DE112014002120T5

DE112014002120T5 - System und Verfahren zur Durchführung von Operationen zum Rückgängigmachen und Wiederherstellen während der Bearbeitungssimulation

Info

Publication number: DE112014002120T5
Application number: DE112014002120.2T
Authority: DE
Inventors: Alan Sullivan; Dmytro Konobrytskyi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2014-04-07
Publication date: 2016-01-14
Also published as: US20140324211A1; WO2014175085A1; JP5984175B2; US9304508B2; JP2016511449A; CN105144007B; CN105144007A

Abstract

Ein Verfahren assoziiert eine Zelle in dem cADF mit einer Bearbeitungsanweisung, die einen Typ der Zelle oder einen Typ eines Abstandsfelds in der Zelle beim Bilden einer zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks verändert, um wenigstens Teil einer Assoziation zu ergeben, und assoziiert das Abstandsfeld in der Zelle mit der Bearbeitungsanweisung, die den Typ des Abstandsfelds beim Bilden der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks ändert, um wenigstens Teil der Assoziation zu ergeben. Als Reaktion auf den Erhalt eines Befehls zum Rückgängigmachen einer Simulation der Bearbeitung bis zur Zwischenbearbeitungsanweisung werden eine Teilmenge von Zellen und eine Teilmenge von Abstandsfeldern, die die zusammengesetzte Oberfläche des Werkstücks zum Zeitpunkt der Simulation durch die Zwischenbearbeitungsanweisung bilden, unter Verwendung der Assoziation identifiziert und die Zwischendarstellung des Werkstücks wird unter Verwendung der Teilmengen von Zellen und Abstandsfeldern bestimmt.

Description

[Technisches Gebiet]
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen das Simulieren von NC-Bearbeitung und speziell die Durchführung von Rückgängigmachen und Wiederherstellen von simulierten Bearbeitungsvorgängen.
[Aktueller Stand der Technik]
NC-Bearbeitung
Die Simulation von numerisch gesteuerter (NC) Bearbeitung ist bei rechnerunterstütztem Konstruieren (CAD) und rechnerunterstützter Fertigung (CAM) von grundlegender Bedeutung. Während der Simulation wird ein Computermodell eines Werkstücks mit einer Computerdarstellung eines NC-Bearbeitungswerkzeugs und einem Satz NC-Bearbeitungswerkzeugbewegungen zum Simulieren des Bearbeitungsprozesses bearbeitet.
Während der Simulation können das Werkstückmodell und die Werkzeugdarstellung visualisiert werden, um potentielle Kollisionen zwischen Teilen, wie etwa dem Werkstück und einem Werkzeughalter, zu erkennen, und nach der Simulation, um eine Endform des Werkstücks zu überprüfen.
Die Endform des Werkstücks wird von der Auswahl des Werkzeugs und der Werkzeugbewegungen bestimmt. Anweisungen zum Steuern dieser Bewegungen werden gewöhnlich mithilfe eines rechnerunterstützten Fertigungssystems anhand einer grafischen Darstellung der erwünschten Endform des Werkstücks generiert. Die Bewegungen werden gewöhnlich unter Verwendung einer Programmiersprache für die numerische Steuerung, auch als vorbereitender Code oder G-Codes bekannt, implementiert, siehe die folgenden Normen RS274D und DIN 66025/ISO 6983.
Es ist möglich, dass die von dem CAM-System generierten G-Codes keine genaue Kopie der gewünschten Form erzeugen. Außerdem wird die Bewegung des NC-Werkzeugs von für die NC-Bearbeitung verwendeten Motoren bestimmt, die begrenzte Drehzahlen, Bewegungsbereiche und Beschleunigungs- und Verlangsamungsfähigkeiten haben, so dass die tatsächlichen Werkzeugbewegungen den NC-Maschinenanweisungen möglicherweise nicht genau folgen.
Abweichungen zwischen der tatsächlichen Endform des Werkstücks und der gewünschten Form des Werkstücks können sehr klein sein. In einigen Situationen können diese Abweichungen zu unerwünschten Furchen oder Kerben in der Oberfläche der Endform des Werkstücks mit Größen in der Größenordnung von einigen wenigen Mikrometern in Tiefe und Breite und Zehnteln Mikrometern in der Länge führen.
Gewöhnlich wird ein Satz NC-Bearbeitungsanweisungen vor der Bearbeitung des gewünschten Teils durch Bearbeitung eines Testwerkstücks aus einem weicheren, weniger kostspieligen Material getestet. Wenn eine Sichtprüfung des Testwerkstücks unerwünschte Abweichungen im Testwerkstück ausmacht, können die NC-Bearbeitungsanweisungen entsprechend modifziert werden.
Dieses manuelle Testen ist zeitraubend und kostspielig. Die Zeit für die Bearbeitung eines einzelnen Testwerkstücks kann in der Größenordnung von einigen Stunden liegen und es kann mehrere Durchläufe erfordern, bis man einen akzeptablen Satz von NC-Bearbeitungsanweisungen erhält. Es ist daher erwünscht, mithilfe von computergestützter/m Simulation und Rendern auf diese Abweichungen zu testen.
Die Simulation von zur Produktion großer und/oder komplexer Werkstücke benötigten Bearbeitungsanweisungen ist zeitraubend. Es kann daher nützlich sein, die simulierten Effekte eines Satzes Bearbeitungsanweisungen rückgängig machen zu können und sie durch einen anderen Satz Bearbeitungsanweisungen ersetzen zu können, die frei von Fehlern sind. Zum schnellen Rückgängigmachen bis zu einer beliebigen Bearbeitungsanweisung innerhalb des Bearbeitungsanweisungssatzes in der Lage zu sein, macht es des Weiteren möglich, die für den simulierten Fehler verantwortliche Bearbeitungsanweisung auszumachen. Es kann daher erwünscht sein, eine Fähigkeit zum Rückgängigmachen der simulierten Bearbeitungsvorgänge zu haben.
Die konventionellen Lösungen sehen nur sequentielle Operationen zum Rückgängigmachen/Wiederherstellen vor, d.h. jeweils eine Änderung oder eine Operation, die so oft wie nötig wiederholt wird. Die Simulation der Bearbeitung kann aber Millionen von Operationen beinhalten und sequentielle Operationen zum Rückgängigmachen/Wiederherstellen können langsam und ineffizient sein. Ein in US 2010/0050188 beschriebenes Verfahren speichert zum Beispiel einen Darstellungsanfangspunkt und eine Historie der Änderungen einer Darstellung. Für ein Rückgängigmachen bis zu einem bestimmten Schritt zurück, wird der Startpunkt neu geladen und die Schritte in der Historie werden erneut angewendet, bis der gewünschte Schritt erreicht ist. Diese Lösung ist für große Bearbeitungssimulationsprogramme nicht geeignet, da sie zu vielen Dateien führt, die gespeichert werden müssen. Außerdem sieht dieses Verfahren nur kontinuierliche, d.h. sequentielle Rückgängigmachen-Operationen vor.
Dementsprechend ist es erwünscht, schnelle Rückgängigmachen/Wiederherstellen-Operationen der Simulation der Bearbeitung des Objekts bereitzustellen. Das Schnellmachen von Rückgängigmachen/Wiederherstellen-Operationen ermöglicht die unabhängige Analyse verschiedener Stufen der Bearbeitung.
[Kurzdarstellung der Erfindung]
Es ist eine Aufgabe einiger Ausführungsformen der Erfindung, ein Verfahren zum Durchführungen von Rückgängigmachen/Wiederherstellen-Operationen unter Verwendung eines Simulators für die maschinelle Bearbeitung bereitzustellen. Es ist auch eine Aufgabe einiger Ausführungsformen, ein Verfahren bereitzustellen, die zum Bestimmen einer Zwischendarstellung eines Werkstücks geeignet ist, die einer Zwischenanweisung aus einem Satz von Bearbeitungsanweisungen entspricht, die eine Bearbeitung des Werkstücks simuliert, das von einem zusammengesetzten adaptiven Abstandsfeld (cADF) repräsentiert wird.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung basieren auf einer Erkenntnis, dass, wenn eine Bearbeitungszwischenanweisung, die zur Simulation der Bearbeitung des Werkstücks verwendet wird, zum Zeitpunkt der Simulation der Bearbeitung durch die Zwischenbearbeitungsanweisung mit der zusammengesetzten Oberfläche assoziiert ist, dann eine der Zwischenanweisung entsprechende Zwischendarstellung eines Werkstücks unter Verwendung der assoziierten zusammengesetzten Oberfläche wiederhergestellt werden kann, was die Notwendigkeit zum sequentiellen Zurückspulen der Simulationseffekte zu den Zwischenbearbeitungsanweisungen reduziert oder vermeidet.
