(57)【要約】【課題】面加工用ＮＣデータ作成に、ＣＡＤ／ＣＡＭの面表面に点を発生更に細工して加工データ変換を行うと、形状データ容量が膨大となってＣＰＵに非常な負荷が掛かるばかりでなく面加工データ作成に致命的とも言う処置が伴う。【解決手段】面加工用ＮＣデータ作成に、ＣＡＤ作画に用いている形状処理理論の４端点４曲線で曲面パッチを構成し、この４端点にＡとＢパラメータ信号値をあやつる事で点データを変えずに無限数の面が創製出来これをテキストデータのプログラム化することで、ＡＰＴを介さず直接面加工用ＮＣデータ変換が出来る。この曲面パッチを行列配列することで、自由自在形状の３次元曲面創製が出来る。且つ３次元ＣＡＤ／ＣＡＭの点データ変換処理では困難視されている３次元稜線切削・加工データ圧縮処理変換・アンダー形状等の曲面加工データ変換が解決改良され、理想面加工用ＮＣデータ変換が実現出来る。【選択図】          図１８
2004192209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理的プロセスをコンピュータにより制御する方法において
（ａ）座標空間に４点をもうけ、
（ｂ）４点のうち１点を加工開始点とすると、この開始点と隣合わせにならない対向点が加工終了点とし、
（ｃ）この４点の個々の点には関数関係を有する２つのＡとＢパラメータ信号値を貸与する、このＡとＢパラメータ信号値は方向ベクトルであって
（ｄ）Ａ方向のベクトルは加工工具が切削走行移動する方向を示す主曲線ベクトルと、Ｂ方向ベクトルは加工工具が面加工を行う為、次の切削移動のピック移動の従曲線ベクトルに合致貸与し、
（ｅ）この４点の関係は、隣合わせ点のパラメータ値Ａ同士とＢ同士で仮想曲線要素を形成する２端点間ベクトル値を表すものであり、
（ｆ）Ａ値を主曲線端点ベクトルと設定するとＢ値は従曲線端点ベクトルとなる関係を保ち、４点の両端点ベクトルで４曲線を構成すし、コンピュータ入力にはプログラムが介在し、このプログラムには曲線として入力するのではなく、ＡとＢを貸与した点として入力される、計算される曲線は仮想曲線であり、この２点間ベクトルの値によっては直線と円弧も創製される。
４端点・仮想４曲線の内側を面として表現させるもので、点の管理は２行２列でこの４曲線による面管理し、この面を形状処理工学では曲面パッチと呼ぶ
（ｇ）前記仮想４曲線は、向かい合わせの２つの仮想主曲線同士と仮想従曲線同士から仮想曲線長が定まり、仮想曲線長を任意に定める分割値あるいは按分比で分割させる、即ち、向かい合う互いの曲線間をリニアに按分処理された曲線でこの４曲線間に縦×横のｍ行ｎ列の網目状曲線が創製され、
（ｈ）この４曲線内に創製した主・従曲線の交差した交点で各々の曲線を切断し、その切断点を直線補間接続する、この直線補間データが面加工用のＮＣデータ作成となる特徴を持つＮＣデータ作成方法
（ｉ）４点に貸与したベクトルで隣同士点のＡベクトルが円弧補間値又は直線補間値に合致した場合（ブレンディング関数のエルミート補間のノット調整処理を用いる）の図形要素は、直接円弧要素又は直線要素変換とし、主曲線の分割は行わず１ヶの円弧又は１ヶの直線の始終点ＮＣデータ変換とする、即ち向かい合う外側２本の従曲線のみが分割される
【請求項２】
大きな曲面表現は曲面パッチを縦×横のｍ行ｎ列のマトリックス状に配列処理を行う事が出来、この時の点の管理はｍ＋１行ｎ＋１列で面制御し面加工データ変換は単体曲面パッチ同様大きな曲面の四隅から１つの曲面として創製出来るＮＣデータ変換を行うことを特徴とする物理プロセスのコンピュータにより制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標空間に加工する領域を４点で指示し、個々の点に貸与した関係関数を有する２つのＡとＢパラメータを有する点を配置して個々４点が有しているＡパラメータ同士とＢパラメータ同士で４端点を有する４曲線を創製し、この４曲線に囲まれた内側をコンピュータに面と認識させる。
この座標空間に加工領域を設定した４点は、一般には３次元ＣＡＤモデリングの主曲線と従曲線の交点となる結節点の位置ベクトルと２つのＡとＢのベクトルを貸与する点であるが、２次元ＣＡＤから座標軸置換でプログラム技術者が作画計測してパラメ−タ処理プログラムを代用して、手入力キーインでコンピュータに面と認識させる事も出来る。
【０００２】
前記個々の４点が有する２つのＡとＢのパラメータ値は幾何学で角度表示に用いる方向余弦表示で、各点の接線ベクトル値である。
このパラメータ値のＡ同士とＢ同士の２点間接線ベクトルの値によって、図形要素の直線・円弧・曲線がコンピュータによって探知される。
この図形要素の種類によって４角形の内容は平面・プリミティブ立体・自由曲面の３種類の曲面パッチを創製する。
【０００３】
この３種類の面、全てがＮＣ加工データ変換をコンピュータが直接処理する、曲面は前記４曲線を４曲線長起算の向かい合う２曲線を任意に定める分割値あるいは按分比で直線補間変換を行う。コンピュータは常にベクトルを管理してるので、この曲線成分が円弧又は直線と判断した場合はＮＣフォマットに合致させて始終点のＮＣデータ変換をコンピュータがこれらの処理を瞬時に１ヶの面と判断して曲面パッチ内の曲線変換をする。
