JPH0821089B2 - Ｃａｄ／ｃａｍシステムにおけるソリッドモデル形状定義方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） この発明は、CAD（Computer Aided Design）やCAM（C
omputer Aided Manufacturing）における３次元ソリッ
ドモデルの形状定義方法に関し、特にプリミティブ（平
面，立方体，円柱，角柱，球などの形状要素）の積木細
工イメージで形状定義を行ない、立体集合演算の効率を
向上させるようにした形状定義方法に関するものであ
る。

（発明の技術的背景とその問題点） 従来のCADやCAMシステムにおいて形状定義する場合、
数式により表現できる単純形状を組合せて表現する方法
が通例であり、その組合せの方法としては論理演算（セ
ットオペレーション）の原理を用いている。しかし、金
型形状の場合、全てを数式で表現できる形状の組合せで
定義することができない場合がある。実際には所望形状
の一部に数式表現可能な形状を用い、その他に点群によ
り定義される自由曲面を用いて両者の組合せにより表現
する形状が多い。しかし、自由曲面に対して従来のセッ
トオペレーションが困難であったため、数式表現による
形状と自由曲面による形状が混在する形状を処理して加
工データを生成する場合、それぞれの形状に対して別個
のアルゴリズムを用いて処理しなければならないのが現
状である。

金型等の形状加工を、NC（Numerical Control）加工
を主体とするCAD/CAMの概念を用いて実現しようとする
場合、加工オペレータによる加工現場における迅速な工
具経路の変更等のオペレータのノウハウを十分反映でき
るような機能を持たせることが重要になる。この点を考
慮して形状加工システムを考えた場合、以下に示すよう
な要求〜を満たす必要がある。

形状定義機能と工具経路生成機能とが完全に分離され
ていること 大まかな形状存在領域を定義し、その領域内部で詳細
な形状定義が行なえ、形状処理が行なえること 数式形状と自由曲面形状を同一プロセッサで処理可能
なこと それらの組合せのセットオペレーションが可能なこと CADシステムとの結合が容易なこと システムソフトウエアがコンパクトであること 形状モデリング主体に開発されてきたCADの機能を拡
張することを目的として、自由曲面式をモデリングに取
入れる研究が現在進められており、一般的には自由曲面
のデータ構造を判断して、自由曲面をＢ−Reps（Bounda
ry Representation）として認識することにより処理の
統一を計っている。しかしながら、Ｂ−Repsの場合、OS
G（Constructive Solid Geometry）に比べデータ構造が
複雑であり、また処理が繁雑となるため、CAMの機能と
してセットオペレーションを実現しようとすると、前述
の要求仕様を満たすのは困難となる。形状モデリング
は３次元物体の数学モデルをコンピュータ内部に構築
し、それを要求された問題に適する形に加工し、外部表
現することである。したがって、先ず数学モデルが作成
されていなければならず、数学モデルの作成としては上
述のCSG又はＢ−Repsの２つの手法が主に存在してい
る。結果的には、CSGに基づくモデルは曲面によって２
つに分割された３次元空間の片側、すなわち半空間領域
の集まりによって、３次元空間内に閉じた点集合領域を
３次元物体形状モデルとして作り出すものであり、Ｂ−
Repsは物体の点，辺，曲面等のトポロジー関係とトポロ
ジー関係の要素である頂点，辺，曲面の幾何形状情報を
与え、３次元空間内に閉じた２次元マニフォールドを創
成して３次元物体の形状モデルとするものである。ま
た、実際の形状加工を考慮し、Ｚ軸方向に１価以上の形
状（オーバーハングした形状等）は処理しないと仮定
し、形状の存在する領域を境界曲面からＺ軸負方向に固
定すれば、第14図に示すように、基本形状A,B毎のＺ軸
を比較することでセットオペレーションは実現できる。
すなわち、論理和の場合はＺ値の最大値を選択し、論理
積の場合は最小値を選択することで所望の形状を得るこ
とができる。しかしながら、上述の仮定に反するような
形状の処理は困難であり、厳密な意味でセットオペレー
ションを実現しているとは言えない。これに対してCSG
の場合、データ構造が簡潔であり、処理方法から判断し
て高速処理が可能と考えられる。

ここに、自由曲面とは曲面形状を数式化できない曲
面、たとえばＦ（x,y,z）＝０のような式で表現できな
い曲面である。このため曲面は第15図に示すように、点
群２をデータ構造に持ち、点群２の点と点の間はたとえ
ばCoons式やBezier式で補間することで曲面１を詳細に
表現できる。さらに、自由曲面は複雑な形状を有するの
で、補間曲面式は全てパラメータ表示された式となる。
つまり、第16図に示すように曲面１の詳細表現はパラメ
ータ空間（uv座標系）で補間したパラメータを用い、XY
Z座標系の実空間への補間を行なう。このことは曲面１
がパラメータ空間により表現されることを意味し、実空
間内だけでは曲面の存在を認識することは不可能であ
る。このような曲面をCADやCAMの一要素として加えた場
合、球形状や平面のような数式面等の他の要素との関係
を調べなければならないが、これは明らかに実空間での
解析であり、上記問題点のために非常に困難で、自由曲
面取扱い上の欠点となっていた。

第16図はまた、実空間に存在する曲面１をパラメータ
空間に写像した図を示しており、曲面１の各境界線
（辺）はパラメータ空間上の曲面領域を示す矩形領域３
の各境界線に対応している。このことが、以下に示す現
象を起すのである。すなわち、第17図に示すようにパラ
メータ空間上で直線的な補間をしても曲面上で歪んでし
まう。この補間を工具軌跡とすると、実空間においてＡ
とＢに示す工具のピッチ（ピックフィード）が一定とな
らず、ある所では広く、またある所では狭くなり、この
現象が加工効率に大きく影響してしまう。次に加工の工
程を考えると、第18図に示すように特定の領域Ａ′を指
定してその部分だけの部分加工が当然考えられる。しか
し、その領域指定の際も実空間（Ａ′）とパラメータ空
間（Ａ″）との対応が困難である。加工領域Ａ′は実空
間で指定するが、それに対してパラメータ空間での対応
付け（Ａ″）が不可能（解析的）である。さらに、第19
図に示すように曲面が極端に曲っている場合、従来のパ
ラメータ補間を行なうと左図に示すような工具軌跡TTを
発生する。しかし、加工の際は右図に示すような工具軌
跡生成TT′の要求もあり、このような工具軌跡は従来の
パラメータ補間では不可能である。

