JP2001242919A - Calculation method for cutter reference surface, computer readable storage medium to store program of cutter reference surface calculation and computer equipment for it - Google Patents

Calculation method for cutter reference surface, computer readable storage medium to store program of cutter reference surface calculation and computer equipment for it

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JP2001242919A
JP2001242919A JP2000056843A JP2000056843A JP2001242919A JP 2001242919 A JP2001242919 A JP 2001242919A JP 2000056843 A JP2000056843 A JP 2000056843A JP 2000056843 A JP2000056843 A JP 2000056843A JP 2001242919 A JP2001242919 A JP 2001242919A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To calculate a cutter reference surface fast by using a 3-D graphics display equipment. SOLUTION: A sweeping shape is formed while a reference point representing the center of a cutting tool is moving along the work surface after the shapes corresponding to vertex, side and polygon are assigned in accordance with the information about the polyhedron model and the cutting tool for the work objective (S100), based on this sweeping shape, the portions of the shape extruding into inside of each one of the adjacent shapes are eliminated, and the shapes after the elimination are transformed to the polyhedron (S103-S108). Based on this polyhedron, the polygon data is formed (S109) by selecting only the polygons with pre-designated norm directions, then, this polygon data is fed to the 3D graphics display equipment and, based on the depth value representing height of upper-most part of the sweeping shape calculated through processing by the hardware equipment (S110, S111), thus, the point group in the grid form covering the upper surface of the sweeping shape is calculated (S111). Based on this group of points the cutter reference surface is calculated by converting the selected adjacent points to the polygon (S113).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、工具参照面計算方
法、工具参照面計算プログラムを記録したコンピュータ
読み取り可能な記録媒体及び工具参照面計算装置に係
り、特に、数値制御工作機械に取り付けられた工具を経
路に沿って移動させて工作物を加工する際に、工具の逆
形状分膨らませた工具参照面を生成する工具参照面計算
方法、工具参照面計算プログラムを記録したコンピュー
タ読み取り可能な記録媒体及び工具参照面計算装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tool reference plane calculation method, a computer-readable recording medium storing a tool reference plane calculation program, and a tool reference plane calculation apparatus, and more particularly, to a numerical control machine tool. A tool reference plane calculation method for generating a tool reference plane that is inflated by the inverse shape of a tool when processing a workpiece by moving the tool along a path, and a computer-readable recording medium storing a tool reference plane calculation program And a tool reference plane calculation device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、プラスチックや金属のダイキャス
ト製品、板金製品の製造等に用いられる金型には、複雑
な曲面形状を有するものが多い。このような金型の多く
は、ボールエンドミル、フラットエンドミル、ラウンド
エンドミルなどの工具を用いた数値制御加工(NC(Nu
merical Control)切削加工)等により製作される。金
型加工では、工具により工作物を深く彫り込むことが多
いため、剛性に優れた3軸制御の工作機械の利用が一般
的である。この3軸制御の工作機械を用いた金属加工で
は、工具の位置を代表する点(以後この点を、参照点と
よぶ)の移動経路を工作機械の制御装置へ入力すること
で、希望する形状を切削することが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, many dies used for manufacturing die-cast products and sheet metal products of plastics and metals have complicated curved surface shapes. Many of such dies are numerically controlled (NC) using tools such as ball end mills, flat end mills, and round end mills.
It is manufactured by merical control). In die machining, a workpiece is often deeply engraved with a tool. Therefore, a three-axis control machine tool having excellent rigidity is generally used. In metal working using a three-axis control machine tool, a desired shape is input by inputting a movement path of a point representing a tool position (hereinafter, this point is referred to as a reference point) to a control device of the machine tool. It is known to cut.

【0003】図27は、金型加工で用いられるエンドミ
ルの種類((a)ボールエンドミル、(b)フラットエ
ンドミル、(c)ラウンドエンドミル)と、それらの工
具参照点(Cutter reference point)の位置を示す図で
ある。金型加工では、先端の切刃が半球形のボールエン
ドミルが用いられることが多いが、作業効率が重視され
る粗加工では、フラットエンドミルが用いられ、同じ
く、なだらかな曲面形状の加工では、フラットエンドミ
ルの周囲に円環状の切刃が取り付けられた、ラウンドエ
ンドミルが用いられることがある。3軸のNC加工で
は、これらの工具の位置を代表する点(以後、この点を
工具参照点(Cutter reference point)とよぶ)の移動
経路を、Gコードとよばれるプログラム形式で記述し、
それを工作機械の制御装置へ入力することで、希望する
形状を削り出す。ボールエンドミルでは、工具参照点と
して切刃の中心点を用いることが一般的である。一方、
フラットエンドミルでは、工具先端の中心点を、またラ
ウンドエンドミルでは工具先端の中心点から、円環状の
切刃の半径分内側の点を、それぞれ工具参照点として用
いることが多い。
FIG. 27 shows the types of end mills ((a) ball end mill, (b) flat end mill, (c) round end mill) used in die machining and the positions of their tool reference points (Cutter reference points). FIG. In die machining, a ball end mill with a hemispherical cutting edge is often used, but in rough machining where work efficiency is important, a flat end mill is used, and similarly, in machining of a smooth curved surface, a flat end mill is used. A round end mill having an annular cutting blade attached around the end mill may be used. In 3-axis NC machining, the movement path of a point representing these tool positions (hereinafter, this point is referred to as a tool reference point) is described in a program format called a G code.
The desired shape is cut out by inputting it to the control device of the machine tool. In ball end mills, it is common to use the center point of the cutting edge as a tool reference point. on the other hand,
In a flat end mill, a center point of a tool tip is used as a tool reference point, and in a round end mill, a point inside a center of the tool tip by a radius of an annular cutting edge is often used as a tool reference point.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】金型のような凹凸の多
い形状の加工では、工具は、例えば、膨大な回数の微小
な直線移動を繰り返しおこない、素形材から少しずつ不
要部を除去していく。このような複雑な工具経路の計算
には、高速な計算機を用いても長時間(例えば、数十分
程度)の処理時間を要するため、その高速化が待望され
ている。
In processing a shape having many irregularities such as a mold, a tool repeatedly repeats an enormous number of minute linear movements, for example, to remove unnecessary portions little by little from the base material. To go. Since the calculation of such a complicated tool path requires a long processing time (for example, about several tens of minutes) even if a high-speed computer is used, it is desired to increase the processing speed.

【0005】金型のような複雑な形状を加工する場合に
は、簡易な工具経路の計算法では、工具が金型製品の内
部へ削り込む、いわゆるガウジ(Gouge)と呼ばれる問
題が発生しやすい。図28は、金型加工における削り込
みの一例を示す説明図であり、金型表面の曲率半径が切
削工具(例えば、ボールエンドミル)の半径よりも小さ
くなる部分で発生する、削り込みの一例を示している。
すなわち、製品表面との接触を保ちつつ、図中の左から
右へ移動するボールエンドミルは、金型表面の曲率半径
が工具半径よりも小さくなる部分(図中、斜線で示した
ガウジング領域)において、このガウジング領域との接
触を見逃すと、そのまま金型製品の内側へ削り込んでし
まう。工具経路の自動生成プログラムは、その計算時間
の大半を、このようなガウジの防止処理に費やしてい
る。
[0005] In the case of machining a complicated shape such as a mold, a problem called a so-called gouge is apt to occur in a simple tool path calculation method in which a tool cuts into the inside of a mold product. . FIG. 28 is an explanatory diagram illustrating an example of shaving in die machining, and illustrates an example of shaving that occurs at a portion where the radius of curvature of the mold surface is smaller than the radius of a cutting tool (for example, a ball end mill). Is shown.
That is, the ball end mill that moves from left to right in the drawing while maintaining contact with the product surface is used in a portion where the radius of curvature of the mold surface is smaller than the tool radius (the gouging region indicated by hatching in the drawing). If the contact with the gouging area is missed, it is directly cut into the inside of the mold product. The automatic tool path generation program spends most of its calculation time in such a gouge prevention process.

【0006】このガウジを防止するためには、金型製品
の形状を切削工具の逆形状分膨らませた、工具参照面と
よばれる形状を生成すればよい。この工具参照面は、金
型製品の表面に沿って工具の逆形状を縦横に滑らせた時
の、掃引形状の上面に相当する。ここで、掃引形状の計
算は、立体モデリングの分野での古典的な問題であり、
既に幾つかの計算法が開発されている。例えば、境界表
現法(B-reps)などの、立体の位相情報を取り扱うモデ
リング技術では、掃引形状や工具参照面を得る手続き
は、非常に複雑なものになる。そのためNC切削加工の
分野では、掃引形状の上面を稠密な点集合として近似的
に計算する、「逆オフセット法」がよく用いられる。
In order to prevent this gouge, a shape called a tool reference surface, which is obtained by expanding the shape of a mold product by the inverse shape of a cutting tool, may be generated. This tool reference surface corresponds to the upper surface of the sweep shape when the reverse shape of the tool is slid vertically and horizontally along the surface of the mold product. Here, the calculation of the sweep shape is a classic problem in the field of solid modeling,
Several calculation methods have already been developed. For example, in a modeling technique that handles three-dimensional phase information such as a boundary representation method (B-reps), a procedure for obtaining a sweep shape and a tool reference plane becomes very complicated. Therefore, in the field of NC cutting, the “inverted offset method”, in which the upper surface of the sweep shape is approximately calculated as a dense point set, is often used.

【0007】この逆オフセット法では、まず、工具の回
転軸方向をZ軸とする座標系を考え、そのXY平面上に
1000×1000個程度の十分に細かい直交格子を用
意する。そして、各格子の中心からZ軸に平行な直線を
伸ばし、掃引形状の最上面との交点を計算することで、
掃引形状の上面を覆う稠密な点群を得る。最後に、点群
の隙間を多角形で補間することで、工具参照面を表す多
面体を生成する。
In the inverse offset method, first, a coordinate system in which the rotation axis direction of the tool is the Z axis is considered, and a sufficiently fine orthogonal grid of about 1000 × 1000 is prepared on the XY plane. Then, by extending a straight line parallel to the Z axis from the center of each grid and calculating the intersection with the uppermost surface of the sweep shape,
Obtain a dense point cloud covering the top surface of the sweep shape. Finally, a polyhedron representing the tool reference plane is generated by interpolating the gap between the point groups with a polygon.

【0008】この逆オフセット法は、処理が単純なため
プログラム化が容易であり、計算も安定している。しか
し、膨大な数の格子のそれぞれについて交点計算を繰り
返すため、結果として多大な計算時間を要することが実
用の障害になっている。Choiらは、工具の幾何的な特徴
を利用して、計算の手間を数分の一に軽減する技術を開
発している。しかし、このような技術を駆使しても、工
具参照面の計算に数十分を要することが報告されてお
り、処理のさらなる高速化が強く求められている。
The inverse offset method is simple in processing, easy to program, and stable in calculation. However, since the intersection calculation is repeated for each of a huge number of grids, a large amount of calculation time is required, which is a practical obstacle. Choi et al. Have developed a technology that uses the geometrical features of tools to reduce computational effort by a fraction. However, it has been reported that even if such techniques are used, it takes several tens of minutes to calculate the tool reference plane, and there is a strong demand for further speeding up the processing.

【0009】本発明は、以上の点に鑑み、3次元グラフ
ィックス表示装置を利用し、工具参照面を高速計算する
ことを目的とする。本発明は、工具参照面の計算結果に
基づいて生成した工具経路を瞬時に算出することを目的
とする。
In view of the above, it is an object of the present invention to use a three-dimensional graphics display device to calculate a tool reference plane at high speed. An object of the present invention is to instantly calculate a tool path generated based on a calculation result of a tool reference plane.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、逆オフセ
ット法による工具参照面の離散的な計算技術と、3次元
グラフィックス表示装置を利用した処理技術を組み合わ
せて用いることで、工具参照面の安定かつ高速な計算を
実現した。この手法は、ボールエンドミル、フラットエ
ンドミル、ラウンドエンドミル工具を用いた加工のため
の工具参照面の計算に適用できるが、これら以外の形状
の工具に対して適用可能となるように手法を拡張するこ
とは容易である。本発明では、加工対象の金型の形状が
多面体表現されていることを仮定する。ただし辺の左右
どちらか一方にしか多角形が接続していない、穴の開い
た形状も多面体とみなす。任意の曲面形状は、希望する
精度でこのような多面体として近似表現できる。
Means for Solving the Problems The present inventors combine a discrete calculation technique of a tool reference plane by an inverse offset method and a processing technique using a three-dimensional graphics display device to obtain a tool reference. Stable and fast calculation of the surface was realized. This method can be applied to the calculation of the tool reference plane for machining using ball end mills, flat end mills, and round end mill tools, but the method must be extended so that it can be applied to tools with other shapes. Is easy. In the present invention, it is assumed that the shape of the mold to be processed is represented by a polyhedron. However, a shape with a hole in which a polygon is connected to only one of the left and right sides is also regarded as a polyhedron. An arbitrary curved surface shape can be approximated as such a polyhedron with desired accuracy.

【0011】このような多面体化技術は、コンピュータ
グラフィックスの分野でよく研究されており、幾つかの
高速なアルゴリズムが既に知られている。逆オフセット
法において最も手間を要するのは、各格子から伸びる直
線と掃引形状の最上面の交点を計算する処理である。こ
の計算は、3次元グラフィックス表示装置に標準的に備
えられている、隠面消去機能を用いることで高速に実行
できる。ハードウェアの機能を活用するためには、掃引
形状を構成する球面や円筒面を、適切に多面体近似する
必要がある。隠面消去に要する時間は、多面体化された
曲面の総多角形数にほぼ比例する。そこで掃引形状を構
成する曲面から、工具参照面の計算に影響を与えない部
分を除去し、残りの部分だけを選択的に多面体化するこ
とで、さらに高速な処理を実現した。
Such a polyhedron technique is well studied in the field of computer graphics, and several high-speed algorithms are already known. The most time-consuming process in the inverse offset method is the process of calculating the intersection between the straight line extending from each grid and the uppermost surface of the sweep shape. This calculation can be performed at high speed by using the hidden surface elimination function that is provided as standard in the three-dimensional graphics display device. In order to utilize the functions of the hardware, it is necessary to appropriately approximate the spherical surface and the cylindrical surface constituting the sweep shape to a polyhedron. The time required for hidden surface removal is almost proportional to the total number of polygons of the polyhedral curved surface. Therefore, by removing portions that do not affect the calculation of the tool reference plane from the curved surface that constitutes the sweep shape, and selectively transforming only the remaining portion into a polyhedron, higher-speed processing is realized.

