(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の被塗物に対するスプレー塗装をシミュレートするスプレー塗装シミュレートシステムにおいて、
３次元画像を表示するための３次元表示装置と、
前記３次元画像が表す被塗物を３次元に視認するために利用者に装着される３次元視認装置と、
前記３次元視認装置の位置および姿勢から見た前記被塗物を表す３次元画像を表示させるように前記３次元表示装置を制御する表示制御装置と、
前記被塗物を擬似的に塗装するための擬似塗装装置と、を備え、
前記表示制御装置は、
前記擬似塗装装置が擬似する塗装装置の塗布口に装着される塗料ノズルに対して、前記擬似塗装装置から予め定められた基準位置にある平面に垂直に塗料を塗布したときの塗料の分布を表す塗布パターンを格納するパターン情報格納部と、
前記塗料ノズルが選択されるノズル選択部と、
前記３次元視認装置の位置および姿勢から見た前記被塗物を表す３次元画像を生成する３次元画像生成部と、を有し、
前記３次元画像生成部は、前記擬似塗装装置によって擬似的な塗装が行われている間、前記擬似的な塗装が行われている時間と、前記ノズル選択部によって選択された塗料ノズルに対応して前記パターン情報格納部に格納されている塗布パターンと、前記擬似塗装装置の位置および姿勢とに基づいて、塗装された前記被塗物を表すよう前記３次元画像を生成することを特徴とするスプレー塗装シミュレートシステム。
【請求項２】
前記塗布パターンは、前記擬似塗装装置の水平方向の塗料の厚みの分布と、前記擬似塗装装置の垂直方向の塗料の厚みの分布とによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスプレー塗装シミュレートシステム。
【請求項３】
前記３次元画像生成部は、累積した塗料の厚みの分布に応じた濃さで前記３次元画像が表す被塗物を着色することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスプレー塗装シミュレートシステム。
【請求項４】
前記３次元画像生成部は、累積した塗料の厚みの分布に応じた配色で前記３次元画像が表す被塗物を着色することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスプレー塗装シミュレートシステム。
【請求項５】
前記３次元画像生成部は、前記被塗物を展開した展開図と、適切に塗装された前記被塗物の基準展開図とをそれぞれ表す画像を生成することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のスプレー塗装シミュレートシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元の被塗物に対するスプレー塗装をシミュレートするスプレー塗装シミュレートシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、３次元の被塗物に対するスプレー塗装をシミュレートするスプレー塗装シミュレートシステムとして、塗料ノズルと被塗物との関係を光源と被照射体との関係に置き換えたのち光照射シミュレーションを行うものがある。
【０００３】
この従来のスプレー塗装シミュレートシステムは、被塗物の３次元形状と、塗料ノズルの特性を数学的に近似した光源モデルと、塗装条件とともに観測画像条件を３次元グラフィックス装置の入力形式に合致するよう書式変換装置を用いて変更したのち３次元グラフィックス装置に入力することにより、塗装処理を行った被塗物の塗着状態を３次元画像として出力するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３２４７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来の技術では、塗料ノズルと被塗物との関係を光源と被照射体との関係に置き換えることによりスプレー塗装をシミュレートするため、塗料の噴射圧や広がりがそれぞれ異なる多様な塗料ノズルに対応したスプレー塗装をシミュレートすることができないといった課題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたもので、塗料の噴射圧や広がりがそれぞれ異なる多様な塗料ノズルに対応したスプレー塗装をシミュレートすることができるスプレー塗装シミュレートシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のスプレー塗装シミュレートシステムは、３次元の被塗物に対するスプレー塗装をシミュレートするスプレー塗装シミュレートシステムにおいて、３次元画像を表示するための３次元表示装置と、前記３次元画像が表す被塗物を３次元に視認するために利用者に装着される３次元視認装置と、前記３次元視認装置の位置および姿勢から見た前記被塗物を表す３次元画像を表示させるように前記３次元表示装置を制御する表示制御装置と、前記被塗物を擬似的に塗装するための擬似塗装装置と、を備