JP2010137291A - 加工パラメータ決定装置、加工パラメータ決定方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】少ない計算負荷によって、ツーリング剛性を確保し易い工具姿勢を決定するとともに、その工具姿勢において干渉の起こり難い加工領域を決定することができる５軸加工に関する加工パラメータ決定装置等を提供する。
【解決手段】多面体生成手段２３は、被加工物（曲面）の形状データから多面体３２を生成する。多面体情報算出手段２４は、全ての多角形平面について、面積、法線ベクトル、平面ベクトルを算出する。第０姿勢設定手段２５は、第０姿勢ベクトルを設定し、全ての多角形平面に対して、初期の姿勢適正値として、第０姿勢ベクトルとの内積によって算出する。姿勢・領域決定手段２６は、第０姿勢よりも後の工具姿勢ベクトルを決定するとともに、決定した工具姿勢ベクトルによって加工する加工領域を決定する。領域調整手段２７は、全ての多角形平面に対して、加工領域を調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、金型等の切削加工に関し、特に、工具姿勢、加工領域に関する加工パラメータを決定する工具姿勢制御を有する加工パラメータ決定装置、工具姿勢制御を有する加工パラメータ決定方法およびプログラムに関する。

切削加工では、工具やホルダが被加工物に干渉しないように加工パラメータ（例えば、工具姿勢、加工領域、ツーリング等）を決定しなければならない。立壁などを有する形状では、工具やホルダが被加工物と接近して干渉が起こり易い。作業者は、事前に加工シミュレーション等を利用することで干渉の有無をチェックする。干渉がある場合、作業者は、加工パラメータを修正して干渉を回避する。干渉のチェックと修正作業は、加工領域全体にわたり干渉がなくなるまで繰り返し行う。

切削加工では、加工時間を短くするために工具突き出し量を小さくして剛性を確保することが望ましい。しかし、工具突き出し量の小さいツーリングでは干渉が起こり易い。以上のような背景から、工具突き出し量の小さいツーリングで干渉の起こり難い工具姿勢と加工領域を決定するための様々な手法が提案されている。

特許文献１では、工具軸の初期姿勢をＺ軸方向とし、工具とホルダを包含する干渉判定の円錐形状干渉モデルを生成する。次に、工具とホルダを包含する円錐形状干渉モデルと曲面（被加工物）の干渉判定を行う。干渉判定で干渉が検出された場合には、干渉量をもとに工具姿勢の干渉回避角度を求めて工具姿勢を傾けることにより干渉回避を行う。

非特許文献１では、加工点における工具姿勢と曲面の法線のなす角度θ、工具姿勢の回転角度φによって工具姿勢を表現する。干渉判定は、θとφを０度から１８０度まで変化させた全ての組み合わせに対して行う。干渉の起こらなかったθとφの組み合わせを安全領域とする。安全領域の中から干渉の起こり難い優位な工具姿勢を決定する。

特許文献２では、被干渉体を予め仮想する。加工シミュレーションでは、被干渉体を移動させ、曲面と被干渉体が干渉する場合は被干渉体の干渉部を逐次削除していく。形状全体について加工シミュレーションが終了すると、被干渉体に包含され、かつ剛性の高いツーリングを決定する。
特開平０６−２５４７４１号公報 特開平０９−１７９６２０号公報 森重功一、加瀬究、竹内芳美、"Ｃ−Ｓｐａｃｅを用いた５軸制御加工のための工具経路生成法"、精密工学会誌、６２巻１２号ｐ１７８３−１７８８、１９９６年１２月

しかしながら、前述の従来技術では、以下のような課題がある。

特許文献１では、予めツーリングを設定した後に干渉判定を行って工具姿勢を決定する。図１０は、干渉チェックと修正を示す模式図である。図１１は、ツーリング剛性を確保し易い工具姿勢を示す模式図である。図１０の左図では、曲面１０１と、工具１０３を保持するホルダ１０２が干渉している様子を示している。図１０の右図では、特許文献１に記載の方法によって修正した後の様子を示している。特許文献１に記載の方法では、初期設定したツーリングにおいて曲面との干渉を回避した工具姿勢を決定できるだけであり、曲面形状を考慮した有効な工具姿勢での剛性の高いツーリングは求めることができない。また、干渉回避後の工具姿勢が局部的な干渉量のみによって決められるので、最終的に決定される工具姿勢は、図１０の右図に示すように、初期設定した方向に偏る。その為、対象とする加工領域全体の曲面形状を考慮した工具姿勢を求めることができず、図１１に示すようなツーリング剛性を確保し易い工具姿勢を求めることができない。

