JPH077297B2 - 数値制御用マシンプログラム作成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は数値制御工作機械の自動プログラム作成装置等
に用いられるマシンプログラム作成方法に関し、特に、
画像読取装置やデジタイザから入力された図形データを
処理し数値制御用マシンプログラムを作成する方法に関
する。

〔従来の技術〕

工作機械で加工する加工物の中には、装飾品や食器又は
それらの金型のように単純に直線と円弧では形状を表わ
しにくい、いわゆるプロフィール加工を要求されるもの
がある。プロフィール加工は倣い加工によりなされる場
合が多いが、モデルを作成する面倒さなどから数値制御
（NC）による加工が徐々に増えている。

これらプロフィール加工では、数式による形状は与えら
れず、デザイナが作成したデッサンからNCデータを作成
し加工しなけねばならない。また、そのマシンプログラ
ムで加工された製品の与える印象を人が判断し、マシン
プログラムの修正を行って再加工するという手順を何回
も反覆する必要がある場合が多い。

従来、このようなプロフィール加工の画像データを自動
プログラム作成装置等に入力し、マシンプログラムを作
成する方法には以下の二つ方法があった。

第１は、デジタイザを使用する方法である。これは与え
られた画像を基に人手で画像中の加工経路となる点の座
標を順次入力する方法で、同時に加工順序をも入力する
こととなる。

第２は、イメージリーダ等の画像読取装置を使用する方
法である。これは、画像読取装置が、画像が描かれた図
面からその画像を構成する全ての点の座標値を読み取
り、多数の点を含む点群からなる画像データとして記憶
し、その後、人手で加工順序を入力する方法である。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記第１の方法では、画像が複雑になる
と入力しなければいけない点の数も非常に多くなるの
で、作業者の入力作業が非常に激しくなり、その結果、
入力ミスなどによる誤差が生じることがあった。

また、上記第２の方法では、通常、イメージリーダで
は、画像を読み取る際には、画像の上方から下方へ向け
て一列ずつ、また各列で左から右へと読み取っており、
読み取られた点を読み取られた順に結んで加工経路とし
ても元の画像の外形を正確に表していなかった。そのた
め、それらの点を結んで加工経路とするためには、作業
者が表示装置（CRT）に表示されている点群を見なが
ら、カーソルやポインティングデバイスを用いて外形を
構成する点を順序指定しなければならず、非常に手間が
かかるという問題点があった。

［発明の目的］ 本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、二次元座標点群として与えられる画像データから、
その外形を構成する点列を自動的に抽出し、それらの点
列の加工順序づけを行って工具経路を求めることができ
る数値制御用マシンプログラム作成方法を提供すること
を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明の数値制御用マシンプ
ログラム作成方法では、画像データを作成する点群の中
から加工開始点を設定して登録し、 次に、登録された加工開始点と最も近い点を与えられた
点群の中から探索して点列の最初の点として登録すると
共に、加工開始点と最初の点とを結ぶ線分を作成し、か
つ登録された点に最も近い点を順次に探索して点列を形
成し、 前記点列により点群の外形を定める点を探索するために
複数の点から一つの点を選択することが必要な時点にお
いて、前記点列の最後の点の周囲に所定大きさの領域を
設定し、 前記領域内の点が一点だけであればその点を次の点とし
て登録し、前記領域内の点が複数の時は、最後の点とそ
の一つ前の点とを結んでなる線分と、前記最後の点と前
記領域内に存在する複数の点のうちの一つの点とを結ん
でなる線分とが所定の回転方向でなす角度が最小となる
点を、前記領域内から選択し、 その選択された点を前記点列の次の点として登録するこ
とにより、順次、前記点列を抽出し、 その点列の間を補間して線分で結ぶことにより工具経路
を作成するものである。

〔実施例〕

本発明の実施例について図面に従って具体的に説明す
る。

第１図は本発明方法が適用される自動プログラミング装
置のブロック図、第２図はその自動プログラミング装置
の外観を示す斜視図である。

中央処理装置（CPU1）に接続する共通バス２には、基本
制御プログラムが格納された読出専用メモリ（ROM）
３、処理データが一時記憶されるワーキングメモリ（RA
M）４、インターフェース５を介してマシンプログラ
ム、画像データ等が記憶されるフロッピディスク装置６
が接続される。また、同じ共通バス２には、画像情報、
操作情報等が表示される表示装置（CRT）８、キーボー
ド10、表示装置CRT8上に表示されたカーソルを移動させ
るのに用いられるポインテング装置12、及び画像読取装
置14がそれぞれインターフェース７、９、11、13を介し
て接続されている。

