JP2014510975A - 工具の動きによる物体の機械加工をシミュレートするための方法並びにそのシステム及びコンピュータープログラム製品 - Google Patents
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Abstract
Description
数値制御(NC)機械加工、例えば、旋削、穿孔、ドリル加工、ブローチ加工、のこ引き、成形、リーマ仕上げ、フライス加工、タッピング、研削をシミュレートすることは、コンピューター支援設計(CAD)及びコンピューター支援製造(CAM)において重要である。シミュレーション中、物体、例えば工作物のモデルが、工具、例えばNCフライス加工工具のコンピューター表現と、機械加工工程をシミュレートする一組の動きとを用いて編集される。
図1Aは、NC機械加工において用いられる一組の一般的な工具102、104、106、及び108を示している。工具が工作物110に対して移動されるとき、その工具は、工作物から材料を切り出す。ここで、工具102、104、106、及び108は、表面112、114、116、及び118に対応する「掃引容積」と一般に呼ばれる材料を工作物から除去する。各工具によって除去される材料の形状は、工具の形状及び工作物に対する工具の経路によって決まる。
機械加工中、工具は、この工具及び/又は工作物の規定された動き、すなわち、工具経路又は物体経路に従って、工作物に対して移動する。ここで、この経路は、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。
物体の距離場d(p)は、空間内の点pにおける値がpから物体の表面までの距離であるスカラー場である。多くの可能な距離場が従来技術において知られているが、最も一般的なものは、pにおける距離場の値がpから物体の表面までの最小直線距離であるユークリッド距離場である。加えて、距離場は、物体の外側、内側、及び境界を区別するために正負の符号を付けることができ、例えば、d(p)>0は内側であり、d(p)<0、d(p)=0は表面である。
複合ADFのレンダリングは、幾つかの方法と、全ての3Dコンピューターグラフィックスに共通の術語を用いる。3D物体の画像へのレンダリングは、変換行列によって関係付けられる複数の座標系を要する。図4に示すように、その原点及び向きが軸線402によって示される複合ADF401は、その原点及び向きが軸線403によって与えられる同種の絶対空間座標系(以下、絶対空間)内に規定することができる。絶対空間座標は、多くに場合、ミリメートル又はマイル等の実際の寸法を用い、ADF行列と呼ばれる4×4行列を用いて、ADF座標を絶対空間座標にマッピングすることができる。絶対空間座標に対する或る位置及び向きにある仮想カメラ404は、その原点及び向きが軸線405によって与えられる視点空間座標系を規定する。絶対空間内の点の座標は、4×4視野行列(viewing matrix)を用いて視点空間に変換することができる。
複合ADFは、立体の物体の唯一の可能な表現ではない。ほとんどのCADソフトウェアにおいて用いられる最も一般的な表現は、境界表現、すなわちB−repである。b−repは、結合したものが物体の境界を表す一組の重なっていない(non-lapping)面による物体の表現である。境界表現は、接続性、並びに頂点、辺、及び面の向きのトポロジー的記述と、これらの表面要素を空間内に組み込むための幾何学的記述との2つの部分を有する。コンピューターグラフィックスにおいて一般に用いられる三角形メッシュが、境界表現の一例である。三角形メッシュでは、各面は、3つの頂点を接続する3つの辺によって境界が定められた三角形である。絶対空間における三角形メッシュの全ての頂点の位置を含むテーブルが、境界表現の幾何学的記述を与え、各エントリーが、三角形メッシュの三角形を形成する3つの頂点のインデックスである第2のテーブルが、境界表現のトポロジー的記述を与える。
第2の一組の陰関数が代理物体の表面を規定する該代理物体を確定するステップと、
前記代理物体の前記機械加工を、前記一組の掃引容積を用いてシミュレートして、第3の一組の陰関数が機械加工された代理(MP)物体の表面を規定する該MP物体を生成する、シミュレートするステップと、
前記MP物体と前記BP物体との間のブール交差の画像をレンダリングするステップと、
