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JP7439547B2 - 情報処理装置、及び情報処理プログラム - Google Patents

情報処理装置、及び情報処理プログラム Download PDF

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Description

本発明は、情報処理装置、及び情報処理プログラムに関する。
特許文献1には、3次元のオブジェクトの強度に関する特徴を示す条件を少なくとも含む複数の条件を指定可能な画面を提供する提供手段と、前記画面を介して、ユーザが造形しようとするオブジェクトの特徴を示す条件の指定を受け付ける受け付け手段と、前記受け付けた条件の指定に基づき、前記ユーザが造形しようとするオブジェクトの造形に用いる設定を決定する決定手段と、を有し、前記決定手段により決定される前記造形に用いる設定には、造形装置に対して造形のために指定される造形設定が含まれることを特徴とする情報処理装置が開示されている。
特許文献2には、造形対象の断面形状に基づいて材料を積層して前記造形対象を造形する積層造形装置に対し造形のためのデータを提供する情報処理装置であって、前記造形対象の形状に関するデータを用いて、前記造形対象の形状が変化する形状変化座標を検出する形状変化検出手段と、前記形状変化座標を含むように前記造形対象の前記断面形状が作成される高さを決定する断面形状作成位置決定手段と、前記断面形状作成位置決定手段が作成した前記断面形状が作成される高さで前記断面形状を作成する断面形状作成手段と、を有する情報処理装置が開示されている。
特開2017-134547号公報 特開2017-165012号公報
三次元造形装置を用いて三次元造形物の形状(以下、「三次元形状」という。)を造形する場合において、三次元形状に薄肉及び過剰なオーバーハングのような特徴的な形状が含まれる場合、三次元形状の変形等が発生することがある。
そのため、三次元形状を造形する場合、薄肉及び過剰なオーバーハングのような特徴的な形状を予め検出して、三次元形状の変形等の発生を未然に防ぐ技術がある。
しかしながら、三次元形状を造形する場合において、三次元形状の変形等が発生する原因となる特徴的な形状は、薄肉及び過剰なオーバーハングのみではなく、薄肉及び過剰なオーバーハング以外の特徴的な形状については、ユーザが造形前に確認することによって検出が行われていた。そのため、三次元形状の変形等が発生する原因となる特徴的な形状を予め検出するのに、多大な時間を要していた。
本発明は、三次元形状の変形等が発生する原因となる特徴的な形状をユーザが検出する場合と比較して、三次元形状の変形等が発生する原因となる特徴的な形状を検出するための所要時間を低減することができる情報処理装置、及び情報処理プログラムを提供することを目的とする。
第1の態様の情報処理装置は、プロセッサを有し、プロセッサは、三次元造形物の形状を示す三次元形状のデータである三次元形状データを取得し、三次元形状の断面に関する特徴を示す条件である特徴条件を予め設定し、三次元形状データから特徴条件を満たす特徴を検出して、三次元形状データにおける検出した特徴に関する情報を出力する。
第2の態様の情報処理装置は、第1の態様に係る情報処理装置において、特徴条件は、三次元形状の断面における断面積に関する情報である。
第3の態様の情報処理装置は、第2の態様に係る情報処理装置において、プロセッサは、特徴条件を用いて、三次元形状を造形する場合において、三次元形状の収縮差が生じる箇所を検出する。
第4の態様の情報処理装置は、第2の態様又は第3の態様に係る情報処理装置において、特徴条件は、三次元形状の積層方向における高さをさらに含む。
第5の態様の情報処理装置は、第4の態様に係る情報処理装置において、プロセッサは、特徴条件を用いて三次元形状を造形する場合において、三次元形状に収縮による引き込みが生じる箇所を検出する。
第6の態様の情報処理装置は、第4の態様又は第5の態様に係る情報処理装置において、特徴条件は、三次元形状の断面において、三次元形状の横幅方向、奥行き方向、及び断面の中心を含む断面の幅の方向の少なくとも1つに関する情報をさらに含む。
第7の態様の情報処理装置は、第6の態様に係る情報処理装置において、プロセッサは、特徴条件を用いて、三次元形状を造形する場合において、揺れが発生する箇所を検出する。
第8の態様の情報処理装置は、第1の態様から第7の態様の何れか1つの態様に係る情報処理装置において、特徴条件は、三次元形状の積層方向に隣接する断面における形状差をさらに含む。
第9の態様の情報処理装置は、第8の態様に係る情報処理装置において、プロセッサは、特徴条件を用いて、三次元形状を造形する場合において、形状差による支持が必要な箇所を検出する。
第10の態様の情報処理装置は、第1の態様から第9の態様までの何れか1つの態様に係る情報処理装置において、特徴条件は、三次元形状の断面において、三次元形状に囲まれた隙間に関する情報をさらに含む。
第11の態様の情報処理装置は、第10の態様に係る情報処理装置において、プロセッサは、特徴条件を用いて、三次元形状を造形する場合において、造形材が滞留するトラップ、及び三次元形状の内部に造形材が滞留し、かつ内部が空洞となる中空部の少なくとも一方が生じる箇所を検出する。
第12の態様の情報処理装置は、第1の態様から第11の態様までの何れか1つの態様に係る情報処理装置において、特徴条件は、三次元形状の断面において、三次元形状の内部から三次元形状の縁までの距離に関する情報をさらに含む。
第13の態様の情報処理装置は、第12の態様に係る情報処理装置において、プロセッサは、特徴条件を用いて、三次元形状を造形する場合において、薄肉が発生する箇所を検出する。
第14の態様の情報処理装置は、第1の態様から第13の態様までの何れか1つの態様に係る情報処理装置において、特徴条件は、三次元形状の断面において、三次元形状の外部から三次元形状の縁までの距離に関する情報をさらに含む。
第15の態様の情報処理装置は、第14の態様に係る情報処理装置において、プロセッサは、特徴条件を用いて、三次元形状を造形する場合において、薄溝が発生する箇所を検出する。