次に、Ｂ−Repsによる従来のシステム例を第20図に示
して説明する。

たとえば第21図に示すような立体形状200を想定した
場合、形状データ入力装置10で入力された形状データは
所定の演算処理で第22図に示すような立体を構成する境
界要素201〜209に分解されると共に、各要素の連結関係
を示す物体構造データ21と、各要素の頂点座標，辺の方
程式，面の方程式を示す数式化形状データ22とに分解さ
れて整理される。立体形状200が自由曲面を有する場合
は、前述したような点群と補間曲面で表わせる自由曲面
データ23を有するが、Ｂ−Repsの自由曲面データ23は必
らず交線データを含んでいるものでなければならない。
このようにして求められた形状データ20は、工具半径，
工具送り方向，切削速度，加工領域等の加工情報31と共
に、数式化形状処理部30に入力されてデータポインタの
追跡処理が行なわれる。つまり、Ｂ−Repsでは形状要素
の境界情報を有しているので、この境界をドット情報で
追跡して行けば、CRT等の表示装置で画面表示処理（10
1）したり、NC加工のための工具軌跡を生成（102）した
り、材料，大きさ等に関する物体特性を求めるマスプロ
パティ演算処理（103）を行なったりすることができ
る。このようなＢ−Repsでは立体形状等を境界の関数に
分解しているので、形状データの数が多くなってしまう
と共に、幾何学的に存在し得ないような形状を定義して
しまったり、形状要素の入力ミスによって立体ではあり
得ない形状を入力してしまうといった欠点がある。

一方、CSGによる従来のシステム例は第23図に示すよ
うな構成となっており、形状データ入力装置10から入力
された形状データは物体構造データ21及び数式化形状デ
ータ22に分離され、これらデータは境界を示す面の情報
を含んでいる。したがって、第21図の立体形状は第24図
の形状要素（プリミティブ）210〜212に分解され、プリ
ミティブ211及212を加算した形状からプリミティブ210
を減算すれば立体形状200となる。このように、CSGシス
テムでは境界を示す関数情報が必要であることから、従
来のCSGでは自由曲面データを取扱うことができず、形
状データ20にも含まれていない。形状データ20は形状抽
出処理部40に送られ、表示や工具軌跡生成等のアプリケ
ーション対応の処理（43）に応じた空間情報SPを入力し
て立体の全体形状情報TSを生成する。すなわち、数式化
形状データ22と空間情報SPは数式化形状処理41で合成さ
れ、合成された数式化形状SSPが物体構造データ21と共
にセットオペレーション42されることによって全体形状
情報TSが生成される。この全体形状情報TSが画面表示処
理（101）されたり、NC工具の軌跡を生成（102）した
り、マスプロパティ演算処理（103）されたり、面交線
演算処理（104）されたりすると共に、これらアプリケ
ーション対応の処理を示すアプリケーション情報S1〜S4
が出力され、アプリケーション対応の処理43で空間情報
SPに変換される。このように、従来のCSGでは形状デー
タ20として自由曲面を取扱っていないので、自由曲面を
含んだ形状に対してアプリケーションを行ない得ない欠
点がある。

前述したような従来のCSGによる３次元ソリッドモデ
ルの形状定義においては、個々の要素を全体座標系にお
いて定義する必要があり、全体の座標関係を確認しなが
ら定義しなければならない煩わしさがある。また、形状
としてまとめたもの全体を参照して再配置することが困
難であるといった問題がある。

（発明の目的） この発明は上述のような事情からなされたものであ
り、この発明の目的は、CSG方式の利点を生かしつつ、
３次元ソリッドモデルの構成要素を多層構造で表現し、
それぞれの要素が独立した座標系を有すると共に、上位
要素が下位要素をその座標系で再配置できるようにした
CAD/CAMシステムにおけるソリッドモデル形状定義方法
を提供することにある。

（発明の概要） この発明はCAD/CAMシステムにおける３次元ソリッド
モデル形状定義方法に関するもので、前記３次元ソリッ
ドモデルの構成要素を、 ａ、形状表現領域内の形状データ全体を意味するもので
あって、次のサブパートの集合を表すデータを含むパー
ト、 ｂ、前記パートを表現するための部分形状を意味するも
のであって、次のセグメントの集合を表すデータを含む
サブパート、 ｃ、前記サブパートを表現するための３次元形状要素を
意味するものであって、次のエレメントに方向性を持た
せて半空間としたものの積集合を表すデータを含むセグ
メント、 ｄ、前記セグメントを表現するための平面、２次曲面を
表すデータを含むエレメント からなる２層構造を単位とした多層構造で表現し、CSG
定義方式を用いた前記構成要素の立体集合演算によって
形状定義するようにしたものである。

（発明の実施例） CSGは構造が簡明でデータ量が少なく、入力や修正が
容易であると共にデータの読解が容易である特長を有す
る。また、プリミティブをそのまま扱うため、形状の特
徴把握が容易であるといった特長を有し、この発明はか
かるCSGの特長を生かして形状定義を行なうものであ
る。

