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表面加工データの作成方法および装置

国内特許コード P110004722
整理番号 S2009-0492-N0
掲載日 2011年8月16日
出願番号 特願2009-207996
公開番号 特開2010-238215
登録番号 特許第5561975号
出願日 平成21年9月9日(2009.9.9)
公開日 平成22年10月21日(2010.10.21)
登録日 平成26年6月20日(2014.6.20)
優先権データ
  • 特願2009-055429 (2009.3.9) JP
発明者
  • 菊田 守
  • 三浦 憲二郎
  • 宇津山 大二郎
  • ▲高▼橋 賢治
出願人
  • カルソニックカンセイ株式会社
  • 国立大学法人静岡大学
発明の名称 表面加工データの作成方法および装置
発明の概要
【課題】過大なデータ処理を要しないで製品表面に歪みの少ない、見栄えの良い絞が形成される表面加工データを作成する。
【解決手段】絞付与対象の表面形状データがデータ入力部11に入力される。平面ポリゴン化部14で表面形状データの境界線をx-y平面に射影した上、ポリライン化してこれを外縁とする2次元ポリゴンメッシュを作る。ポリゴン立体化部15でポリゴンメッシュ頂点からz方向に延びる直線と元の表面形状データとの交点を結び3次元ポリゴンメッシュを得、さらにそのメッシュを均一化する。テクスチャ変形部16で作成変形したテクスチャモデルを介して、絞生成部17は3次元ポリゴンメッシュの頂点に対応するテクスチャデータから変位量を求め、法線方向に変位させた各頂点を結んだポリゴンデータを表面加工データとする。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



家電製品、文具、または自動車用内装品などの表面には、見栄えや触感の向上、防眩、滑り止めなど様々な目的で絞が施されている。絞の模様には皮革、木目、岩目、砂目、なし地、幾何学模様などさまざまな微細形状の模様が採用されている。これらの絞を樹脂製品の表面に形成するために、従来はエッチング工法や電気鋳造法などにより成形金型に絞模様が付与されている。





上記エッチング工法は、腐食により形状を生成するため、大型の製品の成形金型にも適用できかつ安価であるが、細かな形状表現が難しく、また繰り返し同一形状を作成することも難しい。

また、絞は製品曲面の法線方向に形成する場合、射出成形金型では、型開き方向にそった面で製品取り出し方向と製品曲面が交差する所謂アンダーが生じると成形品の取り出し時に型の絞の凸凹と成形品に転写された絞の凸凹が引っ掛かることになり、成形品を強引に金型から取り出せば成形品の絞が損傷を受ける。これを避けるために型開き方向にそった抜き勾配(製品曲面の法線方向と製品取り出し方向とのなす角の90°の補角)が0°に近い領域になるほど抜き勾配の変化に応じて絞の深さを浅くしてアンダーの発生を回避する必要があるが、エッチング工法では連続的に絞の深さを変化させることができず、段階的に浅くするとそのつなぎ目が露わになって見栄えを損なうことになる。





一方、電気鋳造法は、製品形状に製作されたモデル表面に絞をエンボス加工した薄い樹脂シートを手作業で貼り合せ、これをマスターモデルとして樹脂反転や電気鋳造工程を経て成形型とする。しかし、立体形状のモデルに樹脂シートを貼る際に伸びや歪みが生じ、あるいはつなぎ目の模様に不整合が生じるのでこれらを目立たないように修正するのに作業者の熟練を要する。さらに、多くの工程を要する結果工期が長くコスト高となるので、専用の設備を持つ専業メーカでしか採用できない。そして、絞の形状、サイズはマスターモデル作成時に貼り合わせる樹脂シートの絞で決定され、あとで任意の部位に追加の模様を付したり、絞模様の拡大、縮小も困難である。

そして両工法とも、薬液処理等が必要であるというデメリットをもつ。





また、より簡便にかつ品質の高い絞形成を可能とするために、例えば特開平7-241909号公報や特開2004-358662号公報で公知なように、皮革モデルなどの表面形状を読み取った表面測定値から表面形状の深さを256階調の濃度で表わした画像データに変換することにより、絞模様の形状データをデジタル化して、これに基づいてコンピュータにより加工データを生成し、この加工データを用いて、例えば、エンボスロールやエンボス板などの平面的なものに絞を付与するものや、切削加工やレーザ加工により絞を金型などの立体的なものに付与するものが近時提案されている。