非特許文献１では、干渉回避の姿勢を求めるために、θとφの組み合わせについて膨大な干渉判定計算が必要であり、計算負荷が大きい。更に、ホルダなどの形状要素が多くなる場合は、干渉計算の負荷が大幅に増大する。また、特許文献１と同様に、予めツーリングを決定した後でしか干渉回避の工具姿勢を求めることができない。

特許文献２では、最初に工具姿勢を指定してツーリングを計算するので、加工する曲面に対して最適な工具姿勢を自動決定することができない。その為、干渉回避に不利な工具姿勢を指定した場合、結果としてツーリング剛性の低いツーリングが求まってしまうという欠点がある。

更に、特許文献１、非特許文献１、特許文献２では、予め加工領域を指定する必要があり、工具姿勢ごとに干渉の起こり難い加工領域を自動算出することはできない。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、少ない計算負荷によって、ツーリング剛性を確保し易い工具姿勢を決定するとともに、その工具姿勢において干渉の起こり難い加工領域を決定することができる工具姿勢制御を有する加工パラメータ決定装置等を提供することである。

前述した目的を達成するために第１の発明は、加工パラメータのうち少なくとも工具姿勢および加工領域を決定する加工パラメータ決定装置であって、形状データから多面体を生成する多面体生成手段と、前記多面体に係る全ての多角形平面に対して、面積と、法線方向を示す単位ベクトルである法線ベクトルと、前記面積と前記法線ベクトルの積である平面ベクトルとを算出する多面体情報算出手段と、全ての前記平面ベクトルに基づいて、前記工具姿勢の第０姿勢の方向を示す第０姿勢ベクトルを設定する第０姿勢設定手段と、前記法線ベクトルのそれぞれと前記平面ベクトルのそれぞれの組み合わせに対して、前記法線ベクトルと前記平面ベクトルの内積に重み係数を乗じた値を姿勢適正値として算出し、前記姿勢適正値に基づいて前記法線ベクトルの中から第０姿勢よりも後の工具姿勢の方向を示す工具姿勢ベクトルおよびその加工領域を決定する姿勢・領域決定手段と、決定された前記工具姿勢ベクトルによって加工する前記加工領域を調整する領域調整手段と、を具備することを特徴とする加工パラメータ決定装置である。第１の発明の加工パラメータ決定装置は、少ない計算負荷によって、ツーリング剛性を確保し易い工具姿勢を決定するとともに、その工具姿勢において干渉の起こり難い加工領域を決定することができる。

第１の発明における姿勢・領域決定手段は、算出した前記姿勢適正値が、前記第０姿勢ベクトルを含む決定済の前記工具姿勢ベクトルに対する前記姿勢適正値よりも大きい場合には、算出した前記姿勢適正値に対応する前記多角形平面を前記法線ベクトルの暫定加工領域とし、前記暫定加工領域の面積を前記法線ベクトルごとに合算し、合算した値が最も大きい前記法線ベクトルを前記工具姿勢ベクトルとして決定する。これによって、ツーリング剛性を確保し易い工具姿勢を順次決定することができる。

第１の発明における領域調整手段は、全ての前記多角形平面に対して、前記第０姿勢ベクトルを含む決定済の前記工具姿勢ベクトルのそれぞれと前記平面ベクトルの内積を算出し、算出した内積が最も大きい前記工具姿勢ベクトルによって前記多角形平面を加工するように前記加工領域を調整する。これによって、工具姿勢の決定順に起因する加工領域の不適切な偏りが是正される。

第１の発明における第０姿勢設定手段は、全ての前記平面ベクトルの和の単位ベクトルを前記第０姿勢ベクトルとして設定する。このように設定した初期姿勢ベクトルは、広い範囲で適切な工具姿勢となり得る。

第２の発明は、加工パラメータのうち少なくとも工具姿勢および加工領域を決定する加工パラメータ決定方法であって、形状データから多面体を生成する多面体生成ステップと、前記多面体に係る全ての多角形平面に対して、面積、法線方向を示す単位ベクトルである法線ベクトル、前記面積と前記法線ベクトルの積である平面ベクトルを算出する多面体情報算出ステップと、全ての前記平面ベクトルに基づいて、前記工具姿勢の第０姿勢の方向を示す第０姿勢ベクトルを設定する第０姿勢設定ステップと、前記法線ベクトルのそれぞれと前記平面ベクトルのそれぞれに対して、内積に重み係数を乗じた値を姿勢適正値として算出し、前記姿勢適正値に基づいて前記法線ベクトルの中から第０姿勢よりも後の工具姿勢ベクトルおよびその加工領域を決定する姿勢・領域決定ステップと、決定された前記工具姿勢ベクトルによって加工する前記加工領域を調整する領域調整ステップと、を含むことを特徴とする加工パラメータ決定方法である。

