DE112020001157T5

DE112020001157T5 - Vorrichtung zur Evaluierung der Textur einer bearbeiteten Oberfläche, Verfahren zur Evaluierung der Textur einer bearbeiteten Oberfläche und Vorrichtung zum maschinellen Lernen

Info

Publication number: DE112020001157T5
Application number: DE112020001157.7T
Authority: DE
Inventors: Akira Miyata; Masato Tsukamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2021-11-25
Also published as: WO2020184460A1; WO2020183579A1; CN113557484B; JPWO2020184460A1; CN113557484A; JP6880336B2

Abstract

Eine Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung (100) umfasst eine Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit (10), bei er es sich um eine Simulationsfunktionseinheit handelt, die eine Simulation der Bewegung eines Schneidkantenhüllkurvenformmodells (15a) relativ zu einem Werkstückformmodell durchführt und den Bereich des Werkstückformmodells, durch den das Schneidkantenhüllkurvenformmodell (15a) während der Simulation hindurchgeht, von dem Werkstückformmodell subtrahiert, eine Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit (11), die auf Basis von Schneidkantenspezifikationen ein Distanzfeldmodell erzeugt, das ein Distanzfeld, das einen Abstand einer Bearbeitungsoberflächenform von einem Punkt im Raum darstellt, in Bezug auf eine Bearbeitungsoberflächenform repräsentiert, die auf dem Werkstück durch Schneiden des Werkstücks mit Hilfe der Schneidkante gebildet werden soll, eine Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit (12), die Offset-Kurvenflächendaten erzeugt, die eine Offset-Kurvenfläche repräsentieren, die so angeordnet ist, dass sie von einer bearbeiteten Oberfläche auf dem Werkstückformmodell in einem vorgegebenen Offset-Abstand beabstandet ist, und eine Evaluierungseinheit, die die Oberflächentextur durch Berechnen eines Wertes des Distanzfeldes an einem Punkt auf der Offset-Kurvenfläche gemäß dem Distanzfeldmodell evaluiert.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Evaluierung der Textur einer bearbeiteten Oberfläche (Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung) und ein Verfahren zur Evaluierung der Textur einer bearbeiteten Oberfläche (Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsverfahren) bei der spanenden Bearbeitung unter Verwendung eines Rotationswerkzeugs mittels Simulation, sowie eine Vorrichtung zum maschinellen Lernen (Maschinenlernvorrichtung).
Hintergrund
Bei einem spanenden Bearbeitungsverfahren mit einem Rotationswerkzeug bewegt sich das rotierende Werkzeug entlang eines Verfahrwegs, während es sich um eine Rotationsachse dreht, wobei seine Schneidkante dabei in das Werkstück schneidet und einen Teil der Oberfläche des Werkstücks abträgt. Auf diese Weise wird das Werkstück in die gewünschte Form gebracht. Die spanend bearbeitete Oberfläche, d. h. die Bearbeitungsoberfläche, des Werkstücks kann Bearbeitungsspuren aufweisen, bei denen es sich um feine Oberflächenunregelmäßigkeiten mit Zackengeometrie handelt. Die Beschaffenheit von auf der bearbeiteten Oberfläche vorhandenen Bearbeitungsspuren wirkt sich auf die Bearbeitungsqualität, wie beispielsweise die Oberflächenglätte des Werkstücks, aus. Die Beschaffenheit der bearbeiteten Oberfläche, die durch die Bearbeitung erhalten wird, kann im Folgenden als Oberflächentextur oder Textur der bearbeiteten Oberfläche bezeichnet werden. Die Textur der bearbeiteten Oberfläche wird üblicherweise durch visuelle Prüfung oder durch Messung der Oberflächenrauheit mit einer Kontaktsonde oder einer berührungslosen Sonde evaluiert.
Bearbeitungsspuren, die eine oben beschriebene Zackengeometrie annehmen, resultieren aus einer Kombination von zwei Faktoren. Ein erster Faktor bezieht sich auf einen Pick-Feed-Betrieb, bei dem der Bearbeitungsvorgang mit schrittweiser lateraler Verschiebung des Verfahrwegs durchgeführt wird, wodurch ein Streifenabschnitt zwischen benachbarten Verfahrwegen gebildet wird. Ein solcher Streifenabschnitt wird entlang der Pick-Feed-Richtung wiederholt erzeugt. Ein zweiter Faktor ist die Erzeugung eines Streifenabschnitts, der durch eine oder mehrere Schneidkanten des Rotationswerkzeugs verursacht wird, das intermittierend in das Werkstück schneidet und während der Rotation einen Teil des Werkstücks entfernt. Ein solcher Streifenabschnitt wird wiederholt entlang der Verfahrrichtung, d. h. der Vorschubrichtung, erzeugt. Wenn die Bearbeitung unter einer Bearbeitungsbedingung erfolgt, bei der sich das Rotationswerkzeug im Verhältnis zur Vorschubgeschwindigkeit des Rotationswerkzeugs schnell dreht, wird der erste Faktor dominant, sodass der zweite Faktor bei der Evaluierung der Bearbeitungsoberflächentextur oft unberücksichtigt bleibt. In den letzten Jahren wird jedoch eine Evaluierung der Textur der bearbeiteten Oberfläche gefordert, die auch den zweiten Faktor berücksichtigt, was den Trend zur Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit zur Reduzierung der Bearbeitungszeit und die Zunahme der Fälle widerspiegelt, in denen eine hohe Bearbeitungsqualität gefordert wird.
Die Fortschritte bei der Systematisierung in Fertigungsstätten haben zu einer verstärkten Nachfrage nach einer vorbereitenden Evaluierung der Textur der bearbeiteten Oberfläche durch Simulation geführt, ohne dass tatsächlich ein Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird. Daher wurden bereits verschiedene Methoden zur simulationsbasierten Evaluierung der Bearbeitungsoberflächentextur vorgeschlagen.
In Patentdokument 1 wird eine Vorrichtung offenbart, die die aus der Bearbeitung resultierende Form eines Werkstücks berechnet, indem sie die absolute Kantenposition der Schneidkante relativ zum Werkstück auf das Werkstück überträgt. Die Vorrichtung gemäß Patentdokument 1 berechnet die absolute Kantenposition auf Basis einer relativen Kantenposition der Schneidkante relativ zum Rotationszentrum des Rotationswerkzeugs und des Betrags der Verschiebung des Rotationszentrums. Mit der Vorrichtung gemäß Patentdokument 1 kann ein Kennwert, der die Textur der bearbeiteten Oberfläche repräsentiert, quantitativ in Erfahrung gebracht werden.
Liste der Zitate
Patentliteratur
Patentdokument 1: Japanische Patentschrift Nr. 5942423
Kurzbeschreibung
Technische Problemstellung
Die Vorrichtung gemäß dem oben aufgeführten Patendokument 1 repräsentiert die aus der Bearbeitung resultierende Form unter Verwendung von Punktfolgedaten entlang des Verfahrwegs, um einen Kennwert zu erhalten, der die Abweichung der Punktfolgedaten von der gewünschten bearbeiteten Form darstellt. Die Darstellung einer bearbeiteten Oberfläche mit Hilfe von Punktfolgedaten erfordert eine dichte Anordnung einer großen Anzahl von Punktfolgedaten. Daher erfordert die konventionelle Technologie gemäß dem oben aufgeführten Patendokument 1 eine große Datenmenge für eine hochgenaue Evaluierung der Bearbeitungsoberflächentextur. Die konventionelle Technologie gemäß dem oben aufgeführten Patendokument 1 erfordert auch einen hohen Rechenaufwand, um die Punktfolgedaten zu verarbeiten, die entsprechend der momentanen Bearbeitung fortlaufend aktualisiert werden. Wie oben beschrieben wurde, ist die herkömmliche Technologie problematisch, da eine Evaluierung der Bearbeitungsoberflächentextur mit hoher Genauigkeit und mit einem geringen Rechenaufwand schwierig ist.
Die vorliegende Erfindung entstand in Anbetracht der vorstehenden Ausführungen, wobei eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin besteht, eine Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, die Textur einer bearbeiteten Oberfläche mit hoher Genauigkeit und mit einem geringen Rechenaufwand zu evaluieren.
Lösung der Problemstellung
Um das obige Problem zu lösen und die Aufgabe zu erfüllen, evaluiert eine Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mittels Simulation die Oberflächentextur einer bearbeiteten Oberfläche, die gebildet werden soll, wenn ein Werkstück unter Verwendung eines Rotationswerkzeugs, das eine Schneidkante aufweist, spanend bearbeitet wird. Eine Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Simulationsfunktionseinheit, um die Bewegung eines Schneidkantenhüllkurvenformmodells relativ zu einem Werkstückformmodell zu simulieren und um von dem Werkstückformmodell den Bereich des Werkstückformmodells, durch den das Schneidkantenhüllkurvenformmodell während der Simulation hindurchgeht, zu subtrahieren, wobei das Schneidkantenhüllkurvenformmodell eine Hüllkurvenform repräsentiert, bei der es sich um eine dreidimensionale Form handelt, die von der Schneidkante durch Rotation des Rotationswerkzeugs nachgezeichnet wird, und wobei das Werkstückformmodell eine dreidimensionale Form des Werkstücks repräsentiert; eine Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit, um auf Basis von Spezifikationen der Schneidkante ein Distanzfeldmodell zu erzeugen, das ein Distanzfeld in Bezug auf eine Bearbeitungsoberflächenform repräsentiert, die auf dem Werkstück durch Schneiden des Werkstücks mit Hilfe der Schneidkante gebildet werden soll, wobei das Distanzfeld einen Abstand der Bearbeitungsoberflächenform von einem Punkt im Raum repräsentiert; eine Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit, um Offset-Kurvenflächendaten zu erzeugen, die eine Offset-Kurvenfläche repräsentierten, die so angeordnet ist, dass sie von einer bearbeiteten Oberfläche auf dem Werkstückformmodell in einem vorgegebenen Offset-Abstand beabstandet ist; und eine Evaluierungseinheit, um die Oberflächentextur durch Berechnen eines Wertes des Distanzfeldes an einem Punkt auf der Offset-Kurvenfläche gemäß dem Distanzfeldmodell zu evaluieren.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Eine Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass die Textur einer bearbeiteten Oberfläche mit hoher Genauigkeit und mit geringem Rechenaufwand evaluiert werden kann.
Figurenliste

1 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der funktionellen Konfiguration einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine erste Darstellung zur Beschreibung eines Vorgangs, der von einer Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit durchgeführt wird, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist.
3 zeigt eine zweite Darstellung zur Beschreibung eines Vorgangs, der von der Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit durchgeführt wird, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist.
4 zeigt eine erste Darstellung zur Beschreibung des Distanzfeldes einer Bearbeitungsoberflächenform, die von der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung zu evaluieren ist.
5 zeigt eine zweite Darstellung zur Beschreibung des Distanzfeldes einer Bearbeitungsoberflächenform, die von der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung zu evaluieren ist.
6 zeigt eine dritte Darstellung zur Beschreibung des Distanzfeldes einer Bearbeitungsoberflächenform, die von der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung zu evaluieren ist.
7 zeigt eine erste Darstellung zur Beschreibung von Offset-Kurvenflächendaten, die von einer Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit erzeugt wurden, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist.
8 zeigt eine zweite Darstellung zur Beschreibung von Offset-Kurvenflächendaten, die von einer Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit erzeugt wurden, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist.
9 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung eines Rendering-Prozesses, der von einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit durchgeführt wird, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist.
10 zeigt eine erste Darstellung zur Beschreibung der Berechnung eines Distanzfeldwertes, die von einer Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit durchgeführt wird, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist.
11 zeigt eine zweite Darstellung zur Beschreibung der Berechnung eines Distanzfeldwertes, die von einer Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit durchgeführt wird, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist.
12 zeigt eine dritte Darstellung zur Beschreibung der Berechnung eines Distanzfeldwertes, die von einer Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit durchgeführt wird, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist.
13 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung eines Verfahrens zur Berechnung eines Wertes des Distanzfeldes im dreidimensionalen Raum mit Hilfe einer Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist.