この発明の全体システム構成は第１図に示すようにな
っており、ハードディスク等の内部記憶装置２は本シス
テムで使用するデータを格納しておくための装置であ
り、フロッピディスク，磁気テープ等の外部記憶装置８
は内部記憶装置上のデータを退避したり、この装置上の
データを内部記憶装置２に復元するための装置である。
また、CRT等の表示装置7Aは利用者と対話するために、
文字情報や図形情報，形状情報を表示し、キーボード等
の入力装置7Bは利用者がシステムに対応・命令するため
のものであり、ハードコピー装置６は表示装置7Aの表示
内容をそのまま紙上に描画する。さらに、プロッタ装置
３は段取図等の図面情報を描画出力し、紙テープ装置４
はNCテープをパンチ出力したり、NCテープを読込んだり
し、印刷装置５は帳票等を出力する。そして、この発明
で使用する入力データは第２図に示すようにパート，サ
ブパート，セグメント，エレメントの如く多層構造とな
っている。すなわち、パートは形状を表現する場合の表
現領域内の形状データ全体を意味し、パートはサブパー
トの集合である。サブパートはパートを表現するために
用いる部分形状を意味し、サブパートはセグメントの集
合である。セグメントはサブパートを表現するために用
いる３次元形状要素を意味する。セグメントはエレメン
トに方向性を持たせ半空間としたものの積集合であり、
エレメントはセグメントを表現するために用いる平面,2
次曲面を意味する。このような多層構造の入力データの
模式図を示すと第３図（Ａ）〜（Ｄ）のようになる。同
図（Ａ）はパート定義を、同図（Ｂ）はサブパート定義
を、同図（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれセグメント定義と
エレメント定義とを示している。具体的なデータ配列は
次のようになる。

パートの定義； ＞＞＊PART part名（location）［domain］ ＞＞＊SUBPART subpart名［.EG.Reference−name］ ［domain］ サブパートの定義； ＞＞＊SUBPART subpart名 ＞＞＊SEGMENT segment名［.EQ.Reference−name］ ［domain］ セグメントの定義； （ａ）メニュー・セグメントの場合 ＞＞＊SEGMENT Segment名,ipn,idm（寸法） ＞＞＊E SEGMENT （ｂ）一般のセグメントの場合（プロファイル，多面体
セグメントを含む） ＞＞＊SEGMENT Segment名［.ipn］ エレメントの定義； ＞＞＊E ELEMENT（location）isd［,mid］ locationは、local座標系で回転，平行移動するための
もので、（x,y,z,a,b,c）で与える。なお、a,b,cは各軸
まわりの回転角を表わす。domainは空間定義領域を与え
る。x,y,zの各座標軸毎に、最小・最大値で与えるよう
になっており、省略時にはシステムが最小ドメインを自
動的に設定する。imdはモードコードを示し、標準モー
ドコードとオプションモードコードがある。

（ａ）標準モードコード； Ｐモード→その要素を存在させることを意味する。

Ｑモード→その要素を除去することを意味する。

Ｄモード→他の要素を定義するために必要な補助的定義
である。実在しないものとみなす。

FPモード→それ以後に定義する要素と、空間的に共通部
分を有するとき、それ以後の要素のモードに影響されず
に、必ずＰモードであることを意味する。

FQモード→それ以後に定義する要素と、空間的に共通部
分を有するとき、それ以後の要素のモードに影響されず
に、必ずＱモードであることを意味する。

（ｂ）オプションモードコード； システムを利用するアプリケーション側で意味を持
つ。

MPモード→Ｐモードの要素に対して、スキャンライン
法、輪郭法以外の方法で工具径路を生成することを意味
する。

MQモード→Ｑモードの要素に対して、スキャンライン
法、輪郭法以外の方法で工具径路を生成することを意味
する。

layout［：グループ名］,layoutはサブパート，セグ
メントを複数個配置するときの配置位置情報を与えるも
ので、グループ名はlayoutによって生成した形状ともと
の形状を一括して参照するための名前である。平行移
動，回転，直線上等配，格子上，四辺形上，円周上等
配，円弧上等角度，円周上不等配等がある。このレイア
ウトにより配置した形状及び規準とした形状（元の形
状）に名称を付し、グループ化することができる。ipn
（パターンコード）はエレメント，セグメントに与えら
れたコードでありidm（ディメンジョンコード）は２次
元形状をスウィープして、３次元形状を作る場合のスウ
ィープする方向を与える。

１…Ｘ軸方向３個所 ２…Ｙ軸垂直 ３…Ｚ軸垂直 ４…３次元形状を直接指示する場合 Reference−nameはサブパート，セグメント又はエレメ
ントとして参照するデータを指定する。

指定方法は以下の３通りである。

（１）サブパートとして参照する場合； /subpart名…自パート内又は、登録データ集内のサ
ブパート名で表わされるサブパートを参照する。

part名/subpart名…登録データ集内のパート名／サ
ブパート名で表わされるサブパートを参照する。

part名…登録データ集内のパート名で表わされるパ
ートの全てのサブパートを参照する。

（２）セグメントとして参照する場合； //segment名…自パート内，自サブパート内のセグ
メント名で表わされるセグメントを参照する。

/subpart名/segment名…自パート内又は、登録デー
タ集内のサブパート名／セグメント名で表わされるセグ
メントを参照する。

part名/subpart名/segment名…登録データ集内のパ
ート名／サブパート名／セグメント名で表わされるセグ
メントを参照する。

/subpart名…自パート内又は、登録データ集内のサ
ブパート名で表わされるサブパートの全てのセグメント
を参照する。

part名/subpart名…登録データ集内のパート名／サ
ブパート名で表わされるサブパートの全てのセグメント
を参照する。

（３）エレメントとして参照する場合； //segment名…自パート内，自サブパート内のセグ
メント名で表わされるセグメントの全てのエレメントを
参照する。

/subpart名/segment名…自パート内又は、登録デー
タ集内のサブパート名／セグメント名で表わされるセグ
メントの全てのエレメントを参照する。

part名/subpart名/segment名…登録データ集内のパ
ート名／サブパート名／セグメント名で表わされるセグ
メントの全てのエレメントを参照する。

ここで、パターンコード（ipn）の例を示すと第４図
のようになる。

第１図のシステムの計算機は機能モジュール，機能ツ
ール及びユーティリテイのソフトウエアを有し、機能ツ
ールは後述する各機能モジュールがその機能を十分発揮
するための支援ツールであり、ユーティリティは本シス
テムのデバッグ，保守に利用するユーティリティプログ
ラムである。機能モジュールは第５図に示すような機能
を有しており、本システムの各機能を実現するモジュー
ルで互いに独立して存在し、処理条件は各機能モジュー
ルで実行に必要な情報が不十分な場合、以下の処理を必
要に応じて行なう。