【0012】幾何的な処理のハードウェア化について
は、CGSモデルの描画処理の高速化(J.P.Menon, R.
J.Marisa and J.Zagajac: More Powerful Solid Modeli
ng through Ray Representations, IEEE Computer Grap
hics and Appl., 14, 3 (1994)22.)、3次元測定機の
プローブの可接近範囲の解析(S.N.Spitz, A.J.Spyridi
and A.A.G.Requicha: Accessibility Analysis for Pla
nning of DimensionalInspection with Coordinate Mea
suring Machines, IEEE Trans. Robotics andAutomatio
n, 15, 4 (1999) 714.)、離散的なボロノイ図の計算
(K.E.Hoff III,T.Culver, J.Keyser, M.C.Lin and D.M
anocha: Fast Computation of Generalized Voronoi D
iagrams Using Graphics Hardware, Computer Graphic
s Proc.,SIGGRAPH 99 (1999) 277.)などの研究が知ら
れている。また本発明者らは、本発明とほぼ同様の技術
を利用して、切削加工のシミュレーションを高速化する
手法を既に出願している(特願平11−35296)。
しかし工具経路の生成に重要な役割を果たす、工具参照
面の計算をハードウェアにより高速化した例は、本発明
以外には全く知られていない。
[0012] Regarding the hardware implementation of geometric processing, the speed of CGS model drawing processing is increased (JPMenon, R.
J.Marisa and J.Zagajac: More Powerful Solid Modeli
ng through Ray Representations, IEEE Computer Grap
hics and Appl., 14, 3 (1994) 22.) Analysis of the approachable range of the probe of the three-dimensional measuring machine (SNSpitz, AJSpyridi
and AAGRequicha: Accessibility Analysis for Pla
nning of DimensionalInspection with Coordinate Mea
suring Machines, IEEE Trans. Robotics andAutomatio
n, 15, 4 (1999) 714.), calculation of discrete Voronoi diagrams (KEHoff III, T. Culver, J. Keyser, MCLin and DM
anocha: Fast Computation of Generalized Voronoi D
iagrams Using Graphics Hardware, Computer Graphic
s Proc., SIGGRAPH 99 (1999) 277.). In addition, the present inventors have already applied for a technique for speeding up the simulation of the cutting process using a technique substantially similar to the present invention (Japanese Patent Application No. 11-35296).
However, there is no known example other than the present invention in which the calculation of the tool reference plane, which plays an important role in generating the tool path, is accelerated by hardware.

【0013】本発明の第1の解決手段によると、数値制
御工作機械に取り付けられた工具を経路に沿って移動さ
せて工作物を加工する際に、工具の逆形状分膨らませた
工具参照面を生成する工具参照面計算方法及び工具参照
面計算プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能
な記録媒体であって、加工対象物の多面体モデル及び工
具形状に関する情報を入力するステップと、前記入力す
るステップにより入力された加工対象物の多面体モデル
及び工具形状に関する情報に基づいて、頂点部分に対応
する第1の形状及び辺部分に対応する第2の形状及び多
角形部分に対応する第3の形状、又は、前記第2の形状
及び第3の形状を配置することにより、工具の中心を表
す参照点が加工対象物の表面に沿って移動するときの掃
引形状を生成するステップと、前記生成するステップに
より生成された形状に基づき、隣接した各々の形状の内
部に入り込んでいる部分を除去するステップと、前記除
去するステップにより得られた形状の部分的な形状につ
いて、多面体化するステップと、前記多面体化するステ
ップにより得られた多面体に基づき、法線方向が所定の
向きの多角形のみ選択することにより、多角形データを
生成するステップと、前記多角形データを生成するステ
ップにより得られた多角形データを3次元グラフィック
ス表示部に与えるステップと、3次元グラフィックス表
示部によるハードウェア処理で求められた掃引形状の最
上面の高さを表すデプス値を受けるステップと、前記受
けるステップにより得られたデプス値に基づき、掃引形
状の上面を覆う格子状の点群を得るステップと、前記点
群を得るステップにより得られた点群に基づき、隣接す
る点を選択し多角形へ置換することで工具参照面を得る
ステップとを備えた工具参照面計算方法及び工具参照面
計算プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な
記録媒体を提供する。
According to a first aspect of the present invention, when a tool mounted on a numerically controlled machine tool is moved along a path to machine a workpiece, a tool reference surface inflated by an inverse shape of the tool is used. A computer-readable recording medium that records a tool reference plane calculation method and a tool reference plane calculation program to be generated, wherein the step includes inputting information on a polyhedral model and a tool shape of a workpiece and inputting the information by the inputting step. A first shape corresponding to the vertex portion, a second shape corresponding to the side portion, and a third shape corresponding to the polygonal portion, based on the information on the polyhedron model and the tool shape of the processing object, or By arranging the second shape and the third shape, a sweep shape is generated when the reference point representing the center of the tool moves along the surface of the workpiece. Removing, by the step and the shape generated by the generating step, a portion that enters the interior of each of the adjacent shapes; and a polyhedron for a partial shape of the shape obtained by the removing step. And generating polygon data by selecting only polygons whose normal direction is a predetermined direction based on the polyhedron obtained by the polyhedron conversion step, and generating the polygon data Providing the polygon data obtained by the step to the three-dimensional graphics display unit; and receiving a depth value representing the height of the uppermost surface of the sweep shape obtained by hardware processing by the three-dimensional graphics display unit. Obtaining a grid-like point cloud covering the upper surface of the sweep shape based on the depth value obtained in the receiving step. A tool reference plane calculation method and a tool reference plane comprising: a step; and a step of obtaining a tool reference plane by selecting adjacent points and replacing them with a polygon based on the point cloud obtained by the step of obtaining the point cloud. Provided is a computer-readable recording medium on which a calculation program is recorded.

【0014】本発明の第2の解決手段によると、数値制
御工作機械に取り付けられた工具を経路に沿って移動さ
せて工作物を加工する際に、工具の逆形状分膨らませた
工具参照面を生成する工具参照面計算装置であって、加
工対象物の多面体モデル及び工具形状に関する情報を入
力する入力部と、工具参照面を計算する処理部とを備
え、前記処理部は、前記入力部により入力された加工対
象物の多面体モデル及び工具形状に関する情報に基づい
て、頂点部分に対応する第1の形状及び辺部分に対応す
る第2の形状及び多角形部分に対応する第3の形状、又
は、前記第2の形状及び第3の形状を配置することによ
り、工具の中心を表す参照点が加工対象物の表面に沿っ
て移動するときの掃引形状を生成する手段と、前記生成
する手段により生成された形状に基づき、隣接した各々
の形状の内部に入り込んでいる部分を除去する手段と、
前記除去する手段により得られた形状の部分的な形状に
ついて、多面体化する手段と、前記多面体化する手段に
より得られた多面体に基づき、法線方向が所定の向きの
多角形のみ選択することにより、多角形データを生成す
る手段と、前記多角形データを生成する手段により得ら
れた多角形データを3次元グラフィックス表示部に与え
る手段と3次元グラフィックス表示部によるハードウェ
ア処理で求められた掃引形状の最上面の高さを表すデプ
ス値を受ける手段と、前記受ける手段により得られたデ
プス値に基づき、掃引形状の上面を覆う格子状の点群を
得る手段と、前記点群を得る手段により得られた点群に
基づき、隣接する点を選択し多角形へ置換することで工
具参照面を得る手段とを備えた工具参照面計算装置を提
供する。
According to a second solution of the present invention, when a tool attached to a numerically controlled machine tool is moved along a path to machine a workpiece, a tool reference surface inflated by an inverse shape of the tool is used. A tool reference plane calculation device for generating, comprising an input unit for inputting information on a polyhedron model and a tool shape of a workpiece, and a processing unit for calculating a tool reference plane, wherein the processing unit is configured by the input unit Based on the input information on the polyhedron model and the tool shape of the processing target, the first shape corresponding to the vertex portion, the second shape corresponding to the side portion, and the third shape corresponding to the polygonal portion, or Means for generating a sweep shape when the reference point representing the center of the tool moves along the surface of the workpiece by arranging the second shape and the third shape; and Generate Based on the shape, and means for removing the portion has entered the interior of the shape of each adjacent,
For the partial shape of the shape obtained by the removing means, based on the polyhedron obtained by the polyhedron and the polyhedron obtained by the polyhedron, by selecting only polygons having normal directions in a predetermined direction. Means for generating polygon data, means for providing polygon data obtained by the means for generating polygon data to a three-dimensional graphics display unit, and hardware processing by the three-dimensional graphics display unit. Means for receiving a depth value indicating the height of the uppermost surface of the sweep shape, means for obtaining a grid-like point group covering the upper surface of the sweep shape based on the depth value obtained by the receiving means, and obtaining the point group Means for obtaining a tool reference plane by selecting adjacent points based on a point group obtained by the means and replacing the selected points with polygons.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】1.逆オフセット法を用いた掃引
形状の上面の近似的な計算手法 図1は、ボールエンドミルによる工具参照面と掃引形状
を示す説明図である。図1(a)は、製品表面を滑るボ
ールエンドミルの参照点の描く工具参照面を示した図で
あり、図1(b)は、工具の逆形状の参照点が製品表面
を滑る時の掃引形状を示した図である。図1(a)に示
すように、ボールエンドミルが、金型製品との接触を保
ちつつ(内部へ削り込むことなく)製品表面を縦横に滑
るとき、ボールエンドミルの工具参照点の軌跡の描く面
を、工具参照面(Cutter reference surface)とする。
この工具参照面が得られれば、ボールエンドミルを、そ
の参照点が常にこの面の上側に存在するように移動させ
ることで、削り込みを生じない工具経路を高速に計算で
きる。工具参照面は、以下の手順で計算できる。まず、
ボールエンドミルを、工具参照点を中心に180度回転
させた逆形状を得る。次に、この逆形状を、図1(b)
に示すように、その参照点が常に製品の表面(Designed
surface)に存在するように保ちつつ縦横に移動させ、
その掃引形状を生成する。このとき掃引形状の最上面が
工具参照面に対応する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Approximate Calculation Method of Upper Surface of Sweep Shape Using Inverse Offset Method FIG. 1 is an explanatory diagram showing a tool reference surface and a sweep shape by a ball end mill. FIG. 1A is a view showing a tool reference plane drawn by a reference point of a ball end mill that slides on a product surface, and FIG. 1B is a sweep when a reference point having an inverted shape of the tool slides on the product surface. It is the figure which showed the shape. As shown in FIG. 1 (a), when the ball end mill slides vertically and horizontally on the product surface while maintaining contact with the die product (without cutting into the inside), the surface on which the locus of the tool reference point of the ball end mill is drawn Is defined as a tool reference surface.
If this tool reference plane is obtained, the ball end mill is moved so that the reference point always exists above this plane, so that a tool path without cutting can be calculated at high speed. The tool reference plane can be calculated by the following procedure. First,
The reverse shape is obtained by rotating the ball end mill 180 degrees about the tool reference point. Next, this inverted shape is shown in FIG.
The reference point is always on the product surface (Designed
surface) and move it horizontally and vertically,
Generate the sweep shape. At this time, the uppermost surface of the sweep shape corresponds to the tool reference surface.

【0016】この計算法は、フラットエンドミルやラウ
ンドエンドミルを用いた切削加工にも適用できる。図2
は、フラットエンドミルによる工具参照面と掃引形状を
示す説明図である。図2(a)は、フラットエンドミル
を用いて製品表面を切削するときの、工具参照点の軌跡
の描く面の様子を示した図であり、図2(b)は、フラ
ットエンドミルの逆形状を考え、その参照点が製品表面
を縦横に滑るときの、掃引形状の状態を示した図であ
る。
This calculation method can also be applied to cutting using a flat end mill or a round end mill. FIG.
FIG. 4 is an explanatory view showing a tool reference plane and a sweep shape by a flat end mill. FIG. 2A is a diagram showing a state of a surface drawn by a locus of a tool reference point when cutting a product surface using a flat end mill, and FIG. 2B is a diagram showing an inverted shape of the flat end mill. It is a figure showing the state of the sweeping shape when the reference point slides vertically and horizontally on the product surface.

【0017】図3は、ラウンドエンドミルによる工具参
照面と掃引形状を示す説明図(1)である。図3(a)
は、製品表面を滑るラウンドエンドミルの参照点の描く
工具参照面を示した図であり、図3(b)は、工具の逆
形状の参照点が製品表面を滑る時の掃引形状を示した図
である。図4は、ラウンドエンドミルによる工具参照面
と掃引形状を示す説明図(2)である。図4(a)は、
半径(r)のボールエンドミルの逆形状の表面にそっ
て、半径(R−r)のフラットエンドミルの逆形状を滑
らせた様子を示した図であり、図4(b)は、半径
(r)のボールエンドミルの逆形状の掃引形状を計算
し、さらにその上面にそって半径(R−r)のフラット
エンドミルの逆形状を滑らせた結果を示した図である。
図4(a)に示すように、軸部の半径(R)、円環状の
切刃の半径(r)のラウンドエンドミルの逆形状は、半
径(R−r)のフラットエンドミルの逆形状を、半径
(r)の細いボールエンドミルの表面にそって滑らせた
ときの、掃引形状と見なすことができる。したがって、
図4(b)に示すように、ラウンドエンドミルの逆形状
の掃引形状は、半径(r)のボールエンドミルの逆形状
を、金型表面にそって滑らせ掃引形状を生成し、次に得
られた形状の上面にそって、半径(R−r)のフラット
エンドミルの逆形状を滑らせることで計算できる。ま
た、ラウンドエンドミルの逆形状は、半径(r)のボー
ルエンドミルの逆形状を、半径(R−r)のフラットエ
ンドミルの逆形状にそって滑らせたときの掃引形状とも
見なせるので、逆の手順でも、ラウンドエンドミルの逆
形状の掃引形状を計算できる。
FIG. 3 is an explanatory view (1) showing a tool reference surface and a sweep shape by a round end mill. FIG. 3 (a)
FIG. 3B is a diagram illustrating a tool reference surface drawn by a reference point of a round end mill that slides on a product surface, and FIG. 3B is a diagram illustrating a sweep shape when a reference point of an opposite shape of the tool slides on the product surface. It is. FIG. 4 is an explanatory diagram (2) illustrating a tool reference surface and a sweep shape by a round end mill. FIG. 4 (a)
FIG. 4B is a diagram showing a state where the reverse shape of the flat end mill having the radius (R−r) is slid along the surface of the reverse shape of the ball end mill having the radius (r), and FIG. FIG. 11B is a diagram showing a result of calculating a sweep shape of a reverse shape of the ball end mill of FIG. 7) and further sliding the flat shape of the flat end mill having a radius (Rr) along the upper surface thereof.
As shown in FIG. 4A, the reverse shape of the round end mill having the radius of the shaft portion (R) and the radius of the annular cutting edge (r) is the reverse shape of the flat end mill having the radius (R-r). It can be regarded as a sweep shape when slid along the surface of a ball end mill having a small radius (r). Therefore,
As shown in FIG. 4 (b), the reverse shape of the round end mill is obtained by sliding the reverse shape of the ball end mill having a radius (r) along the mold surface to generate a sweep shape, and then obtaining the sweep shape. It can be calculated by sliding the reverse shape of the flat end mill with the radius (Rr) along the upper surface of the bent shape. The reverse shape of the round end mill can be regarded as a sweep shape when the reverse shape of the ball end mill having the radius (r) is slid along the reverse shape of the flat end mill having the radius (R-r). However, it is possible to calculate the inverse sweep shape of the round end mill.

