JP3187813B2 - How to create offset surface data - Google Patents

How to create offset surface data

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JP3187813B2
JP3187813B2 JP25018786A JP25018786A JP3187813B2 JP 3187813 B2 JP3187813 B2 JP 3187813B2 JP 25018786 A JP25018786 A JP 25018786A JP 25018786 A JP25018786 A JP 25018786A JP 3187813 B2 JP3187813 B2 JP 3187813B2
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【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。 A産業上の利用分野 B発明の概要 C従来の技術(第5図及び第6図) D発明が解決しようとする問題点(第5図〜第7図) E問題点を解決するための手段(第2図) F作用(第2図) G実施例 (G1)不連続空間SPC1、SPC2、SPC3の補間(第1図、第
3図〜第7図) (G2)不連続空間SPC123の補間(第1図〜第7図) H発明の効果 A産業上の利用分野 本発明はオフセツト曲面データ作成方法に関し、例え
ばCAD(computer aided design)、又はCAM(computer
aided manufacturing)などにおいて生成された自由曲
面を表すデータを用いて当該自由曲面をもつた外形形状
の製品を製作するためのオフセツト曲面データを作成す
る場合に適用して好適なものである。 B発明の概要 本発明は、自由曲面作成方法によつて作成された2つ
の隣接するパツチについて、工具の軌跡を表すオフセツ
ト曲面データを作成する方法において、共有境界におい
て接平面連続の条件が成り立たない条件の下に互いに接
続された3つのパツチについて、オフセツト曲面データ
が互いに不連続になるコーナ部の不連続空間において、
オフセツト曲面データを確実に補間することにより、工
具を不連続な3つのオフセツト曲面データに基づいて移
動させる際に、共有境界位置において工作機械の工具を
異常な動作をさせないように制御し得る。 C従来の技術 例えばCADの手法を用いて自由曲面をもつた物体の形
状をデザインする場合(geometric modeling)、一般に
デザイナは、曲面が通るべき3次元空間における複数の
点(これを節点と呼ぶ)を指定し、当該指定された複数
の節点を結ぶ境界曲線網を所望のベクトル関数を用いて
コンピユータによつて演算させることにより、いわゆる
ワイヤーフレームで表現された曲面を作成する。かくし
て境界曲線によつて囲まれた多数の枠組み空間を形成す
ることができる(このような処理を枠組み処理と呼
ぶ)。 かかる枠組み処理によつて形成された境界曲線網は、
それ自体デザイナがデザインしようとする物体の大まか
な形状を表しており、各枠組み空間を囲む境界曲線を用
いて所定のベクトル関数によつて表現できる曲面を物体
の細部の表面形状として補間演算することができれば、
全体としてデザイナが物体についてデザインした自由曲
面(2次関数で規定できないものをいう)を生成するこ
とができる。ここで各枠組み空間に張られた曲面は全体
の曲面を構成する基本要素を形成し、これをパツチと呼
ぶ。 ところで生成した自由曲面全体としてより自然な外形
形状をもたせるために、共有境界を挟んで隣接する2つ
の枠組み空間に、当該共有境界において接平面連続の条
件を満足するようなパツチを張るように、共有境界周り
の制御辺ベクトルを設定し直すようにした自由曲面作成
方法が提案されている(特願昭60−277448号)。 この自由曲面作成方法は、例えば第5図に示すよう
に、2つのパツチ を滑らかに接続する場合、枠組み処理によつて与えられ
た節点 に基づいて、隣接するパツチ の共有境界COM1において接平面連続の条件が成り立つよ
うな制御辺ベクトル を設定し、これらの制御辺ベクトルによつて内部制御点 を設定し直すことを原理としている。 このような手法を他の共有境界COM2、COM3、COM4につ
いても適用すれば、結局パツチ は隣接するパツチと接平面連続の条件の下に滑らかに接
続することができる。 この明細書において、接平面とは共有境界の各点にお
けるu方向及びv方向の接線ベクトルによつて形成され
る平面を意味し、例えば第5図の共有境界COM1上の各点
について、パツチ の接平面が同一のとき接平面連続の条件が成り立つ。 すなわち共有境界COM1上のu=0、v=vの点(0、
v)についての接平面連続の条件は第6図に示すように
して決められる。すなわちパツチ について、共有境界COM1を横断する方向(すなわちu方
向)の接線ベクトル 、及び共有境界COM1に沿う方向(すなわちv方向)の接
線ベクトル の法線ベクトルは、 で表され、またパツチ について、共有境界COM1を横断する方向の接線ベクトル 及び共有境界COM1に沿う方向の接線ベクトル の法線ベクトル は、 で表される。 このような条件の下に、接平面連続というためには、
接線ベクトル が同一平面に存在しなければならず、その結果法線ベク
トル は同一方向に向くことになる。 これを実現するためには、次式 が成り立つように、内部制御点 を設定すれば良い。ここでλ(v)、μ(v)、ν
(v)はスカラ量である。またパツチ は次式 のように、3次のベジエ式でなるベクトル関数 を用いて表現する。u及びvはu方向及びv方向のパラ
メータ、E及びFはシフト演算子である。 なお、この明細書においては、枠組み空間の境界曲線
を表す節点及び制御点と、パツチ内部の曲面を表す内部
制御点とを含んで制御点と呼ぶ。 D発明が解決しようとする問題点 このような手法によつて生成された多数のパツチ についての曲面データによつて表される外形形状を有す
る製品を、例えばNC工作機械でなるフライス盤を用いて
切削加工することを考える。この場合、1つのパツチ に対応するオフセツト曲面データを次式、 で定義し、フライス盤の工具の中心をオフセツト曲面デ
ータ で与えられる位置を通つて移動させれば良いと考えられ
