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LTech / 3D Simulation

LTAnna 3Dシミュレーション

Anna3DViewer.dll、DeviceMap、Lua制御を組み合わせ、半導体製造装置の搬送ロボット、ステージ、アライナ、キャリア、ウェハなどの動きを3Dで再現します。実機レス検証、教育、デモ、デバッグに活用できます。

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Anna3DShow3D画面とOpenGL描画基盤を初期化
↓
Anna3DLoadSTL / MQOモデルをシーンへ読込
↓
Container / Axisコンテナ階層とRotate / Slider軸を制御
↓
DeviceMap / GUI外部制御・手動操作・状態表示と連携

1. Anna3DViewer.dllの位置づけ

Anna3DViewer.dllは、LTAnna.exeの機能拡張DLL仕様に準拠した3D表示・機構シミュレーション用DLLです。Luaから3D画面表示、モデル読込、コンテナ探索、軸制御、カメラ操作、イベント連携を行い、装置動作を視覚的に検証できます。

Lua向け3D操作API

LTAnnaのLuaスクリプトから、Annaで始まる公開関数を通じて3Dモデルや軸動作を制御します。

機構シミュレーション

ロボット、スライダー、ステージ、ハンド、アライナ、搬送対象物などの動きを3D上で再現します。

実機レス検証

PLCやDeviceMapと接続することで、実機が無い段階でも搬送ロジックやGUI操作を検証できます。

2. レイヤ構成

3Dシミュレーションは、LTAnna、Anna3DViewer.dll、3Dエンジン、OpenGL描画基盤が分担して動作します。

LTAnna.exeLua実行基盤。拡張DLLをロードし、LuaからAnnaで始まるpublic static関数を呼び出します。
Anna3DViewer.dllLua向け3D操作API層。3Dビューア生成、モデル読込、コンテナ操作、軸定義、動作制御、コールバックを担当します。
LTech3D.dll3Dエンジン層。モデル、コンテナ、メッシュ、軸、カメラなどの内部処理を担当します。
OpenTKOpenGLコンテキスト、GLControl、描画基盤を提供します。
Lua→ Anna3DViewer.dll→ LTech3D.dll→ OpenTK / OpenGL→ 3D表示

3. 基本ライフサイクル

3D画面を表示し、OpenGL描画可能状態を作ってからモデルを読み込む順序が重要です。

最小起動例

Anna3DShow(RUNTIMEID, gui3DQue, true, title3D)
Anna3DLoad(mqoFile)

順序の理由

OpenGLコンテキスト生成前にモデルロードすると、描画リソースを確保できずエラーになる可能性があります。Show → Loadの順序を守ります。

終了処理

アプリ終了時は、3D画面、GUI、DeviceMap、TaskLoopなどの終了順序を整理し、残存スレッドや表示リソースを残さないようにします。

初期化時の確認

  • DLLがロードされている
  • gui3DQueが生成済み
  • モデルファイルパスが正しい
  • 表示スレッドが起動している

4. モデル形式と読込設計

Anna3DViewerではSTLとMQOを扱えます。固定物と可動機構でモデル形式やコンテナ設計を使い分けます。

STL

固定物、治具、外装、単純な部品形状に向きます。部品名や階層情報を持たないため、動かす場合は仮コンテナ名の確認が必要です。

MQO

部品名、階層、材質を活かした機構制御に向きます。可動部品を名前付きコンテナとして設計しやすい形式です。

複数ロード

Anna3DLoadは複数回呼び出し可能です。装置本体、治具、搬送対象物、背景部品を分けてロードできます。

モデル階層イメージ

World
 ├─ EquipmentBody
 │   ├─ StageX
 │   ├─ RobotBase
 │   ├─ ArmRotate
 │   └─ Hand
 ├─ Carrier01
 │   ├─ Slot01
 │   ├─ Slot02
 │   └─ ...
 └─ WorkObjectCloneGroup

