WO2011096327A1

WO2011096327A1 - 加工経路生成方法及びその装置

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Publication number: WO2011096327A1
Application number: PCT/JP2011/051629
Authority: WO
Inventors: 洋一野中; 尚也石橋; 隆宏中野
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2011-08-11
Also published as: US20150338840A1; US9342065B2; JPWO2011096327A1; EP2533116A1; US20120283862A1; JP5458115B2; US9134723B2

Abstract

　計算機シミュレーションによって加工機の工具の経路を生成する装置において，生成した加工経路を使ってＮＣプログラムを作成して装置を実際に動かし，干渉状態に達する前にクリアランスを随時チェックし，ツールの姿勢や経路を随時調整しながらＮＣプログラムを修正しているのに対して、本発明では，加工経路上の任意の点におけるツールとワークの位置姿勢の関係から最近接距離と方向を計算する手段，当該加工経路上の点に計算した最近接距離と方向で決まる色を付与する手段，ワークに付与した色を俯瞰的に表示する手段，および，表示装置からの情報をもとにツールとワークの位置姿勢の関係を修正する手段を備えて加工経路生成装置を構成した。

Description

加工経路生成方法及びその装置

　本発明は，計算機を用いて，装置，工具，ワーク等の干渉をチェックし，工具の経路を生成し，ＣＮＣ（数値制御装置）を用いて加工を行う技術分野に関する。特に，工具の経路を生成するときの干渉チェック評価を行うＣＡＭ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）の技術分野に関する。

　エンジンや羽根車など，狭隘部や曲面が多くあるワークを装置で加工するときには，装置や工具がワークに干渉しないように，工具の加工経路を適切に計画する必要がある。この加工経路計画について，近年は，加工の前に計算機シミュレーション技術を用いて，装置，工具，ワークを予め３次元幾何学モデルとして計算機内にモデル化して，装置やワークの計算機モデルに対して，工具のモデルの位置姿勢を加工経路に沿って変化させて，モデル同士が干渉しないか随時計算するＣＡＭ技術が用いられている。

　例えば図１は，５軸ＣＮＣ機械加工装置１０１でワークである羽根車１０２を切削加工する状況を示している。このとき，工具１０３は羽根車１０２の羽根が折り重なっている狭隘部に潜り込みながら曲面を切削加工する必要があり，工具１０３の刃先以外や装置１０１が羽根車１０２に干渉しないように工具１０３の経路を生成する必要がある。この加工経路生成では，ＣＡＭ装置上で加工経路を生成し，その後，その加工経路で干渉の有無をＣＡＭ装置のコンピュータグラフィックス上で作業者がチェックし，干渉があれば作業者の経験と勘で工具の姿勢や経路を補正し，また干渉チェックすることを繰り返している。

　上述の技術に関する先行技術文献として，以下のような事例がある。
特許文献１では，ＣＡＭ装置における加工経路上の干渉表示を工夫する方法を提案している。すなわち，刃先など工具がワークに接触しながら加工を行う工具の部位と，加工を行わない工具の部位に分類し，加工を行わない工具の部位でワークとの干渉状況が起きたときにＣＡＭ装置における表示色を変えることにより，干渉状況の把握を容易にしている。また，ワーク上の工具移動軌跡をワークとは異なる表示色にすることで，加工経路のどこの点で干渉が発生したか把握を容易にするとしている。

　特許文献２では，ＣＡＭ装置における干渉チェックを高速に行う方法を提案している。すなわち，装置，工具，ワークそれぞれをＣＡＭ装置において図形データに変換したとき，その図形データごとに画像処理をして図形同士が重なり合っているか否かで判断していた干渉チェック操作を，図形データをシリアル信号に変換した後で論理演算により干渉チェックする方式にすることで高速化を確立するとしている。

　非特許文献１では，ＣＡＭ装置における加工経路上の干渉において，工具のどの部分が干渉しているか表示を工夫する方法を提案している。すなわち，工具の送り方向とワークとの接触点における法線方向から構成する工具の状態空間（Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　Ｓｐａｃｅ）において，加工可能領域と非加工領域を図示し，その非加工領域において工具のどの方向でワークと干渉しているかを色表示することで，干渉状況の把握を容易にしている。

　干渉方向の色表示に関しては，工具の中心点までワーク加工面を幾何学的に膨張処理したときに，工具中心点から放射状に伸びる視線において，視線を遮る膨張面があるとき，これを干渉とみなす。そして視線それぞれに付与する色をこの干渉の状態を代表する色として工具状態空間にマッピングすると，非加工領域で工具のどの方向でワークと干渉しているか色で判断することができるとしている。

　非特許文献２では，ＣＡＭ装置において加工経路を生成するときに，作業者から随時教示させて干渉回避する加工経路を生成する方法を提案している。これは，ＣＡＭ装置に付加した多リンクマニピュレータを作業者が操作して，ＣＡＭ装置内の工具の姿勢や場所を調整する機構を有する。そしてこのマニピュレータには力覚センサが付与してあり，ＣＡＭ装置内で工具が装置やワークに干渉した場合には，干渉している方向にはそれ以上工具が進まないように，マニピュレータの動作範囲を制限するように力覚フィードバックを行い，作業者に干渉状態であることを知らせる。また，ＣＡＭ装置内のワーク面について，このマニピュレーションにより加工する領域を別の色に変えて，加工経路生成の補助を行う。