る。 (5)式は、加工目標となるパツチ の表面を表す位置データに対して、 で表される平行移動量だけ法線方向に平行移動した面で
なるオフセツト曲面データ を生成することを意味している。ここで、Rは工具の中
心位置から刃先までの距離を表す。 このように(5)式で表されるオフセツト曲面データ を工作機械の制御装置に入力することにより、工具をそ
の中心がオフセツト曲面データ によつて表される自由曲面上を移動するように制御すれ
ば、その刃先が当該オフセツト曲面データ に対して平行な曲面上を移動することにより、結局パツ
で表現された曲面を切削加工することができる。 ところで一般に、製品の外形表面のうち、第5図につ
いて上述したように、2つの四辺形パツチ を順次接続して行くことにより形成される曲面は、
(5)式によつて求めたオフセツト曲面データ を用いて容易に切削加工することができる。 すなわち、互いに隣接する2つのパツチ に基づいて得られるオフセツト曲面データ を、 で表すとき、第5図について上述したように、互いに隣
接する2つのパツチ 間が接平面連続の条件の下に接続されている場合には、
共有境界COM1の位置においてパツチ の法線ベクトル 及び が互いに一致することにより、切削作業時に入力される
平行移動データ 及び ((6)式及び(7)式)が互いに等しくなる。従つて
工具はパツチ の表面を切削作業するときと同じ条件の下に、境界位置
をスムーズに通り過ぎるように切削加工を続けることが
できる。 ところが第7図に示すように、例えば物体のコーナ部
のように、互いに隣接する3つのパツチ が共有境界COM12、COM23、COM31において接平面連続の
条件が成り立たない不連続な状態で接続されている場合
には、当該共有境界COM12、COM23、COM31の位置におい
てオフセツト曲面データ がそれぞれ共有境界COM12、COM23、COM31の位置近傍に
おいて欠落して不連続空間が生ずる問題がある。 第7図において、 は、それぞれパツチ を表す制御点お示し、これらの制御点について3つのパ
ツチ に対するオフセツト曲面データ が次式、 によつて演算される。かくして(8)式〜(10)式によ
つて制御点 に対応するオフセツト曲面データ を表す位置データ が演算される。 かかる演算において、共有境界COM12、COM23、COM31
を表す制御点 に対応する共有境界COM12、COM23、COM31上の点の法線
ベクトルが、パツチ において異なる値をもつているときには、これに応じて
(8)、(9)、(10)式の演算によつて求められるオ
フセツト曲面データ の位置データが互いに異なる位置を表し、また曲面データ の位置データ が互いに異なる位置を表し、さらに曲面データ の位置データ が互いに異なる位置を表すことになる。 かくして工具の移動空間において、位置データ 間の空間SPC1、位置データ 間の空間SPC2、及び位置データ 間の空間SPC3と、コーナ部を形成する3つのパツチ が共有する共有点 の位置及び位置データ 間の空間SPC123とについて、工具の移動軌跡を指定する
データは得られないことになる(この空間SPC1、SPC2
SPC3及びSPC123を不連続空間と呼ぶ)。 この不連続空間SPC1〜SPC3及びSPC123においては、パ
ツチ の共有境界COM12、COM23、COM31位置まで切削作業を続
けてきた工具が、当該共有境界COM12、COM23、COM31の
近傍において異常な移動軌跡を描くような動作をするお
それがあり、これを放置すれば、被加工対象の共有境界
COM12、COM23、COM31の近傍部分を不必要に削り落とす
おそれがある。 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、特に、
コーナ部のように、3つのパツチ するオフセツト曲面データの点 との間に不連続空間SPC123が生じた場合に、当該コーナ
部の不連続空間SPC123において切削している加工形状に
対して工具が異常な加工動作をすることを未然に防止し
得るようなオフセツト曲面データを容易に作成し得るよ
うにしたオフセツト曲面データ作成方法を提案しようと
するものである。 E問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては、CAD
装置を用いて、物体の形状に近似させたベクトル関数で
表され、かつ原則として互いに隣接する第1、第2及び
第3のパツチを接平面連続の条件の下で接続してなる物体の形状を表
す曲面に基づいて、工具の形状に基づくオフセツト量だ
けオフセツトした第1、第2及び第3のオフセツト曲面
データ を生成するオフセツト曲面データ作成方法において、物
体の形状を表す曲面のうち、共有点 において接平面が不連続であるコーナ部について、第
1、第2及び第3のパツチのオフセツト曲面データ のうち、第1、第2及び第3のオフセツト曲面データ上
の当該共有点 に対応する点の第1、第2及び第3の法線ベクトル を求め、第1、第2及び第3の法線ベクトルをもつ面の
交点 を求め、交点 の位置データをコーナ部に生ずる不連続空間におけるオ
フセツト曲面データとして補間することにより生成した
オフセツト曲面データによつて工具の移動経路を制御し
て切削加工面を得ることができるようにした。 F作用 共有点 において互いに隣接する第1、第2及び第3のパツチ が、共有境界COM12、COM23、COM31を介して接平面連続
の条件を満足しない条件で接続されている場合には、3
つのパツチ に対応するオフセツト曲面データ 間にオフセツト曲面データが存在しない不連続空間SPC
123が生ずる。 当該不連続空間S123について、共有点 に対応する点 を表すオフセツト曲面データ に基づいてその法線ベクトル の面π(01)123、π(02)123、π(03)123の交点 を求め、これをオフセツト曲面データとして補間するよ
うにする。 このようにすれば、第1、第2及び第3のオフセツト
曲面データ によつて移動される工作機械の工具が、共有点 の位置まで切削加工して来て不連続空間SPC123を渡ろう
としたとき、工具を補間データ の位置に移動させるようにすることにより、被加工対象
の共有点 の部分を切り落すような異常な動作を起こさせるおそれ
を未然に防止し得る。 G実施例 以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。 この実施例の場合、オフセツト曲面データ作成装置の
