JP4127089B2 - 切断経路作成装置及び切断経路作成方法 - Google Patents
切断経路作成装置及び切断経路作成方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工機、ウォータジェット加工機、プラズマ切断機等により複数個の製品を切り抜き切断加工するＮＣプログラムデータを作成するＣＡＤ／ＣＡＭ装置等の切断経路作成装置及びその処理方法に関するものであり、特に、入熱が集中する、もしくは切断動作が連続して集中することによる材料の局所的なひずみが発生する、などの問題を防ぐ切断経路の設定を行う自動プログラミング機能に関する。
【０００２】
なお本発明は、専用機及び市販のパソコンＯＳ上で動作するＣＡＤにおいて、加工板材の切断経路設定処理および切断経路設定処理用の加工データつまりＮＣデータ生成の処理に関し、専用機及び市販のパソコンＯＳ上で動作するＣＡＤ／ＣＡＭ装置、自動プログラミング装置、およびソフトウェアとして使用することができる。
【０００３】
【従来の技術】
加工がある領域に密集することによる被加工物の熱変形を防止するために、工具の移動が最短となる点のみに意識することなく、最初に加工すべき位置を選択した後、順次、直前に選択された加工位置から距離の離れた位置を検索して次の加工位置として選択し、工具の位置決め経路を作成するＣＡＤ／ＣＡＭシステムにおける加工位置決め経路作成方法が、特開平８−９９２５２号公報に示されている。
【０００４】
また、他の加工経路の決定方法として、加工領域を複数のバケットに細分割し、該バケット内の加工経路を巡回セールスマン問題を適用して決定する加工経路決定方法が、特開２００１−１９５１１２号公報に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−９９２５２号公報（第２頁、第２図、第３図）
【特許文献２】
特開２００１−１９５１１２号公報（第３〜５頁、第３図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−９９２５２号公報に開示された位置決め経路作成方法では、穴加工における熱変形を回避するための技術が示されており、対象とする一つ一つの加工が比較的小さくてしかもほぼ同じ大きさの穴形状だけにおける適用を前提としているため、１個あたりの加工による加工ワークへの蓄熱の影響や、１個加工した後の残りの加工ワークの面積つまり熱を伝達して拡散させるための熱容量が、どの穴を加工した場合もほぼ同等であり、それぞれを加工する順番による影響の変化を注意する必要が無い状況においての適用例が示されている。
しかしレーザ加工機などで加工を行う場合には切断形状や大きさが千差万別であり、例えば先に面積の大きな穴や大きな部品を切り落とししてしまうとその後で加工を行う際の入熱を拡散させるための残っている材料の熱容量が少なくなるなどの問題があるため、面積の大きな形状の切断は順序を後の方にするなどの配慮が必要であるが、特開平８−９９２５２号に示されている技術ではその配慮はなされない。
【０００７】
また面積の大きな穴や部品だけでなく、面積が小さいながらも例えば歯車形状の様に形状が複雑で切断距離が長い穴や部品の場合は、他の加工を行う前のまだ残っている加工ワーク全体の面積、つまり熱容量が大きなうちにこれらを優先して加工を行うなどの配慮も必要であるが、特開平８−９９２５２号に示されている技術ではその配慮はなされない。
【０００８】
また加工対象穴が加工ワークのほぼ中心部分と左右もしくは上下の両端部分に複数個ずつ集まって配置されている場合、熱の集中を避けるためには両端と中央部分とを交互に加工する方法が当然考えられるが、特開平８−９９２５２号に示されている技術では、両端に集まっている穴形状ばかりが先に加工を行われてしまい、後半は中心部分に集まっている穴ばかりが残ってしまうなどという不都合が生じ、熱の蓄積集中を避けるための処理にならない、などの問題点があった。
【０００９】
また、特開２００１−１９５１１２号公報に開示された加工経路決定方法では、加工領域を複数のバケットに分けてバケット毎に該バケット内の加工穴の位置を考慮した加工経路を設定する処理が示されているが、熱によるひずみの発生は考慮せず各バケット内での加工時間を短縮するための経路決定を行う処理が示されており、前記の様な加工形状の大きさや形状による蓄熱回避や熱の拡散伝達促進を考慮する様な加工経路の作成技術については示されていない。
【００１０】
本願発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、加工を行う際の入熱が集中する、もしくは切断動作が連続して集中することによる材料の局所的なひずみの発生を抑える加工データを生成することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る切断経路作成装置は、形状を定義した図形データを入力する入力手段と、この入力手段により入力された上記図形データを記憶する記憶手段と、上記図形データが配置される板材データの領域を複数のエリアに分割する分割方法設定手段と、この分割方法設定手段により分割された各エリア内に、上記図形データの一部もしくは全部が入っているかを認識するエリア内部品認識手段と、このエリア内部品認識手段の認識結果に基づき、上記図形データを切断加工する切断順を何れのエリアから行うかを選定する優先エリア選定手段と、上記図形データに基づき、切断加工及び切断順が定められた切断データを生成する切断データ生成手段と、を備えたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に添付図を参照して、この発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明を適用した一実施の形態のＣＡＤ／ＣＡＭ装置の構成の概略を示すブロック図である。
ＣＡＤ／ＣＡＭ装置は、入力された各種データをもとに製品の形状を定義した図形データを作成し、切断方向や切断条件を解析して切断情報等を生成するＣＰＵ１と、入力された各種データを記憶すると共に、一枚の板材上に形成する複数個の製品の図形データを描くことができ、かつ、先ピアシング処理機能としての必要なソフトウェアが格納されるメモリ２と、定義済みの図形データや切断経路、切断条件、入力要求メッセージ等を画面に表示すると共に、一枚の板材上に形成する複数個の製品の図形データの全てを描くことができるＣＲＴや液晶等のディスプレイ６と、ディスプレイ６に表示される図形やメニューの選択を行うポインティングデバイスとしてのマウス３と、形状データや切断条件などの各種データを入力する入力手段としてのキーボード５と、定義済みの図形データを記憶するための外部記憶装置４と、切断情報や画面の表示内容などの印刷を行うプリンタ７とを有し、これらはすべてバス８により接続されている。
また、バス８には、ケーブル等を介して本実施の形態で使用するレーザ加工機等の切断装置が接続される場合もある。
【００１３】
図２は、本実施の形態における処理フローを示し、例えば、ユーザ操作に基づき図３に示すような製品図形を加工すべくＣＡＤ／ＣＡＭ装置上で配置処理（図５参照）が行われた後の操作の流れを示すものである。
図３には、５つの形状Ａ〜Ｅの図形が示されており、長方形の形状Ａにはａ１、ａ２の２個の四角形の穴が開いており、円形の形状Ｂにはｂ１の１個の大きな円形の穴が開いており長方形の形状Ｃにはｃ１の１個の小さな円形の穴が開いており、異形状の形状Ｄにはｄ１の小さな三角形の穴が開いており、異形状の形状Ｅには穴が開いていない。
ここで、形状Ｄや形状Ｅは、形状Ｂに開いている大きな円形の穴ｂ１に入り込むことが出来る程度の大きさになっている。
【００１４】
また、図５では製品図形の形状がそのまま配置されているが、図４に示すようにそれぞれ製品図形に対し、穴や外周においてピアス線が付加され製品図形の配置処理が行われたものとしても同様である。
さらに図２には操作の流れと共に各種手段が示されており、これらはソフトウェア上の処理としてあらかじめ用意されているもので、コンピュータの外部記憶装置４やメモリ２などに記憶保存されているものである。
この中で、分割方法設定・記憶手段Ｐ１は、加工領域を複数のバケットに分ける際の分割方法を設定し記憶する手段であり、例えば縦方向３分割横方向４分割に分割するとか、またそれぞれを等分に分割するのか、それとも３分割の場合３：４：３などの比率で分割するのかなどの分割方法を設定し記憶する手段である。この設定は、この処理を実行するより前にオペレータが予めキー入力などして記憶させておいてもよく、もしくはこの処理を実行する時点ではじめてオペレータに入力させ一時記憶させて処理に使用するなどでもかまわない。
