JPH06309023A - 加工データ作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 デジタイザ装置にて測定したデジタイズデー
タのスキャンデータの間隔が広い場合にも、デジタイズ
データ処理装置において適切なオフセット処理を行う。 【構成】 モデル表面上で、測定子の接触走査を所定間
隔で複数回行う。これにて、前記モデルの表面形状を示
す複数のスキャンデータを取り込む。隣り合うスキャン
データの間で複数の補間データが横渡しされるように、
前記複数のスキャンデータに前記複数の補間データを付
加する。それにより得られる前記モデル形状データに対
し加工具形状データを仮想的に接触走査して（オフセッ
ト処理）、加工具の移動軌跡を示す加工データを求め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加工データ作成方法、特
にマスターモデル形状を測定子にて所定間隔で複数回接
触走査（以下ではスキャニングと言う）することにより
得られるをモデル形状データを変換してＮＣ（数値制
御）プログラムを作成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自由曲面形状を含む金型を作成す
る場合、金型と同一形状のマスターモデルを予め作成
し、このマスターモデルを使用し倣い加工機による倣い
加工を行なっていた。しかしながら、倣い加工機の倣い
速度が低いため加工時間が長いという欠点があった。

【０００３】そこで、ＮＣ工作機械の普及と相俟って、
高速かつ再現性の高いＮＣ加工を金型作成に適用しよう
という試みがなされ、そのためのデジタイザ装置が開発
された。このデジタイザ装置は、測定子であるスタイラ
スでマスターモデルをスキャニングして複数本のスキャ
ンデータから成るデジタイズデータを生成し、このデジ
タイズデータを変換してＮＣ加工プログラムを作成する
ものである。なお、デジタイズデータは、スタイラス中
心の移動軌跡を示すデータである。

【０００４】ところが、この従来の方法では、スタイラ
スの形状と同形状の工具での加工のみが可能であり、従
来の倣い加工をＮＣ加工プログラムを介しての２工程に
分離したにすぎなかった。即ち、デジタイズデータは、
スタイラス中心（基準位置）の移動軌跡データであり、
当該スタイラスと同形状の加工具であれば、基本的に、
そのデジタイズデータをそのまま用いることができる。
しかし、スタイラスと異なる形状の加工具の場合には、
デジタイズデータをそのまま用いることはできない。そ
こで、スタイラスの形状と異なる形状の工具での加工を
可能とするためのデジタイズデータの変換処理を行なう
ことが可能なデジタイズデータ処理装置が開発された。
このようなデジタイズデータ処理装置によれば、マスタ
ーモデルを測定して得られたデジタイズデータから、マ
スターモデルに対してスタイラス形状を所望の工具の形
状に一致させデジタイザ装置を稼働するのと同等のデジ
タイズデータを計算処理にて作成することができる。即
ち、デジタイズデータに対して後述するオフセット処理
（第１のオフセット処理）を行ってモデル表面の形状デ
ータを一旦求め、それに加工具の形状データを仮想的に
接触させれば（第２のオフセット処理）、当該加工具の
中心の移動軌跡データを求めることができる。

【０００５】図４は以上の処理を行うデジタイズデータ
処理装置の一例を示すブロック図であり，デジタイザ装
置からのデジタイズデータ（以下、測定デジタイズデー
タという）ＳＤがデジタイズデータ入力手段１を介して
システムの内部形式データに変換されデジタイズデータ
記憶手段５に格納される。測定デジタイズデータＳＤが
デジタイズデータ記憶手段５からデジタイズデータオフ
セット手段３に読みだされ工具形状データ入力手段２を
介して入力されたスタイラス形状データＳＦに従ってオ
フセットされてマスターモデルの表面形状を表現するデ
ジタイズデータ（以下、モデルデジタイズデータとい
う）ＭＤとされ、デジタイズデータ記憶手段５に格納さ
れる。即ち、測定デジタイズデータＳＤは、スタイラス
中心の移動軌跡データであり、スタイラス形状データＳ
Ｆを用いて、測定デジタイズデータＳＤがモデル表面形
状を示すモデルデジタイズデータＭＤに変換される（第
１のオフセット処理）。さらにこのモデルデジタイズデ
ータＭＤが工具形状データ入力手段２を介して入力され
た工具形状データＴＦに従ってオフセットされて工具の
移動軌跡を表現するデジタイズデータ（以下、加工デジ
タイズデータという）ＴＤとされ、デジタイズデータ記
憶手段５に格納される。即ち、後に３次元データ空間を
用いて概念的に示すように、モデルデジタイズデータＭ
Ｄ上で加工具の形状データを接触走査させて、実際の加
工具の移動軌跡を求める（第２のオフセット処理）。加
工デジタイズデータＴＤがデジタイズデータ記憶手段５
からデジタイズデータＮＣプログラム変換手段４に読み
だされて変換され、ＮＣ加工プログラムが作成され出力
される。