（１）与えられた情報だけで、可能な範囲の処理を行な
う。

（２）利用者介入による情報の生成。

（３）利用者介入による終了。

以下に各機能モジュールを説明する。

システム制御モジュールはターミナル上にトップメニ
ューを表示し、利用者がターミナルよりトップメニュー
の中から指定した処理の実行及びユーザ識別名とステッ
プ名の検査を行なう。システム制御モジュールは、ユー
ザ識別名をターミナルより入力し、その正当性を検査す
るユーザ識別名検査機能と、新規ユーザ識別名を登録
し、新規ユーザ識別名に対する環境を整えるユーザ識別
名登録機能と、トップメニューをターミナルの画面に表
示するトップメニュー表示機能と、ターミナルより指定
した処理を実行する指定処理実行機能と、ステップ名を
ターミナルより入力しその正当性を検査するステップ名
検査機能と、新規ステップ名を登録し、新規ステップ名
に対する環境を整えるステップ名登録機能とを有する。

形状定義モジュールは形状を定義して、その形状情報
をデータファイルに出力する。出力先のデータファイル
はユーザ識別名及び形状種類で決まるようになってい
る。形状定義モジュールは、製品の形状を定義する製品
形状定義機能と、素材の形状を定義する素材形状定義機
能と、加工機械の形状を定義する加工機械形状定義機能
と、取付具の形状を定義する取付具形状定義機能と、工
具の形状を定義する工具形状定義機能と、定義した形状
を保存するときにその出力先を制御する形状情報出力制
御機能と、形状定義モジュールが有するユーティリティ
機能を使用するユーティリティ処理機能とを有する。

面属性定義モジュールは形状情報をデータファイルか
ら入力して形状の各面に面属性情報を与えて、再度デー
タファイルへ出力する。面属性定義モジュールは面の属
性、つまり加工面の面粗度，基準面等を指定する面属性
指定機能である。

定数設定モジュールは本システムの処理に必要な基本
的なデータ項目に定数を与えて、工程設計ファイルへ出
力する。そして、素材の材質を選択指定する材質設定機
能は、選択した材質に関する情報を材質情報として工程
設計ファイルへ出力し、加工時に使用する切削剤を選択
指定する切削剤設定機能は、選択した切削剤に関する情
報を切削剤情報として工程設計ファイルへ出力する。

加工機械決定モジュールは加工機械マスタファイルに
登録してある加工機械の中から最適な加工機械を決定す
るものであり、形状データの素材形状をもとにして加工
機械マスタファイルの中から候補となる加工機械を選択
する加工機械選択機能と、素材形状がないとき、ターミ
ナルより加工機械選択に必要な素材形状の諸元を入力す
る素材形状入力機能と、候補の加工機械の中から１つを
ターミナルより指定して加工機械を決定する加工機械決
定機能とを有している。加工機械決定機能は、決定した
加工機械に関する情報を加工機械情報として工程設計フ
ァイルへ出力する。

取付具・取付姿勢決定モジュールは、取付具マスタフ
ァイルに登録してある取付具の中から、最適な取付具を
ターミナルより指定して使用する取付具を決定する取付
具決定機能を有し、決定した取付具に関する情報を取付
具情報として工程設計ファイルへ出力する。また、素材
の取付姿勢をターミナルより指定して、取付姿勢を決定
する取付姿勢決定機能を有し、決定した取付姿勢に関す
る情報を取付姿勢情報として工程設計ファイルへ出力す
る。さらに、素材と取付具の取付状態を表示する取付姿
勢表示機能と、素材と取付具の段取図および素材・製品
対応図を出力する段取図出力機能とを有している。

加工法決定モジュールは、加工法と加工工程の組合せ
を指定し、その加工パターンを加工法マスタファイルよ
り選択する。その加工法・加工工程の組合せで加工する
加工面の集合を指定する。加工対象面であっても、ここ
で加工面集合として指定しない場合は加工の対象としな
い。この加工法決定モジュールは加工法と加工工程の組
合せをターミナルより指定する加工法指定機能と、指定
した加工法と加工工程の組合せで加工する加工面集合を
ターミナルより指定する加工面集合指定機能と、選択し
た加工パターンを修正する加工パターン修正機能とを有
している。

加工順序決定モジュールは加工法と加工面集合より加
工面集合単位に加工順序を決める。そして、この加工順
序決定モジュールは加工順マスタより加工優先順序情報
を入力し、それに従って加工面集合単位に加工順序の分
類を行なう加工順序分類機能と、加工順マスタの加工優
先順位情報に、補正指示があればその指示に従った補正
を行なう加工順序補正機能と、加工順序を加工面集合単
位に修正する加工順序修正機能とを有している。

工具・工具ホルダ決定モジュールは、工程データをも
とにして工具マスファイルより必要な工具と工具ホルダ
を選択し、加工法，加工工程（工具種類），加工面集
合，加工順序より候補となる工具と工具ホルダを工具マ
スタファイルより検索する工具検索機能と、選択した工
具やホルダの寸法，形状を修正する工具データ修正機能
と、工具選択機能とを有している。工具選択機能は次の
２つに分かれている。

自動選択：一定のルールに従って候補の中から工具と
工具ホルダを選ぶ機能。

手動選択：候補の中から最適な工具をターミナルより
指定し、それに対応する工具ホルダを選択する機能。

加工条件決定モジュールは、工程データより加工条件
を決定する。この加工条件決定モジュールは工程データ
より加工法毎の加工条件を算出する加工条件決定機能
と、ターミナルより加工条件を入力する加工条件入力機
能と、加工条件をターミナルより修正する加工条件修正
機能とを有している。

