WO2017122462A1 - 造形処理装置、造形処理システムおよびプログラム - Google Patents

造形処理装置、造形処理システムおよびプログラム Download PDF

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modeling
dimensional object
unit
information
surface shape
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礼嗣 行本
小林　幸二
博志 前田
康明 湯治
菲 楊
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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    • G05B19/4097—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
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    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49023—3-D printing, layer of powder, add drops of binder in layer, new powder

Definitions

  • the present invention obtains information used for modeling a modeling object that is a three-dimensional object modeling process, a modeling processing system, and a three-dimensional object replication, and causes the computer to execute a process of outputting the information.
  • a modeling object that is a three-dimensional object modeling process, a modeling processing system, and a three-dimensional object replication
  • 3D printers have become widespread, and anyone with 3D model data can form solid objects.
  • the 3D model data is created by CAD (Computer Aided Design) or the like, but in recent years, a method of creating from the surface shape information read by a 3D scanner has also been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • the original three-dimensional object is a three-dimensional object modeled by a 3D printer
  • the same object cannot be duplicated even if modeled based on the 3D model data obtained by three-dimensional measurement.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and when replicating a three-dimensional object modeled by a 3D printer as a three-dimensional object as a replication source, an apparatus, a system, and a system that can obtain a three-dimensional object similar to the three-dimensional object
  • the purpose is to provide a program.
  • the present invention is a modeling processing apparatus for performing modeling processing of a three-dimensional object, each of which includes a plurality of three-dimensional object information including information on the surface shape of the three-dimensional object Three-dimensional object information used for modeling from a plurality of three-dimensional object information accumulated in the accumulation unit based on information on the surface shape of the three-dimensional object generated by a storage unit that accumulates the surface of the three-dimensional object and a reading unit that reads the surface of the three-dimensional object
  • a modeling processing apparatus including a searching unit for searching and an extracting unit for extracting a modeling condition when a three-dimensional object is modeled from information on a surface shape generated by a reading unit.
  • a modeled object similar to the three-dimensional object when replicating a modeled three-dimensional object, a modeled object similar to the three-dimensional object can be obtained.
  • the figure which showed the structural example of the modeling processing system The figure which showed the hardware constitutions of information processing apparatus.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a modeling processing system for performing modeling processing of a three-dimensional object.
  • the modeling processing system shown in FIG. 1 includes a reading device as a reading unit, an information processing device, and a modeling device as a modeling unit.
  • the reading device reads the surface of the three-dimensional object that is the copy source, and outputs information on the surface shape of the three-dimensional object.
  • the reading device is, for example, a 3D scanner 10, and the surface shape information is 3D scan data output from the 3D scanner 10.
  • the information processing apparatus performs processing such as acquiring 3D scan data from the reading device and searching for three-dimensional object information used for modeling.
  • the information processing apparatus is, for example, the 3D model data server 11, accumulates a plurality of 3D model data as a plurality of three-dimensional object information, and searches and specifies 3D model data used for modeling from among them. Then, the information processing apparatus outputs the specified 3D model data to the modeling apparatus.
  • the modeling apparatus receives 3D model data from the information processing apparatus, and models a model based on the 3D model data.
  • the modeling apparatus is a 3D printer 12, for example, and creates a replica of a three-dimensional object read by the 3D scanner 10 by modeling the modeled object.
  • the 3D scanner 10, the 3D model data server 11, and the 3D printer 12 may be directly connected by a cable, or may be connected via a network such as a LAN (Local Area Network) or the Internet.
  • the network may be a wired network or a wireless network.
  • the modeling system may include other devices such as an access point, a proxy server, a print server, and a DNS (Domain Name System) server as necessary.
  • the 3D scanner 10 includes a contact type scanner and a non-contact type scanner depending on a scanning method.
  • a non-contact type 3D scanner is shown.
  • the contact-type 3D scanner includes a sensor as hardware.
  • a contact-type 3D scanner presses a sensor against the surface of a three-dimensional object that is a copy source, and measures a plurality of coordinates of a three-dimensional position of the pressed surface.
  • a type of 3D scanner that uses laser light includes an irradiation device that emits laser light and a sensor. The irradiation device applies laser light to the three-dimensional object to be copied, and the laser light reflected from the three-dimensional object is identified by a sensor, and the distance to each position on the surface of the three-dimensional object is measured using, for example, triangulation.
  • a type of 3D scanner that uses pattern light includes an irradiation device that irradiates a pattern and a sensor. The irradiation device applies the striped pattern to the three-dimensional object to be copied, and the sensor identifies the lines constituting the striped pattern, and measures the distance to each position on the surface of the three-dimensional object.
  • the 3D printer 12 includes a 3D printer that uses a hot melt lamination method, an optical modeling method, a powder method, or the like as a modeling method.
  • a 3D printer that uses the hot melt lamination method forms a model by stacking resin, which is a molding material melted by heat, little by little.
  • this resin ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) resin, polycarbonate resin, polyphenylsulfone resin, polylactic acid and the like can be used.
  • 3D printers that use stereolithography irradiate liquid resin with ultraviolet rays, etc., and mold the resin, which is a modeling material, little by little. As this resin, a photocurable resin is used. 3D printers that use the powder method lay down powder gypsum or resin, which is a modeling material, as a layer of a predetermined thickness, apply adhesive to a predetermined position on that layer, and lay powder gypsum or resin on it , Modeling by repeating this.
  • the modeling processing system including three separate devices, the 3D scanner 10, the 3D model data server 11, and the 3D printer 12, has been described.
  • the modeling processing apparatus comprised as an apparatus may be sufficient.
  • the modeling processing system may be configured by the 3D scanner 10 and the 3D model data server 11.
  • the modeling processing apparatus includes only the 3D scanner 10 and the 3D model data server 11 stored in a single casing, or the 3D model data server 11 in addition to the above three apparatuses stored in a single casing. It may be a thing.
  • the hardware configuration of the 3D model data server 11 will be described with reference to FIG.
  • the 3D model data server 11 includes a CPU 20, a ROM 21, a RAM 22, an HDD 23, an input / output I / F 24, an input device 25, and a display device 26, similar to a general PC.
  • the CPU 20 controls the overall operation of the 3D model data server 11.
  • the ROM 21 stores a boot program, firmware, and the like for starting the 3D model data server 11.
  • the RAM 22 provides a work space for the CPU 20.
  • the HDD 23 stores a program, an OS, and a plurality of 3D model data for executing processing for acquiring and outputting the 3D model data.
  • the input / output I / F 24 is connected to the 3D scanner 10 and the 3D printer 12 in addition to the input device 25 and the display device 26, and controls the input and output of data and information.
  • the input device 25 is a mouse, a keyboard, or the like, and receives an instruction or information input from a user.
  • the display device 26 displays 3D scan data, specified 3D model data, and the like.
  • the 3D model data server 11 is not limited to these hardware, and further includes a communication I / F for connecting to a network, an external storage device I / F for connecting an external storage device, and the like. May be. Therefore, the 3D model data is not limited to being stored in the HDD 23 in the 3D model data server 11, and may be stored in an external storage device accessible by the 3D model data server 11. Further, the 3D model data server 11 may be stored in another device or database that can communicate via the network.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a first functional configuration of the modeling processing system.
  • the modeling processing system includes an accumulation unit 30, a search unit 31, an extraction unit 32, a control unit 33 that also functions as an output unit, a reading unit 34, and a modeling unit 35.
  • the modeling processing system includes at least a storage unit 30, a search unit 31, an extraction unit 32, a control unit 33, and a reading unit 34, and the modeling unit 35 can be provided as necessary.
  • the search unit 31, the extraction unit 32, and the control unit 33 are realized by the CPU 20 executing the above program, and the storage unit 30 is realized by the HDD 23 or the like.
  • the reading unit 34 is realized by the 3D scanner 10, and the modeling unit 35 is realized by the 3D printer 12.
  • the reading unit 34 reads the surface of the three-dimensional object that is the copy source, and generates information on the surface shape as 3D scan data.
  • the three-dimensional object is a three-dimensional modeled object that has already been modeled by the modeling unit 35 or the like.
  • the 3D scan data can be in the form of a set of triangle data specifying the position (coordinates) of the three-dimensional vertex as shown in FIG. 4, for example, STL (Standard Triangulated Language).