第３の発明は、コンピュータを第１の発明の加工パメータ決定装置として機能させるプログラムである。

本発明により、少ない計算負荷によって、ツーリング剛性を確保し易い工具姿勢を決定するとともに、その工具姿勢において干渉の起こり難い加工領域を決定することができる工具姿勢制御を有する加工パラメータ決定装置等を提供することができる。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る工具姿勢制御を有する加工パラメータ決定装置１を実現するコンピュータのハードウェア構成図である。尚、図１のハードウェア構成は一例であり、用途、目的に応じて様々な構成を採ることが可能である。

加工パラメータ決定装置１は、制御部３、記憶部５、メディア入出力部７、通信制御部９、入力部１１、表示部１３、周辺機器Ｉ／Ｆ部１５等が、バス１７を介して接続される。

制御部３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。

ＣＰＵは、記憶部５、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス１７を介して接続された各装置を駆動制御し、加工パラメータ決定装置１が行う後述する処理を実現する。
ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部５、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部３が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。

記憶部５は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部３が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳ（オペレーティングシステム）に相当する制御プログラムや、後述する処理をコンピュータに実行させるためのアプリケーションプログラムが格納されている。
これらの各プログラムコードは、制御部３により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。

メディア入出力部７（ドライブ装置）は、データの入出力を行い、例えば、ＣＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＤＶＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＭＯドライブ等のメディア入出力装置を有する。

通信制御部９は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク１９間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワーク１９を介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。

入力部１１は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。
入力部１１を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。

表示部１３は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。

周辺機器Ｉ／Ｆ（インタフェース）部１５は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部１５を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部１５は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等で構成されており、通常複数の周辺機器Ｉ／Ｆを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。

バス１７は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。

次に、図２、図３、図４を参照しながら、加工パラメータ決定装置１の機能の概要について説明する。図２は、加工パラメータ決定装置１の概略構成図である。図３は、曲面３１と多面体３２の一例を示す図である。図４は、第０姿勢設定後の姿勢・領域データベース２２の一例を示す図である。

加工パラメータ決定装置１は、形状データベース２１、姿勢・領域データベース２２、多面体生成手段２３、多面体情報算出手段２４、第０姿勢設定手段２５、姿勢・領域決定手段２６、領域調整手段２７等を備える。

形状データベース２１は、事前に登録される被加工物（曲面）の形状データを保持する。形状データベース２１は、図３の左図に示す曲面３１の形状を定義するデータを保持する。

姿勢・領域データベース２２は、後述する各手段の処理結果を保持する。図４に示すように、姿勢・領域データベース２２は、平面番号４１、頂点座標４２、面積４３、法線ベクトル４４、平面ベクトル４５、姿勢ベクトル番号４６、加工領域番号４７、姿勢適正値４８等を有する。各項目の詳細な説明は、後述する各手段の説明と合わせて行う。

多面体生成手段２３は、被加工物（曲面）の形状データから図３の右図に示す多面体３２を生成する。本実施の形態では、一例として、曲面を三角平面によって分割して近似した多面体を生成するものとする。尚、本発明の実施の形態は三角平面に限定されるわけではなく、他の多角形平面でも良い。多面体生成手段２３は、形状データベース２１から形状データを取得し、生成した多面体の情報を姿勢・領域データベース２２に登録する。多面体生成手段２３が登録する姿勢・領域データベース２２の項目は、分割した三角平面を一意に識別する番号である平面番号４１、三角平面を定義する頂点の座標である頂点座標４２である。

多面体生成手段２３は、曲面を三角平面で分割する際、所定の閾値内の形状精度で曲面を三角平面に分割する。形状精度は、例えば、近似する対象の曲面から三角平面までの距離を指標とする。近似する対象の曲面から三角平面までの距離が、閾値を超える場合、多面体生成手段２３は、曲面を更に分割する。図３の右図に示すように、曲面の曲がり具合がきつい箇所は、多くの三角平面によって分割される。また、曲面の曲がり具合がゆるい箇所は、少ない三角平面によって分割される。

