WO1987007047A1 - Method for computing normal vector - Google Patents
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Description
明 細 書
法線ベ ク ト ル演算方法 ' 技術分野
本発明は法線べ ク ト ル演算方法に係 り 、 特に三次元曲 面に おけ る 工具オ フ セ ッ ト 通路を演算す る 際に適用 し て 好適な法線べ ク ト ル演算方法に関す る 。
背景技術
三次元金型等の設計図面上の曲面 C S F (第 7 図参照) は一般に複数の断面曲線 (た と え ば基準曲線 B C 1 1 , B C 1 2 及び動作曲線 D C 1 1 , D C 1 2 ) に よ っ て表 現さ れて お り 、 あ る斬面曲線 と 次の断面曲線間 (た と え ば各基準曲線閭 あ る い は各動作曲線闊) の形状デー タ は 存在し な い 。 し か し 、 数値制御加工に際し て は こ の よ う に中閭の形状が与え られて い な く て も 上記断面曲線間 を な め らかにつ なが る よ う に加工す る こ と が要求さ れ る 。 こ のため 、 上記各断面曲線に囲 ま れた曲面 C S F 上の ポ イ ン ト P i t j (図中黒丸) を離散的に求め 、 該離散的に求 ま っ た ポ イ ン ト の集合で曲窗を表現す る と 共に 、 工具先 端を し て各ポ ィ ン ト を連続的にた ど る よ う に さ せ る N C テ ー プを 自動作成す る 自動プ π ダ ラ ミ ン グ方法が実用化 さ れて い る 。
と こ ろ で 、 工具中心の通路は曲面上の通路 (切削通路) 力 > ら所定方向に所定量オ フ セ ツ. ト し た通路 と な る 。 た と え ば、 ボール ェ ン ド ミ ル の塲合に は第 8 図に示す よ う に 曲面 C S F 上の切削点 P ; 」 と 工具中心 P τ を結ぶ方向が
該切削点におけ る法線方向 と な る よ う に工具中心通路 T Ρ が決定さ れ、 工具中心 Ρτが該通路 T P を た ど る よ う に N C データ が作成さ れ る 。 尚、 フ ラ ッ ト エ ン ド ミ ルや総 型パイ ト 等の場合に は工具中心 と 切削点を結ぶ方向は法 線方向ではないが、 これ ら工具の工具中心通路を求め る ため に は切削点に おけ る法線べ ク ト ルが必要に な る 。
こ のた め 、 従来は第 9 図に示すよ う に切削点 を 中 点 と す る第 1 方向 ( B C 方向) の 3 点 P; . 」 _ i , P 8 _ . , Ρ; , j + i と 、 切削点 Ρ i, 」 を 中点 と す る第 2 方向 ( D C 方 向) の 3 点 Ρ ^υ , P i , ' , P + 1, 」 の ト ータ ル 5 点を用 いて切削点に おけ る法線べ ク ト ル V を演算し て い る 。 す な わち 、 次式に
V — p (1)
v BC ^ ί, j +1 ^ i, J-i '
に よ り 切削点 P : i に おけ る近似的な第 l 方向の接線ぺ ク h ル V & C を求め る と 共に、 次式
VDC=Pi+1.广 Pi- (2)
に よ り 切削点 P,., j に おけ る近似的な第 2 方向の接線べ ク ト ル V。cを求め、 次式
V=VBCXVDC (3)
に よ り 切削点 P; , におけ る法線ベ ク ト ル V を演算し て い る o
し か し 、 かか る従来の法線べ ク ト ル演算方法は、 ト ー タ ル 5 点の座標値を用いて切削点に おけ る法線ぺ ク ト ル を演算す る も ので あ る た め、 法線べ ク ト ル が得 られ る迄 に時閭を要し 、 結果的に N C データ が得 られ る迄に相当
の時間を必要と する 。
以上か ら 、 本発明の目的は よ り 少ないボ イ ン ト の座標 値を用いて切削点におけ る法線ぺク ト ル を演算する法線 ぺク ト ル演算方法を提供する こ と である 。
発明の開示
