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工具参照面計算方法、工具参照面計算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工具参照面計算装置 実績あり

国内特許コード P020000197
整理番号 Y99-P252
掲載日 2003年5月27日
出願番号 特願2000-056843
公開番号 特開2001-242919
登録番号 特許第3535442号
出願日 平成12年3月2日(2000.3.2)
公開日 平成13年9月7日(2001.9.7)
登録日 平成16年3月19日(2004.3.19)
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 工具参照面計算方法、工具参照面計算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工具参照面計算装置 実績あり
発明の概要 【課題】 3次元グラフィックス表示装置を利用し、工具参照面を高速計算する。
【解決手段】 加工対象物の多面体モデル及び工具形状に関する情報により(S100)、頂点部分、辺部分及び多角形部分に対応する形状を配置して、工具の中心を表す参照点が加工対象物の表面に沿って移動するときの掃引形状を生成し、これに基づき、隣接した各々の形状の内部に入り込んでいる部分を除去し、除去後の形状を、多面体化する(S103~S108)。この多面体に基づき、法線方向が所定の向きの多角形のみを選択して、多角形データを生成し(S109)、この多角形データを3次元グラフィックス表示部に与え、それによるハードウェア処理(S110、S111)で求められた掃引形状の最上面の高さを表すデプス値に基づき、掃引形状の上面を覆う格子状の点群を得る(S112)。この点群に基づき、隣接する点を選択し多角形へ置換することで工具参照面を得る(S113)。
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、フラットエンドミル、ラウンドエンドミルなどの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。この3軸制御の工作機械を用いた金属加工では、工具の位置を代表する点(以後この点を、参照点とよぶ)の移動経路を工作機械の制御装置へ入力することで、希望する形状を切削することが知られている。
図27は、金型加工で用いられるエンドミルの種類((a)ボールエンドミル、(b)フラットエンドミル、(c)ラウンドエンドミル)と、それらの工具参照点(Cutter reference point)の位置を示す図である。金型加工では、先端の切刃が半球形のボールエンドミルが用いられることが多いが、作業効率が重視される粗加工では、フラットエンドミルが用いられ、同じく、なだらかな曲面形状の加工では、フラットエンドミルの周囲に円環状の切刃が取り付けられた、ラウンドエンドミルが用いられることがある。3軸のNC加工では、これらの工具の位置を代表する点(以後、この点を工具参照点(Cutter reference point)とよぶ)の移動経路を、Gコードとよばれるプログラム形式で記述し、それを工作機械の制御装置へ入力することで、希望する形状を削り出す。ボールエンドミルでは、工具参照点として切刃の中心点を用いることが一般的である。一方、フラットエンドミルでは、工具先端の中心点を、またラウンドエンドミルでは工具先端の中心点から、円環状の切刃の半径分内側の点を、それぞれ工具参照点として用いることが多い。

産業上の利用分野


本発明は、工具参照面計算方法、工具参照面計算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工具参照面計算装置に係り、特に、数値制御工作機械に取り付けられた工具を経路に沿って移動させて工作物を加工する際に、工具の逆形状分膨らませた工具参照面を生成する工具参照面計算方法、工具参照面計算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工具参照面計算装置に関する。