14 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Betriebsablaufs einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
15 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der funktionellen Konfiguration einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Betriebsablaufs einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
17 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung einer Verarbeitung, die von einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
18 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung einer Verarbeitung, die von einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
19 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Hardwarekonfiguration einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
20 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung eines Evaluierungssystems, das eine Vorrichtung zum maschinellen Lernen (Maschinenlernvorrichtung) aufweist, gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
21 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beispielkonfiguration für ein neuronales Netzwerk zur Verwendung beim Lernen der Maschinenlernvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden eine Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung, ein Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsverfahren und eine Maschinenlernvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass diese Ausführungsformen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken sollen.
Erste Ausführungsform
1 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der funktionellen Konfiguration einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 evaluiert durch Simulation die Oberflächentextur einer bearbeiteten Oberfläche für eine spanende Bearbeitung, die mit einer numerisch gesteuerten (NC) Werkzeugmaschine durchgeführt wird. Die NC-Werkzeugmaschine verwendet zum Schneiden eines Werkstücks ein Rotationswerkzeug mit einer oder mehreren Schneidkanten. Es wird bei der ersten Ausführungsform davon ausgegangen, dass das Rotationswerkzeug ein Kugelkopffräser ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die eine oder die mehreren Schneidkanten des Rotationswerkzeugs gemeinsam als Schneidkantenabschnitt bezeichnet werden können. Wie der Begriff hier verwendet wird, bezieht sich Schneidkante auf jede der einen oder mehreren Schneidkanten, die den Schneidkantenabschnitt bilden.
Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 umfasst Verarbeitungseinheiten, bei denen es sich um eine Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit 10, eine Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit 11, eine Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit 12 und eine Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit 21 handelt. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit 21 umfasst eine Distanzfeldmodell-Evaluierungseinheit 13 und eine Werkstückform-Visualisierungseinheit 14. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit 21 fungiert als Evaluierungseinheit, die die Oberflächentextur der bearbeiteten Oberfläche evaluiert. Diese Verarbeitungseinheiten werden später noch genauer beschrieben.
Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 umfasst auch Speichereinheiten, bei denen es sich um eine Werkzeugmodelldaten-Speichereinheit 15, eine Werkzeugverfahrwegdaten-Speichereinheit 16, eine Bearbeitungsbedingungsdaten-Speichereinheit 17, eine Werkstückformmodell-Speichereinheit 18, eine Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell-Speichereinheit 19 und eine Offset-Kurvenflächendaten-Speichereinheit 20 handelt. Die oben genannten Verarbeitungseinheiten beziehen sich auf die in den Speichereinheiten gespeicherten Daten oder führen deren Verarbeitung durch. Diese Datensätze werden später ausführlicher beschrieben.
Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 ist mit einer Vorrichtung verbunden, die einen Anzeigebildschirm 400 aufweist. Die den Anzeigebildschirm 400 aufweisende Vorrichtung ist eine externe Vorrichtung zur Darstellung eines gerenderten Bildes der Werkstückform, bei der es sich um die Form des Werkstücks handelt, auf dem Anzeigebildschirm 400. In 1 sind außer dem Anzeigebildschirm 400 der den Anzeigebildschirm 400 aufweisenden Vorrichtung andere Komponenten nicht dargestellt. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 umfasst ferner eine Eingabevorrichtung, durch die ein Benutzer die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 bedienen kann, sowie externe Eingabeeinrichtungen, die die Eingabe von Daten von einer externen Vorrichtung ermöglichen. Bei der Eingabevorrichtung handelt es sich um eine Tastatur, ein Zeigegerät oder dergleichen. Durch die Eingabe von Daten in die externen Eingabeeinrichtungen können Werkzeugbewegungsdaten, Bearbeitungsbedingungsdaten und eine anfängliche Form eines Werkstückformmodells in der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 festgelegt werden. In 1 sind die Eingabevorrichtung und die externen Eingabeeinrichtungen nicht dargestellt.
In der Werkzeugmodelldaten-Speichereinheit 15 sind Werkzeugmodelldaten gespeichert, die ein Schneidkantenhüllkurvenformmodell 15a und Schneidkantendetaildaten 15b umfassen. Das Schneidkantenhüllkurvenformmodell 15a ist ein Schneidkantenmodell, das die Hüllkurvenform des Schneidkantenabschnitts repräsentiert. Die Hüllkurvenform des Schneidkantenabschnitts ist eine dreidimensionale Form, die von dem Schneidkantenabschnitt durch Rotation des Rotationswerkzeugs nachgezeichnet wird. Im Falle eines Kugelkopffräsers ist die Hüllkurvenform des Schneidkantenabschnitts eine Form, die durch Verbinden einer Halbkugel mit dem unteren Ende eines Zylinders gebildet wird. Anders ausgedrückt handelt es sich bei der Hüllkurvenform um eine dreidimensionale Form, die durch Rotation einer durch die Außenkante des Schneidkantenabschnitts definierten Hüllkurvenlinie um die Drehachse des Rotationswerkzeugs entsteht. Die Hüllkurvenlinie ist eine Kurve, die durch die Außenkante des Schneidkantenabschnitts definiert ist, wenn das Profil des Schneidkantenabschnitts zweidimensional von der Seite betrachtet wird.
Bei den Schneidkantendetaildaten 15b handelt es sich um Daten zu detaillierten Spezifikationen in Bezug auf die Schneidkante(n), die in dem Schneidkantenabschnitt enthalten sind. Die Schneidkantendetaildaten 15b umfassen zumindest einen Parameter, der die Konfiguration des Schneidkantenabschnitts definiert, und einen Parameter, der die detaillierte Form der Schneidkante(n) definiert, wie beispielsweise die Anzahl der im Schneidkantenabschnitt enthaltenen Schneidkanten, den/die Positionswinkel der Schneidkante(n) und den/die Schrägungswinkel der Schneidkante(n).
Die Werkzeugverfahrwegdaten-Speichereinheit 16 speichert Verfahrwegdaten in Bezug auf das Rotationswerkzeug. Die Verfahrwegdaten sind Daten des Verfahrweges zum Bewegen des Rotationswerkzeugs relativ zum Werkstück. Die Verfahrwegdaten umfassen Daten über die Position und Daten über die Orientierung des Rotationswerkzeugs relativ zum Werkstück während des Bearbeitungsvorgangs.
Die Bearbeitungsbedingungsdaten-Speichereinheit 17 speichert die Bearbeitungsbedingungsdaten für die spanende Bearbeitung. Die Bearbeitungsbedingungsdaten umfassen zumindest Daten der Vorschubgeschwindigkeit des Rotationswerkzeugs und Daten der Rotationsgeschwindigkeit des Rotationswerkzeugs.
Die Werkstückformmodell-Speichereinheit 18 speichert ein Werkstückformmodell, das die dreidimensionale Form des Werkstücks repräsentiert. Bei dem Werkstückformmodell handelt es sich um Daten, die durch Simulation der unmittelbaren Form des Werkstücks vom Beginn bis zum Ende der Bearbeitung unter Verwendung eines dreidimensionalen Formmodells erzeugt wurden. Das Werkstückformmodell kann durch ein Begrenzungsflächenmodell (B-Rep) oder ein Voxelmodell dargestellt werden.
Die Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell-Speichereinheit 19 speichert ein Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell. Bei dem Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell handelt es sich um Daten, die das Distanzfeld der Form der bearbeiteten Oberfläche (im Folgenden: Bearbeitungsoberflächenform) repräsentieren. Bei der Rotation des Schneidkantenabschnitts während der Bewegung des Rotationswerkzeugs auf dem Werkstück entlang des Verfahrwegs führen die Schneidkanten das Schneiden an voneinander verschiedenen Positionen des Werkstücks aus. Bei dem Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell handelt es sich um Daten, die eine Feinform der bearbeiteten Oberfläche repräsentieren, die auf dem Werkstück beim Schneiden durch jede Schneide erscheint, sowie um ein Distanzfeldmodell, das eine detaillierte Form über die gesamte bearbeitete Oberfläche des Werkstücks repräsentiert. Die Feinform der bearbeiteten Oberfläche kann im Folgenden als Bearbeitungsoberflächenform auf pro-Schneidkanten-Basis oder als Detailform bezeichnet werden.
Die Offset-Kurvenflächendaten-Speichereinheit 20 speichert Offset-Kurvenflächendaten. Die Offset-Kurvenflächendaten sind Daten, die eine Offset-Kurvenfläche repräsentieren. Eine Offset-Kurvenfläche ist eine Kurvenfläche, die so angeordnet ist, dass sie von der bearbeiteten Oberfläche auf dem Werkstückformmodell um einen vorgegebenen Abstand entfernt ist.
Als Nächstes wird die Funktionsweise jeder der Verarbeitungseinheiten beschrieben, die in einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 enthalten sind. Die Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit 10 ist eine Simulationsfunktionseinheit, die in der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 enthalten ist. Die Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit 10 führt eine Simulation der Bewegung des Schneidkantenhüllkurvenformmodells 15a relativ zum Werkstückformmodell durch. Darüber hinaus subtrahiert die Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit 10 den Bereich des Werkstückformmodells, durch den das Schneidkantenhüllkurvenformmodell 15a während einer solchen Simulation hindurchgeht, von dem Werkstückformmodell. Die Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit 10 wiederholt eine Prozedur zur Aktualisierung des Werkstückformmodells basierend auf dem Ergebnis der Simulation. Die Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit 10 verwendet das Schneidkantenhüllkurvenformmodell 15a bei der Simulation, um eine vereinfachte Schneidsimulation durchzuführen, die eine gröbere und einfachere Simulation ist als die vorhergehende Simulation, die auf pro-Schneidkanten-Basis durchgeführt wird.
2 zeigt eine erste Darstellung zur Beschreibung eines Vorgangs, der von einer Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit durchgeführt wird, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist. 3 zeigt eine zweite Darstellung zur Beschreibung eines Vorgangs, der von der Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit durchgeführt wird, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist. Die Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit 10 liest das in der Werkzeugmodelldaten-Speichereinheit 15 gespeicherte Schneidkantenhüllkurvenformmodell 15a und ein in der Werkstückformmodell-Speichereinheit 18 gespeichertes Werkstückformmodell 18a. Wie in 2 dargestellt ist, repräsentiert das Schneidkantenhüllkurvenformmodell 15a die Hüllkurvenform des Schneidkantenabschnitts des Kugelkopffräsers mittels einer Kombination aus einem Zylinder und einer Halbkugel.
Die Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit 10 simuliert eine relative Bewegung des Schneidkantenhüllkurvenformmodells 15a relativ zum Werkstückformmodell 18a, die durch die Bewegung des Schneidkantenhüllkurvenformmodells 15a entlang des Verfahrwegs entsteht. Die Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit 10 ermittelt den Überlappungsbereich zwischen dem Bereich, durch den das Schneidkantenhüllkurvenformmodell 15a verlaufen würde, und dem Werkstückformmodell 18a, und subtrahiert den ermittelten Bereich von dem Werkstückformmodell 18a. Wie in 3 dargestellt ist, führt eine Simulation der Bewegung des in 2 dargestellten Schneidkantenhüllkurvenformmodells 15a zu einem Werkstückformmodell 18a, bei dem ein Teil des in 2 dargestellten Werkstückformmodells 18a weggeschnitten wurde. Die Werkstückformmodell-Speichereinheit 18 speichert das durch die Simulation erhaltene Werkstückformmodell 18a.
Die Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit 11 erzeugt ein detailliertes Distanzfeldmodell, d. h. das oben beschriebene Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell. Die Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit 11 erzeugt das Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell in Bezug auf die Form der bearbeiteten Oberfläche, die auf dem Werkstück durch Schneiden des Werkstücks mit jeder Schneidkante durch Rotation des Rotationswerkzeugs gebildet werden soll. Das Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell repräsentiert ein Distanzfeld, das den Abstand der Bearbeitungsoberflächenform von einem interessierenden Punkt darstellt, der ein Punkt im Raum ist. Die Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit 11 erzeugt das Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell auf Basis der Spezifikationen des Schneidkantenabschnitts, d. h. auf Basis der Schneidkantendetaildaten 15b, die aus der Werkzeugmodelldaten-Speichereinheit 15 gelesen werden.