【0018】すなわち、切削加工にフラットエンドミ
ル、ラウンドエンドミルをそれぞれ用いた場合も、工具
参照面と掃引形状の上面が同一形状になっていることが
分かる。したがって、工具参照面を得るためには、工具
の逆形状の掃引形状を計算し、その上面を選択する処理
をおこなえばよいことになる。
That is, it can be seen that when the flat end mill and the round end mill are used for cutting, respectively, the tool reference surface and the upper surface of the sweep shape are the same. Therefore, in order to obtain the tool reference plane, it is only necessary to calculate the sweep shape of the inverse shape of the tool and perform the process of selecting the upper surface.

【0019】以下の議論では、説明の都合上、また処理
速度を考慮して、加工対象の製品の形状が多面体である
と仮定する。ただし、各辺の左右に1枚ずつ多角形が接
続している、通常の閉じた多面体だけでなく、辺の左ま
たは右のどちらか一方にしか多角形が接続していない、
「開いた」形状を許すことができる。一般に、任意の曲
面形状は、希望する精度でこのような多面体として近似
表現できる(後述の図16及びその説明箇所等参照)。
曲面形状を多面体化する技術は、コンピュータグラフィ
ックスの分野においてよく研究されており、幾つかの高
速なアルゴリズムが既に知られている。なお、ラウンド
エンドミルの逆形状の掃引形状は、上述したように、ボ
ールエンドミルとフラットエンドミルの逆形状の掃引形
状が計算できれば、それらを組み合わせることで、計算
できる。このため、以下では、ボールエンドミルとフラ
ットエンドミルの逆形状の掃引形状を計算する手法につ
いて述べる。これらを組み合わせることで、ラウンドエ
ンドミルの逆形状の掃引形状も計算することができる。
In the following discussion, it is assumed that the shape of the product to be processed is a polyhedron for the sake of explanation and in consideration of the processing speed. However, not only a normal closed polyhedron where one polygon is connected to each side of each side, the polygon is connected to only one of the left or right of the side,
An "open" shape can be tolerated. In general, an arbitrary curved surface shape can be approximately expressed as such a polyhedron with desired accuracy (see FIG. 16 described later and the description thereof).
Techniques for polyhedralizing curved shapes are well studied in the field of computer graphics, and some high-speed algorithms are already known. As described above, if the sweep shape of the inverse shape of the ball end mill and the flat end mill can be calculated as described above, the sweep shape of the inverse shape of the round end mill can be calculated by combining them. For this reason, a method of calculating the sweep shape of the inverse shape of the ball end mill and the flat end mill will be described below. By combining these, the sweep shape of the inverse shape of the round end mill can also be calculated.

【0020】図5は、ボールエンドミルによる掃引形状
の説明図である。図5(a)は、ボールエンドミルによ
る切削加工での、球の掃引形状を構成する、球面の一例
を示した図であり、同じく図5(b)は、円筒形の一例
を示した図であり、同じく図5(c)は、厚板形状の一
例を示した図である。半径(r)のボールエンドミルに
よる切削加工の場合では、工具参照面にあたる掃引形状
の上面は、ボールエンドミルの逆形状の上端の、半球形
の切刃の移動により生成される。そこで、工具の逆形状
の代わりに、切刃と同一半径の球を、その中心が常に製
品表面に存在するように滑らせた時の掃引形状の計算を
考える。製品が多面体形状のとき、球の掃引形状は、多
面体の頂点、辺、多角形を、以下の手順で球面、円筒
形、厚板形状にそれぞれ置き換えた時の、これらの和形
状となる。 [頂点]・・・その頂点(v)を中心とする、半径
(r)の球面に置き換える(図5(a)参照)。 [辺]・・・その辺(e)を中心軸とする、半径(r)
の円筒形に置き換える(図5(b)参照)。 [多角形]・・・その多角形(f)を中心とする、厚さ
(2r)の厚板形状に置き換える(図5(c)参照)。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a sweep shape by a ball end mill. FIG. 5A is a diagram illustrating an example of a spherical surface constituting a swept shape of a sphere in a cutting process using a ball end mill, and FIG. 5B is a diagram illustrating an example of a cylindrical shape. FIG. 5C shows an example of a thick plate shape. In the case of cutting with a ball end mill having a radius (r), the upper surface of the sweep shape corresponding to the tool reference surface is generated by movement of a hemispherical cutting edge at the upper end of the inverted shape of the ball end mill. Therefore, instead of the inverse shape of the tool, consider the calculation of the sweep shape when a sphere having the same radius as the cutting edge is slid so that the center always exists on the product surface. When the product has a polyhedral shape, the sweep shape of the sphere is the sum of the vertices, sides, and polygons of the polyhedron when the vertices, sides, and polygons are replaced with spherical, cylindrical, and thick plate shapes in the following procedure. [Vertex] Replace with a spherical surface having a radius (r) centered on the vertex (v) (see FIG. 5A). [Side] ... radius (r) with the side (e) as the central axis
(See FIG. 5B). [Polygon] Replace with a thick plate having a thickness (2r) centered on the polygon (f) (see FIG. 5C).

【0021】図6は、フラットエンドミルによる掃引形
状の説明図である。図6(a)は、フラットエンドミル
による切削加工での、円板の掃引形状を構成する、斜円
筒形の一例を示した図であり、同じく図6(b)は、厚
板形状の一例を示した図である。半径(r)フラットエ
ンドミルによる切削加工の場合では、工具参照面にあた
る掃引形状の上面は、フラットエンドミルの逆形状の上
端の、円板状の切刃の移動により生成される。製品が多
面体形状のとき、円板の掃引形状は、多面体の辺と多角
形を、以下の手順でそれぞれ斜円筒形と厚板形状に置き
換えた時の、これらの和形状となる。 [辺]・・・その辺(e)の両端の頂点に与えられた、
半径(r)の2枚の水平な円板を結ぶ斜円筒形に置き換
える(図6(a)参照)。 [多角形]・・・多角形(f)の周囲の全頂点に、半径
(r)の水平な円板を配置し、多角形を水平に移動さ
せ、全ての円板の外周と接するように位置決めする。こ
のような位置は二ヶ所考えられる。そこで、各場所に配
置された2枚の多角形に挟まれた領域に対応する厚板形
状を生成し、多角形(f)をこの厚板形状に置き換える
(図6(b)参照)。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a sweep shape by a flat end mill. FIG. 6A is a diagram showing an example of an oblique cylindrical shape constituting a swept shape of a disk in cutting by a flat end mill, and FIG. 6B is an example of a thick plate shape. FIG. In the case of cutting with a radius (r) flat end mill, the upper surface of the sweep shape corresponding to the tool reference surface is generated by movement of a disk-shaped cutting edge at the upper end of the inverse shape of the flat end mill. When the product has a polyhedral shape, the sweep shape of the disk is the sum of the sides and polygons of the polyhedron when the oblique cylindrical shape and the thick plate shape are replaced by the following procedure, respectively. [Side] ... given to the vertices at both ends of the side (e),
Replace with an oblique cylindrical shape connecting two horizontal disks of radius (r) (see FIG. 6 (a)). [Polygon]: A horizontal disk with a radius (r) is arranged at all vertices around the polygon (f), and the polygon is moved horizontally so that it contacts the outer circumference of all disks. Position. There are two such positions. Therefore, a thick plate shape corresponding to a region sandwiched between two polygons arranged at each location is generated, and the polygon (f) is replaced with this thick plate shape (see FIG. 6B).

【0022】したがって、複雑な曲面形状を多面体化し
た場合、その多角形数はしばしば数万から数十万枚とな
る。辺や頂点の数も多角形数に比例するので、上述した
手法による掃引形状の計算では、膨大な数の球面、円筒
形、厚板形状の集合演算を繰り返すことになる。本発明
では、逆オフセット法は、工具参照面として最終的に必
要となるのが、掃引形状の上面だけであることに着目
し、以下の手順で処理することで、工具参照面の効率的
かつ安定な計算を実現する。
Therefore, when a complicated curved surface shape is made into a polyhedron, the number of polygons often becomes tens of thousands to hundreds of thousands. Since the number of sides and vertices is also proportional to the number of polygons, in the calculation of the sweep shape by the above-described method, a set operation of an enormous number of spherical, cylindrical, and thick plate shapes is repeated. In the present invention, the inverse offset method focuses on the fact that only the upper surface of the sweep shape is finally required as the tool reference surface, and performs the following procedure to efficiently and efficiently perform the tool reference surface. Achieve stable calculations.

【0023】図7は、ボールエンドミル加工用の工具参
照面を得るため説明図である。図7には、ボールエンド
ミル加工用の工具参照面を得るために、球の掃引形状を
構成する球面、円筒形、厚板形状と、格子の中心を通過
するZ軸に平行な直線の交差を調べ、最も上側の交点を
選択する様子を示した。同じく、図8は、フラットエン
ドミル加工用の工具参照面を得るため説明図である。図
8には、フラットエンドミル加工用の工具参照面を得る
ために、円板の掃引形状を構成する斜円筒形や厚板形状
と、格子の中心を通過するZ軸に平行な直線の交差を調
べ、最も上側の交点を選択する様子を示した。
FIG. 7 is an explanatory view for obtaining a tool reference surface for ball end milling. In FIG. 7, in order to obtain a tool reference plane for ball end milling, the intersection of a spherical surface, a cylindrical shape, a thick plate shape constituting a swept shape of a sphere and a straight line parallel to the Z axis passing through the center of the lattice is shown. Investigating and selecting the uppermost intersection is shown. Similarly, FIG. 8 is an explanatory diagram for obtaining a tool reference surface for flat end milling. In FIG. 8, in order to obtain a tool reference plane for flat end milling, the intersection of the oblique cylindrical shape or the thick plate shape forming the swept shape of the disk and the straight line parallel to the Z axis passing through the center of the lattice is shown. Investigating and selecting the uppermost intersection is shown.

【0024】まず、図7及び図8に示すように、処理の
基準となる直交座標系を、そのZ軸がボールエンドミル
及びフラットエンドミルの回転軸の上向き方向と一致す
るように与える。次に、基準座標系のXY平面上に、X
軸とY軸に平行かつ等間隔な直交格子を、これから計算
する掃引形状の、XY平面への投影を覆うように生成す
る。ボールエンドミル加工の場合も、フラットエンドミ
ル加工の場合も、掃引形状の投影図形は、製品形状の投
影図形をエンドミルの半径分膨らませたものに相当する
ので、この膨らんだ図形を覆うように直交格子を生成す
ればよい。格子の間隔(W)を小さくするほど精密な計算
が可能になるが、(1/W)の平方に比例して格子数が増
加するため、必要な記憶容量が膨大なものになる。そこ
でこの値は、要求される加工精度と利用可能な記憶容量
の兼ね合いで決めることになる。工具参照面を計算する
場合には、一例として、格子の間隔が50〜200μm
になるように、また格子の総数が1000×1000個
以下になるように調整する場合が多いが、これに限られ
ず適宜の間隔・総数を用いることができる。
First, as shown in FIGS. 7 and 8, an orthogonal coordinate system serving as a reference for processing is given such that its Z axis coincides with the upward direction of the rotation axis of the ball end mill and the flat end mill. Next, on the XY plane of the reference coordinate system, X
An orthogonal grid parallel to the axis and the Y axis and equally spaced is generated so as to cover the projection of the sweep shape to be calculated on the XY plane. In both ball end milling and flat end milling, the projected shape of the sweep shape is equivalent to the projected shape of the product shape expanded by the radius of the end mill.Therefore, an orthogonal grid is formed so as to cover the expanded shape. You just need to generate it. The smaller the grid interval (W), the more precise the calculation becomes possible. However, the number of grids increases in proportion to the square of (1 / W), and the required storage capacity becomes enormous. Therefore, this value is determined based on a balance between required processing accuracy and available storage capacity. When calculating the tool reference plane, as an example, the grid interval is 50 to 200 μm.
In many cases, adjustment is made so that the total number of lattices becomes 1000 × 1000 or less. However, the present invention is not limited to this, and an appropriate interval and total number can be used.

【0025】各格子について、その中心を通過するZ軸
に平行な直線を考え、この直線と掃引形状を構成する全
ての形状要素の交差を調べる。例えば、ボールエンドミ
ル加工用の工具参照面を計算する場合には、図7に示す
ように、各格子の中心を通過する直線と、頂点に配置さ
れた球面、辺に配置された円筒形、多角形に配置された
厚板形状の交差を調べる。そして、最も上側の交点、す
なわち、Z座標値が最大の交点を選択する。一方、フラ
ットエンドミル加工用の工具参照面を計算する場合も、
図8に示すように、各直線と、辺に配置された斜円筒形
および多角形に配置された厚板形状の交差を調べ、最も
上側の交点を選択する。これらの処理を全ての格子につ
いて繰り返すと、工具参照面を覆う稠密な点群を得るこ
とができる。これらの点群は格子状に配置されているの
で、隣接する点を適切に選択し多角形へ置き換えること
で、工具参照面を表す多面体を計算できる。
For each grid, consider a straight line passing through the center and parallel to the Z axis, and examine the intersection of this straight line and all the shape elements constituting the sweep shape. For example, when calculating the tool reference plane for ball end milling, as shown in FIG. 7, a straight line passing through the center of each lattice, a spherical surface arranged at the vertex, a cylindrical shape arranged at the side, Examine the intersection of the slabs arranged in a square. Then, the uppermost intersection, that is, the intersection having the largest Z coordinate value is selected. On the other hand, when calculating the tool reference plane for flat end milling,
As shown in FIG. 8, the intersection of each straight line with the oblique cylindrical shape arranged on the side and the thick plate shape arranged on the polygon is examined, and the uppermost intersection is selected. When these processes are repeated for all grids, a dense point cloud covering the tool reference plane can be obtained. Since these point groups are arranged in a lattice, a polyhedron representing a tool reference plane can be calculated by appropriately selecting adjacent points and replacing them with polygons.