ポインテング装置12は、マウス（ねずみ）とも称される
入力装置であり、第２図に示す様に、机16の上を作業者
が走行させることにより表示装置CRT8上のカーソルを移
動させ、点の座標や命令の入力に用いられる装置であ
る。以下、ポインテング装置12をマウス12と略称する。

画像読取装置14は、図面17上に描かれた画像を走査して
各々の座標点の明暗を白黒二値のデータとして読み取る
周知のイメージリーダである。画像読取装置14からの画
像データは多数の二次元座標の点群として与えられる。

多数の二次元座標点群から外形を構成する点列を抽出す
る方法について説明する。

第３図は画像読取装置14により読み取られ記憶された画
像データの一例を示す画像データ図である。

画像データは、平面に散らばる多数の点からなる点群21
として記憶され表示装置CRT8に表示される。このとき、
画像読取装置14で読み取られた点の座標値は、その読み
取られた順にRAM4に記憶されている。この画像読取装置
14は通常、図面17上の画像を上から下へ向かって一列ず
つ、また、各列では左から右はと読み取り、各点の座標
値はその読み取られた順に記憶されているのである。マ
ウス12により加工開始点20が設定され、その点20を始点
として外形線を構成する点列が抽出される。このとき、
点群21をなす点の密度が充分高ければ外形線は一義的に
定められるのであるが、点の密度を必要以上に高くする
ことはメモリ容量及び演算時間の見地から好ましいこと
ではない。画像データは加工物の外形を表わすのに最小
限必要な、できる限り粗な点群として与えられる。この
ため、第３図に示す点群21から、第４図に示す様な凹所
のない完全に凸な形状を示す外形線22をなす点列を抽出
するのか、第５図に示す様な部分的に凹所のある形状を
示す外形線23をなす点列、あるいは第６図に示す様な非
常に凹凸の激しい外形線24をなす点列を抽出するのかが
問題になる。

本実施例では、作業者がパラメータを選択することによ
り、粗な点群21から凸な外形線22、部分的に凹所のある
外形線23又は凹凸の激しい外形線24のいずれをも任意に
抽出することができる方法が提案される。

第７図及び第８図は本実施例方法の概要を説明する画像
データ図である。

第７図に示す様に、加工開始点20から最も近い点として
点P1、P2、P3、P4と点列が求められ、これらを結ぶ線分
31が外形線の一部として既に求められているとする。前
記点列の最後の点P4の次に点群の外形を定める点を探索
するために複数の点から一つの点を選択することが必要
な時点において、外形を構成する次の点を探索するに
は、現在までに求められた点列の最後の点P4を中心にし
た所定の半径の円領域D4を設定し、この円領域D4内の点
を探索する。ここでは円領域D4内に唯一の点32が存在
し、この点32が次の点P5として抽出される。

次には、第８図に示す様に、点P5を中心にした円領域D5
を設定し、円領域D5内の点を探索することにより次の点
P6が求められる。

点P7まで進み、点P7を中心とした所定半径の円領域D7内
の点を調べると、二つの点33、34が存在する。このよう
なときは、点P7と一つ前の点P6とを結ぶ線分35に対し
て、反時計回転方向になす角度が最も小さい右側の点を
次の点として抽出する。ここでは点33が次の点として選
択され点P8として点列に加えられる。

このようにして、次々に点を選択し、順序づけられた点
列P1、P2、…P7を抽出していくことにより、第５図に示
す様な、部分的に凹所のある外形線23が抽出される。

また、円領域（D4〜D7等）の半径を試行錯誤的に設定す
ることにより、同じ点群21から凸な外形線22又は凹凸の
激しい外形線24のいずれをも抽出することができる。

それ故、作業者は試行錯誤的に円領域の半径を設定して
表示装置CRT8上に抽出された外形線を描かせ、試行錯誤
的に円領域の半径を選択することにより加工物の外形の
特徴を最もよく伝える外形線を構成する点列を粗な点群
21から容易に抽出することができる。そして、必要に応
じて点列の間を円弧、スプライン等の高次曲線で補間す
ることにより、滑らかな工具経路を得ることができる。
このようにして、試行錯誤的に複数の外形線を抽出でき
るので、作業者はその中から最も元の画像の外形を忠実
に表す外形線を選択し、次の工具経路を作成する手順へ
進むことができる。

