JP2010272110A - 適応的にサンプリングされる距離場を用いて数値制御フライス加工をシミュレートするための方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】物体を横切る経路に沿って或る形状を動かすことによって、その物体のフライス加工をシミュレートするための、プロセッサ上で実行される方法が提供される。物体を表現するために、複合的な適応的にサンプリングされる距離場(ADF)が生成され、その複合ADFは1組のセルを含む。複合ADF内の各セルは1組の距離場と、そのセル内の物体を再構成するための手続き型再構成法とを含む。形状は形状距離場によって表される。経路はパラメトリック関数によって表される。掃引容積再構成法に従って、経路に沿って形状を動かすことによって生成される掃引容積を表すために、掃引容積距離場が連続的に定義され、その掃引容積再構成法によって、サンプル点における掃引容積距離場が再構成される。複合ADFを編集して、掃引容積距離場を複合ADFに組み込み、シミュレートする。
【選択図】図4
Description
数値制御(NC)フライス加工の工程をシミュレートすることは、コンピュータ支援設計(CAD)及びコンピュータ支援製造(CAM)において根本的に重要である。シミュレーション中に、工作物のコンピュータモデルが、NCフライス加工工具のコンピュータ表現及び1組のNCフライス加工工具運動を用いて編集され、フライス加工工程がシミュレートされる。
フライス加工中に、本明細書において工具経路と呼ばれる所定の工具運動に従って、工具が工作物に対して動き、工具経路は工作物に対する工具の相対的な位置、向き及び他の形状データについての情報を含むことができる。
特許文献7、特許文献8、特許文献9及び特許文献10において記述されるように、距離場が、形状をレンダリングし、編集するための有効な表現である。
図1はNCフライス加工システム100、及び数値制御(NC)フライス加工シミュレーションシステム150を示す。NCフライス加工システム100では、コンピュータ支援設計(CAD)モデル102がコンピュータ支援製造(CAM)システム104に入力され、CAMシステム104は、NCフライス盤を制御するためのGコード106を生成する。NCフライス加工中に、GコードはNCフライス加工コンソール108に入力され、コンソール108は各Gコードを処理して、対応する1組のNC機械命令110を生成する。NC機械命令はNCコントローラ112に入力され、NCコントローラ112は、工作物をフライス加工するために、工作物118に対して工具116を動かす1組のモータ制御信号114を生成する。
図2Aは、NCフライス加工において用いられる1組の典型的な工具形状202、204、206及び208を示す。工具が工作物210に対して動かされるとき、その工具は工作物から材料を削り出す。ここで、工具202、204、206及び208は工作物から、表面212、214、216及び218に対応する材料を除去する。各工具によって除去される材料の形状は、工具形状、及び工作物に対する工具の経路によって決定される。除去される材料の形状は、工具が経路に沿って動くときの、工作物と工具の掃引容積との交差部分である。
図2Bは、経路252に沿って動かされる形状250の掃引容積260を示す。経路252は、形状250の特定の点の位置を時間の関数として規定する。その経路は、その形状の向き256、257及び258を時間の関数として規定することができる。また、その経路は、その形状のスケール、又はその形状の任意の変換を時間の関数として規定することもできる。図2Bでは、形状250の元の位置、向き及び外形が、その形状が経路に沿って動くのに応じて、形状の254の最終的な位置、向き及び外形に変換される。
工作物に対する工具の経路は数多くの形において規定することができる。
図4は、シミュレーションプロセッサ400を用いて或る工具形状による工作物のフライス加工をシミュレートし、フライス加工される工作物の表現をメモリ440に格納し、レンダリングプロセッサ460を用いて、フライス加工される工作物の表現を表示デバイス480にレンダリングするための方法を示す。
図5は、プロセッサ500を用いて、サンプル点において掃引容積の距離場を再構成するための方法を示す。形状距離場504及びパラメトリック経路関数506が、上記のように、工具及び工具運動を規定する。サンプル点502を与えられると、掃引容積再構成法510は、そのサンプル点502において距離場を再構成するために、そのサンプル点における距離データを求める。その方法は、経路に沿った工具の最適な配置を「連続的に」求める(512)。
