(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材形状を切削するときの工具の位置ベクトル及び方向ベクトルを各々のノット毎に定めた第１〜第ｎ（ｎは２以上の自然数）の断面加工経路を有する第１の加工経路を含む第１の工具経路情報、および、仕上がり形状を切削するときの前記工具の位置ベクトル及び方向ベクトルを各々のノット毎に定めた第１〜第ｎの断面加工経路を有する第２の加工経路を含む第２の工具経路情報、から前記第１の加工経路と前記第２の加工経路との間の第３の加工経路を作成する工具経路の作成方法であって、
前記第１の工具経路情報及び前記第２の工具経路情報から前記第１の加工経路及び前記第２の加工経路を読み込む過程と、
前記第１の加工経路及び前記第２の加工経路に含まれる各々の断面加工経路の全長を算出し、算出した各々の断面加工経路の全長に対する当該各々の断面加工経路における始点となるノットの位置ベクトルから各々のノットの位置ベクトルまでの距離の割合を算出して、前記第１の加工経路及び前記第２の加工経路における全ての割合を特定する過程と、
前記第１の加工経路及び前記第２の加工経路の各々に含まれるノットの位置ベクトル及び方向ベクトルを制御点とするスプライン曲線を、前記第１の加工経路及び前記第２の加工経路の各々について作成する処理と、
各々の断面加工経路における始点となるノットから、前記全ての割合に含まれる各々の割合に対応する位置にある共通ノットの方向ベクトル及び位置ベクトルを前記スプライン曲線より算出する過程と、
前記第１の加工経路又は前記第２の加工経路のそれぞれにおける共通ノットで特定されるスプライン曲線により囲まれる立体を特定する過程と、
前記立体において、前記第１の加工経路における第ｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎである自然数）の断面加工経路の共通ノットに対応する位置ベクトル及び方向ベクトルと、前記第２の加工経路における第ｉの断面加工経路の共通ノットに対応する位置ベクトル及び方向ベクトルと、を前記割合が等しい共通ノット毎に予め定められた値で内分することで算出される位置ベクトル及び方向ベクトルにより第３の加工経路を算出する過程と、
を有することを特徴とする工具経路の作成方法。
【請求項２】
コンピュータを、
素材形状を切削するときの工具の位置ベクトル及び方向ベクトルを各々のノット毎に定めた第１〜第ｎ（ｎは２以上の自然数）の断面加工経路を有する第１の加工経路を含む第１の工具経路情報、および、仕上がり形状を切削するときの前記工具の位置ベクトル及び方向ベクトルを各々のノット毎に定めた第１〜第ｎの断面加工経路を有する第２の加工経路を含む第２の工具経路情報、を記憶する記憶手段、
前記第１の工具経路情報及び前記第２の工具経路情報から前記第１の加工経路及び前記第２の加工経路を読み込む処理と、
前記第１の加工経路及び前記第２の加工経路に含まれる各々の断面加工経路の全長を算出し、算出した各々の断面加工経路の全長に対する当該各々の断面加工経路における始点となるノットの位置ベクトルから各々のノットの位置ベクトルまでの距離の割合を算出して、前記第１の加工経路及び前記第２の加工経路における全ての割合を特定する過程と、
前記第１の加工経路及び前記第２の加工経路の各々に含まれるノットの位置ベクトル及び方向ベクトルを制御点とするスプライン曲線を、前記第１の加工経路及び前記第２の加工経路の各々について作成する処理と、
各々の断面加工経路における始点となるノットから、前記全ての割合に含まれる各々の割合に対応する位置にある共通ノットの方向ベクトル及び位置ベクトルを前記スプライン曲線より算出する処理と、
前記第１の加工経路又は前記第２の加工経路のそれぞれにおける共通ノットで特定されるスプライン曲線により囲まれる立体を特定する処理と、
前記立体において、前記第１の加工経路における第ｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎである自然数）の断面加工経路の共通ノットに対応する位置ベクトル及び方向ベクトルと、前記第２の加工経路における第ｉの断面加工経路の共通ノットに対応する位置ベクトル及び方向ベクトルと、を前記割合が等しい共通ノット毎に予め定められた値で内分することで算出される位置ベクトル及び方向ベクトルにより、第３の加工経路を算出する処理と、
を行う処理手段、
として機能させるためのコンピュータプログラム。
【請求項３】
素材形状を切削するときの工具の位置ベクトル及び方向ベクトルを各々のノット毎に定めた第１〜第ｎ（ｎは２以上の自然数）の断面加工経路を有する第１の加工経路を含む第１の工具経路情報、および、仕上がり形状を切削するときの前記工具の位置ベクトル及び方向ベクトルを各々のノット毎に定めた第１〜第ｎ（ｎは２以上の自然数）の断面加工経路を有する第２の加工経路を含む第２の工具経路情報を記憶する記憶装置、および、前記記憶装置に記憶されている第１の経路情報及び前記第２の経路情報から前記第１の加工経路と前記第２の加工経路との間の第３の加工経路を作成する処理装置、を備える工具経路の作成装置であって、
前記処理装置は、
前記第１の工具経路情報及び前記第２の工具経路情報から前記第１の加工経路及び前記第２の加工経路を読み込む処理と、
前記第１の加工経路及び前記第２の加工経路に含まれる各々の断面加工経路の全長を算出し、算出した各々の断面加工経路の全長に対する当該各々の断面加工経路における始点となるノットの位置ベクトルから各々のノットの位置ベクトルまでの距離の割合を算出して、前記第１の加工経路及び前記第２の加工経路における全ての割合を特定する処理と、
前記第１の加工経路及び前記第２の加工経路の各々に含まれるノットの位置ベクトル及び方向ベクトルを制御点とするスプライン曲線を、前記第１の加工経路及び第２の加工経路の各々について作成する処理と、
各々の断面加工経路における始点となるノットから、前記全ての割合に含まれる各々の割合に対応する位置にある共通ノットの方向ベクトル及び位置ベクトルを前記スプライン曲線より算出する処理と、
