JP7484750B2 - Method, device, and program for converting coordinates from a Cartesian coordinate system to a Freinet coordinate system - Google Patents
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Description
本願発明は、直交座標系からフレネ座標系への座標変換方法、座標変換装置、およびプログラムに関する。 This invention relates to a method, a device, and a program for converting coordinates from a Cartesian coordinate system to a Freinet coordinate system.
従来、ボールねじなどの機械部品においては、螺旋形状の部位(例えば、転動体が転動可能に動作する溝)を備えている。このような螺旋形状を有する機械部品において、各部位の動作状態や形状などを適切に解析するための様々な手法が開示されている。 Conventionally, mechanical components such as ball screws have spiral-shaped parts (e.g., grooves in which rolling elements can roll). Various methods have been disclosed for appropriately analyzing the operating state and shape of each part of such spiral-shaped mechanical components.
例えば、特許文献1では、螺旋形状を有するねじ部において、螺旋形状の谷底部分のデータを抽出し、その螺旋形状を解析する方法が開示されている。
For example,
例えば、ボールねじなどの螺旋形状を有する機械部品において、その内部の転動体(たま)の接触状態を計算する上では、その螺旋形状における転動体の位置を適切に特定することが必要となる。このとき、任意の位置にあるねじ軸と転動体の接触を計算するためには、転動体の座標がねじ軸の螺旋近傍のどの位置にあるのかを探索する必要がある。特に機構解析などを行う場合には、転動体などの機械部品の構成要素全てが任意の位置に移動し得るため、その都度位置を特定するために計算処理の繰り返し回数が多くなる。更には、このような近傍探索の計算において高い精度が求められている。 For example, in calculating the contact state of the rolling elements inside a mechanical part with a helical shape, such as a ball screw, it is necessary to properly identify the position of the rolling elements in the helical shape. In this case, in order to calculate the contact between the screw shaft at an arbitrary position and the rolling elements, it is necessary to search for the position of the rolling elements near the helix of the screw shaft. In particular, when performing mechanical analysis, all of the components of the mechanical part, such as the rolling elements, can move to any position, so the calculation process is repeated many times to identify the position each time. Furthermore, high accuracy is required in such calculations for neighborhood search.
しかしながら、このような計算は逆問題となり、3元の非線形連立方程式の解であるため、代数的にその解を求めることができない。その一方、螺旋形状を有する機械部品では、その構成に着目すると、転動体の移動範囲は螺旋近傍の一定の範囲に限定されるという特徴がある。 However, this type of calculation is an inverse problem, and since it involves the solution of a nonlinear simultaneous equation with three unknowns, the solution cannot be found algebraically. On the other hand, when we look at the configuration of a mechanical part with a spiral shape, it has the characteristic that the range of movement of the rolling elements is limited to a certain range near the spiral.
上記課題を鑑み、本願発明は、ボールねじなどの螺旋形状を有する機械部品の構成を考慮し、螺旋近傍の点の座標を特定するための、直交座標系からフレネ座標系への高速な変換を可能とする変換方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide a method of conversion that takes into account the configuration of a mechanical part having a helical shape, such as a ball screw, and enables high-speed conversion from a Cartesian coordinate system to a Frenet coordinate system in order to identify the coordinates of a point near a helix.
上記課題を解決するために本願発明は以下の構成を有する。すなわち、螺旋近傍の点について直交座標系の座標(x,y,z)からフレネ座標系の座標を示すパラメータ(θ,η,ζ)へ座標変換を行う座標変換方法であって、
前記螺旋の螺旋軸に対応する前記直交座標系のx軸に対する前記点の座標の値が0となるように前記直交座標系を設定する設定工程と、
前記設定工程にて設定された前記直交座標系における前記点の座標を(0,y0,z0)とし、前記フレネ座標系における前記点の座標を示すパラメータを(θ0,η0,ζ0)とした場合に、以下の式(1)に基づいて、座標変換を行う変換工程と、
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration: A coordinate transformation method for transforming coordinates of a point near a spiral from coordinates (x, y, z) in a Cartesian coordinate system to parameters (θ, η, ζ) indicating coordinates in a Frenet coordinate system, comprising the steps of:
a setting step of setting the orthogonal coordinate system so that a coordinate value of the point with respect to an x-axis of the orthogonal coordinate system corresponding to a helical axis of the spiral is 0;
a conversion step of performing a coordinate conversion based on the following formula (1) when the coordinates of the point in the Cartesian coordinate system set in the setting step are (0, y 0 , z 0 ) and the parameters indicating the coordinates of the point in the Frenet coordinate system are (θ 0 , η 0 , ζ 0 )
を有し、
前記変換工程では、前記式(1)において、三次関数をテイラー展開した際の3次以上の項を0とした近似値を用いて得られる連立方程式を解くことにより、前記フレネ座標系における前記点の座標(θ0,η0,ζ0)を導出する。
having
In the conversion process, the coordinates (θ 0 , η 0 , ζ 0 ) of the point in the Frenet coordinate system are derived by solving a simultaneous equation obtained by using an approximation in which the third-order or higher terms in the Taylor expansion of the cubic function in equation ( 1 ) are set to zero .
また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、螺旋近傍の点について直交座標系の座標(x,y,z)からフレネ座標系の座標を示すパラメータ(θ,η,ζ)へ座標変換を行う座標変換装置であって、
前記螺旋の螺旋軸に対応する前記直交座標系のx軸に対する前記点の座標の値が0となるように前記直交座標系を設定する設定手段と、
前記設定手段にて設定された前記直交座標系における前記点の座標を(0,y0,z0)とし、前記フレネ座標系における前記点の座標を示すパラメータを(θ0,η0,ζ0)とした場合に、以下の式(1)に基づいて、座標変換を行う変換手段と、
Another aspect of the present invention has the following configuration: A coordinate conversion device that converts coordinates (x, y, z) of a Cartesian coordinate system into parameters (θ, η, ζ) indicating coordinates of a point near a spiral in a Freinet coordinate system,
a setting means for setting the orthogonal coordinate system so that a coordinate value of the point with respect to an x-axis of the orthogonal coordinate system corresponding to a helical axis of the spiral is 0;
a conversion means for performing coordinate conversion based on the following formula (1) when the coordinates of the point in the Cartesian coordinate system set by the setting means are (0, y 0 , z 0 ) and the parameters indicating the coordinates of the point in the Frenet coordinate system are (θ 0 , η 0 , ζ 0 );
を有し、
前記変換手段は、前記式(1)において、三次関数をテイラー展開した際の3次以上の項を0とした近似値を用いて得られる連立方程式を解くことにより、前記フレネ座標系における前記点の座標(θ0,η0,ζ0)を導出する。
having
The conversion means derives the coordinates (θ 0 , η 0 , ζ 0 ) of the point in the Frenet coordinate system by solving simultaneous equations obtained by using approximate values in which third-order or higher terms are set to zero when a cubic function is expanded in Taylor series in equation ( 1 ) .
