JP7422906B1

JP7422906B1 - 加工制御装置、加工制御装置の制御方法およびプログラム

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Publication number: JP7422906B1
Application number: JP2023011582A
Authority: JP
Inventors: 京幸平山
Original assignee: アルム株式会社
Priority date: 2023-01-30
Filing date: 2023-01-30
Publication date: 2024-01-26
Anticipated expiration: 2043-01-30

Abstract

【課題】回転２軸を含む５軸により加工をする際のワークに対する工具の姿勢を決定することができる加工制御装置等を提供すること。【解決手段】水平方向に直交する第１軸と第２軸と垂直方向の第３軸と回転する第１回転軸と第２回転軸との５軸加工制御装置であって、複数の三角形メッシュを用いてワークの形状を表すメッシュデータを取得するメッシュデータ取得部と、工具の先端が接触する複数の第１接触点を算出する接触点算出部と、第３軸を移動するようにメッシュデータを回転させるメッシュデータ回転部と、複数の第１接触点のそれぞれについて工具のメッシュデータに対する相対角度を所定角度ごとに変化させながら工具をメッシュデータに移動させ工具の先端とメッシュデータとが接触する第２接触点を算出し、第１接触点と第２接触点とのそれぞれの距離に基づいて工具のメッシュデータに対する相対角度を工具の姿勢として決定する姿勢決定部とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、加工制御装置、加工制御装置の制御方法およびプログラムに関する。

工具とワークを載置する載置台を、ＮＣデータに基づいて、直線３軸および回転２軸により相対移動させる５軸制御加工機が特許文献１に開示されている。

特開２０２１－１７４１５２号公報

直線３軸および回転２軸の５軸によりワークを相対移動して工具を用いて加工する場合、ワークを回転２軸で回転可能であることから、加工の自由度が高くなる。一方、ワークが回転２軸に回転可能であることに起因して、加工時の工具に対するワークの姿勢を決定することが難しい。特許文献１は、かかる問題を解決するものではない。

１つの側面として、本開示は、回転２軸を含む５軸により工具とワークとを相対移動させて加工をする際のワークに対する工具の姿勢を決定することができる加工制御装置等を提供することを目的とする。

本開示の一態様における加工制御装置は、水平方向において相互に直交する第１軸および第２軸と、垂直方向の第３軸と、前記第１軸と前記第２軸とのうち何れかの軸を中心として回転する第１回転軸と、前記第３軸を中心として回転する第２回転軸との５軸により工具およびワークを相対移動させて、前記工具により前記ワークを加工する制御を行う加工制御装置であって、複数の三角形メッシュを用いて前記ワークの形状を表すメッシュデータを取得するメッシュデータ取得部と、前記メッシュデータのうち前記工具の先端が接触する複数の第１接触点を算出する接触点算出部と、前記工具が前記ワークを加工する際に前記第３軸を移動するように前記メッシュデータを回転させるメッシュデータ回転部と、前記複数の第１接触点のそれぞれについて、前記工具の前記メッシュデータに対する相対角度を所定角度ごとに変化させながら、前記所定角度ごとに、前記工具を前記メッシュデータに移動させたときに前記工具の先端と前記メッシュデータとが接触する第２接触点を算出し、前記第１接触点と前記所定角度ごとに算出された複数の第２接触点とのそれぞれの距離に基づいて、前記ワークを加工する際における前記工具のメッシュデータに対する相対角度を前記工具の姿勢として決定する姿勢決定部と、を備える。

本開示の一態様における加工制御装置の制御方法は、水平方向において相互に直交する第１軸および第２軸と、垂直方向の第３軸と、前記第１軸と前記第２軸とのうち何れかの軸を中心として回転する第１回転軸と、前記第３軸を中心として回転する第２回転軸との５軸により工具およびワークを相対移動させて、前記工具により前記ワークを加工する制御を行う加工制御装置の制御方法であって、複数の三角形メッシュを用いて前記ワークの形状を表すメッシュデータを取得し、前記メッシュデータのうち前記工具の先端が接触する複数の第１接触点を算出し、前記工具が前記ワークを加工する際に前記第３軸を移動するように前記メッシュデータを回転させ、前記複数の第１接触点のそれぞれについて、前記工具の前記メッシュデータに対する相対角度を所定角度ごとに変化させながら、前記所定角度ごとに、前記工具を前記メッシュデータに移動させたときに前記工具の先端と前記メッシュデータとが接触する第２接触点を算出し、前記第１接触点と前記所定角度ごとに算出された複数の第２接触点とのそれぞれの距離に基づいて、前記ワークを加工する際における前記工具のメッシュデータに対する相対角度を前記工具の姿勢として決定する。

本開示の一態様におけるプログラムは、水平方向において相互に直交する第１軸および第２軸と、垂直方向の第３軸と、前記第１軸と前記第２軸とのうち何れかの軸を中心として回転する第１回転軸と、前記第３軸を中心として回転する第２回転軸との５軸により工具およびワークを相対移動させて、前記工具により前記ワークを加工する制御を行う加工制御装置のコンピュータに実行させるプログラムであって、前記プログラムは、前記コンピュータに、複数の三角形メッシュを用いて前記ワークの形状を表すメッシュデータを取得させ、前記メッシュデータのうち前記工具の先端が接触する複数の第１接触点を算出させ、前記工具が前記ワークを加工する際に前記第３軸を移動するように前記メッシュデータを回転させ、前記複数の第１接触点のそれぞれについて、前記工具の前記メッシュデータに対する相対角度を所定角度ごとに変化させながら、前記所定角度ごとに、前記工具を前記メッシュデータに移動させたときに前記工具の先端と前記メッシュデータとが接触する第２接触点を算出し、前記第１接触点と前記所定角度ごとに算出された複数の第２接触点とのそれぞれの距離に基づいて、前記ワークを加工する際における前記工具のメッシュデータに対する相対角度を前記工具の姿勢として決定させる。