【０００６】また図５はデジタイズデータオフセット手
段３の処理を説明する図であり、仮想的に３次元データ
空間が示されている。加工デジタイズデータＴＤは予め
指示されたＸーＹ面上の直線群であるスキャン軌跡デー
タＢＤに沿って作成される。即ち、スキャン軌跡データ
ＢＤの１本の直線に対して、これに沿って適当な間隔で
工具位置決め点ＳＰを決め、工具位置決め点ＳＰを通過
するＺ軸と平行な直線ＳＬに沿って、工具形状データＴ
Ｆで決められる工具形状を十分大きなＺ座標値の位置か
らモデルデジタイズデータＭＤに最初に接触する接触位
置ＴＰまで下ろし、その接触位置ＴＰを求める処理を工
具位置決め点ＳＰ毎に順次繰り返し、求められた接触位
置ＴＰを順に結合し加工デジタイズデータＴＤの１本の
スキャンデータとする。スキャン軌跡データＢＤの全て
の直線に対してこれを繰り返し、作成されたスキャンデ
ータ群を加工デジタイズデータＴＤとする。

【０００７】ところで、図５において、モデルデジタイ
ズデータＭＤは、複数のスキャンデータにより構成され
ている。各スキャンデータは、離散的なサンプル点を連
結した連続屈曲線として表現されているが、これはデー
タ処理上の都合によるもので、本来、各スキャンデータ
は、モデル表面をトレースした連続曲線に相当するもの
である。

【０００８】図５に示す３次元データ空間では、Ｘ方向
の複数の接触走査により得られた複数のスキャンデータ
にて、モデル表面が「すだれ状」に表現されている。も
ちろん、さらにＹ方向にも複数の接触走査を行って、モ
デル表面を「網目状」にすることもできる。しかし、そ
の場合には、重複したデータの取り込みがあり、また、
データ量が増大するというデメリットがある。このた
め、一方向の接触走査のみ行う場合が多い。

【０００９】なお、図５では、加工具の移動軌跡ＴＤを
求めるのに当たって、Ｙ方向に仮想的な接触走査が行わ
れているが、他の方向にその走査が行われる場合もあ
る。移動軌跡ＴＤは、図５では、離散的な接触位置ＴＰ
を結合した線として表現されているが、接触状態を維持
しつつ連続的に走査を行う場合には移動軌跡は連続した
曲線となる。

【００１０】このようにしてデジタイズデータ処理装置
のデジタイズデータオフセット手段３は、モデルデジタ
イズデータＭＤを入力し工具の形状データＴＦに従って
オフセットを行い工具の移動軌跡を表現する加工デジタ
イズデータＴＤを作成する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】デジタイズデータオフ
セット手段３では入力されたデジタイズデータから工具
形状でオフセットしたデジタイズデータを作成するので
あるが、その処理から解かるように入力されたデジタイ
ズデータは構成する隣り合ったスキャンデータの間隔が
工具形状と比べて十分小さいこと、即ち充分高精度なデ
ジタイズデータでなければならない。入力されたデジタ
イズデータを構成する隣り合ったスキャンデータの間隔
が工具形状と比べて十分小さくないのであれば、前述の
工具位置決め点ＳＰがＺ軸方向から見て隣り合うスキャ
ンデータの中間位置にあるときには、工具形状の先端が
スキャンデータに最初に接触する接触位置ＴＰが本来の
デジタイズデータが表現する仮想的なモデル形状表面に
入り込んでしまうことが解かる。従って作成される加工
デジタイズデータＴＤはＮＣプログラムに変換しＮＣ工
作機械によるＮＣ加工を行うには不適切なデータとなっ
てしまう。図６の（Ａ）は入力されたデジタイズデータ
を構成する隣り合ったスキャンデータの間隔が工具形状
と比べて十分小さい場合での工具のスキャンデータへの
位置決め状態を示し、作成される加工デジタイズデータ
ＴＤは入力されたデジタイズデータが表現する仮想的な
モデル形状表面に工具を位置決めし作成されている。し
かしながら図６の（Ｂ）はスキャンデータの間隔が工具
形状と比べて十分小さくない場合での工具のスキャンデ
ータへの位置決め状態を示し、作成される加工デジタイ
ズデータＴＤは入力されたデジタイズデータが表現する
仮想的なモデル形状表面に入り込んで工具を位置決めし
作成されている。即ち、スキャンデータが伸びる方向に
は、連続的にデータが存在しているが、スキャンデータ
の中間にはデータが完全に欠落しているために、上記課
題が生じている。