多面体情報算出手段２４は、全ての平面について、面積、法線ベクトル、平面ベクトルを算出する。法線ベクトルとは、三角平面の法線方向を示す単位ベクトルである。平面ベクトルとは、面積（スカラー値）と法線ベクトルの積である。平面ベクトルは、三角平面が向いている方向の強さを定量的に表す値である。多面体情報算出手段２４が登録する姿勢・領域データベース２２の項目は、面積４３、法線ベクトル４４、平面ベクトル４５である。

第０姿勢設定手段２５は、工具姿勢の第０姿勢（初期姿勢）の方向を示す第０姿勢（初期姿勢）ベクトルを設定する。第０姿勢設定手段２５は、全ての平面ベクトル４５の和の単位ベクトルを第０姿勢ベクトルとして設定する。すなわち、第０姿勢設定手段２５は、平面番号４１を「０」、法線ベクトル４４を第０姿勢ベクトル、姿勢ベクトル番号４６を「０」として姿勢・領域データベース２２に登録する。尚、前述の多面体情報算出手段２４は、第０姿勢ベクトルの平面番号と重複しないように、平面番号４１に「１」以降を割り付けて登録するものとする。最終的に工具姿勢として採用された法線ベクトル４４のレコードには、採用された順に「０」からの連番が姿勢ベクトル番号４６の項目に登録される。工具姿勢として採用されていない法線ベクトル４４のレコードは、姿勢ベクトル番号４６が「−」（ＮＵＬＬ値）のままである。

第０姿勢設定手段２５によって設定した第０姿勢ベクトルは、全ての平面ベクトル４５の和の単位ベクトルであるから、全ての三角平面の方向が反映されている。このように設定した第０姿勢ベクトルは、被加工物（曲面）の方向を代表的に表したものと言えるから、広い範囲で適切な工具姿勢ベクトルになり得る。

更に、第０姿勢設定手段２５は、全ての三角平面に対して、第０姿勢ベクトルと平面ベクトルとの内積を算出し、初期の姿勢適正値として、姿勢・領域データベース２２の姿勢適正値４８に算出結果を登録する。第０姿勢ベクトルと平面ベクトルとの内積は、第０姿勢に対して三角平面が正対している度合いを示していることから、姿勢適正値４８によって工具姿勢が適正かどうかを判定することができる。また、第０姿勢設定手段２５は、姿勢適正値４８が正値となる全ての三角平面に対して、加工領域番号４７に「０」を登録する。このように、加工領域番号４７には、加工する工具姿勢ベクトルで加工する平面番号４１が登録される。また、姿勢適正値４８には、加工する工具姿勢ベクトルに対応する姿勢適正値が登録される。尚、第０姿勢ベクトルとの内積が負になる三角平面については加工対象とはせず、加工領域番号４７、姿勢適正値４８は「−」（ＮＵＬＬ値）のままとする。

図４は、多面体生成手段２３、多面体情報算出手段２４、第０姿勢設定手段２５による処理が終了した状態を示している。以下、記載を簡略化する為、姿勢・領域データベース２２を示す図面（＝図４、図６、図７）を説明する場合において、平面番号４１が「０」のレコードを「第０レコード」、平面番号４１が「１」のレコードを「第１レコード」のように記述する。

第０レコードは、法線ベクトル４４が「０．１，０．０，０．９９５」、姿勢ベクトル番号４６が「０」、それ以外の項目は「−」（ＮＵＬＬ値）である。第０レコードは、第０姿勢設定手段２５によって登録されたものである。

第１レコードは、平面番号４１が「１」、頂点座標４２が「ｐ１，ｐ２，ｐ５」、面積４３が「１２．５」、法線ベクトル４４が「０．５，０．６，０．６２５」、平面ベクトル４５が「６．２５，７．５，７．８１」、姿勢ベクトル番号４６が「−」（ＮＵＬＬ値）、加工領域番号４７が「０」、姿勢適正値４８が「８．４０」である。平面番号４１、頂点座標４２は、多面体生成手段２３によって登録されたものである。面積４３、法線ベクトル４４、平面ベクトル４５は、多面体情報算出手段２４によって登録されたものである。加工領域番号４７、姿勢適正値４８は、第０姿勢設定手段２５によって登録されたものである。第２レコード以降は、第１レコードと同様に登録されたものである。

姿勢・領域決定手段２６は、第０姿勢（初期姿勢）よりも後の工具姿勢ベクトルを決定するとともに、決定した工具姿勢ベクトルによって加工する加工領域を決定する。但し、ここで決定する加工領域は、後述の領域調整手段２７によって調整される暫定的なものである。姿勢・領域決定手段２６の詳細は後述する。