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経路に沿って移動させて工作物を加工する際に、工具の逆形状分膨らませた工具参照面を生成する工具参照面計算方法であって、
加工対象物の多面体モデル及び半径rのボールエンドミルの工具形状に関する情報を入力するステップと、
座標系を用意し、多面体モデルのXY平面への投影図形を、工具半径r分膨らませた図形を覆うように、直交格子を生成するステップと、
前記入力するステップにより入力された加工対象物の多面体モデル及びボールエンドミルの工具形状に関する情報に基づいて、工具の中心を表す工具参照点を中心に工具を180度回転させて工具参照点が加工対象物の表面に沿って移動させたときの工具の掃引形状の最上面を工具参照面として生成する際、加工対象物の多面体モデル頂点部分に対応して半径rの球形状及び辺部分に対応して半径rの円筒形状及び多角形部分に対応して厚さ2rの厚板形状をそれぞれ配置するステップと、
前記配置するステップにより生成された工具参照面を形成する球形状、円筒形状及び厚板形状に基づき、(1)辺に対応する円筒形状とその辺の両側に接続された厚板形状が配置されている部分について、円筒形状から厚板形状の内部に入りこんでいる部分を除去したくさび形状を求め、(2)頂点に対応する球形状とこの頂点に接続する円筒形状が配置されている部分について、球形状から2辺に対応する円筒形状の内部に入りこんでいる部分を除去したすいか形状を求め、隣接した各々の形状の内部に入り込んでいる部分を除去するステップと、
前記除去するステップにより得られた工具参照面を形成する各形状について、くさび形状を等しい幅の長方形を鎧状につないだものとして多面体化し、すいか形状を球面部分を複数の等幅な細片に分割し、さらに細片を等しい間隔で四辺形及び三角形に分割することを含み、工具参照面を多面体化するステップと、
前記多面体化するステップにより得られた多面体に基づき、法線方向が向きの多角形のみ選択することにより、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、隠面消去のハードウェア処理を実行する3次元グラフィックス表示部のデプスバッファに与えるステップと、
3次元グラフィックス表示部のデプスバッファによるハードウェア処理で求められた掃引形状の最上面の高さを表すデプス値を受けるステップと、
前記受けるステップにより得られたデプス値に基づき、格子状に配置され、工具参照面を覆う点群を得るステップと、
前記点群を得るステップにより得られた点群に基づき、隣接する点を選択し点群の隙間を三角形で補間することで工具参照面を得るステップとを含む工具参照面計算方法。

【請求項2】
数値制御工作機械に取り付けられた工具を経路に沿って移動させて工作物を加工する際に、工具の逆形状分膨らませた工具参照面を生成する工具参照面計算方法であって、
加工対象物の多面体モデル及び半径rのフラットエンドミルの工具形状に関する情報を入力するステップと、
座標系を用意し、多面体モデルのXY平面への投影図形を、工具半径r分膨らませた図形を覆うように、直交格子を生成するステップと、
前記入力するステップにより入力された加工対象物の多面体モデル及びフラットエンドミルの工具形状に関する情報に基づいて、工具の中心を表す工具参照点を中心に工具を180度回転させて工具参照点が加工対象物の表面に沿って移動させたときの工具の掃引形状の最上面を工具参照面として生成する際、加工対象物の多面体モデルの辺部分に対応して水平方向に半径rの斜円筒形状及び多角形部分に対応して水平方向に厚さ2rの厚板形状をそれぞれ配置するステップと、
前記配置するステップにより生成された工具参照面を形成する円筒形状及び厚板形状に基づき、辺に対応する斜円筒形状とその辺の両側に接続された厚板形状が配置されている部分について、円筒形状から厚板形状の内部に入りこんでいる部分を除去した斜くさび形状を求め、隣接した各々の形状の内部に入り込んでいる部分を除去するステップと、
前記除去するステップにより得られた工具参照面を形成する各形状について、斜くさび形状を等しい幅の長方形を鎧状につないだものとして多面体化することを含み、工具参照面を多面体化するステップと、
前記多面体化するステップにより得られた多面体に基づき、法線方向が向きの多角形のみ選択することにより、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、隠面消去のハードウェア処理を実行する3次元グラフィックス表示部のデプスバッファに与えるステップと、
3次元グラフィックス表示部のデプスバッファによるハードウェア処理で求められた掃引形状の最上面の高さを表すデプス値を受けるステップと、
前記受けるステップにより得られたデプス値に基づき、格子状に配置され、工具参照面を覆う点群を得るステップと、
前記点群を得るステップにより得られた点群に基づき、隣接する点を選択し点群の隙間を三角形で補間することで工具参照面を得るステップとを含む工具参照面計算方法。