前記画像をメモリに格納するステップと、
を含む。
BP物体フラグメントから前記MP物体の前記表面までの距離を求めることであって、該距離は、前記絶対座標系において求められる、求めることと、
前記距離が、前記BP物体フラグメントが前記MP物体の内部にあることを示している場合、前記BP物体フラグメントを前記一組のBP物体フラグメントに加えることと、
前記距離が、前記BP物体フラグメントが前記MP物体の外部にあることを示している場合、前記BP物体フラグメントを一組の機械加工されたBP物体フラグメントに加えることと、
を含んでもよい。
前記画像座標系においてMP物体フラグメントの深さを求めることと、
前記深さが、前記BP物体の内部の少なくとも1つの深さ範囲内にある場合、前記MP物体フラグメントを前記一組のMP物体フラグメントに加えることであって、前記深さ範囲は、前記画像座標系において求められる、加えることと、
を含んでもよい。
前記一組の機械加工されたBP物体フラグメント内のBP物体フラグメントに対応するMP物体フラグメントを求めることと、
前記画像座標系における各対応するMP物体フラグメントの深さを求めることと、
前記深さが、前記BP物体の内部の少なくとも1つの深さ範囲内にある場合、前記対応するMP物体フラグメントを前記一組のMP物体フラグメントに加えることであって、前記深さ範囲は、前記画像座標系において求められる、加えることと、
前記画像座標系における、前記MP物体フラグメントと前記一組の機械加工されたBP物体フラグメントのうちの前記BP物体フラグメントとの間の対応関係を求めることと、
を含んでもよい。
を含んでもよい。加えて又は代替的に、本方法は、前記一組の機械加工されたフラグメントのうちの前記BP物体フラグメントに対応する前記BP物体の少なくとも1つの面の面フラグを設定することであって、少なくとも1つの機械加工された面を生成する、設定することと、
前記機械加工された面のみの前記BP物体の内部の前記深さ範囲を求めることと、
を含んでもよい。
前記絶対座標系において、前記MP物体の内部の一組のBP物体フラグメントと、前記MP物体の外部の一組の機械加工されたBP物体フラグメントとを求めることと、
前記画像座標系において、前記BP物体の一組の機械加工された面を求めることであって、各機械加工された面は、前記一組の機械加工されたBP物体フラグメント内の少なくとも1つのBP物体フラグメントに対応する、求めることと、
前記画像座標系において、前記BP物体の内部の一組の深さ範囲を求めることであって、少なくとも1つの機械加工された面につき少なくとも1つの深さ範囲が求められる、求めることと、
前記絶対座標系において、前記MP物体の前記表面上のMP物体フラグメントを求めることと、
前記画像座標系において、前記一組の機械加工されたBP物体フラグメント内のBP物体フラグメントに対応するMP物体フラグメントを求めることと、
前記画像座標系における対応するMP物体フラグメントの深さが、前記一組の深さ範囲からの少なくとも1つの深さ範囲内にある場合、前記対応するMP物体フラグメントを前記一組のMP物体フラグメントに加えることと、
前記一組のBP物体フラグメント及び前記一組のMP物体フラグメントを、前記画像の少なくとも一部を形成する画像座標系における一組のピクセルに変換することと、
を更に含む。上述の実施の形態は、プロセッサを用いて実行することができる。
代理物体の形状が前記物体の前記モデルの形状に少なくとも外接するような、該代理物体を確定し、
前記代理物体の前記フライス加工を、前記一組の掃引容積を用いてシミュレートして、機械加工された代理物体を生成し、
前記機械加工された代理物体と前記物体の前記モデとの間のブール交差の画像をレンダリングする、
ように構成されたプロセッサを備える、工具の動きによる物体の機械加工のコンピューターシミュレーションを実行するためのコンピューターシステムを開示する。
コンピューター可読記憶媒体であって、該コンピューター可読記憶媒体を用いて具現化されたコンピューター使用可能プログラムコードを含む、コンピューター可読記憶媒体を備え、前記プログラムコードは、
第2の一組の陰関数が代理物体の表面を規定する、該代理物体を確定し、
前記代理物体の前記フライス加工を、前記一組の掃引容積を用いてシミュレートして、第3の一組の陰関数が機械加工された代理(MP)物体の表面を規定する、該MP物体を生成し、