特開昭６１－２０３２５１号公報特開平５－３４１８３２号公報

金子順一，堀尾健一郎, 5 軸制御切削加工における工具姿勢の高速な決定法, - グラフィックスハードウェアの能力を利用した工具干渉の検出 -, 埼玉大学紀要　工学部　第39号　2006 p93 Generation of collision-free 5-axis tool paths using a haptic surface Mahadevan Balasubramaniama, Stephen Hoa, Sanjay Sarma, and Yoshitaka Adachi, a Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Techonology, Cambridge, MA 02139, USA, Suzuki Motor Corporation, R&D Center, Yokohama 224-0046, Japan, Computer-Aided Design, Volume 34, Issue 4, 1 April 2002, Pages 267-279

　上記の従来技術では，装置や工具などのツールとワークが干渉する状況を把握することはできても，加工経路上でツールがワークとどの方向でどのくらいクリアランスが厳しいか容易に判らない課題がある。実際には，生成した加工経路を使ってＮＣプログラムを作成して装置を実際に動かし，干渉状態に達する前に，クリアランスを随時チェックし，ツールの姿勢や経路を随時調整しながらＮＣプログラムを修正しているため，ＮＣプログラムの作成工数が増加する課題がある。

　例えば，上記特許文献１では，ＣＡＭ装置においてツールとワークが干渉する部分を特別な色で画面表示することで干渉部位を把握しやすくしているものの，干渉状態に達する前のクリアランスを随時把握することができない。また，上記特許文献２では，ＣＡＭ装置において干渉チェックを高速に行うが，干渉状態に達する前のクリアランスを計算する方法については述べられていない。上記非特許文献１では，クリアランスが厳しい方向を工具の状態空間で色表示するものの，工具のホルダ，装置アーム部分，装置台座など，工具以外の部分におけるクリアランスを随時把握することはできない。上記非特許文献２では，ＣＡＭ装置においてツールとワークが干渉する状況を教示するマニピュレータの力覚フィードバックで把握することができるが，干渉状態に達する前のクリアランスを随時把握することができない。

　すなわち，従来技術では，加工経路で干渉の有無をＣＡＭ装置上でチェックできるものの，干渉する前にツールの姿勢や経路を補正する情報が無いことが課題である。これにより，干渉した結果で加工経路を修正してまた干渉チェックする繰返し動作となるために，製造効率化の課題となっている。

　上記課題を解決するために本発明では，計算機シミュレーションによってＮＣ加工装置における装置や工具などのツールとワークの位置姿勢関係を計算して工具の経路を生成する加工経路生成装置を，工具の経路上の任意の点においてツールとワークとの最近接距離を計算する最近接距離計算手段と，最近接距離計算手段で計算した結果に基づいてツールに対するワークの距離と方向とに応じて異なる色またはテクスチャを付与する色またはテクスチャ付与手段と，前記最近接距離計算手段で計算した結果に基づいて前記色またはテクスチャ付与手段で付与した色またはテクスチャを前記工具の経路上の点の色またはテクスチャとして画面上に表示する表示手段とを備えて構成した。

　また、上記課題を解決するために本発明では，計算機シミュレーションによってＮＣ加工装置における装置や工具などのツールとワークの位置姿勢関係を計算して工具の経路を生成する加工経路生成装置を，工具の経路上の任意の点においてツールとワークとの最近接距離を計算する最近接距離計算手段と，最近接距離計算手段で計算した結果に基づいてツールに対するワークの距離と方向とに応じて点数を付与する点数付与手段と，最近接距離計算手段で計算した結果に基づいて前記点数付与手段で決定した点数を，工具経路上の点の点数として前記工具経路上の点の点数を総計して当該経路の成績とする点数総計手段と，ワークの加工方向や工具の姿勢を変えた複数のパターンについて最近接距離計算手段と点数付与手段と点数総計手段とを用いて求めた複数のパターンごとの点数の総計を画面上に一覧表示する表示手段とを備えて構成した。

　また、上記課題を解決するために本発明では，計算機シミュレーションによってＮＣ加工装置における装置や工具などのツールとワークの位置姿勢関係を計算して工具の経路を生成する方法において，工具の経路上の任意の点においてツールとワークとの最近接距離を計算して求め、計算して求めた結果に基づいてツールに対するワークの距離と方向とに応じて異なる色またはテクスチャを付与し，計算して求めた結果に基づいて付与した色またはテクスチャを工具の経路上の点の色またはテクスチャとして画面上に表示するようにした。

　また、上記課題を解決するために本発明では，計算機シミュレーションによってＮＣ加工装置における装置や工具などのツールとワークの位置姿勢関係を計算して工具の経路を生成する方法において，工具の経路上の任意の点においてツールとワークとの最近接距離を計算し，計算した結果に基づいてツールに対するワークの距離と方向とに応じて点数を付与し，計算した結果に基づいて付与した点数を工具経路上の点の点数として工具経路上の点の点数を総計して当該経路の成績とし，最近接距離を計算し、点数を付与し，点数を総計して当該経路の成績とすることをワークの加工方向や工具の姿勢を変えて複数のパターンについて実行し、実行して求めたワークの加工方向や工具の姿勢を変えた複数のパターンごとの点数の総計を画面上に一覧表示するようにした。

