(57)【要約】【課題】  工具参照面モデルを精度よく作成するための技術を提供する。【解決手段】  工具参照面モデルの作成装置は、加工面が配置された三次元空間に三次元格子を区画し、加工面上の代表点毎に工具形状を反転配置し、工具形状が存在する単位三次元格子群領域を記述する転置工具格子データと、工具形状境界が通過する単位三次元格子群に属する格子点毎に工具形状境界までの距離値を記述する転置距離場データを作成する手段と、各転置工具格子データの単位三次元格子群領域を併合し、併合領域の境界に位置する単位三次元格子群を記述する併合格子データを作成する手段と、併合格子データの単位三次元格子群に属する格子点毎に、転置距離場データ群のなかの最小距離値を記述する併合距離場データを作成する手段と、併合距離場データが格子点毎に記述する距離値に基づいて工具参照面モデルを作成する手段を備えている。【選択図】図１
2007193552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工面を記述している加工面データに基づいて、その加工面を素材に加工するための工具の経路を定める工具参照面モデルを作成する装置であって、
加工面が配置された三次元空間を記述している加工面データの記憶手段と、
工具基準点を基準にして工具形状を記述している工具形状データの記憶手段と、
加工面データが記述する三次元空間に三次元格子を区画し、加工面が通過する単位三次元格子を特定し、その単位三次元格子内の加工面上に代表点を決定し、特定した単位三次元格子群と決定した代表点群とを対応付けて記述する加工面格子データを作成する手段と、
前記三次元格子を区画した三次元空間に、工具形状データに記述されている工具形状を、前記加工面上の代表点に工具基準点を位置させるとともに、加工時の姿勢に対して反転させて配置したときに、工具形状の境界が通過する単位三次元格子群を特定するとともに、その単位三次元格子群に属する各格子点から工具形状の境界までの距離値をそれぞれ計算し、工具形状が存在する単位三次元格子群領域を記述する転置工具格子データと、計算した距離値を格子点の位置に対応付けて記述する転置距離場データを、加工面格子データに記述されている代表点毎に作成する手段と、
転置工具格子データ群のそれぞれに記述されている単位三次元格子群領域を併合した併合単位三次元格子群領域の境界に位置する単位三次元格子群を特定し、特定した単位三次元格子群を記述する併合格子データを作成する手段と、
併合格子データに記述されている単位三次元格子群に属する格子点毎に、転置距離場データ群に記述されている距離値のなかの最小値を特定し、特定した最小距離値を格子点の位置に対応付けて記述する併合距離場データを作成する手段と、
併合距離場データに記述されている格子点の位置と距離値に基づいて、工具参照面モデルを作成する手段と、
を備える工具参照面モデルの作成装置。
【請求項２】
前記加工面格子データを作成する手段は、特定した単位三次元格子の中心から最寄りに位置する加工面上の最寄点を、前記加工面上の代表点に決定することを特徴とする請求項１の工具参照面モデルの作成装置。
【請求項３】
加工面を記述している加工面データに基づいて、その加工面を素材に加工するための工具の経路を定める工具参照面モデルを作成する方法であって、
加工面が配置された三次元空間を記述している加工面データを用意する工程と、
工具基準点を基準にして工具形状を記述している工具形状データを用意する工程と、
加工面データが記述する三次元空間に三次元格子を区画し、加工面が通過する単位三次元格子を特定し、その単位三次元格子内の加工面上に代表点を決定し、特定した単位三次元格子群と決定した代表点群とを対応付けて記述する加工面格子データを作成する工程と、
前記三次元格子を区画した三次元空間に、工具形状データに記述されている工具形状を、前記加工面上の代表点に工具基準点を位置させるとともに、加工時の姿勢に対して反転させて配置したときに、工具形状の境界が通過する単位三次元格子群を特定するとともに、その単位三次元格子群に属する各格子点から工具形状の境界までの距離値をそれぞれ計算し、工具形状が存在する単位三次元格子群領域を記述する転置工具格子データと、計算した距離値を格子点の位置に対応付けて記述する転置距離場データを、加工面格子データに記述されている代表点毎に作成する工程と、
転置工具格子データ群のそれぞれに記述されている単位三次元格子群領域を併合した併合単位三次元格子群領域の境界に位置する単位三次元格子群を特定し、特定した単位三次元格子群を記述する併合格子データを作成する工程と、
併合格子データに記述されている単位三次元格子群に属する格子点毎に、転置距離場データ群に記述されている距離値のなかの最小値を特定し、特定した最小距離値を格子点の位置に対応付けて記述する併合距離場データを作成する工程と、
併合距離場データに記述されている格子点の位置と距離値に基づいて、工具参照面モデルを作成する工程と、
を備える工具参照面モデルの作成方法。
【請求項４】
工具の経路を記述している工具経路データに基づいて、その工具経路に沿って工具を移動させたときに素材に形成される加工面のモデルを作成する装置であって、
工具経路が配置された三次元空間を記述している工具経路データの記憶手段と、
素材形状を記述している素材形状データの記憶手段と、
工具基準点を基準にして工具形状を記述している工具形状データの記憶手段と、
工具経路データに記述されている三次元空間に三次元格子を区画し、工具経路が通過する単位三次元格子を特定し、その単位三次元格子内の工具経路上に代表点を決定し、特定した単位三次元格子と決定した代表点とを対応付けて記述する工具経路格子データを作成する手段と、
前記三次元格子を区画した三次元空間に、素材形状データに記述されている素材形状を配置したときに、素材形状の境界が通過する単位三次元格子群を特定するとともに、その単位三次元格子群に属する各格子点から素材形状の境界までの距離値をそれぞれ計算し、素材形状が存在する単位三次元格子群領域を記述する素材格子データと、計算した距離値を格子点の位置に対応付けて記述する素材距離場データを作成する手段と、
前記三次元格子を区画した三次元空間に、工具形状データに記述されている工具形状を、前記工具経路上の代表点に工具基準点を位置させるとともに加工時の姿勢で配置したときに、工具形状の境界が通過する単位三次元格子群を特定するとともに、その単位三次元格子群に属する各格子点から工具形状の境界までの距離値をそれぞれ計算し、工具形状が存在する単位三次元格子群領域を記述する正置工具格子データと、計算した距離値を格子点の位置に対応付けて記述する正置距離場データを作成する手段と、
素材格子データに記述されている単位三次元格子群領域から、正置工具格子データに記述されている単位三次元格子群領域と共通する領域を除外した差分単位三次元格子群領域の境界に位置する単位三次元格子群を特定し、特定した単位三次元格子群を記述する差分格子データを作成する手段と、
差分格子データに記述されている単位三次元格子群に属する格子点毎に、素材距離場データに記述されている距離値と、正置距離場データに対応付けて記述されている距離値の正負を反転させた距離値のなかの最大値を特定し、特定した最大距離値を格子点の位置に対応付けて記述する差分距離場データを作成する手段と、
差分距離場データに記述されている格子点の位置と距離値に基づいて、加工面モデルを作成する手段と、
を備える加工面モデルの作成装置。
【請求項５】
工具の経路を記述している工具経路データに基づいて、その工具経路に沿って工具を移動させたときに素材に形成される加工面モデルを作成する方法であって、
工具経路が配置された三次元空間を記述している工具経路データを用意する工程と、
素材形状を記述している素材形状データを用意する工程と、
工具基準点を基準にして工具形状を記述している工具形状データを用意する工程と、
工具経路データに記述されている三次元空間に三次元格子を区画し、工具経路が通過する単位三次元格子を特定するとともに、その単位三次元格子内の工具経路上に代表点を決定し、特定した単位三次元格子と決定した代表点とを対応付けて記述する工具経路格子データを作成する工程と、
前記三次元格子を区画した三次元空間に、素材形状データに記述されている素材形状を配置したときに、素材形状の境界が通過する単位三次元格子群を特定するとともに、その単位三次元格子群に属する各格子点から素材形状の境界までの距離値をそれぞれ計算し、素材形状が存在する単位三次元格子群領域を記述する素材格子データと、計算した距離値を格子点の位置に対応付けて記述する素材距離場データを作成する工程と、