Ein Distanzfeld ist in dieser Hinsicht eine Art von Skalarfeld, das in einem Raum gebildet wird, der das Zielobjekt enthält, und bezieht sich auf ein Skalarfeld, das einen Wert des Feldes an einem beliebigen interessierenden Punkt im Raum basierend auf dem Abstand von diesem interessierenden Punkt zur Oberfläche des Zielobjekts angibt. Ein Wert des Distanzfeldes, d. h. ein Abstandswert, wird in der Regel durch den kürzesten euklidischen Abstand zwischen einem interessierenden Punkt und der Oberfläche eines Zielobjekts oder durch einen Abstand angegeben, der im Wesentlichen dem kürzesten euklidischen Abstand entspricht. Die Verwendung eines vorzeichenbehafteten Entfernungswerts ermöglicht darüber hinaus die Unterscheidung, ob sich der interessierende Punkt innerhalb oder außerhalb der Form des Zielobjekts befindet. Die erste Ausführungsform geht davon aus, dass die Bestimmung, ob ein Abstandswert positiv oder negativ ist, nach der Regel erfolgt, dass ein Abstandswert negativ ist, wenn sich der interessierende Punkt innerhalb der Form eines Zielobjekts befindet, während ein Abstandswert positiv ist, wenn sich der interessierende Punkt außerhalb der Form des Zielobjekts befindet. Die Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit 11 verwendet bei der Erzeugung des Distanzfeldmodells einen vorzeichenbehafteten Abstand, der gemäß einer solchen Regel als positiv oder negativ bestimmt wird.
Das Distanzfeld kann mathematisch als eine einwertige Funktion d=f(P) verstanden werden, die von einem Raumpunkt P auf einen vorzeichenbehafteten Abstand d abbildet. Eine solche Funktion wird als Distanzfunktion bezeichnet. Aus technischer Sicht umfassen Distanzfunktionen abhängig von der Art der Form solche, die direkt durch eine mathematische Formel beschrieben werden können, wie z. B. ein Abstand von einem Punkt P zu einer Ebene oder zu einer sphärischen Oberfläche, und solche, die als Berechnungsverfahren unter Verwendung eines Computerprogramms beschrieben werden.
Kombinierte Operationen, die booleschen Formoperationen entsprechen, können für ein Paar von Distanzfeldern von zwei verschiedenen Formen definiert werden. Anhand der vorstehenden Vorzeichenregel werden die kombinierten Operationen, die verschiedenen booleschen Formoperationen entsprechen, durch die folgenden Ausdrücke ausgedrückt, wobei, jeweils an einem beliebigen Punkt P, distA(P) einen Wert des Distanzfeldes der Form „A“ darstellt und distB(P) einen Wert des Distanzfeldes der anderen Form „B“ bedeutet.
Forminversion (¬A): -distA(P)
Konjunktionsoperation (A∩B): max(distA(P), distB(P))
Disjunktionsoperation (AuB): min(distA(P), distB(P))
Subtraktionsoperation (A-B): max(distA(P), -distB(P))
Die spanende Bearbeitung ist ein Typ der materialabtragenden Bearbeitung, und die Form des Werkstücks nach der Bearbeitung ist daher die Form, die man erhält, wenn man von der Form des Werkstücks vor der Bearbeitung die Bereichsform des Bereichs subtrahiert, durch den der Schneidkantenabschnitt geführt wurde. Dies entspricht der booleschen Formsubtraktionsoperation. Die Erstellung von Distanzfeldern für jeweilige Formen und die anschließende Durchführung der kombinierten Operation, die der vorgenannten Subtraktionsoperation entspricht, ergibt das Distanzfeld für die Werkstückform nach der Bearbeitung.
Bei der ersten Ausführungsform evaluiert die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 die Oberflächentextur in Bezug auf die detaillierte Form der bearbeiteten Oberfläche, die durch den Schneidvorgang in die Werkstückform gebracht werden soll. In der Nähe einer solchen bearbeiteten Oberfläche ist bei den Distanzfeldern das dominierende Distanzfeld bei der Subtraktionsoperation das Distanzfeld der Bereichsform des Bereichs, durch den die Schneidkanten geführt wurden. In diesem Fall ist das Distanzfeld der Werkstückform vernachlässigbar, so dass die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 die Oberflächentextur evaluieren kann, indem sie nur das Distanzfeld berücksichtigt, das durch den zweiten Term der vorstehenden Subtraktionsoperation dargestellt wird, d. h. die „max“-Operation, was bedeutet, dass sie nur das Distanzfeld einer Form berücksichtigt, bei der es sich um die Inversion der Bereichsform des Bereichs handelt, durch den die Schneidkanten geführt wurden.
Ein Distanzfeld, das sich aus der Bearbeitungsoberflächenform auf pro-Schneidkanten-Basis ergibt, wird nun unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 beschrieben. 4 zeigt eine erste Darstellung zur Beschreibung eines Distanzfeldes einer Bearbeitungsoberflächenform, die von der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung zu evaluieren ist. 5 zeigt eine zweite Darstellung zur Beschreibung eines Distanzfeldes einer Bearbeitungsoberflächenform, die von der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung evaluiert werden soll. 6 zeigt eine dritte Darstellung zur Beschreibung eines Distanzfeldes einer Bearbeitungsoberflächenform, die von der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung evaluiert werden soll.
4 veranschaulicht einen Schneidkantenabschnitt 41 und ein Werkstück 43 in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Rotationswerkzeugs. Der Schneidkantenabschnitt 41 bewegt sich entlang eines Verfahrwegs 42, während er sich um die Rotationsachse dreht. Das Abtragen eines Oberflächenabschnitts des Werkstücks 43 durch jede Schneidkante des Schneidkantenabschnitts 41 führt zur Bildung einer bearbeiteten Oberfläche 44 auf dem Werkstück 43. Die bearbeitete Oberfläche 44 weist eine Detailform auf, bei der es sich um die Form der bearbeiteten Oberfläche auf pro-Schneidkanten-Basis handelt. In 4 repräsentiert die Detailform jede der konkav gekrümmten Formen, die von der Ortskurve des vorderen Endes jeder Schneidkante nachgezeichnet wird.
In 5, in der ein Punkt P1 und ein Punkt P2 jeweils als beliebiger Punkt P definiert sind, ist ein vorzeichenbehafteter Abstand d von dem Punkt P zu der bearbeiteten Oberfläche 44 eindeutig bestimmt. Der Abstand d1 ist der vorzeichenbehaftete Abstand d von dem Punkt P1 zu der bearbeiteten Oberfläche 44, und der Abstand d2 ist der vorzeichenbehaftete Abstand d von dem Punkt P2 zu der bearbeiteten Oberfläche 44. Ein Distanzfeld, das einen solchen vorzeichenbehafteten Abstand d als einen Wert des Feldes angibt, erzeugt das Distanzfeld der Detailform der bearbeiteten Oberfläche 44.
Wie oben dargestellt wird ein Distanzfeld durch eine Distanzfunktion beschrieben, beispielsweise d=f(P), die eine Beziehung zwischen einem Punkt P und dem Wert des vorzeichenbehafteten Abstands d angibt. Bei der ersten Ausführungsform erzeugt die Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit 11 auf Basis des willkürlich spezifizierten Punktes P Daten, die ein Verfahren zum Bestimmen eines Werts der Distanzfunktion f(P) beschreiben, die das Distanzfeld der Detailform repräsentiert. Ein Verfahren zum Bestimmen eines Werts der Distanzfunktion f(P) stellt das Verfahren zum Berechnen eines Werts der Distanzfunktion f(P) unter Verwendung eines Computerprogramms dar. Die Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit 11 erzeugt daher das Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell, bei dem es sich um die Daten handelt, die ein Verfahren zur Bestimmung eines Wertes der Distanzfunktion f(P) beschreiben. Die Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell-Speichereinheit 19 speichert das Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell, das von der Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit 11 erzeugt wurde.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Distanzfunktion f(P), die das Distanzfeld der Detailform repräsentiert, wie in 6 dargestellt ist, durch f(P)=-g(P) gegeben ist, d. h. durch eine Funktion mit umgekehrtem Vorzeichen in Bezug auf eine Distanzfunktion g(P), wobei g(P) das Distanzfeld einer Bereichsform 46 während einer trochoidalen Bewegung repräsentiert, die eine kombinierte Bewegung der Rotation des Schneidkantenabschnitts 41 und der Bewegung des Rotationswerkzeugs relativ zum Werkstück ist. Die Bereichsform 46 ist die Form des Bereichs, durch den ein Rotationsradius 45 verläuft, wobei der Rotationsradius 45 ein Rotationsradius ist, der die Rotationsachse C des Schneidkantenabschnitts 41 mit dem vorderen Ende B jeder Schneidkante verbindet. Wenn der Schneidkantenabschnitt 41 mehrere Schneidkanten umfasst, wird die Distanzfunktion, die das Distanzfeld der Bereichsform 46 darstellt, für den Rotationsradius jeder Schneidkante erhalten, und die Distanzfunktion g(P) wird durch eine „min“-Operation an den Distanzfunktionen für die jeweiligen Schneidkanten erhalten. Die „min“-Operation ist eine kombinierte Operation, die der vorangehenden Disjunktionsoperation entspricht, die eine boolesche Formoperation ist.
Die Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit 12 erzeugt Offset-Kurvenflächendaten, die eine versetzte gekrümmte Oberfläche repräsentieren. Die Offset-Kurvenfläche ist eine Kurvenfläche, die so angeordnet ist, dass sie um einen vorgegebenen Offset-Abstand von einer spezifizierten bearbeiteten Oberfläche auf dem Werkstückformmodell 18a nach der Bearbeitung entfernt ist, das von der Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit 10 erzeugt wurde.
7 zeigt eine erste Darstellung zur Beschreibung von Offset-Kurvenflächendaten, die von einer Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit erzeugt wurden, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist. 8 zeigt eine zweite Darstellung zur Beschreibung von Offset-Kurvenflächendaten, die von einer Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit erzeugt wurden, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist.
7 zeigt das Werkstückformmodell 18a und das Schneidkantenhüllkurvenformmodell 15a in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Rotationswerkzeugs. 8 zeigt eine geometrische Beziehung zwischen einer bearbeiteten Oberfläche 51 und einer Offset-Kurvenfläche 20a auf dem Werkstückformmodell 18a in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Rotationswerkzeugs. Wie in 7 dargestellt ist, führt die Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit 10 eine Simulation der Bewegung des Schneidkantenhüllkurvenformmodells 15a entlang des Verfahrwegs 42 relativ zum Werkstückformmodell 18a durch. Eine solche Simulation erzeugt die bearbeitete Oberfläche 51 auf dem Werkstückformmodell 18a. Wie in 8 dargestellt ist, ist die Offset-Kurvenfläche 20a eine gekrümmte Fläche, die von der bearbeiteten Fläche 51 um einen Offset-Abstand h entfernt ist. Die Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit 12 erzeugt die Offset-Kurvenflächendaten auf Basis der Daten der bearbeiteten Fläche 51 und des Offset-Abstands h, der separat berechnet wird.
Die Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit 12 berechnet den Offset-Abstand h auf Basis der Werte des Radius des Schneidkantenabschnitts 41, der Anzahl der in dem Schneidkantenabschnitt 41 enthaltenen Schneidkanten, der Drehzahl des Rotationswerkzeugs und der Vorschubgeschwindigkeit des Rotationswerkzeugs. Der Radius des Schneidkantenabschnitts 41 ist definiert als Radius eines Kreises, der durch das vordere Ende einer jeden Schneidkante verläuft. Bei dem Kreis, der durch das vordere Ende einer jeden Schneidkante verläuft, fällt der Mittelpunkt mit der Rotationsachse des Rotationswerkzeugs zusammen. Die Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit 12 erhält die Werte des Radius des Schneidkantenabschnitts 41 und der Anzahl der Schneidkanten aus den Schneidkantendetaildaten 15b, die aus der Werkzeugmodelldaten-Speichereinheit 15 ausgelesen werden. Die Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit 12 erhält die Werte der Rotationsgeschwindigkeit des Rotationswerkzeugs und der Vorschubgeschwindigkeit des Rotationswerkzeugs aus den Bearbeitungsbedingungsdaten, die aus der Bearbeitungsbedingungsdaten-Speichereinheit 17 ausgelesen werden.
Die Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit 12 berechnet den Offset-Abstand h, der eine nominale Zackenhöhe darstellt, unter Verwendung der nachstehenden Gleichung (1). Es wird darauf hingewiesen, dass in Gleichung (1) R den Radius der Form des Schneidkantenabschnitts 41 darstellt und fz die Vorschubgeschwindigkeit des Schneidkantenabschnitts 41 pro Schneidkante bedeutet. Der Wert fz wird anhand der Beziehung fz=F/(nxS) berechnet, wobei F die Vorschubgeschwindigkeit des Rotationswerkzeugs, n die Anzahl der im Schneidkantenabschnitt 41 enthaltenen Schneidkanten und S die Rotationsgeschwindigkeit des Rotationswerkzeugs ist. Der Wert von F wird in mm/min und der Wert von S in U/min angegeben.
