JP5414902B2 - 機械加工シミュレーションを最適化するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
数値制御(NC:numerically controlled)機械加工(例えばフライス加工又は施削)のプロセスをシミュレートすることは、コンピュータコンピュータ支援設計(CAD:computer aided design)及びコンピュータ支援製造(CAM:computer aided manufacturing)において根本的に重要である。シミュレーション中に、工作物のコンピュータモデルが、工具、例えば、NCフライス加工工具のコンピュータ表現及び1組の工具運動を用いて編集され、機械加工プロセスがシミュレートされる。
図2Aは、NCフライス加工において用いられる1組の通常の工具202、204、206、及び208を示している。工具が工作物210に対して動かされるとき、工具は工作物から材料を削り取る。ここで、工具202、204、206、及び208は、一般に「掃引されたボリューム(swept volume)」と呼ばれる、サーフェイス212、214、216、及び218に対応する材料を工作物から除去する。各工具によって除去される材料の形状は、工具の形状と、工作物に対する工具の経路とによって決まる。
機械加工中に、工具の支持された運動、すなわち工具経路に従って、工具が工作物に対して動き、工具経路は工作物に対する工具の相対的な位置、向き及び他の形状データについての情報を含むことができる。
オブジェクトの距離フィールドd(p)はスカラフィールドであり、空間内の点pにおけるd(p)の値は点pからオブジェクトのサーフェイスまでの距離である。従来技術において多くの可能な距離フィールドが知られているが、最も一般的で有用であるのは、ユークリッド距離フィールドである。ユークリッド距離フィールドでは、距離はオブジェクトのサーフェイスに対する最小距離であり、d(ps)=0として定義される。
図4Aは、本発明の実施の形態によって対処される問題を示している。セル400内で、境界402は工作物のフライス加工のシミュレーションの開始時の工作物401の元のサーフェイスを定義している。シミュレーション中、3つの掃引されたボリュームの境界403、404、及び405がセルと交差する。したがって、掃引されたボリュームは、セルによって表される工作物のボリュームから除去される。工作物の内部407を取り囲む工作物の複合サーフェイス406は、境界402及び境界405によって形成される。
本発明の実施の形態は、セルによって表され、工作物から掃引されたボリュームを除去することによって形成されたこの工作物の複合サーフェイスが、セル及び/又は複合サーフェイスに入射する光線を当てられた場合、これらの光線と、掃引されたボリューム及び複合サーフェイスの境界との交点が、複合サーフェイスを実際に形成した掃引されたボリュームを示すという認識に基づく。
図5Aは、本発明の1つの実施の形態を示している。機械加工命令501のセットが、ネットワークを介してファイルとして、CD若しくはDVDから、又は当該技術分野において既知の他の手段によって、NC機械加工コントローラ502に提供される。コントローラ502は、プロセッサ503と、メモリ504と、機械の動作を示すディスプレイ505とを備える。フライス加工命令501を受信し、本発明の実施の形態500を用いてディスプレイ505上にシミュレートされた工作物の画像507を生成する機械加工シミュレータ506がプロセッサ上で実行される。
図6は、本発明の1つの実施の形態による、光線のセット555のサブセット611及び622を決定する一例を示している。光線のサブセット611は、セルの第1の境界610の外側の、正方形の等しく離間された格子の点から発生し、第1の境界に対し垂直にセルを通して伝播する。光線のセットの別のサブセット622は、第1の境界に対し垂直な、セルの第2の境界620の外側から発生し、第2の境界に対し垂直に伝播する。実施の形態の3D実施態様では、光線のセットの第3のサブセットは、最初の2つの境界に対し垂直な第3の境界の外側から発生し、第3の境界に対し垂直に伝播する。1つの実施の形態では、光線のそのような規則的なセットは最適サブセットを決定するのに十分である。
本発明の1つの実施の形態は、セルの距離フィールドのサブセット551が変更されるたびに最適サブセットを決定する。例えば、フライス加工シミュレータは、フライス加工プログラム内の命令ごとに、工作物の複合サーフェイスの更新画像を生成する。画像のレンダリング時間を最小にするために、フライス加工命令によって生成された新たな距離フィールドによって変更されたADFのセルごとに、距離フィールドの最適サブセットを更新する必要がある。実施の形態の1つの変形形態は、データ、例えば交点575をメモリ561内にキャッシュし、方法550を高速化する。メモリ561は、ランダムアクセスメモリ(RAM:random access memory)等、当該技術分野において既知の任意のメモリとすることができる。フライス加工命令ごとに最適サブセットが更新され、すなわち、距離フィールドが追加及び/若しくは除去されるか、又は最適サブセットは変更されないままである。
Claims (17)
- 工作物のボリュームから、掃引されたボリュームのセットを除去することによって実施される前記工作物の機械加工のシミュレーションを最適化する方法であって、前記工作物の前記ボリュームはセルのセットに分割され、前記方法は、
各セルに、前記セルと交差する掃引されたボリュームのサブセットを表す距離フィールドのサブセットを関連付けるステップであって、前記掃引されたボリュームのサブセットの少なくとも一部は前記セルの複合サーフェイスを形成する、関連付けるステップと、
前記セルに、少なくとも1つの方向から前記セルに入射する光線のセットを当てるステップであって、各光線は直線の伝播を表す、当てるステップと、
前記距離フィールドのサブセットの或る距離フィールドによって表される前記掃引されたボリュームの境界が、前記複合サーフェイス上に位置する交点において少なくとも1つの光線と交差する場合に、前記距離フィールドを選択して前記セルと関連付けられた最適サブセットに含めるステップと、