Dementsprechend assoziieren einige Ausführungsformen der Erfindung jedes geometrische Element einer Darstellung einer Simulation mit der Bearbeitungsanweisung, die einen Typ eines geometrischen Elements beim Bilden einer zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks ändert, um wenigstens Teil einer Assoziation zu produzieren. Die Assoziation wird, als Reaktion auf den Erhalt eines Befehls zum Rückgängigmachen einer Simulation der Bearbeitung bis zur Zwischenbearbeitungsanweisung, zum Identifizieren einer Teilmenge geometrischer Elemente, welche die zusammengesetzte Oberfläche des Werkstücks zum Zeitpunkt der Simulation durch die Zwischenbearbeitungsanweisung bildet, verwendet.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung verwenden verschiedene Arten der Darstellung des bearbeiteten Werkstücks. Zum Beispiel werden einige Ausführungsformen der Erfindung im Kontext einer besonderen Darstellung eines bearbeiteten Werkstücks beschrieben, d.h. der cADF-(zusammengesetztes adaptiv abgetastetes Abstandsfeld)-Darstellung. Die spezifische Darstellung erlaubt das Modifizieren der Assoziation, um eine schnelle Bestimmung der geometrischen Elemente zu ermöglichen, die die zusammengesetzte Oberfläche bilden.
Dementsprechend offenbart eine Ausführungsform der Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer Zwischendarstellung eines Werkstücks, die einer Zwischenanweisung in einem Bearbeitungsanweisungssatz entspricht, der eine Bearbeitung des Werkstücks simuliert, das von einem zusammengesetzten adaptiven Abstandsfeld (cADF) repräsentiert wird. Das Verfahren beinhaltet das Assoziieren einer Zelle im cADF mit einer Bearbeitungsanweisung, die beim Bilden einer zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks einen Typ der Zelle oder einen Typ eines Abstandsfelds in der Zelle verändert, um wenigstens Teil einer Assoziation herzustellen; Assoziieren des Abstandsfelds in der Zelle mit der Bearbeitungsanweisung, die den Typ des Abstandsfelds beim Bilden der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks verändert, um wenigstens einen Teil der Assoziation zu ergeben; Identifizieren, unter Verwendung der Assoziation und als Reaktion auf den Erhalt eines Befehls zum Rückgängigmachen einer Simulation der Bearbeitung bis zur Zwischenbearbeitungsanweisung, einer Teilmenge von Zellen und einer Teilmenge von Abstandsfeldern, die die zusammengesetzte Oberfläche des Werkstücks zum Zeitpunkt der Simulation durch die Zwischenbearbeitungsanweisung bilden; und Bestimmen der Zwischendarstellung des Werkstücks unter Verwendung der Teilmenge von Zellen und der Teilmenge von Abstandsfeldern. Verfahrensschritte werden von einem Prozessor durchgeführt.
Eine weitere Ausführungsform offenbart ein Verfahren zum Bestimmen einer Zwischendarstellung eines Werkstücks, die einer Zwischenanweisung aus einem Satz Bearbeitungsanweisungen, die eine Bearbeitung des Werkstücks simulieren, entspricht. Das Verfahren beinhaltet das Assoziieren jedes geometrischen Elements mit der Bearbeitungsanweisung, die einen Typ eines geometrischen Elements beim Bilden einer zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks verändert, um wenigstens einen Teil einer Assoziation zu ergeben, so dass das geometrische Element mit wenigstens einer oder einer Kombination von einer Bearbeitungsanweisung, die das geometrische Element veranlasst, das Bilden eines Teils der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks zu beginnen, und einer Bearbeitungsanweisung, die das geometrische Element veranlasst, das Bilden des Teils der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks zu beenden, assoziiert wird; Identifizieren, unter Verwendung der Assoziation und als Reaktion auf den Erhalt eines Befehls zum Rückgängigmachen einer Simulation der Bearbeitung zur Zwischenbearbeitungsanweisung, einer Teilmenge geometrischer Elemente, die die zusammengesetzte Oberfläche des Werkstücks zum Zeitpunkt der Simulation durch die Zwischenbearbeitungsanweisung bilden, und Bestimmen der Zwischendarstellung des Werkstücks unter Verwendung der Teilmenge geometrischer Elemente. Verfahrensschritte werden von einem Prozessor durchgeführt.
Noch eine weitere Ausführungsform offenbart ein Simulationssystem für die numerisch gesteuerte (NC) maschinelle Bearbeitung, das einen Speicher, der ein CAD-(rechnerunterstützte Konstruktion)-Modell eines Werkstücks speichert, eine NC-Bearbeitungskonsole zum Bestimmen eines Bearbeitungsanweisungssatzes; einen Prozessor zum Simulieren der Bearbeitung eines Werkstücks gemäß den Bearbeitungsanweisungen, wobei der Prozessor jedes geometrische Element mit der Bearbeitungsanweisung assoziiert, die einen Typ eines geometrischen Elements beim Bilden einer zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks verändert, um eine Assoziation herzustellen; und eine Anzeigevorrichtung, wobei der Prozessor zum Rendern einer Zwischendarstellung des bearbeiteten Werkstücks entsprechend einer Zwischenbearbeitungsanweisung auf Basis der Assoziation konfiguriert ist, beinhaltet.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 ist ein Flussdiagramm einer NC-Bearbeitungsmaschine und eines Systems und Verfahrens zum Simulieren der NC-Bearbeitung gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
2A ist eine Darstellung typischer zur maschinellen Bearbeitung verwendeter Werkzeuge und typischer, durch Bewegen derartiger Werkzeuge an einer Bahn entlang gemachter Bearbeitungen an einem Werkstück;
2B ist eine schematische Darstellung eines durch Entlangführen einer 2D-Form an einer gekrümmten Bahn entlang bestimmten Hüllvolumens;
3A ist eine schematische Darstellung einer linearen Bahn eines Werkzeugs;
3B ist ein Diagramm einer bogenförmigen Bahn eines Werkzeugs, bei der sich die Werkzeugachse entlang der Bahn verändert;
3C ist eine schematische Darstellung einer gekrümmten Bahn eines Werkzeugs;
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Simulieren der Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Werkzeugform unter Verwendung eines G-Code- oder NC-Maschinenanweisungssatzes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5 ist eine schematische Darstellung eines zusammengesetzten ADF;
6A ist ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Zwischendarstellung eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6B ist eine zweidimensionale Veranschaulichung einer Ausführungsform der Erfindung;
6C ist ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Zwischendarstellung eines Werkstücks, das von einem zusammengesetzten adaptiven Abstandsfeld gemäß einer Ausführungsform der Erfindung repräsentiert wird;
6D ist ein Beispiel für eine Assoziation, die von einigen Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird;
7A ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Rendern einer Zwischendarstellung des Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
7B ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen der Zellenteilmenge und der Abstandsfeldteilmenge, die eine zusammengesetzte Oberfläche der Zwischendarstellung des Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet;
8A ist ein Flussdiagramm, das ein permanentes Rückgängigmachen bis zu einer Zwischenbearbeitungsanweisung T gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht; und
8B ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das einige Grundsätze des Verfahrens von 8A implementiert.
[Beschreibung der Ausführungsformen]
Überblick über das System und das Verfahren
1 zeigt ein NC-Bearbeitungssystem 100 und ein Simulationssystem für die numerisch gesteuerte (NC) Bearbeitung 150. In dem NC-Bearbeitungssystem 100 wird ein CAD-(rechnerunterstütztes Konstruieren)-Modell 102 in ein System zur rechnerunterstützten Fertigung (CAM) 104 eingegeben, das G-Codes 106 zur Steuerung einer Maschine für NC-Bearbeitung beinhaltet. Während der NC-Bearbeitung werden die G-Codes in eine NC-Bearbeitungskonsole 108 eingegeben, die jeden G-Code verarbeitet, um einen entsprechenden Satz von NC-Maschinenanweisungen 110 zu erzeugen. Die NC-Maschinenanweisungen werden in eine NC-Steuereinheit 112 eingegeben, die einen Satz Motorsteuersignale 114 zum Bewegen eines Werkzeugs 116 relativ zu einem Werkstück 118 erzeugt, um das Werkstück zu bearbeiten.
Das Simulationssystem 150 kann als Eingabe entweder die von dem System zur rechnerunterstützten Fertigung 104 generierten G-Codes 106 oder die von der NC-Konsole 108 generierten NC-Maschinenanweisungen 110 nehmen. Ein Prozessor 152, der die Bearbeitung des Werkstücks simuliert und ein simuliertes Modell 154 ausgibt, das in einem Speicher 156 gespeichert werden kann, greift auf die Eingabe in das Simulationssystem zu. Der Prozessor 152 kann das gespeicherte simulierte Modell 154 rendern, um ein Bild 158 zu rendern, das an eine Anzeigevorrichtung 160 ausgegeben werden kann. Ein angezeigtes Bild 162 kann mit dem Modell 102 des rechnerunterstützten Konstruierens verglichen werden, um die G-Codes 106 oder NC-Maschinenanweisungen 110 vor der Durchführung der tatsächlichen NC-Bearbeitung des Werkstücks durchzuführen.