　本発明により，工具や加工機と部品のクリアランスを加工領域全体で俯瞰して把握することができ，クリアランスが厳しい方向に対してツールの姿勢や経路をＣＡＭ装置上で事前に随時調整しながら加工経路を計画することができる。これにより，干渉した結果で加工経路を修正してまた干渉チェックする従来の繰返し動作を行わなくとも適正な加工経路を短時間に生成することができ，製造効率化に貢献することができる。

５軸ＣＮＣ機械加工装置で羽根車を切削加工する状態を示す羽根車(ワーク)と工具(ツール)との斜視図である。ＣＡＤ装置、ＣＡＭ装置、ＮＣプログラム生成装置及びＮＣ加工装置を組合わせた構成を示すブロック図である。ＣＡＭ装置の処理手段の構成を示すブロック図である。実施例における工具経路生成のための処理手順を示すフロー図である。ツールの部位とワークの部位の関係を示した断面図である。最近接距離と方向の情報を色に変換する処理結果を示す図である。工具系路上の各点について計算した色を配色した結果を示す図である。ツールのワーク接触点を原点とした３次元座標系で２つの角度（α，β）でツールの姿勢を設定した図である。加工面に対する姿勢を２つの角度（α，β）で設定したときの加工時のツールとワークの関係を示した断面図である。固定の３次元座標系でツールの姿勢を２つの角度（γ，δ）で設定した状態を示す図である。加工面に対する姿勢を２つの角度（γ，δ）で設定したときの加工時のツールとワークの関係を示した断面図である。配色パターンを点数マップに置き換えた図である。配点パターンを使って工具経路上の各点について点数をつけた結果を示す図である。ワークの加工方向やツールの姿勢をそれぞれ変えた複数のパターンに対して算出した加工経路群ごとの成績を表形式で表示した画面の正面図である。ツールとワークの位置姿勢関係を示す全体俯瞰図，加工経路番号表示部、干渉チェック対象表示部，ツール姿勢表示部、及びクリアランスマップ表示部を備えた出力画面の正面図である。

　本発明の一実施の形態を、以下に図面を用いて説明する。
図２Ａは，本発明を適用したＮＣ加工システムの概略の構成を示す図である。

　ＮＣ加工システムは，ＣＡＤ装置２１０，ＣＡＭ装置２２０，ＮＣプログラム生成装置２３０，ＮＣ加工機２４０で構成されている。

　ＣＡＤ装置２１０，ＣＡＭ装置２２０，ＮＣプログラム生成装置２３０のそれぞれには，処理手段２１１，２２１，２３１，表示手段２１２，２２２，２３２，入力手段２１３，２２３，２３３，直接アクセス記憶手段２１４，２２４，２３４，間接アクセス記憶手段２１５，２２５，２３５が備えられている。

　処理手段２１１，２２１，２３１はＣＰＵなどの中央演算処理ユニットなど数学演算を行うプロセス手段である。直接アクセス記憶手段２１４，２２４，２３４は，処理手段２１１，２２１，２３１のキャッシュメモリでも，ＤＲＡＭのようなメモリ手段でも良く，処理手段２１１，２２１，２３１の内部処理速度と同等のメモリアクセスができる手段を指す。間接アクセス記憶手段２１５，２２５，２３５は，ハードディスク，光ディスク，磁気テープなどの媒体でも，インターネット・イントラネットを介した他のコンピュータにある，ハードディスク，光ディスク，磁気テープ，ＤＲＡＭでも良く，処理手段２１１，２２１，２３１の内部処理速度とは異なるメモリアクセスを行う手段を指す。表示手段２１２，２２２，２３２は，ディスプレイ手段や印刷手段など視覚的表示手段を指す。入力手段２１３，２２３，２３３は，キーボード，マウス，デジタイザ，センサなど，処理手段２１１，２２１，２３１に対して,直接アクセス記憶手段２１４，２２４，２３４および間接アクセス記憶手段２１５，２２５，２３５以外からの全ての情報の入力手段を指す。

　表示手段２１２，２２２，２３２及び入力手段２１３，２２３，２３３は、それぞれＣＡＤ装置２１０，ＣＡＭ装置２２０，ＮＣプログラム生成装置２３０の間で共有しても良い。

　ＣＡＤ装置２１０では，ＮＣ加工機２４０で用いる工具やワークの3次元形状を現す計算モデルの他，ＮＣ加工機２４０そのものの3次元形状を現す計算モデルを処理手段２１１で生成する。

　ＣＡＭ装置２２０では，ＣＡＤ装置２１０で生成した，ＮＣ加工機，工具，ワークの3次元形状を現す計算モデルを取得し，これら計算モデルの相互の位置姿勢関係から，ＮＣ加工機２４０でワークを加工するときの工具の加工経路を生成する。すなわち，ＮＣ加工機に設置したワークを工具で加工するときに，工具がワークに対して動く経路を，これら計算モデルの相互の位置姿勢関係から処理手段２２１で算出する。このとき，ＮＣ加工機に設置したワークに対して，工具の加工部位以外のところがワークに干渉していないか，ＮＣ加工機がワークに干渉していないか，経路上の任意の点における計算モデルの相互の位置姿勢関係から計算モデルの干渉状態を算出することで，干渉チェックを行う。