【００１５】
具体的には、図５示す様に配置処理が行われた後において、ステップＳ１にてマウスやキーボード操作によって分割方法設定・記憶手段Ｐ１のソフトウェア処理を稼動させ、対象加工ワーク全体のエリアを予め指定されたルールに基づいて図７示すように区分け、分割した状態をコンピュータ上で処理し表示する。
ルールに基づいた処理の例としては、分割方法設定・記憶手段Ｐ１に例えば「縦方向３分割横方向４分割のそれぞれ等分で分割」と設定記憶されている場合、図５の様な配置処理後の状態において加工ワークの大きさはコンピュータ上に記憶されており、一般的なＣＡＤ装置が搭載する機能として線分を等分に分割する処理などは行うことができるので、その様な機能によって図７に示す様に加工ワークを分割方法設定・記憶手段Ｐ１に記憶されている通りに分割処理を行うことができ、その状況がオペレータに認識しやすくするためにディスプレイ６に表示される。
もしくはその状況をディスプレイ６に表示しなくとも、コンピュータ内の計算上の動作として分割処理が行われ、メモリ２や外部記憶装置４に記憶される。
【００１６】
エリア内部品認識手段Ｐ２は、分割方法設定・記憶手段Ｐ１にて分割された特定エリア内にどの部品形状の一部もしくは全部が入っているかを認識する。
ステップＳ２にてマウスやキーボード操作によってエリア内部品認識手段Ｐ２のソフトウェア処理を稼動することにより、具体的には、図７に示すような状態を実現する場合、図８に示す様な加工ワーク全体エリアを分割方法設定・記憶手段Ｐ１により区分け分割した状態と図５の配置処理後の状態をディスプレイ６に重ねて表示させ、図８の（ア）〜（シ）のエリア毎でそれぞれの部品の一部もしくは全部が入っているかを認識処理する。
ここで（ア）〜（シ）の記号は本文の説明を分かりやすくするために示してあり、実際のディスプレイ６上には表示されていなくてもよい。
【００１７】
エリア毎でそれぞれの部品の一部もしくは全部が入っているかの認識処理の動作例を具体的に示す。
まず図８に示す様な（ア）〜（シ）の各エリアを囲む線と部品を構成する線とが交差するかをＣＡＤ機能上で調べ、交差する点があればその位置のエリアを囲む線に面するエリアにその部品の一部が入っていると判断する。
例えばエリア（ア）と（イ）の境界線に部品の線が交差すれば、その部品はエリア（ア）と（イ）との両方に形状の一部分が入っていると判断できる。
この様に全てのエリア間の境界線について交差している部品の境界線を調べる。線と線が交差しているかを調べる機能は、ＣＡＤソフトウェアが保有している機能である。
【００１８】
次に、ＣＡＤ図形領域内にある全ての部品を調べ、前述の通り部品と境界線が交差しているかを調べたことによりどの部品が交差していると判断されたのかを調べ、部品の存在が認識されているにもかかわらずいずれの境界線にも交差していない部品が有れば、それはいずれかのエリアの中に完全に含まれる位置に存在していると判断される。
境界線との交点を持たない部品が有った場合には、その部品を構成する線の上の点を起点とする半直線を擬似的にＣＡＤソフトウェア上で作成し、どのその半直線が最初にどの境界線にどちらの向きから交差するかを調べることにより、その部品がどのエリアの中に含まれているのかを調べる。
【００１９】
以上の場合の他に、部品の大きさが大きくていずれかの１個もしくは複数のエリアが一つの部品の中に完全に入ってしまう場合も有りえる。
従って、続いての判断処理として、（ア）や（イ）などの各エリアにおいて、それぞれの個別の閉じたエリアを一つの図形に見立てて、そのエリアに交差していない部品だけを対象として、その閉じたエリアの境界線上の点を起点とする半直線を擬似的に作成し、対象となる部品との交点の数を求め、その数が奇数であればそのエリアはその部品の中に完全に含まれており、偶数であればその部品の外にあることが判断できる。
なお、閉じたエリアであるかをＣＡＤ上で認識するのは、境界線の端点・交点位置の連続一致を順番に調べることで実現できる。
また擬似的に作成する半直線は、オペレータに認識させる必要はないのでディスプレイ６などには表示させなくともよい。
以上に示した判断処理はＣＡＤソフトウェア上で実現させる一つの方法である。
【００２０】
上記の様に判断した結果、例えば、図７の例を見ると、図８に（ア）で示されているエリアには図３に示す形状（Ａ）が１個だけ、（イ）で示されているエリアには、形状（Ａ）と形状（Ｂ）と形状（Ｄ）がそれぞれ１個ずつと形状（Ｅ）の５個がそれぞれ全部もしくは一部がエリアに入っていることが認識処理される。
【００２１】
この認識処理と、さらにステップＳ３のエリア内優先未設定部品数認識処理により、それぞれのエリア内の個数が図９に示す様に認識される。
具体的な動作例としては、マースやキーボード操作によってエリア内優先未設定部品数認識手段Ｐ３のソフトウェア処理を稼動させ、エリア内部品認識手段Ｐ２により判断される部品の数を数え、内部処理的に図９に示す様にそれぞれのエリア内の部品の数を数えて外部記憶装置４やメモリ２に記憶する。
ここで、例えば図７の場合、エリア（ア）に入っている形状（Ａ）はエリア（イ）や（オ）や（カ）にもその一部が入っているのでそれぞれのエリアで数が数えられているため、全部のエリア毎の個数の合計は、当然ながら加工ワーク全体に配置されている実際の部品の総数よりも大きな数値となる場合がある。
【００２２】
そして次のステップＳ４にて、マウスやキーボード操作によって優先エリア選定手段Ｐ４のソフトウェア処理を稼動させ、どのエリアに入っている部品を優先して切断するのかを選定する。
その一手段として、図９に示す例において（ウ）のエリア内の個数が最大の２２個になっているので、この時点では（ア）から（シ）の中で（ウ）のエリアが最優先であると判断する。
【００２３】
そしてステップＳ５にて、マウスやキーボード操作によってエリア内優先部品選定手段Ｐ５のソフトウェア処理を稼動させ、優先であると選定されたエリアの中のどの部品を優先して切断するのかを選定する。
その一つの手段として、当該加工ワークの全体に部品を配置した時点で図６に示す様に全部品の順番が決められている場合があるので、この順番を示す番号を参照し、上記選定されたエリア内の一番番号の小さい部品が最優先であると判断する。
つまりこの場合、図６に示す番号と図８に示す状態とを重ねて図１０の状態を想定し、（ウ）のエリア内で番号が一番小さい形状（Ｅ）の（３２番）の部品が最優先であると判断する。
なおここで、図６に示されている番号は当然ながらその番号順に切断して問題が発生しない順番に付けられているものであることとする。
これは例えば、図６の中で１０番１１番として番号が付加されている形状（Ｄ）は、１２番１３番として番号が付加されている形状（Ｂ）の穴の中に配置されているので、この形状（Ｄ）より先にこの形状（Ｂ）の切断して切り落としを行ってしまうと形状（Ｄ）は正常に切断できないこととなってしまうためである。
これは形状（Ｂ）の穴の中に形状（Ｅ）が配置されている部分などもあるが同様である。
つまり、穴の中に入っている部品の番号は、その穴に付加されている番号より必ず小さい数字となっている。
【００２４】
次にステップＳ６で、加工ワーク内のまだ加工順が選定されていない部品が残っているか確認され、この時点では（３２番）の部品以外はまだ選定されず残っているのでステップＳ３の処理に戻る。
前記ステップＳ５の処理により（３２番）の部品が既に優先設定されたので、図１０に示す（ウ）のエリア内の優先順位が未だ設定されていない部品の数である優先未設定部品数が１個減算されるとともに、この（３２番）は（キ）のエリアでも数えられているので（キ）のエリア内の優先未設定部品数も１個減算されてそれぞれのエリア内優先未設定部品数が確認される。
【００２５】
そしてステップＳ４にて、やはりこの時点でも（ウ）のエリア内の個数が２１個で最大個数となっているので、（ウ）のエリアが最優先であると判断する。
この様にしてステップＳ３からステップＳ６までの処理を繰り返すことにより、加工ワーク内のすべての部品に対して順次加工する順番が設定される。
なおここで、ステップＳ６の後でステップＳ３に戻ってからエリア内の優先未設定部品数を再度認識し直す処理の例を示してあるが、ステップＳ６にて優先未設定部品数を認識する処理を兼ねてもよく、その場合はステップＳ６からステップＳ３に戻るのではなくステップＳ４に戻る処理で可能となる。
