JPH02183305A - 加工品の加工をシュミレーションして表示する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、データ構造に基づき形成端部多角形が工作
品の表面と工具の軌跡によって形成され、相互三次元連
結によって変更され、主として数値制御工作機械で工具
を用いて工作品の加工シュミレーションとその表示方法
に関する。更に、この発明は上記方法を実行する装置に
も関する。

［従来の技術］ 所謂コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）の技術では、物体
をコンピュータ・ユニットの画面に立体的に表示するこ
とは公知である。この場合、モデルの輪郭ないし変更は
対話形式で利用者によって入力されている。

西独特許筒３４０１０６０号公報によれば、シュミレー
ションする工作品の加工をグラフィック表示するために
使用される方法は公知である。加工する工作品の画像は
、この場合、変化する加工品の多角形を工具と加工処理
多角形に対応するその軌跡とに絶えず重ねながら順次現
れる。これ等の多角形は階層状に配設され結び付いてい
る。多角形が切断されない場合に対する連結方式と合成
輪郭の形成に関する詳しい開示はそこでは行われていな
い。

〔発明の課題〕

この発明の課題は、従来の技術にある欠点を保有するこ
となく、存在しているＮＣプログラムと存在しているＮ
Ｃ制御に基づき工作品の加工をシュミレーションさせ、
変更した工作品の輪郭をグラフィック表示できる方法と
装置を提供することにある。

〔課題の解決〕

上記の課題は、この発明により以下の過程、ａ）上記形
成端部多角形は角点（Ａ＝Ｈあるいはａ　−ｄ　）とこ
れ等の角点間の連結として方向を決めた輪郭要素を有す
る閉じたチェーンとして記憶し、 ｂ）工作品（Ｗ）と工具軌跡輪郭（Ｔ）の形成端部多角
形は互いに逆方向に向けてあり、Ｃ）工作品（Ｗ）の形
成端部多角形の輪郭要素と工具軌跡輪郭（Ｔ）の輪郭要
素の間には、三次元の交点検査が行われ、 ｄ）交点（Ｒ，Ｒ’　　；ｓ、Ｓ’　）は、合成輪郭要
素によって所定の方向に新しい角点として互いに連結さ
れ、記録され、そして表示準備される、 で解決されている。

〔発明の効果〕

この発明の主要な利点は、輪郭ないしはモデルの変更が
利用者によって対話形式で入力されるのでなく、既に存
在しいるＮＣプログラムから導きだせる点にある。

加工によって生じた新しい輪郭要素を形成する場合、ど
の古い輪郭要素を加工によって消去するかが同時に判る
。

加工時に生じる工作品の元の表面と工具の送り深さでの
輪郭の変更は、同時にモデル中に記録され、この場合、
加工時に生じ、工具の軸に平行な表面も当然計算に入れ
である。

他の利点は、以下の詳細な記載に関連して従属請求項か
ら読み取れる。

〔実施例とその作用〕

実施例の助けで、この発明を図面に基づきより詳しく説
明する。

第１図には、工作品Ｗである直方体が示しである。この
工作品Ｗの表面は位相形態的に関連面に〜Ｆから構成さ
れている。これ等の面と空間中の位置は何れも一組のパ
ラメータで表せる。図示した平面に−Ｐに対して、これ
等のパラメータは、例えば所謂ヘッセの正規形パラメー
タ（法線ベクトルの方向余弦と原点からの距離）である
。更に、面の形成端部に関する表示もある。