前記三次元格子を区画した三次元空間に、工具形状データに記述されている工具形状を、前記工具経路上の代表点に工具基準点を位置させるとともに加工時の姿勢で配置したときに、工具形状の境界が通過する単位三次元格子群を特定するとともに、その単位三次元格子群に属する各格子点から工具形状の境界までの距離値をそれぞれ計算し、工具形状が存在する単位三次元格子群領域を記述する正置工具格子データと、計算した距離値を格子点の位置に対応付けて記述する正置距離場データを作成する工程と、
素材格子データに記述されている単位三次元格子群領域から、正置工具格子データに記述されている単位三次元格子群領域と共通する領域を除外した差分単位三次元格子群領域の境界に位置する単位三次元格子群を特定し、特定した単位三次元格子群を記述する加工素材格子データを作成する工程と、
素材格子データに記述されている単位三次元格子群に属する格子点毎に、素材距離場データに記述されている距離値と、正置距離場データに対応付けて記述されている距離値の正負を反転させた距離値のなかの最大値を特定し、特定した最大距離値を格子点の位置に対応付けて記述する差分距離場データを作成する工程と、
差分距離場データに記述されている格子点の位置と距離値に基づいて、加工面モデルを作成する工程と、
を備える加工面モデルの作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＣ加工技術（数値制御加工技術）で用いられる面モデルを作成する技術に関する。特に、加工面を記述する加工面データに基づいて、その加工面を素材に形成するための工具経路を定める工具参照面モデルを作成する技術に関する。また、工具の経路を記述している工具経路データに基づいて、その工具経路を移動する工具によって素材に形成される加工面モデルを作成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＣ加工技術は、工具と素材を予め教示された移動経路に沿って相対移動させることによって、素材に所定の加工面を形成する。加工面の形状は、三次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置等を用いて作成された加工面データで表現される。ＮＣ工作機械を用いて素材に加工面を形成するためには、その加工面を記述する加工面データに基づいて、工具の移動経路を定める必要がある。
ＮＣ加工技術では、工具の位置を座標で記述するために、工具に基準点が定められている。それにより、工具の移動経路は、工具の基準点の移動経路によって定められる。工具の移動経路は、工具の刃先面を加工面に接触させながら移動させたときに、工具基準点が移動する経路に等しい。即ち、工具の移動経路は、加工面から工具形状分だけオフセットさせた面上に位置することとなる。このオフセット面を工具参照面という。工具の移動経路を定めるためには、加工面を記述する加工面データに基づいて、工具参照面モデルを作成する必要がある。
特許文献１には、逆オフセット法を利用して、工具参照面モデルを作成する技術が記載されている。逆オフセット法は、加工面を点群あるいは微小平面群（STL: Stereo lithography）等の近似要素で近似し、工具形状を加工時の姿勢に対して反転させた仮想反転工具を、工具基準点が各近似要素に位置するように配置する。そして、配置した仮想反転工具形状群の包絡面を求めることによって、工具参照面のモデルを作成するものである。
【特許文献１】特開平４−１３３１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の技術では、曲面等によって記述されている加工面を直接取り扱うことができないことから、加工面を近似要素群で近似した近似モデルに基づいて、工具参照面を計算する必要が生じる。そのことから、作成される工具参照面モデルには、近似処理に起因する誤差が生じてしまう。この誤差を低減するためには、加工面を細かに近似することが必要となるが、細かな近似処理を行うほど、計算負荷は増大してしまう。近似モデルを用いることなく、工具参照面モデルを精度よく作成する技術が必要とされている。
また、ＮＣ加工技術では、例えば実際の加工に先立って工具の経路を評価するために、工具経路データに基づいて、素材に形成される加工面のモデルを精度よく作成する技術が必要とされている。
本発明は、上記の課題を解決する。本発明は、工具参照面モデルや加工面モデルを精度よく作成するための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の技術は、加工面を記述している加工面データに基づいて、その加工面を素材に加工するための工具の経路を定める工具参照面モデルを作成する装置に具現化することができる。この工具参照面モデルの作成装置は、加工面データの記憶手段と、工具形状データの記憶手段と、加工面格子データを作成する手段と、転置工具格子データと転置距離場データを作成する手段と、併合格子データを作成する手段と、併合距離場データを作成する手段と、工具参照面モデルを作成する手段とを備えている。
加工面データは、加工面が配置された三次元空間を記述している。工具形状データは、工具基準点を基準にして工具形状を記述している。
加工面格子データを作成する手段は、加工面データが記述する三次元空間に三次元格子を区画し、加工面が通過する単位三次元格子を特定し、その単位三次元格子内の加工面上に代表点を決定し、特定した単位三次元格子群と決定した代表点群とを対応付けて記述する加工面格子データを作成する。
転置工具格子データと転置距離場データを作成する手段は、前記三次元格子を区画した三次元空間に、工具形状データに記述されている工具形状を、前記加工面上の代表点に工具基準点を位置させるとともに、加工時の姿勢に対して反転させて配置したときに、工具形状の境界が通過する単位三次元格子群を特定するとともに、その単位三次元格子群に属する各格子点から工具形状の境界までの距離値をそれぞれ計算し、工具形状が存在する単位三次元格子群領域を記述する転置工具格子データと、計算した距離値を格子点の位置に対応付けて記述する転置距離場データを作成する。ここで、転置工具格子データと転置距離場データを、加工面格子データに記述されている代表点毎に作成する。
併合格子データを作成する手段は、転置工具格子データ群のそれぞれに記述されている単位三次元格子群領域を併合した、併合単位三次元格子群領域の境界に位置する単位三次元格子群を特定し、特定した単位三次元格子群を記述する併合格子データを作成する。
併合距離場データを作成する手段は、併合格子データに記述されている単位三次元格子群に属する格子点毎に、転置距離場データ群に対応付けて記述されている距離値のなかの最小値を特定し、特定した距離値を格子点の位置に対応付けて記述する併合距離場データを作成する。
工具参照面モデルを作成する手段は、併合距離場データに記述されている格子点の位置と距離値に基づいて、工具参照面モデルを作成する。
【０００５】
工具参照面モデルの作成装置は、先ず、加工面が配置されている三次元空間に三次元格子を区画し、加工面が通過する単位三次元格子群を特定し、その単位三次元格子内の加工面上に代表点を決定する。加工面が通過する単位三次元格子毎に代表点を定めることによって、加工面上の代表点を三次元空間の各方向に関して比較的に均等に定めることができる。それにより、様々な方向に広がる加工面を取扱うことができる。
次いで、工具参照面モデルの作成装置は、加工面上に定めた代表点毎に、転置工具格子データと転置距離場データを作成する。転置工具格子データと転置距離場データは、加工面上に定めた代表点に工具基準点を位置させるとともに、加工時の姿勢に対して反転させて配置した工具形状を、三次元格子空間で表現する。即ち、転置工具格子データは、三次元格子空間に反転配置した工具形状を、工具形状が存在する単位三次格子群領域によって記述する。転置距離場データは、工具形状の境界が通過する単位三次元格子群に属する各格子点から工具形状の境界までの距離値を記述することによって、工具形状の境界が通過する単位三次元格子内における工具形状の境界位置を示す。
【０００６】