また、本願発明の別の形態は以下の構成を有する。すなわち、コンピュータに、
螺旋近傍の点について直交座標系の座標(x,y,z)からフレネ座標系の座標を示すパラメータ(θ,η,ζ)へ座標変換を行う座標変換方法を実行させるためのプログラムであって、
前記座標変換方法は、
前記螺旋の螺旋軸に対応する前記直交座標系のx軸に対する前記点の座標の値が0となるように前記直交座標系を設定する設定工程と、
前記設定工程にて設定された前記直交座標系における前記点の座標を(0,y0,z0)とし、前記フレネ座標系における前記点の座標を示すパラメータを(θ0,η0,ζ0)とした場合に、以下の式(1)に基づいて、座標変換を行う変換工程と、
Another aspect of the present invention has the following configuration. That is, a computer includes:
A program for executing a coordinate transformation method for transforming a point near a spiral from coordinates (x, y, z) in a Cartesian coordinate system to parameters (θ, η, ζ) indicating coordinates in a Frenet coordinate system, the program comprising:
The coordinate transformation method includes:
a setting step of setting the orthogonal coordinate system so that a coordinate value of the point with respect to an x-axis of the orthogonal coordinate system corresponding to a helical axis of the spiral is 0;
a conversion step of performing a coordinate conversion based on the following formula (1) when the coordinates of the point in the Cartesian coordinate system set in the setting step are (0, y 0 , z 0 ) and the parameters indicating the coordinates of the point in the Frenet coordinate system are (θ 0 , η 0 , ζ 0 )
を有し、
前記変換工程では、前記式(1)において、三次関数をテイラー展開した際の3次以上の項を0とした近似値を用いて得られる連立方程式を解くことにより、前記フレネ座標系における前記点の座標を示すパラメータ(θ0,η0,ζ0)を導出する。
having
In the conversion process, parameters (θ 0 , η 0 , ζ 0 ) indicating the coordinates of the point in the Frenet coordinate system are derived by solving simultaneous equations obtained by using approximate values in which third-order and higher terms are set to zero when the cubic function in formula ( 1 ) is expanded into a Taylor series.
本願発明により、螺旋近傍の点の座標に関し、直交座標系からフレネ座標系への高速な変換を可能とする変換方法を提供することが可能となる。 The present invention makes it possible to provide a conversion method that enables high-speed conversion from a Cartesian coordinate system to a Freinet coordinate system for the coordinates of points near a spiral.
以下、本願発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本願発明を説明するための一実施形態であり、本願発明を限定して解釈されることを意図するものではなく、また、各実施形態で説明されている全ての構成が本願発明の課題を解決するために必須の構成であるとは限らない。また、各図面において、同じ構成要素については、同じ参照番号を付すことにより対応関係を示す。 The following describes the embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is one embodiment for explaining the present invention, and is not intended to be interpreted as limiting the present invention, and not all of the configurations described in each embodiment are necessarily essential configurations for solving the problems of the present invention. In addition, in each drawing, the same components are given the same reference numbers to indicate their correspondence.
<第1の実施形態>
以下、本願発明の第1の実施形態について説明を行う。
First Embodiment
A first embodiment of the present invention will be described below.
[装置構成]
図1は、本実施形態に係る座標変換方法を実行可能な座標変換装置の全体構成の一例を示す概略構成図である。本実施形態に係る座標変換装置1は、例えば、PC(Personal Computer)などの情報処理装置が用いられてよく、その構成は特に限定するものではない。
[Device configuration]
1 is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of a coordinate conversion device capable of executing the coordinate conversion method according to the present embodiment. The
座標変換装置1は、CPU(Central Processing Unit)10、ROM(Read Only Memory)11、RAM(Random Access Memory)12、HDD(Hard Disk Drive)13、入力装置14、表示装置15、および通信装置16を含んで構成される。CPU10は、座標変換装置1全体の制御を司る部位であり、例えば、HDD13に格納されたプログラムを読み出して実行することで各種機能を実現してよい。ROM11は、不揮発性の記憶領域である。RAM12は、揮発性の記憶領域であり、一時的なデータの保存場所として用いられる。HDD13は、不揮発性の記憶領域であり、各種プログラムやデータが記憶、管理される。入力装置14は、外部からの入力を受け付ける部位であり、例えば、マウスやキーボードなどから構成される。表示装置15は、各種情報を表示するための部位であり、例えば、液晶ディスプレイなどが該当する。なお、入力装置14と表示装置15が一体となったタッチパネルディスプレイが用いられてもよい。通信装置16は、外部装置(不図示)とネットワーク(不図示)を介して通信するための部位である。ここでの通信は、有線/無線は問わず、また、通信規格なども特に限定するものではない。
The
本実施形態に係る座標変換方法は、例えば、ボールねじなど螺旋構造を有する機械部品の動作のシミュレーションに用いることが可能である。図2は、本実施形態に係る座標変換方法を適用可能なボールねじ20の構成例を示す図である。ボールねじ20は、ナット21、ねじ軸22、および複数の転動体23を含んで構成される。ねじ軸22の外周面には、転動体23が接触して転がる螺旋溝22aが形成されている。螺旋溝22aは、弦巻線(常らせん)状の3次元曲線を描く。また、図2において、直交座標系におけるx軸、y軸、z軸を示している。以下の説明において、各座標系の軸は対応している。
The coordinate transformation method according to this embodiment can be used, for example, to simulate the operation of a mechanical part having a helical structure, such as a ball screw. Figure 2 is a diagram showing an example of the configuration of a
図3は、本実施形態で扱う螺旋の各要素を説明するための図である。ここでは、xyz座標系において、螺旋である弦巻線がx軸周りに反時計回りにて示されている。lは、螺旋のピッチを示す。rは、螺旋の半径を示す。θは螺旋角を示す。 Figure 3 is a diagram for explaining each element of the spiral used in this embodiment. Here, in the xyz coordinate system, the helical string winding is shown in a counterclockwise direction around the x-axis. l indicates the pitch of the spiral. r indicates the radius of the spiral. θ indicates the spiral angle.