  • 3D scan data expressed in STL shown in FIG. 4 facet to endfacet are represented by one triangle data, normal represents a triangle normal vector, and three vertexes represent the position of each vertex of the triangle. By describing such triangle data repeatedly, a three-dimensional shape is expressed.
  • 3D scan data has been described here, 3D model data can also be expressed in the same manner. Note that the 3D scan data and 3D model data are not limited to STL as long as they represent a three-dimensional shape, and may be data in any format.
  • the accumulation unit 30 accumulates a plurality of three-dimensional object information each including information on the surface shape of the three-dimensional object as a plurality of 3D model data. Therefore, the three-dimensional object information may include information on the internal structure of the three-dimensional object.
  • the internal structure information is, for example, information such as hollow.
  • the search unit 31 searches for 3D model data used for modeling from among a plurality of 3D model data stored in the storage unit 30 based on the 3D scan data generated by the reading unit 34.
  • the retrieval unit 31 retrieves 3D model data having surface shape information similar to the surface shape of the three-dimensional object represented by the 3D scan data from a plurality of 3D model data.
  • the search part 31 specifies the searched 3D model data as 3D model data used for modeling.
  • the extraction unit 32 extracts modeling conditions when modeling the three-dimensional object from the 3D scan data generated by the reading unit 34.
  • the modeling conditions are a stacking pitch and a modeling direction specified when the three-dimensional object is modeled.
  • the stacking pitch is the thickness of each layer when modeling by stacking powdered resin, gypsum, etc.
  • the modeling direction is the direction (stacking direction) of stacking the layers when modeling the three-dimensional object.
  • the modeling conditions are as shown in FIG. 5, for example.
  • the modeling conditions include items and contents corresponding to the items, and the items are the above-described stacking pitch and modeling direction, and the contents are the height (mm) of each layer and the stacking direction.
  • the stacking direction is an angle with respect to the X axis, the Y axis, and the Z axis.
  • X axis is the direction of one side of the rectangular plane when the modeling tank provided in the 3D printer is viewed from above
  • Y axis is the direction of the other side perpendicular to the one side of the plane
  • Z axis is the X axis and Y axis It is perpendicular to the height direction of the modeling tank.
  • the stacking pitch will be described with reference to the three-dimensional object shown in FIG.
  • the three-dimensional object shown in FIG. 6 is a modeled conical three-dimensional object, and is modeled by stacking disks having a smaller diameter for each layer in order to obtain a conical shape.
  • the thickness or height of each disk is the thickness of each layer, and the thickness is the stacking pitch.
  • the degree of the stacking pitch can be determined by measuring the surface of the original three-dimensional object. This is because a difference in layer thickness appears on the surface of the three-dimensional object as shown in FIG. 7A due to the three-dimensional object modeled by the 3D printer being modeled by stacking layers. This surface measurement can be performed by image analysis.
  • FIG. 7B shows a conical three-dimensional object formed by stacking disks and a three-dimensional object obtained by rotating it 90 degrees and a rectangular parallelepiped or the like.
  • the control unit 33 controls the entire modeling processing system, receives a request for copying a three-dimensional object from the user, requests the reading unit 34 to acquire 3D scan data, and acquires 3D scan data.
  • the control unit 33 requests the search unit 31 to search for 3D model data, and acquires 3D model data.
  • the modeling unit 35 models a model based on the 3D model data received from the control unit 33 and the modeling conditions.
  • the 3D model data can include internal structure information in addition to surface shape information. For this reason, the modeling part 35 can model the modeling thing reflecting the characteristic of an internal structure.
  • the modeling part 35 models with the same modeling conditions as the three-dimensional object of the replication origin, it models with the same lamination pitch and modeling direction. Thereby, the modeling thing similar to the three-dimensional thing of the replication origin can be obtained.
  • the control unit 33 receives a request for copying a three-dimensional object from the user, and requests the reading unit 34 to acquire 3D scan data (S1).
  • the 3D scan data is surface shape data of a three-dimensional object requested to be copied, and the three-dimensional object is a three-dimensional object modeled by a 3D printer.
  • the 3D printer that models the three-dimensional object of the copy source may be the 3D printer 12 included in the modeling processing system, or may be another 3D printer.
  • the reading unit 34 reads the surface of the three-dimensional object and generates 3D scan data (S2).
  • the 3D scan data is, for example, data expressed in STL shown in FIG.
  • the reading unit 34 transmits the generated 3D scan data to the control unit 33 (S3).
  • the control unit 33 After receiving the 3D scan data from the reading unit 34, the control unit 33 sends the 3D scan data to the search unit 31 and requests a search for 3D model data (S4).
  • the search unit 31 requests the storage unit 30 to acquire 3D model data (S5), and acquires the 3D model data from the storage unit 30 (S6).
  • the search unit 31 performs a process (matching process) for determining the similarity between the 3D scan data and the 3D model data, and searches for 3D model data having a similar surface shape (S7). The processes from S5 to S7 are repeated until the 3D model data is searched.
  • the search unit 31 lists the 3D model data specified by the matching process as similar shape candidates, and transmits the list to the control unit 33 (S8).
  • Whether or not the candidate is a similar shape candidate is determined by obtaining a parameter (similarity) that expresses how similar the surface shape of the three-dimensional object represented by each data is, and whether the similarity is equal to or greater than a threshold value.
  • the threshold value may be fixedly held by the modeling processing system, or the modeling processing system may determine the threshold according to the number of similar shape candidates.
  • the surface shape similarity between the three-dimensional object represented by the 3D scan data and the three-dimensional object represented by the 3D model data can be obtained by any known method. For example, it can be obtained as a numerical value by using cluster analysis, k-neighbor method, multidimensional scaling method (MDS) or the like. These methods are well known and will not be described in detail here.
  • the control unit 33 specifies the 3D model data as 3D model data used for modeling.
  • the control unit 33 specifies the 3D model data having the highest similarity as the 3D model data used for modeling.
  • the present invention is not limited to this, and the control unit 33 can also specify the 3D model data selected by the user as 3D model data used for modeling by causing the user to select the obtained list by, for example, presenting the acquired list. .
  • the control unit 33 transmits 3D scan data to the extraction unit 32 and requests extraction of modeling conditions (S9).
  • the extraction unit 32 extracts modeling conditions when modeling the three-dimensional object from the received 3D scan data (S10).
  • the extraction unit 32 extracts the stacking pitch and modeling direction of the three-dimensional object by performing image analysis on the surface of the three-dimensional object represented by the 3D scan data.
  • the extraction unit 32 transmits the extracted modeling conditions to the control unit 33 (S11).
  • the control unit 33 transmits the 3D model data and the modeling conditions received from the extraction unit 32 to the modeling unit 35, and requests modeling (S12).
  • the modeling unit 35 models a model based on the 3D model data and modeling conditions.
  • the search unit 31 receives this request from the control unit 33 and starts this processing from step 900.
  • step 905 one of the 3D model data stored in the storage unit 30 is acquired.
  • step 910 it is determined whether the surface shape of the three-dimensional object represented by each of the 3D scan data and the acquired 3D model data is similar.
  • Whether or not they are similar can be determined by whether or not the similarity is equal to or greater than a threshold value. If they are similar, the process proceeds to step 915. If they are not similar, the process returns to step 905 to acquire another 3D model data.
  • step 915 3D model data determined to be similar are set as output candidates.
  • step 920 it is determined whether there is any other output candidate 3D model data. Whether all the 3D model data to be searched stored in the storage unit 30 is similar or not is determined based on whether it is similar or not. Can do. If there is, the process returns to step 905, and if not, the process proceeds to step 925.
  • the output candidates of 3D model data are sent as a list to the control unit 33, and in step 930, the process is terminated.
  • the output candidates for 3D model data may be all 3D model data selected as output candidates in step 915, or may be the number of 3D model data specified from the one with the higher similarity, or similar Only the 3D model data having the highest degree may be used.
  • the control unit 33 selects the 3D model data having the highest degree of similarity and specifies it as 3D model data to be output. can do.
  • the extraction unit 32 receives this request from the control unit 33 and starts this processing from step 1000.
  • step 1005 information that is a candidate for the modeling condition is extracted from the 3D scan data.
