JP2003256012A - Tool path plane calculating method, tool path plane calculating program and recording medium recording tool path plane calculating program - Google Patents
Tool path plane calculating method, tool path plane calculating program and recording medium recording tool path plane calculating programInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、工具経路計算方
法、工具経路計算プログラムを記録したコンピュータ読
み取り可能な記録媒体及び工具経路計算装置に係り、特
に、数値制御工作機械に取り付けられた工具を経路に沿
って移動させて工作物を加工する際に、工具の逆形状分
膨らませた工具経路面(工具参照面)を生成する工具経
路計算方法、工具経路面計算プログラムを記録したコン
ピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tool path calculation method, a computer-readable recording medium recording a tool path calculation program, and a tool path calculation device, and more particularly to a tool path attached to a numerically controlled machine tool. A computer-readable record of a tool path calculation method that records a tool path surface calculation program that generates a tool path surface (tool reference surface) that is expanded by the inverse shape of the tool when moving along a workpiece Regarding the medium.
【0002】[0002]
【従来の技術】プラスチックやダイキャスト製品の製造
に用いられる金型は、エンドミル工具を用いたNC(N
umerical Control)切削加工により製
作される。金型加工では深く彫り込むことが多いため、
剛性に優れた3軸制御の工作機械の利用が一般的であ
る。NC切削加工では、切削工具は膨大な回数の微小な
直線移動を繰り返しおこない、素形材から少しずつ不要
部を除去していく。複雑な工具経路の計算には、高速な
計算機を用いても数十分の処理時間を要するため、その
高速化が待望されている。工具経路を計算する際には、
工具が金型の内部へ削り込む、ガウジ(Gouge)と
よばれる問題に注意する必要がある。2. Description of the Related Art Molds used for manufacturing plastics and die-cast products are NC (N
It is manufactured by a cutting process. Since it is often carved deeply in mold processing,
It is common to use a machine tool with three-axis control that is excellent in rigidity. In NC cutting, the cutting tool repeatedly performs a huge number of minute linear movements to gradually remove unnecessary portions from the blank. Calculation of a complicated tool path requires several tens of minutes of processing time even if a high-speed computer is used, and thus there is a demand for speeding up the calculation. When calculating the tool path,
It is necessary to pay attention to a problem called a gouge in which a tool cuts into the inside of a mold.
【0003】図29は、金型加工における削り込みの一
例を示す説明図であり、金型表面の曲率半径が切削工具
(例えば、ボールエンドミル)の半径よりも小さくなる
部分で発生する、削り込みの一例を示している。すなわ
ち、製品表面との接触を保ちつつ、図中の左から右へ移
動するボールエンドミルは、金型表面の曲率半径が工具
半径よりも小さくなる部分(図中、斜線で示したガウジ
ング領域)において、このガウジング領域との接触を見
逃すと、そのまま金型製品の内側へ削り込んでしまう。
市販の工具経路の計算プログラムは、その処理時間のほ
とんどを、ガウジ防止のために費やしている。金型の表
面を切削工具の逆形状分膨らませた工具経路面(工具参
照面)を生成し、工具が常にその上側を移動するように
経路を生成すれば、ガウジの問題を完全に解決できる。
本発明は、この工具経路面(工具参照面)を精密かつ高
速に計算するコンピュータプログラムに関するものであ
る。この技術を用いると、複雑な金型を加工するための
工具経路を、ごく短時間で計算することが可能になる。FIG. 29 is an explanatory view showing an example of shaving in die machining, in which the radius of curvature of the die surface is smaller than the radius of a cutting tool (for example, a ball end mill). Shows an example. That is, the ball end mill that moves from the left to the right in the figure while maintaining contact with the product surface is in the part where the radius of curvature of the die surface is smaller than the tool radius (the gouging area shown by the diagonal lines in the figure). However, if the contact with the gouging region is missed, it will be cut into the inside of the mold product as it is.
Most commercially available tool path calculation programs spend most of their processing time to prevent gouge. The problem of gouge can be completely solved by generating a tool path surface (tool reference surface) in which the surface of the mold is inflated by the inverse shape of the cutting tool, and generating a path so that the tool always moves above the tool path surface.
The present invention relates to a computer program for calculating this tool path surface (tool reference surface) precisely and at high speed. Using this technique, it becomes possible to calculate a tool path for machining a complicated mold in a very short time.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】工具経路面は、金型の
表面に沿って工具の逆形状を縦横に滑らせた時の、掃引
形状の上面に相当する。CSGや境界表現法などの、立
体形状の厳密なモデリング技術では、掃引形状を得る手
続きは非常に複雑なものになる。そのためNC切削加工
の分野では、掃引形状の上面を近似的に計算する、逆オ
フセット法がよく用いられる。この手法では、工具の回
転軸方向をz軸とする座標系を考え、そのxy平面上に
十分に細かい直交格子を用意する。そして各格子点から
z軸に平行な直線を伸ばし、掃引形状の最上面との交点
を計算することで、掃引形状の上面を覆う稠密な点群を
得る。最後に点群の隙間を多角形で補間することで、工
具経路面を表す多面体を生成する。逆オフセット法は、
処理が単純なためプログラム化が容易であり、計算も安
定している。既にこの技術を利用した工具経路の計算法
が数多く提案されており、実用システムも開発されてい
る。われわれが発明した、グラフィックスハードウェア
を用いる計算手法は特に高速であり、複数のベンダーが
この技術の商品化に着手している(特開2001−24
2919 等参照)。The tool path surface corresponds to the upper surface of the swept shape when the reverse shape of the tool is slid vertically and horizontally along the surface of the mold. In a strict modeling technique of a solid shape such as CSG or boundary representation method, a procedure for obtaining a swept shape becomes very complicated. Therefore, in the field of NC cutting, the reverse offset method, which approximately calculates the upper surface of the sweep shape, is often used. In this method, a coordinate system in which the z-axis is the rotation axis direction of the tool is considered, and a sufficiently fine orthogonal grid is prepared on the xy plane. Then, a straight line parallel to the z-axis is extended from each grid point, and the intersection with the uppermost surface of the sweep shape is calculated to obtain a dense point cloud covering the upper surface of the sweep shape. Finally, a polyhedron representing the tool path surface is generated by interpolating the gap between the point groups with a polygon. The inverse offset method is
Since the processing is simple, it is easy to program and the calculation is stable. Many tool path calculation methods using this technology have already been proposed, and practical systems have also been developed. The calculation method using the graphics hardware, which was invented by us, is particularly fast, and a plurality of vendors have begun commercialization of this technology (JP 2001-24).
2919 etc.).
【0005】一般に、金型には凹凸が複雑に入り組んだ
形状が多い。このような形状の壁の部分は、等高線状の
経路にそって切削工具を移動させると美しく仕上げるこ
とができる。逆オフセット法では、工具経路面を覆う点
群をxy平面上の格子に基づいて計算するので、点群は
x軸方向とy軸方向に均一な間隔で配置される。そのた
め、工具経路面がz軸方向に大きく変化する壁形状で
は、隣接する点間の距離が広がり、点群から多面体を生
成すると、計算結果に許容できないほど大きな誤差を生
じることがある。また垂直な壁のx軸方向とy軸方向の
形状変化は、格子間隔ごとに離散的に記録されるため、
素朴な方法で多面体化すると、工具経路面に不自然な折
れ曲がりが生じてしまうことがある。In general, many dies have complicated indentations. The wall portion having such a shape can be beautifully finished by moving the cutting tool along a contour line path. In the inverse offset method, since the point cloud covering the tool path surface is calculated based on the grid on the xy plane, the point cloud is arranged at uniform intervals in the x-axis direction and the y-axis direction. Therefore, in a wall shape in which the tool path surface greatly changes in the z-axis direction, the distance between adjacent points increases, and when a polyhedron is generated from the point group, an unacceptably large error may occur in the calculation result. Further, since the shape changes in the x-axis direction and the y-axis direction of the vertical wall are recorded discretely at each lattice interval,
If the polyhedron is made by a simple method, an unnatural bending may occur on the tool path surface.
【0006】前者の課題は、格子の間隔を十分に小さい
ものへ変更すれば解決できる。しかし、間隔を1/nに
すると格子の総数がn2倍に増加するため、今度は処理
の手間と記憶容量に負荷を生じる。z軸方向の変化が激
しい部分の格子だけを選択的に精密化する方法もある
が、既存手法は決して高速とはいえない。また格子間隔
を小さくしても、縦壁に生じる不自然な折れ曲がりは解
消できない。そのため、従来、逆オフセット法は、等高
線加工のための工具径路生成には利用することが困難で
あった。本発明は、以上の点に鑑み、3軸の数値制御
(NC)工作機械用の工具経路を計算する際に、切削工
具の製品への削り込みを防止するために生成された、製
品の形状を工具の逆形状分膨らませた曲面である高精度
な工具経路面を、グラフィックスハードウェアの機能を
用いて高速且つ高精度に計算することを目的とする。The former problem can be solved by changing the lattice spacing to a sufficiently small one. However, if the interval is set to 1 / n, the total number of lattices is increased n 2 times, and this time, a load is added to the processing labor and the storage capacity. There is also a method of selectively refining only the grid of the portion where the change in the z-axis direction is drastic, but the existing method is by no means fast. Moreover, even if the lattice spacing is reduced, unnatural bending that occurs on the vertical wall cannot be eliminated. Therefore, conventionally, it has been difficult to use the reverse offset method for tool path generation for contour line machining. In view of the above points, the present invention has a shape of a product generated in order to prevent a cutting tool from being cut into a product when calculating a tool path for a three-axis numerical control (NC) machine tool. A high-precision tool path surface, which is a curved surface expanded by the inverse shape of the tool, is calculated with high speed and high accuracy by using the function of graphics hardware.
【0007】また、本発明は、空間を微小な立方体の集
積へ分割し、各立方体の辺と工具経路面の交差の分類に
基づいて、工具経路面を精密に近似する多面体を計算す
る工具経路計算方法、工具経路計算プログラム及びその
プログラムを記録した記録媒体を提供することを目的と
する。また、本発明は、xy平面上の直交格子をz軸方
向へ立ち上げたものに相当する、xy平面に垂直な平面
群で工具経路面を切断し、その断面図に基づいて立方体
の辺と工具経路面の交点を効率的に計算する工具経路計
算方法、工具経路計算プログラム及びそのプログラムを
記録した記録媒体を提供することを目的とする。本発明
は、グラフィックスハードウェアの機能を用いて、断面
図の輪郭線上の点を高速かつ高密度にサンプリングする
工具経路計算方法、工具経路計算プログラム及びそのプ
ログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とす
る。さらに、本発明は、グラフィックスハードウェアの
機能を用いて、サンプリングされた点における輪郭線の
接線方向を正確に計算し、その情報に基づいて断面図を
高精度化する工具経路計算方法、工具経路計算プログラ
ム及びそのプログラムを記録した記録媒体を提供するこ
とを目的とする。Further, the present invention divides a space into a collection of minute cubes, and calculates a polyhedron that accurately approximates the tool path surface based on the classification of the intersection of the edge of each cube and the tool path surface. An object is to provide a calculation method, a tool path calculation program, and a recording medium recording the program. Further, according to the present invention, the tool path plane is cut by a plane group perpendicular to the xy plane, which is equivalent to one obtained by raising an orthogonal lattice on the xy plane in the z-axis direction. An object of the present invention is to provide a tool path calculation method for efficiently calculating the intersection of tool path surfaces, a tool path calculation program, and a recording medium recording the program. The present invention provides a tool path calculation method, a tool path calculation program, and a recording medium in which the program is recorded, by using a function of graphics hardware to sample points on a contour line of a cross-sectional view at high speed and high density. With the goal. Further, the present invention uses a function of the graphics hardware to accurately calculate the tangential direction of the contour line at the sampled point, and based on the information, a tool path calculation method and a tool path calculation method for improving the accuracy of a sectional view. It is an object to provide a route calculation program and a recording medium recording the program.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の解決手段による
と、数値制御工作機械に取り付けられた工具を経路に沿
って移動させて工作物を加工する際に、工具の逆形状分
膨らませた工具経路面を生成するための工具経路面計算
プログラムであって、処理部は、加工対象物の多面体モ
デル情報と工具形状情報とを入力し、記憶部に記憶する
ステップと、処理部は、多面体モデルの各要素に対し
て、逆工具の掃引形状を構成する各形状要素を配置する
ステップと、処理部は、配置された各形状要素に対し
て、ユニークなID番号、ユニークな色情報、形状要素
の幾何情報を記憶部に記憶するステップと、処理部は、
入力された逆工具の掃引形状を構成する形状要素に基づ
き、該掃引形状の最上面を覆う格子状の点群の座標デー
タと、その点における最上面の法線又は接線データを出
力するグラフィックスハードウェアの隠面消去処理を用
いて、配置された形状要素の位置をx軸方向に所定距離
だけずらしつつ該処理を繰り返し、最上面の断面線をx
軸方向に細分割した座標データと法線又は接線データと
を含む点列データを求め、それを記憶部に記憶するステ
ップと、処理部は、グラフィックスハードウェアの隠面
消去処理を用いて、配置された形状要素の位置をy軸方
向に所定距離だけずらしつつ該処理を繰り返し、最上面
の断面線をy軸方向に細分割した座標データと法線又は
接線データとを含む点列データを求め、それを記憶部に
記憶するステップと、処理部は、求められた隣接する点
列データの法線又は接線データに基づき、断面線の折れ
曲がり点を検出し、検出された折れ曲がり点の点列デー
タを断面線の点列データへ挿入して記憶部に記憶するス
テップと、処理部は、格子状の点群に従い、空間を立方
体の集積へ分割するステップと、処理部は、記憶部に記
憶された点列データを参照し、逆工具の掃引形状の最上
面のx軸方向の断面線及びy軸方向の断面線と、分割さ
れた各立方体の各辺との交点を算出するステップと、処
理部は、算出された交点の情報に基づいて、各立方体の
頂点が工具経路面の上下のどちらに存在するかを求める
ことで、マーチングキューブ法により立方体内部に三角
形を配置するステップと、処理部は、各立方体内部に配
置された三角形群を、掃引形状の最上面として出力部に
出力又は記憶部に記憶するステップとを含む工具経路面
計算方法、これら各ステップをコンピュータに実行させ
るための工具経路面計算プログラム及び工具経路面計算
プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録
媒体が提供される。According to the solution of the present invention, when a tool attached to a numerically controlled machine tool is moved along a path to machine a workpiece, the tool is inflated by the inverse shape of the tool. A tool path surface calculation program for generating a path surface, wherein the processing unit inputs the polyhedral model information and the tool shape information of the object to be processed and stores it in the storage unit, and the processing unit is a polyhedral model. The step of arranging each shape element forming the swept shape of the reverse tool with respect to each element of, and the processing unit, for each arranged shape element, a unique ID number, unique color information, shape element The step of storing the geometric information of
A graphic that outputs coordinate data of a grid point group covering the uppermost surface of the swept shape and the normal or tangent data of the uppermost surface at the point, based on the input shape elements forming the swept shape of the reverse tool. By using the hidden surface removal processing of the hardware, the processing is repeated while shifting the position of the arranged shape element by a predetermined distance in the x-axis direction, and the cross-section line of the uppermost surface is x.
Obtaining the point sequence data including the coordinate data subdivided in the axial direction and the normal or tangent data, and the step of storing it in the storage unit, the processing unit, using the hidden surface removal process of the graphics hardware, The processing is repeated while shifting the position of the arranged shape element by a predetermined distance in the y-axis direction, and the point sequence data including the coordinate data obtained by subdividing the cross-section line of the uppermost surface in the y-axis direction and the normal line or tangent line data is obtained. The step of obtaining and storing it in the storage unit, the processing unit, based on the normal line or tangent data of the obtained adjacent point sequence data, detects the bending point of the cross-section line, the point sequence of the detected bending point The step of inserting the data into the point sequence data of the section line and storing it in the storage unit, the processing unit dividing the space into an accumulation of cubes according to the grid-like point group, and the processing unit storing it in the storage unit Dotted Day And a step of calculating an intersection of the cross-section line in the x-axis direction and the cross-section line in the y-axis direction of the uppermost surface of the swept shape of the reverse tool and each side of each of the divided cubes, and the processing unit calculates Based on the information of the intersected points, the step of arranging triangles inside the cube by the marching cube method by determining whether the vertex of each cube exists above or below the tool path surface, and the processing unit A method for calculating a tool path surface, including a step of outputting a triangle group arranged inside as an uppermost surface of a sweep shape to an output section or storing it in a storage section, a tool path surface calculation program for causing a computer to execute each of these steps. And a computer-readable recording medium in which a tool path surface calculation program is recorded is provided.
【0009】また、本発明において、前記グラフィック
スハードウェアの隠面消去処理は、処理部は、逆工具の
掃引形状を構成する形状要素から、形状要素の下向きの
部分や他の形状要素の内部に包含されている部分等の掃
引形状の最上面に関与しない部分を予め除去するステッ
プと、処理部は、除去されずに残った形状を多面体化す
るステップと、処理部は、配置された各形状要素に対す
る、ユニークなID番号、ユニークな色情報、形状要素
の幾何情報を記憶部から読み取り、各形状要素を構成す
る多角形に対する色情報をグラフィックスハードウェア
へ渡すステップと、グラフィックスハードウェアは、処
理部から受けた色情報に基づき、デプスバッファによる
隠面消去処理を用いて、各点における掃引形状の最上面
の高さを表すデプス値と、各点における色情報を得て、
得られたデプス値と色情報を処理部へ渡すステップと、
処理部は、グラフィックハードウェアから受けた各点の
座標データとデプス値に基づいて、掃引形状の最上面を
示す工具経路面の点列データを生成するステップと、処
理部は、色情報の基づき、記憶部を参照して、最上面の
各点に対応する形状要素のID及び幾何情報を得て、各
点の座標データと幾何情報に従い、各点における法線方
向を求めるステップと、処理部は、工具経路面の点群の
座標データとその法線又は接線情報を出力するステップ
を含むようにすることができる。Further, in the present invention, in the hidden surface removal processing of the graphics hardware, the processing unit is configured such that a processing unit is configured to change a shape element forming a swept shape of a reverse tool to a downward portion of the shape element or the inside of another shape element. The step of removing the part not involved in the uppermost surface of the sweep shape such as the part included in the step, the processing section polyhedralizing the shape left unremoved, and the processing section. A step of reading a unique ID number, unique color information, and geometric information of the shape element from the storage unit for the shape element and passing the color information of the polygon forming each shape element to the graphics hardware; Is the depth representing the height of the top surface of the sweep shape at each point, using hidden surface removal processing by the depth buffer based on the color information received from the processing unit. Obtaining the value, the color information at each point,
Passing the obtained depth value and color information to the processing unit,
The processing unit, based on the coordinate data and the depth value of each point received from the graphic hardware, a step of generating point sequence data of the tool path surface indicating the uppermost surface of the sweep shape, and the processing unit, based on the color information. A step of obtaining the ID and geometric information of the shape element corresponding to each point on the uppermost surface by referring to the storage section and obtaining the normal direction at each point according to the coordinate data and geometric information of each point; May include a step of outputting coordinate data of a point group on the tool path surface and information on its normal or tangent.