5. コンテナ設計ルール

3D制御では、コンテナ名と階層構造が非常に重要です。Luaから検索・制御する単位を、事前にモデル設計として決めます。

可動単位で分割

回転、直動、表示ON/OFF、ハイライト、Attach/Detachする部品は、独立したコンテナとして分けます。

名前を固定

Luaではコンテナ名で検索するため、可動部の名前を仕様として固定します。モデル差し替え時も名前を維持します。

World起点

シーン全体のルートはWorldです。探索、構造把握、座標変換の起点として扱います。

親子関係

親コンテナを動かすと子コンテナも連動します。ロボット、ハンド、保持物の関係は親子構造で表現します。

表示切替

装置状態、センサー状態、異常部位の可視化には、コンテナ単位の表示/非表示やハイライトを使用します。

命名レビュー

モデル設計時に、Lua側で使うコンテナ名一覧を出力・レビューし、仕様書化しておくと保守しやすくなります。

6. 代表API分類

Anna3DViewer.dllは、初期化、モデル、コンテナ、カメラ、軸、表示効果などのAPI群で構成されます。

初期化・表示Anna3DShow、Anna3DLoad、Anna3DVisible、Anna3DTitleBarVisible、Anna3DBackGroundImage
コンテナ管理Anna3DFindContainer、Anna3DFindChildContainer、Anna3DGetContainerList、Anna3DAddMeshContainer
座標変換Anna3DConvertLocalPosToWorldPosなど。親子階層を持つ機構で重要です。
カメラ制御現在カメラ取得、カメラ位置設定、親コンテナ設定、カメラ位置リスト読込/書込。
表示効果表示/非表示、ハイライト、背景画像、テクスチャ更新など。
軸・動作Rotate、Slider、軸完了イベント、タイマーイベントなど。

7. 軸制御：Rotate / Slider

機構動作は、回転軸と直動軸を組み合わせて表現します。軸オブジェクトは、対象コンテナ、速度、現在位置、目標位置、Busy状態を持つ設計にします。

Rotate

ロボットθ軸、アーム回転、アライナ回転、扉の開閉など、角度で表せる動作に使用します。

Slider

X軸、Z軸、リフト、スライダー、直動ステージなど、直線移動で表せる動作に使用します。

速度と完了

速度、目標値、現在値、Busy状態を管理し、動作完了時にOnAxisCompで次のシーケンスへ進めます。

軸完了イベントの考え方

function OnAxisComp(sender)
    -- senderはSliderまたはRotate軸の管理オブジェクト
    -- sender.mcon_.name などで対象コンテナを識別
    -- 完了した軸に応じて次のコマンドへ進める
end

設計上の注意

  • 同時に動く軸と順番に動く軸を分ける
  • Busy中に同一軸へ再指令しない
  • 停止・一時停止・再開を設計する
  • 可動範囲外の指令を防ぐ

8. タイマーとイベント駆動

3Dシミュレーションでは、周期タイマーと軸完了イベントを使って、描画更新とシーケンス進行を分けます。

OnTimerBeat

30ms周期などで呼ばれるタイマーイベントです。msecには累積時間が入り、時間経過に応じた更新処理に利用できます。

OnAxisComp

軸動作完了時に発生します。FIFOコマンドや搬送シーケンスの次ステップへ進むトリガになります。

イベント内処理

イベント内で重い処理を行わず、必要に応じてキューへ積む設計にすると安定します。

9. クローンと搬送対象物管理

ウェハ、キャリア、治具など同一形状を複数扱う場合は、クローンを利用して効率よく管理します。

MakeClone

元コンテナの階層をコピーし、搬送対象物やスロット内オブジェクトを複数生成します。

Attach / Detach

搬送対象物をハンドに持たせる、ステージに置く、といった処理は親子関係の付け替えとして表現できます。

SlotMap連携

スロット状態に応じて、クローン表示、非表示、位置更新、色変更を行うことで状態を視覚化できます。

搬送対象物管理の例

Carrier
 ├─ Slot01 : WorkObjectClone01
 ├─ Slot02 : Empty
 ├─ Slot03 : WorkObjectClone03
 └─ ...