以上述べた方法を具体的に実現する処理について、第９
図に示すフローチャートを参照し説明する。

処理が開始されると、まずステップ101にて、加工開始
点P0（第３図乃至第８図における点20）の座標がマウス
12により設定され登録される。また、円領域の半径を決
めるパラメータがキーボード10から入力される。

次のステップ102では、与えられた点群の中から、加工
開始点P0に最も近い点が探索され、点列の最初の点P1と
して登録される。次にステップ103では、加工開始点P0
と最初の点P1とを結ぶ線分が作成され表示装置CRT8上に
表示される。

ステップ104では、ステップ101で入力されたパラメータ
に対応した値Ａが円領域の基本半径γ０とされる。次の
ステップ105では、インデクスｉに１が設定される。こ
のインデクスｉは点列P1〜Pnの順序づけを行う指標であ
る。ステップ106では、ステップ104で与えられた基本半
径γ０を今回の円領域の半径γとする。次に、ステップ
107で、インデクスｉで指定される現在の点Pi（最初は
ステップ102で求められたP1となる）を中心とした半径
γの円領域Diを設定する。ステップ108で、円領域Diの
内部に点群の点が存在するか否かを調べる。点が存在し
なければ円領域Diの半径γが小さ過ぎたのであるから、
ステップ109に進み、半径γを所定量Δだけ大きくして
ステップ107に戻し、半径γ＝γ＋Δの円領域Diを再設
定する。円領域Di内に点が存在する場合はステップ110
に進む。

ステップ110では、円領域Di内に存在する点の個数が一
つか複数かを調べる。点が複数個存在すれば、そのうち
の一つの点を次の点として選択しなければならないため
ステップ111に進む。

ステップ111では、円領域Di内の複数の点のうち最も右
側にある点を探索し、その点を点列の次の点Pi＋１とし
て記憶し登録する。最も右側の点を探索するには、円領
域Di内の各点と円領域Diの中心点即ち点列の最後の点Pi
とを結ぶ線分が、最後の点Piと一つ前の点Pi−１とを結
ぶ線分と反時計回転方向になす角度を各点毎に計算し、
その角度が最も小さい点を調べることにより行なれる。
もっとも、右側の点を探索し次の点とするのは、工具軌
跡を反時計回転方向（左回転方向）にしようとしている
からであり、ステップ111で逆に最も左側の点を探索す
るようにすれば工具軌跡を右回転方向に順序づけること
になるだけで、その形状が変る訳ではない。

一方、ステップ110で、円領域Di内の点が一点だけであ
ればステップ112に進み、その点を点列の次の点Pi＋１
として記憶し登録する。

次に、ステップ113では、ステップ111又は112で求めら
れた次の点Pi＋１が最初の点P1と同一か否かが調べられ
る。同一であれば、一巡して最初の点P1に戻ったのであ
るから、ステップ118で点Piと次の点Pi＋１であるP1と
を結ぶ線分を作成し表示装置CRT8上に表示した後、ステ
ップ120に進み、処理を終了する。同一でなければ未だ
処理途中であるからステップ114に進む。ステップ114で
は、抽出された点の個数を示すインデクスｉが、与えら
れた点群の点の個数Ｎより大きいか否かが調べられる。
正常な場合はインデクスｉの方が小さいからステップ11
5に進む。

ステップ115では、点Piと次の点Pi＋１を結ぶ線分を作
成し表示装置CRT8上に表示する。そして、ステップ116
で、インデクスｉの値を歩進させ、ステップ106に戻
る。

このようにして、ステップ106乃至ステップ116を繰返し
ながら、現在までに抽出された点列の最後の点Piを中心
にした所定の半径γ０の円内の領域Diを設定し、その領
域Di内に存在する最も右側の点を次の点Pi＋１として、
次々に外形を構成する順序づけられた点列P1、P2、…Pi
…を抽出していく。

そして、基本となる半径γ０の領域内に点が見出せない
ときは、ステップ107、108、109を繰返すことにより、
その円領域の半径を逐次大きくして、次の点を探索す
る。次の点が見付かれば、次回からはステップ106で再
び円領域の半径を元の基本半径γ０に戻す。

