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表示方法及び表示プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び表示装置 実績あり

国内特許コード P010000192
整理番号 Y98-P095
掲載日 2002年9月30日
出願番号 特願平11-035296
公開番号 特開2000-235407
登録番号 特許第3571564号
出願日 平成11年2月15日(1999.2.15)
公開日 平成12年8月29日(2000.8.29)
登録日 平成16年7月2日(2004.7.2)
発明者
  • 乾 正知
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 表示方法及び表示プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び表示装置 実績あり
発明の概要 【課題】 ボールエンドミルによる切削加工の結果得られる工作物の形状を、高速にグラフィックス表示する。
【解決手段】 入力部から入力された工作物情報により(S100)、工作物の立体モデルをデクセルに変換し(S102)、工具経路に沿って移動するときの掃引形状を計算する(S103)。この掃引形状を構成するくさび形状と円筒形を計算し(S104)、掃引形状の下面を多角形化する(S105)。3次元グラフィックス表示部は、デプスバッファ処理によるハードウェア処理で求められた掃引形状の最下面の高さを表すデプス値を得る(S106、S107)。つぎに、現在のデクセルの高さをデプス値まで切り詰め(S108)、デクセルの上端に微少な三角形を貼り付け、段差を平面で補間して多面体化する(S109)。3次元グラフィックス表示部は、伝送された全三角形データに基づいてハードウェアによる処理を実行し、その陰面消去した画像をフレームバッファへ描画しその投影図を表示する(S110)。
従来技術、競合技術の概要


従来、プラスチックや金属のダイキャスト製品、板金製品の製造等に用いられる金型には、複雑な曲面形状を有するものが多い。このような金型の多くは、ボールエンドミル工具を用いた数値制御加工(NC(Numerical Control)切削加工)等により製作される。金型加工では、工具により工作物を深く彫り込むことが多いため、剛性に優れた3軸制御の工作機械の利用が一般的である。



また、例えば、ボールエンドミル等による切削加工の結果を表示する場合、その切削加工の結果は、立体モデリングシステムの集合演算機能を用いて、加工前の工作物形状を表す立体モデルから、与えられた経路にしたがって移動するボールエンドミルの掃引形状を表す立体モデルを差し引くことで計算できる。この考え方に基づいて、工作物形状と掃引形状を表現する様々な可視化手法が、既に開発されている。可視化手法としては、例えば、CSG(Constructive Solid Geometry)モデルとして扱う手法(Numerical Control Part Program Verification System, Proc. Conf. On CAD/CAM Technology in Mechanical Engineering, pp.236-254 (1982)参照)、工作物の視線方向のデクセル表現に基づく手法(Real-Time Shaded NC Milling Display, Computer Graphics, Vol.20, No.4, pp.15-20 (1986), Geometric Modeling for Swept Volume of Moving Solids, IEEE Computer Graphics and Applications, Vol.6, No.12 pp.8-17 (1986)参照)、ボクセル表現に基づく手法(Bridging the Gap between CSG and Brep via a Triple Ray Representation, Proc. of Fourth Symposium on Solid Modeling and Applications, pp.68-79 (1997)参照)、オクツリー表現に基づく手法(A Flexible Quantitative Method for NC Machining Verification Using a Space-Division based Solid Model, The Visual Computer, Vol.7, pp.149-157 (1991)参照)、G-バッファ表現に基づく手法(NC Machining with G-Buffer Method, Computer Graphics, Vol.25, No.4, pp.207-216 (1991)参照)等がある。



また、Menon等は、ハードウェアを用いてCSGモデルの描画を高速化する手法を開発している(More Powerful Solid Modeling through Ray Representations, IEEE Computer Graphics and Applications, Vol.14, No.3, pp.22-35 (1994)参照)。



さらに、近年ミーリング技術(切削加工技術)の進歩により、切削加工だけで磨き作業が不要な程に高品質な仕上がりの金型を得ることが可能になってきた。それにともない、切削加工により製作される金型について、表面精度や品質を、実加工の前に詳細に把握して検討する必要が生じている。

