JP2801384B2 - 加工用オフセット面の高精度化方法 - Google Patents
加工用オフセット面の高精度化方法Info
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- JP2801384B2 JP2801384B2 JP25414790A JP25414790A JP2801384B2 JP 2801384 B2 JP2801384 B2 JP 2801384B2 JP 25414790 A JP25414790 A JP 25414790A JP 25414790 A JP25414790 A JP 25414790A JP 2801384 B2 JP2801384 B2 JP 2801384B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属、セラミックス及びプラスチック材料
などの３次元曲面加工を高精度に実現できるようにした
曲面加工用工具経路作成方法に関する。
などの３次元曲面加工を高精度に実現できるようにした
曲面加工用工具経路作成方法に関する。
〔従来の技術〕 形状加工における最小加工単位とは、要求３次元曲面
で物体を構成する点の加工作業である。その加工点と工
具の先端部形状（切れ刃形状）間に存在するオフセット
面はＺ方向に反転した逆転工具（逆向き工具）の先端部
形状である。その逆転工具の先端部形状の中心基準点
を、要求３次元曲面上に対してあるピッチ間隔（探索ピ
ッチ）で移動配置し、その記憶領域である格子と逆転工
具の先端部形状との交点の最大高さを記憶する作業を要
求３次元曲面全体に対して行ったとき、その格子はその
要求曲面と工具の先端部形状間のオフセット点であり、
オフセット面は代表する４つのオフセット点により、１
次補間式により表現できる。この従来技術は、精密工学
学会誌第54号、第５号（1988年５月、pp167−172）に記
載がある。この従来技術を詳細に説明したのが第８図で
ある。
で物体を構成する点の加工作業である。その加工点と工
具の先端部形状（切れ刃形状）間に存在するオフセット
面はＺ方向に反転した逆転工具（逆向き工具）の先端部
形状である。その逆転工具の先端部形状の中心基準点
を、要求３次元曲面上に対してあるピッチ間隔（探索ピ
ッチ）で移動配置し、その記憶領域である格子と逆転工
具の先端部形状との交点の最大高さを記憶する作業を要
求３次元曲面全体に対して行ったとき、その格子はその
要求曲面と工具の先端部形状間のオフセット点であり、
オフセット面は代表する４つのオフセット点により、１
次補間式により表現できる。この従来技術は、精密工学
学会誌第54号、第５号（1988年５月、pp167−172）に記
載がある。この従来技術を詳細に説明したのが第８図で
ある。
上記従来技術においては、探索ピッチ間隔を無限に細
かくすることが可能であれば、オフセットの点の生成誤
差δをゼロにすることができるが、実際には不可能であ
る。すなわち従来法においては、精度向上のためには格
子間隔と探索ピッチ間隔を細かくとる以外に方法はな
く、計算時間と計算機メモリ容量の増大が問題になって
いた。
かくすることが可能であれば、オフセットの点の生成誤
差δをゼロにすることができるが、実際には不可能であ
る。すなわち従来法においては、精度向上のためには格
子間隔と探索ピッチ間隔を細かくとる以外に方法はな
く、計算時間と計算機メモリ容量の増大が問題になって
いた。
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、逆転工具
（逆向き工具）を要求３次元曲面に沿って探索ピッチ移
動探索して逆転工具の移動包絡体を求める逆オフセット
操作により、計算時間と計算機メモリ容量の増大をはか
ることなく高精度なオフセット面を生成し、結果として
高精度な要求３次元曲面からなる加工面を得ることがで
きるようにした曲面加工用工具経路作成方法を提供する
ことにある。〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明は、第１図に示す
ように、要求３次元曲面に対するトレランス（許容範
囲）から、要求３次元曲面を、一次式で近似できる微小
一次曲面の単位（４つの頂点P0,P1間のピッチが逆転工
具を移動させる探索ピッチとして決定される。）に分割
し、要求３次元曲面全体を微小一次曲面（微小平面）の
集合体として近似表現し、各々の微小一次曲面において
４つの頂点（探索点）に逆転工具を位置付けることによ
って各探索点での４つの半球形状、半球間を接続する４
つの円筒形状、探索点でのオフセット点に囲まれる双一
次ピッチの９つの要素によりなる微小オフセット円を形
成し、これらの各微小オフセット面に対して格子点列に
おいて包絡演算（最大の座標値をとる。）を行うことに
よって要求曲面全体に対するオフセット面を生成するも