中央処理ユニツト(CPU)は、自由曲面作成装置によつ
て予め作成されたコーナ部を形成する3つのパツチ のデータと、これらのパツチのデータに基づいて作成し
たオフセツト曲面データ (第7図)とを必要に応じて読み出しながら、第1図の
ステツプSP1からオフセツト曲面データの補間演算プロ
グラムに入る。 (G1)不連続空間SPC1、SPC2、SPC3の補間 オフセツト曲面データ作成装置は、第3図に示すよう
に先ず互いに接平面が不連続の条件の下に接続された2
つのパツチ に対応するオフセツト曲面データ 間に生じた不連続空間SPC1、SPC2、SPC3(その不連続空
間を囲む端面を不連続端面と呼ぶ)について、オフセツ
ト曲面データ を補間演算する。 すなわち、第1図のステツプSP2において共有境界COM
12、COM23、COM31上の法線がパツチ について互いに共通か否かのチエツクをする。 ここで肯定結果が得られれば、第6図について上述し
たようにパツチ が互いに接平面連続の条件を満足するように接続されて
いることが分り、この場合にはオフセツト曲面データ 間に不連続空間が生ずることはないので、オフセツト曲
面データ作成装置は直ちにステツプSP3に移つて当該プ
ログラムを終了する。 これに対してステツプSP2において否定結果が得られ
たとき、オフセツト曲面データ作成装置は、ステツプSP
4に移つて以下に述べるように順次共有境界COM12、COM2
3、COM31についてのデータを用いて対応する不連続空間
SPC1、SPC2、SPC3の補間演算の実行を開始する。 すなわち先ずステツプSP4において、共有境界COM12を
表す制御点のうち第0番目の点 (第7図)について補間演算の実行を開始する。 すなわちu=0、v=0の点 について、第4図に示すように、第1のパツチ に対するオフセツト曲面データ のうち、共有境界COM12を表す制御点 対応する点 に関するデータから、次式 で表されるベクトル を求める。 ベクトル は点 についての平行曲面データ((8)式の第2項)を表
し、点 から点 までの差ベクトルでなる。 またベクトル は、ベクトル によつて表される位置ベクトル を基準にして共有境界COM12を表すu=0、v=1の点 に対応するオフセツト曲面データ 上の点 を表すベクトルでなる。 このようにして得たベクトル は、パツチ に関連するオフセツト曲面データ のうち、共有境界COM12において生じた不連続空間SPC1
のうち、点 を中心として点 で囲まれる端面部分の高さ及び点 における端面の傾きを表しており、従つてベクトル について次式 のように外積を求めれば、端面部分 の点 における法線ベクトル を求めることができる。 かくしてオフセツト曲面データ作成装置は、第1のパ
ツチ に関するオフセツト曲面データ のうち、共有境界COM12を表す第0番目の点 の近傍のデータに基づいて、不連続端面 の高さ及び傾きを表す法線ベクトル についてのデータを求めることができる。 オフセツト曲面データ作成装置は、続いてステツプSP
5に移つて第2のパツチ についてのオフセツト曲面データ から、共有境界COM12を表す制御点 に対応するオフセツト曲面データ 上の点 から次式 の演算を実行することによつて点 から点 までのベクトル を求め、このベクトル と同じ方向の法線ベクトル をオフセツト曲面データ のうち、共有境界COM12位置の不連続端面のうちの端面
部分、すなわち点 を表すデータとして点 における法線ベクトル を求めることができる。 ところでこの法線ベクトル には、第4図において破線で示すように、点 における面M(02)123(法線ベクトル を法線とする面で、これを法線ベクトル の面と呼ぶ)を考えることができ、オフセツト曲面デー
タ作成装置は次のステツプSP6において、当該法線ベク
トル の面M(02)123と、点 における法線ベクトル の交点を表す位置ベクトル を演算する。 かかる演算の結果求めることができた点 を表す位置ベクトルは、第4図に示すように、共有境界
COM12を表す点 を含むパツチ についてのオフセツト曲面データ上の点 における不連続端面に対して直交する方向に延長する線
上にあり、かつ第2のパツチ のオフセツト曲面データ 上の点 の法線ベクトル と直交する面M(02)123内にある。 従つて工具の中心を第1のパツチ のオフセツト曲面データ に基づいて、共通境界COM12上を通過しながら例えばv
=0で表される線上の曲面 の曲面を切削加工して行く過程において、先ずパツチ を加工をしながら工具の中心がパツチ 上の点 に到達したとき、続いてパツチ の加工を点 から開始するまでの間に、工具の中心を点 から点 まで移動させ、続いてこの点 から点 まで移動させれば、工具の刃先が一旦共有境界COM12の
を離れた状態を維持させながら、工具の中心を第1のオ
フセツト曲面データ 上の点 から第2のオフセツト曲面データ 上の点 まで移動させることができることになる。 かくして工具の中心が第1のパツチ のオフセツト曲面データ の点 から、第2のパツチ のオフセツト曲面データ の点 にまで移動する間に、工具の刃先が余分に被加工対象を
削り落すような異常動作をするおそれを有効に回避し得
る。 やがて工具の中心が第2のパツチ の共有境界COM12上の点 に対応する点 に到達すると、以後工具の中心がオフセツト曲面データ 上を移動して行くことにより、工具の刃先によつて第2
のパツチ の切削加工を共有境界COM12上の点 から再開することができるようなデータを作成すること
ができる。 オフセツト曲面データ作成装置は、点 のデータを演算により求めた後、ステツプSP7において
以下同様にして共有境界COM12を表す点 について同様の演算を実行することによつて、不連続空
間SPC1に対応する点 を同様の手法に基づいて演算した後、ステツプSP8に移
つて当該演算によつて求めた位置データ をオフセツト曲面データ 間の不連続空間SPC1における工具の移動位置を表す曲面
データとして補間する。 かくしてオフセツト曲面データ作成装置は、第1図の
ステツプSP4〜SP8において、不連続空間SPC1についての
オフセツト曲面データ を作成、補間し、続くステツプSP9において上述の場合
と同様にして不連続空間SPC2及びSPC3についてのオフセ
ツト曲面データ を作成、補間する。 その結果オフセツト曲面データ作成装置は、上述のス
テツプSP4〜SP9において、不連続空間SPC1、SPC2、SPC3