【0010】また、本発明において、前記折れ曲がり点
を断面線の点列データへ挿入して記憶部に記憶するステ
ップは、処理部は、記憶部を参照し、断面線を表す座標
データと、各点における工具経路面の法線又は接線デー
タを読み取るステップと、処理部は、各断面線上の連続
する2点について、ふたつの接線又は法線方向が所定値
より大きく異なる場合には、2点の間で断面線が折れ曲
がり点を有すると判断し、処理部は、新しい折れ曲がり
点を計算し、それを点列データに追加するステップと、
処理部は、更新された点列データと、更新後の点列の長
さを示すデータを記憶又は出力するステップとを含むよ
うにすることができる。Further, in the present invention, in the step of inserting the bending point into the point sequence data of the section line and storing it in the storage section, the processing section refers to the storage section and coordinates data representing the section line and The step of reading the normal or tangential data of the tool path surface at the point, and the processing unit, for two consecutive points on each cross section line, if the two tangent or normal directions differ by more than a predetermined value, Determining that the cross-section line has a bending point in between, the processing unit calculates a new bending point, and adds it to the point sequence data;
The processing unit may include updated point sequence data and a step of storing or outputting data indicating the length of the updated point sequence.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】1.本発明の関連技術
本実施の形態では、本発明者が以前発明した、「工具参
照面計算法、工具参照面計算プログラムを記録したコン
ピュータ読み取り可能な記録媒体及び工具参照面計算装
置(発明者:乾正知)特願2000−056843」の
機能を用いている。ここでは、本発明の関連する技術に
ついて述べる。
1−1.工具経路面(工具参照面)
図1は、金型加工で用いられるエンドミルの種類
((a)ボールエンドミル、(b)フラットエンドミ
ル、(c)ラウンドエンドミル)と、それらの工具経路
点(工具参照点)(Cutter reference
point)の位置を示す図である。金型加工では、
先端の切刃が半球形のボールエンドミルを利用すること
が多いが、作業効率が重視される粗加工ではフラットエ
ンドミルを、またなだらかな曲面形状の加工では、フラ
ットエンドミルの周囲に円環状の切刃が取り付けられ
た、ラウンドエンドミルを用いることもある。3軸のN
C切削加工では、これらのエンドミルの位置を代表する
点(以後、この点を工具経路点(工具参照点)(Cut
ter reference point)とよぶ)の
移動経路を工作機械の制御装置へ与え、希望する形状を
削り出す。ボールエンドミルでは、工具経路点(工具参
照点)として切刃の中心点を用いることが一般的であ
る。一方フラットエンドミルでは工具先端の中心点を、
またラウンドエンドミルでは工具先端の中心点から、円
環状の切刃の半径分内側の点を工具経路点(工具参照
点)として用いることが多い。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION 1. Related Art of the Present Invention In the present embodiment, a computer-readable recording medium and a tool reference surface calculation device (the inventor: Masatomo Inui) Japanese Patent Application No. 2000-056843 ”is used. Here, a technique related to the present invention will be described. 1-1. Tool Path Surface (Tool Reference Surface) FIG. 1 shows types of end mills used in die machining ((a) ball end mill, (b) flat end mill, (c) round end mill) and their tool path points (tool reference). Point) (Cutter reference
It is a figure which shows the position of (point). In mold processing,
A ball end mill with a hemispherical cutting edge is often used, but a flat end mill is used for rough machining where work efficiency is important, and an annular cutting edge around the flat end mill for gentle curved surface machining. Sometimes, a round end mill equipped with is attached. 3-axis N
In C cutting, a point representing the position of these end mills (hereinafter, this point is referred to as a tool path point (tool reference point) (Cut
A movement path of ter reference point) is given to the control device of the machine tool to cut out a desired shape. In the ball end mill, it is common to use the center point of the cutting edge as the tool path point (tool reference point). On the other hand, in the flat end mill, the center point of the tool tip is
Further, in the round end mill, a point inside the center of the tool tip by the radius of the circular cutting edge is often used as a tool path point (tool reference point).
【0012】図2は、製品表面を滑るボールエンドミル
の参照点の描く工具経路面(工具参照面)(a)と、工
具の逆形状の参照点が製品表面を滑る時の掃引形状
(b)の幾何学的な関係を示す説明図である。ボールエ
ンドミルが金型製品の表面を縦横に滑るとき、ボールエ
ンドミルの工具経路点(工具参照点)の軌跡の描く面の
様子を、図2(a)に太線で示した。この面を工具経路
面(工具参照面)(Cutter reference
surface)とよぶ。工具経路面(工具参照面)
が得られれば、ボールエンドミルを、その参照点が常に
この面の上側に存在するように移動させることで、削り
込みを生じない工具経路を高速に計算できる。FIG. 2 shows a tool path surface (a tool reference surface) (a) drawn by a reference point of a ball end mill that slides on a product surface, and a sweep shape (b) when a reference point having an inverse shape of the tool slides on the product surface. It is explanatory drawing which shows the geometrical relationship of. When the ball end mill slides vertically and horizontally on the surface of the mold product, the state of the surface drawn by the trajectory of the tool path point (tool reference point) of the ball end mill is shown by the thick line in FIG. This surface is the tool path surface (tool reference surface) (Cutter reference
surface). Tool path plane (tool reference plane)
Then, by moving the ball end mill so that its reference point always exists above this surface, it is possible to quickly calculate a tool path that does not cause cutting.
【0013】工具経路面(工具参照面)は以下の手順で
計算できる。まず、ボールエンドミルを、工具経路点
(工具参照点)を中心に180度回転させた逆形状を得
る。次にこの逆形状を、図2(b)に示すように、その
参照点が常に製品の表面(Designed surf
ace)に存在するように保ちつつ縦横に移動させ、そ
の掃引形状を生成する。このとき掃引形状の最上面が工
具経路面(工具参照面)に対応する。なお、この計算法
は、フラットエンドミルやラウンドエンドミルを用いた
切削加工にも適用できる。図3は、製品表面を滑るフラ
ットエンドミルの参照点の描く工具経路面(工具参照
面)(a)と、工具の逆形状の参照点が製品表面を滑る
時の掃引形状(b)の幾何的な関係を示す説明図であ
る。図3(a)には、フラットエンドミルを用いて製品
表面を切削するときの、工具経路点(工具参照点)の軌
跡の描く面の様子を示した。また同図(b)には、フラ
ットエンドミルの逆形状を考え、その参照点が製品表面
を縦横に滑るときの、掃引形状の状態を示した。The tool path surface (tool reference surface) can be calculated by the following procedure. First, the ball end mill is rotated 180 degrees about the tool path point (tool reference point) to obtain an inverted shape. Then, as shown in FIG. 2B, the reference point is always the surface of the product (Designed surface).
ace), the sweep shape is generated by moving vertically and horizontally. At this time, the uppermost surface of the sweep shape corresponds to the tool path surface (tool reference surface). This calculation method can also be applied to cutting using a flat end mill or a round end mill. FIG. 3 is a geometrical diagram of a tool path surface (a tool reference surface) (a) drawn by a reference point of a flat end mill that slides on a product surface, and a sweep shape (b) when a reference point having an inverse shape of the tool slides on the product surface. It is an explanatory view showing a relationship. FIG. 3A shows a state of a surface drawn by a trajectory of a tool path point (a tool reference point) when a product surface is cut using a flat end mill. Further, FIG. 2B shows a swept shape state in which the reference point of the flat end mill slides vertically and horizontally on the surface of the product, considering the reverse shape of the flat end mill.
【0014】同様に、図4は、製品表面を滑るラウンド
エンドミルの参照点の描く工具経路面(工具参照面)
(a)と、工具の逆形状の参照点が製品表面を滑る時の
掃引形状(b)の幾何的な関係を示す説明図である。い
ずれの場合も、工具経路面(工具参照面)と掃引形状の
最上面が同一形状になっていることが分かる。したがっ
て工具経路面(工具参照面)を得るためには、工具の逆
形状の掃引形状を計算し、その最上面を選択する処理を
おこなえばよい。つぎに、図5は、半径rのボールエン
ドミルの逆形状の表面にそって、半径R−rのフラット
エンドミルの逆形状を滑らせた様子(a)、半径rのボ
ールエンドミルの逆形状の掃引形状を計算し、さらにそ
の上面にそって半径R−rのフラットエンドミルの逆形
状を滑らせた結果(b)を示す説明図である。軸部の半
径R、円環状の切刃の半径rのラウンドエンドミルの逆
形状は、半径R−rのフラットエンドミルの逆形状を、
半径rの細いボールエンドミルの表面にそって滑らせた
ときの、掃引形状と見なすことができる(図5(a)参
照)。したがってラウンドエンドミルの逆形状の掃引形
状(図4(b)参照)は、半径rのボールエンドミルの
逆形状を、金型表面にそって滑らせ掃引形状を生成し、
次に得られた形状の最上面にそって、半径R−rのフラ
ットエンドミルの逆形状を滑らせることで計算できる
(図5(b)参照)。ラウンドエンドミルの逆形状は、
半径rのボールエンドミルの逆形状を、半径R−rのフ
ラットエンドミルの逆形状にそって滑らせたときの掃引
形状とも見なせるので、逆の手順でもラウンドエンドミ
ルの逆形状の掃引形状は計算できる。このような理由か
ら、以後は、ボールエンドミルとフラットエンドミルの
逆形状の掃引形状を計算する実施の形態に議論を限定す
るが、これに限定されず適宜応用することができる。Similarly, FIG. 4 shows a tool path surface (a tool reference surface) drawn by reference points of a round end mill that slides on a product surface.
It is explanatory drawing which shows the geometrical relationship of (a) and the sweep shape (b) when the reference point of the reverse shape of a tool slides on a product surface. In any case, it can be seen that the tool path surface (tool reference surface) and the top surface of the sweep shape have the same shape. Therefore, in order to obtain the tool path surface (tool reference surface), it is only necessary to calculate the reverse sweep shape of the tool and select the uppermost surface. Next, FIG. 5 shows a state in which the reverse shape of the flat end mill having the radius R-r is slid along the surface of the reverse shape of the ball end mill having the radius r (a), and the reverse shape of the ball end mill having the radius r is swept. It is explanatory drawing which shows the result (b) which calculated the shape and was made to slide the reverse shape of the flat end mill of radius R-r along the upper surface. The reverse shape of the round end mill with the radius R of the shaft part and the radius r of the annular cutting edge is the reverse shape of the flat end mill with radius R-r.
It can be regarded as a swept shape when it is slid along the surface of a ball end mill having a small radius r (see FIG. 5A). Therefore, the reverse swept shape of the round end mill (see FIG. 4 (b)) slides the reverse shape of the ball end mill of radius r along the mold surface to produce a swept shape,
Then, it can be calculated by sliding the reverse shape of the flat end mill having the radius R-r along the uppermost surface of the obtained shape (see FIG. 5B). The reverse shape of the round end mill is
Since the inverse shape of the ball end mill having the radius r can be regarded as the sweep shape when sliding along the inverse shape of the flat end mill having the radius R−r, the inverse sweep shape of the round end mill can be calculated by the reverse procedure. For this reason, the discussion will be limited to the embodiments for calculating the inverse swept shapes of the ball end mill and the flat end mill, but the present invention is not limited to this and can be appropriately applied.
【0015】1−2.逆オフセット法
掃引形状の計算は、立体モデリングの分野での古典的な
問題であり、既に幾つかの計算法が開発されている。し
かしこれらの従来手法は、いずれも処理時間や安定性に
課題があり、一般に、金型のような複雑な形状の表面を
移動する立体に適用することが難しい。われわれは、逆
オフセット法による工具経路面(工具参照面)の近似的
な計算技術と、3次元グラフィックスハードウェアを利
用した処理技術を組み合わせることで、工具経路面(工
具参照面)を安定かつ高速に計算するアルゴリズムを発
明し、その特許を出願した。以下の議論では、加工対象
の製品の形状が多面体であることを仮定する。ただし、
各辺の左右に1枚ずつ多角形が接続している、通常の閉
じた多面体だけでなく、辺の左または右のどちらか一方
にしか多角形が接続していない、「開いた」形状を許
す。任意の曲面形状は、希望する精度でこのような多面
体として近似表現できる。曲面形状を多面体化する技術
は、コンピュータグラフィックスの分野においてよく研
究されており、幾つかの高速なアルゴリズムが既に知ら
れている。1-2. Inverse offset method Sweep shape calculation is a classical problem in the field of solid modeling, and some calculation methods have already been developed. However, these conventional methods have problems in processing time and stability, and are generally difficult to apply to a solid body that moves on a surface having a complicated shape such as a mold. By combining the approximate calculation technology of the tool path surface (tool reference surface) by the inverse offset method and the processing technology using the 3D graphics hardware, we can make the tool path surface (tool reference surface) stable and stable. He invented a high-speed calculation algorithm and filed a patent for it. In the following discussion, it is assumed that the shape of the product to be processed is polyhedron. However,
Not only a normal closed polyhedron in which one polygon is connected to the left and right of each side, but an "open" shape in which a polygon is connected to only one of the left and right sides forgive. Arbitrary curved surface shapes can be approximately represented as such polyhedrons with desired accuracy. The technique of making a curved surface shape into a polyhedron is well studied in the field of computer graphics, and some high-speed algorithms are already known.
【0016】半径rのボールエンドミルによる切削加工
の場合、工具経路面(工具参照面)にあたる掃引形状の
上面は、ボールエンドミルの逆形状の上端の、半球形の
切刃の移動により生成される。そこで工具の逆形状の代
わりに、切刃と同一半径の球を、その中心が常に製品表
面に存在するように滑らせた時の掃引形状の計算を考え
る。製品が多面体形状のとき、球の掃引形状は、多面体
の頂点、辺、多角形を、以下の手順で球面、円筒形、厚
板形状に置き換えた時の、これらの和形状となる。図6
は、球の掃引形状を構成する、球面(a)、円筒形
(b)、厚板形状(c)の例を示す説明図である。
[頂点] その頂点vを中心とする、半径rの球面に置
き換える(図6(a)参照)。
[辺] その辺eを中心軸とする、半径rの円筒形に置
き換える(同図(b)参照)。
[多角形] その多角形fを中心とする、厚さ2rの厚
板形状に置き換える(同図(c)参照)。In the case of cutting with a ball end mill having a radius r, the upper surface of the sweep shape corresponding to the tool path surface (tool reference surface) is generated by the movement of a hemispherical cutting edge at the upper end of the inverted shape of the ball end mill. Therefore, instead of the inverse shape of the tool, consider the calculation of the sweep shape when a sphere having the same radius as the cutting edge is slid so that its center always exists on the product surface. When the product is a polyhedron shape, the swept shape of the sphere is the sum of these shapes when the vertices, sides, and polygons of the polyhedron are replaced with spherical, cylindrical, and slab shapes by the following procedure. Figure 6
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a spherical surface (a), a cylindrical shape (b), and a thick plate shape (c) that form a sweep shape of a sphere. [Vertex] The vertex is replaced with a sphere centered at the vertex v and having a radius r (see FIG. 6A). [Side] The side is replaced by a cylinder having a radius r and having the side e as the central axis (see FIG. 2B). [Polygon] The polygon f is replaced with a thick plate having a thickness of 2r (see FIG. 7C).
【0017】一方、半径rフラットエンドミルによる切
削加工の場合、工具経路面(工具参照面)にあたる掃引
形状の上面は、フラットエンドミルの逆形状の上端の、
円板状の切刃の移動により生成される。製品が多面体形
状のとき、円板の掃引形状は、多面体の辺と多角形を、
以下の手順で斜円筒形と厚板形状に置き換えた時の、こ
れらの和形状となる。図7は、円板の掃引形状を構成す
る、斜円筒形(a)と厚板形状(b)の例を示す説明図
である。
[辺] その辺eの両端の頂点に与えられた、半径rの
2枚の水平な円板を結ぶ斜円筒形に置き換える(図7
(a)参照)。
[多角形] 多角形fの周囲の全頂点に、半径rの水平
な円板を配置し、多角形を水平に移動させ、全ての円板
の外周と接するように位置決めする。このような位置は
二ヶ所考えられる。そこで、各場所に配置された2枚の
多角形に挟まれた領域に対応する厚板形状を生成し、多
角形fをこの厚板形状に置き換える(同図(b)参
照)。複雑な金型形状を精密に多面体化した場合、その
多角形数はしばしば数万から数十万枚となる。辺や頂点
の数も多角形数に比例するので、上述した手法による掃
引形状の計算では、膨大な数の球面、円筒形、厚板形状
などの集合演算を繰り返すことになり、実用的ではな
い。逆オフセット法は、工具経路面(工具参照面)とし
て最終的に必要となるのが、掃引形状の最上面だけであ
ることに着目し、以下の手順で処理することで、工具経
路面(工具参照面)の効率的かつ安定な計算を実現す
る。On the other hand, in the case of cutting with a radius r flat end mill, the upper surface of the sweep shape corresponding to the tool path surface (tool reference surface) is the upper end of the reverse shape of the flat end mill.
It is generated by moving a disc-shaped cutting edge. When the product is a polyhedron, the sweep shape of the disc is the sides and polygons of the polyhedron.
When the slanted cylinder shape and the thick plate shape are replaced by the following procedure, the sum of these shapes is obtained. FIG. 7 is an explanatory view showing an example of a slanted cylinder shape (a) and a thick plate shape (b) which form a sweep shape of a disc. [Side] Replaced with a slanted cylindrical shape connecting two horizontal discs with a radius r, which are given to the vertices at both ends of the side e (Fig. 7).