  • the extraction unit 32 performs image analysis on a part of the three-dimensional object represented by the 3D scan data, and extracts information that is a candidate for the modeling condition.
  • the part of the three-dimensional object to be analyzed may be any part of the three-dimensional object.
  • the information that is a candidate for the modeling condition is information on the stacking pitch and the modeling direction, and is desirably a part that is not stepped so as not to be mistaken for a step generated by modeling.
  • the 3D scan data includes a certain amount of error.
  • the modeling conditions are extracted from a plurality of other parts of the three-dimensional object and smoothed by taking an average of them.
  • step 1010 the extracted information is adopted as a modeling condition, and in step 1015, this process is terminated.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a flow of a first process for specifying a stacking pitch as a modeling condition. This processing is started from step 1100.
  • step 1105 a part of the three-dimensional object represented by the 3D scan data is subjected to image analysis, and a stacking pitch is extracted.
  • image analysis the surface is measured, the pattern corresponding to the stacking pitch is detected, the distance between the patterns is calculated, and the stacking pitch is extracted.
  • the 3D scan data includes a certain amount of error.
  • step 1110 the extracted information is adopted as the stacking pitch, and in step 1115, this process is terminated.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a flow of a first process for specifying a modeling direction as a modeling condition.
  • This processing is started from step 1200, and in step 1205, a part of the three-dimensional object represented by the 3D scan data is subjected to image analysis, and information that is a candidate for the forming direction is extracted.
  • image analysis similarly to the above, the surface is measured, a pattern corresponding to the stacking pitch is detected, and information that is a candidate for the forming direction is extracted from the stacking direction.
  • the 3D scan data includes a certain amount of error.
  • step 1210 the extracted information is adopted as the modeling direction, and in step 1215, this process is terminated.
  • FIG. 13 is a flowchart showing a flow of a second process for specifying a stacking pitch as a modeling condition.
  • the stacking pitch is specified using not only 3D scan data but also 3D model data.
  • This process is started from step 1300.
  • step 1305 the solid object represented by the 3D scan data is pattern-matched with the surface shape of the solid object represented by the 3D model data.
  • pattern matching similarity is used as an evaluation value, and whether or not the similarity is equal to or greater than a threshold value is evaluated to determine whether or not the two are similar.
  • the pattern matching is performed with the same direction.
  • step 1310 a part that is not stepped is searched for on the surface of the three-dimensional object represented by the 3D model data. This is because when the stacking pitch of the same part as the stepped part in the 3D model data is extracted from the 3D scan data, the intended stepped part of the 3D model data is modeled by the 3D printer. This is because there is a possibility of erroneous detection as an unintended stepped portion caused by the above. If there is a part that is not stepped in step 1310, the process proceeds to step 1315, and if not, the process proceeds to step 1320.
  • step 1315 the stacking pitch of the portions that are not stepped is extracted from the 3D scan data.
  • step 1320 since there is no part that is not stepped, a part having the largest step is selected from the parts that are stepped, and the stacking pitch of the part is extracted. Then, in step 1325, this process is terminated.
  • the part where the level of the step is large is likely to be the stepped surface originally possessed by the three-dimensional object. By selecting this part, erroneous detection is eliminated as much as possible, and the stacking pitch is appropriately extracted. be able to.
  • FIG. 14 is a flowchart showing a flow of a second process for specifying a modeling direction as a modeling condition.
  • this process not only the 3D scan data but also the 3D model data is used to specify the modeling direction.
  • This process is started from step 1400, and in step 1405, the surface shape of the three-dimensional object represented by the 3D scan data and the modeled object represented by the 3D model data is subjected to pattern matching.
  • pattern matching similarity is used as an evaluation value, and whether or not the similarity is equal to or greater than a threshold value is evaluated to determine whether or not the two are similar.
  • the pattern matching is performed with the same direction.
  • step 1410 a part that is not stepped is searched for on the surface of the modeled object represented by the 3D model data. This is because if the modeling direction of the same part as the stepped part in the 3D model data is extracted from the 3D scan data, the intended stepped part of the 3D model data is modeled by the 3D printer. This is because there is a possibility of erroneous detection as an unintended stepped portion caused by the above. If there is a part that is not stepped in step 1410, the process proceeds to step 1415, and if not, the process proceeds to step 1420.
  • step 1415 the modeling direction of the part that is not stepped is extracted from the 3D scan data.
  • step 1420 since there is no part that is not stepped, a part having the largest step is selected from the parts that are stepped, and the modeling direction of the part is extracted.
  • the extracted stacking pitch is set as candidate information, and this processing is terminated in step 1425.
  • the part where the level difference is large is a step-like surface originally possessed by the three-dimensional object, selecting this part eliminates false detection as much as possible and appropriately extracts the modeling direction. be able to.
  • the control unit 33 sends the modeling conditions extracted by the extraction unit 32 to the modeling unit 35, and the modeling unit 35 models the modeled object based on the modeling conditions.
  • the modeling unit 35 models the modeled object based on the modeling conditions.
  • the specifications of the modeling unit 35 information on modeling conditions that can be supported
  • modeling may not be possible under the modeling conditions.
  • the modeling processing system extracts the modeling conditions in consideration of the specifications of the modeling unit 35, and models the modeled object based on the modeling conditions. Therefore, the modeling processing system can be configured as shown in FIG.
  • FIG. 15 is a block diagram showing a second functional configuration of the modeling processing system. Similar to the functional configuration shown in FIG. 3, the modeling processing system includes an accumulation unit 30, a search unit 31, an extraction unit 32, a control unit 33, a reading unit 34, and a modeling unit 35, in addition to the acquisition unit 36, A correction unit 37 is provided. Since the storage unit 30, the search unit 31, the extraction unit 32, the control unit 33, the reading unit 34, and the modeling unit 35 have already been described, only the acquisition unit 36 and the correction unit 37 will be described here.
  • the specification of the modeling unit 35 includes information on modeling conditions of the modeling unit 35 such as a settable stacking pitch and modeling direction, and may be held by the modeling unit 35 itself, or stored in the storage unit 30 together with 3D model data. May be. Moreover, you may memorize
  • the acquisition unit 36 has the specification for the modeling unit 35 when the modeling unit 35 holds the specification, the storage unit 30 when the storage unit 30 holds the specification, and the other storage unit when the other storage unit holds the specification.
  • the storage unit is requested for acquisition and the specification is acquired.
  • the specification of the modeling unit 35 is associated with identification information for identifying the modeling unit 35, and the acquisition unit 36 can acquire the corresponding specification by sending a request including the identification information.
  • the correction unit 37 corrects the modeling conditions extracted by the extraction unit 32 based on the specifications acquired by the acquisition unit 36.
  • the correction unit 37 compares the extracted modeling conditions with the specifications of the modeling unit 35 and performs processing to correct the modeling conditions.
  • the extraction unit 32 has extracted that the stacking pitch is 0.18 mm, but when the specification of the modeling unit 35 only supports the stacking pitch of 0.1 mm, 0.2 mm, and 0.3 mm, the correction unit 37 corrects the modeling condition to 0.2 mm closest to 0.18 mm.
  • the extraction unit 32 requests the acquisition unit 36 to acquire the specification of the modeling unit 35 (S11).
  • the acquisition unit 36 acquires the specification as described above, and transmits the specification to the extraction unit 32 (S12).
  • the extraction unit 32 transmits the extracted modeling conditions and the received specification to the correction unit 37 (S13).
  • the correcting unit 37 corrects the received modeling conditions based on the received specifications, and transmits the corrected modeling conditions to the extracting unit 32 (S14).
  • the extraction unit 32 transmits the received modeling conditions after correction to the control unit 33 (S15).
  • the control unit 33 transmits the specified 3D model data and the corrected modeling condition acquired from the extraction unit 32 to the modeling unit 35, and requests modeling (S16). In response to this request, the modeling unit 35 models a model based on the 3D model data and the corrected modeling conditions.
  • the correction unit 37 starts processing from step 1700.
  • step 1705 the modeling conditions and the specifications of the modeling unit 35 are acquired from the extraction unit 32.
  • step 1710 it is determined whether or not there is a specification that matches the modeling condition. If there is a value of the stacking pitch of 0.18 mm in the modeling conditions, it is determined whether the same value is included in the specification.