についてのオフセツト曲面データの補間プログラムを終
了する。 以上のようにして作成されたオフセツト曲面データを
用いて工作機械の工具を移動させれば、各パツチ に対応するオフセツト曲面データ に沿つて工具の中心を移動させることによつて、各パツ
をそれぞれ切削加工することができる。 これと共に、第1、第2、第3のパツチ のオフセツト曲面データ に基づいて工具を移動させている状態から、共有境界CO
M12、COM23、COM31を通過して他のパツチのオフセツト
曲面データの加工に移るまでの間に、第7図について上
述したように、隣接するパツチ相互間が接平面連続の条
件の下に接続されていなかつたために不連続空間SPC1
SPC2、SPC3が生じた場合にも、点の位置データをオフセツト曲面データとして補間するこ
とにより、結局工作機械によつて加工すべき被加工対象
を、第1、第2、第3のパツチ のデータによつて表される自由曲面と、補間されたオフ
セツト曲面データ とを用いてスムーズに切削加工することができる。 かくしてパツチ 間の共有境界COM12、COM23、COM31の位置において、工
具が異常動作して過剰に被工作対象を切削するようなお
それを有効に防止し得る。 (G2)不連続空間SPC123の補間 続いてオフセツト曲面データ作成装置は、3つのパツ
の共有点 のデータと、3つのオフセツト曲面データ との間に生ずるコーナ部分の不連続空間SPC123について
の処理プログラムを以下に述べる手順によつて実行す
る。 先ず、ステツプSP10においてオペレータは、生成され
たパツチ についての曲面データをデイスプレイ上に表示させ、補
間演算すべきコーナ部分の共有点 を目視確認した後、当該共有点 周りのオフセツト曲面データ の不連続端面を表すデータを指定する。 これに応動してオフセツト曲面データ作成装置は、次
のステツプSP11において、第2図に示すように、オフセ
ツト曲面データ の不連続端面を表す共有点 のデータと、点 のデータとに基づいて、点 における法線ベクトル を求める。 これらの法線ベクトル は、点 がそれぞれ点から(8)式、(9)式、(10)式の第2項で表される
平行移動量データ によつて表されるベクトルの延長線上に生じ、かくして
法線ベクトル によつて不連続空間SPC123の共有点 を中心とする3つの不連続端面、すなわち の高さ及び傾きを表している。 続いてオフセツト曲面データ作成装置は、ステツプSP
12に移つて法線ベクトル の面π(01)123、π(02)123、π(03)123の交点 を求める。 ここで法線ベクトル の面π(01)123、π(02)123、π(03)123は、それぞれ点 の位置において法線ベクトル に直交する平面でなる。そこで3つの平面π(01)123
π(02)123、π(03)123が互いに交差すると、これら3つ
の面に共通な交点 を1点だけ特定することができる。 すなわち面π(01)123及びπ(02)123が交差する点は、
第2図において破線L1で示す直線上にあり、また面π
(03)123及びπ(01)123の交点は、破線L2で示す直線上に
ある。従つて直線L1及びL2の交点 を求めれば3つの面 π(01)123、π(02)123、π(03)123に共通の交点 を1点だけに特定することができる。 続いてオフセツトデータ作成装置はステツプSP13に移
つて当該交点 の位置データをコーナ部に生じた不連続空間SPC123につ
いてのオフセツト曲面データとして補間した後、上述の
ステツプSP3に移つて当該プログラムを終了する。 このようにして3つのパツチ が互いに隣接して接平面が不連続の条件の下に接続され
ているような自由曲面を切削加工する際に使用するオフ
セツト曲面データのうち、コーナ部分に不連続空間SPC
123が生じたとき、第2図の交点 を補間データとして用いて切削加工をすれば、工具の刃
先が位置によつて表されるコーナ部分を過剰に削り落とすような
おそれを有効に回避し得る。 すなわち例えば第1のパツチ を切削加工している工具を、不連続空間SPC123を横切る
ように移動させる際に、工具の刃先がコーナの点 に来た時、工具の中心位置を一端位置 に移動させることによつて工具の刃先を点 から離間させる。 その後工具の中心が第2(又は第3)のパツチ に移動すれば、再度工具の刃先が点 に接触して以後パツチ を切削加工して行く。 かくして工具が異常動作によつて被加工対象を過剰に
削り落とすようなおそれを有効に防止し得る。 H発明の効果 上述のように本発明によれば、接平面連続の条件が成
り立たない条件の下に接続された3つのパツチ によつて表される自由曲面を有する物体を切削加工する
ために、工作機械の工具の移動軌跡を表すオフセツト曲
面データを作成する際に、当該コーナ部分の工具の移動
点を表すオフセツト曲面データ を補間することにより、コーナ部分において異常に削り
過ぎるような加工データを発生するおそれを有効に防止
し得る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described in the following order. A Industrial application field B Outline of the invention C Conventional technology (Figs. 5 and 6) D Problems to be solved by the invention (Figs. 5 to 7) E Means for solving the problems (FIG. 2) F action (FIG. 2) G embodiment (G1) Interpolation of discontinuous spaces SPC 1 , SPC 2 , SPC 3 (FIGS. 1, 3 to 7) (G2) Discontinuous space Interpolation of SPC 123 (FIGS. 1 to 7) Effect of the Invention A Field of Industrial Use The present invention relates to a method for creating offset surface data, for example, CAD (computer aided design) or CAM (computer).