もしくは、ステップＳ６からステップＳ２に戻ってエリア内部品を再度認識し直す処理から繰り返してもかまわない。その場合、エリア内部品認識手段として、既にエリア内優先が設定してある部品なのか未設定なのかを区別する機能を併せ持ち、つまりステップＳ３の処理を兼ねても良い。
この図２に示す処理フローはソフトウェア上の処理で構成するので、同等の処理が行われ同等の効果が得られるなら、必ずしも図２に示す処理順番でなくてもかまわない。
【００２６】
また、上記の通り（ウ）のエリア内の部品が順次優先設定されて、その結果次に多い（キ）のエリアと個数が同じになった場合には、ステップＳ４の優先エリア選定処理として以下の判断処理を用いても良い。
１：図８に示すアイウエオの順で優先エリアを選定する。
２：部品面積算出処理を活用してエリア内の残っている部品の面積の総合計が小さい方もしくは大きい方を優先する。
効果：切断時の熱影響を避ける事ができる。
例えば、加工ワーク内の大きな割合を占める大きな部品が一つあり、その他は小さい部品だけの様な場合、面積の総合計の小さい方を優先させれば、熱容量の大きな部品が切り離されずに後の時まで残るので熱の拡散効果がある。
また、加工ワーク全域に渡ってほぼ同じ大きさの、小さな部品ばかりが多数配置されている様な状態の場合には、面積の総合計の大きい方から優先させれば、全域に渡って均等に加工が行われる。
この様に、配置されている形状の状態によって使い分けをすることもできる。
３:部品切断距離判断処理を活用してエリア内の残っている部品の切断距離の総合計が小さい方もしくは大きい方を優先する。
効果：例えば、加工ワーク内の大きな割合を占める大きな部品が一つあり、その形状の外周のほとんどが単なる直線だけの単純な形状でありながら、ある一部分だけが例えば歯車の様に非常に複雑で入り組んだ形状になっていて、その部分がある特定のエリア内にだけに集中してしまっている場合、熱容量の大きなその部品が優先されて加工されてしまうことを避けるために、切断距離の総合計が小さい方を優先させ、また、加工ワーク全域に渡って同じ大きさで同じ形状の部品ばかりが配置されている様な状態の場合には、切断距離の総合計の大きい方から優先させれば、全域に渡って均等に加工が行われる。
この様に、配置されている形状の状態によって使い分けをすることもできる。
４：双方のエリア内で最優先となる部品同士を比較して面積の小さい方を優先する。
効果：面積の小さな部品を優先して切断し大きな部品は可能な限り残して後の順番にすることにより発生した熱をまだ残っている大きな面積の部品に吸収拡散させる事ができる。
５：双方のエリア内で最優先となる部品同士を比較して、加工ワークの周辺端部から距離の近いものつまり加工ワークの中央からの距離が遠い方を優先する。
効果：加工ワークの中央に近い部分を切断した場合には熱の拡散が期待できるものの、端面に近い部分を切断した場合には熱が拡散される方向が限られてしまうため、発生した熱を吸収拡散させる部分がまだ多く残っている間に周辺部から優先して切断する。
６：部品切断距離判断処理を活用して双方のエリア内で最優先となる部品同士を比較して部品の切断距離が短い方もしくは長い方を優先する、
効果：例えば歯車形状などのように形状が複雑で面積に対して切断距離の割合が高い形状が配置形状の中に含まれている場合には、切断距離が長い方を優先させれば、それらの部品を早い段階で優先して切断することにより、特に熱ひずみが発生しやすいためまだ残っている加工ワークへの熱の拡散が期待できる。また、単純な形状の部品ばかりであるなら、切断距離が短い方を優先させれば、細かな部品が先に切断され大きな部品の順番を後にすることができる。
７：双方のエリア内で最優先となる部品同士を比較して面積に対する切断距離の比率が高い方を優先する、
効果：面積が同じでも、単なる丸の形状と歯車の様な形状が混在している場合には、面積に対する切断距離の比率が高い方を優先することにより、発生した熱を吸収拡散させる部分がまだ多く残っている間に入熱量の多い形状を先に切断することができる。
８：双方のエリア内で最優先となる部品同士を比較して直前に切断した部品からの距離が遠い方を優先する。
効果：熱の局所的な集中を避けることができる。
なお、これらの処理は、ステップＳ３による部品数が同数の場合として説明したが、部品数を参照せず（ステップＳ３を飛ばして）、直接これら処理にも続いて優先エリアを選定しても良い。
【００２７】
なお、上記複数の優先判断基準を組み合わせてコンピュータ処理上で実行し、その中で最適な結果をその時点で選択する仕組みを設けても良い。
例えば、優先順を比較するエリア同士のそれぞれで最優先となる部品同士を比較し、加工ワークの中央から遠い方を優先するという判断基準と、面積に対する切断距離の比率が高い方を優先するという判断基準で選択し、それぞれの選択結果が異なる部品であった場合には、その直前に切断した部品からの距離が近い方を選定して切断時間の短縮も考慮する、などである。
【００２８】
また、上述のとおり図２のステップＳ３で示すエリア内優先未設定部品数認識処理において、図９に示すように複数のエリアにまたぐ部品に関してはそれぞれのエリアで１個ずつ数えた例を示したが、例えば２個のエリアにまたがる場合には双方で０．５個ずつと数えるとか、３個のエリアであれば０．３個ずつ、４個のエリアであれば０．２５個ずつで数えるなどの処理にして、その個数をそれぞれのエリアで積算して前記ステップＳ４での優先エリア選定処理で活用するなどの処理でもかまわない。
【００２９】
また、ステップＳ５にて優先であると選定されたエリアの中のどの部品を優先して切断するのかを選定する処理において、当該加工ワークの全体に部品を配置した時点で図６に示すように全部品の順番が決められている場合があるので、この順番を示す番号を参照した例を前述したが、この他の方法として、図５に示す様に部品が配置されそれが図６の様に全部品の順番が決められていない場合には、ステップＳ５の中の処理として加工ワーク内の全部品の順番を設定する処理を含めても良い。
その一つの例として、図１１の様な部品配置後の形状の左下などの位置にあらかじめ設定した角度傾けたスイープ線Ｌ１を重ね、矢印Ｄ１の示す方向に徐々にスライドさせてスイープ線Ｌ１に順次接触した部品から優先して番号を付加するなどの処理で順番を設定しても良い。
この様にスイープ線を斜めにしてしかも左下から右上の方向にスライドさせる理由は、通常このような図形配置後の板材の部品を順次切断する際、加工上の都合によりおおよそ左下の部品から徐々に切断をしたいとか、左上から右下方向に徐々に切断したい場合などがあるためである。
なおこの場合も当然、前述のとおり穴がありその中に別の形状が配置されている部品が接触した場合には、その中の全ての別の部品が順次接触設定された後で順番が設定されるなどの処理が行われる。
【００３０】
もしくは、図５の様に配置され順番が決められていない状態において、前述の通り、面積の小さい部品から、もしくは切断距離の小さい部品から、もしくは面積に対する切断距離の割合が大きい部品から、もしくは上記スイープ線での接触順による処理やコンピュータから乱数を発生させる処理も含めてこれらの条件を組み合わせて利用して全ての部品の順番を決める方法でもかまわない。
また前記内容では、図５の様に全ての部品が配置されていて個別の順番が決められていない時点であらかじめ全ての部品の順番を順次付加する処理について示したが、あらかじめ順番を付加しておくのではなく、図２に示すステップＳ５のエリア内優先部品選定処理の段階になってから、対象とするエリア内の部品だけに対して前記の様な各種の番号付加手段を用いて優先順を設定してもかまわない。
【００３１】
また、前記ステップＳ５のエリア内優先部品選定処理において、選定された部品がその直前に選定された部品と隣接する場合には、後で選定された方の部品を同じエリア内の次に優先される部品に切り替えることにより、熱ひずみの集中を避ける。
【００３２】
本実施の形態によれば、熱ひずみの発生を避けることができると共に、切断時間の短縮も考慮し、熱ひずみの回避を優先させるかある程度切断時間の短縮も優先するのか、その効果を比較し適宜判断処理を設定変更できる。
また、熱ひずみを避けることにより、加工形状の加工後の寸法精度低下を防ぐだけでなく、入熱過多による加工不良の発生を防ぎ、またひずみの力が蓄積して切り離された瞬間に跳ねたり大きく動いたりして加工機に衝突し故障を引き起こしたりオペレータの安全を脅かす動作を防ぐことができる。
【００３３】
実施の形態２．
前記ステップＳ３からステップＳ６までの処理を繰り返す中で最終的に各エリア内の残りの個数が１個ずつになった段階で、