Werkzeuge
2A zeigt einen Satz typischer bei der NC-Bearbeitung verwendeter Werkzeugformen 202, 204, 206 und 208. Wenn ein Werkzeug relativ zu einem Werkstück 210 bewegt wird, trennt das Werkzeug Material vom Werkstück ab. Hier entfernen die Werkzeuge 202, 204, 206 und 208 den Oberflächen 212, 214, 216 und 218 entsprechendes Material aus dem Werkstück. Die Form des von jedem Werkzeug entfernten Materials wird von der Form der Werkzeugform und der Bahn des Werkzeugs relativ zum Werkstück bestimmt. Die Form des beim Bewegen des Werkzeugs an der Bahn entlang entfernten Materials ist ein Schnitt des Werkstücks und des Hüllvolumens des Werkzeugs.
Unser Schwerpunkt liegt hier zwar auf der Simulation von NC-Bearbeitung liegt, Hüllvolumen kommen aber in vielen Bereichen der Wissenschaft, Technik und Computergrafik zur Anwendung, einschließlich CAD, Freiform-Design, Solid-Modeling, Robotertechnik, Fertigungsautomation und Visualisierung.
Hüllvolumen
Während der Bearbeitung bewegt sich ein Werkzeug relativ zum Werkstück gemäß einer vorgeschriebenen Werkzeugbewegung, die hierin als Werkzeugweg bezeichnet wird, wobei der Werkzeugweg Informationen über die relative Position, Ausrichtung und andere Formdaten des Werkzeugs in Bezug auf das Werkstück enthalten kann.
Während sich das Werkzeug am Werkzeugweg entlang bewegt, trägt das Werkzeug ein „Hüllvolumen” ab. Während der Bearbeitung wird beim Bewegen des Werkzeugs am Werkzeugweg entlang ein Teil des Werkstücks, das von dem Hüllvolumen geschnitten wird, entfernt. Das Entfernen kann im Prozessor als eine CSG-(konstruktive Festkörpergeometrie)-Differenzoperation modelliert werden, bei der der Teil des Werkstücks unter Verwendung einer CSG-Operation von dem Werkstück entfernt wird, die das Hüllvolumen von dem Werkstück subtrahiert.
2B zeigt das Hüllvolumen 260 einer Form 250, die an einer Bahn 252 entlang bewegt wird. Die Bahn 252 gibt eine Position eines bestimmten Punkts der Form 250 als eine Funktion der Zeit vor. Die Bahn kann eine Ausrichtung 256, 257 und 258 der Form als eine Funktion der Zeit vorgeben. Die Bahn kann auch einen Maßstab der Form oder eine beliebige Transformation der Form als eine Funktion der Zeit vorgeben. In 2B wird die ursprüngliche Position, Ausrichtung und Geometrie einer Form 250 bei ihrer Bewegung an der Bahn entlang in eine Endposition, -ausrichtung und -geometrie der Form 254 umgewandelt.
Werkzeugbahnen
Die Bahn des Werkzeugs relativ zum Werkstück kann in vielerlei Form vorgegeben werden.
3A zeigt eine lineare Bahn, bei der ein Werkzeug 302 an einer Geraden 304 entlang bewegt wird.
3B zeigt eine Kreisbogenbahn, bei der eine Spitze 310 des Werkzeugs 302 an einem Kreisbogen 312 entlang bewegt wird, und eine ursprüngliche Achsrichtung 314 des Werkzeugs ist am Ende der Bahn in eine Endachsrichtung 316 umgewandelt.
3C zeigt eine Kurvenbahn, in der die Spitze 310 des Werkzeugs 302 an einer Kurve 320 entlang bewegt wird.
Zu anderen möglichen Bahnformen zählen die Positionierung des Werkzeugs an einem Punkt, Bewegen des Punkts entlang einer als Polygon bekannten Linienfolge, Bewegen des Werkzeugs entlang einer spiralförmigen oder schraubenförmigen Kurve, Bewegen des Werkzeugs entlang einer polynomischen Kurve, wie etwa einer quadratischen Bézierkurve oder kubischen Bézierkurve, oder einer Folge von polynomischen Kurven, die als stückweise polynomische Kurven bekannt sind, um nur einige zu nennen. Jede Bahnform, die simuliert werden kann, kann in Betracht gezogen werden, einschließlich eine von einer Prozedur definierte Bahn, wie eine Bahn, die von der Form oder Materialzusammensetzung des Werkstücks beeinflusst wird.
Bearbeitungssimulation
4 zeigt ein Verfahren zum Simulieren der Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Werkzeugform unter Verwendung eines Simulationsprozessors 400, Speichern einer Darstellung des gefrästen Werkstücks in einem Speicher 440 und Rendern der Darstellung des gefrästen Werkstücks unter Verwendung eines Rendering-Prozessors 460 zu einer Anzeigevorrichtung 480.
Eine Werkstückform und ein Verfahren zum Rekonstruieren eines zusammengesetzten Abstandsfelds aus einem Abstandsfeldersatz 404 werden zum Erzeugen eines zusammengesetzten adaptiv abgetasteten Abstandsfelds (cADF) 444 verwendet, das im Speicher 440 gespeichert werden kann. Die Werkstückform wird von der Werkstückgeometrie 402 vorgegeben, die einen Satz geometrischer Elemente aufweist.
Jedes geometrische Element der Werkstückgeometrie wird in eine Abstandsfelddarstellung umgewandelt, wobei ein Satz Abstandsfelder geometrischer Elemente vorgegeben wird. Jedes Abstandsfeld geometrischer Elemente kann als eines von einer analytischen Abstandsfunktion, einer impliziten Abstandsfunktion, einem regelmäßig abgetasteten Abstandsfeld, einem ADF, einer Zusammensetzung von Abstandsfunktionen oder einer Prozedur repräsentiert werden, um nur einige zu nennen.
Das cADF wird in einem Speicher als Octree gespeichert, der, angefangen mit einer Wurzelzelle, die einen Rahmen der Werkstückform einschließt, von oben nach unten generiert wird. Eine Abstandsfelddarstellung jedes jeweiligen geometrischen Elements in der Werkstückgeometrie 402 wird zum Bearbeiten von Blattzellen des zusammengesetzten ADF verwendet, dessen Abstandsfelder von dem jeweiligen geometrischen Element beeinflusst werden.
5 ist eine schematische 2D-Darstellung eines cADF 500, das eine räumliche Hierarchie von Zellen, z.B. 501, 502 und 503, die in einem Octree angeordnet sind, beinhaltet, wobei jede Zelle Teile des Volumens des Arbeitsraums sowie Abstandsfelder geometrischer Elemente, deren Begrenzungen angezeigt sind, repräsentiert. In diesem Beispiel sind die Begrenzungen geometrischer Abstandsfelder 504–507 Ebenen, welche die Begrenzung des anfänglichen Werkstücks definieren. Abstandsfelder geometrischer Elemente 508–510 sind die Begrenzungen von drei geometrischen Elementen, die Sweeps eines Fräswerkzeugs mit kugelförmigem Ende 206 repräsentieren. Jede Zelle im cADF ist mit einer Teilmenge des Satzes Abstandsfelder geometrischer Elemente assoziiert, die das ursprüngliche Werkstück und das Hüllvolumen des Bearbeitungswerkzeugs repräsentieren. Zum Beispiel beinhaltet die Teilmenge des mit der Zelle 511 assoziierten Satzes Abstandsfelder geometrischer Elemente Abstandsfelder geometrischer Elemente 504, 508 und 509, die zusammen die cADF-Oberfläche innerhalb der Zelle 511 bestimmen. Mit der Zelle ist auch ein prozedurales Rekonstruktionsverfahren, wie etwa eine Boolesche Differenz, zum Kombinieren der Teilmenge des Satzes Abstandsfelder geometrischer Elemente assoziiert, um das zusammengesetzte Abstandsfeld des Werkstücks zu rekonstruieren. Wir definieren eine zusammengesetzte Oberfläche als die Begrenzung des simulierten Werkstücks, das aus Stücken der Begrenzungen der Abstandsfelder geometrischer Elemente besteht.
Einige Ausführungsformen der Erfindung werden im Kontext einer besonderen Darstellung eines bearbeiteten Werkstücks beschrieben: die cADF-Darstellung. In der cADF-Darstellung ist das Volumen der Bearbeitungssimulation in Teilvolumen, als Zellen bekannt, unterschiedlicher Größe unterteilt. In einer Ausführungsform haben die Zellen eine kubische Form mit normalisierten Größen, die eine Zweierpotenz in Bezug auf ein größtes Volumen sind, d.h. 1/2, 1/4, 1/64 usw. Zellen können von vier Typen sein: außerhalb der Begrenzung des Werkstücks (äußere Zellen), innerhalb der Begrenzung des Werkstücks (innere Zellen), eine Zelle kann die Begrenzung des Werkstücks enthalten (Begrenzungszellen) oder eine Zelle kann andere kleinere Zellen enthalten (Zwischenzellen), wobei einige dieser kleineren Zellen die Begrenzung des Werkstücks beinhalten.
