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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-085041 , eingereicht am 15.04.2013, welche hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingeschlossen wird.
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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuerung, die eine relative Position zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück, das an einer Werkzeugmaschine befestigt ist, entsprechend einer numerischen Steuerinformation steuert, unter Verwendung dreidimensionaler Modelle des Werkzeugs, des Werkstücks und der Einspannvorrichtung, die an der Werkzeugmaschine befestigt ist.
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STAND DER TECHNIK
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In herkömmlichen numerischen Steuerungen, in denen dreidimensionale Modelle eines Werkstücks, einer Einspannvorrichtung, eines Werkzeugs, einer Maschine oder dergleichen als maschinelle Daten verfügbar sind, wird eine relative Position zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug gesteuert, um die Bearbeitung des Werkstücks durch das Werkzeug zu steuern, während eine Überlagerungsprüfung durchgeführt wird.
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Bei der Überlagerungsprüfung wird die Überlagerung zwischen einem dreidimensionalen Modell eines Werkstücks und einem dreidimensionalen Modell eines Werkzeugs als ein Schneidbereich erkannt und ist ignorierbar. Ferner kann ein dreidimensionales Modell eines Werkstücks verformt werden durch Berechnung eines Schneidbereichs entsprechend dem Weg des dreidimensionalen Modells des Werkzeugs.
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Ferner können in den numerischen Steuermaschinenwerkzeugen, die in
JP 2012-53508 A und
JP 2012-53509 A offenbart sind, eine dreidimensionale Form, Position und Orientierung eines Werkstücks, das an einer Werkzeugmaschine befestigt ist, berührungslos gemessen werden.
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Zur Durchführung der Überlagerungsprüfung sind dreidimensionale Modelle eines Werkzeugs und eines Werkstücks mit der Einspannvorrichtung erforderlich. Für eine wiederholte Bearbeitung eines Werkstücks unter Berücksichtigung einer möglichen Abweichung der Form des Werkstücks ist es zuverlässig, die tatsächliche Form des an der Werkzeugmaschine befestigten Werkstücks zu messen, um ein dreidimensionales Modell des Werkstücks zu erhalten. Ferner kann selbst dann, wenn keine Abweichungen in der Form des Werkstücks zu erwarten sind, die Position der Einspannvorrichtung, die das Werkstück hält, jedes Mal dann variieren, wenn das Werkzeug verarbeitet wird. Es ist daher zuverlässig, die tatsächliche Form der Einspannvorrichtung zu messen, die an der Werkzeugmaschine befestigt ist, um ein dreidimensionales Modell der Einspannvorrichtung zu erhalten.
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Ferner ist es möglich, dreidimensionale Modelle zu erzeugen, indem die Form eines Werkstücks und einer Einspannvorrichtung unter Verwendung einer dreidimensionalen Messvorrichtung vermessen werden. Wenn jedoch die dreidimensionalen Modelle durch Ausmessen eines Werkstücks und einer Einspannvorrichtung, die an einer Werkzeugmaschine befestigt ist, unter Verwendung einer dreidimensionalen Messvorrichtung erzeugt werden, kann die dreidimensionale Messvorrichtung nicht bestimmen, ob die erhaltenen dreidimensionalen Koordinaten das Messergebnis des Werkstücks oder der Einspannvorrichtung repräsentieren. Es ist daher unmöglich, unterscheidbar ein dreidimensionales Modell eines Werkstücks und ein dreidimensionales Modell der Einspannvorrichtung zu erzeugen.