産業上の利用分野


本発明は、表示方法及び表示プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び表示装置に係り、特に、ボールエンドミル等の工具を連続した線分からなる経路にそって移動させ、工作物を切削加工した結果を表示する表示方法及び表示プログラムを記録した記録媒体に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
数値制御工作機械に取り付けられた工具を連続した線分からなる経路にそって移動させ、工作物を切削加工することで得られる工作物の形状を表示する表示方法であって、
加工前の工作物の立体モデル、ボールエンドミルの工具形状データ、ボールエンドミルの工具移動経路に関する情報を入力するステップと、
前記入力するステップにより入力された工作物の立体モデルを、基準座標系のxy平面上にx軸とy軸に平行かつ等間隔な直交格子を有するデクセルが集積された立体モデルへ変換するステップと、
前記入力するステップにより入力された工具形状データ及び工具移動経路に関する情報と、前記変換するステップにより求められた立体モデルとに基づいて、ボールエンドミル先端の半球形切刃と同一半径の球の直線移動の連続により生成される球面と円筒形を結合したものの和形状として、ボールエンドミルが工具移動経路にそって移動するときの掃引形状を生成するステップと、
前記掃引形状を生成するステップにより生成された掃引形状について、掃引形状を構成する直線部分に対応する円筒形状と方向転換部分に対応する各球面から両側の円筒形状の内部に入り込んでいる部分を削除してくさび形状を計算するステップと、
前記計算するステップにより求められたくさび形状は、球面部を幾つかの等幅な細片へ分割し、得られた各細片をさらに等しい間隔で分割することで微小な四辺形又は三角形の集合として多面体近似し、前記計算するステップにより求められた円筒形状は、等しい幅の長方形を鎧状につないだものとして多面体近似することにより、円筒形状及びくさび形状の表面を微小な多角形の集合へ分割し、さらに、多面体を構成する多角形のうち、デクセルの切り詰めに関与する法線方向が向きの多角形のみ選択して他を除外することにより、多角形データを生成するステップと、
前記多角形データを生成するステップにより得られた多角形データを、工作物のデクセル化のもとになるxy平面上の直交格子をフレームバッファと見なして、隠面消去のハードウェア処理を行う3次元グラフィックス表示部に与えるステップと、
3次元グラフィックス表示部による隠面消去のハードウェア処理で求められた掃引形状の最下面の高さを表すデプス値を受けるステップと、
工作モデルを構成する各デクセルについて、前記受けるステップにより得られたデプス値と立体モデルの各デクセルの高さとを比較し、立体モデルの各デクセルの高さを、得られたデプス値まで切り詰めるステップと、
前記切り詰めるステップにより切り詰められた各デクセルの上端に微小な多角形を貼り付けモデルの上面を覆うように多面体化して多角形データを求めるステップと、
3次元グラフィックス表示部により可視表示させるために、前記求めるステップにより求められたデクセルの上端に貼り付けられた多角形データを3次元グラフィックス表示部へ出力するステップと、
を備えた表示方法。

【請求項2】
3次元グラフィックス表示部は、伝送された全三角形データに基づいてハードウェアによる処理を実行し、その隠面消去した画像をフレームバッファへ描画し、その投影図を出力部へ表示又は出力することを特徴とする請求項1に記載の表示方法。