【0026】2.3次元グラフィックス表示装置の利用 逆オフセット法では、各格子の中心を通過するZ軸に平
行な直線と、掃引形状を構成する形状要素(頂点に配置
された球面、辺に配置された円筒形など)の交点計算
を、格子と形状要素の全ての組み合わせについて繰り返
す必要がある。そのため素朴な実装法では、処理に多大
な時間を要することになり、実用的とはいえない。本発
明においては、3次元グラフィックス表示装置の隠面消
去機能を利用することで、この処理を高速化する。
2. Use of Three-Dimensional Graphics Display Device In the inverse offset method, a straight line parallel to the Z-axis passing through the center of each grid and a shape element (a spherical surface arranged at a vertex, a It is necessary to repeat the calculation of the intersection of the placed cylinders and the like for all combinations of grids and shape elements. Therefore, a simple implementation method requires a great deal of processing time, and is not practical. In the present invention, this processing is speeded up by utilizing the hidden surface erasing function of the three-dimensional graphics display device.

【0027】図9は、デプスバッファの利用による二つ
の立方体の隠面消去画像の説明図である。3次元コンピ
ュータグラフィックスでは、他の面に隠されて観察者か
ら見えない「隠面」を消去した画像を生成するために、
デプスバッファを用いる。図示のように配置された2個
の立方体201及び202を図の左側から観察した画像
を、平行投影により画面へ描く場合を例に、この技術を
説明する。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a hidden surface erased image of two cubes by using a depth buffer. In three-dimensional computer graphics, in order to generate an image in which “hidden surfaces” hidden by other surfaces and invisible to an observer are generated,
Use a depth buffer. This technique will be described by taking, as an example, a case where an image obtained by observing two cubes 201 and 202 arranged as shown in the drawing from the left side of the drawing is drawn on a screen by parallel projection.

【0028】ここで、立方体201及び202が、図示
のような位置関係にある場合、観察者の視点203から
の可視画像を考える。フレームバッファ204は、その
際の可視画像を投影する2次平面である。立方体201
及び202を視点203から観察した画像を、平行投影
によりフレームバッファ204に描く。図示してあるよ
うに、フレームバッファ204上では、立方体201の
面上の点P及びP、立方体202の面上の点P
びPが、同一のピクセル205で表される。なお、図
中のX軸、Y軸、Z軸は、それぞれ処理の基準となる座
標を表している。3次元コンピュータグラフィックスで
は、立体の面のうち、他の面に隠されて観察者から見え
ない隠面を消去した画像を生成するために、デプスバッ
ファ(又は、Z−バッファ)と呼ばれるデータ構造を用
いる。このデプスバッファを用いることで、視点203
及びフレームバッファ204に最も近い点Pが選択さ
れ、点Pに相当する色・パターン・模様等の情報がピ
クセル205に与えられる。例えば、相当する情報が色
の場合は、フレームバッファ204は、該当する色に染
められる。
Here, when the cubes 201 and 202 have a positional relationship as shown in the figure, a visible image from the observer's viewpoint 203 is considered. The frame buffer 204 is a secondary plane that projects the visible image at that time. Cube 201
And 202 are observed in the frame buffer 204 by parallel projection. As shown, points P 3 and P 2 on the surface of the cube 201 and points P 1 and P 0 on the surface of the cube 202 are represented by the same pixel 205 on the frame buffer 204. It should be noted that the X axis, Y axis, and Z axis in the figure each represent coordinates serving as a reference for processing. In three-dimensional computer graphics, a data structure called a depth buffer (or Z-buffer) is used to generate an image in which a hidden surface hidden by another surface among three-dimensional surfaces and invisible to an observer is eliminated. Is used. By using this depth buffer, the viewpoint 203
And closest point P 3 is selected in the frame buffer 204, color pattern pattern information such as that corresponding to the point P 3 is given to the pixels 205. For example, if the corresponding information is a color, the frame buffer 204 is dyed in the corresponding color.

【0029】次に、2個の立方体201及び202の隠
面を消去した画像を、平行投影によりフレームバッファ
204へ描く具体的処理技術を説明する。以下の説明で
は、一例として、各面に該当する色を各ピクセルに与え
る場合について説明する。図示のように、処理の基準と
なる座標系を、フレームバッファ204上の任意の位置
に定め、そのZ軸の方向を、観察者の視点203方向と
逆向きになるように定める。また、フレームバッファ2
04の各ピクセルと1対1に対応する要素からなる、デプ
スバッファと呼ばれる配列を用意し、ここでは、各要素
に初期値として十分に小さな数値を与えておき、立方体
を構成する各多角形を、平行投影により順にフレームバ
ッファ204へ描画していく。その際に、各ピクセルへ
投影される多角形(正方体)上の点のZ軸座標値を計算
し、ピクセルに対応するデプスバッファ要素の値(これ
をデプス値とよぶ)と比較する。そして、Z軸座標値が
デプス値よりも大きいときには、ピクセルを面上の点の
色で染め、さらに、Z軸座標値を新しいデプス値として
記録する。この一連の処理をデプスバッファ処理とい
う。このような処理を全ての面について繰り返すと、結
果として隠面を消去した画像がフレームバッファ204
に描かれることになる。
Next, a description will be given of a specific processing technique for drawing an image in which the hidden surfaces of the two cubes 201 and 202 have been erased into the frame buffer 204 by parallel projection. In the following description, as an example, a case where a color corresponding to each surface is given to each pixel will be described. As shown in the drawing, a coordinate system serving as a reference for processing is determined at an arbitrary position on the frame buffer 204, and the direction of the Z axis is determined so as to be opposite to the direction of the viewpoint 203 of the observer. Also, frame buffer 2
Prepare an array called a depth buffer consisting of elements corresponding to each pixel of 04 in a one-to-one correspondence. Here, a sufficiently small numerical value is given to each element as an initial value, and each polygon forming the cube is , Are sequentially drawn on the frame buffer 204 by parallel projection. At this time, a Z-axis coordinate value of a point on a polygon (a square) projected to each pixel is calculated and compared with a value of a depth buffer element corresponding to the pixel (this is called a depth value). When the Z-axis coordinate value is larger than the depth value, the pixel is dyed with the color of a point on the surface, and the Z-axis coordinate value is recorded as a new depth value. This series of processing is called depth buffer processing. When such processing is repeated for all surfaces, the image from which the hidden surface has been erased is consequently stored in the frame buffer 204.
Will be drawn.

【0030】ボールエンドミルの回転軸の下向き方向を
観察者の視線方向に定め、画面のピクセル群をXY平面
上の直交格子と対応付けると、「図7及び図8に示し
た、全ての格子について、その中心を通過するZ軸に平
行な直線と、球や円板の掃引形状の最上面の交点を計算
すること」と、「図9に示した、掃引形状を構成する全
ての形状要素(球面、円筒形、厚板形状など)を平行投
影した画像を、デプスバッファを用いて描くこと」と
は、全く同等の処理になることがわかる。全ての形状要
素を描き終えたとき、デプスバッファの各要素には、対
応する直線と掃引形状の最も上側の交点のZ座標値がデ
プス値として格納されることになるので、工具参照面を
表す点群を容易に得ることができる。
If the downward direction of the rotation axis of the ball end mill is defined as the direction of the line of sight of the observer, and the pixels on the screen are associated with the orthogonal grids on the XY plane, the following is obtained: "All grids shown in FIGS. Calculate the intersection of the straight line parallel to the Z axis passing through the center and the uppermost surface of the sweep shape of a sphere or a disk ”, and“ All the shape elements (spherical surfaces) constituting the sweep shape shown in FIG. , Using a depth buffer to draw an image obtained by projecting a parallel projection of a cylindrical shape, a thick plate shape, and the like) using a depth buffer. When all the shape elements have been drawn, the Z coordinate value of the uppermost intersection of the corresponding straight line and the sweep shape is stored as a depth value in each element of the depth buffer, and thus represents the tool reference plane. Point clouds can be easily obtained.

【0031】多くの3次元グラフィックス表示装置は、
デプスバッファを用いた多面体の隠面消去処理を、ハー
ドウェアで直接実行する機能を備えている。したがっ
て、掃引形状を構成する球面や円筒形などを適切に多面
体近似し、得られた多角形群を平行投影した画像を、3
次元グラフィックス表示装置を用いて描画することで、
工具参照面を高速に計算できる。3次元グラフィックス
表示装置は、今後の高速化が最も期待されている半導体
デバイスなので、デプスバッファを用いた多面体の隠面
消去処理では、さらなる高速化が期待できる。
Many three-dimensional graphics displays are:
It has the function of directly executing the hidden surface elimination processing of a polyhedron using a depth buffer by hardware. Therefore, an image obtained by appropriately approximating a spherical surface or a cylindrical shape constituting a sweeping shape to a polyhedron, and parallel-projecting the obtained polygon group into 3 is obtained.
By drawing using a three-dimensional graphics display device,
Tool reference plane can be calculated at high speed. Since the three-dimensional graphics display device is a semiconductor device that is expected to have a higher speed in the future, a higher speed can be expected in the hidden surface erasing process of the polyhedron using the depth buffer.

【0032】3.描画が不要な部分の除去 金型の多くの部分は、滑らかな曲面形状を有している。
このような形状を多面体化すると、その表面を覆うほと
んどの多角形は、隣接する他の多角形と、非常になだら
かな状態で接続することになる。したがって、ボールエ
ンドミル加工用の工具参照面を計算するために、多面体
の頂点、辺、多角形のそれぞれに、球面、円筒形、厚板
形状を配置すると、各円筒形のほとんどの部分は、その
左右に配置された厚板形状の内部に入り込んでしまうた
め、球の掃引形状の上面にはなり得ない。同様に、多面
体の頂点に配置された球面も、ほとんどの部分は、その
頂点に接続する辺に配置された円筒形の内部に入り込ん
でしまうため、掃引形状の上面とは無関係である。
3. Removal of Unnecessary Parts Many parts of the mold have a smooth curved surface.
When such a shape is made into a polyhedron, most polygons covering its surface are connected to other adjacent polygons in a very gentle manner. Therefore, in order to calculate the tool reference plane for ball end milling, if a spherical surface, a cylindrical shape, and a thick plate shape are arranged at each of the vertices, sides, and polygons of the polyhedron, most parts of each cylindrical shape are Since it enters the inside of the thick plate shape arranged on the left and right, it cannot be the upper surface of the sweep shape of the sphere. Similarly, the sphere located at the apex of the polyhedron is irrelevant to the top surface of the sweep shape, since most of the sphere enters the interior of the cylinder located at the side connected to the apex.

【0033】そこで、球面や円筒形を多面体化する前
に、隣接する円筒形や厚板形状の内部に入り込んでい
て、掃引形状の上面にはなり得ない部分を除去してお
く。近似球面や近似円筒面の多角形数は、その表面積に
ほぼ比例するので、不要な曲面部分を除去してから多面
体化することで、隠面消去処理をおこなう多角形数を大
幅に削減でき、結果として工具参照面の計算をさらに高
速化できる。
Therefore, before the spherical or cylindrical shape is converted into a polyhedron, a portion which has entered the adjacent cylindrical shape or thick plate shape and cannot be the upper surface of the sweep shape is removed. Since the number of polygons of the approximate spherical surface and the approximate cylindrical surface is almost proportional to the surface area, the number of polygons for performing hidden surface elimination processing can be significantly reduced by removing unnecessary curved surface parts and converting them to polyhedrons. As a result, the calculation of the tool reference plane can be further speeded up.

【0034】図10は、円筒形と厚板形状との組み合わ
せを示す図である。図10は、一例として、多面体のあ
る辺に配置された円筒形Cと、その辺の左右に接続す
る二枚の多角形に配置された厚板形状PとPの様子
を示した図である。図示のように、円筒形Cのほとん
どの部分は、厚板形状PとPの内部に入り込んでい
る。そこで、円筒形からこれらの部分を除去し、残りの
細長いくさび形状(図中の白い部分)だけを多面体化す
ることで、多角形数を削減する。
FIG. 10 is a diagram showing a combination of a cylindrical shape and a thick plate shape. 10, as an example, shown a cylindrical C i arranged on a side with a polyhedron, the state of the thick plate-shaped P j and P k which are arranged in two polygons to be connected to the left and right of the side FIG. As shown, the most part of the cylindrical C i intrudes into the interior of the plank-shaped P j and P k. Therefore, the number of polygons is reduced by removing these portions from the cylindrical shape and making only the remaining elongated wedge shape (white portion in the figure) polyhedral.

【0035】図11は、球面と円筒形との組み合わせを
示す図である。図11(a)は、ある頂点に配置された
球面Sと、この頂点に接続する3本の辺に配置された
円筒形C、C、Cの様子を示した図である。円筒
形の場合と同様に、球面Sのほとんどの部分は、円筒
形C、C、Cの内部に入り込んでいるため、掃引
形状の上面とは無関係である。そこで、球面からこれら
の部分を除去した残りの形状(図中央の、太線で囲まれ
た三角形状の部分)だけを、多面体化すればよいことに
なる。
FIG. 11 is a diagram showing a combination of a spherical surface and a cylindrical shape. FIG. 11A is a diagram showing a state of a spherical surface S i arranged at a certain vertex and cylindrical shapes C j , C k , and C 1 arranged on three sides connected to this vertex. As in the case of cylindrical, most part of the sphere S i is because it enters the interior of the cylindrical C j, C k, C l , is independent of the upper surface of the sweep shape. Therefore, only the remaining shape obtained by removing these portions from the spherical surface (the triangular portion surrounded by a thick line in the center of the figure) needs to be polyhedralized.