領域調整手段２７は、全ての三角平面に対して、第０姿勢（初期姿勢）ベクトルを含む決定済の工具姿勢ベクトルのそれぞれと面ベクトルの内積を算出し、算出した内積が最も大きい工具姿勢ベクトルによって三角平面を加工するように加工領域を調整する。領域調整手段２７の詳細は後述する。

次に、図４、図５、図６を参照しながら、姿勢・領域決定手段２６の詳細について説明する。図５は、姿勢・領域決定手段２６の処理の詳細を示すフローチャートである。図６は、姿勢・領域決定手段２６の処理まで実行した後の姿勢・領域データベース２２の一例を示す図である。

図５に示すように、加工パラメータ決定装置１の制御部３は、姿勢・領域データベース２２を参照し、工具姿勢ベクトルの候補として、法線ベクトルＴｉを選定する（Ｓ１０１）。法線ベクトルＴｉは、姿勢・領域データベース２２の姿勢ベクトル番号４６が「−」（ＮＵＬＬ値）のレコードの法線ベクトル４４を順次選定する。例えば、図４に示す例では、第１レコードの姿勢ベクトル番号４６は「−」（ＮＵＬＬ値）である。従って、制御部３は、最初に第１レコードの法線ベクトル４４の値「０．５，０．６，０．６２５」を法線ベクトルＴｉとして選定する。添え字ｉは、後述するＳ１０２からＳ１０６まで同一である。次にＳ１０１を実行する際は、添え字ｉが繰り上がり、次の法線ベクトルＴｉ（図４に示す例では、第２レコードの法線ベクトル４４の値「０．２，０．３，０．９３３」）を選定する。

次に、制御部３は、暫定姿勢適正値Ｅｉｊ（＝α・Ｔｉ・Ｐｊ）を算出する（Ｓ１０２）。ここで、αは重み係数（スカラー値）、Ｐｊは平面ベクトル、Ｔｉ・ＰｊはＴｉとＰｊの内積である。平面ベクトルＰｊは、例えば、図４に示す例では、第１レコード、第２レコード・・・といった順番で平面ベクトル４５を平面ベクトルＰｊとして選定する。添え字ｊは、後述するＳ１０３からＳ１０５まで同一である。次にＳ１０２を実行する際は、添え字ｊが繰り上がり、異なる平面ベクトル４５を選定する。

ここで、重み係数αについて説明する。重み係数αは、加工領域の分割数と工具姿勢の数を調整する係数であり、値は０．０〜１．０とする。重み係数αとして設定した値が小さい場合、最終的に決定される加工領域数と工具姿勢数が少なくなる。加工領域数と工具姿勢数が少なくなれば、工具姿勢が粗く設定されて干渉回避動作は大まかになるが、加工時間は短くなる。一方、重み係数αとして設定した値が大きい場合、加工領域数と工具姿勢数が多くなり、工具姿勢が細かく設定されて干渉回避動作は緻密になるが、加工時間は長くなる。ユーザは、重み係数αに設定する値を調整することで、加工パラメータ決定装置１に対して、所望の干渉回避特性と加工時間に応じた加工パラメータを決定させることができる。

次に、制御部３は、暫定姿勢適正値Ｅｉｊが姿勢・領域データベース２２の姿勢適正値４８よりも大きいか否か確認する（Ｓ１０３）。ここで、比較対象は、Ｓ１０２において選定したレコードの姿勢適正値４８である。例えば、ｉ＝１、ｊ＝１のときは、図４の第１レコードの姿勢適正値４８の値「８．４０」が比較対象である。また、例えば、ｉ＝１、ｊ＝２のときは、図４の第２レコードの姿勢適正値４８の値「３．３１」が比較対象である。

Ｓ１０３の判定がＹｅｓの場合、制御部３は、姿勢・領域データベース２２の姿勢適正値４８、加工領域番号４７を更新する（Ｓ１０４）。更新値は、姿勢適正値４８がＳ１０２にて算出した暫定姿勢適正値Ｅｉｊ、加工領域番号４７がＳ１０１にて選定した法線ベクトルＴｉに係る平面番号４１である。Ｓ１０３の判定がＮｏの場合、制御部３は、Ｓ１０５に進む。

次に、制御部３は、全ての平面ベクトルＰｊについて処理が終了したか確認する（Ｓ１０５）。処理が終了していない場合、制御部３は、Ｓ１０２から処理を繰り返す。処理が終了している場合、制御部３は、Ｓ１０６に進む。

