JP2617292B2 - 数値制御工作機械のプログラム作成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、数値制御工作機械の制御プログラムを生成
する数値制御工作機械のプログラム作成装置に関する。

［従来技術］ 近年、FA（Factory Automation）やFMS（Flexible Ma
nufacturing System）が広く提唱されており、このよう
なシステムには切削加工、溶接作業、溶断作業および製
図作業等を自動的に行なう数値制御工作機械が主として
用いられている。

この数値制御工作機械は、あらかじめ与えられた移動
位置および速度等の数値データ（すなわち制御プログラ
ム）に基づいて、選択された工具を移動させ、目的とす
る工作物を完成するものである。

そして、このようにして数値制御工作機械に与えられ
る制御プログラムは、汎用の数値制御用プログラミング
言語あるいはその数値制御工作機械に専用のプログラミ
ング言語等によって、加工形状を定義するとともに加工
条件等を設定することで作成される。

しかしながら、そのためには使用するプログラミング
言語を修得する必要があり、また、その機種に特有の機
能を発揮させる場合には機種毎に異なるプログラミング
言語を修得する必要があり、プログラム作成が非常に困
難であった。

また、近年ではCAD（Computer Aided Design）/CAM
（Computer Aided Manufucturing）装置によって、工作
形状を画面表示させながら会話的に作成することもなさ
れているが、かかる方法ではそれらのCAD/CAM装置の操
作に習熟する必要があるので、誰にでも容易に制御プロ
グラムを作成することができないという不都合があっ
た。

さらに、このような従来方法では、プログラムで表現
できる形状がある程度限られているので、微細デザイン
形状および文字形状等の複雑な形状を工作することが困
難であるという不都合もあった。

［目的］ 本発明は、上述した従来技術の不都合を解消するため
になされたものであり、任意の形状を工作するプログラ
ムを簡単な操作で作成することができる数値制御工作機
械のプログラム作成装置を提供することを目的としてい
る。

［構成］ 本発明は、この目的を達成するために、工作形状を画
像読取装置によって入力し、その入力画像に基づいて工
具の経路を演算し、その演算結果から数値制御工作機械
の機種に対応したプログラムを生成している。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説
明する。

第１図は、本発明の一実施例にかかる装置を示してい
る。

同図において、データ処理部１は後述する各処理を実
行して制御プログラムを生成するものであり、このデー
タ処理部１に対してオペレータからの操作情報を入力す
るためのキーボード２、加工形状を入力するための画像
読取部３および読取画像情報や中間ファイル（後述）等
を記憶するためのメモリ４が接続されている。

また、画面表示部５は例えばCRT装置から構成され、
データ処理部１からオペレータに対する各種のメッセー
ジおよび読取画像等を表示するものであり、表示制御部
６はこの画面表示部５の表示内容を制御するものであ
る。

このような装置で、オペレータは会話的に操作を進め
ることができ、視覚的に処理状況を確認できる。また、
キーボード２は画面表示部５の任意の位置を表示画素単
位に指示できる画面内指示装置を備えており、画像読取
部３はファクシミリ装置の画像入力部等に用いられてい
るイメージスキャナあるいはテレビカメラ（工業用テレ
ビカメラ等）を用いることができる。画像読取部３にイ
メージスキャナを用いた場合には、読取形状は用紙に記
録されている２次元的な平面図形であり、テレビカメラ
を用いた場合には、読取形状は２次元的な平面図形に限
らず３次元的な立体像でもよい。

なお、本実施例では、データ処理部１に接続された画
像読取部３から直接加工形状を入力しているが、一旦他
の画像読取装置で加工形状を読み取って記憶媒体に記憶
させ、この記憶媒体を介して画像データをデータ処理部
１に入力するように構成することもできる。