え、前記表示制御装置は、前記擬似塗装装置が擬似する塗装装置の塗布口に装着される塗料ノズルに対して、前記擬似塗装装置から予め定められた基準位置にある平面に垂直に塗料を塗布したときの塗料の分布を表す塗布パターンを格納するパターン情報格納部と、前記塗料ノズルが選択されるノズル選択部と、前記３次元視認装置の位置および姿勢から見た前記被塗物を表す３次元画像を生成する３次元画像生成部と、を有し、前記３次元画像生成部は、前記擬似塗装装置によって擬似的な塗装が行われている間、前記擬似的な塗装が行われている時間と、前記ノズル選択部によって選択された塗料ノズルに対応して前記パターン情報格納部に格納されている塗布パターンと、前記擬似塗装装置の位置および姿勢とに基づいて、塗装された前記被塗物を表すよう前記３次元画像を生成する構成を有している。
【０００８】
この構成により、本発明のスプレー塗装シミュレートシステムは、塗料ノズルと塗布パターンとを対応させて格納しておき、選択された塗料ノズルに対応した塗布パターンに基づいて、スプレー塗装をシミュレートするため、塗料の噴射圧や広がりがそれぞれ異なる多様な塗料ノズルに対応したスプレー塗装をシミュレートすることができる。
【０００９】
なお、前記塗布パターンは、前記擬似塗装装置の水平方向の塗料の厚みの分布と、前記擬似塗装装置の垂直方向の塗料の厚みの分布とによって構成されていてもよい。
【００１０】
この構成により、本発明のスプレー塗装シミュレートシステムは、擬似塗装装置の水平方向の塗料の厚みの分布と、擬似塗装装置の垂直方向の塗料の厚みの分布とを調整することにより、塗料の噴射圧や広がりがそれぞれ異なる多様な塗料ノズルの塗布パターンを設定することができる。
【００１１】
また、前記３次元画像生成部は、累積した塗料の厚みの分布に応じた濃さで前記３次元画像が表す被塗物を着色するようにしてもよい。
【００１２】
この構成により、本発明のスプレー塗装シミュレートシステムは、３次元画像が表す被塗物に着色された色の濃淡で、被塗物に塗布された塗料の厚みを表現することができる。
【００１３】
また、前記３次元画像生成部は、累積した塗料の厚みの分布に応じた配色で前記３次元画像が表す被塗物を着色するようにしてもよい。
【００１４】
この構成により、本発明のスプレー塗装シミュレートシステムは、３次元画像が表す被塗物に着色された色で、被塗物に塗布された塗料の厚みを表現することができる。
【００１５】
また、前記３次元画像生成部は、前記被塗物を展開した展開図と、適切に塗装された前記被塗物の基準展開図とを表す画像を生成するようにしてもよい。
【００１６】
この構成により、本発明のスプレー塗装シミュレートシステムは、被塗物に対する塗装を視覚的に評価させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、塗料の噴射圧や広がりがそれぞれ異なる多様な塗料ノズルに対応したスプレー塗装をシミュレートすることができるスプレー塗装シミュレートシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスプレー塗装シミュレートシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るスプレー塗装シミュレートシステムを構成する表示制御装置のハードウェア構成図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るスプレー塗装シミュレートシステムを構成する表示制御装置の機能ブロック図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るスプレー塗装シミュレートシステムを構成する表示制御装置によって参照される塗料ノズルと、塗布パターンとの対応関係を示す概念図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係るスプレー塗装シミュレートシステムを構成する表示制御装置によって参照される塗布パターンを示す概念図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係るスプレー塗装シミュレートシステムを構成する表示制御装置によって生成される３次元画像が表す被塗物を示す概念図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係るスプレー塗装シミュレートシステムを構成する表示制御装置によって生成された３次元画像が表す被塗物に対する塗装を説明するための概念図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係るスプレー塗装シミュレートシステムを構成する表示制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の一実施の形態に係るスプレー塗装シミュレートシステムを構成する表示制御装置によって生成される他の画像を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態おけるスプレー塗装シミュレートシステムについて、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るスプレー塗装シミュレートシステム１は、３次元画像を表示するための３次元表示装置１０と、３次元画像が表す被塗物を３次元に視認するために利用者に装着される３次元視認装置１１と、３次元視認装置１１の位置および姿勢から見た被塗物を表す３次元画像を表示させるように３次元表示装置１０を制御する表示制御装置１２と、被塗物を擬似的に塗装するための擬似塗装装置１３とを備えている。