工作品Ｗには、八個の角点Ａ−Ｈがある。これ等の角点
は、三つの面に同時に付属する工作品Ｗの交点である。

上記の角点はこれ等の直交座標とこれ等の角点が付属す
る三面の参照符号で指定される。それ故、工作品Ｗの点
Ａは面に、　　Ｌと０に付属する。

一つの面の形成端部は角点間の連結によって形成される
。面Ｋに対して、この形成端部は連結ＡＢ、ＢＣ，ＣＤ
とＤＡである。これ等の連結の方向は、全ての連結に対
して同じように選ふと合理的である。つまり、どの面も
外から見て時計の針の方向（数学的には負の方向）に廻
るものと決めることにする。点Ａの場合、面Ｋに関する
参照符号は、角点Ｂに関する参照符号等が付属する。従
って、面にの形成端部として点Ｂに向かう点Ａの場合の
参照符号には、面りの形成端部として点Ａに戻る点Ｂの
場合の参照符号が端部ＡＢで面Ｋに接する。即ち、一つ
の端部は二つの面の交線又は接線として生じる。この端
部は二つの角点を結んだ連結と見なせる。

上記端部は複数の角点で切り出されているだけである。

真っ直ぐにしたどの端部も、工作品Ｗを見た時、一つの
面が真っ直ぐにした端部から左にある（即ち、底面の場
合、工作品を下から見る）ようにこの面と結び付いてい
る。

一つの面の形成端部は、複数の参照符号の閉じた一つ又
はそれ以上のチェーンを形成する。即ち、形成端部の終
点によって形成端部の始点に関する参照符号が再び生じ
る。このチェーンの出発点をどの点で構成するかは任意
である。ただ大切な点は、その面の場合、始点として使
用される各チェーンの一つの点に関する参照符号がある
ことである。ｎ個の穴ないしは島を有する一つの面の形
成端部は、正確にｎ＋１の上記チェーンで構成されてい
る。

第２図には、フライス通路の包囲輪郭Ｔが示しである。

この輪郭はフライスの中心点軌道とフライスの半径から
算出され、今後単純化してフライス通路Ｔとして表す。

この包囲輪郭は、直線と曲線の線素（輪郭要素）とこれ
等の輪郭要素間を結ぶ箇所の角点とで構成される。真っ
直ぐなフライス通路Ｔは角点ａ　−ｄを用いて表せる。

この通路には、直線の輪郭要素ａｂとｃｄ、及び湾曲し
た輪郭要素ｂｃとｄａがある。これ等の角点ａ、　　ｂ
ｃ、ｄは、三個の座標及び次の輪郭要素のタイプによっ
て記述され、方向を定めたチェーンａｄｃｄにして並べ
である。大切なことは、この輪郭によって囲まれた面が
工作品Ｗの面が形成端部によるのとは逆向きの回転方向
に廻る点にある。このチェーンの始点ａは、運動方向に
見て、フライスの中心点の軌跡の始点ら左にある。回転
方向は、時計の針と逆方向に、即ち数学的には正の方向
に向いている。

個々のフライス通路Ｔは必ず互いに接続しているので、
フライス通路Ｔの終点の回りでのみフライス半径の半円
がある。

特別な場合は、主に工具の軸に平行な運動である。この
運動は、円筒状の穴となる。

加工過程（フライス通路）の場合、工作品の材料を除去
することをシュミレーションするためには、フライス通
路Ｔを工作品Ｗの形成端部で繰り返し切り出して、工作
品Ｗの全ての加工を計算機内のモデルに合わせて追従さ
せる。

工作品の形成端部とフライス通路Ｔ間の交点を決定する
には、第３図により面にの角点Ａ、Ｂ。

Ｃ，Ｄを工具の軸に垂直な面に投影し、個々の端部の投
影をこの端部中で互いに接する面のパラメータによって
決定する。これ等の端部は共通な円錐断面中にあり、そ
の断面の下では、区間と円弧が最も単純で最も頻繁に生
じるタイプである。

他の過程では、形成端部が切り出される面が無限に延び
ると仮定する。この場合、この面は全体の空間を二つの
半空間に分割し、その一方は「空」と、また他方は「充
満」と考えられる。第１図の例で、思考上拡張した面に
の上部ないしは思考上拡張した面０から右の半空間は「
空」と、その相空間を「充満」と考える。