加工制御システムの一例を示す図である。工作機械の一例を示す図である。加工制御装置の一例を示すブロック図である。メッシュデータの分割の一例を示す図である。図４の一部を拡大した一例を示す図である。外形線モデルの一例を示す図である。メッシュデータのＣ軸回転の一例を示す図である。メッシュデータのＢ軸回転の一例を示す図である。工具データの先端が三角形メッシュの面に接触する一例を示す図である。工具データの先端が三角形メッシュの１つの辺に接触する一例を示す図である。工具データの先端が三角形メッシュの１つの頂点に接触する一例を示す図である。工具データの姿勢の決定の一例を示す図である。本実施形態のＧＰＵの一例を示す図である。本実施形態の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１２から続くフローチャートである。メッシュデータの各第１接触点について決定された工具データの姿勢の一例を示す図である。荒加工を行う際の加工領域の一例を示す図である。本実施形態が適用されない場合のワークに対する工具の加工パスの一例示す図である。本実施形態を適用した場合のワークに対する工具の加工パスの一例示す図である。

以下、本実施形態について図面を参照しつつ説明する。図面については、同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本開示の必須構成要件であるとは限らない。

図１は、加工制御システム１００の一例を示す図である。加工制御システム１００は、サーバ１０１、複数の加工制御装置１０２および複数の工作機械１０３を含む。サーバ１０１と加工制御装置１０２とは、インターネット等のネットワークＮＷを介して接続されている。

各加工制御装置１０２は、工作機械１０３が行う加工種別に応じて、異なる加工制御を行ってもよい。加工種別は、例えば、島状の形状を残すように加工する島残し加工や止まり穴を形成する止まり穴加工、貫通穴を形成する貫通穴加工等の種別であってもよい。加工制御システム１００に含まれる加工制御装置１０２および工作機械１０３はそれぞれ１つであってもよい。

サーバ１０１はメッシュデータを記憶するサーバである。サーバ１０１は、例えば、加工制御システム１００を提供する会社によって所定の場所に設置される。メッシュデータは、複数の三角形メッシュを用いて加工対象物（ワーク）の形状を表す図面データである。

本実施形態では、メッシュデータはＳＴＬ（Standard Triangulated Language）データであるものとして説明する。ただし、メッシュデータはＳＴＬデータ以外の任意の図面データであってもよい。例えば、メッシュデータは、ＯＢＪ形式のデータであってもよい。

加工制御装置１０２は、工作機械１０３を制御するコンピュータである。本実施形態の工作機械１０３は、加工制御装置１０２の制御に従って、ワークに対して所定の加工を施すＮＣ（Numerical Control）工作機である。

加工制御装置１０２は、ネットワークＮＷを介して、サーバ１０１からメッシュデータを取得する。加工制御装置１０２は、メッシュデータを用いて、工具がワークを加工する際の工具のワークに対する相対角度を工具の姿勢として決定するコンピュータである。加工制御装置１０２の詳細は後述する。

加工制御装置１０２は、可搬型メモリ等の記録媒体からメッシュデータを取得してもよい。例えば、加工制御装置１０２がネットワークＮＷに接続されていない単体の装置である場合、加工制御装置１０２は、メッシュデータが格納された可搬型メモリからメッシュデータを取得してもよい。

加工制御装置１０２は、工作機械１０３の制御を行う。工作機械１０３には工具が設けられている。工作機械１０３は工具を用いて、ワークに対して所定の加工を施す。以下、当該加工は、切削加工として説明する。また、工作機械１０３は、走査線加工を行うものとして説明する。ただし、工作機械１０３は、切削加工以外の加工を行ってもよいし、走査線加工以外の切削加工を行ってもよい。

工作機械１０３は、工具をワークの表面に対して接触させて、ワークに対して切削加工を施す。工作機械１０３は、ワークの表面の多くの点に対して工具を接触させてワークに対して切削加工を施す。加工制御装置１０２は、メッシュデータを用いて、ワークの表面に対して加工を行う各点のそれぞれについて、工具のワークに対する相対角度を工具の姿勢として決定する。工作機械１０３は、決定された工具の姿勢となるように工具の姿勢を制御する。

図２は、工作機械１０３の一例を示す図である。工作機械１０３は、工具１５１、ワーク載置台１５２、Ｘ軸駆動機構１５３、Ｙ軸駆動機構１５４、Ｚ軸駆動機構１５５およびＢ軸駆動機構１５６を有する。工具１５１は、ワークに切削加工を施すために用いられる工具である。工具１５１は、例えば、エンドミルである。ただし、工具１５１はエンドミル以外の工具であってもよい。

ワーク載置台１５２は、ワークを載置するための台である。図２の工作機械１０３では、ワーク載置台１５２に取り付けられた不図示の回転駆動機構の駆動制御により、ワーク載置台１５２はＺ軸を中心してＣ軸（第１回転軸）周りに回転する。Ｘ軸駆動機構１５３は、工具１５１をＸ軸（第１軸）方向に直線移動させる。Ｙ軸駆動機構１５４は、工具１５１をＹ軸（第２軸）方向に直線移動させる。Ｘ軸とＹ軸とは水平方向において相互に直交する軸である。

Ｚ軸駆動機構１５５は、工具１５１をＺ軸（第３軸）方向に移動させる。Ｚ軸方向は垂直方向である。工作機械１０３は、ワーク載置台１５２に載置されるワークに対して、工具１５１を下降移動させて工具１５１の先端をワークに対して接触させて、ワークに対して切削加工を施す。