  • Whether there is a thing that matches the modeling condition is determined by whether the same value as both of the values is included in the specification when the modeling condition includes the stacking pitch and the modeling direction. Therefore, if both are included, it is determined that there is a match, and the process proceeds to step 1715. If both are not included or one is not included, it is determined that there is no match. , Go to Step 1720.
  • step 1715 the modeling condition acquired from the extraction unit 32 is adopted as the modeling condition to be sent to the modeling unit 35, and in step 1725, the process is terminated.
  • step 1720 the one closest to the modeling condition acquired from the extraction unit 32 in the specification is adopted as the modeling condition, and this process ends in step 1725.
  • the correction unit 37 corrects both of the above-mentioned stacking pitch and modeling direction to the closest one in the specification, and if there is no one that matches one of the specifications, Correct to the closest one and do not correct the other. In other words, the correction unit 37 adopts the other acquired from the extraction unit 32 as it is.
  • the search unit 31 performs matching processing on all of the 3D model data stored in the storage unit 30 and identifies the 3D model data.
  • the modeling system can have a functional configuration as shown in FIG. 18 in order to narrow down the target for the matching process and reduce the time required for the process of specifying the 3D model data.
  • FIG. 18 is a block diagram showing a third functional configuration of the modeling system.
  • This modeling system includes an accumulation unit 30, a search unit 31, an extraction unit 32, a control unit 33, a reading unit 34, a modeling unit 35, an acquisition unit 36, and a correction unit 37, as in the functional configuration shown in FIG.
  • a designation unit 38 is provided. Since the storage unit 30, the search unit 31, the extraction unit 32, the control unit 33, the reading unit 34, the modeling unit 35, the acquisition unit 36, and the correction unit 37 have already been described, only the designation unit 38 will be described here. Note that the modeling system may have a configuration of the accumulation unit 30, the search unit 31, the extraction unit 32, the control unit 33, the reading unit 34, the modeling unit 35, and the designation unit 38.
  • the search unit 31 requests the specification unit 38 to obtain information on 3D model data to be searched.
  • the designation unit 38 transmits a list of 3D model data to be searched as information on the 3D model data to be searched.
  • the 3D model data is associated with identification information (ID) for identifying the 3D model data, and the designation unit 38 transmits a list including one or more IDs to the search unit 31.
  • ID identification information
  • the list is not limited to an ID, and may be a data name or the like given to data as long as the data can be identified.
  • the designation unit 38 can designate the 3D model data to be searched according to predetermined designation conditions.
  • the designation condition may be a form designated by the user from UI (User Interface), or 3D model data after a certain period of time may be excluded from the target. Since these are examples, the designation conditions are not limited to these.
  • the search unit 31 requests the specification unit 38 to acquire a list of 3D model data to be searched (S5). In response to the request, the specification unit 38 transmits a list including IDs of one or more 3D model data (S6).
  • the search unit 31 refers to the list and requests the storage unit 30 to acquire 3D model data in the list (S7). Then, the search unit 31 acquires 3D model data from the storage unit 30 (S8).
  • the present invention has been described with the embodiment described above as a modeling processing system, a modeling processing apparatus, and a program, the present invention is not limited to the above-described embodiment. Therefore, other embodiments, additions, changes, deletions, and the like can be changed within a range that can be conceived by those skilled in the art, and as long as the effects and advantages of the present invention are exhibited in any aspect, the present invention It is included in the range. Therefore, in the present invention, a modeling processing method executed by the modeling processing system or the modeling processing apparatus, a recording medium on which the program is recorded, a server device that provides the program via a network, and the like can also be provided. is there.