第16の態様の情報処理装置は、第1の態様から第15の態様までの何れか1つの態様に係る情報処理装置において、三次元形状データは、三次元形状を複数のボクセルを用いて表したデータである。
第17の態様の情報処理装置は、第16の態様に係る情報処理装置において、プロセッサは、検出した特徴を、特徴が検出された箇所に対応するボクセルに関連付けて記録する。
第18の態様の情報処理プログラムは、コンピュータに三次元造形物の形状を示す三次元形状のデータである三次元形状データを取得し、三次元形状の断面に関する特徴を示す条件である特徴条件を予め設定し、三次元形状データから特徴条件を満たす特徴を検出して、三次元形状データにおける検出した特徴に関する情報を出力することを実行させる。
第1の態様の情報処理装置及び第18の態様の情報処理プログラムによれば、三次元形状の変形等が発生する原因となる特徴的な形状をユーザが検出する場合と比較して、三次元形状の変形等が発生する原因となる特徴的な形状を検出するための所要時間を低減することができる。
第2の態様の情報処理装置によれば、断面積を考慮しないで、特徴的な形状を検出する場合と比較して、より精度よく検出することができる。
第3の態様の情報処理装置によれば、検出する特徴を収縮差に限定しない場合と比較して、検出する処理時間をより短縮することができる。
第4の態様の情報処理装置によれば、高さを考慮しないで、特徴的な形状を検出する場合と比較して、より精度よく検出することができる。
第5の態様の情報処理装置によれば、検出する特徴を引き込みに限定しない場合と比較して、検出する処理時間をより短縮することができる。
第6の態様の情報処理装置によれば、三次元形状の横幅方向、奥行き方向、又は断面の幅の方向を考慮しないで、特徴的な形状を検出する場合と比較して、より精度よく検出することができる。
第7の態様の情報処理装置によれば、検出する特徴を揺れに限定しない場合と比較して、検出する処理時間をより短縮することができる。
第8の態様の情報処理装置によれば、積層方向に隣接する断面における形状差を考慮しないで、特徴的な形状を検出する場合と比較して、より精度よく検出することができる。
第9の態様の情報処理装置によれば、検出する特徴を支持が必要な箇所に限定しない場合と比較して、検出する処理時間をより短縮することができる。
第10の態様の情報処理装置によれば、三次元形状に囲まれた隙間を考慮しないで、特徴的な形状を検出する場合と比較して、より精度よく検出することができる。
第11の態様の情報処理装置によれば、ボクセルが存在しない領域を考慮しない場合と比較して、より容易に特徴的な形状を検出することができる。
第12の態様の情報処理装置によれば、三次元形状の内部の任意の位置から三次元形状の縁までの距離を考慮しない場合と比較して、より容易に特徴的な形状を検出することができる。
第13の態様の情報処理装置によれば、検出する特徴を薄肉に限定しない場合と比較して、検出する処理時間をより短縮することができる。
第14の態様の情報処理装置によれば、三次元形状の外部の任意の位置から三次元形状の縁までの距離を考慮しない場合と比較して、より容易に特徴的な形状を検出することができる。
第15の態様の情報処理装置によれば、検出する特徴を薄溝に限定しない場合と比較して、検出する処理時間をより短縮することができる。
第16の態様の情報処理装置によれば、三次元形状データを構成する要素をボクセルに限定しない場合と比較して、より容易に特徴を検出することができる。
第17の態様の情報処理装置によれば、ユーザによって特徴的な形状が検出され、ボクセルに属性が設定される場合と比較して、より容易に特徴的な形状の属性をボクセルに設定することができる。
本実施形態に係る三次元造形システムの一例を示す構成図である。 本実施形態に係る情報処理装置の一例を示す構成図である。 本実施形態に係る情報処理装置の機能構成の一例を示すブロック図である。 本実施形態に係るボクセルデータで表された三次元形状の一例を示す図である。 本実施形態に係る三次元造形装置の一例を示す構成図である。 本実施形態に係る特徴の検出の説明に供する三次元形状の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る収縮差、引き込み及び揺れの検出の説明に供する三次元形状の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る最下点の検出の説明に供する三次元形状の断面の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る過剰オーバーハングの検出の説明に供する三次元形状の断面の一例を示す模式図である。 本実施形態に係るトラップ及び中空部の検出の説明に供する三次元形状の断面の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る薄肉及び薄溝の検出の説明に供する三次元形状の断面の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る検出する特徴を設定する画面の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る特徴を検出するための詳細な特徴条件を設定する画面の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る情報処理の一例を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態例を詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る三次元造形システム1の構成図である。図1に示すように、三次元造形システム1は、情報処理装置10及び三次元造形装置200を備える。
次に、図2を参照して、本実施形態に係る情報処理装置10の構成について説明する。
