JP2011180787A - 点列生成方法、点列生成プログラム、並びに点列生成装置及びこれを備えた工作機械 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】対象物の曲面を表現する三次元座標情報からなる点群から、前記対象物の再生曲面を定義するための複数の点列を生成する点列生成方法であって、コンピュータが、前記点群内の複数の点からなる点列を抽出する点列抽出過程と、前記点列から解析用点列を作成する解析用点列作成過程と、前記解析用点列を用いて曲面解析を行い、曲面情報を算出する曲面解析処理過程と、前記各解析用点列の各点において、解析用点列の方向と法曲率がゼロとなる点を含む法断面の方向とが一致する特徴点を検出する特徴点検出過程と、前記解析用点列または三次元座標情報からなる点群内の複数の点列に前記特徴点を挿入して新たな点列とする点列生成過程と、を実行する。
【選択図】図3
Description
特許文献1には、対象物の被加工箇所の加工形状に基づいて変曲点(連続的(折れ角なし)、折れ角大、微小角エッジ)を判別し、判別した変曲点の属性に応じて加工速度を設定し、設定した加工速度に基づいて加工することが開示されている。
また、特許文献2および特許文献3には、制御系及び機械系の追従(応答)遅れおよびバックラッシュによる加工形状精度が低下することを防ぐために、対象物の曲面の頂点近傍で工具の送り速度を減速させる方法が開示されている。
本発明の第一の態様は、対象物の曲面を表現する三次元座標情報からなる点群から、前記対象物の再生曲面を定義するための複数の点列を生成する点列生成方法であって、コンピュータが、前記点群内の複数の点からなる点列を抽出する点列抽出過程と、前記点列から解析用点列を作成する解析用点列作成過程と、前記解析用点列を用いて曲面解析を行い、曲面情報を算出する曲面解析処理過程と、前記各解析用点列の各点において、解析用点列の方向と法曲率がゼロとなる点を含む法断面の方向とが一致する特徴点を検出する特徴点検出過程と、前記解析用点列または三次元座標情報からなる点群内の複数の点列に前記特徴点を挿入して新たな点列とする点列生成過程と、を実行することを特徴とする点列生成方法である。
この構成によれば、点列をNCパスとすることにより、対象物の曲面情報、および切削方向と対象物の曲面とによって形成される特徴点の情報を含んだNCパスを使用して三次元切削加工を行うことができるので、より高精度に対象物を加工することができる。
この構成によれば、特徴点をNCパス上の制御点とすることができるので、当該特徴点近傍における削り込みや削り残しを防止することができ、より高精度に対象物を加工することができる。
図2は、本発明の一実施形態に係るCNC工作機械の概略構成を示すブロック図である。図2に示されるように、本実施形態に係る数値制御工作機械は、CPU(中央演算処理装置)1、RAM(Random Access Memory)などの主記憶装置2、HDD(Hard Disk Drive)などの補助記憶装置3、キーボードなどの入力装置4、およびモニタやプリンタなどの出力装置5、外部機器との間で種々のデータのやりとりを行う外部インターフェイス6、およびCPU1からの軸移動指令を受けて工作機械の軸を制御する軸制御装置7などを備えて構成されている。
補助記憶装置3には、各種プログラムが格納されており、CPU1が補助記憶装置3からプログラムをRAMなどの主記憶装置2に読み出し、実行することにより、種々の処理を実現させる。
まず、点列抽出処理(点列抽出方法)において、NCデータから点群データm×n個のxyz座標値を抽出するとともに、点群データ1からmnの順に各点間をG01指令により直線補間を行い、一本のNCパスを形成する(図4(a))。ここで、mはNCデータに含まれるx方向の点数、nはy方向の点数を表わしている。なお、それぞれのNCパスに含まれるx方向の点数はm個とは限らないが、ここでは簡単のために、全てm個として説明している。
この際、図5に示されるように、NCパス上の任意の点kの座標値に対して、点kおよびNCパスにおける点kの直前の隣接点k−1によって生成される線分と、点kおよびNCパスにおける点kの直後の隣接点k+1によって生成される線分とが成す角θと予め設定された許容角度との関係が下記の(1)式を満たす場合は、点kにおいてNCパスを区切り、線分データファイルとして一時保存する。
により設定される。
点列抽出処理によって得られた51ラインのピック(NCパス)は、各ピック(NCパス)におけるパスの方向が一本毎に逆向きとなっている。次ステップSA3の曲面解析処理では、各ピック(NCパス)において、同じ方向に点列を並べる必要があるため、ピック(NCパス)の各パス方向が揃うようにソーティングを行う(図4(b))。
(補間される線分の数)=(補間点点数−3)/2+1 (2)
本実施形態では、補間点点数を51としているので、補間される線分の数は25となる。
3点NURBS補間では、隣接する3点に注目する。空間上の任意の3点を選択することにより平面が決定される。従って、この3点の補間には平面幾何を適用することができる。また、「曲線の任意の点で二次の接触をする円は曲率円に限られる」という定理から、3点を通る二次式で補間することで曲線を同定することができる。
