(57)【要約】【課題】  ２次元立体・３次元曲面・手描き図面・ポンチ絵・ＣＡＤデータなど総てのものづくり入力媒体から、出力として国際規格ＩＳＯ準拠のＮＣ工作機械用ＮＣ加工データ作成が自作出来るシステムを提供する。【解決手段】  手描き図・ポンチ絵・２次元形状又は、３次元形状全ての入力媒体の幾何要素を等価変換でベクトル値置換の中間言語プログラム文を作成する。この中間言語プログラムが自作ポストプロセッサーとパラメトリック処理を行う汎用自動設計製造システムが加工データ作成を行う。【選択図】図１
2011003040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元形状又は、３次元形状の構想設計の基本は手描き図面であって、２次元形状又は、３次元形状は骨格表現のワイヤーフレーム輪郭形状で良く、コンパスと定規で描いた図面からは一筆書き連続図形を形成し、また立体表示ポンチ絵からは結節点情報を抽出した加工プログラムである中間言語を介してＮＣデータ作成することを特徴とする汎用２次元形状又は、３次元形状自動設計製造システム。
【請求項２】
前記ワイヤーフレーム輪郭形状を形成する各々の幾何要素成分を等価変換のベクトル値表現し、加工プログラム文の一因子となることを特徴とする請求項１に記載の汎用２次元形状又は、３次元形状自動設計製造システム。
【請求項３】
前記ワイヤーフレーム輪郭形状を形成する幾何要素成分の加工プログラム文で２次元形状又は、３次元形状の図形又は幾何要素に不確定性幾何要素が混在するが、不確定性図形プログラム構文のまま受け付ける加工プログラム文とすることを特徴とする請求項１に記載の汎用２次元形状又は、３次元形状自動設計製造システム。
【請求項４】
前記ワイヤーフレーム輪郭形状を形成する加工プログラム文で不確定性図形を含む図形又は、幾何要素成分の加工プログラム文を形成するコンピュータ言語の要素別記号・数値などを記号変数パラメトリック処理加工プログラム文とすることを特徴とする請求項１に記載の汎用２次元形状又は、３次元形状自動設計製造システム。
【請求項５】
前記ワイヤーフレーム輪郭形状を形成する中間言語の加工プログラムは最終的にはＮＣ加工データを作成し、ＮＣ工作機械を稼動させて目的を達成する。ＮＣ工作機械を稼動させるデータの制御装置コード類は、国際規格ＩＳＯ規格で定めていて、このＩＳＯ規格に準拠した通称ＮＣ工作機械を稼動させるポストプロセッサー処理が必要となる。汎用自動設計製造システムは中間言語の加工プログラム文をＮＣ工作機械稼動させるＮＣコード処理出来るポストジェネレータを装備し自由自在の固有のポストを登録し実行させる機能の汎用２次元形状又は、３次元形状自動設計製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元形状又は、３次元形状の造形部品を自動設計製造に用いる加工データ変換の加工プログラムの図形・形状処理言語にベクトルを採用し、特に汎用性指向で図形または形状処理にパラメトリック処理並びにポストプロセッサー処理で作業効率を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来２次元形状又は、３次元形状の造形部品の製造には２次元又は３次元ＣＡＤ／ＣＡＭを用いた専用システムを用いて加工データを作成していた。このために手描き図面や立体表現ポンチ絵などからの製造には、２次元や３次元ＣＡＤで作図やモデリングをし直して専用システムで加工データを作成していた。即ち、ＮＣ加工データ作成のＣＡＭは専属のＣＡＤ無しでは加工データ作成は不可能である。
【０００３】
従来の技術思想には汎用の自動形状設計思想は無く、殆ど専用システムソフト構成であった。そして図形・形状処理後の加工データ作成プログラム実施技術演算処理の最終段階でＮＣ工作機械のコード処理にＡＰＴ（*1）を用いていた。ＡＰＴは１９５２年ＭＩＴで開発された技術計算用コンピュータ言語であって、加工プログラムの図形定義で図形・形状処理は個々の単体図形を定義するプログラム方式で，複数の図形を一筆書きに連続図形としてつなげる処理が不可能なコンピュータ言語体系であった。
【０００４】
