JP3549240B2 - 加工シミュレーション描画方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は加工シミュレーション描画方法及び装置に関し、特に旋盤用数値制御装置の自動プログラミング装置又は自動プログラミングシステムに適用でき、旋盤用対話形数値制御装置にて素材の加工シミュレーションを行うときに描画される素材形状を立体的に見えるようにする加工シミュレーション描画方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
旋盤用対話形数値制御装置の自動プログラミングシステムにおいて、作成した加工プログラムを検証するために素材が加工されていく様子をシミュレートすることが行われている。
【０００３】
従来、加工シミュレーションを行うときは、表示画面にまず、素材形状が描画される。素材が円柱形であればその輪郭である矩形が描画され、その矩形の中は単色で塗りつぶされた状態で描画される。また、素材が任意形状の場合はその指定された形状を枠で囲って塗り潰している。この素材を削る場合には、工具チップも同時に描画され、工具の移動に従って、塗り潰された素材形状が順次削り取られて行くようになっている。
【０００４】
図１０は従来の加工中の状態をシミュレーション表示した画面表示例を示す図である。図において、斜線を施した部分が素材１００であり、破線で示した矩形の枠１０１が加工前の素材１００の輪郭である。また、１０２が工具であり、１０３が工具チップである。工具１０２は素材１００の回転軸方向であるＺ軸方向と、半径方向であるＸ軸に沿って移動し、素材１００と工具チップ１０３とが干渉した部分は削り取られた部分として背景の色と同じ色にする処理をし、これによって、素材１００が削り取られて行く様子をシミュレートするようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の加工シミュレーション描画装置では、素材１００を枠で囲ってその中を単色で塗り潰した状態で描画し、素材１００が加工されて行く場合も素材部分は単色で描画するというように、単純に平面的なものを２次元的に削り取っていく形でしか描画されず、表現力に欠けるという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、加工されて行く素材を立体的に表現して、より実物に近い加工シミュレーションを行う加工シミュレーション描画方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、旋盤用対話形数値制御プログラミングにて加工シミュレーションを行う際の加工シミュレーション描画方法において、加工される素材の形状を回転軸方向に沿って半径方向に細長い複数の帯に分解し、分解された前記帯の長さを半径方向に沿って複数の領域に分割し、分割された前記帯の複数の領域に対して濃度差を与えるとともに、前記素材と工具との干渉部分を除いた長さの帯についてその半径方向に沿う複数の領域に対して濃度差を与えて表示することを特徴とする加工シミュレーション描画方法が提供される。
また、旋盤用対話形数値制御プログラミングにて加工シミュレーションを行う際の加工シミュレーション描画装置において、加工される素材及び工具の形状データを格納する形状データ格納手段と、前記形状データ格納手段に格納されている前記素材の形状を回転軸方向に沿って半径方向に細長い複数の帯に分解する素材分解処理手段と、分解された前記帯の長さを複数の領域に分割する帯分割処理手段と、前記帯分割処理手段によって分割された前記帯の複数の領域に対して濃度差を与えるようにした領域濃度配分手段と、分解されて異なる濃度が割り当てられた前記帯の描画データを格納する描画データ格納手段と、前記素材と工具との干渉部分を検出して前記帯分割処理手段に対し干渉部分を除いた長さの帯について帯分割処理を指示する加工状態検出手段と、前記描画データ格納手段の描画データを表示する表示手段と、を備え、前記素材分解処理手段は、細長い複数の帯を１ドット幅で分解することを特徴とする加工シミュレーション描画装置が提供される。
【０００８】
【作用】
上述の手段によれば、素材分解処理手段にて、素材形状を回転軸方向に沿って半径方向に細長い複数の帯に分解し、帯分割処理手段では、分解された各帯を半径方向に沿って複数の領域に分割し、領域濃度配分手段によって、分割された領域に対して着色される色を濃度を変えて割り当てる。濃度が割り当てられた描画データは、描画データ格納手段に一旦格納され、そして表示手段に読み出されて画面に描画される。素材の加工時には、加工状態検出手段が工具によって削り取られた素材部分を検出し、その部分に係る帯について、再度、帯の複数領域への分割から処理を繰り返し、結果を描画データ格納手段に格納し直すようにする。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の加工シミュレーション描画装置を示すブロック図である。この図によれば加工シミュレーション描画装置は、形状データ格納手段１と、素材分解処理手段２と、帯分割処理手段３と、領域濃度配分処理手段４と、描画データ格納手段５と、加工状態検出手段６と、表示手段７とで構成されている。