工具経路生成モジュールは、形状データファイル上の
形状情報をもとに、製品形状を得るための工具経路を生
成する。工具経路を生成するにあたっては、工程設計フ
ァイル、工程データファイル上の情報を参照する。工具
経路を生成した後、対象加工機械用のNC加工情報に編集
してNCデータファイルへ出力する。この工具経路生成モ
ジュールは荒加工用と、仕上加工用の工具経路を生成す
る工具経路生成機能を有し、仕上加工で切込量を要求面
粗度から決定し、荒加工用の工具経路を仕上加工での切
込量の分だけ素材を残すように生成する。仕上加工用の
工具経路は製品形状を得るように生成し、工具経路生成
では工程設計ファイル，工程データファイルから必要な
情報を入力・参照する。また、工具経路を生成する時
に、与えた条件の範囲内で可能な干渉回避を行なった工
具経路を生成する干渉回避機能を有し、さらに生成した
工具経路と、工程設計ファイル，工程データファイルか
ら入力した情報で対象加工機械用のNC加工情報を編集し
てNCデータファイルに出力するNC加工情報生成機能を有
している。

加工時間算出モジュールはNCデータファイルからNC加
工情報を入力して、加工時間の算出を行なう。この加工
時間算出モジュールは工具単位に切削時間を積算する切
削時間積算機能と、主軸早送り時の加減速を考慮した早
送り時間を積算する早送り時間積算機能と、工具交換時
間を積算する工具交換時間積算機能と、アプローチ時間
を積算するアプローチ時間積算機能と、テーブル回転時
間を積算するテーブル回転時間積算機能とを有してい
る。

工具経路検証モジュールは、NCデータファイルからNC
加工情報を入力して、加工機械の動きをシミュレートす
る。シミュレーションはカラー画面によるアニメーショ
ン表示とする。このモジュールは入力したNC加工情報の
シミュレーションをカラー画面で実行できるか否かを検
査するNC加工情報検査機能と、カラー画面でNC加工のシ
ミュレーションを行なうカラー画面シミュレーション機
能と、NCデータファイル上のNC加工情報をターミナルよ
り編集するNC加工情報編集機能とを有している。

次に、具体的な形状を示して入力データの階層構造を
説明する。

第６図は一例としての３次元ソリッドモデルを示して
おり、このソリッドモデルは第７図（Ａ）で示すモデル
から第８図（Ａ）で示す形状モデルを２個所で減算する
と共に、第９図（Ａ）で示す形状モデルを１個所で減算
することによって得られる。また、第７図（Ａ）の形状
モデルは、同図（Ｂ）に示す形状モデルRCT1から同図
（Ｃ）に示す形状モデルRCT3及び同図（Ｄ）に示す形状
モデルRCT2を減算したものであり、この発明では同図
（Ａ）のモデルをサブパート１として登録し、RCT1〜RC
T3をそれぞれセグメントとする。また、第８図（Ａ）の
形状モデルは、同図（Ｂ）の形状モデルCYL1と同図
（Ｃ）の形状モデルCYL2とを加算したものであり、この
発明では第８図（Ａ）の形状モデルをサブパート２とし
て登録し、CYL1及びCYL2をそれぞれセグメントとする。
さらに、第９図（Ａ）の形状モデルをサブパート３とし
て登録し、第８図（Ｂ）と同一の第９図（Ｂ）の形状モ
デルCYL1をセグメントとする。形状データをこのような
段層構造とすることによって、データ構造を簡素化する
ことができる。そして、入力データ，登録データ及び展
開データの相互関係は第10図のようになっており、第６
図の形状モデルについての入力データ，登録データ，展
開データ及び形状データライブラリデータは次のように
なる。

