［技術報告］

ＣＡＤデータ交換時の問題解決 *長嶋宏之 **、町田俊一 **昨今、製造業において CAD/CAM システムの普及に伴い、データ交換時のトラブルが多く発生している。そこで、データ交換時に発生する問題を抽出し、それに対する解決策を検討した。光造形用データとして使用頻度が高い、「STL」、「IGES」形式のデータを事例とし、異なるシステム間でのデータ交換時の問題点を検証した。その結果下記の事項に配慮することで不具合を改善することができた。
１．CAD 間での許容精度やオブジェクト次数を適正値にする。
２．CAD システムの独自機能の多用を避け、複雑な要素や極小要素を作らない。
３．データ保存時にデータの品質を検証し、保存時の各種設定を適正に行う。
キーワード：データ交換、CAD

Solution of Troubles in CAD Data Exchange
NAGASHIMA Hiroyuki and MACHIDA Toshikazu
Recently, troubles of CAD data exchange increase with spread of CAD/CAM system in companies. In
this year, the problems which occurs at exchanging between different systems or various devices were inspected.
The CAD data made for rapid prototyping was examined as an example, and it was found that these problems
should be kept avoid by the consideration as follows.
1. Keeping reasonable tolerance and object degree.
2. Not to use a peculiar function of each CAD and complexity and small elements.
3. To inspect the data quality and to carry out appropriate setting in saving.
key words : CAD data exchange, rapid prototyping

１緒言

昨今、製造業においてCAD/CAMシステムの導入は必要不可欠になっている。しかし、下請けの多い県内企業では顧客とのデータ交換や加工機へのデータの受け渡しができない、データが破損するなどの問題で頭を悩ますことが多く、工業技術センター（以下センター）の技術相談においても同様の問題がかなり発生している。
そこで本指導事業では作業中に発生する問題を抽出し、それに対する解決策を検討した。さらにそれをノウハウとして収集し、一般に公開することで、県内企業のデータ

図１

受け渡し時の問題解決を図った。この事業は2カ年計画で行われ、今年度が最終年度である。

データ交換の流れと起こりうる問題

そこでセンターのCADシステムを使用して検証用データを作成し、他のCADや加工機へのデータ交換を試み、実際

２２−１

方法の作業過程を通して問題の発生する状況を抽出し、それ事業の流れに対する解決法を検討する。

異なるCAD システム間でのCAD データの授受や、NC 加工次に協力企業＊＊＊のシステムで作製されたデータにおい機等への送信時に発生する問題の多くは、作業の過程でて同様の検討を実施し、抽出された問題点を整理検討し、問題が発生し受け取ったデータが展開できないことであ具体的な改善方法を企業に提案する。

る（図１）
。
＊

平成 14 年度特定地域産業集積活性化機関支援強化事業（指導事業）＊＊

特産開発デザイン部＊＊＊

本事業に関する協力企業は 7 社。数企業に要望により詳細は非公表。

59

岩手県工業技術センター研究報告２−２

第１０号（２００３）

昨年度（平成 13 年度）までの経過

パッチによって立体を表現しており、光造形に代表され検証用 CAD データをセンターのシステムによって作成

るラピッドプロトタイピング装置でほぼ標準データ形式し、このデータをセンター内の異なる CAD システムとでとして使用されている。

データ交換を行い、不具合発生の有無を検証した。また、

また、「IGES 形式」は ANSI 規格が制定した 3 次元データ異環境で作成したデータを、センターの加工機（光造形装交換の標準フォーマットで、CADデータ交換のデファクト置）用データに変換し、データ交換の不具合を検証した。

スタンダードとしてよく使われている。しかしながら、寸この際の、不具合は原因を調べ、解決策を検討し、データ法の表現方法不足や各ソフトウェア独自の方言を持ってを受け渡し可能な状態に修正して、改善方法の検討をいるなどの問題も多い。