(See (a)). [Polygon] A horizontal disk having a radius r is arranged at all vertices around the polygon f, the polygon is moved horizontally, and the polygon is positioned so as to contact the outer circumferences of all the disks. Two such positions are possible. Therefore, a slab shape corresponding to a region sandwiched by two polygons arranged at each place is generated, and the polygon f is replaced with this slab shape (see (b) of the same figure). When a complicated die shape is precisely made into a polyhedron, the number of polygons is often tens to hundreds of thousands. Since the number of sides and vertices is also proportional to the number of polygons, the calculation of the sweep shape by the above-mentioned method requires enormous number of spherical, cylindrical, and thick plate shape calculations, which is not practical. . The reverse offset method focuses on the fact that only the uppermost surface of the swept shape is finally required as the tool path surface (tool reference surface), and by performing the following procedure, the tool path surface (tool Realize efficient and stable calculation of reference plane).
【0018】図8は、ボールエンドミル加工用の工具経
路面(工具参照面)を得るために、球の掃引形状を構成
する球面、円筒形、厚板形状と、格子の中心を通過する
z軸に平行な直線の交差を調べ、最も上側の交点を選択
する様子を示す図である。また、図9は、フラットエン
ドミル加工用の工具経路面(工具参照面)を得るため
に、円板の掃引形状を構成する斜円筒形や厚板形状と、
格子の中心を通過するz軸に平行な直線の交差を調べ、
最も上側の交点を選択する様子を示す図である。まず処
理の基準となる直交座標系を、そのz軸がエンドミルの
回転軸の上向き方向と一致するように与える(図8、図
9参照)。基準座標系のxy平面上に、x軸とy軸に平
行かつ等間隔な直交格子を、これから計算する掃引形状
の、xy平面への投影を覆うように生成する。なお、ボ
ールエンドミル加工の場合も、フラットエンドミル加工
の場合も、掃引形状の投影図形は、製品形状の投影図形
をエンドミルの半径分膨らませたものに相当するので、
この膨らんだ図形を覆うように直交格子を生成すればよ
い。格子の間隔wを小さくするほど精密な計算が可能に
なるが、必要な記憶容量が膨大なものになる。工具経路
面(工具参照面)を計算する場合には、格子の総数が
1,000×1,000個程度になるように、格子間隔
を調整する場合が多い。FIG. 8 shows a spherical surface, a cylindrical shape, and a thick plate shape forming a sweep shape of a sphere and a z-axis passing through the center of a lattice in order to obtain a tool path surface (tool reference surface) for ball end milling. It is a figure which shows a mode that the intersection of the straight line parallel to is investigated and the uppermost intersection is selected. Further, FIG. 9 shows a slanted cylinder shape and a thick plate shape forming a sweep shape of a disk in order to obtain a tool path surface (tool reference surface) for flat end milling,
Examine the intersection of straight lines passing through the center of the lattice and parallel to the z-axis,
It is a figure which shows a mode that the uppermost intersection is selected. First, an orthogonal coordinate system as a reference for processing is given so that its z axis coincides with the upward direction of the rotation axis of the end mill (see FIGS. 8 and 9). On the xy plane of the reference coordinate system, orthogonal grids that are parallel to the x axis and the y axis and are equally spaced are generated so as to cover the projection of the sweep shape to be calculated on the xy plane. In addition, in both the case of ball end mill processing and the case of flat end mill processing, the sweep shape projection figure corresponds to the product shape projection figure expanded by the radius of the end mill.
An orthogonal grid may be generated so as to cover this expanded figure. The smaller the grid interval w, the more accurate the calculation becomes possible, but the required memory capacity becomes enormous. When the tool path surface (tool reference surface) is calculated, the grid spacing is often adjusted so that the total number of grids is about 1,000 × 1,000.
【0019】次に各格子点を通過するz軸に平行な直線
を考え、この直線と掃引形状を構成する全ての形状要素
の交差を調べる。例えば、ボールエンドミル加工用の工
具経路面(工具参照面)を計算する場合には、各格子点
を通過する直線と、頂点に配置された球面、辺に配置さ
れた円筒形、多角形に配置された厚板形状の交差を調べ
る。そして図8に示すように、最も上側の交点、すなわ
ちz座標値が最大の交点を選択する。フラットエンドミ
ル加工用に工具経路面(工具参照面)を計算する場合
も、図9に示すように、各直線と、辺に配置された斜円
筒形および多角形に配置された厚板形状の交差を調べ、
最も上側の交点を選択する。これらの処理を全ての格子
について繰り返すと、工具経路面(工具参照面)を覆
う、格子状に配置された稠密な点群を得ることができ
る。各格子のマス目の角にあたる隣接する4個の点を選
び、それらを頂点とする2枚の三角形を定義する。この
処理を全てのマス目について繰り返すと、隙間無く敷き
詰められた工具経路面(工具参照面)を表す三角形群を
得ることができる。Next, consider a straight line that passes through each grid point and is parallel to the z-axis, and examine the intersection of this straight line and all the shape elements that form the swept shape. For example, when calculating a tool path surface (tool reference surface) for ball end milling, a straight line passing through each grid point, a spherical surface at the apex, a cylindrical shape at the side, and a polygonal shape are arranged. Examine the intersection of the slab shapes that were made. Then, as shown in FIG. 8, the uppermost intersection, that is, the intersection having the largest z coordinate value is selected. Also in the case of calculating the tool path surface (tool reference surface) for flat end milling, as shown in FIG. 9, each straight line intersects the slanted cylinders arranged on the sides and the thick plate shapes arranged on the polygons. Examine
Select the top intersection. If these processes are repeated for all the grids, a dense point cloud arranged in a grid shape that covers the tool path surface (tool reference surface) can be obtained. Four adjacent points that correspond to the corners of each grid are selected, and two triangles having these points as vertices are defined. By repeating this process for all the squares, it is possible to obtain a group of triangles representing the tool path planes (tool reference planes) that are spread without gaps.
【0020】1−3.3次元グラフィックスハードウェ
アの利用
逆オフセット法では、各格子点を通過するz軸に平行な
直線と、掃引形状を構成する球面や円筒形などとの交点
計算を、格子と形状要素の全ての組み合わせについて繰
り返す必要がある。われわれの発明した手法は、3次元
グラフィックスハードウェアの隠面消去機能を利用する
ことで、この処理を高速化する。3次元コンピュータグ
ラフィックスでは、他の面に隠されて観察者から見えな
い隠面を消去した画像を生成するために、デプスバッフ
ァを用いる。図10は、デプスバッファの利用による、
二つの立方体の隠面を消去した画像の生成例を示す図で
ある。図示のように配置された2個の立方体を図の左側
から観察した画像を、平行投影により画面へ描く場合を
例に、この技術を説明する。まず、処理の基準となる座
標系を、画面上の任意の位置に、そのx軸とy軸が画面
を構成するピクセルの格子と平行になるように、またz
軸の方向が観察者の視線方向と逆向きになるように与え
る。また各ピクセルと1対1に対応する要素からなる、
デプスバッファと呼ばれる配列を用意し、その全要素に
初期値として十分に小さな数値を与えておく。以上の準
備の後、立方体を構成する多角形を、平行投影により順
に画面へ描画していく。その際に、画面の各ピクセルへ
投影される多角形上の点のz座標値を計算し、対応する
デプスバッファ要素の値(これをデプス値とよぶ)と比
較する。もしもz座標値がデプス値よりも大きいときに
は、ピクセルを多角形の色で染め、そのz座標値を新し
いデプス値として記録する。この処理を全ての多角形に
ついて繰り返すと、デプスバッファの各要素には、視点
に最も近い多角形上の点のz座標値が格納される。また
各ピクセルには、その点の色が染められることになり、
結果として隠面を消去した画像が画面に描かれる。この
図の例では、○印をつけたピクセルには点p3の色が染
められ、対応するデプスバッファ要素には、この点のz
座標値がデプス値として格納される。観察者の視線方向
を、エンドミルの回転軸の下向き方向に定め、画面のピ
クセル群をxy平面上の直交格子と対応付けると、
・全ての格子点について、そこを通過するz軸に平行な
直線と、球や円板の掃引形状の最上面の交点を計算する
こと(図8、図9参照)、及び、
・掃引形状を構成する全ての形状要素(球面、円筒形、
厚板形状など)を平行投影した画像を、デプスバッファ
を用いて描くこと(図10参照)、は、幾何的に等価な
処理となる。全ての形状要素を描き終えたとき、デプス
バッファの各要素には、対応する直線と掃引形状の最も
上側の交点のz座標値がデプス値として格納されている
ので、工具経路面(工具参照面)を表す点群を容易に得
ることができる。市販されている多くのグラフィックス
ボードは、デプスバッファを用いた多面体の隠面消去処
理を、ハードウェアで直接実行する機能を備えている。
したがって掃引形状を構成する球面や円筒形などを適切
に多面体近似し、得られた多角形群を平行投影した画像
をハードウェアの機能を用いて描画することで、工具経
路面(工具参照面)を高速に計算できる。なお、3次元
グラフィックス表示装置は、今後の高速化が最も期待さ
れている半導体デバイスなので、その機能を利用するこ
とで処理を将来さらに高速化できる。1-3. Utilization of three-dimensional graphics hardware In the inverse offset method, intersection points between a straight line passing through each grid point and parallel to the z-axis and a spherical surface or a cylindrical shape forming a swept shape are calculated. It has to be repeated for all combinations of grid and shape elements. The method we invented accelerates this process by utilizing the hidden surface removal function of the 3D graphics hardware. In 3D computer graphics, a depth buffer is used to create an image in which hidden surfaces that are hidden by other surfaces and invisible to the observer are erased. FIG. 10 shows the use of the depth buffer.
It is a figure which shows the example of generation of the image which erased the hidden surface of two cubes. This technique will be described by taking as an example the case where an image obtained by observing two cubes arranged as shown from the left side of the drawing is drawn on the screen by parallel projection. First, the coordinate system that serves as the reference for processing is placed at an arbitrary position on the screen so that its x-axis and y-axis are parallel to the grid of pixels that form the screen, and z
The direction of the axis is given so as to be opposite to the line of sight of the observer. It also consists of elements that correspond to each pixel on a one-to-one basis.
Prepare an array called a depth buffer and give sufficiently small numbers as initial values to all the elements. After the above preparations, polygons forming a cube are sequentially drawn on the screen by parallel projection. At that time, the z coordinate value of the point on the polygon projected onto each pixel of the screen is calculated and compared with the value of the corresponding depth buffer element (this is called the depth value). If the z coordinate value is greater than the depth value, the pixel is dyed with a polygonal color and the z coordinate value is recorded as the new depth value. When this process is repeated for all polygons, the z coordinate value of the point on the polygon closest to the viewpoint is stored in each element of the depth buffer. In addition, each pixel will be dyed with the color of that point,
As a result, the image with the hidden surface erased is drawn on the screen. In the example of this figure, the pixel marked with a circle is dyed with the color of the point p 3 and the corresponding depth buffer element has the z of this point.
The coordinate value is stored as the depth value. When the line-of-sight direction of the observer is set to the downward direction of the rotation axis of the end mill, and the pixel group of the screen is associated with the orthogonal grid on the xy plane: -For all grid points, a straight line parallel to the z-axis passing therethrough , Calculating the intersection of the top surface of the sweep shape of a sphere or a disc (see FIGS. 8 and 9), and all shape elements (spherical, cylindrical,
Drawing an image in which a thick plate shape or the like is projected in parallel using a depth buffer (see FIG. 10) is a geometrically equivalent process. When all shape elements have been drawn, the z coordinate value of the uppermost intersection of the corresponding straight line and the swept shape is stored as the depth value in each element of the depth buffer, so the tool path plane (tool reference plane) ) Can be easily obtained. Many commercially available graphics boards have a function of directly executing the hidden surface removal processing of a polyhedron using a depth buffer by hardware.
Therefore, the tool path plane (tool reference plane) can be drawn by using the hardware function to draw an image of parallel projection of the obtained polygon group by appropriately approximating the spherical surface and cylindrical shape that make up the swept shape, etc. Can be calculated at high speed. It should be noted that the three-dimensional graphics display device is a semiconductor device that is expected to have a higher speed in the future, and therefore, by utilizing its function, the processing speed can be further increased in the future.
【0021】2.工具経路計算
本発明は、上述した技術を発展させ、逆オフセット法の
弱点とされてきた、工具経路面の壁形状での精度低下を
解消することを主な目的としている。
2−1.逆オフセット法の高精度化
図11は、急峻な壁形状における逆オフセット法により
得られた点群の分布を示す説明図である。図11(a)
は、A方向から眺めた様子であり、壁面において理想的
な工具経路面と計算結果の間に大きな誤差が生じてい
る。図11(b)は、B方向から眺めた様子であり、x
方向のなだらかな変化が表現できず、不自然な折れ曲が
りが生じている。逆オフセット法は、直交格子の各マス
目をz軸方向に引き伸ばした細長い直方体で空間を分割
し、その縦方向の辺と逆工具の掃引形状の最上面の交点
を計算し多面体化することで、工具経路面を表現する
(後述の図12(a)参照)。この手法では、工具経路
面の特に「壁」にあたる形状を正確に表現できない。図
11に、壁形状の近傍における、格子から垂直に伸びる
直線群と工具経路面の交点の様子を示した。工具経路面
が水平かつ滑らかな部分(図中の上側や下側の水平な
面)では、交点間の距離は格子間隔程度なので、それら
の間を多角形で補間しても、加工に十分な精度が得られ
る。しかし、工具経路面がz軸方向に大きく変化する急
峻な壁形状では、隣接する交点間の距離が広がるため、
補間後の形状に大きな誤差を生じてしまう場合がある
(図11(a)参照)。また、この方法では、水平方向
の形状変化を格子間隔ごとに離散的に記録するので、壁
の部分のx軸やy軸方向のなだらかな形状変化を表現で
きず、不自然な折れ曲がりが生じてしまう場合がある
(図11(b)参照。)。これらの理由から、逆オフセ
ット法で計算された工具経路面は、壁形状を切削加工す
るための(例えば等高線状の)工具経路の生成には不適
当な場合があるとされてきた。2. Tool path calculation The present invention mainly develops the above-mentioned technique, and eliminates the weakness of the inverse offset method, which is the weak point of the tool path surface. 2-1. Improvement of Accuracy of Inverse Offset Method FIG. 11 is an explanatory diagram showing a distribution of point groups obtained by the inverse offset method in a steep wall shape. FIG. 11 (a)
Shows a state as viewed from the direction A, and a large error occurs between the ideal tool path surface and the calculation result on the wall surface. FIG. 11B is a view as seen from the B direction, where x
Unnatural bends occur due to the inability to express a gentle change in direction. The inverse offset method divides the space by an elongated rectangular parallelepiped that stretches each square of the orthogonal grid in the z-axis direction, calculates the intersection of the vertical side and the uppermost surface of the swept shape of the inverse tool, and makes it a polyhedron. , Tool path surface (see FIG. 12A described later). This method cannot accurately represent the shape of the tool path surface, especially the shape corresponding to the "wall". FIG. 11 shows a state of intersections of a group of straight lines extending vertically from the lattice and the tool path surface in the vicinity of the wall shape. In the part where the tool path surface is horizontal and smooth (the upper and lower horizontal surfaces in the figure), the distance between the intersections is about the grid interval, so even if you interpolate between them with a polygon, it is sufficient for machining. Accuracy can be obtained. However, in a steep wall shape in which the tool path surface greatly changes in the z-axis direction, the distance between adjacent intersection points increases,
A large error may occur in the shape after interpolation (see FIG. 11A). Further, in this method, since the horizontal shape change is discretely recorded for each grid interval, a smooth shape change of the wall portion in the x-axis and y-axis directions cannot be expressed, and an unnatural bending occurs. In some cases (see FIG. 11B). For these reasons, it has been considered that the tool path surface calculated by the inverse offset method may be unsuitable for generating a tool path (for example, a contour line shape) for cutting a wall shape.
【0022】そこで、本実施の形態では、工具経路面
を、xy平面上の格子だけでなく、yz平面上の格子や
zx平面上の格子も利用して計算するように逆オフセッ
ト法を拡張することで、これらの課題を解決する。xy
平面上の格子と同様に、yz平面上にy軸とz軸に平行
かつ等間隔な直交格子を、またzx平面上にz軸とx軸
に平行な直交格子を用意する。このとき3つの格子の間
で、格子間隔が等しくなるように、また格子線の配置に
ずれが生じないように注意する。xy平面、yz平面、
そしてzx平面上の3つの格子を用いて逆オフセット法
を行うことは、空間を各格子のマス目に基づく、互いに
直交する3本の直方体の積に相当する微小な立方体で分
割し、立方体の12本の辺と掃引形状の最上面の交点を
計算し工具経路面を表現することと、幾何的に等価であ
る。図12は、従来の逆オフセット法(a)と、本実施
の形態の逆オフセット法(b)の比較図である。ここで
は、xy平面上の格子のみに基づく従来の逆オフセット
法(a)と、xy平面上の格子以外に、yz平面とzx
平面上の二つの格子も利用する新しい逆オフセット法
(b)の違いを示した。本実施の形態による新しい逆オ
フセット法では、従来の方法とは異なり、工具経路面を
構成する交点群の隣接する2点は、必ず同じ立方体上に
存在するので、それらの間の距離は、工具経路面の形状
によらず、立方体の各辺の長さで定められる一定値以下
となる。本実施の形態では、工具経路面のx軸方向やy
軸方向の形状変化も正確に記録できるので、従来の手法
よりもはるかに高精度な計算が可能になる。空間を分割
する微小な立方体の各辺と、掃引形状の最上面の交点が
得られれば、一般にマーチングキューブ法とよばれるア
ルゴリズムにより、立方体の内部に工具経路面の一部を
表す三角形群を与えることができる。この処理を全ての
立方体について繰り返せば、工具経路面を微小な三角形
の集合により近似表現できる。立方体の各辺と掃引形状
の最上面がたかだか一点で交差することを仮定すると、
その情報に基づいて、各辺の両端の頂点が工具経路面の
上下どちらに存在するか決められる。そこで立方体の8
個の頂点を、工具経路面の上側に存在する頂点と、下側
に存在する頂点とに分類する。Therefore, in the present embodiment, the inverse offset method is extended so that the tool path surface is calculated by using not only the grid on the xy plane but also the grid on the yz plane or the grid on the zx plane. By solving these problems. xy
Similar to the lattice on the plane, an orthogonal lattice parallel to the y axis and the z axis and equidistantly on the yz plane, and an orthogonal lattice parallel to the z axis and the x axis on the zx plane are prepared. At this time, take care so that the three lattices have the same lattice spacing and that the lattice lines are not displaced. xy plane, yz plane,
Performing the inverse offset method using three grids on the zx plane divides the space into minute cubes corresponding to the product of three rectangular parallelepipeds based on the grids of each grid, and It is geometrically equivalent to expressing the tool path surface by calculating the intersection of the 12 sides and the uppermost surface of the sweep shape. FIG. 12 is a comparison diagram of the conventional reverse offset method (a) and the reverse offset method (b) of the present embodiment. Here, in addition to the conventional inverse offset method (a) based only on the grid on the xy plane and the grid on the xy plane, the yz plane and zx
We have shown the difference between the new inverse offset method (b) which also uses two gratings on a plane. In the new reverse offset method according to the present embodiment, unlike the conventional method, two adjacent points of the intersection point group forming the tool path surface always exist on the same cube, so the distance between them is Regardless of the shape of the path surface, the value is equal to or less than a constant value determined by the length of each side of the cube. In the present embodiment, the x-axis direction of the tool path surface and y
Since the shape change in the axial direction can be accurately recorded, the calculation can be performed with a much higher precision than the conventional method. If the intersection of each side of the minute cube that divides the space and the top surface of the sweep shape is obtained, a triangle group representing a part of the tool path surface is given inside the cube by an algorithm generally called the marching cube method. be able to. If this process is repeated for all cubes, the tool path surface can be approximately represented by a set of minute triangles. Assuming that each side of the cube and the top surface of the swept shape intersect at only one point,
Based on the information, it is determined whether the vertices at both ends of each side are above or below the tool path surface. So cubic 8
These vertices are classified into the vertices existing above the tool path surface and the vertices existing below.