　特にＣＡＭ装置２２０の間接アクセス記憶手段２２５には，本発明を実施するために，ツールとワークの最近接距離と方向のデータ保存領域２２６と，距離と方向で表示色を決めるデータテーブル２２７を有する。このデータ保存領域２２６とデータテーブル２２７は，随時直接アクセス記憶手段２２４にコピーして利用・修正を受け，適宜また間接アクセス記憶手段２２５に保存する。

　ＣＡＭ装置２２０の処理手段２２１は、図２Ｂに示すように、加工経路データ作成部２２１１、最近距離・方向算出部２２１２、最近距離・方向色設定部２２１３、ツール・ワーク関係修正部２２１４を備えている。

　ＮＣプログラム生成装置２３０では，ＣＡＭ装置２２０で生成した，加工経路情報を使って，ＮＣ加工機２４０特有の制御コマンドなどを付与して，対象のワークを想定した工具でＮＣ加工機２４０が加工するようにＮＣプログラムを生成する。

　つぎに、上記に説明した構成を有する加工システムにおいて、本発明を適用した例の詳細を以下に説明する。
図３は，図２Ａに示した装置構成に本実施例を適用した時にＣＡＭ装置２２０及びＮＣプログラム作成装置２３０で実行する処理手順を示している。本実施例は図２Ａの構成においてＣＡＭ装置２２０の機能を高度化する処理及びその結果に基づいてＮＣプログラム生成装置２３０においてＮＣ加工機２４０のＮＣプログラムを作成する方法及びその装置に関するものであり，特にＣＡＭ装置２２０内部の処理手順について、図１に示した構成で加工する場合について以下に説明する。

　まず，ＣＡＭ装置２２０は、予めＣＡＤ装置２１０で生成した，ＮＣ加工機２４０の工具及びワークを保持する部分の近辺１０１，工具１０３，ワーク１０２の３次元形状を現す計算モデルを取得し，間接アクセス記憶手段２２５に保存する（Ｓ３０１）。次に，計算モデルを直接アクセス記憶手段２２４にコピーし，加工経路データ作成部２２１１で，ＮＣ加工機，工具，ワークの計算モデルの相互の位置姿勢関係から，ＮＣ加工機２４０でワーク１０２を加工する工具１０３の加工経路を生成し，そのデータを間接アクセス記憶手段２２５に保存する（Ｓ３０２）。

　次に，間接アクセス記憶手段２２５に保存した加工経路データを直接アクセス記憶手段２２４にコピーし，ＮＣ加工機２４０に設置したワーク１０２に対して，工具１０３の加工部位以外のところがワーク１０２に干渉していないか，ＮＣ加工機２４０の工具及びワークを保持する部分の近辺１０１がワーク１０２に干渉していないか，干渉状態を計算するための加工経路上の任意の点を，１ないし複数設定する（Ｓ３０３）。更に，干渉計算する１ないし複数のワークの計算モデルと，工具，ＮＣ加工機など１ないし複数のツールの計算モデルを選択する（Ｓ３０４）。

　次に，干渉計算する加工経路上の点を選択する（Ｓ３０５）。このとき，選択する点がない場合には，全ての処理が終了したものとする（Ｓ３０６）。そして，このポイントにおけるワークとツールの位置姿勢を計算する（Ｓ３０７）。次に，複数あるワークから1つ選択する（Ｓ３０８）。このとき，選択するワークがない場合には，Ｓ３１３に移る（Ｓ３０９）。選択するワークが有る場合には次のステップに進んで複数あるツールの中から１つのツールを選択する（Ｓ３１０）。このとき，選択するツールがない場合には，ステップ３０８に戻る（Ｓ３１１）。

　次に、最近接距離・方向算出部２２１２において，選択したワークとツールの間の最近接点を求め，その距離とそのツール基準点からの方向を求め，図２Ａにおけるツールとワークの最近接距離と方向のデータ保存領域２２６に，その距離と方向のデータを保存する（Ｓ３１２）。

　これをステップ３０５で選択した加工経路上の点におけるツールとワークの位置姿勢関係において，全てのワークと全てのツールの組み合わせについて，ステップ３０８からステップ３１２を繰り返す。そして，図２で示したツールとワークの最近接距離と方向のデータ保存領域２２６に保存してあるこれら組合せの中から，最近接距離を持つツールとワークの組合せを抽出する（Ｓ３１３）。

　次に，最近接距離・方向色設定部２２１３において、距離と方向で表示色を決めるデータテーブル２２７を参照して，抽出した最短距離にあるツールとワークの組み合わせの距離と方向に応じた色を決める（Ｓ３１４）。この色を，加工経路上の当該ポイント上の色として表示手段２２２に表示する（Ｓ３１５）。　
　その後，Ｓ３０５に戻り，同様の処理を行う。これをＳ３０６において，選択する点がない状態，すなわち，全ての加工経路上の点で処理終了するまで続ける。これにより，全ての加工経路上の点において，ワーク１０２とツール１０３の最近接距離とその方向を，加工経路上の色として把握することができる。すなわち，ワークとツールのクリアランスを加工領域全体で色の変化で俯瞰して容易に把握することがＣＡＭ装置２２０の表示手段２２２で可能となる。