【００２１】
３次元表示装置１０は、左目用および右目用の映像をそれぞれ照射するためのプロジェクタ１０ａ、１０ｂと、透過性スクリーン１０ｃとによって構成されている。プロジェクタ１０ａ、１０ｂのレンズには、互いに異なる周りに円偏光させるための円偏光フィルタがそれぞれ装着されている。ここで、プロジェクタ１０ａ、１０ｂおよび透過性スクリーン１０ｃの位置および姿勢は、スプレー塗装シミュレートシステム１において既知とする。
【００２２】
３次元視認装置１１は、３次元表示装置１０によって円偏光された左目用の映像と右目用の映像とを左右の目でそれぞれ見られるように円偏光フィルタが設けられた偏光メガネによって構成されている。
【００２３】
３次元視認装置１１には、その位置および姿勢を検知するセンサ２０が設けられている。センサ２０は、超音波センサおよびジャイロを有している。このため、本実施の形態において、スプレー塗装シミュレートシステム１は、超音波を発する３つの超音波発生源をそれぞれ有する３つの超音波発生器２１ａ乃至２１ｃを備えている。
【００２４】
なお、超音波発生器２１ａ乃至２１ｃは、透過性スクリーン１０ｃの左端、右端および上端にそれぞれ設けられているものとするが、これらの設置位置は、スプレー塗装シミュレートシステム１において既知であれば、任意である。
【００２５】
また、図１において、３つの超音波発生器２１ａ乃至２１ｃが示されているが、スプレー塗装シミュレートシステム１は、更に多くの超音波発生器を備えるようにしてもよい。また、各超音波発生器２１ａ乃至２１ｃは、少なくとも１つの超音波発生源を有していればよい。
【００２６】
スプレー塗装シミュレートシステム１は、これら超音波発生器２１ａ乃至２１ｃを制御することによってセンサ２０の位置を算出するとともにセンサ２０の姿勢を取得し、これらセンサ２０の位置および姿勢を表示制御装置１２に伝達するトラッキングコントローラ２２を備えている。すなわち、トラッキングコントローラ２２は、３次元視認装置１１の位置および姿勢を表示制御装置１２に伝達するようになっている。
【００２７】
表示制御装置１２は、例えば、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）３１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２と、ハードディスク装置３３と、キーボード装置やポインティングデバイス等よりなる入力装置３４と、表示装置３５と、３次元表示装置１０やトラッキングコントローラ２２等の外部装置および各種センサと通信するための入出力ポート３６とを備えた一般的なコンピュータ装置によって構成されている。
【００２８】
ＲＯＭ３２やハードディスク装置３３には、当該コンピュータ装置を表示制御装置１２として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵ３０がＲＡＭ３１を作業領域としてＲＯＭ３２やハードディスク装置３３に記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータ装置は、表示制御装置１２として機能する。
【００２９】
図１において、擬似塗装装置１３は、例えば、実際にスプレー塗装に用いられる塗装スプレーによって構成されている。この塗装スプレーは、実際に塗料を噴射しないように、塗料が補充されることなく使用される。
【００３０】
擬似塗装装置１３には、その位置および姿勢を検知するセンサ２３が設けられている。センサ２３は、超音波センサおよびジャイロを有している。トラッキングコントローラ２２は、超音波発生器２１ａ乃至２１ｃを制御することによってセンサ２３の位置を算出するとともにセンサ２３の姿勢を取得し、これらセンサ２３の位置および姿勢を表示制御装置１２に伝達するようになっている。すなわち、トラッキングコントローラ２２は、擬似塗装装置１３の位置および姿勢を表示制御装置１２に伝達するようになっている。
【００３１】
また、擬似塗装装置１３には、擬似的な塗装の開始および終了を検知するセンサ２４が設けられている。センサ２４は、擬似的な塗装の開始および終了を表す信号を表示制御装置１２に出力するようになっている。
【００３２】