１：前記ステップＳ４の優先エリア選定手段において、その直前に切断した部品から順次一番近い順に設定し、加工時間の短縮を図る。もしくは順次一番遠い順に設定し熱の局所的な集中を避ける。
２：いわゆる巡回セールスマン問題のアルゴリズムを適用しコンピュータ処理上で算出できる範囲での最短経路順を適用し、加工時間の短縮を図る。
３：熱ひずみを避けるために図８に示す分割パターンにおいて、ある最初のエリアの部品と隣接するエリア以外のエリアを順次決めることにより、例えば（ア）→（サ）→（ケ）→（ウ）→（コ）→（ク）→（イ）→（エ）→（カ）→（シ）→（オ）→（キ）のエリア優先順と決めておく
などの処理を行っても良い。
【００３４】
なお、上述した実施の形態では、図６に示す様な切断順において、形状（Ａ）から形状（Ｄ）までの穴のある形状において、必ずこれら部品の穴を切断した後は直後に外周形状線を切断するという順番が付加された例が示されているが、穴の切断と外周の切断とを別々に考え、図６において例えば穴である（１）と示してある部分を切断した後（２）や（３）を切断せずに他の部品の（４）や（１８）や（２２）の部分を先に切断し、その後（２）を切断して、さらにその後（３）を切断するという順番で前記までの実施例を適用させてもかまわない。
【００３５】
実施の形態３．
上述した実施の形態では、ステップＳ１の加工ワーク分割処理としては図８に示す様な１２個の等分割を行う例を示したが、必ずしもこの等分割でなくてもかまわなく、図１２（a）に示す様に６個の等分割にする、もしくは（ｂ）に示すように等分割ではなくて熱の拡散しやすい中心部は大きく、拡散しにくい周辺部は小さく区切るという工夫をしてもよく、これらをパターンとして設定し記憶しておく手段を設ける、もしくは縦横の分割数を数字で適宜指定できるなどの機能を保持してもかまわない。
さらにこの処理においても複数の判断処理をコンピュータ上で組み合わせて実行し、その中で最適なものを選択する仕組みを設けても良い。
例えば、６個分割の場合、もしくは１２個分割の場合、もしくは図１２（ｂ）に示す様に等分割ではないパターンの場合で、前記までに示した様な部品を配置させる処理を実行し、その中で切断のための移動距離すなわち切断時間が一番短くなる場合のものを選択する、などである。
【００３６】
なお、上述した実施の形態では、図６や図１０などにおいて穴や外周の加工順番について分かりやすくするためピアス線の加工部分は省略して示してあるが、実際にはディスプレイ画面上でピアス線部分などを省略せずに示す場合もある。また、部品面積算出処理や部品切断距離判断処理などの処理機能を搭載しているとか、部品と部品との間隔距離を求めて比較する処理とか、部品と部品とが隣接しているか判断する処理などが前記内容に示されているが、これらの処理は今般のコンピュータ上で実現されているＣＡＤ／ＣＡＭ装置には一般的に搭載されている機能であり、特に説明は示さない。
また、主にレーザ加工機に使用する事例で説明したが、本発明を実施する場合には、ウォータジェット、プラズマ切断機等の複数個の製品を切り抜き切断加工する加工データつまりＮＣデータ生成用のＣＡＭ装置に使用できる。
また、加工用データを生成する自動プログラミング装置として説明したが、本発明を実施する場合には、専用のＣＡＤ上でも、市販のパソコンＯＳで操作できるＣＡＤ上でも適用できる。
即ち、専用機及び市販のパソコンＯＳで操作できるＣＡＤ／ＣＡＭ装置、自動プログラミング装置およびソフトウェアとして使用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
この発明に係る切断経路作成装置は、加工を行う際の入熱が集中する、もしくは切断動作が連続して集中することによる材料の局所的なひずみの発生を抑える加工データを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 レーザ加工機用のＣＡＤ／ＣＡＭ装置として使用されている事例の構成を示すブロック図である。
【図２】 切断順生成の処理を示すフロー図である。
【図３】 図形データの作成要領を示す図である。
【図４】 各図形において、ピアス線が付加され、穴を切断してから外周を切断するという経路の順番が付加されている例を示す図である。
【図５】 製品図形配置例の説明図である。
【図６】 切断する順番を設定した例の説明図である。
【図７】 部品を配置した状態と加工ワークを区分けした状態とを重ねて表示させた例の説明図である。
【図８】 加工ワークを区分けした状態の例の説明図である。
【図９】 区分けした各エリア内の個数を示した説明図である。
【図１０】 図６に示す様に配置された部品に順番を示す番号が付加された状態のもので早送り線を除いた状態の図と、図８の図とを重ね合わせた状態の説明図である。
【図１１】 部品配置後の形状で順番を決めるためのスイープ線重ねた状態を示す説明図である。
【図１２】 加工ワーク分割処理の異なるパターンの例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ＣＰＵ、２ メモリ、３ マウス、４ 外部記憶装置、５ キーボード、６ ディスプレイ、７ プリンタ、８ バス。
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工機、ウォータジェット加工機、プラズマ切断機等により複数個の製品を切り抜き切断加工するＮＣプログラムデータを作成するＣＡＤ／ＣＡＭ装置等の切断経路作成装置及びその処理方法に関するものであり、特に、入熱が集中する、もしくは切断動作が連続して集中することによる材料の局所的なひずみが発生する、などの問題を防ぐ切断経路の設定を行う自動プログラミング機能に関する。
【０００２】
なお本発明は、専用機及び市販のパソコンＯＳ上で動作するＣＡＤにおいて、加工板材の切断経路設定処理および切断経路設定処理用の加工データつまりＮＣデータ生成の処理に関し、専用機及び市販のパソコンＯＳ上で動作するＣＡＤ／ＣＡＭ装置、自動プログラミング装置、およびソフトウェアとして使用することができる。
【０００３】
【従来の技術】
加工がある領域に密集することによる被加工物の熱変形を防止するために、工具の移動が最短となる点のみに意識することなく、最初に加工すべき位置を選択した後、順次、直前に選択された加工位置から距離の離れた位置を検索して次の加工位置として選択し、工具の位置決め経路を作成するＣＡＤ／ＣＡＭシステムにおける加工位置決め経路作成方法が、特開平８−９９２５２号公報に示されている。
【０００４】
また、他の加工経路の決定方法として、加工領域を複数のバケットに細分割し、該バケット内の加工経路を巡回セールスマン問題を適用して決定する加工経路決定方法が、特開２００１−１９５１１２号公報に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−９９２５２号公報（第２頁、第２図、第３図）
【特許文献２】
特開２００１−１９５１１２号公報（第３〜５頁、第３図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−９９２５２号公報に開示された位置決め経路作成方法では、穴加工における熱変形を回避するための技術が示されており、対象とする一つ一つの加工が比較的小さくてしかもほぼ同じ大きさの穴形状だけにおける適用を前提としているため、１個あたりの加工による加工ワークへの蓄熱の影響や、１個加工した後の残りの加工ワークの面積つまり熱を伝達して拡散させるための熱容量が、どの穴を加工した場合もほぼ同等であり、それぞれを加工する順番による影響の変化を注意する必要が無い状況においての適用例が示されている。
しかしレーザ加工機などで加工を行う場合には切断形状や大きさが千差万別であり、例えば先に面積の大きな穴や大きな部品を切り落とししてしまうとその後で加工を行う際の入熱を拡散させるための残っている材料の熱容量が少なくなるなどの問題があるため、面積の大きな形状の切断は順序を後の方にするなどの配慮が必要であるが、特開平８−９９２５２号に示されている技術ではその配慮はなされない。
【０００７】
また面積の大きな穴や部品だけでなく、面積が小さいながらも例えば歯車形状の様に形状が複雑で切断距離が長い穴や部品の場合は、他の加工を行う前のまだ残っている加工ワーク全体の面積、つまり熱容量が大きなうちにこれらを優先して加工を行うなどの配慮も必要であるが、特開平８−９９２５２号に示されている技術ではその配慮はなされない。
【０００８】