【０００４】
また座標空間の４点基本ブロック即ち曲面パッチが、縦×横の行列配列されている場合は単体曲面パッチ同様、全ての点を面認識の行列配列管理してこれらを１ヶの面と見なしてＮＣ加工データ変換も出来る。ＮＣ制御装置を駆動する為の外部信号を作成する演算処理方法に関するものである。
【０００５】
【従来の技術】
殆ど世の中の加工データ作成でプリミティブ立体や自由曲面の加工用ＮＣデータ作成には３次元ＣＡＤ／ＣＡＭを用いており、ＣＡＤ部で図形要素を活用してワイヤーフレーム曲線を作成、この曲線をスプライン化更にモデリング形状処理でサーフェース処理を行い、モデリング形状処理表面を面認識させる、ＣＡＭ部でその表面全体にまばらのムラが発生しないよう綿密な点を貼り付け、この点を細工して工具軌跡（ＣＬデータ）を作成して、更にこの工具軌跡データを基にしてＮＣ工作機械の制御装置のＮＣフォマットに合致させる為にＡＰＴ（ＮＡＳＡで開発されたＮＣ変換ソフト）を介してＮＣデータ変換としている。
３次元ＣＡＤ／ＣＡＭのＣＡＤでモデリングして面を創製し、ＣＡＭでこの面の表面に点を発生させ、この点を細工して加工用ＮＣデータ変換処理を行っているが、モデリングで３次元形状を創製した基本曲線類データは点を発生するのみに活用したが、その後この基本曲線類データは廃棄処分同様一切活用はしていない。この為に３次元稜線のある曲面加工用ＮＣデータ作成の面沿い加工ＮＣデータ変換不備・ＮＣ加工データ圧縮不備・アンダー形状の加工用ＮＣデータ不備などの状態でＮＣデータ変換が行われている。この不備諸問題の恒久対策となるとカーネル自体から作り直さなければならず、暫定処置として加工用ＮＣデータ変換の出力時に加工データ変換の分解能をＮＣマシン加工データ長の限界に近い０．１ミリ指令を指示しているに過ぎなく、３次元ＣＡＤ／ＣＡＭの使用者は困
惑している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
３次元ＣＡＤ／ＣＡＭでプリミティブ立体や自由曲面の加工データ作成で現在抱えている課題が３つ有り、この恒久的対策が一向に日の目が見えない事と暫定処置の方法が加工者に対して不利益な処置が実施されている。
本発明を実施することで課題の大半は解決し、また暫定処置の不利益は解消される。
【０００７】
３次元ＣＡＤ／ＣＡＭが抱えている課題とは
（ａ）面に沿った面添い加工データ変換が出来ていない
（ｂ）加工データの圧縮処理が出来ていない
（ｃ）アンダー加工データ変換が出来ていない
この（ａ）（ｂ）（ｃ）３つの項目の要因は３次元ＣＡＤ／ＣＡＭは知恵と時間を費やして図形要素の直線・円弧・曲線類を用いてモデリング形状を創製して、加工データ変換時にこのモデリング表面に点を発生させ、この点を細工して
加工データ変換としている。折角知恵と時間を費やして創製したモデリング形状の形状処理要素の曲線類を初めとする図形要素データは廃棄同様採用していない結果である。
現在３次元ＣＡＤ／ＣＡＭの多くは暫定処置として、ＮＣデータ変換時の直線データの分解能を０．１ミリと非常にＮＣデータとしては極限に近い寸法値を指定している。
この為に変換出力ＮＣデータ容量は超膨大容量化して、現場作業では悪循環現象が発生している。
暫定処置のＮＣデータ変換の分解能を０．１ミリに指定結果、加工データ容量が膨大化するだけでは無く、ＮＣデータ個々の直線要素データ長が０．１ミリと極端に短くなる為に、ＮＣ制御装置の指令が追従出来なくなり、ＮＣマシンは息つき現象を起こし、加工時間対策で高速切削ＮＣマシンの導入・ＤＮＣ装置の導入・超高速演算処理コンピュータの導入と部品加工単価にも影響を及ぼし問題となっている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
ＮＣマシンの駆動原理を解析すると、全てベクトルで解析が可能である現在、ＮＣデータ内容もベクトル表現値をＩＳＯ規格のＮＣフォマットに準拠したものであり、３次元形状処理の３次元ＣＡＤモデリング処理で全ての図形形状要素もベクトル表現が行われている。
【０００９】
３次元ＣＡＤを用いてモデリングを創製する、この３次元形状を作図する図形の基本要素は点・直線・円弧・曲線であり、これら図形要素の点以外の図形要素の全ては、点とベクトルで表すことが出来る。単体図形のみならず直線・円弧・曲線の混在した連続図形も点とベクトルで現す事が出来る。これらは２次元連続図形であっても、３次元連続図形であっても同様である。
一般のＮＣ加工プログラム作成産業界の３次元形状をＮＣ加工する場合のＮＣデータ作成方法は、３次元ＣＡＤを用いて製作する３次元モデリング形状を図形の基本要素である点・直線・円弧・曲線を用いてサーフェース化して立体や曲面を作成する。ＣＡＭがこのモデリング形状データを受け継いでモデリング面表面に、まだらのムラ無く点を発生し、この点を細工して工具軌跡（ＣＬデータ）変換し、このＣＬデータを更にＡＰＴ（ＮＡＳＡで開発したＮＣ変換ソフト）を介してＮＣデータ（ポストプロセッサ処理）としている。