図３に示すように、表示制御装置１２は、擬似塗装装置１３が擬似する塗装装置の塗布口に装着される塗料ノズルに対して、擬似塗装装置１３から予め定められた基準位置にある平面に垂直に塗料を塗布したときの塗料の厚みの分布を表す塗布パターンを格納するパターン情報格納部４０と、塗料ノズルが選択されるノズル選択部４１と、被塗物を３次元表示するための被塗物情報を格納する被塗物情報格納部４２と、被塗物を表す３次元画像を生成する３次元画像生成部４３とを有している。
【００３３】
パターン情報格納部４０は、ハードディスク装置３３によって構成され、擬似塗装装置１３が擬似する塗装装置の塗布口に装着される塗料ノズルと、擬似塗装装置１３から予め定められた基準位置にある平面に垂直に塗料を塗布したときの塗料の厚みの分布を表す塗布パターンとを対応させて格納するようになっている。
【００３４】
例えば、図４に示すように、パターン情報格納部４０には、塗料ノズルの製品番号と、塗布パターンとが対応して格納されている。本実施の形態において、塗布パターンは、図５に示すように、擬似塗装装置１３の水平方向の塗料の厚みの分布５０と、擬似塗装装置１３の垂直方向の塗料の厚みの分布５１とによって構成されている。
【００３５】
図３において、ノズル選択部４１は、ＣＰＵ３０、入力装置３４および表示装置３５によって構成され、パターン情報格納部４０に格納された塗料ノズルの製品番号の一覧を表示装置３５に表示し、表示装置３５に表示した塗料ノズルの製品番号の一覧から入力装置３４を介して１つの塗料ノズルの製品番号を選択させるようになっている。
【００３６】
なお、ノズル選択部４１をＣＰＵ３０、擬似塗装装置１３および３次元表示装置１０によって構成してもよい。すなわち、ノズル選択部４１は、パターン情報格納部４０に格納された塗料ノズルの製品番号の一覧を３次元表示装置１０に表示させ、３次元表示装置１０に表示された塗料ノズルの製品番号の一覧から擬似塗装装置１３を用いて１つの塗料ノズルの製品番号を選択させるようにしてもよい。
【００３７】
被塗物情報格納部４２は、ハードディスク装置３３によって構成され、被塗物情報格納部４２には、少なくとも１つの被塗物を３次元表示するための被塗物情報が格納されている。本実施の形態において、被塗物情報は、被塗物を再現するための３次元座標の集合を含んでいる。
【００３８】
なお、表示制御装置１２は、被塗物情報格納部４２に格納された被塗物情報を表す画像の一覧を表示装置３５に表示させ、表示装置３５に表示させた画像の一覧から入力装置３４を介して１つの被塗物情報に対応する画像を選択させるようにしてもよい。
【００３９】
また、表示制御装置１２は、被塗物情報格納部４２に格納された被塗物情報を表す画像の一覧を３次元表示装置１０に表示させ、３次元表示装置１０に表示させた画像の一覧から擬似塗装装置１３を用いて１つの被塗物情報に対応する画像を選択させるようにしてもよい。
【００４０】
３次元画像生成部４３は、ＣＰＵ３０によって構成され、センサ２０によって検出された３次元視認装置１１の位置および姿勢と、被塗物情報格納部４２に格納された被塗物情報とに基づいて、図６に示すような被塗物を３次元視認装置１１の位置および姿勢から見た３次元画像を生成するようになっている。
【００４１】
ここで、３次元画像は、左目用の画像と右目用の画像とによって構成され、３次元画像生成部４３は、各画像をプロジェクタ１０ａ、１０ｂに入出力ポート３６を介してそれぞれ出力するようになっている。
【００４２】
また、３次元画像生成部４３は、擬似塗装装置１３によって擬似的な塗装が行われていることがセンサ２４よって検知されている間、擬似的な塗装が行われている時間と、ノズル選択部４１によって選択された塗料ノズルに対応してパターン情報格納部４０に格納されている塗布パターンと、センサ２３によって検知された擬似塗装装置１３の位置および姿勢とに基づいて、被塗物６０を擬似的に塗装するようになっている。
【００４３】
具体的には、３次元画像生成部４３は、図７に示すように、センサ２３によって検知された擬似塗装装置１３の位置および姿勢から、基準位置にある塗布パターンを被塗物６０に射影する形で被塗物６０を擬似的に塗装するようになっている。
【００４４】
例えば、３次元画像生成部４３は、センサ２３によって検知された擬似塗装装置１３の位置と基準位置との間の距離Ｄと、センサ２３によって検知された擬似塗装装置１３の位置と塗布パターンが射影される被塗物６０の各画素の位置との間の距離ｄとに基づいて、当該塗布パターンのサイズをｄ／Ｄ倍拡大し、拡大した塗布パターンの画素のうち、該当画素に塗布された塗料の厚みを算出し、算出した塗料の厚みを画素毎に累積していくことにより、被塗物６０を擬似的に塗装するようになっている。
【００４５】
なお、３次元画像生成部４３は、累積した塗料の厚みの分布に応じた濃さで被塗物６０を着色するようにしてもよく、累積した塗料の厚みの分布に応じた配色で被塗物６０を着色するようにしてもよい。
【００４６】
ここで、３次元画像生成部４３が塗料の厚みの分布に応じた配色で被塗物６０を着色する場合には、３次元画像生成部４３は、塗料の厚みを段階的に分類し、分類した段階毎に例えば、白色、黄色、緑色、青色といったように配色する。
【００４７】
このように、３次元画像生成部４３は、塗装された被塗物６０を３次元視認装置１１から見た３次元画像を生成するようになっている。