　この表示手段２２２に表示された情報を用いて，ツール・ワーク関係修正部２２１４において入力手段２２３から入力されたデータ（例えば、表示手段２２２に表示されたデータを対話型の入力手段２２３で修正して入力する）に基づいて処理し、その結果を表示手段２２２に再度表示することにより，ツール１０３の姿勢や経路を随時調整しながら加工経路を適切に計画することができる（Ｓ３１６）。ツール１０３の姿勢や経路の調整が終了するとそれらのデータはＮＣプログラム生成装置２３０に送られて処理手段２３１でＮＣ加工装置２４０を用いてワーク１０２を加工するためのＮＣプログラムが作成され（Ｓ３１７），ＮＣプログラムの作成が完了すると一連の操作が完了する。

　図４は，図３の処理手順のＳ３１３およびＳ３１４におけるツール１０３の部位４０１とワーク１０２（４０３）の部位４０６の関係を模式的に示した図である。ツール１０３の部位４０１はツール１０３とワーク１０２(４０３)との接触点４０２でワーク４０３と接触している。このとき，接触点４０２において，ツール１０３の部位４０１の進み方向をＸ方向４０４，接触点４０２におけるワーク４０３の法線方向をＺ方向４０５としたとき，接触点４０２を原点とする３次元座標系を定義することができる。このとき，ツール１０３の部位４０１が加工経路に沿って加工をするときに，ツール１０３の部位４０１はワーク４０３の別の部位４０６との干渉を避けながら加工する必要があり，ツール１０３の部位４０１とワーク４０３の部位４０６の最近接距離と方向４０７を常に把握し，その状況から加工経路を随時調整する必要がある。

　本実施例は、この課題を解決するものである。本実施例においては，最近接距離と方向４０７の情報を色に変換し，その色を接触点４０２の色としてＣＡＭ装置２２０の表示手段２２２に表示することで、干渉の状況をオペレータが随時把握することを可能にし，その状況から加工経路を随時把握できるようにした。

　図５は，図３の処理手順のステップＳ３１３およびＳ３１４において，図４で示した最近接距離と方向４０７の情報を色に変換する処理を模式的に示している。ｘ軸５０１は図４のｘ軸４０４に相当し，紙面に向かって垂直方向にあるｚ軸５０２は図４のｚ軸４０５に相当する。よって，図５をＡ－Ａ’面から見た図が図４に相当する。ｘ軸５０１とｚ軸５０２で構成する3次元座標系において，ｘ軸５０１を含むｘｙ平面において原点からの距離と方向によって色を配色したパターン５０３を設定してＣＡＭ装置２２０の間接アクセス記憶手段２２５の距離と方向で表示色を決めるデータテーブル２２７に記憶しておく。このデータテーブル２２７を用いて,図４の最近接距離と方向４０７をこのｘｙ平面に投射した線５０４を引き，この線分の先端が指し示す色５０５をこの座標系原点の色として設定する。

　配色パターン５０３は，色を変えてもよいし，明度を変えても良いし，異なるテクスチャを配置しても良い。またこの配色パターン５０３は図４の接触点４０２に必ずしも設置する必要が無く，ツールのどこの部位において評価しても良く，配置された配色パターン５０３の位置姿勢に応じて最近接距離と方向４０７を投射して線５０４を引き代表とする色を決めれば良い。

　図６は，図４，図５で説明した方法で加工経路の干渉チェックを行い，工具経路上の各点について色を配色した結果である。複数の矢印６０１はそれぞれ生成した加工経路の列を表し，工具経路上で障害となる対象６０２があるとき，白丸で示した各工具経路上の代表点６０３それぞれにおいて，図３，４，５で説明した本発明のアルゴリズムを実施し，選択した色をそれぞれの代表点を中心とする六角形６０４の色で加工面にマッピングしている。このとき，ツールは障害となる対象６０２との最近接距離を各工具経路上の代表点６０３で計算して色を選定するので，障害となる対象６０２に近い代表点６０５の色と，遠い代表点６０６の色では異なり，これを加工面で俯瞰してみると巨視的な色のパターンを持つようになる。

　図６では，代表点６０５の色でグループ化する最近接領域，代表点６０４の色でグループ化する領域，代表点６０７の色でグループ化する領域，そして，代表点６０６の色でグループ化する領域でパターン化されている。このパターンから，あるツールの姿勢で加工したときに，ツールとワークのクリアランスが，加工面のどの部分で，ツールに対してどの方向で，どの位となるか，視覚的に容易に把握できるようになる。そして，この情報を元に，ツールの姿勢や加工経路を随時調整することにより，加工時間が短い工程経路を短時間に生成することができるようになる。

　図７は，図４の接触点４０２における，ツール１０３の部位４０１の進み方向をＸ方向４０４，接触点４０２におけるワーク４０３の法線方向をＺ方向４０５としたときの，接触点４０２を原点とする３次元座標系と，ツール７０３（１０３）の姿勢を説明した図である。図７における３次元座標系のｘ軸７０１は図４のＸ４０４，ｚ軸７０２は図４のＺ４０５に相当する。

　このとき，ツール７０３の姿勢を表す代表線７０４と座標系の関係は，代表線７０４を座標系のｘｙ面に投影した補助線７０５とｘ軸７０１が成す角α７０６と，ｚ軸７０２と補助線７０５で成す面で代表線７０４とＺ軸７０２が成す角β７０７で表すことができる。例えば、図６の加工経路の列６０１を生成するときには，予め加工面に対するツールの姿勢を決める必要があるが，この場合，図７における（α，β）を設定することでツールの姿勢を決めることができる。