また加工対象穴が加工ワークのほぼ中心部分と左右もしくは上下の両端部分に複数個ずつ集まって配置されている場合、熱の集中を避けるためには両端と中央部分とを交互に加工する方法が当然考えられるが、特開平８−９９２５２号に示されている技術では、両端に集まっている穴形状ばかりが先に加工を行われてしまい、後半は中心部分に集まっている穴ばかりが残ってしまうなどという不都合が生じ、熱の蓄積集中を避けるための処理にならない、などの問題点があった。
【０００９】
また、特開２００１−１９５１１２号公報に開示された加工経路決定方法では、加工領域を複数のバケットに分けてバケット毎に該バケット内の加工穴の位置を考慮した加工経路を設定する処理が示されているが、熱によるひずみの発生は考慮せず各バケット内での加工時間を短縮するための経路決定を行う処理が示されており、前記の様な加工形状の大きさや形状による蓄熱回避や熱の拡散伝達促進を考慮する様な加工経路の作成技術については示されていない。
【００１０】
本願発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、加工を行う際の入熱が集中する、もしくは切断動作が連続して集中することによる材料の局所的なひずみの発生を抑える加工データを生成することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る切断経路作成装置は、形状を定義した図形データを入力する入力手段と、この入力手段により入力された上記図形データを記憶する記憶手段と、上記図形データが配置される板材データの領域を複数のエリアに分割する分割方法設定手段と、この分割方法設定手段により分割された各エリア内に、上記図形データの一部もしくは全部が入っているかを認識するエリア内部品認識手段と、このエリア内部品認識手段の認識結果に基づき、上記図形データを切断加工する切断順を何れのエリアから行うかを選定する優先エリア選定手段と、上記図形データに基づき、切断加工及び切断順が定められた切断データを生成する切断データ生成手段と、を備えたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に添付図を参照して、この発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明を適用した一実施の形態のＣＡＤ／ＣＡＭ装置の構成の概略を示すブロック図である。
ＣＡＤ／ＣＡＭ装置は、入力された各種データをもとに製品の形状を定義した図形データを作成し、切断方向や切断条件を解析して切断情報等を生成するＣＰＵ１と、入力された各種データを記憶すると共に、一枚の板材上に形成する複数個の製品の図形データを描くことができ、かつ、先ピアシング処理機能としての必要なソフトウェアが格納されるメモリ２と、定義済みの図形データや切断経路、切断条件、入力要求メッセージ等を画面に表示すると共に、一枚の板材上に形成する複数個の製品の図形データの全てを描くことができるＣＲＴや液晶等のディスプレイ６と、ディスプレイ６に表示される図形やメニューの選択を行うポインティングデバイスとしてのマウス３と、形状データや切断条件などの各種データを入力する入力手段としてのキーボード５と、定義済みの図形データを記憶するための外部記憶装置４と、切断情報や画面の表示内容などの印刷を行うプリンタ７とを有し、これらはすべてバス８により接続されている。
また、バス８には、ケーブル等を介して本実施の形態で使用するレーザ加工機等の切断装置が接続される場合もある。
【００１３】
図２は、本実施の形態における処理フローを示し、例えば、ユーザ操作に基づき図３に示すような製品図形を加工すべくＣＡＤ／ＣＡＭ装置上で配置処理（図５参照）が行われた後の操作の流れを示すものである。
図３には、５つの形状Ａ〜Ｅの図形が示されており、長方形の形状Ａにはａ１、ａ２の２個の四角形の穴が開いており、円形の形状Ｂにはｂ１の１個の大きな円形の穴が開いており長方形の形状Ｃにはｃ１の１個の小さな円形の穴が開いており、異形状の形状Ｄにはｄ１の小さな三角形の穴が開いており、異形状の形状Ｅには穴が開いていない。
ここで、形状Ｄや形状Ｅは、形状Ｂに開いている大きな円形の穴ｂ１に入り込むことが出来る程度の大きさになっている。
【００１４】
また、図５では製品図形の形状がそのまま配置されているが、図４に示すようにそれぞれ製品図形に対し、穴や外周においてピアス線が付加され製品図形の配置処理が行われたものとしても同様である。
さらに図２には操作の流れと共に各種手段が示されており、これらはソフトウェア上の処理としてあらかじめ用意されているもので、コンピュータの外部記憶装置４やメモリ２などに記憶保存されているものである。
この中で、分割方法設定・記憶手段Ｐ１は、加工領域を複数のバケットに分ける際の分割方法を設定し記憶する手段であり、例えば縦方向３分割横方向４分割に分割するとか、またそれぞれを等分に分割するのか、それとも３分割の場合３：４：３などの比率で分割するのかなどの分割方法を設定し記憶する手段である。この設定は、この処理を実行するより前にオペレータが予めキー入力などして記憶させておいてもよく、もしくはこの処理を実行する時点ではじめてオペレータに入力させ一時記憶させて処理に使用するなどでもかまわない。
【００１５】
具体的には、図５示す様に配置処理が行われた後において、ステップＳ１にてマウスやキーボード操作によって分割方法設定・記憶手段Ｐ１のソフトウェア処理を稼動させ、対象加工ワーク全体のエリアを予め指定されたルールに基づいて図７示すように区分け、分割した状態をコンピュータ上で処理し表示する。
ルールに基づいた処理の例としては、分割方法設定・記憶手段Ｐ１に例えば「縦方向３分割横方向４分割のそれぞれ等分で分割」と設定記憶されている場合、図５の様な配置処理後の状態において加工ワークの大きさはコンピュータ上に記憶されており、一般的なＣＡＤ装置が搭載する機能として線分を等分に分割する処理などは行うことができるので、その様な機能によって図７に示す様に加工ワークを分割方法設定・記憶手段Ｐ１に記憶されている通りに分割処理を行うことができ、その状況がオペレータに認識しやすくするためにディスプレイ６に表示される。
もしくはその状況をディスプレイ６に表示しなくとも、コンピュータ内の計算上の動作として分割処理が行われ、メモリ２や外部記憶装置４に記憶される。
【００１６】
エリア内部品認識手段Ｐ２は、分割方法設定・記憶手段Ｐ１にて分割された特定エリア内にどの部品形状の一部もしくは全部が入っているかを認識する。
ステップＳ２にてマウスやキーボード操作によってエリア内部品認識手段Ｐ２のソフトウェア処理を稼動することにより、具体的には、図７に示すような状態を実現する場合、図８に示す様な加工ワーク全体エリアを分割方法設定・記憶手段Ｐ１により区分け分割した状態と図５の配置処理後の状態をディスプレイ６に重ねて表示させ、図８の（ア）〜（シ）のエリア毎でそれぞれの部品の一部もしくは全部が入っているかを認識処理する。
ここで（ア）〜（シ）の記号は本文の説明を分かりやすくするために示してあり、実際のディスプレイ６上には表示されていなくてもよい。
【００１７】
エリア毎でそれぞれの部品の一部もしくは全部が入っているかの認識処理の動作例を具体的に示す。
まず図８に示す様な（ア）〜（シ）の各エリアを囲む線と部品を構成する線とが交差するかをＣＡＤ機能上で調べ、交差する点があればその位置のエリアを囲む線に面するエリアにその部品の一部が入っていると判断する。
例えばエリア（ア）と（イ）の境界線に部品の線が交差すれば、その部品はエリア（ア）と（イ）との両方に形状の一部分が入っていると判断できる。
この様に全てのエリア間の境界線について交差している部品の境界線を調べる。線と線が交差しているかを調べる機能は、ＣＡＤソフトウェアが保有している機能である。
【００１８】
次に、ＣＡＤ図形領域内にある全ての部品を調べ、前述の通り部品と境界線が交差しているかを調べたことによりどの部品が交差していると判断されたのかを調べ、部品の存在が認識されているにもかかわらずいずれの境界線にも交差していない部品が有れば、それはいずれかのエリアの中に完全に含まれる位置に存在していると判断される。
境界線との交点を持たない部品が有った場合には、その部品を構成する線の上の点を起点とする半直線を擬似的にＣＡＤソフトウェア上で作成し、どのその半直線が最初にどの境界線にどちらの向きから交差するかを調べることにより、その部品がどのエリアの中に含まれているのかを調べる。
【００１９】
以上の場合の他に、部品の大きさが大きくていずれかの１個もしくは複数のエリアが一つの部品の中に完全に入ってしまう場合も有りえる。