前記第１の加工経路又は前記第２の加工経路のそれぞれにおける共通ノットで特定されるスプライン曲線により囲まれる立体を特定する処理と、
前記立体において、前記第１の加工経路における第ｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎである自然数）の断面加工経路の共通ノットに対応する位置ベクトル及び方向ベクトルと、前記第２の加工経路における第ｉの断面加工経路の共通ノットに対応する位置ベクトル及び方向ベクトルと、を前記割合が等しい共通ノット毎に予め定められた値で内分することで算出される位置ベクトル及び方向ベクトルにより第３の加工経路を算出する処理と、
を行うことを特徴とする工具経路の作成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）システム等の工具経路作成装置等に関し、特に素材形状から仕上げ加工手前の形状を切削するための荒加工に好適な工具経路作成装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の荒加工は、『型技術』（第１３巻第９号、日刊工業新聞社）（以下、文献１と称する）２７〜３１頁に記載されているように、同時３軸以下を制御する方法が主である。文献１によれば、荒加工には、素材形状および仕上がり形状の曲面を入力とし、素材曲面から仕上がり曲面までの直線を作成しドリルで穴加工を行う方法や、素材曲面から仕上がり曲面までの断面を作成して内側もしくは外側の断面曲線をオフセットした工具経路を用いる方法、およびこれらの方法を組み合わせた方法がある。また、文献１には、これらの荒加工法でも形状によって加工経路方向に急激な変化を生じる場合があり、工具破損の原因になることも開示されている。なお、外側と内側の断面曲線から中間の断面曲線を作成する方法は、『Ｏｎ  ｔｈｅ  Ｃｏｍｕｔａｔｉｏｎａ１  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ  ｏｆ  Ｐｏｃｋｅｔ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ』（M.Held著  Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1991 Printed in Germany）（以下、文献２と称する）に記載されている。文献２には、外側と内側の断面曲線をオフセットし加工経路方向で自己交差する曲線を取り除いて中間の断面曲線を作成する方法、外側と内側の断面曲線による勢力分布（ポロノイ図）を利用して中間の断面曲線を作成する方法が記されている。ポロノイ図については、『ｂｉｔ別冊コンピュータサイエンス  ａｃｍ  ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ｓｕｒｖｅｙｓ’９１』の１３１〜１８５頁に基本的な考え方、計算機での処理について記載されている。
【０００３】
さらに、他の荒加工として、素材形状と仕上がり形状の差で途中形状をあらわし、この途中形状から加工経路を作成する方法がある。例えば、『日本機械学会第７２期全国大会講演論文集（Ｖ）旋削加工のためのインタフェイスシステムの開発（第２報）』（１９９４年８月）の３１６〜３１８頁に回転物を対象とし、素材立体形状と仕上がり立体形状との差から途中の立体形状を作成し、旋削加工用の回転形状を作成する方法が記載されている。
【０００４】
また、『日本機械学会論文集  第４８４号  Ｃ編  幾何モデル要素分割手法の研究』（１９８６年１２月）の３２２４〜３２２６頁には、曲面を補間することで曲面立体を作成できることが記載されている。『Ｔｈｅ  ＮＵＲＢＳ  Ｂｏｏｋ  ２ｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ』（Les Piegl，Wayne Tiller著  Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1995 and 1997 Printed in Germany）（以下、文献３と称する）の４５７〜４７１頁には、スギニング曲面の作成方法が記載されている。
【０００５】
一方、同時４軸以上の制御における工具経路を作成するＣＡＭ（以下、多軸ＣＡＭと称する）で素材形状を切削するための工具経路、仕上がり形状を切削するための工具経路を作成することは容易である。なお、多軸ＣＡＭでは、これらの工具経路をＡＰＴ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃａ１１ｙ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ  Ｔｏｏ１ｓ：１９５５年に米国マサチューセッツ工科大学で開発）などの標準形式でファイル出力することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、文献１に記載されている荒加工法は、主に同時３軸以下の加工法であるため、切削残りが多い、切削速度を上げられないといった問題がある。
【０００７】
また、素材形状と仕上がり形状の差で途中形状をあらわす方法では、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）で途中形状をあらわす曲面立体を作成した後、曲面立体から複数の曲面を取り出し、この曲面ごとに多軸ＣＡＭを利用して工具先端位置ベクトルおよび工具主軸方向ベクトルを作成するために、多軸ＣＡＭの利用工数が多くなる。
【０００８】