次いで、工具参照面モデルの作成装置は、加工面上の代表点毎に作成した転置工具格子データ群を用いて、併合格子データを作成する。転置工具格子データ群のそれぞれが記述する単位三次元格子群領域は、加工面上の一の代表点に反転配置した工具形状に対応する。従って、転置工具格子データ群のそれぞれが記述する単位三次元格子群領域を併合した領域は、加工面上の各代表点に反転配置した工具形状群の包絡形状に対応し、その併合領域の境界に位置する単位三次元格子群は、加工面上の各代表点に反転配置した工具形状群の包絡境界面が通過するものとなる。工具形状群の包絡境界面は工具参照面に対応することから、併合格子データは、工具参照面が通過する単位三次元格子群を記述するものとなる。
次いで、工具参照面モデルの作成装置は、併合格子データと、加工面上の代表点毎に作成した転置距離場データ群を用いて、併合距離場データを作成する。併合格子データが記述する単位三次元格子群に属する各格子点に対して、転置距離場データ群に記述されている距離値のなかの最小値は、加工面上の各代表点に反転配置した工具形状群の包絡境界面までの距離値を示す。即ち、工具境界面までの距離値を示す。従って、併合格子データに記述されている単位三次元格子群に属する格子点毎に、転置距離場データ群に記述されている距離値のなかの最小値を抽出することによって、工具参照面が通過する単位三次元格子群に属する格子点毎に、工具参照面までの距離値を記述する併合距離場データを得ることができる。
最後に、工具参照面モデルの作成装置は、併合距離場データを用いて、三次元空間に配置された工具参照面を表す工具参照面モデルを作成する。併合距離場データは、工具参照面が通過する単位三次元格子に属する格子点毎に、工具参照面までの距離値を記述している。格子点毎に記述されている距離値に基づいて、工具参照面モデルを作成することができる。
この工具参照面モデルの作成装置によると、加工面や工具形状等を近似要素等で近似した近似モデルを用いる必要がなく、工具参照面モデルを精度よく作成することができる。
【０００７】
上記した工具参照面モデルの作成装置において、加工面格子データを作成する手段は、特定した単位三次元格子の中心から最寄りに位置する加工面上の最寄点を、前記加工面上の代表点に決定することが好ましい。
それにより、加工面上の代表点を三次元の各方向に関してより均等に定めることができる。
【０００８】
本発明の技術は、加工面を記述している加工面データに基づいて、その加工面を素材に加工する工具参照面モデルを作成する方法に具現化することもできる。この工具参照面モデルを作成する方法は、加工面データを用意する工程と、工具形状データを用意する工程と、加工面格子データを作成する工程と、転置工具格子データと転置距離場データを作成する工程と、併合格子データを作成する工程と、併合距離場データを作成する工程と、工具参照面モデルを作成する工程とを備えている。
この工具参照面モデルの作成方法によると、加工面や工具形状等を近似要素等で近似した近似モデルを用いる必要がなく、工具参照面モデルを精度よく作成することができる。
【０００９】
本発明はまた、工具の経路を記述している工具経路データに基づいて、その工具経路に沿って工具を移動させたときに素材に形成される加工面のモデルを作成する装置を提供する。この加工面モデルの作成装置は、工具経路データの記憶手段と、素材形状データの記憶手段と、工具形状データの記憶手段と、工具経路格子データを作成する手段と、素材格子データと素材距離場データを作成する手段と、正置工具格子データと正置距離場データを作成する手段と、差分格子データを作成する手段と、加工面モデルを作成する手段とを備えている。
工具経路データは、工具経路が配置された三次元空間を記述している。素材形状データは、素材形状を記述している。工具形状データは、工具基準点を基準にして工具形状を記述している。
工具経路格子データを作成する手段は、工具経路データに記述されている三次元空間に三次元格子を区画し、工具経路が通過する単位三次元格子を特定し、その単位三次元格子内の工具経路上に代表点を決定し、特定した単位三次元格子と決定した代表点とを対応付けて記述する工具経路格子データを作成する。
素材格子データと素材距離場データを作成する手段は、前記三次元格子を区画した三次元空間に、素材形状データに記述されている素材形状を配置したときに、素材形状の境界が通過する単位三次元格子群を特定するとともに、その単位三次元格子群に属する各格子点から素材形状の境界までの距離値をそれぞれ計算し、素材形状が存在する単位三次元格子群領域を記述する素材格子データと、計算した距離値を格子点の位置に対応付けて記述する素材距離場データを作成する。
正置工具格子データと正置距離場データを作成する手段は、前記三次元格子を区画した三次元空間に、工具形状データに記述されている工具形状を、前記工具経路上の代表点に工具基準点を位置させるとともに加工時の姿勢で配置したときに、工具形状の境界が通過する単位三次元格子群を特定するとともに、その単位三次元格子群に属する各格子点から工具形状の境界までの距離値をそれぞれ計算し、工具形状が存在する単位三次元格子群領域を記述する正置工具格子データと、計算した距離値を格子点の位置に対応付けて記述する正置距離場データを作成する。
差分格子データを作成する手段は、素材格子データに記述されている単位三次元格子群領域から、正置工具格子データ群に記述されている単位三次元格子群領域と共通する領域を除外した、差分単位三次元格子群領域の境界に位置する単位三次元格子群を特定し、特定した単位三次元格子群を記述する差分格子データを作成する。
差分距離場データを作成する手段は、差分格子データに記述されている単位三次元格子群に属する格子点毎に、素材距離場データに記述されている距離値と、正置距離場データに対応付けて記述されている距離値の正負を反転させた距離値のなかから最大値を特定し、特定した最大距離値を格子点の位置に対応付けて記述する差分距離場データを作成する。
加工面モデルを作成する手段は、差分距離場データに記述されている格子点の位置と距離値に基づいて、加工面モデルを作成する。
【００１０】
加工面モデルの作成装置は、先ず、工具経路が配置されている三次元空間に三次元格子を区画し、工具経路が通過する単位三次元格子群を特定し、特定した各単位三次元格子内の加工面上に代表点を決定する。工具経路が通過する単位三次元格子毎に代表点を定めることによって、工具経路上の代表点を三次元の各方向に関して比較的に均等に定めることができる。それにより、様々な方向に伸びる工具経路を取扱うことができる。
次いで、加工面モデルの作成装置は、素材格子データと素材距離場データを作成する。素材格子データと素材距離場データは、素材形状を三次元格子空間で表現するものである。素材格子データは、三次元格子空間に配置した素材形状を、素材形状が存在する単位三次格子群領域によって記述する。素材距離場データは、素材形状の境界が通過する単位三次元格子群に属する各格子点から素材形状の境界までの距離値を記述することによって、素材形状の境界が通過する単位三次元格子内における素材形状の境界位置を示す。
次いで、加工面モデルの作成装置は、正置工具格子データと正置距離場データを作成する。正置工具格子データと正置距離場データは、工具経路上に定めた代表点に工具基準点を位置させるとともに、加工時の姿勢で配置した工具形状を、三次元格子空間で表現する。即ち、正置工具格子データは、三次元格子空間に配置した工具形状を、工具形状が存在する単位三次格子群領域によって記述する。正置距離場データは、工具形状の境界が通過する単位三次元格子の各格子点から工具形状の境界までの距離値を記述することによって、工具形状の境界が通過する単位三次元格子内における工具形状の境界位置を示す。
【００１１】
次いで、加工面モデルの作成装置は、素材格子データと正置工具格子データを用いて、差分格子データを作成する。素材格子データに記述されている単位三次元格子群領域は、素材形状に対応する。正置工具格子データに記述されている単位三次元格子群領域は、工具形状に対応する。従って、素材格子データに記述されている単位三次元格子群領域から、正置工具格子データに記述されている単位三次元格子群領域と共通する領域を除外した、差分単位三次元格子群領域は、加工後の素材形状に対応する。差分格子データは、その単位三次元格子群領域の境界に位置する単位三次元格子群を記述するものであり、素材に形成される加工面が通過する単位三次元格子群を記述する。