次に、制御部３は、全ての法線ベクトルＴｉについて処理が終了したか確認する（Ｓ１０６）。処理が終了していない場合、制御部３は、Ｓ１０１から処理を繰り返す。処理が終了している場合、制御部３は、Ｓ１０７に進む。

次に、制御部３は、姿勢・領域データベース２２の加工領域番号４７ごとに面積４３の総和を算出し、算出結果が最大となる加工領域番号４７に対応する法線ベクトルＴｉを工具姿勢ベクトルとして決定する（Ｓ１０７）。

次に、制御部３は、姿勢ベクトル番号４６を登録する（Ｓ１０８）。姿勢ベクトル番号４６は、工具姿勢ベクトルとして採用された順に「０」からの連番を登録する。例えば、Ｓ１０７にて法線ベクトルＴｉを第１姿勢の工具姿勢を示す工具姿勢ベクトルとして決定した場合、法線ベクトルＴｉに対応するレコードの姿勢ベクトル番号４６に「１」を登録する。

以上の通り、Ｓ１０１からＳ１０８までの処理を行うごとに、第０姿勢よりも後の第ｋ姿勢（ｋ＝１、２、・・・）の工具姿勢ベクトルが一つ決定される。制御部３は、第ｋ姿勢の工具姿勢ベクトルを決定後、第ｋ＋１姿勢の工具姿勢ベクトルを決定するため、Ｓ１０１からＳ１０８までの処理を繰り返す。この繰り返し処理は、例えば、Ｓ１０４の処理が一度も実行されず、姿勢適正値４８が全く更新されなくなったときに終了するようにしても良い。また、例えば、決定する工具姿勢の数を予め定めておき、その数に到達したら繰り返し処理を終了するようにしても良い。

図６は、図５に示すＳ１０１からＳ１０８の処理を少なくとも２回実行した例である。また、図６に示す例では、重み係数α＝０．９５として暫定姿勢適正値Ｅｉｊを算出している。

１回目の処理では、制御部３は、第１レコードの法線ベクトル４４を第１姿勢の工具姿勢ベクトルとして決定し、第１レコードの姿勢ベクトル番号４６に「１」（＝決定順を示す値）を登録している。この結果に対する処理について以下に説明する。

制御部３は、ｉ＝１、ｊ＝１のとき、Ｓ１０２において、次式の通り、暫定姿勢適正値Ｅｉｊを算出する。

制御部３は、Ｓ１０３において、暫定姿勢適正値Ｅｉｊ＝１２．５１と、図４の第１レコードの姿勢適正値４８の値「８．４０」を比較し、暫定姿勢適正値Ｅｉｊの方が大きいと判定する。次に、制御部３は、Ｓ１０４において、図６に示すように、姿勢適正値４８を「１１．８８」、加工領域番号４７を「１」に更新する。

次に、制御部３は、ｉ＝２、ｊ＝２のとき、Ｓ１０２において、次式の通り、暫定姿勢適正値Ｅｉｊを算出する。

制御部３は、Ｓ１０３において、暫定姿勢適正値Ｅｉｊ＝３．３２と、図４の第２レコードの姿勢適正値４８の値「３．３１」を比較し、暫定姿勢適正値Ｅｉｊの方が大きいと判定する。次に、制御部３は、Ｓ１０４において、図６の第２レコードの姿勢適正値４８を「３．３２」、加工領域番号４７を「２」に更新する。

制御部３は、（１）ｉ＝１、ｊ＝１、（２）ｉ＝２、ｊ＝２以外では、Ｓ１０３において、暫定姿勢適正値Ｅｉｊの方が小さいと判定し、姿勢適正値４８、加工領域番号４７を更新しない。

制御部３は、Ｓ１０７において、加工領域番号４７が「１」の面積の総和（この例では１件分のレコードであるが、通常は複数分のレコードの総和となる。）が最大であると判定し、対応する法線ベクトルである平面番号４１が「１」の法線ベクトル４４「０．５，０．６，０．６２５」を第１姿勢の工具姿勢ベクトルに決定する。制御部３は、Ｓ１０８において、平面番号４１が「１」の姿勢ベクトル番号４６に「１」を登録する。

２回目の処理では、制御部３は、第２レコードの法線ベクトル４４を第２姿勢の工具姿勢ベクトルとして決定し、第２レコードの姿勢ベクトル番号４６に「２」（＝決定順を示す値）を登録している。この結果は、前述の１回目の処理と同様に、Ｓ１０１からＳ１０８までの処理を再度行うことで得られる。