This method is suitable when applied to the case where offset surface data for producing a product having an outer shape having the free-form surface is created using data representing the free-form surface generated in, for example, aided manufacturing. B. Summary of the Invention The present invention relates to a method for creating offset surface data representing the trajectory of a tool for two adjacent patches created by a free-form surface creation method, wherein the condition of tangent plane continuity does not hold at the shared boundary. For three patches connected to each other under the condition, in the discontinuous space of the corner where the offset surface data is discontinuous to each other,
By reliably interpolating the offset surface data, it is possible to control the tool of the machine tool not to operate abnormally at the shared boundary position when the tool is moved based on the three discontinuous offset surface data. C Prior Art For example, when designing the shape of an object having a free-form surface using a CAD method (geometric modeling), a designer generally uses a plurality of points in a three-dimensional space through which the surface passes (this is called a node). And a computer calculates a boundary curve network connecting the plurality of designated nodes by using a desired vector function, thereby creating a curved surface represented by a so-called wire frame. Thus, a large number of framework spaces surrounded by boundary curves can be formed (such a process is called a framework process). The boundary curve network formed by such framework processing is
It itself represents the rough shape of the object that the designer intends to design, and uses a boundary curve surrounding each framework space to interpolate a curved surface that can be expressed by a predetermined vector function as the surface shape of the details of the object. If you can
As a whole, a free-form surface (which cannot be defined by a quadratic function) designed by an designer for an object can be generated. Here, the curved surface formed in each frame space forms a basic element constituting the entire curved surface, and this is called a patch. By the way, in order to give a more natural outer shape to the generated free-form surface as a whole, a patch that satisfies the condition of continuation of the tangent plane at the shared boundary is provided in two frame spaces adjacent to each other with the shared boundary therebetween. A free-form surface creation method has been proposed in which a control edge vector around a shared boundary is reset (Japanese Patent Application No. 60-277448). This free-form surface creation method includes, for example, two patches as shown in FIG. Are connected smoothly, the nodes given by the framework processing Based on adjacent patches Control edge vector such that the condition of tangent plane continuity is satisfied at the shared boundary COM1 of Are set, and the internal control points are set by these control edge vectors. The principle is to set again. If such a method is applied to other shared boundaries COM2, COM3, and COM4, the patch will eventually end up. Can be smoothly connected to adjacent patches under the condition of tangential plane continuity. In this specification, the tangent plane means a plane formed by tangent vectors in the u and v directions at each point of the shared boundary. For example, for each point on the shared boundary COM1 in FIG. When the tangent planes are the same, the condition of continuation of the tangent plane holds. That is, a point (0,
The condition of continuation of the tangent plane for v) is determined as shown in FIG. Ie patch , The tangent vector in the direction transverse to the shared boundary COM1 (ie the u-direction) , And the tangent vector in the direction along the shared boundary COM1 (ie, the v direction) Normal vector Is Represented by a patch The tangent vector in the direction across the shared boundary COM1 And the tangent vector in the direction along the common boundary COM1 Normal vector Is It is represented by Under such conditions, in order to be tangent plane continuation,
Tangent vector Must lie on the same plane, so that the normal vector Will face in the same direction. To achieve this, the following equation So that the internal control points Should be set. Where λ (v), μ (v), ν
(V) is a scalar quantity. Also patch Is Vector function consisting of a cubic Bezier equation Is expressed using. u and v are parameters in the u and v directions, and E and F are shift operators. In this specification, control points include nodes and control points that represent boundary curves of the framework space and internal control points that represent curved surfaces inside the patch. D Problems to be Solved by the Invention A large number of patches generated by such a method Consider cutting a product having an outer shape represented by the curved surface data using, for example, a milling machine formed of an NC machine tool. In this case, one patch Offset surface data corresponding to Is And define the center of the tool of the milling machine as offset surface data It may be sufficient to move through the position given by. Equation (5) is the patch to be processed. For position data representing the surface of Offset surface data consisting of a surface translated in the normal direction by the amount of translation represented by Means to generate Here, R represents the distance from the center position of the tool to the cutting edge. Thus, the offset surface data represented by the equation (5) Is input to the control device of the machine tool so that the center of the tool is offset surface data. If the cutting edge is controlled to move on a free-form surface represented by Moving on a curved surface parallel to The curved surface represented by can be cut. By the way, in general, as described above with reference to FIG. The curved surface formed by sequentially connecting
Offset surface data obtained using equation (5) It can be easily cut by using. That is, two patches adjacent to each other Surface data obtained based on To , Two patches adjacent to each other as described above with reference to FIG. If they are connected under the condition of tangent continuity,