[座標系]
本実施形態に係る2つの座標系について説明する。1つ目の座標系は螺旋軸を基準とし、x軸と螺旋軸とが一致した直交座標系である。直交座標系において、3つの軸をx軸、y軸、z軸とし、xyz座標系とも称する。2つ目の座標系は螺旋の任意の点を基準としたフレネ・セレ標構にて示される座標系(以下、フレネ座標系と称する)である。フレネ座標系において、3つの軸をξ軸、η軸、ζ軸とし、ξηζ座標系とも称する。本実施形態では、この2つの座標系間の座標の変換を座標変換と称する。
[Coordinate system]
Two coordinate systems according to this embodiment will be described. The first coordinate system is an orthogonal coordinate system in which the helical axis is used as a reference and the x-axis and the helical axis coincide with each other. In the orthogonal coordinate system, the three axes are the x-axis, the y-axis, and the z-axis, and this is also called the xyz coordinate system. The second coordinate system is a coordinate system shown in the Freinet-Serret frame based on an arbitrary point of the helix (hereinafter, referred to as the Freinet coordinate system). In the Freinet coordinate system, the three axes are the ξ-axis, the η-axis, and the ζ-axis, and this is also called the ξηζ coordinate system. In this embodiment, the conversion of coordinates between these two coordinate systems is called coordinate conversion.
図3に示した要素に基づき、螺旋のピッチをl、螺旋の始点角をα、螺旋の半径をr、螺旋角に対応するパラメータをθとした場合、xyz座標系において、螺旋上の任意の点qは以下の式(1)にて定義される。 Based on the elements shown in Figure 3, if the pitch of the spiral is l, the starting angle of the spiral is α, the radius of the spiral is r, and the parameter corresponding to the spiral angle is θ, then in the xyz coordinate system, any point q on the spiral is defined by the following equation (1).
l:螺旋のピッチ
α:螺旋の始点角
r:螺旋の半径
θ:パラメータ(螺旋角)
l: helix pitch α: helix starting angle r: helix radius θ: parameter (helix angle)
式(1)に示されるように、パラメータθが増加するに従って、x軸方向の正方向に進む。式(1)における始点角αは、y軸方向に沿って螺旋を見た場合のx-z平面におけるx=0の位相角に相当する。 As shown in equation (1), as the parameter θ increases, the spiral moves in the positive x-direction. The starting angle α in equation (1) corresponds to the phase angle at x=0 in the xz plane when the spiral is viewed along the y-direction.
一方、フレネ座標系において、ξ軸、η軸、ζ軸それぞれの方向の単位ベクトルをt、n、bとした場合、これらはそれぞれ以下の式(2)、式(3)、式(4)のように定義される。なお、各変数は式(1)と同様である。 On the other hand, in the Freinet coordinate system, if the unit vectors in the directions of the ξ axis, η axis, and ζ axis are t, n, and b, respectively, they are defined as shown in the following equations (2), (3), and (4), respectively. Note that each variable is the same as in equation (1).
図4は、本実施形態に係る2つの座標系の関係を説明するための図である。図4において、xyz座標系のx軸と螺旋軸とが一致するように、螺旋が示されている。また、螺旋上に任意の点qが示されている。ξ軸の方向は、図4および上記の式(2)に示すように、螺旋の進行方向に対応し、tは点qにおける接ベクトルである。η軸の方向は、図4および上記の式(3)に示すように、螺旋の中心方向に対応し、nは点qにおける法線ベクトルである。そして、図4および上記の式(4)に示すように、ζ軸の方向に対応するベクトルb(θ)は点qにおける従法線ベクトルであり、接ベクトルt(θ)と法線ベクトルn(θ)の外積となる。 Figure 4 is a diagram for explaining the relationship between the two coordinate systems according to this embodiment. In Figure 4, a spiral is shown so that the x-axis of the xyz coordinate system coincides with the spiral axis. An arbitrary point q is also shown on the spiral. The direction of the ξ axis corresponds to the direction of the spiral as shown in Figure 4 and the above formula (2), and t is the tangent vector at point q. The direction of the η axis corresponds to the center direction of the spiral as shown in Figure 4 and the above formula (3), and n is the normal vector at point q. And, as shown in Figure 4 and the above formula (4), the vector b(θ) corresponding to the direction of the ζ axis is the binormal vector at point q, and is the cross product of the tangent vector t(θ) and the normal vector n(θ).
ここで、3次元空間の螺旋周辺における任意の点をx0とし、そのxyz座標系における座標を(x0,y0,z0)とする。これをξηζ座標系に対応付けるためにパラメータθ0、ζ0、η0を用いて以下の式(5)のように表す。本実施形態では、式(5)に基づいた変換処理を、xyx座標系とξηζ座標系の座標変換と定義する。 Here, an arbitrary point on the periphery of the spiral in three-dimensional space is designated as x0 , and its coordinates in the xyz coordinate system are designated as ( x0 , y0 , z0 ). To associate this with the ξηζ coordinate system, it is expressed as in the following formula (5) using parameters θ0 , ζ0 , and η0 . In this embodiment, the conversion process based on formula (5) is defined as coordinate conversion between the xyx coordinate system and the ξηζ coordinate system.
図5は、螺旋上の点qを基準として、螺旋の進行方向(ξ軸の方向)に直交するη-ζ平面を示している。このη-ζ平面上に点x0が位置する。この図5に示す関係から、点x0のξηζ座標系におけるζ軸方向の座標とη軸方向の座標を規定する。言い換えると、η-ζ平面は、螺旋上の点qを原点とし、x0の座標は、ζ軸とη軸それぞれからの距離として規定される。また、η-ζ平面は、螺旋角に対応するパラメータθによりその位置を特定できる。 Fig. 5 shows the η-ζ plane perpendicular to the direction of progression of the spiral (the direction of the ξ axis) with point q on the spiral as a reference. Point x0 is located on this η-ζ plane. From the relationship shown in Fig. 5, the coordinate of point x0 in the ζ axis direction and the coordinate of point x0 in the ξηζ coordinate system are defined. In other words, the η-ζ plane has point q on the spiral as its origin, and the coordinate of x0 is defined as the distance from each of the ζ axis and the η axis. Furthermore, the position of the η-ζ plane can be specified by the parameter θ corresponding to the helix angle.