RobotHand
 └─ HoldingObject  -- Get後に親をHandへ変更

10. DeviceMap連携による外部制御

DeviceMapを使うと、外部PLCシミュレータや装置制御アプリから3Dシミュレータへ搬送指示を送れます。Trigger + パラメータ方式が扱いやすい構成です。

入力信号

外部制御側から、動作種別、搬送元、搬送先、速度、対象スロットなどをDeviceMap経由で渡します。

Trigger方式

パラメータを設定した後、最後にTriggerを更新して、3D側に新しい指令として認識させます。

完了通知

動作完了、異常、Busy解除などをDeviceMapへ書き戻し、外部制御側へ通知します。

搬送指示例

SIM_Command.I2Value = 100       -- MoveFromToなどのコマンド
SIM_FromStage.I2Value = 1
SIM_ToStage.I2Value   = 5
SIM_TargetSlot.I2Value = 12

-- パラメータ設定後、最後にTrigger更新
SIM_Trigger.U2Value = SIM_Trigger.U2Value + 1

順序の注意

  • Triggerより前にパラメータを書く
  • 書込み直後の即時反映に依存しない
  • Busy中の二重指令を防ぐ
  • 完了信号を必ず返す

11. GUI連携

3Dシミュレーションは、GUIAppやGUIAppBaseと連携することで、ユーザー操作、状態表示、ログ表示、手動運転を統合できます。

GUIキュー

LuaとGUIをキューやWindowsメッセージで接続し、表示更新と装置ロジックを分離します。

手動操作

原点復帰、Get、Put、Move、Mapping、表示切替、カメラ切替などをGUIボタンから実行できます。

状態表示

Busy、Ready、Alarm、センサー状態、スロット状態、通信状態を画面上に表示できます。

12. カメラ・表示効果・デバッグ

3D画面は、装置説明、開発デバッグ、顧客向けデモに使われるため、見やすい視点と状態表示が重要です。

カメラプリセット

正面、上面、ロボット周辺、ポート周辺などのカメラ位置を登録し、ボタンで切り替えます。

追従カメラ

カメラを移動体コンテナの子にすることで、ロボットやハンドを追従表示できます。

ハイライト

選択中ステージ、異常箇所、搬送元、搬送先などを強調表示すると、デバッグ効率が上がります。

テクスチャ更新

パネル表示や状態表示をテクスチャ更新で表現できます。装置状態の可視化に有効です。

ログ連携

軸指令、完了イベント、DeviceMap入力、GUI操作をログ化すると、搬送異常の原因追跡が容易になります。

デバッグ表示

コンテナ名一覧、現在座標、軸Busy、FIFO内容などを表示できると、モデル調整とロジック検証がしやすくなります。

13. 代表的な装置シミュレータ構成

半導体製造装置向け3Dシミュレータでは、キャリアポート、アライナ、搬送ロボット、スライダー、Mapping Sensorなどを組み合わせて搬送動作を再現します。

装置要素

  • キャリアポート
  • アライナ
  • 搬送ロボット
  • スライダー
  • Mapping Sensor
  • 処理ステージ

ソフト構成

  • LTAnna.exe
  • Anna3DViewer.dll
  • DeviceMap
  • GUIApp.DLL
  • Lua搬送シーケンス

搬送機能

  • Move
  • Get
  • Put
  • Mapping
  • Align
  • Pause / Resume / Stop

3Dシミュレーション動画

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14. 実装時チェックリスト

3Dシミュレーションを安定して運用するための確認項目です。

モデル

  • 可動単位でコンテナ分割されている
  • Luaから使うコンテナ名が固定されている
  • World配下の階層が把握できている
  • モデルファイルパスが正しい

軸・動作

  • Show → Loadの順序を守っている
  • 可動範囲チェックがある
  • Busy中の二重指令を防いでいる
  • OnAxisCompで完了処理している

連携

  • DeviceMapのTrigger順序が正しい
  • GUI操作とLuaロジックが分離されている
  • ログで指令と完了を追跡できる
  • 終了時にリソースを解放している