【0023】図13は、微小な立方体と逆工具の掃引形
状の最上面の間に生じ得る交差パターンを示す図であ
る。分類パターンは、28=256 通り考えられる
が、対象性を考慮するとパターンを図に示した20通り
に削減できる。なお、マーチングキューブ法の原論文で
は、例えばパターンDとEを同じと見なすことで15パ
ターンとしているが、本実施の形態では面の向きを考慮
して、これらを別パターンとして扱う。この図では、工
具経路面の上側に位置する頂点を白色で、また下側に位
置する頂点を黒色で示している。マーチングキューブ法
は、このパターンにしたがって、立方体の内部に工具経
路面を表す三角形を配置する。立方体の辺が、工具経路
面と複数回交差する場合には、交差回数が偶数回のとき
には「交差なし」と考え、また交差回数が奇数回の時に
は「1点で交差」と見なせば、矛盾なく処理を進められ
る。なお、本実施の形態と部分的に似た表現を採用して
いる研究に、韓国KAISTのChoiらの提案したE
Z−map法がある。彼らの論文(Sculpture
d Surface Machining、 Theo
ry and Applications、 B.K.
Choi and R.B.Jerard、Kluwe
r Academic Press、1998)では、
本実施の形態と同様に断面線を計算し、それをNC加工
命令生成に利用することを提案しているが、断面線の高
速かつ高精度な計算法は議論していない。また、この技
術とマーチングキューブ法を結合することで、高精度な
工具経路面を計算する手法も提案していない。一方、わ
が国では、藤尾らがBoundary−Map表現とい
う名称で、マーチングキューブ法を利用した製品形状の
表現法を提案しているが、彼らの研究では、逆オフセッ
ト法との結合は考えられていない(Boundary−
Mapデータ構造に基づくCAD/CAMシステムの開
発、藤尾、柳下、鈴木、精密工学会誌、Vol.66、
No.7、2000)。FIG. 13 is a view showing a crossing pattern which may occur between the minute cube and the uppermost surface of the swept shape of the inverted tool. There are 2 8 = 256 possible classification patterns, but the pattern can be reduced to 20 shown in the figure in consideration of the symmetry. In the original paper of the marching cubes method, for example, patterns D and E are considered to be the same, so that there are 15 patterns, but in the present embodiment, these are treated as different patterns in consideration of the surface orientation. In this figure, the vertices located above the tool path plane are shown in white, and the vertices located below are shown in black. According to this pattern, the marching cubes method arranges a triangle representing a tool path surface inside a cube. If the side of the cube intersects the tool path surface a plurality of times, consider that there is no intersection when the number of times of intersection is an even number, and consider that it is "intersect at one point" when the number of times of intersection is an odd number. Processing can proceed without contradiction. In addition, in a study employing an expression partially similar to that of this embodiment, E proposed by Choi et al. Of KAIST in Korea.
There is a Z-map method. Their paper (Sculpture
d Surface Machining, Theo
ry and Applications, B.I. K.
Choi and R. B. Jerard, Kluwe
r Academic Press, 1998),
It has been proposed to calculate a cross-section line and use it for NC machining command generation as in the present embodiment, but a fast and highly accurate calculation method of the cross-section line has not been discussed. In addition, no method has been proposed for calculating a tool path surface with high accuracy by combining this technology with the marching cube method. On the other hand, in Japan, Fujio et al. Have proposed a method of expressing a product shape using the marching cubes method under the name of Boundary-Map expression, but their research does not consider the combination with the inverse offset method. (Boundary-
Development of CAD / CAM system based on Map data structure, Fujio, Yanagishita, Suzuki, Journal of Precision Engineering, Vol. 66,
No. 7, 2000).
【0024】2−2.断面線に基づく交点の算出
上述した技術により、工具経路面を精密に多面体化する
ためには、3つの直交格子に基づいて定義される微小な
立方体の12本の辺と、逆工具の掃引形状の最上面の交
点を計算する必要がある。その一つの手法として、各辺
を含む直線と最上面の交点を計算し、得られた点の座標
から、辺と最上面の交差を判定するアルゴリズムが考え
られる。12本の辺のうち、z軸に平行な4本の辺につ
いては、各辺を含むz軸に平行な直線と最上面の交点は
たかだか1点であり、その座標値の決定プロセスは従来
の逆オフセット法と全く同じなので、グラフィックスハ
ードウェアの隠面消去機能を用いた高速な計算法が利用
できる。しかし、残りのx軸やy軸と平行な8本の辺の
場合には、これらを含むx軸やy軸に平行な直線と掃引
形状の最上面は複数の箇所で交差する場合があるので、
隠面消去機能を用いた計算法は、そのままでは適用でき
ない。そこで、本実施の形態では、yz平面やzx平面
に平行な面を用いて掃引形状の最上面を切断し、次にそ
の断面線を利用して、x軸やy軸に平行な辺と最上面の
交点を計算する手法を用いる。すなわち、立方体の12
本の辺のうち、y軸に平行な4本の辺と最上面の交点
は、これらの辺を含むyz平面に平行な面を用いて最上
面を切断し、その断面線を得ることができれば、これと
辺の交差を調べることで容易に算出できる。このこと
を、以下に図を用いて示す。2-2. Calculation of intersections based on cross-section lines With the above-mentioned technique, in order to precisely make the tool path surface polyhedral, twelve sides of a minute cube defined based on three orthogonal grids and the swept shape of the reverse tool It is necessary to calculate the intersection of the top surface of. As one of the methods, an algorithm is conceivable in which the intersection of the straight line including each side and the top surface is calculated, and the intersection of the side and the top surface is determined from the coordinates of the obtained points. Of the twelve sides, the four sides parallel to the z-axis have at most one intersection between the straight line parallel to the z-axis including each side and the uppermost surface, and the process of determining the coordinate values is the same as the conventional process. Since it is exactly the same as the inverse offset method, a high-speed calculation method using the hidden surface removal function of the graphics hardware can be used. However, in the case of eight sides parallel to the remaining x-axis and y-axis, the straight line parallel to the x-axis and y-axis including these and the uppermost surface of the sweep shape may intersect at a plurality of points. ,
The calculation method using the hidden surface removal function cannot be applied as it is. Therefore, in this embodiment, the uppermost surface of the sweep shape is cut by using a surface parallel to the yz plane or the zx plane, and then the cross-section line is used to determine the side parallel to the x-axis or the y-axis. A method of calculating the intersection point of the upper surface is used. That is, 12 cubic
Of the sides of the book, at the intersection of the four sides parallel to the y-axis and the uppermost surface, the uppermost surface can be cut using the plane parallel to the yz plane including these sides, and the section line can be obtained. , It can be easily calculated by checking the intersection of this and the side. This will be shown below with reference to the drawings.
【0025】図14は、掃引形状の断面線に基づいて工
具経路面と立方体の各辺の交点を計算した例を示す図で
ある。例えばy軸に平行な2本の辺e3やe11と最上
面の交点は、これらの辺と隣接する立方体の面を含むy
z平面に平行な面を用いて最上面を切断し、その断面線
(図中の灰色の曲線)とe3やe11の位置関係を調べ
ることで計算できる(図では、断面線はe3とのみ交差
している)。e3もe 11もともに水平な線分なので、
これらと断面線の交差の確認や交点の計算は簡単であ
る。y軸に平行な残りの二辺e1やe9と最上面の交点
も、これらと隣接する面を含む平面を用いて最上面の断
面線を計算すれば、その結果から容易に求められる。同
様に、x軸に平行な4本の辺e0、e2、e8、e10
と掃引形状の最上面との交点も、これらの辺を含むzx
平面に平行な面を用いて最上面を切断し、その断面線
(図中の黒色の曲線)と各辺の位置関係を調べることで
計算できる。断面線を得ることができれば、z軸に平行
な4本の辺と最上面との交点も容易に計算できるので、
マーチングキューブ法を適用するために必要な情報は全
て得られることになる。FIG. 14 shows the construction based on the cross section line of the sweep shape.
In the figure which shows the example which calculated the intersection of each side of the tool path surface and the cube
is there. For example, two sides e parallel to the y-axisThreeAnd e11And Mogami
The intersection of the faces is y containing the faces of the cube adjacent to these edges.
The top surface is cut using the plane parallel to the z-plane, and the section line
(Gray curve in the figure) and eThreeAnd e11The positional relationship of
Can be calculated byThreeOnly intersect with
is doing). eThreeE 11Since both are horizontal line segments,
It is easy to check the intersection of these and the section line and calculate the intersection.
It The remaining two sides e parallel to the y-axis1And e9And the intersection of the top
Also, use the plane including the faces adjacent to these to cut the top face.
If the surface line is calculated, it can be easily obtained from the result. same
Similarly, four sides e parallel to the x-axis0, ETwo, E8, E10
And the top surface of the swept shape is also zx including these sides
Cut the top surface using a plane parallel to the plane, and then cut the section line
By checking the positional relationship between (black curve in the figure) and each side
Can be calculated. Parallel to the z-axis if the section line can be obtained
You can easily calculate the intersection of the four edges and the top surface.
All the information needed to apply the marching cubes method
Will be obtained.
【0026】2−3.グラフィックスハードウェアによ
る断面線の算出
上述したような、微小な立方体の面のうち、zx平面に
平行な面で掃引形状の最上面を切断した場合の断面線
は、以下の手順で計算できる。まずxy平面上の格子線
のうち、切断面のxy平面への投影に対応するx軸に平
行な直線を選び、この直線上に十分に稠密な点を等間隔
に配置する。次に、配置された点からz軸に平行にのび
る半直線群と、逆工具の掃引形状の最上面の交点を計算
する。得られた交点を順に接続していくと、それがこの
切断面による最上面の断面線となる。yz平面に平行な
面による断面線も、その面のxy平面への投影に対応す
るy軸に平行な格子線を選択し、その上に稠密に配置さ
れた点からz軸に平行にのびる半直線群と最上面の交点
を計算し、それらを接続することで計算できる。さら
に、精密な断面線を計算するためには、xy平面上のx
軸やy軸に平行な直線上に配置される点の間隔を、十分
に小さなものにする必要がある。本実施の形態では、断
面線計算のために配置される点の間隔を、xy平面上の
もとの直交格子の間隔の1/m(例えば、mは8〜10
程度)に設定した。後述する断面線の精密化技術を併用
すると、この程度の間隔でz軸に平行な半直線と最上面
の交点を計算しプロットすれば、十分な精度の断面線を
得ることができる。2-3. Calculation of Section Line by Graphics Hardware Among the surfaces of the minute cube as described above, the section line when the uppermost surface of the sweep shape is cut by a surface parallel to the zx plane can be calculated by the following procedure. First, among the lattice lines on the xy plane, a straight line parallel to the x axis corresponding to the projection of the cut surface on the xy plane is selected, and sufficiently dense points are arranged on this straight line at equal intervals. Next, the intersection of the half line group extending parallel to the z axis from the arranged point and the uppermost surface of the swept shape of the reverse tool is calculated. When the obtained intersections are connected in order, it becomes the cross-section line of the uppermost surface by this cut surface. For the cross-section line by the plane parallel to the yz plane, select a grid line parallel to the y axis corresponding to the projection of that plane on the xy plane, and extend from the points densely arranged on the grid line parallel to the z axis. It can be calculated by calculating the intersection of the line group and the top surface and connecting them. Furthermore, in order to calculate a precise section line, x on the xy plane is calculated.
The distance between points arranged on a straight line parallel to the axis or the y-axis needs to be sufficiently small. In the present embodiment, the distance between the points arranged for calculating the cross-section line is 1 / m (for example, m is 8 to 10) of the distance between the original orthogonal lattices on the xy plane.
Set to about). If the section line refining technology described later is also used, the section line with sufficient accuracy can be obtained by calculating and plotting the intersection points of the half line parallel to the z axis and the uppermost surface at such intervals.
【0027】図15は、隠面消去機能を用いた断面線の
算出についての説明図である。この図は、xy平面上の
x軸やy軸に平行な格子線上に配置された、断面線計算
用の点群を見下ろした様子を示したものである。先に我
々発明した、前述の隠面消去機能を利用した逆オフセッ
ト法の計算技術(例えば、特願2000−056843
参照)を用いると、ちょうど格子上に位置する点(図で
は白丸で示した)からz軸に平行にのびる半直線と、掃
引形状の最上面との交点は高速に計算できる。しかしそ
れ以外の点(図では黒四角で示した)については、対応
する交点をハードウェアで直接計算することはできな
い。この点は、掃引形状を構成する図形要素(球面、円
筒形、厚板形状など)の位置を微小量ずらしてから、逆
オフセット処理することで解決できる。ここで、[i、
j]格子から(dx、0、0)ずれた位置にある点(図
中に黒い大きな矢印で指示した)について、そこからz
軸に平行にのびる半直線と掃引形状の最上面の交点を計
算する場合を考える。掃引形状を構成する全ての図形要
素を(−dx、0、0)移動させると、この点はちょう
ど[i、j]格子の上へ移動するので、この点からのび
る半直線と最上面の交点は、隠面消去機能を用いて高速
に計算できる。そこで計算後に、得られた交点を移動前
の点に対応するものとして記録する。このとき同時に、
図中に複数の灰色の他の小さな矢印で指示した点につい
ても交点が計算される。図形の移動や隠面消去の再実行
は、グラフィックスハードウェアにより高速に行われる
ので、これらに伴う処理時間の増加はごくわずかであ
る。同様の処理を、残りの点についても繰り返すこと
で、全ての断面線についてプロットすべき交点の位置を
高速に計算できる。FIG. 15 is an explanatory diagram of the calculation of the cross section line using the hidden surface removal function. This figure shows a state in which a point group for calculating a cross-section line, which is arranged on a grid line parallel to the x-axis and the y-axis on the xy plane, is looked down. A calculation technique of the inverse offset method that was previously invented by the present invention using the hidden surface removal function (for example, Japanese Patent Application No. 2000-056843).
(See), the intersection point between the half line extending parallel to the z-axis from the point located on the grid (shown by a white circle in the figure) and the uppermost surface of the swept shape can be calculated at high speed. However, for other points (indicated by black squares in the figure), the corresponding intersection cannot be calculated directly by hardware. This point can be solved by displacing the positions of the graphic elements (spherical surface, cylindrical shape, thick plate shape, etc.) that form the sweep shape and then performing the reverse offset processing. Where [i,
j] For a point (indicated by a large black arrow in the figure) located at a position (dx, 0, 0) displaced from the lattice, z
Consider the case of calculating the intersection of the half line extending parallel to the axis and the top surface of the sweep shape. When all the graphic elements that make up the sweep shape are moved (-dx, 0, 0), this point moves just above the [i, j] lattice, so the intersection of the half line extending from this point and the top surface Can be calculated at high speed using the hidden surface removal function. Therefore, after the calculation, the obtained intersection is recorded as the one corresponding to the point before the movement. At the same time,
Intersections are also calculated for points indicated by other small gray arrows in the figure. Since the moving of the figure and the re-execution of the hidden surface removal are performed at high speed by the graphics hardware, the increase in the processing time accompanying them is negligible. By repeating the same process for the remaining points, the positions of the intersections to be plotted for all the cross section lines can be calculated at high speed.
【0028】2−4.断面線の精度向上
ここでは、前節に示した手法により計算される断面線の
精度を、さらに向上させる技術について述べる。図16
は、断面線上の隣接した2点を通過する接線に基づく折
れ曲がり点の導出についての説明図である。以下に、正
しい断面線が、この図に示すような折れ曲がりを持つ場
合を考える。断面線上の点をプロットする際に、折れ曲
がりが生じている点とは異なる点を用いると、それらを
接続することで得られる断面線と正しい断面線の間に、
誤差が生じてしまう。プロットされた点における断面線
の接線方向を得ることができれば、その情報に基づいて
折れ曲がり点を計算し、その点を加えて断面線をプロッ
トしなおすことで、この点を解決できる。断面線上の隣
接した二つのプロット点における接線方向が、ある閾値
よりも大きく異なるときには、2点の間のどこかで折れ
曲がりが生じていると考える。その場合には各プロット
点を通過する接線を計算し、それらの交点を正しい折れ
曲がり点と考え断面線を補正する。なお、隣接するプロ
ット点間の距離は十分に小さくすることで、このように
して補正した折れ曲がり点は、正確な折れ曲がり点に非
常に近くすることができる。断面線上のプロットされた
点における接線方向は、この点における掃引形状の最上
面の法線方向が得られれば、この法線方向と切断面の法
線方向(yz平面に平行な切断面の場合x軸方向、xz
平面に平行な切断面の場合y軸方向)の外積として容易
に計算できる。つぎに、プロットされた点における最上
面の法線方向を、グラフィックスハードウェアの機能を
用いて計算する手法について述べる。隠面消去機能を用
いた逆オフセット法では、例えばボールエンドミル加工
の場合、球の掃引形状を構成する球面と円筒形、そして
厚板形状を多面体近似し、それらの画像を描画すること
で工具経路面を得る。そこで球面、円筒形、厚板形状の
それぞれにユニークなID番号を付与し、それをインデ
ックスとして、それぞれの幾何情報(例えば球面の場
合、中心の座標と半径)を予め記録しておく。次に、付
与された各IDに対してユニークな色を割り当てる。3
次元コンピュータグラフィックスでは、例えば、色を2
4〜32ビットで表現するので、100万通り以上の割
り当てが可能である。逆オフセット処理の際には、掃引
形状を構成する球面や円筒形、厚板形状を、それぞれの
IDの対応する色を用いて着色し描画する。これらの図
形の隠面を消去した画像を描き終えた時、画面の各ピク
セルには、掃引形状の最上面を構成する球や円筒形、そ
して厚板形状のIDを表す色が染められている。そこで
断面線上の点をプロットするために、各ピクセルに対応
するデプス値を取得する際、その色も調べ対応する球
面、円筒形、厚板形状のIDを取得する。このIDから
記録してある幾何情報を検索し、プロットする点の法線
方向を計算する。なお、法線方向を計算する代わりに接
線方向について計算してもよい。2-4. Improving the accuracy of cross-section lines This section describes a technique for further improving the accuracy of cross-section lines calculated by the method described in the previous section. FIG.