[Formel 1] $h = R - \sqrt{R^{2} - \frac{{fz}^{2}}{4}} ≅ \frac{{fz}^{2}}{8}$
Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit 21 erzeugt ein Bild, das das Ergebnis der Evaluierung der Bearbeitungsoberflächentextur veranschaulicht. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit 21 überlagert das Bild, das das Evaluierungsergebnis zeigt, mit einem gerenderten Bild der Werkstückform durch ein Zusammenwirken der Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 und der Distanzfeldmodell-Evaluierungseinheit 13.
Die Funktionsweise der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit 21 wird nun genauer beschrieben. Die Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 erzeugt ein gerendertes Bild, das eine dreidimensionale Form darstellt, bei der es sich um das Werkstückformmodell 18a handelt, basierend auf dem Werkstückformmodell 18a, das aus der Werkstückformmodell-Speichereinheit 18 ausgelesen wurde. Die Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 erzeugt das gerenderte Bild unter Verwendung einer üblichen Technik für Computergrafiken auf Basis einer vorgegebenen Blickrichtung, einer vorgegebenen Lichtsituation und einer vorgegebenen Anzeigefarbe für die Werkstückform. Bei der Lichtsituation handelt es sich um eine Bedingung wie beispielsweise die Richtung der Lichtquelle oder die Lichtintensität.
Die Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 berechnet die Position eines Punktes Ph während einer Prozedur zur Bestimmung der Farbe und der Helligkeit jedes Pixels in dem gerenderten Bild. Ein Punkt Ph ist ein Punkt, der von einem Punkt P auf der bearbeiteten Oberfläche, der jedem Pixel in dem gerenderten Bild entspricht, um den oben genannten Offset-Abstand h entlang der Normalenrichtung der bearbeiteten Oberfläche entfernt ist, wobei es sich um einen Punkt auf der Offset-Kurvenfläche 20a handelt, der dem Punkt P entspricht. Die Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 bestimmt die Position des Punktes Ph auf Basis der Offset-Kurvenflächendaten, die aus der Offset-Kurvenflächendaten-Speichereinheit 20 ausgelesen werden. Die Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 gibt die Positionsdaten des ermittelten Punktes Ph an die Distanzfeldmodell-Evaluierungseinheit 13 aus.
Die Distanzfeldmodell-Evaluierungseinheit 13 liest das Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell aus der Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell-Speichereinheit 19 aus. Die Distanzfeldmodell-Evaluierungseinheit 13 berechnet einen Wert f(Ph) des Distanzfeldes an dem Punkt Ph gemäß dem im Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell beschriebenen Verfahren. Die Distanzfeldmodell-Evaluierungseinheit 13 gibt den durch die Berechnung erhaltenen Wert f(Ph) an die Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 aus.
Die Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 bestimmt den Farbtonkontrast in Abhängigkeit vom Wert f(Ph) für die Anzeigefarbe, die in Bezug auf das Ergebnis der Evaluierung der Oberflächentextur vorgegeben ist. Die Anzeigefarbe für das Evaluierungsergebnis erhält einen anderen Farbwert als die Anzeigefarbe für die Werkstückform. Die Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 bestimmt den Farbtonkontrast der Anzeigefarbe für das Evaluierungsergebnis anhand des Betrags des Wertes f(Ph). Der Betrag des Wertes f(Ph) ist ein Betrag, der berücksichtigt, ob der Wert f(Ph) positiv oder negativ ist. Dadurch kann die Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 ein Bild mit einem Farbtonkontrast erzeugen, der von der Größe des Wertes f(Ph) abhängt. Die Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 gibt an den Anzeigebildschirm 400 Anzeigedaten aus, die durch Überlagerung des Bildes des Evaluierungsergebnisses mit dem gerenderten Bild des Werkstückformmodells 18a erhalten werden.
9 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung eines Rendering-Prozesses, der von einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit durchgeführt wird, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist. Die Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 berechnet die Position des Punktes Ph, bei dem es sich um den Punkt auf der Offset-Kurvenfläche 20a handelt, der dem Punkt P entspricht. In 9 handelt es sich bei den den Punkt 53, den Punkt 54 und den Punkt 55 umfassenden Punkten jeweils um einen Punkt Ph, der ein zugehöriger Punkt ist, der zu dem Punkt P gehört. Der Punkt 53, der Punkt 54 und der Punkt 55 werden als zugehöriger Punkt Ph1, Punkt Ph2 bzw. Punkt Ph3 bezeichnet. Ein Punkt P auf der bearbeiteten Oberfläche 51 ist ein Punkt, der einem Pixel in dem gerenderten Bild der dreidimensionalen Form des Werkstückformmodells 18a entspricht. Bei dem Punkt Ph1, dem Punkt Ph2 und dem Punkt Ph3 handelt es sich jeweils um einen zugehörigen Punkt, der zu dem Punkt P gehört, wobei es sich jeweils um den Punkt Ph auf der Offset-Kurvenfläche 20a handelt, die so angeordnet ist, dass sie in einem Offset-Abstand h von der bearbeiteten Oberfläche 51 beabstandet ist.
Die Distanzfeldmodell-Evaluierungseinheit 13 berechnet den Wert f(Ph1), den Wert f(Ph2) und den Wert f(Ph3) des Distanzfeldes am Punkt Ph1, am Punkt Ph2 bzw. am Punkt Ph3 gemäß dem im Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell beschriebenen Verfahren. Der Wert f(Ph1), der Wert f(Ph2) und der Wert f(Ph3) repräsentieren jeweils einen vorzeichenbehafteten Wert des Abstands zur bearbeiteten Oberfläche 44, die eine detaillierte Form auf pro-Schneidkanten-Basis besitzt. Die Distanzfeldmodell-Evaluierungseinheit 13 bestimmt den vorzeichenbehafteten Abstandswert für jedes Pixel, wobei es sich um einen projizierten Punkt der bearbeiteten Oberfläche 51 handelt. Die Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 erzeugt auf Basis der Berechnungsergebnisse der vorzeichenbehafteten Abstandswerte für die bearbeitete Oberfläche 44 ein Bild des Evaluierungsergebnisses mit einem Farbtonkontrast, der dem vorzeichenbehafteten Abstandswert entspricht. Auf diese Weise erhält die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit 21 Daten der vorzeichenbehafteten Abstandswerte für die bearbeitete Oberfläche 44 und evaluiert die Oberflächentextur der bearbeiteten Oberfläche 44. Darüber hinaus gibt die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit 21 an die den Anzeigebildschirm 400 enthaltende Vorrichtung Anzeigedaten aus, die durch Überlagerung des Bildes des Evaluierungsergebnisses mit dem gerenderten Bild des Werkstückformmodells 18a erhalten werden. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 gibt demnach das Ergebnis der Evaluierung der Bearbeitungsoberflächentextur an die den Anzeigebildschirm 400 enthaltende Vorrichtung aus.
Der Anzeigebildschirm 400 zeigt ein Bild, das durch Überlagerung des Bildes des Evaluierungsergebnisses mit dem gerenderten Bild des Werkstückformmodells 18a erhalten wird, auf Basis der Anzeigedaten an, die von der Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 eingegeben wurden. Der Anzeigebildschirm 400 zeigt ein Bild der Werkstückform an, das ein Streifenmuster mit variierendem Farbtonkontrast aufweist, das die Verteilung der feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten widerspiegelt. Durch die Anzeige eines solchen Bildes präsentiert der Anzeigebildschirm 400 einer Bedienperson das Ergebnis der Evaluierung der Bearbeitungsoberflächentextur. Die Bedienperson kann durch Betrachten des auf dem Anzeigebildschirm 400 angezeigten Bildes das Muster der feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten und das Ausmaß der Oberflächenunregelmäßigkeiten auf der bearbeiteten Oberfläche 44 erkennen. Die Bedienperson kann das Ergebnis der Evaluierung der Bearbeitungsoberflächentextur anhand des auf dem Anzeigebildschirm 400 angezeigten Bildes erkennen. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 kann das Ergebnis der Evaluierung der Bearbeitungsoberflächentextur in einer visuell leicht erkennbaren Weise darstellen.
Es wird nun ein spezielles Verfahren zur Berechnung eines Funktionswertes der Distanzfunktion f(P), die das Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodel beschreibt, in Bezug auf einen willkürlich festgelegten Punkt P beschrieben. In der Nähe der bearbeiteten Oberfläche 44 kann die Funktion f(P), wie oben beschrieben wurde, durch eine Funktion mit in Bezug auf die Distanzfunktion g(P) umgekehrtem Vorzeichen erhalten werden, wobei die Distanzfunktion g(P) das Distanzfeld der Bereichsform darstellt, die erzeugt wird, wenn der Rotationsradius CB jeder Schneidkante hindurchgeht. Es wird hier daher ein Verfahren zur Berechnung eines Funktionswertes von g(P) beschrieben.
10 zeigt eine erste Darstellung zur Beschreibung der Berechnung eines Distanzfeldwertes, die von einer Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit durchgeführt wird, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist. 11 zeigt eine zweite Darstellung zur Beschreibung der Distanzfeldwertberechnung, die von einer Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit durchgeführt wird, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist. 12 zeigt eine dritte Darstellung zur Beschreibung der Berechnung des Distanzfeldwertes, die von einer Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit durchgeführt wird, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist.
Das in 10 dargestellte Koordinatensystem 71 ist ein an dem Werkstück fixiertes Weltkoordinatensystem Σw. In 10 sind eine Xw-Achse und eine Yw-Achse dargestellt, die zwei der drei Koordinatenachsen sind, die das Weltkoordinatensystem Σw definieren. Darüber hinaus wird ein Koordinatensystem 72 durch Koordinatenachsen festgelegt, die an dem Schneidkantenabschnitt 41 fixiert sind, wobei es sich um ein schneidkantenfixiertes Koordinatensystem Σc handelt, das sich mit der Rotation des Schneidkantenabschnitts 41 um die Rotationsachse und der Bewegung des Schneidkantenabschnitts 41 bewegt. Die Koordinatenachsen des schneidkantenfixierten Koordinatensystems Σc sind so angeordnet, dass der Rotationsradius CB der interessierenden Schneidkante mit der X-Achse ausgerichtet ist. 10 veranschaulicht eine Xc-Achse und eine Yc-Achse, die zwei der drei Koordinatenachsen sind, die das schneidkantenfixierte Koordinatensystem Σc definieren.
Es wird angenommen, dass sich der Schneidkantenabschnitt 41 in Richtung der X-Achse des Weltkoordinatensystems Σw bewegt. Der Punkt 73 ist ein im Weltkoordinatensystem Σw festgelegter Punkt P. Wenn der Punkt P vom schneidkantenfixierten Koordinatensystem Σc aus betrachtet wird, folgt der Punkt P einer spiralförmigen Trajektorie 74, die einen Zeitparameter t aufweist, wie in 11 dargestellt ist.
Eine Distanzfunktion, die einen Wert des Distanzfeldes repräsentiert, ist eine Funktion zur Berechnung eines Distanzfeldwertes auf Basis der Trajektorie 74, die von einem im Koordinatensystem 71 angegebenen Punkt P durchlaufen wird, wenn dieser Punkt P während einer kombinierten Bewegung der Rotation des Rotationswerkzeugs und der Bewegung des Rotationswerkzeugs relativ zum Werkstück vom Koordinatensystem 72 aus betrachtet wird, das sich mit der Rotation des Rotationswerkzeugs bewegt. Die Kurve, die die Trajektorie 74 repräsentiert, wird im Folgenden als inverse Bahnkurve Q(t) des Punktes P bezeichnet.