【請求項3】
視体積と工作物モデルの積立体を新しい工作物モデルとする拡大表示ステップをさらに備えた請求項1に記載の表示方法。

【請求項4】
数値制御工作機械に取り付けられた工具を連続した線分からなる経路にそって移動させ、工作物を切削加工することで得られる工作物の形状を表示する表示プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
加工前の工作物の立体モデル、ボールエンドミルの工具形状データ、ボールエンドミルの工具移動経路に関する情報を入力する手段と、
前記入力する手段により入力された工作物の立体モデルを、基準座標系のxy平面上にx軸とy軸に平行かつ等間隔な直交格子を有するデクセルが集積された立体モデルへ変換する手段と、
前記入力する手段により入力された工具形状データ及び工具移動経路に関する情報と、前記変換する手段により求められた立体モデルとに基づいて、ボールエンドミル先端の半球形切刃と同一半径の球の直線移動の連続により生成される球面と円筒形を結合したものの和形状として、ボールエンドミルが工具移動経路にそって移動するときの掃引形状を生成する手段と、
前記掃引形状を生成する手段により生成された掃引形状について、掃引形状を構成する直線部分に対応する円筒形状と方向転換部分に対応する各球面から両側の円筒形状の内部に入り込んでいる部分を削除してくさび形状を計算する手段と、
前記計算する手段により求められたくさび形状は、球面部を幾つかの等幅な細片へ分割し、得られた各細片をさらに等しい間隔で分割することで微小な四辺形又は三角形の集合として多面体近似し、前記計算する手段により求められた円筒形状は、等しい幅の長方形を鎧状につないだものとして多面体近似することにより、円筒形状及びくさび形状の表面を微小な多角形の集合へ分割し、さらに、多面体を構成する多角形のうち、デクセルの切り詰めに関与する法線方向が向きの多角形のみ選択して他を除外することにより、多角形データを生成する手段と、
前記多角形データを生成する手段により得られた多角形データを、工作物のデクセル化のもとになるxy平面上の直交格子をフレームバッファと見なして、隠面消去のハードウェア処理を行う3次元グラフィックス表示部に与える手段と、
3次元グラフィックス表示部による隠面消去のハードウェア処理で求められた掃引形状の最下面の高さを表すデプス値を受ける手段と、
工作モデルを構成する各デクセルについて、前記受ける手段により得られたデプス値と立体モデルの各デクセルの高さとを比較し、立体モデルの各デクセルの高さを、得られたデプス値まで切り詰める手段と、
前記切り詰める手段により切り詰められた各デクセルの上端に微小な多角形を貼り付けモデルの上面を覆うように多面体化して多角形データを求める手段と、
3次元グラフィックス表示部により可視表示させるために、前記求める手段により求められたデクセルの上端に貼り付けられた多角形データを3次元グラフィックス表示部へ出力する手段と、
をコンピュータに実行させるための表示プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

【請求項5】
処理部と3次元グラフィックス表示部とを備え、数値制御工作機械に取り付けられた工具を連続した線分からなる経路にそって移動させ、工作物を切削加工することで得られる工作物の形状を表示する表示装置であって、
前記処理部は、
加工前の工作物の立体モデル、ボールエンドミルの工具形状データ、ボールエンドミルの工具移動経路に関する情報を入力する手段と、
前記入力する手段により入力された工作物の立体モデルを、基準座標系のxy平面上にx軸とy軸に平行かつ等間隔な直交格子を有するデクセルが集積された立体モデルへ変換する手段と、
前記入力する手段により入力された工具形状データ及び工具移動経路に関する情報と、前記変換する手段により求められた立体モデルとに基づいて、ボールエンドミル先端の半球形切刃と同一半径の球の直線移動の連続により生成される球面と円筒形を結合したものの和形状として、ボールエンドミルが工具移動経路にそって移動するときの掃引形状を生成する手段と、
前記掃引形状を生成する手段により生成された掃引形状について、掃引形状を構成する直線部分に対応する円筒形状と方向転換部分に対応する各球面から両側の円筒形状の内部に入り込んでいる部分を削除してくさび形状を計算する手段と、
前記計算する手段により求められたくさび形状は、球面部を幾つかの等幅な細片へ分割し、得られた各細片をさらに等しい間隔で分割することで微小な四辺形又は三角形の集合として多面体近似し、前記計算する手段により求められた円筒形状は、等しい幅の長方形を鎧状につないだものとして多面体近似することにより、円筒形状及びくさび形状の表面を微小な多角形の集合へ分割し、さらに、多面体を構成する多角形のうち、デクセルの切り詰めに関与する法線方向が向きの多角形のみ選択して他を除外することにより、多角形データを生成する手段と、
前記多角形データを生成する手段により得られた多角形データを、工作物のデクセル化のもとになるxy平面上の直交格子をフレームバッファと見なして、隠面消去のハードウェア処理を行う3次元グラフィックス表示部に与える手段と、
3次元グラフィックス表示部による隠面消去のハードウェア処理で求められた掃引形状の最下面の高さを表すデプス値を受ける手段と、
工作モデルを構成する各デクセルについて、前記受ける手段により得られたデプス値と立体モデルの各デクセルの高さとを比較し、立体モデルの各デクセルの高さを、得られたデプス値まで切り詰める手段と、
前記切り詰める手段により切り詰められた各デクセルの上端に微小な多角形を貼り付けモデルの上面を覆うように多面体化して多角形データを求める手段と、
3次元グラフィックス表示部により可視表示させるために、前記求める手段により求められたデクセルの上端に貼り付けられた多角形データを3次元グラフィックス表示部へ出力する手段と、
を備えた表示装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP1999035296thum.jpg
出願権利状態 登録
ライセンス状況 通常実施権[L00-03]
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