三次元曲面を特定する データ を用いて第 1 の方向及び 第 2 の方向に対して共に離散的に並ぶ よ う に三次元曲面 上のポ イ ン ト を求め、 該第 1 方向あ る いは第 2 方向の連 铳する 3 点を通る円弧中心を求め、 該円弧中心か ら前記 3 点の う ち中央のボ イ ン ト に向か う 方向を該中央点にお け る三次元曲面の法線方向 と して法線べク ト ル を演算す る
図面の簡単な説明
第 1 図は本発明の概略説明図、
第 2 図は本発明を実現する装置のブロ ッ ク 図、
第 3 図は本発明方法の処理の流れ図、
第 4 図及び第 5 図は本発明を摘要で き る形状説明図、 第 6 図は曲面説明図、
第 7 図乃至第 9 図は従来方法説明図であ る 。
発明を実施する ため の最良の形態 第 1 図は本発明の概略説明図である 。
C S F は三次元曲面、 P P P tは第 方向 ( B C方向) に連銃する 3 つ の曲面上の切削点、 P a , Ρ ', , 」 , P は第 2 方向 ( D C方向) に連統 する 3 つの曲面上の切削点、 P Lは上記 3 点 P ; ,
P i . j , P j + 1 に よ り 特定される平面、 Pcは上記 3 点を 通る平面 P L上の円弧の中心、 Vは切削点 P : , 」 に お け る 曲面 C S Fの法線ベク ト ル、 C P T は曲面上の切削点を 結ぶ刃先通路であ る 。
三次元曲面 C S F を特定するデータ と共に法線べク ト ル の演算方法を特定する データ を入力する 。
すなわち、 切削点 P , , 」 を中点とする第 1 方向 ( B C方 1¾) の連続する 3 点 ( P 8 ι , P . , P j + 1 ) を用い て法線べク ト ルを演算する か 、 あ る い は切削点 P; , 」 を中 ^と する第 2方向 ( D C方向) の連繞する 3 点 ( Ρ ,·
P : . , , P i + 1, 」) を用いて法線べク ト ルを演算するか、 あ る いは従来と同様に切削点 P ,」 を中点と する第 1 方向 ( B C方向) の 3 点及び第 2 方向 ( D C方向) の 3 点の ト ー タ ル 5 点を用いて切削点におけ る法線ぺク ト ル V を 演算する かを入力する 。
そして、 曲面を特定するデータ を用いて第 1·方向 ( B C方向) 及び第 2 方向 ( D C方向) に対 し て共に離散的 に並ぶよ う に三次元曲面 C S F上のポ イ ン ト P . . ( i = 1 , 2 , · * · · , ί = 1 , 2 , · · · ) を求め、 該ボ イ ン ト 」 に お け る三次元曲面 C S F の法線ベク ト ル V を演算する に際して前記法線べク ト ル演算方法をチ エッ ク し 、 該ポ イ ン ト を中点とす る第 1 方向 ( B C方向) の 連繞する 3 点 ( P i . j i , P . , P ; > j + 1 ) を用いて法線 ベ ク ト ルを演算する場合には、 これ ら 3 点を通る円弧中 心 Peを求め、 該円弧中心か らポ イ ン ト P , 」 に向か う方
一 ラ ー
向 を法線方向 と し て法線べ ク ト ル を演算す る 。
第 2 図は本発明方法を実現する 自動プ ロ ダ ラ ミ ン グ装 置のブ α ッ ク 図で あ る 。 図中、 1 0 1 はデータ 入力用の キ ー ボー ド 、 1 0 2 は プロ セ ッ サ 、 1 0 3 は制御プ ロ グ ラ ム を記億す る R O M、 1 0 4 は R A M、 1 0 5 は ヮ 一 キ ン グ メ モ リ 、 1 0 6 は生成さ れた複合曲面の曲面デ 一 タ や曲面加工用の N C プロ グ ラ ム データ を記億す る 曲面 記億メ モ リ 、 1 0 7 は生成さ れた複合曲面の曲面デー タ あ る いは曲面加工用の N C プロ グ ラ ム データ を紙テ ー プ、 磁気テ ー プな ど の外部記億媒体 1 0 8 に 出力す る 出力装 釐、 1 0 9 は ア ド レ ス バス 、 1 1 0 は デー タ パ ス で あ る 。
以下、 本発明.に かか る複合曲面の N C データ 作成方法 を第 3 図の流れ図に従っ て説明す る 。
