(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削加工機械による材料の切削加工をシミュレートする切削加工シミュレーション装置において、
前記切削加工される材料である被加工材料の表面を含むボクセルを表面セルとして生成し、
前記被加工材料の切削加工中における前記切削加工機械の切削部の移動軌跡を表す切削部軌跡立体を生成し、
前記表面セルのうち、前記切削部軌跡立体と重なる表面セルを切削済セルとして抽出し、
前記切削済セルに隣接する前記被加工材料の部分を含むボクセルを表面セルとして新たに生成し、
前記切削済セルの抽出及び前記表面セルの新たな生成を、前記切削済セルが新たに抽出されなくなるまで繰り返し（ステップ２４０）、その後、前記切削済セルを消去し、
前記切削済セルの抽出、前記表面セルの新たな生成、及び、前記切削済セルの消去を、全ての前記切削部軌跡立体について繰り返し行うことにより、前記被加工材料の切削加工をシミュレートする、
切削加工シミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボクセルを用いた切削加工シミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削加工機械による材料の切削加工をボクセルを用いてシミュレートする切削加工シミュレーション装置（以下、「従来装置」と称呼する。）が知られている（例えば、特許文献１を参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８７４５６号公報
【発明の概要】
【０００４】
従来装置においては、切削加工される材料（以下、「被加工材料」と称呼する。）全体にボクセルが設定され、これら全てのボクセルについて、切削加工機械の切削部の移動軌跡立体（以下、「切削部軌跡立体」と称呼する。）と重なるボクセルの抽出等の切削演算が行われる。このため、切削部軌跡立体と重なっていないボクセルについても、そのボクセルが切削部軌跡立体と重なるか否かの切削演算を行っている。従って、従来装置は、無駄な切削演算を行っており、切削演算に要する時間が長くなる。
【０００５】
本発明は、上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の１つは、ボクセルを用いて切削加工をシミュレートする切削加工シミュレーション装置であって、切削演算に要する時間が短い切削加工シミュレーション装置（以下、「本発明装置」と称呼する。）を提供することにある。
【０００６】
本発明装置は、切削加工機械による材料の切削加工をシミュレートする。
本発明装置は、
前記切削加工される材料である被加工材料（５０）の表面を含むボクセルを表面セル（Ｓ）として生成し（ステップ２２０）、
前記被加工材料の切削加工中における前記切削加工機械の切削部（６０）の移動軌跡を表す切削部軌跡立体（６０Ｒ）を生成し（ステップ２２０）、
前記表面セルのうち、前記切削部軌跡立体と重なる表面セルを切削済セルとして抽出し（ステップ２４０）、
前記切削済セルに隣接する前記被加工材料の部分を含むボクセルを表面セルとして新たに生成し（ステップ２４０）、
前記切削済セルの抽出及び前記表面セルの新たな生成を、前記切削済セルが新たに抽出されなくなるまで繰り返し（ステップ２４０）、その後、前記切削済セルを消去し（ステップ２５０）、
前記切削済セルの抽出、前記表面セルの新たな生成及び前記切削済セルの消去を、全ての前記切削部軌跡立体について（ステップ２７０にて「Ｙｅｓ」と判定されるまで）繰り返し行うことにより、前記被加工材料の切削加工をシミュレートする。
【０００７】
これによれば、被加工材料を表すボクセルとして、その被加工材料の表面を含むボクセル（表面セル）のみが生成される。このため、切削演算の対象となるボクセルが少ない。従って、シミュレーションに要する時間が短くなる。
【０００８】