Patch at the location of the shared border COM1 Normal vector as well as Are the same as each other, so the translation data input during the cutting operation as well as (Equations (6) and (7)) are equal to each other. Therefore, the tool is a patch Under the same conditions as when cutting the surface, the cutting can be continued so as to smoothly pass the boundary position. However, as shown in FIG. 7, three patches adjacent to each other, for example, at a corner of an object. Are connected in a discontinuous state where the condition of tangent plane continuity does not hold at the shared boundaries COM12, COM23, and COM31, the offset surface data at the positions of the shared boundaries COM12, COM23, and COM31 However, there is a problem in that a discontinuous space is generated near the positions of the shared boundaries COM12, COM23, and COM31. In FIG. Each patch Are shown, and three patches are shown for these control points. Surface data for Is the following equation, Is calculated by Thus, the control points are obtained by the equations (8) to (10). Offset surface data corresponding to Position data representing Is calculated. In such an operation, the shared boundaries COM12, COM23, COM31
Control point representing The normal vectors of the points on the shared boundaries COM12, COM23, and COM31 corresponding to Are different, the offset surface data obtained by the calculations of the equations (8), (9) and (10) accordingly. Location data Represents different positions from each other, and the surface data Location data Represents different positions, and the surface data Location data Represent different positions from each other. Thus, in the tool movement space, the position data Space between SPC 1 , position data Space between SPC 2 and position data The space between SPC 3 and the three patches forming the corner Share points shared by Position and position data With respect to the space SPC 123 between them, data specifying the movement trajectory of the tool cannot be obtained (this space SPC 1 , SPC 2 ,
SPC 3 and SPC 123 are called discontinuous spaces). In the discontinuous spaces SPC 1 to SPC 3 and SPC 123 , a patch There is a risk that a tool that has been cutting to the position of the common boundary COM12, COM23, COM31 may perform an operation that draws an abnormal movement trajectory in the vicinity of the common boundary COM12, COM23, COM31. , The shared boundary of the workpiece
There is a possibility that parts near COM12, COM23, and COM31 will be cut off unnecessarily. The present invention has been made in view of the above points, in particular,
Three patches like corners Offset surface data points When the discontinuous space SPC 123 occurs between the tool and the tool, it is possible to prevent the tool from performing an abnormal machining operation on the machining shape being cut in the discontinuous space SPC 123 at the corner. It is an object of the present invention to propose an offset surface data creating method capable of easily creating an offset surface data. E. Means for Solving the Problems In order to solve such problems, in the present invention, CAD
The first, second and third patches expressed by a vector function approximated to the shape of an object using the device and which are adjacent to each other in principle , Second and third offset surface data offset by an offset amount based on the shape of the tool, based on a surface representing the shape of the object formed by connecting under the condition of tangent plane continuity In the offset surface data creation method for generating the The offset surface data of the first, second and third patches for the corner where the tangent plane is discontinuous Among the shared points on the first, second and third offset surface data First, second and third normal vectors of the point corresponding to And the intersection of the planes with the first, second and third normal vectors Find the intersection By interpolating the position data of (1) as offset surface data in the discontinuous space generated at the corner, the cutting path can be obtained by controlling the moving path of the tool by the offset surface data generated. F action common point First, second and third patches adjacent to each other at Is connected via shared boundaries COM12, COM23, and COM31 under conditions that do not satisfy the condition of tangent plane continuity, 3
One patch Offset surface data corresponding to Discontinuous space SPC without offset surface data between
123 occurs. Regarding the discontinuous space S123 , Point corresponding to Surface data representing Its normal vector based on Intersection of the planes π (01) 123 , π (02) 123 , and π (03) 123 Is calculated, and this is interpolated as offset surface data. By doing so, the first, second and third offset surface data The tool of the machine tool moved by the When cutting to the position and trying to cross the discontinuous space SPC 123 , the tool To the common point of the workpiece It is possible to prevent the possibility of an abnormal operation such as cutting off the portion. G Example Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the case of this embodiment, the central processing unit (CPU) of the offset curved surface data creating device includes three patches forming a corner portion created in advance by the free curved surface creating device. Data and offset surface data created based on these patch data (FIG. 7) is read as necessary, and the program enters the interpolation calculation program for the offset surface data from step SP1 in FIG. (G1) Interpolation of Discontinuous Spaces SPC 1 , SPC 2 , SPC 3 The offset surface data creating apparatus firstly connects two tangent planes under the condition of discontinuity as shown in FIG.
One patch Offset surface data corresponding to Offset surface data for the discontinuous spaces SPC 1 , SPC 2 , and SPC 3 generated between them (the end faces surrounding the discontinuous spaces are called discontinuous end faces) Is interpolated. That is, in step SP2 of FIG.
12, Normal lines on COM23 and COM31 are patched Check if they are common to each other. If an affirmative result is obtained here, the patch is executed as described above with reference to FIG. Are connected to each other so as to satisfy the condition of tangent plane continuity. In this case, the offset surface data Since there is no discontinuous space in between, the offset curved surface data creating apparatus immediately proceeds to step SP3 and ends the program. On the other hand, if a negative result is obtained in step SP2, the offset surface data creating apparatus proceeds to step SP2.
Moving on to 4, the shared boundaries COM12, COM2 are sequentially described as described below.