この絞形状データから加工データを生成するに当って、金型などの3次元形状の立体物表面に投影した加工データとするだけでは、立体物の傾斜面において個々の絞が延びて歪んでしまうので、絞は曲面の製品表面に対してその法線方向に形成される必要がある。

このため、絞を製品表面の法線方向に形成するものとして、例えば画像データにおける絞の深さに対応する濃度に応じて、製品曲面上にボクセルを積み上げて絞を生成するボクセルデータ変換を用いたモデリングソフトなどが提供されている。





このボクセル方式では、製品形状データを小さな球や立方体で構成するボクセルデータに変換し、それぞれのボクセルデータに対応する絞の画像データの画素を決定する。そして、当該画素の濃度を変位量に換算してボクセルデータ上に変位量に相当するボクセルを積み上げる。これをポリゴンデータに変換して最終データとする。

産業上の利用分野



本発明は、樹脂製品の表面に絞(しぼ)模様を形成するための表面加工データの作成方法および装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
絞付与対象の製品形状データと絞のテクスチャデータを入力して絞が付与された表面加工データを生成する装置における表面加工データの作成方法であって、
パラメトリック曲面で定義される前記製品形状データをポリゴンメッシュへ置換するステップと、
前記ポリゴンメッシュの各頂点をその頂点を共有する各ポリゴンメッシュから算出される所定の方向に変位させるステップと、
変位させた各頂点に基づいて新たなポリゴンメッシュデータを作成するステップとを有し、
前記ポリゴンメッシュの頂点の変位量は、前記テクスチャデータに基づく基本変位量に金型の抜き勾配に応じた変位量縮小率を乗じた最終変位量として、
前記新たなポリゴンメッシュデータを絞が付与された表面加工データとすることを特徴とする表面加工データの作成方法。

【請求項2】
前記製品形状データをポリゴンメッシュへ置換するステップは、
製品形状データのパラメトリック曲面のパラメータ空間において、所定の分割線でグリッド点を生成するとともに、境界線上に所定の間隔で点列を生成し、
境界線内側のグリッド点および境界線上の点列を用いて、各頂点をパラメトリック曲面上に有する3次元の3角形ポリゴンを形成することを特徴とする請求項1に記載の表面加工データの作成方法。

【請求項3】
前記テクスチャデータが、2次元の位置座標に対する絞の深さを濃度階調に割り当てた画像データであり、
前記ポリゴンメッシュの頂点の基本変位量は、前記画像データの濃度階調に所定の変換レートを乗じて求めることを特徴とする請求項1または2に記載の表面加工データの作成方法。

【請求項4】
前記ポリゴンメッシュの各頂点を変位させるステップは、
前記テクスチャデータから、所定の格子間隔をもつテクスチャモデルを作成して、該テクスチャモデルを製品形状データを構成する曲面の傾斜に対応させて変形し、
前記濃度階調は、ポリゴンメッシュの各頂点に対応する前記変形したテクスチャモデルの位置座標に基づいて得ることを特徴とする請求項3に記載の表面加工データの作成方法。