次いで、加工面モデルの作成装置は、差分格子データと、素材距離場データと、正置距離場データを用いて、差分距離場データを作成する。差分格子データが記述する単位三次元格子群に属する各格子点に対して、素材距離場データが記述する距離値と、正置距離場データが記述する距離値の正負を反転させた距離値のうちの最大値は、素材に形成される加工面までの距離値を示す。従って、差分格子データに記述されている単位三次元格子群に属する格子点毎に、素材距離場データが記述する距離値と、正置距離場データに記述されている距離値の正負を反転させた距離値のうちの最大値を抽出することによって、素材に形成される加工面が通過する単位三次元格子群に属する格子点毎に、加工面までの距離値を記述する差分距離場データを得ることができる。
最後に、加工面モデルの作成装置は、差分距離場データを用いて、素材に形成される加工面を表す加工面モデルを作成する。差分距離場データは、加工面が通過する単位三次元格子群に属する格子点毎に、加工面までの距離値を記述している。格子点毎に記述されている距離値に基づいて、加工面を表現する加工面モデルを作成することができる。
この加工面モデルの作成装置によると、工具経路や素材形状や工具形状等を近似要素等で近似した近似モデルを用いる必要がなく、加工面モデルを精度よく作成することができる。
【００１２】
本発明の技術は、工具の経路を記述している工具経路データに基づいて、その工具経路に沿って工具を移動させたときに素材に形成される加工面モデルを作成する方法にも具現化される。この加工面モデルの作成方法は、工具経路データを用意する工程と、素材形状データを用意する工程と、工具形状データを用意する工程と、工具経路格子データを作成する工程と、素材格子データと素材距離場データを作成する工程と、正置工具格子データと正置距離場データを作成する工程と、差分格子データを作成する工程と、加工面モデルを作成する工程とを備えている。
この加工面モデルの作成方法によると、工具経路や素材形状や工具形状等を近似要素等で近似した近似モデルを用いる必要がなく、加工面モデルを精度よく作成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によって、ＮＣ加工技術で用いる面モデルを精度よく作成することができ、ＮＣ加工の加工品質を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１）  加工面データや工具形状データは、３次元ＣＡＤ装置を用いて作成される。
（形態２）  格子データ作成部は、先ず、三次元格子が区画された空間に、工具形状データが記述する工具形状を、工具基準点を原点に位置させるとともに基準となる姿勢で配置したときに、工具形状の境界が通過する単位三次元格子群を記述する工具格子データを作成する。次いで、格子データ作成部は、工具格子データを用いて、加工面上の代表点毎に転置工具格子データを作成する。
【実施例】
【００１５】
（第１実施例）
図１は、本発明を実施した第１実施例の工具参照面モデルの作成装置１０の機能的な構成を示している。工具参照面モデルの作成装置１０は、加工面を記述している加工面データに基づいて、その加工面を素材に加工するための工具経路を定める工具参照面モデルを作成する。工具参照面モデルの作成装置１０が作成した工具参照面モデルは、数値制御（ＮＣ）工作機械に教示する工具経路データを作成するのに用いることができる。
図１に示すように、工具参照面モデルの作成装置１０は、機能的に、データ記憶部２０と、データ作成部５０と、入出力部７０を備えている。工具参照面モデルの作成装置１０は、主にコンピュータ装置を用いて構成されており、コンピュータ装置のハードウエアやソフトウエア等によって、データ記憶部２０やデータ作成部５０や入出力部７０が構成されている。
【００１６】
データ記憶部２０は、加工面データ２２と、工具形状データ２４と、加工面格子データ２６と、工具格子データ２８と、転置工具格子データ３０群と、転置距離場データ３２群と、併合格子データ３４と、併合距離場データ３６と、工具参照面データ３８等を記憶することができる。加工面データ２２と工具形状データ２４は、入出力部７０を介して外部から教示され、データ記憶部２０に記憶される。加工面格子データ２６と、工具格子データ２８と、転置工具格子データ３０と、転置距離場データ３２と、併合格子データ３４と、併合距離場データ３６と、工具参照面データ３８は、データ作成部５０によって作成される。
データ作成部５０は、格子データ作成部５２と、転置データ作成部５４と、併合データ作成部５６と、工具参照面データ作成部５８を備えている。格子データ作成部５２は、加工面データ２２を用いて、加工面格子データ２６を作成する。また、格子データ作成部５２は、工具形状データ２４を用いて、工具格子データ２８を作成する。転置データ作成部５４は、加工面格子データ２６と工具格子データ２８を用いて、転置工具格子データ３０群と、転置距離場データ３２群を作成する。併合データ作成部５６は、転置工具格子データ３０群を用いて、併合格子データ３４を作成する。また、併合データ作成部５６は、転置距離場データ３２群と併合格子データ３４群を用いて、併合距離場データ３６を作成する。工具参照面データ作成部５８は、併合格子データ３４と併合距離場データ３６を用いて、工具参照面モデルを記述する工具参照面データ３８を作成する。
【００１７】
図２は、工具参照面モデルの作成装置１０が、工具参照面モデルを作成する際に実行する処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すフローに沿って、工具参照面モデルの作成装置１０が、外部から教示された加工面データ２２と工具形状データ２４に基づいて、工具参照面モデルを記述する工具参照面データ３８を作成する処理の流れについて説明する。
ステップＳ２において、工具参照面モデルの作成装置１０は、入出力部７０を介して加工面データ２２と工具形状データ２４を入力し、データ記憶部２０に記憶する。加工面データ２２と工具形状データ２４は、外部の三次元ＣＡＤ装置等によって作成される。
図３は、加工面データ２２が記述する加工面２２ａの一例を示している。図３に例示するように、加工面データ２２は、ｘｙｚ空間に配置された複数の基本形状によって、素材１２３ａに形成する加工面２２ａを記述している。基本形状には、例えば頂点Ｖや稜線Ｃや面Ｓ等が用いられている。稜線Ｃには、例えば直線や曲線等が用いられており、面Ｓには、平面、円柱面、球面、自由曲面等が用いられている。稜線Ｃは、パラメータｔを用いた曲線表現式Ｃ（ｔ）で記述されている。面Ｓは、パラメータｕ，ｖを用いた面表現式Ｓ（ｕ，ｖ）で記述されている。加工面２２ａを記述している基本形状Ｖ、Ｃ、Ｓには、それぞれを識別可能な識別子ＩＤが割り当てられている。
なお、加工面データ２２は、ｘｙｚ空間に配置された点群や、ｘｙｚ空間に配置された基準平面群（STL: Stereo lithography）によって、加工面２２ａを近似して記述するデータであってもよい。
図４は、工具形状データ２４が記述する工具形状２４ａの一例を示している。図４に例示するように、工具形状データ２４は、ｘｙｚ空間に配置された複数の基本形状（頂点Ｖ、稜線Ｃ、面Ｓ等）によって、工具形状２４ａの境界面２４ｂを記述している。工具形状データ２４は、工具基準点２４ｃの配置位置をｘｙｚ空間の原点とし、基準となる姿勢（ここでは工具軸がｚ軸に平行）で工具形状２４ａを配置した状態を記述している。工具形状２４ａの境界面２４ｂを記述する各基本形状Ｃ、Ｓには、それぞれを識別可能な識別子ＩＤが割り当てられている。
なお、工具形状データ２２は、ｘｙｚ空間に配置された点群や、ｘｙｚ空間に配置された基準平面群（ＳＴＬ）によって、工具形状２４ａの境界面２４ｂを近似して記述するものでもよい。
また、図４はボールエンドミルを例示しているが、工具参照面モデルの作成装置１０は、フラットエンドミルやラジアスエンドミル等の他の回転工具、あるいは他の非回転工具用の工具参照面データ３８を作成することもできる。
【００１８】
図２のステップＳ４では、データ作成部５０の格子データ作成部５２が、加工面格子データ２６と工具格子データ２８を作成する。格子データ作成部５２は、データ記憶部２０に記憶されている加工面データ２２を用いて加工面格子データ２６を作成し、データ記憶部２０に記憶されている工具形状データ２４を用いて工具格子データ２８を作成する。