のである。オフセット面が生成できれば、工具経路を生
成し、加工情報処理システムにより、工作機械に対して
動作指令を伝達して、高精度に曲面加工を行わせるよう
にしたことにある。
（逆向き工具）を要求３次元曲面に沿って探索ピッチ移
動探索して逆転工具の移動包絡体を求める逆オフセット
操作により、計算時間と計算機メモリ容量の増大をはか
ることなく高精度なオフセット面を生成し、結果として
高精度な要求３次元曲面からなる加工面を得ることがで
きるようにした曲面加工用工具経路作成方法を提供する
ことにある。〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明は、第１図に示す
ように、要求３次元曲面に対するトレランス（許容範
囲）から、要求３次元曲面を、一次式で近似できる微小
一次曲面の単位（４つの頂点P0,P1間のピッチが逆転工
具を移動させる探索ピッチとして決定される。）に分割
し、要求３次元曲面全体を微小一次曲面（微小平面）の
集合体として近似表現し、各々の微小一次曲面において
４つの頂点（探索点）に逆転工具を位置付けることによ
って各探索点での４つの半球形状、半球間を接続する４
つの円筒形状、探索点でのオフセット点に囲まれる双一
次ピッチの９つの要素によりなる微小オフセット円を形
成し、これらの各微小オフセット面に対して格子点列に
おいて包絡演算（最大の座標値をとる。）を行うことに
よって要求曲面全体に対するオフセット面を生成するも
のである。オフセット面が生成できれば、工具経路を生
成し、加工情報処理システムにより、工作機械に対して
動作指令を伝達して、高精度に曲面加工を行わせるよう
にしたことにある。
即ち、本発明は、３次元曲面加工のために要求される
３次元曲面データを入力して要求３次元曲面を得る入力
過程と、該入力過程で得られる要求３次元曲面を許容ト
レランス内で一次式で近似できる４つの探索点で囲まれ
た微小一次曲面で分割し、該分割された微小一次曲面の
集合体として前記要求３次元曲面を定義する要求３次元
曲面定義過程と、該要求３次元曲面定義過程で定義され
た各々の微小一次曲面に対して、各微小一次曲面おける
４つの探索点の各々に逆転工具の先端部中心基準点を位
置付けることによって４つの逆転工具の先端部の包絡面
として各探索点での４つの半球状形状、該４つの半球状
間を接続する４つの円筒状形状、４つの探索点でのオフ
セット点で囲まれる双一次パッチの９つの要素によって
形成して、各々の微小オフセット面を定義し、該定義さ
れた各々の微小オフセット面に対して予め所定の２次元
の格子ピッチで設定された各格子点での最大の座標値を
算出することによって前記要求３次元曲面に対するオフ
セット面のデータを算出するオフセット面算出過程と、
該オフセット面算出過程で算出されたオフセット面のデ
ータを基に工具の経路を作成する工具経路作成過程とを
有することを特徴とする曲面加工用工具経路作成方法で
ある。
３次元曲面データを入力して要求３次元曲面を得る入力
過程と、該入力過程で得られる要求３次元曲面を許容ト
レランス内で一次式で近似できる４つの探索点で囲まれ
た微小一次曲面で分割し、該分割された微小一次曲面の
集合体として前記要求３次元曲面を定義する要求３次元
曲面定義過程と、該要求３次元曲面定義過程で定義され
た各々の微小一次曲面に対して、各微小一次曲面おける
４つの探索点の各々に逆転工具の先端部中心基準点を位
置付けることによって４つの逆転工具の先端部の包絡面
として各探索点での４つの半球状形状、該４つの半球状
間を接続する４つの円筒状形状、４つの探索点でのオフ
セット点で囲まれる双一次パッチの９つの要素によって
形成して、各々の微小オフセット面を定義し、該定義さ
れた各々の微小オフセット面に対して予め所定の２次元
の格子ピッチで設定された各格子点での最大の座標値を
算出することによって前記要求３次元曲面に対するオフ
セット面のデータを算出するオフセット面算出過程と、
該オフセット面算出過程で算出されたオフセット面のデ
ータを基に工具の経路を作成する工具経路作成過程とを
有することを特徴とする曲面加工用工具経路作成方法で
ある。
曲面加工システムは、面情報データを入力として逆オ
フセット操作、工具経路生成を行い、工具経路データを
出力し、最後にNC（数値制御）情報を出力する。この場
合の加工精度を向上させるため逆転工具を移動させる探
索ピッチを決めて要求曲面を許容トレランス内で直線
（一次式）で近似できる微小一次曲面に分割して該微小
一次曲面の集合体として定義し、該要求曲面に対して逆
オフセット操作を行い、格子点列において包絡演算を行
うことによってオフセット面を生成すれば、計算量を増
大させることなくより正確なオフセット面のデータを生
成できる。
フセット操作、工具経路生成を行い、工具経路データを
出力し、最後にNC（数値制御）情報を出力する。この場