従って、続いての判断処理として、（ア）や（イ）などの各エリアにおいて、それぞれの個別の閉じたエリアを一つの図形に見立てて、そのエリアに交差していない部品だけを対象として、その閉じたエリアの境界線上の点を起点とする半直線を擬似的に作成し、対象となる部品との交点の数を求め、その数が奇数であればそのエリアはその部品の中に完全に含まれており、偶数であればその部品の外にあることが判断できる。
なお、閉じたエリアであるかをＣＡＤ上で認識するのは、境界線の端点・交点位置の連続一致を順番に調べることで実現できる。
また擬似的に作成する半直線は、オペレータに認識させる必要はないのでディスプレイ６などには表示させなくともよい。
以上に示した判断処理はＣＡＤソフトウェア上で実現させる一つの方法である。
【００２０】
上記の様に判断した結果、例えば、図７の例を見ると、図８に（ア）で示されているエリアには図３に示す形状（Ａ）が１個だけ、（イ）で示されているエリアには、形状（Ａ）と形状（Ｂ）と形状（Ｄ）がそれぞれ１個ずつと形状（Ｅ）の５個がそれぞれ全部もしくは一部がエリアに入っていることが認識処理される。
【００２１】
この認識処理と、さらにステップＳ３のエリア内優先未設定部品数認識処理により、それぞれのエリア内の個数が図９に示す様に認識される。
具体的な動作例としては、マースやキーボード操作によってエリア内優先未設定部品数認識手段Ｐ３のソフトウェア処理を稼動させ、エリア内部品認識手段Ｐ２により判断される部品の数を数え、内部処理的に図９に示す様にそれぞれのエリア内の部品の数を数えて外部記憶装置４やメモリ２に記憶する。
ここで、例えば図７の場合、エリア（ア）に入っている形状（Ａ）はエリア（イ）や（オ）や（カ）にもその一部が入っているのでそれぞれのエリアで数が数えられているため、全部のエリア毎の個数の合計は、当然ながら加工ワーク全体に配置されている実際の部品の総数よりも大きな数値となる場合がある。
【００２２】
そして次のステップＳ４にて、マウスやキーボード操作によって優先エリア選定手段Ｐ４のソフトウェア処理を稼動させ、どのエリアに入っている部品を優先して切断するのかを選定する。
その一手段として、図９に示す例において（ウ）のエリア内の個数が最大の２２個になっているので、この時点では（ア）から（シ）の中で（ウ）のエリアが最優先であると判断する。
【００２３】
そしてステップＳ５にて、マウスやキーボード操作によってエリア内優先部品選定手段Ｐ５のソフトウェア処理を稼動させ、優先であると選定されたエリアの中のどの部品を優先して切断するのかを選定する。
その一つの手段として、当該加工ワークの全体に部品を配置した時点で図６に示す様に全部品の順番が決められている場合があるので、この順番を示す番号を参照し、上記選定されたエリア内の一番番号の小さい部品が最優先であると判断する。
つまりこの場合、図６に示す番号と図８に示す状態とを重ねて図１０の状態を想定し、（ウ）のエリア内で番号が一番小さい形状（Ｅ）の（３２番）の部品が最優先であると判断する。
なおここで、図６に示されている番号は当然ながらその番号順に切断して問題が発生しない順番に付けられているものであることとする。
これは例えば、図６の中で１０番１１番として番号が付加されている形状（Ｄ）は、１２番１３番として番号が付加されている形状（Ｂ）の穴の中に配置されているので、この形状（Ｄ）より先にこの形状（Ｂ）の切断して切り落としを行ってしまうと形状（Ｄ）は正常に切断できないこととなってしまうためである。
これは形状（Ｂ）の穴の中に形状（Ｅ）が配置されている部分などもあるが同様である。
つまり、穴の中に入っている部品の番号は、その穴に付加されている番号より必ず小さい数字となっている。
【００２４】
次にステップＳ６で、加工ワーク内のまだ加工順が選定されていない部品が残っているか確認され、この時点では（３２番）の部品以外はまだ選定されず残っているのでステップＳ３の処理に戻る。
前記ステップＳ５の処理により（３２番）の部品が既に優先設定されたので、図１０に示す（ウ）のエリア内の優先順位が未だ設定されていない部品の数である優先未設定部品数が１個減算されるとともに、この（３２番）は（キ）のエリアでも数えられているので（キ）のエリア内の優先未設定部品数も１個減算されてそれぞれのエリア内優先未設定部品数が確認される。
【００２５】
そしてステップＳ４にて、やはりこの時点でも（ウ）のエリア内の個数が２１個で最大個数となっているので、（ウ）のエリアが最優先であると判断する。
この様にしてステップＳ３からステップＳ６までの処理を繰り返すことにより、加工ワーク内のすべての部品に対して順次加工する順番が設定される。
なおここで、ステップＳ６の後でステップＳ３に戻ってからエリア内の優先未設定部品数を再度認識し直す処理の例を示してあるが、ステップＳ６にて優先未設定部品数を認識する処理を兼ねてもよく、その場合はステップＳ６からステップＳ３に戻るのではなくステップＳ４に戻る処理で可能となる。
もしくは、ステップＳ６からステップＳ２に戻ってエリア内部品を再度認識し直す処理から繰り返してもかまわない。その場合、エリア内部品認識手段として、既にエリア内優先が設定してある部品なのか未設定なのかを区別する機能を併せ持ち、つまりステップＳ３の処理を兼ねても良い。
この図２に示す処理フローはソフトウェア上の処理で構成するので、同等の処理が行われ同等の効果が得られるなら、必ずしも図２に示す処理順番でなくてもかまわない。
【００２６】
また、上記の通り（ウ）のエリア内の部品が順次優先設定されて、その結果次に多い（キ）のエリアと個数が同じになった場合には、ステップＳ４の優先エリア選定処理として以下の判断処理を用いても良い。
１：図８に示すアイウエオの順で優先エリアを選定する。
２：部品面積算出処理を活用してエリア内の残っている部品の面積の総合計が小さい方もしくは大きい方を優先する。
効果：切断時の熱影響を避ける事ができる。
例えば、加工ワーク内の大きな割合を占める大きな部品が一つあり、その他は小さい部品だけの様な場合、面積の総合計の小さい方を優先させれば、熱容量の大きな部品が切り離されずに後の時まで残るので熱の拡散効果がある。
また、加工ワーク全域に渡ってほぼ同じ大きさの、小さな部品ばかりが多数配置されている様な状態の場合には、面積の総合計の大きい方から優先させれば、全域に渡って均等に加工が行われる。
この様に、配置されている形状の状態によって使い分けをすることもできる。
３:部品切断距離判断処理を活用してエリア内の残っている部品の切断距離の総合計が小さい方もしくは大きい方を優先する。
効果：例えば、加工ワーク内の大きな割合を占める大きな部品が一つあり、その形状の外周のほとんどが単なる直線だけの単純な形状でありながら、ある一部分だけが例えば歯車の様に非常に複雑で入り組んだ形状になっていて、その部分がある特定のエリア内にだけに集中してしまっている場合、熱容量の大きなその部品が優先されて加工されてしまうことを避けるために、切断距離の総合計が小さい方を優先させ、また、加工ワーク全域に渡って同じ大きさで同じ形状の部品ばかりが配置されている様な状態の場合には、切断距離の総合計の大きい方から優先させれば、全域に渡って均等に加工が行われる。
この様に、配置されている形状の状態によって使い分けをすることもできる。
４：双方のエリア内で最優先となる部品同士を比較して面積の小さい方を優先する。
効果：面積の小さな部品を優先して切断し大きな部品は可能な限り残して後の順番にすることにより発生した熱をまだ残っている大きな面積の部品に吸収拡散させる事ができる。
５：双方のエリア内で最優先となる部品同士を比較して、加工ワークの周辺端部から距離の近いものつまり加工ワークの中央からの距離が遠い方を優先する。
効果：加工ワークの中央に近い部分を切断した場合には熱の拡散が期待できるものの、端面に近い部分を切断した場合には熱が拡散される方向が限られてしまうため、発生した熱を吸収拡散させる部分がまだ多く残っている間に周辺部から優先して切断する。
６：部品切断距離判断処理を活用して双方のエリア内で最優先となる部品同士を比較して部品の切断距離が短い方もしくは長い方を優先する、
効果：例えば歯車形状などのように形状が複雑で面積に対して切断距離の割合が高い形状が配置形状の中に含まれている場合には、切断距離が長い方を優先させれば、それらの部品を早い段階で優先して切断することにより、特に熱ひずみが発生しやすいためまだ残っている加工ワークへの熱の拡散が期待できる。また、単純な形状の部品ばかりであるなら、切断距離が短い方を優先させれば、細かな部品が先に切断され大きな部品の順番を後にすることができる。