【請求項5】
絞付与対象の製品形状データと絞のテクスチャデータを入力して絞が付与された表面加工データを生成する装置における表面加工データの作成方法であって、
パラメトリック曲面で定義される前記製品形状データを複数のパッチに分割するステップと、
各パッチについて、それぞれ頂点の間隔を所定範囲内に均一化したポリゴンメッシュへ置換するステップと、
該ポリゴンメッシュの各頂点に対応させた座標の前記テクスチャデータに基づいて当該各頂点を所定の方向に変位させるステップと、
変位後の頂点を結んで絞形状を含む製品形状のポリゴンデータを得るステップとを有し、
前記テクスチャデータが、2次元の位置座標に対する絞の深さを濃度階調に割り当てた画像データであり、
前記ポリゴンメッシュの頂点の変位量は、前記画像データの濃度階調に所定の変換レートを乗じて求めるとともに、さらに金型の抜き勾配に応じた変位量縮小率を乗じて最終変位量とするものであり、
前記パッチをポリゴンメッシュへ置換するステップは、
パッチの境界線を2次元平面に射影して、当該2次元平面上でポリライン化し、
ポリライン化した境界線を覆う2次元の格子メッシュを該境界線でトリミングし、
トリミングした格子メッシュから2次元のポリゴンメッシュを作成し、
該2次元のポリゴンメッシュの各頂点から前記2次元平面に垂直な方向に延びる直線と元のパッチとの各交点を結んで当該ポリゴンメッシュを3次元化し、
該3次元のポリゴンメッシュをその頂点が等間隔になる方向に収斂させて均一化することを特徴とする表面加工データの作成方法。

【請求項6】
前記ポリゴンメッシュの各頂点を変位させるステップは、
前記テクスチャデータから、所定の格子間隔をもつテクスチャモデルを作成し、該テクスチャモデルを製品形状データを構成する曲面の傾斜に対応させて変形し、
ポリゴンメッシュの各頂点に対応する前記変形したテクスチャモデルの位置座標のデータに基づいて当該各頂点を変位させることを特徴とする請求項5に記載の表面加工データの作成方法。

【請求項7】
前記パッチをポリゴンメッシュへ置換するステップにおける境界線の2次元平面上でのポリライン化は、
ポリラインのすべての線分の長さが前記格子メッシュの正方形格子の対角線の長さよりも大きい最大の分割数となるように、前記射影した境界線を直線で分割するものであることを特徴とする請求項5または6に記載の表面加工データの作成方法。

【請求項8】
前記格子メッシュはすべてのパッチについて共通であることを特徴とする請求項5から7のいずれか1に記載の表面加工データの作成方法。

【請求項9】
絞付与対象の製品形状データと絞のテクスチャデータを入力して絞が付与された表面加工データを生成する装置における表面加工データの作成方法であって、
パラメトリック曲面で定義される前記製品形状データを複数のパッチに分割するステップと、
各パッチについて、それぞれ頂点の間隔を所定範囲内に均一化したポリゴンメッシュへ置換するステップと、
該ポリゴンメッシュの各頂点に対応させた座標の前記テクスチャデータに基づいて当該各頂点を所定の方向に変位させるステップと、
変位後の頂点を結んで絞形状を含む製品形状のポリゴンデータを得るステップとを有し、
前記ポリゴンメッシュの頂点の変位量は、前記テクスチャデータに基づく基本変位量に金型の抜き勾配に応じた変位量縮小率を乗じて最終変位量とすることを特徴とする表面加工データの作成方法。

【請求項10】
絞付与対象の製品形状データと絞のテクスチャデータを入力して絞が付与された表面加工データを生成する装置における表面加工データの作成方法であって、
パラメトリック曲面で定義される前記製品形状データを複数のパッチに分割するステップと、
各パッチの前記パラメトリック曲面のパラメータ空間において、所定の分割線でグリッド点を生成するとともに、パッチの境界線上に所定範囲内に均一化した間隔で点列を生成するステップと、
前記境界線内側のグリッド点および境界線上の点列を用いて、各頂点を前記パラメトリック曲面上に有する3次元のポリゴンメッシュを形成するステップと、
すべてのパッチの前記ポリゴンメッシュを1枚のポリゴンメッシュに統合するステップと、
該統合したポリゴンメッシュの各頂点に対応させた座標の前記テクスチャデータに基づいて当該各頂点を所定の方向に変位させるステップと、
変位後の頂点を結んで絞形状を含む製品形状のポリゴンデータを得るステップとを有し、
前記ポリゴンメッシュの頂点の変位量は、前記テクスチャデータに基づく基本変位量に金型の抜き勾配に応じた変位量縮小率を乗じて最終変位量とすることを特徴とする表面加工データの作成方法。