(a)ま ず、 キ ーボー ド 1 0 1 か ら三次元曲面 C S F (第 1 図参照) を特定す る データ (基準曲線 B S C l , B S C 2 及び動作曲線 D V C 1 , D V C 2 を含むデータ ) を それ ぞれ入力 し 、 R A M I 0 4 あ る いは ワ ー キ ン グ メ モ リ 1 0 5 に記億す る 。
(b)ついで、 法線ぺ ク ト ル の算出方法を特定す る. デー タ を入力する 。 た と えば、
(i)第 1 方向 ( B C方向) の連銃す る 3 点を用いて法線 べ ク ト ル を演算す る か、 あ る いは
(ϋ)第 2 方向 ( D C方向) の連統す る 3 点を用 いて法線 べ ク ト ル を演算す る か、 あ る い は
(ΐϋ)従来 と 同様に第 1 方向 ( B C方向) の 3 点及び第 2
- - 方向 ( D C方向) の 3 点の ト ー タ ル 5 点 (中点が一致す るか ら 5 点とな る) を用いて法線ベク ト ル を演算するか を入力する。 尚、 U)の場合には 「 B C V」 を入力し 、 (ii) の場合に:ば 「 D C V」 を入力し 、 (iii)の場合には何も 入力 5 しない。
法線べク トルを(i)〜 (Hi)のいずれの方法に よ り 演算する かはオ ペ レータ が設計図面を参照して決定する 。 た と え ば'、. 4図に示すよ う に動作曲線 D V C 1 と動作曲線 D V C 2 の;形状が略同一であ り 、 しかも 第 1 方向 ( B C方0" 向) の各直線 上のポイ ン ト の高さ ( Z方 座標値) が 略等しい場合には第 2 方向 ( D C方向) の 3 点を用いて 法線べク トル を演算する も の と し 、 又第 5 図に示すよ う な回転体の場合に も 第 2方向の 3 点を用いて法線べク ト ルを演算する も の と する 。 このよ う に、 3 点を用いて法 ミ—線べク ト ル を演算する も の と すれば法線べク ト ル を簡単 に、 かつ短時間に、 レかも 精度良く 演算する こ と がで き
¾ 。
(c)所定のデータ 入力が終了すれば、 周知の方法で第 1 、 第 2 方向 ( B C方向、 D C方向) に対して共に離散的に0 なる よ う に曲面 C S F (第 6 図参照) 上のポ イ ン ト P
( i = 1 , 2 , · ♦ ' ; j = 1. , 2 , ♦ ♦ · ) を求め る 。 尚、 ポ イ ン ト P i . jは曲面の基準曲線 B S C 1 上の 〗 番 目の分割点を含む中間断面曲線 ¾ L。 ( j ) と表現し 、 各 中閭断面曲線 L e ( j ) ( j = l 、 2 、 3 、 · ♦ · - n )5 の i 番目の分割点を連結してな る曲線を ( i ) と表現
する と すれば、 曲線 Lc ( j ) と Lr ( i ) の交点で あ る 。 又、 第 1 方向を曲線 Lr ( i ) 方向 と し 、 第 2 方向を曲線 Lc ( j ) 方向と す る
(d)三次元曲面 C S F上のボ イ ン ト が求ま ればボ イ ン ト j に おけ る 三次元曲面の法線べ ク ト ル V を演算す る に 際し て法線べ ク ト ル演算方法を チ : c タ ク す る 。 すな わち 、 ま ず演算方法を特定す る データ と し て 「 B C V 」 が入力 さ れて い る か ど う か を チ ェジ ク す る 。
(e) 「 B C V」 が入力 さ れて い なければ、 つ ぎに法線べ ク ト ル演算方法を特定す る データ と し て 「 D C V 」 が入 力 さ れて い る 力 > ど う か を チ ェク ク す る 。 '
(f) 「 D C V 」 も 入力 さ れて い な ければ、 従来方法 と 同 様に第 1 、 第 2 方向の ト 一タ )レ 5 点の座標値を用いて単 位法線べ ク ト ル Vu を演算す る 。
(g)ついで 、 切削ポ イ ン ト P し j に お け る位置べク ト ル P 」と単位法線ベ ク ト ル V と 工具半径 R ( ボール ヱ ン ド ミ ル の塲合) を用いて次式
P^ . + R . Vu-*Qi( . (4)
よ り 工具中心通路上のオ フ セ ッ ト ポ ィ ン ト <¾ ; の位置べ ク ト ル Q i , j を演算す る 。