【0036】また、頂点に多数の辺が接続している場
合、この残りの形状の計算はかなり面倒なものになる。
そこで本発明では、図11(b)に示すように、頂点に
最も滑らかに接続している2辺を選択し、球面からこれ
ら2辺に対応する円筒形の内部に入り込んでいる部分だ
けを取り除くことで、計算の手間を省く。つまり、球面
から、例えば、円筒形CとCの中に入り込んで
いる部分だけを除去する。円筒形CとCの端面は、
球面Sの中心を通過しているので、これらの部分を除
去すると、「すいか」のような形状が残ることになる。
工具参照面を計算する際には、この「すいか」形状を多
面体化し描画すればよい。
When a number of sides are connected to a vertex, the calculation of the remaining shape becomes considerably troublesome.
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 11 (b), the two sides that are most smoothly connected to the vertices are selected, and only the part that enters the inside of the cylinder corresponding to these two sides is removed from the spherical surface. This saves time and effort in calculations. In other words, for example, only the portion that enters into the cylindrical shapes C j and C k is removed from the spherical surface S i . The end faces of the cylinders C j and C k are
Since passing through the center of the spherical surface S i, when the removal of these portions, so that the shaped like a "watermelon" remains.
When calculating the tool reference plane, the “watermelon” shape may be rendered as a polyhedron.

【0037】一方、フラットエンドミル加工用に工具参
照面を計算する場合にも、ほぼ同様の手法で多角形数を
削減できる。多面体の辺と多角形のそれぞれに、斜円筒
形と厚板形状を配置すると、斜円筒形のほとんどの部分
は、その左右に配置された厚板形状の内部に入り込んで
しまうため、掃引形状の上面にはなり得ない。図12
は、斜円筒形と厚板形状との組み合わせを示す図であ
る。図12は、多面体のある辺に配置された斜円筒形C
と、その辺の左右に接続する二枚の多角形に配置され
た厚板形状PとPの様子を示した図である。斜円筒
形Cのほとんどの部分は、隣接する厚板形状PとP
の内部に入り込んでいる。そこでこれらの部分を除去
し、残りの「斜くさび形状」(図中の白い部分)だけを
多面体化することで、描画する多角形数を削減する。
On the other hand, when calculating the tool reference plane for flat end milling, the number of polygons can be reduced by a substantially similar method. If a slanted cylinder and a thick plate are placed on each of the sides and polygons of the polyhedron, most of the slanted cylinder will enter the inside of the thick plate placed on the left and right sides of the polygon. It cannot be the top. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a combination of an oblique cylindrical shape and a thick plate shape. FIG. 12 shows an oblique cylinder C arranged on one side of a polyhedron.
and i, is a diagram showing a state of two plank shape arranged in a polygon P j and P k which connects the left and right of the side. Most parts of the oblique cylinder C i consist of the adjacent plank shapes P j and P
k . Therefore, these parts are removed, and only the remaining “oblique wedge shape” (white part in the figure) is made into a polyhedron, thereby reducing the number of polygons to be drawn.

【0038】4.不要部を除去後の形状の多面体化 図13は、不要部を除去後の形状の多面体化手法の説明
図である。図13(a)は、くさび形状の多面体化手
法、図13(b)は、すいか形状の多面体化手法、図1
3(c)は、斜くさび形状の多面体化手法をそれぞれ示
す。図示のように、不要部を除去することで得られた、
くさび形状、すいか形状及び斜くさび形状を、以下の手
順で多面体化する。 (1)円筒形から不要部を除去した残りのくさび形状
は、等しい幅の長方形を鎧状につないだものとして多面
体近似する(図13(a)参照)。 (2)球面から不要部を除去した残りのすいか形状は、
球面部を幾つかの等幅な細片へ分割し、それらをさらに
等しい間隔で分割することで、微小な四辺形(細片の両
端のみ三角形)の集合として多面体近似する(図13
(b)参照)。 (3)斜円筒形から不要部を除去した残りの斜くさび形
状は、くさび形状を多面体化する場合と同様に、細長い
長方形をつないだものとして多面体近似する(図13
(c)参照)。
4. FIG. 13 is an explanatory diagram of a technique for polyhedralizing the shape after removing unnecessary portions. FIG. 13A shows a wedge-shaped polyhedralization method, FIG. 13B shows a watermelon-shaped polyhedralization method, and FIG.
FIG. 3 (c) shows a polyhedron forming method of oblique wedge shape. As shown, obtained by removing unnecessary parts,
The wedge shape, the watermelon shape, and the oblique wedge shape are polyhedralized by the following procedure. (1) The remaining wedge shape obtained by removing unnecessary portions from the cylindrical shape is approximated by a polyhedron as a shape in which rectangles having the same width are connected in an armor shape (see FIG. 13A). (2) The remaining watermelon shape from which unnecessary parts have been removed from the spherical surface is
By dividing the spherical portion into several equal-width strips and further dividing them at equal intervals, a polyhedron approximation is made as a set of small quadrilaterals (triangles only at both ends of the strip) (FIG. 13).
(B)). (3) The remaining oblique wedge shape obtained by removing unnecessary portions from the oblique cylindrical shape is approximated to a polyhedron by connecting elongated rectangles, as in the case of making the wedge shape polyhedral (FIG. 13).
(C)).

【0039】このようにして得られた多角形のうち、一
例として、その法線方向が下向きのものは、掃引形状の
上面にはなり得ない。そこで、これらの下向きの多角形
を隠面の消去処理の対象から除外することで、処理時間
をさらに短縮できる。上述の多面体化手法では、曲面の
近似精度は、くさび形状を構成する長方形片の幅や、す
いか形状を構成する四辺形の最大サイズ(図13中の長
さd)により決まる。長さdを大きくすると近似曲面の
多角形数は減少するが、形状誤差が大きくなるため、得
られる工具参照面の精度が低下してしまう。ここで、多
面体化に伴う誤差の許容量をεとすると、例えば、長さ
dは、以下の不等式を満たす必要がある(ただし、rは
球面や円筒形の半径をあらわす)。 d<8rε
Of the polygons thus obtained, for example, a polygon whose normal direction is downward cannot be the upper surface of the sweep shape. Therefore, the processing time can be further reduced by excluding these downward polygons from the target of the hidden surface erasing processing. In the polyhedral method described above, the approximation accuracy of the curved surface is determined by the width of the rectangular piece forming the wedge shape and the maximum size (length d in FIG. 13) of the quadrilateral forming the watermelon shape. When the length d is increased, the number of polygons of the approximated curved surface is reduced, but the shape error is increased, and the accuracy of the obtained tool reference surface is reduced. Here, assuming that the allowable amount of error due to the polyhedralization is ε, for example, the length d needs to satisfy the following inequality (where r represents the radius of a spherical surface or a cylindrical shape). d 2 <8rε

【0040】工具参照面の計算では、近似誤差の許容量
εを0.001mm程度に抑えれば十分なので、球面や円
筒形の半径rが1.0mmの場合、長さdが0.1mm以下
になるように多面体化すればよい。
In the calculation of the tool reference plane, it is sufficient if the allowable amount ε of the approximation error is suppressed to about 0.001 mm. Therefore, when the radius r of the spherical or cylindrical shape is 1.0 mm, the length d is 0.1 mm or less. What is necessary is just to make a polyhedron so that it may become.

【0041】5.ハードウェアの構成 図14は、本発明に関するハードウェアの構成図であ
る。このハードウェアは、中央処理装置である処理部
(CPU)1と、データを入力する入力部2と、入力さ
れたデータを記憶する記憶部3と、出力部4と、3次元
グラフィックス表示部5とを有する。また、CPU1、
入力部2、記憶部3、出力部4及び3次元グラフィック
ス表示部5は、スター又はバス等の適宜の接続手段で接
続されている。
5. Hardware Configuration FIG. 14 is a configuration diagram of hardware according to the present invention. The hardware includes a processing unit (CPU) 1 as a central processing unit, an input unit 2 for inputting data, a storage unit 3 for storing input data, an output unit 4, and a three-dimensional graphics display unit. And 5. In addition, CPU1,
The input unit 2, the storage unit 3, the output unit 4, and the three-dimensional graphics display unit 5 are connected by appropriate connection means such as a star or a bus.

【0042】3次元グラフィックス表示部5は、上述の
隠面消去の画像を、デプスバッファを用いることにより
生成するハードウェアの装置である。3次元グラフィッ
クス表示部5は、ハードウェア処理により高速にデプス
バッファ処理を行うことができる。また、3次元グラフ
ィックス表示部5は、例えば、ボード、カード又は他の
装置として構成され、CPU1等と一体に構成されてい
ても、別個の構成であってもよい。出力部4は、3次元
グラフィックス表示部5で生成され、フレームバッファ
へ描画された隠面消去の画像をディスプレイ上に表示す
る又は他の装置に出力する装置である。なお、出力部4
は、バスに直接接続されるように構成することもでき
る。
The three-dimensional graphics display unit 5 is a hardware device that generates the above-described hidden surface erasure image by using a depth buffer. The three-dimensional graphics display unit 5 can perform high-speed depth buffer processing by hardware processing. In addition, the three-dimensional graphics display unit 5 is configured as, for example, a board, a card, or another device, and may be configured integrally with the CPU 1 or the like, or may be configured separately. The output unit 4 is a device that displays an image of hidden surface removal generated on the three-dimensional graphics display unit 5 and drawn on the frame buffer on a display or outputs the image to another device. The output unit 4
Can also be configured to be directly connected to the bus.

【0043】6.処理アルゴリズムの流れ 図15は、本発明に関する工具参照面の計算手順につい
てのフローチャート(1)である。まず、工具参照面の
計算を行うために必要な、加工対象物(金型製品)の多
面体モデルと切削工具(例えば、ボールエンドミルもし
くはフラットエンドミル)の形状データを入力する(S
100)。次に、処理の基準となる直交座標系を、その
Z軸がボールエンドミルの回転軸の上向き方向と一致す
るように与えると共に、基準座標系のXY平面上に、X
軸とY軸に平行かつ等間隔な直交格子を、製品形状のX
Y平面への投影図形を工具半径分膨らませた形状を覆う
ように生成する(S101)。もし、製品形状の一部に
関する工具参照面だけを、特に高精度に計算したい場合
には、直交格子を、高精度に計算したい部分のXY平面
への投影図形だけを覆うように生成する(S102)
(後述)。
6. Processing Algorithm Flow FIG. 15 is a flowchart (1) of a procedure for calculating a tool reference plane according to the present invention. First, a polyhedral model of a workpiece (die product) and shape data of a cutting tool (for example, a ball end mill or a flat end mill) required for calculating a tool reference plane are input (S).
100). Next, an orthogonal coordinate system serving as a reference for processing is given so that the Z axis thereof coincides with the upward direction of the rotation axis of the ball end mill, and the X coordinate is set on the XY plane of the reference coordinate system.
An orthogonal lattice parallel to the Y axis and the Y axis is
A projection graphic on the Y plane is generated so as to cover the shape expanded by the tool radius (S101). If it is desired to calculate only the tool reference plane relating to a part of the product shape with particularly high accuracy, an orthogonal grid is generated so as to cover only the projected figure on the XY plane of the portion desired to be calculated with high accuracy (S102). )
(See below).

【0044】切削工具としてボールエンドミルを用いる
場合、まず、切刃と同一半径の球を、その中心(即ち、
工具参照点)が常に製品表面に存在するように保ちつつ
縦横に移動させたときの、掃引形状の計算を考える。こ
の形状は、加工対象物モデルの頂点、辺、多角形を、そ
れぞれ球面、円筒形、厚板形状に置き換えた形状の集合
和となる(S103)。掃引形状を構成する球面と円筒
形のほとんど部分は、隣接する円筒形や厚板形状の内部
に入り込んでおり、掃引形状の上面にはなり得ない。そ
こで各球面や円筒形から、隣接する円筒形や厚板形状の
内部に入り込んでいる部分を除去し、すいか形状とくさ
び形状を生成する(S104)。さらに、すいか形状、
くさび形状、厚板形状を多面体化する(S105)。
When a ball end mill is used as a cutting tool, first, a sphere having the same radius as the cutting edge is placed at the center (ie, at the center).
Consider the calculation of the sweep shape when the tool is moved vertically and horizontally while keeping the tool reference point always on the product surface. This shape is a set sum of shapes obtained by replacing the vertices, sides, and polygons of the object model with spherical, cylindrical, and thick plate shapes, respectively (S103). Almost all of the spherical shape and the cylindrical shape constituting the sweep shape enter the inside of the adjacent cylindrical shape or thick plate shape, and cannot be the upper surface of the sweep shape. Therefore, from each spherical surface or cylindrical shape, a portion that enters the inside of the adjacent cylindrical shape or thick plate shape is removed, and a watermelon shape and a wedge shape are generated (S104). In addition, watermelon shape,
The wedge shape and the thick plate shape are made polyhedral (S105).

【0045】一方、切削工具としてフラットエンドミル
を用いる場合、切刃と同一半径の水平な円板を、その中
心(即ち、工具参照点)が常に製品表面に存在するよう
に保ちつつ縦横に移動させたときの、掃引形状の計算を
考える。この形状は、加工対象物モデルの辺と多角形
を、それぞれ斜円筒形と厚板形状に置き換えた形状の集
合和となる(S106)。斜円筒形のほとんど部分は、
隣接する厚板形状の内部に入り込んでおり、掃引形状の
上面にはなり得ない。そこで各斜円筒形から、隣接する
厚板形状の内部に入り込んでいる部分を除去し、斜くさ
び形状を生成する(S107)。さらに、斜くさび形状
と厚板形状を多面体化する(S108)。なお、ボール
エンドミル又はフラットエンドミルの一方のみに対応さ
せる場合は、ステップS102の後の判断を、ステップS
103〜S105の処理又はステップS106〜S108
の処理のいずれか一方を含めばよい。
On the other hand, when a flat end mill is used as a cutting tool, a horizontal disk having the same radius as the cutting edge is moved vertically and horizontally while maintaining the center (ie, the tool reference point) always on the product surface. Consider the calculation of the sweep shape when This shape is a set sum of shapes obtained by replacing the sides and polygons of the object model with oblique cylinders and thick plates, respectively (S106). Most of the oblique cylindrical shape is
It penetrates the inside of the adjacent plank shape and cannot be the upper surface of the sweep shape. Therefore, from each of the oblique cylindrical shapes, a portion entering the inside of the adjacent thick plate shape is removed, and an oblique wedge shape is generated (S107). Further, the oblique wedge shape and the thick plate shape are made polyhedral (S108). In addition, in the case where only one of the ball end mill and the flat end mill is used, the determination after step S102 is made in step S102.
Processing of 103 to S105 or steps S106 to S108
May be included.