情報処理装置10は、例えばパーソナルコンピュータ等で構成され、コントローラ11を備える。コントローラ11は、CPU(Central Processing Unit)11A、ROM(Read Only Memory)11B、RAM(Random Access Memory)11C、不揮発性メモリ11D、及び入出力インターフェース(I/O)11Eを備える。そして、CPU11A、ROM11B、RAM11C、不揮発性メモリ11D、及びI/O11Eがバス11Fを介して各々接続されている。なお、CPU11Aは、プロセッサの一例である。
また、I/O11Eには、操作部12、表示部13、通信部14、及び記憶部15が接続されている。
操作部12は、例えばマウス及びキーボードを含んで構成される。
表示部13は、例えば液晶ディスプレイ等で構成される。
通信部14は、三次元造形装置200等の外部装置とデータ通信を行うためのインターフェースである。
記憶部15は、ハードディスク等の不揮発性の記憶装置で構成され、後述する情報処理プログラム、及び三次元形状データ等を記憶する。CPU11Aは、記憶部15に記憶された情報処理プログラムを読み込んで実行する。
次に、CPU11Aの機能構成について説明する。
図3に示すように、CPU11Aは、機能的には、取得部20、設定部21、検出部22、及び出力部23を備える。
取得部20は、三次元形状を複数のボクセルを用いて表した三次元形状データを取得する。また、取得部20は、三次元形状の断面に関する三次元形状の特徴を示す条件(以下、「特徴条件」という。)を取得する。
なお、本実施形態に係る特徴とは、三次元形状を造形する際に生じる造形材の収縮差、造形材が冷却され固まる際に生じる三次元形状の引き込み、三次元形状を造形する際にリコーター及びノズルに煽られて生じる揺れが発生する箇所である。
また、本実施形態に係る特徴条件とは、上述した三次元形状の特徴を検出するための三次元形状の特徴を示す断面に関する情報である。具体的には、三次元形状の断面の断面積、三次元形状の横幅方向及び奥行き方向の長さ、及び断面が位置する積層方向の高さである。ここで、本実施形態では、横幅方向をx軸方向、奥行き方向をy軸方向、積層方向をz軸方向として説明する。
設定部21は、ユーザによって選択された三次元形状の特徴を検出するための特徴条件を設定する。
検出部22は、三次元形状データから特徴条件を満たす特徴を検出する。例えば、検出対象として、ユーザによって収縮差が選択された場合、設定部21は、収縮差を検出するための三次元形状の断面積の条件を設定し、検出部22は、三次元形状データから予め設定された断面積の条件を満たす箇所を検出する。
出力部23は、三次元形状データにおける検出した特徴に関する情報を出力する。例えば、出力部23は、検出された特徴条件を満たす箇所の情報を一覧として表示部13に表示してもよいし、検出部22によって検出された特徴条件を満たす箇所を、三次元形状データ上の該当する箇所の色を変えて、表示部13に表示してもよい。
なお、本実施形態に係る検出する特徴は、収縮差、引き込み、及び揺れが発生する箇所である形態について説明した。しかし、これに限定されない。本実施形態では、造形材が滞留するトラップ及び中空部が発生する箇所を特徴として検出する形態についても説明する。また、本実施形態では、三次元形状を造形する際にサポートが必要となる最下点及び過剰なオーバーハングと、強度が足りず造形した際に変形を引き起こす薄肉及び薄溝と、が発生する箇所を特徴として検出する形態についても説明する。
次に、図4を参照して、三次元形状31と、三次元形状31の断面積及び高さの関係とについて説明する。図4は、本実施形態に係るボクセルデータで表された三次元形状31の一例を示す図である。図4(a)は、ボクセル32によって構成される三次元形状31の一例であり、図4(b)は、三次元形状31の断面積及び高さの関係の一例を示したグラフである。
図4(a)に示すように、三次元形状31は、複数のボクセル32で構成される。
ここで、ボクセル32は、三次元形状31の基本要素であり、例えば直方体が用いられるが、直方体に限らず、球又は円柱等を用いてもよい。ボクセル32を積み上げることで所望の三次元形状が表現される。
三次元形状31を造形する三次元造形法としては、例えば熱可塑性樹脂を溶かし積層させることで三次元形状31を造形する熱溶解積層法(FDM法:Fused Deposition Modeling)、粉末状の金属材料にレーザービームを照射し、焼結することで三次元形状31を造形するレーザー焼結法(SLS法:Selective Laser Sintering)等が適用されるが、他の三次元造形法を用いても良い。本実施形態では、レーザー焼結法を用いて三次元形状31を造形する場合について説明する。
また、三次元形状31の高さ、及び高さにおける断面積(ボクセルの数)の関係は、図4(b)に示すグラフのように表される。図4(b)に示すように、折線33は、三次元形状31の高さ、及び三次元形状31の断面の断面積との関係を示すグラフである。
図4(b)に示すように、高さ毎の断面の断面積を参照することで、三次元形状31の特徴を捉えられる。例えば、断面積の大きさが異なると、三次元形状31を造形する造形材が冷却されることで発生する造形材の収縮の大きさが異なり、三次元形状31の高さにおける断面積が急激に変化する箇所では、三次元形状を造形する際に、造形材の収縮差が生じる。また、断面積が大きい箇所が一定の高さとなる箇所では、下層に位置する箇所ほど造形材の収縮が蓄積され、三次元形状に引き込みが発生する。
本実施形態では、予め定められた高さ毎に三次元形状31の断面を取得し、三次元形状31の高さ、及び高さにおける断面積を用いて、三次元形状31の特徴を抽出する形態について説明する。また、以下では、三次元形状31から取得した各々の高さの断面を「階層」という。
次に、情報処理装置10により生成された三次元形状データを用いて三次元形状40を造形する三次元造形装置について説明する。図5は、本実施の形態に係る三次元造形装置200の構成の一例である。三次元造形装置200は、レーザー焼結法により三次元形状を造形する装置である。
図5に示すように、三次元造形装置200は、照射ヘッド201、照射ヘッド駆動部202、造形台203、造形台駆動部204、取得部205、及び制御部206を備える。なお、照射ヘッド201、照射ヘッド駆動部202、造形台203、及び造形台駆動部204は造形部の一例である。