【００１２】本発明は上述した事情からなされたもので
ある。本発明の目的は、デジタイズデータオフセット手
段３において、入力されたデジタイズデータを構成する
隣り合ったスキャンデータの間隔が工具形状と比べて十
分小さくない場合にも工具形状によって適切にオフセッ
トされたデジタイズデータを作成することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る加工データ作成方法は、モデル表面上の
測定子の接触走査を所定間隔で複数回行い、前記モデル
の表面形状を示す複数のスキャンデータを取り込む工程
と、３次元データ空間において前記複数のスキャンデー
タを表現した場合に、隣り合うスキャンデータの間で複
数の補間データが横渡しされるように、前記複数のスキ
ャンデータに前記複数の補間データを付加し、補間され
たモデル形状データを生成する工程と、前記３次元デー
タ空間において前記モデル形状データに対し加工具形状
データを仮想的に接触走査して、加工具の移動軌跡を示
す加工データを求める工程と、を含むことを特徴とす
る。

【００１４】

【作用】上記構成によれば、まず、モデル表面形状を示
す複数のスキャンデータが取り込まれる。これらの複数
のスキャンデータは、モデルの表面形状を表すものであ
るが、上述したように、スキャンデータ相互間の間隔が
大きいと、図６（Ｂ）のような問題を生じる。

【００１５】そこで、本発明は、複数のスキャンデータ
に複数の補間データを横渡しすることによって上述した
問題を回避するものである。

【００１６】即ち、いま仮想的な３次元データ空間を想
像した場合、モデル形状データへ加工具形状データを接
触させる際に、２つのスキャンデータの中間に加工具形
状データの先端が侵入しようとしても、補間データが付
加されていればその補間データに加工具形状の先端（又
は近傍）が接触するので、上記侵入を効果的に回避でき
る。

【００１７】なお、補間データの付加方法及びその付加
密度は、スキャンデータ相互間の間隔や要求される加工
精度に応じて設定すればよい。

【００１８】

【実施例】図３は本発明に係るデジタイズデータ処理装
置の一例を示すブロック図で、本発明の３次元データ補
間法によるデジタイズデータ補間手段６を具備すること
が図４に示した従来のデジタイズデータ処理装置と異な
るものである。デジタイザ装置によりマスターモデルを
実際に接触走査して作成されたデジタイズデータは、デ
ジタイズデータ入力手段１を介してシステムの内部形式
データである測定デジタイズデータＳＤに変換されデジ
タイズデータ記憶手段５に格納される。測定デジタイズ
データＳＤは、デジタイズデータ記憶手段５からデジタ
イズデータオフセット手段３に読みだされ、デジタイズ
データオフセット手段３が、工具形状データ入力手段２
を介して入力されたスタイラス形状データＳＦに従って
マスターモデルの表面形状を表現するモデルデジタイズ
データＭＤを作成し、デジタイズデータ記憶手段５に格
納する。さらに、このモデルデジタイズデータＭＤは、
デジタイズデータ記憶手段５からデジタイズデータオフ
セット手段３に読みだされると同時に、デジタイズデー
タ補間手段６により読みだされ、補間線データＣＬが作
成されて、これがデジタイズデータオフセット手段３に
供給される。デジタイズデータオフセット手段３はモデ
ルデジタイズデータＭＤと補間線データＣＬを入力し
て、モデルデジタイズデータＭＤに対して補間線データ
ＣＬを付加することにより補間を行う。さらにデジタイ
ズデータオフセット手段３は、工具形状データ入力手段
２を介して入力された工具形状データＴＦに従って工具
の移動軌跡を表現する加工デジタイズデータＴＤ作成
し、デジタイズデータ記憶手段５に格納する。加工デジ
タイズデータＴＤがデジタイズデータ記憶手段５からデ
ジタイズデータＮＣプログラム変換手段４に読みだされ
て変換され、ＮＣ加工プログラムが作成され出力され
る。