【００１０】
一般のＣＡＤ／ＣＡＭはＮＣデータ変換にＡＰＴを用いているが、本発明に用いているＮＣデータ変換にＬＡＮＣ（ランク：ＮＣシステム事典・西暦１９８３年・朝倉書店発行２６６頁上７行目）を採用故、ＣＡＭのポストプロセッサ後処理のＡＰＴに対してＬＡＮＣは工具軌跡変換データにポストプロセッサ先処理の自動貼り付けを施している違いである。
この違いのためにＣＡＭはモデリング表面にムラ無く無数の点を発生する手法を用いているが、本発明は形状処理工学のクーンズ理論の１曲面パッチに対してＡとＢのベクトル貸与した４点の形状データとしているから、１つの曲面パッチを現す形状データ容量はＣＡＤ／ＣＡＭに対して圧倒的に僅少容量でありコンピュータ処理の高速演算処理を加速させ事が出来る。
【００１１】
本発明は、３次元ＣＡＤ／ＣＡＭが抱えていて着手していない恒久対策の課題を真っ正面から解決するものであって、現状一般のＮＣデータ作成基本理念を改革するものである。
即ち、３次元ＣＡＤ／ＣＡＭで創製したモデリング形状の表面に点を発生してこの点を細工している現状では、モデリングを構成している一番重要な曲線類を活用していない。
本発明はその点に着眼し３次元ＣＡＤ／ＣＡＭのモデリング図形要素類の曲線データから直接、主・従曲線の交差する交点である結節点の位置ベクトルの点とＡ方向とＢ方向の接線ベクトルを吸い上げ活用するものである。
接線ベクトルのパラメータ値を活用すると４点で構成出来る面（平面・プリミティブ立体面・自由曲面）は数限りない種類の曲面創製が出来る。この曲面パッチはテキストデータとしてのプログラム文に変換するのでこのプログラムを実行すると、ポストプロセッサ処理した面加工用ＮＣ加工データが作成出来る。
本発明の形状処理では数キロバイト容量のテキストデータ変換プログラムを有しているが、３次元ＣＡＤ／ＣＡＭのモデリング形状データ並びにＣＬデータとは比較にならない１／１００から１／１００００の僅少のデータ容量であるから面加工用ＮＣデータ変換処理速度は圧倒的に超高速処理が達成出来る。
この様に恒久対策の課題を解決することで、暫定処置は同時に自然解決し消滅するので不経済な設備の増設なども一切不要となりＮＣ加工による部品加工の原価低減にも役立つものである。
【００１２】
【実施例】
本発明を生産業界の金型生産や一般部品生産のＮＣ加工プログラム作成産業方面に適応する場合について述べると、プリミティブ立体や自由曲面形状を構築するモデリング作成に、形状処理工学理論を幅広く活用している３次元ＣＡＤ産業界は形状処理工学理論は常識化している。
しかし、３次元形状をＮＣマシンで切削加工する為にはＮＣ加工プログラムを用いて、ＮＣデータに変換した信号を、ＮＣマシン側から見ると外部信号としてインターフェース・コネクターＲＳ３２２Ｃを介して供給して初めてＮＣマシンが３次元形状を切削のために稼働する。
このＮＣマシンに供給する外部信号を作成する為にＮＣ加工プログラムを作成する。この加工プログラム作成に物理プロセスをコンピュータにより制御して面加工用ＮＣデータ作成に形状処理工学のクーンズ理論の４端点４曲線曲面パッチの、この４端点の個々の点に独自のＡ方向とＢ方向のパラメータ信号を貸与した点として設定することを特徴とするＮＣデータ作成方法である。
【００１３】
このＡとＢベクトルを貸与した点を設定した特徴は、一般の点は位置ベクトルとしての点であるが、本発明で面を認識する為の点はＡとＢのパラメータ信号を貸与出来る事である。一般にはこの信号は３次元ＣＡＤでモでリングした主曲線と従曲線の交差した交点即ち、結節点の位置ベクトルと主曲線と従曲線の接線ベクトルＡとＢであり、この点を縦×横のマトリックス配列管理した加工プログラムを用いて３次元面加工用ＮＣデータを作成する。
プログラム技術者が３次元ＣＡＤから変換された任意の点のＡとＢベクトルではデザイン形状より若干相違があり少し修正したい場合、一般のＣＡＤ／ＣＡＭでは３次元ＣＡＤに戻ってモデリングの主曲線と従曲線を修正し、スプライン変換・面張りし、点を発生・ＣＬデータ変換・ＡＰＴを介してＮＣデータ変換をしなけければならないが、本発明はこのベクトルを貸与した点のＡとＢにはパラメータ機能を備えているので直接テキストデータの加工プログラムをコンピュータの入出力装置から手修正が迅速に出来る。
【００１４】
この結節点の全ての点には関数関係を有する２つのＡとＢパラメータ信号値を設定する為の媒体は、一般に３次元ＣＡＤであるがプログラム技術者が、電卓や２次元ＣＡＤを用いてプリミティブ立体や自由曲面を位相変換を用いて人間の頭脳でＡとＢパラメータとなる方向ベクトルと位置ベクトル点を入出力装置から手入力でＮＣ加工プログラムを作成することも出来る。
この手法を用いれば簡単な３次元形状は３次元ＣＡＤを用いずに面加工用ＮＣデータを作成することが出来る等の特徴もある。
【００１５】