「空」と見なされる半空間に来るフライス通路Ｔの全て
の部分は、各面の形成端部でフライス通路Ｔを切った場
合、省略される。フライス通路Ｔの残りを新しい輪郭要
素で囲み、同じ様に工具の軸に垂直な面に投影する。

第４図には、面りの形成端部で切断する前に、フライス
通路Ｔの輪郭が面りの後の「充満」半空間にある輪郭ａ
’　ｂｅｄ’にどのように縮小するが示しである。

次の過程は、フライス通路Ｔとそれぞれ始点、終点及び
連結のタイプで構成される面にとの輪郭要素を互いに切
断する点にある。この交点の算出は、マイクロプロセッ
サ系で比較的簡単に行える。

どの交点もその座標で指定されるが、これ等の座標の二
つは投影面での計算から、また第三番目は面にのパラメ
ータ等式中に代入して得られる。そして、フライス通路
Ｔと面にの両輪郭要素に関する位置は形成端部の各循環
方向を考慮して得られる。第５図には、面にの形成端部
の輪郭要素ＡＢをフライス通路Ｔの包囲輪郭の輪郭要素
ａｂとｃｄで切断する場合、交点ＲとＳがどのように生
じるかが示しである。

工作品Ｗとフライス通路Ｔの間で突き止めた交点の助け
で、工作品Ｗの計算機内モデルの変更データに基づき加
工する工作品Ｗの新しい合成表示が生じる。

第５図に基づき、交点を見出したとき、合成面Ｋを決定
することを説明する。この決定はフライス通路Ｔによっ
て包囲されていない面の形成端部の一点で開始される。

例として、点りを選ぶことにする。ここから、形成端部
上で所定の方位に向けて第一交点を探す。この場合、通
り過ぎた形成端部の全ての角点は合成形成端部の角点に
なる。

第５図では、点Ａがその様な角点である。見出した交点
Ｒは新しい角点に変換される。この点からフライス通路
Ｔの包囲輪郭上の形成端部の一つの端部でその方位に向
けて次の交点を探す。この例では、それは交点Ｓである
。この場合、通り過ぎたフライス通路の全ての角点は、
点すとＣのように、合成された面にの形成端部の角点に
変換される。この新しい交点Ｓから、始点に再び達する
まで、面にの形成端部とフライス通路Ｔに関して交互に
追求される。この例では、他に交点がないので、面にの
形成端部は最早行われなく、点ＢとＣを経由して始点り
に再び達する。この面には切り出した後に新しい形成端
部ＤＡＲｂｃＳＢＣＤを保有し、この関連部Ｒ，Ｓ、ｂ
とＣで新しく生じたモデルの角点となる。

その場合、探し出した全ての交点が形成端部の角点に変
換されない可能性がある。この場合には、面はフライス
通路Ｔによって、第６図で理解できるように、多数の部
分面に分割される。ここでは、部分面に′とＫ　Ｉ＋が
生じている。これ等の部分面は全て同じパラメータ表示
を有するが、最早関連はない。元の面の未だ決定されて
いない部分に対しては、全ての交点が角点に変換される
まで上のように行われる。

注意すべきことは、どの端部も（面にとＬの形成端部の
部分としての）フライス通路Ｔの包囲輪郭によって二度
切断され、各交点が二重に生じ、二つの形成端部に繋が
るが、モデルで一つの角点に変換される点にある。

工具の軸に平行な面の場合、求めた交点が二回記録され
る状況が生じ得る（−回目は面にの形成端部高さで、二
回目はフライス通路Ｔの送り深さ）。その様な場合は、
面りの正面図である第７図に示しである。端部ＢＡをフ
ライス通路Ｔの包囲輪郭で切断する場合、（第５図のよ
うに）交点ＲとＳが生じるが、面りの新しい形成端部は
チェーンＡＥＦＢＳＳ’　Ｒ’　ＲＡによて形成される
。