一方、ＣＡＤで素材形状と仕上がり形状とを作成し、多軸ＣＡＭで工具経路を作成する方法は、素材形状と仕上がり形状に関しては切削残りを少なくすること、および切削速度を上げることが可能であるが、荒加工用の工具経路を作成できないという問題が生じる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、二つの工具経路から、高精度、高効率で素材の切削加工を行うための他の工具経路を作成する装置等を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に従う工具経路の作成装置によれば、工具を移動させながら素材を切削するときの前記工具の位置および向きを定めた第１の工具経路情報と、第１の工具経路に従って切削した後、さらに前記工具を移動させながら前記素材を切削するときの前記工具の位置および向きを定めた第２の工具経路情報とを記憶した記憶手段と、第１及び第２の工具経路情報に基づいて、第１の工具経路と第２の工具経路との間の、前記素材を切削するときの前記工具の位置および向きを定めた、Ｎ段（Ｎは自然数）の第３の工具経路情報を作成する作成手段とを備える。
【００１１】
好適な実施形態では、前記第１及び第２の工具経路情報は、それぞれ、工具の移動経路を示す位置およびその位置における工具の向きのペアを複数有し、工具経路の作成装置は、前記第１の工具経路情報に含まれる前記ペアの数と、前記第２の工具経路情報に含まれる前記ペアの数とが同数となるように調整する手段をさらに備え、前記作成手段は、互いに対応する第１の工具経路のペアと第２の工具経路のペアとを用いて、第３の工具経路の、工具の移動経路を示す位置およびその位置における工具の向きのペアを作成する。
【００１２】
好適な実施形態では、前記第１，第２及び第３の工具経路が有する位置および向きのペアは、いずれも、位置ベクトルと方向ベクトルのペアであり、前記作成手段は、ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）段目の第３の工具経路の前記方向ベクトルを、第１の工具経路の位置ベクトルと第２の工具経路の位置ベクトルとの間をｉ：Ｎ＋１−ｉに内分する方向に定める。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る工具経路作成装置の概要を示す。この工具経路作成装置は、計算機５０が外部ファイル１０からデータを読み込んで、ステップＳ５１〜Ｓ５６に示す処理を実行して途中加工経路を生成し、処理結果をファイル６０に格納する。
【００１５】
計算機５０の外部ファイル１０には、第１工具経路１１、第２工具経路２１および分割数３１が、本装置の上位計算機により格納される。第１工具経路１１は、曲面形状が定義された座標系（ワーク座標系）において、工具の位置を示す工具先端位置ベクトル（以下、単に位置ベクトルと称する）Ｖｐ１４と、工具の向きを示す工具主軸方向ベクトル（以下、単に方向ベクトルと称する）Ｖｄ１５とを含む。第１工具経路１１は、素材１３を切削するために、加工経路方向１６に計算されたものである。第２工具経路２１は、仕上がり形状１２を切削するために、加工経路方向２６に計算された位置ベクトルＶｐ２４と方向ベクトルＶｄ２５とを含む。分割数３１は、第１工具経路と第２工具経路との間の途中加工経路（第３の工具経路）の本数を決定する。
【００１６】
ここで、工具経路（第１および第２の工具経路を含む）のデータ構造について、図２を用いて説明する。工具経路１０１は、１以上の断面工具経路群１１１（ここではＬ個）により構成される。各断面工具経路群１１１は、１以上の断面工具経路１２１（ここではＨ個）により構成される。そして、各断面工具経路１２１は、位置ベクトルＶｐおよび方向ベクトルＶｄのペアを複数含む。図２の例では、各断面工具経路１２１は、ベクトルのペア（Ｖｐ，Ｖｄ）をそれそれＮ１１〜ＮＬＨ個有している。位置ベクトルＶｐは（ｘ，ｙ，ｚ）方向にそれぞれ（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚ）の値を持ち、方向ベクトルＶｄは（ｘ，ｙ，ｚ）方向にそれぞれ（Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ）の値を持つ。断面工具経路１２１には、次に説明するように工具進入経路、断面加工経路、および工具離脱経路の３種類の経路がある。
【００１７】
上記データ構造は、ＡＰＴ形式のファイル、ＡＳＣＩＩ形式のファイルあるいはバイナリ形式のファイルのいずれでもよい。
【００１８】
図３は、図２に示す工具経路データを用いて、周回型の工具経路例のイメージを表した図である。この図は、位置ベクトルＶｐの軌跡を折線で示している。図を見やすくするため方向ベクトルＶｄは表示していない。工具経路１０１は１以上の断面工具経路群１１１（Ｌ個）からなる。各断面工具経路群１１１は、工具進入経路を示す断面工具経路１２１ａ、断面加工経路を示す４本の断面工具経路１２１ｂ、および工具離脱経路を示す断面工具経路１２１ｃからなり、矢印方向に順番に工具が移動する。
【００１８】
図１に戻り、計算機５０の処理について説明する。計算機５０は、例えば、ＣＰＵ、主記憶装置等を備えた汎用的なコンピュータシステムを用いることができ、以下に説明する各機能は、例えば、コンピュータプログラムを読み込むことにより実現される。
【００１９】
計算機５０は、ステップＳ５１で、外部ファイル１０から第１工具経路１１および第２工具経路２１を読み込む。このとき、第１工具経路１１および第２工具経路２１に含まれる工具進入経路および工具離脱経路は読み込まない。すなわち、計算機５０は、工具進入経路と工具離脱経路を読み飛ばし、加工経路のみを読み込む。工具進入経路と工具離脱経路の識別は、例えば、図２に示す各断面工具経路群１１１のうち、最初と最後の断面工具経路１２１（１２１ａと１２１ｃ）が工具進入経路と工具離脱経路に対応することを利用する。その他に、断面工具経路１２１ごとに工具進入経路・工具離脱経路・加工経路を識別するデータを図２のデータ構造に付加し、この識別データを用いて判定してもよい。以下の処理では、第１工具経路１１と第２工具経路１２は加工経路のみを対象にする。
【００２０】
次に、ステップＳ５２で、計算機５０はすでに読み込んだ複数の加工経路データ（位置ベクトルＶｐと方向ベクトルＶｄのペアを複数含む）について、各加工経路データに含まれる位置ベクトルＶｐと方向ベクトルＶｄのペアの個数を同一にする。ステップＳ５２の詳細な処理手順を図４に示す。
【００２１】
まず、読み込んだすべての断面加工経路群について以下の処理を実行するためのインデックスＩを１に設定する（Ｓ２０１）。