【請求項3】
加工対象製品の形状の少なくとも一部を、高精度に計算させるために、その一部の投影図形だけを覆うように直交格子を生成するステップを備えた請求項1又は2に記載の工具参照面計算方法。

【請求項4】
得られた工具参照面に基づき、工具経路を求めるステップをさらに備えた請求項1乃至3のいずれに記載の工具参照面計算方法。

【請求項5】
工具参照面及び/又は工具経路を表示するステップをさらに備えた請求項1乃至のいずれかに記載の工具参照面計算方法。

【請求項6】
前記入力するステップにおいて、ラウンドエンドミルの円環状の端部半径を有するボールエンドミルについて工具形状に関する情報として入力し、請求項1に記載の工具参照面の計算方法を実行して工具参照面を得て、
さらに、前記入力するステップにおいて、得られた前記工具参照面を多面体モデルに関する情報として入力し、前記ラウンドエンドミルの軸部の半径から前記端部半径を引いた半径を有するフラットエンドミルについて工具形状に関する情報として入力し、再び、請求項に記載の工具参照面の計算方法を実行することでラウンドエンドミルの工具参照面を得ることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の工具参照面計算方法。

【請求項7】
数値制御工作機械に取り付けられた工具を経路に沿って移動させて工作物を加工する際に、工具の逆形状分膨らませた工具参照面を生成する工具参照面計算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、
加工対象物の多面体モデル及び半径rのボールエンドミルの工具形状に関する情報を入力するステップと、
座標系を用意し、多面体モデルのXY平面への投影図形を、工具半径r分膨らませた図形を覆うように、直交格子を生成するステップと、
前記入力するステップにより入力された加工対象物の多面体モデル及びボールエンドミルの工具形状に関する情報に基づいて、工具の中心を表す工具参照点を中心に工具を180度回転させて工具参照点が加工対象物の表面に沿って移動させたときの工具の掃引形状の最上面を工具参照面として生成する際、加工対象物の多面体モデル頂点部分に対応して半径rの球形状及び辺部分に対応して半径rの円筒形状及び多角形部分に対応して厚さ2rの厚板形状をそれぞれ配置するステップと、
前記配置するステップにより生成された工具参照面を形成する球形状、円筒形状及び厚板形状に基づき、(1)辺に対応する円筒形状とその辺の両側に接続された厚板形状が配置されている部分について、円筒形状から厚板形状の内部に入りこんでいる部分を除去したくさび形状を求め、(2)頂点に対応する球形状とこの頂点に接続する円筒形状が配置されている部分について、球形状から2辺に対応する円筒形状の内部に入りこんでいる部分を除去したすいか形状を求め、隣接した各々の形状の内部に入り込んでいる部分を除去するステップと、
前記除去するステップにより得られた工具参照面を形成する各形状について、くさび形状を等しい幅の長方形を鎧状につないだものとして多面体化し、すいか形状を球面部分を複数の等幅な細片に分割し、さらに細片を等しい間隔で四辺形及び三角形に分割することを含み、工具参照面を多面体化するステップと、
前記多面体化するステップにより得られた多面体に基づき、法線方向が向きの多角形のみ選択することにより、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、隠面消去のハードウェア処理を実行する3次元グラフィックス表示部のデプスバッファに与えるステップと、
3次元グラフィックス表示部のデプスバッファによるハードウェア処理で求められた掃引形状の最上面の高さを表すデプス値を受けるステップと、
前記受けるステップにより得られたデプス値に基づき、格子状に配置され、工具参照面を覆う点群を得るステップと、
前記点群を得るステップにより得られた点群に基づき、隣接する点を選択し点群の隙間を三角形で補間することで工具参照面を得るステップとをコンピュ-タに実行させるための工具参照面計算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8】
数値制御工作機械に取り付けられた工具を経路に沿って移動させて工作物を加工する際に、工具の逆形状分膨らませた工具参照面を生成する工具参照面計算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、
加工対象物の多面体モデル及び半径rのフラットエンドミルの工具形状に関する情報を入力するステップと、
座標系を用意し、多面体モデルのXY平面への投影図形を、工具半径r分膨らませた図形を覆うように、直交格子を生成するステップと、
