JPS62221003A - ２次元工具軌跡生成方法 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、数値制御工作機械で加工領域を加工するため
に工具を移動させるときの２次元軌跡を生成する２次元
工具軌跡生成方法に関する。

［従来技術］ 近年、ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）
やＦＭＳ　（Ｆ　ｌｅｘｉｂｌｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒ
ｉｎｇ　Ｓｙｔｅｗ＋）が広く提唱されており、このよ
うなシステムには切削加工、溶接作業、溶断作業および
製図作業等を自動的に行なうため、数値制御工作機械が
用いられている。

この数値制御工作機械は、あらかじめ与えられた移動位
置および速度等の数値データ（すなわち制御プログラム
）に基づいて、選択された工具を移動させ、被加工物（
ワーク）を目的とする工作物に加工するものである。

従来、このような数値制御工作機械に制御プログラムを
入力するには、所定の数値制御用プログラム言語によっ
て工作物の形状を定義するか、あるいは、加工形状が複
雑な場合には、工作形状の模型（マスク）を形成してこ
のマスクの表面を工具でトレースさせてそのトレース位
置を直接数値制御工作機械に入力させている（倣い加工
）。

しかしながら、前者の方法では複雑な形状を入力するこ
とが困難であり、また、数値制御用プログラム言語を修
得する必要があるためにプログラム作成が困難であった
。また後者の方法ではマスクの作成のための手間、時間
およびコストがかかって好ましくない。

また、入力された加工形状を加工するための工具の軌跡
を生成するとき、この加工形状の輪郭線よりも工具半径
に相当する意向側にオフセットしてオフセット経路を形
成し、これを順次繰り返して工具の経路を形成している
が、かかる方法では加工形状によってはその中央部など
に削り残りが生じ、この削り残りの部分を処理するため
に煩雑な処理が必要であった。

さらに、加工形状に加工しないで残す部分（いわゆるア
イランド）がある場合には、さらに複雑な処理が必要で
あり、かかる加工形状を適切に加工するための工具軌跡
を自動的に生成することが非常に困難であった。

［目的］ 本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、
工具の軌跡を自動的に生成できる２次元工具軌跡生成方
法を提供することを目的としている。

［構成］ 本発明は、加工領域の画像を入力し、その画像データに
あらわれる加工領域の輪郭線を抽出し、その輪郭線から
加工領域の内側に向かい、径の異なる複数の工具で加工
させる工具別加工領域を。

径が小さい工具に対応するものから順に形成し、おのお
のの工具のオフセット量とオーバラップ量に基づいてそ
れぞれの工具に対応した一筆書き状の２次元工具軌跡を
形成して、削り残りの出ない工具軌跡を自動的に生成し
ている。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細
に説明する。

第１図は、本発明の一実施例にかかる装置を示している
。

同図において、データ処理部１は後述する処理を実行し
て工具軌跡を生成するものであり、このデータ処理部１
に対してオペレータの操作情報を入力するためのキーボ
ード２）加工形状を入力するための画像読取部３および
読取画像や中間ファイル等を記憶するためのメモリ４が
接続されている。

また、画面表示部５は例えばビットマツプディスプレイ
装置から構成され、データ処理部１からオペレータに対
する各種のメツセージおよび読取画像等を表示するため
のものであり、表示制御部６はこの画面表示部５の表示
内容を制御するためのものである。

したがって、オペレータは会話的に操作および作業を進
めることができ、視覚的に処理状況を確認できる。また
、キーボード２は画面表示部５の任意の位置を表示画素
単位に指示できるポインティングデバイスを備えており
、画像読取部３はファクシミリ装置の画像入力部等に用
いられているイメージスキャナ等を用いることができる
。したがって１画像読取部３で読み取られた画像は、主
走査方向と副走査方向に所定の解像度で画素に分解され
、おのおのの画素はそれぞれの濃度に対応した白黒の二
値情報をもっている。

さて、データ処理部１は、第２図（ａ）、（ｂ）に示し
た２次元工具軌跡生成処理を実行して、径が小さく微細
な部分の加工に適した輪郭加工工具および径が大きく広
い部分の加工に適したサライ加工工具の２次元軌跡を生
成する。なお、この場合、加工領域は黒の画像であられ
されている。