前記MP物体と前記BP物体との間のブール交差の画像をレンダリングし、
前記画像をメモリに格納する、
ように構成されている、工具の動きによる物体の機械加工のコンピューターシミュレーションを実行するためのコンピュータープログラム製品を開示する。
絶対座標系において、前記BP物体の表面上のBP物体フラグメントを求め、
前記絶対座標系において、前記MP物体の内部の一組のBP物体フラグメントと、前記MP物体の外部の一組の機械加工されたBP物体フラグメントとを求め、
前記画像座標系において、前記BP物体の一組の機械加工された面を求め、なお、各機械加工された面は、前記一組の機械加工されたBP物体フラグメント内の少なくとも1つのBP物体フラグメントに対応し、
前記画像座標系において、前記BP物体の内部の一組の深さ範囲を求め、なお、少なくとも1つの機械加工された面につき少なくとも1つの深さ範囲が求められ、
前記絶対座標系において、前記MP物体の前記表面上のMP物体フラグメントを求め、
前記画像座標系において、前記一組の機械加工されたBP物体フラグメント内のBP物体フラグメントに対応するMP物体フラグメントを求め、
前記画像座標系における対応するMP物体フラグメントの深さが、前記一組の深さ範囲からの少なくとも1つの深さ範囲内にある場合、前記対応するMP物体フラグメントを前記一組のMP物体フラグメントに加え、
前記一組のBP物体フラグメント及び前記一組のMP物体フラグメントを、前記画像の少なくとも一部を形成する画像座標系における一組のピクセルに変換する、
ように構成されてもいる前記プログラムコードを有してもよい。
図11及び図12は、この発明の1つの実施の形態による、画像への特定のレンダリング工程のフローチャートを示しているが、レンダリング工程の限定した例を意図するものではない。画像は、画面座標系を有する表示デバイスの画面上に表示される。レンダリングは、2つのフェーズで進行する。第1のフェーズでは、MP物体の外部の絶対空間位置を有するBP物体のいずれのBPフラグメントも画像のフレームバッファーに加えられないようにBP物体がレンダリングされる。第2のフェーズでは、MP物体の外部のBP物体フラグメントに対応するピクセル、すなわち、一組の機械加工されたBPフラグメントからのピクセルについてのみMP物体のレンダリングが実行される。
この発明の実施の形態は、物体を機械加工することをシミュレートするためのシステム、コンピューター製品、及び方法を記載している。実施の形態は、モデルそれ自体を変更するなく、物体のモデルの機械加工シミュレーションを可能にする。さらに、物体のモデルの代わりに、機械加工される代理物体を導入することによって、実施の形態は、1つのタイプの表面表現を有する物体の機械加工シミュレーションを、別のタイプの表面表現を有する一組の掃引容積を用いて可能にする。
この発明のシステム及び方法並びにコンピュータープログラム製品は、多くの種類の分野に適用可能である。
Claims (20)
- 工具の動きによる物体の機械加工をシミュレートするための方法であって、前記物体は、境界表現(BP)物体によって表され、該BP物体は、前記物体の表面の境界表現を含み、前記動きは、一組の掃引容積によって表され、該一組の掃引容積は、該一組の掃引容積の表面を規定する第1の一組の陰関数を含み、該方法は、
代理物体の表面を規定する第2の一組の陰関数を有する該代理物体を確定するステップと、
前記代理物体の前記機械加工を、前記一組の掃引容積を用いてシミュレートするステップであって、機械加工された代理(MP)物体の表面を規定する第3の一組の陰関数を有する該機械加工されたMP物体を生成するものと、
前記MP物体と前記BP物体との間のブール交差の画像をレンダリングするステップと、
を含み、該方法の前記ステップは、プロセッサによって実行される、工具の動きによる物体の機械加工をシミュレートするための方法。 - 陰関数が、距離場、サンプリングされた距離場、適応的にサンプリングされた距離場、適応的にサンプリングされた複合距離場、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記レンダリングは、視線方向から実行される、請求項1に記載の方法。
- 前記BP物体の表面は、絶対座標系におけるBP物体フラグメントを含み、前記MP物体の表面は、前記絶対座標系におけるMP物体フラグメントを含み、前記レンダリングは、