【００２２】
Ｉ番目の断面加工経路群において、第１工具経路１１および第２工具経路２１のそれぞれの断面加工経路について、式（１）に示す６次元ベクトルＱを生成する（Ｓ２０２）。
【００２３】
【数１】
0004210056.tif 000002
【００２４】
ここで、Ｑは位置ベクトルＶｐと方向ベクトルＶｄをあらわす６個の成分を持つベクトルである。Ｃが位置ベクトルＶｐの（ｘ，ｙ，ｚ）成分、Ｄが方向ベクトルＶｄの（ｘ，ｙ，ｚ）成分をあらわす。添字ｉは第１工具経路１１と第２工具経路２１を識別するために使用する変数で、本実施例では１〜２まで変化する。添字ｊは断面加工経路群１〜Ｌまでを識別する変数、添字ｋは断面加工経路１〜Ｈまでを識別する変数、添字ｌは位置ベクトルＶｐ１ｋ〜ＮＬｋ、および方向ベクトルＶｄ１ｋ〜ＮＬｋを識別する変数である。
【００２５】
６次元ベクトルＱを作成した後、位置ベクトルＶｐの始点から各位置ベクトルＶｐまでの折線長さＡを式（２）を用いて求める（Ｓ２０３）。
【００２６】
【数２】
0004210056.tif 000003
ここで、添字ｉ，ｊ，ｋ，ｌは、それぞれ式（１）と同様である。
【００２７】
各位置ベクトルＶｐまでの長さが求まった後、式（３）を用いパラメータｔを求める（Ｓ２０４）。式（３）は、位置ベクトルＶｐまでの長さを各断面加工経路の長さで割ることを意味する。
【００２８】
【数３】
0004210056.tif 000004
【００２９】
次に、各位置ベクトルＶｐおよび方向ベクトルＶｄにより定まる点を制御点とし、ノットをパラメータｔの先頭（ｌ＝１）を２個、パラメータｔのｌ＝２〜ＮＬｋ−２，パラメータｔの最後（ｌ＝ＮＬｋ−１）を２個並べ、階数２のＢ−スプライン曲線Ｐを作成する。このように点列からＢ―スプライン曲線を作成する（Ｓ２０５）。
【００３０】
方法は、例えば、文献３などに記載されている。式（４）は、このようにして作成した階数２のＢ―スプライン曲線Ｐの定義式を示す。
【００３１】
【数４】
0004210056.tif 000005
【００３２】
式（４）において、Ｐは断面加工経路をあらわす２階のＢ―スプライン曲線、ＮはＢ―スプライン関数値、Ｗは重み、Ｑは制御点、ｕはＢ―スプライン曲線上の１点を作成するための変数である。本実施形態では、説明を容易にするため、重みＷをすべて１として扱うが、例えば、三角関数であらわす曲線（円弧等）を用いる場合は、三角関数の有理式表現に従って重みＷを設定する。添字ｉ，ｊ，ｋ，ｌは、それぞれ式（１）と同様である。
【００３３】
ここで、Ｉが断面加工経路群の数より小さいときには、Ｉに１を加算してステップＳ２０２以降を繰り返す。Ｉが断面加工経路群の数以上になれば、ステップＳ２０８を行う（Ｓ２０６，Ｓ２０７）。すなわち、ここまでの処理ですべての断面加工経路群をＢ―スプライン曲線にする。
【００３４】
全断面加工経路群のＢ―スプライン曲線からノットを取り出して、共通値を取り除いた後、順番に並べ直すことで共通ノットを作成し、元のＢ―スプライン曲線形状を変えないように共通ノットを使用したＢ―スプライン曲線を作成する（Ｓ２０８）。この処理はノット挿入アルゴリズムと呼ばれており、例えば、文献３などに記載されている。
【００３５】
ステップＳ２０８終了後は、すべての断面加工経路群の制御点数が同一になるため、各断面加工経路群の位置ベクトルＶｐおよび方向ベクトルＶｄのペアの数が同一になる。
【００３６】
次に、ステップＳ５３で、計算機５０は第１工具経路１１から第２工具経路２１までの間の途中加工経路立体を作成する。ステップＳ５３の詳細な処理手順を図５に示す。
【００３７】
まず、すべての断面加工経路群の数Ｌを取り出し、（断面加工経路群の番号−１）を（Ｌ−１）で割ることにより、途中加工経路立体の奥行き方向パラメータｖを求める（Ｓ３０１）。次に、厚み方向のパラメータｗは、第１工具経路のときは０、第２工具経路のときは１とする（Ｓ３０２）。そして、奥行き方向パラメータｖと厚み方向パラメータｗからｖ方向およびｗ方向のノットを定める（Ｓ３０３）。ｖ方向およびｗ方向のノット設定方法は、例えば、ステップＳ２０５でｕ方向のノットを作成する方法を用いる。数式（５）は、このようにして定めた途中加工経路立体をＢ―スプライン立体Ｒで記述した例である。
【００３８】
【数５】
0004210056.tif 000006
【００３９】
ステップＳ５３が終了すると、計算機５０は、ステップ５４で途中加工経路の本数を決定するための分割数３１を外部ファイル１０から読み込む。
【００４０】
計算機５０は、読み込んだ分割数３１（ここではｎ）を用いて、ステップ５５で途中加工経路立体を分割し、ｎ個の途中加工経路６１を求める。途中加工経路６１の算出の詳細な処理手順を図６に示す。
【００４１】
途中加工経路立体Ｒ内の１点は、式（５）のパラメータ（ｕ，ｖ，ｗ）を指定することで得ることができる。図６は、式（５）のパラメータ（ｕ，ｖ，ｗ）を分割数ｎに従って変化させる処理の例を示している。図６では、第１工具経路と第２工具経路の途中に途中加工経路立体のｕ方向、ｖ方向、ｗ方向の隣り合うノット値の間を、分割数ｎで分割した途中加工経路を算出している。このようにすることで、第１工具経路および第２工具経路より細かな加工経路を作成し、少なくとも第１工具経路および第２工具経路で加工した結果より削り込まないようにしている。
【００４２】
最初に、数式（５）のパラメータｗ方向に作成する途中加工経路数Ｎ１を作成し、パラメータｗ方向に作成する途中加工経路を識別するインデックスＩを１に設定する（Ｓ４０１）。途中加工経路数Ｎ１は、式（６）で作成する。
【００４３】
Ｎ１＝ｎ×Ｂ−１  …（６）
【００４４】
式（６）で、ｎは分割数３１、Ｂはパラメータ方向での区間数である。区間数は、パラメータ方向の制御点数−パラメータ方向の階数＋１で決定する。Ｂ―スプラインを用いた場合、パラメータ方向の制御点数は（パラメータ方向のノット数）−（パラメータ方向の階数）で決定するので、（パラメータ方向のノット数）−（パラメータ方向の階数）×２＋１で区間数を決定しても良い。
【００４５】