Innerhalb jeder Begrenzungszelle wird die Begrenzung des bearbeiteten Werkstücks von der Booleschen Differenz eines Abstandsfelds repräsentiert. Das Abstandsfeld definiert implizit die Begrenzung eines Volumens, indem es für irgendeinen Punkt im Raum p die Berechnung des kürzesten oder euklidischen Abstands D(p) zur Begrenzung des Volumens ermöglicht. Die Sammlung von Punkten, für die das Abstandsfeld einen Wert von Null hat, entspricht der von der Abstandsfunktion definierten Begrenzung des Volumens. Das Abstandsfeld gibt gewöhnlich einen vorzeichenbehafteten Abstandswert zurück, bei dem das Vorzeichen des Abstandswerts kennzeichnet, ob der Punkt innerhalb (positiver Wert) oder außerhalb (negativer Wert) der Begrenzung des Volumens ist.
Komplexe Begrenzungen, wie etwa in der Bearbeitungssimulation verwendet werden könnten, können vom Booleschen Schnitt eines Satzes Abstandsfelder repräsentiert werden. Der Boolesche Schnitt bedeutet, dass ein Punkt p nur dann innerhalb der komplexen Begrenzung ist, wenn die Werte aller Abstandsfelder am Punkt p positiv sind. Desgleichen ist ein Punkt p nur auf der komplexen Begrenzung, wenn der Wert bzw. die Werte von einem oder mehr Abstandsfeldern am Punkt p null ist und die Werte der übrigen Abstandsfelder am Punkt p positiv sind. Die komplexe Begrenzung des bearbeiteten Werkstücks ist aus den Schnitten der Begrenzungen eines Satzes Abstandsfelder zusammengesetzt und wird die zusammengesetzte Begrenzung genannt.
Jedes Abstandsfeld in der cADF-Darstellung des bearbeiteten Werkstücks entspricht dem Volumen, das innerhalb des Sweeps des Bearbeitungswerkzeugs für einen einzelnen Schritt im Bearbeitungsprogramm ist. Das Vorzeichen des mit dem im Sweep geführten Schneidwerkzeug assoziierten Abstandsfelds ist negiert, weil das Schneidwerkzeug Material von dem Werkstück entfernt, mit dem Effekt, dass garantiert wird, dass das Innere des Hüllvolumens des Werkzeugs das Äußere des Werkstücks ist.
Während der Bearbeitungssimulation durchlaufen die Elemente der cADF-Darstellung, d.h. der Zellensatz und der Abstandsfeldersatz innerhalb des Zellensatzes, bei Anwendung des Bearbeitungsprogramms Änderungen ihres Typs oder Zustands. Zum Beispiel sind Zellen anfänglich innerhalb der Begrenzung des Werkstücks, können aber an verschiedenen Schritten im Bearbeitungsprogramm einen Übergang durchmachen und Begrenzungszellen, Zwischenzellen oder äußere Zelle zu werden. Desgleichen werden die Abstandsfelder innerhalb der Zellen an irgendeinem Schritt in dem Bearbeitungsprogramm Teil der zusammengesetzten Begrenzung und dann kann ein späterer Bearbeitungsprogrammschritt tiefer in das Werkstück schneiden und verursachen, dass die Abstandsfunktion nicht mehr zur zusammengesetzten Begrenzung beiträgt.
Aufzeichnen von Rückgängigmachen-Informationen
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung basieren auf der Realisierung, dass, wenn eine Zwischenbearbeitungsanweisung, die zum Simulieren der Bearbeitung des Werkstücks verwendet wird, zum Zeitpunkt der Simulation der Bearbeitung durch die Zwischenbearbeitungsanweisung mit der zusammengesetzten Oberfläche assoziiert ist, dann eine Zwischendarstellung eines Werkstücks, die der Zwischenanweisung entspricht, unter Verwendung der assoziierten zusammengesetzten Oberfläche wiederhergestellt werden kann, was die Notwendigkeit zum sequentiellen Zurückspulen der Simulationseffekte bis zur Zwischenbearbeitungsanweisung reduziert oder vermeidet.
Dementsprechend assoziieren einige Ausführungsformen der Erfindung jedes geometrische Element mit der Bearbeitungsanweisung, die einen Typ eines geometrischen Elements beim Bilden einer zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks verändert, um wenigstens Teil einer Assoziation zu ergeben. Die Assoziation wird verwendet, um als Reaktion auf den Erhalt eines Befehls zum Rückgängigmachen einer Simulation der Bearbeitung bis zur Zwischenbearbeitungsanweisung eine Teilmenge von geometrischen Elementen zu identifizieren, die die zusammengesetzte Oberfläche des Werkstücks zum Zeitpunkt der Simulation durch die Zwischenbearbeitungsanweisung zu bildet.
6A zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Zwischendarstellung eines Werkstücks, die einer Zwischenanweisung aus einem Bearbeitungsanweisungensatz 615 entspricht, der eine Bearbeitung des Werkstücks simuliert, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Verfahrensschritte können unter Verwendung eines Prozessors implementiert werden.
Jedes geometrische Element wird mit der Bearbeitungsanweisung aus dem Satz 615 assoziiert 620, die einen Typ eines geometrischen Elements beim Formen einer zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks verändert, um wenigstens Teil einer Assoziation 625 zu bilden. Zum Beispiel wird das geometrische Element mit einer Bearbeitungsanweisung assoziiert, die das geometrische Element veranlasst, das Bilden eines Teils der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks zu beginnen. Desgleichen wird das geometrische Element mit einer Bearbeitungsanweisung assoziiert, die das geometrische Element veranlasst, das Bilden des Teils der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks zu beenden.
Als Reaktion auf den Erhalt eines Befehls zum Rückgängigmachen einer Simulation der Bearbeitung bis zur Zwischenbearbeitungsanweisung identifiziert 630 das Verfahren unter Verwendung der Assoziation 625 eine Teilmenge 635 geometrischer Elemente, die die zusammengesetzte Oberfläche des Werkstücks zum Zeitpunkt der Simulation durch die Zwischenbearbeitungsanweisung bildet. Die Zwischendarstellung des Werkstücks wird unter Verwendung der Teilmenge geometrischer Elemente bestimmt 640.
Verschiedene Ausführungsformen ermöglichen schnelle und unabhängige Operationen zum Rückgängigmachen/Wiederherstellen für jede Stufe der Simulation. Das Rendern der Zwischendarstellung des Werkstücks ist vorteilhaft möglich, ohne die Enddarstellung des bearbeiteten Werkstücks zu ändern.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung verwenden verschiedene Arten der Darstellung des bearbeiteten Werkstücks. Zum Beispiel werden einige Ausführungsformen der Erfindung im Kontext einer besonderen Darstellung eines bearbeiteten Werkstücks beschrieben, d.h. der cADF-Darstellung. Die spezifische Darstellung erlaubt das Modifizieren der Assoziation, um eine schnelle Bestimmung der geometrischen Elemente zu ermöglichen, die die zusammengesetzte Oberfläche bilden.
6B zeigt eine zweidimensionale Veranschaulichung einer Ausführungsform der Erfindung. Ein cADF 600 beinhaltet eine räumliche Hierarchie von Zellen, z.B. 601, 602 und 603, die in einem Octree angeordnet sind, wobei jede Zelle Teile des Volumens des Arbeitsraums repräsentiert. Die Begrenzungen ebenflächiger geometrischer Elemente 604, 605, 606 und 607 bilden die zusammengesetzte Begrenzung des anfänglichen Werkstücks 608. Das anfängliche Werkstück wurde anschließend simulierter Bearbeitung durch geometrische Elemente 609, 610 und 611 unterzogen.
Zum Zweck der Veranschaulichung der Ausführungsform der Erfindung werden die vier geometrischen Elemente 604, 605, 606 und 607, die die zusammengesetzte Begrenzung des anfänglichen Werkstücks bilden, an Bearbeitungsanweisungen 1, 2, 3 bzw. 4 Teil der zusammengesetzten Begrenzung, während geometrische Elemente 609, 610 und 611 an Bearbeitungsanweisungen 5, 6 bzw. 7 Teil der zusammengesetzten Oberfläche des bearbeiteten Werkstücks werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist jede Zelle des cADF mit zusätzlichen Informationen zum Rückgängigmachen einer simulierten Bearbeitung assoziiert. Speziell ist eine Zelle in dem cADF mit einer Bearbeitungsanweisung assoziiert, die einen Typ der Zelle oder einen Typ eines Abstandsfelds innerhalb der Zelle beim Bilden einer zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks verändert, um wenigstens einen Teil einer Assoziation zu ergeben. Desgleichen wird das Abstandsfeld innerhalb der Zelle mit der Bearbeitungsanweisung assoziiert, die den Typ des Abstandsfelds beim Bilden der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks verändert, um wenigstens einen Teil der Assoziation zu ergeben. Eine derartige zweifache Assoziation ermöglicht eine schnellere Bestimmung der geometrischen Elemente, die die zusammengesetzte Oberfläche bilden.