照射ヘッド201は、三次元形状40を造形するために、造形材41にレーザーを照射するレーザー照射ヘッド201である。
照射ヘッド201は、照射ヘッド駆動部202によって駆動され、XY平面上を二次元に走査される。
造形台203は、造形台駆動部204によって駆動され、z軸方向に昇降される。
取得部205は、情報処理装置10が生成した三次元形状データを取得する。
制御部206は、取得部205が取得した三次元形状データに従って、照射ヘッド201から造形台203に配置されている造形材41にレーザーを照射すると共に、照射ヘッド駆動部によって、レーザーを照射する位置を制御する。
また、制御部206は、各層の造形が終了する毎に、造形台駆動部204を駆動して造形台203を予め定めた積層間隔分降下させ、造形台203に造形材41を充填する制御を行う。これにより、三次元形状データに基づく三次元形状40が造形される。
次に、本実施の形態に係る情報処理装置10の作用を説明する前に、図6から図13を参照して、三次元形状の特徴を抽出する手法について説明する。
図6は、本実施形態に係る特徴の検出の説明に供する三次元形状50の一例を示す模式図である。図6(a)は、z軸方向に直交する面に沿って切断した三次元形状50の断面の一例を示す模式図であり、図6(b)は、任意の階層における三次元形状50の断面の一例を示す模式図である。
図6(a)に示す三次元形状50の最底面の階層では、三次元形状の大きな断面が現れる。また、三次元形状50は、上の階層では、大きな断面が小さな断面に枝分かれする。ここで、以下では、三次元形状の断面を「島」といい、三次元形状50は、島の接続と枝分かれを繰り返して構成される。
例えば、図6(a)に示す三次元形状50の矩形51で囲まれた階層に存在する島52、島53、及び島54は、z軸方向から見ると図6(b)のように示される。また、図6(b)に示す三次元形状50のさらに上方の階層を参照すると、上記の島52、島53、及び島54は、結合と分離を繰り返している。
これらの複数の島が結合、又は分離することで、各々の階層における三次元形状50の断面積が変化する。したがって、各々の階層における各々の島の断面積の変化量を捉えることで、三次元形状50の特徴が検出される。
次に、図7を参照して、三次元形状50を造形する際に、収縮差、引き込み、及び揺れが生じる箇所を検出する手法について説明する。図7は、本実施形態に係る収縮差、引き込み及び揺れの検出の説明に供する三次元形状50の一例を示す模式図である。
まず、収縮差を検出する手法について説明する。三次元形状50を造形する際において、造形材が冷却されることで三次元形状50は収縮するため、z軸方向に隣接する階層において、三次元形状の断面積の差分が大きいと、収縮する割合が大きく異なり、三次元形状50の変形が生じる。
図7の矩形55及び矩形56に示される階層のように、断面積の変化量が大きい箇所が三次元形状50を造形する際に、収縮差が生じる箇所となる。
したがって、図7に示すように、矩形55に示される島の断面積と、矩形56に示される島の断面積とを参照し、比較することで、収縮差が生じる箇所として検出される。
情報処理装置10は、島の断面積の閾値と、z軸方向に隣接する階層において接続する島の断面積の変化量の閾値と、を特徴条件として設定する。特徴条件を用いて、三次元形状データにおいて、島の断面積が閾値以上、かつz軸方向に隣接する階層において接続する島の断面積の変化量が閾値以上である箇所を検索することで、収縮差が生じる箇所が検出される。なお、島の断面積の閾値、及びz軸方向に隣接する階層において接続する島の断面積の変化量の閾値は、予め設定されていてもよいし、ユーザによって設定されてもよい。
次に、収縮による引き込みを検出する手法について説明する。造形材は冷却されることで三次元形状50は、収縮するため、円柱などの同じ大きさの断面がz軸方向に連続して積層された場合、積層部分の上層の収縮に引っ張られることで、積層部分の下層ほど、収縮の変化量が大きくなる。つまり、断面積が大きい断面がz軸方向に連続して積層されると、収縮が蓄積していき、引き込みが生じる。
図7の矩形57に示されるように、島の断面積が一定以上、かつz軸方向に接続する島の高さが一定の高さ以上となった箇所が三次元形状50を造形する際に、引き込みが生じる箇所となる。したがって、図7に示すように、矩形57に示される島の断面積と、z軸方向に接続する島の高さとを参照することで、引き込みが生じる箇所として検出される。
情報処理装置10は、島の断面積の閾値、及びz軸方向に接続する島の高さの閾値を特徴条件として設定する。三次元形状データにおいて、特徴条件を用いて、島の断面積が閾値以上、かつz軸方向に接続する島の高さが閾値以上の箇所を検索することで、引き込みが生じる箇所が検出される。なお、島の断面積の閾値、及びz軸方向に接続する島の高さの閾値は、予め設定されていてもよいし、ユーザによって設定されてもよい。
次に、三次元形状50を造形する際に発生する揺れが生じる箇所を検出する手法について説明する。三次元形状50を造形する際に、断面が薄い部分が一定以上の高さとなった場合、三次元造形装置のノズル及びリコーター等に煽られることで揺れが生じて、三次元形状50の変形が生じる。
図7の矩形58に示すように、z軸方向に接続する島の高さが一定の高さ以上であり、かつ断面が薄い箇所と上方で接続する全ての箇所が、三次元形状50を造形する際に、揺れが生じる箇所となる。したがって、図7の矩形58に示すように、z軸方向に接続する島の高さと、指定された方向の島の長さとを参照することで、揺れが生じる箇所として検出される。