なお、Ｂ―スプラインのノットが重なっている（多重）場合、区間数には幅０の区間が含まれることがある。このため、区間幅が０かどうかを判別し、区間幅が０の場合に処理を行わないことで同一の値が生じることを防止する。このような区間数の決定法は、例えば、文献３などに記載されている。
【００４６】
ステップＳ４０１の後、ステップＳ４０２〜Ｓ４１２までの処理を行い、ステップＳ４１３でインデックスＩがパラメータｗ方向の途中加工経路数Ｎ１以下かどうかの判別を行う。ＩがＮ１より小さい場合、ステップＳ４１４でＩを１つ加算しステップＳ４０２以降の処理を繰り返す。ＩがＮ１以上のとき処理を終了する。このようにすることで式（５）のパラメータｗ方向にＮ１個の途中加工経路を作成する。
【００４７】
次に、式（５）のパラメータｖ方向についても、上記と同様の処理を行う。すなわち、パラメータｖ方向に作成する途中加工経路数Ｎ２を作成し、パラメータｖ方向に作成する途中加工経路を識別するインデックスＪを１に設定する（Ｓ４０２）。途中加工経路数Ｎ２は、式（６）のＮ１をＮ２に変えて使用する。
【００４８】
ステップＳ４０２の後、ステップＳ４０３〜ステップＳ４１０までの処理を行い、ステップＳ４１１でインデックスＪがパラメータｗ方向の途中加工経路数Ｎ２以下がどうかの判別を行う。ＪがＮ２より小さい場合、ステップＳ４１２でＪを１つ加算しステップＳ４０３以降の処理を繰り返す。ＪがＮ２以上のときステップＳ４１３へ抜ける。このようにすることで式（５）のパラメータｖ方向にＮ２個の途中加工経路を作成する。
【００４９】
次に、パラメータｕ方向の断面加工経路群内の断面加工経路の数ＨをＮ３に設定し、断面加工経路を識別するインデックスＫを１に設定する（Ｓ４０３）。
【００５０】
ステップＳ４０３を実行した後、ステップＳ４０４〜ステップＳ４０８までの処理を行い、ステップＳ４０９でインデックスＫがパラメータｕ方向の断面加工経路数Ｎ３以上がどうかの判別を行う。ＫがＮ３より小さい場合、ステップＳ４１０でＫを１つ加算しステップＳ４０４以降の処理を繰り返す。ＫがＮ３以上のときＳステップ４１１へ抜ける。このようにすることで、パラメータｕ方向の断面加工経路群内の断面加工経路に対応する途中加工経路を作成する。
【００５１】
次に、式（５）のパラメータｕ方向についても、上記と同様の処理を行う。すなわち、式（５）のパラメータｕ方向に作成する途中加工経路数Ｎ４を作成し、パラメータｕ方向に作成する途中加工経路を識別するインデックスＬを１に設定する（Ｓ４０４）。途中加工経路数Ｎ４は、式（６）のＮ１をＮ４に変えて使用する。
【００５２】
ステップＳ４０４を実行した後、ステップＳ４０５〜ステップＳ４０６までの処理を行い、ステップＳ４０７でインデックスＬがパラメータｕ方向の途中加工経路数Ｎ４以上がどうかの判別を行う。ＬがＮ４より小さい場合、ステップＳ４０８でＬを１つ加算しステップＳ４０５以降の処理を繰り返す。ＬがＮ４以上のときステップＳ４０９へ抜ける。このようにすることで式（５）のパラメータｕ方向にＮ４個の途中加工経路を作成する。
【００５３】
次に、式（５）のパラメータ（ｕ，ｖ，ｗ）を作成する（Ｓ４０５）。式（７）はパラメータ（ｕ，ｖ，ｗ）の設定方法の例を示している。
【００５４】
【数６】
0004210056.tif 000007
【００５５】
式（７）において、ｔ１，ｔ２，ｔ３は区間内の分割パラメータである。ｔ１は、０〜（Ｎ４−１）／（Ｎ４）の間で変化する。ｔ２は、０〜（Ｎ２−１）／（Ｎ２×Ｎ３）＋（Ｎ３−１）／Ｎ３の間で変化する。ｔ３は、０〜（Ｎ１−１）／（Ｎ１）の間で変化する。Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４はステップＳ４０１〜ステップＳ４０４で決定した区間内の分割数である。このようにすることで、途中加工経路が二重に作成されることを防止することができる。
【００５６】
ｋｎｏｔＵは式（５）の途中加工立体のｕ方向ノットであり、添字Ｋは断面加工経路を識別するインデックス、添字Ｌはパラメータｕ方向の途中加工経路を識別するインデックス、ｍｕはパラメータｕ方向の階数である。ｋｎｏｔＶは式（５）の途中加工立体のｖ方向ノットであり、添字Ｊはパラメータｖ方向の途中加工経路を識別するインデックス、ｍｖはパラメータｖ方向の階数である。ｋｎｏｔＷは式（５）の途中工具立体のｗ方向ノットであり、添字ＩはパラメータＷ方向の途中加工経路を識別するインデックス、ｍｗはパラメータｗ方向の階数である。
【００５７】
次に、式（５）の途中加工立体にステップ４０５で求めた（ｕ，ｖ，ｗ）値を代入し、途中加工経路の位置ベクトルＶｐおよび方向ベクトルＶｄを求める。これにより、ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）段目の途中加工経路の方向ベクトルは、第１工具経路に含まれる断面加工経路の位置ベクトルと第２工具経路に含まれる断面加工経路の位置ベクトルとの間を（ｉ：Ｎ＋１−ｉ）に内分する方向に定まる。以上でステップＳ５５が終了する。
【００５８】
図１に戻り、説明を続ける。計算機５０は、このようにして求めた途中加工経路の位置ベクトルＶｐおよび方向ベクトルＶｄを、少なくとも図２に示すデータ構造を含むデータ構造に変換し、ファイル６０に格納する（Ｓ５６）。
【００５９】
以上のようにステップＳ５１〜ステップＳ５６を実行することにより途中加工経路を作成することができる。
【００６０】
本実施形態により、第１工具経路と第２工具経路とから４軸以上の途中加工経路を有する荒加工が可能になる。また、この荒加工は、４軸以上の荒加工経路を有することから切削残りが少なく、切削速度を向上させることが可能になる。また、多軸ＣＡＭは第１工具経路と第２工具経路を作成するときにしか使用しないことから、多軸ＣＡＭの利用工数を少なくすることが可能になる。
【００６１】
次に図７〜図９を参照して、第２の実施形態について説明する。
【００６２】