Zum Beispiel kann die Assoziation Nummern beinhalten, die ein Ordnen des Bearbeitungsanweisungssatzes repräsentieren. Ein derartiges Ordnen reduziert eine Größe der Assoziation. Grund dafür ist, dass die Ordnung der Zwischenbearbeitungsanweisung das Berücksichtigen der von „älteren“ Bearbeitungsanweisungen gemachten Änderungen der zusammengesetzten Oberfläche und das Ignorieren von Änderungen, die von „jüngeren“ Bearbeitungsanweisungen gemacht wurden, zulässt.
In einer Ausführungsform beinhalten die Nummern zum Beispiel Zeitstempel der Simulation gemäß den Bearbeitungsanweisungen, so dass der Zeitstempel einer Bearbeitungsanweisung die Bearbeitungsanweisung mit der Zelle und mit dem Abstandsfeld assoziiert, die am Zeitstempel den Typ ändern. Vorteilhaft sorgen die Zeitstempel für eine natürliche Ordnung der Bearbeitungsanweisungen.
In einer Ausführungsform ist jede Zelle mit einem Satz von drei Ganzzahlen assoziiert, im Folgenden als Zellentypzeitstempel bezeichnet, der die Bearbeitungsanweisung kennzeichnet, die die Zelle zur Änderung ihres Typs veranlasst. In einer Ausführungsform der Erfindung gibt es drei Zellentypzeitstempel, die Folgendes anzeigen: (1) die Bearbeitungsanweisung, die veranlasst, dass sich die Zelle von einer Blattzelle des inneren Typs zu einer Blattzelle des Begrenzungstyps verändert, als T_CB bezeichnet, (2) die Bearbeitungsanweisung, die veranlasst, dass sich die Zelle von einer Blattzelle des Begrenzungstyps zu einer Blattzelle eines Zwischentyps verändert, als T_CI bezeichnet, bzw. (3) die Bearbeitungsanweisung, die veranlasst, dass sich die Zelle von irgendeinem Zellentyp zu einer Blattzelle des äußeren Typs verändert, als T_CE bezeichnet.
Während der Erstellung der Zelle gibt eine Ausführungsform für jeden der Zellentypzeitstempel einen voreingestellten Wert T_P vor, der anzeigt, dass der Wert nicht aktiv ist. Wenn zum Beispiel Zellentypzeitstempel die Bearbeitungsanweisung in der Form eines ganzzahligen Werts speichern, dann kann T_P einer größtmöglichen Ganzahl gleichgemacht werden, die als INT_MAX bezeichnet wird.
In 6B ist die Zelle 601 bis Bearbeitungsanweisung 1 eine Blattzelle des inneren Typs, wobei der Typ der Zelle 601 an diesem Zeitpunkt aufgrund der Wirkung des geometrischen Elements 604 in einen Begrenzungstyp verändert wird. Die Zelle 601 durchläuft an Bearbeitungsanweisung 6 eine zweite Typenänderung, wenn das geometrische Element 610 die Zelle 601 veranlasst, sich zu einem äußeren Typ zu verändern. Daher hat die Zelle 601 T_CB = 1, T_CI = T_P und T_CE = 6. Desgleichen verändert sich die Zelle 603 während Bearbeitungsanweisung 6 von einem inneren Typ zu einem Begrenzungstyp, weil das geometrische Element 610 tiefer in das Werkstück schneidet als das geometrische Element 609. Daher ist die Zelle 603 mit T_CB = 6, T_CI = T_P und T_CE = T_P assoziiert.
In einigen Ausführungsformen sind die geometrischen Elemente, z.B. die Abstandsfelder innerhalb der Zelle, auch mit der Bearbeitungsanweisung assoziiert, die den Typ des Abstandsfelds beim Bilden der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks ändert. Zum Beispiel ist in einer Ausführungsform jede Zelle mit zusätzlichen Informationen, zum Beispiel in der Form eines Ganzzahlensatzes, assoziiert, die im Folgenden als Zeitstempel der geometrischen Elemente bezeichnet werden, die mit jedem der geometrischen Elemente in der Zelle assoziiert sind.
In einer Ausführungsform der Erfindung gibt es für jedes geometrische Element in der Zelle zwei Zeitstempel der geometrischen Elemente. Der erste Zeitstempel der geometrischen Elemente, T_SB genannt, assoziiert die genaue Bearbeitungsanweisung, wenn das geometrische Element Teil der zusammengesetzten Oberfläche innerhalb der Zelle wird, und der zweite Zeitstempel der geometrischen Elemente, T_SE genannt, assoziiert die genaue Bearbeitungsanweisung, wenn das geometrische Element nicht mehr Teil der zusammengesetzten Begrenzung in der Zelle ist. Wie bei Zellentypzeitstempeln gibt eine Ausführungsform für jeden der Zeitstempel der geometrischen Elemente einen voreingestellten Wert T_P vor, der anzeigt, dass dieser Stempel noch nicht aktiv ist. Wenn zum Beispiel Zeitstempel der geometrischen Elemente die Bearbeitungsanweisung in der Form eines ganzzahligen Werts speichern, dann kann T_P dem INT_MAX gleichgemacht werden.
Anders als Zellentypzeitstempel wird in einer Ausführungsform aber der Zeitstempel der geometrischen Elemente T_SB nicht auf T_P festgesetzt, weil die Zeitstempel der geometrischen Elemente für ein bestimmtes geometrisches Element nicht bestehen, bis dieses geometrische Element Teil der zusammengesetzten Begrenzung innerhalb der Zelle bildet.
Zum Beispiel zeichnen die Zeitstempel der geometrischen Elemente der Zelle 601 auf, dass die geometrischen Elemente 604, 607 und 609 bei den Bearbeitungsanweisungen 1, 4 bzw. 5 Teil der zusammengesetzten Oberfläche in der Zelle wurden. Daher ist das geometrische Element 604, Zelle 601, mit T_SB = 1 und T_SE = T_P assoziiert. Desgleichen zeichnen die Zeitstempel der Zelle 602 auf, dass die geometrischen Elemente 607, 609 und 610 bei den Bearbeitungsanweisungen 4, 5 bzw. 6 Teil der zusammengesetzten Oberfläche in der Zelle wurden. Außerdem zeichnen die Zeitstempel der Zelle 602 auf, dass das geometrische Element 609 bei Bearbeitungsanweisung 6 aufhörte, Teil der zusammengesetzten Oberfläche in der Zelle zu sein, als das geometrische Element 610 tiefer als 609 in das Innere des gefrästen Werkstücks einschnitt. Daher ist für das geometrische Element 609 die Zelle 602 mit T_SB = 5 und T_SE = 6 assoziiert. Für das geometrische Element 607 hat Zelle 602 T_SB = 1 und T_SE = 7. Für das geometrische Element 610 ist die Zelle 602 mit T_SB = 6 und T_SE = 7 assoziiert.
6C zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Zwischendarstellung eines Werkstücks entsprechend einer Zwischenanweisung aus einem Bearbeitungsanweisungssatz, die eine Bearbeitung des von dem cADF repräsentierten Werkstücks simuliert. Verfahrensschritte werden von einem Prozessor durchgeführt.
Eine Zelle im cADF ist mit einer Bearbeitungsanweisung 650 assoziiert 655, die einen Typ der Zelle oder einen Typ eines Abstandsfelds in der Zelle beim Bilden einer zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks verändert, um wenigstens Teil einer Assoziation 665 zu ergeben. Außerdem ist das Abstandsfeld in der Zelle mit der Bearbeitungsanweisung 650 assoziiert 660, die den Typ des Abstandsfelds beim Bilden der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks verändert, um wenigstens einen Teil der Assoziation 665 zu ergeben. Die Assoziation 665 kann in einem Speicher gespeichert werden und zur nachfolgenden Bestimmung der Zwischendarstellung des bearbeiteten Werkstücks, die der Zwischenbearbeitungsanweisung entspricht, verwendet werden.
6D zeigt ein Beispiel für die Assoziation 665 in der Form einer Tabelle 690 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform ist die Bearbeitungsanweisung durch eine Nummer gekennzeichnet, die eine Ordnung der Anweisung in einem Satz Bearbeitungsanweisungen repräsentiert, und die Assoziation beinhaltet einen Satz Zeitstempel 691–695, jeder Zeitstempel zeichnet eine spezifische Änderung des Zellentyps oder des Typs des Abstandsfelds auf.