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Bei der Bearbeitung eines Werkstücks unter der Durchführung einer Überlagerungsprüfung ist es während eines Schneidvorgangs erforderlich, die Überlagerung zwischen einer Einspannvorrichtung und einem Werkzeug zu überprüfen, doch es ist erforderlich, eine Überlagerung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug zu ignorieren. Aus diesem Grund sollten das dreidimensionale Modell des Werkstücks und das dreidimensionale Modell der Einspannvorrichtung unterscheidbar sein.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine numerische Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung steuert eine relative Bewegung zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück mit einer Einspannvorrichtung, die an einer Werkzeugmaschine befestigt ist, gemäß einer numerischen Steuerinformation. Die numerische Steuerung umfasst einen dreidimensionalen Modellspeicher, der ein dreidimensionales Modell von zumindest einem von dem Werkstück und der Einspannvorrichtung speichert, eine dreidimensionale Messeinheit, welche ganzheitlich Formen des Werkstücks und der Einspannvorrichtung misst, die an der Werkzeugmaschine befestigt ist; einen Messdatenspeicher, der die Messdaten speichert, in denen das Werkstück und die Einspannvorrichtung ganzheitlich repräsentiert sind, gemessen durch die dreidimensionale Messeinheit; und einen Formprozessor, der auf Grundlage der Messdaten des Werkstücks und der Einspannvorrichtung, die in dem Messdatenspeicher gespeichert sind, ein ganzheitlich gemessenes Modell erzeugt, in welchem das Werkstück und die Einspannvorrichtung ganzheitlich repräsentiert sind, und der ferner bezüglich zumindest einem von dem Werkstück und der Einspannvorrichtung ein einzeln gemessenes Modell erzeugt, in welchem das Werkstück oder die Einspannvorrichtung einzeln unterschieden werden, auf Grundlage des erzeugten ganzheitlich gemessenen Modells und des dreidimensionalen Modells des Werkstücks oder der Einspannvorrichtung; wobei die relative Bewegung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück mit der Einspannvorrichtung unter Bezugnahme auf das von dem Formprozessor erzeugte einzeln gemessene Modell gesteuert wird.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung vergleicht der Formprozessor das ganzheitlich gemessene Modell und das dreidimensionale Modell von einem von dem Werkstück und der Einspannvorrichtung und erzeugt einen Bereich in dem ganzheitlich gemessenen Modell, der nicht in dem dreidimensionalen Modell von dem einen von dem Werkstück und der Einspannvorrichtung enthalten ist, als einzeln gemessenes Modell des anderen. Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung vergleicht der Formprozessor das ganzheitlich gemessene Modell und das dreidimensionale Modell von einem von dem Werkstück und der Einspannvorrichtung und erzeugt einen Bereich in dem ganzheitlich gemessenen Modell, der in dem dreidimensionalen Modell von dem einen von dem Werkstück und der Einspannvorrichtung als einzeln gemessenes Modell des einen enthalten ist.
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Durch vorherige Erzeugung des dreidimensionalen Modells des Werkstücks des Werkstücks oder der Einspannvorrichtung wird es möglich, den Werkstückbereich und den Einspannvorrichtungsbereich in dem Ergebnis der dreidimensionalen Messung des Werkstücks und der an der Werkzeugmaschine befestigten Einspannvorrichtung zu unterscheiden. Im Ergebnis wird eine Überlagerungsmessfunktion möglich, derart, dass bei einem Vorschubbefehl eine Überlagerung zwischen den dreidimensionalen Modellen von allen, dem Werkstück, der Einspannvorrichtung und dem Werkzeug gemessen werden, während bei einem Schneidvorschubbefehl eine Überlagerung zwischen den dreidimensionalen Modellen des Werkstücks und des Werkzeugs ignoriert wird. Ferner ermöglichen die unterscheidbaren dreidimensionalen Modelle des Werkstücks und der Einspannvorrichtung eine Bearbeitungssimulation für einen Schneidvorschubbefehl durch Berechnung des durchlaufenen Bereichs des Werkzeugmodells und Löschen des dreidimensionalen Modells des Werkstücks für den Bereich, der mit dem durchlaufenen Bereich des Werkzeugmodells überlappt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt den Gesamtaufbau einer Werkzeugmaschine.
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2 zeigt ein Funktionsblockdiagramm einer numerischen Steuerung.
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3 zeigt ein Beispiel für Messdaten.
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4 zeigt ein Beispiel für ein Werkstückmodell.
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5 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Werkstückmodell.
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6 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Ablauf zur Erzeugung eines ganzheitlich gemessenen Modells darstellt.
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7 zeigt ein Beispiel für ganzheitlich gemessene Daten.
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8 zeigt einen Prozess der Erzeugung eines ganzheitlichen gemessenen Modells.
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9 zeigt einen Prozess der Erzeugung eines ganzheitlichen gemessenen Modells.
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10 zeigt einen Prozess der Erzeugung eines ganzheitlichen gemessenen Modells.
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11 zeigt einen Prozess der Erzeugung eines ganzheitlichen gemessenen Modells.
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12 zeigt einen Prozess der Erzeugung eines ganzheitlichen gemessenen Modells.
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13 zeigt einen Prozess der Erzeugung eines ganzheitlichen gemessenen Modells.
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14 zeigt ein Bespiel für ein einzeln gemessenes Modell eines Werkstücks und ein einzeln gemessenes Modell einer Einspannvorrichtung.
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15 zeigt ein Beispiel für ein Werkzeugmodell.
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16 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Ablauf zur Erzeugung eines einzeln gemessenen Modells darstellt.