複合ADFをレンダリングすること、又は物体間の衝突を検出するために複合ADFを使用することのような特定の処理では、複数のサンプル点においてADFの距離場が再構成される必要がある。
上記のように、複合ADFをレンダリングすること、又は物体間の衝突を検出するために複合ADFを使用すること等の特定の用途では、複数のサンプル点において複合ADFが再構成される必要がある。再構成法の効率を改善するために、円筒対称の工具形状に合うように好ましい実施の形態を変更することができる。
本発明は、数多くの汎用又は専用コンピューティングシステム環境又は構成で動作する。本発明と共に用いるのに適している既知のコンピューティングシステム、環境及び/又は構成の例は、限定はしないが、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ハンドヘルドデバイス又はラップトップデバイス、マルチプロセッサ又はマルチコアシステム、グラフィックス処理ユニット(GPU)、特定用途向け集積回路(ASIC),フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、マイクロコントローラベースシステム、ネットワークPC、メインフレームコンピュータ、上記のシステム又はデバイスのうちの任意のものを含む分散コンピューティング環境等、すなわち、一般的にはプロセッサを含む。モニタ又は他のタイプの表示デバイス160が、上記のシステムのうちの任意のものに接続され、本発明を可視化する(162)ことを可能にする。
以下の特許出願は全て関連し、同時に出願され、互いに援用される。2009年5月19日にFrisken等によって出願された「A Method for Reconstructing a Distance Field of a Swept Volume at a Sample Point」と題するMERL−2172、米国非仮特許出願第12/XXX,XXX号、及び2009年5月19日にFrisken等によって出願された「A Method for Simulating Numerically Controlled Milling using Adaptively Sampled Distance Fields」と題するMERL−2173、米国非仮特許出願第12/XXX,XXX号。
Claims (14)
- 物体を横切る経路に沿って形状を動かすことによって該物体のフライス加工をシミュレートするための方法であって、該物体は1組の幾何学的要素を含み、プロセッサが各ステップを実行し、該方法は、
前記1組の幾何学的要素を対応する1組の幾何学的要素距離場で表すステップと、
前記物体を表すために複合的な適応的にサンプリングされる距離場(ADF)を生成するステップであって、該複合ADFは1組のセルを含み、各該セルが、
前記1組の幾何学的要素距離場の一部と、
前記幾何学的要素距離場の前記一部を合成して、該セルによって表される前記物体の一部の複合距離場を再構成するための手続き型再構成法とを含むものと、
前記形状を形状距離場によって表すステップと、
経路をパラメトリック関数によって表すステップと、
前記経路に沿って前記形状を動かすことによって生成される掃引容積を表すために掃引容積距離場を定義するステップであって、該掃引容積距離場は、サンプル点において該掃引容積距離場を再構成するための掃引容積再構成法に従って連続的に定義され、該掃引容積再構成法が、
前記パラメトリック関数の最適な1組のパラメータを連続的に求めるステップであって、該最適な1組のパラメータは前記経路に沿った前記形状の最適な配置を定義するものと、
前記形状距離場を前記最適な配置に変換するステップであって、それにより変換された形状距離場を生成するものと、
前記サンプル点において前記変換された形状距離場から距離データを求めるステップであって、前記サンプル点において前記掃引容積距離場を再構成するものとをさらに含むものと、
前記複合ADFを編集するステップであって、前記掃引容積距離場を前記複合ADFに組み込み、該編集するステップが、
前記掃引容積から前記複合ADFの1組の編集セルを求めるステップと、