上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要素は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る切削加工シミュレーション装置の概略構成及び切削加工される材料である被加工材料等を示した図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る切削加工シミュレーション装置のシミュレート手順を示したフローチャートである。
【図３】図３は、表面セル及び境界セルの生成について説明するための図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る切削加工シミュレーション装置の切削演算を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る切削加工シミュレーション装置（以下、「本シミュレーション装置」と称呼する。）について説明する。本シミュレーション装置は、切削加工機械による材料の切削加工をシミュレートする装置である。
【００１１】
図１に示したように、本シミュレーション装置１０は、入力装置２０、コンピュータ３０、及び、出力装置４０を含んでいる。
【００１２】
入力装置２０には、本シミュレーション装置１０のオペレータによって「切削加工される材料である被加工材料５０の形状を表すデータ」、「切削加工機械の切削工具の切削部６０の形状を表すデータ」、「切削加工機械の切削工具以外の部品及び切削部６０以外の切削工具の部分（以下、「非切削部」と称呼する。）７０の形状を表すデータ」、「切削加工機械の各部品同士の接続部位に関するデータ」、及び、「切削加工中における切削部６０の移動軌跡に関するデータ」が入力される。
【００１３】
被加工材料５０の形状を表すデータ（以下、「被加工材料形状データ」と称呼する。）は、ポリゴンによって表現されるデータである。
【００１４】
切削部６０の形状を表すデータ（以下、「切削部形状データ」と称呼する。）及び非切削部７０の形状を表すデータ（以下、「非切削部形状データ」と称呼する。）は、幾何学形状によって表現されるデータである。
【００１５】
切削加工機械の各部品同士の接続部位に関するデータ（以下、「接続部位データ」と称呼する。）は、接続部位の位置及び接続部位に課される拘束条件等に関するデータである。拘束条件は、例えば、その接続部位が１軸周りでのみ回転可能である場合、１軸ベクトルによって表現される。
【００１６】
切削加工中における切削部６０の移動軌跡に関するデータ（以下、「切削部軌跡データ」と称呼する。）は、切削部６０の先端の位置及び切削部６０の移動方向等によって表現される。
【００１７】
コンピュータ３０は、メモリ３１及びプロセッサ３２を含んでいる。
【００１８】
メモリ３１は、オペレータにより入力装置２０に入力された「被加工材料形状データ、切削部形状データ、非切削部形状データ、接続部位データ、及び、切削部軌跡データ」を記憶する。更に、メモリ３１は、プロセッサ３２によって行われる後述する干渉演算及び切削演算の結果を記憶する。加えて、メモリ３１は、プロセッサ３２の指令に応答して干渉演算の結果及び切削演算の結果を出力装置４０に送信する。
【００１９】
プロセッサ３２は、メモリ３１に記憶されている上記データに基づいて後述する干渉演算及び切削演算等を行う。更に、プロセッサ３２は、メモリ３１から出力装置４０に干渉演算の結果及び切削演算の結果を送信させるための指令をメモリ３１に送出する。
【００２０】
出力装置４０は、プロセッサ３２の指令に応答してメモリ３１から送信されてきた干渉演算及び切削演算の結果を出力（表示）する。
【００２１】
干渉演算の結果としては、被加工材料５０と干渉した非切削部７０の移動軌跡（例えば、非切削部７０の移動開始位置の座標及び移動終了位置の座標）、被加工材料５０と干渉した非切削部７０の名称（例えば、工具、ホルダ及びヘッド等）、並びに、非切削部７０と干渉した被加工材料５０の部分（例えば、その部分の位置の座標）等がある。
【００２２】
切削演算の結果としては、切削加工によって最終的に得られる被加工材料５０の形状がある。
【００２３】
こうした干渉演算の結果及び切削演算の結果が出力装置４０によって出力されることにより、オペレータは、切削加工によって最終的に得られる被加工材料５０の形状、及び、切削加工中に被加工材料５０と干渉する非切削部７０、並びに、その干渉が生じる切削部６０の移動軌跡等を知ることができる。