前記入力するステップにより入力された加工対象物の多面体モデル及びフラットエンドミルの工具形状に関する情報に基づいて、工具の中心を表す工具参照点を中心に工具を180度回転させて工具参照点が加工対象物の表面に沿って移動させたときの工具の掃引形状の最上面を工具参照面として生成する際、加工対象物の多面体モデルの辺部分に対応して水平方向に半径rの斜円筒形状及び多角形部分に対応して水平方向に厚さ2rの厚板形状をそれぞれ配置するステップと、
前記配置するステップにより生成された工具参照面を形成する円筒形状及び厚板形状に基づき、辺に対応する斜円筒形状とその辺の両側に接続された厚板形状が配置されている部分について、円筒形状から厚板形状の内部に入りこんでいる部分を除去した斜くさび形状を求め、隣接した各々の形状の内部に入り込んでいる部分を除去するステップと、
前記除去するステップにより得られた工具参照面を形成する各形状について、斜くさび形状を等しい幅の長方形を鎧状につないだものとして多面体化することを含み、工具参照面を多面体化するステップと、
前記多面体化するステップにより得られた多面体に基づき、法線方向が向きの多角形のみ選択することにより、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、隠面消去のハードウェア処理を実行する3次元グラフィックス表示部のデプスバッファに与えるステップと、
3次元グラフィックス表示部のデプスバッファによるハードウェア処理で求められた掃引形状の最上面の高さを表すデプス値を受けるステップと、
前記受けるステップにより得られたデプス値に基づき、格子状に配置され、工具参照面を覆う点群を得るステップと、
前記点群を得るステップにより得られた点群に基づき、隣接する点を選択し点群の隙間を三角形で補間することで工具参照面を得るステップとをコンピュ-タに実行させるための工具参照面計算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9】
数値制御工作機械に取り付けられた工具を経路に沿って移動させて工作物を加工する際に、工具の逆形状分膨らませた工具参照面を生成する工具参照面計算装置であって、
加工対象物の多面体モデル及び工具形状に関する情報を入力する入力部と、
工具参照面を計算する処理部とを備え、
前記処理部は、
加工対象物の多面体モデル及び半径rのボールエンドミルの工具形状に関する情報を入力する手段と、
座標系を用意し、多面体モデルのXY平面への投影図形を、工具半径r分膨らませた図形を覆うように、直交格子を生成する手段と、
前記入力する手段により入力された加工対象物の多面体モデル及びボールエンドミルの工具形状に関する情報に基づいて、工具の中心を表す工具参照点を中心に工具を180度回転させて工具参照点が加工対象物の表面に沿って移動させたときの工具の掃引形状の最上面を工具参照面として生成する際、加工対象物の多面体モデルの頂点部分に対応して半径rの球形状及び辺部分に対応して半径rの円筒形状及び多角形部分に対応して厚さ2rの厚板形状をそれぞれ配置する手段と、
前記配置する手段により生成された工具参照面を形成する球形状、円筒形状及び厚板形状に基づき、(1)辺に対応する円筒形状とその辺の両側に接続された厚板形状が配置されている部分について、円筒形状から厚板形状の内部に入りこんでいる部分を除去したくさび形状を求め、(2)頂点に対応する球形状とこの頂点に接続する円筒形状が配置されている部分について、球形状から2辺に対応する円筒形状の内部に入りこんでいる部分を除去したすいか形状を求め、隣接した各々の形状の内部に入り込んでいる部分を除去する手段と、
前記除去する手段により得られた工具参照面を形成する形状について、くさび形状を等しい幅の長方形を鎧状につないだものとして多面体化し、すいか形状を球面部分を複数の等幅な細片に分割し、さらに細片を等しい間隔で四辺形及び三角形に分割することを含み、工具参照面を多面体化する手段と、
前記多面体化する手段により得られた多面体に基づき、法線方向が向きの多角形のみ選択することにより、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、隠面消去のハードウェア処理を実行する3次元グラフィックス表示部のデプスバッファに与える手段と、
3次元グラフィックス表示部のデプスバッファによるハードウェア処理で求められた掃引形状の最上面の高さを表すデプス値を受ける手段と、
前記受ける手段により得られたデプス値に基づき、格子状に配置され、工具参照面を覆う点群を得る手段と、
前記点群を得る手段により得られた点群に基づき、隣接する点を選択し点群の隙間を三角形で補間することで工具参照面を得る手段とを備えた工具参照面計算装置。

