棱线(矢量)相接的面1和面2(相对于棱线矢量从物体的表侧观察时将右侧的面设为面2)各自的(朝向物体的表侧的)法线矢量[顺序c2]相对于面2的法线矢量和棱线矢量来求解副法线矢量[顺序c3]求解面1的法线矢量与求解出的副法线矢量的内积，在内积为负的情况下判断为凸棱线，并在内积为正的情况下判断为凹棱线。

上述的三维模型分割算法在“尹泰圣，其他2名，“基于重叠特征识别的焊接部件的形状分割辅助”，精密工程杂志，精密工程会，第62卷，第12号，p.1707-1711”等中已被公知，从而在本说明书中省略进一步详细的说明。

用户界面部140是在显示装置20显示保存于三维模型保存部210的分割模型来提示操作者，并且对显示于显示装置20的分割模型要求使用了输入装置21、触摸面板22等的操作者的标注标签的功能机构。用户界面部140也可以相对于分割模型接受表示是工件还是夹具的标注标签。用户界面部140也可以接受操作者的多个分割模型的选择，并且能够同时对选择出的多个分割模型标注标签。

个别模型制作部150是基于从操作者对各个分割模型赋予的标签来制作将赋予了同一标签的分割模型作为一个模型的个别模型的功能机构。个别模型制作部150也可以根据对工件标注标签后的分割模型来制作工件的个别模型，并且根据对夹具标注标签后的分割模型来制作夹具的个别模型。在标注有同一标签的分割模型没有联系的情况下，个别模型制作部150也可以制作与同一标签对应的多个别模型。

个别模型制作部150将从保存于三维模型保存部210的分割模型得到的个别模型保存于三维模型保存部210。

这样，由本实施方式的三维模型制作装置1制作并保存于三维模型保存部210的工件、夹具等的个别模型利用于数值控制装置、干涉检查装置等所具备的加工模拟功能、干涉检查功能。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并非仅限定于上述的实施方式的例子，通过施加适当的变更，能够以各种方式来实施。

例如，在上述实施方式中，示出根据一起捕捉到工件和装配有该工件的夹具的一体模型来制作工件和夹具的个别模型的例子，但例如也能够用于根据一起捕捉到工具和主轴的一体模型来制作工具和主轴的个别模型等其它目的。