　図８は，図７で説明した，加工面に対する姿勢を図７で示した２つの角度（α，β）で設定したときの加工時のツール１０３の状況を示す。図７では，加工面上で定義する３次元座標系で（α，β）を決めるため，図８におけるツール１０３の姿勢は，接触点が８０１，８０２，８０３と移動すると，それぞれの接触点の法線に対して一定の姿勢で加工するように，ツール１０３の姿勢が，８０４，８０５，８０６となり，紙面に固定した視点ではツール１０３が揺れ動くように見える。そして，工具経路上で障害となる対象８０７に対するツール１０３のクリアランスは，接触点８０１におけるツール１０３の姿勢８０４は遠ざかる姿勢であったものが，接触点８０３におけるツール１０３の姿勢８０６は障害となる対象８０７に急激に近づく姿勢となり，ツール１０３とワーク１０２の衝突の危険性が高まる。こういった状況を，本実施例では，ワーク１０２の加工面のどの部分で，ツール１０３に対してどの方向で，どの位となるか，視覚的に容易に把握でき，工具の姿勢を随時調整することができる。

　図９は，図７で説明したツール姿勢決定方法とは別の方法を説明する図である。図４の接触点４０２を原点とする３次元座標系は，図９では，原点９０１，図４のｘ軸４０４がｘ軸９０２，図４のｚ軸４０５がｚ軸９０３に相当する。図９では，ツール９０４の姿勢を定義するために，このｘｙｚ座標系とは異なり，ワーク１０２に対するツール９０４の姿勢に影響しない固定座標を定義する。すなわち，ツール９０４の姿勢を表す代表線９０５の上にある点９０６を原点とした固定座標に対してツール９０４の姿勢を定義する。まず，代表線９０５を固定座標系のｘ０ｙ０面に投影した補助線９０７とｘ０軸９０８が成す角γ９０９と，ｚ０軸９１０と補助線９０７で成す面で代表線９０５とｚ軸９１０が成す角δ９１１で表すことができる。例えば図６の加工経路の列６０１を生成するときには，図９において（γ，δ）で姿勢を決めることができる。

　図１０は，図９で説明した，加工面に対する姿勢を図９で示した２つの角度（γ，δ）で設定したときの加工時のツール１０３の状況を示す。図９では，固定座標系Ａ０１で（γ，δ）を決めるため，図１０におけるツール１０３の姿勢は，ワーク１０２との接触点がＡ０２，Ａ０３，Ａ０４と移動すると，固定座標系Ａ０１に対して一定の姿勢で加工するように，ツール１０３の姿勢が，Ａ０５，Ａ０６，Ａ０７となり，紙面に固定した視点ではツールが常に一定の姿勢で加工するように見える。このような姿勢で加工するためには，ツールの刃先とワークの接触点を随時補正して刃先の掬い角などを一定にするなど工夫が必要であるが，工具経路上で障害となる対象Ａ０８に対するツール１０３のクリアランスは，図８のときのように接触点Ａ０２から接触点Ａ０４に移るときに急激に近づく姿勢とはならない利点を持つ。こういった状況を表示手段２２２に色分けして表示することにより，加工面のどの部分で，ツール１０３に対してどの方向で，どの位となるか，視覚的に容易に把握でき，工具の姿勢を随時調整することが可能になる。

　図１１は，図５における配色パターン５０３を点数に置き換えた図である。ｘ軸Ｂ０１は図４のｘ軸４０４に相当し，紙面に向かって垂直方向にあるｚ軸Ｂ０２は図４のｚ軸４０５に相当する。このとき，ｘ軸Ｂ０１とｚ軸Ｂ０２で構成する3次元座標系において，ｘ軸Ｂ０１を含むｘｙ平面において原点からの距離と方向によって配点したパターンＢ０３を設定する。図１１では座標系原点に近いほど配点を高くしている。この配点パターンＢ０３は，図１１では正の整数で表しているが，負の整数でもいいし，実数でも良い。また，図１１では座標系原点に対して同心円状に同じ配点になるように配置しているが，座標系はツールの送り方向と加工面法線で構成するために前後左右があるため，例えば右側を正，左側を負に配点することや，方向に重み付けをして配点するとしても良い。

　図１２は，図１１の配点パターンを使って工具系路上の各点について点数をつけた結果である。複数の矢印Ｃ０１は生成した加工経路の列を表し，工具経路上で障害となる対象Ｃ０２があるとき，各工具系路上の代表点Ｃ０３それぞれにおいて，図１１で説明した配点パターンＢ０３を使って点数をつける。このとき，ツールは障害となる対象Ｃ０２との最近接距離を各工具系路上の代表点Ｃ０３で計算して配点を決めるので，障害となる対象Ｃ０２に近い代表点Ｃ０４の点数と，遠い代表点Ｃ０５の点数は異なる。これを加工経路全てＣ０６で総和をとると，ツール１０３とワーク１０２のクリアランスからみた，生成した加工経路群の成績を比較することができる。