またＡＰＴは図形並びに幾何要素の点、直線、円弧等の大きさ・位置・種類を示すために数学的な座標値や表現式を用いて単体図形のみの定義を、図形定義で作文するコンピュータ言語体系であって、この幾何要素の図形・形状・種類などをベクトル値に等価変換する思想は本来持っていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
自動形状設計システムが扱う図形並びに幾何要素は、確定された図形ばかりであれば汎用ＣＡＤで充分である。そもそも設計の始まりはコンパスと定規で作図した図形処理であって、その中には不確定性図形を含んだ連続図形も存在していて、自然科学の揺らぎ的図形を含んだコンピュータ言語で作文する必要があった。
【０００６】
専用の自動形状設計製造システムの殆どは固有形状処理構造システムであって、それは開発設計向け形状処理である。ものづくり現場向けシステムとしては、お絵描きのパラメトリック形に対して、お絵描き、設計・製造までの作業の流れの中で共用出来なければ生産効率は向上しない。従来のシステムは図形処理に対してのパラメトリック処理はあったが形状設計から製造まで一括した図形の要素を加工プログラムの中間言語文とするパラメトリック処理思想は無かった。
【０００７】
現状の自動形状設計製造システムの殆どが専用自動形状設計製造システムである。その理由は従来のシステムは最終工程がＮＣ加工データ変換であることで、ポストプロセッサー処理をシステム運用工程に関係無いポストジェネレータ思想のコード貼り付け方式を採用していないためである。ここにポストジェネレータ処理的思想がなければ汎用自動形状設計製造システムとはなり得ない重要課題がある。従来システムのポストプロセッサー処理はシステム処理工程の最終になるが、ポストプロサッサー処理を最初に実行出来ないシステムでは、生産効率を上げ得ない課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、現状の形状設計は２次元又は、３次元ＣＡＤを用いて形状設計を実施している実態に鑑みて思考したもので、今でも重要部品は現在もコンパスと定規で描いては消しの繰り返しを行う実寸法の原寸主義の２次元形状設計が実施されている。この実寸図面を基にトレーサーがＣＡＤで形状設計しＣＡＭでＮＣ加工データを出力している。本発明システムはＣＡＤを用いず直接加工プログラム作成が可能で、目的のＮＣ加工データ迄作成が可能である。３次元部品もＣＡＤ形状データの幾何要素のベクトル即ち結節点の位置ベクトルと方向ベクトルを抽出し、数学的な座標値や表現式を用いることなく、本発明システムがＮＣ加工データを出力する。
【０００９】
上記課題を解決するため請求項２記載の発明は、請求項１記載の本発明が解決しようとするもので、日本に電子計算機のミニコンピュータが登場して四拾数年になり数値制御工作機械の登場もほぼ同年になる。しかしコンピュータを用いたものづくりシステムの殆どが、ＡＰＴを除いては直接最終目的を達成させるための専用ソフト開発で、汎用性は見受けられない。パソコンを数拾セット設備している工業高等学校でＮＣ工作機械の２次元輪郭形状ＮＣデータ作成の教育では、未だに電卓を叩いて前計算しＮＣ工作機械の操作パネル画面表示箇所にＮＣコードを手打ち入力しているのが現状である。次の日本のモノづくりを担う工業高等学校の若者には、ものづくり用図形・形状処理用コンピュータ言語による、中間言語ベクトル・プログラム方式にし活用したい。一連の２次元又は、３次元汎用自動形状設計製造システムを開発し，従来課題とされているモノづくりのコンピュータ活用の問題点も含合し、手描き図面・２次元ＣＡＤデータ・３次元表示ポンチ絵・３次元ＣＡＤデータ等の総ての入力媒体から出力のＮＣデータ作成を可能にし、入力媒体としてあらゆる図形（２次元ＣＡＤデータを含む）・形状（３次元ＣＡＤデータを含む）から出力のＮＣ加工データがＩＳＯに準拠したコード変換処理迄の汎用性を堅持した一連の処理体系のシステム構築が可能と考察する。この汎用自動形状設計製造システムは、入力データ、中間言語ベクトル・プログラム、出力データの総てに共通するベクトル値で意志統一する。ベクトルは多次元処理が可能であって、また同時に時間軸に角度処理とすることを図り本発明のターゲットは総てベクトルが共通項となる。