本発明の処理方法を図面として詳細説明すると図１８でＮＣデータ作成システムの基本レイアウトブロック図であり、一般のコンピュータシステム同様にＣＰＵ５１０にはＫＥＹ５００の入出力装置が接続されていて信号の手入力や修正を又ＣＰＵ５００にはＣＲＴ５２０の表示装置とプリンター５３０が接続されていて現状作業のビジアル目視と記録保管の処理が可能であり、ＮＣデータを作成する為のＦＤ／ＭＯ５５０外部信号を受け付ける装置と作成したＮＣデータを保管するＮＣデータ保管装置５４０を備えている。
尚ＣＰＵ５１０内部は図１９で示している通り１ｓｔプロセッサで本発明の形状処理プログラムを受け付けで外部信号並びに手入力と修正処理領域があり、このプログラムを演算する中央演算装置があり、この結果を処理する２ｎｄプロセッサを設けてあり、他のＮＣデータ作成システムとは変わり無い構成である。
本発明の詳細説明に用いる図面で図１０以外は数値並びに形状を正しく表現する為に２次元機械製図画法の平面図・正面図・右側面図を用いた。
【００１６】
本発明には加工プログラム作成が基本にあり、加工には形状のどの位置を加工開始点にするかを決る。加工開始点を決めると必然的に加工終了点が決まるが、加工開始点は、曲面パッチの大きさに関係無く全て隅部故に切削方向は２方向あって、そのどちらをも選択出来る自由度がある。
曲面の最小曲面パッチは点を２行２列配列で点の数は４点となる。点配列で曲面を表示するに曲面パッチを横に１０ヶ並べて横方向を切削方向に点の行列配置すると、曲面の点管理は１１行２列の点配列になる。曲面パッチを横に５ヶ縦に３段積み上げて横方向を切削方向に点を行列配置すると、曲面点管理は６行４列の点配列となる。
この横５ヶ縦３段積み上げた曲面パッチを縦方向に切削方向とすると、４行６列の曲面点管理としていて、切削方向によって点即ちＡとＢのパラメータのベクトルを貸与した点の管理をコンピュータに指令している。
点に２つのＡとＢのパラメータのベクトルＡは、曲面パッチを構成する主曲線の方向ベクトルであり、工具が切削走行する方向に合致させ、Ｂは従曲線の方向ベクトルであって、面加工で工具が次に切削走行する位置決めのためにピック移動する方向に合致させる。
曲面パッチ、一般曲面には大小を問わず点の配列を行列配列するから４隅があってこの４隅全てが加工開始点となるから、４隅の点には２方向の切削方向があるので、それぞれの曲面には合計８通りの切削方法の選択が出来る。
この加工開始点と切削方向の選択方法によって、一方向切削・放射方向切削・ラウンディング切削などの選択出来る。
図１０は加工曲面４隅の点の各コーナ点を切削開始点とした時の、パラメータ信号ＡとＢのデータ配列のパラメータ信号の方向を図示したものである。
【００１７】
図１は単体曲面パッチの機械製図画法の平面図・正面図・右側面図の３面図であり、曲面を点とベクトルで表現説明に用いる曲面パッチ領域内を区別表現すために太い実線表示した。以後の図面も同様表現する。
【００１８】
図２は曲面パッチの４端点４曲線表示の図形要素内容図であり、４端点は点１・点２・点３・点４である。４曲線＃１０１は上部２次元円弧であり＃１０２
と＃１０３は３次直線であり＃１０４は下部２次直線であって各端点箇所では折れ線接続された円弧からみの変形３次元４角形である。
【００１９】
図３は単体曲面パッチを、本発明の物理プロセスをコンピュータにより制御して面加工用ＮＣデータ作成プログラムに用いる、位置ベクトル並びにＡとＢパラメータ信号となるベクトル値をこの４曲線から関連抽出したデータ類である。
点１の位置ベクトルはＸ２０．Ｙ−１０．Ｚ０．となる、これは平面図と正面図の点１を合成することで設定される。同様点２・点３・点４も同様合成すると点２＝Ｘ３０．Ｙ−２５．Ｚ−３０．点３＝Ｘ−１５．Ｙ−１５．Ｚ０．
点４＝Ｘ−３０．Ｙ−３５．Ｚ−３０．となる。本説明では、切削方向を等高線切削方向とする。故に形状データ配列は図１０の点Ｐ横のパターンとなる。
点１のパラメータＡのベクトルは直線点ア点イ＝直線図形１０５となる。この直線図形１０５の図形解説は図６で詳しく説明する。点１のパラメータＢベクトルは平面図・図形＃１０７と右側面図・図形１０７の合成でＸ１０．Ｙ−１５．Ｚ−３０．となる。この大きさは直線点ウ点イ＝図形１０７＝図形＃１０２＝
図形１０８となる。３次直線の接線ベクトルは、その３次直線の長さに等しい、接線ベクトルは方向表示であるからＡ（αＸ、βＹ、γＺ）ＸＹＺの長さの比率である、故に図形をベクトルに採用する場合は点ウ点イ＝Ｘ２．Ｙ−３．Ｚ−６でも構わない。常にカッコ内でＣＯＳの計算で比率を求めさせている。
点２のパラメータＡは直線＃１０４と同価でＸ−６０．Ｙ−１０．Ｚ０．となり、パラメータＢは点１のＢ値と全く同価となる。
点３のパラメータＡは直線・図形番号１０６となる。この詳細説明も図６で、詳しく説明する。点３のパラメータＢは直線図形＃１０３であるから
＃１０３＝Ｘ−１５．Ｙ−２０．Ｚ−３０．となる。
点４のパラメータＡは、点２のＡと同価であり、点４のパラメータＢは点３のＢと同価となる。