Ｂ軸駆動機構１５６は、Ｙ軸を中心としてワーク載置台１５２を回転させる。以上の直線３軸により工具１５１の位置が制御される。また、Ｂ軸およびＣ軸の回転２軸によりワークが回転する。従って、直線３軸および回転２軸の５軸により、ワークに対して任意の位置および任意の角度で工具１５１を用いて加工を行うことができる。

図３は、加工制御装置１０２の一例を示すブロック図である。加工制御装置１０２は、制御部２０１、通信部２０２、記憶部２０３、操作部２０４、表示部２０５および出力部２０６を含む。加工制御装置１０２は、図２の構成に限定されず、他の要素を含んでもよいし、一部の要素が省略されてもよい。制御部２０１は、プロセッサおよびメモリを含む。本実施形態の制御部２０１は、プロセッサとしてＧＰＵ（Graphics Processing Unit）を含む。また、プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。

通信部２０２は、ネットワークＮＷに接続されるネットワークインターフェースであって、制御部２０１からの指示に応じて、ネットワークＮＷを介して、情報を送受信する。本実施形態では、当該情報にメッシュデータが含まれる。

記憶部２０３は、例えば、ハードディスクやＲＯＭ、ＲＡＭ等の情報記録媒体で構成される。記憶部２０３は、制御部２０１のプロセッサによって実行されるプログラムを保持する情報記録媒体である。

操作部２０４は、例えば、キーボード、マウス、ボタン等のインターフェースで構成され、ユーザの指示操作に応じて、当該指示操作の内容を制御部２０１に出力する。表示部２０５は、例えば、液晶ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、または有機ＥＬディスプレイである。表示部２０５は、制御部２０１からの指示に従い、情報を表示する。出力部２０６は、工作機械１０３を制御するための制御情報を工作機械１０３に出力する。

制御部２０１は、メッシュデータ取得部２１１、接触点算出部２１２、メッシュデータ回転部２１３および姿勢決定部２１４を含む。制御部２０１の機能は、上述したプロセッサが、メモリに記憶された複数の命令セットを実行することにより実現されるソフトウェア的な機能である。

メッシュデータ取得部２１１は、通信部２０２を介して、サーバ１０１からワークの形状を表すメッシュデータを取得する。接触点算出部２１２は、工具１５１を用いてワークの加工を行う際において、工具１５１を表す工具データの先端をメッシュデータに接触させる複数の接触点（第１接触点）を算出する。第１接触点は、工具１５１の先端をワークに接触させて加工を行う狙いの点でもある。

メッシュデータ回転部２１３は、工具１５１がワークを加工する際に、当該工具１５１を表す工具データがＺ軸方向を下降移動するようにメッシュデータを回転させる。加工時に、工具１５１をＺ軸方向に下降移動させてワークに当接させることで、工具１５１を加工する。この際、ワークはＺ軸方向に移動する工具１５１に対して相対的に回転される。このため、メッシュデータ回転部２１３は、工具データに対してメッシュデータを相対的に回転させる。

姿勢決定部２１４は、工具１５１がワークを加工する際の工具データのメッシュデータに対する相対角度を、ワークに対する工具１５１の姿勢として決定する。上述したように、工具１５１はＺ軸方向に下降移動する。このとき、ワークの形状によっては、工具１５１が狙いの点である第１接触点に接触する前に、工具１５１がワークの他の部位に接触することがある。姿勢決定部２１４は、このような干渉を回避する工具データの姿勢を決定する。詳細は、後述する。

次に、第１接触点の算出について説明する。図４は、メッシュデータの分割の一例を示す図である。上述したように、メッシュデータ取得部２１１はメッシュデータＭを取得する。接触点算出部２１２は、取得されたメッシュデータＭをＺ軸方向において微小間隔（等間隔）ごとに平面３０１で分割する。二点鎖線で表される平面３０１はＺ軸方向に直交するＸＹ平面である。

上述したように、メッシュデータＭは、複数の三角形メッシュを用いてワークの形状を表すデータである。接触点算出部２１２は、微小間隔ごとに平面３０１を設定し、各平面３０１とメッシュデータＭを構成する三角形メッシュとの交点を第１接触点として複数取得する。

図５は、図４の一部を拡大した一例を示す図である。図５において、メッシュデータＭを構成する５つの三角形メッシュＭ１～Ｍ５が示されている。三角形メッシュＭ１～Ｍ５は、メッシュデータＭの一部分の形状である。上述したように、メッシュデータＭは微小間隔ごとに平面３０１で分割される。

三角形メッシュＭ１と平面３０１との交点は、交点Ｐ１およびＰ２である。三角形メッシュＭ２と平面３０１との交点は、交点Ｐ３およびＰ４である。三角形メッシュＭ３と平面３０１との交点は、交点Ｐ５およびＰ６である。三角形メッシュＭ１と平面３０１との交点は、交点Ｐ７およびＰ８である。接触点算出部２１２は、交点Ｐ１～Ｐ８をそれぞれ第１接触点として算出する。

図６は、外形線モデルの一例を示す図である。上述したように、メッシュデータＭに対して、多くの交点Ｐが第１接触点として設定される。各第１接触点により、メッシュデータＭの外形がＺ軸方向に沿った点群データにより表される。

ワークを表すメッシュデータＭのうち広い平面は、狭い平面と比べて広い面積を有する三角形メッシュにより構成される。例えば、各メッシュデータＭのうち三角形メッシュＭ１０（網掛けで示される三角形メッシュ）の面積は広い。この場合、三角形メッシュＭ１０の交点Ｐ１１と交点Ｐ１２との間の距離は長くなる。