図７は、本発明を適用した第２の実施形態に係る工具経路作成装置の処理概要を示すブロック図である。上位計算機は図１で示した分割数３１の替わりに、図７に示す切削深さ５０１をファイル１０に格納する。本実施形態の計算機５０は、ステップＳ５１〜Ｓ５３を実行した後、切削深さ５０１をファイル１０から読み込む（Ｓ５１１）。そして、途中加工経路立体から切削深さ５０１に従った途中加工経路を求める（Ｓ５１２）。その後、ステップＳ５６を実行し、ｎ個の途中加工経路６１をファイル６０に格納する。
【００６３】
図８は、ステップＳ５１２を実現するための一例を示すフローチャートである。図８は図６と説明が重複するので図６のフローチャートと異なる部分のみ説明する。
【００６４】
図６のステップＳ４０１を、パラメータｗ方向の区間数を取り出しＮ１に設定し、パラメータｗ方向の区間を識別するインデックスＩを１に設定する、ステップＳ６０１に置き換える。ステップＳ４０２を、パラメータｖ方向の区間数を取り出しＮ２に設定し、パラメータｖ方向の区間を識別するインデックスＪを１に設定する、ステップＳ６０２に置き換える。ステップＳ４０４を、パラメータｕ方向の区間数を取り出しＮ４に設定する、ステップＳ６０４に置き換える。ステップＳ４０５およびステップＳ４０６を、パラメータ（ｕ，ｖ，ｗ）の区間毎に途中加工経路立体を分割して位置ベクトルＶｐおよび方向ベクトルＶｄを求める、ステップＳ６０５に置き換える。これらの処理を順次実行することにより、切削深さに対応した途中加工経路を求めることができる。
【００６５】
図９は、ステップＳ６０５を実現するための一例を示すフローチャートである。
【００６６】
まず、途中加工立体のパラメータｖを（Ｉ−１）／（Ｎ１−１）に固定し、途中加工立体のパラメータｕを０〜（Ｌ−１）／（Ｎ４−１）まで順番に変化させ、ｗ方向の制御点間隔群を作成する（Ｓ７０１）。この制御点間隔群から最大値をとりだす。本最大値は途中加工経路立体の最大厚みとなる。次にこの最大厚みを切削深さで割ることによりｗ方向の分割数を算出しＮＳ１に格納する。本分割数により切削深さ以下でｗ方向に途中加工経路を作成することができる。
【００６７】
ステップＳ７０１と同様に、ｖ方向制御点間隔群を作成し、最大値を取り出す（Ｓ７０２）。本最大値は途中加工経路立体の最大奥行きとなる。次にこの最大奥行きを切削深さで割ることによりｖ方向の分割数を算出しＮＳ２に格納する。本分割数により切削深さ以下でｖ方向に途中加工経路を作成することができる。
【００６８】
ステップＳ７０１と同様に、ｕ方向制御点間隔群を成し、最大値を取り出す（Ｓ７０３）。本最大値は途中加工経路立体の最大幅となる。次にこの最大幅を切削深さで割ることによりｕ方向の分割数を算出しＮＳ３に格納する。本分割数により切削深さ以下でｕ方向に途中加工経路を作成することができる。
【００６９】
次に、ｗ方向の途中加工経路数を識別するインデックスＩ１を１に設定する（Ｓ７０４）。ステップＳ７０５〜Ｓ７１１を実行した後、インデックスＩ１がＮＳ１より小さいかを判別する（Ｓ７１２）。インデックスＩ１がＮＳ１より小さい場合、インデックスＩ１を１つ加算して、ステップＳ７０５以降の処理を繰り返す（Ｓ７１３）。Ｉ１がＮＳ１以上の場合処理を終了する。このようにすることでｗ方向に分割した途中加工経路を作成する。
【００７０】
次に、ｖ方向の途中加工経路数を識別するインデックスＪ１を１に設定する（Ｓ７０５）。ステップＳ７０６〜Ｓ７０９を実行した後、インデックスＪ１がＮＳ２より小さいかを判別する（Ｓ７１０）。インデックスＩ１がＮＳ２より小さい場合、インデックスＪ１を１つ加算して、ステップＳ７０５以降の処理を繰り返す（Ｓ７１１）。Ｊ１がＮＳ２以上の場合、ステップＳ７１２へ抜ける。このようにすることでｖ方向に分割した途中加工経路を作成する。
【００７１】
次に、ｕ方向の途中加工経路数を識別するインデックスＫ１を１に設定する（Ｓ７０６）。ステップＳ７０７、Ｓ４０６を実行した後、インデックスＫ１がＮＳ３より小さいかを判別する（Ｓ７０８）。インデックスＫ１がＮＳ３より小さい場合、インデックスＫ１を１つ加算して、ステップＳ７０７以降の処理を繰り返す（Ｓ７０９）。Ｋ１がＮＳ３以上の場合、ステップＳ７１０へ抜ける。このようにすることでｕ方向に分割した途中加工経路を作成する。
【００７２】
ステップＳ７０７では、式（５）のパラメータ（ｕ，ｖ，ｗ）を作成する。式（８）はパラメータ（ｕ，ｖ，ｗ）の設定方法の例を示している。
【００７３】
【数７】
0004210056.tif 000008
【００７４】
式（８）において、ｔ１，ｔ２，ｔ３は、パラメータｕ，ｖ，ｗ方向の分割パラメータである。ｔ１は、０〜（ＮＳ３−１）／ＮＳ３の間で変化する。ｔ２は、０〜（ＮＳ２−１）／（ＮＳ２×Ｎ３）十（Ｊ−１）／Ｎ３の間で変化する。ｔ３は、０〜（ＮＳ１−１）／ＮＳ１の間で変化する。ＮＳ１，ＮＳ２，ＮＳ３はパラメータｕ，ｖ，ｗ方向の区間内の分割数である。このようにすることで、途中加工経路が二重に作成されることを防ぐ。他の変数は式（７）の説明で記載したものと同一である。
【００７５】
ステップＳ４０６では、式（５）の途中加工経路立体にステップＳ７０７で求めた（ｕ，ｖ，ｗ）値を代入し、途中加工経路の位置ベクトルＶｐおよび方向ベクトルＶｄを求める。以上でステップＳ６０５が終了する。
【００７６】
本実施形態によれば、途中加工経路立体から切削深さに従った途中加工経路を求めるため、工具による切削量を切削深さ以下に押さえることができる。
【００７７】
また、切削深さは途中加工経路立体の幅方向、奥行き方向、高さ方向ごとに設定してもかまわない。この場合、図９のステップＳ７０１〜Ｓ７０３での切削深さを幅方向、奥行き方向、高さ方向ごとに変えることにする。このようにすることで、高さ方向の切削量を少なくし、奥行き方向の切削量を多くするといったことが可能になる。
図１４は、このようにして作成した途中加工経路から位置ベクトルを繋いだ折線を表示した例を示している。図１４では説明をわかりやすくするため方向ベクトルは表示していない。
【００７８】
この図に示すように、第１工具経路（断面加工経路）１１と第２工具経路（断面加工経路）２１との間に、途中加工経路立体１００１が作成されている。途中加工経路立体１００１から途中加工経路６１が分割数−１（ｎ−１）本だけ作成されている。また、第１工具経路（断面加工経路）１１、第２工具経路（断面加工経路）２１、および各途中加工経路６１は、いずれも同一点数であることがわかる。