In 11 kreuzt die inverse Bahnkurve Q(t) des Punktes P die X-Achse des schneidkantenfixierten Koordinatensystems Σc an einem Ortspunkt A1, der an dem Punkt 75 liegt, und an einem Ortspunkt A2, der an dem Punkt 76 liegt. Von dem Ortspunkt A1 und dem Ortspunkt A2 kreuzt die inverse Bahnkurve Q(t) den Rotationsradius CB im Ortspunkt A1. Wenn die inverse Bahnkurve Q(t) den Rotationsradius CB mindestens ein oder mehrere Male kreuzt, zeigt dies an, dass der Punkt P innerhalb der Bereichsform 46 liegt, die durch Passieren des Rotationsradius CB während der trochoidalen Bewegung des Schneidkantenabschnitts 41 erzeugt wird. Diese Bereichsform 46 ist die in 6 dargestellte Bereichsform 46. Wenn die inverse Bahnkurve Q(t) dagegen nur einen Verlängerungsabschnitt des Rotationsradius CB kreuzt, zeigt dies an, dass der Punkt P außerhalb der Bereichsform 46 positioniert ist, die durch Passieren des Rotationsradius CB erzeugt wird.
Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Schneidkantenabschnitts 41 im Vergleich zur Verfahrgeschwindigkeit, d. h. der Vorschubgeschwindigkeit, des Schneidkantenabschnitts 41 ausreichend hoch ist, kann der Absolutwert |g(P)| durch einen Abstand |A bis B| zwischen einem Ortspunkt A und der Vorderkante B der betrachteten Schneidkante angenähert werden, wobei der Ortspunkt A der Ortspunkt ist, an dem die inverse Bahnkurve Q(t) die X-Achse des schneidkantenfixierten Koordinatensystems Σc kreuzt. Der Absolutwert |g(P)| ist der Absolutwert des Wertes des Distanzfeldes der Bereichsform 46 an einem Punkt P. Ob ein Wert von g(P) gemäß der vorstehenden Regel positiv oder negativ ist, wird dadurch bestimmt, ob der Ortspunkt, der der interessierende Punkt ist, innerhalb der Form des Zielobjekts liegt. Wenn die inverse Bahnkurve Q(t) die X-Achse des schneidkantenfixierten Koordinatensystems Σc an mehreren Ortspunkten kreuzt, wird für jeden der mehreren Ortspunkte, d. h. den Ortspunkt A1, den Ortspunkt A2, ..., einen Ortspunkt Ak, ...., ein vorzeichenbehafteter Abstand „Ak zu B“ bestimmt. Gemäß der Regel des vorzeichenbehafteten Abstands, die besagt, dass das Innere der Form des Zielobjekts einen negativen Wert ergibt, ist die Frage, ob ein Wert von g(P) positiv oder negativ ist, gleichbedeutend mit der Frage, ob der Minimalwert unter den erhaltenen vorzeichenbehafteten Abständen positiv oder negativ ist, d. h. ob der Wert des vorzeichenbehafteten Abstands, der am nächsten an -oo liegt, positiv oder negativ ist.
Wenn ein genauerer Wert von g(P) erforderlich ist, insbesondere bei einer Bearbeitung mit einer höheren Vorschubgeschwindigkeit, kann ein genauerer Wert von g(P) unter Verwendung einer in 12 veranschaulichten Methode berechnet werden. Wie in 12 dargestellt wird der Absolutwert von g(P) durch |g(P)|=|Q(tx) bis B| berechnet, wobei Q(tx) einen Punkt 81 darstellt, der die Position auf der inversen Bahnkurve Q(t) zu dem Zeitpunkt repräsentiert, an dem die inverse Bahnkurve Q(t) dem vorderen Ende B der betrachteten Schneidkante lokal am Nächsten kommt. Ob ein Wert von g(P) positiv oder negativ ist, hängt davon ab, ob die inverse Bahnkurve Q(t) den Rotationsradius CB kreuzt.
Die vorstehende Beschreibung erfolgte im Zusammenhang mit einem Funktionsprinzip, das in einem zweidimensionalen Raum angewandt wird, der in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Rotationswerkzeugs betrachtet wird. 13 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung eines Verfahrens zur Berechnung eines Wertes des Distanzfeldes im dreidimensionalen Raum mit Hilfe einer Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung enthalten ist. Um ein Distanzfeld im dreidimensionalen Raum zu untersuchen, wird das vordere Ende B jeder Schneidkante eines Kugelkopffräsers, wie in 13 dargestellt ist, durch eine Kurve 91 auf der Hüllkurve des Schneidkantenabschnitts 41 dargestellt. Ein genauer Wert von g(P) wird demnach auf Basis von Q(tx) berechnet, das die Position auf der inversen Bahnkurve Q(t) in dem Moment darstellt, in dem die inverse Bahnkurve Q(t) der Kurve 91, die das vordere Ende B der betreffenden Schneidkante darstellt, lokal am Nächsten kommt. Außerdem entspricht der Rotationsradius CB einem Liniensegment 92, das die Rotationsachse und die Kurve 91 im zylindrischen Teil verbindet, und einem Liniensegment 93, das den halbkugelförmigen Mittelpunkt und die Kurve 91 der Halbkugel im unteren Teil verbindet.
Wie oben beschrieben wurde, kann die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 auf einfache Weise einen Wert des Distanzfeldes einer Detailbearbeitungsoberfläche unter Berücksichtigung der Feinstruktur der Oberflächenunregelmäßigkeiten auf pro-Schneidkanten-Basis basierend auf einem einheitlichen Prinzip unter Verwendung einer inversen Bahnkurve berechnen. Mit der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 kann eine erhebliche Verringerung der erforderlichen Datenmenge im Vergleich dazu erreicht werden, dass ein Kennwert der Bearbeitungsoberflächentextur mit der durch Punktfolgedaten repräsentierten bearbeiteten Oberfläche erhalten wird. Aufgrund der erheblichen Verringerung der Datenmenge kann die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 die Bearbeitungsoberflächentextur mit einem geringeren Rechenaufwand evaluieren.
14 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Betriebsablaufs der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. In Schritt S1 führt die Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit 10 eine einfache Schneidsimulation aus, die die Bewegung des Schneidkantenhüllkurvenformmodells 15a relativ zu dem Werkstückformmodell 18a simuliert. Die Werkstückformmodell-Speichereinheit 18 speichert das Werkstückformmodell, das das Ergebnis der in Schritt S1 durchgeführten Simulation ist.
In Schritt S2 erzeugt die Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit 11 ein Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell. Die Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit 11 erzeugt ein Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell, das ein Verfahren zur Bestimmung des Wertes des Distanzfeldes der Detailform am Raumpunkt P beschreibt. Die Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell-Speichereinheit 19 speichert das in Schritt S2 erzeugte Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell.
In Schritt S3 berechnet die Distanzfeldmodell-Evaluierungseinheit 13 den Wert des Distanzfeldes an einer Position auf der Offset-Kurvenfläche 20a. Die Distanzfeldmodell-Evaluierungseinheit 13 erhält Positionsdaten eines Punktes Ph auf der Offset-Kurvenfläche 20a von der Werkstückform-Visualisierungseinheit 14. Die Distanzfeldmodell-Evaluierungseinheit 13 bestimmt den Wert des Distanzfeldes der detaillierten Form an dem Punkt Ph gemäß dem im Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell beschriebenen Verfahren. Die Distanzfeldmodell-Evaluierungseinheit 13 gibt den Wert des ermittelten Distanzfeldes an die Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 aus.
Die Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 erzeugt Anzeigedaten, die durch Überlagerung des Bildes des Evaluierungsergebnisses mit dem gerenderten Bild des Werkstückformmodells erhalten werden, und gibt die erzeugten Anzeigedaten an die den Anzeigebildschirm 400 enthaltende Vorrichtung aus. In Schritt S4 zeigt die Vorrichtung, die den Anzeigebildschirm 400 aufweist, auf dem Anzeigebildschirm 400 ein Bild, das durch Überlagerung des Bildes des Evaluierungsergebnisses mit dem gerenderten Bild des Werkstückformmodells erhalten wird, auf Basis der empfangenen Anzeigedaten an.
Gemäß der ersten Ausführungsform berechnet und visualisiert die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 auf Basis der Form, die sich aus der einfachen Schneidsimulation ergibt, die mit einem geringen Rechenaufwand durchgeführt werden kann, den Wert des dreidimensionalen Distanzfeldes einer Detailbearbeitungsoberflächenform auf einer in Bezug auf diese Form Offset-Kurvenfläche. Somit bietet die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 den Vorteil, dass die Bearbeitungsoberflächentextur mit hoher Genauigkeit und geringem Rechenaufwand evaluiert werden kann.
Zweite Ausführungsform
15 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der funktionellen Konfiguration einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass sie eine Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 anstelle der Distanzfeldmodell-Evaluierungseinheit 13 und der Werkstückform-Visualisierungseinheit 14 enthält, die in 1 dargestellt sind. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich ferner von der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform durch die Ausgabe eines Kennwertes für die Oberflächentextur anstelle der Ausgabe von Anzeigedaten. Bei der Beschreibung der zweiten Ausführungsform sind Komponenten, die mit den oben beschriebenen Komponenten der ersten Ausführungsform identisch sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei sich die folgende Beschreibung hauptsächlich auf Komponenten bezieht, die sich von den Komponenten der ersten Ausführungsform unterscheiden.
Bei der zweiten Ausführungsform gibt die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 eine Oberflächentextur-Kennwertdatei 401, die Kennwertdaten der Oberflächentextur enthält, an eine externe Vorrichtung aus. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 kann die Kennwertdaten an eine externe Vorrichtung ausgeben, die einen in 1 dargestellten Anzeigebildschirm 400 aufweist, um der Bedienperson den Kennwert durch Anzeigen auf dem Anzeigebildschirm 400 zu präsentieren. Die Operationen, die von den anderen Verarbeitungseinheiten als der Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 durchgeführt werden, und die Inhalte der in den Speichereinheiten gespeicherten Daten sind ähnlich wie die entsprechenden Operationen und die entsprechenden Inhalte der ersten Ausführungsform.
Als Nächstes wird die Funktionsweise der Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 beschrieben. Die Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 fungiert als Evaluierungseinheit, die die Oberflächentextur evaluiert, indem sie einen Wert des Distanzfelds an einem Punkt auf einer Offset-Kurvenfläche gemäß einem Distanzfeldmodell berechnet.
Die Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 liest die Offset-Kurvenflächendaten aus der Offset-Kurvenflächendaten-Speichereinheit 20 aus. Die Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 liest auch das Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell aus der Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell-Speichereinheit 19 aus. Die Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 analysiert Daten, die in dem Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell beschrieben sind und ein Verfahren zum Erhalten eines Wertes der Distanzfunktion auf einem speziellen Oberflächenbereich der Offset-Kurvenfläche 20a beschreiben. Die Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 analysiert die in dem Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell beschriebenen Daten, um einen Kennwert der Bearbeitungsoberflächentextur zu berechnen, der ein statistischer Index des Distanzfeldes ist. Die Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 berechnet einen Kennwert der Bearbeitungsoberflächentextur und evaluiert dadurch die Bearbeitungsoberflächentextur.
Der statistische Index des Distanzfeldes, der von der Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 berechnet wird, umfasst zumindest einen der Werte der Gruppe Maximalwert, Minimalwert, Mittelwert und Varianz von Distanzfeldwerten an Punkten auf der Offset-Kurvenfläche 20a. Die Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 kann die statistischen Indizes berechnen, indem sie die Distanzfunktion unter Verwendung eines analytischen Verfahrens verarbeitet, das auf dem Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell, d. h. auf den Daten, die die Distanzfunktion des Distanzfeldes beschreiben, basiert. Eine Methode zur Berechnung statistischer Indizes, wie sie oben beschrieben wurden, für eine gegebene beliebige Funktion ist auf dem Gebiet der numerischen Berechnung bereits etabliert. Bei der zweiten Ausführungsform kann die Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 einen statistischen Index unter direkter Verwendung einer konventionellen etablierten Technik berechnen.
Die statistischen Indizes, die durch Analyse eines bestimmten Oberflächenbereichs der Offset-Kurvenfläche 20a berechnet werden, entsprechen den Typen von Oberflächenrauheit, die in einer Industrienorm wie JIS B 0601:2013 festgelegt sind. Unter anderem entspricht die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Distanzfeldwerte der Oberflächenrauheit, die als maximale Höhe Rz bezeichnet wird, und der Mittelwert der Distanzfeldwerte entspricht der Oberflächenrauheit, die als arithmetische mittlere Rauheit Ra bezeichnet wird. Diese Parameter der Oberflächenrauheit werden als Maß für die Evaluierung der Oberflächentextur der bearbeiteten Oberfläche an der Bearbeitungsstelle verwendet. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform kann einen Kennwert zur Evaluierung der Oberflächenstruktur quantitativ berechnen.