接触点算出部２１２は、交点Ｐ１１（第１交点）と交点Ｐ１２（第２交点）との距離が所定距離以上である場合、交点Ｐ１１と交点Ｐ１２との間に交点Ｐ１３（第３交点）を設定する。これにより、交点間の距離が長くなることを抑制できる。その結果、各第１接触点（各交点）を点群データとしたメッシュデータＭの外形をより高い精度で再現できる。接触点算出部２１２は、交点間の距離が長くなる場合、交点間に一定間隔ごとに複数の交点を設定してもよい。

次に、メッシュデータＭの回転について説明する。図７は、メッシュデータＭのＣ軸回転の一例を示す図である。図７において、メッシュデータＭは、ワークの一部分の形状を表す。図７のメッシュデータＭは断面が半円弧状の立体的な形状である。工具データ４０１は、工具１５１を表すデータである。工具データ４０１の先端４０２は、ワークを加工する工具１５１の先端を表す。工具１５１の先端とワークとは点接触する。図７において、工具データ４０１の先端４０２とワークに対応するメッシュデータＭとが接触する点４０３を第２接触点と称する。

メッシュデータ回転部２１３は、工具データ４０１が移動する方向のベクトル（以下、工具ベクトルと称する）のＹ成分がゼロになるように、メッシュデータＭを回転させる。実際の加工時においては、当該回転は、工作機械１０３が不図示のＣ軸駆動機構を制御して、Ｚ軸を中心としてワーク載置台１５２をＣ軸周りに回転させることで実現される。

メッシュデータ回転部２１３が上記のようにメッシュデータＭを回転させることで、メッシュデータＭは図７の回転前の状態からＣ軸回転後の状態になる。図７のＣ軸回転後の状態では、メッシュデータＭに対する工具データ４０１の工具ベクトルのＹ成分はゼロになる。

図８は、メッシュデータＭのＢ軸回転の一例を示す図である。図８のＣ軸回転後は、図７のＣ軸回転後と同じである。メッシュデータ回転部２１３は、工具データ４０１の工具ベクトルのＸ成分がゼロになるように、メッシュデータＭを回転させる。実際の加工時においては、当該回転は、工作機械１０３がＢ軸駆動機構１５６を制御して、Ｙ軸を中心としてワーク載置台１５２をＢ軸周りに回転させることで実現される。

メッシュデータ回転部２１３が上記のようにメッシュデータＭを回転させることで、図８のＢ軸回転後で示されるように、メッシュデータＭに対する工具データ４０１の工具ベクトルのＸ成分はゼロになる。

以上により、メッシュデータＭに対する工具データ４０１の工具ベクトルのＸ成分およびＹ成分はゼロになる。実際の加工時においては、工作機械１０３は、工具１５１をＺ軸方向に下降移動させて、工具１５１の先端をワークに接触させてワークの加工を行う。このため、姿勢決定部２１４は、上述したＣ軸回転およびＢ軸回転の処理を行うことで、メッシュデータＭに対する工具データ４０１の工具ベクトルのＸ成分およびＹ成分はゼロにさせる。

図７および図８のメッシュデータＭ（ワークの一部分のメッシュデータ）は、半円弧状の立体的な形状である。図８において、メッシュデータＭのうち加工対象の点が上述した第１接触点４０４（狙いの点）であるとする。

図８のＢ軸回転後の状態において、工具データ４０１をＺ軸方向に移動させた場合、工具データ４０１の先端４０２は、メッシュデータＭのうち狙いの点である第１接触点４０４よりも先に他の部位に接触する。

この場合、実際の加工時においても、工具１５１をＺ軸方向に移動させた際に、ワークのうち加工対象の点に接触する前に、工具１５１はワークの他の部位に接触する。つまり、工具１５１がワークのうち狙いの点以外の部位に接触する干渉が生じる。この場合、ワークに対する適正な加工を行うことができなくなる。

そこで、姿勢決定部２１４は、工具１５１がワークを加工する際において、上記の干渉を回避するように、各第１接触点（狙いの点）のそれぞれについて、工具データ４０１のメッシュデータＭに対する姿勢を決定する。以下、姿勢の決定について説明する。

図９Ａ～Ｃは、第２接触点の算出の一例を示す図である。上述したように、メッシュデータ回転部２１３は、メッシュデータＭに対する工具データ４０１の工具ベクトルのＸ成分およびＹ成分がゼロとなるようにメッシュデータＭを回転させる。姿勢決定部２１４は、回転後のメッシュデータＭに向けて工具データ４０１を下降移動させて、工具データ４０１を回転後のメッシュデータＭに接触させる。このときの接触点が第２接触点である。

メッシュデータＭは複数の三角形メッシュで構成される。工具データ４０１の先端４０２はメッシュデータＭを構成する複数の三角形メッシュのうち１つの三角形メッシュ（三角形メッシュＭ２０）の面、辺または頂点と点接触する。

図９Ａは、工具データ４０１の先端４０２が三角形メッシュＭ２０の面に接触する一例を示す図である。本実施形態では、工具データ４０１の先端４０２は球の形状を有している。図９Ａにおいて、三角形メッシュＭ２０の面のうち工具データ４０１の先端４０２が接する点４０３ＡのＺ軸の座標と工具データ４０１の先端４０２のうち中心４０２ＣのＺ軸の座標との間隔を間隔Ｄ１とする。

図９Ｂは、工具データ４０１の先端４０２が三角形メッシュＭ２０の１つの辺に接触する一例を示す図である。図９Ｂにおいて、三角形メッシュＭ２０の辺のうち工具データ４０１の先端４０２が接する点４０３ＢのＺ軸の座標と工具データ４０１の先端４０２のうち中心４０２ＣのＺ軸の座標との間隔を間隔Ｄ２とする。

図９Ｃは、工具データ４０１の先端４０２が三角形メッシュＭ２０の１つの頂点に接触する一例を示す図である。図９Ｃにおいて、工具データ４０１の先端４０２が接する点４０３Ｃ（三角形メッシュＭ２０の頂点）のＺ軸の座標と工具データ４０１の先端４０２のうち中心４０２ＣのＺ軸の座標との間隔を間隔Ｄ３とする。