図５を参照して、格子データ作成部５２が加工面格子データ２６を作成する処理について説明する。図５に示すように、格子データ作成部５２は、加工面データ２２が工具形状２２ａを記述しているｘｙｚ空間に三次元格子を区画したときに、区画されたボクセル（Volume cell：単位三次元格子）ＶＸＬ群のなかで、加工面２２ａが通過する加工面ボクセルＶＸＬａを特定する。また、格子データ作成部５２は、特定した加工面ボクセルＶＸＬａ内の加工面２２ａ上に代表点Ｎａと、代表点Ｎａが属する基本形状の識別子ＩＤを特定する。このとき、格子データ作成部５２は、加工面ボクセルＶＸＬの中心点Ｇから最寄りに位置する加工面２２ａ上の最寄点を、加工面２２ａ上の代表点Ｎａと決定する。なお、代表点Ｎａは、中心点ｇから最寄りに位置する加工面２２ａ上の最寄点に必ずしも限定されない。なお、図５では、図示を明瞭化するために、区画するボクセルの大きさａを、実際よりも拡大して示している。
【００１９】
次いで、格子データ作成部５２は、特定した加工面ボクセルＶＸＬａ群を境界とするボクセル群領域Ｒａを記述するために、加工面ボクセルＶＸＬａのそれぞれが、「上端ボクセル」であるのか、「下端ボクセル」であるのか、その他のボクセルであるのかを判別する。ｘｙ方向の各位置においてｚ方向に伸びる各ボクセル列は、加工面ボクセルＶＸＬａを境界にして、加工面２２ａの内側（素材１２３ａ側）に位置する内側ボクセル列と、加工面２２ａの外側（反素材１２３ａ側）に位置する外側ボクセル列とに区分される。加工面ボクセルＶＸＬａのなかで、その上方（ｚ軸正方向）に外側ボクセル列が隣接している加工面ボクセルＶＸＬａを「上端ボクセル」といい、その下方（ｚ軸負方向）に外側ボクセル列が隣接している加工面ボクセルＶＸＬａを、「下端ボクセル」という。即ち、「上端ボクセル」となる加工面ボクセルＶＸＬａは、ｘｙ方向の各位置においてｚ方向に伸びるボクセル列をみたときに、加工面２２ａの内側（素材１２３ａ側）領域に対応するボクセル群領域Ｒａの上端に位置することを示す。また、「下端ボクセル」となる加工面ボクセルＶＸＬａは、ｘｙ方向の各位置においてｚ方向に伸びるボクセル列をみたときに、加工面２２ａの内側（素材１２３ａ側）領域に対応するボクセル群領域Ｒａの下端に位置することを示す。このとき、一のボクセルが、「上端ボクセル」であるとともに「下端ボクセル」であることもあり得る。
格子データ作成部５２は、特定した加工面ボクセルＶＸＬａ毎に、決定した加工面２２ａ上の代表点（最寄点）Ｎａと、その代表点（最寄点）Ｎａが属する最寄基本形状と、「上端ボクセル」や「下端ボクセル」を区別するフラグを記述する加工面格子データ２６を作成する。加工面格子データ２６は、加工面２２ａが通過する加工面ボクセルＶＸＬａが、「上端ボクセル」であるのか、「下端ボクセル」であるのか、その他のボクセルであるのかを区別して記述することによって、加工面２２ａの内側（素材１２３ａ側）領域に対応するボクセル群領域Ｒａを記述する。
【００２０】
ここで、格子データ作成部５２が、ｘｙｚ空間に区画されたボクセルＶＸＬ群のなかから、加工面２２ａが通過する加工面ボクセルＶＸＬａを特定する手順について、その一例を説明する。先に説明したように、加工面データ２２では、ｘｙｚ空間に配置された頂点Ｖや稜線Ｃや面Ｓ等の基本形状群によって、加工面２２ａが記述されている。
先ず、格子データ作成部５２は、頂点Ｖが内在するボクセルを特定する。図６は、頂点Ｖが内在するボクセルＶＸＬを示している。図６に示すように、頂点Ｖが内在するボクセルＶＸＬは、頂点Ｖの位置から一意に特定することができる。
格子データ作成部５２は、頂点Ｖが内在するボクセルＶＸＬ群を特定すると、次いで稜線Ｃが通過するボクセル群を特定する。稜線Ｃのそれぞれは、一の頂点Ｖから他の頂点Ｖへと伸びている。そのことから、格子データ作成部５２は、先に特定した頂点Ｖが内在するボクセルＶＸＬを起点とし、そのボクセルＶＸＬに隣接する２６個のボクセルＶＸＬについて、稜線Ｃが通過するのか否かを判定する処理を実行する。図７は、稜線Ｃが通過するボクセルＶＸＬを示している。稜線ＣがボクセルＶＸＬを通過するのか否かを判定するためには、そのボクセルＶＸＬの中心点ｇから最寄りに位置する稜線Ｃ上の最寄点Ｃａを求め、最寄点ＣａがそのボクセルＶＸＬ内に位置するのか否かを判定すればよい。ボクセルＶＸＬの中心点ｇに対する稜線Ｃ上の最寄点Ｃａは、中心点ｇと最寄点Ｃａを結ぶベクトルと、最寄点Ｃａにおける接線ベクトルＣ’が垂直であることを拘束条件とし、ニュートン・ラプソン法の解析演算を実行することによって求めることができる。格子データ作成部５２は、頂点Ｖが内在するボクセルＶＸＬに隣接する２６個のボクセルＶＸＬのなかから稜線Ｃが通過するボクセルＶＸＬを特定すると、次いで、その稜線Ｃが通過するボクセルＶＸＬに隣接する２６個のボクセルについて、稜線Ｃが通過するのか否かの判定処理を実行する。このように、稜線Ｃが通過するボクセルＶＸＬを順次追跡していくと、稜線Ｃの他端に位置する頂点Ｖを内在するボクセルＶＸＬへと到達する。一の頂点Ｖが内在するボクセルＶＸＬを起点にし、他の頂点Ｖが内在するボクセルＶＸＬに到達するまで、稜線Ｃが通過するボクセルＶＸＬを順次追跡していくことで、稜線Ｃが通過するボクセルＶＸＬ群を漏れなく特定することができる。
【００２１】
格子データ作成部５２は、各稜線Ｃが通過するボクセルＶＸＬ群を特定すると、次いで面Ｓが通過するボクセル群を特定する。面Ｓのそれぞれは、複数の稜線Ｃによって囲繞されている。そのことから、格子データ作成部５２は、稜線Ｃが通過するボクセルＶＸＬを起点とし、そのボクセルＶＸＬに隣接する２６個のボクセルＶＸＬについて、面Ｓが通過するのか否かを判定する処理を実行する。図８は、面Ｓが通過するボクセルＶＸＬを示している。面ＳがボクセルＶＸＬを通過するのか否かを判定するためには、そのボクセルＶＸＬの中心点ｇから最寄りに位置する面Ｓ上の最寄点Ｓａを求め、最寄点ＳａがそのボクセルＶＸＬ内に位置するのか否かを判定すればよい。ボクセルＶＸＬの中心点ｇに対する面Ｓ上の最寄点Ｓａは、中心点ｇと最寄点Ｓａを結ぶベクトルが、最寄点Ｓａにおけるｓ方向の接線ベクトルＳｕおよびｕ方向の接線ベクトルＳｕに垂直であることを拘束条件とし、ニュートン・ラプソン法の解析演算を実行することによって求めることができる。また、この演算で求めた最寄点Ｓａは、前記した代表点Ｎａに採用される。
格子データ作成部５２は、稜線Ｃが通過するボクセルＶＸＬに隣接する２６個のボクセルＶＸＬのなかから面Ｓが通過するボクセルＶＸＬを特定すると、次いで、その面Ｓが通過するボクセルＶＸＬに隣接する２６個のボクセルについて、面Ｓが通過するのか否かの判定処理を実行する。このようにして、面Ｓが通過するボクセルＶＸＬを順次追跡していくと、面Ｓの境界に位置する他の稜線Ｃが通過するボクセルＶＸＬへと到達する。稜線Ｃが通過する一のボクセルＶＸＬを起点にし、他の稜線Ｃが通過するボクセルＶＸＬに到達するまで面Ｓが通過するボクセルＶＸＬを順次追跡することで、面Ｓが通過するボクセルＶＸＬ群を漏れなく特定することができる。
【００２２】
同様にして、格子データ作成部５２は、工具形状データ２４を用いて、工具格子データ２８を作成する。図９は、工具格子データ２８が記述する情報を模式的に示している。図９に示すように、工具格子データ２８では、工具境界面２４ｂが通過する工具境界面ボクセルＶＸＬｂ群と、工具境界面２４ｂ上の代表点Ｎｂ群と、「上端ボクセル」や「下端ボクセル」等を区別するフラグとが対応付けて記述されている。「上端ボクセル」のフラグが付された工具境界面ボクセルＶＸＬｂは、ｘｙ方向の各位置においてｚ方向に伸びるボクセル列をみたときに、工具形状２４ａが存在するボクセル群領域Ｒｂの上端に位置することを示す。また、「下端ボクセル」のフラグが付された工具境界面ボクセルＶＸＬｂは、ｘｙ方向の各位置においてｚ方向に伸びるボクセル列をみたときに、工具形状２４ａが存在するボクセル群領域Ｒｂの下端に位置することを示す。工具格子データ２８は、工具境界面ボクセルＶＸＬｂ群に上記のフラグを付すことによって、工具形状２４ａが存在するボクセル群領域Ｒｂを記述する。
【００２３】