第２図は、この装置による制御プログラムの生成処理
の概略を示したフローチャートであり、この処理は、デ
ータ処理部１によって実行される。

まず、工作形状をあらわした画像を入力する画像デー
タ入力処理100により、工作形状を入力し、その入力し
た画像を画面表示部５に表示する。また、この画像デー
タ入力処理100では、画像を階調的に読み取るか否かを
指定できる。この場合、階調情報が工作の深さ情報とし
て用いられるので、工作形状の各部の深さに対応して、
読取原稿等に記録する図形に濃淡を付けておく。さら
に、画像読取のさいの倍率も設定できる。

次に、画像データ修正・編集処理200により、このよ
うにして入力した画像データを修正するとともに編集す
る。この画像データ修正・編集処理200では、画像を入
力するさいに画像読取部３に対して読取画像が傾いてい
たり、読取画像の精度が悪かった場合等により、不要な
ビット（画素）や欠けているビットがあるときはこれを
自動的に修正する。そして、修正した画像を画面表示部
５に表示させ、オペレータによる編集作業を実行させ
る。なお、このときに画像が階調的に読み取られている
場合は、この階調データについても同様な修正・編集作
業を実行する。

そして、このように修正・編集された画像データ、オ
ペレータから指定された工具データ（工具径、オーバラ
ップ量等）および工作領域の指定情報に基づいて、工具
の２次元経路作成処理300を実行し、工具の２次元的な
経路を算出する。

次に、このように算出された２次元経路データおよび
工作形状の深さ情報に基づいて、工具の３次元経路作成
処理400を実行し、工具の３次元的な経路を算出する。
この場合、階調データファイルが形成されているときに
は、この階調データファイルの内容を工作形状の深さ情
報として用い、また、オペレータから深さ方向の工作形
状（定型曲面）が指定されたときには、その形状の深さ
方向での曲面の表面位置を深さ情報として用いる。

そして、この工具の３次元経路作成処理400によって
作成された３次元経路データ、オペレータから指定され
た数値制御工作機械の機種情報および加工条件情報に基
づいて、数値制御工作機械用プログラム生成処理500を
実行し、数値制御工作機械用の制御プログラムを生成す
る。したがって、この数値制御工作機械用プログラム生
成処理500を各機種に対応して設定しておけば、各機種
の制御プログラムを生成できる。

このようにして、工作形状の記録された原稿あるいは
試作品等の画像を読み取り、その結果得られた画像情報
に基づいて数値制御工作機械の制御プログラムを生成し
ているので、かなり複雑な形状のものを工作する制御プ
ログラムであっても簡単な操作によって生成することが
できる。

なお、これらの各処理における中間ファイルデータ
は、逐一メモリ４に記憶される。また、画像データ修正
・編集処理200によって作成された画像ファイルは、原
画マスタファイルとして保存されている。

第３図は、画像データ入力処理200の一例を示してい
る。

この処理では、まず、倍率設定があるかどうかの質問
メッセージ等を画面表示部５に表示してオペレータに倍
率設定操作を促す（処理101）。この倍率設定入力処理1
01で倍率が指定された場合は（判断102の結果がYES）、
この倍率情報を画像読取部３に出力して画像読取部３の
倍率を設定する（処理103）。

次に、階調読取をするかどうかの質問メッセージ等を
画面表示部５に表示してオペレータに階調読取指示操作
を促す（処理104）。これに対し、オペレータは、読取
原稿等に工作形状の深さ情報をあらわす階調が付されて
いる場合に階調読取モードを操作入力する。

この階調指定入力処理104で階調読取モードが選択さ
れた場合は（判断105の結果がYES）、画像読取部３の動
作モードを階調読取モードに設定して読取動作を開始さ
せる（処理106）。そして、画像読取部３から出力され
た画信号を階調データファイルとしてメモリ４に記憶す
るとともに（処理107）、この階調データファイルの各
画素の画信号を２値化して２値データファイルを作成
し、この２値データファイルをメモリ４に記憶する（処
理108）。