[Fig. 6] is an explanatory diagram for deriving a bending point based on a tangent line passing through two adjacent points on a section line. In the following, consider the case where the correct cross-section line has a bend as shown in this figure. When plotting the points on the cross section line, if you use a point different from the point where bending is occurring, between the cross section line obtained by connecting them and the correct cross section line,
There will be an error. If the tangent direction of the section line at the plotted point can be obtained, this point can be solved by calculating the bending point based on the information, adding the point, and re-plotting the section line. When the tangential directions of two adjacent plot points on the cross-section line differ greatly by a certain threshold value, it is considered that a bend occurs somewhere between the two points. In that case, the tangent line passing through each plot point is calculated, and the crossing line is corrected by considering the intersections as correct bending points. By setting the distance between adjacent plot points to be sufficiently small, the bending point corrected in this way can be made very close to the accurate bending point. If the tangential direction at the plotted point on the cross-section line is the normal direction of the uppermost surface of the sweep shape at this point, this normal direction and the normal direction of the cut surface (in the case of a cut surface parallel to the yz plane, x-axis direction, xz
It can be easily calculated as the outer product of the cutting plane parallel to the plane (y-axis direction). Next, a method for calculating the normal direction of the uppermost surface at the plotted points by using the function of the graphics hardware will be described. In the reverse offset method using the hidden surface removal function, for example, in the case of ball end milling, the spherical and cylindrical shapes that make up the swept shape of a sphere, and the shape of a thick plate are approximated to a polyhedron, and the tool path is drawn by drawing those images. Get a face. Therefore, a unique ID number is given to each of the spherical surface, the cylindrical shape, and the thick plate shape, and each piece of geometric information (for example, in the case of a spherical surface, the center coordinates and radius) is recorded in advance using that unique ID number. Next, a unique color is assigned to each assigned ID. Three
In three-dimensional computer graphics, for example, two colors
Since it is expressed by 4 to 32 bits, it is possible to allocate more than 1 million ways. At the time of the reverse offset processing, the spherical surface, the cylindrical shape, and the thick plate shape that form the sweep shape are colored and drawn using the colors corresponding to the respective IDs. When the image in which the hidden surfaces of these figures are erased is drawn, each pixel on the screen is dyed with a color representing an ID of a sphere or a cylinder that forms the top surface of the sweep shape, and a slab shape. . Therefore, in order to plot the points on the cross-section line, when the depth value corresponding to each pixel is acquired, its color is also checked and the corresponding spherical, cylindrical, or plank-shaped ID is acquired. The recorded geometric information is searched from this ID, and the normal direction of the plotted point is calculated. Note that the tangential direction may be calculated instead of the normal direction.
【0029】3.ハードウェアの構成
図17は、本実施の形態に関するハードウェアの構成図
である。このハードウェアは、中央処理装置である処理
部(CPU)1と、データを入力する入力部2と、入力
されたデータを記憶する記憶部3と、出力部4と、3次
元グラフィックス表示部5とを有する。また、CPU
1、入力部2、記憶部3、出力部4及び3次元グラフィ
ックス表示部(グラフィックスハードウェア)5は、ス
ター又はバス等の適宜の接続手段で接続されている。3
次元グラフィックス表示部5はデプスバッファを含み、
上述の隠面消去の画像をこのデプスバッファを用いるこ
とにより生成するハードウェアの装置である。3次元グ
ラフィックス表示部5は、ハードウェア処理により高速
にデプスバッファ処理を行うことができる。また、3次
元グラフィックス表示部5は、例えば、ボード、カード
又は他の装置として構成され、CPU1等と一体に構成
されていても、別個の構成であってもよい。出力部4
は、3次元グラフィックス表示部5で生成され、フレー
ムバッファへ描画された隠面消去の画像をディスプレイ
上に表示する又は他の装置に出力する装置である。な
お、出力部4は、バスに直接接続されるように構成する
こともできる。3. Hardware Configuration FIG. 17 is a hardware configuration diagram according to the present embodiment. This hardware includes a processing unit (CPU) 1 which is a central processing unit, an input unit 2 for inputting data, a storage unit 3 for storing the input data, an output unit 4, and a three-dimensional graphics display unit. 5 and. Also, CPU
1, the input unit 2, the storage unit 3, the output unit 4, and the three-dimensional graphics display unit (graphics hardware) 5 are connected by an appropriate connecting means such as a star or a bus. Three
The three-dimensional graphics display unit 5 includes a depth buffer,
This is a hardware device that generates the above-described hidden surface removal image by using this depth buffer. The three-dimensional graphics display unit 5 can perform depth buffer processing at high speed by hardware processing. Further, the three-dimensional graphics display unit 5 is configured as, for example, a board, a card, or another device, and may be configured integrally with the CPU 1 or the like, or may be configured separately. Output part 4
Is a device for displaying the hidden surface elimination image generated in the three-dimensional graphics display unit 5 and drawn in the frame buffer on the display or for outputting to another device. It should be noted that the output unit 4 can also be configured to be directly connected to the bus.
【0030】4.処理アルゴリズムの流れついて
添付したフローチャートは、われわれの発明した高精度
な工具経路面の計算手順をまとめたものである。このフ
ローチャートは、二つのサブルーチン(サブルーチンA
とB)とメインルーチンに分けて記述されている。な
お、以下のフローチャートでは、法線方向のデータを用
いているが、その代わりに接線方向のデータを用いるよ
うにしても良い。
4−1.サブルーチンA
図18に、サブルーチンAについてのフローチャートを
示す。このサブルーチンは、逆工具の掃引形状を構成す
る形状要素群(ボールエンドミル加工の場合には、球
面、円筒形、厚板形状、フラットエンドミル加工の場合
には、斜円筒形と厚板形状)を入力すると、グラフィッ
クスハードウェア(3次元グラフィックス表示部)5の
隠面消去機能を用いて、掃引形状の最上面を格子状に覆
う点群の座標値と、それらの点における最上面の法線方
向を出力する。このサブルーチンの処理の基本的な部分
は、既に出願済みの技術を用いており、特願2000−
56843に記載された内容がここに引用され組み見込
まれることができる。4. The flow chart attached to the flow of the processing algorithm summarizes the highly accurate tool path surface calculation procedure that we invented. This flowchart shows two subroutines (Subroutine A
And B) and the main routine are described separately. In the following flowchart, the data in the normal direction is used, but the data in the tangential direction may be used instead. 4-1. Subroutine A FIG. 18 shows a flowchart of the subroutine A. This subroutine calculates the shape element group (spherical shape, cylindrical shape, thick plate shape in the case of ball end milling, slanted cylinder shape and thick plate shape in the case of flat end milling) that constitutes the swept shape of the reverse tool. When input, using the hidden surface removal function of the graphics hardware (3D graphics display unit) 5, the coordinate values of the point group covering the uppermost surface of the sweep shape in a grid pattern and the modulus of the uppermost surface at those points. Output the line direction. The basic part of the processing of this subroutine uses the technology that has already been filed, and Japanese Patent Application No. 2000-
The contents described in 56843 can be incorporated herein by reference.
【0031】以下に、図を参照して各ステップの処理に
ついて説明する。
ステップS100: 処理部1は、逆工具の掃引形状を
構成する形状要素群の入力を行う。処理部1は、この情
報を記憶部3から読み出すことができる。また、これら
の情報を、必要に応じて入力部2や他の記録媒体、外部
装置等から入力しても良い。
ステップS101: 処理部1は、入力された形状要素
から、明らかに掃引形状の最上面に関与しない部分を予
め除去する。具体的には、例えば、形状要素の下向きの
部分や、他の形状要素の内部に包含されている部分を検
出し取り除く。
ステップS102: 処理部1は、除去されずに残った
形状を多面体化する。
ステップS103: 処理部1は、予め形状要素にはI
D番号が付与されており、グラフィックスハードウェア
(3次元グラフィックス表示部)5の処理に対応して、
各IDにはユニークな色が割り当ててある。またIDを
キーとして、各形状要素の幾何情報がデータベースに格
納されている。この割り当てられている色を用いて、
(多面体化された)各形状要素を構成する多角形を着色
する。着色された多角形のデータを、グラフィックスハ
ードウェア5へ渡す。
ステップS104: グラフィックスハードウェア5
は、xy平面上の直交格子と1対1に対応する要素から
なる、デプスバッファを用意する。着色した多角形群を
z軸の正方向から観察した画像を、平行投影により画面
へ描画する。グラフィックスハードウェア5の隠面消去
機能が、自動的にデプスバッファの内容を更新する。
ステップS105: グラフィックスハードウェア5
は、全ての多角形を描き終えたとき、デプスバッファの
各デプス値は、対応する格子を通過するz軸に平行な直
線と掃引形状の、最も上側の交点のz座標値を表してい
る。また各ピクセルの色は、これらの点の対応する形状
要素のIDを表している。得られた全てのデプス値とピ
クセルの色データを、処理部1側のソフトウェアの処理
へ渡す。
ステップS106: 処理部1は、グラフィックスハー
ドウェア5から直交格子の位置情報(座標データ)とデ
プス値を受信して、位置情報(座標データ)とデプス値
に基づいて掃引形状の最上面を覆う稠密な点群を生成す
る。
ステップS107: 処理部1は、色データから最上面
を覆う各点の対応する形状要素のIDを決定し、それを
検索キーとしてデータベースから形状要素の幾何情報を
得る。点の座標値と得られた幾何情報から、各点におけ
る正規化された法線方向を決定する。
ステップS108: 処理部1は、掃引形状の最上面を
格子状に覆う点群の座標値とその法線方向を出力する。The processing of each step will be described below with reference to the drawings. Step S100: The processing unit 1 inputs the shape element group forming the sweep shape of the reverse tool. The processing unit 1 can read this information from the storage unit 3. In addition, these pieces of information may be input from the input unit 2, another recording medium, an external device, or the like as necessary. Step S101: The processing unit 1 removes in advance, from the input shape element, a portion that is obviously not related to the uppermost surface of the sweep shape. Specifically, for example, the downward portion of the shape element or the portion included in another shape element is detected and removed. Step S102: The processing unit 1 polyhedralizes the shape that remains without being removed. Step S103: The processing unit 1 previously sets the shape element to I
D number is assigned and corresponds to the processing of the graphics hardware (3D graphics display unit) 5.
A unique color is assigned to each ID. The geometric information of each shape element is stored in the database using the ID as a key. With this assigned color,
Color the polygons that make up each (polyhedral) shape element. The colored polygon data is passed to the graphics hardware 5. Step S104: graphics hardware 5
Prepares a depth buffer composed of elements corresponding to the orthogonal lattice on the xy plane in a one-to-one correspondence. An image obtained by observing the colored polygon group from the positive direction of the z-axis is drawn on the screen by parallel projection. The hidden surface removal function of the graphics hardware 5 automatically updates the contents of the depth buffer. Step S105: Graphics hardware 5
When the drawing of all polygons is completed, each depth value of the depth buffer represents the z coordinate value of the uppermost intersection of the sweep shape and a straight line parallel to the z axis passing through the corresponding grid. The color of each pixel represents the ID of the shape element corresponding to these points. All the obtained depth values and pixel color data are passed to the software processing on the processing unit 1 side. Step S106: The processing unit 1 receives the position information (coordinate data) and the depth value of the orthogonal grid from the graphics hardware 5, and covers the uppermost surface of the sweep shape based on the position information (coordinate data) and the depth value. Generate a dense point cloud. Step S107: The processing unit 1 determines the ID of the shape element corresponding to each point covering the uppermost surface from the color data, and obtains the geometric information of the shape element from the database using the ID as the search key. The normalized normal direction at each point is determined from the coordinate values of the point and the obtained geometric information. Step S108: The processing unit 1 outputs the coordinate values of the point cloud covering the uppermost surface of the sweep shape in a grid pattern and its normal direction.
【0032】4−2.サブルーチンB
図19に、サブルーチンBについてのフローチャートを
示す。このサブルーチンは、逆工具の掃引形状の最上面
の、n列分の断面線(折れ線)を表すm*n個の点列デ
ータと、各点における最上面の(正規化された)法線方
向のデータを入力すると、断面線上の折れ曲がり点を検
出し、その点を断面線の点列データへ挿入し出力するも
のである。なお、ここで、折れ曲がり点の個数は最大k
個を想定している。新たに検出された折れ曲がり点の挿
入方法としては、より効率的な技術も考えられるが、こ
こでは理解しやすさを優先して記述した。以下に、図を
参照して各ステップの処理について説明する。
ステップS200: 処理部1は、断面線を表す点列デ
ータ sec[n][m*n+k][3] と、各点に
おける面の正規化された法線方向を表す nrml
[n][m*n+k][3]入力する。または、処理部
1は、これらデータを記憶部3から読み出す。この例で
は、断面線はn列分が記録されており、各列のデータは
m*n個の点からなる。ただし、以下の処理で、最大k
個の点が新たに挿入される可能性があるので、その分記
憶領域が記憶部3に余分に確保されている。法線方向の
記憶領域も同様に定義されている。
ステップS201: 処理部1は、ローカル変数iを0
に初期化する。iが0からn−1になるまでiを増やし
ながら、各列の断面線に対して、以下の処理を繰り返
す。
ステップS202: 処理部1は、ローカル変数jを0
に初期化する。jが0から final−2 になるま
でjを増やしながら、各折れ線上の連続する2点につい
て、以下の処理を繰り返す。finalは最初m*nに
設定されている。
ステップS203: 処理部1は、座標 sec[i]
[j] と法線方向nrml[i][j] から、 s
ec[i][j] における接線tan0を得る。処理
部1は、同様に sec[i][j+1] と nrm
l[i][j+1] から、 sec[i][j+1]
における接線tan1を得る。
ステップS204: 処理部1は、二つの接線tan0
とtan1の方向が大きく異なる場合には、2点 se
c[i][j] と sec[i][j+1]の間で、
断面線が折れ曲がりを有すると考える。処理部1は、こ
の新しい折れ曲がり点を格納する場所を記憶部3内に得
るために、 sec[i][j+1]以降の点列データ
を、sec[i][j+2] 以降へ格納しなおす。同
様に、処理部1は、 nrml[i][j+1] 以降
の法線データを、記憶部3のnrml[i][j+2]
へ格納しなおす。
ステップS205: 処理部1は、接線tan0とta
n1の交点として、新しい折れ曲がり点を計算し、これ
を sec[i][j+1] へ格納する。
ステップS206: 処理部1は、点列データが1個増
えたので、その分だけjとfinalと増やす。
ステップS207: 処理部1は、更新された点列デー
タsecと、更新後の点列の長さを示すfinalを出
力する。4-2. Subroutine B FIG. 19 shows a flowchart of the subroutine B. This sub-routine consists of m * n point sequence data representing cross-section lines (polygonal lines) for n rows on the top surface of the reverse tool sweep shape, and the (normalized) normal direction of the top surface at each point. When the data of (1) is input, a bending point on the cross section line is detected, and the point is inserted into the point sequence data of the cross section line and output. Here, the maximum number of bending points is k.
It is supposed to be an individual. As a method for inserting the newly detected bending point, a more efficient technique may be considered, but here, description is given with priority on the ease of understanding. The processing of each step will be described below with reference to the drawings. Step S200: The processing unit 1 sets the point sequence data sec [n] [m * n + k] [3] representing the cross section line and nrml representing the normalized normal direction of the surface at each point.
Input [n] [m * n + k] [3]. Alternatively, the processing unit 1 reads these data from the storage unit 3. In this example, n lines of cross-section lines are recorded, and the data of each line consists of m * n points. However, in the following processing, maximum k
Since there is a possibility that a new number of points will be inserted, an extra storage area is reserved in the storage unit 3 by that amount. The storage area in the normal direction is defined similarly. Step S201: The processing unit 1 sets the local variable i to 0.
Initialize to. The following processing is repeated for the cross-section line in each column while increasing i until i changes from 0 to n-1. Step S202: The processing unit 1 sets the local variable j to 0.
Initialize to. The following process is repeated for two consecutive points on each polygonal line while increasing j until j becomes 0 to final-2. final is initially set to m * n. Step S203: The processing unit 1 coordinates coordinate sec [i].
From [j] and the normal direction nrml [i] [j], s
Get the tangent tan0 at ec [i] [j]. The processing unit 1 similarly uses sec [i] [j + 1] and nrm.
From l [i] [j + 1] to sec [i] [j + 1]
Obtain the tangent tan1 at. Step S204: The processing unit 1 makes two tangent lines tan0.
If the directions of tan1 and tan1 are significantly different, two points se
Between c [i] [j] and sec [i] [j + 1],
Consider that the cross-section line has a bend. The processing unit 1 stores the point sequence data after sec [i] [j + 1] again in sec [i] [j + 2] in order to obtain the storage location of the new bending point in the storage unit 3. Similarly, the processing unit 1 sets the normal line data after nrml [i] [j + 1] to nrml [i] [j + 2] of the storage unit 3.
Store it again. Step S205: The processing unit 1 makes the tangent lines tan0 and ta.