　図１３は図１２で説明したツールとワークのクリアランスからみた，生成した加工経路群の成績を比較する画面１３００の一例である。図１１，１２では，クリアランスが大きいほど配点を低くしたため，加工経路全てで総和を取った値が小さいほど成績が良いことになる。そこで，ワークの加工方向やツールの姿勢をそれぞれ何パターンか用意して組合せ，その組合せにおいて本発明を用いて加工経路群の成績を算出して並べたものが図１３である。

　図１３では，ワークの加工方向や加工ピッチで分類した工程経路のパターンを工程経路番号と呼び表示欄１３０１に表示し，それに対して，ツールの姿勢を何パターンか組み合わせたものを工程経路計画番号として成績を求め表示欄１３０２に表示している。図１３で示されるように，空間的な広がりを持つ加工面をどのようにツールが加工するか，その戦略の良し悪しを，図１３では成績と呼ぶひとつのスカラ量で比較することが可能となる。画面上で画面切替えボタン１３０３をクリックすると、次の図１４に示す画面が表示される。

　図１４は，本発明をＣＡＭ上で実施したときの画面１４００の例を示す。この画面例では，ツールとワークの位置姿勢関係を全体俯瞰図１４０１として示し，入力として，加工経路番号１４０２と干渉チェック対象１４０３がある。更に，ツール姿勢に対して図７，図８で示した加工面に対して固定の座標系を用いて，ツールの姿勢を決める２つの角度（α，β）で定義してツール姿勢表示欄１４０４に表示している。そしてこれらの入力情報を元に本発明の方法を用いてツールとワークのクリアランスを加工経路に沿って計算し，それをクリアランスマップ１４０５として表示している。この画面により，ある工程経路に対してツールの姿勢を決めて加工したときに，ツールとワークのクリアランスが，ツールに対してどの方向で，どの位となるか，視覚的に容易に把握でき，工具の姿勢を随時調整することができる。

　経路番号指定欄１４０２で新たな経路番号を指定すると、全体俯瞰図表示欄１４０１とクリアランスマップ表示欄１４０５の表示が、指定された経路番号に応じて切り替えて表示される。また、干渉チェック対象指定欄１４０３で干渉チェックの対象を変えると全体俯瞰図表示欄１４０１とクリアランスマップ表示欄１４０５の表示も指定された干渉チェック対象に応じて切り替わる。

　なお、図１４のクリアランスマップ表示欄１４０５の表示は、図６の実施例に対応した表示の例を示したが、図１２の実施例で説明したような数値表示にしても良い。

　画面切替えボタン１３０３をクリックすると、図１３に示した画面が表示される。

　本発明は，ＣＮＣ（数値制御装置）を用いて加工を行うために工具の経路を生成するときの装置，工具，ワーク等の干渉チェック評価を行うＣＡＭ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）の技術分野に適用される。

１０１・・・５軸ＣＮＣ機械加工装置　　１０２・・・羽根車　　１０３・・・工具　　２１０・・・ＣＡＤ装置　　２１１・・・処理装置　　２１２・・・表示装置　　　　　２１３・・・入力装置　　２１４・・・直接アクセス記憶装置　　２１５・・・間接アクセス記憶装置　　２２０・・・ＣＡＭ装置　　２２１・・・処理装置　　２２２・・・　　表示装置　　２２３・・・入力装置　　２２４・・・直接アクセス記憶装置　　　　　　２２５・・・間接アクセス記憶装置　　２２７・・・距離と方向で表示色を決めるデータテーブル　　２３０　　・・・ＮＣプログラム生成装置　　２３１・・・処理装置　　２３２・・・表示装置　　２３３・・・入力装置　　２３４・・・直接アクセス記憶装置　　２３５・・・間接アクセス記憶装置　　２４０・・・ＮＣ加工機　　４０１・・・ツールの部位　　４０３・・・ワーク　　６０１・・・生成した加工経路の列　　６０２・・・工具系路上で障害となる対象　　６０３・・・各工具系路上の代表点　　６０４・・・代表点を中心とする六角形　　７０３、９０４・・・ツール　　１３００，１４００・・・表示画面　　Ａ０８・・・工具系路上で障害となる対象　　Ｃ０１・・・生成した加工経路の列　　Ｃ０２・・・工具系路上で障害となる対象　　Ｃ０６・・・全加工経路