【００７９】
また、図１５には、このようにして作成された周回型途中加工経路を表示した例を示している。なお、図１５において、方向ベクトルの表示は省略している。
【００８０】
さらに、図６のステップＳ４０５または図９のステップＳ７０７の式（７）または式（８）において、ｔ２＝ｔ１＋（Ｋ−１）／Ｎ３とすることにより、加工経路を横切る方向に螺旋状の途中加工経路を作成することができる。これは、パラメータｖがパラメータｕの変化と同様に変化するからである。そして、螺旋型途中加工経路の例を図１６に示す。なお、図１６において、方向ベクトルの表示は省略している。
【００８１】
あるいは、ｔ３＝（ｔ１＋（Ｋ−１）／Ｎ３）／ＮＳ１＋（Ｉ１−１）／ＮＳ１とすると、第１工具経路から第２工具経路へ向かう方向に渦巻き状の途中加工経路を作成することが可能になる。これは、パラメータｗがパラメータｕの変化と同様に変化するからである。そして、渦巻型途中加工経路の例を図１７に示す。なお、図１７でも方向ベクトルの表示は省略している。
【００８２】
次に、図１０〜図１３を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は上で説明した工具経路作成システムを用いて加工経路を作成し、それを提供するサービスに関するものである。
【００８３】
図１０は、工具経路作成サービスを提供する際のサービスシステムの概要図である。本サービスシステムは、工具経路作成会社用システム７０、ＣＡＤ／ＣＡＭデータ作成会社用システム７５から構成されている。
【００８４】
工具経路作成会社用システム７０は、顧客となるＣＡＤ／ＣＡＭデータ作成会社と通信する通信装置７１と、工具経路作成システム７２とを備えている。
【００８５】
ＣＡＤ／ＣＡＭデータ作成会社用システム７５は、工具経路作成会社と通信を行う通信装置７６と、その通信装置を介してＣＡＤデータおよび工具経路データを作成するＣＡＤシステム７７およびＣＡＭシステム７８を有している。
【００８６】
以下、工具経路作成会社がＣＡＤ／ＣＡＭデータ作成会社に対して提供するサービスについて説明する。ここで、ＣＡＤ／ＣＡＭデータ作成会社は、工具経路データを作成するだけでなく、工具経路データを使った製造を行う製造業者も含むものとする。
【００８７】
工具経路作成会社用システム７０の工具経路作成システム７２は、顧客であるＣＡＤ／ＣＡＭデータ作成会社用システム７５から、通信装置７６，７１を介して工具経路データおよび分割数または切削深さデータを受け取る。ここで、工具経路データは、少なくとも位置ベクトルデータと方向ベクトルデータとを含み、断面工具経路データ１２１（図２参照）においては、工具進入経路、加工経路および工具離脱経路の判別が可能である必要である。また、工具経路作成システム７２が、素材を荒加工する工具経路（第１工具経路）と、仕上り形状を加工する工具経路（第２工具経路）とを必要とするため、第１工具経路と第２工具経路とが判別できることが必要である。
【００８８】
工具経路作成システム７２は、受け取った各データから途中加工経路を求める。ここで求められた途中加工経路は、ＣＡＤ／ＣＡＭデータ作成会社用システム７５へ返送される。
【００８９】
このような工具経路作成サービスをＣＡＤ／ＣＡＭデータ作成会社が受けることができると、これらの会社は多軸加工を用いた加工を行うことが可能になり、工具摩耗が少なく、仕上り品質の良い加工がおこなえるようになる。また、ＣＡＤシステムで荒加工用の形状データを作成し、この形状データごとにＣＡＭシステムで途中加工経路を作成する必要が無くなるため、ＣＡＤシステムでの形状データ作成工数、ＣＡＭデータでの途中工具経路作成工数を低減することができる。
【００９０】
個別監視装置３２、監視情報出力装置３３、監視情報検出装置３４および集中監視装置１０は、いずれも例えば汎用的なコンピュータシステムにより構成され、以下に説明する各装置３２，３３，３４，１０内の個々の構成要素または機能は、例えば、コンピュータプログラムを実行することにより実現される。
【００９１】
次に、工具経路作成サービスシステムにおけるシステム構成の一例を図１１に示す。ＣＡＤ／ＣＡＭデータ作成会社用システム７５は、工具経路・分割数（切削深さ）送信処理部８０１と、途中工具経路データ受信処理部８０５と、シミュレーション手段８０６と、記憶装置８５とを備える。
【００９２】
工具経路・分割数（切削深さ）送信処理部８０１は、記憶装置８５に蓄えられた第１工具経路・第２工具経路データ８５１および分割数または切削深さデータ８５２を工具経路作成会社用システム７０に送る。
【００９３】
工具経路作成会社用システム７０は、工具経路・分割数（切削深さ）受信処理部８０２と、途中工具経路作成処理部８０３と、途中工具経路データ送信処理部８０４と、記憶装置８０とを備える。
【００９４】
工具経路・分割数（切削深さ）受信処理部８０２は、第１工具経路・第２工具経路データと分割数（切削深さ）データを受信し、記憶装置８０に格納する。途中工具経路作成処理部８０３は、第１工具経路・第２工具経路データと分割数（切削深さ）データを記憶装置８０から読み出し、途中工具経路データを作成する。作成された途中工具経路データは、記憶装置８０に格納される。途中工具経路データ送信処理部８０４は、途中工具経路データを記憶装置８０から読み出して、ＣＡＤ／ＣＡＭデータ作成会社用システム７５へ送る。
【００９５】
ＣＡＤ／ＣＡＭデータ作成会社用システム７５の途中工具経路データ受信処理部８０５は、途中工具経路データを受信して記憶装置８５へ格納する。シミュレーション処理部８０６は、途中工具経路データから工具による切削シミュレーションを行って図示しない表示装置にその結果を表示する。
【００９６】
工具経路・分割数（切削深さ）送信処理部８０１と、途中工具経路データ受信処理部８０５と、シミュレーション処理部８０６とを持つコンピュータシステムの操作例を図１２および図１３に示す。工具経路・分割数（切削深さ）送信処理部８０１は、例えばＷＷＷのホームページからデータを送信することにより実現する。