を含み、前記方法の前記ステップはプロセッサによって実行される、工作物のボリュームから掃引されたボリュームのセットを除去することによって実施される前記工作物の機械加工のシミュレーションを最適化する方法。 - 前記交点において、前記距離フィールドのサブセットからの各距離フィールドの値を求めるステップと、
前記交点における前記距離フィールドの値がゼロであり、かつ前記サブセット内の残りの距離フィールドの値が正である場合、前記距離フィールドを選択して前記最適サブセットに含めるステップと、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記交点における前記距離フィールドの値がゼロであり、かつ前記交点における前記サブセット内の残りの距離フィールドの値が正である、請求項1に記載の方法。
- 1つの方向からの前記光線は互いに平行であり、異なる方向からの前記光線は互いに直交する、請求項1に記載の方法。
- 前記光線のセットを少なくとも2つの方向から前記セルに向かって伝播させるステップ、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記光線のセットを前記複合サーフェイスに対する法線に基づいて決定するステップ、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記掃引されたボリュームのセットを更新するステップと、
前記更新に応答して、前記距離フィールドの最適サブセットを決定するステップと、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記決定中に計算されたデータの少なくとも一部をメモリにキャッシュするステップ、
を更に含む、請求項7に記載の方法。 - 前記メモリを等しいサイズのサブブロックに分割するステップであって、各サブブロックは1つのセルに関するデータを格納する、分割するステップと、
前記サブブロックを複数のロケーションに分割するステップであって、各ロケーションは1つの光線と関連付けられる、分割するステップと、
を更に含む、請求項8に記載の方法。 - 前記ロケーションにおける前記データは、前記交点において前記光線と交差する前記境界を表す前記距離フィールドを特定する、請求項9に記載の方法。
- 前記ロケーションにおける前記データは、前記光線が前記複合サーフェイスと交差していないことを特定する、請求項9に記載の方法。
- 前記掃引されたボリュームを表す前記距離フィールドの値は、前記掃引されたボリュームの内部の場合、負である、請求項1に記載の方法。
- 工作物のボリュームから、掃引されたボリュームのセットを除去することによって実施される前記工作物の機械加工のシミュレーションを最適化する方法であって、前記ボリュームはセルのセットに分割され、各セルは、前記セルと交差する掃引されたボリュームのサブセットと関連付けられ、前記掃引されたボリュームのサブセットの少なくとも一部が前記セルの複合サーフェイスを形成するようにされ、前記方法は、
前記セルに、前記セルに入射する光線のセットを当てるステップであって、光線は前記セルに向かう直線の伝播を表す、当てるステップと、
前記掃引されたボリュームのサブセットの或る掃引されたボリュームの境界が、前記複合サーフェイス上に位置する交点において少なくとも1つの光線と交差する場合に、前記掃引されたボリュームを選択して前記セルと関連付けられた最適サブセットに含めるステップと、
を含む、工作物のボリュームから、掃引されたボリュームのセットを除去することによって実施される前記工作物の機械加工のシミュレーションを最適化する方法。 - 前記境界の前記交点と、前記光線と前記サブセット内の残りの掃引されたボリュームの境界との交点との間の距離のセットを求めるステップと、
前記距離のセット内の各距離が正である場合、前記掃引されたボリュームを選択して前記最適サブセットに含めるステップと、
を更に含む、請求項13に記載の方法。 - 工作物のボリュームから、掃引されたボリュームのセットを除去することによって実施される前記工作物の機械加工のシミュレーションを最適化するシステムであって、前記ボリュームはセルのセットに分割され、前記システムは、
各セルに、前記セルと交差する掃引されたボリュームのサブセットを表す距離フィールドのサブセットを関連付ける手段であって、前記掃引されたボリュームのサブセットの少なくとも一部は前記セルの複合サーフェイスを形成する、関連付ける手段と、
前記セルに、少なくとも1つの方向から前記セルに入射する光線のセットを当てる手段であって、各光線は直線の伝播を表す、当てる手段と、
前記距離フィールドのサブセットの或る距離フィールドによって表される前記掃引されたボリュームの境界が、前記複合サーフェイス上に位置する交点において少なくとも1つの光線と交差する場合に、前記距離フィールドを選択して前記セルと関連付けられた最適サブセットに含めるように構成されたプロセッサと、
を備える、工作物のボリュームから、掃引されたボリュームのセットを除去することによって実施される前記工作物の機械加工のシミュレーションを最適化するシステム。 - 前記交点において、前記距離フィールドのサブセットからの各距離フィールドの値を求める手段と、
前記交点における前記距離フィールドの値がゼロであり、かつ前記サブセット内の残りの距離フィールドの値が正である場合、前記距離フィールドを選択して前記最適サブセットに含める手段と、
を更に備える、請求項15に記載のシステム。 - 前記求める手段によって計算されたデータの少なくとも一部をメモリにキャッシュする手段と、
前記メモリを等しいサイズのサブブロックに分割する手段であって、各サブブロックは1つのセルに関するデータを格納する、分割する手段と、
前記サブブロックを複数のロケーションに分割する手段であって、各ロケーションは1つの光線と関連付けられる、分割する手段と、
を更に備える、請求項16に記載のシステム。
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