Zum Beispiel kann der Zeitstempelsatz den T_CB-Zeitstempel 691 zum Aufzeichnen der T_CB-Bearbeitungsanweisung beinhalten, die mit der Nummer T_CB zum Verändern des Typs der Zelle von einer Blattzelle des inneren Typs zu einer Blattzelle des Begrenzungstyps gekennzeichnet ist. Der Zeitstempelsatz kann den T_CI-Zeitstempel 692 zum Aufzeichnen einer T_CI-Bearbeitungsanweisung beinhalten, die mit einer Nummer T_CI zum Verändern des Typs der Zelle von einer Blattzelle des Begrenzungstyps zu einer Zelle des Zwischentyps gekennzeichnet ist. Der Zeitstempelsatz kann den T_CE-Zeitstempel 693 zum Aufzeichnen einer T_CE-Bearbeitungsanweisung beinhalten, die durch ein Nummer T_CE zum Ändern des Typs der Zelle in eine Blattzelle des äußeren Typs gekennzeichnet ist.
Der Zeitstempelsatz kann auch den T_SB-Zeitstempel 694 zum Aufzeichnen einer von einer Nummer T_SB gekennzeichneten T_SB-Bearbeitungsanweisung, die veranlasst, dass ein von dem Abstandsfeld repräsentiertes Hüllvolumen einen Teil der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks in der Zelle zu bilden anfängt, und einen T_SE-Zeitstempel 695 zum Aufzeichnen einer mit einer Nummer T_SE gekennzeichneten T_SE-Bearbeitungsanweisung, die veranlasst, dass das von dem Abstandsfeld repräsentierte Hüllvolumen aufhört, den Teil der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks in der Zelle zu bilden, beinhalten. Andere Darstellungen der Assoziation 665 sind möglich. Zum Beispiel können die Zeitstempel 694 und 695 in eine andere Tabelle aufgenommen werden, um eine m:n-Beziehung zwischen Zellen und Abstandsfeldern zu implementieren.
Wenn ein Befehl zum Rückgängigmachen einer Simulationsoperation der Bearbeitung bis zur Zwischenbearbeitungsanweisung empfangen wird, wobei wieder auf 6C Bezug genommen wird, identifiziert 670 das Verfahren unter Verwendung der Assoziation 665 eine Teilmenge von Zellen 675 und eine Teilmenge von Abstandsfeldern 677, die die zusammengesetzte Oberfläche des Werkstücks zum Zeitpunkt der Simulation durch die Zwischenbearbeitungsanweisung bilden, und bestimmt 680 die Zwischendarstellung des Werkstücks unter Verwendung der Teilmenge von Zellen 675 und der Teilmenge von Abstandsfeldern 677.
Rendern einer Zwischendarstellung des bearbeiteten Werkstücks Ein Vorteil der Verfügbarkeit der in der Assoziation gespeicherten Rückgängigmachen-Informationen ist die Fähigkeit, ein Bild des bearbeiteten Werkstücks entsprechend einer Zwischenbearbeitungsanweisung, d.h. irgendeiner Anweisung vor der in der Simulation zuletzt verwendeten, zu rendern.
7A zeigt ein Flussdiagramm des Rendering-Prozesses zum Rendern eines Bilds des cADF 700 entsprechend einer Zwischenbearbeitungsanweisung T 701. Ein erster Identifizierungsschritt 702 identifiziert die Teilmenge des Satzes von Zellen 703, die das cADF bilden, das die Begrenzung an der Bearbeitungsanweisung T enthält. Der erste Identifizierungsschritt 702 in dem Prozess des Renderns eines Bilds des cADF zu einer Zelle wird durch Bestimmen der Teilmenge des das cADF bildenden Zellensatzes durchgeführt, so dass diese Zellen T_CB ≤ T < T_CE oder eine Begrenzungszelle enthalten, so dass T_CI ≤ T < T_CE.
Innerhalb der Zellen, die die Begrenzung enthalten, wie von dem ersten Identifizierungsschritt 702 bestimmt, wird ein zweiter Identifizierungsschritt durchgeführt 704, um die Teilmenge des Satzes geometrischer Elemente 705 in der Begrenzungszelle zu identifizieren, die an der Bearbeitungsanweisung T die zusammengesetzte Oberfläche bilden. Der zum Identifizieren, ob das geometrische Element Teil der zusammengesetzten Begrenzung im zweiten Identifizierungsschritt 704 bildet, verwendete Test dient dazu, alle geometrischen Elemente in einer Zelle zu finden, so dass T_SB ≤ T < T_SE.
Nach dem Identifizieren der Teilmenge von Zellen, die Begrenzungszellen 703 sind, im ersten Identifizierungsschritt 702 und dem Identifizieren des Satzes geometrischer Elemente, die die zusammengesetzte Begrenzung in jeder Begrenzungszelle 705 bilden, im zweiten Identifizierungsschritt 704 kann das bearbeitete Werkstück dann durch einen Rendering-Algorithmus 706, z.B. Raycasting, zu einem Bild 707 gerendert werden, wie es an der Bearbeitungsanweisung T 701 erscheint. Zum Beispiel kann Raycasting die Teilmenge von Zellen einem Satz Strahlen, die aus wenigstens einer Richtung auf die Zelle einfallen, unterziehen und die zusammengesetzte Oberfläche auf Basis des Schnitts der Strahlen mit Oberflächen, die von der Teilmenge von Abstandsfeldern repräsentiert werden, bestimmen.
Zum Beispiel ist es erwünscht, ein Bild des bearbeiteten Werkstücks in 6B entsprechend der Bearbeitungsanweisung 6 zu rendern. In diesem Fall verwendet der erste Identifizierungsschritt die Zellentyp-Zeitstempel der Zellen, die das cADF bilden, um die Begrenzungstyp-Zellen an der Bearbeitungsanweisung 6 zu identifizieren. Zum Beispiel ist die Zelle 601 an der Bearbeitungsanweisung 6 eine Zelle des äußeren Typs, weil sich Zelle 601 an der Bearbeitungsanweisung 6 zu einer Zelle des äußeren Typs verändert. Die Zelle 603 ist die Begrenzungstyp-Zelle, weil ihr Zellentyp-Zeitstempel die Zelle 603, die an Bearbeitungsanweisung 6 eine Begrenzungstyp-Zelle wird, anzeigt.
Der zweite Identifizierungsschritt 704 identifiziert, dass an der Bearbeitungsanweisung 6 in Zelle 602 geometrische Elemente 607 und 610 Teile der zusammengesetzten Begrenzung bilden, während das geometrische Element 609 dies nicht tut.
7B zeigt eine Flusstabelle eines Verfahrens zum Ermitteln der Zellenteilmenge und der Abstandsfeldteilmenge in den Zellen als Reaktion auf den Erhalt des Befehls zum Rückgängigmachen der Simulation der Bearbeitung bis zur Zwischenbearbeitungsanweisung 715, die von einer Nummer T gekennzeichnet wird.
Eine erste Teilmenge 725 von Blattzellen des Begrenzungstyps, die mit der Nummer T_CB im T_CB-Zeitstempel und mit der Nummer T_CE im T_CE-Zeitstempel assoziiert ist, wird so bestimmt 720, dass T_CB ≤ T < T_CE. Eine zweite Teilmenge 735 von Begrenzungszellen, die mit der Nummer T_CI im T_CI-Zeitstempel und mit der Nummer T_CE im T_CE-Zeitstempel assoziiert ist, wird so bestimmt 730, dass T_CI ≤ T < T_CE. Die Teilmenge von Zelle wird als eine Kombination der ersten und zweiten Teilmenge von Zellen gebildet 740 und die Teilmenge von Abstandsfeldern, die die zusammengesetzte Oberfläche bilden, wird unter Verwendung der Abstandsfelder innerhalb der Teilmenge der Zellen bestimmt 750.
Bleibendes Rückgängigmachen
Das Rendern eines Bilds eines simulierten Werkstücks ist zwar nützlich, um den Bearbeitungsanweisungssatz zu identifizieren, der einen simulierten Bearbeitungsfehler verursachte, aber um einen neuen Bearbeitungsanweisungssatz anwenden zu können, muss die simulierte Bearbeitung bis zu einer bestimmten Bearbeitungsanweisung zurück bleibend rückgängig gemacht werden können. Wenn zum Beispiel in dem Beispiel von 6 bestimmt wurde, dass die Bearbeitungsanweisung 7 durch das geometrische Element 611 die Ursache eines Bearbeitungsfehlers ist, muss der Effekt der Bearbeitungsanweisung 7 und allgemeiner aller nachfolgenden Bearbeitungsanweisungen bleibend rückgängig gemacht werden, so dass das simulierte Werkstück nur von Bearbeitungsanweisungen vor der Anweisung 7 modifiziert wird.
8A zeigt ein Flussdiagramm, das das bleibende Rückgängigmachen einer Zwischenbearbeitungsanweisung T gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Ausgehend von dem ursprünglichen cADF cADF 800 wird in einem ersten Schritt 802 der Zellentyp jeder Zelle des Satzes von Zellen, die das cADF 800 bilden, zurückgesetzt, so dass er mit dem Zellentyp an Bearbeitungsanweisung T 801 übereinstimmt. Das heißt, wenn T < T_CB, wird der Zellentyp auf den inneren Typ eingestellt, wenn T_CB ≤ T < T_CI < T_CE, wird der Zellentyp auf den Begrenzungstyp eingestellt, wenn T_CI <= T < T_CE, wird der Zellentyp auf den Zwischentyp eingestellt, und schließlich wird, wenn T_CE ≤= T, der Zellentyp auf den äußeren Typ eingestellt.