合の加工精度を向上させるため逆転工具を移動させる探
索ピッチを決めて要求曲面を許容トレランス内で直線
（一次式）で近似できる微小一次曲面に分割して該微小
一次曲面の集合体として定義し、該要求曲面に対して逆
オフセット操作を行い、格子点列において包絡演算を行
うことによってオフセット面を生成すれば、計算量を増
大させることなくより正確なオフセット面のデータを生
成できる。
以下、本発明の一実施例を、第２図及び第３図を用い
て説明する。
て説明する。
なお、この実施例は、特願平２−166729号の第２図に
示した逆オフセット操作処理３の処理１と２に追加する
ことにより実現できる。
示した逆オフセット操作処理３の処理１と２に追加する
ことにより実現できる。
第２図（ａ），（ｂ）に線分に対するオフセット面と
逆転工具を移動させて位置付ける探索点P0,P1との関係
を示す。格子点Ｑにおける高さを求める場合、その包絡
体との交点計算を行う必要がある。そのために第２図
（ｂ）に示す座標系において１〜６の領域に分類して処
理する。すなわち以下のように分類することにより判定
できる。
逆転工具を移動させて位置付ける探索点P0,P1との関係
を示す。格子点Ｑにおける高さを求める場合、その包絡
体との交点計算を行う必要がある。そのために第２図
（ｂ）に示す座標系において１〜６の領域に分類して処
理する。すなわち以下のように分類することにより判定
できる。
1. Ａ・Ｃ＜0,R＜|C| 2. Ａ・Ｃ＞0,R＜|C| 3. Ａ・Ｃ＞0,A・Ｄ＜0,R＜|C|,R＜|D| 4. Ａ・Ｄ＜0,R＜|D| 5. Ａ・Ｄ＞0,R＜|D| 6. Ａ・Ｃ＞0,A・Ｄ＜0,|E|−|E・B|＜Ｒ WiはベクトルＷのｉ方向成分 よって、格子点ＱのX,Y座標値から上記領域1,5の場合
は球の方程式により、上記領域2,3,4,6の場合は円筒の
方程式により容易に求めることができる。
は球の方程式により、上記領域2,3,4,6の場合は円筒の
方程式により容易に求めることができる。
次に第３図に基づいて説明する。要求３次元曲面を、
トレランスにより一次式で近似できる４つの探索点によ
って決まる微小一次曲面に分割することによって、微小
一次曲面（微小平面）の集合体として近似表現すること
ができる。分割された各微小一次曲面に対してオフセッ
ト面を生成することが可能であれば、それらの包絡演算
により、要求３次元曲面全体に対してオフセット面を生
成することができる。
トレランスにより一次式で近似できる４つの探索点によ
って決まる微小一次曲面に分割することによって、微小
一次曲面（微小平面）の集合体として近似表現すること
ができる。分割された各微小一次曲面に対してオフセッ
ト面を生成することが可能であれば、それらの包絡演算
により、要求３次元曲面全体に対してオフセット面を生
成することができる。
第３図には４つの探索点（逆転工具の先端部（切れ
刃）における中心基準点を要求曲面上に位置付ける点）
で囲まれる微小一次曲面に対する逆転工具を用いた逆オ
フセット法（逆転工具を要求曲面に沿って探索ピッチで
移動させ、逆転工具の先端部（切れ刃）における中心基
準点を要求曲面上の各探索点に位置付けした際、先端部
（切れ刃）の包絡面によって微小オフセット面が形成さ
れる）に基づく微小オフセット面の形状を示す。その微
小オフセット面の形状は、分割された各微小一次曲面に
対応させて各探索点での４つの半球形状、半球間を接続
する４つの円筒形状、探索点でのオフセット点に囲まれ
る双一次パッチの９つの要素により構成されて定義され
る。ところで、パッチとは、自由曲面を比較的簡単な数
式で近似して表現できるように、算出されたオフセット
面を細かく分割した各分割面をさす。双一次パッチは、
U,Vパラメータを基に一次式で近似できる分割オフセッ
ト面であり、U,Vパラメータと（X,Y,Z）空間との変換及
び、その両者間の逆変換式が存在するため、双一次パッ
チ上のX,Y,Z座標値の関係を容易に計算することができ
る。これにより要求曲面である微小平面（微小一次曲
面）の微小オフセット面を単純な幾何要素（半球形状、
円筒形状、および双一次パッチ）の集合体として定義す
ることができる。
刃）における中心基準点を要求曲面上に位置付ける点）
で囲まれる微小一次曲面に対する逆転工具を用いた逆オ
フセット法（逆転工具を要求曲面に沿って探索ピッチで
移動させ、逆転工具の先端部（切れ刃）における中心基
準点を要求曲面上の各探索点に位置付けした際、先端部
（切れ刃）の包絡面によって微小オフセット面が形成さ
れる）に基づく微小オフセット面の形状を示す。その微
小オフセット面の形状は、分割された各微小一次曲面に
対応させて各探索点での４つの半球形状、半球間を接続
する４つの円筒形状、探索点でのオフセット点に囲まれ
る双一次パッチの９つの要素により構成されて定義され
る。ところで、パッチとは、自由曲面を比較的簡単な数
式で近似して表現できるように、算出されたオフセット