７：双方のエリア内で最優先となる部品同士を比較して面積に対する切断距離の比率が高い方を優先する、
効果：面積が同じでも、単なる丸の形状と歯車の様な形状が混在している場合には、面積に対する切断距離の比率が高い方を優先することにより、発生した熱を吸収拡散させる部分がまだ多く残っている間に入熱量の多い形状を先に切断することができる。
８：双方のエリア内で最優先となる部品同士を比較して直前に切断した部品からの距離が遠い方を優先する。
効果：熱の局所的な集中を避けることができる。
なお、これらの処理は、ステップＳ３による部品数が同数の場合として説明したが、部品数を参照せず（ステップＳ３を飛ばして）、直接これら処理にも続いて優先エリアを選定しても良い。
【００２７】
なお、上記複数の優先判断基準を組み合わせてコンピュータ処理上で実行し、その中で最適な結果をその時点で選択する仕組みを設けても良い。
例えば、優先順を比較するエリア同士のそれぞれで最優先となる部品同士を比較し、加工ワークの中央から遠い方を優先するという判断基準と、面積に対する切断距離の比率が高い方を優先するという判断基準で選択し、それぞれの選択結果が異なる部品であった場合には、その直前に切断した部品からの距離が近い方を選定して切断時間の短縮も考慮する、などである。
【００２８】
また、上述のとおり図２のステップＳ３で示すエリア内優先未設定部品数認識処理において、図９に示すように複数のエリアにまたぐ部品に関してはそれぞれのエリアで１個ずつ数えた例を示したが、例えば２個のエリアにまたがる場合には双方で０．５個ずつと数えるとか、３個のエリアであれば０．３個ずつ、４個のエリアであれば０．２５個ずつで数えるなどの処理にして、その個数をそれぞれのエリアで積算して前記ステップＳ４での優先エリア選定処理で活用するなどの処理でもかまわない。
【００２９】
また、ステップＳ５にて優先であると選定されたエリアの中のどの部品を優先して切断するのかを選定する処理において、当該加工ワークの全体に部品を配置した時点で図６に示すように全部品の順番が決められている場合があるので、この順番を示す番号を参照した例を前述したが、この他の方法として、図５に示す様に部品が配置されそれが図６の様に全部品の順番が決められていない場合には、ステップＳ５の中の処理として加工ワーク内の全部品の順番を設定する処理を含めても良い。
その一つの例として、図１１の様な部品配置後の形状の左下などの位置にあらかじめ設定した角度傾けたスイープ線Ｌ１を重ね、矢印Ｄ１の示す方向に徐々にスライドさせてスイープ線Ｌ１に順次接触した部品から優先して番号を付加するなどの処理で順番を設定しても良い。
この様にスイープ線を斜めにしてしかも左下から右上の方向にスライドさせる理由は、通常このような図形配置後の板材の部品を順次切断する際、加工上の都合によりおおよそ左下の部品から徐々に切断をしたいとか、左上から右下方向に徐々に切断したい場合などがあるためである。
なおこの場合も当然、前述のとおり穴がありその中に別の形状が配置されている部品が接触した場合には、その中の全ての別の部品が順次接触設定された後で順番が設定されるなどの処理が行われる。
【００３０】
もしくは、図５の様に配置され順番が決められていない状態において、前述の通り、面積の小さい部品から、もしくは切断距離の小さい部品から、もしくは面積に対する切断距離の割合が大きい部品から、もしくは上記スイープ線での接触順による処理やコンピュータから乱数を発生させる処理も含めてこれらの条件を組み合わせて利用して全ての部品の順番を決める方法でもかまわない。
また前記内容では、図５の様に全ての部品が配置されていて個別の順番が決められていない時点であらかじめ全ての部品の順番を順次付加する処理について示したが、あらかじめ順番を付加しておくのではなく、図２に示すステップＳ５のエリア内優先部品選定処理の段階になってから、対象とするエリア内の部品だけに対して前記の様な各種の番号付加手段を用いて優先順を設定してもかまわない。
【００３１】
また、前記ステップＳ５のエリア内優先部品選定処理において、選定された部品がその直前に選定された部品と隣接する場合には、後で選定された方の部品を同じエリア内の次に優先される部品に切り替えることにより、熱ひずみの集中を避ける。
【００３２】
本実施の形態によれば、熱ひずみの発生を避けることができると共に、切断時間の短縮も考慮し、熱ひずみの回避を優先させるかある程度切断時間の短縮も優先するのか、その効果を比較し適宜判断処理を設定変更できる。
また、熱ひずみを避けることにより、加工形状の加工後の寸法精度低下を防ぐだけでなく、入熱過多による加工不良の発生を防ぎ、またひずみの力が蓄積して切り離された瞬間に跳ねたり大きく動いたりして加工機に衝突し故障を引き起こしたりオペレータの安全を脅かす動作を防ぐことができる。
【００３３】
実施の形態２．
前記ステップＳ３からステップＳ６までの処理を繰り返す中で最終的に各エリア内の残りの個数が１個ずつになった段階で、
１：前記ステップＳ４の優先エリア選定手段において、その直前に切断した部品から順次一番近い順に設定し、加工時間の短縮を図る。もしくは順次一番遠い順に設定し熱の局所的な集中を避ける。
２：いわゆる巡回セールスマン問題のアルゴリズムを適用しコンピュータ処理上で算出できる範囲での最短経路順を適用し、加工時間の短縮を図る。
３：熱ひずみを避けるために図８に示す分割パターンにおいて、ある最初のエリアの部品と隣接するエリア以外のエリアを順次決めることにより、例えば（ア）→（サ）→（ケ）→（ウ）→（コ）→（ク）→（イ）→（エ）→（カ）→（シ）→（オ）→（キ）のエリア優先順と決めておく
などの処理を行っても良い。
【００３４】
なお、上述した実施の形態では、図６に示す様な切断順において、形状（Ａ）から形状（Ｄ）までの穴のある形状において、必ずこれら部品の穴を切断した後は直後に外周形状線を切断するという順番が付加された例が示されているが、穴の切断と外周の切断とを別々に考え、図６において例えば穴である（１）と示してある部分を切断した後（２）や（３）を切断せずに他の部品の（４）や（１８）や（２２）の部分を先に切断し、その後（２）を切断して、さらにその後（３）を切断するという順番で前記までの実施例を適用させてもかまわない。
【００３５】
実施の形態３．
上述した実施の形態では、ステップＳ１の加工ワーク分割処理としては図８に示す様な１２個の等分割を行う例を示したが、必ずしもこの等分割でなくてもかまわなく、図１２（a）に示す様に６個の等分割にする、もしくは（ｂ）に示すように等分割ではなくて熱の拡散しやすい中心部は大きく、拡散しにくい周辺部は小さく区切るという工夫をしてもよく、これらをパターンとして設定し記憶しておく手段を設ける、もしくは縦横の分割数を数字で適宜指定できるなどの機能を保持してもかまわない。
さらにこの処理においても複数の判断処理をコンピュータ上で組み合わせて実行し、その中で最適なものを選択する仕組みを設けても良い。
例えば、６個分割の場合、もしくは１２個分割の場合、もしくは図１２（ｂ）に示す様に等分割ではないパターンの場合で、前記までに示した様な部品を配置させる処理を実行し、その中で切断のための移動距離すなわち切断時間が一番短くなる場合のものを選択する、などである。
【００３６】
なお、上述した実施の形態では、図６や図１０などにおいて穴や外周の加工順番について分かりやすくするためピアス線の加工部分は省略して示してあるが、実際にはディスプレイ画面上でピアス線部分などを省略せずに示す場合もある。また、部品面積算出処理や部品切断距離判断処理などの処理機能を搭載しているとか、部品と部品との間隔距離を求めて比較する処理とか、部品と部品とが隣接しているか判断する処理などが前記内容に示されているが、これらの処理は今般のコンピュータ上で実現されているＣＡＤ／ＣＡＭ装置には一般的に搭載されている機能であり、特に説明は示さない。
また、主にレーザ加工機に使用する事例で説明したが、本発明を実施する場合には、ウォータジェット、プラズマ切断機等の複数個の製品を切り抜き切断加工する加工データつまりＮＣデータ生成用のＣＡＭ装置に使用できる。
また、加工用データを生成する自動プログラミング装置として説明したが、本発明を実施する場合には、専用のＣＡＤ上でも、市販のパソコンＯＳで操作できるＣＡＤ上でも適用できる。
即ち、専用機及び市販のパソコンＯＳで操作できるＣＡＤ／ＣＡＭ装置、自動プログラミング装置およびソフトウェアとして使用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