次に、図６、図７を参照しながら、領域調整手段２７の詳細について説明する。図７は、領域調整手段２７の処理まで実行した後の姿勢・領域データベース２２の一例を示す図である。

図７は、図６に示す姿勢・領域データベース２２に対して、領域調整手段２７によって領域調整を行った結果を示している。領域調整手段２７は、第０姿勢の工具姿勢ベクトルを含む決定済の工具姿勢ベクトルのそれぞれと、平面ベクトル４５の内積を算出する。決定済の工具姿勢ベクトルは、姿勢ベクトル番号４６の値が「−」（ＮＵＬＬ値）ではないレコードの法線ベクトル４４である。図６に示す例では、決定済の工具姿勢ベクトルは、第０レコード、第１レコード、第２レコードの３つの法線ベクトル４４となる。

最初に、図７の第１レコードに関する領域調整について説明する。第０レコードの法線ベクトル４４と第１レコードの平面ベクトル４５の内積は、「８．４０」である。第１レコードの法線ベクトル４４と第１レコードの平面ベクトル４５の内積は、「１２．５１」である。第２レコードの法線ベクトル４４と第１レコードの平面ベクトル４５の内積は、「１０．７９」である。最も大きい値は「１２．５１」であるから、第１レコードの法線ベクトル４４に相当する工具姿勢ベクトルによって加工するように、制御部３は、加工領域番号４７を「１」、姿勢適正値４８を「１２．５１」に更新する。

次に、図７の第３レコードに関する領域調整について説明する。第０レコードの法線ベクトル４４と第３レコードの平面ベクトル４５の内積は、「６．０８」である。第１レコードの法線ベクトル４４と第３レコードの平面ベクトル４５の内積は、「４．８４」である。第２レコードの法線ベクトル４４と第３レコードの平面ベクトル４５の内積は、「６．１４」である。最も大きい値は「６．１４」であるから、第２レコードの法線ベクトル４４に相当する工具姿勢ベクトルによって加工するように、制御部３は、加工領域番号４７を「２」、姿勢適正値４８を「６．１４」に更新する。

このように、姿勢・領域決定手段２６による処理の後、領域調整手段２７によって領域調整を行うことで、工具姿勢の決定順に起因する加工領域の不適切な偏り（＝先に決定した工具姿勢によって加工する領域が大きくなること）が是正される。

次に、図８、図９を参照しながら、半球形状の被加工物に対する本発明の実施例について説明する。図８は、姿勢・領域決定手段２６の処理まで実行した実施例を示す図である。図９は、領域調整手段２７の処理まで実行した実施例を示す図である。

図８、図９に示すように、本実施例では、第０姿勢から第４姿勢の５つの工具姿勢を決定している。姿勢・領域決定手段２６の処理まで実行した段階である図８では、先に決定した工具姿勢によって加工する領域が大きくなっていることが分かる。一方、領域調整手段２７の処理まで実行した段階である図９では、加工領域が是正されていることが分かる。

本発明の実施の形態によって、ツーリング剛性を確保し易い工具姿勢を決定するとともに、その工具姿勢によって加工する加工領域を決定することで、剛性の高いツーリングを簡単に決定することができるようになる。ツーリングの決定方法は、例えば、特許文献２の特開平０９−１７９６２０号公報に記載された方法を適用すれば良い。

切削加工では、（１）工具姿勢を連続的に変えながら、空間的に連続する加工領域を加工していく方法、（２）同じ工具姿勢の加工領域ごとに分割して加工していく方法の２通りがある。本発明の実施の形態は、（２）の加工法に適用すれば、干渉回避に適した加工姿勢と加工領域を少ない数に集約できるので、加工の途切れが少なく、高剛性・高能率に加工することができる。また、被加工物の部分的な加工について加工パラメータを決定する場合にも有用である。

本発明の実施の形態では、被加工物と工具等との干渉計算を必要としないので、被加工物が複雑な形状であっても計算負荷は大きくならない。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る加工パラメータ決定装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

加工パラメータ決定装置１を実現するコンピュータのハードウェア構成図 加工パラメータ決定装置１の概略構成図 曲面３１と多面体３２の一例を示す図 第０姿勢設定後の姿勢・領域データベース２２の一例を示す図 姿勢・領域決定手段２６の処理の詳細を示すフローチャート 姿勢・領域決定手段２６の処理まで実行した後の姿勢・領域データベース２２の一例を示す図 領域調整手段２７の処理まで実行した後の姿勢・領域データベース２２の一例を示す図 姿勢・領域決定手段２６の処理まで実行した実施例を示す図 領域調整手段２７の処理まで実行した実施例を示す図 干渉チェックと修正を示す模式図 ツーリング剛性を確保し易い工具姿勢を示す模式図