入力データ ＞＞＊START ＊OIL TRAP 1 PART−3 SUBPART（CASE 1 U−MDL1）＊＊
＊＊＊＊＊ ＞＞＊PART TESTO1（ ） ＞＞＊SUBPRT SUB1 ＞＞＊E SUBPART（ ）Ｐ ＞＞＊SUBPART SUB2 ＞＞＊E SUBPART（15,35）Q,2（244,0,0,0,0,0,
2）:HOLE ＞＞＊SUBPART SUB3 ＞＞＊E SUBPART（137,35）Ｑ ＞＞＊E PART ＞＞＊SUBPART SUB1 ＞＞＊SEGMENT RCT1 ＞＞＊E SEGMENT（ ）Ｐ ＞＞＊SEGMENT RCT2 ＞＞＊E SEGMENT（35）Ｑ ＞＞＊SEGMENT RCT3 ＞＞＊E SEGMENT（0,0,20）Ｑ ＞＞＊E SUBPART ＞＞＊SUBPART SUB2 ＞＞＊SEGMENT CYL1.EQ.PCYLO1/CSUB1/CYL1A ＞＞＊E SEGMENT（ ）Ｐ ＞＞＊SEGMENT CYL2 ＞＞＊E SEGMENT（ ）Ｐ ＞＞＊E SUBPART ＞＞＊SUBPART SUB3 ＞＞＊SEGMENT CYL3.EQ.PCYLO1/CSUB1/CYL1A ＞＞＊E SEGMENT（ ）Ｐ ＞＞＊E SUBPART ＞＞＊SEGMENT RCT1,100,3（274,50,60） ＞＞＊E SEGMENT ＞＞＊SEGMENT RCT2,100,3,（204,50,12.5） ＞＞＊E SEGMENT ＞＞＊SEGMENT RCT3,100,3（274,10,40） ＞＞＊E SEGMENT ＞＞＊SEGMENT CYL2,200,3（15,12.5） ＞＞＊E SEGMENT ＞＞＊END 登録データ ＞＞＊START ＊CYLINDER PARTS SET ＞＞＊PART PCYLO1（ ） ＞＞＊SUBPART CSUB 1 ＞＞＊E SUBPART（ ）Ｐ ＞＞＊SUBPART CSCB2 ＞＞＊E SUBPART（20）Ｐ ＞＞＊E PART ＞＞＊SUBPART CSUB1 ＞＞＊SEGMENT CYL1A ＞＞＊E SEGMENT（ ）Ｐ ＞＞＊SEGMENT CYL1B ＞＞＊E SEGMENT（0,50）Ｐ ＞＞＊E SUBPART ＞＞＊SUBPART CSUB2 ＞＞＊SEGMENT CYL2A ＞＞＊E SEGMENT（ ）Ｐ ＞＞＊E SUBPART ＞＞＊SEGMENT CYL1A,200,3（10,60） ＞＞＊ELEMENT E001,1,3（20,20） ＞＞＊E ELEMENT（−10,−10）１ ＞＞＊ELEMENT E002,1,3（20,20） ＞＞＊E ELEMENT（−10,−10,60）−１ ＞＞＊ELEMENT E003,2,3（10,60） ＞＞＊E ELEMENT（ ）−１ ＞＞＊E SEGMENT ＞＞＊SEGMENT CYL1B,200,3（10,50） ＞＞＊ELEMENT E001,1,3（20,20） ＞＞＊E ELEMENT（−10,−10）１ ＞＞＊ELEMENT E002,1,3（20,20） ＞＞＊E ELEMENT（−10,−10,50）−１ ＞＞＊ELEMENT E003,2,3（10,50） ＞＞＊E ELEMENT（ ）−１ ＞＞＊E SEGMENT ＞＞＊SEGMENT CYL2A,200,3（10,40） ＞＞＊ELEMENT E001,1,3（20,20） ＞＞＊E ELEMENT（−10,−10）１ ＞＞＊ELEMENT E002,1,3（20,20） ＞＞＊E ELEMENT（−10,−10,40）−１ ＞＞＊ELEMENT E003,2,3（10,40） ＞＞＊E ELEMENT（ ）−１ ＞＞＊E ELEMENT（ ）−１ ＞＞＊END 展開データ ＞＞＊START ＊ OIL 1 PART−3SUBPART（CASE 1 U−MDL1）＊＊＊＊
＊＊＊ ＞＞＊PART TESTO1（ ） ＞＞＊SUBPART SUB1 ＞＞＊E SUBPART（ ）Ｐ ＞＞＊SUBPART SUB2 ＞＞＊E SUBPART（15,35）Q:HOLE ＞＞＊SUBPART SUB2X ＞＞＊E SUBPART（259,35）Q:HOLE ＞＞＊SUBPART SUB3 ＞＞＊E SUBPART（137,35）Ｑ ＞＞＊E PART ＊ ＞＞＊SUBPART SUB1 ＞＞＊SEGMENT RCT1 ＞＞＊E SEGMENT（ ）Ｐ ＞＞＊SEGMENT RCT2 ＞＞＊E SEGMENT（35）Ｑ ＞＞＊SEGMENT RCT3 ＞＞＊E SEGMENT（0,0,20）Ｑ ＞＞＊E SUBPART ＞＞＊SUBPART SUB2 ＞＞＊SEGMENT CYL1.EQ.PCYL01/CSUB1/CYL1A ＞＞＊E SEGMENT（ ）Ｐ ＞＞＊SEGMENT CYL2 ＞＞＊E SEGMENT（ ）Ｐ ＞＞＊E SUBPART ＞＞＊SUBPART SUB2X ＞＞＊SEGMENT CYL1X.EQ.PCYL01/CSUB1/CYL1A ＞＞＊E SEGMENT（ ）Ｐ ＞＞＊SEGMENT CYL2X ＞＞＊E SEGMENT（ ）Ｐ ＞＞＊E SUBPART ＞＞＊SUBPART SUB3 ＞＞＊SEGMENT CYL3.EQ.PCYL01/CSUB1/CYL1A ＞＞＊E SEGMENT（ ）Ｐ ＞＞＊E SUBPART ＊ ＞＞＊SEGMENT RCT1,100,3（274,50,60） ＞＞＊ELEMENT E001,1,3（274,50） ＞＞＊E ELEMENT（ ）１ ＞＞＊ELEMENT E002,1,3（274,50） ＞＞＊E ELEMENT（0,0,60）−１ ＞＞＊ELEMENT E003,1,2（60,274） ＞＞＊E ELEMENT（ ）１ ＞＞＊ELEMENT E004,1,1（50,60） ＞＞＊E ELEMENT（274）−１ ＞＞＊ELEMENT E005,1,2（60,274） ＞＞＊E ELEMENT（0,50）−１ ＞＞＊ELEMENT E006,1,1（50,60） ＞＞＊E ELEMENT（ ）１ ＞＞＊E SEGMENT ＞＞＊SEGMENT RCT2,100,3（204,50,12.5） ＞＞＊ELEMENT E001,1,3（204,50） ＞＞＊E ELEMENT（ ）１ ＞＞＊ELEMENT E002,1,3（204,50） ＞＞＊E ELEMENT（0,0,12.5）−１ ＞＞＊ELEMENT E003,1,2（12.5,204） ＞＞＊E ELEMENT（ ）１ ＞＞＊ELEMENT E004,1,1（50,12.5） ＞＞＊E ELEMENT（204）−１ ＞＞＊ELEMENT E005,1,2（12.5,204） ＞＞＊E ELEMENT（0,50）−１ ＞＞＊ELEMENT E006,1,1（50,12.5） ＞＞＊E SEGMENT（ ）１ ＞＞＊E SEGMENT ＞＞＊SEGMENT RCT3,100,3（274,10,40） ＞＞＊ELEMENT E001,1,3（274,10） ＞＞＊E ELEMENT（ ）１ ＞＞＊ELEMENT E002,1,3（274,10） ＞＞＊E ELEMENT（0,0,40）−１ ＞＞＊ELEMENT E003,1,2（40,274） ＞＞＊E ELEMENT（ ）１ ＞＞＊ELEMENT E004,1,1（10,40） ＞＞＊E ELEMENT（274）−１ ＞＞＊ELEMENT E005,1,2（40,274） ＞＞＊E ELEMENT（0,10）−１ ＞＞＊ELEMENT E006,1,1（10,40） ＞＞＊E ELEMENT（ ）１ ＞＞＊E SEGMENT ＞＞＊SEGMENT CYL,200.3（10,60） ＞＞＊ELEMENT E001,1,3（20,20） ＞＞＊E ELEMENT（−10,−10）１ ＞＞＊ELEMENT E002,1,3（20,20） ＞＞＊E ELEMENT（−10,−10,60）−１ ＞＞＊ELEMENT E003,2,3（10,60） ＞＞＊E ELEMENT（ ）−１ ＞＞＊E SEGMENT ＞＞＊SEGMENT CYL1X,200.3（10,60） ＞＞＊ELEMENT E001,1,3（20,20） ＞＞＊E ELEMENT（−10,−10）１ ＞＞＊ELEMENT E002,1,3（20,20） ＞＞＊E ELEMENT（−10,−10,60）−１ ＞＞＊ELEMENT E003,2,3（10,60） ＞＞＊E ELEMENT（ ）−１ ＞＞＊E SEGMENT ＞＞＊SEGMENT CYL2,200.3（15,12.5） ＞＞＊ELEMENT E001,1,3（15,15） ＞＞＊E ELEMENT（−7.5,−7.5）１ ＞＞＊ELEMENT E002,1,3（15,15） ＞＞＊E ELEMENT（−7.5,−7.5,12.5）−１ ＞＞＊ELEMENT E003,2,3（7.5,12.5） ＞＞＊E ELEMENT（ ）−１ ＞＞＊E SEGMENT ＞＞＊SEGMENT CYL2X,200,3（15,12.5） ＞＞＊ELEMENT E001,1,3（15,15） ＞＞＊E ELEMENT（−7.5,−7.5）１ ＞＞＊ELEMENT E002,1,3（15,15） ＞＞＊E ELEMENT（−7.5,−7.5,12.5）−１ ＞＞＊ELEMENT E003,2,3（7.5,12.5） ＞＞＊E ELEMENT（ ）−１ ＞＞＊E SEGMENT ＞＞＊SEGMENT CYL3,200.3（10,60） ＞＞＊ELEMENT E001,1,3（20,20） ＞＞＊E ELEMENT（−10,−10）１ ＞＞＊ELEMENT E002,1,3（20,20） ＞＞＊E ELEMENT（−10,−10,60）−１ ＞＞＊ELEMENT E003,2,3（10,60） ＞＞＊E ELEMENT（ ）−１ ＞＞＊E SEGMENT ＊END＊＊＊＊＊＊ ＞＞＊END 形状データライブラリデータ ＞＞＊SEGMENT G0100,100,3（A,B,C） ＞＞＊ELEMENT E001,1,3（A,B） ＞＞＊E ELEMENT（ ）１ ＞＞＊ELEMENT E002,1,3（A,B） ＞＞＊E ELEMENT（0,0,C）−１ ＞＞＊ELEMENT E003,1,2（C,A） ＞＞＊E ELEMENT（ ）１ ＞＞＊ELEMENT E004,1,1（B,C） ＞＞＊E ELEMENT（Ａ）−１ ＞＞＊ELEMENT E005,1,2（C,A） ＞＞＊E ELEMENT（0,B）−１ ＞＞＊ELEMENT E006,1,1（B,C） ＞＞＊E ELEMENT（ ）１ ＞＞＊E SEGMENT ＞＞＊SEGMENT G0200,200,3（A,B） ＞＞＊ELEMENT E001,1,3（A,A） ＞＞＊E ELEMENT（−A/2,−A/2）１ ＞＞＊ELEMENT E002,1,3（A,A） ＞＞＊E ELEMENT（−A/2,−A/2,B）−１ ＞＞＊ELEMENT E003,2,3（A/2,B） ＞＞＊E ELEMENT（ ）−１ ＞＞＊E SEGMENT 上記各データの関係を図式化すると、第11図及び第12図
のようになる。