情報処理装置10は、z軸方向に接続する島の高さの閾値と、島の指定された方向の長さの閾値と、を特徴条件として設定する。三次元形状データにおいて、特徴条件を用いて、z軸方向に接続する島の高さが閾値以上、かつ島の指定された方向の長さが閾値以下である箇所を検索することで、揺れが生じる箇所が検出される。なお、z軸方向に接続する島の高さの閾値、及び指定された方向の長さは、予め設定されていてもよいし、ユーザによって設定されてもよい。また、本実施形態に係る指定された方向は、x軸(横幅)方向及びy軸(奥行き)方向の少なくとも一方の方向である形態について説明する。しかし、これに限定されない。指定された方向は、リコーター及びノズルの走査方向等の予め定められた方向であってもよいし、xy平面(断面)に沿うあらゆる方向であってもよいし、ユーザによって指定された方向であってもよい。また、xy平面(断面)に沿うあらゆる方向とは、例えば、島の定められた位置を含む、島の縁から縁までの幅の方向である。ここで、定められた位置とは、島の中心、重心、又は島の内部に定められた位置である。定められた位置は、予め設定されてもよいし、ユーザによって設定されてもよい。
次に、図8及び図9を参照して、三次元形状50を造形する際に生じる最下点、及び過剰オーバーハングを検出する手法について説明する。
図8は、本実施形態に係る最下点の検出の説明に供する三次元形状60の断面の一例を示す模式図である。図8(a)は、z軸方向に直交する面に沿って切断した三次元形状60の断面の一例を示す模式図であり、図8(b)は、任意の階層における三次元形状60の断面の一例を示す模式図である。
図8(a)に示すように、三次元形状60をz軸方向に隣接する各々の階層を参照すると、矩形61に囲まれた下層には、島62が存在し、矩形63に囲まれた上層には、島64及び島65が存在する。これらのz軸方向に隣接する矩形61に囲まれた下層及び矩形63囲まれた上層を重ねて比較すると、図8(b)のように示される。
図8(b)に示すように、矩形61に囲まれた下層及び矩形63に囲まれた上層を比較すると、各々の階層における島がそれぞれ対応付けられる。矩形61に囲まれた下層に存在する島62と、矩形63に囲まれた上層に存在する島64とは、同一の位置に存在し、島62の上方に島64が造形されることがわかる。
しかしながら、矩形61に囲まれた下層において、矩形63に囲まれた上層に存在する島65と同一の位置に、島は存在しない。島65は、三次元形状60がz軸方向の下方に突き出した箇所となる。
つまり、z軸方向に隣接する階層の三次元形状60の断面において、上層に存在する島が下層に存在しない場合、三次元形状60を造形する際に、最下点が生じる箇所となる。
したがって、z軸方向に隣接する階層を比較し、各々の階層に対応する島が存在するか否かを判定することで、最下点が検出される。
z軸方向の上方に向かって各階層の断面を取得して記憶し、予め記憶しておいた1階層下の断面と、取得した階層の断面とを比較して、各々の階層の島の位置を対応付けることで、最下点となる箇所が検出される。
次に、図9を参照して、過剰オーバーハングを検出する手法について説明する。
図9は、本実施形態に係る過剰オーバーハングの検出の説明に供する三次元形状の断面の一例を示す模式図である。図9(a)は、z軸方向に直交する面に沿って切断した三次元形状60の断面の一例を示す模式図であり、図9(b)は、任意の階層における三次元形状60の断面の一例を示す模式図である。
過剰オーバーハングは、三次元形状60の突き出した箇所が一定の仰角以上であり、かつ支えがない場合に生じる。つまり、最下点を検出する手法と同様に、z軸方向に隣接する断面を比較することで、過剰オーバーハングが検出される。
図9(a)に示すように、z軸に隣接する階層において、矩形71に囲まれた下層には、島72及び島73が存在し、矩形74に囲まれた上層には、島75及び島76が存在する。
z軸方向に隣接する矩形71に囲まれた下層、及び矩形74に囲まれた上層を比較すると、各々の断面における島が対応付けられる。具体的には、z軸方向において、島72には島75が対応付けられ、島73には島76が対応付けられる。
しかしながら、島73及び島76と、島72及び島75とを各々比較すると、断面積が異なっている。そこで、下層の島72及び島73の形状を合わせるために、断面積を予め定められた割合だけ拡大し、拡大した島72及び島73の断面積と、島75及び島76の断面積とを比較する。比較した断面積の差分が閾値以上である場合、三次元形状60を造形する際に、過剰オーバーハングが生じる箇所となる。
したがって、図9(b)に示すように、z軸方向に隣接する階層において、上層の断面積と、任意の割合だけ拡大された下層の断面積とを比較し、各々の断面に対応する島の断面積の差分が閾値以上であるか否かを判定することで、過剰オーバーハングが検出される。
情報処理装置10は、拡大する割合、及び断面積の差分の閾値を特徴条件として設定する。情報処理装置10は、z軸方向の上方に向かって各階層の断面を取得して記憶し、予め記憶しておいた1階層下の断面と、取得した断面とを比較する。また、情報処理装置10は、各々の断面に存在する島に対応する島が存在する場合、1階層下の断面の断面積に予め定められた割合を乗じて拡大する。取得した断面の断面積、及び拡大した1階層下の断面の断面積を比較し、比較した差分が閾値以上である場合、過剰オーバーハングとなる箇所が検出される。
なお、本実施形態では、三次元形状60における上層の断面と、下層の断面と、の形状を合わせるために、下層の断面の断面積を拡大する形態について説明した。しかし、これに限定されない。上層の断面を縮小してもよい、また、上層の断面より下層の断面の断面積が大きい場合、下層の断面の断面積を縮小、又は上層の断面の断面積を拡大してもよい。
また、本実施形態では、断面積を拡大する割合が予め定められている形態について説明した。しかし、これに限定されない。ユーザによって指定されてもよいし、三次元形状60における下層の断面と、上層の断面と、を比較して導出してもよい。例えば、下層の断面の形状を抽出し、上層の断面において、抽出した形状に対応する形状を検出して、下層の断面から抽出した形状と、上層の断面から検出した形状と、が一致する割合を導出してもよい。
ここで、本実施形態に係るz軸方向に隣接する階層の断面において、上層に存在する島が下層に存在しない形態、又は各々の断面に存在する島に対応する島が存在し、かつ各々の島の断面積が異なる形態は、形状差の一例である。
次に、図10を参照して、トラップ及び中空部を検出する手法について説明する。図10は、本実施形態に係るトラップ及び中空部の検出の説明に供する三次元形状80の断面の一例を示す模式図である。