なお、式(1)~式(5)によると、x0の値によって複数の解が存在し得る。そのため、複数の解が存在する場合には、ζ0、η0が最も小さいものを単一解として扱う。なお、本実施形態に係る座標変換方法の適用対象の一例であるボールねじの場合、図2に示したように、転動体23は、螺旋溝22aにて規定される螺旋に対して十分に近い位置にある。このような機械部品を想定した場合、複数の解が存在する可能性は極めて低い。本実施形態では、転動体23が螺旋に対して十分に近くに位置するものとして近似を用いて算出を行う。近似を用いることで、解を1つに限定することができる。
According to formulas (1) to (5), multiple solutions may exist depending on the value of x0 . Therefore, when multiple solutions exist, the solution with the smallest ζ0 and η0 is treated as a single solution. In the case of a ball screw, which is an example of an application target of the coordinate transformation method according to this embodiment, as shown in FIG. 2, the rolling
[近似を用いた座標変換]
本実施形態に係る近似を用いた座標変換について説明する。まず、xyz座標系における任意の点xを考える。点xは、螺旋上とは異なる位置にあるが、螺旋に十分近い位置にある。例えば、任意の点xは、図2の例の場合、転動体23の中心位置であってもよいし、螺旋溝22aとの距離が最も近い転動体23の表面の点であってもよい。ボールねじ20において、その構成によっては、転動体23とねじ軸22が接触する場合もあれば、その間に隙間が生じる場合もある。隙間が生じた場合に、螺旋溝22aに最も近い転動体23の表面の点を任意の点xとして想定してもよい。
[Coordinate transformation using approximation]
Coordinate transformation using approximation according to this embodiment will be described. First, consider an arbitrary point x in the xyz coordinate system. Point x is located at a position different from the helix, but is located sufficiently close to the helix. For example, in the example of FIG. 2, the arbitrary point x may be the center position of the rolling
(x=0,α=0の場合)
図6は、xyz座標系における点xの座標を示す図である。図6は、x=0のy-z平面を示しており、また、螺旋の始点角α=0である。この時の点xのxyz座標系における座標(x,y,z)を座標(0,y0,z0)とする。上述したように点xが螺旋に十分近い位置であるという仮定は、x0=0、y0≒r、z0≒0であるという条件に置き換えても一般性を失わない。つまり、xyz座標系において、x軸方向の座標が0の場合、点xの座標は、螺旋上の座標である(0,r,0)に近似するものとして扱うことができる。
(When x = 0, α = 0)
FIG. 6 is a diagram showing the coordinates of point x in the xyz coordinate system. FIG. 6 shows the yz plane where x=0, and the starting angle α of the spiral is 0. The coordinates (x, y, z) of point x in the xyz coordinate system at this time are defined as coordinates (0, y 0 , z 0 ). As described above, the assumption that point x is located sufficiently close to the spiral does not lose generality even if it is replaced with the conditions that x 0 =0, y 0 ≒ r, and z 0 ≒ 0. In other words, in the xyz coordinate system, when the coordinate in the x-axis direction is 0, the coordinates of point x can be treated as being approximate to (0, r, 0), which is the coordinate on the spiral.
そして、図5に示すy-z平面上において、上記の式(5)を適用した場合、点xに対するxyz座標系およびξηζ座標系の対応関係として、以下の式(6)を導くことができる。 When the above formula (5) is applied to the y-z plane shown in Figure 5, the following formula (6) can be derived as the correspondence between the xyz coordinate system and the ξηζ coordinate system for point x.
このとき、転動体23が螺旋溝22aにて規定される螺旋に十分近い位置にあることから、θ0≪1となり、上記の式(6)において、以下の近似値を用いることができる。つまり、本実施形態では、三角関数のテイラー展開において、2次までの値にて近似し、この2次の近似解を代数的に定義して用いる。
At this time, since the rolling
上記の式(6)~(8)から以下の式(9)が得られる。 The following equation (9) can be obtained from the above equations (6) to (8).
式(9)から、以下の式(10)に示す連立方程式が導出される。 From equation (9), the simultaneous equations shown in equation (10) can be derived.
式(10)を解くことで、以下の2つの座標系間の座標変換を行うための式(11)を定義する。 By solving equation (10), we define equation (11) to perform coordinate transformation between the following two coordinate systems.
式(10)を解くことで定義された式(11)にxyz座標系の座標の値を代入することで、フレネ座標系における座標に対応するパラメータθ0、η0、ζ0を導出することができる。 By substituting the coordinate values of the xyz coordinate system into equation (11) defined by solving equation (10), the parameters θ 0 , η 0 , and ζ 0 corresponding to the coordinates in the Frenet coordinate system can be derived.
(x=x0,α=α0の場合)
上記では、x=0、α=0の場合の計算について説明した。次に、x=x0,α=α0の場合に拡張した場合の算出について説明する。図7(a)は、xyz座標系における任意の点xの座標を示す。この時の点xのxyz座標系における座標(x,y,z)を座標(x0,y0,z0)とする。また、螺旋の始点角α=α0とする。この場合においても点xは、螺旋に対して十分に近い位置にあるものとして説明する。
(When x = x 0 , α = α 0 )
The calculation when x=0 and α=0 has been described above. Next, the calculation when expanded when x= x0 and α= α0 will be described. Fig. 7(a) shows the coordinates of an arbitrary point x in the xyz coordinate system. The coordinates (x, y, z) of point x in the xyz coordinate system at this time are set to ( x0 , y0 , z0 ). Also, the starting angle of the spiral is set to α= α0 . In this case as well, the explanation will be given assuming that point x is located sufficiently close to the spiral.