図３のこの曲面パッチ□・点１・点３・点４・点２・点１の加工プログラムは参考として、図２０のプログラムに、ＮＣデ−タ変換した工具軌跡は図２３に
記載した。
【００２０】
一般に立体や曲面をＣＡＤで作画したり、ＣＡＭで形状を図形変換では殆どが数学処理をしているのでベクトル表現が真新しい。３次元ＣＡＤの立体や曲面を修正などではベクトル操作が見受けられてきたので、ベクトル特に図形要素を点とベクトルであやつれる、ベクトルの説明を行う。
ベクトル表示方法に幾何学では方向余弦表示方法があり、本発明のパラメータを採用したプログラムには２〜３次元ベクトルを多く用いるので方向余弦入力方式を採用した。図１７で一般に用いる数式をポンチ絵と共に記載した。
図４は直線の接線ベクトルの説明図である図形番号１１１と１１２は接線ベクトルの絶対値は同一であるが、本発明で用いるベクトルには必ず始点又は終点とベクトルの方向を組にしてある。点１１が始点・点１２が終点とした図形１１１では図形１１１＝Ｘ２０．Ｙ−２０．Ｚ０．となるが、図形１１２は点１３が始点・点１４が終点では図形１１２＝Ｘ−２０．Ｙ２０．Ｚ０．となる。
同様、始点１５終点１６のベクトル１１３＝Ｘ−４０．Ｙ−８．Ｚ０．となり始点１７終点１８のベクトル１１４＝Ｘ４０．Ｙ８．Ｚ０．となる。
図５の始点２１終点２２のベクトル１２１＝Ｘ２０．Ｙ−２０．Ｚ５．となり始点２３終点２４のベクトル１２２＝Ｘ−４０．Ｙ−８．Ｚ−１０．となる。
直線図形１１１のパラメータ信号として始点と始点接線ベクトル並びに終点と終点接線ベクトル表示した直線の定義文は
ＧＯ，（１０，  １０，０），Ａ（２０，−２０，０）
ＧＯ，（３０，−１０，０），Ａ（２０，−２０，０）となり
直線図形１１２のパラメータ信号として始点と始点接線ベクトル並びに終点と終点接線ベクトル表示した直線の定義文は
ＧＯ，（３０，−１０，−２０），Ａ（−２０，２０，０）
ＧＯ，（１０，  １０，−２０），Ａ（−２０，２０，０）となり
直線図形１１３のパラメータ信号として始点と始点接線ベクトル並びに終点と終点接線ベクトル表示した直線の定義文は
ＧＯ，（３０，  −１２，０），Ａ（−４０，−８，０）
ＧＯ，（−１０，−２０，０），Ａ（−４０，−８，０）となり
直線図形１１４のパラメータ信号として始点と始点接線ベクトル並びに終点と終点接線ベクトル表示した直線の定義文は
ＧＯ，（−１０，−２０，−２０），Ａ（４０，８，０）
ＧＯ，（３０，  −１２，−２０），Ａ（４０，８，０）となる
図５の直線のベクトルは３次直線のベクトル表示である。
方向余弦表示方法では２次〜３次の直線並びに円弧を点とベクトルで同一表示出来る角度表示方法である。Ｘ値が０（ゼロ）であればＹＺ平面の２次元ベクトルであり、Ｙ値が０（ゼロ）であればＸＺ平面の２次元ベクトルであり、Ｚ値が０（ゼロ）であればＸＹ平面の２次元ベクトルとなる。
図形１２１のベクトルは始点Ｘ１０．Ｙ１０．Ｚ−５．終点Ｘ３０．Ｙ−１０．Ｚ−５．となって図形１２１のベクトル＝Ｘ２０．Ｙ−２０．Ｚ５．となる。同様直線図形１２２のベクトルは始点Ｘ３０．Ｙ−１２．Ｚ０終点Ｘ−１０．Ｙ−２０．Ｚ−１０．となるから図形１２２のベクトル＝Ｘ−４０．Ｙ−８．Ｚ−１０．となって、３次直線図形１２１のパラメータ信号として始点と始点接線ベクトル並びに終点と終点接線ベクトル表示した直線の定義文は
ＧＯ，（１０，−１０，−５），Ａ（２０，−２０，５）
ＧＯ，（３０，−１０，  ０），Ａ（２０，−２０，５）となり
３次直線図形１２２のパラメータ信号として始点と始点接線ベクトル並びに終点と終点接線ベクトル表示した直線の定義文は
ＧＯ，（３０，  −１２，    ０），Ａ（４０，−８，−１０）
ＧＯ，（−１０，−２０，−１０），Ａ（４０，−８，−１０）となる
直線図形定義でＧＯ命令に続いて位置ベクトルと接線ベクトルを指令した文を２行で定義すると記号Ａに続いた方向余弦指令で２〜３次直線をあらわす、即ち点とベクトルで２〜３次直線を創製する。
【００２１】
円弧を点とベクトルで表示又は変換する方法は次の方法で求める。
数値制御装置では基本的に円弧を駆動出来る平面はＸＹ平面・ＸＺ平面・ＹＺ平面の２次元平面である。円弧の表示方法をＩＪＫ指令方式で説明すると、
図６・（イ）の円弧は中心点がＸ０．Ｙ０．で始点がＸ２０．Ｙ−１５．終点がＸ−１５．Ｙ−２０．始点から円弧中心点までの寸法はＩ−２０．Ｊ１５．が円弧＃１３１の保有するＮＣデータである。
図６・（ロ）の円弧＃１３１の円弧の中心点をＯとし、円弧始点をＵ、円弧終点をＶとする。円弧中心点Ｏと円弧始点Ｕを最短距離の直線で結び、この直線を１３２とする。同様円弧中心点Ｏと円弧終点Ｖも直線で結び、この直線を１３３とする。
図６・（ハ）の様に一方の直線１３２を円弧の始点Ｕ点を軸芯にし直線１３２を時計回りに９０度旋回させこの直線を１３２′とする。
他方の直線１３３を円弧の終点Ｖ点を軸芯にし直線１３３を半時計回りに９０度旋回させこの直線を１３３′とする。