【００１０】
形状データ格納手段１は、加工される素材の形状データ、工具の形状データなどをビット座標系で持っている。素材分解処理手段２では、形状データ格納手段１に格納されている素材の形状データをもとに、素材の形状を回転軸（Ｚ軸）方向に沿ってたとえば１ドット幅を有する複数の帯に分解する処理を行う。次に、帯分割処理手段３において、分解処理された帯を半径方向（Ｘ軸方向）に１ドットを最小単位とする複数の領域に分割する処理を行う。幾つかの領域に分割された帯は、領域濃度配分処理手段４において、各領域に対し色の濃度を変えて割り当てる処理が行われる。具体的には、素材の回転中心から半径方向外方に向けて濃度が順次濃くなるように各領域に対して濃度配分が行われる。その後、分割された領域に異なる濃度が割り当てられた素材の描画データは描画データ格納手段５に蓄えられる。そして、この描画データは表示手段７によって画面表示される。
【００１１】
また、加工状態検出手段６では、素材と工具との干渉部分、つまり、工具によって素材が削り取られる部分を監視していて、素材が削り取られる部分があれば、その帯の長さが変わるので、干渉部分を除いた長さの帯について改めて帯分割処理及び領域濃度配分処理を行うようにし、その部分に関する描画データ格納手段５内の描画データを更新する。
【００１２】
図２は素材のシミュレーション描画装置の処理を示すフローチャートである。この図によれば、素材のシミュレーション描画を行うときには、与えられた素材の形状をドット単位で分解し、ｎ本の帯を作る（ステップＳ１）。次に、帯の位置をカウントするカウンタの変数ｉを１に初期設定する（ステップＳ２）。
【００１３】
最初は、１番目の帯についての陰影処理を行う（ステップＳ３）。この陰影処理を、次の帯について行うためカウンタの変数ｉを１だけカウントアップする（ステップＳ４）。カウントアップされた変数ｉがｎを越えていないかどうかをチェックする（ステップＳ５）。このステップＳ５の判断にて、ｎ≧ｉであれば、すべての帯についての陰影処理が終了していないので、ステップＳ３に戻って、新しいｉ番目の帯についての陰影処理を行うようにする。このようにして、これらステップＳ３〜Ｓ５のループにおいて、最後の帯まで、陰影処理が繰り返し行われると、素材の描画処理を終了する。
【００１４】
図３は陰影処理を示すフローチャートである。図において、ｎ本に分解されたｉ番目の帯をｍ個の領域に分割する（ステップＳ１１）。次に、領域の位置をカウントするカウンタの変数ｊを１に初期設定する（ステップＳ１２）。
【００１５】
最初は、１番目の領域に、ｍ段階に分けた濃淡の１番目の濃度を割り当てて、描画する（ステップＳ１３）。たとえば、１番目の領域が素材の回転中心に最も遠い外周の位置とすると、１番目の領域には、ｍ段階の濃度のうち、最も暗い濃度が割り当てられる。次に、カウンタの変数ｊを１だけカウントアップして、処理対象を隣の領域に移す（ステップＳ１４）。カウントアップされた変数ｊがｍを越えていないかどうかをチェックする（ステップＳ１５）。このステップＳ１５の判断にて、ｍ≧ｊであれば、すべての領域についての描画処理が終了していないので、ステップＳ１３に戻って、新しいｊ番目の領域についての描画処理を行うようにする。このようにして、これらステップＳ１３〜Ｓ１５のループにおいて、最後の領域まで、繰り返し描画処理が行われ、上記の例であれば、半径方向外方に向かって各領域に順次濃度を濃くして描画する処理が行われる。この描画処理が最後まで行われると、次の帯の処理に復帰する。
【００１６】
図４は素材形状をドット単位で分解した状態を示す説明図である。この図において、素材形状８は回転軸に対して線対称であるので、素材の半分だけを示してあり、かつ、説明のために、寸法は誇張して示してある。この例によれば、素材形状８はその回転軸方向及び半径方向ともに画面表示の最小単位であるドット単位に分解されている。このようにして分解されたドットのうち、半径方向のドットの並びを「帯」と呼んでいる。図示の例では、斜線を施した帯９は右端の帯を１番目とすれば、３番目の帯であり、全体では、素材形状８はｎ本の帯に分解されているとする。もちろん、帯の幅は１ドット幅に限らず、複数ドット幅を有するようにしてもよい。
【００１７】