前記MP物体の内部の一組のBP物体フラグメントを求めることと、
前記BP物体の内部の一組のMP物体フラグメントを求めることと、
前記一組のBP物体フラグメント及び前記一組のMP物体フラグメントを、前記画像の少なくとも一部を形成する画像座標系における一組のピクセルに変換することと、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記一組のBP物体フラグメントを求めることは、
BP物体フラグメントから前記MP物体の前記表面までの距離を求めることであって、該距離は、前記絶対座標系において求められるものと、
前記距離が、前記BP物体フラグメントが前記MP物体の内部にあることを示している場合、前記BP物体フラグメントを前記一組のBP物体フラグメントに加えることと、
を含む、請求項4に記載の方法。 - 前記一組のMP物体フラグメントを求めることは、
前記画像座標系においてMP物体フラグメントの深さを求めることと、
前記深さが、前記BP物体の内部の少なくとも1つの深さ範囲内にある場合、前記MP物体フラグメントを前記一組のMP物体フラグメントに加えることであって、前記深さ範囲は、前記画像座標系において求められるものと、
を含む、請求項4に記載の方法。 - 前記距離が、前記BP物体フラグメントが前記MP物体の外部にあることを示している場合、前記BP物体フラグメントを一組の機械加工されたBP物体フラグメントに加えること、
を更に含む、請求項5に記載の方法。 - 前記一組のMP物体フラグメントを求めることは、
前記一組の機械加工されたBP物体フラグメント内のBP物体フラグメントに対応するMP物体フラグメントを求めることと、
前記画像座標系における各対応するMP物体フラグメントの深さを求めることと、
前記深さが、前記BP物体の内部の少なくとも1つの深さ範囲内にある場合、前記対応するMP物体フラグメントを前記一組のMP物体フラグメントに加えることであって、前記深さ範囲は、前記画像座標系において求められるものと、
を含む、請求項7に記載の方法。 - 前記画像座標系における、前記MP物体フラグメントと前記一組の機械加工されたBP物体フラグメントのうちの前記BP物体フラグメントとの間の対応関係を求めること、
を更に含む、請求項8に記載の方法。 - 前記一組の機械加工されたBP物体フラグメントのうちの前記BP物体フラグメントに対応するピクセルのピクセルフラグを設定することであって、前記ピクセルフラグが前記MP物体フラグメントと前記BP物体フラグメントとの間の前記対応関係を確定するようになっているもの、
を更に含む、請求項9に記載の方法。 - 前記一組の機械加工されたフラグメントのうちの前記BP物体フラグメントに対応する前記BP物体の少なくとも1つの面の面フラグを設定することであって、少なくとも1つの機械加工された面を生成するものと、
前記機械加工された面のみの前記BP物体の内部の前記深さ範囲を求めることと、
を更に含む、請求項9に記載の方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
絶対座標系において、前記BP物体の表面上のBP物体フラグメントを求めることと、
前記絶対座標系において、前記MP物体の内部の一組のBP物体フラグメントと、前記MP物体の外部の一組の機械加工されたBP物体フラグメントとを求めることと、
前記画像座標系において、前記BP物体の一組の機械加工された面を求めることであって、各機械加工された面は、前記一組の機械加工されたBP物体フラグメント内の少なくとも1つのBP物体フラグメントに対応するものと、
前記画像座標系において、前記BP物体の内部の一組の深さ範囲を求めることであって、少なくとも1つの機械加工された面につき少なくとも1つの深さ範囲が求められるものと、
前記絶対座標系において、前記MP物体の前記表面上のMP物体フラグメントを求めることと、
前記画像座標系において、前記一組の機械加工されたBP物体フラグメント内のBP物体フラグメントに対応するMP物体フラグメントを求めることと、
前記画像座標系における対応するMP物体フラグメントの深さが、前記一組の深さ範囲からの少なくとも1つの深さ範囲内にある場合、前記対応するMP物体フラグメントを前記一組のMP物体フラグメントに加えることと、
前記一組のBP物体フラグメント及び前記一組のMP物体フラグメントを、前記画像の少なくとも一部を形成する画像座標系における一組のピクセルに変換することと、