これによって２次元形状も３次元形状も同一汎用自動形状設計製造システムで処理することが可能となり、更にものづくりの７割を占める規則性立体についてはベクトル値を機械製図図面と合致させる平易簡略語に置き換えでＮＣ加工プログラムとすることが可能になる。故に、三位一体型の本発明システムとしての活用も可能である。本発明により従来設計者が製造の加工分野は生産技術任せであったものを、本システムを活用することで設計者までが生産性の向上の検討に着手可能となり、あるべき生産性向上を図ることにつながる。また本発明は工業高等学校生の知識があれば充分理解可能位のベクトル処理としていて、ＣＡＤを用いずに結果を出力するシステムではあるが、更にＣＡＤを用いると一層の生産性向上が計られる。
【００１０】
上記課題を解決するため請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載汎用自動形状設計製造システムの開発に当たり世の中の実情をみる。それは専用の自動形状設計製造システムには幾多の課題があって、実体が汎用性の無いシステムで実用性には乏しい。ここではＣＡＤで描かれる図の自動形状設計製造システムの不得意処理を補うことを図り、コンパスと定規で描く不確定性図形並びにポンチ絵で描く立体図までも汎用自動形状設計製造システムに加えることを考えており、その新鮮味が自然科学処理に順応する。それゆえ揺らぎ的図形を含んだ汎用自動形状設計製造システムを扱う中間言語ベクトル・プログラム方式とすることが出来る。
【００１１】
上記課題を解決するため請求項４記載の発明は、図形・形状処理のあらゆる幾何要素の種類・かたち・大きさに加えて図形の方向までをパラメトリック処理可能としなければならない。造型部品を製造するにあたって図形の方向が重要要素となる。造型部品を切削加工するとき切削工具を回転させながら切削加工を行う。切削工具の切り刃は切削工具が上から見て時計廻りに回転したとき被切削材を切り取る形状をしていて被切削材が凹形と凸形によって輪郭形状の切削方向を決める必要があって図形の方向は最大重要項目になる。数学には図形表現に数学的な座標値や表現式を用いるが、数学には円の方向は反時計廻りの円・円弧のみであるが、製造にあたっての円弧・形状処理には時計廻りの円・円弧が必要でありパラメトリック処理には欠かせない項目である。このパラメトリック処理の実施に当たり図形処理言語の中間言語ベクトル・プログラムのベクトル値、記号、大きさ、図形の方向をパラメトリック値として処理する必要がある。請求項１から請求項４迄の幾何要素の不確定性図形・幾何要素図形もパラメトリック化の総てに於いて相関関係があって、この１つでも欠かすことが出来ない。
【００１２】
上記課題を解決するため請求項４記載の発明は、従来の自動形状設計製造システムは形状自動設計まではやや汎用性を保たれているシステムもあるが、製造工程の段階では固有のソフト構成としてあるのは、ＡＰＴを含め専用ポストプロセッサー処理方式である。通称ＣＬ（カッターロケーション）データの確認後ポストプロセッサーを介してＮＣデータとしている。本発明ではシステム演算指令に関係無くポストプロセッサー割り付けをするポストジェネレータを組み込んでいて、数値制御メーカー別仕様ではなく国際規格のＩＳＯの必要コードをシステムではスイッチのＯＮ・ＯＦＦする仕組みとした平易方式の通常数分で理解可能としてある。
【発明の効果】
【００１３】
従来ものづくりで図形・形状処理に関するシステムの最終はＮＣ加工データ貼り付けのためにＡＰＴを採用せざるを得なかったが、本発明を採用することで２次元ＣＡＤ・３次元ＣＡＤ以外に、手描き図面、ポンチ絵等から図形・形状処理物までＮＣ加工データ作成が可能となる。本発明システム搭載のポストジェネレータ処理を実施すれば、２次元形状や３次元形状に関係無く総ての処理が汎用自動形状設計製造システムとして構築することが可能となった。
【００１４】
また、本発明にはＣＡＤを利用することもなく汎用形状設計製造システムとすることであるが、一連のものづくり生産システム向上のためには、２次元ＣＡＤや３次元ＣＡＤデータから本発明システムとリンケージする中間言語ベクトル・プログラム処理テンプレートソフト（特願２００８−２１１４１２）とすることを図る。それで既存のＣＡＤを用いＣＡＤ組込み形汎用形状設計製造システムとすることが出来る。