Claims

　計算機シミュレーションによってＮＣ加工装置における装置や工具などのツールとワークの位置姿勢関係を計算して工具の経路を生成する装置であって，
　前記工具の経路上の任意の点において前記ツールと前記ワークとの最近接距離を計算する最近接距離計算手段と，
　該最近接距離計算手段で計算した結果に基づいて前記ツールに対する前記ワークの距離と方向とに応じて異なる色またはテクスチャを付与する色またはテクスチャ付与手段と，
　前記最近接距離計算手段で計算した結果に基づいて前記色またはテクスチャ付与手段で付与した色またはテクスチャを前記工具の経路上の点の色またはテクスチャとして画面上に表示する表示手段と
を有することを特徴とする加工経路生成装置。
　前記工具の経路上の点の色またはテクスチャが表示された表示手段の画面上で前記工具の経路または前記工具の姿勢を修正する情報を入力する入力手段と，
　該入力手段から入力された情報に基づいて前記工具の経路または姿勢を修正して前記最近接距離計算手段で前記ツールと前記ワークとの最近接距離を算出した結果を再度前記表示手段の画面上に表示させるデータ修正手段と
を更に有することを特徴とする請求項１の加工経路生成装置。
　前記データ修正手段で修正した欠陥に基づいて前記ＮＣ加工装置で前記ワークを加工するためのＮＣプログラムを作成するＮＣプログラム作成手段を更に供えたことを特徴とする請求項２記載の加工経路生成装置。
　前記ツールには，前記ＮＣ加工装置における装置として前記工具のホルダ，前記ワークの把持具，及び前記ワーク近辺の前記加工装置の部品を含み，
　前記ワークには，加工部位を含むワーク，及び該加工部位を含むワークに取り付けられている他のワークを含むことを特徴とする請求項１記載の加工経路生成装置。
　前記色またはテクスチャ付与手段は，前記ツールに対する前記ワークの距離と方向とで特定の色で異なる明度を付与することを特徴とする請求項１記載の加工経路生成装置。
　計算機シミュレーションによってＮＣ加工装置における装置や工具などのツールとワークの位置姿勢関係を計算して工具の経路を生成する装置であって，
　前記工具の経路上の任意の点において前記ツールと前記ワークとの最近接距離を計算する最近接距離計算手段と，
　該最近接距離計算手段で計算した結果に基づいて前記ツールに対する前記ワークの距離と方向とに応じて点数を付与する点数付与手段と，
　前記最近接距離計算手段で計算した結果に基づいて前記点数付与手段で決定した点数を，前記工具経路上の点の点数として前記工具経路上の点の点数を総計して当該経路の成績とする点数総計手段と，
　前記ワークの加工方向や前記工具の姿勢を変えた複数のパターンについて前記最近接距離計算手段と前記点数付与手段と前記点数総計手段とを用いて求めた前記複数のパターンごとの点数の総計を画面上に一覧表示する表示手段と
を有することを特徴とする加工経路生成装置。
　前記異なる工具経路ごとの点数の総計が一覧表示された表示手段の画面上で選択された工具経路を前記ＮＣ加工装置の工具経路として選択する工具経路選択手段を更に備えたことを特徴とする請求項６記載の加工経路生成装置。
　前記工具経路選択手段で選択した工具経路に基づいて前記ＮＣ加工装置のＮＣプログラムを作成するＮＣプログラム作成手段を更に備えたことを特徴とする請求項７記載の加工経路生成装置。
　計算機シミュレーションによってＮＣ加工装置における装置や工具などのツールとワークの位置姿勢関係を計算して工具の経路を生成する方法であって，
　前記工具の経路上の任意の点において前記ツールと前記ワークとの最近接距離を計算して求め、
　該計算して求めた結果に基づいて前記ツールに対する前記ワークの距離と方向とに応じて異なる色またはテクスチャを付与し，
　前記計算して求めた結果に基づいて前記付与した色またはテクスチャを前記工具の経路上の点の色またはテクスチャとして画面上に表示することを特徴とする加工経路生成方法。
　前記工具の経路上の点の色またはテクスチャが表示された画面上で前記工具の経路または前記工具の姿勢を修正する情報を入力し，
　該入力された情報に基づいて前記工具の経路または姿勢を修正して前記ツールと前記ワークとの最近接距離を再度算出し、
　該最近接距離を再度算出した結果を再度前記画面上に表示させる
ことを特徴とする請求項９の加工経路生成方法。
　前記再度前記画面上に表示させた再度算出した最近接距離のデータに基づいて前記ＮＣ加工装置で前記ワークを加工するためのＮＣプログラムを作成することを特徴とする請求項１０記載の加工経路生成方法。
　前記ツールには，前記ＮＣ加工装置における装置として前記工具のホルダ，前記ワークの把持具，及び前記ワーク近辺の前記加工装置の部品を含み，前記ワークには，加工部位を含むワーク，及び該加工部位を含むワークに取り付けられている他のワークを含むことを特徴とする請求項９記載の加工経路生成方法。
　前記色またはテクスチャ付与することが，前記ツールに対する前記ワークの距離と方向とで特定の色で異なる明度を付与することであることを特徴とする請求項９記載の加工経路生成方法。
　計算機シミュレーションによってＮＣ加工装置における装置や工具などのツールとワークの位置姿勢関係を計算して工具の経路を生成する方法であって，
　前記工具の経路上の任意の点において前記ツールと前記ワークとの最近接距離を計算し，
　該計算した結果に基づいて前記ツールに対する前記ワークの距離と方向とに応じて点数を付与し，
　前記計算した結果に基づいて付与した点数を前記工具経路上の点の点数として前記工具経路上の点の点数を総計して当該経路の成績とし，
　前記最近接距離を計算し、前記点数を付与し，前記点数を総計して当該経路の成績とすることを前記ワークの加工方向や前記工具の姿勢を変えて複数のパターンについて実行し、
該実行して求めた前記ワークの加工方向や前記工具の姿勢を変えた複数のパターンごとの点数の総計を画面上に一覧表示する
ことを特徴とする加工経路生成方法。
　前記前記ワークの加工方向や前記工具の姿勢を変えた複数のパターンごとの点数の総計が一覧表示された画面上で選択された工具経路を前記ＮＣ加工装置の工具経路とすることを特徴とする請求項１４記載の加工経路生成方法。
　前記画面上で選択された工具経路に基づいて前記ＮＣ加工装置のＮＣプログラムを作成することを特徴とする請求項１５記載の加工経路生成方法。