【0046】次に、得られた多面体群を覆う多角形のう
ち、掃引形状の上面になり得るのは、ここでは、その法
線方向が上向きのものだけである。そこでこのような上
向き多角形を選択し、その必要な又は全ての多角形デー
タを3次元グラフィックス表示装置へ送る(S10
9)。ここから、3次元グラフィック表示装置によるハ
ードウェア処理が開始される。すなわち、XY平面上の
直交格子と1対1に対応する要素からなる、デプスバッ
ファを用意する。選択された多角形群を、Z軸の正方向
から観察した画像を、平行投影により画面へ描画する。
3次元グラフィックス表示装置が、隠面消去の手順にし
たがってデプスバッファの内容を更新する(S11
0)。次に、全ての多角形を描き終えたとき、デプスバ
ッファの各デプス値は、対応する格子中心を通過するZ
軸に平行な直線と球や水平な円板の掃引形状の、最も上
側の交点のZ座標値を表している。そこで得られた必要
な又は全てのデプス値を、ソフトウェア側の処理へ渡す
(S111)。なお、3次元グラフィックス表示装置に
備えられた表示部では、ハードウェア処理の様子を示す
色、パターン、模様等の画像を表示することができる。
Next, among the polygons that cover the obtained polyhedron group, only those whose normal direction is upward can be the upper surface of the sweep shape. Then, such an upward polygon is selected, and the necessary or all polygon data is sent to the three-dimensional graphics display device (S10).
9). From here, hardware processing by the three-dimensional graphic display device is started. That is, a depth buffer including elements corresponding to the orthogonal lattice on the XY plane on a one-to-one basis is prepared. An image obtained by observing the selected polygon group from the positive direction of the Z axis is drawn on the screen by parallel projection.
The three-dimensional graphics display device updates the contents of the depth buffer according to the hidden surface erasing procedure (S11).
0). Next, when all the polygons have been drawn, each depth value of the depth buffer is set to Z passing through the corresponding grid center.
It represents the Z coordinate value of the uppermost intersection of the sweep shape of a straight line parallel to the axis and a sphere or a horizontal disk. The necessary or all of the obtained depth values are passed to the processing on the software side (S111). Note that a display unit provided in the three-dimensional graphics display device can display an image such as a color, a pattern, or a pattern indicating the state of hardware processing.

【0047】こうして再び、ソフトウェアによる処理が
開始される。直交格子の位置情報とデプス値に基づい
て、工具参照面を覆う稠密な点群を生成する(S11
2)。点群は格子状に配置されているので、隣接する点
を適切に選択し多角形へ置き換えることで、工具参照面
を表す多面体を生成する(S113)。得られた工具参
照面を、工具経路生成用のCAMソフトウェアへ送る
(S114)。CAMソフトウェアでは、得られた工具
参照面に基づき、グラフィック表示等による表示、所望
の加工シミュレーション、実際の加工等の適宜の処理を
実行する。
Thus, the processing by the software is started again. Based on the position information of the orthogonal grid and the depth value, a dense point group covering the tool reference plane is generated (S11).
2). Since the point groups are arranged in a lattice, a polyhedron representing a tool reference plane is generated by appropriately selecting adjacent points and replacing them with polygons (S113). The obtained tool reference plane is sent to CAM software for generating a tool path (S114). The CAM software executes appropriate processing such as graphic display or the like, desired machining simulation, actual machining, etc., based on the obtained tool reference surface.

【0048】ここで、ステップS102に関して説明す
る。逆オフセット法で用いる、XY平面上の直交格子の
格子数は1000×1000程度である。加工対象物全
体に、このような格子をあてはめて工具参照面を計算す
ると、加工対象物の一部に急激に変化する形状がある場
合には、その部分に関して十分な精度の工具参照面が得
られない場合がある。そこで高精度の計算が要求される
場合には、そのような形状変化が激しい部分形状の投影
図形だけを覆うように直交格子を生成し、工具参照面の
計算をおこなう。ごく一部の形状に1000×1000
の格子をあてはめて計算することになるので、この部分
に関してより高精度の工具参照面を得ることができる。
Here, step S102 will be described. The number of orthogonal lattices on the XY plane used in the inverse offset method is about 1000 × 1000. When such a grid is applied to the entire workpiece to calculate the tool reference plane, if a part of the workpiece has a rapidly changing shape, a sufficiently accurate tool reference plane is obtained for that part. May not be possible. Therefore, when high-precision calculation is required, an orthogonal grid is generated so as to cover only a projected figure of a partial shape in which such a shape change is remarkable, and a tool reference plane is calculated. 1000x1000 for very few shapes
Therefore, a more accurate tool reference plane can be obtained for this portion.

【0049】図16(a)には、加工対象物全体に格子
をあてはめて、逆オフセット法により工具参照面を計算
する様子を示している。このようにすると、急激に形状
が変化する部分があっても、この部分に少数の格子しか
あてはめることができないため、得られる工具参照面の
精度が不十分なものになってしまう。図16(b)に
は、この形状変化が激しい部分の投影図形だけを覆うよ
うに直交格子を生成し、工具参照面を計算する様子を示
した。この部分に関して、より高精度の工具参照面が得
られることが分かる。
FIG. 16A shows a state in which a grid is applied to the entire workpiece and the tool reference plane is calculated by the inverse offset method. In this case, even if there is a portion where the shape changes rapidly, only a small number of grids can be applied to this portion, so that the accuracy of the obtained tool reference surface becomes insufficient. FIG. 16B shows a state in which an orthogonal grid is generated so as to cover only the projected figure of the portion where the shape change is drastic, and the tool reference plane is calculated. It can be seen that a more accurate tool reference plane can be obtained for this part.

【0050】ここで、切削工具としてラウンドエンドミ
ルを用いる場合について説明する。図17は、本発明に
関する工具参照面の計算手順についてのフローチャート
(2)である。ここで、説明の便宜上、図4に示したよ
うに、ラウンドエンドミルの軸部の半径をR、円環状の
切刃の半径をrとした。まず、ラウンドエンドミルの円
環状の切刃の半径rを有するボールエンドミルについて
工具形状に関する情報として入力し(S201)、上述
のフローチャートのステップS102〜S113に従
い、工具参照面の計算方法を実行する(S203)。さ
らに、ステップS113で得られる工具参照面の多面体
モデルを、ステップS100での加工対象物の多面体モ
デルに関する情報として入力し(S205)、また、ラ
ウンドエンドミルの軸部の半径Rから、円環状の切刃の
半径rを引いた、半径R−rを有するフラットエンドミ
ルについて工具形状に関する情報として入力し(S20
7)、再び、上述のフローチャートのステップS102
〜S114に従い、工具参照面の計算方法を実行する
(S209)。これにより、切削工具としてラウンドエ
ンドミルを用いた場合の工具参照面を得ることができ
る。
Here, a case where a round end mill is used as a cutting tool will be described. FIG. 17 is a flowchart (2) of a procedure for calculating a tool reference plane according to the present invention. Here, for convenience of explanation, as shown in FIG. 4, the radius of the shaft of the round end mill was R, and the radius of the annular cutting edge was r. First, a ball end mill having an annular cutting edge radius r of a round end mill is input as information relating to a tool shape (S201), and a tool reference plane calculation method is executed according to steps S102 to S113 in the above-described flowchart (S203). ). Further, the polyhedron model of the tool reference plane obtained in step S113 is input as information on the polyhedron model of the object to be machined in step S100 (S205), and an annular cut is obtained from the radius R of the shaft of the round end mill. A flat end mill having a radius Rr obtained by subtracting the radius r of the blade is input as information on the tool shape (S20).
7) Again, step S102 in the above-described flowchart
According to steps S114 to S114, a tool reference plane calculation method is executed (S209). Thereby, a tool reference plane when a round end mill is used as a cutting tool can be obtained.

【0051】なお、本発明の工具参照面計算方法は、工
具参照面計算プログラムを記録したコンピュータ読み取
り可能な記録媒体又は工具参照面計算プログラム製品に
より提供することができる。
The tool reference plane calculation method of the present invention can be provided by a computer-readable recording medium storing a tool reference plane calculation program or a tool reference plane calculation program product.

【0052】7.実験および比較 ここで、発明した手法の有効性を検証するために、3次
元グラフィックス表示装置のデプスバッファ処理機能を
利用して工具参照面を計算するプログラムを作成し、計
算実験をおこなった。実験には、格子数が1000×1
000個になるように調整した直交格子を用いた。利用
した計算機は、PentiumIII(450MHZ)をCPUとす
る、主記憶486MBのワークステーションである。こ
のワークステーションには、Cobaltと呼ばれる3
次元グラフィックス表示のための専用ハードウェアが備
えられている。描画する多角形の形状を、OpenGL
(Open Graphics Library)とよばれるライブラリの仕
様にしたがってプログラムに記述すると、デプスバッフ
ァ処理をハードウェアで実行する機械語コードを、コン
パイラが自動生成する。
7. Experiment and Comparison Here, in order to verify the effectiveness of the method invented, a program for calculating a tool reference plane using the depth buffer processing function of the three-dimensional graphics display device was created, and a calculation experiment was performed. In the experiment, the number of grids was 1000 × 1
An orthogonal lattice adjusted to 000 was used. The computer used was a workstation with a main memory of 486 MB using Pentium III (450 MHZ) as a CPU. This workstation has a 3 called Cobalt
Dedicated hardware for dimensional graphics display is provided. The shape of the polygon to be drawn is OpenGL
When a program is described in accordance with the specifications of a library called (Open Graphics Library), a compiler automatically generates machine language code for executing the depth buffer processing by hardware.

【0053】図18に、30,528枚の多角形からな
る多面体を示す。図19に、この多角形数30,528
枚の多面体を、半径5mmのボールエンドミルを用いて切
削加工するために、工具参照面を計算した結果を示す。
この計算に要した時間は1.84秒であった。また、図
20に、工具参照面の計算結果に基づいて、多面体の表
面を切刃が滑るように往復する全長約40,000mmの
工具経路を生成した様子を示し、図21に、その経路に
基づいて切削加工のシミュレーションをおこなった結果
を示す。工具参照面の計算が終了しているため、工具経
路の算出は瞬時に終わる。加工シミュレーションの結果
から、削り込みの生じない適切な工具経路が生成されて
いることが分かる。
FIG. 18 shows a polyhedron composed of 30,528 polygons. FIG. 19 shows the number of polygons 30,528.
The result of calculating the tool reference plane for cutting a polyhedron using a ball end mill with a radius of 5 mm is shown.
The time required for this calculation was 1.84 seconds. FIG. 20 shows a state in which a tool path having a total length of about 40,000 mm that reciprocates so that the cutting edge slides on the surface of the polyhedron based on the calculation result of the tool reference plane, and FIG. 21 shows the path. The result of performing the simulation of the cutting process based on this is shown. Since the calculation of the tool reference plane has been completed, the calculation of the tool path ends instantaneously. From the results of the machining simulation, it can be seen that an appropriate tool path without cutting is generated.

【0054】図22に、この多角形数30,528枚の
多面体を、半径5mmのフラットエンドミルを用いて切削
加工するために、工具参照面を計算した結果を示す。こ
の計算に要した時間は1.30秒であった。図23に
は、工具参照面の計算結果に基づいて工具経路を生成し
た様子を示し、図24に、その経路に基づいて切削加工
のシミュレーションをおこなった結果を示す。シミュレ
ーション結果から、この例でも適切な経路が生成されて
いることが分かる。
FIG. 22 shows the result of calculating a tool reference plane for cutting a polyhedron having 30,528 polygons using a flat end mill having a radius of 5 mm. The time required for this calculation was 1.30 seconds. FIG. 23 shows a state where a tool path is generated based on the calculation result of the tool reference plane, and FIG. 24 shows a result obtained by performing a cutting simulation based on the path. From the simulation results, it can be seen that an appropriate route is also generated in this example.

【0055】次に、逆オフセット法による工具参照面の
計算を、全てソフトウェアでおこなうプログラムと、3
次元グラフィックス表示装置のデプスバッファ処理機能
を用いておこなうプログラムを用意し、同一条件下で処
理に要する時間を比較した。なお全てをソフトウェアで
処理するプログラムも、ボックスチェックなどの方法を
最大限活用し、無駄な計算を行わないように工夫してあ
る。実験に利用した計算機の仕様は、上述したものと同
じである。
Next, a program in which the calculation of the tool reference plane by the reverse offset method is entirely performed by software,
A program was prepared using the depth buffer processing function of the three-dimensional graphics display device, and the time required for processing under the same conditions was compared. In addition, the program which processes everything by software is also devised so as not to uselessly calculate by making full use of methods such as box check. The specifications of the computer used in the experiment are the same as those described above.

【0056】図24は、ボールエンドミル加工用の工具
参照面の計算に要する時間を比較した結果を示した図で
ある。図24(a)は、多角形数1,908枚の単純な
多面体を用いて計算実験を行った結果を表している。最
初の列は、用いたボールエンドミルの半径を示してい
る。2列目は、必要な計算を全てソフトウェアでおこな
った場合の処理時間を示し、3列目は、同じ計算を3次
元グラフィックス表示装置の機能を用いておこなった場
合の処理時間を示している。また、4列目の数値は、こ
れらの処理時間の比を表している。
FIG. 24 is a diagram showing the result of comparing the time required to calculate the tool reference plane for ball end milling. FIG. 24A shows the result of a calculation experiment performed using a simple polyhedron having 1,908 polygons. The first column shows the radius of the ball end mill used. The second column shows the processing time when all necessary calculations are performed by software, and the third column shows the processing time when the same calculations are performed using the function of the three-dimensional graphics display device. . The numerical values in the fourth column represent the ratio of these processing times.