この場合において、xyz座標系全体をx軸周りに以下の式(12)にて示す角度(螺旋角β)の分、回転させる。上記と同様、αは螺旋の始点角を示し、本例ではα0となる。式(12)は、螺旋の進行方向とは逆の方向にxyz座標系全体を回転させることを示す。例えば、図7(a)に示すように、反時計回りに進行する螺旋の場合、時計回りにxyz座標系全体を回転させる。 In this case, the entire xyz coordinate system is rotated around the x axis by an angle (spiral angle β) shown in the following formula (12). As above, α indicates the starting angle of the spiral, and in this example, α is 0. Formula (12) indicates that the entire xyz coordinate system is rotated in the direction opposite to the progression of the spiral. For example, as shown in Figure 7(a), in the case of a spiral progressing counterclockwise, the entire xyz coordinate system is rotated clockwise.
次に、点xのxyz座標系におけるx軸の値が0になるように、xyz座標系全体を-x0の分、移動させる。その結果、点xの座標は、図7(b)に示すような関係となり、この場合の点xの座標を(0,y1,z1)にて示す。これにより、図6にて示した関係と同様になる。そして、上記のx=0,α=0の場合にて説明した式(10)、式(11)において、(x0,y0,z0)を(0,y1,z1)に置き換えて代入することで同様の座標変換を行うことが可能となる。具体的には、以下の式(13)を用いる。 Next, the entire xyz coordinate system is moved by -x0 so that the value of the x-axis of point x in the xyz coordinate system becomes 0. As a result, the coordinates of point x have the relationship shown in FIG. 7B, and the coordinates of point x in this case are shown as (0, y1 , z1 ). This results in the same relationship as shown in FIG. 6. Then, in the formulas (10) and (11) described above in the case of x= 0 , α= 0 , by substituting (x0, y0 , z0) with (0, y1 , z1 ), it becomes possible to perform a similar coordinate transformation. Specifically, the following formula (13) is used.
[処理フロー]
図8は、本実施形態に係る座標変換処理のフローチャートである。本処理は、座標変換装置1により実行され、例えば、座標変換装置1が備える制御装置(不図示)が本実施形態に係る処理を実現するためのプログラムを記憶装置(不図示)から読み出して実行することにより実現される。
[Processing flow]
8 is a flowchart of the coordinate conversion process according to this embodiment. This process is executed by the coordinate
S801にて、座標変換装置1は、対象となる螺旋の螺旋軸と、xyz座標系のx軸とが一致するようにxyz座標系を設定する。螺旋軸は、例えば、図2の場合、ねじ軸22の中心軸に対応する。このとき、着目する座標点xのxyz座標系における座標を、図7(a)に示すように、(x0,y0,z0)とする。
In S801, the coordinate
S802にて、座標変換装置1は、xyz座標系内の着目する座標点xの高さから、仮の螺旋角βを算出する。ここでの座標点の高さとは、座標点xのx軸方向の値x0に対応する。仮の螺旋角βは、図3に示した螺旋の構成(ピッチl、始点角α)と座標点の高さ(=x0)とに基づいて、特定することができる。
In S802, the coordinate
S803にて、座標変換装置1は、xyz座標系全体を仮の螺旋角βの分、螺旋の進行方向とは逆方向に回転させる。すなわち、上記の式(12)にて示した値にて、S801にて設定したxyz座標系を回転させる。
In S803, the coordinate
S804にて、座標変換装置1は、着目する座標点xのx軸方向の値分、xyz座標系全体を平行移動する。ここまでの処理により、着目する座標点xのxyz座標系における座標を、図7(b)に示すように、(0,y1,z1)に変換することができる。
In S804, the coordinate
S805にて、座標変換装置1は、微小螺旋角および座標の算出を行う。本工程の処理は、図8を用いて詳細に説明する。
In S805, the coordinate
S806にて、座標変換装置1は、S805の処理にて導出した微小螺旋角と、仮の螺旋角βとを合算し、ξηζ座標系における座標点xの座標を示すパラメータ(θ,η,ζ)のうちのθの値を算出する。
In S806, the coordinate
S807にて、座標変換装置1は、S805およびS806にて算出したξηζ座標系における座標点xの座標を示すパラメータ(θ,η,ζ)を出力する。ここでの出力方法は特に限定するものではなく、xyz座標系における座標点xの座標と対応付けて出力してもよいし、そのほかの座標の変換条件を併せて出力してもよい。そして、本処理フローを終了する。
In S807, the coordinate
(微小螺旋角および座標算出処理)
図9は、図8のS805の工程における処理の詳細を示すフローチャートである。
(Micro-spiral angle and coordinate calculation process)
FIG. 9 is a flowchart showing details of the process in step S805 of FIG.
S901にて、座標変換装置1は、変換処理に伴う微小量に関する近似値の設定を行う。本実施形態では、上記の式(7)、式(8)に示したように、三角関数においてテイラー展開した際の3次以上の項を0とする2次近似の値を用いるものとして、近似値が設定される。
In S901, the coordinate
S902にて、座標変換装置1は、S901にて設定したテイラー展開の近似値を用いて、微小螺旋角θ0の算出を行う。ここでの微小螺旋角θ0は、ξηζ座標系における座標点xの座標を示すパラメータ(θ,η,ζ)のθと仮の螺旋角βとの差分に相当する。
In S902, the coordinate
S903にて、座標変換装置1は、微小捩じれ方向の変位を算出する。ここでの捩じれ方向は、ζ軸方向に対応する。したがって、微小捩じれ方向の変位は、ξηζ座標系における座標点xの座標を示すパラメータ(θ,η,ζ)のζの値に対応する。
At S903, the coordinate
S904にて、座標変換装置1は、微小曲がり方向の変位を算出する。ここでの曲がり方向は、η軸方向に対応する。したがって、微小曲がり方向の変位は、ξηζ座標系における座標点xの座標を示すパラメータ(θ,η,ζ)のηの値に対応する。そして、図8のS806の工程に進む。
At S904, the coordinate
なお、本実施形態では、微小捩じれ方向を算出してから微小曲がり方向の算出を行ったが、この順に限定するものではなく、逆の順序にて算出してもよい。 In this embodiment, the micro-twist direction is calculated before the micro-bend direction is calculated, but this order is not limited to this and the calculations may be performed in the reverse order.
また、上記の算出方法では、三角関数の値に対して2次近似の値を用いる例を示したが、これに限定するものではない。そのほかにも計算過程において含まれる3次以上の項に関し、本実施形態に係る座標変換方法を適用する機械部品の構成に応じて、近似値を用いるような構成であってもよい。 In addition, in the above calculation method, an example was shown in which a quadratic approximation value was used for the value of the trigonometric function, but this is not limited to this. In addition, for third- or higher-order terms included in the calculation process, an approximation value may be used depending on the configuration of the mechanical part to which the coordinate transformation method according to this embodiment is applied.