判断105の結果がNOの場合は、画像読取部３の動作モ
ードを２値読取モードに設定して読取動作を開始させ
（処理109）、画像読取部３から出力された画信号を２
値データファイルとしてメモリ４に記憶する（処理11
0）。

このようにして、階調読取を指定した場合には、画像
を階調読取して得られた階調データファイルとそのデー
タを２値化した２値データファイルが形成されてメモリ
４に記憶され、２値読取を指定した場合には、画像を２
値読取して得られた２値データファイルが形成されてメ
モリ４に記憶される。

第４図は、画像データ修正・編集処理200の一例を示
している。

この処理では、まず、メモリ４に記憶している２値デ
ータファイルを読み出して（処理201）、修正処理202を
自動的に実行する。この修正処理では、例えば第５図に
示したように、読取データPDに周囲のビットの２値状態
と異なる状態の突出ビットPX1および欠除ビットPX2があ
るか否かを判別し、これらの異常なビットを発見した場
合はそれらを読取データPDcのように修正する。そし
て、この修正処理202によって修正された２値データに
より、２値データファイルを更新する（処理203）。

次に、メモリ４に階調データファイルがあるかどうか
を判別し（判断204）、この判断204の結果がYESの場合
は、記憶している階調データファイルを読み出して、こ
の階調データファイルに対する修正処理205を実行す
る。この修正処理205では、修正処理202で２値データフ
ァイルに対して行なった修正ビットと同じ位置のビット
に対し、同じ処理を施す。そして、この修正処理205に
よって修正された階調データファイルにより、階調デー
タファイルを更新する（処理206）。

このようにして、画像データファイルの自動的な修正
処理を実行した後に、オペレータによるマニュアル修正
・編集処理が実行される。

すなわち、まず、処理203で更新された２値データフ
ァイルを読み出してその内容を画面表示部５に表示する
（処理207）とともに、マニュアル修正・編集を行なう
かどうかの質問メッセージを表示し、オペレータの入力
操作があった場合は（判断208の結果がYES）、マニュア
ル修正・編集処理209に移行する。

このマニュアル修正・編集処理209では、キーボード
２および画面表示部５による会話的な画像の修正・編集
操作がなされる。編集操作としては、例えば第６図
（ａ）に示したように画像PD1を画像PD1′のように回転
する回転操作、あるいは、同図（ｂ）に示したように画
像PD2の鏡像PD2′を作成する鏡像操作等がある。そし
て、マニュアル修正・編集処理209で修正・編集された
２値データファイルにより２値データファイルを更新す
る（処理210）。

次いで、階調データファイルが存在する場合は（判断
211の結果がYES）、この階調データファイルの各画素に
対して、２値データファイルがマニュアル修正・編集処
理209で受けた修正・編集処理の内容と同一の修正・編
集処理を実行し（処理212）、その修正・編集処理212の
結果得られた快調データファイルを画面表示部５に表示
する（処理213）。これにより、階調データファイルが
ある場合には２値データファイルと同じ内容の修正・編
集処理が自動的に施されて表示される。

オペレータは、この表示内容で満足する場合には即キ
ーボード２から修正・編集処理の終了を入力することで
（判断214の結果がNOとなる）、階調データの修正・編
集作業をせずに済み、またこのときはこの時点で表示さ
れている階調データによって階調データファイルが更新
される（処理216）。

また、オペレータがさらに階調データを修正・編集し
たい場合で何等かの操作入力があった場合は（判断214
の結果がYES）、処理209と同様のマニュアル修正・編集
処理215に移行してオペレータによる階調データの修正
・編集作業を実行する。そして、このマニュアル修正・
編集処理215で形成された階調データファイルによって
階調データファイルを更新する（処理216）。

このようにして、修正・編集された２値データファイ
ルおよび階調データファイルは、原画マスタファイルと
してメモリ４に記憶される。この原画マスタファイル
は、最終的な画像データファイルなので、オペレータの
指示以外では更新・変更・削除されることがなく、ま
た、半永久的に保存されることもある。