まず、読み取った画像データに黒画像であられれている
加工領域を、サライ加工工具で加工するサライ加工領域
と輪郭加工工具で加工する輪郭加工領域に分割する（処
理１１０）。この処理１１０では、加工領域の輪郭線を
抽出し、その輪郭線から輪郭加工工具の径の２倍あるい
はサライ加工工具の半径に輪郭加工工具の径を加えた値
のうち大きい方の寸法の距離だけ内側の範囲を輪郭加工
領域として識別し、それ以外の部分をサライ加工領域と
して識別している。

すなわち第３図に示すように、まず加工領域の輪郭線を
抽出する（処理２０１）、この処理２０１では、画像を
基準位置から一定方向に走査して最初に白から黒へ変化
している画素を開始画素として判別し、その画素を始点
として、２次に白から黒（あるいは黒から白）へと変化
している隣接画素（変化画素）を見つけ、その方向を第
４図（ａ）に示した８つの方向のベクトルのいずれか１
つによってあられし、次に、その見つけた変化画素を起
点としてその変化画素に入ってきたベクトルよりも２つ
左のベクトルの方向から反時計回りに次の変化画素を見
つけ、８つの方向のベクトルのいずれか１つによってあ
られし、これを始点に戻ってくるまで順次繰り返す（８
連結ベクトル追跡；第４図（ｂ）参照）。

そして、輪郭線を形成している閉曲線を、始点の位置座
標と、それに順次連続する変化画素のベクトルの並びか
らなるデータによってあられす。

なお、この輪郭線データの最後には終了をあられすマー
クが付される。

ただし、２つのベクトルの差が１８０度以上になる角は
輪郭線を形成し得ないので、さらに反時計回り方向に変
化画素を探す（第４図（ｃ）参照）、なおこの２つのベ
クトルのなす角度は、次式（１）に示したように２つの
ベクトルの内積を演算することによって算出できる。

θ＝ｃｏｓ−”ＣＶｘ・Ｖ２／（Ｉ　Ｖｌｌ・ＩＶ２１
））・・・（Ｉ）ここで、ｖ４は変化画素に入ってくる
までの複数個（例えば５個）のベクトルの平均ベクトル
をあられし、ｖ２は変化画素からでていく方向の複数個
のベクトルの平均ベクトルをあられしている。

このようにして輪郭線を抽出すると、１回目であるとき
には（判断２０２の結果がＹＥＳ）　、そのときに抽出
した輪郭線は加工領域の最外側の輪郭をあられすためこ
の最外枠のデータ（始点の位置座標とベクトルデータ）
を記憶する（処理２０３）。

そして、処理２０１で輪郭線として抽出した画素に対し
、処理済みをあられす処理済マークを付加スル（処理２
０４）。ただし、なるべく加工領域を分断しないために
、第４図（ｄ）に示したように、輪郭線が２ビット以上
離れていない部分には処理済マークを付加しない。この
処理済マークを付加する画素と付加しない画素の区別は
、その画素に入ってくるベクトルとその画素から次の変
化画素に出ていく画素へのベクトルとの関係によって判
別できる。なお同図においては、処理済マークをΔで示
している。

次に最外枠から所定数の画素数だけ輪郭線の抽出を行な
ったかどうかを調べ（判断２０５）、この判断２Ｑ５の
結果がＮＯのときには処理２０１に戻り、このときには
処理済マークを付加している画素と加工領域との境界を
なす輪郭線を抽出して順次加工領域の内側の輪郭線を形
成している画素を抽出し。

その抽出した画素に処理済マークを付加する。

ここで、判断２０５で判断する画素数は、輪郭加工領域
に相当する画素数すなわち輪郭加工工具径の２倍あるい
はサライ加工工具の半径に輪郭加工工具の径を加えた値
の大きい方の寸法に相当する画素数である。したがって
、この判断２０５を終了した時点では、最外枠の輪郭線
から輪郭加工領域の範囲だけ内側の部分の画素に処理済
マークが付加される。

ところで、処理２０４によれば、可能な限りに加工領域
を連続させるため、輪郭線の間隔が２ビット以上離れて
いない部分には処理済マークが付加されず、また１画像
の主走査方向あるいは副走査方向に対して４５度に傾斜
している部分では実際に輪郭加工工具によって加工され
る範囲の１７ａ倍の部分までにしか処理済マークが付加
されない。

そこで、実際に輪郭加工工具で加工される領域を正確に
形成するために、処理２０３で記憶した最外枠の輪郭線
をあられすベクトルデータを読み込み（処理２０６）、
輪郭加工領域の画素数の２倍の径で描いた加工日の中心
をこの最外枠の輪郭線に沿って移動したときにその加工
日の内側に含まれる領域に属する画素で処理済マークが
付加されていないものに処理済マークを付加して、加工
領域を補正する（処理２０７）。