図５は分解された帯を等角度に相当する領域に分解する状態を示す説明図である。この図において、中央に、１本の帯９が示されており、その右側に、帯９の長さを半径とする１／４円Ｃが、左側に、分割された領域に割り当てられる濃度のスケールＧが示されている。
【００１８】
１／４円Ｃは、等角度にｍ個に分割されている。図示の例では、１／４円Ｃは９等分されている。等分された９個の扇形図形の各円弧両端からは、帯９に対して平行な補助線Ｌ１〜Ｌ１０が引かれており、これら補助線Ｌ１〜Ｌ１０によって、帯９は９個の領域Ａ１〜Ａ９に分割されている。分割された領域Ａ１〜Ａ９は１ドットを最小単位とするドットの集まりである。
【００１９】
また、濃度のスケールＧは、回転中心から半径方向外方に向かって色が濃くなる順序で、濃度をｍ（図示の例ではｍ＝９）分割してある。各濃度Ｇ１〜Ｇ９は、対応する領域Ａ１〜Ａ９に順次割り当て配分されている。
【００２０】
図６は素材を加工シミュレーション中の描画処理を示すフローチャートである。この図において、加工開始した後では、まず、工具が素材を削り取ったかどうかを判断する（ステップＳ２１）。工具が移動して、たとえば素材の１ドット分が削り取られたか否かを常に監視していて、素材の削り取りがなければ、このステップＳ２１を繰り返す。
【００２１】
ステップＳ２１において、素材の削り取りがあったならば、削り取られることによって短くなった帯について、改めてその帯についての領域分割及び領域への濃度配分を行う陰影処理を行う（ステップＳ２２）。この陰影処理は図３に示した流れに従って行われる。
【００２２】
その帯についての陰影処理が終わると、次に、工具移動が終了したかどうかが判断され（ステップＳ２３）、工具移動終了でなければ、ステップＳ２１に戻り、工具移動終了であれば、そのまま終了する。
【００２３】
図７は切削描画中に素材と工具との干渉状態を示す図である。この図は、工具１０が移動することによって帯の半径方向外方端の何ドット分かが削り取られる様子を誇張して示したものである。この図の例によれば、最初、工具１０はＸ軸方向に移動されていて、工具チップ１０ａが右端の帯の外周側の斜線を施した４ドット分と接触されている。したがって、工具１０が次の１ドットの移動で、それら４ドット分が削り取られることになる。
【００２４】
図８は素材の切削状態を示す図である。この図によれば、図７に示した、素材に対する工具の位置関係から、工具１０が１ドット分左方向に移動して、素材が工具と干渉して削り取られた状態を示している。図示の例で、外周側の４ドット分が削り取られた帯９は、長さが変化し、濃度の配分の割合も異なって来るので、その短くなった帯９に対して、再度、陰影処理が行われることになる。
【００２５】
図９は、本発明を実施するための対話形数値制御装置のハードウエアの概略構成を示す図である。プロセッサ１１はＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムに従って対話形数値制御装置全体を制御する。ＲＯＭ１２にはＥＰＲＯＭあるいはＥＥＰＲＯＭが使用される。ＲＡＭ１３にはＳＲＡＭなどが使用され、加工シミュレーションするときの素材及び工具の形状データ、各種の入出力信号などが格納される。不揮発性メモリ１４には図示されていないバッテリによってバックアップされたＣＭＯＳが使用され、電源切断後も保持すべき加工プログラム、パラメータ、ピッチ誤差補正量、工具補正量などが格納される。
【００２６】
ＣＲＴ／ＭＤＩ（Cathod Ray Tube/Manual Data Input ）ユニット２０のグラフィック制御回路２１はディジタル信号を表示用の信号に変換し、表示装置２２に与える。描画データを格納するビデオＲＡＭはグラフィック制御回路２１に含まれている。表示装置２２はＣＲＴあるいは液晶表示装置が使用される。表示装置２２は対話形式で加工プログラムを作成しているときや加工シミュレーション時に、形状、加工条件及び生成された加工プログラムや、加工状態の素材、工具などを表示する。
【００２７】
旋盤用対話形数値制御装置の自動プログラミングシステムにて加工プログラムを作成するときには、表示装置２２に表示される内容（対話形データ入力画面）に従ってデータを入力することにより加工プログラムを作成することができる。画面の上部にはデータの意味を表す図形が表示され、下部に入力すべきデータの種類が表示される。また、画面にはその画面で受けられる作業またはデータがメニュー形式で表示される。メニューのうちどの項目を選択するかは、メニューの下のソフトウエアキー２４を押すことにより行い、ソフトウエアキー２４の意味は各画面毎に変化する。
【００２８】
キーボード２３にはシンボリックキー、数値キーなどから成り、必要な図形、データをこれらのキーを使用して入力する。