図２のステップＳ６では、転置データ作成部５４が、加工面格子データ２６に記述されている加工面２２ａ上の代表点Ｎａ毎に、転置工具格子データ３０を作成する。図１０を参照して、一の代表点Ｎａに関する転置工具格子データ３０について説明する。図１０に示すように、転置工具格子データ３０は、工具形状データ２４に記述されている工具形状２４ａを、加工面２２ａ上の代表点Ｎａに工具基準点２４ｃを位置させるとともに、加工時の姿勢に対して反転させて配置したときに、工具形状２４ａの境界面２４ｂが通過する転置工具境界面ボクセルＶＸＬｃ群を記述している。また、転置工具格子データ３０は、転置工具境界面ボクセルＶＸＬｃ毎に、工具境界面２４ｂ上の代表点Ｎｃを記述している。この代表点Ｎｃは、例えば、転置工具境界面ボクセルＶＸＬｃの中心点ｇから最寄りに位置する工具境界面２４ｂ上の最寄点とすることができる。また、転置工具格子データ３０は、転置工具境界面ボクセルＶＸＬｃ毎に、「上端ボクセル」や「下端ボクセル」等を区別するフラグを記述している。「上端ボクセル」のフラグが付された転置工具境界面ボクセルＶＸＬｃは、ｘｙ方向の各位置においてｚ方向に伸びるボクセル列をみたときに、転置された工具形状２４ａが存在するボクセル群領域Ｒｃの上端に位置することを示す。また、「下端ボクセル」のフラグが付された転置工具境界面ボクセルＶＸＬｃは、ｘｙ方向の各位置においてｚ方向に伸びるボクセル列をみたときに、転置された工具形状２４ａが存在するボクセル群領域Ｒｃの下端に位置することを示す。転置工具格子データ３０は、転置工具境界面ボクセルＶＸＬｃ群に上記のフラグを付すことによって、転置された工具形状２４ａが存在するボクセル群領域Ｒｃを記述する。
転置データ作成部５４は、ステップＳ４で作成した工具格子データ２８を用いて、転置格子データ３０群を作成する。工具格子データ２８は、ｘｙｚ空間の原点に工具基準点２４ｃを位置させるとともに、基準となる姿勢で配置した工具形状２４ａを記述する格子データである。一方、転置工具格子データ３０は、加工面２２ａ上の代表点Ｎａに工具基準点２４ｃを位置させるとともに、加工時の姿勢に対して反転させて配置した工具形状２４ａを記述する格子データである。そのことから、工具格子データ２８が記述する工具境界面ボクセルＶＸＬｂ群を、工具基準点２４ｃの位置および工具姿勢の変化量だけ修正することによって、転置工具格子データ３０に記述する転置工具境界面ボクセルＶＸＬｃ群を得ることができる。また、工具格子データ２８が記述する工具境界面２４ａ上の代表点Ｎｂ群を、工具基準点２４ｃの位置および工具姿勢の変化量だけ修正することによって、転置工具格子データ３０に記述する代表点Ｎｃ群を近似的に得ることができる。工具格子データ２８を用いて転置工具格子データ３０群を作成することによって、多数の転置工具格子データ３０群を比較的に容易に作成することができる。
【００２４】
図２のステップＳ８では、転置データ作成部５４が、ステップＳ６で作成した転置工具格子データ３０群のそれぞれについて、転置距離場データ３２を作成する。図１１を参照して、転置距離場データ３２について説明する。図１１に示すように、転置距離場データ３２は、転置工具格子データ３０に記述されている転置工具境界面ボクセルＶＸＬｃ毎に、転置工具境界面ボクセルＶＸＬｃに属する８格子点（８頂点）のそれぞれから、転置された工具境界面２４ｂまでの距離を示す距離値を記述する。ここで、距離値は正負の符号を有し、格子点が工具形状境界面２４ｂの外側に位置している場合は正の値をとり、格子点が工具形状２４ａの内側に位置している場合は負の値をとる。転置データ作成部５４は、各格子点から工具境界面２４ｂまでの距離値を計算する際に、転置工具格子データ３０に記述されている最寄点（代表点）Ｎｃと、その最寄点が属する基本形状を初期条件に用いて解析演算を実行する。それにより、各格子点に対する距離値を正しく導出することができる。
【００２５】
図２のステップＳ１０では、併合データ作成部５６が、ステップＳ６で作成された転置工具格子データ３０群を用いて、併合格子データ３４を作成する。図１２を参照して、併合格子データ３４について説明する。図１２に示すように、併合格子データ３４は、転置工具格子データ３０群のそれぞれに記述されているボクセル群領域Ｒｃを併合した併合ボクセル群領域Ｒｄの境界に位置する併合領域境界ボクセルＶＸＬｄ群を記述している。併合ボクセル群領域Ｒｄは、加工面２２ａ上の各代表点Ｎａに反転配置した工具形状２４ａ群の包絡形状が存在する領域に対応する。従って、併合領域境界ボクセルＶＸＬｄ群は、加工面２２ａ上の各代表点Ｎａに反転配置した工具形状２４ａ群の包絡境界面が通過するボクセル群を示す。即ち、工具参照面が通過するボクセル群となる。併合データ作成部５６は、転置工具格子データ３０群に記述されているボクセル群領域Ｒｃの併合演算を行い、その境界に位置する併合領域境界ボクセルＶＸＬｄ群を特定する。併合格子データ３４を作成する。併合領域境界ボクセルＶＸＬｄのそれぞれは、少なくとも一つの転置工具格子データ３０に記述されている転置工具境界面ボクセルＶＸＬｃに一致する。
【００２６】
図２のステップＳ１２では、併合データ作成部５６が、ステップＳ８で作成された転置距離場データ３２群と、ステップＳ１０で作成した併合格子データ３４を用いて、併合距離場データ３６を作成する。図１３を参照して、併合距離場データ３６について説明する。図１３に示すように、併合距離場データ３６は、併合格子データ３４に記述されている併合領域境界ボクセルＶＸＬｄ毎に、併合領域境界ボクセルＶＸＬｄに属する８格子点の距離値ｄ０〜ｄ７を記述している。併合距離場データ３６に記述されている各格子点の距離値は、各格子点に対応付けて転置距離場データ３２群に記述されている距離値のなかの最小値である。併合領域境界ボクセルＶＸＬｄ群に属する各格子点に対して、転置距離場データ３２群に記述されている距離値のなかの最小値は、加工面２２ａ上の各代表点Ｎａに反転配置した工具形状２４ａ群の包絡境界面、即ち、工具参照面への距離値を示す。併合データ作成部５６は、併合格子データ３４に記述されている併合領域境界ボクセルＶＸＬｄ群に属する格子点毎に、転置距離場データ３２群に記述されている距離値のなかから最小値を特定し、特定した最小距離値と格子点の位置とを対のデータにして、併合距離場データ３６を作成する。
【００２７】
図２のステップＳ１４では、工具参照面データ作成部５８が、併合格子データ３４や併合距離場データ３６を用いて、工具参照面データ３８を作成する。このとき、工具参照面データ作成部５８は、併合格子データ３４に記述されている併合領域境界ボクセルＶＸＬｄ毎に、併合距離場データ３６に記述されている距離値を用いて、その併合領域境界ボクセルＶＸＬ内に工具参照面モデルを作成していく。図１４は、工具参照面データ作成部５８が、併合領域境界ボクセルＶＸＬｄ内に、工具参照面モデル３８ａを作成する手法の一例を示す図である。図１４に示すように、併合領域境界ボクセルＶＸＬｄに属する８格子点の距離値がｄ０〜ｄ７であるとし、そのうちの４つの距離値ｄ０〜ｄ３は負の値であり、その他の４つの距離値ｄ４〜ｄ７は正の値であるとする。この場合、併合領域境界ボクセルＶＸＬｄの図面下方に位置する４つの頂点は、工具参照面モデル３８ａよりも加工面側に位置しており、図面上方に位置する４つの頂点は、工具参照面モデル３８ａよりも反加工面側に位置していることを意味する。工具参照面モデル３８ａは、距離値の正負が反転する格子点間の辺上を横切ることとなるので、その辺上に工具参照面モデル３８ａとの交点Ｍ０４、Ｍ１５、Ｍ２６、Ｍ３７を定めることができる。これらの交点Ｍ０４、Ｍ１５、Ｍ２６、Ｍ３７は工具参照面モデル３８ａ上の点であることから、これらの交点Ｍ０４、Ｍ１５、Ｍ２６、Ｍ３７を用いて、工具参照面モデル３８ａを定めることができる。なお、点Ｍ０４、Ｍ１５、Ｍ２６、Ｍ３７の各辺上における位置は、両端に位置する格子点の距離値の絶対値の大小を加味して決定するとよい。図１５に示すように、工具参照面データ作成部５８は、併合格子データ３４に記述されているすべての併合領域境界ボクセルＶＸＬｄの内部に工具参照面モデル３８ａを定め、工具参照面モデル３８ａを記述する工具参照面データ３８を作成する。
以上の処理フローによって作成された工具参照面データ３８は、ＮＣ工作機械に工具の経路を教示するための工具経路データを作成するのに用いることができる。
【００２８】
（第２実施例）
図１６は、本発明を実施した第２実施例の加工面モデルの作成装置１１０の機能的な構成を示している。加工面モデルの作成装置１１０は、工具の経路を記述する工具経路データに基づいて、その工具経路を移動する工具が素材に形成する加工面のモデルを作成する。加工面モデルの作成装置１１０で作成した加工面モデルは、ＮＣ工作機械を用いて実際に加工するに先立って、工具経路データが記述する工具経路の評価等に用いることができる。
図１６に示すように、加工面モデルの作成装置１１０は、機能的に、データ記憶部１２０と、データ作成部１５０と、入出力部１７０を備えている。加工面モデルの作成装置１１０は、主にコンピュータ装置を用いて構成されており、コンピュータ装置のハードウエアやソフトウエア等によって、データ記憶部１２０やデータ作成部１５０や入出力部１７０等が構成されている。