これによって、正確な輪郭加工領域に対応する部分の画
素に処理済マークが付加される。

このようにして、加工領域を輪郭加工領域とサライ加工
領域に分割すると、加工領域のうち処理済マークが付加
されていない画素にサライ加工領域を示すマークを付し
てサライ加工領域のデータを形成してこれを記憶する（
処理１２０）。

次に、サライ加工領域のマークを付加した部分を非加工
領域のデータすなわち白画素に変換して、処理１１０で
処理済マークを付加した画素を黒画素の状態に戻す（処
理１３０）。

したがって、例えば第５図に示したような画像を画像読
取部３から入力すると、この画像に黒で描かれた部分Ｂ
Ｌが加工領域として判別され、第６図（ａ）に示したよ
うに、輪郭加工工具で加工する輪郭加工領域ＲＡと、サ
ライ加工工具で加工するサライ加工領域ＲＢにそれぞれ
分割される。

このようにして、輪郭加工領域とサライ加工領域を算出
すると、次に１輪郭加工領域を輪郭加工工具で加工する
ための輪郭加工軌跡およびサライ加工領域をサライ加工
工具で加工するためのサライ加工軌跡を、処理１４０，
１５０によってそれぞれ形成する。

輪郭加工軌跡演算処理１４０では、まず、処理１０３で
輪郭加工領域を形成した状態で第３図の処理を輪郭加工
工具の半径に相当する画素数について適用し１輪郭加工
工具が通過するオフセット量すなわち輪郭加工工具の半
径だけ輪郭加工領域の最外枠を削って加工領域を更新す
る（処理１４１）。このときに削った部分の画素には処
理済マークを付加する。

次に、更新した加工領域において、処理済マークを付加
した画素と黒画素との境界ａ（輪郭線）を第３図の処理
２０１と同様な方法で算出し、その算出結果（すなわち
追跡ベクトル）をスムージング処理して、円、工具径の
１０倍程度の長い直線、頂点、短い直線１円弧および自
由曲線の組合せによってあられした輪郭加工工具の最外
枠工具軌跡を算出する（処理１４２）。

すなわち、第７図に示したように、まず１輪郭線の円の
部分を判定する（処理３０１）。この処理３０１では、
輪郭線の任意の３点を選んでこの３点を通る円の中心を
算出し、さらに別の３点を適当に複数組選んで複数個の
中心を算出し、これらの複数個の中心の中心位置を算出
し、この中心から輪郭線までを半径とする円を描いたと
きに、その円に輪郭線が一致するかどうか次式（ｎ）に
基づいて判定する。

Ｃ＝（ｘ”＋ｙ２）／ｙ　　・・・（ＩＩ）ただし、Ｃ
は中心である。

ここで、円は１つの閉曲線をなすがら、この円の判定に
よって１つの輪郭線を形成する全ての軌跡が終了したか
どうかを調べ（判断３０２）　、この判断３０２の結果
がＮｏのときには次の処理へと進む。

次には、輪郭加工工具の１０倍以上の長さの直線を算出
する（処理３０３）。この処理３０３では、単位ベクト
ル５個分のベクトルの平均ベクトルを形成し、その平均
ベクトルのベクトル角がら、次式（ｍ）に基づいて仮の
直線期間を算出する。

次に、各画素データと式（ｍ）で算出した仮の直線との
距離ΔＱｉの絶対値の積算値ＳＡおよび積算値ＳＢをそ
れぞれ式（ｒＶ）、（Ｖ）に基づいて算出し、それらの
結果に基づいて式（Ｉｌｌ）で算出した仮の直線が実際
の直線として識別できるかどうかを判定する。

ａｘ＋ｂｙ＋ｃ＝０　　　６　＋　４　（ｍ　）ＳＡ＝
　　Σ　１ΔＱｔｌ　　・・・（ＩＶ）ＳＢ＝ΣΔＱｉ
　　　・・・（Ｖ） １！１ なお、さらにベクトルの方向のヒストグラムを形成し、
そのヒストグラムに２〜３のピークがある場合にはその
区間を直線として、ヒストグラムのピークがそれ以上の
個数ある場合にはそれ以外のものとして判別している。