【００１９】このような構成において、デジタイズデー
タ補間手段６の動作例を図１及び図２のフローチャート
並びに図７で説明する。処理すべきデジタイズデータに
対しスキャンデータの本数Ｎを入力し（ステップ１）、
少なくとも２本以上のスキャンデータより構成されるこ
とを確認し（ステップ２）、指標Ｕを初期値として
「２」にセットし（ステップ３）、指標Ｕで示されるＵ
本目とＵー１本目のスキャンデータを入力する（ステッ
プ４）。入力された２本のスキャンデータをスキャンデ
ータＳＳ１、スキャンデータＳＳ２とすると、スキャン
データＳＳ１の各測定点Ｐ１からスキャンデータＳＳ２
の各測定点Ｐ２を結ぶ結合線Ｌ２上に対応点Ｑ２を求め
（ステップ５）、スキャンデータＳＳ２の各測定点Ｐ２
からスキャンデータＳＳ１の各測定点Ｐ１を結ぶ結合線
Ｌ１上に対応点Ｑ１を求める（ステップ６）。ここで、
対応点は、例えば、測定点から３次元座標上で最も近い
位置に設定されるが、他の設定方法を採用することもで
きる。次に、測定点Ｐ１と対応点Ｑ２を結ぶ対応関係Ｒ
１を求め（ステップ７）、測定点Ｐ２と対応点Ｑ１を結
ぶ対応関係Ｒ２を求める（ステップ８）。ここで、対応
関係とは、測定点とそれに対応する対応点との関係式で
あり、具体的には、例えば補間線を表す関数が該当す
る。そして、全ての対応関係の数Ｊを計数し（ステップ
９）、少なくとも２つ以上の対応関係があることを確認
し（ステップ１０）、指標Ｖを初期値として「２」にセ
ットし（ステップ１１）、指標Ｖで示されるＶ番目とＶ
−１番目の隣り合った対応関係ＲＡ、ＲＢの要素である
測定点ＰＡ、ＰＢと対応点ＱＡ、ＱＢを含む２本の結合
線ＬＡ、ＬＢを求め（ステップ１２）、該結合線上に該
測定点と該対応点に挾まれる対応区間ＫＡ、ＫＢをそれ
ぞれ求め（ステップ１３）、該対応区間を１区間以上の
区間に分割する分割点群ＤＡ、ＤＢをそれぞれ求め（ス
テップ１４）、該２本の結合線上の該分割点群を順に結
ぶ補間線を求め補間線データＣＬとして出力する（ステ
ップ１５）。上記結合線は、スキャンデータの一部をな
すものであり、例えば直線を示す関数として求められ
る。また、上記分割された区間の長さは、全ての区間で
およそ均等となるように設定するのが望ましい。即ち、
スキャンデータ相互間の間隔や要求される加工精度に応
じて区間の長さを設定すればよい。

【００２０】以下、指標Ｖを「１」づつ増やし（ステッ
プ１６）隣り合った対応関係毎に上記処理（ステップ１
２〜１５）を実行し、指標Ｖが全対応関係数Ｊを越える
と（ステップ１７）、指標Ｕで示されるスキャンデータ
での補間線データＣＬの作成処理は終了する。さらに指
標Ｕを「１」づつ増やし（ステップ１８）隣り合ったス
キャンデータ毎に上記処理（ステップ４〜１５）を実行
し、指標Ｕが全スキャンデータ数Ｎを越えると（ステッ
プ１９）、処理すべきデジタイズデータでの補間線デー
タＣＬの作成処理は終了する。

【００２１】図８は本発明の３次元データ補間法による
デジタイズデータ補間手段６を具備するデジタイズデー
タ処理装置のデジタイズデータオフセット手段３にて、
入力されたデジタイズデータを構成する隣り合ったスキ
ャンデータの間隔が工具形状と比べて十分小くない場合
での工具のスキャンデータ及び補間線データＣＬへの位
置決め状態を示し、作成される加工デジタイズデータＴ
Ｄは入力されたデジタイズデータが構成する隣り合った
スキャンデータの間隔が工具形状と比べて十分小くない
にもかかわらずデジタイズデータの表現する仮想的なモ
デル形状表面に工具を位置決めし作成されていることを
示している。