行った（表１）。
表１
設定に関するトラブル

今回は、データ交換時の事例としてセンターの光造形装置へのデータ修正ソフトウェアに読み込みを行った。

抽出したトラブル（一部）トラブルの症例

トラブルの原因

サイズが異なる。

単位系が正しくない。

形状が見えない。

非表示の属性が与えられている。

モデルが読み込めない。

精度の値が小さすぎる。

反応が遅くなる。

精度の値が小さすぎる。

面に隙間ができる。

精度の値が大きすぎる。

その際問題が起こった事例を以下に示す。
１）許容精度（トレランス）値が異なる事例。

スケールの設定が正しくない。

送り手側システムでは正常に読み込まれるが、受け手原点から遠い場所に物体がある。

形状を正しく表現しない。
ファイル変換時のトラブル うまくファイル変換されない。

側システムでは面の間に隙間が発生する場合である。原
因の一因は送り手側システムと受け手側システムとの許精度の値が大きすぎる。

容精度（トレランス）の差によるものと考えられる。送り変換対象を選択していない。
バージョンが古い。

手側よりも受け手側のトレランスが小さいと、面の境界変換データが不完全である。
ファイル変換ツールが読み込めない。

拡張子が違う。

を同一と見なせず、隙間が発生しやすい（図２）。IGES 形

読み込み側に機能制限がある。
ファイルが壊れている。

式のデータ交換でよく見られるトリミングの失敗も、トASCII／バイナリモードが正しくない。
変換側で独自拡張機能を書き込む。
カーブや面のトラブル

レランスの違いによる境界曲線のずれが原因となる場合カーブや面が無くなる／形状が変わる。 曲面の表現が異なる。

が多い。また、逆に送り手よりも受け手のトレランスが大制御点が多い。
次数が高い

きい場合は微小要素による問題が起こりやすい。この場面にシワや折れがある。
精度が悪く近似や補正をされる。
トリミングのトラブル

トリムが解除される。

合、受け手のトレランスが微小要素より大きいとこの要複数の境界線がある。
縮退している面がある。

素を認識できず、この要素が抜け落ちて隙間や穴になる。

境界線が交差している。
精度の値が大きすぎる。

このような微小要素はモデリングの際に発生し、データその結果、大きく以下の3点に配慮しなくてはならない交換の問題の原因となる。

ことが分かった。
１）送り手側、受け手側の CAD ソフトウェアの特性、許容精度などの確認。
２）ファイル形式、単位系、保存要素の選択等、ファイル保存の詳細設定の確認。
３）オペレーションシステム、ファイル転送の条件等、送り手側、受け手側、双方のシステムの確認。
２−３

平成 14 年度の計画

平成 14 年度は、検討した改善方法が他の CAD システムや加工機等のデータにも利用できるかを検証した。そこ
で技術相談、機器貸付等で協力企業から持ち込まれたCADデータを使用し、問題発生の有無、その内容を抽出する。

図２

今回は、実際に企業から持ち込まれたデータを使用し、センターの光造形装置へのデータ交換を実例とした。これ

受け手の許容精度が小さい場合

２）モデリングにおける事例らの情報から、CAD 間の相性、発生した問題の状況、解決

基本的なことではあるが、トレランスの問題以前にCAD方法の整理を行い、パターンを抽出して、具体的な改善方上で作成された面が実際に重なっていたり、離れていた法を県内企業に公開した。

り、交差している場合が問題となる。モデリングにおいて複雑な形状を作成していると、意図せず、オブジェクトの３
３−１

結果及び考察位置がずれたり、同じ面を２枚重ねてしまったままそれ改善方法の作業現場での検証に気づかないことがある。そのため、オブジェクトに隙間光造形装置へのデータの受け渡しで一般的に使用されや交差が生じたり、トリミングしたにもかかわらず、面がるデータ形式は「STL 形式」と「IGES 形式」である。
「STL残っていたり、面の連続性が保たれていなかったりする形式」は米国3D System社が自社光造形装置のために開発（図３）。

したファイル形式で、頂点を共有する法線を持った三角60

ＣＡＤデータ交換に関する指導事業

図３

トリミングされなかった面

図５３）アセンブリを利用して作成された事例

STL の精度の違い

CADシステムにおいてトレランスの差異は非常に重要なアセンブリを利用して作成された形状は、作成したソ設定事項である。最悪の場合、トリミングできない。形状

フトウェア上では意図していた形状を維持するが、他のを維持できない、オブジェクトの位置、接続関係、面の連システムでは一部の情報が反映されず、形状を維持でき続性（位相情報）が正常に伝わらない等、致命的なエラーない場合がある。例えばアセンブリによって組み合わせにつながることがある。このようなエラーを防ぐためにたパーツの境界にトリミングを適応していたが、IGES、は、送り手側、受け手側、双方のシステムのトレランスをSTL、どちらのファイル形式でもパーツの境界で面の交差知っておく、または送り手の必要な精度、常識的に必要なを起こしてしまうことがあった。これは、他のファイル形精度（0.01mm 等）に合わせるなど、モデリングを行う前式に変換した場合にトリミングの情報が伝わらなかったに双方のシステム（特に送り手）を設定する必要がある。

ことが原因と考えられる（図４）。

２）モデリング２−１）制御点、曲線、曲面の次数を適正な値にする。
点、曲線、曲面の定義に必要な次数が極端に異なる場
合、特に高次数のオブジェクトを低次数のシステムに受け入れると、受け手のシステムは曲線等をそのままでは定義できず、近似してしまう。その時オブジェクトは変形される場合があり、隙間やずれができる可能性がある。
よってモデリング時に極端に次数を高くすることはせず、なるべく 5 次以下に押さえると良いといわれている。
２−２）CAD システムの固有機能を使用しない。
システムによって平面の定義の仕方が違うことがある。
同じ立体でも基本となる曲線や平面の分割は異なる（例：回転体の境界、トリミング面が有限平面か無限平面か等）。