16 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Betriebsablaufs einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Schritte S1 bis S3 sind ähnlich wie die Schritte S1 bis S3 der ersten Ausführungsform, die in 14 dargestellt sind. Nach Schritt S3 berechnet die Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 in Schritt S11 einen Kennwert der Bearbeitungsoberflächentextur. Die Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 analysiert Daten, die in dem Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell beschrieben sind, um einen Kennwert der Bearbeitungsoberflächentextur zu bestimmen, der ein statistischer Index des Distanzfeldes ist. Die Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 gibt dann die Oberflächentextur-Kennwertdatei 401 an eine externe Vorrichtung aus.
Gemäß der zweiten Ausführungsform analysiert die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 auf Basis der Form, die sich aus der einfachen Schneidsimulation ergibt, die mit einem geringen Rechenaufwand durchgeführt werden kann, das dreidimensionale Distanzfeld einer Detailbearbeitungsoberflächenform auf einer auf diese Form bezogenen Offset-Kurvenfläche. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 berechnet durch Analyse des dreidimensionalen Distanzfeldes quantitativ einen Kennwert, der als Index der Oberflächenrauheit an der Bearbeitungsstelle verwendet wird. Somit bietet die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 den Vorteil, dass die Bearbeitungsoberflächentextur mit hoher Genauigkeit und mit geringem Rechenaufwand evaluiert werden kann.
Dritte Ausführungsform
Bei der vorstehenden ersten und zweiten Ausführungsform werden Daten verwendet, die die Distanzfunktion des Distanzfeldes einer Detailbearbeitungsoberflächenform unter Berücksichtigung der feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten auf pro-Schneidkanten-Basis als Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell beschreiben. Bei der dritten Ausführungsform wird anstelle eines solchen Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodells ein Distanzfeldmodell verwendet, das ein Distanzfeld unter Verwendung eines Voxelmodells repräsentiert. Bei der Beschreibung der dritten Ausführungsform werden Komponenten, die mit den oben beschriebenen Komponenten der ersten und zweiten Ausführungsform identisch sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei sich die folgende Beschreibung hauptsächlich auf Komponenten bezieht, die sich von den Komponenten der ersten und zweiten Ausführungsform unterscheiden. Für beide Typen einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform kann ein Voxelmodell gemäß der dritten Ausführungsform verwendet werden.
17 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung einer Verarbeitung, die von einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. 17 veranschaulicht schematisch ein Voxelmodell. Ein Voxelmodell ist ein Modell, das aus einer Aggregation von kleinen kubischen Bereichen besteht, die jeweils als Zelle bezeichnet werden. Jede Zelle speichert Informationen über die Form des zu rendernden Objekts. Bei der dritten Ausführungsform speichert jede Zelle Daten, die die Distanzfunktion des Distanzfeldes einer Detailbearbeitungsoberflächenform als Information über die Form des zu rendernden Objekts beschreiben.
Jede Zelle speichert deskriptive Daten der für diese Zelle optimierten Distanzfunktion. Konkret werden Daten gespeichert, die ein Verfahren zur Berechnung eines Wertes des Distanzfeldes in Bezug auf einen beliebigen Punkt P beschreiben, der auf innerhalb eines dreidimensionalen Bereichs beschränkt ist, der von der Zelle eingenommen wird, die dem interessierenden Abschnitt entspricht. Bei einer Reihe von Werkzeugverfahrwegen vom Beginn bis zum Ende der Bearbeitung bezieht sich die bearbeitete Form eines bestimmten Teils des Werkstücks nur auf einen Werkzeugverfahrweg in einem bestimmten Abschnitt entlang des Werkzeugverfahrwegs. Der Abschnitt des Werkzeugverfahrwegs, der sich auf die bearbeitete Form des interessierenden Abschnitts bezieht, kann in der Prozedur der vereinfachten Schneidsimulation bestimmt werden, die von der Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit 10 durchgeführt wird.
Die Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit 11 speichert die deskriptiven Daten der Distanzfunktion in jeder Zelle, die in dem durch ein Voxelmodell repräsentierten Distanzfeldmodell enthalten ist. Die Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit 11 bestimmt wie oben beschrieben den Abschnitt des Werkzeugverfahrwegs und speichert in jeder Zelle die deskriptiven Daten der spezifischen Distanzfunktion zur Berechnung des Abstandswertes in Bezug auf einen Punkt in dem kubischen Bereich, der von der Zelle eingenommen wird, die dem bestimmten Abschnitt entspricht.
Gemäß der dritten Ausführungsform verwendet die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 ein Distanzfeldmodell, das durch ein Voxelmodell repräsentiert wird, und kann so effizient einen Wert des Distanzfeldes einer Detailbearbeitungsoberflächenform unter Berücksichtigung der feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten auf pro-Schneidkanten-Basis berechnen. Somit bietet die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 den Vorteil, dass die Bearbeitungsoberflächentextur mit hoher Genauigkeit und mit geringem Rechenaufwand evaluiert werden kann.
Vierte Ausführungsform
Die vierte Ausführungsform wird hinsichtlich einer Abwandlung des in der dritten Ausführungsform beschriebenen Voxelmodells beschrieben. Bei einer Konfiguration, die ein Voxelmodell als Modell zur Repräsentation des Distanzfeldes einer Detailbearbeitungsoberflächenform unter Berücksichtigung der feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten auf pro-Schneidkanten-Basis verwendet, kann jede Zelle des Voxelmodells Daten speichern, die Werte des Distanzfeldes einer Detailbearbeitungsoberflächenform repräsentieren, die an mehreren verschiedenen Punkten in dem von dieser Zelle belegten kubischen Bereich aufgenommen wurden. Der Wert des Distanzfeldes einer Detailbearbeitungsoberflächenform an einem beliebigen Punkt in einer Zelle kann als Näherungswert durch Interpolation an aufgenommenen Werten des Distanzfeldes ermittelt werden.
18 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung einer Verarbeitung, die von einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. Die Verarbeitung gemäß der vierten Ausführungsform verwendet als Voxelmodell ein Octree-Voxelmodell, bei dem es sich um eine Art von Struktur zur Darstellung eines Voxelmodells handelt. 18 zeigt schematisch ein Octree-Voxelmodell.
Wie in 18 dargestellt ist, ist ein Octree-Voxelmodell so konzipiert, dass durch Wiederholung einer rekursiven Zerlegung in acht Teile (oktanale Teilung), bei der eine Zelle entlang der X-, Y- und Z-Achse jeweils halbiert wird, sodass sie in eine Gruppe von acht Unterzellen unterteilt wird, die Zelle vor der Teilung und die durch die Teilung erhaltene Unterzellengruppe durch einen Octree genannten Achter-Baum verwaltet werden kann.
Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 platziert in einer einzelnen Zelle mehrere verschiedene Punkte in dem kubischen Bereich, der von dieser Zelle eingenommen wird, und berechnet Werte des Distanzfeldes einer Detailbearbeitungsoberflächenform unter Verwendung einer Distanzfunktion und nimmt diese auf. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 interpoliert aufgenommene Werte des Distanzfeldes, um einen interpolierten Näherungswert für einen Punkt zu bestimmen, der sich von den aufgenommenen Punkten unterscheidet, führt eine Genauigkeitsprüfung durch, indem sie den interpolierten Näherungswert mit einem ursprünglichen Wert des Distanzfeldes vergleicht, und führt, wenn die ermittelte Genauigkeit ein Kriterium nicht erfüllt, eine oktanale Teilung dieser Zelle in eine Gruppe von acht Unterzellen durch und wiederholt somit rekursiv die Aufnahme und Genauigkeitsprüfung für jede Unterzelle. Wenn ein Genauigkeitskriterium erfüllt ist, speichert die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 in der Zelle die Reihe der aufgenommenen Werte des Distanzfeldes.
Durch Verwendung eines Distanzfeldmodells, das unter Verwendung eines Octree-Voxelmodells repräsentiert wird, das wie oben beschrieben entwickelt wurde, kann die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 eine Zelle bestimmen, die einen beliebigen spezifizierten Punkt enthält, und basierend auf Interpolation einen Wert des Distanzfelds mit geringem Rechenaufwand berechnen.
Gemäß der vierten Ausführungsform kann die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 effizient einen Wert des Distanzfeldes einer Detailbearbeitungsoberflächenform unter Berücksichtigung der feinen Oberflächenunregelmäßigkeiten auf pro-Schneidkanten-Basis berechnen, indem ein Distanzfeldmodell verwendet wird, das durch ein Octree-Voxelmodell repräsentiert wird. Somit bietet die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 den Vorteil, dass die Bearbeitungsoberflächentextur mit hoher Genauigkeit und geringem Rechenaufwand evaluiert werden kann.
Als Nächstes wird eine Hardwarekonfiguration der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform beschrieben. Die Funktionseinheiten der in den 1 und 15 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 werden jeweils durch Ausführung eines Programms zur Durchführung eines Verfahrens zur Evaluierung der Bearbeitungsoberflächentextur unter Verwendung von Hardwareelementen implementiert.
19 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Hardwarekonfiguration einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 umfasst eine Zentraleinheit (CPU) 61, die verschiedene Verarbeitungsaufgaben ausführt, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 62 mit einem Datenspeicherbereich, einen Festwertspeicher (ROM) 63, der ein nichtflüchtiger Speicher ist, und eine externe Speichervorrichtung 64. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 umfasst auch eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 65 zur Eingabe von Informationen von einer externen Vorrichtung und zur Ausgabe von Informationen an eine externe Vorrichtung sowie eine Eingabevorrichtung 66 zur Annahme von Eingabeoperationen. Die in 19 dargestellten Einheiten sind über einen Bus 68 miteinander verbunden.
Die CPU 61 führt ein Programm aus, das im ROM 63 und in der externen Speichervorrichtung 64 gespeichert ist. Die Funktionalität der in den 1 und 15 dargestellten Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit 10, Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit 11 und Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit 12 wird jeweils unter Verwendung der CPU 61 implementiert. Die Funktionalität der Distanzfeldmodell-Evaluierungseinheit 13 und der Werkstückform-Visualisierungseinheit 14, die in der in 1 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit 21 enthalten sind, sowie die Funktionalität der in 15 dargestellten Distanzfeldmodell-Analyseeinheit 30 werden jeweils durch die CPU 61 implementiert.
Die externe Speichervorrichtung 64 ist ein Festplattenlaufwerk (HDD) oder ein Solid State Drive (SSD). Die externe Speichervorrichtung 64 speichert Programme und verschiedene Informationen. Die Funktionalität der in den 1 und 15 dargestellten Werkzeugmodell-Datenspeichereinheit 15, Werkzeugverfahrwegdaten-Speichereinheit 16, Bearbeitungsbedingungsdaten-Speichereinheit 17, Werkstückformmodell-Speichereinheit 18, Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell-Speichereinheit 19 und Offset-Kurvenflächendaten-Speichereinheit 20 wird jeweils unter Verwendung der externen Speichervorrichtung 64 implementiert.
Die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 65 fungiert als externe Eingabeeinrichtung. Die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 65 besitzt ferner die Funktionalität, Anzeigedaten an eine Vorrichtung auszugeben, die den in 1 dargestellten Anzeigebildschirm 400 aufweist, und die Funktionalität, die in 15 dargestellte Oberflächentextur-Kennwertdatei 401 an eine externe Vorrichtung auszugeben. Die Eingabevorrichtung 66 ist eine Vorrichtung zur Eingabe von Informationen, wie beispielsweise eine Tastatur oder ein Zeigegerät.
Es wird darauf hingewiesen, dass das in einer NC-Werkzeugmaschine enthaltene Rotationswerkzeug ein Rotationswerkzeug mit einer Schneidkante sein kann, wobei es sich um ein anderes Rotationswerkzeug als einen Kugelkopffräser handeln kann. Auch wenn eine Evaluierung der Oberflächentextur einer bearbeiteten Oberfläche, die mit einem anderen Rotationswerkzeug als einem Kugelkopffräser hergestellt wird, durchgeführt werden soll, kann die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 ähnlich wie im Falle der Verwendung eines Kugelkopffräsers die Bearbeitungsoberflächentextur ebenfalls mit hoher Genauigkeit und mit geringem Rechenaufwand evaluieren.