【００４８】
以上のように構成された表示制御装置１２の動作を図８に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００４９】
まず、擬似塗装装置１３によって擬似的な塗装が行われているか否かが３次元画像生成部４３によって判断される（ステップＳ１）。
【００５０】
ここで、擬似的な塗装が行われていると判断された場合には、３次元画像生成部４３によって、ノズル選択部４１で選択された塗料ノズルに対応する塗布パターンと、擬似塗装装置１３の位置および姿勢とに基づいて、３次元画像が表す被塗物が擬似的に塗装される（ステップＳ２）。
【００５１】
一方、擬似的な塗装が行われていないと判断された場合、または、ステップＳ２における処理が完了した場合には、３次元視認装置１１の位置および姿勢に基づいて、被塗物を３次元視認装置１１から見た３次元画像が３次元画像生成部４３によって生成され（ステップＳ３）、生成された３次元画像が３次元表示装置１０に出力される（ステップＳ４）。
【００５２】
ここで、入力装置３４等を介してシミュレーションの停止が指示されている場合には、表示制御装置１２の動作は、終了し、シミュレーションの停止が指示されていない場合には、表示制御装置１２の動作は、ステップＳ１に戻る（ステップＳ５）。
【００５３】
このように、本発明の一実施の形態に係るスプレー塗装シミュレートシステム１は、塗料ノズルと塗布パターンとを対応させて格納しておき、選択された塗料ノズルに対応した塗布パターンに基づいて、スプレー塗装をシミュレートするため、塗料の噴射圧や広がりがそれぞれ異なる多様な塗料ノズルに対応したスプレー塗装をシミュレートすることができる。
【００５４】
なお、被塗物情報格納部４２に格納されている被塗物情報に、被塗物を展開した展開図と、適切に塗装された被塗物の基準展開図とを含め、シミュレーションの停止後に、３次元画像生成部４３が、図９に示すように、擬似的に塗装された被塗物を展開した展開図７０と、適切に塗装された被塗物の基準展開図７１とを３次元表示装置１０または表示装置３５に表示するようにしてもよい。
【００５５】
このように構成することにより、表示制御装置１２は、被塗物に対する塗装を視覚的に評価させることができる。また、表示制御装置１２は、展開図７０と基準展開図７１との対応する画素を比較していくことにより、被塗物に対する塗装を数値で評価することができる。
【００５６】
また、本実施の形態においては、３次元表示装置１０をプロジェクタ１０ａ、１０ｂと、透過性スクリーン１０ｃとによって構成した例について説明したが、本発明においては、３次元表示装置１０は、３次元表示が可能なものであればよく、例えば、３次元画面を有する大型のディスプレイ装置によって構成してもよい。この場合には、３次元視認装置１１は、３次元表示装置１０の構成により、その構成が適宜変更される。
【００５７】
また、本実施の形態においては、３次元視認装置１１の位置および姿勢を検知するセンサ２０を超音波センサおよびジャイロによって構成した例について説明したが、本発明のスプレー塗装シミュレートシステムは、モーションキャプチャ等の他の態様で３次元視認装置１１の位置および姿勢を検知するようにしてもよい。
【００５８】
また、本実施の形態においては、擬似塗装装置１３の位置および姿勢を検知するセンサ２３を超音波センサおよびジャイロによって構成した例について説明したが、本発明のスプレー塗装シミュレートシステムは、モーションキャプチャ等の他の態様で擬似塗装装置１３の位置および姿勢を検知するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明のスプレー塗装シミュレートシステムは、船舶や航空機の一部等のような３次元の被塗物に対するスプレー塗装をシミュレートするシミュレータとして利用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  スプレー塗装シミュレートシステム
１０  ３次元表示装置
１０ａ、１０ｂ  プロジェクタ
１０ｃ  透過性スクリーン
１１  ３次元視認装置
１２  表示制御装置
１３  擬似塗装装置
２０、２３、２４  センサ
２１ａ〜２１ｃ  超音波発生器
２２  トラッキングコントローラ
３０  ＣＰＵ
３１  ＲＡＭ
３２  ＲＯＭ
３３  ハードディスク装置
３４  入力装置
３５  表示装置
３６  入出力ポート
４０  パターン情報格納部
４１  ノズル選択部
４２  被塗物情報格納部
４３  ３次元画像生成部
【図１】
0005466606.tif 000002
【図２】
0005466606.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図８】
0005466606.tif 000007
【図５】
0005466606.tif 000008
【図７】
0005466606.tif 000009
【図９】
0005466606.tif 000010