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17 zeigt eine Ansicht, in der sich Dreiecke zweier Modelle überlappen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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1 zeigt ein Beispiel eines schematischen Gesamtaufbaus einer Werkzeugmaschine zur Durchführung der vorliegenden Erfindung. In 1 ist die Gesamtheit der Werkzeugmaschine 1 mit einer dreidimensionalen Messvorrichtung 3 gezeigt, die auf einer Hauptachse 2 der Werkzeugmaschine 1 montiert ist. Ferner ist ein Werkstück 5 auf einem Tisch 4 der Werkzeugmaschine 1 angeordnet und durch eine Einspannvorrichtung 6 befestigt.
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2 zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels zur Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die dreidimensionale Messvorrichtung 3 misst ganzheitlich das Werkstück 5 und die Einspannvorrichtung 6, die an der Werkzeugmaschine 1 befestigt ist, und gibt Messdaten 12 aus, in denen das Werkstück 5 und die Einspannvorrichtung 6 ganzheitlich repräsentiert werden. 3 zeigt schematisch die Messdaten 12. Ein bestimmter Punkt des Tisches 4 der Werkzeugmaschine 1 wird als ein Referenzpunkt 13 der Werkzeugmaschine 1 erkannt, so dass die Messdaten 12 durch eine Punktdatenwolke in dreidimensionalen Koordinaten (X, Y, Z) bezüglich des Referenzpunkts 13 repräsentiert werden. Die ausgegebenen Messdaten 12 werden in einem Messdatenspeicher 7 gespeichert.
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Ein dreidimensionaler Modellspeicher 8 speichert ein Werkstückmodell 14. 4 zeigt schematisch das Werkstückmodell 14. Die Form des dreidimensionalen Modells wird durch eine Dreiecks-Eckpunktinformation bezüglich eines Referenzpunkts 15 dargestellt. Da das Werkstückmodell 14 als ein Modell durch eine Simulationseinheit 11 benutzt werden kann, ist es erwünscht, dass das Werkstückmodell 14 die gleiche Form aufweist wie das Werkstück 5. Da das Werkstückmodell 14 nicht bei dieser Ausführungsform in einer Simulationseinheit 11 verwendet wird, kann das Werkstückmodell 14 eine einfache Form haben, wie in 4 dargestellt. Hinsichtlich einer Abweichung der Form des Werkstücks ist das Werkstückmodell 14 größer ausgebildet als das tatsächliche Werkstück 5, so dass es stets die Form des Werkstücks einhüllt. Ferner ist das Werkstückmodell 14 durch Koordinaten definiert, die einen Punkt, der mit dem Referenzpunkt 13 in den Messdaten 12 übereinstimmt, als Referenzpunkt 15 bezüglich der Position des Werkstücks 5 auf dem Tisch 4 der Werkzeugmaschine 1 verwenden. 5 zeigt einen Zustand, in welchem die Position der Messdaten 12 und die Position des Werkstückmodells 14 nicht miteinander übereinstimmen, wenn angenommen wird, dass die Position des Referenzpunkts 13 und die Position des Referenzpunkts 15 miteinander übereinstimmen. Das Werkstückmodell 14 kann derart bewegt werden, dass die Positionen der Messdaten 12 und die Position des Werkstückmodells 14 miteinander übereinstimmen, wie in 4 dargestellt, durch Messung der Position des Werkstücks 5 auf dem Tisch 4 der Werkzeugmaschine 1.
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Ein Formprozessor 9 erzeugt ein gemessenes Modell 16, in welchem Punktwolkendaten, welche die Messdaten 12 bilden, durch einen Satz von Dreiecken repräsentiert werden. 6 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung von Prozessen, die von dem Formprozessor 9 zur Erzeugung aus den Messdaten 12 eines ganzheitlich gemessenen Modells 16 darstellen, in welchem ein Werkstück und eine Einspannvorrichtung ganzheitlich wiedergegeben werden. 7 zeigt eine Draufsicht auf die Messdaten 12.
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Zur Erzeugung des ganzheitlich gemessenen Modells 16 aus den Messdaten 12 werden zunächst Punkte in den Messdaten 12 miteinander verbunden, so dass Dreiecke (S1) erzeugt werden. 8 zeigt einen Zustand, in welchem die Dreiecke durch Verbinden der Punkt in den Messdaten 12 erzeugt werden.
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Als nächstes kann dann, wenn in den erzeugten Dreiecken ein Dreieck erkannt wird, das zu der gleichen Ebene gehört, wie ein benachbartes Dreieck (S2), diese Dreiecke kombiniert werden. 9 zeigt einen Zustand, in welchem die erzeugten Dreiecke kombiniert werden. Anschließend wird hinsichtlich der äußersten Punkte in den Messdaten 12 entsprechende Punkte an den Positionen erzeugt, die auf eine bestimmte Höhe (S3) abgesenkt sind. 10 zeigt einen Zustand, in welchem die Punkte erzeugt werden.
