リバースエンジニアリングの事例研究（第2報）
尾崎清Case Study on Rever se Engineer ing (2nd Repor t)
Kiyoshi OZAKI

A character doll which surface was composed of smooth curves was used as the target model and thereplica was prepared by Reverse Engineering. The shape of the doll was measured by Non-contact 3 D
Digitizer and the polygon model was created from the scanning point cloud data. Followingly,the surface
model was created from the polygon model and the replica was formed from the exported data using Rapid
Prototyping System.
Keywords: Reverse Engineering,3D Digitizer,3D Surfacer System ,CAD,Rapid Prototyping System
滑らかな曲面で構成されるキャラクタ人形をモデルに、非接触三次元測定機で形状測定を行い、三次元曲面作成システムでポリゴンモデル作成、サーフェスモデル作成を行い、最後に三次元造形機で複製モデルを製作した事例について報告する。
キーワード：リバースエンジニアリング、非接触三次元測定機、三次元曲面作成システム
CAD、三次元造形機
1.緒言

面を作成する機能を持っており、リバースエンジニ

非接触で高い分解能をもつ三次元スキャナや形状アリングにとって非常に有効なツールである。本報処理ソフトウェアの機能向上によりリバースエンジ

では、キャラクタのミッフィをモデルに、三次元曲ニアリングの活用が多方面で進んでいる。前報 (1)で面作成システムを用いてサーフェスモデルを作成し、は自転車競技用ヘルメットをモデルに、非接触三次三次元造形機により複製モデルを製作した事例を報元測定機とCADを用いてサーフェスモデルを作成し告する。

た。その手法は、輪郭部分の測定点群から境界線を作成し、境界線で囲まれた部分に曲面を張るという2.モデルの形状測定ものである。しかし、この方法ではモデル曲面部の非接触三次元測定機はミノルタ株式会社のVIVID7

測定データが少ないため曲面細部まで忠実に再現す00を用いた。分解能はXY方向が測定視野域の1/200、ることが難しい。また、エッジが少なく、滑らかなZ方向が測定視野域の1/256である。長さの分解能は曲面で構成されているモデルの場合は、特徴的な輪モデルを測定視野域に納まるように配置し約0.8mm

郭がないため、適切な境界線の設定が難しく、CADになった。VIVID700はスリット状のレーザ光をモデでサーフェスモデルを作ろうとすると、非常に煩雑ルにあて、反射光を CCD カメラで受光するため、になり、作業時間が長くかかる。近年、格段の機能

窪んだ箇所や尖った箇所の測定が難しく、モデルの向上と価格低下が進んでいる三次元曲面作成ソフト

向きや置き方が影響する。今回は試行錯誤の結果、

ウェアは、測定機で得られた点群データから自由曲回転テーブル上に立位姿勢で360°回転させたデー‑ 53 ‑

3.モデリング

タ、横臥姿勢で回転させたデータ、さらに横臥姿勢で下側になり欠落した左体側のデータ、これらを用3‑1いてモデル全体を形成していった。立位姿勢、横臥ポリゴンモデルの作成

モデリングに用いた三次元曲面作成システムは姿勢、左体側の測定データをシェーディング表示しINUS

Technology 社の Rapidform である。測定デーた結果を図1、図2、図3に示す。

タにはノイズや誤差データが含まれるため、測定点群からポリゴンモデルを自動生成すると不正面、孤立面、穴などが生じる。最初の作業は、これらの修正である。立位姿勢モデルでは、首部のバリ、耳付け根部の突起、窪み、両耳の誤結合、スカート裾部の鈍化、穴など、横臥姿勢モデルでは、左体側部のバリ、耳と頭部の窪み、両耳の誤結合、穴など、左体側モデルでは、耳と頭部の窪みなどの修正を行った。横臥姿勢モデルの穴埋め処理の様子を図4、図5に示す。