【請求項11】
前記グリッド点を生成する分割線は、所定範囲内に均一化した間隔であり、
前記3次元のポリゴンメッシュを形成するステップは、
前記境界線内側のグリッド点を連結して格子メッシュを形成し、
該格子メッシュを三角形ポリゴン化するとともに、格子メッシュの外周におけるグリッド
点と前記境界線上の点列を連結して三角形ポリゴン化することを特徴とする請求項10に
記載の表面加工データの作成方法。

【請求項12】
絞付与対象の製品形状データと絞のテクスチャデータを入力して絞が付与された表面加工データを生成する装置における表面加工データの作成方法であって、
パラメトリック曲面で定義される前記製品形状データを複数のパッチに分割するステップと、
各パッチの前記パラメトリック曲面のパラメータ空間において、所定の分割線でグリッド点を生成するとともに、パッチの境界線上に所定の間隔で点列を生成するステップと、
前記境界線内側のグリッド点および境界線上の点列を用いて、各頂点を前記パラメトリック曲面上に有する3次元のポリゴンメッシュを形成するステップと、
すべてのパッチの前記ポリゴンメッシュを1枚のポリゴンメッシュに統合するステップと、
該統合したポリゴンメッシュの各頂点に対応させた座標の前記テクスチャデータに基づいて当該各頂点を所定の方向に変位させるステップと、
変位後の頂点を結んで絞形状を含む製品形状のポリゴンデータを得るステップとを有し、
前記ポリゴンメッシュの頂点の変位量は、前記テクスチャデータに基づく基本変位量に金型の抜き勾配に応じた変位量縮小率を乗じて最終変位量とすることを特徴とする表面加工データの作成方法。

【請求項13】
前記グリッド点および点列を生成するステップにおける前記分割線および点列は、それぞれ所定範囲内に均一化した間隔であり、
前記3次元のポリゴンメッシュを形成するステップは、
前記境界線内側のグリッド点を連結して格子メッシュを形成し、
該格子メッシュを三角形ポリゴン化するとともに、格子メッシュの外周におけるグリッド
点と前記境界線上の点列を連結して三角形ポリゴン化することを特徴とする請求項12に記載の表面加工データの作成方法。

【請求項14】
前記格子メッシュの外周におけるグリッド点と境界線上の点列を連結して形成する三角
形ポリゴンは、
選択した1つのグリッド点とこれに最も近い境界線上の点を結ぶ連結直線をそれぞれ1
辺として、格子メッシュの外周にある隣接のグリッド点とからなる三角形と、境界線上の
隣接の点とからなる三角形のうち正三角形に近い方を採用して形成することを特徴とする
請求項11または13に記載の表面加工データの作成方法。

【請求項15】
前記境界線上の点列は、隣接するパッチ間で同位置として共有されることを特徴とする
請求項10から14のいずれか1に記載の表面加工データの作成方法。

【請求項16】
前記所定の方向は、法線方向であることを特徴とする請求項1から15のいずれか1に
記載の表面加工データの作成方法。

【請求項17】
絞付与対象の製品形状データを複数に分割したパッチと、絞のテクスチャデータとを入力して、絞付きの表面加工データを生成する表面加工データ作成装置であって、
前記パッチの境界線を2次元平面に射影してポリライン化するポリライン化手段と、
該ポリライン化した境界線を外縁とするポリゴンメッシュを作成する2次元ポリゴンメッシュ作成手段と、
2次元のポリゴンメッシュを3次元化するポリゴンメッシュ3次元化手段と、
3次元のポリゴンメッシュの各頂点に対応させた座標の前記テクスチャデータに基づいて当該各頂点を所定の方向に変位させる頂点変位手段と、
該頂点変位手段による変位後の頂点を結んで、絞形状を含む絞付与ポリゴンメッシュを作成する絞付与ポリゴンメッシュ作成手段とを有し、
前記頂点変位手段は、各頂点の前記テクスチャデータに基づく変位量をさらに金型の抜き勾配に応じた変位量縮小率で補正するものであって、
前記絞付与ポリゴンメッシュのデータを表面加工データとして出力することを特徴とする表面加工データ作成装置。