第７図は、工具の２次元経路作成処理300の一例を示
している。

この処理では、まず、画面表示部５に２値データファ
イルを表示させて、どの部分を工具で加工するかをオペ
レータに選択させる（処理301）。

すなわち、例えば、このときの工作形状が第８図
（ａ）に示したような原稿DGに描かれたものであると
し、黒部BL1,BL2および白部WT2,WT2からなっているとす
る。かかる画像で、同図（ｂ）に示したように白部WT1,
WT2を加工する加工作業をプロファイル加工と称し、同
図（ｃ）に示したように黒部BL1,BL2を加工する加工作
業をポケット加工と称し、同図（ｄ）に示したように白
部WT1,WT2と黒部BL1、BL2の境界部分BD1,BD2,BD3を加工
する加工作業をトレース加工と称し、これらの加工作業
のうちいずれかを選択するかをオペレータに質問するの
が、この加工部分指定入力処理301である。

次いで、オペレータに使用する工具の各種データを入
力させる工具データ入力処理302を実行する。この工具
データ入力処理302では、第９図に示したように、工具T
Lの径TAおよび工具TLのオーバラップ量OLを会話的に入
力させる。これにより、工具センタTCの間隔Ｌも設定さ
れることになる。

そして、加工部分指定入力処理301で指定された加工
領域を、２値データファイルの内容から判別して抽出す
る（処理303）。この処理303では、いわゆるアイランド
と呼ばれる孤立した加工領域等が判別される。例えば、
黒部BLは白部WT2のアイランドであり、白部WT2は黒部BL
1,BL2に囲まれたアイランドである。

次に、この抽出した加工領域と入力した工具データに
基づいて、各加工領域別の工具の２次元経路を作成する
（処理304）。この処理304では、与えられた工具の径TA
で与えられたオーバラップ量OLをもって各加工領域内を
一筆書きで塗り潰すように２次元経路を作成する。

すなわち、まず、画素状態が白から黒にあるいは黒か
ら白に変化している変化画素を見つけ、次いでその最初
の変化画素に最も近く、方向が所定領域にある変化画素
を次の境界線の画素として検出し、これを順次繰り返し
て境界線すなわち最初に工具が通る経路の閉ループを形
成する。そして、その境界線の始点から加工領域側で、
工具径TAだけ離れた画素を次の経路の始点として同様な
閉ループを経路として形成する。これを順次繰り返し
て、加工領域を全て通る２次元経路を形成する。

例えば、第８図（ａ）に示した工作形状をプロファイ
ル加工する場合の２次元経路は第10図（ａ）に破線で示
したようになり、同じ形状をポケット加工する場合の２
次元経路は同図（ｂ）に破線で示したようになり、同じ
形状をトレース加工する場合の２次元経路は同図（ｃ）
に破線で示したようになる。なお、同図（ｄ）に破線で
示した２次元経路はいわゆるレース加工経路であり、階
調データファイルがある場合にその加工物の上を工具が
移動する経路に相当し、実際には、この経路に加工形状
を重畳したような２次元経路が得られる。

そして、このようにして形成した２次元経路データを
メモリ４に記憶する（処理305）。

２次元経路データの部分的な一例を次表１に示す。こ
の表１では平面位置をＸ座標とＹ座標であらわしてい
る。

第11図は、工具の３次元経路作成処理400の一例を示
している。

この処理では、まず、階調データファイルがあるかど
うかを調べ（判断401）、この判断401の結果がYESの場
合は、階調データファイルをメモリ４から読み出して画
面表示部５に表示するとともに、オペレータに各階調に
対応する深さデータを、会話的に設定させる（処理40
2）。

この入力処理403を終了すると、メモリ４から２次元
経路データを読み出し（処理403）、この読み出した２
次元経路データと処理402で設定された深さデータを各
画素毎に結合処理し、その結合結果に基づいて工具の３
次元経路を決定し、３次元経路データを作成する（処理
404）。