一方、この発明では上述したような形状データの入力
を全て表示装置Ａとの対話形式で行なうようにしている
ので、以下にその手法を第13（Ａ）〜（ZE）を参照して
説明する。この発明の表示装置7Aはスクロール機能を有
していると共に、画面上には第13図（Ａ）に示す如く、
カーソルCRが表示され、このカーソルCRはマウスによっ
て移動されるようになっている。

先ず、表示装置7Aの画面には第13図（Ａ）に示すよう
な画像が表示されるので、パート名称，サブパート名
称，セグメント名称及びエレメント名称を入力装置7Bで
入力し、各入力に応じてマウスでカーソルCRを移動させ
て所望のパターンを選択する。この場合、パターンはス
クロール機能によって多数の中から選択することができ
る。この選択（セグメント）によって選択パターンが同
図（Ｂ）のSPの如く表示されると共に、形状寸法欄DCが
表示されるので、この形状寸法欄DCに寸法を入力する。
この例では３次元形状となっている。寸法が入力される
とその入力に応じたセグメント形状が第13図（Ｃ）の如
く表示され、次に同図（Ｄ）の画面表示となるのでキー
ボードでセグメント名称を入力する。その後、第13図
（Ｅ）のようにパターンが表示されるので前述と同様に
スクロール表示でマウスによってパターンを選択し、こ
のパターン選択によって同図（Ｆ）の如き選択パターン
と形状寸法欄が表示されるので、形状寸法を入力する。
寸法入力後、第13図（Ｇ）に示すような入力寸法のセグ
メント形状が入力され、その後に同図（Ｈ）のような画
面となるのでここでセグメント名称をキーボードで入力
する。この入力後、第13図（Ｉ）の如く各種パターンが
表示されるので、この中からパターンをマウスで選択す
る。この選択に応じて第13図（Ｊ）の如く選択されたパ
ターン及び形状寸法欄が表示されるので、形状寸法を入
力するとそれに対応したセグメント形状が同図（Ｋ）の
如く表示され、入力したセグメントRCT1〜RCT3について
の情報（DOMAIN,LOCATION,MODE）を同図（Ｌ）〜（Ｎ）
の表示画面に従って入力する。