次に、処理３０１および処１！Ｉ！３０３で円および長
い直線と判別されなかった部分について、輪郭線に現わ
れる頂点を判別する（処理３０４）。

この処理では、処理３０３で形成した平均ベクトルを式
（１）に代入して２つの平均ベクトルのなす角度を算出
し、その算出結果に基づいて頂点を判別する。このとき
、第８図に示したように、平均ベクトルの算出起点によ
っては、点Ｐ１が誤って頂点として判断されるおそれが
あるので、２つの平均ベクトルのなす角度がある程度鋭
くなっている部分では、平均ベクトルの算出起点を順次
変化させ、２つの平均ベクトルのなす角度が最も鋭く、
かつ、安定している状態を判別し、それによって適切な
頂点ｐｔを検出している′６ 次に、処理３０３で算出した直線の端点と処理３０４で
算出した頂点の間の区間、あるいは、頂点と頂点との間
の区間で直線と判定できる部分を、処理３０３と同様な
判断基準で算出する（処理３０５）。

次に、処理３０１　、３０３　、３０４　、３０５で処
理されなかった区間に対し、円弧の部分を算出する（処
理３０６）。

この処理３０６では、処理３０１とほぼ同様にして仮の
円弧区間を算出し、この仮の円弧区間の仮の中心を仮の
円弧区間の８点の座標をもとに算出し、仮の中心から次
式（ＶＩ）のような円の方程式を形成する。

（Ｘ−Ｘｏ）”（ｙ−Ｙａ）”ｒ２　・・・（Ｖｌ）そ
して、この仮の円弧との実際の画素の座標との差を上式
（ＩＶ）、（Ｖ）によって算出し、その算出結果に基づ
いてその仮の円弧区間を適切なものであるかどうかを判
断するとともに、半径を判定する。

最後に、処理３０１，３０３〜３０６で対象とならなか
った区間に対して、スプライン曲線からなる自由曲線を
あてはめる（処理３０７）。

このようにして、処理１４２により輪郭加工工具の最外
枠工具軌跡を算出する。

そして１次に第３図の処理を輪郭加工工具のオーバラッ
プ量に相当する画素数について適用し、最外枠工具軌跡
を輪郭加工工具が通過したときと１つ内側の工具軌跡を
輪郭加工工具が通過したときのオーバラップ量に相当す
る部分の画素に処理済マークを付加する（処理１４３）
。なお、この処理１４３においては、工具軌跡が−ｇＩ
ｉ書き状になるように連続性を失わないような処理を施
す。

このような処理１４１，１４２，１４３を、全ての加工
領域の最外枠について適用するまで繰り返し実行しく判
断１４４のループ）、各加工領域の輪郭加工領域の最外
枠工具軌跡を算出する。

次に、第３図の処理を輪郭加工工具のオフセット量に相
当する画素数について適用して内側の加工領域を加工す
るためのオフセット線を抽出しく処理１４５）、このオ
フセット線に対応したスムージング処理しない工具軌跡
を算出しく処理１４６）　。

第３図の処理を輪郭加工工具のオーバラップ量に相当す
る画素数について適用してオーバラップする分の画素に
処理済マークを付加しく処理１４７）、輪郭加工領域の
全ての画素に処理済マークが付加されるまで処理１４５
，１４６，１４７を繰り返し実行して（判断１４８のル
ープ）、最外枠以外の輪郭加工領域を加工するための工
具軌跡を算出する。

このようにして輪郭加工軌跡演算処理１４０により、全
ての輪郭加工領域における輪郭加工工具の工具軌跡が算
出される。

そして次に、サライ加工領域をサライ加工工具で加工す
るための工具軌跡をサライ加工軌跡演算処理１５０によ
って算出する。

このサライ加工軌跡演算処理１５０では、まず、処理１
２０で記憶したサライ加工領域のデータを読み込んだ後
（処理１５１）、輪郭加工軌跡演算処理１４０において
処理１４１を省略したと同様の処理を、指定されたサラ
イエ具の径やオーバラップ量等について実行する（処理
１５２．１５３、判断１５４、処理１５５゜１５６．１
５７、判断１５８）。

なお、ここでサライ加工領域の最外枠を加工するための
オフセット線を形成する必要がないのは。

処理１１０で輪郭加工領域とサライ加工領域を分割した
とき、輪郭加工領域をサライ加工工具の半径よりも大き
く設定したので、サライ加工領域の最外枠に沿ってサラ
イエ具を移動しても読取画像で設定された加工領域の外
側まで加工するおそれがないからである。