図10(a)は、z軸方向に直交する面に沿って切断した三次元形状80の断面の一例を示す模式図であり、図10(b)は、任意の階層における三次元形状80の断面の一例を示す模式図である。
例えば、図10(a)に示すように、矩形81に囲まれた階層の三次元形状80の断面は、図10(b)のように示される。
図10(b)に示されるように、三次元形状80にボクセル82に囲まれ、ボクセルが存在しない閉じた領域があると、三次元形状80を造形する際に、造形材が滞留するトラップ、又は造形材が滞留し、かつ三次元形状80の内部が空洞となる中空部が発生する。なお、以下では、ボクセルが存在しない箇所を「空ボクセル」といい、周囲をボクセルに囲まれた空ボクセルを「閉じた空ボクセル」という。ここで、本実施形態に係る閉じた空ボクセルは、隙間の一例である。
つまり、任意の階層の三次元形状80の断面を取得した場合、閉じた空ボクセルが存在する領域が、三次元形状80を造形する際に、トラップ及び中空部となる。
z軸方向の上方から下方に向かって三次元形状80の各々の階層の断面を取得し、閉じた空ボクセルが存在するか否かを判定することで、トラップ及び中空部となる箇所が検出される。
なお、三次元形状80の最上面から閉じた空ボクセルが各々の階層の対応する箇所に連続して存在し、かつ閉じた空ボクセルの下層に、閉じた空ボクセルをz軸方向に閉じるボクセルもしくは造形台が存在する場合、三次元形状を造形する際に、トラップとなる。
つまり、閉じた空ボクセルの高さが予め定められた閾値以上であり、かつz軸方向の下層に空ボクセルを閉じるボクセル又は造形台が存在する箇所を検索することで、トラップとなる箇所が検出される。
また、三次元形状80の最上面以外の階層から閉じた空ボクセルが存在し、かつ閉じた空ボクセルの上層及び下層に、閉じた空ボクセルをz軸方向に閉じるボクセルもしくは造形台が存在する場合、三次元形状を造形した際に、中空部となる。
次に、図11を参照して、薄肉及び薄溝を検出する手法について説明する。図11は、本実施形態に係るピークボクセル92の説明に供するボクセルの模式図である。
まず、三次元形状90に対して任意の方向を指定し、任意の方向に対して、ボクセルから三次元形状90の最も近い縁までの符号付距離場(SDF:Singed Distance Field)を算出する。なお、以下では、算出した符号付距離場の値を「距離」という。
指定された方向に隣接するボクセル91のうち、距離が最も大きいボクセル91をピークボクセル92として設定し、ピークボクセル92から三次元形状90の縁までの距離に2を乗算した値を肉厚として設定する。設定した肉厚が予め定められた肉厚閾値以下である場合、薄肉が生じる箇所として検出する。なお、距離(符号付距離場の値)は、ボクセルが三次元形状90の内部に位置する場合、正の値となり、ボクセルが空ボクセルのように三次元形状90の外部に位置する場合、負の値となる。
例えば、図11(a)に示すように、ボクセル91が隣接する三次元形状90があり、三次元形状90のx軸方向が指定された場合、各々のボクセル91からx軸方向の三次元形状90の縁までの距離を算出する。図11の場合、x軸の隣接するボクセルのうち、真ん中に位置するボクセル91がx軸方向の距離が最大となるため、真ん中に位置するボクセル91がピークボクセル92となる。
ピークボクセル92の距離に2を乗算して設定された肉厚が、予め定められた肉厚の閾値以下である場合、ピークボクセル92が位置する箇所が、薄肉が生じる箇所となる。
上述した方法をあらゆる方向を指定して、ピークボクセル92及び肉厚を導出することによって、三次元形状90に対して、あらゆる方向の薄肉が検出される。また、上記の方法を空ボクセル93に適用することによって、薄溝が検出される。
具体的には、図11(b)に示すように、指定された方向に対して、空ボクセル93から三次元形状90の最も近い縁までの距離を算出し、指定された方向に隣接する空ボクセル93のうち、距離が最も小さい空ボクセル93をピークボクセル94として設定する。設定されたピークボクセル94から三次元形状90の縁までの距離に2を乗算した値を溝幅として設定する。設定した溝幅が、予め定められた溝幅の閾値以上である場合、薄溝として検出する。ここで、空ボクセルの距離は、負の値であるため、溝幅の閾値は負の値が設定される。
なお、肉厚の閾値及び薄溝の閾値は、予め設定されてもよいし、ユーザによって指定された値であってもよい。
次に、図12及び図13を参照して、検出する三次元形状の特徴を設定する設定画面、及び閾値等の検出する特徴の詳細な値を設定する詳細設定画面について説明する。まず、図12を参照して、設定画面100について説明する。図12は、本実施形態に係る検出する特徴を設定する画面の一例を示す模式図である。
図12に示すように、設定画面100には、特徴検出条件設定部101、特徴検出部102、及び特徴登録部103が含まれている。
特徴検出条件設定部101は、三次元形状データから検出する特徴をユーザに選択させるために、各々の特徴に関連付けられたアイコンを表示する。情報処理装置10は、特徴検出条件設定部101で選択された特徴の条件を取得して設定する。また、特徴検出条件設定部101は、詳細設定ボタン104を含み、詳細設定ボタン104が押下されると、後述する詳細設定画面を表示する。
特徴検出部102は、特徴検出ボタン105を含み、特徴検出ボタン105が押下されると、特徴検出条件設定部101で設定された特徴の条件を満たす特徴を三次元形状データから検出して、検出結果として、検出した特徴の一覧を表示する。なお、本実施形態に係る特徴検出部102は、検出した結果の一覧を表示する形態について説明した。しかし、これに限定されない。例えば、表示部13に三次元形状を表示し、表示した三次元形状上に、検出した特徴に対応する箇所を色分けして表示してもよい。
特徴登録部103は、特徴登録ボタン106を含み、特徴登録ボタン106が押下されると、検出した特徴、及び検出した特徴に対応するボクセルを関連付けて記憶する。なお、検出した特徴をボクセルに関連付けて記憶する場合、属性値として記憶する。属性値は、検出した特徴の特徴量を示す連続的な値であってもよいし、特徴の段階的な度合を示す離散的な値であってもよい。また、三次元形状データと共に、検出した特徴に関連する箇所を表示する場合、属性値に応じて、色を変更して表示してもよい。