前記1組の編集セル内で前記複合ADFを再生するステップであって、該再生は前記掃引容積距離場を前記複合ADFの前記1組の編集セルに組み込み、前記経路に沿って前記形状を動かすことによって前記物体のフライス加工をシミュレートするものとをさらに含むものと、
を備えた、方法。 - 前記パラメトリック関数の最適な1組のパラメータを求めるステップは、
前記経路に沿った前記形状の特定の配置に対応する前記パラメトリック関数の特定の1組のパラメータを選択するステップと、
前記形状距離場を変換するステップであって、前記形状を前記特定の配置に置くものと、
前記変換された形状距離場から前記サンプル点における距離データを求めるステップと、
前記最適な1組のパラメータが求められるまで、前記距離データを用いて前記特定の1組のパラメータを繰返し変更するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記複合ADFを表示デバイスにレンダリングすることをさらに備えた、請求項1に記載の方法。
- 前記複合ADFと基準物体の表現との差を測定することであって、前記物体のフライス加工を検証することをさらに備えた、請求項1に記載の方法。
- 前記基準物体の前記表現は基準距離場であり、前記差を測定することは、
前記複合ADFから特定のサンプル点におけるシミュレーション距離データを求めるステップと、
前記基準距離場から前記特定のサンプル点における基準距離データを求めるステップと、
前記シミュレーション距離データを前記基準距離データと比較するステップであって、前記特定のサンプル点における前記複合ADFと前記基準物体との間の前記差を測定するものと、
をさらに含む、請求項4に記載の方法。 - 前記経路は1組の数値制御(NC)機械命令として規定される、請求項1に記載の方法。
- 前記経路は数値制御プログラミング言語によって規定される、請求項1に記載の方法。
- 1組の距離場識別子を定義するステップと、
前記複合ADF内の各距離場に固有識別子を割り当てるステップと、
前記複合ADFから1組のレンダリング要素を含むレンダリングモデルを決定するステップであって、各特定のレンダリング要素を決定することは、
前記複合ADFの前記距離場の一部から前記特定のレンダリング要素を決定するステップと、
前記距離場の一部内の各前記距離場に割り当てられる前記固有識別子を前記特定のレンダリング要素に関連付けるステップと、
前記関連付けられる固有識別子から前記特定のレンダリング要素に1組のレンダリング属性を割り当てるステップとをさらに含み、
前記レンダリングモデルを表示デバイスにレンダリングするステップと
をさらに備えた、請求項1に記載の方法。 - 前記掃引容積距離場に関連する前記固有識別子は前記経路を特定する、請求項8に記載の方法。
- 前記1組のレンダリング属性は色、不透明度又はブ−ル値を含み、該ブール値は、特定のレンダリング要素がレンダリングされるべきであるか否かを判断する、請求項8に記載の方法。
- ユーザインターフェースを用いて前記表示デバイス上の画像点を選択するステップと、
前記画像点に対応する前記レンダリングモデルの1組のレンダリング要素を決定するステップと、
前記1組のレンダリング要素内の前記レンダリング要素に関連付けられる前記距離場識別子から1組の選択された距離場を求めるステップと
をさらに備えた、請求項8に記載の方法。 - 前記1組の選択された距離場内の特定の幾何学的要素距離場に対応する前記物体の特定の幾何学的要素を変更するステップと、
前記変更するステップによって影響を及ぼされる前記複合ADFの1組の変更されたセルを求めるステップと、
前記1組の変更されたセル内で前記複合ADFを再生するステップと
をさらに備えた、請求項11に記載の方法。 - 前記複合ADFを編集することは、
前記物体のフライス加工によって前記物体から除去される材料を表す交差距離場を求めるステップであって、
前記複合ADFを前記掃引容積距離場と交差させることであって、前記交差距離場を求めることを含むものと、
前記交差距離場から物理的特性を測定するステップであって、
前記交差距離場から距離データを求めるステップと、
前記距離データから前記物理的特性を求めるステップとを含むものと、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記物理的特性は材料体積、表面積、面積、材料質量、又は慣性モーメントを含む、請求項13に記載の方法。
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