間隔Ｄ１～Ｄ３のうち最も長い間隔に対応する工具データ４０１の先端４０２が三角形メッシュＭ２０に対して最も高い位置にある。姿勢決定部２１４は、間隔Ｄ１～Ｄ３のうち最も長い間隔に対応する工具データ４０１の先端４０２のうち中心４０２ＣのＺ軸の座標を第２接触点として算出する。例えば、図９Ａ～Ｃの場合、姿勢決定部２１４は、図９Ｃの工具データ４０１の先端４０２のうち中心４０２ＣのＺ軸の座標を第２接触点として算出する。

上述したように、接触点算出部２１２は、メッシュデータＭの形状を点群データで表す複数の第１接触点を算出する。第１接触点は、メッシュデータＭにおける工具データ４０１の先端４０２を接触させる狙いの点である。姿勢決定部２１４は、各第１接触点のそれぞれについて、第１接触点と第２接触点とが最小距離となるような工具データ４０１のメッシュデータＭに対する相対角度を工具データ４０１の姿勢として決定する。

図１０は、工具データ４０１の姿勢の決定の一例を示す図である。メッシュデータＭは、ワークの一部分を表す。図１０における姿勢決定前の状態において、工具データ４０１をＺ軸方向に移動させると、メッシュデータＭの第１接触点４１０（狙いの点）と離れた位置の点（第２接触点４１１）で接触する。姿勢決定部２１４は、第１接触点４１０と第２接触点４１１との距離を示す情報を保持する。

次に、姿勢決定部２１４は、メッシュデータＭをＢ軸周りまたはＣ軸周りに微小角度ずつ回転させる。本実施形態では、回転させる微小角度（所定角度）は３°であるとするが、所定角度は任意の回転角度であってもよい。

メッシュデータＭが３°回転されると、工具データ４０１をＺ軸方向に移動させたときにメッシュデータＭに工具データ４０１が接触する第２接触点４１２の位置がずれる。図１０の例においては、第２接触点４１２は狙いの点である第１接触点４１０から離れた位置にある。姿勢決定部２１４は、メッシュデータＭを３°回転させたときの第１接触点４１０と第２接触点４１２との距離を示す情報を保持する。

姿勢決定部２１４は、メッシュデータＭをさらに３°回転させる。この場合、工具データ４０１とメッシュデータＭとは、図１０の例の６°回転後の状態になる。この状態で、工具データ４０１をＺ軸方向に移動させるとメッシュデータＭに工具データ４０１が接触する第２接触点４１４の位置がずれる。図１０の例においては、第２接触点４１３は狙いの点である第１接触点４１０から依然として離れた位置にある。姿勢決定部２１４は、メッシュデータＭを６°回転（２回目の回転）させたときの第１接触点４１０と第２接触点４１２との距離を示す情報を保持する。

姿勢決定部２１４は、メッシュデータＭをさらに３°回転させる。この場合、工具データ４０１とメッシュデータＭとは、図１０の例の９°回転後の状態になる。メッシュデータＭがさらに３°回転したため、この状態で工具データ４０１をＺ軸方向に移動させるとメッシュデータＭに工具データ４０１が接触する第２接触点４１４の位置がずれる。図１０の例においては、工具データ４０１をＺ軸方向に移動させたときに、メッシュデータＭのうち干渉していた部位に工具データ４０１が接触しなくなる。このため、第１接触点４１０と第２接触点４１２との距離はゼロ、またはほぼゼロになる。姿勢決定部２１４は、メッシュデータＭを９°回転（３回目の回転）させたときの第１接触点４１０と第２接触点４１２との距離を示す情報を保持する。

以上のように、姿勢決定部２１４は１つの第１接触点４１０について、工具データ４０１のメッシュデータＭに対する相対角度を微小角度ずつ（３°ずつ）変化させながら、第２接触点４１２を算出し、第１接触点４１０と第２接触点４１２との距離を算出する。姿勢決定部２１４は、算出した距離の情報をメッシュデータＭの回転角度ごと（微小角度ごと）に保持する。

例えば、姿勢決定部２１４は、工具データ４０１のメッシュデータＭに対する相対角度を、「―９０°から＋９０°」まで３°ずつ変化させながら第１接触点４１０と第２接触点４１２との距離を算出する。この場合、姿勢決定部２１４は、各回転角度について第１接触点４１０と第２接触点４１２とを算出するため、合計６０個（＝１８０°／３°）の距離を算出する。

姿勢決定部２１４は、保持している各距離のうち最小距離に対応する回転角度を工具データ４０１の姿勢として決定する。当該回転角度は工具データ４０１のメッシュデータＭに対する相対角度である。姿勢決定部２１４は、１つの第１接触点について、当該相対角度を工具１５１の姿勢として決定する。実際の加工時において、加工制御装置１０２の制御により、工作機械１０３は決定された姿勢となるように、ワークを回転させる。これにより、工具１５１をＺ軸方向に下降移動させたときに、工具１５１がワークの他の部位に干渉することなく、ワークの狙いの点（第１接触点）に対して工具１５１を接触させることができる。

上述した例では、姿勢決定部２１４は、「―９０°から＋９０°」までの各角度のそれぞれについての上記の距離を算出しているが、距離の算出を行っている途中の段階で姿勢を決定してもよい。例えば、姿勢決定部２１４は、算出した距離が所定距離以下（例えば、ゼロ）となった時点で、距離の算出を中止し、算出した距離が所定距離以下になった時点の回転角度を工具１５１の姿勢として決定してもよい。これにより、「―９０°から＋９０°」までの全ての範囲の各回転角度についての距離を算出しなくてもよいため、処理時間の短縮化および処理負荷の軽減が図られる。