この直線１３２′と直線１３３′をベクトル換算し方向付けする。即ち、直線１３２′はＸ−１５．Ｙ−２０．となり、直線１３３′はＸ−２０．Ｙ１５．となる。
これを記号表現でＡ（−１５，−２０，０）とＡ（−２０，１５，０）として、パラメータ信号として、始点と始点接線ベクトル並びに終点と終点接線ベクトル表示した円弧の定義文は
ＧＯ，（２０，  −１５，０），Ａ（−１５，−２０，０）
ＧＯ，（−１５，−２０，０），Ａ（−２０，  １５，０）と指令したら円弧の大きさ２５で時計回りの円弧で中心点座標はＸ０．Ｙ０．始点Ｕ終点Ｖが演算する様になっている。
図６（イ）の円弧データをコンピュータが演算すれば、点とベクトルで円弧を創製出来た事になる。言い換えれば図６（ニ）の説明図の如く、点Ｕ点の位置に点Ｕに与えられた接線ベクトル１３５に対して法線を立て、また点Ｖ点の位置に点Ｖに与えられた接線ベクトル１３６に対して法線をたてる。この時お互いの法線の交点をＯとする、この状態でＯＵとＯＶの長さが等しい場合は、ＯＵ又はＯＶの長さの円弧を創製しても同じ結果となる。
この時ＯＵとＯＶの長さが一致しない場合は、Ｂスプライン補間曲線に倣って分割直線データ変換とする。この直線補間の長さはパラメータ信号としてマクロ処理プログラムの設定で行う事が出来る。円弧表現も直線同様に位置ベクトルの点と方向ベクトルを方向余弦表示指令で表す事が出来る。３次元ＣＡＤ／ＣＡＭの様に円弧を近似直線補間ＮＣデータとすることは無い。
【００２２】
曲線を点とベクトルで表示又は変換する方法は次の方法で求める。数値制御装置は曲線補間コードを受け付ける機能があるが、データ作成の問題でしかも高価・演算処理速度の関係等でまだ一般化していない。
本発明では、物理プロセスをコンピュータにより制御して面加工用ＮＣデータを作成するに当たって、点とベクトをパラメータ信号化する為には曲線も同様に処理出来る形態とした。先の円弧の説明で２次円弧が成立しなかった処理同様点とベクトルをパラメータ信号化で２次元曲線も３次曲線も直線・円弧の記述方法は同じである。
図７は２次元曲線で点４１＝Ｘ３０．Ｙ０．Ｚ０．の位置にベクトル図形１４１のＹ成分のみ−１点４２＝Ｘ０．Ｙ−２０．Ｚ０．の位置にベクトル図形１４２のＸ成分のみ−１で作成する曲線の定義文は次の様な記述式となる。
ＧＯ，（３０，  ０，０），Ａ（０，−１，０）
ＧＯ，（０，−２０，０），Ａ（−１，０，０）とするとベクトを忠実に守った直線補間接続のＢスプライン２次曲線パラメータ採用のプログラムとなる。
図８は３次元曲線で点４３＝Ｘ３０．Ｙ０．Ｚ０．の位置に、ベクトル図形１４３のＹ成分のみ−１点４４＝Ｘ０．Ｙ−２０．Ｚ５．の位置に、ベクトル図形１４４のＸ成分のみ−１で作成する曲線は次の様な記述式となる。
ＧＯ，（３０，  ０，０），Ａ（０，−１，０）
ＧＯ，（０，−２０，５），Ａ（−１，０，０）とすると２次曲線同様の直線補間接続のＢスプライン３次曲線パラメータ採用のプログラムとなる。
【００２３】
以上の様に位置ベクトル表示の点と方向ベクトル表示を方向余弦入力表示として、共にパラメータ設定思想で２〜３次直線・２次円弧・２〜３次曲線を表現する事が出来る内容を説明した。曲面の形状図形要素は点・直線・円弧・曲線であって、点以外は説明をしたので本発明で用いる点の思想を説明する。
位置ベクトルとなる点に貸与する方向ベクトルを本発明では方向余弦入力としてあり、このベクトルの考え方はを説明する。
仮に点を地球儀と仮定し、この地球儀の点に方向余弦のベクトルを付加する事は、地球儀の表面の任意の１点を定め核心点と定めた地球儀の任意の１点を最短距離即ち直線で結びその直線を延長させた方向を３次元ベクトル表示の方向余弦を用いる、この様な方向ベクトルを点に貸与する。
座標空間内に位置ベクトルの点１を設けこの点に方向ベクトルを方向余弦表示で付加した点要素があり、更にもう１点を設けこれを点２とし、この点にも同様に方向余弦表示のベクトルを与える。この位置ベクトル並び方向ベクトルにパラメータ処理を組み込む事で、点１から点２に点が移動する事で、図形要素である直線・円弧・曲線が創製出来る。
更にこの図形要素を移動させる、例えば平行移動・オフセット移動・旋回移動・ねじれ移動等を行えば、これら全ては曲面が創製される。特別に面と認識させなくとも自然に自由曲面までが創製出来る。
この移動の移動変化をパラメータ処理し、任意に定めた分割値あるいは按分比を考慮処理すれば、自然と曲面創製用ＮＣデータが創製出来るはずである。
【００２４】
図９は一般の３次元ＣＡＤ／ＣＡＭの加工データ出力で点を発生させた状態を２次元３面図形式で作画したものである。ここの円弧成分に対しての処理を考えれば曲率半径がからむ図形故に、理想は角度分割による点の発生などであるが、一定分解能を採用しているＣＡＤ／ＣＡＭは加工データ分解能で端数が発生する箇所では点が密集する欠点がある。それ故に分解能を極力小さい指令が強いられているサンプルである。
【００２５】
図１１は３ヶの曲面パッチの例で２ヶ所の接合稜線部分があり、１ヶ所は滑らかな稜線の接合箇所があり、他の１ヶ所はくっきりした稜線の折れ線接合図形の２次元３面図である。