[変換例]
図10は、本実施形態に係る座標変換方法を用いた変換結果に関する精度を説明するための図である。ここでは、対象をボールねじとし、以下の条件下にて算出を行った。
螺旋のピッチ(l):600[mm]
螺旋の半径(r):800[mm]
螺旋角(θ):1000[°]
螺旋と座標点との距離:1μm~100mm
[Conversion example]
10 is a diagram for explaining the accuracy of the transformation result using the coordinate transformation method according to the present embodiment. Here, the target is a ball screw, and calculations are performed under the following conditions.
Spiral pitch (l): 600 [mm]
Spiral radius (r): 800 [mm]
Helix angle (θ): 1000 [°]
Distance between the spiral and the coordinate point: 1 μm to 100 mm
図10において、横軸は(座標点が螺旋から離れている距離)/(螺旋半径)を示す。また、縦軸は(座標の変換誤差)/(螺旋半径)を示す。図10に示すように、螺旋半径で誤差と距離を正規化した結果、誤差が10-11~10-3となる範囲で高い精度により座標変換を行うことが可能であった。特に、座標点が螺旋に近い位置にあるほど、高い精度にて座標変換を行ことが可能となる。 In Fig. 10, the horizontal axis indicates (distance from the spiral to the coordinate point)/(spiral radius), and the vertical axis indicates (coordinate conversion error)/(spiral radius). As shown in Fig. 10, as a result of normalizing the error and distance by the spiral radius, it was possible to perform coordinate conversion with high accuracy in the error range of 10 -11 to 10 -3 . In particular, the closer the coordinate point is to the spiral, the more accurate the coordinate conversion can be.
以上、本実施形態では、ボールねじなどの螺旋形状を有する機械部品の構成を考慮した上で、処理負荷を低減させるための近似値を用いる。これにより、本実施形態では、螺旋近傍の点の座標を特定するための、直交座標系からフレネ座標系への高速な変換が可能となる。 As described above, in this embodiment, an approximation is used to reduce the processing load, taking into account the configuration of a mechanical part having a spiral shape, such as a ball screw. This enables high-speed conversion from a Cartesian coordinate system to a Frenet coordinate system to identify the coordinates of a point near the spiral.
<その他の実施形態> <Other embodiments>
また、本願発明において、上述した1以上の実施形態の機能を実現するためのプログラムやアプリケーションを、ネットワーク又は記憶媒体等を用いてシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。 The present invention can also be realized by providing a program or application for implementing the functions of one or more of the above-described embodiments to a system or device via a network or storage medium, and having one or more processors in the computer of the system or device read and execute the program.
また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array))によって実現してもよい。 It may also be realized by a circuit that realizes one or more functions (for example, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array)).
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 As such, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the invention also contemplates combinations of the various components of the embodiments, as well as modifications and applications by those skilled in the art based on the descriptions in the specification and well-known technologies, and these are included in the scope of the protection sought.
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 螺旋近傍の点について直交座標系の座標(x,y,z)からフレネ座標系の座標(θ,η,ζ)へ座標変換を行う座標変換方法であって、
前記螺旋の螺旋軸に対応する前記直交座標系のx軸に対する前記点の座標の値が0となるように前記直交座標系を設定する設定工程と、
前記設定工程にて設定された前記直交座標系における前記点の座標を(0,y0,z0)とし、前記フレネ座標系における前記点の座標を(θ0,η0,ζ0)とした場合に、以下の式(1)に基づいて、座標変換を行う変換工程と、
As described above, the present specification discloses the following:
(1) A coordinate transformation method for transforming a point near a spiral from coordinates (x, y, z) in a Cartesian coordinate system to coordinates (θ, η, ζ) in a Frenet coordinate system, comprising the steps of:
a setting step of setting the orthogonal coordinate system so that a coordinate value of the point with respect to an x-axis of the orthogonal coordinate system corresponding to a helical axis of the spiral is 0;
a conversion step of performing coordinate conversion based on the following formula (1) when the coordinates of the point in the Cartesian coordinate system set in the setting step are (0, y 0 , z 0 ) and the coordinates of the point in the Frenet coordinate system are (θ 0 , η 0 , ζ 0 )
を有し、
前記変換工程では、前記式(1)において、三次関数をテイラー展開した際の3次以上の項を0とした近似値を用いて得られる連立方程式を解くことにより、前記フレネ座標系における前記点の座標(θ0,η0,ζ0)を導出することを特徴とする座標変換方法。
この構成によれば、螺旋近傍の点の座標を特定するための、直交座標系からフレネ座標系への高速な変換が可能となる。
having
a transforming step of transforming the coordinates (
This arrangement allows for a fast transformation from Cartesian to Frenet coordinates to identify the coordinates of points near the helix.
(2) 前記設定工程において、
前記x軸が前記螺旋の螺旋軸に一致するように前記直交座標系を設定し、
前記直交座標系の前記x軸に対する前記点の座標の値に基づいて、第1の螺旋角を算出し、
前記第1の螺旋角に基づいて、前記螺旋の進行方向とは逆方向に前記直交座標系を回転させ、
前記点の前記x軸の座標の値に基づいて前記直交座標系を平行移動させる、
ことにより前記直交座標系を設定することを特徴とする(1)に記載の座標変換方法。
この構成によれば、直交座標系を座標変換が容易な位置に調整して再設定することで、計算処理の負荷を低減することが可能となる。
(2) In the setting step,
setting the orthogonal coordinate system so that the x-axis coincides with the helix axis of the helix;
Calculating a first helical angle based on a coordinate value of the point relative to the x-axis of the Cartesian coordinate system;
Rotating the orthogonal coordinate system in a direction opposite to a progression direction of the spiral based on the first spiral angle;
translating the orthogonal coordinate system based on the value of the x-axis coordinate of the point;
The coordinate transformation method according to (1), wherein the orthogonal coordinate system is set by:
According to this configuration, the orthogonal coordinate system can be adjusted and reset to a position where coordinate transformation is easy, thereby making it possible to reduce the load of calculation processing.