【００１５】
さらに、ＮＣ工作機械に本発明システムを組み込むことを図る。従来一般のＮＣ工作機械は、外部信号としてＮＣデータを受け取り無人自動運転していたものであるが、ここでは中間言語のベクトル・プログラムを外部信号として取り込むことで従来のＮＣ加工データを用いることなく中間言語指令で、ＮＣ工作機械の無人自動運転が可能にもなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の全体機能を示す図
【図２】従来一般のシステムの加工プログラムからＮＣ加工データまでの工程
【図３】曲面パッチ結節点ベクトル表現図
【図４】２次元幾何要素図
【図５】不確定性図形図
【図６】パラメトリック・マスタープログラム図
【図７】本発明の入力媒体・中間言語・ＮＣ加工データ図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のシステム形態は、図形・形状処理においての共通項目は１）ベクトル
値表現、２）不確定性図形処理、３）パラメトリック処理、４）ポストプロセッサー処理であるが、本発明の最終目的はＮＣ加工データ作成である。しかし、ＮＣ工作機械はＣＡＤが保有する幾何要素コマンド機能は無い。例えばＣＡＤは、コマンドで３点通過円弧を１ブロック表示可能であるが、ＮＣ工作機械はこれがない。本発明の最終目的は汎用形状設計製造システムが色々の機能作業を実施し、最終はＮＣが稼動して目的を達成出来るＮＣデータを出力することであるから、最終目的のＮＣ工作機械の機能に合致させた２次元処理、３次元処理形態としたことである。
【００１８】
実施の形態１
本発明の形態を図１で示す通り、１）ベクトル値表現、２）不確定性図形処理、３）パラメトリック処理、４）ポストプロセッサー処理の４項目から成り立っているが、これら４項目総てにおいて相関関係を維持していなければ目的を達成しない。中間言語のベクトル・プログラムはテンプレートソフトとしてまとめることが出来る。この運用にあたっては、従来のＮＣデータ作成システムの様にＣＬ（カッターロケーション）データの確認後ポスト処理を実施する必要は無く、システム運用の最初にポストプロセッサー処理をしておくことにより、全工程の処理は１工程を省略することが出来る。
【００１９】
実施形態２
図１は本発明の内容を表示したものであって、各々の機能の、１）ベクトル値表現は、入力媒体によって色々な処理が可能である。
３次元ＣＡＤ形状データからは図３に示す如く曲面パッチの四端点位置ベクトル(Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ)と方向ベクトル（Ａｕ，Ａｖ，Ｂｕ，Ｂｖ，Ｃｕ，Ｃｖ，Ｄｕ，Ｄｖ）とすることが出来る。２次元幾何要素データからは図４に示す如く-αＲ，（Ｘａ,Ｙｂ），βＡと円の大きさと方向、通過点座標、接線角を表示することで２次元時計廻りの円を定義することが出来る。
【００２０】
実施の形態３
また、図１の、２）不確定性図形処理は、手描き図の場合で図５に示す如く、中間言語で作文する図形が現在作文する図形情報不足になる。それは１ヶ先の図形文が完結文になる円であるが，現在作文する図形は直線で１つ先の円に対して接線角α°を持って接する図形の場合、直線記号ＬとαＡの接線角のみで１つ先の円と連続図形接続させること属性化を認識させるので,Ｌ,αＡのみで
は不確定性図形であってもコンピュータに指令出来る。即ち、１つ先の完結円がプログラムされたとき，フィードバックして再演算で現直線と１つ先の円とで連続図形を完成させる。コンピュータ・プログラムでは現直線を暫定的に受け付け処理プログラム言語体系としている。
【００２１】
実施の形態４