この場合、点Ｒ′とＳ′は点ＲとＳにそれぞれフライス
通路Ｔの送り深さを更に入れて生じる。その場合、合成
する形成端部を決定する原理は、二重交点がフライス通
路Ｔの輪郭上の正しい位置に「選定」される時、不変に
維持されている。

工具の送り深さが工作品Ｗの下端上から見て工具の軸方
向にあれば、フライス通路Ｔの底には一つ又はそれ以上
の新しい面が生じる。これ等の面のパラメータはフライ
スの中心点の運動と工具の軸の方向から得られる。これ
等の面の形成端部は、フライスの送り深さ内にあって、
全ての面を切り出した時に見出される交点と、突き止め
た交点の間に所定配置で存在するフライス通路Ｔの包囲
輪郭の角点とを保有する。

この形成端部を形成することは、フライス通路Ｔの包囲
輪郭の方位の第一交点のところで始める。

この交点はフライスの送り深さ上にある。この場合、形
成端部は逆順序に構成され、この順序でモデルの中に記
録される。

交点によって、底面に接する面に付属する連結が決まら
ない場合、フライス通路Ｔの進行方向に向いた輪郭上の
送り深さで次の交点を探す。この場合通過するフライス
通路Ｔの輪郭の角点は、底面の角点に変換される。第８
図の例では、この第−点が交点Ｒ′である。この交点で
は、今まで面りのとき、点Ｒでの連結のみが記録される
。即ち、底面の次の交点をフライス通路Ｔの包囲輪郭上
で探す必要がある。そこでは、次の交点は点Ｓ′である
。この間には角点ｂ′とＣ′が生じる。

これに反して、底面に接する面に属する連結が既に決定
されている場合、底面の次の点はこの面から直接与えら
れる。交点Ｓ′の場合、この連結は次のように定まる。

即ち、面りが接している場合、点Ｒ′での連結である。

従って、底面の次の点は点Ｒ′である。

この方法は、始点に再び達するまで交点から交点に向け
て実行される。結局、底面の角点は新しい底面の形成端
部として逆順序Ｒ′Ｓ′ｃ′ｂ′Ｒ′で記憶され、表示
するため呼び出し準備されている。

一つの底面を構成した後、送り深さ上に見出される全て
の交点が角点に変換されない場合、多数の底面が生じる
。他の面の形成端部は、フライスの送り深さにある未だ
残っている交点を用いて正確に同じ方法で作り出すこと
ができる。

たとえ底面が生じていても、送り深さ上にある交点が存
在しないなら、これ等の交点は必ず一個の穴の中にある
。この底面の形成端部は、この場合、フライス通路Ｔの
包囲輪郭の角点から正確に生じる。これ等の角点は、た
だもう−変進の順序で互いに連結している必要がある。

最後の過程として、フライス通路Ｔの壁として生じる面
が発生する。これは、フライス通路Ｔの包囲輪郭上の第
一交点から発生している。第８図の例では、これは交点
Ｒである。この交点は新たに生じた面の外に、他の二つ
の面、第８図では前面りとカバー面Ｋに付属している。

新たに発生した面の次の点は両方の面のその形成端部上
にある。

この形成端部はフライス通路Ｔの包囲輪郭の方位に向け
て壁面に接している。上記の例では、これは面にであり
、次の点は角点すである。

上記の方法は角点に達するまで行われ、その場合、今ま
では一つの面にただ一つの参照符号が記録されているか
、あるいは隣の面が底面である。

第一の場合は、角点すで既に達成されている。何故なら
、この点では今まで点Ｃでの参照符号しか存在しないか
らである。第二の場合は、点Ｓ′の連結ＳＳ′を有する
最後の壁面の時に生じる。