(3) 前記第1の螺旋角は、前記直交座標系の前記x軸に対する前記点の座標の値、前記螺旋の始点角、および前記螺旋のピッチに基づいて算出されることを特徴とする(2)に記載の座標変換方法。
この構成によれば、螺旋の構成に合わせて、座標変換を行う際の仮の螺旋角を設定することが可能となり、計算処理の負荷を低減することが可能となる。
(3) The coordinate transformation method according to (2), wherein the first helical angle is calculated based on a coordinate value of the point with respect to the x-axis of the Cartesian coordinate system, a start angle of the spiral, and a pitch of the spiral.
According to this configuration, it is possible to set a provisional helical angle when performing coordinate transformation in accordance with the configuration of the helix, making it possible to reduce the load of calculation processing.
(4) 前記変換工程において、前記第1の螺旋角と、前記θ0とを合算することで、前記設定工程における前記直交座標系を回転させる前のθの値を算出することを特徴とする(2)または(3)に記載の座標変換方法。
この構成によれば、直交座標系の調整を行った場合でも、適切に座標変換を行うことができる。
(4) The coordinate transformation method according to (2) or ( 3) , characterized in that in the transformation step, the value of θ before rotating the orthogonal coordinate system in the setting step is calculated by adding up the first helical angle and the
According to this configuration, even if the orthogonal coordinate system is adjusted, the coordinate conversion can be performed appropriately.
(5) 前記フレネ座標系は、前記螺旋上の点を原点として、前記螺旋の進行方向をξ軸方向とし、前記螺旋の中心方向をη軸とし、前記ξ軸と前記η軸それぞれに直交する方向をζ軸として規定される座標系であることを特徴とする(1)~(4)のいずれかに記載の座標変換方法。
この構成によれば、直交座標系から、螺旋状の点に対応するフレネ座標系への座標変換が可能となる。
(6) 螺旋近傍の点について直交座標系の座標(x,y,z)からフレネ座標系の座標(θ,η,ζ)へ座標変換を行う座標変換装置であって、
前記螺旋の螺旋軸に対応する前記直交座標系のx軸に対する前記点の座標の値が0となるように前記直交座標系を設定する設定手段と、
前記設定手段にて設定された前記直交座標系における前記点の座標を(0,y0,z0)とし、前記フレネ座標系における前記点の座標を(θ0,η0,ζ0)とした場合に、以下の式(1)に基づいて、座標変換を行う変換手段と、
(5) The coordinate transformation method according to any one of (1) to (4), wherein the Freinet coordinate system is a coordinate system defined with a point on the spiral as the origin, the direction of progression of the spiral as the ξ axis direction, the η axis direction of the spiral, and the ζ axis direction perpendicular to the ξ axis and the η axis.
This configuration enables coordinate transformation from a Cartesian coordinate system to a Frenet coordinate system that corresponds to spiral points.
(6) A coordinate transformation device for transforming a point near a spiral from coordinates (x, y, z) in a Cartesian coordinate system to coordinates (θ, η, ζ) in a Freinet coordinate system, comprising:
a setting means for setting the orthogonal coordinate system so that a coordinate value of the point with respect to an x-axis of the orthogonal coordinate system corresponding to a helical axis of the spiral is 0;
a conversion means for performing coordinate conversion based on the following formula (1) when the coordinates of the point in the Cartesian coordinate system set by the setting means are (0, y 0 , z 0 ) and the coordinates of the point in the Frenet coordinate system are (θ 0 , η 0 , ζ 0 );
を有し、
前記変換手段は、前記式(1)において、三次関数をテイラー展開した際の3次以上の項を0とした近似値を用いて得られる連立方程式を解くことにより、前記フレネ座標系における前記点の座標(θ0,η0,ζ0)を導出することを特徴とする座標変換装置。
この構成によれば、螺旋近傍の点の座標を特定するための、直交座標系からフレネ座標系への高速な変換が可能となる。
having
The coordinate transformation device is characterized in that the transformation means derives the coordinates (
This arrangement allows for a fast transformation from Cartesian to Frenet coordinates to identify the coordinates of points near the helix.
(7) コンピュータに、
螺旋近傍の点について直交座標系の座標(x,y,z)からフレネ座標系の座標(θ,η,ζ)へ座標変換を行う座標変換方法を実行させるためのプログラムであって、
前記座標変換方法は、
前記螺旋の螺旋軸に対応する前記直交座標系のx軸に対する前記点の座標の値が0となるように前記直交座標系を設定する設定工程と、
前記設定工程にて設定された前記直交座標系における前記点の座標を(0,y0,z0)とし、前記フレネ座標系における前記点の座標を(θ0,η0,ζ0)とした場合に、以下の式(1)に基づいて、座標変換を行う変換工程と、
(7) to a computer,
A program for executing a coordinate transformation method for transforming a point near a spiral from coordinates (x, y, z) in a Cartesian coordinate system to coordinates (θ, η, ζ) in a Frenet coordinate system, comprising:
The coordinate transformation method includes:
a setting step of setting the orthogonal coordinate system so that a coordinate value of the point with respect to an x-axis of the orthogonal coordinate system corresponding to a helical axis of the spiral is 0;
a conversion step of performing coordinate conversion based on the following formula (1) when the coordinates of the point in the Cartesian coordinate system set in the setting step are (0, y 0 , z 0 ) and the coordinates of the point in the Frenet coordinate system are (θ 0 , η 0 , ζ 0 )
を有し、
前記変換工程では、前記式(1)において、三次関数をテイラー展開した際の3次以上の項を0とした近似値を用いて得られる連立方程式を解くことにより、前記フレネ座標系における前記点の座標(θ0,η0,ζ0)を導出することを特徴とするプログラム。
この構成によれば、螺旋近傍の点の座標を特定するための、直交座標系からフレネ座標系への高速な変換が可能となる。
having
the program comprising: a transforming step for deriving coordinates (
This arrangement allows for a fast transformation from Cartesian to Frenet coordinates to identify the coordinates of points near the helix.
1…座標変換装置
10…CPU(Central Processing Unit)
11…ROM(Read Only Memory)
12…RAM(Random Access Memory)
13…HDD(Hard Disk Drive)
14…入力装置
15…表示装置
16…通信装置
20…ボールねじ
21…ナット
22…ねじ軸
22a…螺旋溝
23…転動体
1... Coordinate
11...ROM (Read Only Memory)
12...RAM (Random Access Memory)
13...HDD (Hard Disk Drive)
14...