【００２９】
データ記憶部１２０は、工具経路データ１２２と、素材形状データ１２３と、工具形状データ２４と、工具経路格子データ１２６と、素材格子データ１２７と、工具格子データ２８と、正置工具格子データ１３０群と、正置距離場データ１３２群と、素材距離場データ１３３と、差分格子データ１３４と、差分距離場データ１３６と、加工面データ１３８等を記憶することができる。本実施例の工具形状データ２４と工具格子データ２８は、実施例１の工具形状データ２４と工具格子データ２８とそれぞれ同一である。工具経路データ１２２と、素材形状データ１２３と、工具形状データ１２４は、入出力部１７０を介して外部から教示され、データ記憶部１２０に記憶される。工具経路格子データ１２６と、素材格子データ１２７と、工具格子データ１２８と、正置工具格子データ１３０群と、正置距離場データ１３２群と、素材距離場データ１３３と、差分格子データ１３４と、差分距離場データ１３６と、加工面データ１３８は、データ作成部１５０によって作成される。
データ作成部１５０は、格子データ作成部５２と、正置データ作成部１５４と、差分データ作成部１５６と、加工面データ作成部１５８を備えている。本実施例の格子データ作成部５２は、第１実施例の格子データ作成部５２と同一である。格子データ作成部５２は、工具経路データ１２２を用いて工具経路格子データ１２６を作成し、素材形状データ１２３を用いて素材格子データ１２７を作成し、工具形状データ２４を用いて工具格子データ２８を作成する。正置データ作成部１５４は、工具経路格子データ１２６と工具格子データ２８を用いて、正置工具格子データ１３０群と、正置距離場データ１３２群を作成する。差分データ作成部１５６は、正置工具格子データ１３０群を用いて、差分格子データ１３４を作成する。また、差分データ作成部１５６は、正置距離場データ１３２群と差分格子データ１３４群を用いて、差分距離場データ１３６を作成する。加工面データ作成部１５８は、差分格子データ１３４と差分距離場データ１３６を用いて、加工面データ１３８を作成する。
【００３０】
図１７は、加工面モデルの作成装置１１０が、加工面モデルを作成する際に実行する処理の流れを示すフローチャートである。図１７に示すフローに沿って、加工面データの作成装置１１０が、外部から教示された工具経路データ１２２と素材形状データ１２３と工具形状データ２４に基づいて、加工面モデルを記述する加工面データ１３８を作成する際に実行する処理の流れについて説明する。
ステップＳ１０２では、加工面モデルの作成装置１１０は、入出力部１７０を介して工具経路データ１２２と素材形状データ１２３と工具形状データ２４を入力し、データ記憶部１２０に記憶する。工具経路データ１２２や素材形状データ１２３や工具形状データ２４は、外部の三次元ＣＡＤ装置等によって作成される。
図１８は、工具経路データ１２２が記述する工具経路１２２ａの一例を示している。図１８に例示するように、工具経路データ１２２は、ｘｙｚ空間に配置された工具経路１２２ａを記述している。工具経路１２２ａは、複数の基本形状（頂点Ｖ、稜線Ｃ）によって記述されている。工具経路１２２ａ記述している基本形状Ｖ、Ｃには、それぞれを識別可能な識別子ＩＤが割り当てられている。
図１９は、素材形状データ１２３が記述する素材形状１２３ａの一例を示している。図１９に例示するように、素材形状データ１２３は、ｘｙｚ空間に配置された複数の基本形状（頂点Ｖ、稜線Ｃ、面Ｓ等）によって、素材形状１２３ａの境界面（被加工面）１２３ｂを記述している。素材境界面１２３ｂを記述している基本形状Ｖ、Ｃ、Ｓには、それぞれを識別可能な識別子ＩＤが割り当てられている。
工具形状データ２４は、例えば実施例１で説明した図４に例示する工具形状２４ａを記述する工具形状データ２４を用いることができる。
【００３１】
図１７のステップＳ１０４では、データ作成部１５０の格子データ作成部５２が、工具経路格子データ１２６と、素材格子データ１２７と、工具格子データ２８を作成する。本実施例の格子データ作成部５２は、第１実施例と同様にして、工具経路データ１２２を用いて工具経路格子データ１２６を作成し、素材形状データ１２３を用いて素材格子データ１２７を作成し、データ記憶部１２０に記憶されている工具形状データ２４を用いて工具格子データ２８を作成する。
図２０を参照して、工具経路格子データ１２６について説明する。図２０に示すように、工具経路格子データ１２６では、工具経路１２２ａが通過する工具経路ボクセルＶＸＬｅ毎に、工具経路１２２ａ上の代表点（中心点ｇからの最寄点）Ｎｅと、代表点Ｎｅが属する基本形状（最寄基本形状）が対応付けて記述されている。
図２１を参照して、素材格子データ１２７について説明する。図２１に示すように、素材格子データ１２７では、素材境界面１２３ｂが通過する素材境界面ボクセルＶＸＬｆ毎に、素材境界面１２３ｂ上の代表点Ｎｆと、「上端ボクセル」や「下端ボクセル」等を区別するフラグが対応付けて記述されている。「上端ボクセル」のフラグが付された素材境界面ボクセルＶＸＬｆは、ｘｙ方向の各位置においてｚ方向に伸びるボクセル列をみたときに、素材形状１２３ａが存在するボクセル群領域Ｒｆの上端に位置することを示す。また、「下端ボクセル」のフラグが付された素材境界面ボクセルＶＸＬｆは、ｘｙ方向の各位置においてｚ方向に伸びるボクセル列をみたときに、素材形状１２３ａが存在するボクセル群領域Ｒｆの下端に位置することを示す。素材格子データ１２７は、素材境界面ボクセルＶＸＬｆ群に上記のフラグを付すことによって、素材形状１２３ａが存在するボクセル群領域Ｒｆを記述する。
【００３２】
図１７のステップＳ１０６では、正置データ作成部１５４が、工具経路格子データ１２６に記述されている工具経路１２２ａ上の代表点Ｎｅ毎に、正置工具格子データ１３０を作成する。図２２を参照して、一の代表点Ｎｅに関する正置工具格子データ１３０について説明する。図２２に示すように、正置工具格子データ１３０は、工具形状データ２４に記述されている工具形状２４ａを、工具経路１２２ａ上の代表点Ｎｅに工具基準点２４ｃを位置させるとともに、加工時の姿勢で配置したときに、工具境界面２４ｂが通過する正置工具境界面ボクセルＶＸＬｇ群を記述している。また、正置工具格子データ１３０は、正置工具境界面ボクセルＶＸＬｇ毎に、工具境界面２４ｂ上の代表点Ｎｇとその代表点Ｎｇが属する基本形状を記述している。この代表点Ｎｇは、例えば、正置工具境界面ボクセルＶＸＬｇの中心点ｇから最寄りに位置する工具境界面２４ｂ上の最寄点とすることができる。また、正置工具格子データ１３０は、正置工具境界面ボクセルＶＸＬｇ毎に、「上端ボクセル」や「下端ボクセル」等を区別するフラグを記述している。「上端ボクセル」のフラグが付された正置工具境界面ボクセルＶＸＬｇは、ｘｙ方向の各位置においてｚ方向に伸びるボクセル列をみたときに、配置した工具形状２４ａが存在するボクセル群領域Ｒｇの上端に位置することを示す。また、「下端ボクセル」のフラグが付された正置工具境界面ボクセルＶＸＬｃは、ｘｙ方向の各位置においてｚ方向に伸びるボクセル列をみたときに、配置された工具形状２４ａが存在するボクセル群領域Ｒｇの下端に位置することを示す。正置工具格子データ１３０は、転置工具境界面ボクセルＶＸＬｇ群に上記のフラグを付すことによって、配置された工具形状２４ａが存在するボクセル群領域Ｒｇを記述する。
正置データ作成部１５４は、ステップＳ１０４で作成した工具格子データ２８を用いて、正置格子データ１３０群を作成する。工具格子データ２８は、ｘｙｚ空間の原点に工具基準点２４ｃを位置させるとともに、基準となる姿勢で配置した工具形状２４ａを記述する格子データである。一方、正置工具格子データ１３０は、工具経路１２２ａ上の代表点Ｎｅに工具基準点２４ｃを位置させるとともに、加工時の姿勢で配置した工具形状２４ａを記述する格子データである。そのことから、工具格子データ２８が記述する工具境界面ボクセルＶＸＬｂ群を、工具基準点２４ｃの位置および工具姿勢の変化量だけ修正することによって、正置工具格子データ１３０に記述する転置工具境界面ボクセルＶＸＬｇ群を得ることができる。また、工具格子データ２８が記述する工具境界面２４ａ上の代表点Ｎｂ群を、工具基準点２４ｃの位置および工具姿勢の変化量だけ修正することによって、正置工具格子データ１３０に記述する代表点Ｎｇ群を近似的に得ることができる。工具格子データ２８を用いて正置工具格子データ１３０群を作成することによって、多数の正置工具格子データ１３０群を比較的に容易に作成することができる。