また、上述した二次式では、高次の多項式補間において問題となるルンゲ現象(補間点から離れた補間点が大きく振動する現象)が発生しない。高次の補間式では、選択した点を通るために高次の成分に値を持たせる必要があり、この高次の成分が補間点においては適切な値であっても、補間点から離れた点で誤差となる。それに対し、二次式の場合は、上述したように必ず選択した3点を通るので、ルンゲ現象は発生しない。
なお、本実施形態における3点NURBS補間では、3点毎に平面幾何を適用しているため、実際に与えられた曲線が空間における自由曲線の場合、各点間の距離が大きいと、空間曲線の捩率の影響が誤差となる問題が生じる。従って、厳密には、捩率が略ゼロとなるような3点を選択したり、あるいは、3点毎に取られた各セグメントの捩率を計算し、この捩率の影響を考慮した補正を行う必要がある。
また、曲面格子点列データはガウス曲率がゼロとなる点の点列のuv座標値を境界として分割される。なお、分割された曲面に対して、上述した曲面解析処理用点列作成処理および曲面解析処理を再度実行してもよい。
ここで、得られた全ての点群に対して、上述した3点NURBS補間により、弧長等で点群が等間隔に並ぶように再度均等化処理を実行してもよい。
ここでは、解析用点列作成処理において生成された解析用点列の各点において、解析用点列の方向と法曲率がゼロとなる法断面の方向とが一致する特徴点を検出する。
トーラス面の内側のガウス曲率が負とされる領域においては、工具の切削方向と曲面の情報との相対関係によって、特徴点と成り得る点が存在する。
検出された特徴点は、点列生成処理において、NCパス上の点としてNCパスに挿入することで新たなNCパスが作成される。
2 主記憶装置
3 補助記憶装置
4 入力装置
5 出力装置
6 外部インターフェイス
7 軸制御装置
Claims (7)
- 対象物の曲面を表現する三次元座標情報からなる点群から、前記対象物の再生曲面を定義するための複数の点列を生成する点列生成方法であって、
コンピュータが、
前記点群内の複数の点からなる点列を抽出する点列抽出過程と、
前記点列から解析用点列を作成する解析用点列作成過程と、
前記解析用点列を用いて曲面解析を行い、曲面情報を算出する曲面解析処理過程と、
前記各解析用点列の各点において、解析用点列の方向と法曲率がゼロとなる点を含む法断面の方向とが一致する特徴点を検出する特徴点検出過程と、
前記解析用点列または三次元座標情報からなる点群内の複数の点列に前記特徴点を挿入して新たな点列とする点列生成過程と、
を実行することを特徴とする点列生成方法。 - 前記解析用点列作成過程は、
前記点列上の隣接する3点を3点毎に二次補間式により補間する3点補間過程と、
前記3点補間過程により補間された各補間曲線を前記点列の始点から終点にわたって連結し、点列長さを算出する点列長さ算出過程と、
前記点列長さおよび前記点列の点数に応じて、前記補間曲線上に互いの距離が均等になるように補間点を設定する補間点設定過程と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の点列生成方法。 - 前記点列は、NCパスであることを特徴とする請求項1に記載の点列生成方法。
- 前記特徴点は、前記NCパス上の制御点であることを特徴とする請求項3に記載の点列生成方法。
- 対象物の曲面を表現する三次元座標情報からなる点群から、前記対象物の再生曲面を定義する複数の点列を生成するため処理をコンピュータに実行させるための点列生成プログラムであって、
前記点群内の複数の点からなる点列を抽出する点列抽出ステップと、
前記点列から解析用点列を作成する解析用点列作成ステップと、
前記解析用点列を用いて曲面解析を行い、曲面情報を算出する曲面解析処理ステップと、
前記各解析用点列の各点において、解析用点列の方向と法曲率がゼロとなる点を含む法断面の方向とが一致する特徴点を検出する特徴点検出ステップと、
前記解析用点列または三次元座標情報からなる点群内の複数の点列に前記特徴点を挿入して新たな点列とする点列生成ステップと、
を具備することを特徴とする点列生成プログラム。 - 対象物の曲面を表現する三次元座標情報からなる点群から、前記対象物の再生曲面を定義する複数の点列を生成するための点列生成装置であって、
前記点群内の複数の点からなる点列を抽出する点列抽出手段と、
前記点列から解析用点列を作成する解析用点列作成手段と、
前記解析用点列を用いて曲面解析を行い、曲面情報を算出する曲面解析処理手段と、
前記各解析用点列の各点において、解析用点列の方向と法曲率がゼロとなる点を含む法断面の方向とが一致する特徴点を検出する特徴点検出手段と、
前記解析用点列または三次元座標情報からなる点群内の複数の点列に前記特徴点を挿入して新たな点列とする点列生成手段と、
を実行することを特徴とする点列生成装置。 - 請求項6に記載の点列生成装置を具備したことを特徴とする工作機械。
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