Claims (7)
前記螺旋の螺旋軸に対応する前記直交座標系のx軸に対する前記点の座標の値が0となるように前記直交座標系を設定する設定工程と、
前記設定工程にて設定された前記直交座標系における前記点の座標を(0,y0,z0)とし、前記フレネ座標系における前記点の座標を示すパラメータ(θ0,η0,ζ0)とした場合に、以下の式(1)に基づいて、座標変換を行う変換工程と、
前記変換工程では、前記式(1)において、三次関数をテイラー展開した際の3次以上の項を0とした近似値を用いて得られる連立方程式を解くことにより、前記フレネ座標系における前記点の座標を示すパラメータ(θ0,η0,ζ0)を導出することを特徴とする座標変換方法。 A coordinate transformation method for transforming a point near a spiral from coordinates (x, y, z) in a Cartesian coordinate system to parameters (θ, η, ζ) indicating coordinates in a Frenet coordinate system, comprising the steps of:
a setting step of setting the orthogonal coordinate system so that a coordinate value of the point with respect to an x-axis of the orthogonal coordinate system corresponding to a helical axis of the spiral is 0;
a conversion step of performing a coordinate conversion based on the following formula (1) when the coordinates of the point in the Cartesian coordinate system set in the setting step are (0, y 0 , z 0 ) and the parameters indicating the coordinates of the point in the Frenet coordinate system are (θ 0 , η 0 , ζ 0 );
a transforming step of deriving parameters (θ 0 , η 0 , ζ 0 ) indicating the coordinates of the point in the Frenet coordinate system by solving a simultaneous equation obtained by using an approximation in which third-order or higher terms in a Taylor expansion of a cubic function in equation ( 1 ) are set to zero.
前記x軸が前記螺旋の螺旋軸に一致するように前記直交座標系を設定し、
前記直交座標系の前記x軸に対する前記点の座標の値に基づいて、第1の螺旋角を算出し、
前記第1の螺旋角に基づいて、前記螺旋の進行方向とは逆方向に前記直交座標系を回転させ、
前記点の前記x軸の座標の値に基づいて前記直交座標系を平行移動させる、
ことにより前記直交座標系を設定することを特徴とする請求項1に記載の座標変換方法。 In the setting step,
setting the orthogonal coordinate system so that the x-axis coincides with the helix axis of the helix;
Calculating a first helical angle based on a coordinate value of the point relative to the x-axis of the Cartesian coordinate system;
Rotating the orthogonal coordinate system in a direction opposite to a progression direction of the spiral based on the first spiral angle;
translating the orthogonal coordinate system based on the value of the x-axis coordinate of the point;
2. The coordinate transformation method according to claim 1, wherein the orthogonal coordinate system is set by:
前記螺旋の螺旋軸に対応する前記直交座標系のx軸に対する前記点の座標の値が0となるように前記直交座標系を設定する設定手段と、
前記設定手段にて設定された前記直交座標系における前記点の座標を(0,y0,z0)とし、前記フレネ座標系における前記点の座標を示すパラメータを(θ0,η0,ζ0)とした場合に、以下の式(1)に基づいて、座標変換を行う変換手段と、
前記変換手段は、前記式(1)において、三次関数をテイラー展開した際の3次以上の項を0とした近似値を用いて得られる連立方程式を解くことにより、前記フレネ座標系における前記点の座標を示すパラメータ(θ0,η0,ζ0)を導出することを特徴とする座標変換装置。 A coordinate transformation device that transforms coordinates (x, y, z) of a Cartesian coordinate system into parameters (θ, η, ζ) indicating coordinates of a Freinet coordinate system for a point near a spiral,
a setting means for setting the orthogonal coordinate system so that a coordinate value of the point with respect to an x-axis of the orthogonal coordinate system corresponding to a helical axis of the spiral is 0;
a conversion means for performing coordinate conversion based on the following formula (1) when the coordinates of the point in the Cartesian coordinate system set by the setting means are (0, y 0 , z 0 ) and the parameters indicating the coordinates of the point in the Frenet coordinate system are (θ 0 , η 0 , ζ 0 );
The conversion means derives parameters (θ 0 , η 0 , ζ 0 ) indicating the coordinates of the point in the Frenet coordinate system by solving simultaneous equations obtained by using approximate values in which third-order or higher terms are set to zero when a cubic function is expanded into a Taylor series in equation (1 ) .
螺旋近傍の点について直交座標系の座標(x,y,z)からフレネ座標系の座標を示すパラメータ(θ,η,ζ)へ座標変換を行う座標変換方法を実行させるためのプログラムであって、
前記座標変換方法は、
前記螺旋の螺旋軸に対応する前記直交座標系のx軸に対する前記点の座標の値が0となるように前記直交座標系を設定する設定工程と、
前記設定工程にて設定された前記直交座標系における前記点の座標を(0,y0,z0)とし、前記フレネ座標系における前記点の座標を示すパラメータを(θ0,η0,ζ0)とした場合に、以下の式(1)に基づいて、座標変換を行う変換工程と、
前記変換工程では、前記式(1)において、三次関数をテイラー展開した際の3次以上の項を0とした近似値を用いて得られる連立方程式を解くことにより、前記フレネ座標系における前記点の座標を示すパラメータ(θ0,η0,ζ0)を導出することを特徴とするプログラム。 On the computer,
A program for executing a coordinate transformation method for transforming a point near a spiral from coordinates (x, y, z) in a Cartesian coordinate system to parameters (θ, η, ζ) indicating coordinates in a Frenet coordinate system, the program comprising:
The coordinate transformation method includes:
a setting step of setting the orthogonal coordinate system so that a coordinate value of the point with respect to an x-axis of the orthogonal coordinate system corresponding to a helical axis of the spiral is 0;
a conversion step of performing a coordinate conversion based on the following formula (1) when the coordinates of the point in the Cartesian coordinate system set in the setting step are (0, y 0 , z 0 ) and the parameters indicating the coordinates of the point in the Frenet coordinate system are (θ 0 , η 0 , ζ 0 )
the program, in the conversion step, deriving parameters (θ 0 , η 0 , ζ 0 ) indicating the coordinates of the point in the Frenet coordinate system by solving simultaneous equations obtained by using approximate values in which third-order or higher terms are set to 0 when a cubic function is expanded in Taylor expansion of formula ( 1 ).
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