【0057】図24(b)及び図24(c)に、同じ実
験を、それぞれ多角形数23,184枚及び30,52
8枚の、比較的複雑な多面体に適用した結果を示す。な
お、多角形数30,528枚の多面体を半径5mmの工具
で切削する場合が、図18及び図19に対応している。
これにより、最大で約40倍の高速化が実現できると共
に、この高速化の度合いは、複雑な多面体に対して、より
大きな半径の工具を適用する場合ほど顕著になることが
わかる。
FIGS. 24 (b) and 24 (c) show the same experiment with 23,184 polygons and 30,52 polygons, respectively.
Figure 8 shows the results of applying to eight relatively complex polyhedra. The case of cutting a polyhedron having 30,528 polygons with a tool having a radius of 5 mm corresponds to FIGS.
As a result, it is understood that the speed can be increased up to about 40 times at the maximum, and the degree of the speed increase becomes more remarkable when a tool having a larger radius is applied to a complicated polyhedron.

【0058】図25は、同じ比較実験を、フラットエン
ドミル加工用の工具参照面の計算に関しておこなった結
果を示す図である。なお、多角形数30,528枚の多
面体を半径5mmの工具で切削する場合が、図18及び図
22に対応している。これにより、フラットエンドミル
加工の場合も、ボールエンドミル加工の場合と同様に、
複雑な多面体に対して、より大きな半径の工具を適用す
る場合ほど、高速化の度合いが顕著になることがわか
る。
FIG. 25 is a view showing the result of the same comparative experiment performed on the calculation of the tool reference plane for flat end milling. The case of cutting a polyhedron having 30,528 polygons with a tool having a radius of 5 mm corresponds to FIGS. 18 and 22. As a result, in the case of flat end milling, as in the case of ball end milling,
It can be seen that the higher the speed of the tool, the greater the speed of the tool applied to a complex polyhedron.

【0059】なお、本発明では、工具は、ボールエンド
ミル、フラットエンドミル及びラウンドエンドミルに限
らず、切削工具、型どり用工具等の適宜の工具が使用可
能であり、また、掃引形状は球面及び円筒形に限らず工
具の先端形状により楕円面、多角形面、凹凸面など適宜
の形状のものなどにも使用できる。また、工作物は金型
に限らず、プラスチック、金属等の各材料の様々な工作
物にも本発明を適用することが可能である。上述の説明
では、主に、必要な又は全デプスデータ、必要な又は全
多角形データを処理部と3次元グラフィックス表示部等
に入力又は出力しているが、必要な又は全ての各データ
に限らず、一部の各データをやりとりするようにしても
良い。さらには、表面の近似として多面体及び多角形と
して三角形を例に説明したが、これに限らず適宜の多角
形を用いることができる。
In the present invention, the tool is not limited to a ball end mill, a flat end mill and a round end mill, but may be any other appropriate tool such as a cutting tool, a molding tool, and the like. Not limited to this, it is also possible to use a tool having an appropriate shape such as an elliptical surface, a polygonal surface, or an uneven surface depending on the tip shape of the tool. In addition, the present invention is not limited to molds, and the present invention can be applied to various workpieces made of various materials such as plastic and metal. In the above description, the necessary or all depth data, the necessary or all polygon data are mainly input or output to the processing unit and the three-dimensional graphics display unit. The invention is not limited to this, and some data may be exchanged. Furthermore, although a polygon has been described as an example of a polyhedron and a polygon as an approximation of the surface, the present invention is not limited to this, and an appropriate polygon can be used.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明によると、3次元グラフィックス
表示装置を利用し、工具参照面を高速計算することがで
きる。また、本発明によると、工具参照面の計算結果に
基づいて生成した工具経路を瞬時に算出することができ
る。
According to the present invention, a tool reference plane can be calculated at high speed by using a three-dimensional graphics display device. Further, according to the present invention, the tool path generated based on the calculation result of the tool reference plane can be calculated instantaneously.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は、製品表面を滑るボールエンドミルの
参照点の描く工具参照面を示し、(b)は、工具の逆形
状の参照点が製品表面を滑る時の掃引形状を示す説明
図。
FIG. 1 (a) shows a tool reference surface drawn by a reference point of a ball end mill sliding on a product surface, and FIG. 1 (b) shows a sweep shape when a reference point of an opposite shape of the tool slides on the product surface. FIG.

【図2】(a)は、製品表面を滑るフラットエンドミル
の参照点の描く工具参照面を示し、(b)は、工具の逆
形状の参照点が製品表面を滑る時の掃引形状を示す説明
図。
FIG. 2 (a) shows a tool reference surface drawn by a reference point of a flat end mill sliding on a product surface, and FIG. 2 (b) shows a sweep shape when a reference point of an opposite shape of the tool slides on the product surface. FIG.

【図3】(a)は、製品表面を滑るラウンドエンドミル
の参照点の描く工具参照面を示し、(b)は、工具の逆
形状の参照点が製品表面を滑る時の掃引形状を示す説明
図。
FIG. 3 (a) shows a tool reference plane drawn by a reference point of a round end mill sliding on a product surface, and FIG. 3 (b) shows a sweep shape when a reference point of an inverted shape of the tool slides on the product surface. FIG.

【図4】(a)は、半径(r)のボールエンドミルの逆
形状の表面にそって、半径(R−r)のフラットエンド
ミルの逆形状を滑らせた様子を示し、(b)は、半径
(r)のボールエンドミルの逆形状の掃引形状を計算
し、さらにその上面にそって半径(R−r)のフラット
エンドミルの逆形状を滑らせた結果を示す説明図。
FIG. 4 (a) shows a state where a reverse shape of a flat end mill having a radius (Rr) is slid along a surface of a reverse shape of a ball end mill having a radius (r), and FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram showing a result of calculating a sweep shape of a reverse shape of a ball end mill having a radius (r) and sliding the reverse shape of a flat end mill having a radius (Rr) along an upper surface thereof;

【図5】(a)は、ボールエンドミルによる切削加工で
の、球の掃引形状を構成する、球面を示し、同じく
(b)は、円筒形を示し、同じく(c)は、厚板形状の
一例を示す図。
5 (a) shows a spherical surface constituting a swept shape of a sphere in cutting by a ball end mill, FIG. 5 (b) shows a cylindrical shape, and FIG. 5 (c) also shows a thick plate shape. The figure which shows an example.

【図6】(a)は、フラットエンドミルによる切削加工
での、円板の掃引形状を構成する、斜円筒形を示し、同
じく(b)は、厚板形状の一例を示す図。
FIG. 6A is a diagram illustrating an oblique cylindrical shape constituting a swept shape of a disk in a cutting process using a flat end mill, and FIG. 6B is a diagram illustrating an example of a thick plate shape.

【図7】ボールエンドミル加工用の工具参照面を得るた
めに、球の掃引形状を構成する球面、円筒形、厚板形状
と、格子の中心を通過するZ軸に平行な直線の交差を調
べ、最も上側の交点を選択する様子を示す図。
FIG. 7 In order to obtain a tool reference surface for ball end milling, the intersection of a spherical surface, a cylindrical shape, and a thick plate shape constituting a swept shape of a sphere and a straight line parallel to the Z-axis passing through the center of the lattice is examined. The figure which shows a mode that the uppermost intersection is selected.

【図8】フラットエンドミル加工用の工具参照面を得る
ために、円板の掃引形状を構成する斜円筒形や厚板形状
と、格子の中心を通過するZ軸に平行な直線の交差を調
べ、最も上側の交点を選択する様子を示す図。
FIG. 8 In order to obtain a tool reference plane for flat end milling, the intersection of a slanted cylinder or a thick plate forming a swept disk shape and a straight line parallel to the Z-axis passing through the center of the grid is examined. The figure which shows a mode that the uppermost intersection is selected.

【図9】デプスバッファの利用による二つの立方体の隠
面消去画像の説明図。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a hidden surface erased image of two cubes using a depth buffer.

【図10】多面体のある辺に配置された円筒形Cと、
その辺の左右に接続する二枚の多角形に配置された厚板
形状PとPの様子を示す図。
FIG. 10 shows a cylindrical C i arranged on one side of the polyhedron,
The figure which shows the mode of the thick plate shape Pj and Pk arrange | positioned at two polygons connected to the right and left of the edge.

【図11】(a)は、ある頂点に配置された球面S
と、この頂点に接続する3本の辺に配置された円筒形
、C、Cの様子を示し、(b)は、(a)の頂
点に最も滑らかに接続している2辺を選択し、球面から
これら2辺に対応する円筒形の内部に入り込んでいる部
分だけを取り除く様子を示す図。
FIG. 11A shows a spherical surface S arranged at a certain vertex.
i and the states of the cylindrical shapes C j , C k , and C 1 arranged on three sides connected to the apex, and (b) shows the smoothest connection to the apex of (a). The figure which shows a mode that a side is selected and only the part which has entered into the inside of the cylindrical shape corresponding to these two sides from a spherical surface is removed.

【図12】多面体のある辺に配置された斜円筒形C
と、その辺の左右に接続する二枚の多角形に配置され
た厚板形状PとPの様子を示す図。
FIG. 12 shows an oblique cylinder C arranged on one side of a polyhedron
The figure which shows the aspect of i and thick board shape Pj and Pk arrange | positioned at two polygons connected to the right and left of the edge.

【図13】(a)は、不要部を除去後のくさび形状の多
面体化手法を示し、同じく(b)は、すいか形状の多面
体化手法を示し、同じく(c)は、斜くさび形状の多面
体化手法を示す図。
13A shows a wedge-shaped polyhedron technique after removing unnecessary portions, FIG. 13B shows a watermelon-shaped polyhedron technique, and FIG. 13C shows an oblique wedge-shaped polyhedron. FIG.

【図14】本発明に関するハードウェアの構成図。FIG. 14 is a configuration diagram of hardware according to the present invention.

【図15】本発明に関する工具参照面の計算手順につい
てのフローチャート(1)。
FIG. 15 is a flowchart (1) showing a procedure for calculating a tool reference plane according to the present invention.

【図16】(a)は、加工対象物全体に格子を当てはめ
て工具参照面を計算する様子を示し、同じく(b)は、
加工対象物のうち、形状が急激に変化する部分だけに格
子を当てはめて、高精度の工具参照面を計算する様子を
示す図。
FIG. 16 (a) shows a state in which a tool reference plane is calculated by applying a grid to the entire object to be processed, and FIG.
The figure which shows a mode that a grid is applied only to the part in which a shape changes rapidly among workpieces, and a highly accurate tool reference plane is calculated.

【図17】本発明に関する工具参照面の計算手順につい
てのフローチャート(2)。
FIG. 17 is a flowchart (2) showing a procedure for calculating a tool reference plane according to the present invention.

【図18】30,528枚の多角形からなる多面体を示
す図。
FIG. 18 is a diagram showing a polyhedron composed of 30,528 polygons.

【図19】多角形数30,528枚の多面体を、半径5
mmのボールエンドミルを用いて切削加工するために、工
具参照面を計算した結果を示す図。
FIG. 19 shows a polyhedron having 30,528 polygons having a radius of 5
The figure which shows the result of having calculated the tool reference surface in order to cut using a ball end mill of mm.

【図20】図19の工具参照面の計算結果に基づいて、
多面体の表面を切刃が滑るように往復する全長約40,
000mmの工具経路を生成した様子を示す図。
20 is based on the calculation result of the tool reference plane in FIG. 19;
A total length of about 40, which reciprocates as the cutting blade slides on the surface of the polyhedron
The figure which shows a mode that the tool path | route of 000mm was produced | generated.

【図21】図20の経路に基づいて切削加工のシミュレ
ーションをおこなった結果を示す図。
FIG. 21 is a diagram showing a result obtained by performing a simulation of cutting based on the path in FIG. 20;

【図22】多角形数30,528枚の多面体を、半径5
mmのフラットエンドミルを用いて切削加工するために、
工具参照面を計算した結果を示す図。
FIG. 22 shows a polyhedron having 30,528 polygons having a radius of 5
mm using a flat end mill,
The figure which shows the result of having calculated the tool reference plane.

【図23】図22の工具参照面の計算結果に基づいて工
具経路を生成した様子を示す図。
FIG. 23 is a diagram illustrating a state in which a tool path is generated based on the calculation result of the tool reference plane in FIG. 22;

【図24】図23の経路に基づいて切削加工のシミュレ
ーションをおこなった結果を示す図。
FIG. 24 is a diagram showing a result obtained by performing a simulation of cutting based on the route in FIG. 23;

【図25】(a)は、ボールエンドミル加工による多角
形数1,908枚の多面体に関する計算実験の結果を示
し、同じく(b)は、多角形数23,184枚の多面体
に関する計算実験の結果を示し、同じく(c)は、多角
形数30,528枚の多面体に関する計算実験の結果を
示す図。
FIG. 25 (a) shows the results of a calculation experiment on a polyhedron having 1,908 polygons by ball end milling, and FIG. 25 (b) shows the results of a calculation experiment on a polyhedron having 23,184 polygons. (C) is a diagram showing the result of a calculation experiment on a polyhedron having 30,528 polygons.

【図26】(a)は、フラットエンドミル加工による多
角形数1,908枚の多面体に関する計算実験の結果を
示し、同じく(b)は、多角形数23,184枚の多面
体に関する計算実験の結果を示し、同じく(c)は、多
角形数30,528枚の多面体に関する計算実験の結果
を示す図。
26A shows the results of a calculation experiment on a polyhedron having 1,908 polygons by flat end milling, and FIG. 26B shows the results of a calculation experiment on a polyhedron having 23,184 polygons. (C) is a diagram showing the result of a calculation experiment on a polyhedron having 30,528 polygons.

【図27】(a)は、金型加工で用いられるボールエン
ドミルとその工具参照点の位置を示し、(b)は、同じ
くフラットエンドミルとその工具参照点の位置を示し、
(c)は、同じくラウンドエンドミルとその工具参照点
の位置を示す説明図。
FIG. 27 (a) shows the position of a ball end mill used in die machining and its tool reference point, FIG. 27 (b) shows the same of the flat end mill and its tool reference point,
(C) is an explanatory view similarly showing the position of the round end mill and its tool reference point.