次に、図13を参照して、詳細設定画面110について説明する。図13は、本実施形態に係る特徴を検出するための詳細な特徴条件を設定する画面の一例を示す模式図である。
図13に示すように、詳細設定画面110は、収縮差詳細設定領域111、引き込み詳細設定領域112、揺れ詳細設定領域113、及び設定ボタン121が含まれている。
収縮差詳細設定領域111は、検出対象の断面積の変化量の閾値を入力する断面積変化量入力領域114、及び収縮差における検出対象の断面積の閾値を入力する断面積閾値入力領域115が含まれている。
引き込み詳細設定領域112は、検出対象の積層された高さの閾値を入力する積層高さ入力領域116、及び引き込みにおける検出対象の断面積の閾値を入力する断面積閾値入力領域117が含まれている。
揺れ詳細設定領域113は、揺れにおける検出対象の高さの閾値を入力する積層高さ閾値入力領域118、指定された方向における厚みの閾値を入力する厚み閾値入力領域119、及び揺れを検出する方向を指定する揺れの方向指定ボタン120が含まれている。
詳細設定画面110は、設定ボタン121が押下されると、収縮差詳細設定領域111、引き込み詳細設定領域112、及び揺れ詳細設定領域113において、入力された内容を特徴条件として設定して記憶する。
なお、本実施形態に係る詳細設定画面110は、詳細な特徴条件を設定する対象として、収縮差、引き込み、及び揺れである形態について説明した。しかし、これに限定されない。詳細な特徴条件を設定する対象は、過剰オーバーハング、薄肉、及び薄溝であってもよい。なお、過剰オーバーハングが設定対象の場合、断面積の閾値を設定し、薄肉が設定対象の場合、肉厚の閾値を設定し、薄溝が設定対象の場合、溝幅の閾値を設定してもよい。
次に、図14を参照して、本実施形態に係る情報処理プログラムの作用について説明する。図14は、本実施形態に係る情報処理の一例を示すフローチャートである。CPU11AがROM11B又は不揮発性メモリ11Dから情報処理プログラムを読み出し、実行することによって、図14に示す情報処理が実行される。図14に示す情報処理は、例えば、ユーザから情報処理プログラムの実行指示が入力された場合、情報処理が実行される。
ステップS101において、CPU11Aは、三次元形状データを取得する。
ステップS102において、CPU11Aは、設定画面を表示する
ステップS103において、CPU11Aは、設定画面にてボタンが押下されたか否かの判定を行う。ボタンが押下された場合(ステップS103:YES)、CPU11Aは、ステップS104に移行する。一方、ボタンが押下されていない場合(ステップS103:NO)、CPU11Aは、ボタンが押下されるまで待機する。
ステップS104において、CPU11Aは、設定画面にて詳細設定ボタンが押下されたか否かの判定を行う。詳細設定ボタンが押下された場合(ステップS104:YES)、CPU11Aは、ステップS105に移行する。一方、詳細設定ボタンが押下されていない場合(ステップS104:NO)、CPU11Aは、ステップS109に移行する。
ステップS105において、CPU11Aは、詳細設定画面を表示する。
ステップS106において、CPU11Aは、詳細設定画面にて設定ボタンが押下されたか否かの判定を行う。設定ボタンが押下された場合(ステップS106:YES)、CPU11Aは、ステップS107に移行する。一方、設定ボタンが押下されていない場合(ステップS106:NO)、CPU11Aは、設定ボタンが押下されるまで待機する。
ステップS107において、CPU11Aは、詳細設定画面にて、ユーザによって入力された特徴条件を設定して記憶する。
ステップS108において、CPU11Aは、設定画面を表示する。
ステップS109において、CPU11Aは、設定画面にて特徴検出ボタンが押下されたか否かの判定を行う。特徴検出ボタンが押下された場合(ステップS109:YES)、CPU11Aは、ステップS110に移行する。一方、特徴検出ボタンが押下されていない場合(ステップS109:NO)、CPU11Aは、ステップS113に移行する。
ステップS110において、CPU11Aは、特徴条件を取得する。
ステップS111において、CPU11Aは、三次元形状データから特徴条件を満たす形状の特徴を検出する。
ステップS112において、CPU11Aは、検出した結果を検出一覧に表示する。
ステップS113において、CPU11Aは、設定画面にて登録ボタンが押下されたか否かの判定を行う。登録ボタンが押下された場合(ステップS113:YES)、CPU11Aは、ステップS114に移行する。一方、登録ボタンが押下されていない場合(ステップS113:NO)、CPU11Aは、ステップS103に移行する。
ステップS114において、CPU11Aは、検出した特徴の情報を登録して記憶するする。
以上、各実施形態を用いて本発明について説明したが、本発明は各実施形態に記載の範囲には限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、当該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、本実施形態では、三次元形状データから形状の特徴を検出する情報処理装置10と三次元形状データに基づいて三次元形状を造形する三次元造形装置200とが別個の構成の場合について説明した。しかし、これに限定されない。三次元造形装置200が情報処理装置10の機能を備えた構成としてもよい。
すなわち、三次元造形装置200の取得部205がボクセルデータを取得し、制御部206が図14の情報処理を実行して三次元形状データから三次元形状の特徴を検出してもよい。
なお、本実施形態において、プロセッサとは、広義的なプロセッサを指し、例えば CPU(Central Processing Unit)等の汎用的なプロセッサや、例えば GPU(Graphics Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、及びプログラマブル論理デバイス等の専用のプロセッサを含むものである。