を更に含む、方法。 - 前記代理物体の形状は、少なくとも前記BP物体の形状に外接する、請求項1に記載の方法。
- 前記代理物体は立体である、請求項1に記載の方法。
- フライス加工工具の動きによる物体のフライス加工のコンピューターシミュレーションを実行するためのコンピューターシステムであって、前記物体は、該物体のモデルによって表され、前記フライス加工工具の前記動きは、一組の掃引容積によって表され、該コンピューターシステムは、
代理物体の形状が前記物体の前記モデルの形状に少なくとも外接するような、該代理物体を確定し、
前記代理物体の前記フライス加工を、前記一組の掃引容積を用いてシミュレートして、機械加工された代理物体を生成し、
前記機械加工された代理物体と前記物体の前記モデルとの間のブール交差の画像をレンダリングする、
ように構成されたプロセッサを備える、フライス加工工具の動きによる物体のフライス加工のコンピューターシミュレーションを実行するためのコンピューターシステム。 - 前記物体の前記モデルの表面の表現と前記一組の掃引容積の表面の表現とは、異なるタイプの表現である、請求項15に記載のシステム。
- 前記物体の前記モデルの表面の表現と前記一組の掃引容積の表面の表現とは、同じタイプの表現である、請求項15に記載のシステム。
- フライス加工工具の動きによる物体のフライス加工のコンピューターシミュレーションを実行するためのコンピュータープログラム製品であって、前記物体は、境界表現(BP)物体によって表され、該BP物体は、前記物体の表面の境界表現を含み、前記フライス加工工具の前記動きは、一組の掃引容積によって表され、該一組の掃引容積は、該一組の掃引容積の表面を規定する第1の一組の陰関数を含み、該コンピュータープログラム製品は、
コンピューター可読記憶媒体であって、該コンピューター可読記憶媒体を用いて具現化されたコンピューター使用可能プログラムコードを含むものを備え、前記プログラムコードは、
第2の一組の陰関数が代理物体の表面を規定する、該代理物体を確定し、
前記代理物体の前記フライス加工を、前記一組の掃引容積を用いてシミュレートして、第3の一組の陰関数が機械加工された代理(MP)物体の表面を規定する、該MP物体を生成し、
前記MP物体と前記BP物体との間のブール交差の画像をレンダリングし、
前記画像をメモリに格納する、
ように構成されている、フライス加工工具の動きによる物体のフライス加工のコンピューターシミュレーションを実行するためのコンピュータープログラム製品。 - 前記プログラムコードは、
絶対座標系において、前記BP物体の表面上のBP物体フラグメントを求め、
前記絶対座標系において、前記MP物体の内部の一組のBP物体フラグメントと、前記MP物体の外部の一組の機械加工されたBP物体フラグメントとを求め、
前記画像座標系において、前記BP物体の一組の機械加工された面を求め、各機械加工された面は、前記一組の機械加工されたBP物体フラグメント内の少なくとも1つのBP物体フラグメントに対応し、
前記画像座標系において、前記BP物体の内部の一組の深さ範囲を求め、少なくとも1つの機械加工された面につき少なくとも1つの深さ範囲が求められ、
前記絶対座標系において、前記MP物体の前記表面上のMP物体フラグメントを求め、
前記画像座標系において、前記一組の機械加工されたBP物体フラグメント内のBP物体フラグメントに対応するMP物体フラグメントを求め、
前記画像座標系における対応するMP物体フラグメントの深さが、前記一組の深さ範囲からの少なくとも1つの深さ範囲内にある場合、前記対応するMP物体フラグメントを前記一組のMP物体フラグメントに加え、
前記一組のBP物体フラグメント及び前記一組のMP物体フラグメントを、前記画像の少なくとも一部を形成する画像座標系における一組のピクセルに変換する、
ように更に構成されている、請求項18に記載のコンピュータープログラム製品。 - 各一組の陰関数は、距離場、サンプリングされた距離場、適応的にサンプリングされた距離場、適応的にサンプリングされた複合距離場、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される陰関数を含む、請求項18に記載のコンピュータープログラム製品。
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