プログラマブル・マシン・コントローラ（ＰＭＣ）１８はＮＣプログラムを実行する際に、バス１９経由でＭ機能信号、Ｔ機能信号（工具選択指令）などを受け取る。そしてこれらの信号をシーケンスプログラムで処理して、動作指令として信号を出力し、旋盤系の工作機械３０を制御する。また、工作機械３０から状態信号を受けて、シーケンスプログラムで処理を行い、バス１９を経由して、プロセッサ１１に必要な入力信号を転送する。
【００２９】
軸制御回路１５はプロセッサ１１から軸の移動指令を受けて、軸の指令をサーボアンプ１６に出力する。サーボアンプ１６はこの移動指令を受けて、工作機械３０のサーボモータを駆動する。これらの構成要素はバス１９によって互いに結合されている。
【００３０】
なお、プロセッサを複数個にして、マルチプロセッサシステムとすることもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、加工しようとする素材形状に対して、回転軸方向に複数の帯に分解し、分解された帯に陰影処理を施すようにするとともに、加工中の素材形状に対しては、帯が削り取られる度にその帯に陰影処理を施すように構成した。これにより、素材形状を立体的に見えるようにすることができ、削り取り描画中では、実際に切削しているようなシミュレーションを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加工シミュレーション描画装置を示すブロック図である。
【図２】素材のシミュレーション描画装置の処理を示すフローチャートである。
【図３】陰影処理を示すフローチャートである。
【図４】素材形状をドット単位で分解した状態を示す説明図である。
【図５】分解された帯を等角度に相当する領域に分解する状態を示す説明図である。
【図６】素材を加工シミュレーション中の描画処理を示すフローチャートである。
【図７】切削描画中に素材と工具との干渉状態を示す図である。
【図８】素材の切削状態を示す図である。
【図９】本発明を実施するための対話形数値制御装置のハードウエアの概略構成を示す図である。
【図１０】従来の加工中の状態をシミュレーション表示した画面表示例を示す図である。
【符号の説明】
１ 形状データ格納手段
２ 素材分解処理手段
３ 帯分割処理手段
４ 領域濃度配分手段
５ 描画データ格納手段
６ 加工状態検出手段
７ 表示手段
８ 素材形状
９ 帯
１０ 工具
１０ａ 工具チップ

Claims (5)

1. 旋盤用対話形数値制御プログラミングにて加工シミュレーションを行う際の加工シミュレーション描画方法において、
   加工される素材の形状を回転軸方向に沿って半径方向に細長い複数の帯に分解し、
   分解された前記帯の長さを半径方向に沿って複数の領域に分割し、
   分割された前記帯の複数の領域に対して濃度差を与えるとともに、
   前記素材と工具との干渉部分を除いた長さの帯についてその半径方向に沿う複数の領域に対して濃度差を与えて表示することを特徴とする加工シミュレーション描画方法。
2. 旋盤用対話形数値制御プログラミングにて加工シミュレーションを行う際の加工シミュレーション描画装置において、
   加工される素材及び工具の形状データを格納する形状データ格納手段と、
   前記形状データ格納手段に格納されている前記素材の形状を回転軸方向に沿って半径方向に細長い複数の帯に分解する素材分解処理手段と、
   分解された前記帯の長さを複数の領域に分割する帯分割処理手段と、
   前記帯分割処理手段によって分割された前記帯の複数の領域に対して濃度差を与えるようにした領域濃度配分手段と、
   分解されて異なる濃度が割り当てられた前記帯の描画データを格納する描画データ格納手段と、
   前記素材と工具との干渉部分を検出して前記帯分割処理手段に対し干渉部分を除いた長さの帯について帯分割処理を指示する加工状態検出手段と、
   前記描画データ格納手段の描画データを表示する表示手段と、
   を備え、
   前記素材分解処理手段は、細長い複数の帯を１ドット幅で分解することを特徴とする加工シミュレーション描画装置。
3. 前記素材分解処理手段は、複数の帯に分解された素材を半径方向にもドット単位で分解することを特徴とする請求項２記載の加工シミュレーション描画装置。
4. 前記帯分割処理手段は、前記帯の長さを半径とする１／４円を等角度で分割し、分割された扇形図形の円弧両端より前記帯に対して平行に引いた補助線によって前記帯を複数の領域に分割することを特徴とする請求項２記載の加工シミュレーション描画装置。
5. 前記領域濃度配分手段は、半径方向外方に向かって濃度を順次濃くするように配分することを特徴とする請求項２記載の加工シミュレーション描画装置。

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