また、この処理404で作成した３次元経路データにお
いて、隣接する画素の深さデータの差が所定値以上ある
場合には、その間の深さを滑らかに変化させるような補
正処理405を実行する。例えば、第12図（ａ）のように
深さデータが変化する場合は、同図（ｂ）に示したよう
に段差を滑らかに変化させる。

そして、この補正処理405によって最終的に得られた
３次元経路データを工具経路ファイルとしてメモリ４に
記憶する（処理409）。

一方、階調データファイルが存在せず判断401の結果
がNOになる場合は、処理406を実行して、オペレータに
深さ方向の工作形状をいくつかの定型曲面から会話的に
選択させる。

この定型曲面は、例えばポケット加工では、第13図
（ａ）に示したような一様深さの平面、同図（ｂ）に示
したような一定勾配の斜面、同図（ｃ）に示したような
球面あるいは円柱面、同図（ｄ）に示したような逆球面
あるいは逆円柱面等がある。また、プロフィル加工で
は、それぞれ同図（ｅ）〜（ｈ）に示したような曲面に
なる。なお、図では被工作物をブロックBLとして示して
いる。

そして、２次元経路データをメモリ４から読み出し
（処理407）、この読み出した２次元経路データと処理4
06で選択された定型曲面に対応した深さデータを各画素
毎に結合処理する。その結合結果に基づいて工具の３次
元経路を決定して３次元経路データを作成し（処理40
8）、この３次元経路データを工具経路ファイルとして
メモリ４に記憶する（処理409）。

３次元経路データの部分的な一例を次表２に示す。こ
の表２では平面位置をＸ座標とＹ座標であらわし、深さ
位置をＺ座標であらわしている。

第14図は、数値制御工作機械用プログラム生成処理50
0の一例を示している。

この処理は、まず、画面表示部５に質問等のメッセー
ジを表示して、オペレータによる数値制御工作機械の機
種情報を入力操作を促し（処理501）、オペレータが機
種情報の入力を終了すると、これに続いて工具の回転
数、切削速度および切削深さ等の加工条件等を入力させ
る（処理502）。

このようなオペレータの設定入力を終了すると、工具
経路ファイルを読み出し（処理503）、この読み出した
工具経路ファイルに基づき、選択された機種に対応した
NCプログラム形式のフォーマットとコードで、入力され
た加工条件を参照しながら、プログラムを自動的に生成
する（処理504）。

このプログラム生成処理（ポストプロッセシング処
理）504では、数値制御工作機械用の準備機能（Ｇコー
ド）、補助機能（Ｍコード）、工具コード（Ｔコー
ド）、速度コード（Ｆコード）、回転数（Ｓコード）等
を用いて、選択された数値制御工作機械が認識できるNC
プログラム形式にフォーマットしたプログラムを生成す
る。なお、各コードの名称およびその機能は、JISによ
って規格化されている。

例えば、第15図に示したように、工作機械テーブルBS
に被工作ブロックBLKが固定されており、工作機械のス
ピンドルSPに工具TLが固設されている場合を考えると、
この工具TLの待機位置P1から被工作物BLKの工作開始位
置P2まで移動する経路は、水平方向の経路および垂直方
向の経路がともに最も短くなるように設定される。

このようにして生成されたプログラムは、メモリ４に
記憶される。また、このプログラムの部分的な一例を次
表３に示す。

ところで、この数値制御工作機械用プログラム生成処
理500で複数の機種に対応した制御プログラムを生成す
るためには、これらの機種に対応した各種の情報を記憶
している必要がある。また、ある機種に対して機能が小
さい機種（いわゆるサブセット版）の制御プログラムを
生成する場合には、必要とする情報の多くの部分を流用
することができる。

一方では、この処理500の部分以外は数値制御工作機
械各機種で共通なので、それぞれの機種に対応した制御
プログラムのみを生成する装置は、比較的容易に実現で
きる。