3, corresponding discontinuous space using data about COM31
The execution of the interpolation calculation of SPC 1 , SPC 2 , and SPC 3 is started. That is, first, in step SP4, the 0th point among the control points representing the shared boundary COM12 The execution of the interpolation calculation for (FIG. 7) is started. That is, the point of u = 0 and v = 0 About the first patch, as shown in FIG. Surface data for Control points representing the shared boundary COM12 Corresponding points From the data on Vector represented by Ask for. vector Is a point Represents the parallel surface data (the second term of equation (8)) for From the point Up to the difference vector. Also vector Is a vector Position vector represented by U = 0, v = 1 representing the shared boundary COM12 with reference to Offset surface data corresponding to Upper point . Vector obtained in this way Is a patch Surface data related to Of the discontinuous space SPC generated at the shared boundary COM12 1
Out of the point Point around Height and point of the end face part enclosed by Represents the inclination of the end face at About If you find the outer product like Point of Normal vector at Can be requested. Thus, the offset curved surface data creating apparatus is provided with the first patch. Offset surface data for 0th point representing the shared boundary COM12 Discontinuity end face based on data near Normal vector representing height and slope of Can be obtained. The offset surface data creating apparatus then proceeds to step SP
Move to 5 and the second patch Offset surface data for From the control point representing the shared boundary COM12 Offset surface data corresponding to Upper point From By performing the operation of From the point Vector up to Find this vector Normal vector in the same direction as Offset surface data Of the discontinuous end faces at the position of the common boundary COM12, that is, the point Point as data representing Normal vector at Can be requested. By the way, this normal vector As shown by the broken line in FIG. Plane at (02) 123 (normal vector Is the normal, and this is the normal vector And the offset surface data creating apparatus determines the normal vector in the next step SP6. Face M (02) 123 and point Normal vector at Position vector representing the intersection of Is calculated. Points obtained as a result of such calculation Is represented by a shared boundary, as shown in FIG.
Point representing COM12 Patches containing Offset surface data for Upper point The second patch is on a line extending in a direction perpendicular to the discontinuous end face at Offset surface data for Upper point Normal vector In the plane M (02) 123 orthogonal to. Therefore, center the tool on the first patch. Offset surface data for Based on the common boundary COM12
Surface on the line represented by = 0 In the process of cutting the curved surface of The center of the tool while machining Upper point When you reach, then patch Point of processing To the center of the tool before starting From the point And then this point From the point To the point of the common boundary COM12 The center of the tool to the first offset surface data Upper point To the second offset surface data Upper point Will be able to be moved. Thus the center of the tool is the first patch Offset surface data for Point of From the second patch Offset surface data for Point of In this case, it is possible to effectively avoid the possibility that the cutting edge of the tool performs an extraordinary operation such as excessively cutting off the workpiece. Eventually the center of the tool will be the second patch On the shared boundary COM12 of Point corresponding to Is reached, the center of the tool will be shifted to the offset surface data By moving up, the second
Patch Point on the boundary COM12 Data that can be restarted from the server. Offset surface data generator After calculating the data of step S7, a point representing the sharing boundary COM12 is similarly obtained in step SP7. By performing a similar operation on, the point corresponding to the discontinuous space SPC 1 Is calculated based on the same method, and then the process proceeds to step SP8 to obtain the position data obtained by the calculation. Offset surface data Interpolation is performed as surface data representing the moving position of the tool in the discontinuous space SPC 1 between the two. Thus, the offset surface data generating apparatus performs the offset surface data generation for the discontinuous space SPC 1 in steps SP4 to SP8 in FIG. Are created and interpolated, and in the following step SP9, the offset surface data for the discontinuous spaces SPC 2 and SPC 3 are set in the same manner as described above. Create and interpolate. Consequently offset surface data generating apparatus, in the foregoing step SP4~SP9, discontinuous space SPC 1, SPC 2, SPC 3
The interpolation program of the offset curved surface data for is ended. By moving the tool of the machine tool using the offset surface data created as described above, Offset surface data corresponding to By moving the center of the tool along Can be individually cut. At the same time, the first, second and third patches Offset surface data for From the state of moving the tool based on the shared boundary CO
Before passing through M12, COM23 and COM31 and proceeding to the processing of offset surface data of another patch, adjacent patches are connected under the condition of tangential plane continuity as described above with reference to FIG. Discontinuous space SPC 1
If SPC 2 or SPC 3 occurs, By interpolating the position data as offset surface data, the object to be processed by the machine tool can be determined by the first, second and third patches. Free surface represented by the above data and the interpolated offset surface data The cutting can be performed smoothly by using. And patch At the positions of the shared boundaries COM12, COM23, and COM31 therebetween, it is possible to effectively prevent the tool from abnormally operating and excessively cutting the workpiece. (G2) Interpolation of discontinuous space SPC 123 Next, the offset surface data creation device uses three patches. Share points of Data and three offset surface data A processing program for the discontinuous space SPC 123 in the corner portion generated between the steps is executed according to the following procedure. First, in step SP10, the operator checks the generated patch. Display the surface data on the display on the display and share the common points of the corners to be interpolated. After visually checking the Offset surface data around Specify the data representing the discontinuous end face of. In response to this, in the next step SP11, the offset surface data generating device executes the offset surface data generation as shown in FIG. Point representing the discontinuous end face of Data and points Points based on the data Normal vector at Ask for. These normal vectors Is a point Is a point To the translation amount data expressed by the second term of Equations (8), (9), and (10) Occur on an extension of the vector represented by, and thus the normal vector Point of discontinuous space SPC 123 Three discontinuous end faces centered at Represents the height and the inclination of. Subsequently, the offset surface data creating apparatus executes step SP