また、上記各実施形態におけるプロセッサの動作は、1つのプロセッサによって成すのみでなく、物理的に離れた位置に存在する複数のプロセッサが協働して成すものであってもよい。また、プロセッサの各動作の順序は上記各実施形態において記載した順序のみに限定されるものではなく、適宜変更してもよい。
また、本実施形態では、三次元形状データから三次元形状の特徴を検出する情報処理プログラムが記憶部15にインストールされている形態を説明したが、これに限定されるものではない。本実施形態に係る情報処理プログラムを、コンピュータ読取可能な記憶媒体に記録した形態で提供してもよい。例えば、本発明に係る情報処理プログラムを、CD(Compact Disc)-ROM及びDVD(Digital Versatile Disc)-ROM等の光ディスクに記録した形態で提供してもよい。本発明に係る情報処理プログラムを、USB(Universal Serial Bus)メモリ及びメモリカード等の半導体メモリに記録した形態で提供してもよい。また、本実施形態に係る情報処理プログラムを、通信部14に接続された通信回線を介して外部装置から取得するようにしてもよい。
1 三次元造形システム
10 情報処理装置
11 コントローラ
11A CPU
11B ROM
11C RAM
11D 不揮発性メモリ
11E 入出力インターフェース
11F バス
12 操作部
13 表示部
14 通信部
15 記憶部
20 取得部
21 設定部
22 検出部
23 出力部
100 設定画面
101 特徴検出条件設定部
102 特徴検出部
103 特徴登録部
104 詳細設定ボタン
105 特徴検出ボタン
106 特徴登録ボタン
110 詳細設定画面
111 収縮差詳細設定領域
112 引き込み詳細設定領域
113 揺れ詳細設定領域
114 断面積変化量入力領域
115 断面積閾値入力領域
116 積層高さ入力領域
117 断面積閾値入力領域
118 積層高さ閾値入力領域
119 厚み閾値入力領域
120 方向指定ボタン
121 設定ボタン
200 三次元造形装置
201 照射ヘッド
202 照射ヘッド駆動部
203 造形台
204 造形台駆動部
205 取得部
206 制御部

Claims (17)

  1. プロセッサを有し、前記プロセッサは、
    三次元造形物の形状を示す三次元形状のデータである三次元形状データを取得し、
    前記三次元形状の断面に関する特徴を示す条件である特徴条件を予め設定し、
    前記三次元形状データから前記特徴条件を満たす特徴を検出して、前記三次元形状データにおける前記検出した特徴に関する情報を出力し、
    前記特徴条件は、前記三次元形状の断面において、前記三次元形状に囲まれた隙間に関する情報を含む
    情報処理装置。
  2. 前記プロセッサは、前記三次元形状を造形する場合において、造形材が滞留するトラップ、及び前記三次元形状の内部に造形材が滞留し、かつ内部が空洞となる中空部の少なくとも一方が生じる箇所を、前記特徴条件を用いて検出する請求項1に記載の情報処理装置。
  3. 前記特徴条件は、前記三次元形状の断面における断面積に関する条件である請求項1又は請求項2に記載の情報処理装置。
  4. 前記プロセッサは、前記三次元形状を造形する場合において、前記三次元形状の収縮差が生じる箇所を、前記特徴条件を用いて検出する請求項3に記載の情報処理装置。
  5. 前記特徴条件は、前記三次元形状の積層方向における高さをさらに含む請求項1から請求項4の何れか1項に記載の情報処理装置。
  6. 前記プロセッサは、前記三次元形状を造形する場合において、前記三次元形状に収縮による引き込みが生じる箇所を、前記特徴条件を用いて検出する請求項5に記載の情報処理装置。
  7. 前記特徴条件は、前記三次元形状の断面において、前記三次元形状の横幅方向、奥行き方向、及び前記断面の定められた位置を含む前記断面の幅の方向の少なくとも1つに関する情報をさらに含む請求項1から請求項6の何れか1項に記載の情報処理装置。
  8. 前記プロセッサは、前記三次元形状を造形する場合において、揺れが発生する箇所を、前記特徴条件を用いて検出する請求項7に記載の情報処理装置。
  9. 前記特徴条件は、前記三次元形状の積層方向に隣接する前記断面における形状差をさらに含む請求項1から請求項8の何れか1項に記載の情報処理装置。
  10. 前記プロセッサは、前記三次元形状を造形する場合において、前記形状差による支持が必要な箇所を、前記特徴条件を用いて検出する請求項9に記載の情報処理装置。
  11. 前記特徴条件は、前記三次元形状の内部から前記三次元形状の縁までの距離に関する情報をさらに含む請求項1から請求項10の何れか1項に記載の情報処理装置。
  12. 前記プロセッサは、前記三次元形状を造形する場合において、薄肉が発生する箇所を、前記特徴条件を用いて検出する請求項11に記載の情報処理装置。
  13. 前記特徴条件は、前記三次元形状の溝幅に関する情報をさらに含む請求項1から請求項12の何れか1項に記載の情報処理装置。
  14. 前記プロセッサは、前記三次元形状を造形する場合において、薄溝が発生する箇所を、前記特徴条件を用いて検出する請求項13に記載の情報処理装置。
  15. 前記三次元形状データは、前記三次元形状を複数のボクセルを用いて表したデータである請求項1から請求項14の何れか1項に記載の情報処理装置。
  16. 前記プロセッサは、検出した前記特徴を、前記特徴が検出された箇所に対応する前記ボクセルに関連付けて記録する請求項15に記載の情報処理装置。
  17. コンピュータに
    三次元造形物の形状を示す三次元形状のデータである三次元形状データを取得し、
    前記三次元形状の断面に関する特徴を示す条件である特徴条件を予め設定し、
    前記三次元形状データから前記特徴条件を満たす特徴を検出して、前記三次元形状データにおける前記検出した特徴に関する情報を出力する
    ことを実行させ
    前記特徴条件は、前記三次元形状の断面において、前記三次元形状に囲まれた隙間に関する情報を含む
    情報処理プログラム。
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