［効果］ 以上説明したように、本発明によれば、あらかじめ用
紙等に描かれた画像あるいは試作品等の工作形状を画像
読取装置によって入力し、その入力した白黒二値化画像
の白黒画像の変化点に基づいて加工形状の輪郭を抽出す
るとともに、輪郭から、設定された加工領域側に向かっ
て工具径相当分離れた位置に加工経路を設定した後、逐
次加工領域側に向かって工具径相当分離れた位置に繰り
返し加工経路を設定するようにしているので、複雑な加
工形状に対して十分に追従することができるとともに、
加工時にいわゆる干渉を生じることもない。また、もと
もとの加工形状を、白黒画像の変化点に基づき、画素単
位に判定して処理しているので、かなり複雑な加工形状
に対処することができる。また、加工形状として、元の
入力画像の白画像または黒画像のいずれでも用いること
ができるので、加工形状として認識させる画像の自由度
を大きくすることができる。また、工作形状を入力する
ためには、用紙にその形状を描くだけでよいので、かな
り複雑な形状のものを工作するための制御プログラムも
生成できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる装置を示したブロッ
ク図、第２図はデータ処理部が実行する制御プログラム
生成処理の概要を示したフローチャート、第３図は画像
データ入力処理の一例を示したフローチャート、第４図
は画像データ修正・編集処理の一例を示したフローチャ
ート、第５図は画像修正動作の一例を示した概略図、第
６図（ａ），（ｂ）は画像編集動作の一例を示した概略
図、第７図は工具の２次元経路作成処理の一例を示した
フローチャート、第８図（ａ）は読取画像の一例を示し
た正面図、同図（ｂ）はプロファイル加工時の加工領域
を示した正面図、同図（ｃ）はポケット加工時の加工領
域を示した正面図、同図（ｄ）はトレース加工時の加工
領域を示した正面図、第９図は工具の一例を示した概略
図、第10図（ａ）はプロファイル加工時の２次元経路の
一例を示した概略図、同図（ｂ）はポケット加工時の２
次元経路の一例を示した概略図、同図（ｃ）はトレース
加工時の２次元経路の一例を示した概略図、同図（ｄ）
はレース加工経路の一例を示した概略図、第11図は工具
の３次元経路作成処理の一例を示したフローチャート、
第12図（ａ），（ｂ）は段差の補正処理の一例を示した
概略図、第13図（ａ）〜（ｈ）は定型曲面の一例を示し
た断面図、第14図は数値制御工作機械用プログラム生成
処理の一例を示したフローチャート、第15図は工具の待
機位置からの移動経路の一例を示した正面図である。 １……データ処理部、２……キーボード、３……画像読
取部、４……メモリ、５……画面表示部、６……表示制
御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−159106（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−149511（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−136213（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−81758（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−165108（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−135579（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−22480（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−21278（ＪＰ，Ａ) 「オートメーション」第29巻第４号, 昭和59年４月，日刊工業新聞社発行Ｐ. 32〜37，Ｐ．49〜56

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】数値制御工作機械に加工させる加工形状を
   光学的に読み取って得られた二値化情報を出力する画像
   出力手段と、 上記二値化情報の白黒画像の変化点を検出するととも
   に、その変化点に基づいて上記加工形状の輪郭を判別す
   る輪郭判別手段と、 上記二値化情報のうち、白領域あるいは黒領域のどちら
   か一方の領域を加工領域として設定する加工領域設定手
   段と、 上記加工形状を加工する工具の工具径を設定する工具情
   報設定手段と、 上記輪郭から、上記設定された加工領域側に向かって工
   具径相当分離れた位置に加工経路を設定した後、逐次加
   工領域側に向かって工具径相当分離れた位置に繰り返し
   加工経路を設定する加工経路設定手段と、 加工経路設定手段によって設定された加工経路に基づ
   き、数値制御工作機械を制御するためのプログラムを作
   成するプログラム作成手段を備えたことを特徴とする数
   値制御工作機械のプログラム作成装置。