外形線を構成する点列を抽出し終れば、一巡して再び最
初の点に戻るから、ステップ113からステップ120に進
み、外形線を構成する点列を抽出する処理を終了する。

一方、抽出された点列の点の個数ｉが点群の点の個数Ｎ
より多くなったときは、外形線を構成する点列を抽出す
るのに失敗し点群の内部を迷走していると判断される。
このような迷走は、円領域Diの半径γが、与えられた点
群の点の密度に比べて小さく過ぎるため発生すると考え
られる。そこで、ステップ114からステップ117に進み、
円領域Diの基本半径γ０をγ０＝γ０＋Δと所定量Δだ
け増加して再設定し、ステップ105に戻って、再度最初
から点列の抽出をやり直す。

このようにして、円領域の基本半径γ０を試行錯誤的に
選択することにより、密度が粗な点群から加工物の特徴
を最もよく伝える外形線を自動的に抽出することができ
る。そして、順序づけられた点群として外形線が得られ
れば、点の順序に従って工具を移動させることにより加
工物の外形を加工することができる。点と点との間は直
線補間しても、また、高次の多項式で近似してもよく、
この方法については、例えば、日刊工業新聞社発行の
「NC工作機械」（昭和50年第五版発行）の190ページの
記載等により公知である。

前記実施例では、点列の最後の点の周囲に設定する所定
の領域を所定半径の円領域であるとしたが、周囲の領域
は円領域に限定されるものではない。たとえば、第10図
に示す様に、最後の点41を中心とする正方形の領域42と
することにより、プログラム負担の軽減を図ることも可
能である。

〔発明の効果〕

以上説明したことから明らかなように、本発明の数値制
御用マシンプログラム作成方法によれば、二次元座標点
群として与えられる画像データから、その外形を構成す
る点列を自動的に抽出し、それらの加工順序づけを行う
ことができるので、プロフィール加工を行うためのデッ
サン画像からマシンプログラムを作成する手段を大幅に
自動化することができ、さらに、作業者の入力の負担を
軽減すると共に、その入力ミスにともなう誤差が生じる
ことを防止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は本発明方法が適
用される自動プログラミング装置のブロック図、第２図
はその自動プログラミング装置の外観を示す斜視図、第
３図は点群として与えられる画像データの一例を示す画
像データ図、第４図乃至第６図は抽出された外形線を示
す画像データ図、第７図及び第８図は本発明方法を説明
する画像データ図、第９図は実際の処理を示すフローチ
ャート、第10図は他の実施例を示す画像データ図であ
る。 １……中央処理装置（CPU）、８……表示装置（CRT）、
12……ポインテング装置（マウス）、14……画像読取装
置、20……加工開始点、21……点群、22〜24……外形
線、31,35……線分、32〜34,41……点、42……領域、10
0〜120……ステップ、D4〜D7,Di……円領域、P1〜P7,P
i,Pn……点

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】二次元座標点群として与えられる画像デー
   タからマシンプログラムを作成する数値制御用マシンプ
   ログラム作成方法であって、 前記画像データを作成する点群の中から加工開始点を設
   定して登録し、 次に、登録された加工開始点と最も近い点を与えられた
   点群の中から探索して点列の最初の点として登録すると
   共に、加工開始点と最初の点とを結ぶ線分を作成し、か
   つ登録された点に最も近い点を順次に探索して点列を形
   成し、 前記点列により点群の外形を定める点を探索するために
   複数の点から一つの点を選択することが必要な時点にお
   いて、その点列の最後の点の周囲に所定大きさの領域を
   設定し、 前記領域内の点が一点だけであればその点を次の点とし
   て登録し、前記領域内の点が複数の時は、最後の点とそ
   の一つ前の点とを結んでなる線分と、前記最後の点と前
   記領域内に存在する複数の点のうちの一つ点とを結んで
   なる線分とが所定の回転方向でなす角度が最小となる点
   を、前記領域内から選択し、 その選択された点を前記点列の次の点として登録するこ
   とにより、順次、前記点列を抽出し、 その点列の間を補間して線分で結ぶことにより、工具経
   路を作成する ことを特徴とする数値制御用マシンプログラム作成方
   法。
2. 【請求項２】前記設定された領域が、前記最後の点を中
   心にした所定の半径の円内の領域であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の数値制御用マシンプログ
   ラム作成方法。
3. 【請求項３】前記所定大きさの領域内に点が存在しない
   場合に、その領域を大きくして再度次の点を選択抽出す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の数値制
   御用マシンプログラム作成方法。
4. 【請求項４】前記抽出された点列の点の個数が点群の点
   の個数より多くなったときは、前記領域を大きくして再
   度最初から点列の抽出を行うことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の数値制御用マシンプログラム作成方
   法。