【請求項18】
前記ポリライン化手段は、ポリラインのすべての線分の長さが所定の格子メッシュの正方形格子の対角線の長さよりも大きい最大の分割数となるように、前記射影した境界線を直線で分割するものであり、
前記所定の格子メッシュがすべてのパッチについて共通であることを特徴とする請求項17に記載の表面加工データ作成装置。

【請求項19】
前記2次元ポリゴンメッシュ作成手段は、前記ポリライン化した境界線を覆って前記所定の格子メッシュを重ねたうえ、該境界線でトリミングし、ポリゴン化するものであり、
前記ポリゴンメッシュ3次元化手段は、2次元のポリゴンメッシュの各頂点から前記2次元平面に垂直な方向に延びる直線と元のパッチとの各交点を結んで3次元のポリゴンメッシュとし、さらにそのポリゴンを均一化するものであることを特徴とする請求項18に記載の表面加工データ作成装置。

【請求項20】
前記テクスチャデータが、2次元の位置座標に対する絞の深さを濃度階調に割り当てた画像データであり、
前記頂点変位手段は、
前記テクスチャデータから、所定の格子間隔をもつテクスチャモデルを作成するテクスチャモデル作成手段と、
該テクスチャモデルを前記製品形状データを構成する曲面の傾斜に対応させて変形するテクスチャモデル変形手段とを含み、
均一化した前記3次元のポリゴンメッシュの頂点に対応する前記変形したテクスチャモデルの位置座標に基づいて前記テクスチャデータから前記濃度階調を得て、該濃度階調に所定の変換レートを乗じて当該頂点のテクスチャデータに基づく変位量を算出することを特徴とする請求項19に記載の表面加工データ作成装置。

【請求項21】
絞付与対象のパラメトリック曲面で定義される製品形状データを複数に分割したパッチと、絞のテクスチャデータとを入力して、絞付きの表面加工データを生成する表面加工データ作成装置であって、
各パッチの前記パラメトリック曲面のパラメータ空間において、所定範囲内に均一化した間隔で分割する分割線でグリッド点を生成するグリッド点生成手段と、
パッチの境界線上に所定範囲内に均一化した間隔で点列を生成する点列生成手段と、
前記境界線内のグリッド点と境界線上の点列から3次元のポリゴンメッシュを形成するポリゴンメッシュ形成手段と、
すべてのパッチの前記ポリゴンメッシュを1枚のポリゴンメッシュに統合するポリゴンメッシュ統合手段と、
該統合したポリゴンメッシュの各頂点に対応させた座標の前記テクスチャデータに基づいて当該各頂点を所定の方向に変位させる頂点変位手段と、
該頂点変位手段による変位後の頂点を結んで、絞形状を含む絞付与ポリゴンメッシュを作成する絞付与ポリゴンメッシュ作成手段とを有し、
前記頂点変位手段は、各頂点の前記テクスチャデータに基づく変位量をさらに金型の抜き勾配に応じた変位量縮小率で補正するものであって、
前記絞付与ポリゴンメッシュのデータを表面加工データとして出力することを特徴とする表面加工データ作成装置。

【請求項22】
前記テクスチャデータが、2次元の位置座標に対する絞の深さを濃度階調に割り当てた画像データであり、
前記頂点変位手段は、
選択した頂点を前記テクスチャデータの所定位置と対応させ、前記選択した頂点からこれに連結する頂点までの方向と実距離を算出して、前記テクスチャデータにおける前記所定位置から前記方向と実距離にある位置を前記選択した頂点に連結する頂点に対応する座標とし、
前記ポリゴンメッシュの頂点の変位量は、前記画像データの当該頂点に対応する座標の濃度階調に所定の変換レートを乗じて求めることを特徴とする請求項21に記載の表面加工データ作成装置。

【請求項23】
前記変位量縮小率の変化式が複数設定され、操作入力部により選択可能であることを特徴とする請求項22に記載の表面加工データ作成装置。

【請求項24】
前記所定の方向は、法線方向であることを特徴とする請求項17から23のいずれか1に記載の表面加工データ作成装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2009207996thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) 国内優先権:特願2009-055429
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