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Abstract

造形した立体物を複製する際、その立体物と同様の造形物を得ることができる装置やシステム等を提供する。　この装置は、立体物の造形処理を行うための造形処理装置であり、各々が立体物の表面形状の情報を含む複数の立体物情報を蓄積する蓄積部３０と、立体物の表面を読み取る読取部３４により生成された該立体物の表面形状の情報に基づき、蓄積された複数の立体物情報から造形に使用する立体物情報を検索する検索部３１と、生成された表面形状の情報から立体物を造形したときの造形条件を抽出する抽出部３２とを含む。

Description

造形処理装置、造形処理システムおよびプログラム
　本発明は、立体物の造形処理を行うための造形処理装置、造形処理システムおよび立体物の複製である造形物を造形するために使用する情報を取得し、出力する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。
　3Dプリンタが普及し、3Dモデルデータがあれば誰でも立体物を造形することができるようになってきている。この3Dモデルデータは、CAD(Computer Aided Design)等により作成されているが、近年では、3Dスキャナにより読み取った表面形状の情報から作成する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２－１０１４４６号公報
　しかしながら、上記の方法では、複製元の立体物が3Dプリンタで造形した造形物である場合、3次元測定して取得した3Dモデルデータに基づき造形しても、同様のものを複製することができないという問題があった。これは、3Dプリンタで造形する際、3Dモデルデータだけでなく、積層ピッチ等の造形条件を指定する必要があり、複製元の立体物と同じ造形条件で造形しなければ、同様のものは得られないからである。
　本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、3Dプリンタで造形した造形物を複製元の立体物として複製する際、その立体物と同様の造形物を得ることができる装置、システムおよびプログラムを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、立体物の造形処理を行うための造形処理装置であって、各々が立体物の表面形状の情報を含む複数の立体物情報を蓄積する蓄積部と、立体物の表面を読み取る読取部により生成された該立体物の表面形状の情報に基づき、蓄積部に蓄積された複数の立体物情報から造形に使用する立体物情報を検索する検索部と、読取部により生成された表面形状の情報から立体物を造形したときの造形条件を抽出する抽出部とを含む、造形処理装置を提供する。
　本発明によれば、造形した立体物を複製する際、その立体物と同様の造形物を得ることができる。
造形処理システムの構成例を示した図。 情報処理装置のハードウェア構成を示した図。 造形処理システムの第１の機能構成を示したブロック図。 3Dスキャンデータまたは3Dモデルデータの一例を示した図。 造形条件の一例を示した図。 積層ピッチについて説明する図。 積層ピッチの違いについて説明する図。 造形方向の違いについて説明する図。 造形処理システムが実行する第１の処理の流れを示したシーケンス図。 3Dモデルデータを検索する処理の流れを示したフローチャート。 造形条件を抽出する処理の流れを示したフローチャート。 積層ピッチを特定する第１の処理の流れを示したフローチャート。 造形方向を特定する第１の処理の流れを示したフローチャート。 積層ピッチを特定する第２の処理の流れを示したフローチャート。 造形方向を特定する第２の処理の流れを示したフローチャート。 造形処理システムの第２の機能構成を示したブロック図。 造形処理システムが実行する第２の処理の流れを示したシーケンス図。 造形条件を補正する処理の流れを示したフローチャート。 造形処理システムの第３の機能構成を示したブロック図。 造形処理システムが実行する第３の処理の流れを示したシーケンス図。
　図１は、立体物の造形処理を行うための造形処理システムの構成例を示した図である。図１に示す造形処理システムは、読取部としての読取装置と、情報処理装置と、造形部としての造形装置とを含んで構成される。読取装置は、複製元の立体物の表面を読み取り、その立体物の表面形状の情報を出力する。読取装置は、例えば3Dスキャナ１０であり、表面形状の情報は、3Dスキャナ１０から出力される3Dスキャンデータである。
　情報処理装置は、読取装置から3Dスキャンデータを取得し、造形に使用する立体物情報を検索する等の処理を行う。情報処理装置は、例えば3Dモデルデータサーバ１１であり、複数の立体物情報として、複数の3Dモデルデータを蓄積し、その中から造形に使用する3Dモデルデータを検索し特定する。そして、情報処理装置は、特定した3Dモデルデータを造形装置に出力する。
　造形装置は、情報処理装置から3Dモデルデータを受け取り、その3Dモデルデータに基づき造形物を造形する。造形装置は、例えば3Dプリンタ１２であり、3Dスキャナ１０で読み取った立体物の複製を、造形物を造形することにより作成する。
　3Dスキャナ１０と3Dモデルデータサーバ１１と3Dプリンタ１２とは、直接ケーブルで接続されていてもよいし、LAN(Local Area Network)やインターネット等のネットワークを介して接続されていてもよい。なお、ネットワークは、有線ネットワーク、無線ネットワークのいずれであってもよい。また、造形システムは、必要に応じて、アクセスポイント、プロキシサーバ、プリントサーバ、DNS(Domain Name System)サーバ等の他の機器を含んで構成されていてもよい。
　3Dスキャナ１０は、スキャン方式によって接触式のスキャナと非接触式のスキャナとがある。図１に示す例では、非接触式の3Dスキャナを示している。接触式の3Dスキャナは、ハードウェアとして、センサを含む。接触式の3Dスキャナは、センサを複製元の立体物の表面に押し当て、押し当てた表面の三次元位置の座標を複数測定する。
　非接触式の3Dスキャナは、レーザー光を使用するタイプと、パターン光を使用するタイプとがある。レーザー光を使用するタイプの3Dスキャナは、レーザー光を照射する照射装置と、センサとを含む。照射装置により複製元の立体物にレーザー光を当て、その立体物から反射するレーザー光をセンサで識別し、例えば三角法を使用してその立体物の表面の各位置までの距離を計測する。パターン光を使用するタイプの3Dスキャナは、パターンを照射する照射装置と、センサとを含む。照射装置により縞模様のパターンを複製元の立体物に当て、センサでその縞模様を構成するラインを識別し、その立体物の表面の各位置までの距離を計測する。
　3Dプリンタ１２は、造形する方式として熱溶解積層法、光造形法、粉末法等を使用する3Dプリンタがある。熱溶解積層法を使用する3Dプリンタは、熱で融解した造形材料である樹脂を少しずつ積み重ねて造形する。この樹脂としては、ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニルスルホン樹脂、ポリ乳酸等を使用することができる。
　光造形法を使用する3Dプリンタは、液状の樹脂に紫外線等を照射し、造形材料である樹脂を少しずつ硬化させて造形する。この樹脂としては、光硬化性樹脂が使用される。粉末法を使用する3Dプリンタは、造形材料である粉末の石膏や樹脂を所定厚さの層として敷き詰め、その層上の所定位置に接着剤を塗布し、その上に粉末の石膏や樹脂を敷き詰め、これを繰り返すことにより造形する。
　図１では、3Dスキャナ１０と、3Dモデルデータサーバ１１と、3Dプリンタ１２という別個の３つの機器から構成される造形処理システムを説明してきたが、これらが１つの筐体に収納され、１つの装置として構成された造形処理装置であってもよい。また、造形処理システムは、3Dスキャナ１０と3Dモデルデータサーバ１１とから構成されるものであってもよい。造形処理装置は、上記の３つの機器を１つの筐体に収納したもののほか、3Dスキャナ１０と3Dモデルデータサーバ１１とを１つの筐体に収納したものや、3Dモデルデータサーバ１１のみからなるものであってもよい。
　図２を参照して、3Dモデルデータサーバ１１のハードウェア構成について説明する。3Dモデルデータサーバ１１は、一般的なPCと同様、CPU２０、ROM２１、RAM２２、HDD２３、入出力I/F２４、入力装置２５、表示装置２６を備える。
　CPU２０は、3Dモデルデータサーバ１１全体の動作を制御する。ROM２１は、3Dモデルデータサーバ１１を起動するためのブートプログラムやファームウェア等を記憶する。RAM２２は、CPU２０に対して作業空間を提供する。HDD２３は、上記の3Dモデルデータを取得し、出力する処理を実行するためのプログラム、OS、複数の3Dモデルデータを記憶する。
　入出力I/F２４は、上記の入力装置２５および表示装置２６のほか、3Dスキャナ１０および3Dプリンタ１２と接続し、データや情報の入力および出力を制御する。入力装置２５は、マウスやキーボード等とされ、ユーザからの指示や情報の入力を受け付ける。表示装置２６は、3Dスキャンデータや特定した3Dモデルデータ等を表示する。