第一の場合には、フライス通路Ｔの包囲輪郭の角点から
生じる一点が記号すで達成される。この場合には、その
下にある底面の角点と共に進行する。この角点はフライ
ス通路Ｔの包囲輪郭の同じ角点から生じる。この例では
、これは点ｂ′である。

こうして、形成端部ばどんな場合でも以下の角点と共に
底面の方位方向に向けて進行し、点ｂ′から次の点は点
Ｒ′であり、点Ｓ′からは点Ｃ′になる。この点は始点
自体であるか、あるいはこの点が直ぐその下（この例で
は点Ｒ又はＣの下）にあり、垂直な端部を経由してこの
始点に連結している。新たに生じた壁面の角点は、それ
等を見出したように、再び逆順序で互いに連結すること
になる。

上記最後の過程は、同時に新たにモデルに登録される角
点が面と方向付けされた形成端部の以下の点とに関する
必要な全ての参照符号を有するまで繰り返す必要がある
。結局、形成端部に最早ない工作品Ｗの元の記載の全て
の角点がモデルから取り除かれる。

このモデルは、再びそれ自体閉じている。即ち、全ての
角点は三つの面と三個の角点に対する参照符号を有し、
全ての面は必ず形成端部を有する。

第８図の場合では、面にとＬの形成端部は付加的な角点
はど広がりが、面積は材料の選択に応じて縮む。工作品
には四つの付加的な面があり、これ等の面の一つは底面
から、また三つはフライス通路Ｔの壁面ら出ている。接
続しているフライス通路は同じ方法で取り扱え、モデル
を導入するために使用できる。工作品Ｗをポーリングな
いしはフライスで任意に加工するには、角点と面に対し
て使用される記憶箇所が充分である限り、上記の方法に
よりモデル中で追跡できる。

第９Ａ図から第９Ｃ図には、交点を突き止めるための前
記方法を用いて一つの面をフライス通路Ｔの包囲輪郭で
形成端部する交点が見出されない特別な場合が示しであ
る。そのため、面の構成が非常に単純である。フライス
通路Ｔの輪郭と面にの形成端部が互いに閉じ込もると（
第９Ａ図の例）、面にの形成端部は不変に保たれ、この
面に対してモデル中に変更を加える必要はない。面にの
任意の角点がフライス通路Ｔの輪郭によって閉じ込めら
れると（第９Ｂ図の例）、完全な面にも、即ち面Ｋが省
略される。逆に、面にの形成端部によってフライス通路
Ｔの輪郭の任意の角点が閉ざされると（第９Ｃ図の例）
、完全なフライス通路もそうなる。この場合では、チェ
ーンは形成端部の参照符号によって変化しないが、フラ
イス通路から生じる面に中の穴が取り巻く新しいチェー
ンとなる。これに対して、フライス通路Ｔの輪郭の角点
の座標は面にのパラメータ等式に代入され、フライス通
路Ｔが面Ｋを貫通することを記述する諸点が計算される
。これ等の点は新たにモデル中に取り入れられ、穴の形
成端部として互いに連結する。

第１０図には、工作機械のＮＣ制御部のブロック回路図
が示しである。この制御部は上に説明した方法を実行す
るのに適している。この装置には、角点Ａ〜Ｈ１面に−
Ｐ及び包囲輪郭Ｔに関する情報が収納されている記憶器
１．２．３がある。これ等の記憶器１．２．３には、作
業記憶器５．６に収納されている幾何学要素の情報を割
り当である制御回路４がアクセスしている。前記要素間
で計算回路７が交点を突き止め、固有な交点記憶器８に
入力する。制御回路４は、モデルの今までの状態、フラ
イス通路Ｔの包囲輪郭及び交点Ｒ，Ｒ’　　、ｓ、ｓ’
に関する情報を電算機内部のモデルで処理して工作品Ｗ
を記述することに結び付け、表示するため表示ユニット
９に導入する。制御回路４は、必要な全てのＮＣ文が記
憶しであるＮＣ記憶器に連結している。