これにより、全てのサライ加工領域におけるサライ加工
工具の工具軌跡が算出される。

以上のようにして、加工領域の画像を原稿に形成し、そ
の原稿を画像読取部３で読み取らせるだけで、例えば第
６図（ｂ）に示したような輪郭加工工具の工具軌跡およ
びサライ加工工具の工具軌跡が自動的に形成される。ま
た、読み取りのさいの画像の歪み等は、処理１４２によ
ってスムージングされる結果、除去される６ なお、第６図（ｂ）で破線は輪郭加工工具の工具軌跡を
示し、一点鎖線はサライ加工工具の工具軌跡を示してい
る。ただし、この場合には輪郭加工工具の最内側の工具
軌跡とサライ加工工具の最外側の工具軌跡が重複してい
る。

ところで、上述した実施例では、径の小さい輪郭加工工
具と、径の大きいサライ加工工具の２つの工具によって
読取画像に設定されている加工領域を切削加工する場合
について説明したが、径が異なる３つ以上の工具を用い
た場合でも、同様にして本発明を適用することができる
。またこのように複数の径が異なる工具による工具軌跡
を生成しているので、とくに工具を自動的に交換できる
機能（オート・ツール・チェンジャ）を備えた数値制御
工作機械に対して、本発明は非常に大きな効果を奏する
。

また、上述した実施例では、読取画像の黒画素の部分を
加工領域として判断しているが、白画素の部分を加工領
域として判別させることもできる。

その場合、読取画像を白黒反転した画像の黒画素の部分
を加工領域として判断させてもよい。

なお、工具軌跡をスムージングする方法としては、上述
した実施例以外のものを用いることもできる。

また、上述した実施例では、予め加工領域の画像を形成
した原稿を画像読取部で読み取らせ、その読取画像から
加工領域を識別しているが、画面表示部とキーボードに
よって線画からなる加工領域を形成し、それに白黒の画
像を指定することによって加工領域を入力することもで
きる。

［効果］ 以上説明したように１本発明によれば、加工領域の画像
を入力し、その画像データにあらわれる加工領域の輪郭
線を抽出し、その輪郭線から加工領域の内側に向かい、
径の異なる複数の工具で加工させる工具別加工領域を、
径が小さい工具に対応するものから順に形成し、おのお
のの工具のオフセット量とオーバラップ量に基づいてそ
れぞれの工具に対応した一筆書き状の２次元工具軌跡を
形成して、削り残りの出ない工具軌跡を自動的に生成し
ているので、工具軌跡を形成するための労力および時間
を格段に短縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかるデータ処理装置を示
したブロック図、第２図（ａ）、（ｂ）は工具軌跡を生
成するための処理例を示したフローチャート、第３図は
加工領域を抽出するための処理例を示したフローチャー
ト、第４図（ａ）〜（ｄ）は輪郭線抽出を説明するため
の説明図、第５図は読取画像の一例を示した平面図、第
６図（ａ）、（ｂ）は処理の中間状態を説明するための
説明図、第７図はスムージング処理の一例を示したフロ
ーチャート、第８図は頂点の識別を説明するための説明
図である。 ■・・・データ処理部、２・・・キーボード、３・・・
画像読取部、４・・・メモリ、５・・・画面表示部、６
・・・表示制御部。 代理人　弁理士　　紋　１）　誠　　□第１図 第３図 第４図 （ａ） （ｂ） （ｃ）（ｄ） ｏｏ。 纂５図 第７図 第８図 手続補正書輸躬 昭和６１年７月７日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）数値制御工作機械に加工させる加工領域に対応し
   た画像を形成し、その画像のデータに基づいて上記加工
   領域にあらわれる輪郭線を抽出し、この輪郭線から加工
   領域の内側に向かって径の異なる複数の工具で加工させ
   る工具別加工領域を径が小さい工具に対応するものから
   順に形成し、おのおのの工具別加工領域に対応する工具
   のオフセット量およびオーバラップ量に基づいてそれぞ
   れの工具に対応した一筆書き状の２次元工具軌跡を形成
   することを特徴とする２次元工具軌跡生成方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載において、前記輪郭線
   は、隣接する変化画素をベクトルで結んで形成されるこ
   とを特徴とする２次元工具軌跡生成方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載において、最外側の前
   記工具別加工領域で輪郭線を形成するための２次元工具
   軌跡は、その部分が円、直線、頂点、円弧および自由曲
   線のいずれかに変換されて円滑化された状態でオフセッ
   ト量だけ内側に形成され、それ以外の前記工具別加工領
   域では、その輪郭線に沿って最外側の２次元工具軌跡が
   形成されることを特徴とする２次元工具軌跡生成方法。