　なお、3Dモデルデータサーバ１１は、これらのハードウェアに限られるものではなく、ネットワークに接続するために通信I/F、外部記憶装置を接続するために外部記憶装置I/F等をさらに備えていてもよい。したがって、3Dモデルデータは、3Dモデルデータサーバ１１内のHDD２３に記憶されることに限られるものではなく、3Dモデルデータサーバ１１がアクセス可能な外部記憶装置に記憶されていてもよい。また、3Dモデルデータサーバ１１がネットワークを介して通信可能な他の機器やデータベース等に記憶されていてもよい。
　図３は、造形処理システムの第１の機能構成を示したブロック図である。造形処理システムは、蓄積部３０と、検索部３１と、抽出部３２と、出力部としても機能する制御部３３と、読取部３４と、造形部３５とを含んで構成されている。造形処理システムは、蓄積部３０、検索部３１、抽出部３２、制御部３３、読取部３４を少なくとも含み、造形部３５は必要に応じて設けることができる。検索部３１、抽出部３２、制御部３３については、上記のCPU２０が上記のプログラムを実行することにより、蓄積部３０については、HDD２３等により実現される。また、読取部３４については、3Dスキャナ１０により、造形部３５については、3Dプリンタ１２により実現される。
　読取部３４は、複製元の立体物の表面を読み取り、その表面形状の情報を3Dスキャンデータとして生成する。ここでは、立体物は、既に造形部３５等で造形された三次元形状の造形物である。3Dスキャンデータは、例えば図４に示すような三次元の頂点の位置（座標）を指定した三角形データの集合による形式、具体的にはSTL(Standard Triangulated Language)とすることができる。
　図４に示すSTLで表現した3Dスキャンデータは、facetからendfacetまでを１つの三角形データで表し、normalで三角形の法線ベクトルを表し、３つのvertexで三角形の各頂点の位置を表す。このような三角形データを繰り返し記述することで、三次元形状を表現する。ここでは、3Dスキャンデータについて説明したが、3Dモデルデータも同様にして表現することができる。なお、3Dスキャンデータや3Dモデルデータは、三次元形状を表現していればSTLに限らず、どのような形式のデータであってもよい。
　蓄積部３０は、各々が立体物の表面形状の情報を含む複数の立体物情報を、複数の3Dモデルデータとして蓄積する。したがって、立体物情報は、その立体物の内部構造の情報も含んでいてもよい。内部構造の情報は、例えば中空等の情報である。
　検索部３１は、読取部３４により生成された3Dスキャンデータに基づき、蓄積部３０に蓄積された複数の3Dモデルデータの中から造形に使用する3Dモデルデータを検索する。検索部３１は、複数の3Dモデルデータの中から3Dスキャンデータが表現する立体物の表面形状に類似する表面形状の情報をもつ3Dモデルデータを検索する。そして、検索部３１は、検索した3Dモデルデータを、造形に使用する3Dモデルデータとして特定する。
　抽出部３２は、読取部３４により生成された3Dスキャンデータから、その立体物を造形したときの造形条件を抽出する。造形条件は、その立体物を造形したときに指定した積層ピッチや造形方向等である。積層ピッチは、粉末の樹脂や石膏等を積み重ねて造形する際の各層の厚さであり、造形方向は、その立体物を造形する際の層を積み重ねる方向（積層方向）である。以下、造形条件をこれら２つの情報として説明するが、造形条件はこれらに限定されるものではない。
　造形条件は、例えば図５に示すような内容のものとされる。造形条件は、項目とそれに対応する内容とを含み、項目は、上記の積層ピッチや造形方向であり、内容は、各層の高さ(mm)や積み重ねる方向である。積み重ねる方向は、X軸、Y軸、Z軸に対する角度である。X軸は、3Dプリンタが備える造形槽を上から見た矩形の平面の一辺の方向、Y軸は、その平面の該一辺に垂直な他の辺の方向、Z軸は、X軸およびY軸に対して垂直で、造形槽の高さ方向である。
　図６に示す立体物を参照して、積層ピッチについて説明する。図６に示す立体物は、造形された円錐状の立体物で、円錐状にするために、一層毎に径が小さくなる円盤を積み重ねることにより造形されている。この各円盤の厚さあるいは高さが各層の厚さであり、その厚さが積層ピッチである。
　積層ピッチがどの程度であるかは、複製元の立体物の表面を計測することにより求めることができる。これは、3Dプリンタで造形した立体物が層の積み重ねにより造形されたことに起因して、図７Ａに示すように、層の厚みの違いが、立体物の表面に現れるためである。この表面の計測は、画像解析により行うことができる。
　造形方向がどの方向であるかも、積層ピッチと同様、複製元の立体物の表面を計測することにより求めることができる。これは、3Dプリンタで造形した造形物が層の積み重ねにより造形されたことに起因して、図７Ｂに示すように、どの向きに造形されたかについての違いが造形物の表面に現れるためである。ちなみに、図７Ｂは、円錐状の立体物を、円盤を積み重ねて造形したものと、それを９０度回転した立体物で、直方体等を積み重ねて造形したものとを示している。
　制御部３３は、造形処理システム全体を制御し、ユーザから立体物の複製の要求を受け付け、読取部３４に対して3Dスキャンデータの取得を要求し、3Dスキャンデータを取得する。制御部３３は、検索部３１に対して3Dモデルデータの検索を要求し、3Dモデルデータを取得する。また、制御部３３は、抽出部３２に対して造形条件の抽出を要求し、造形条件を取得する。そして、制御部３３は、造形部３５へ検索部３１により検索された3Dモデルデータと抽出部３２により抽出された造形条件とを送信する。
　造形部３５は、制御部３３から受け取った3Dモデルデータと造形条件とに基づき造形物を造形する。3Dモデルデータは、表面形状の情報のほか、内部構造の情報を含むことができる。このため、造形部３５は、内部構造の特徴も反映して造形物を造形することができる。また、造形部３５は、複製元の立体物と同じ造形条件で造形するため、同じ積層ピッチおよび造形方向で造形する。これにより、複製元の立体物と同様の造形物を得ることができる。
　図３に示す造形処理システムにより実行される処理を、図８を参照して詳細に説明する。制御部３３は、ユーザから立体物の複製の要求を受け付け、読取部３４に対して3Dスキャンデータの取得を要求する(S1)。3Dスキャンデータは、複製を要求された立体物の表面形状データであり、その立体物は、3Dプリンタで造形した造形物である。複製元の立体物を造形した3Dプリンタは、この造形処理システムが備える3Dプリンタ１２であってもよいし、他の3Dプリンタであってもよい。

　読取部３４は、制御部３３からの要求を受けて、立体物の表面を読み取り、3Dスキャンデータを生成する(S2)。3Dスキャンデータは、例えば図４に示したSTLで表現されたデータである。読取部３４は、生成した3Dスキャンデータを制御部３３に送信する(S3)。
　制御部３３は、読取部３４から3Dスキャンデータを受け取った後、検索部３１にその3Dスキャンデータを送り、3Dモデルデータの検索を要求する(S4)。検索部３１は、制御部３３からの要求を受けて、蓄積部３０に対して3Dモデルデータの取得を要求し(S5)、蓄積部３０から3Dモデルデータを取得する(S6)。
　検索部３１は、3Dスキャンデータと、3Dモデルデータとの類似性を判定する処理（マッチング処理）を行い、表面形状が類似する3Dモデルデータを検索する(S7)。S5からS7の処理は、3Dモデルデータを検索するまで繰り返される。検索部３１は、マッチング処理により特定した3Dモデルデータを類似形状候補としてリストし、そのリストを制御部３３に送信する(S8)。
　類似形状候補とするかどうかは、各データが表現する立体物の表面形状がどの程度類似しているかを数値で表したパラメータ（類似度）を求め、その類似度が閾値以上かどうかにより決定することができる。閾値は、造形処理システムが固定で保持することもできるし、造形処理システムが類似形状候補の数に応じて決定してもよい。
　3Dスキャンデータが表現する立体物と3Dモデルデータが表現する立体物との表面形状の類似度は、これまでに知られたいかなる方法でも使用して求めることができる。例えば、クラスタ分析、k-近傍法、多次元尺度構成法(MDS)等を使用して数値として求めることができる。これらの方法は、よく知られた方法であるので、ここでは詳述しない。
　制御部３３は、取得したリストに3Dモデルデータが１つである場合、その3Dモデルデータを、造形に使用する3Dモデルデータとして特定する。制御部３３は、取得したリストに3Dモデルデータが複数ある場合、類似度が最も高い3Dモデルデータを、造形に使用する3Dモデルデータとして特定する。なお、これに限らず、制御部３３は、取得したリストをユーザに提示する等してユーザに選択させ、ユーザが選択した3Dモデルデータを、造形に使用する3Dモデルデータとして特定することもできる。
　制御部３３は、抽出部３２に3Dスキャンデータを送信し、造形条件の抽出を要求する(S9)。抽出部３２は、受け取った3Dスキャンデータから、その立体物を造形したときの造形条件を抽出する(S10)。抽出部３２は、3Dスキャンデータが表現する立体物の表面を画像解析することにより、その立体物の積層ピッチや造形方向を抽出する。
　抽出部３２は、抽出した造形条件を制御部３３に送信する(S11)。制御部３３は、抽出部３２から受け取った3Dモデルデータと造形条件とを、造形部３５に送信し、造形を要求する(S12)。造形部３５は、この要求を受けて、その3Dモデルデータと造形条件とに基づき造形物を造形する。
　図９を参照して、図８に示すS6からS8の3Dモデルデータを検索する処理について詳細に説明する。検索部３１が制御部３３からの要求を受けて、ステップ９００からこの処理を開始する。ステップ９０５では、蓄積部３０に蓄積された3Dモデルデータの１つを取得する。ステップ９１０では、3Dスキャンデータとその取得した3Dモデルデータのそれぞれが表現する立体物の表面形状が類似しているかを判定する。
　類似しているか否かは、上記の類似度が閾値以上であるか否かにより判定することができる。類似している場合は、ステップ９１５へ進み、類似していない場合は、ステップ９０５へ戻り、別の3Dモデルデータを取得する。