In einem zweiten Schritt 803 werden die Zellentyp-Zeitstempel wie folgt eingestellt: wenn T < T_CB, dann werden T_CB, T_CI und T_CE auf T_P zurückgesetzt, wenn T_CB ≤ T < T_CI < T_CE, dann werden T_CI und T_CE auf T_P zurückgesetzt, und wenn T_CI ≤ T < T_CE, dann wird T_CE auf T_P zurückgesetzt. In einem dritten Schritt 804 im Prozess des bleibenden Rückgängigmachens zurück bis zur Bearbeitungsanweisung T werden alle geometrischen Elemente aus jeder Zelle entfernt, deren Zellentyp auf den inneren Typ geändert wurde, da diese Zellen nicht mit geometrischen Elementen assoziiert sind bzw. keine haben, wenn sie nie Begrenzungstyp-Zellen wurden.
In einem vierten Schritt 805 werden für alle Zellen, die vom Begrenzungstyp, Zwischentyp oder äußeren Typ sind, die Sätze geometrischer Elemente in den Zellen wie folgt modifiziert: jedes geometrische Element mit T < T_SB wird aus der Zelle entfernt und bei jedem geometrischen Element mit T_SB ≤ T < T_SE wird T_SE auf T_P zurückgesetzt. Die endgültigen Ergebnisse dieser vier Schritte sind die cADF 806, die in den Zustand zurückgekehrt sind, der der Zwischenbearbeitungsanweisung T 801 entspricht.
8B zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens, das einige Grundsätze eines Verfahrens von 8A implementiert, gemäß einer Ausführungsform. Ein erster Teilsatz von Zellen, der mit der Nummer T_CB im T_CB-Zeitstempel assoziiert ist, wird so bestimmt, dass T < T_CB ist. Die Werte des T_CB-Zeitstempels, des T_CI-Zeitstempels und des T_CE-Zeitstempels für jede Zelle in der ersten Teilmenge werden erneut gesendet 820 und jede Zelle aus der ersten Teilmenge von Zellen wird von jedem Abstandsfeld in der Zelle dissoziiert.
Eine zweite Teilmenge von Zellen, die mit der Nummer T_CB im T_CB-Zeitstempel assoziiert sind, mit der Nummer T_CI im T_CI-Zeitstempel assoziiert sind und mit der Nummer T_CE im T_CE-Zeitstempel assoziiert sind, wird so bestimmt 840, dass T_CB ≤ T < T_CI < T_CE und die Werte des T_CI-Zeitstempels und des T_CE-Zeitstempels für jede Zelle in der zweiten Teilmenge zurückgesetzt 850 werden.
Betriebsumgebung
Die Erfindung ist mit zahlreichen Universal- oder Spezialrechensystemumgebungen oder -konfigurationen funktionsfähig. Zu Beispielen für gut bekannte Rechensysteme, -umgebungen und/oder -konfigurationen, die zur Verwendung mit der Erfindung geeignet sind, zählen unter anderem Personalcomputer, Servercomputer, Handheld- oder Laptopgeräte, Multiprozessor- oder Mehrkernsysteme, Grafikprozessoren (GPU), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), Field Programmable Gate Arrays (FPGA), mikrocontrollergestützte Systeme, Netzwerk-PC, Großrechner, verteilte Rechenumgebungen, die irgendwelche der obigen Systeme oder Geräte beinhalten, und dergleichen, d.h. allgemein Prozessoren. Mit jedwedem der obigen Systeme ist ein Bildschirm oder eine andere Art von Anzeigevorrichtung 160 verbunden, um die Visualisierung 162 der Erfindung zu ermöglichen.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen können auf jedwede zahlreicher Arten implementiert sein. Die Ausführungsformen können zum Beispiel unter Verwendung von Hardware, Software oder einer Kombination davon implementiert werden. Bei Implementierung in Software kann der Softwarecode in einem oder einer geeigneten Prozessor oder Sammlung von Prozessoren ausgeführt werden, ob in einem einzelnen Rechner bereitgestellt oder auf viele Rechner verteilt. Derartige Prozessoren können als integrierte Schaltungen mit einem oder mehr Prozessoren in einer integrierten Schaltungskomponente implementiert sein. Ein Prozessor kann aber unter Verwendung von Schaltungsanordnungen in irgendeinem geeigneten Format implementiert sein.
Es ist ferner zu erkennen, dass ein Rechner in irgendwelcher einer Anzahl von Formen ausgestaltet sein kann, wie etwa einem Rackmount-Computer, einem Desktop-Computer, einem Laptop-Computer, einem Minicomputer oder einem Tabletcomputer. Ein Computer kann auch ein oder mehr Ein- und Ausgabegeräte haben. Diese Geräte können unter anderem dazu verwendet werden, um eine Benutzeroberfläche bereitzustellen. Derartige Computer können durch ein oder mehr Netze in geeigneter Form zusammengeschaltet sein, einschließlich als ein lokales Netz oder ein Weitverkehrsnetz, wie etwa ein Unternehmensnetzwerk oder das Internet. Derartige Netze können auf geeigneter Technologie basieren und können gemäß einem geeigneten Protokoll betrieben werden und können drahtlose Netze, drahtgebundene Netze oder Lichtleitfasernetze beinhalten.
Auch können die verschiedenen hierin dargelegten Verfahren oder Prozesse als Software codiert sein, die in einem oder mehr Prozessoren ausführbar ist, die jedwede(s) verschiedener Betriebssysteme oder -plattformen einsetzen. Außerdem kann derartige Software unter Verwendung irgendeiner von einer Anzahl von geeigneten Programmiersprachen und/oder Programmierungs- oder Skripting-Tools geschrieben sein und kann auch als ausführbarer Maschinensprachencode oder Zwischencode, der in einem Framework oder einer virtuellen Maschine abgearbeitet wird, kompiliert sein.
Die Begriffe „Programm” oder Software” werden hierin in einem generischen Sinn verwendet, um einen Computercode oder einen Satz rechnerausführbarer Anweisungen zu bezeichnen, die zur Programmierung eines Computers oder anderen Prozessors zur Implementierung verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung, wie oben besprochen, eingesetzt werden können.
Rechnerausführbare Anweisungen können viele Formen haben, wie etwa Programmmodule, die von einem oder mehr Computern oder anderen Geräten ausgeführt werden. Allgemein zählen zu den Programmmodulen Routinen, Programme, Objekte, Komponenten und Datenstrukturen, die besondere Aufgaben durchführen oder besondere abstrakte Datentypen implementieren. Gewöhnlich kann die Funktionalität der Programmmodule wie in verschiedenen Ausführungsformen erwünscht kombiniert oder verteilt sein.
Auch können die Ausführungsformen der Erfindung als ein Verfahren ausgestaltet sein, für die ein Beispiel bereitgestellt wurde. Die als Teil des Verfahrens durchgeführten Schritte können auf jedwede geeignete Weise geordnet sein. Dementsprechend können Ausführungsformen konstruiert werden, in denen Schritte in einer anderen Reihenfolge als der veranschaulichten durchgeführt werden, wozu die gleichzeitige Durchführung einiger Schritte zählen kann, obwohl sie in veranschaulichenden Ausführungen als sequentielle Schritte gezeigt werden.
Die Verwendung von Ordinalbegriffen wie „erster”, „zweiter” in den Ansprüchen zum Modifizieren eines Anspruchselements bedeutet an sich nicht irgendeine(n) Priorität, Vorrang oder Reihenfolge eines Anspruchselements gegenüber einer weiteren oder der zeitlichen Reihenfolge, in der Schritte eines Verfahrens durchgeführt werden, sondern sie werden lediglich als Kennzeichnungen zum Unterscheiden eines Anspruchselements mit einem gewissen Namen von einem weiteren Element mit demselben Namen (aber zur Verwendung des Ordinalbegriffs) verwendet, um die Anspruchselemente zu unterscheiden.