A new bending point is calculated as the intersection of n1 and stored in sec [i] [j + 1]. Step S206: Since the point sequence data has increased by one, the processing unit 1 increases j and final accordingly. Step S207: The processing unit 1 outputs the updated point sequence data sec and final indicating the length of the updated point sequence.
【0033】4−3.メインルーチン
図20及び図21に、メインルーチンについてのフロー
チャート(1)及び(2)を示す。以下に、図を参照し
て各ステップの処理について説明する。
ステップS300: 処理部1は、入力部2からの指示
により又は記憶部3に記憶されたデータを読み出すこと
により、加工対象物の多面体モデルの情報、工具形状の
情報(工具のタイプや切刃の形状など)、逆オフセット
法のために用意する直交格子の分割数nを入力する。さ
らに、処理部1は、断面線を得るために格子を再分割す
る数mと、各断面線を精密化するために挿入する点の数
の上限kを入力又は読み出す。処理部1は、以下のステ
ップのように、断面線を計算する際には、精度を上げる
ために、格子の分割よりもm倍細かな分割で、断面線上
の点をプロットする。また、処理部1は、以下のステッ
プのように、各断面線を精密化するために、最大k個の
断面線の折れ曲がりを検出し、そこに新しい点を挿入す
る。
ステップS301: 処理部1は、工具の軸方向をz軸
とする座標系を用意し、xy平面上に、逆オフセット後
のモデルの投影図形を覆うように、n×nサイズの直交
格子を生成する。
ステップS302: 処理部1は、yz平面やzx平面
上に、xy平面上の格子のマスのサイズdや位置に整合
的で、逆オフセット後の多面体モデルの投影図形を覆う
直交格子を生成する。
ステップS303、S304: 処理部1は、記憶部3
に、x軸方向とy軸方向のそれぞれについて断面線上の
点列の座標を記録するために、領域xsecとysec
を確保する。また、処理部1は、記憶部3に、各点にお
ける逆工具の掃引形状の法線方向を記録するために、領
域xnrmlとynrmlを確保する。前述のように、
断面線はn列分が記録され、各列のデータはm*n個の
点からなる。断面線の精密化処理で、最大k個の点が新
たに挿入される可能性があるので、記憶部3にその分の
記憶領域が余分に確保されている。
ステップS305、S306: 処理部1は、逆工具の
掃引形状を定義するために、多面体モデルの各頂点、
辺、多角形に形状要素を配置する。具体的には、例え
ば、工具形状がボールエンドミルの場合には、頂点、
辺、多角形のそれぞれに球面、円筒形、厚板形状を配置
し、一方、フラットエンドミルの場合には、辺と多角形
に斜円筒形と厚板形状を配置する。
ステップS307、S308: 処理部1は、配置され
た各形状要素(球、円筒形、厚板形状などの各要素)に
ユニークなID番号を与える。次にそのIDをインデッ
クスとして用いて、形状要素の幾何情報(球面、円筒
形、厚板形状、斜円筒形、厚板形状、等)をデータベー
スへ記録する。さらに各IDに1対1に対応する色を割
り当てる。
ステップS309: 処理部1は、カウンタiiを0に
初期化し、カウンタiiを一つずつ増やしながら、これ
がmと等しくなるまで、ステップS310〜S313ま
での処理を繰り返し実行する。この繰り返し処理によ
り、x軸方向のn列分の断面線群が得られる。
ステップS310、 S311、 S312、 S31
3: 処理部1は、配置された形状要素の位置を
[(−d/m)*ii、0、0] だけずらした上で、
サブルーチンAを起動する。すると、掃引形状の最上面
を覆う格子状の点群が [(−d/m)*ii、0、
0] だけずれた位置に得られるので、処理部1は、こ
れらの座標を [(d/m)*ii、0、0] ずら
し、正しい位置に修正する。その上で、格子[i、j]
に対応する点の座標を、記憶部3の xsec[j]
[m*i+ii] へ格納する処理を、全ての点につい
て繰り返す。サブルーチンAは、得られた点群における
最上面の法線方向もリターンするので、処理部1は、座
標値と同様に、格子[i、j]に対応する法線方向を、
記憶部3の xnrml[j][m*i+ii] へ格
納する処理を、全ての法線方向について繰り返す。
ステップS314: 処理部1は、カウンタiiを0に
初期化し、カウンタiiを一つずつ増やしながら、これ
がmと等しくなるまで、ステップS315〜S318ま
での処理を繰り返し実行する。この繰り返し処理によ
り、今度はy軸方向のn列分の断面線群が得られる。
ステップS315、S316、S317、S318:
処理部1は、実質的な処理の内容は、ステップS310
〜S313と同じだが、今度はy軸にそって図形をずら
してからサブルーチンAを起動する。処理部1は、サブ
ルーチンAにより得られた、掃引形状の最上面を覆う格
子状の点群と法線方向を、[i、j]格子に対応する点
の座標が記憶部3の ysec[i][m*j+ii]
に、またその点における法線方向が記憶部3の yn
rml[i][m*j+ii]に格納されるように、処
理を繰り返す。
ステップS319、S320: 処理部1は、サブルー
チンBを起動して、断面線xsecとysecを精密化
する。即ち、処理部1は、折れ曲がり点を検出し、その
点を点列データに挿入するように記憶部3に記憶する。
ステップS321: 処理部1は、xy平面、yz平
面、zx平面上の三つの格子に基づいて、空間を微小な
立方体の集積へ分割する。
ステップS322: 処理部1は、記憶部3に記憶され
た掃引形状の最上面のx軸方向の断面線xsecと、y
軸方向の断面線ysecに基づいて、最上面と各立方体
の12本の辺との交点を算出する。
ステップS323: 処理部1は、交点の情報に基づい
て、マーチングキューブ法により、立方体内部に微小な
三角形を配置する。
ステップS324: 処理部1は、全立方体内部に配置
された三角形群を、掃引形状の最上面(工具経路面)と
して出力部4に出力する。また、処理部1は、このデー
タを記憶部3に記憶する。なお、処理部1は、初期デー
タ、処理により求められた中間データまたは最終データ
等を適宜記憶部3に記憶し、そこから読み出し、出力部
4に出力するようにしてもよい。また、処理部1は、得
られた工具経路面に基づき、工具経路を求めるステップ
をさらに含んでも良い。さらに、処理部1は、工具経路
面及び/又は工具経路を表示するステップをさらに含む
ようにしても良い。4-3. Main Routine FIGS. 20 and 21 show flowcharts (1) and (2) of the main routine. The processing of each step will be described below with reference to the drawings. Step S300: The processing unit 1 reads the data stored in the storage unit 3 according to an instruction from the input unit 2 to obtain information on the polyhedron model of the object to be machined, information on the tool shape (tool type and cutting edge type). Shape, etc.) and the number n of divisions of the orthogonal lattice prepared for the inverse offset method. Further, the processing unit 1 inputs or reads the number m of subdivision of the grid to obtain the section lines and the upper limit k of the number of points to be inserted to refine each section line. When calculating the cross-section line, the processing unit 1 plots the points on the cross-section line with a division m times finer than the division of the grid in order to improve the accuracy when calculating the cross-section line, as in the following steps. Further, the processing unit 1 detects the bending of a maximum of k cross-section lines and inserts a new point therein in order to refine each cross-section line as in the following steps. Step S301: The processing unit 1 prepares a coordinate system in which the axial direction of the tool is the z axis, and generates an n × n size orthogonal grid on the xy plane so as to cover the projected figure of the model after the reverse offset. To do. Step S302: The processing unit 1 generates an orthogonal grid on the yz plane or the zx plane, which is consistent with the size d or the position of the grid mass on the xy plane and covers the projected figure of the polyhedral model after the reverse offset. Steps S303 and S304: The processing unit 1 includes the storage unit 3
In order to record the coordinates of the point sequence on the cross section line in the x-axis direction and the y-axis direction respectively,
Secure. Further, the processing unit 1 secures the areas xnrml and ynrml in the storage unit 3 in order to record the normal direction of the sweep shape of the reverse tool at each point. As aforementioned,
The section line is recorded for n columns, and the data of each column is composed of m * n points. Since there is a possibility that a maximum of k points will be newly inserted in the refinement process of the cross-section line, an extra storage area for that is reserved in the storage unit 3. Steps S305 and S306: The processing unit 1 defines each of the vertices of the polyhedral model in order to define the swept shape of the inverse tool.
Place shape elements on sides and polygons. Specifically, for example, if the tool shape is a ball end mill,
Spherical, cylindrical, and slab shapes are arranged on each of the sides and polygons, while in the case of a flat end mill, inclined cylinders and slab shapes are arranged on the sides and polygons. Steps S307 and S308: The processing unit 1 gives a unique ID number to each of the arranged shape elements (each element such as a sphere, a cylinder, and a slab). Next, the ID is used as an index to record geometric information of the shape element (spherical surface, cylindrical shape, slab shape, oblique cylinder shape, slab shape, etc.) in the database. Further, a color corresponding to each ID is assigned to each ID. Step S309: The processing unit 1 initializes the counter ii to 0, increments the counter ii one by one, and repeatedly executes the processes of steps S310 to S313 until the counter ii becomes equal to m. By this iterative process, the cross-section line group for n columns in the x-axis direction is obtained. Steps S310, S311, S312, S31
3: The processing unit 1 determines the position of the placed shape element.
After shifting by [(-d / m) * ii, 0, 0],
Invokes subroutine A. Then, the lattice-shaped point cloud covering the uppermost surface of the sweep shape is [(-d / m) * ii, 0,
Since it is obtained at a position shifted by 0], the processing unit 1 shifts these coordinates by [(d / m) * ii, 0, 0] and corrects them to correct positions. Then, the grid [i, j]
The coordinate of the point corresponding to is xsec [j] in the storage unit 3.
The process of storing in [m * i + ii] is repeated for all points. Since the sub-routine A also returns the normal direction of the uppermost surface in the obtained point group, the processing unit 1 determines the normal direction corresponding to the grid [i, j] as well as the coordinate values.
The process of storing in xnrml [j] [m * i + ii] of the storage unit 3 is repeated for all normal directions. Step S314: The processing unit 1 initializes the counter ii to 0, increments the counter ii one by one, and repeatedly executes the processing of steps S315 to S318 until it becomes equal to m. By this iterative process, a section line group for n columns in the y-axis direction is obtained this time. Steps S315, S316, S317, S318:
The processing unit 1 has a substantial content of processing in step S310.
~ Same as S313, but this time, the figure is shifted along the y-axis, and then the subroutine A is started. The processing unit 1 sets the grid-shaped point cloud covering the uppermost surface of the sweep shape obtained by the subroutine A and the normal direction, and the coordinates of the points corresponding to the [i, j] grid are ysec [i ] [M * j + ii]
And the normal direction at that point is yn in the storage unit 3.
The processing is repeated so that it is stored in rml [i] [m * j + ii]. Steps S319 and S320: The processing unit 1 activates the subroutine B to refine the cross section lines xsec and ysec. That is, the processing unit 1 detects a bending point and stores it in the storage unit 3 so as to insert the point into the point sequence data. Step S321: The processing unit 1 divides the space into a collection of minute cubes based on the three lattices on the xy plane, the yz plane, and the zx plane. Step S322: The processing unit 1 stores the cross section line xsec in the x-axis direction of the uppermost surface of the sweep shape stored in the storage unit 3, and y.
The intersection of the top surface and the 12 sides of each cube is calculated based on the axial section line ysec. Step S323: The processing unit 1 arranges minute triangles inside the cube by the marching cube method based on the information of the intersections. Step S324: The processing unit 1 outputs the group of triangles arranged inside the entire cube to the output unit 4 as the uppermost surface (tool path surface) of the sweep shape. The processing unit 1 also stores this data in the storage unit 3. The processing unit 1 may appropriately store the initial data, the intermediate data or the final data obtained by the processing in the storage unit 3, read out from the storage unit 3, and output to the output unit 4. The processing unit 1 may further include a step of obtaining a tool path based on the obtained tool path surface. Further, the processing unit 1 may further include a step of displaying the tool path surface and / or the tool path.
【0034】5.実例と評価
本実施の形態の有効性を検証するために、グラフィック
スハードウェアの隠面消去機能を利用して、高精度の工
具経路面を計算するプログラムを作成し、計算実験をお
こなった。計算には、格子の総数が1,000×1,0
00になるように調整した直交格子を用いた。利用した
計算機は、Pentium IV(商標)(1.7GH
z)をCPUとする、主記憶2GBのパーソナルコンピ
ュータである。このコンピュータには、GeForce
3 Ti500とよばれる3次元グラフィックス表示の
ための専用ハードウェアが備えられている。描画する多
角形の形状を、OpenGLとよばれるライブラリの仕
様にしたがってプログラムに記述すると、デプスバッフ
ァを用いた隠面消去をハードウェアで実行する機械語コ
ードを、コンパイラが自動生成する。図22は、30,
528枚の多角形からなる多面体の一例を示す図であ
る。図23に、図17に示した多角形数30,528枚
の多面体を、半径1mmのボールエンドミルを用いて切
削加工するために、従来の逆オフセット法を用いて工具
経路面を計算した結果を示す。図24は、通常の逆オフ
セット法の処理結果を部分拡大した画像の一例を示す図
である。この図は図18の縦壁の部分を拡大表示したも
のである。壁に垂直な「折れ曲がり」が生じており、工
具経路面の精度が不十分であることが分かる。図25
は、本実施の形態による高精度な逆オフセット法の処理
結果を部分拡大した画像の一例を示す図である。この図
は、同じ切削工具のための工具経路面を、今回提案した
高精度な逆オフセット法を用いて計算した結果を示す。
従来の方法による結果とは異なり、縦壁の部分から折れ
曲がりが消えている。また、この図では、誤差に埋もれ
て観察することができなかった微細な凹凸が現れている
ことから、はるかに高精度な工具経路面が得られている
ことが分かる。図26は、高精度な逆オフセット法によ
り得られた工具経路面を用いて計算した、等高線状の工
具経路の一例を示す図である。図27は、高精度な工具
経路面に基づいて計算された、等高線状の工具経路を用
いた切削加工シミュレーションの結果の一例を示す図で
ある。このような加工シミュレーションの画像から、削
り込みの生じない適切な工具経路が生成されていること
が分かる。図28は、従来の逆オフセット法により得ら
れた工具経路面を用いて工具経路を計算し、切削加工シ
ミュレーションを行った結果の一例を示す図である。二
つのシミュレーション結果の比較から、本実施の形態に
よる新しい逆オフセット法に基づく工具経路のほうが、
製品の縦壁部分をはるかに美しく仕上げられることが分
かる。以上のように、本実施の形態により得られる高精
度な工具経路面を用いて、金型の壁面を等高線状に切削
する工具経路を計算する実験的なプログラムを開発し
た。等高線状の工具経路は、工具経路面をxy平面に平
行な面で切断し断面線を得る処理を、切断面の高さを変
えながら繰り返しおこなうことで計算できる。各断面線
の計算は、工具経路面を覆う微小な三角形と切断面の交
線を得る処理と、得られた微小な交線を接続し1本の曲
線にまとめる処理に分けられる。われわれの発明した新
しい逆オフセット法では、工具経路面を構成する三角形
群は、空間を分割するx、y、z軸に平行な微小な立方
体の内部に定義されている。この立方体の情報を用いる
と、以下の理由から断面線の計算を高速化できる。・切
断面の高さから、この面と交差する立方体を予め絞り込
むことができる。絞り込まれた立方体の内部に格納され
ている三角形だけが、切断面と交差し得る。・ある立方
体の内部の三角形が切断面と交差するとき、立方体間の
隣接関係を用いることで、得られた交線と接続し得る交
線を含む立方体を絞り込める。なお、本発明では、工具
は、ボールエンドミル、フラットエンドミル及びラウン
ドエンドミルに限らず、切削工具、型どり用工具等の適
宜の工具が使用可能であり、また、掃引形状は球面及び
円筒形に限らず工具の先端形状により楕円面、多角形
面、凹凸面など適宜の形状のものなどにも使用できる。
また、工作物は金型に限らず、プラスチック、金属等の
各材料の様々な工作物にも本発明を適用することが可能
である。上述の説明では、主に、必要な又は全デプスデ
ータ、必要な又は全多角形データを処理部と3次元グラ
フィックス表示部等に入力又は出力しているが、必要な
又は全ての各データに限らず、一部の各データをやりと
りするようにしても良い。さらには、表面の近似として
多面体及び多角形として三角形を例に説明したが、これ
に限らず適宜の多角形を用いることができる。本発明の
工具経路計算方法又は工具経路計算装置・システムは、
その各手順をコンピュータに実行させるための工具経路
計算プログラム、工具経路計算プログラムを記録したコ
ンピュータ読み取り可能な記録媒体、工具経路計算プロ
グラムを含みコンピュータの内部メモリにロード可能な
プログラム製品、そのプログラムを含むサーバ等のコン
ピュータ、等により提供されることができる。5. Example and Evaluation In order to verify the effectiveness of the present embodiment, a program for calculating a highly accurate tool path surface was created using the hidden surface removal function of graphics hardware, and a calculation experiment was performed. For calculation, the total number of grids is 1,000 x 1,0
An orthogonal grid adjusted to be 00 was used. The computer used is Pentium IV (trademark) (1.7GH)
z) is a CPU with a main memory of 2 GB. This computer has a GeForce
Dedicated hardware for 3D graphics display called 3 Ti500 is provided. When a polygonal shape to be drawn is described in a program according to the specifications of a library called OpenGL, the compiler automatically generates a machine language code for executing hidden surface removal using a depth buffer by hardware. FIG. 22 shows 30,
It is a figure which shows an example of the polyhedron which consists of 528 polygons. FIG. 23 shows a result of calculating the tool path surface by using the conventional reverse offset method for cutting the polyhedron of 30,528 polygons shown in FIG. 17 using a ball end mill with a radius of 1 mm. Show. FIG. 24 is a diagram showing an example of an image obtained by partially enlarging the processing result of the normal reverse offset method. This figure is an enlarged display of the vertical wall portion of FIG. It can be seen that the “bend” perpendicular to the wall has occurred, and the accuracy of the tool path surface is insufficient. Figure 25
FIG. 7 is a diagram showing an example of an image obtained by partially enlarging the processing result of the highly accurate reverse offset method according to the present embodiment. This figure shows the result of calculating the tool path surface for the same cutting tool using the highly accurate reverse offset method proposed this time.