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Im folgenden werden Dreiecke durch Verwendung der äußersten Punkte in den Messdaten 12 und der erzeugten Punkte (S4) erzeugt. 11 zeigt einen Zustand, in welchem die Dreiecke erzeugt sind. Falls in den erzeugten Dreiecken ein Dreieck erkannt werden kann, das zu der gleichen Ebene wie ein benachbartes Dreieck gehört, werden diese Dreiecke kombiniert (S5). 12 zeigt einen Zustand, in welchem die Dreiecke kombiniert werden. 13 zeigt schematisch das ganzheitlich gemessene Modell 16, das auf diese Weise erzeugt ist. Das ganzheitlich gemessene Modell 16 wird durch eine Eckpunktinformation der Dreiecke bezüglich eines Referenzpunkts 17 repräsentiert. Der Referenzpunkt 13 der Messdaten und der Referenzpunkt 17 des ganzheitlich gemessenen Modells 16 repräsentieren den gleichen Punkt.
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Wenn das ganzheitlich gemessene Modell 16 erzeugt worden ist, führt der Formprozessor 9 eine logische Operation zwischen dem ganzheitlich gemessenen Modell 16 und dem Werkstückmodell 14 durch, so dass in dem ganzheitlich gemessenen Modell 16 der Bereich, der in dem Werkstückmodell 14 enthalten ist, als ein einzeln gemessenes Werkstückmodell 18 festgelegt wird, der einen Bereich des Werkstücks 5 repräsentiert, der einzeln von dem ganzheitlich gemessenen Modell 16 extrahiert worden ist. Ferner wird in dem ganzheitlich gemessenen Modell 16 der Bereich, der nicht in dem Werkstückmodell 14 oder dem einzeln gemessenen Modell 18 enthalten ist, als ein einzeln gemessenes Modell 19 der Einspannvorrichtung festgelegt, der einen Bereich der Einspannvorrichtung 6 repräsentiert, der einzeln von dem ganzheitlich gemessenen Modell 16 extrahiert ist.
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14 zeigt das einzeln gemessene Werkstückmodell 18 und das einzeln gemessene Modell 19 der Einspannvorrichtung, die aus dem ganzheitlich gemessenen Modell erzeugt worden sind. Diese Modelle werden durch die Koordinaten der Eckpunkte der Dreiecke bezüglich eines Referenzpunkts 20 repräsentiert. Der Referenzpunkt 20 und der Referenzpunkt 17 des ganzheitlich gemessenen Modells 16 repräsentieren den gleichen Punkt. Der Formprozessor 9 speichert das einzeln gemessene Werkstückmodell 18 und das einzeln gemessene Modell 19 der Einspannvorrichtung in einem dreidimensionalen Modellspeicher 8.
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Ein Werkzeugmodell 21 ist ebenfalls in dem dreidimensionalen Modellspeicher 8 gespeichert. 15 zeigt das Werkzeugmodell 21, das durch die Koordinaten der Eckpunkte der Dreiecke bezüglich eines Referenzpunkts 22 repräsentiert wird. Die Simulationseinheit 11 führt eine Überlagerungsprüfung anhand des einzeln gemessenen Werkstückmodells 18, des einzeln gemessenen Modells 19 der Einspannvorrichtung und des Werkzeugmodells 21 auf Grundlage numerischer Steuerinformationen durch, die von einer numerischen Steuereinheit 10 gesendet werden.
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In der vorstehend benannten Beschreibung wird angenommen, dass das Werkstückmodell 14 in dem dreidimensionalen Modellspeicher gespeichert wird. Falls jedoch die Abweichung der Installationsposition der Einspannvorrichtung minimal ist oder die Installationsposition der Einspannvorrichtung bekannt ist, kann stattdessen das Modell der Einspannvorrichtung so gespeichert werden, dass der Bereich, der in dem Modell der Einspannvorrichtung enthalten ist, als das einzeln gemessene Modell der Einspannvorrichtung festgelegt wird, während der Bereich, der nicht in dem Modell der Einspannvorrichtung enthalten ist, als das einzeln gemessene Werkstückmodell festgelegt wird.
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16 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung von Vorgängen zur Erzeugung des einzeln gemessenen Werkstückmodells 18 und des einzeln gemessenen Modells 19 der Einspannvorrichtung aus den Messdaten 12, die durch die Vorrichtungen in 2 durchgeführt werden, von der dreidimensionalen Messvorrichtung 3 bis zur Simulationseinheit 11.