図４

アセンブリの問題の例

そのために、受け手のシステムでは理解できない定義法

４）STL の精度の事例の場合、面の接続や形状に異常が発生することがある。

STLは前述の通り、単純に三角パッチの集合データであ従って、特にそのシステム固有の機能は極力使用を控えり、データ構造が非常にシンプルで扱いやすい。しかしなた方がよい。

がら、面の曲率や連続性の保持や形状修正が困難などCAD

２−３）無理なモデリングはしない。

で要求される事項については得意でない。そのために、自己交差（オブジェクトがねじれなどにより自分自身STLを書き出す際に適切な設定を行わないと、形状表面にと交わってしまうこと）や縮退部（オブジェクト上の異なパッチが目立ったりする場合がある（図５）。

る点が一カ所に集中してしまった部分）を持つオブジェ

３−２

クト、折れを持つ面、また、多くの要素から生成された一改善方法の検討

今回、センターの光造形装置を例に取り、外部CADシスつの面など無理なモデリングは問題の原因となる。できテムとのデータ交換では以下のような点に注意すれば良るだけシンプルなオブジェクトを作成することが、後のいことが分かった。

データ交換での問題を減少させる。

１）許容精度（トレランス）の確認

２−４）できるだけ極小要素を作らない。

１−１）送り手、受け手のCAD システムのトレランスを極

極小要素はモデリング時にユーザーの意図しないとこ端に相違させない。

ろで生成されることが多いが、データ交換時には問題を61岩手県工業技術センター研究報告第１０号（２００３）

引き起こしやすい。特にトレランスの小さいシステムかテムの方言によってデータ交換に問題を生じる場合があら、大きいシステムにデータを移した場合、あるはずの要る。ソフトウェアによっては主だったCADシステムに対応素が、トレランス以下の微小要素であったため抜け落ちするオプション設定が存在する物もあるので利用する。

る場合がある。線分や面の制御点を必要以上に多くした

STL 形式などではデータの質（パッチの大きさ、トレランり、接する曲線、曲面でのトリミングや切断などは微小要スなど）に関する設定が必要となるので、目的にあった適素を発生しやすいので避けたほうがよい。

切な値を設定する。

３）データ保存の確認

また、単純な問題を増やさないためにもデータのトレ３−１）データに不具合がある場合は変換をしない。

ランスや次数、単位系、縮尺等も確認する必要がある。

データ保存時にはオブジェクトデータをチェックする。

４

結言

ソフトウェアによってはデータの品質検証ツールが装備

今年度はセンターのシステムを使用し、外部システムされている物もあるので利用する。特に、微小要素、オブで作成されたデータを読み込むことで、一般的なデータジェクトの自己交差、面の隙間、交差、折れ等が含まれて交換における問題点を抽出し、まとめることができた。単いないこと確認することが必要である。

純な問題から、モデリング、システムの設定など様々な要スティッチ（面の縫合）を行い、モデルをシェル化する因から発生する問題を見直していくことで、高価な変換ことで、面の接続性が保たれ問題が解決する場合もある。

ツールを使用せずとも、交換時の不具合の発生を防ぐこまた一度 IGES 形式等の中間ファイル形式で保存して、とに有効なことが分かった。

もう一度送り手システムで読み込み、改めて保存するこ

今後も、新たなトラブルの発見やファイル形式の規格とで問題が解決することがある。の変更に伴って、継続的に問題の解決法を検討すること

３−２）アセンブリモデルは、パーツデータとしてまとめとし、情報として随時公開するつもりである。

る。
モデリング時には必要不可欠なアセンブリ機能である

本事業を実施するにあたり、多大なる協力いただいたが、時としてはデータ交換に支障をおよぼす。受け手がア各協力企業の皆様に深謝いたします。

センブリ機能に対応していない場合やIGES形式などの中
文
献1) 鈴木浩司 , 荻野目智明 : 基礎から学ぶ−データ交間ファイル形式でファイル交換を行う場合は注意が必要である。

換かけこみ寺 , 日経デジタルエンジニアリング
2000.5 〜 2001.3 連載 , 日経 BP 社

３−３）各種設定の確認
受け手が受け取り可能なデータ形式なのかを確認する。

2) Alias|wavefront：DATA TRANSFER FOR CAD AND
SOLID IMAGING IN ALIAS 9.0, (1998)

データ形式の種類から、各形式のバージョン等も確認する。特に IGES 形式などは同じ形式でもバージョンやシス62