並列タイトル等A study of high-quality reverse engineering of castings based on casting and machining surfacerecognition and optimized 3D scan planning
一般注記現在，非接触式三次元形状測定機の普及に伴い，工業製品の効率的な設計や複製，検査等を目的とした計測データからのソリッドモデル生成を行うリバースエンジニアリング（以下，RE）の需要が増加している．しかし，高品質なソリッドモデルを生成するためには，最適計測位置姿勢からの効率的な計測による計測三角形メッシュの取得と計測三角形メッシュからの高速かつ正確な曲面認識が必要である．本研究は，非接触式三次元形状測定機を用いた鋳造品の迅速なREを実現するために，新たな鋳肌面・機械加工面認識手法と最適計測計画手法を提案する．鋳造品のリバースエンジニアリングは多くの応用上で，機械加工面では高い精度が要求される一方で鋳肌面では要求されない．また，一般に機械加工面は切削加工により行われるため鋳肌面に比べ面粗さが低いことから，提案手法では，最初に粗さに基づいて計測三角形メッシュを鋳肌面と機械加工面に分離し，それぞれの面に適した幾何処理を適応的に適用することで迅速なREの実現を目指す．さらに，本研究で提案する面属性付きの鋳造品ソリッドモデルは鋳肌面と機械加工面が分離されていることや，機械加工面においてはその面情報が付与されていることから，複製における各機械加工面の加工計画や加工箇所の指示といった処理を自動的に適用することが可能となり，効率的な利用が可能となる．本論文では，鋳造品の計測三角形メッシュからの鋳肌面・機械加工面分離手法，機械加工面認識手法，鋳肌面・機械加工面整形手法，鋳造品の面属性付きソリッドモデル生成手法，鋳造品の最適計測計画手法を開発し，実計測三角形メッシュに対し提案手法を適用した結果の評価を行う．高品質な鋳造品ソリッドモデルを生成するためには，計測抜けがなく，かつ精度よく計測された質の高い計測三角形メッシュを取得することが重要であるが，現状の計測機の位置姿勢の決定は計測作業者の経験に頼っており，必ずしも質の高い計測三角形メッシュが取得できているとはいえない．そこで，本研究では鋳造品を対象とした，質の高い計測三角形メッシュを効率よく取得可能な次の最適計測姿勢を自動で推定する最適計測計画手法を開発し，計測シミュレーションによりその有用性を検証する．
Recently, with the spread of 3D scanners, the demand for efficient solid model generation from the scanned data of engineering products is increasing in order to achieve an efficient design, replication, analysis and test of a product’s shape. Solid model generation from the scanned data is called reverse engineering (RE).However, in order to generate a high quality solid model, it is necessary to obtain a high quality scanned triangular mesh by optimum scanning pose in 3D scanning process and to recognize a surface by efficient and accurate fitting from scanned triangular mesh. In this research, we propose new methods of solid model generation and optimized 3D scan planning for high-quality reverse engineering of castings. Generally, a high accuracy is required for machining surfaces and a low one for casting surfaces. In general, machining surfaces have lower roughness than the casting surfaces, because they are generated by cutting works. Therefore, in our RE approach, casting surfaces and machining surfaces are first classified according to the surface roughness, and then the different geometric algorithms are applied to each surface adaptively. In addition, suitable processes in the applications of the RE models, such as machining margin addition and machining planning for machining surfaces in the duplication, can be automatically applied to each machining and casting surfaces, because they are recognized in our method. In this thesis, we propose separation method of casting and machining surfaces from scanned triangular mesh of castings, recognition methods of machining surfaces, beautification methods of casting and machining surfaces, generation method of solid model of castings with surface properties. The proposed method was applied to scanned triangular meshes and results of the proposed method were evaluated. In order to generate a high-quality solid model of castings, it is important to acquire a high quality scanned triangular mesh without un-measurement area and accurately scanning. However, since the position and pose of the scanner are determined depending on the experience of the scanning worker, the quality of the scanned triangular mesh is not guaranteed. Therefore, in this thesis, we developed an optimal scanning planning method that automatically estimates the next optimal measurement position and pose which can efficiently acquire a high quality scanned triangular mesh for castings. The proposed method is evaluated its usefulness by scanning simulation.
(主査) 准教授 伊達 宏昭, 教授 金井 理, 教授 金子 俊一
情報科学研究科(システム情報科学専攻)
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受理日（W3CDTF）2019-06-03T12:31:31+09:00
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