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Zur Erzeugung des einzeln gemessenen Werkstückmodells 18 und des einzeln gemessenen Modells 19 der Einspannvorrichtung aus den Messdaten werden zunächst das Werkstück 5 und die Einspannvorrichtung 6 an der Werkzeugmaschine 1 befestigt (S6). Die dreidimensionale Messvorrichtung 3 misst die Höheninformation der Oberflächen des Werkstücks 5 und der Einspannvorrichtung 6, die auf dem Tisch 4 der Werkzeugmaschine 1 befestigt ist, zur Ausgabe der Messdaten 12, in welchen die Höheninformation durch eine Punktdatenwolke in dreidimensionalen Koordinaten (X, Y, Z) bezüglich des Referenzpunkts 13 repräsentiert ist, welcher einen bestimmten Punkt auf dem Tisch 4 repräsentiert (S7).
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Im folgenden wird das Werkstückmodell 14 des Werkstücks 5 erzeugt (S8). Dann wird die Position des Werkstücks 5 bezüglich eines bestimmten Punkts auf dem Tisch 4 gemessen (S9). Es wird angemerkt, dass zur Bearbeitung des Werkstücks 5 durch die Werkzeugmaschine 1 unter Verwendung numerischer Steuerbefehle eines NC-Programms oder dergleichen, die Position des Werkzeugs durch Messung der Position des Werkstücks 5 bezüglich eines bestimmten Punkts auf dem Tisch 4 der Werkzeugmaschine 1 gesteuert werden sollte, und durch Korrektur der Position des Werkstücks 5. Die Position des Werkstücks 5 kann durch ein Verfahren unter Verwendung eines berührungslosen Messinstruments gemessen werden. Die Position des Werkstücks 5 kann auch geschätzt werden durch Extraktion maßgeblicher Punkte aus den Messdaten durch Analyse der Messdaten 12. Im folgenden wird das Werkstückmodell 14 des Werkstücks 5 in eine Position entsprechend der Position des Werkstücks 5, das auf der Werkzeugmaschine 1 befestigt ist, unter Verwendung der in S4 gemessenen Position des Werkstücks 5 bewegt (S10). Dann werden die Messdaten 12 in das ganzheitlich gemessene Modell 16 umgewandelt, um die Form mit dem Werkstückmodell 14 des Werkstücks 5 zu vergleichen (S11). Obwohl die Messdaten 12 durch einen Satz von Punktkoordinaten repräsentiert werden, können die Messdaten 12 durch Verbindung der Punkte durch Linien zur Erzeugung von Dreiecken in das ganzheitlich gemessene Modell 16 umgewandelt werden.
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Im folgenden wird in dem ganzheitlich gemessenen Modell 16 der in dem Werkstückmodell 14 enthaltene Bereich als das einzeln gemessene Werkstückmodell 18 festgelegt (S12). Ferner wird in dem ganzheitlich gemessenen Modell 16 der Bereich, der nicht in dem Werkstückmodell 14 enthalten ist, als das einzeln gemessene Modell 19 der Einspannvorrichtung festgelegt (S13). Des Werkstückmodell 14 und das ganzheitlich gemessene Modell 16 werden durch die Koordinaten der Eckpunkte der Dreiecke repräsentiert. Beim Vergleich von Modellen, die durch Koordinaten von Eckpunkten von Dreiecken repräsentiert werden, können Inklusionsbeziehungen der Modelle durch Berechnung überlappender Bereiche der Dreiecke bestimmt werden.
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17 zeigt einen Zustand, in welchem ein Dreieck 23 und ein Dreieck 24 überlappen. Ein Schnitt zwischen einer Kante des Dreiecks 23 und dem Dreieck 24 wird erhalten. Ferner wird ein weiterer Schnitt zwischen einer weiteren Kante des Dreiecks 23 und dem Dreieck 24 erhalten. Eine Schnittlinie 25, die die zwei Schnitte verbindet, wird erhalten. Als Ergebnis wiederholter Operationen dieses Prozesses kann man eine durchgehende Linie der Schnittlinie 25 erhalten. Die Inklusionsbeziehung der Modelle kann anhand dieser durchgehenden Linie bestimmt werden, die als Grenze erkannt wird, um das einzeln gemessene Werkstückmodell 18 und das einzeln gemessene Modell 19 der Einspannvorrichtung aus dem ganzheitlich gemessenen Modell 16 zu erhalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2013-085041 [0001]
- JP 2012-53508 A [0005]
- JP 2012-53509 A [0005]