更に、図１の３）パラメトリック処理は、前図の図５で示す如く、接線角αＡや時計廻り円の―βＲ,Ｃ（Ｘａ，Ｙｂ）は図形形状をベクトル置換表現する記号変数値がパラメトリック値となる。パラメトリック処理は説明するまでもなく、類似形状部品のプログラム、１つの加工プログラムから多形状処理登録、機密漏洩対策などに活用することが出来る。本発明の処理形状は２次元３次元を問わず処理可能である。３次元ＣＡＤモデル形状の結節点情報のベクトルもこの１例である。本発明の２次元処理では、複数図形の一筆書き連続処理並びに揺らぎ処理の併用が可能で、２次元輪郭プログロムを例えて説明すると図６で示す如く、１つのパラメトリック・マスタープログラムで多数の異形状処理が可能である。パラメトリック処理プログラムの最終状態は、実加工プログラムとなり製造加工プログラムとなることでシステムの汎用性を証明出来ると思料する。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
開発設計では、現在でも基本構造設計はコンパスと定規で描いた図面を基に試作部品を製作している。この試作部品を製作する場合は殆どがＮＣ工作機械で製作しているが、手順としては手描き図面をトレーサがＣＡＤで描き直しＣＡＤデータ化した加工データはＣＡＭによって作成している。本発明は  不確定性図形文プログラムを含む図形・形状を処理する２次元形状又は、３次元形状を処理する汎用形状設計製造システムであるから、トレーサがＣＡＤデータを作成しなくても済む。また加工データ作成もＣＡＭでなく汎用２次元形状又は、３次元形状自動形状設計製造システムであるから、加工プログラムを実行する前にポストプロセッサー処理指定をすれば、実加工するＣＬデータにいちいちポスト貼り付け指令処理は省けて1工程省略出来る。故に、ＣＡＤトレースとＣＬデータの全てにポスト貼り付け作業が省力されることとなり効率良い作業が達成できる。
【００２３】
また手描き図面の試作部品を製作する時、１回の試作で完結しない場合が一般
で、Ｃｕｔ ａｎｄ Ｔｒｙ方式で複数種類の寸法違いの試作品を作成することが珍しくない。この場合は、試作図面線画の幾何要素を加工プログラム文とし、併せてこのプログラムを記号変数パラメトリック処理すればパラメトリック・プログラムが親プログラムとなり、自由に無数種類の最良試作部品加工プログラム文が作成出来ることとなる。
【００２４】
保存しているＣＡＤ図データには２次元ＣＡＤと３次元ＣＡＤ混在で、２次元ＣＡＤリンクインターフェースはＤＸＦとＤＷＧが世界標準となっている。そのＣＡＤデータから本発明を介して加工データ作成を実施の場合はＤＸＦ並びにＤＷＧを介してＣＡＤデータを受け取り翻訳して本発明が加工データを作成する。この翻訳する装置は一般にはテンプレート化して加工プログラムを担当し加工データ変換を行っている。
【００２５】
他の人が描いたＣＡＤデータの３次元データ処理は２次元ＣＡＤの如く世界標準のリンクインターフェースが無い。本発明では図７で示す如く入力媒体が何であろうと、途中に中間言語の工程を設け、一定のプログラム言語を定め標準化している。入力媒体が手入力の場合はオペレータがプログラム言語で作文し、ＣＡＤデータは翻訳機能を持たせたテンプレート（特願２００８−２１１４１２）が翻訳を行うが、中間言語の加工プログラム文は総てベクトルデータであり、不確定性図形データでもある。
【００２６】
ものづくりの入力媒体については業界や処理方法を考えると古くあるものから現代までのものづくり手法の全てをカバーしなければいけないと思料する。言い換えればものづくりは自然科学と密接な関係にあり通じる所が大きい。その形状表現の基となる幾何要素で図形・形状・大きさに共通するベクトルを基本とする。そのベクトルには不確定性図形を含み、また不確定性図形はパラメトリック処理が可能になる。この自然科学のベクトルを用いれば図形・形状処理が可能で、２次元立体・３次元曲面・手描き図面・ポンチ絵・ＣＡＤデータ等々を全て処理出来ることとなる。故に、本発明の産業上の利用可能性は可能と考える。
【００２７】
（注釈番号）*1：ＡＰＴとはautomatically programmed toolsの略語で、ＮＣ分野における自動プログラミングシステムとして世界的に最も広く使用されているコンピュータシステムである。ＮＣシステム事典：朝倉書店  p175
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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