【００２４】
次に、図２乃至図４を参照しながら、本シミュレーション装置の作動について説明する。本シミュレーション装置１０は、シミュレーション開始操作がオペレータにより行われた場合、シミュレーションを開始して図２に示した処理を行うようになっている。
【００２５】
本シミュレーション装置１０がシミュレーションを開始すると、本シミュレーション装置１０のプロセッサ３２は、ステップ２１０に進んでメモリ３１に記憶されている被加工材料形状データ等を取り込む。
【００２６】
次いで、プロセッサ３２は、ステップ２２０に進んでシミュレーションデータを生成する。より具体的に述べると、図３に示したように、プロセッサ３２は、被加工材料形状データに基づいて被加工材料５０の表面を含むボクセル（以下、「表面セル」と称呼する。）Ｓを生成する。更に、プロセッサ３２は、各表面セルＳの６つの面のうち、他の表面セルＳにも被加工材料５０にも隣接していない面上にボクセル（以下、「境界セル」と称呼する。）Ｂを生成する。この境界セルＢには、被加工材料５０の部分は含まれていない。
【００２７】
加えて、プロセッサ３２は、切削部形状データ及び切削部軌跡データに基づいて切削部６０の移動軌跡（以下、「切削部軌跡」と称呼する。）毎に切削部６０が移動するときに通過する空間を表す立体（以下、「切削部軌跡立体」と称呼する。）を生成するとともに、非切削部データ及び切削部軌跡データに基づいて切削部軌跡毎に非切削部７０が移動するときに通過する空間を表す立体（以下、「非切削部軌跡立体」と称呼する。）を生成する。
【００２８】
次いで、プロセッサ３２は、ステップ２３０に進んでｍ番目の切削部軌跡（切削工程）についての干渉演算を行う。より具体的に述べると、プロセッサ３２は、ｍ番目の切削部軌跡に対応する非切削部軌跡立体と重なる表面セルＳ（以下、「干渉セル」と称呼する。）を抽出し、「抽出した干渉セル」並びに「その干渉セルに干渉する非切削部７０の位置及び名称」等をメモリ３１に記憶させる。これにより、ｍ番目の切削部軌跡についての干渉演算が完了する。
【００２９】
プロセッサ３２は、上記干渉セルの抽出、抽出した干渉セルの記憶、並びに、干渉セルに干渉する非切削部７０の位置及び名称等の記憶を、後述するようにＮ番目の切削部軌跡まで順に行う。本例においては、ｍの初期値は「１」であり、Ｎ番目の切削部軌跡は、切削加工における最後の切削部軌跡である。従って、Ｎ番目の切削部軌跡についての干渉演算が完了すると、全ての切削部軌跡についての干渉演算が完了する。
【００３０】
次いで、プロセッサ３２は、ステップ２４０及びステップ２５０の処理を順に行うことによって、ｍ番目の切削部軌跡についての切削演算を行う。より具体的に述べると、プロセッサ３２は、ステップ２４０において、ｍ番目の切削部軌跡に対応する切削部軌跡立体と重なる表面セルＳ（以下、「切削済セル」と称呼する。）及び切削済セルに隣接する境界セルＢ（以下、「重畳セル」と称呼する。）を抽出し、切削済セルを境界セルに変更（設定）し、重畳セルを消去候補セルに変更（設定）する。
【００３１】
プロセッサ３２は、これら切削済セル及び消去候補セルの抽出、切削済セルの境界セルへの変更、及び、重畳セルの消去候補セルへの変更を、切削済セル及び重畳セルが新たに抽出されなくなるまで繰り返し行う。
【００３２】
プロセッサ３２は、切削済セル及び重畳セルが新たに抽出されなくなると、ステップ２５０に進んで消去候補セルのうち、表面セルＳに接する面を有していない消去候補セル（所定のセル）を消去するとともに、残りの消去候補セルを境界セルＢに変更（設定）する。これにより、ｍ番目の切削部軌跡についての切削演算が完了する。
【００３３】
以上説明した切削演算（ステップ２４０及びステップ２５０の処理）を図４に示した例を用いて説明する。
【００３４】
図４の（Ａ）に示したように、初めに、被加工材料形状データに基づいて表面セルＳ及び境界セルＢが生成されている。図４において、参照符号５０Ｒは「被加工材料５０の形状を表す立体（被加工材料立体）」を示し、参照符号６０Ｒは「切削部軌跡立体」を示している。
【００３５】