図1

図2

立位姿勢の測定データ

図4

穴埋め処理前図5

穴埋め処理後横臥姿勢の測定データ

次の作業は、これら３つのポリゴンモデルの結合である。まず、最初に横臥姿勢モデルと左体側モデルの位置合わせ、結合を行った。位置合わせでは、
図3左体側の測定データ

まず３つの共有点を指定して合わせた後に、自動モ‑ 54 ‑ードで再度、合わせる方法により精度向上を図った。
共有点指定の様子を図6、自動モード位置合わせ後の結果を図7、結合、修正後のモデルを図8に示す。

図10

誤差分布

図11

結合結果

結合したモデルでは両耳の内側が欠落している。
これは、両耳の間が狭いためにレーザ光の照射・反射が充分に行われにくいことが原因である。そのため、この箇所は実物モデルを観察しながら手作業で修正を行った。修正前の耳の様子を図12、橋架け処
図6

図7

理の様子を図13、右耳に穴埋め処理を行った様子を共有点の指定

位置合わせ結果

図8

図14に示す。

結合結果

次に、横臥姿勢モデルと左体側モデルを結合してできたモデルと立位姿勢モデルの位置合わせ、結合

図12

修正前

図13

橋架け処理

図14

穴埋め処理を行った。共有点指定の様子を図9、位置合わせ後の両モデルの誤差分布を図10、結合後のモデルを図11に示す。

図9

共有点の指定誤差は、モデルの93％が±0.8 mm 以内に収まっており、平均は約 +0.12 mm であった。また、誤差が比較的大きいのは耳の付け根と左腕であった。

‑ 55 ‑

次に、測定機の分解能が低いために鈍化してしま

4.モデルの造形った目の部分にオフセット処理を行い明瞭化した。

完成した CAD モデルを評価するために三次元造

また、ポリゴンの疎密バランスを整えるために再ポ形機を用いて試作を行った。造形機は Stratasys 社リゴン処理を行った。完成したポリゴンモデルを図の Prodigy で、造形方法は ABS 樹脂の糸を積み重ね15に示す。ていく溶解紡糸堆積法( FDM)である。オリジナル
モデルと造形モデルを並べた様子を図20に示す。

図15

ポリゴンモデル
図20

3‑2

オリジナルモデルと造形モデル

サーフェスモデルの作成

ポリゴンモデルから曲面を作成する方法としては、

5.結言

手動で境界線を作成し、境界線で囲んだ部分に面をキャラクタのミッフィをモデルに、非接触三次元張る方法と、自動で全体に面を張る方法がある。今測定機と三次元曲面作成システムを用いてサーフェ回のモデルのように、形状にエッジがなく、特徴的スモデルを作成し、三次元造形機を用いて複製モデな輪郭を境界線として作成しづらい場合は、自動でルを製作した。今回の事例研究では、次の知見を得面を張る機能が大変有効になる。生成面数を300、5た。

00、1000、2000と増やしながら自動で生成したサー(1)窪みや尖りがあるモデルからポリゴンモデルをフェスモデルを図16から図19に示す。生成面数を多作成する場合、姿勢を変えて、複数の形状データをくするにつれサーフェスが元のポリゴンモデルに近測定し、それぞれの不正面、孤立面、穴などを修正づいていることがわかる。このサーフェスは、NURBした後に、これらの位置合わせ、結合を行ったうえS(Non Uniform Rational B‑Splin)であり、このまで、再ポリゴン化などの調整を行う手順が有効であまCADで利用することができる。

る。
(2)エッジが少なく、滑らかな曲面で構成されるモデルの場合、三次元曲面作成システムの曲面自動生成機能を用いると、簡単に短時間で精度の高いサーフェスモデルを作成することができる。
今後、目的に応じて、分解能が高く、測定範囲も図16300面モデル

図17500面モデル

広い三次元測定機を利用すれば、さらに精度の高いリバースエンジニアリングが可能である。
参考文献(1)尾崎清,リバースエンジニアリングの事例研究,

広島市工業技術センター年報,第17巻(2003),37 -39
図181000面モデル

図192000面モデル‑ 56 ‑