面を細かく分割した各分割面をさす。双一次パッチは、
U,Vパラメータを基に一次式で近似できる分割オフセッ
ト面であり、U,Vパラメータと（X,Y,Z）空間との変換及
び、その両者間の逆変換式が存在するため、双一次パッ
チ上のX,Y,Z座標値の関係を容易に計算することができ
る。これにより要求曲面である微小平面（微小一次曲
面）の微小オフセット面を単純な幾何要素（半球形状、
円筒形状、および双一次パッチ）の集合体として定義す
ることができる。
実際の要求３次元曲面に対してオフセット面を生成す
る場合、トレランスを考慮して分割された微小一次曲面
の集合体の個々の面単位で微小オフセット面の計算を行
う。第４図には、要求曲面を、例えば９枚の分割された
微小一次曲面で近似し、個々の微小一次曲面に対して微
小オフセット面を生成する過程を示す。この９枚の微小
オフセット面に対して包絡演算（各格子点における最大
のＺ座標値を算出する）により、要求３次元曲面の全体
に対するオフセット面のデータの生成が可能となる。特
に、第４図に示すように、隣接する微小オフセット面は
境界部においては重なることになるので、各格子点につ
いての包絡演算において最大のＺ座標値を求めるように
すればよい。一般の曲面の場合、即ち特異点を含まない
曲面では曲面の境界部と内部（双一次パッチ）とに分割
して処理することができる。特に、境界部は円筒と半球
との複合体により、オフセット面を生成することができ
るため、計算処理時間を大幅に短縮することができる。
る場合、トレランスを考慮して分割された微小一次曲面
の集合体の個々の面単位で微小オフセット面の計算を行
う。第４図には、要求曲面を、例えば９枚の分割された
微小一次曲面で近似し、個々の微小一次曲面に対して微
小オフセット面を生成する過程を示す。この９枚の微小
オフセット面に対して包絡演算（各格子点における最大
のＺ座標値を算出する）により、要求３次元曲面の全体
に対するオフセット面のデータの生成が可能となる。特
に、第４図に示すように、隣接する微小オフセット面は
境界部においては重なることになるので、各格子点につ
いての包絡演算において最大のＺ座標値を求めるように
すればよい。一般の曲面の場合、即ち特異点を含まない
曲面では曲面の境界部と内部（双一次パッチ）とに分割
して処理することができる。特に、境界部は円筒と半球
との複合体により、オフセット面を生成することができ
るため、計算処理時間を大幅に短縮することができる。
また、従来のオフセット面のデータの記憶方法は格子
空間におけるＺ座標値を記憶する手法を採用してきた
が、この手法はデータの取扱いの点から非常に簡便な方
法であるが、オフセット面形状全体に対するオフセット
点の存在密度は均等とはいえない欠点がある。すなわち
Ｚ方向に対して急勾配な領域に対するオフセット点密度
は粗くなり、オフセット面の表現精度の低下をきたす。
そこでオフセット面をＺ方向のみからではなく、Ｘ方向
またはＹ方向からのオフセット面の格子点の記憶方法を
採用する。第５図にオフセット面の記憶方法を示す。
空間におけるＺ座標値を記憶する手法を採用してきた
が、この手法はデータの取扱いの点から非常に簡便な方
法であるが、オフセット面形状全体に対するオフセット
点の存在密度は均等とはいえない欠点がある。すなわち
Ｚ方向に対して急勾配な領域に対するオフセット点密度
は粗くなり、オフセット面の表現精度の低下をきたす。
そこでオフセット面をＺ方向のみからではなく、Ｘ方向
またはＹ方向からのオフセット面の格子点の記憶方法を
採用する。第５図にオフセット面の記憶方法を示す。
本発明による逆オフセット法を用いて半径50mmの球を
1/8に分割した球形状に対して工具半径5mmのオフセット
面の生成を行い、その精度について、従来の手法との比
較を行った。第６図は1/8球形状、第７図は本発明に方
法により、5mmのオフセット面を生成した結果のオフセ
ット面形状を示す。オフセット面の生成条件は探索ピッ
チ1mm、Ｚ−queueの格子間隔1mmで行った。従来の手法
との比較はオフセット面の論理的な半径である55mmに対
する半径値誤差の標準偏差を用いて行った。その結果、
本発明による方法は0.0083mm、従来手法は0.0242mmであ
り、オフセット面生成精度の向上を確認できた。
1/8に分割した球形状に対して工具半径5mmのオフセット
面の生成を行い、その精度について、従来の手法との比
較を行った。第６図は1/8球形状、第７図は本発明に方
法により、5mmのオフセット面を生成した結果のオフセ
ット面形状を示す。オフセット面の生成条件は探索ピッ
チ1mm、Ｚ−queueの格子間隔1mmで行った。従来の手法
との比較はオフセット面の論理的な半径である55mmに対
する半径値誤差の標準偏差を用いて行った。その結果、
本発明による方法は0.0083mm、従来手法は0.0242mmであ