(h)ついで、 曲面上の全ポ イ ン ト の オ フ セ タ ト ポ イ ン ト を求めたか ど う かも チ ェク ク し 、 求めて あれば処理を終 了 し 、 求めて な ければス テ ツ プ(d)以降の処理を繰 り 返す。
(i)—方、 ス テ ツ プ(d)に お い て法線ぺ ク ト ル演算方法を 特定す る デー タ と し て 「 B C V 」 が入力 さ れて いればボ
- - イ ン ト 3 を中点と する第 1 方向 (基準曲線方向) の連 繞する 3 点 P; . j , P s > j + 1 (第 1 図参照) を用 いて法線べク ト ルを演算する 。 すなわち、 ま ずこれ ら 3 点を通る平面 P L上の円弧中心 P eを求め、 ついで次式 P i f .-PC- V (5)
に よ り 法線べク ト ル V、 すなわち円弧中心 P eか ら ボ イ ン ト j に向か う 方向を法線方向 と する法線べク ト ルを演 箅し、 以後ステツ プ (g)以降の処理を繰 り 返す。
(】}又、 ス テ ツ プ(e)にお いて法線べク ト ル演算方法を特 定するデータ と して 「 D C V」 が入力されていればボ イ ン ト Ρ,·, 」 を中点と する第 2 方向 (動作曲線方向) の連繞 す る、 3 点 Ρい i , 」, P . ( . , P; + i , j を用 いて ス テ ッ プ(i)に おけ る方法と同一の方法で法線べク ト ルを演算し 、 以後 - ステツ プ(g)以降の処理を繰 り 返す。
以上本発明に よれば、 三次元曲面を特定する データ と 共に法線ぺク ト ル の演算方法を特定するデータ を入力し 、 第: 1 方向ある いは第 2方向の連繞する S 点を用いて法線 ベ ク ト ルを演算する場合には、 これ ら 3 点を通る円弧中 心を求め、 該円弧中心か ら中央のボ イ ン ト に向か う方向 を該中央ポ イ ン ト に お け る曲面の法線方向 と し て法線べ ク ト ル を演算する よ う に構成し たか ら 、 よ り 少ないボ イ ン ト の座標値を用いて切削点におけ る法線ぺク ト ルを演 算する こ とができ 、 法線べク ト ル を簡単に、 かつ短時間 で、 しかも 十分の精度で演算する こ とができ る 。
Claims
請求の範囲
1 · 三次元曲面を特定する データ と共に法線べク ト ル の演算方法を特定する データ を入力し 、
該三次元曲面を特定する データ を用いて第 1 の方向及 び第 2 の方向に対して共に離散的に並ぶ よ う に三次元曲 面上のボ イ ン ト を求め、
各ボ イ ン ト におけ る三次元曲面の法線べ ク ト ル を演算 する に際して前記法線ぺ ク ト ル演算方法をチ X タ ク し 、 該第 1 方向あ る い は第 2 方向の連銃する 3 点を用いて法 線ベ ク ト ル を演算する場合には、 これ ら 3 点を通る 円弧 中心を求め、
該円弧中心か ら前記 3 点の う ち中央のボ イ ン ト に向か う 方向を該中央点におけ る三次元曲面の法線方向と し て 法線べク ト ル を演算する こ と を特徵と す る法線べク ト ル 演算方法。
2 . 前記三次元曲面を特定する データ は、 該三次元曲 面の外'形を特定する ための 4 つの断面曲線を含む こ と を 特徵と する請求の範囲第 1 項記載の法線べク ト ル演算方 法。
3 * 前記断面曲線の う ち第 1 の互いに対向する 2 つの 断面曲線を基準曲線、 第 2 の互いに対向する断面曲線を 動作曲線と称する と き 、 基準曲線方向を前記第 1 の方向 と し 、 動作曲線方向を前記第 2 の方向 とする こ と を特徵 と する請求の範囲第 2 項記載の法線べク ト ル演算方法。
, 前記演算方法を特定するデータ は、 第 1 の方向に
連続する 3 点を用いて法線ぺク ト ルを演算する方法、 第 2 の方向に連繞する 3 点を用いて法線べク ト ル を演算す る方法、 第 1 の方向に連続する 3 点と第 2 の方向に連続 する 3 点を用いて法線べク ト ル を演算する方法のいずれ かを特定する こ と を特徵とする請求の範囲第 3 項記載の 法線べク ト ル演算方法。
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