図４の（Ｂ）に示したように、切削部軌跡立体６０Ｒが被加工材料立体５０Ｒと重なった場合、表面セルＳ及び境界セルＢのうち、切削部軌跡立体６０Ｒに重なる表面セルＳ（切削済セル）及び切削済セルに隣接する境界セルＢ（重畳セル）は、図４の（Ｃ）に示した表面セルｓ及び境界セルｂである。従って、本シミュレーション装置１０によれば、図４の（Ｄ）に示したように、表面セルｓ（切削済セル）が境界セルＢに設定され、境界セルｂ（重畳セル）が消去候補セルＣに設定される。
【００３６】
更に、図４の（Ｅ）に示したように、新たに設定された境界セルＢの６つの面のうち、消去候補セルＣにも表面セルＳにも境界セルＢにも接していない面に表面セルＳが新たに生成される。このとき、表面セルＳ及び境界セルＢのうち、切削部軌跡立体６０Ｒに重なる表面セルＳ（切削済セル）及び切削済セルに隣接する境界セルＢ（重畳セル）は、図４の（Ｆ）に示した表面セルｓ及び境界セルｂである。従って、本シミュレーション装置１０によれば、図４の（Ｇ）に示したように、表面セルｓ（切削済セル）が境界セルＢに設定され、境界セルｂ（重畳セル）が消去候補セルＣに設定される。
【００３７】
更に、図４の（Ｈ）に示したように、新たに設定された境界セルＢの６つの面のうち、消去候補セルＣにも表面セルＳにも境界セルＢにも接していない面に表面セルＳが新たに生成される。
【００３８】
この時点で、切削部軌跡立体６０Ｒに重なる表面セルＳは存在しなくなる。従って、本シミュレーション装置１０によれば、図４の（Ｉ）に示したように、何れの面も表面セルＳに接していない消去候補セルＣが消去される。最後に、図４の（Ｊ）に示したように、残りの消去候補セルＣが境界セルＢに設定される。
【００３９】
これにより、１つの切削部軌跡についての切削演算が完了する。以上が１つの切削工程における切削演算の例である。
【００４０】
再び図２を参照すると、プロセッサ３２は、ステップ２５０の処理の後、ステップ２６０に進んで切削部軌跡の順番を表す値ｍ（以下、「切削部軌跡番号ｍ」と称呼する。）を「１」だけインクリメントする。
【００４１】
次いで、プロセッサ３２は、ステップ２７０に進んで切削部軌跡番号ｍが切削加工に含まれる切削部軌跡の数を表す値Ｎ（以下、「全軌跡数Ｎ」と称呼する。）よりも大きいか否かを判定する。切削部軌跡番号ｍが全軌跡数Ｎに等しくなければ、プロセッサ３２は、ステップ２７０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２３０に戻り、次の順番の切削部軌跡についての干渉演算及び切削演算を上述したように行う。
【００４２】
これに対し、切削部軌跡番号ｍが全軌跡数Ｎに等しければ、即ち、全ての切削部軌跡についての干渉演算及び切削演算が完了していれば、プロセッサ３２は、ステップ２７０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２８０に進み、メモリ３１から出力装置４０へ干渉演算の結果及び切削演算の結果を送信する指令をメモリ３１に送出する。これにより、干渉演算の結果及び切削演算の結果が出力装置４０に出力（表示）される。
【００４３】
以上が本シミュレーション装置１０によるシミュレーションであり、これによれば、被加工材料５０を表すボクセルとして、その被加工材料５０の表面を含むボクセル（表面セルＳ）のみが生成される。このため、干渉演算及び切削演算の対象となるボクセルが少ない。従って、シミュレーションに要する時間が短くなる。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。
【００４５】
例えば、境界セルが設定されていなくても、表面セルを新たに設定すべき位置を特定することができる場合、境界セルの設定を省略してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０…シミュレーション装置、２０…入力装置、３０…コンピュータ、４０…出力装置、Ｓ…表面セル、ｓ…切削済セル、Ｂ…境界セル、ｂ…重畳セル、Ｃ…消去候補セル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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