Move to 12 normal vector Intersection of the planes π (01) 123 , π (02) 123 , and π (03) 123 Ask for. Where the normal vector Π (01) 123 , π (02) 123 , and π (03) 123 Normal vector at position And a plane orthogonal to. Therefore, three planes π (01) 123 ,
When π (02) 123 and π (03) 123 intersect each other, the intersection common to these three surfaces Can be specified only at one point. That is, the point where the planes π (01) 123 and π (02) 123 intersect is
In FIG. 2, it is on the straight line indicated by the broken line L1 and
The intersection of (03) 123 and π (01) 123 is on the straight line indicated by the broken line L2. Therefore, the intersection of straight lines L1 and L2 Is the intersection of three planes π (01) 123 , π (02) 123 , and π (03) 123 Can be specified to only one point. Subsequently, the offset data creating apparatus proceeds to step SP13, and After the position data is interpolated as offset curved surface data for the discontinuous space SPC 123 generated in the corner, the program proceeds to step SP3 and ends the program. In this way three patches Of the offset surface data used when cutting free-form surfaces where the tangent planes are connected to each other under discontinuous conditions adjacent to each other, the discontinuous space SPC
When 123 occurs, the intersection in Figure 2 If cutting is performed using interpolation as interpolation data, the cutting edge of the tool This can effectively avoid the possibility of excessively shaving off the corner portion represented by the above. That is, for example, the first patch When moving a tool that is cutting a workpiece across the discontinuous space SPC 123 , the cutting edge of the tool The tool center position at one end To move the tool edge to a point. Away from Then the center of the tool is the second (or third) patch To move the tool edge to the point again. After touching the patch Go to the cutting process. Thus, it is possible to effectively prevent the tool from excessively shaving off the workpiece due to the abnormal operation. H Effects of the Invention As described above, according to the present invention, three patches connected under the condition that the condition of continuation of the tangent plane does not hold When cutting off an object having a free-form surface represented by the following formula, offset surface data representing the moving point of the tool at the corner portion is generated when offset surface data representing the moving path of the tool of the machine tool is created. By interpolation, it is possible to effectively prevent the possibility of generating machining data such as abnormally excessive cutting at a corner portion.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明によるオフセツト曲面データ作成方法の
一実施例を示すフローチヤート、第2図はコーナ部の不
連続空間の補間データの作成手順を示す略線図、第3図
は当該補間の結果得られるオフセツト曲面データを示す
略線図、第4図は2つのパツチ間に生じた不連続空間の
補間データの作成手順を示す略線図、第5図は隣接する
2つのパツチを接平面連続の条件によつて接続するため
の条件の説明に供する略線図、第6図は接平面連続の条
件の説明に供するベクトル図、第7図は接平面連続の条
件が成り立たない条件の下に接続した3つのパツチにつ
いてオフセツト曲面データを作成した場合に生ずる不連
続空間の説明に供する略線図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flowchart showing one embodiment of an offset surface data creating method according to the present invention; FIG. 2 is a schematic diagram showing a procedure for creating interpolation data of a discontinuous space at a corner; 3 is a schematic diagram showing offset surface data obtained as a result of the interpolation, FIG. 4 is a schematic diagram showing a procedure for creating interpolation data of a discontinuous space generated between two patches, and FIG. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a condition for connecting two patches to each other according to a tangent plane continuation condition, FIG. 6 is a vector diagram for explaining a tangent plane continuation condition, and FIG. FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a discontinuous space generated when offset curved surface data is created for three patches connected under a condition where the condition is not satisfied.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.CAD装置を用いて、物体の形状に近似させたベクト
ル関数で表され、かつ原則として互いに隣接する第1、
第2及び第3のパツチを接平面連続の条件の下で接続し
てなる上記物体の形状を表す曲面に基づいて、工具の形
状に基づくオフセツト量だけオフセツトした第1、第2
及び第3のオフセツト曲面データを生成するオフセツト
曲面データ作成方法において、 上記物体の形状を表す上記曲面のうち、共有点において
接平面が不連続であるコーナ部について、上記第1、第
2及び第3のパツチのオフセツト曲面データのうち、上
記第1、第2及び第3のオフセツト曲面データ上の上記
共有点に対応する点の第1、第2及び第3の法線ベクト
ルを求め、 上記第1、第2及び第3の法線ベクトルをもつ面の交点
を求め、 上記交点の位置データを上記コーナ部に生ずる不連続空
間におけるオフセツト曲面データとして補間することに
より生成したオフセツト曲面データによつて上記工具の
移動経路を制御して切削加工面を得ることができるよう
にした ことを特徴とするオフセツト曲面データ作成方法。
(57) [Claims] Using a CAD device, the first and second functions that are represented by a vector function approximated to the shape of the object and that are adjacent to each other in principle
First and second offsets by an offset amount based on the shape of the tool, based on the curved surface representing the shape of the object formed by connecting the second and third patches under the condition of continuation of the tangent plane.
And a third offset surface data generation method for generating offset surface data, wherein, among the curved surfaces representing the shape of the object, the first, second, and third corner portions having a discontinuous tangent plane at a common point are used. The first, second, and third normal vectors of the points corresponding to the shared points on the first, second, and third offset surface data among the offset surface data of the patch No. 3 are obtained. 1. Intersection points of the planes having the first, second, and third normal vectors are obtained, and the position data of the intersection points are interpolated as offset surface data in the discontinuous space generated at the corner portion. A method for generating offset curved surface data, characterized in that a cutting surface can be obtained by controlling the movement path of the tool.
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