符号の説明

１………加工パラメータ決定装置
３………制御部
５………記憶部
７………メディア入出力部
９………通信制御部
１１………入力部
１３………表示部
１５………周辺機器Ｉ／Ｆ部
１７………バス
１９………ネットワーク
２１………形状データベース
２２………姿勢・領域データベース
２３………多面体生成手段
２４………多面体情報算出手段
２５………第０姿勢設定手段
２６………姿勢・領域決定手段
２７………領域調整手段
３１………曲面
３２………多面体
４１………平面番号
４２………頂点座標
４３………面積
４４………法線ベクトル
４５………平面ベクトル
４６………姿勢ベクトル番号
４７………加工領域番号
４８………姿勢適正値
１０１………曲面
１０２………ホルダ
１０３………工具

Claims (6)

1. 加工パラメータのうち少なくとも工具姿勢および加工領域を決定する加工パラメータ決定装置であって、
   形状データから多面体を生成する多面体生成手段と、
   前記多面体に係る全ての多角形平面に対して、面積と、法線方向を示す単位ベクトルである法線ベクトルと、前記面積と前記法線ベクトルの積である平面ベクトルとを算出する多面体情報算出手段と、
   全ての前記平面ベクトルに基づいて、前記工具姿勢の第０姿勢の方向を示す第０姿勢ベクトルを設定する第０姿勢設定手段と、
   前記法線ベクトルのそれぞれと前記平面ベクトルのそれぞれの組み合わせに対して、前記法線ベクトルと前記平面ベクトルの内積に重み係数を乗じた値を姿勢適正値として算出し、前記姿勢適正値に基づいて前記法線ベクトルの中から第０姿勢よりも後の工具姿勢の方向を示す工具姿勢ベクトルおよびその加工領域を決定する姿勢・領域決定手段と、
   決定された前記工具姿勢ベクトルによって加工する前記加工領域を調整する領域調整手段と、
   を具備することを特徴とする加工パラメータ決定装置。
2. 前記姿勢・領域決定手段は、算出した前記姿勢適正値が、前記第０姿勢ベクトルを含む決定済の前記工具姿勢ベクトルに対する前記姿勢適正値よりも大きい場合には、算出した前記姿勢適正値に対応する前記多角形平面を前記法線ベクトルの暫定加工領域とし、前記暫定加工領域の面積を前記法線ベクトルごとに合算し、合算した値が最も大きい前記法線ベクトルを前記工具姿勢ベクトルとして決定することを特徴とする請求項１に記載の加工パラメータ決定装置。
3. 前記領域調整手段は、全ての前記多角形平面に対して、前記第０姿勢ベクトルを含む決定済の前記工具姿勢ベクトルのそれぞれと前記平面ベクトルの内積を算出し、算出した内積が最も大きい前記工具姿勢ベクトルによって前記多角形平面を加工するように前記加工領域を調整することを特徴とする請求項１に記載の加工パラメータ決定装置。
4. 前記第０姿勢設定手段は、全ての前記平面ベクトルの和の単位ベクトルを前記第０姿勢ベクトルとして設定することを特徴とする請求項１に記載の加工パラメータ決定装置。
5. 加工パラメータのうち少なくとも工具姿勢および加工領域を決定する加工パラメータ決定方法であって、
   形状データから多面体を生成する多面体生成ステップと、
   前記多面体に係る全ての多角形平面に対して、面積、法線方向を示す単位ベクトルである法線ベクトル、前記面積と前記法線ベクトルの積である平面ベクトルを算出する多面体情報算出ステップと、
   全ての前記平面ベクトルに基づいて、前記工具姿勢の第０姿勢の方向を示す第０姿勢ベクトルを設定する第０姿勢設定ステップと、
   前記法線ベクトルのそれぞれと前記平面ベクトルのそれぞれに対して、内積に重み係数を乗じた値を姿勢適正値として算出し、前記姿勢適正値に基づいて前記法線ベクトルの中から第０姿勢よりも後の工具姿勢ベクトルおよびその加工領域を決定する姿勢・領域決定ステップと、
   決定された前記工具姿勢ベクトルによって加工する前記加工領域を調整する領域調整ステップと、
   を含むことを特徴とする加工パラメータ決定方法。
6. コンピュータを請求項１から請求項４に記載の加工パメータ決定装置として機能させるプログラム。

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