り、オフセット面生成精度の向上を確認できた。
［発明の効果］ 本発明によれば、高精度なオフセット面が生成され、
計算時間と計算機メモリ容量の削減をするこが可能とな
り、実用レベルにマッチした工具経路を生成できる効果
がある。
計算時間と計算機メモリ容量の削減をするこが可能とな
り、実用レベルにマッチした工具経路を生成できる効果
がある。
第１図は本発明の概念を表す図、第２図は逆転工具移動
包絡体の交点計算法を示す図、第３図は微小双一次曲面
のオフセット面を示す図、第４図は曲面における逆オフ
セット操作手順を示す図、第５図はオフセット面の５方
向の記憶法を示す図、第６図は要求形状を示す図、第７
図はオフセット面形状を示す図、第８図は従来の逆オフ
セット操作の方法を示す図である。
包絡体の交点計算法を示す図、第３図は微小双一次曲面
のオフセット面を示す図、第４図は曲面における逆オフ
セット操作手順を示す図、第５図はオフセット面の５方
向の記憶法を示す図、第６図は要求形状を示す図、第７
図はオフセット面形状を示す図、第８図は従来の逆オフ
セット操作の方法を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 司 北海道札幌市北区北十三条西８丁目 北 海道大学工学部精密工学科内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05B 19/4097 G05B 19/4093
Claims (1)
- 【請求項１】３次元曲面加工のために要求される３次元
曲面データを入力して要求３次元曲面を得る入力過程
と、 該入力過程で得られる要求３次元曲面を許容トレランス
内で一次式で近似できる４つの探索点で囲まれた微小一
次曲面で分割し、該分割された微小一次曲面の集合体と
して前記要求３次元曲面を定義する要求３次元曲面定義
過程と、 該要求３次元曲面定義過程で定義された各々の微小一次
曲面に対して、各微小一次曲面おける４つの探索点の各
々に逆転工具の先端部中心基準点を位置付けることによ
って４つの逆転工具の先端部の包絡面として各探索点で
の４つの半球状形状、該４つの半球状間を接続する４つ
の円筒状形状、４つの探索点でのオフセット点で囲まれ
る双一次パッチの９つの要素によって形成して、各々の
微小オフセット面を定義し、該定義された各々の微小オ
フセット面に対して予め所定の２次元の格子ピッチで設
定された各格子点での最大の座標値を算出することによ
って前記要求３次元曲面に対するオフセット面のデータ
を算出するオフセット面算出過程と、 該オフセット面算出過程で算出されたオフセット面のデ
ータを基に工具の経路を作成する工具経路作成過程とを
有することを特徴とする曲面加工用工具経路作成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25414790A JP2801384B2 (ja) | 1990-09-26 | 1990-09-26 | 加工用オフセット面の高精度化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25414790A JP2801384B2 (ja) | 1990-09-26 | 1990-09-26 | 加工用オフセット面の高精度化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04133103A JPH04133103A (ja) | 1992-05-07 |
| JP2801384B2 true JP2801384B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=17260880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25414790A Expired - Fee Related JP2801384B2 (ja) | 1990-09-26 | 1990-09-26 | 加工用オフセット面の高精度化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2801384B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102528553B (zh) * | 2012-02-06 | 2014-04-09 | 电子科技大学 | 五轴联动数控铣床伺服动态参数快速调整方法 |
-
1990
- 1990-09-26 JP JP25414790A patent/JP2801384B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04133103A (ja) | 1992-05-07 |
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