[Industrielle Anwendbarkeit]
Das System und das Verfahren dieser Erfindung sind auf viele Arten von Gebieten anwendbar.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Zwischendarstellung eines Werkstücks, die einer Zwischenanweisung in einem Bearbeitungsanweisungssatz entspricht, der eine Bearbeitung des Werkstücks simuliert, das von einem zusammengesetzten adaptiven Abstandsfeld (cADF) repräsentiert wird, umfassend: Assoziieren einer Zelle im cADF mit einer Bearbeitungsanweisung, die beim Bilden einer zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks einen Typ der Zelle oder einen Typ eines Abstandsfelds in der Zelle verändert, um wenigstens Teil einer Assoziation herzustellen; Assoziieren des Abstandsfelds in der Zelle mit der Bearbeitungsanweisung, die den Typ des Abstandsfelds beim Bilden der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks verändert, um wenigstens einen Teil der Assoziation herzustellen; Identifizieren, unter Verwendung der Assoziation und als Reaktion auf den Erhalt eines Befehls zum Rückgängigmachen einer Simulation der Bearbeitung bis zur Zwischenbearbeitungsanweisung, einer Teilmenge von Zellen und einer Teilmenge von Abstandsfeldern, die die zusammengesetzte Oberfläche des Werkstücks zum Zeitpunkt der Simulation durch die Zwischenbearbeitungsanweisung bilden; und Bestimmen der Zwischendarstellung des Werkstücks unter Verwendung der Teilmenge von Zellen und der Teilmenge von Abstandsfeldern, wobei Schritte des Verfahrens von einem Prozessor durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Assoziation Nummern beinhaltet, die ein Ordnen des Bearbeitungsanweisungssatzes repräsentieren, deart dass die Nummer die Bearbeitungsanweisung mit der Zelle und mit dem Abstandsfeld assoziiert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Nummern Zeitstempel der Simulation gemäß den Bearbeitungsanweisungen beinhalten, derart dass der Zeitstempel der Bearbeitungsanweisung die Bearbeitungsanweisung mit der Zelle und mit dem Abstandsfeld assoziiert, die zum Zeitpunkt des Zeitstempels den Typ ändern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bearbeitungsanweisung mit einer Nummer gekennzeichnet ist, die ein Ordnen der Anweisungen in dem Maschinenanweisungssatz repräsentiert, und wobei die Assoziation einen Satz Zeitstempel beinhaltet, wobei jeder Zeitstempel eine spezifische Änderung des Typs der Zelle oder des Typs des Abstandsfelds aufzeichnet, und wobei der Satz Zeitstempel einen T_CB-Zeitstempel beinhaltet zum Aufzeichnen einer T_CB-Bearbeitungsanweisung, die durch eine Nummer T_CB bezeichnet ist, zum Ändern des Typs der Zelle von einer Blattzelle des inneren Typs zu einer Blattzelle des Begrenzungstyps, wobei der Satz Zeitstempel einen T_CI-Zeitstempel beinhaltet zum Aufzeichnen einer T_CI-Bearbeitungsanweisung, die durch eine Nummer T_CI bezeichnet ist, zum Ändern des Typs der Zelle von einer Blattzelle zu einer Zelle des Zwischentyps, wobei der Satz Zeitstempel einen T_CE-Zeitstempel beinhaltet zum Aufzeichnen einer T_CE-Bearbeitungsanweisung, die durch eineNummer T_CE bezeichnet ist und den Typ der Zelle zu einer Blattzelle des äußeren Typs verändert, wobei der Satz Zeitstempel einen T_SB-Zeitstempel beinhaltet zum Aufzeichnen einer T_SB-Bearbeitungsanweisung, die durch eine Nummer T_SB bezeichnet ist und veranlasst, dass ein von dem Abstandsfeld repräsentiertes Hüllvolumen anfängt, einen Teil der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks innerhalb der Zelle zu bilden, und wobei der Satz Zeitstempel einen T_SE-Zeitstempel beinhaltet zum Aufzeichnen einer T_SE-Bearbeitungsanweisung, die durch eine Nummer T_SE bezeichnet ist und veranlasst, dass das von dem Abstandsfeld repräsentierte Hüllvolumen aufhört, den Teil der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks innerhalb der Zelle zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner als Reaktion auf den Erhalt des Befehls zum Rückgängigmachen der Simulation der Bearbeitung bis zu der Zwischenbearbeitungsanweisung, die durch eine Nummer T bezeichnet ist, aufweist: Bestimmen einer ersten Teilmenge von Blattzellen des Begrenzungstyps, die mit der Nummer T_CB im T_CB-Zeitstempel und mit der Nummer T_CE im T_CE-Zeitstempel assoziiert ist, so dass T_CB ≤ T < T_CE; Bestimmen einer zweiten Teilmenge von Begrenzungszellen, die mit der Nummer T_CI im T_CI-Zeitstempel und mit der Nummer T_CE im T_CE-Zeitstempel assoziiert ist, so dass T_CI ≤ T < T_CE; Bilden der Teilmenge von Zellen als eine Kombination der ersten und der zweiten Teilmenge von Zellen und Bestimmen der Teilmenge von Abstandsfeldern unter Verwendung von Abstandsfeldern innerhalb der Teilmenge der Zellen.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner Folgendes aufweist: Rendern der Zwischendarstellung des Werkstücks auf Basis des Abstandsfeldsatzes.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Rendern Folgendes aufweist: Unterziehen der Teilmenge von Zellen einem Satz Strahlen, die aus wenigstens einer Richtung auf die Zelle einfallen; und Bestimmen der zusammengesetzten Oberfläche auf Basis des Schnitts der Strahlen mit Oberflächen, die von der Teilmenge von Abstandsfeldern repräsentiert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, das als Reaktion auf den Erhalt eines Befehls zum bleibenden Rückgängigmachen einer Darstellung des Werkstücks bis zu der Zwischenbearbeitungsanweisung, die durch eine Nummer T bezeichnet ist, ferner Folgendes aufweist: Bestimmen einer ersten Teilmenge von Zellen, die mit der Nummer T_CB in dem T_CB-Zeitstempel assoziiert ist, so dass T < T_CB; Zurücksetzen der Werte des T_CB-Zeitstempels, des T_CI-Zeitstempels und des T_CE-Zeitstempels für jede Zelle in der ersten Teilmenge; Dissoziieren jeder Zelle aus der ersten Teilmenge von Zellen mit jedem Abstandsfeld innerhalb der Zelle,; Bestimmen einer zweiten Teilmenge von Zellen, die mit der Nummer T_CB im T_CB-Zeitstempel assoziiert ist, mit der Nummer T_CI im T_CI-Zeitstempel assoziiert ist und mit der Nummer T_CE im T_CE-Zeitstempel assoziiert ist, so dass T_CB ≤ T < T_CI < T_CE; und Zurücksetzen der Werte des T_CI-Zeitstempels und des T_CE-Zeitstempels für jede Zelle in der zweiten Teilmenge.
Verfahren zum Bestimmen einer Zwischendarstellung eines Werkstücks, die einer Zwischenanweisung aus einem Satz Bearbeitungsanweisungen, die eine Bearbeitung des Werkstücks simulieren, entspricht, umfassend: Assoziieren jedes geometrischen Elements mit der Bearbeitungsanweisung, die einen Typ eines geometrischen Elements beim Bilden einer zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks verändert, um wenigstens einen Teil einer Assoziation herzustellen, so dass das geometrische Element mit wenigstens einer oder einer Kombination von einer Bearbeitungsanweisung, die das geometrische Element veranlasst, das Bilden eines Teils der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks zu beginnen, und einer Bearbeitungsanweisung, die das geometrische Element veranlasst, das Bilden des Teils der zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks zu beenden, assoziiert wird; Identifizieren, unter Verwendung der Assoziation und als Reaktion auf den Erhalt eines Befehls zum Rückgängigmachen einer Simulation der Bearbeitung zur Zwischenbearbeitungsanweisung, einer Teilmenge geometrischer Elemente, die die zusammengesetzte Oberfläche des Werkstücks zum Zeitpunkt der Simulation durch die Zwischenbearbeitungsanweisung bilden; und Bestimmen der Zwischendarstellung des Werkstücks unter Verwendung der Teilmenge geometrischer Elemente, wobei Schritte des Verfahrens von einem Prozessor durchgeführt weren.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Assoziation Nummern beinhaltet, die Ordnungen in dem Satz Bearbeitungsanweisungen repräsentieren, so dass eine Nummer einer Ordnung einer Bearbeitungsanweisung die Bearbeitungsanweisung mit den geometrischen Elementen assoziiert.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Nummern Zeitstempel der Simulation gemäß den Bearbeitungsanweisungen beinhalten, deart dass ein Zeitstempel einer Bearbeitungsanweisung die Bearbeitungsanweisung mit dem geometrischen Element assoziiert, das am Zeitstempel den Typ ändert.
Simulationssystem für die numerisch gesteuerte (NC) maschinelle Bearbeitung, umfassend: einen Speicher, der ein CAD-(rechnerunterstützte Konstruktion)-Modell eines Werkstücks speichert; eine NC-Bearbeitungskonsole zum Bestimmen eines Bearbeitungsanweisungssatzes; einen Prozessor zum Simulieren der Bearbeitung eines Werkstücks gemäß den Bearbeitungsanweisungen, wobei der Prozessor jedes geometrische Element mit der Bearbeitungsanweisung assoziiert, die einen Typ eines geometrischen Elements beim Bilden einer zusammengesetzten Oberfläche des Werkstücks verändert, um eine Assoziation herzustellen; und eine Anzeigevorrichtung, wobei der Prozessor konfiguriert ist zum Rendern einer Zwischendarstellung des bearbeiteten Werkstücks entsprechend einer Zwischenbearbeitungsanweisung auf Basis der Assoziation.