この発明に係る切断経路作成装置は、加工を行う際の入熱が集中する、もしくは切断動作が連続して集中することによる材料の局所的なひずみの発生を抑える加工データを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 レーザ加工機用のＣＡＤ／ＣＡＭ装置として使用されている事例の構成を示すブロック図である。
【図２】 切断順生成の処理を示すフロー図である。
【図３】 図形データの作成要領を示す図である。
【図４】 各図形において、ピアス線が付加され、穴を切断してから外周を切断するという経路の順番が付加されている例を示す図である。
【図５】 製品図形配置例の説明図である。
【図６】 切断する順番を設定した例の説明図である。
【図７】 部品を配置した状態と加工ワークを区分けした状態とを重ねて表示させた例の説明図である。
【図８】 加工ワークを区分けした状態の例の説明図である。
【図９】 区分けした各エリア内の個数を示した説明図である。
【図１０】 図６に示す様に配置された部品に順番を示す番号が付加された状態のもので早送り線を除いた状態の図と、図８の図とを重ね合わせた状態の説明図である。
【図１１】 部品配置後の形状で順番を決めるためのスイープ線重ねた状態を示す説明図である。
【図１２】 加工ワーク分割処理の異なるパターンの例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ＣＰＵ、２ メモリ、３ マウス、４ 外部記憶装置、５ キーボード、６ ディスプレイ、７ プリンタ、８ バス。
Claims (17)
- 形状を定義した図形データを入力する入力手段と、
この入力手段により入力された上記図形データを記憶する記憶手段と、
上記図形データが配置される板材データの領域を複数のエリアに分割する分割方法設定手段と、
この分割方法設定手段により分割された各エリア内に、上記図形データの一部もしくは全部が入っているかを認識するエリア内部品認識手段と、
このエリア内部品認識手段の認識結果に基づき、上記図形データを切断加工する切断順を何れのエリアから行うかを選定する優先エリア選定手段と、
上記図形データに基づき、切断加工及び切断順が定められた切断データを生成する切断データ生成手段とを備え、
前記エリア内部品認識手段により各エリア内に属する図形データの個数を認識し、優先エリア選定手段がこの個数に基づき切断加工する切断順を何れのエリアから行うかを選定することを特徴とする切断経路作成装置。 - 前記優先エリア選定手段は、エリア内部品認識手段により一番多くの個数が認識されたエリアから順にエリアを選定することを特徴とする請求項１に記載の切断経路作成装置。
- 形状を定義した図形データを入力する入力手段と、
この入力手段により入力された上記図形データを記憶する記憶手段と、
上記図形データが配置される板材データの領域を複数のエリアに分割する分割方法設定手段と、
この分割方法設定手段により分割された各エリア内に、上記図形データの一部もしくは全部が入っているかを認識するエリア内部品認識手段と、
このエリア内部品認識手段の認識結果に基づき、上記図形データを切断加工する切断順を何れのエリアから行うかを選定する優先エリア選定手段と、
上記図形データに基づき、切断加工及び切断順が定められた切断データを生成する切断データ生成手段とを備え、
前記エリア内部品認識手段により認識された各エリア内に属する図形データの部品面積を比較し、優先エリア選定手段が各エリア内の図形データの合計面積に基づき切断加工する切断順を何れのエリアから行うかを選定することを特徴とする切断経路作成装置。 - 形状を定義した図形データを入力する入力手段と、
この入力手段により入力された上記図形データを記憶する記憶手段と、
上記図形データが配置される板材データの領域を複数のエリアに分割する分割方法設定手段と、
この分割方法設定手段により分割された各エリア内に、上記図形データの一部もしくは全部が入っているかを認識するエリア内部品認識手段と、
このエリア内部品認識手段の認識結果に基づき、上記図形データを切断加工する切断順を何れのエリアから行うかを選定する優先エリア選定手段と、
上記図形データに基づき、切断加工及び切断順が定められた切断データを生成する切断データ生成手段とを備え、
前記エリア内部品認識手段により認識された各エリア内に属する図形データの切断距離を求め、優先エリア選定手段が各エリア内の図形データの合計切断距離長に基づき切断加工する切断順を何れのエリアから行うかを選定することを特徴とする切断経路作成装置。 - 優先エリア選定手段は、各エリア内に属する図形データの個数が同数の場合、各図形データの部品面積の合計面積に基づき切断加工する切断順を何れのエリアから行うかを選定することを特徴とする請求項１に記載の切断経路作成装置。
- 優先エリア選定手段は、各エリア内に属する図形データの個数が同数の場合、各図形データの切断距離の合計距離長に基づき切断加工する切断順を何れのエリアから行うかを選定することを特徴とする請求項１に記載の切断経路作成装置。
- 選定されたエリア内の図形データのうち、何れの図形データから切断を行うかを選定するエリア内優先部品選定手段を備えたことを特徴とする請求項１〜６何れかに記載の切断経路作成装置。
- エリア内の優先部品選択時には、部品の面積の小さいものを優先して順位を付けることを特徴とする請求項７に記載の切断経路作成装置。
- エリア内の優先部品選択時には、部品の切断距離が長いもの若しくは短いものを優先して順位を付けることを特徴とする請求項７に記載の切断経路作成装置。
- エリア内の優先部品選択時には、板材データの周辺端部から距離の近いものを優先して順位を付けることを特徴とする請求項７に記載の切断経路作成装置。
- エリア内の優先部品選択時には、直前に選択した図形データから距離の遠いものを優先して順位を付けることを特徴とする請求項７に記載の切断経路作成装置。
- エリア内の優先部品選択時には、選択された部品が、１個前に選択された部品が属していたエリアとは異なるエリアか同じエリアかにかかわらず、その部品同士が隣接する場合には、後で選択された部品を同じエリア内の別の部品に変更することを特徴とする請求項７に記載の切断経路作成装置。
- 形状を定義した図形データを入力する入力手段と、
この入力手段により入力された上記図形データを記憶する記憶手段と、
上記図形データが配置される板材データの領域を複数のエリアに分割する分割方法設定手段と、
この分割方法設定手段により分割された各エリア内に、上記図形データの一部もしくは全部が入っているかを認識するエリア内部品認識手段と、
このエリア内部品認識手段により認識された各エリア内の図形データのうち、何れの図形データから切断を行うかを選定するエリア内優先部品選定手段と、
このエリア内優先部品選定手段により各エリア内で選定された最優先に切断される部品同士を比較して面積に対する切断距離の比率が高い部品が存在するエリアを選定する優先エリア選定手段と、
上記図形データに基づき、切断加工及び切断順が定められた切断データを生成する切断データ生成手段と、
を備えた切断経路作成装置。 - 形状を定義した図形データを入力する工程と、
この入力手段により入力された上記図形データを記憶する工程と、
上記図形データが配置される板材データの領域を複数のエリアに分割する工程と、
分割された各エリア内に、上記図形データの一部もしくは全部が入っているかを認識する工程と、
各エリア内に属する図形データの個数を認識し、この個数に基づき切断加工する切断順を何れのエリアから行うかを選定する工程と、
上記図形データに基づき、切断加工及び切断順が定められた切断データを生成する工程と、
を備えた切断経路作成方法。 - 各エリア内に属する図形データの個数が同数の場合、各図形データの部品面積の合計面積に基づき切断加工する切断順を何れのエリアから行うかを選定することを特徴とする請求項１４に記載の切断経路作成方法。
- 各エリア内に属する図形データの個数が同数の場合、各図形データの切断距離の合計距離長に基づき切断加工する切断順を何れのエリアから行うかを選定することを特徴とする請求項１４に記載の切断経路作成方法。
- 選定されたエリア内の図形データのうち、何れの図形データから切断を行うかを選定する工程を備えたことを特徴とする請求項１４〜１６何れかに記載の切断経路作成方法。
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