Fünfte Ausführungsform
20 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung eines Evaluierungssystems mit einer Maschinenlernvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das in 20 dargestellte Evaluierungssystem umfasst eine Maschinenlernvorrichtung 500 gemäß der fünften Ausführungsform und die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100. Die Maschinenlernvorrichtung 500 lernt einen in Bezug auf die Oberflächentextur durch die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 zu evaluierenden Bereich (im Folgenden Oberflächentexturevaluierungsbereich), wobei die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 durch Simulation die Oberflächentextur einer bearbeiteten Oberfläche evaluiert, die gebildet werden soll, wenn ein Werkstück unter Verwendung eines eine Schneidkante aufweisenden Rotationswerkzeugs spanend bearbeitet wird. Bei der Beschreibung der fünften Ausführungsform werden Komponenten, die mit den Komponenten der oben beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsform identisch sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei sich die folgende Beschreibung hauptsächlich auf Komponenten bezieht, die sich von den Komponenten der ersten bis vierten Ausführungsform unterscheiden. Bei der in 20 dargestellten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 handelt es sich um die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die in 20 dargestellte Maschinenlernvorrichtung 500 ist außerhalb der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 angeordnet. Die Maschinenlernvorrichtung 500 ist über ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk oder über ein drahtgebundenes Kommunikationsnetzwerk mit der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 verbunden. Die Maschinenlernvorrichtung 500 ist nicht auf eine Vorrichtung außerhalb der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 beschränkt, sondern kann auch eine in die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 integrierte Vorrichtung sein. Bei der Maschinenlernvorrichtung 500 kann es sich um eine Vorrichtung in einem Cloud-Server handeln.
Die Maschinenlernvorrichtung 500 umfasst eine Zustandsbeobachtungseinheit 501, die einen Satz von Zustandsvariablen beobachtet, eine Datenbezugseinheit 502 und eine Lerneinheit 503, die einen zu evaluierenden Bereich erlernt. Der Satz von Zustandsvariablen umfasst Bearbeitungsbedingungsdaten für die spanende Bearbeitung, Werkzeugmodelldaten in Bezug auf das Rotationswerkzeug, ein Werkstückformmodell, das eine dreidimensionale Form des Werkstücks repräsentiert, und ein Distanzfeldmodell, das das Distanzfeld der Bearbeitungsoberflächenform repräsentiert. Das Distanzfeld repräsentiert den Abstand zwischen einem räumlichen Punkt und der Bearbeitungsoberflächenform, die an dem Werkstück durch spanende Bearbeitung des Werkstücks mit der/den Schneidkante(n) gebildet werden soll.
Die Bearbeitungsbedingungsdaten sind in der Bearbeitungsbedingungsdaten-Speichereinheit 17 gespeichert. Die Werkzeugmodelldaten sind in der Werkzeugmodelldaten-Speichereinheit 15 gespeichert. Die Werkzeugmodelldaten stellen eine Kombination aus dem Schneidkantenhüllkurvenformmodell 15a und den Schneidkantendetaildaten 15b dar. Das Werkstückformmodell wird in der Werkstückformmodell-Speichereinheit 18 gespeichert. Das Distanzfeldmodell ist das detaillierte Distanzfeldmodell für die bearbeitete Oberfläche. Das Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell ist in der Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell-Speichereinheit 19 gespeichert.
Bereichsdaten, die einen Bereich auf der bearbeiteten Oberfläche repräsentieren, und Qualitätsdaten, die angeben, ob die Bearbeitungsqualität in dem Bereich gut ist oder nicht, werden in die Maschinenlernvorrichtung 500 eingegeben. Die Bereichsdaten und die Qualitätsdaten werden durch Bedienung der Eingabevorrichtung 66, die von einer Bedienperson unter Verwendung der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 ausgeführt wird, von der Eingabevorrichtung 66 in die Maschinenlernvorrichtung 500 eingegeben. Die Datenbezugseinheit 502 erhält die Bereichsdaten und die Qualitätsdaten, die durch Bedienung der Eingabevorrichtung 66 eingegeben werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Bereichsdaten und die Qualitätsdaten in die Maschinenlernvorrichtung 500 auch über andere Eingabeeinrichtungen als die Eingabevorrichtung der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 eingegeben werden können.
Die Lerneinheit 503 erzeugt einen Datensatz, der den Satz von Zustandsvariablen, die Bereichsdaten und die Qualitätsdaten enthält, die einander zugeordnet sind, und lernt den zu evaluierenden Bereich auf Basis des erzeugten Datensatzes. Die Lerneinheit 503 erzeugt ein erlerntes Modell, zum Beispiel durch ein neuronales Netzwerk unter Verwendung eines als überwachtes Lernen bekannten Verfahrens.
Überwachtes Lernen ist eine Art des Lernens, bei der ein Merkmal eines Datensatzes unter Verwendung einer großen Anzahl von Datenpaaren erlernt wird, die jeweils eine Eingabe und ein Ergebnis, d.h. ein Label, enthalten, das einer Maschinenlernvorrichtung zur Verfügung gestellt wird, wobei dann ein Ergebnis aus einer Eingabe abgeleitet wird. Die Lerneinheit 503 erzeugt ein erlerntes Modell zur Ableitung eines optimalen zu evaluierenden Bereichs basierend auf den Bearbeitungsbedingungsdaten, den Werkzeugmodelldaten, dem Werkstückformmodell und dem Distanzfeldmodell. Die Lerneinheit 503 gibt das Ergebnis des Lernens, d.h. das erlernte Modell, an die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit 21 aus.
Ein neuronales Netzwerk umfasst eine aus mehreren Neuronen bestehende Eingabeschicht, eine aus mehreren Neuronen bestehende verborgene Schicht, die eine mittlere Schicht ist, und eine aus mehreren Neuronen bestehende Ausgabeschicht. Die Anzahl der mittleren Schichten kann eine, zwei oder mehr sein.
21 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Beispielkonfiguration für ein neuronales Netzwerk zur Verwendung beim Lernen einer Maschinenlernvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform. Das in 21 dargestellte neuronale Netzwerk ist ein dreischichtiges neuronales Netz. Die Eingabeschicht umfasst die Neuronen X1, X2 und X3. Die mittlere Schicht umfasst die Neuronen Y1 und Y2. Die Ausgabeschicht umfasst die Neuronen Z1, Z2 und Z3. Es wird darauf hingewiesen, dass jede Schicht eine beliebige Anzahl von Neuronen enthalten kann. Die in die Eingabeschicht eingegebenen mehreren Werte werden mit den Gewichtungen w11, w12, w13, w14, w15 und w16 (gemeinsam als Gewichtung W1 bezeichnet) multipliziert und die resultierenden Werte werden in die mittlere Schicht eingegeben. Die in die mittlere Schicht eingegebenen mehreren Werte werden mit den Gewichtungen w21, w22, w23, w24, w25 und w26 (zusammen als Gewichtung W2 bezeichnet) multipliziert und die resultierenden Werte werden von der Ausgabeschicht ausgegeben. Die von der Ausgabeschicht ausgegebenen Ergebnisse hängen von den Werten der Gewichtungen W1 und W2 ab.
Bei der fünften Ausführungsform lernt das neuronale Netzwerk den Oberflächentexturevaluierungsbereich auf Basis des Datensatzes unter Verwendung eines Prozesses, der als überwachtes Lernen bekannt ist. Das neuronale Netzwerk lernt den Oberflächentexturevaluierungsbereich demnach durch Anpassung der Gewichtungen W1 und W2, um das von der Ausgabeschicht auszugebende Ergebnis, das sich aus der Eingabe der Bearbeitungsbedingungsdaten, der Werkzeugmodelldaten, des Werkstückformmodells und des Distanzfeldmodells in die Eingabeschicht ergibt, näher an die gelabelten Trainingsdaten, bei denen es sich um die Kombination der Bereichsdaten und der Qualitätsdaten handelt, heranzuführen.
Das neuronale Netzwerk kann den Oberflächentexturevaluierungsbereich mit Hilfe eines als unüberwachtes Lernen bekannten Prozesses erlernen. Unüberwachtes Lernen basiert auf einem Modell, das die Lerneinheit 503 dazu veranlasst, zu lernen, wie die Eingabedaten verteilt sind, wobei eine große Menge an Eingabedaten verwendet wird, die in die Lerneinheit 503 eingegeben werden, ohne dass zugehörige gelabelte Trainingsausgabedaten zur Verfügung gestellt werden. Eine Methode des unüberwachten Lernens ist das Clustering, bei dem ein Satz von Eingabedaten auf Basis der Ähnlichkeit der Elemente in den Eingabedaten gruppiert wird. Die Lerneinheit 503 ordnet Ausgabedaten zu, um ein bestimmtes Kriterium zu optimieren, indem sie das Ergebnis des Clustering verwendet und so ein Vorhersagemodell für die Ausgabedaten erstellt.
Die Lerneinheit 503 kann den Oberflächentexturevaluierungsbereich unter Verwendung von halb-überwachtem Lernen erlernen, das auf einem Modell basiert, das unüberwachtes Lernen und überwachtes Lernen kombiniert. Ein Beispiel für halb-überwachtes Lernen ist Lernen, bei dem ein Teil der Eingabedaten mit gelabelten Trainingsausgabedaten versehen ist und der Rest der Eingabedaten nicht mit gelabelten Trainingsausgabedaten versehen ist.
Die Lerneinheit 503 kann den Oberflächentexturevaluierungsbereich auf Basis eines Datensatzes erlernen, der für mehrere Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtungen 100 erzeugt wurde. Die Lerneinheit 503 kann einen Datensatz von mehreren der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtungen 100, die am selben Standort verwendet werden, oder einen Datensatz von mehreren der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtungen 100 erhalten, die an unterschiedlichen Standorten verwendet werden. Eine Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 kann neu zu dem Satz von Quellen zum Beziehen eines Datensatzes hinzugefügt werden, nachdem die Lerneinheit 503 mit dem Beziehen eines Datensatzes begonnen hat. Alternativ können eine oder einige von mehreren der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 aus dem Satz von Quellen zum Beziehen eines Datensatzes entfernt werden, nachdem der Bezug eines Datensatzes von den mehreren Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtungen 100 begonnen hat.
Nach dem Lernen in Bezug auf eine bestimmte Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 kann die Maschinenlernvorrichtung 500 ein Lernen in Bezug auf eine Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 durchführen, die sich von der bestimmten Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 unterscheidet. In diesem Fall kann die Maschinenlernvorrichtung 500 das gelernte Modell durch erneutes Lernen in Bezug auf die andere Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 aktualisieren.
Die Lerneinheit 503 kann als zu verwendenden Lernalgorithmus Deep Learning verwenden, bei dem Feature Extraktion gelernt wird. Die Lerneinheit 503 kann maschinelles Lernen unter Verwendung einer anderen bekannten Methode als Deep Learning durchführen, wie z. B. mittels genetischer Programmierung, funktionaler logischer Programmierung oder einer Support Vector Machine.
Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit 21 leitet die Bereichsdaten und die Qualitätsdaten, die erhalten werden sollen, unter Verwendung eines erlernten Modells ab. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit 21 gibt die Bearbeitungsbedingungsdaten, die Werkzeugmodelldaten, das Werkstückformmodell und das Distanzfeldmodell in das erlernte Modell ein, um die Bereichsdaten und die Qualitätsdaten zu erhalten, die basierend auf den Eingabedaten abgeleitet werden sollen. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit 21 bestimmt den Bereich zur Evaluierung der Oberflächentextur auf Basis der Bereichsdaten und der Qualitätsdaten, die erhalten wurden. Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit 21 evaluiert die Oberflächentextur in Bezug auf den bestimmten zu evaluierenden Bereich.
Die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 kann die Oberflächentextur unter Beschränkung des Evaluierungsbereichs auf einen Bereich, der eine detaillierte Evaluierung erfordert, basierend auf der Bearbeitungsbedingung, dem Rotationswerkzeug, der Werkstückform, der Form der bearbeiteten Oberfläche oder dergleichen und basierend auf dem Lernergebnis der Maschinenlernvorrichtung 500 evaluieren. Auf diese Weise kann die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 den Rechenaufwand bei der Evaluierung der Bearbeitungsoberflächentextur reduzieren. Eine Verringerung des Rechenaufwands ermöglicht eine Verringerung der Verarbeitungszeit der Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100, was wiederum die Arbeitseffizienz der Bedienperson erhöhen kann.