Unlike the result by the conventional method, the bend disappears from the part of the vertical wall. Further, in this figure, fine irregularities which cannot be observed because they are buried in the error appear, and thus it is understood that a tool path surface with much higher accuracy is obtained. FIG. 26 is a diagram showing an example of a contour-shaped tool path calculated using the tool path surface obtained by the highly accurate reverse offset method. FIG. 27 is a diagram showing an example of a result of a cutting machining simulation using a contour-shaped tool path calculated based on a highly accurate tool path surface. From the image of such a machining simulation, it can be seen that an appropriate tool path that does not cause cutting is generated. FIG. 28: is a figure which shows an example of the result which calculated the tool path | route using the tool path surface obtained by the conventional reverse offset method, and performed the cutting simulation. From the comparison of the two simulation results, the tool path based on the new inverse offset method according to the present embodiment is
You can see that the vertical wall of the product can be finished much more beautifully. As described above, the experimental program for calculating the tool path for cutting the wall surface of the die into the contour lines by using the highly accurate tool path surface obtained by the present embodiment was developed. The contour-shaped tool path can be calculated by repeatedly performing a process of cutting the tool path surface along a plane parallel to the xy plane to obtain a section line while changing the height of the cut surface. The calculation of each cross-section line is divided into a process of obtaining an intersecting line of a minute triangle covering a tool path surface and a cutting plane, and a process of connecting the obtained minute intersecting lines into one curve. In the new inverse offset method that we invented, the group of triangles forming the tool path surface is defined inside a minute cube parallel to the x, y, and z axes that divide the space. By using this cube information, the calculation of the cross section line can be speeded up for the following reasons.・ From the height of the cut surface, it is possible to narrow down the cubes that intersect this surface in advance. Only the triangles contained inside the narrowed cube can intersect the cutting plane. When a triangle inside a cube intersects a cut surface, the cube containing the intersection line that can be connected to the obtained intersection line can be narrowed down by using the adjacency relation between the cubes. In the present invention, the tool is not limited to a ball end mill, a flat end mill and a round end mill, and a proper tool such as a cutting tool or a die-casting tool can be used, and the sweep shape is not limited to a spherical surface and a cylindrical shape. Depending on the tip shape of the tool, it can be used in an appropriate shape such as an elliptical surface, a polygonal surface, or an uneven surface.
Further, the present invention is not limited to the mold, and the present invention can be applied to various works made of various materials such as plastic and metal. In the above description, the necessary or all depth data and the necessary or all polygon data are mainly input or output to the processing unit and the three-dimensional graphics display unit, etc. Not limited to this, a part of each data may be exchanged. Furthermore, although a polyhedron and a triangle have been described as examples of the approximation of the surface, the present invention is not limited to this, and an appropriate polygon can be used. The tool path calculation method or tool path calculation device / system of the present invention,
A tool path calculation program for causing a computer to execute each of the procedures, a computer-readable recording medium recording the tool path calculation program, a program product that includes the tool path calculation program and can be loaded into an internal memory of a computer, and the program It can be provided by a computer such as a server.
【0035】[0035]
【発明の効果】本発明によると、以上のように、3軸の
数値制御(NC)工作機械用の工具経路を計算する際
に、切削工具の製品への削り込みを防止するために生成
された、製品の形状を工具の逆形状分膨らませた曲面で
ある高精度な工具経路面を、グラフィックスハードウェ
アの機能を用いて高速且つ高精度に計算することができ
る。また、本発明によると、空間を微小な立方体の集積
へ分割し、各立方体の辺と工具経路面の交差の分類に基
づいて、工具経路面を精密に近似する多面体を計算する
ことができる。また、本発明によると、xy平面上の直
交格子をz軸方向へ立ち上げたものに相当する、xy平
面に垂直な平面群で工具経路面を切断し、その断面図に
基づいて立方体の辺と工具経路面の交点を効率的に計算
することができる。本発明によると、グラフィックスハ
ードウェアの機能を用いて、断面図の輪郭線上の点を高
速かつ高密度にサンプリングすることができる。さら
に、本発明によると、グラフィックスハードウェアの機
能を用いて、サンプリングされた点における輪郭線の接
線方向を正確に計算し、その情報に基づいて断面図を高
精度化することができる。As described above, according to the present invention, when a tool path for a three-axis numerical control (NC) machine tool is calculated, it is generated to prevent a cutting tool from being cut into a product. Further, a highly accurate tool path surface, which is a curved surface obtained by expanding the shape of the product by the inverse shape of the tool, can be calculated at high speed and with high accuracy by using the function of the graphics hardware. Further, according to the present invention, it is possible to divide a space into a collection of minute cubes and calculate a polyhedron that precisely approximates the tool path surface based on the classification of the intersection of the edge of each cube and the tool path surface. Further, according to the present invention, the tool path plane is cut by a plane group perpendicular to the xy plane, which corresponds to one obtained by raising an orthogonal lattice on the xy plane in the z-axis direction, and the side of the cube is cut based on the cross-sectional view. It is possible to efficiently calculate the intersection of the tool path surface and the tool path surface. According to the present invention, it is possible to sample points on the contour line of a sectional view at high speed and with high density by using the function of graphics hardware. Furthermore, according to the present invention, the tangential direction of the contour line at the sampled point can be accurately calculated using the function of the graphics hardware, and the sectional view can be made highly accurate based on the information.
【図1】(a)は、金型加工で用いられるボールエンド
ミルとその工具参照点の位置を示し、(b)は、同じく
フラットエンドミルとその工具参照点の位置を示し、
(c)は、同じくラウンドエンドミルとその工具参照点
の位置を示す説明図。FIG. 1 (a) shows the positions of a ball end mill and its tool reference points used in die machining, and FIG. 1 (b) shows the positions of a flat end mill and its tool reference points,
(C) is an explanatory view showing the positions of the round end mill and its tool reference point.
【図2】(a)は、製品表面を滑るボールエンドミルの
参照点の描く工具参照面を示し、(b)は、工具の逆形
状の参照点が製品表面を滑る時の掃引形状を示す説明
図。FIG. 2 (a) shows a tool reference surface drawn by reference points of a ball end mill that slides on a product surface, and FIG. 2 (b) shows a swept shape when an inverted reference point of a tool slides on a product surface. Fig.
【図3】(a)は、製品表面を滑るフラットエンドミル
の参照点の描く工具参照面を示し、(b)は、工具の逆
形状の参照点が製品表面を滑る時の掃引形状を示す説明
図。FIG. 3 (a) shows a tool reference surface drawn by reference points of a flat end mill that slides on a product surface, and FIG. 3 (b) shows a swept shape when a reference point having an inverted shape of the tool slides on the product surface. Fig.
【図4】(a)は、製品表面を滑るラウンドエンドミル
の参照点の描く工具参照面を示し、(b)は、工具の逆
形状の参照点が製品表面を滑る時の掃引形状を示す説明
図。FIG. 4 (a) shows a tool reference surface drawn by a reference point of a round end mill that slides on a product surface, and FIG. 4 (b) shows a swept shape when a reference point having an inverse shape of the tool slides on the product surface. Fig.
【図5】(a)は、半径(r)のボールエンドミルの逆
形状の表面にそって、半径(R−r)のフラットエンド
ミルの逆形状を滑らせた様子を示し、(b)は、半径
(r)のボールエンドミルの逆形状の掃引形状を計算
し、さらにその上面にそって半径(R−r)のフラット
エンドミルの逆形状を滑らせた結果を示す説明図。FIG. 5 (a) shows a state in which an inverted shape of a flat end mill having a radius (R−r) is slid along a surface of an inverted shape of a ball end mill having a radius (r), and (b) shows Explanatory drawing which shows the result of having calculated the reverse sweep shape of the ball end mill of radius (r), and also sliding the reverse shape of the flat end mill of radius (R-r) along the upper surface.
【図6】(a)は、ボールエンドミルによる切削加工で
の、球の掃引形状を構成する、球面を示し、同じく
(b)は、円筒形を示し、同じく(c)は、厚板形状の
一例を示す図。FIG. 6 (a) shows a spherical surface forming a swept shape of a sphere in a cutting process by a ball end mill, FIG. 6 (b) shows a cylindrical shape, and FIG. 6 (c) shows a thick plate shape. The figure which shows an example.
【図7】(a)は、フラットエンドミルによる切削加工
での、円板の掃引形状を構成する、斜円筒形を示し、同
じく(b)は、厚板形状の一例を示す図。FIG. 7A is a diagram showing an oblique cylinder shape which constitutes a sweep shape of a disk in a cutting process by a flat end mill, and FIG. 7B is a view showing an example of a thick plate shape.
【図8】ボールエンドミル加工用の工具参照面を得るた
めに、球の掃引形状を構成する球面、円筒形、厚板形状
と、格子の中心を通過するZ軸に平行な直線の交差を調
べ、最も上側の交点を選択する様子を示す図。[FIG. 8] In order to obtain a tool reference surface for ball end milling, the intersection of a spherical surface, a cylindrical shape, and a slab shape forming a sweep shape of a sphere and a straight line parallel to the Z axis passing through the center of the lattice is examined. , Showing the selection of the uppermost intersection.
【図9】フラットエンドミル加工用の工具参照面を得る
ために、円板の掃引形状を構成する斜円筒形や厚板形状
と、格子の中心を通過するZ軸に平行な直線の交差を調
べ、最も上側の交点を選択する様子を示す図。[Fig. 9] In order to obtain a tool reference surface for flat end milling, the intersection of a slanted cylinder shape and a thick plate shape forming a sweep shape of a disk and a straight line parallel to the Z axis passing through the center of the lattice is examined. , Showing the selection of the uppermost intersection.
【図10】デプスバッファの利用による二つの立方体の
隠面消去画像の説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of hidden surface erased images of two cubes by using a depth buffer.
【図11】急峻な壁形状における逆オフセット法により
得られた点群の分布を示す説明図。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a distribution of point groups obtained by the inverse offset method in a steep wall shape.
【図12】従来の逆オフセット法(a)と、本実施の形
態の逆オフセット法(b)の比較図。FIG. 12 is a comparison diagram of the conventional reverse offset method (a) and the reverse offset method (b) of the present embodiment.
【図13】微小な立方体と逆工具の掃引形状の最上面の
間に生じ得る交差パターンを示す図。FIG. 13 is a diagram showing a crossing pattern that can occur between a minute cube and a top surface of a swept shape of an inverted tool.
【図14】掃引形状の断面線に基づいて工具経路面と立
方体の各辺の交点を計算した例を示す図。FIG. 14 is a diagram showing an example in which the intersection of each side of the tool path surface and the cube is calculated based on the cross section line of the sweep shape.
【図15】隠面消去機能を用いた断面線の算出について
の説明図。FIG. 15 is an explanatory diagram of calculation of a cross section line using a hidden surface removal function.
【図16】断面線上の隣接した2点を通過する接線に基
づく折れ曲がり点の導出についての説明図。FIG. 16 is an explanatory diagram for deriving a bending point based on a tangent line passing through two adjacent points on a section line.
【図17】本発明に関するハードウェアの構成図。FIG. 17 is a block diagram of hardware according to the present invention.
【図18】サブルーチンAについてのフローチャート。FIG. 18 is a flowchart for subroutine A.
【図19】サブルーチンBについてのフローチャート。FIG. 19 is a flowchart for subroutine B.
【図20】メインルーチンについてのフローチャート
(1)。FIG. 20 is a flowchart (1) of a main routine.
【図21】メインルーチンについてのフローチャート
(2)。FIG. 21 is a flowchart (2) of the main routine.
【図22】30,528枚の多角形からなる多面体の一
例を示す図。FIG. 22 is a diagram showing an example of a polyhedron composed of 30,528 polygons.
【図23】前図に示した多面体を、半径1mmのボール
エンドミルで切削加工する場合の工具経路面の一例を示
す図。FIG. 23 is a view showing an example of a tool path surface when the polyhedron shown in the previous figure is cut by a ball end mill having a radius of 1 mm.
【図24】通常の逆オフセット法の処理結果を部分拡大
した画像の一例を示す図。FIG. 24 is a diagram showing an example of an image obtained by partially enlarging the processing result of a normal reverse offset method.
【図25】本実施の形態による高精度な逆オフセット法
の処理結果を部分拡大した画像の一例を示す図。FIG. 25 is a diagram showing an example of an image obtained by partially enlarging the processing result of the highly accurate reverse offset method according to the present embodiment.
【図26】高精度な逆オフセット法により得られた工具
経路面を用いて計算した、等高線状の工具経路の一例を
示す図。FIG. 26 is a diagram showing an example of a contour-shaped tool path calculated using a tool path surface obtained by a highly accurate reverse offset method.
【図27】高精度な工具経路面に基づいて計算された、
等高線状の工具経路を用いた切削加工シミュレーション
の結果の一例を示す図。FIG. 27 is calculated based on a highly accurate tool path surface,
The figure which shows an example of the result of the cutting processing simulation using a contour-shaped tool path.
【図28】従来の逆オフセット法により得られた工具経
路面を用いて工具経路を計算し、切削加工シミュレーシ
ョンを行った結果の一例を示す図。FIG. 28 is a diagram showing an example of a result of performing a cutting simulation by calculating a tool path using a tool path surface obtained by the conventional reverse offset method.
【図29】金型加工における削り込みの一例を示す図。FIG. 29 is a view showing an example of shaving in die processing.
1 処理部
2 入力部
3 記憶部
4 出力部
5 3次元グラフィックス表示部(グラフィックスハー
ドウェア)1 processing unit 2 input unit 3 storage unit 4 output unit 5 three-dimensional graphics display unit (graphics hardware)
Claims (12)
経路に沿って移動させて工作物を加工する際に、工具の
逆形状分膨らませた工具経路面を生成するための工具経
路面計算方法であって、 処理部は、加工対象物の多面体モデル情報と工具形状情
報とを入力し、記憶部に記憶するステップと、 処理部は、多面体モデルの各要素に対して、逆工具の掃
引形状を構成する各形状要素を配置するステップと、 処理部は、配置された各形状要素に対して、ユニークな
ID番号、ユニークな色情報、形状要素の幾何情報を記
憶部に記憶するステップと、 処理部は、入力された逆工具の掃引形状を構成する形状
要素に基づき、該掃引形状の最上面を覆う格子状の点群
の座標データと、その点における最上面の法線又は接線
データを出力するグラフィックスハードウェアの隠面消
去処理を用いて、配置された形状要素の位置をx軸方向
に所定距離だけずらしつつ該処理を繰り返し、最上面の
断面線をx軸方向に細分割した座標データと法線又は接
線データとを含む点列データを求め、それを記憶部に記
憶するステップと、 処理部は、グラフィックスハードウェアの隠面消去処理
を用いて、配置された形状要素の位置をy軸方向に所定
距離だけずらしつつ該処理を繰り返し、最上面の断面線
をy軸方向に細分割した座標データと法線又は接線デー
タとを含む点列データを求め、それを記憶部に記憶する
ステップと、 処理部は、求められた隣接する点列データの法線又は接
線データに基づき、断面線の折れ曲がり点を検出し、検
出された折れ曲がり点の点列データを断面線の点列デー
タへ挿入して記憶部に記憶するステップと、 処理部は、格子状の点群に従い、空間を立方体の集積へ
分割するステップと、 処理部は、記憶部に記憶された点列データを参照し、逆
工具の掃引形状の最上面のx軸方向の断面線及びy軸方
向の断面線と、分割された各立方体の各辺との交点を算
出するステップと、 処理部は、算出された交点の情報に基づいて、各立方体
の頂点が工具経路面の上下のどちらに存在するかを求め
ることで、マーチングキューブ法により立方体内部に三
角形を配置するステップと、 処理部は、各立方体内部に配置された三角形群を、掃引
形状の最上面として出力部に出力又は記憶部に記憶する
ステップと、を含む工具経路面計算方法。1. A tool path surface calculation method for generating a tool path surface expanded by an inverse shape of a tool when a tool attached to a numerically controlled machine tool is moved along the path to machine a workpiece. The processing unit inputs the polyhedron model information of the workpiece and the tool shape information and stores the information in the storage unit, and the processing unit sets the sweep shape of the inverse tool for each element of the polyhedron model. Arranging each shape element that makes up the shape element, and the processing unit storing a unique ID number, unique color information, and geometric information of the shape element in the storage unit for each arranged shape element, The processing unit, based on the shape elements that form the input swept shape of the reverse tool, the coordinate data of the grid-like point group covering the uppermost surface of the swept shape and the normal line or tangent line data of the uppermost surface at that point. Output graphics This process is repeated while shifting the position of the placed shape element by a predetermined distance in the x-axis direction by using the hidden surface removal process of the computer hardware, and coordinate data obtained by subdividing the cross-sectional line of the uppermost surface in the x-axis direction. A step of obtaining point sequence data including normal line or tangent line data and storing it in a storage section, and the processing section uses the hidden surface removal processing of the graphics hardware to determine the position of the arranged shape element by y. The process is repeated while shifting a predetermined distance in the axial direction to obtain point sequence data including coordinate data obtained by subdividing the cross-section line of the uppermost surface in the y-axis direction and normal or tangent data, and storing it in the storage unit. The step and the processing unit detect the bending point of the section line based on the normal or tangent data of the obtained adjacent point sequence data, and convert the point sequence data of the detected bending point into the point sequence data of the section line. Insert A step of storing in the storage part, a step of dividing the space into an accumulation of cubes according to a lattice-shaped point group, and a step of the processing part referring to the point sequence data stored in the storage part, A step of calculating an intersection of the cross-section line in the x-axis direction and the cross-section line in the y-axis direction on the uppermost surface of the sweep shape and each side of each of the divided cubes; and the processing unit based on the information of the calculated intersection point. Then, by deciding whether the vertex of each cube is above or below the tool path surface, the step of arranging triangles inside the cube by the marching cubes method, and the processing unit is the group of triangles arranged inside each cube. Is output to the output unit as the uppermost surface of the sweep shape or is stored in the storage unit.
は、多角形モデルの要素としての、頂点、辺、多角形の
それぞれに対応して、形状要素として球面、円筒形、厚
板形状を配置することを特徴とする請求項1に記載の工
具経路面計算方法。2. The step of arranging each shape element, the processing unit, when the tool shape information is a ball end mill, corresponding to each of the vertices, sides, and polygons as the elements of the polygonal model. The tool path surface calculation method according to claim 1, wherein a spherical surface, a cylindrical shape, or a thick plate shape is arranged as the shape element.