次に、姿勢の決定の並列処理について説明する。図１１は、本実施形態のＧＰＵの一例を示す図である。制御部２０１はＧＰＵ５０１を含む。ＧＰＵ５０１は複数のコアを含む。図１１の例では、ＧＰＵ５０１は３０００個のコアを含む。ＧＰＵ５０１のコア数は３０００個には限定されない。

制御部２０１は、ＧＰＵ５０１の各コアに対して、メッシュデータＭを転送する。上述したように、メッシュデータＭは微小間隔ごとに平面３０１で分割される。そして、各平面３０１とメッシュデータＭを構成する複数の三角形メッシュとの交点が第１接触点として設定される。

本実施形態では、制御部２０１は、ＧＰＵ５０１の各コアに対して、メッシュデータＭの各平面３０１のそれぞれの演算を割り当てる。各平面３０１はそれぞれ複数の第１接触点を含む。姿勢決定部２１４は、上述した姿勢の決定を行うための演算をＧＰＵ５０１の各コアに対して実行するように指示を出す。これにより、ＧＰＵ５０１の各コアは、複数の第１接触点のそれぞれについての姿勢の決定の演算を並列で実行する。

その結果、各平面３０１（各スライス）についての姿勢の決定の演算が並列で実行されることから、点群データで表されるメッシュデータＭについて、各第１接触点のそれぞれの姿勢の決定を行う処理を高速に行うことができる。

次に、本実施形態の処理の流れについて説明する。図１２は、本実施形態の処理の流れの一例を示すフローチャートである。メッシュデータ取得部２１１は、通信部２０２を制御して、サーバ１０１からメッシュデータＭを取得する（ステップＳ１０１）。

接触点算出部２１２は、図４の例に示されるように、Ｚ軸方向において微小間隔ごとの各平面３０１によりメッシュデータＭを分割する（ステップＳ３０２）。接触点算出部２１２は、各平面３０１のそれぞれについて、平面３０１とメッシュデータＭを構成する各三角形メッシュの辺との複数の交点を取得する（ステップＳ１０３）。これにより、メッシュデータＭの外形を表す多数の第１接触点（狙いの点）が取得される。本実施形態では、第１接触点（狙いの点）は点群データとしてメッシュデータＭの外形が表される。

接触点算出部２１２は、ステップＳ１０３で取得された各交点のうち、交点間の距離が所定距離以上の交点があるかを判定する（ステップＳ１０４）。交点間の距離が所定距離以上の交点がある場合、接触点算出部２１２は、ステップＳ１０４でＹｅｓと判定し、処理をステップＳ１０５に進める。交点間の距離が所定距離以上の交点がない場合、接触点算出部２１２は、ステップＳ１０４でＮｏと判定し、処理をステップＳ１０６に進める。

接触点算出部２１２は、ステップＳ１０４でＹｅｓと判定した場合、交点間の距離が所定距離以上である第１交点と第２交点との間に第３交点を設定する（ステップＳ１０５）。第１交点と第２交点との間の距離に応じて、接触点算出部２１２は、第１交点と第２交点との間に複数の第３交点を設定してもよい。

ステップＳ１０４でＮｏと判定した場合、またはステップＳ１０５の処理を実行した場合、接触点算出部２１２は算出した各交点をそれぞれ第１接触点として設定する（ステップＳ１０６）。これにより、メッシュデータＭの外形を表す多数の第１接触点（狙いの点）が設定される。制御部２０１は、「Ａ」からステップＳ１０７に処理を進める。

図１３は、図１２から続くフローチャートである。上述したように、ワークの外形を表すメッシュデータＭに多数の第１接触点が設定される。制御部２０１は、各第１接触点について工具データ４０１のメッシュデータＭに対する姿勢を決定するループ処理を開始する（ステップＳ１０７）。メッシュデータ回転部２１３は、図７および図８で説明したように、工具１５１がワークを加工する際に工具１５１がＺ軸を移動するようにメッシュデータＭをＣ軸周りおよびＢ軸周りに回転させる（ステップＳ１０８）。

姿勢決定部２１４は、図１０で説明したように、メッシュデータＭを微小間隔ごとに回転させる処理に関するループ処理を開始する（ステップＳ１０９）。姿勢決定部２１４は、工具データ４０１をメッシュデータＭに向けて移動させる（ステップＳ１１０）。そして、姿勢決定部２１４は、図９Ａ～図９Ｃで説明したように、工具データ４０１とメッシュデータＭとが接触する第２接触点を算出する（ステップＳ１１１）。

姿勢決定部２１４は、ステップ１０７でループ処理を開始したときの対象となる第１接触点とステップＳ１１１で得られた第２接触点との距離を算出する（ステップＳ１１２）。姿勢決定部２１４は、算出した距離を示す情報を微小間隔ごとに保持する。

姿勢決定部２１４は、１つの第１接触点について、メッシュデータＭを微小角度ごとに回転させる処理に関するループ処理が終了するまで、ステップＳ１１０～Ｓ１１２の処理を繰り返す。メッシュデータＭを微小角度ごとに回転させるループ処理が終了すると、姿勢決定部２１４は、当該ループ処理を終了して、処理をステップＳ１１５に進める。

上記のループ処理により、姿勢決定部２１４は、第１接触点と第２接触点との距離を示す情報を複数保持する。姿勢決定部２１４は、保持している複数の距離を示す情報のうち最小距離を取得する（ステップＳ１１４）。各距離はそれぞれメッシュデータＭを回転させた回転角度に対応する。姿勢決定部２１４は、最小距離に対応するメッシュデータＭを回転させた角度（ワークを加工する際における工具データ４０１のメッシュデータＭに対する相対角度）を工具データ４０１の姿勢として決定する（ステップＳ１１５）。