【００２２】以上の説明において補間線は該分割点群を
交互に結んで作成する例を示したが、単純に結合する線
分として作成することも可能である。さらに分割点を作
成せず、対応関係のみからこれを順に結ぶ補間線を作成
する簡略的な方法も可能である。

【００２３】なお、補間方法としては、各スキャンデー
タ間にそれらが伸びる方向に沿って補間線を形成するこ
ともできる。しかし、やはりスキャンデータと直交する
方向の連続性を十分に表現できず、場合によっては移動
軌跡に不必要な段差が生じてしまう。本実施例の方法で
は、補間線が各スキャンデータ間で横渡しされているた
め、連続性が良好で、前記段差などを排除できるという
効果がある。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る加工
データの作成方法によれば、隣り合うスキャンデータの
間で複数の補間データが横渡しされるので、スキャンデ
ータの間隔を狭くすることなく、加工具の移動軌跡がス
キャンデータ間に入り込む問題を有効に防止でき、ま
た、マスターモデルの形状データの量を増大させること
なく、精度の良い加工データの作成を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の３次元データ補間法を説明するフロー
チャートである。

【図２】本発明の３次元データ補間法を説明するフロー
チャートである。

【図３】本発明の３次元データ補間法を採用したデジタ
イズデータ補間手段６を具備するデジタイズデータ処理
装置の一例を示すブロック図である。

【図４】従来のデジタイズデータ処理装置の一例を示す
ブロック図である。

【図５】デジタイズデータオフセット手段３の処理の説
明図である。

【図６】従来のデジタイズデータ処理装置のデジタイズ
データオフセット手段３の処理を示す図である。

【図７】本発明の３次元データ補間法の説明図である。

【図８】本発明の３次元データ補間法を採用したデジタ
イズデータ補間手段６を具備するデジタイズデータ処理
装置のデジタイズデータオフセット手段３の処理を示す
図である。

【符号の説明】

１ デジタイズデータ入力手段 ２ 工具形状データ入力手段 ３ デジタイズデータオフセット手段 ４ デジタイズデータＮＣプログラム変換手段 ５ デジタイズデータ記憶手段 ６ 範囲指定入力手段 ７ デジタイズデータ補間手段 Ｎ スキャンデータの本数 Ｕ スキャンデータの指標 Ｊ 全ての対応関係の数 Ｖ 対応関係の指標 ＳＤ 測定デジタイズデータ ＭＤ モデルデジタイズデータ ＴＤ 加工デジタイズデータ ＳＦ スタイラス形状データ ＴＦ 工具形状データ ＣＬ 補間線データ ＢＤ スキャン軌跡データ ＳＰ 工具位置決め点 ＳＬ Ｚ軸と平行な直線 ＴＰ 接触位置 ＳＳ１，ＳＳ２ スキャンデータ Ｐ１，Ｐ２，ＰＡ，ＰＢ スキャンデータ上の測定点 Ｑ１，Ｑ２，ＱＡ，ＱＢ 結合線上の対応点 Ｒ１，Ｒ２，ＲＡ，ＲＢ 測定点と対応点の対応関係 Ｌ１，Ｌ２，ＬＡ，ＬＢ 測定点を結ぶ結合線 ＫＡ，ＫＢ 結合線上の測定点と対応点に挾まれる対応
区間 ＤＡ，ＤＢ 対応区間を分割する分割点群

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モデル表面上で、測定子の接触走査を所
   定間隔で複数回行い、前記モデルの表面形状を示す複数
   のスキャンデータを取り込む工程と、 ３次元データ空間において前記複数のスキャンデータを
   表現した場合に、隣り合うスキャンデータの間で複数の
   補間データが横渡しされるように、前記複数のスキャン
   データに前記複数の補間データを付加し、補間されたモ
   デル形状データを生成する工程と、 前記３次元データ空間において前記モデル形状データに
   対し加工具形状データを仮想的に接触走査して、加工具
   の移動軌跡を示す加工データを求める工程と、 を含むことを特徴とする加工データ作成方法。