は、多角形モデルの要素としての、辺、多角形のそれぞ
れに対応して、形状要素として斜円筒形と厚板形状を配
置することを特徴とする請求項1に記載の工具経路面計
算方法。3. The step of arranging each shape element, the processing unit, when the tool shape information is a flat end mill, the shape corresponding to each of the sides and polygons as elements of the polygon model. The tool path surface calculation method according to claim 1, wherein an oblique cylinder shape and a thick plate shape are arranged as elements.
去処理は、 処理部は、逆工具の掃引形状を構成する形状要素から、
形状要素の下向きの部分や他の形状要素の内部に包含さ
れている部分等の掃引形状の最上面に関与しない部分を
予め除去するステップと、 処理部は、除去されずに残った形状を多面体化するステ
ップと、 処理部は、配置された各形状要素に対する、ユニークな
ID番号、ユニークな色情報、形状要素の幾何情報を記
憶部から読み取り、各形状要素を構成する多角形に対す
る色情報をグラフィックスハードウェアへ渡すステップ
と、 グラフィックスハードウェアは、処理部から受けた色情
報に基づき、デプスバッファによる隠面消去処理を用い
て、各点における掃引形状の最上面の高さを表すデプス
値と、各点における色情報を得て、得られたデプス値と
色情報を処理部へ渡すステップと、 処理部は、グラフィックハードウェアから受けた各点の
座標データとデプス値に基づいて、掃引形状の最上面を
示す工具経路面の点列データを生成するステップと、 処理部は、色情報の基づき、記憶部を参照して、最上面
の各点に対応する形状要素のID及び幾何情報を得て、
各点の座標データと幾何情報に従い、各点における法線
方向を求めるステップと、 処理部は、工具経路面の点群の座標データとその法線又
は接線情報を出力するステップとを含む請求項1に記載
の工具経路面計算方法。4. The hidden surface removal processing of the graphics hardware, wherein the processing unit, from the shape elements forming the sweep shape of the reverse tool,
The step of preliminarily removing the part not related to the uppermost surface of the swept shape, such as the downward part of the shape element or the part included in other shape elements, and the processing part The processing unit reads the unique ID number, the unique color information, and the geometric information of the shape element for each arranged shape element from the storage unit, and obtains the color information for the polygons forming each shape element. Based on the color information received from the processing unit, the graphics hardware uses the hidden surface removal processing by the depth buffer to determine the depth of the top surface of the sweep shape at each point. Obtaining a value and color information at each point, and passing the obtained depth value and color information to the processing unit, the processing unit receives each value received from the graphic hardware. The step of generating point sequence data of the tool path surface indicating the uppermost surface of the sweep shape based on the coordinate data of the points and the depth value, and the processing unit refers to the storage unit based on the color information and refers to the uppermost surface. Obtain the ID and geometric information of the shape element corresponding to each point,
The method includes the step of obtaining a normal direction at each point according to the coordinate data and geometric information of each point, and the processing section outputting the coordinate data of the point group on the tool path surface and the normal or tangent information thereof. The tool path surface calculation method described in 1.
挿入して記憶部に記憶するステップは、 処理部は、記憶部を参照し、断面線を表す座標データ
と、各点における工具経路面の法線又は接線データを読
み取るステップと、 処理部は、各断面線上の連続する2点について、ふたつ
の接線又は法線方向が所定値より大きく異なる場合に
は、2点の間で断面線が折れ曲がり点を有すると判断
し、 処理部は、新しい折れ曲がり点を計算し、それを点列デ
ータに追加するステップと、 処理部は、更新された点列データと、更新後の点列の長
さを示すデータを記憶又は出力するステップとを含む請
求項1又は4に記載の工具経路面計算方法。5. The step of inserting the bending point into point sequence data of a section line and storing it in a storage section, the processing section refers to the storage section, coordinate data representing the section line, and a tool path at each point. The step of reading the normal or tangent data of the surface, and the processing unit, for two consecutive points on each section line, if the two tangent or normal directions differ by more than a predetermined value, the section line between the two points. Has a bending point, the processing unit calculates a new bending point and adds it to the point sequence data, and the processing unit updates the point sequence data and the length of the updated point sequence. 5. The tool path surface calculation method according to claim 1, further comprising the step of storing or outputting data indicating the height.
ータを格納する場所を得るために、該当する点列データ
以降の点列データと法線又は接線データとを、シフトし
て格納しなおすステップと、 処理部は、求められた新しい折れ曲がり点を示す点列デ
ータをシフトされて空いた領域に格納するステップとを
含む請求項5に記載の工具経路面計算方法。6. The step of adding to the point sequence data, the processing section stores the point sequence data after the corresponding point sequence data in order to obtain a place to store the obtained point sequence data indicating a new bending point. 6. The method according to claim 5, further comprising a step of shifting and storing the normal line or tangent line data again, and a step of storing the point sequence data indicating the obtained new bending point in a shifted and vacant area. The tool path surface calculation method described.
工具経路を求めるステップをさらに備えた請求項1、4
又5のいずれかに記載の工具経路面計算方法。7. The processing unit, based on the obtained tool path surface,
5. The method according to claim 1, further comprising the step of obtaining a tool path.
The tool path surface calculation method according to any one of 5 above.
を表示するステップをさらに備えた請求項1、4又5の
いずれかに記載の工具経路面計算方法。8. The tool path surface calculation method according to claim 1, further comprising a step of displaying the tool path surface and / or the tool path in the processing unit.
経路に沿って移動させて工作物を加工する際に、工具の
逆形状分膨らませた工具経路面を生成するための工具経
路面計算プログラムであって、 処理部は、加工対象物の多面体モデル情報と工具形状情
報とを入力し、記憶部に記憶するステップと、 処理部は、多面体モデルの各要素に対して、逆工具の掃
引形状を構成する各形状要素を配置するステップと、 処理部は、配置された各形状要素に対して、ユニークな
ID番号、ユニークな色情報、形状要素の幾何情報を記
憶部に記憶するステップと、 処理部は、入力された逆工具の掃引形状を構成する形状
要素に基づき、該掃引形状の最上面を覆う格子状の点群
の座標データと、その点における最上面の法線又は接線
データを出力するグラフィックスハードウェアの隠面消
去処理を用いて、配置された形状要素の位置をx軸方向
に所定距離だけずらしつつ該処理を繰り返し、最上面の
断面線をx軸方向に細分割した座標データと法線又は接
線データとを含む点列データを求め、それを記憶部に記
憶するステップと、 処理部は、グラフィックスハードウェアの隠面消去処理
を用いて、配置された形状要素の位置をy軸方向に所定
距離だけずらしつつ該処理を繰り返し、最上面の断面線
をy軸方向に細分割した座標データと法線又は接線デー
タとを含む点列データを求め、それを記憶部に記憶する
ステップと、 処理部は、求められた隣接する点列データの法線又は接
線データに基づき、断面線の折れ曲がり点を検出し、検
出された折れ曲がり点の点列データを断面線の点列デー
タへ挿入して記憶部に記憶するステップと、 処理部は、格子状の点群に従い、空間を立方体の集積へ
分割するステップと、 処理部は、記憶部に記憶された点列データを参照し、逆
工具の掃引形状の最上面のx軸方向の断面線及びy軸方
向の断面線と、分割された各立方体の各辺との交点を算
出するステップと、 処理部は、算出された交点の情報に基づいて、各立方体
の頂点が工具経路面の上下のどちらに存在するかを求め
ることで、マーチングキューブ法により立方体内部に三
角形を配置するステップと、 処理部は、各立方体内部に配置された三角形群を、掃引
形状の最上面として出力部に出力又は記憶部に記憶する
ステップとをコンピュータに実行させるための工具経路
面計算プログラム。9. A tool path surface calculation program for generating a tool path surface expanded by an inverse shape of the tool when a tool attached to a numerically controlled machine tool is moved along the path to machine a workpiece. The processing unit inputs the polyhedron model information of the workpiece and the tool shape information and stores the information in the storage unit, and the processing unit sets the sweep shape of the inverse tool for each element of the polyhedron model. Arranging each shape element that makes up the shape element, the processing unit stores a unique ID number, unique color information, and geometric information of the shape element in the storage unit for each arranged shape element, The processing unit, based on the shape elements that form the input swept shape of the reverse tool, the coordinate data of the grid-like point group covering the uppermost surface of the swept shape and the normal line or tangent line data of the uppermost surface at that point. Output graph By using the hidden surface removal processing of the fixed hardware, the processing is repeated while shifting the position of the arranged shape element by a predetermined distance in the x-axis direction, and coordinate data obtained by subdividing the cross-section line of the uppermost surface in the x-axis direction. A step of obtaining point sequence data including normal line or tangent line data and storing it in a storage section, and the processing section uses the hidden surface removal processing of the graphics hardware to determine the position of the arranged shape element by y. The process is repeated while shifting a predetermined distance in the axial direction to obtain point sequence data including coordinate data obtained by subdividing the cross-section line of the uppermost surface in the y-axis direction and normal or tangent data, and storing it in the storage unit. The step and the processing unit detect the bending point of the section line based on the normal or tangent data of the obtained adjacent point sequence data, and convert the point sequence data of the detected bending point into the point sequence data of the section line. Inputting and storing in the storage unit, the processing unit dividing the space into an accumulation of cubes according to the lattice-shaped point group, and the processing unit referring to the point sequence data stored in the storage unit, The step of calculating the intersection of the cross-section line in the x-axis direction and the cross-section line in the y-axis direction of the uppermost surface of the swept shape of the reverse tool and each side of each divided cube, and the processing unit, The step of arranging the triangle inside the cube by the marching cube method by determining whether the vertex of each cube exists above or below the tool path plane based on the information, and the processing unit is arranged inside each cube. A tool path surface calculation program for causing a computer to execute the step of outputting the group of triangles as an uppermost surface of the sweep shape to the output unit or storing the same in the storage unit.
消去処理は、 処理部は、逆工具の掃引形状を構成する形状要素から、
形状要素の下向きの部分や他の形状要素の内部に包含さ
れている部分等の掃引形状の最上面に関与しない部分を
予め除去するステップと、 処理部は、除去されずに残った形状を多面体化するステ
ップと、 処理部は、配置された各形状要素に対する、ユニークな
ID番号、ユニークな色情報、形状要素の幾何情報を記
憶部から読み取り、各形状要素を構成する多角形に対す
る色情報をグラフィックスハードウェアへ渡すステップ
と、 グラフィックスハードウェアは、処理部から受けた色情
報に基づき、デプスバッファによる隠面消去処理を用い
て、各点における掃引形状の最上面の高さを表すデプス
値と、各点における色情報を得て、得られたデプス値と
色情報を処理部へ渡すステップと、 処理部は、グラフィックハードウェアから受けた各点の
座標データとデプス値に基づいて、掃引形状の最上面を
示す工具経路面の点列データを生成するステップと、 処理部は、色情報の基づき、記憶部を参照して、最上面
の各点に対応する形状要素のID及び幾何情報を得て、
各点の座標データと幾何情報に従い、各点における法線
方向を求めるステップと、 処理部は、工具経路面の点群の座標データとその法線又
は接線情報を出力するステップをコンピュータに実行さ
せるための請求項9に記載の工具経路面計算プログラ
ム。10. The hidden surface erasing process of the graphics hardware, wherein the processing unit comprises a shape element forming a sweep shape of the reverse tool,
The step of preliminarily removing the part not related to the uppermost surface of the swept shape, such as the downward part of the shape element or the part included in other shape elements, and the processing part The processing unit reads the unique ID number, the unique color information, and the geometric information of the shape element for each arranged shape element from the storage unit, and obtains the color information for the polygons forming each shape element. Based on the color information received from the processing unit, the graphics hardware uses the hidden surface removal processing by the depth buffer to determine the depth of the top surface of the sweep shape at each point. Obtaining a value and color information at each point, and passing the obtained depth value and color information to the processing unit, the processing unit receives each value received from the graphic hardware. The step of generating point sequence data of the tool path surface indicating the uppermost surface of the sweep shape based on the coordinate data of the points and the depth value, and the processing unit refers to the storage unit based on the color information and refers to the uppermost surface. Obtain the ID and geometric information of the shape element corresponding to each point,
The processing unit causes the computer to execute the step of obtaining the normal direction at each point according to the coordinate data and geometric information of each point, and the step of outputting the coordinate data of the point group on the tool path surface and its normal or tangent information. The tool path surface calculation program according to claim 9 for.
へ挿入して記憶部に記憶するステップは、 処理部は、記憶部を参照し、断面線を表す座標データ
と、各点における工具経路面の法線又は接線データを読
み取るステップと、 処理部は、各断面線上の連続する2点について、ふたつ
の接線又は法線方向が所定値より大きく異なる場合に
は、2点の間で断面線が折れ曲がり点を有すると判断
し、 処理部は、新しい折れ曲がり点を計算し、それを点列デ
ータに追加するステップと、 処理部は、更新された点列データと、更新後の点列の長
さを示すデータを記憶又は出力するステップとをコンピ
ュータに実行させるための請求項9又は10に記載の工
具経路面計算プログラム。11. A step of inserting the bending point into point sequence data of a section line and storing the point sequence data in a storage section, the processing section refers to the storage section, coordinate data representing the section line, and a tool path at each point. The step of reading the normal or tangent data of the surface, and the processing unit, for two consecutive points on each section line, if the two tangent or normal directions differ by more than a predetermined value, the section line between the two points. Has a bending point, the processing unit calculates a new bending point and adds it to the point sequence data, and the processing unit updates the point sequence data and the length of the updated point sequence. The tool path surface calculation program according to claim 9 or 10, for causing a computer to execute a step of storing or outputting data indicating the height.
を経路に沿って移動させて工作物を加工する際に、工具
の逆形状分膨らませた工具経路面を生成するための工具
経路面計算プログラムを記録したコンピュータ読み取り
可能な記録媒体であって、 処理部は、加工対象物の多面体モデル情報と工具形状情
報とを入力し、記憶部に記憶するステップと、 処理部は、多面体モデルの各要素に対して、逆工具の掃
引形状を構成する各形状要素を配置するステップと、 処理部は、配置された各形状要素に対して、ユニークな
ID番号、ユニークな色情報、形状要素の幾何情報を記
憶部に記憶するステップと、 処理部は、入力された逆工具の掃引形状を構成する形状
要素に基づき、該掃引形状の最上面を覆う格子状の点群
の座標データと、その点における最上面の法線又は接線
データを出力するグラフィックスハードウェアの隠面消
去処理を用いて、配置された形状要素の位置をx軸方向
に所定距離だけずらしつつ該処理を繰り返し、最上面の
断面線をx軸方向に細分割した座標データと法線又は接
線データとを含む点列データを求め、それを記憶部に記
憶するステップと、 処理部は、グラフィックスハードウェアの隠面消去処理
を用いて、配置された形状要素の位置をy軸方向に所定
距離だけずらしつつ該処理を繰り返し、最上面の断面線
をy軸方向に細分割した座標データと法線又は接線デー
タとを含む点列データを求め、それを記憶部に記憶する
ステップと、 処理部は、求められた隣接する点列データの法線又は接
線データに基づき、断面線の折れ曲がり点を検出し、検
出された折れ曲がり点の点列データを断面線の点列デー
タへ挿入して記憶部に記憶するステップと、 処理部は、格子状の点群に従い、空間を立方体の集積へ
分割するステップと、 処理部は、記憶部に記憶された点列データを参照し、逆
工具の掃引形状の最上面のx軸方向の断面線及びy軸方
向の断面線と、分割された各立方体の各辺との交点を算
出するステップと、 処理部は、算出された交点の情報に基づいて、各立方体
の頂点が工具経路面の上下のどちらに存在するかを求め
ることで、マーチングキューブ法により立方体内部に三
角形を配置するステップと、 処理部は、各立方体内部に配置された三角形群を、掃引
形状の最上面として出力部に出力又は記憶部に記憶する
ステップと、工具経路面計算プログラムを記録したコン
ピュータ読み取り可能な記録媒体。12. A tool path surface calculation program for generating a tool path surface expanded by an inverse shape of the tool when a tool attached to a numerically controlled machine tool is moved along the path to machine a workpiece. Is a computer-readable recording medium in which the processing unit inputs the polyhedral model information and the tool shape information of the object to be processed, and stores the information in the storage unit; and the processing unit includes each element of the polyhedral model. The step of arranging each shape element forming the swept shape of the reverse tool, the processing unit, for each arranged shape element, a unique ID number, unique color information, and geometric information of the shape element. The step of storing in the storage unit, the processing unit, based on the input shape elements forming the sweep shape of the reverse tool, the coordinate data of the grid point group covering the uppermost surface of the sweep shape, and the point Using the hidden surface erasing process of the graphics hardware that outputs the normal or tangent data of the uppermost surface, the processing is repeated while shifting the position of the arranged shape element by a predetermined distance in the x-axis direction. A step of obtaining point sequence data including coordinate data obtained by subdividing the cross-section line in the x-axis direction and normal or tangent line data, and storing the data in a storage unit; and the processing unit performing hidden surface removal processing of graphics hardware. Using the above, the process is repeated while shifting the position of the arranged shape element in the y-axis direction by a predetermined distance, and includes the coordinate data and the normal line or tangent line data obtained by subdividing the cross-section line of the uppermost surface in the y-axis direction. The step of obtaining the point sequence data and storing it in the storage unit, the processing unit detects the bending point of the cross section line based on the obtained normal line or tangent line data of the adjacent point sequence data, and detects it. The step of inserting the point sequence data of the bending point into the point sequence data of the section line and storing it in the storage unit, the processing unit dividing the space into an accumulation of cubes according to the grid-like point group, and the processing unit Refers to the point sequence data stored in the storage unit, and intersects the cross-section line in the x-axis direction and the cross-section line in the y-axis direction of the uppermost surface of the swept shape of the reverse tool with each side of each divided cube. Based on the information of the calculated intersections, the processing unit determines whether the apex of each cube is above or below the tool path plane, and the triangle is formed inside the cube by the marching cube method. The arranging step, the processing section outputs the triangle group arranged inside each cube to the output section as the uppermost surface of the sweep shape, or stores it in the storage section, and a computer readable recording tool path surface calculation program. Do recording medium.
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JP2002056858A JP3792584B2 (en) | 2002-03-04 | 2002-03-04 | Tool path surface calculation method, tool path surface calculation program, and recording medium recording tool path surface calculation program |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008186046A (en) * | 2007-01-26 | 2008-08-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Cutting path producing method, program, and apparatus |
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- 2002-03-04 JP JP2002056858A patent/JP3792584B2/en not_active Expired - Lifetime
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