制御部２０１は、全ての第１接触点についての工具データ４０１の姿勢が決定するまで、メッシュデータＭに対する姿勢を決定するループ処理（ステップＳ１０７～Ｓ１１６の処理）を実行する。全ての第１接触点についての工具データ４０１の姿勢が決定すると、制御部２０１は、メッシュデータＭに対する姿勢を決定するループ処理を終了させて、処理をステップＳ１１７に進める。

以上により、全ての第１接触点についての工具データ４０１の姿勢が決定する。制御部２０１は、出力部２０６を介して、全ての第１接触点についての工具データ４０１の姿勢を示す情報（姿勢情報）を工作機械１０３に出力する（ステップＳ１１７）。以上により、本実施形態の加工制御装置１０２の処理が終了する。

工作機械１０３は、加工制御装置１０２からの制御に基づいて、工具１５１、ワーク載置台１５２、Ｘ軸駆動機構１５３、Ｙ軸駆動機構１５４、Ｚ軸駆動機構１５５およびＢ軸駆動機構１５６を制御して、ワークを加工する。

工作機械１０３は、工具１５１によりワークのうち狙いの点（第１接触点）を加工する際に、上記の姿勢情報が示す姿勢となるように、ワーク載置台１５２を微小回転させて、ワークを加工する際における工具１５１のワークに対する相対角度を調整する。これにより、ワークのうち狙いの点と異なる部位に工具１５１が干渉することなく、工具１５１を狙いの点に接触させることができる。

なお、狙いの点（第１接触点）によっては、ワーク載置台１５２を回転させることなく、工具１５１の干渉が生じないことがある。この場合、当該狙いの点（第１接触点）についての姿勢情報は、ワーク載置台１５２を回転させないことを示す。このようなケースの場合、工作機械１０３は、ワーク載置台１５２を回転させない。

上記の姿勢情報には、全ての第１接触点についての工具データ４０１の姿勢を示す情報が含まれる。工作機械１０３は、当該姿勢情報に基づいて、ワークを加工する際における工具１５１の姿勢を制御する。これにより、全ての狙いの点について、工具１５１がワークの他の部位に干渉することなく、工具１５１を１回で狙いの点に接触させることができる。

図１４Ａは、メッシュデータＭの各第１接触点について決定された工具データ４０１の姿勢の一例を示す図である。図１４Ａの例に示されるように、メッシュデータＭの周囲に設定される各第１接触点のそれぞれに１つの姿勢５０１が決定される。当該姿勢５０１は、ワークを加工する際における工具１５１のワークに対する姿勢である。

工作機械１０３は、工具１５１を用いて各第１接触点を加工する際、各第１接触点のそれぞれについて決定された姿勢５０１となるようにワークを微小回転させる。その後、工作機械１０３は、工具１５１をＺ軸方向に下降移動させて、工具１５１をワークに接触させてワークの加工を行う。これにより、工具１５１がワークの他の部位に干渉することなく、第１接触点（狙いの点）に１回で接触させることができる。

ここで、ワークの加工として、仕上げ加工および荒加工がある。加工制御装置１０２の姿勢決定部２１４は、仕上げ加工を行う際に、上述した各第１接触点のそれぞれについて決定された姿勢５０１を適用するが、荒加工を行う際にも決定された姿勢５０１を適用してもよい。

図１４Ｂは、荒加工を行う際の加工領域の一例を示す図である。荒加工を行う際の加工領域５１０（図１４Ｂの破線の領域）は、メッシュデータＭに対して所定のオフセットが設定されている。従って、仕上げ加工に適用された姿勢５０１を荒加工に適用した場合に、工具１５１がタークの他の部位に干渉することがなくなる。加工制御装置１０２が、仕上げ加工を行う際の各第１接触点について決定した姿勢を荒加工にも適用することで、仕上げ加工および荒加工の両者に、工具１５１がタークの他の部位に干渉することがない工具１５１の同じ姿勢を適用できる。

図１５Ａは、本実施形態が適用されない場合のワークＷに対する工具１５１の加工パスの一例示す図である。工作機械１０３は、ワークＷの表面の全周に対して工具１５１を接触させて加工を行う。図１５Ａの例の場合、工具１５１を第１接触点（狙いの点）に対して接触させるときの工具１５１の姿勢は一意に決定されていない。このため、工作機械１０３は、ワークＷの表面の全周に対して工具１５１の姿勢を変化させながら、繰り返し工具１５１をワークＷの全周に対して接触させる。このため、工具１５１は多くの加工パスを辿ることになる。

図１５Ｂは、本実施形態を適用した場合のワークＷに対する工具１５１の加工パスの一例示す図である。図１５Ｂの例の場合、本実施形態が適用されるため、工具１５１を第１接触点（狙いの点）に対して接触させるときの工具１５１の姿勢は一意に決定されている。このため、工作機械１０３は、繰り返し工具１５１をワークＷの表面の全周に対して接触させる必要がない。従って、工具１５１の加工パス６０１は図１５Ａの例と比較して、大幅に少なくなる。加工パスが少なくなるため、エアカットを減少させることができ、ワークに対する切削加工の処理速度が高速化される。

以上説明したように、本実施形態は、加工制御装置は、工具がワークを加工する際にＺ軸を移動するように、メッシュデータを回転させる。そして、加工制御装置は、各第１接触点のそれぞれについて、工具のメッシュデータに対する相対角度を所定角度ごとに変化（回転）させながら、第１接触点と第２接触点との距離に基づいて、工具の姿勢として決定する。これにより、実際に工具がワークを加工する際に、工具のワークに対する相対角度を一意に決定でき、ワークに対して工具の適正な姿勢を探索する必要がなくなるため、切削加工の処理速度が高速化される。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本実施形態の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、各種の変形はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態および変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。