　ステップ９１５では、類似していると判定された3Dモデルデータを出力候補とする。ステップ９２０では、出力候補の3Dモデルデータが他にあるかを判断する。蓄積部３０に蓄積されている検索対象の全ての3Dモデルデータにつき、類似しているか否かの判定を行ったか否かにより、出力候補の3Dモデルデータが他にあるか否かを判断することができる。ある場合は、ステップ９０５へ戻り、ない場合は、ステップ９２５へ進む。
　ステップ９２５では、3Dモデルデータの出力候補をリストにして制御部３３に送信し、ステップ９３０でこの処理を終了する。3Dモデルデータの出力候補は、ステップ９１５で出力候補とされた全ての3Dモデルデータであってもよいし、類似度が高い方から指定された数の3Dモデルデータであってもよいし、類似度が最も高い3Dモデルデータのみであってもよい。
　２以上の3Dモデルデータを送信した場合は、ユーザがそのうちの１つを選択し、または制御部３３が、類似度が最も高い3Dモデルデータを選択し、それを出力すべき3Dモデルデータとして特定することができる。
　次に、図１０を参照して、図８に示すS10の造形条件を抽出する処理について詳細に説明する。抽出部３２が制御部３３からの要求を受けて、ステップ１０００からこの処理を開始する。ステップ１００５では、3Dスキャンデータから造形条件の候補となる情報を抽出する。抽出部３２は、3Dスキャンデータが表現する立体物の一部を画像解析し、造形条件の候補となる情報を抽出する。
　画像解析する立体物の一部は、該立体物のどの部位であってもよい。造形条件の候補となる情報は、積層ピッチや造形方向の情報であり、造形によって生じた段差と誤認しないように、段差状になっていない部位であることが望ましい。
　なお、3Dスキャンデータには、ある程度の誤差が含まれている。この誤差による影響を小さくするため、その立体物の別の複数の部位からも造形条件を抽出し、それらの平均を取る等して平滑化することが望ましい。
　ステップ１０１０では、抽出した情報を造形条件として採用し、ステップ１０１５でこの処理を終了する。
　具体的な造形条件の抽出について、図１１および図１２を参照して説明する。図１１は、造形条件として積層ピッチを特定する第１の処理の流れを示したフローチャートである。ステップ１１００からこの処理を開始し、ステップ１１０５では、3Dスキャンデータが表現する立体物の一部を画像解析し、積層ピッチを抽出する。画像解析では、表面を計測し、積層ピッチに対応したパターンを検出し、パターン間の距離を算出する等して、積層ピッチを抽出する。
　なお、3Dスキャンデータには、ある程度の誤差が含まれている。この誤差による影響を小さくするため、その立体物の別の複数の部位からも積層ピッチの候補となる情報を抽出し、それらの平均を取る等して平滑化することが望ましい。
　ステップ１１１０では、抽出した情報を積層ピッチとして採用し、ステップ１１１５でこの処理を終了する。
　図１２は、造形条件として造形方向を特定する第１の処理の流れを示したフローチャートである。ステップ１２００からこの処理を開始し、ステップ１２０５では、3Dスキャンデータが表現する立体物の一部を画像解析し、造形方向の候補となる情報を抽出する。画像解析では、上記と同様、表面を計測し、積層ピッチに対応したパターンを検出し、その積層方向から、造形方向の候補となる情報を抽出する。
　なお、3Dスキャンデータには、ある程度の誤差が含まれている。この誤差による影響を小さくするため、その立体物の別の複数の部位からも造形方向の候補となる情報を抽出し、それらの平均を取る等して平滑化することが望ましい。
　ステップ１２１０では、抽出した情報を造形方向として採用し、ステップ１２１５でこの処理を終了する。
　図１３は、造形条件として積層ピッチを特定する第２の処理の流れを示したフローチャートである。この処理では、3Dスキャンデータだけでなく、3Dモデルデータも使用して積層ピッチを特定する。ステップ１３００からこの処理を開始し、ステップ１３０５では、3Dスキャンデータが表現する立体物と3Dモデルデータが表現する立体物の表面形状をパターンマッチングする。パターンマッチングは、評価値として類似度を用い、その類似度が閾値以上であるか否かを判定することで、両者が似ているか否かを評価する。なお、パターンマッチングに際しては、両者の向きを同一にして行う。
　ステップ１３１０では、3Dモデルデータが表現する立体物の表面において段差状になっていない部位を探索する。これは、3Dモデルデータ中で段差状になっている部位と同じ部位の積層ピッチを3Dスキャンデータから抽出した場合、3Dモデルデータが有している意図した段差状の部位を、3Dプリンタで造形したことによって生じた意図しない段差状の部位と誤検知する可能性があるからである。ステップ１３１０で、段差状になっていない部位がある場合は、ステップ１３１５へ進み、ない場合は、ステップ１３２０へ進む。
　ステップ１３１５では、3Dスキャンデータから、その段差状になっていない部位の積層ピッチを抽出する。ステップ１３２０では、段差状になっていない部位が存在しないため、段差状になっている部位の中で、最も段差の具合が大きい部位を選択し、その部位の積層ピッチを抽出する。そして、ステップ１３２５でこの処理を終了する。
　段差の具合が大きい部位は、立体物が元々有している段差状の表面である可能性が高いため、この部位を選択することで、誤検知を極力排除し、適切に積層ピッチを抽出することができる。
　図１４は、造形条件として造形方向を特定する第２の処理の流れを示したフローチャートである。この処理では、3Dスキャンデータだけではなく、3Dモデルデータも使用して造形方向を特定する。ステップ１４００からこの処理を開始し、ステップ１４０５では、3Dスキャンデータが表現する立体物と3Dモデルデータが表現する造形物の表面形状をパターンマッチングする。パターンマッチングは、評価値として類似度を用い、その類似度が閾値以上であるか否かを判定することで、両者が似ているか否かを評価する。なお、パターンマッチングに際しては、両者の向きを同一にして行う。
　ステップ１４１０では、3Dモデルデータが表現する造形物の表面において段差状になっていない部位を探索する。これは、3Dモデルデータ中で段差状になっている部位と同じ部位の造形方向を3Dスキャンデータから抽出した場合、3Dモデルデータが有している意図した段差状の部位を、3Dプリンタで造形したことによって生じた意図しない段差状の部位と誤検知する可能性があるからである。ステップ１４１０で、段差状になっていない部位がある場合は、ステップ１４１５へ進み、ない場合は、ステップ１４２０へ進む。
　ステップ１４１５では、3Dスキャンデータから、その段差状になっていない部位の造形方向を抽出する。ステップ１４２０では、段差状になっていない部位が存在しないため、段差状になっている部位の中で、最も段差の具合が大きい部位を選択し、その部位の造形方向を抽出する。抽出した積層ピッチを候補となる情報とし、ステップ１４２５でこの処理を終了する。
　段差の具合が大きい部位は、立体物が元々有している段差状の表面である可能性が高いため、この部位を選択することで、誤検知を極力排除し、適切に造形方向を抽出することができる。
　上記では、抽出部３２が抽出した造形条件を、制御部３３が造形部３５へ送り、造形部３５がその造形条件に基づき、造形物を造形している。造形部３５の仕様（対応可能な造形条件の情報）によっては、その造形条件で造形することができない場合がある。例えば、造形部３５の仕様で対応する積層ピッチを設定できないため、同じ積層ピッチにすることができない等である。そこで、造形処理システムは、造形部３５の仕様を加味した上で造形条件を抽出し、その造形条件に基づき、造形物を造形するため、図１５に示すような機能構成とすることができる。
　図１５は、造形処理システムの第２の機能構成を示したブロック図である。この造形処理システムは、図３に示した機能構成と同様、蓄積部３０、検索部３１、抽出部３２、制御部３３、読取部３４、造形部３５を含み、それに加えて、取得部３６、補正部３７を備える。蓄積部３０、検索部３１、抽出部３２、制御部３３、読取部３４、造形部３５については、既に説明したので、ここでは、取得部３６、補正部３７についてのみ説明する。
　造形部３５の仕様は、設定可能な積層ピッチや造形方向等の造形部３５の造形条件に関する情報を含み、造形部３５自身が保持していてもよいし、蓄積部３０に3Dモデルデータとともに蓄積してもよい。また、他の記憶部に記憶させていてもよい。
　抽出部３２は、造形条件の抽出後、取得部３６に対して造形部３５の仕様の取得を要求する。ここでは、造形条件の抽出後としているが、抽出前であってもよい。取得部３６は、その仕様を造形部３５が保持する場合は造形部３５に対して、蓄積部３０が保持する場合は蓄積部３０に対して、他の記憶部が保持する場合は該他の記憶部に対してその取得を要求し、その仕様を取得する。
　造形部３５の仕様は、造形部３５を識別する識別情報が関連付けられており、取得部３６は、その識別情報を含む要求を送ることで、対応する仕様を取得することができる。
　補正部３７は、抽出部３２が抽出した造形条件を、取得部３６が取得した仕様に基づき補正する。補正部３７は、抽出した造形条件と造形部３５の仕様とを照らし合わせ、適切な造形条件に補正する処理を行う。具体的には、抽出部３２が、積層ピッチが0.18mmであることを抽出したが、造形部３５の仕様が0.1mm、0.2mm、0.3mmの積層ピッチにしか対応していない場合、補正部３７は、0.18mmに最も近い0.2mmに造形条件を補正する。
　このようにすることで、抽出部３２で抽出した造形条件が、造形部３５の仕様と異なっていても、適切に補正し、適切な造形条件で造形物を造形することが可能となる。
　この機能構成の造形システムにより実行される処理を、図１６を参照して詳細に説明する。図１６中、S1からS10までの処理については、図８を参照して既に説明したので、ここではその説明を省略する。抽出部３２は、取得部３６に対して造形部３５の仕様の取得を要求する(S11)。取得部３６は、上記のようにして仕様を取得し、抽出部３２にその仕様を送信する(S12)。