【００９７】
工具経路・分割数（切削深さ）送信処理部８０１が提供する操作画面９００の一例を図１２に示す。ユーザは、図示しない入力装置を用いて、操作画面９００のファイル名入カダイアログ９０１に第１工具経路ファイル名、ファイル名入カダイアログ９０２に第２工具経路ファイル名、分割数ダイアログ９０３に分割数、切削深さダイアログ９０４に切削深さを入力し、送信ボタン９０５を押下する。ここで、分割数ダイアログ９０３に分割数が入力されると、切削深さデータは無効となり、切削深さダイアログ９０４にデータが入力されると、分割数データが無効になる。
【００９８】
なお、図１２では、第１工具経路データ、第２工具経路データ、および分割数データまたは切削深さデータが、それぞれ別ファイルとなっているが、これらは一つのファイルにまとまっていてもよい。
【００９９】
工具経路作成会社用システム７０とＣＡＤ／ＣＡＭデータ作成会社用システム７５とは、の間の通信は、例えば、ファイルのアップロードおよびダウンロード、または電子メールの送受信により実現することができる。
【０１００】
途中工具経路データ受信処理部８０５がメールを受信した場合の例を、図１３に示す。この例では、本文に途中工具経路の作成が正常に行われたことが記載されていて、途中工具経路データが添付ファイルとして送信されている。シミュレーション処理部８０６は、ファイル読込などのコマンドにより、例えば図１３のメールから添付ファイルを読み出して実行し切削シミュレーション結果を表示する。
【０１０１】
以上に説明した実施形態の工具経路作成装置によれば、多軸ＣＡＭで作成した工具経路を用いて粗加工用の途中加工経路を容易に作成することができる。従って、ＣＡＭでの工具経路作成工数が少なくて済む。また、４軸以上の工具経路を作成することが可能であることから、スミＲ付きの工具を傾けて切削することができるため、切削量を大きくすることが可能になり加工速度を速めることができる。
【０１０２】
また、分割数を指定する替わりに切削深さを設定することが可能であることから、工具の切削条件に応じた加工経路を作成できるため、工具の切削負荷変動による摩耗を少なくすることができ、切削後の仕上がりをきれいにすることが可能になる。
【０１０３】
また、加工経路を横切る方向に螺旋状の途中加工経路を作成できること、第１工具経路から第２工具経路へ向かう方向に渦巻き状の途中加工経路を作成できることから、工具に負荷がかかっている状態を長くすることが可能になり、工具摩耗を少なくできるとともに、切削後の仕上がりをきれいにすることができる。
【０１０４】
上述した本発明の実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明によれば、二つの工具経路から、高精度、高効率で素材の切削加工を行うための他の加工経路を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係る工具経路作成装置の概要を示すブロック図である。
【図２】  工具経路データの構造の一例を示す。
【図３】  周回型の工具経路のイメージを示す図である。
【図４】  断面加工経路ごとに位置ベクトルおよび方向ベクトルのペアの数を同一にする処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】  途中加工経路立体を作る処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】  途中加工経路立体から分割数に従った途中加工経路を求める処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】  本発明の第２の実施形態に係る工具経路作成装置の構成を示すブロック図である。
【図８】  途中加工経路立体から切削深さに従った途中加工経路を求める処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】  パラメータの区間ごとに分割して、位置ベクトルおよび方向ベクトルを求める処理の一例を示すフローチャートである。
【図１０】  工具経路作成サービスシステムの概要図である。
【図１１】  工具経路作成サービスに関するシステムの概要図である。
【図１２】  送信処理部８０１が提供する操作画面９００の一例である。
【図１３】  受信メールの一例である。
【図１４】  途中加工経路、断面加工経路の表示例である。
【図１５】  周回途中加工経路の表示例である。
【図１６】  螺旋型途中加工経路の表示例である。
【図１７】  渦巻型途中加工経路の表示例である。
【符号の説明】
１０・・・外部ファイル、１１・・・第１工具経路、２１・・・第２工具経路、３１・・・分割数、５０・・・本工具経路作成装置の計算機、６０・・・外部ファイル、６１・・・途中加工経路、７０・・・工具経路作成会社用システム、７５・・・ＣＡＤ／ＣＡＭデータ作成会社用システム。
【図１】
0004210056.tif 000009
【図２】
0004210056.tif 000010
【図３】
0004210056.tif 000011
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004210056.tif 000014
【図７】
0004210056.tif 000015
【図８】
0004210056.tif 000016
【図９】
0004210056.tif 000017
【図１０】
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【図１１】
0004210056.tif 000019
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0004210056.tif 000022
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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