１００加工制御システム、１０１サーバ、１０２加工制御装置、１０３工作機械、１５１工具、１５２ワーク載置台、１５３Ｘ軸駆動機構、１５４Ｙ軸駆動機構、１５５Ｚ軸駆動機構、１５６Ｂ軸駆動機構、２０１制御部、２０２通信部、２０３記憶部、２０４操作部、２０５表示部、２０６出力部、２１１メッシュデータ取得部、２１２接触点算出部、２１３メッシュデータ回転部、２１４姿勢決定部

Claims

水平方向において相互に直交する第１軸および第２軸と、垂直方向の第３軸と、前記第１軸と前記第２軸とのうち何れかの軸を中心として回転する第１回転軸と、前記第３軸を中心として回転する第２回転軸との５軸により工具およびワークを相対移動させて、前記工具により前記ワークを加工する制御を行う加工制御装置であって、
複数の三角形メッシュを用いて前記ワークの形状を表すメッシュデータを取得するメッシュデータ取得部と、
前記メッシュデータのうち前記工具の先端が接触する複数の第１接触点を算出する接触点算出部と、
前記工具が前記ワークを加工する際に前記第３軸を移動するように前記メッシュデータを回転させるメッシュデータ回転部と、
前記複数の第１接触点のそれぞれについて、前記工具の前記メッシュデータに対する相対角度を所定角度ごとに変化させながら、前記所定角度ごとに、前記工具を前記メッシュデータに移動させたときに前記工具の先端と前記メッシュデータとが接触する第２接触点を算出し、前記第１接触点と前記所定角度ごとに算出された複数の第２接触点とのそれぞれの距離に基づいて、前記ワークを加工する際における前記工具のメッシュデータに対する相対角度を前記工具の姿勢として決定する姿勢決定部と、
を備える加工制御装置。
前記姿勢決定部は、前記第１接触点と前記複数の第２接触点とのそれぞれの距離のうち最小距離に対応する相対角度を前記工具の姿勢として決定する、請求項１に記載の加工制御装置。
前記接触点算出部は、前記メッシュデータを前記第３軸に沿って前記水平方向の平面を等間隔に分割した際に前記メッシュデータを構成する前記複数の三角形メッシュの３辺と前記平面との交点を複数取得し、取得された複数の交点を前記複数の第１接触点として設定する、請求項１に記載の加工制御装置。
前記接触点算出部は、前記複数の交点のうち第１交点と第２交点との距離が所定距離以上である場合、前記第１交点と前記第２交点との間に新たな第３交点を設定する、請求項３に記載の加工制御装置。
前記姿勢決定部は、前記所定角度ごとに変化させながら算出された前記距離が所定距離以下となった時点の所定角度を工具データの姿勢として決定する、請求項２に記載の加工制御装置。
前記姿勢決定部は、仕上げ加工を行う際に前記複数の第１接触点のそれぞれについての前記工具の姿勢を決定するとともに、荒加工を行う際の前記複数の第１接触点のそれぞれに対して前記仕上げ加工を行う際に決定された前記工具の姿勢を適用する、請求項１に記載の加工制御装置。
前記姿勢決定部の処理は、ＧＰＵ（Graphical Processing Unit）の複数のコアにより並列して実行される、請求項１に記載の加工制御装置。
水平方向において相互に直交する第１軸および第２軸と、垂直方向の第３軸と、前記第１軸と前記第２軸とのうち何れかの軸を中心として回転する第１回転軸と、前記第３軸を中心として回転する第２回転軸との５軸により工具およびワークを相対移動させて、前記工具により前記ワークを加工する制御を行う加工制御装置の制御方法であって、
複数の三角形メッシュを用いて前記ワークの形状を表すメッシュデータを取得し、
前記メッシュデータのうち前記工具の先端が接触する複数の第１接触点を算出し、
前記工具が前記ワークを加工する際に前記第３軸を移動するように前記メッシュデータを回転させ、
前記複数の第１接触点のそれぞれについて、前記工具の前記メッシュデータに対する相対角度を所定角度ごとに変化させながら、前記所定角度ごとに、前記工具を前記メッシュデータに移動させたときに前記工具の先端と前記メッシュデータとが接触する第２接触点を算出し、前記第１接触点と前記所定角度ごとに算出された複数の第２接触点とのそれぞれの距離に基づいて、前記ワークを加工する際における前記工具のメッシュデータに対する相対角度を前記工具の姿勢として決定する、
加工制御装置の制御方法。
水平方向において相互に直交する第１軸および第２軸と、垂直方向の第３軸と、前記第１軸と前記第２軸とのうち何れかの軸を中心として回転する第１回転軸と、前記第３軸を中心として回転する第２回転軸との５軸により工具およびワークを相対移動させて、前記工具により前記ワークを加工する制御を行う加工制御装置のコンピュータに実行させるプログラムであって、前記プログラムは、前記コンピュータに、
複数の三角形メッシュを用いて前記ワークの形状を表すメッシュデータを取得させ、
前記メッシュデータのうち前記工具の先端が接触する複数の第１接触点を算出させ、
前記工具が前記ワークを加工する際に前記第３軸を移動するように前記メッシュデータを回転させ、
前記複数の第１接触点のそれぞれについて、前記工具の前記メッシュデータに対する相対角度を所定角度ごとに変化させながら、前記所定角度ごとに、前記工具を前記メッシュデータに移動させたときに前記工具の先端と前記メッシュデータとが接触する第２接触点を算出し、前記第１接触点と前記所定角度ごとに算出された複数の第２接触点とのそれぞれの距離に基づいて、前記ワークを加工する際における前記工具のメッシュデータに対する相対角度を前記工具の姿勢として決定させる、
プログラム。