次に、第13図（Ｏ）の如く次のサブパートの形状を表
示し、同図（Ｐ）の表示に従ってセグメント名称を入力
すると共に、REFERENCE欄に参照セグメントの名称をキ
ーボードで入力する。これによって第13図（Ｑ）で示す
ような参照したセグメント形状が表示され、次に同図
（Ｒ）に示す表示となるのでセグメント名称CYL2を入力
してマウスでパターンを選択すると、この選択されたパ
ターン及び形状寸法欄が同図（Ｓ）のように示され、こ
の寸法欄に寸法を入力する。寸法が入力されるとこの寸
法形状でセグメント形状が同図（Ｔ）の如く表示され、
入力したセグメントCYL1及びCYL2についての情報（DOMA
IN,LOCATION,MODE）を同図（Ｕ）及び（Ｖ）の表示画面
に従って入力する。この後、第13図（Ｗ）のようなサブ
パートの形状を表示する。

次に、第13図（Ｘ）の表示画面に従ってサブパート名
称SUB3及びセグメント名称CYL3を入力し、REFERENCE欄
において参照セグメント名称を指示する。これによって
参照したセグメント形状が第13図（Ｙ）の如く表示さ
れ、次の同図（Ｚ）の表示画面に従ってサブパートSUB3
を構成するセグメントCYL3の情報（DOMAIN,LOCATION,MO
DE）を入力する。サブパートSUB3の形状表示は第13図
（Ｙ）と同じである。次に、第13図（ZA）及び（ZB）に
従ってパートTEST01を構成するサブパートSUB1及びSUB2
の情報（DOMAIN,LOCATION,MODE）を入力する。そして、
サブパートSUB2をレイアウトするパターンを第13図（Z
C）によって多数のレイアウトパターンの中から選択し
てその情報を入力し、サブパートSUB3の情報（DOMAIN,L
OCATION,MODE）を入力する。その後、第13図（ZE）の如
きパートTEST01の形状を表示する。

（発明の効果） 以上のようにこの発明の形状定義方法によれば、３次
元ソリッドモデルの構成要素を多層構造で表現すると共
に、各要素が独立した座標系を有しているので、ソリッ
ドモデルの形状定義及び入力が極めて容易となり、CAD/
CAMシステムの効率が向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の全体構成を示すブロック構成図、第
２図はこの発明のデータ構成例を示す図、第３図（Ａ）
〜（Ｄ）はデータ構造の模式図、第４図はこの発明に用
いるセグメントの例を示す図、第５図はこの発明のソフ
トウエアの種類を示す図、第６図は３次元ソリッド形状
の一例を示す図、第７図（Ａ）〜（Ｃ）乃至第９図
（Ａ）及び（Ｂ）は具体的形状についての階層関係を説
明するための図、第10図はこの発明のデータの入力，登
録及び展開の関係を示す図、第11図及び第12図はその具
体例を示す図、第13図（Ａ）〜（ZE）はこの発明の対話
形データ入力例を説明するための図、第14図は２次元図
形についてのセットオペレーションを説明するための
図、第15図は曲面の点群による表示例を示す図、第16図
はXYZ実空間とuvパラメータ空間の関係を示す図、第17
図〜第19図は実空間とパラメータ空間との間の関係を説
明するための図、第20図はＢ−Repsによる従来のシステ
ム例を示すブロック図、第21図は立体形状の一例を示す
図、第22図及び第24図は第21図の立体形状の分解例を説
明するための図、第23図はCSGによる従来のシステム例
を示すブロック図である。 １……計算機、２……内部記憶装置、３……プロッタ装
置、４……紙テープ装置、５……印刷装置、６……ハー
ドコピー装置、7A……表示装置、7B……入力装置、８…
…外部記憶装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 ＰＩＸＥＬ Ｎｏ．24（1984）Ｐ．70− 81

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】CAD/CAMシステムにおける３次元ソリッド
   モデルの形状を定義する方法において、前記３次元ソリ
   ッドモデルの構成要素を、 ａ、形状表現領域内の形状データ全体を意味するもので
   あって、次のサブパートの集合を表すデータを含むパー
   ト、 ｂ、前記パートを表現するための部分形状を意味するも
   のであって、次のセグメントの集合を表すデータを含む
   サブパート、 ｃ、前記サブパートを表現するための３次元形状要素を
   意味するものであって、次のエレメントに方向性を持た
   せて半空間としたものの積集合を表すデータを含むセグ
   メント、 ｄ、前記セグメントを表現するための平面、２次曲面を
   表すデータを含むエレメント からなる２層構造を単位とした多層構造で表現し、CSG
   定義方式を用いた前記構成要素の立体集合演算によって
   形状定義するようにしたことを特徴とするCAD/CAMシス
   テムにおけるソリッドモデル形状定義方法。
2. 【請求項２】前記構成要素の多層構造表現で当該階層レ
   ベルにおいて前記構成要素に独自の座標系を設定できる
   ようになっている特許請求の範囲第１項に記載のCAD/CA
   Mシステムにおけるソリッドモデル形状定義方法。
3. 【請求項３】前記構成要素の存在，除去，補助，恒久存
   在，恒久除去の存在モードを設定することができ、上位
   要素の存在モードが下位要素の存在モードに影響を与え
   ることができるようになっている特許請求の範囲第１項
   に記載のCAD/CAMシステムにおけるソリッドモデル形状
   定義方法。
4. 【請求項４】前記構成要素が、階層レベルを識別する標
   識を付され、データファイルに登録できるようになって
   いる特許請求の範囲第１項に記載のCAD/CAMシステムに
   おけるソリッドモデル形状定義方法。