【図28】金型加工における削り込みの一例を示す図。FIG. 28 is a diagram showing an example of shaving in mold processing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 処理部 2 入力部 3 記憶部 4 出力部 5 3次元グラフィックス表示部 1 processing unit 2 input unit 3 storage unit 4 output unit 5 3D graphics display unit

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】数値制御工作機械に取り付けられた工具を
経路に沿って移動させて工作物を加工する際に、工具の
逆形状分膨らませた工具参照面を生成する工具参照面計
算方法であって、 加工対象物の多面体モデル及び工具形状に関する情報を
入力するステップと、 前記入力するステップにより入力された加工対象物の多
面体モデル及び工具形状に関する情報に基づいて、頂点
部分に対応する第1の形状及び辺部分に対応する第2の
形状及び多角形部分に対応する第3の形状、又は、前記
第2の形状及び第3の形状を配置することにより、工具
の中心を表す参照点が加工対象物の表面に沿って移動す
るときの掃引形状を生成するステップと、 前記生成するステップにより生成された形状に基づき、
隣接した各々の形状の内部に入り込んでいる部分を除去
するステップと、 前記除去するステップにより得られた形状の部分的な形
状について、多面体化するステップと、 前記多面体化するステップにより得られた多面体に基づ
き、法線方向が所定の向きの多角形のみ選択することに
より、多角形データを生成するステップと、 前記多角形データを生成するステップにより得られた多
角形データを3次元グラフィックス表示部に与えるステ
ップと、 3次元グラフィックス表示部によるハードウェア処理で
求められた掃引形状の最上面の高さを表すデプス値を受
けるステップと、 前記受けるステップにより得られたデプス値に基づき、
掃引形状の上面を覆う格子状の点群を得るステップと、 前記点群を得るステップにより得られた点群に基づき、
隣接する点を選択し多角形へ置換することで工具参照面
を得るステップとを備えた工具参照面計算方法。
1. A tool reference plane calculation method for generating a tool reference plane inflated by an inverse shape of a tool when processing a workpiece by moving a tool attached to a numerically controlled machine tool along a path. Inputting information on the polyhedron model and the tool shape of the object to be processed; and, based on the information on the polyhedron model and the tool shape of the object to be processed inputted by the inputting step, a first vertex corresponding to the vertex portion. By arranging the second shape corresponding to the shape and the side portion and the third shape corresponding to the polygonal portion, or by arranging the second shape and the third shape, the reference point representing the center of the tool is processed. Generating a sweep shape when moving along the surface of the target object, based on the shape generated by the generating step,
A step of removing a portion that enters the interior of each of the adjacent shapes; a step of polyhedralizing a partial shape of the shape obtained by the step of removing; and a polyhedron obtained by the step of polyhedralization Generating polygon data by selecting only polygons whose normal direction is a predetermined direction based on the above, and converting the polygon data obtained by the polygon data generating step into a three-dimensional graphics display unit. And receiving a depth value representing the height of the uppermost surface of the sweep shape obtained by hardware processing by the three-dimensional graphics display unit. Based on the depth value obtained by the receiving step,
A step of obtaining a grid-like point group covering the upper surface of the sweep shape; and, based on the point group obtained by the step of obtaining the point group,
Obtaining a tool reference plane by selecting adjacent points and replacing them with a polygon.
【請求項2】加工対象製品の形状の少なくとも一部を、
高精度に計算させるために、その一部の投影図形だけを
覆うように直交格子を生成するステップを備えた請求項
1に記載の工具参照面計算方法。
2. The method according to claim 1, wherein at least a part of the shape of the product to be processed is
2. The tool reference plane calculation method according to claim 1, further comprising the step of generating an orthogonal grid so as to cover only a part of the projected figure in order to perform calculation with high accuracy.
【請求項3】得られた工具参照面に基づき、工具経路を
求めるステップをさらに備えた請求項1又は2に記載の
工具参照面計算方法。
3. The tool reference plane calculation method according to claim 1, further comprising a step of obtaining a tool path based on the obtained tool reference plane.
【請求項4】工具参照面及び/又は工具経路を表示する
ステップをさらに備えた請求項1乃至3のいずれかに記
載の工具参照面計算方法。
4. The tool reference plane calculation method according to claim 1, further comprising a step of displaying a tool reference plane and / or a tool path.
【請求項5】前記入力するステップは、工具形状に関す
る情報としてボールエンドミルについての情報を入力
し、 前記掃引形状を生成するステップは、多面体モデルの頂
点、辺及び多角形に球の掃引形状を構成する、球面、円
筒形及び厚板形状を配置することにより、ボールエンド
ミルの切刃と同一半径の球により掃引形状を生成し、 前記除去するステップに除去された後の形状は、すいか
形状及びくさび形状であることを特徴とする請求項1乃
至4のいずれかに記載の工具参照面計算方法。
5. The input step includes inputting information about a ball end mill as information relating to a tool shape. The step of generating a sweep shape includes forming a sweep shape of a sphere at vertices, sides, and polygons of a polyhedral model. By arranging spherical, cylindrical and thick plate shapes, a sweep shape is generated by a sphere having the same radius as the cutting edge of the ball end mill.The shape after being removed in the removing step is a watermelon shape and a wedge. The tool reference plane calculation method according to any one of claims 1 to 4, wherein the tool reference plane calculation method is a shape.
【請求項6】前記入力するステップは、工具形状に関す
る情報としてフラットエンドミルについての情報を入力
し、 前記掃引形状を生成するステップは、多面体モデルの辺
及び多角形に円板の掃引形状を構成する、斜円筒形及び
厚板形状を配置することにより、フラットエンドミルの
切刃と同一半径の円板により掃引形状を生成し、 前記除去するステップに除去された後の形状は、斜くさ
び形状であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれ
かに記載の工具参照面計算方法。
6. The inputting step includes inputting information about a flat end mill as information relating to a tool shape, and the step of generating a sweeping shape comprises forming a sweeping shape of a disk into sides and polygons of a polyhedral model. By arranging the oblique cylindrical shape and the thick plate shape, a sweep shape is generated by a disk having the same radius as the cutting edge of the flat end mill, and the shape after being removed in the removing step is an oblique wedge shape. The tool reference plane calculation method according to claim 1, wherein:
【請求項7】前記入力するステップにおいて、ラウンド
エンドミルの円環状の端部半径を有するボールエンドミ
ルについて工具形状に関する情報として入力し、請求項
1乃至5のいずれかに記載の工具参照面の計算方法を実
行して工具参照面を得て、 さらに、前記入力するステップにおいて、得られた前記
工具参照面を多面体モデルに関する情報として入力し、
前記ラウンドエンドミルの軸部の半径から前記端部半径
を引いた半径を有するフラットエンドミルについて工具
形状に関する情報として入力し、再び、請求項1乃至4
又は6のいずれかに記載の工具参照面の計算方法を実行
することでラウンドエンドミルの工具参照面を得ること
を特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の工具参
照面計算方法。
7. The method for calculating a tool reference plane according to claim 1, wherein in the inputting step, information on a tool shape of a ball end mill having an annular end radius of the round end mill is input. To obtain a tool reference plane, and further, in the inputting step, input the obtained tool reference plane as information regarding a polyhedron model,
5. The flat end mill having a radius obtained by subtracting the end radius from the radius of the shaft of the round end mill is input as information relating to the tool shape, and again, the information is input.
The tool reference plane calculation method according to any one of claims 1 to 6, wherein a tool reference plane of the round end mill is obtained by executing the tool reference plane calculation method according to any one of (1) to (6).
【請求項8】数値制御工作機械に取り付けられた工具を
経路に沿って移動させて工作物を加工する際に、工具の
逆形状分膨らませた工具参照面を生成する工具参照面計
算プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記
録媒体であって、 加工対象物の多面体モデル及び工具形状に関する情報を
入力するステップと、 前記入力するステップにより入力された加工対象物の多
面体モデル及び工具形状に関する情報に基づいて、頂点
部分に対応する第1の形状及び辺部分に対応する第2の
形状及び多角形部分に対応する第3の形状、又は、前記
第2の形状及び第3の形状を配置することにより、工具
の中心を表す参照点が加工対象物の表面に沿って移動す
るときの掃引形状を生成するステップと、 前記生成するステップにより生成された形状に基づき、
隣接した各々の形状の内部に入り込んでいる部分を除去
するステップと、 前記除去するステップにより得られた形状の部分的な形
状について、多面体化するステップと、 前記多面体化するステップにより得られた多面体に基づ
き、法線方向が所定の向きの多角形のみ選択することに
より、多角形データを生成するステップと、 前記多角形データを生成するステップにより得られた多
角形データを3次元グラフィックス表示部に与えるステ
ップと、 3次元グラフィックス表示部によるハードウェア処理で
求められた掃引形状の最上面の高さを表すデプス値を受
けるステップと、 前記受けるステップにより得られたデプス値に基づき、
掃引形状の上面を覆う格子状の点群を得るステップと、 前記点群を得るステップにより得られた点群に基づき、
隣接する点を選択し多角形へ置換することで工具参照面
を得るステップとを備えた工具参照面計算プログラムを
記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
8. A tool reference plane calculation program for generating a tool reference plane inflated by an inverse shape of a tool when processing a workpiece by moving a tool attached to a numerically controlled machine tool along a path. Inputting information on a polyhedron model and a tool shape of the object to be processed, based on the information on the polyhedron model and the tool shape of the object input by the inputting step. By arranging the first shape corresponding to the vertex portion and the second shape corresponding to the side portion and the third shape corresponding to the polygonal portion, or by arranging the second shape and the third shape, Generating a sweep shape when the reference point representing the center of the tool moves along the surface of the workpiece; and a shape generated by the generating step. On the basis,
Removing a portion that has entered the inside of each adjacent shape; polyhedralizing a partial shape of the shape obtained by the removing step; and polyhedron obtained by the polyhedralizing step Generating polygon data by selecting only polygons whose normal direction is a predetermined direction based on the above, and displaying the polygon data obtained by the step of generating the polygon data on a three-dimensional graphics display unit. And receiving a depth value representing the height of the uppermost surface of the sweep shape obtained by hardware processing by the three-dimensional graphics display unit. Based on the depth value obtained by the receiving step,
Obtaining a grid-like point group covering the upper surface of the sweep shape; and
Obtaining a tool reference plane by selecting adjacent points and replacing the selected points with polygons. A computer-readable recording medium recording a tool reference plane calculation program.
【請求項9】数値制御工作機械に取り付けられた工具を
経路に沿って移動させて工作物を加工する際に、工具の
逆形状分膨らませた工具参照面を生成する工具参照面計
算装置であって、 加工対象物の多面体モデル及び工具形状に関する情報を
入力する入力部と、 工具参照面を計算する処理部とを備え、 前記処理部は、 前記入力部により入力された加工対象物の多面体モデル
及び工具形状に関する情報に基づいて、頂点部分に対応
する第1の形状及び辺部分に対応する第2の形状及び多
角形部分に対応する第3の形状、又は、前記第2の形状
及び第3の形状を配置することにより、工具の中心を表
す参照点が加工対象物の表面に沿って移動するときの掃
引形状を生成する手段と、 前記生成する手段により生成された形状に基づき、隣接
した各々の形状の内部に入り込んでいる部分を除去する
手段と、 前記除去する手段により得られた形状の部分的な形状に
ついて、多面体化する手段と、 前記多面体化する手段により得られた多面体に基づき、
法線方向が所定の向きの多角形のみ選択することによ
り、多角形データを生成する手段と、 前記多角形データを生成する手段により得られた多角形
データを3次元グラフィックス表示部に与える手段と3
次元グラフィックス表示部によるハードウェア処理で求
められた掃引形状の最上面の高さを表すデプス値を受け
る手段と、 前記受ける手段により得られたデプス値に基づき、掃引
形状の上面を覆う格子状の点群を得る手段と、 前記点群を得る手段により得られた点群に基づき、隣接
する点を選択し多角形へ置換することで工具参照面を得
る手段とを備えた工具参照面計算装置。
9. A tool reference plane calculation device for generating a tool reference plane inflated by an inverse shape of a tool when processing a workpiece by moving a tool attached to a numerically controlled machine tool along a path. An input unit for inputting information on the polyhedron model of the workpiece and the tool shape; and a processing unit for calculating a tool reference plane, wherein the processing unit comprises: a polyhedron model of the workpiece input by the input unit. And a third shape corresponding to a polygonal portion and a first shape corresponding to a vertex portion and a third shape corresponding to a polygonal portion, or the second shape and third By arranging the shape, a means for generating a sweep shape when the reference point representing the center of the tool moves along the surface of the object to be processed, based on the shape generated by the generating means, Means for removing a portion that has entered the interior of each shape, a means for polyhedralizing a partial shape of the shape obtained by the means for removing, and a polyhedron obtained by the means for polyhedralization. ,
Means for generating polygon data by selecting only polygons whose normal direction is a predetermined direction, and means for providing the polygon data obtained by the means for generating polygon data to a three-dimensional graphics display unit And 3
Means for receiving a depth value representing the height of the uppermost surface of the sweep shape obtained by hardware processing by the three-dimensional graphics display unit; and a lattice shape covering the upper surface of the sweep shape based on the depth value obtained by the receiving means. Tool reference plane calculation comprising: a means for obtaining a point group; and a means for obtaining a tool reference plane by selecting adjacent points and replacing them with a polygon based on the point group obtained by the means for obtaining the point group. apparatus.
【請求項10】前記処理部の前記与える手段により得ら
れた多角形データに基づき、隠面消去処理を実行し、デ
プスバッファの各要素のデプス値を更新又は記憶する、
デプスバッファ処理を実行する手段と、 前記デプスバッファ処理を実行する手段により記憶され
たデプスバッファに基づき、各要素に記憶された掃引形
状の最上面の高さを表すデプス値を得る手段と、 前記デプス値を得る手段により得られたデプス値を前記
処理部へ出力する手段とを有する3次元グラフィック表
示部をさらに備えた請求項9に記載の工具参照面計算装
置。
10. A hidden surface elimination process is performed based on the polygon data obtained by the providing unit of the processing unit, and a depth value of each element of a depth buffer is updated or stored.
Means for executing a depth buffering process; means for obtaining a depth value representing the height of the uppermost surface of the sweep shape stored in each element based on the depth buffer stored by the means for executing the depth buffering process; The tool reference plane calculation device according to claim 9, further comprising: a three-dimensional graphic display unit having means for outputting a depth value obtained by means for obtaining a depth value to the processing unit.
【請求項11】工具参照面又は工具加工状態又は工具加
工シミュレーション状態を表示する手段又は出力する手
段をさらに備えた請求項9又は10に記載の工具参照面
計算装置。
11. The tool reference plane calculation device according to claim 9, further comprising means for displaying or outputting a tool reference plane, a tool machining state, or a tool machining simulation state.
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