Die Funktionalität der Maschinenlernvorrichtung 500 wird durch die Ausführung eines Programms durch ein Computersystem wie einen Personal Computer oder einen Allzweckcomputer implementiert. Die Funktionalität der Lerneinheit 503 wird in einer Kombination aus einem Prozessor und Software implementiert. Die Funktionalität der Lerneinheit 503 kann auch in einer Kombination aus Prozessor und Firmware oder in einer Kombination aus Prozessor, Software und Firmware implementiert sein. Software oder Firmware wird als Programm oder Programme geschrieben und in einer Speichervorrichtung der Maschinenlernvorrichtung 500 gespeichert. Diese Speichervorrichtung ist in den Figuren nicht dargestellt. Die Funktionalität der Zustandsbeobachtungseinheit 501 und der Datenbezugseinheit 502 wird jeweils durch eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle realisiert.
Die Maschinenlernvorrichtung 500 ist nicht auf eine Vorrichtung beschränkt, die den Oberflächentexturevaluierungsbereich für die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 der ersten Ausführungsform lernt. Die Maschinenlernvorrichtung 500 kann den Oberflächentexturevaluierungsbereich auch für eine Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung 100 der zweiten, dritten oder vierten Ausführungsform erlernen.
Die bei den obigen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen sind lediglich Beispiele für verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung. Diese Konfigurationen können mit einer anderen bekannten Technologie kombiniert werden, und darüber hinaus kann ein Teil der Konfigurationen weggelassen und/oder modifiziert werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

10: Einfachschneidsimulations-Funktionseinheit;
11: Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit;
12: Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit;
13: Distanzfeldmodell-Evaluierungseinheit;
14: Werkstückform-Visualisierungseinheit;
15: Werkzeugmodelldaten-Speichereinheit;
15a: Schneidkantenhüllkurvenformmodell;
15b: Schneidkantendetaildaten;
16: Werkzeugverfahrwegdaten-Speichereinheit;
17: Bearbeitungsbedingungsdaten-Speichereinheit;
18: Werkstückformmodell-Speichereinheit;
18a: Werkstückformmodell;
19: Detailbearbeitungsoberflächendistanzfeldmodell-Speichereinheit;
20: Offset-Kurvenflächendaten-Speichereinheit;
20a: Offset-Kurvenfläche;
21: Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungseinheit;
30: Distanzfeldmodell-Analyseeinheit;
41: Schneidkantenabschnitt;
42: Verfahrweg;
43: Werkstück;
44,: 51 bearbeitete Oberfläche;
45: Rotationsradius;
46: Bereichsform;
53, 54, 55, 73, 75, 76, 81: Punkt;
61: CPU;
62: RAM;
63: ROM;
64: externe Speichervorrichtung;
65: Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle;
66: Eingabevorrichtung;
68: Bus;
71, 72: Koordinatensystem;
74: Trajektorie;
91: Kurve;
92, 93: Liniensegment;
100: Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung;
400: Anzeigebildschirm;
401: Oberflächentextur-Kennwertdatei;
500: Maschinenlernvorrichtung;
501: Zustandsbeobachtungseinheit;
502: Datenbezugseinheit;
503: Lerneinheit.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5942423 [0006]

Claims

Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung zur Evaluierung der Oberflächentextur einer bearbeiteten Oberfläche, die gebildet werden soll, wenn ein Werkstück unter Verwendung eines Rotationswerkzeugs spanend bearbeitet wird, das eine Schneidkante aufweist, mittels Simulation, wobei die Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung aufweist: eine Simulationsfunktionseinheit, um die Bewegung eines Schneidkantenhüllkurvenformmodells relativ zu einem Werkstückformmodell zu simulieren und um von dem Werkstückformmodell den Bereich des Werkstückformmodells, durch den das Schneidkantenhüllkurvenformmodell während der Simulation hindurchgeht, zu subtrahieren, wobei das Schneidkantenhüllkurvenformmodell eine Hüllkurvenform darstellt, bei der es sich um eine dreidimensionale Form handelt, die von der Schneidkante durch Rotation des Rotationswerkzeugs nachgezeichnet wird, und wobei das Werkstückformmodell eine dreidimensionale Form des Werkstücks repräsentiert; eine Distanzfeldmodell-Erzeugungseinheit, um auf Basis von Spezifikationen der Schneidkante ein Distanzfeldmodell zu erzeugen, das ein Distanzfeld in Bezug auf eine Bearbeitungsoberflächenform repräsentiert, die auf dem Werkstück durch Schneiden des Werkstücks mit Hilfe der Schneidkante gebildet werden soll, wobei das Distanzfeld einen Abstand der Bearbeitungsoberflächenform von einem Punkt im Raum repräsentiert; eine Offset-Kurvenflächen-Erzeugungseinheit, um Offset-Kurvenflächendaten zu erzeugen, die eine Offset-Kurvenfläche repräsentierten, die so angeordnet ist, dass sie von einer bearbeiteten Oberfläche auf dem Werkstückformmodell in einem vorgegebenen Offset-Abstand beabstandet ist; und eine Evaluierungseinheit, um die Oberflächentextur durch Berechnen eines Wertes des Distanzfeldes an einem Punkt auf der Offset-Kurvenfläche gemäß dem Distanzfeldmodell zu evaluieren.
Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Evaluierungseinheit eine Visualisierungseinheit aufweist, um ein gerendertes Bild des Werkstückformmodells zu erzeugen, das durch Bearbeitung erhalten werden soll, und die Visualisierungseinheit dem gerenderten Bild ein Bild mit einem Farbtonkontrast überlagert, der dem Betrag des Distanzfeldwertes entspricht.
Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Evaluierungseinheit eine Bearbeitungsoberflächentextur-Analyseeinheit ist, um die Oberflächentextur durch Berechnen eines Kennwertes der Oberflächentextur zu evaluieren, und die Bearbeitungsoberflächentextur-Analyseeinheit den Kennwert durch Analyse des Distanzfeldmodells auf der Offset-Kurvenfläche berechnet, wobei der Kennwert ein statistischer Index des Distanzfeldes ist.
Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Offset-Abstand auf Basis eines Radius eines Schneidkantenabschnitts, der eine oder mehrere der an dem Rotationswerkzeug angeordneten Schneidkanten umfasst, und einer Vorschubgeschwindigkeit des Schneidkantenabschnitts für jede der Schneidkanten bestimmt wird.
Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Distanzfeldmodell um Daten handelt, die eine Distanzfunktion zum Berechnen des Wertes des Distanzfeldes für einen beliebigen Punkt im Raum beschreiben.
Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Distanzfeldmodell ein Voxelmodell ist, bei dem es sich um eine Aggregation von Zellen handelt, und jede der Zellen, die die Aggregation bilden, Daten speichert, die eine Distanzfunktion beschreiben, um den Wert des Distanzfeldes für einen beliebigen Punkt zu berechnen, der auf innerhalb eines von der Zelle eingenommenen dreidimensionalen Bereichs beschränkt ist.
Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Voxelmodell ein Octree-Voxelmodell ist.
Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Distanzfunktion eine Funktion zur Berechnung des Wertes des Distanzfeldes auf Basis einer Trajektorie ist, die von einem Punkt durchlaufen wird, der in einem an dem Werkstück fixierten Koordinatensystem gegeben ist, wenn der Punkt von einem Koordinatensystem, das sich mit der Rotation des Rotationswerkzeugs bewegt, während einer kombinierten Bewegung der Rotation des Rotationswerkzeugs und der Bewegung des Rotationswerkzeugs relativ zu dem Werkstück beobachtet wird.
Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsverfahren zur Evaluierung der Oberflächentextur einer bearbeiteten Oberfläche, die gebildet werden soll, wenn ein Werkstück unter Verwendung eines Rotationswerkzeugs spanend bearbeitet wird, das eine Schneidkante aufweist, mittels Simulation, wobei das Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsverfahren umfasst: einen Schritt zum Durchführen einer Simulation der Bewegung eines Schneidkantenhüllkurvenformmodells relativ zu einem Werkstückformmodell und zum Durchführen einer Subtraktion des Bereichs des Werkstückformmodells, durch den das Schneidkantenhüllkurvenformmodell während der Simulation hindurchgeht, von dem Werkstückformmodell, wobei das Schneidkantenhüllkurvenformmodell eine Hüllkurvenform darstellt, bei der es sich um eine dreidimensionale Form handelt, die von der Schneidkante durch Rotation des Rotationswerkzeugs nachgezeichnet wird, und wobei das Werkstückformmodell eine dreidimensionale Form des Werkstücks repräsentiert; einen Schritt zum Erzeugen eines Distanzfeldmodells auf Basis von Spezifikationen der Schneidkante, wobei das Distanzfeldmodell ein Distanzfeld in Bezug auf eine Bearbeitungsoberflächenform repräsentiert, die auf dem Werkstück durch Schneiden des Werkstücks mit Hilfe der Schneidkante gebildet werden soll, wobei das Distanzfeld einen Abstand der Bearbeitungsoberflächenform von einem Punkt im Raum repräsentiert; einen Schritt zum Erzeugen von Offset-Kurvenflächendaten, die eine Offset-Kurvenfläche repräsentierten, die so angeordnet ist, dass sie von einer bearbeiteten Oberfläche auf dem Werkstückformmodell in einem vorgegebenen Offset-Abstand beabstandet ist; und einen Schritt zum Evaluieren der Oberflächentextur durch Berechnen eines Wertes des Distanzfeldes an einem Punkt auf der Offset-Kurvenfläche gemäß dem Distanzfeldmodell.
Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsverfahren nach Anspruch 9, das umfasst: einen Schritt zum Anzeigen eines Bildes, das durch Überlagern eines Bildes, das einen Farbtonkontrast aufweist, der einem Betrag des Wertes des Distanzfeldes entspricht, mit einem gerenderten Bild des durch Bearbeitung zu erhaltenden Werkstückformmodells erhalten wird.
Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsverfahren nach Anspruch 9, das einen Schritt zum Berechnen eines Kennwertes der Oberflächentextur umfasst, wobei der Kennwert ein statistischer Index des Distanzfeldes ist, der durch Analyse des Distanzfeldmodells auf der Offset-Kurvenfläche berechnet wird.
Maschinenlernvorrichtung zum Erlernen eines Bereichs, der hinsichtlich der Oberflächentextur mittels einer Bearbeitungsoberflächentextur-Evaluierungsvorrichtung zu evaluieren ist, die durch Simulation die Oberflächentextur einer bearbeiteten Oberfläche evaluiert, die gebildet werden soll, wenn ein Werkstück unter Verwendung eines Rotationswerkzeugs spanend bearbeitet wird, das eine Schneidkante aufweist, wobei die Maschinenlernvorrichtung aufweist: eine Zustandsbeobachtungseinheit zum Beobachten einer Zustandsvariablen, die Bearbeitungsbedingungsdaten für die spanende Bearbeitung, Werkzeugmodelldaten in Bezug auf das Rotationswerkzeug, ein Werkstückformmodell, das eine dreidimensionale Form des Werkstücks repräsentiert, und ein Distanzfeldmodell umfasst, das ein Distanzfeld repräsentiert, das einen Abstand zwischen einem Punkt im Raum und einer Bearbeitungsoberflächenform darstellt, die auf dem Werkstück durch Schneiden des Werkstücks mit Hilfe der Schneidkante gebildet werden soll; eine Datenerfassungseinheit, um Bereichsdaten und Qualitätsdaten zu erhalten, wobei die Bereichsdaten einen Bereich auf der bearbeiteten Oberfläche repräsentieren und die Qualitätsdaten angeben, ob die Bearbeitungsqualität in dem Bereich gut ist oder nicht; und eine Lerneinheit zum Lernen des zu evaluierenden Bereichs auf Basis eines Datensatzes, der die Zustandsvariable, die Bereichsdaten und die Qualitätsdaten miteinander verknüpft.
Maschinenlernvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Werkzeugmodelldaten ein Schneidkantenhüllkurvenformmodell und Daten bezüglich der Spezifikationen der Schneidkante umfassen, wobei das Schneidkantenhüllkurvenformmodell eine Hüllkurvenform repräsentiert, bei der es sich um eine dreidimensionale Form handelt, die von der Schneidkante durch Rotation des Rotationswerkzeugs durchlaufen wird.