　抽出部３２は、抽出した造形条件と受け取った仕様とを補正部３７に送信する(S13)。補正部３７は、受け取った造形条件を、受け取った仕様に基づき補正を行い、補正後の造形条件を抽出部３２に送信する(S14)。抽出部３２は、受け取った補正後の造形条件を制御部３３に送信する(S15)。
　制御部３３は、特定された3Dモデルデータと抽出部３２から取得した補正後の造形条件とを、造形部３５に送信し、造形を要求する(S16)。造形部３５は、この要求を受けて、その3Dモデルデータとその補正後の造形条件とに基づき、造形物を造形する。
　ここで、補正部３７が行う補正について、図１７を参照して詳細に説明する。補正部３７は、抽出部３２からの要求を受けて、ステップ１７００から処理を開始する。ステップ１７０５では、抽出部３２から造形条件と造形部３５の仕様を取得する。ステップ１７１０では、その仕様に、その造形条件と合致するものがあるかどうかを判断する。造形条件の中に積層ピッチ0.18mmという値があれば、その値と同じ値がその仕様に含まれているかを判断する。
　造形条件と合致するものがあるかどうかは、造形条件が積層ピッチと造形方向とを含む場合、その両方の値と同じ値がその仕様に含まれているかにより判断する。したがって、両方とも含まれている場合は、合致するものがあると判断し、ステップ１７１５へ進み、両方とも含まれていない場合や一方が含まれていない場合は、合致するものがないと判断し、ステップ１７２０へ進む。
　ステップ１７１５では、抽出部３２から取得した造形条件を、造形部３５に送る造形条件として採用し、ステップ１７２５でこの処理を終了する。ステップ１７２０では、仕様の中で、抽出部３２から取得した造形条件に最も近いものを造形条件として採用し、ステップ１７２５でこの処理を終了する。
　補正部３７は、上記の積層ピッチと造形方向の両方とも合致するものがない場合、仕様の中でその両方を最も近いものに補正し、一方に合致するものがない場合、該一方を仕様の中で最も近いものに補正し、他方は補正しない。すなわち、補正部３７は、該他方については抽出部３２から取得したものをそのまま採用する。
　この構成を採用することで、造形部３５で確実に造形することが可能となり、また、3Dスキャンデータの精度が悪く、その結果、抽出した造形条件の精度が悪くても、適切な造形条件で造形することができる。
　上記では、検索部３１は、蓄積部３０に蓄積された3Dモデルデータの全てにつき、マッチング処理を行い、3Dモデルデータを特定している。これでは、蓄積部３０に蓄積される3Dモデルデータの数が増えれば、検索部３１が行う3Dモデルデータを特定する処理に時間がかかってしまう。そこで、造形システムは、マッチング処理を行う対象を絞り、3Dモデルデータを特定する処理にかかる時間を削減するために、図１８に示すような機能構成とすることができる。
　図１８は、造形システムの第３の機能構成を示したブロック図である。この造形システムは、図１５に示した機能構成と同様、蓄積部３０、検索部３１、抽出部３２、制御部３３、読取部３４、造形部３５、取得部３６、補正部３７を含み、それに加えて、指定部３８を備える。蓄積部３０、検索部３１、抽出部３２、制御部３３、読取部３４、造形部３５、取得部３６、補正部３７については、既に説明したので、ここでは、指定部３８についてのみ説明する。なお、造形システムは、蓄積部３０、検索部３１、抽出部３２、制御部３３、読取部３４、造形部３５、指定部３８という構成であってもよい。
　検索部３１は、指定部３８に対して検索対象の3Dモデルデータの情報の取得を要求する。指定部３８は、その要求を受けて、検索対象の3Dモデルデータの情報として、検索対象の3Dモデルデータのリストを送信する。3Dモデルデータは、3Dモデルデータを識別するための識別情報(ID)が関連付けられており、指定部３８は、検索部３１に１以上のIDを含むリストを送信する。なお、リストは、IDに限らず、データを識別することができれば、データに付与されるデータ名等であってもよい。
　指定部３８は、検索対象の3Dモデルデータを、予め決められた指定条件に従って指定することができる。指定条件は、UI(User Interface)からユーザが指定する形であってもよいし、一定期間経過後の3Dモデルデータは対象から外すというものであってもよい。これらは一例であるので、指定条件はこれらに限定されるものではない。
　この機能構成の造形システムにより実行される処理を、図１９を参照して詳細に説明する。図１９中、S1からS4までの処理、S9からS18までの処理については、図８および図１６を参照して既に説明したので、ここではその説明を省略する。
　検索部３１は、指定部３８に対して検索対象の3Dモデルデータのリストの取得を要求する(S5)。指定部３８は、その要求を受けて、１以上の3DモデルデータのIDを含むリストを送信する(S6)。検索部３１は、そのリストを参照し、蓄積部３０に対してそのリストにある3Dモデルデータの取得を要求する(S7)。そして、検索部３１は、蓄積部３０から3Dモデルデータを取得する(S8)。
　このようにして、検索対象を絞り込むことにより、3Dモデルデータを特定するのにかかる時間を削減することができる。
　これまで本発明を、造形処理システム、造形処理装置およびプログラムとして上述した実施の形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。したがって、他の実施の形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。よって、本発明では、造形処理システムや造形処理装置が実行する造形処理方法やそのプログラムが記録された記録媒体、そのプログラムを、ネットワークを介して提供するサーバ装置等も提供することができるものである。
　本国際特許出願は、２０１６年１月１４日に出願した日本国特許出願第２０１６－００５２０９号に基づきその優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１６－００５２０９号の全内容を参照によりここに援用する。
１０…3Dスキャナ、１１…3Dモデルデータサーバ、１２…3Dプリンタ、２０…CPU、２１…ROM、２２…RAM、２３…HDD、２４…入出力I/F、２５…入力装置、２６…表示装置、３０…蓄積部、３１…検索部、３２…抽出部、３３…制御部、３４…読取部、３５…造形部、３６…取得部、３７…補正部、３８…指定部

Claims (9)

  1. 　立体物の造形処理を行うための造形処理装置であって、
    　各々が立体物の表面形状の情報を含む複数の立体物情報を蓄積する蓄積部と、前記立体物の表面を読み取る読取部により生成された該立体物の表面形状の情報に基づき、前記蓄積部に蓄積された前記複数の立体物情報から造形に使用する立体物情報を検索する検索部と、
    　前記読取部により生成された前記表面形状の情報から前記立体物を造形したときの造形条件を抽出する抽出部とを含む、造形処理装置。
  2. 　前記立体物の表面を読み取り、該立体物の表面形状の情報を生成する前記読取部をさらに含む、請求項１に記載の造形処理装置。
  3. 　前記検索部により検索された立体物情報と、前記抽出部により抽出された造形条件とに基づき、前記立体物の複製である造形物を造形する造形部をさらに含む、請求項１または２に記載の造形処理装置。
  4. 　前記抽出部は、前記造形条件として、造形材料を積層して前記立体物を造形したときの該造形材料の各層の厚さもしくは積層方向またはその両方を抽出する、請求項１～３のいずれか１項に記載の造形処理装置。
  5. 　前記抽出部は、前記読取部により生成された前記表面形状の情報に加えて、前記検索部により検索された前記立体物情報も使用して、前記造形条件を抽出する、請求項１～４のいずれか１項に記載の造形処理装置。
  6. 　前記造形部が対応可能な造形条件の情報を取得する取得部と、
    　前記抽出部により抽出された造形条件を、前記取得部により取得された造形条件の情報を用いて補正する補正部とをさらに含む、請求項３に記載の造形処理装置。
  7. 　前記蓄積部に蓄積された前記複数の立体物情報のうち検索対象の立体物情報を、予め決められた指定条件に従って指定する指定部をさらに含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の造形処理装置。
  8. 　立体物の造形処理を行うための造形処理システムであって、
    　前記立体物の表面を読み取り、該立体物の表面形状の情報を生成する読取部と、
    　各々が立体物の表面形状の情報を含む複数の立体物情報を蓄積する蓄積部と、
    　前記読取部により生成された前記立体物の表面形状の情報に基づき、前記蓄積部に蓄積された前記複数の立体物情報から造形に使用する立体物情報を検索する検索部と、
    　前記読取部により生成された前記表面形状の情報から前記立体物を造形したときの造形条件を抽出する抽出部と、
    　前記立体物の複製である造形物を造形する造形部に、検索された立体物情報と、抽出された造形条件とを出力する出力部とを含む、造形処理システム。
  9. 　立体物の複製である造形物を造形するために使用する情報を取得し、出力する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    　前記立体物の表面を読み取り、該立体物の表面形状の情報を生成するステップと、
    　生成された前記立体物の表面形状の情報に基づき、各々が立体物の表面形状の情報を含む複数の立体物情報を蓄積する蓄積部に蓄積された該複数の立体物情報から造形に使用する立体物情報を検索するステップと、
    　生成された前記表面形状の情報から前記立体物を造形したときの造形条件を抽出するステップと、
    　前記造形物を造形する造形部に、検索された立体物情報と、抽出された造形条件とを出力するステップとを実行させる、プログラム。
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