【００３３】
図１７のステップＳ１０８では、正置データ作成部１５４が、ステップＳ１０６で作成した正置工具格子データ１３０群のそれぞれについて、正置距離場データ１３２を作成する。図２３を参照して、正置距離場データ１３２について説明する。図２３に示すように、正置距離場データ１３２は、正置工具格子データ１３０に記述されている正置工具境界面ボクセルＶＸＬｇ毎に、正置工具境界面ボクセルＶＸＬｇに属する８格子点（８頂点）のそれぞれから、配置された工具境界面２４ｂまでの距離を示す距離値ｄ０〜ｄ７を記述する。正置距離場データ１３２が記述する距離値は、格子点が工具境界面２４ｂに対して工具形状２４ａの外側に位置している場合は正の値をとり、格子点が工具境界面２４ｂに対して工具形状２４ａの内側に位置している場合は負の値をとる。
また、このステップＳ１０８では、正置データ作成部１５４が、ステップＳ１０４で作成した素材格子データ１２７を用いて、素材距離場データ１３３を作成する。図２４を参照して、素材距離場データ１３３について説明する。図２４に示すように、素材距離場データ１３３は、素材格子データ１２７に記述されている素材境界面ボクセルＮｆ毎に、素材境界面ボクセルＮｆに属する８格子点（８頂点）のそれぞれから、素材境界面１２３ｂまでの距離を示す距離値ｄ０〜ｄ７を記述する。素材距離場データ１３３が記述する距離値は、格子点が素材境界面１２３ｂに対して素材形状１２３ａの外側に位置している場合は正の値をとり、格子点が素材境界面１２３ｂに対して素材形状１２３ａの内側に位置している場合は負の値をとる。
【００３４】
図１７のステップＳ１１０では、差分データ作成部１５６が、ステップＳ１０４で作成された素材格子データ１２７と、ステップＳ１０６で作成された正置工具格子データ１３０を用いて、差分格子データ１３４を作成する。図２５を参照して、差分格子データ１３４について説明する。差分格子データ１３４は、素材格子データ１２７に記述されているボクセル群領域Ｒｆ（図２１参照）から、正置工具格子データ１３０に記述されているボクセル群領域Ｒｇ（図２２参照）と共通する領域を除外した、差分ボクセル群領域Ｒｈの境界に位置する差分領域境界ボクセルＶＸＬｈ群を記述している。差分ボクセル群領域Ｒｈは、工具経路１２２ａ上の代表点Ｎｅに配置した工具によって加工された素材形状を表現する。従って、差分領域境界ボクセルＶＸＬｄ群は、素材に形成される加工面が通過するボクセル群を示す。差分データ作成部１５６は、素材格子データ１２７に記述されているボクセル群領域Ｒｆと、正置工具格子データ１３０に記述されているボクセル群領域Ｒｇとの差分処理を行い、差分ボクセル群領域Ｒｈの境界に位置する差分領域境界ボクセルＶＸＬｈ群を特定する。
【００３５】
図１７のステップＳ１１２では、差分データ作成部１５６が、ステップＳ１０８で作成された正置距離場データ１３２群と、ステップＳ１１０で作成した差分格子データ１３４を用いて、差分距離場データ１３６を作成する。図２６を参照して、差分距離場データ１３６について説明する。図２６に示すように、差分距離場データ１３６は、差分格子データ１３４に記述されている差分領域境界ボクセルＶＸＬｈ毎に、差分領域境界ボクセルＶＸＬｈに属する８格子点の距離値を記述している。差分距離場データ１３６に記述されている各格子点の距離値は、素材距離場データ１３３に記述されている距離値と、正置距離場データ１３２に記述されている距離値の正負を反転させた距離値とを比較したときの最大値である。差分領域境界ボクセルＶＸＬｈ群に属する各格子点に対して、素材距離場データ１３３に記述されている距離値と、正置距離場データ１３２に記述されている距離値の正負を反転させた距離値とを比較したときの最大値は、工具経路１２２ａ上の代表点Ｎｅに配置した工具によって素材に形成される加工面への距離値を示す。差分データ作成部１５６は、差分格子データ１３４に記述されている差分領域境界ボクセルＶＸＬｈ群に属する格子点毎に、素材距離場データ１３３に記述されている距離値と、正置距離場データ１３２に記述されている距離値の正負を反転させた距離値とを比較したときの最大値を特定し、特定した最小距離値と格子点の位置とを対のデータにして、差分距離場データ１３６を作成する。
【００３６】
図１７のステップＳ１１４では、加工面データ作成部１５８が、差分格子データ１３４や差分距離場データ１３６を用いて、加工面モデルを記述する加工面データ１３８を作成する。加工面データ作成部１５８は、差分格子データ１３４に記述されている差分領域境界ボクセルＶＸＬｈ毎に、差分距離場データ１３６に記述されている距離値に基づいて、その差分領域境界ボクセルＶＸＬ内に加工面モデルを作成していく。この加工面モデルを作成していく処理は、第１実施例の工具参照面モデルの作成装置１０が工具参照面モデル３８ａを作成する処理と同様に行うことができる（図１４参照）。図２７に示すように、加工面データ作成部１５８は、差分領域境界ボクセルＶＸＬｈ毎に加工面モデル１３８ａを定め、加工面モデル１３８ａを記述する加工面データ１３８を作成する。
以上の処理フローによって作成された加工面データ１３８は、ＮＣ工作機械に教示する工具経路データ１２２の評価等に用いることができる。
【００３７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】工具参照面モデルの作成装置の構成を示すブロック図。
【図２】工具参照面モデルの作成装置が実行する処理フローを示す図。
【図３】加工面データが記述する加工面の一例を示す図。
【図４】工具形状データが記述する工具形状の一例を示す図。
【図５】加工面格子データを説明する図。
【図６】基本形状の頂点が内在するボクセルを示す図。
【図７】基本形状の稜線が通過するボクセルを示す図。
【図８】基本形状の面が通過するボクセルを示す図。
【図９】工具格子データを説明する図。
【図１０】転置工具格子データを説明する図。
【図１１】転置距離場データを説明する図。
【図１２】併合格子データを説明する図。
【図１３】併合距離場データを説明する図。
【図１４】併合領域境界ボクセル内に作成した工具参照面モデルを示す図。
【図１５】工具参照面モデルを示す図。
【図１６】加工面モデルの作成装置の構成を示すブロック図。
【図１７】加工面モデルの作成装置が実行する処理フローを示す図。
【図１８】工具経路データが記述する工具経路の一例を示す図。
【図１９】素材形状データが記述する素材形状の一例を示す図。
【図２０】工具経路格子データを説明する図。
【図２１】素材格子データを説明する図。
【図２２】正置工具格子データを説明する図。
【図２３】正置距離場データを説明する図。
【図２４】素材距離場データを説明する図。
【図２５】差分格子データを説明する図。
【図２６】差分距離場データを説明する図。
【図２７】加工面モデルを示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１０・・工具参照面モデルの作成装置
２０・・データ記憶部
２２・・加工面データ
２４・・工具形状データ
２６・・加工面格子データ
２８・・工具格子データ
３０・・転置工具格子データ
３２・・転置距離場データ
３４・・併合格子データ
３６・・併合距離場データ
３８・・工具参照面データ
５０・・データ作成部
５２・・格子データ作成部
５４・・転置データ作成部
５６・・併合データ作成部
５８・・工具参照面データ作成部
７０・・入出力部
１１０・・加工面モデルの作成装置
１２０・・データ記憶部
１２２・・工具経路データ
１２３・・素材形状データ
１２６・・工具経路格子データ
１２７・・素材格子データ
１３０・・正置工具格子データ
１３２・・正置距離場データ
１３４・・差分格子データ
１３６・・差分距離場データ
１３８・・加工面データ
１５０・・データ作成部
１５４・・正置データ作成部
１５６・・差分データ作成部
１５８・・加工面データ作成部
【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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【図２６】
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【図２７】
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