【００２６】
図１２は複数曲面パッチを、本発明の物理プロセスをコンピュータにより制御して面加工用ＮＣデータ作成プログラムに用いる、位置ベクトル並びにＡとＢパラメータ信号となるベクトル値を図１１の曲線類から関連抽出したデータであ
る。
この曲面処理は図１０の点Ｐ横のパターンによるプログラムパターンとし
曲面１□点６１・点６３・点６４・点６２・点６１
曲面２□点６３・点６５・点６６・点６４・点６３
曲面３□点６７・点６９・点７０・点６８・点６７で
曲面１と曲面２の稜線は滑らか接合であり曲面２と曲面３の稜線は折れ線接合である。
本発明の物理プロセスのコンピュータ制御のデータを関数関係を２つのパラメータ信号処理手法の曲面パッチの説明で４端点４曲線が基本パターンと説明をした。曲面パッチが２ヶある時の接合状態を考えた時２種類の接合が考えられる。
１つは折れ線接合であり、もう１つは滑らか接合である。本発明ではこの両者ともパラメータ処理を考慮したプログラム作成が出来る。
３次元ＣＡＤ／ＣＡＭではこの処理の滑らか補間のみで折れ線接合が基本的に出来ていない為に図１３の分解能をＮＣマシンの極限値の０．１ミリ指定で逃げている。
本発明の処理は接合する稜線となる箇所図１２の図形番号＃１６４（曲面１と曲面２の接合箇所）の点即ち、ベクトルを貸与した点のパラメータ信号値である位置ベクトルと方向ベクトルを互いに完全一致させれば良い。
この場合の基本は重複ダブった形状データの作文であるが、全く同一の場合は前後どちらかの形状データを省略する事が出来る仕組みになっている。
一方図形番号＃１６７（曲面２と曲面３の接合箇所）は曲面２と曲面３の稜線は完全な折れ線処理になるパラメータ信号を設定することで図１１の３次元曲面図形を表現出来る。
図１２のこの３ヶの曲面パッチ□・点６１・点６３・点６５・点６７・点６９・点７０・点６８・点６６・点６４・点６２・点６１の加工プログラムは参考として、図２１のプログラムに、ＮＣデ−タ変換した工具軌跡は図２４に記載した。
【００２７】
図１３は一般の３次元ＣＡＤ／ＣＡＭの加工データ出力で点を発生させた状態を２次元３面図形式で作画したものである。
従来の技術の項でも説明した如く３次元ＣＡＤ／ＣＡＭはソフト構成上３次元稜線となる、くっきりした境界線を切削加工で処理する事が不得意である。
先の説明で記したように３次元曲面には曲面パッチ間で滑らか稜線発生の接面接合には問題は発生しない。稜線図形１８３の様に滑らかな面近辺では工具軌跡が、稜線ライン近辺でバラ付いても全体形状あまり支障はない。
しかし、稜線をくっきり表現させる折れ線接合では工具軌跡点が稜線線上に来る事が理想曲面である。
稜線図形１８４を見れば一目瞭然この稜線上に来る点は１割もないとすると加工結果はガタガタになって稜線のイメージは全く損なわれる。
それ故に３次元ＣＡＤ／ＣＡＭでは分解能をＮＣマシン加工デー長として限界ぎりぎりの０．１ミリ指定等が指示される原因となる、そのサンプルである。
【００２８】
図１４は曲面パッチを行列配列処理した曲面パッチで曲面は滑らか補間曲面とした。図面を見ても理解出来る様に計算する曲面形状はＬ型であって、曲面パッチを行列マトリックス状にパラメータ信号値を受け付けるベクトルを貸与した点を配列出来れば良い。
４端点４曲線の曲面パッチで、対向点となる２つのＡとＢパラメータ信号値が同一値になる事はない、それは曲面でなく曲線となるからである。
しかし、４端点４曲線で、どれか隣り合わせの点が同一になる、即ち４端点３曲線になる事が発生する。それは言い換えれば３角曲面パッチである。
本発明の物理プロセスのコンピュータ制御のデータを関数関係を２つのパラメータ信号処理手法の曲面パッチの説明で４端点４曲線が基本パターンと説明をした。しかし、曲面パッチは４曲線４端点で全ての曲面が構成している訳では無い。
４端点３曲線も受け付けられなければ、物理プロセスのコンピュータ制御のデータを関数関係を２つのパラメータ信号処理手法の機能が半減してしまう。
これらプログラムには３角曲面パッチと４角曲面パッチの混在群であっても、本発明では処理可能としてある。
【００２９】
図１５は横１行に３ヶの曲面パッチを滑らかに連結接合し、縦にこの連結曲面パッチを４段滑らか接合で重ねた構造の曲面パッチである。
本発明の物理プロセスのコンピュータ制御のデータを関数関係を有する２つのパラメータ信号処理手法の曲面パッチ面加工用ＮＣデータ作成プログラムは、図１０の点Ｐ横のパターンによるプログラムとした。
図１５の曲面パッチの位置ベクトルの点に関係関数を有する２つのＡとＢパラメータを貸与する点を持つ曲面パッチの配列は、３行×４列＝合計１２ヶの曲面パッチとなる。
しかも１２ヶの曲面パッチは左右・上下・上下左右共に滑らか接合であるので、個々の曲面パッチの４端点で隣り合わせ同士でベクトル値が同一の場合は、その一方を省略出来るから、これを整理するとこの配列は図１６の如くなる。
図１４の３次元形状を図１５の如く接交点となる点をデジタル表示して、図１６の如くこの点を配列した加工プログラムは参考として、図２２プログラムに、ＮＣデ−タ変換した工具軌跡は図２５に記載した。