対応する組織化されたプログラム箇所でもこの発明によ
る方法を実行できることが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図、工作品である直方体の斜視図。 第２図、フライス通路の包囲輪郭の模式図。 第３図、平行投影した工作品の面の模式図。 第４回、フライス通路の輪郭と工作品の端部の模式図。 第５図、工作品の面とフライス通路の輪郭の重なりを示
す模式図。 第６図、部分面を有する工作品の平面図。 第７図、加工した工作品の面の平面図。 第８図、工作品の空間表示図。 第９Ａ、９Ｂ、９Ｃ図、種々の輪郭の配置図。 第１０図、この発明による装置のブロック回路図。 図中引用記号： Ｗ・・・工作品、 Ｋ−Ｐ・・・面、 Ａ〜Ｈ・・・角点、 ＡＢ、ＢＣ，ＣＤ、ＤＡ・・・連結、 Ｔ・・・フライス通路、 ａ　−ｄ・・・角点、 Ｒ，Ｓ・・・交点、 １．２．３・・・記憶器、 ４・・・制御回路、 ・・・作業記憶器、 ・計算回路、 ・交点記憶器、 ・表示装置、 ・・ＮＣプログラム記憶器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、データ構造に基づき工作品の表面と工具軌跡輪郭か
   ら形成端部多角形を形成し、相互の三次元連結によって
   変更する、主として数値制御工作機械に関して、工具を
   用いた工作品の加工をシュミレーションして表示する方
   法において、以下の過程、 ａ）上記形成端部多角形は角点（Ａ〜Ｈあるいはａ〜ｄ
   ）とこれ等の角点間の連結として 方向を決めた輪郭要素を有する閉じたチェ ーンとして記憶し、 ｂ）工作品（Ｗ）と工具軌跡輪郭（Ｔ）の形成端部多角
   形は互いに逆方向に向けてあり、 ｃ）工作品（Ｗ）の形成端部多角形の輪郭要素と工具軌
   跡輪郭（Ｔ）の輪郭要素の間には、三次元の交点検査が
   行われ、 ｄ）交点（Ｒ、Ｒ′；Ｓ、Ｓ′）は、合成輪郭要素によ
   って所定の方向に新しい角点とし て互いに連結され、記録され、そして表示 準備される、 ことによって特徴付けられる方法。 ２、工作品（Ｗ）と工具軌跡輪郭（Ｔ）の形成端部多角
   形は、交点を調べるために工具の軸に対して垂直な面に
   投影されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３、交点（Ｒ、Ｒ′；Ｓ、Ｓ′）は、工作品（Ｗ）と工
   具軌跡輪郭（Ｔ）の輪郭要素上のその位置によって形成
   端部の各方向を考慮して決定されることを特徴とする請
   求項１記載の方法。 ４、工作品データ、工具データ及び工具軌跡データを演
   算処理する装置と、合成した工作品の表示を行う表示装
   置とを備え、特許請求の範囲第１項の方法を実行する装
   置において、角点データ、面データ及び包囲輪郭のデー
   タの多数の記憶器（１、２、３）を準備し、これ等の記
   憶器（１、２、３）に記憶した工作品（Ｗ）と工具軌跡
   輪郭（Ｔ）の幾何学要素のデータを配設した制御回路（
   ４）が記憶器にアクセスし、前期データは動作記憶器（
   ５と６）に記憶され、それ等の間で計算回路（７）が交
   点を突き止め、交点記憶器（８）に収納し、前記制御回
   路（４）は交点記憶器（８）からの情報を変更された工
   作品データに対して工作品（Ｗ）の元の状態の情報に結
   び付け、合成した工作品（Ｗ）を表示用の表示装置（９
   ）に導入することを特徴とする装置。 ５、制御回路（４）はＮＣプログラム記憶器（１０）に
   連結していることを特徴とする請求項４記載の装置。