【請求項10】
数値制御工作機械に取り付けられた工具を経路に沿って移動させて工作物を加工する際に、工具の逆形状分膨らませた工具参照面を生成する工具参照面計算装置であって、
加工対象物の多面体モデル及び工具形状に関する情報を入力する入力部と、
工具参照面を計算する処理部とを備え、
前記処理部は、
加工対象物の多面体モデル及び半径rのフラットエンドミルの工具形状に関する情報を入力する手段と、
座標系を用意し、多面体モデルのXY平面への投影図形を、工具半径r分膨らませた図形を覆うように、直交格子を生成する手段と、
前記入力する手段により入力された加工対象物の多面体モデル及びフラットエンドミルの工具形状に関する情報に基づいて、工具の中心を表す工具参照点を中心に工具を180度回転させて工具参照点が加工対象物の表面に沿って移動させたときの工具の掃引形状の最上面を工具参照面として生成する際、加工対象物の多面体モデルの辺部分に対応して水平方向に半径rの斜円筒形状及び多角形部分に対応して水平方向に厚さ2rの厚板形状をれぞれ配置する手段と、
前記配置する手段により生成された工具参照面を形成する円筒形状及び厚板形状に基づき、辺に対応する斜円筒形状とその辺の両側に接続された厚板形状が配置されている部分について、円筒形状から厚板形状の内部に入りこんでいる部分を除去した斜くさび形状を求め、隣接した各々の形状の内部に入り込んでいる部分を除去する手段と、
前記除去する手段により得られた工具参照面を形成する各形状について、斜くさび形状を等しい幅の長方形を鎧状につないだものとして多面体化することを含み、工具参照面を多面体化する手段と、
前記多面体化する手段により得られた多面体に基づき、法線方向が向きの多角形のみ選択することにより、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、隠面消去のハードウェア処理を実行する3次元グラフィックス表示部のデプスバッファに与える手段と、
3次元グラフィックス表示部のデプスバッファによるハードウェア処理で求められた掃引形状の最上面の高さを表すデプス値を受ける手段と、
前記受ける手段により得られたデプス値に基づき、格子状に配置され、工具参照面を覆う点群を得る手段と、
前記点群を得る手段により得られた点群に基づき、隣接する点を選択し点群の隙間を三角形で補間することで工具参照面を得る手段とを備えた工具参照面計算装置。

【請求項11】
前記処理部の前記与える手段により得られた多角形データに基づき、隠面消去処理を実行し、デプスバッファの各要素のデプス値を更新又は記憶する、デプスバッファ処理を実行する手段と、
前記デプスバッファ処理を実行する手段により記憶されたデプスバッファに基づき、各要素に記憶された掃引形状の最上面の高さを表すデプス値を得る手段と、
前記デプス値を得る手段により得られたデプス値を前記処理部へ出力する手段とを有する3次元グラフィック表示部をさらに備えた請求項9又は10に記載の工具参照面計算装置。

【請求項12】
工具参照面又は工具加工状態又は工具加工シミュレーション状態を表示する手段又は出力する手段をさらに備えた請求項9乃至11のいずれかに記載の工具参照面計算装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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JP2000056843thum.jpg
出願権利状態 登録
ライセンス状況 通常実施権[L04-17]
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