【００３０】
図１５の形状データ構造から、物理プロセスをコンピュータにより制御して面加工用ＮＣデータ作成方法を考えた時、一番効率の良い手法は３次元ＣＡＤからモデリング形状データの主曲線と従曲線の交差した交点である結節点の位置ベクトルと方向ベクトル点を抽出する方法である。しかし、プリミティブ形状の立体やこの立体を多少変形又は修正処理した形状は、ものづくりを行う現場では沢山見受けられる。この種の形状は３次元形状であるが、２次元ＣＡＤで充分関数関係を有する２つのＡとＢパラメータ信号を演算設定する事は充分可能である。
２次元ＣＡＤもコンピュータ制御で演算作画するツールであり、精度的にも２次元ＣＡＤ活用の方が高く、プログラム技術者が若干知恵なる手を加えた処理も可能な理想曲面の創製となって、全てをデジタル処理のみでなくアナログ処理も割り込み挿入処理が出来る。
本発明の物理プロセスをコンピュータ制御して面を加工用ＮＣデータ作成方法を点に関数関係を有する２つのＡとＢパラメータ信号値を演算処理処理する方法に当たってデジタル処理単独でも、デジタルにアナログを加算処理方法でも、又全てアナログ処理単独でも可能であるが、これらを最終的には物理プロセスをコンピュータにより制御して面加工用ＮＣデータ作成が出来る方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単体曲面パッチを説明する４端点４曲線構成曲面パッチの２次元表現３面図の投影図である。
【図２】図１を曲面パッチとしてとらえる図形要素内容の２次元表現３面図の投影図である。
【図３】図１の曲面パッチをベクトル換算処理する為に必要な形状データの２次元表現３面図の投影図である。
【図４】本発明で用いる２次直線を点とベクトルで表現するために立体図形から形状データを抽出する２次元表現３面図の投影図である。
【図５】本発明で用いる３次直線を点とベクトルで表現するために立体図形から形状データを抽出する２次元３面図の投影図である。
【図６】本発明で用いる２次円弧を点とベクトルで表現するために２次元円弧図形から形状データを抽出するす２次元面図である。
【図７】本発明で用いる２次曲線を点とベクトルで表現するために点とベクトルを与えて２次曲線を創製する２次元表現３面図である。
【図８】本発明で用いる３次曲線を点とベクトルで表現するために点とベクトルを与えて３次曲線を創製する２次元表現３面図である。
【図９】図１の形状を３次元ＣＡＤ／ＣＡＭが面加工用ＮＣデータ変換の想定を２次元表現３面図で現した図である。
【図１０】本発明では加工を考えて形状データの開始点を決めるその加工パターン８種類の図示図である。
【図１１】本発明で用いる曲面パッチが複数の場合の曲面パッチ構成図を２次元表現３面図の投影図である。
【図１２】図１１の複数・曲面パッチをベクトル貸与点として処理するに必要な形状データの２次元表現３面図の投影図である。
【図１３】図１１の形状を３次元ＣＡＤ／ＣＡＭが面加工用ＮＣデータ変換の想定を２次元表現３面図で現した図である。
【図１４】本発明で用いる曲面パッチを行列配列処理した場合の曲面パッチ構成図を２次元表現３面図の投影図である。
【図１５】図１４の曲面パッチを行列配列処理した曲面パッチをのベクトル貸与点として処理するに必要な形状データの２次元表現３面図の投影図である。
【図１６】図１５の曲面パッチを行列配列処理した曲面の点をフラットに配列置換した説明図である。
【図１７】本発明に用いるベクトルは方向余弦表示方式を採用しているので、文献より抜粋して本発明に利用説明し易くした説明図である。
【図１８】本ＮＣデータ作成システムの基本レイアウトブロック概念図である。
【符号の説明】
５００  入出力指令キーボード
５１０  中央演算装置
５２０  表示装置
５３０  記録装置
５４０  ＮＣデータ
５５０  プログラムや変換データの格納装置
【図１９】本システムの中央演算装置の内部図構成図である。
【図２０】本発明の図３の単体・曲面パッチ１の加工プログラム１の例である。
【図２１】本発明の図１２の複数・曲面パッチ２の加工プログラム２の例である。
【図２２】本発明の図１５の曲面パッチの行列配列の加工プログラム３の例である。
【図２３】本発明の図３の単体・曲面パッチ１プログラム実行ＮＣデータ変換工具軌跡のアイソメ・左からの投影・上からの投影・正面からの投影である。
【図２４】本発明の図１２の複数・曲面パッチ２プログラム実行ＮＣデータ変換工具軌跡のアイソメ・左からの投影・上からの投影・正面からの投影である。
【図２５】本発明の図１５の曲面パッチの行列配列プログラム実行ＮＣデータ変換工具軌跡のアイソメ・左からの投影・上からの投影・正面からの投影である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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