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    公开号:WO1987007047A1
    申请号:PCT/JP1987/000296
    申请日:1987-05-12
    公开日:1987-11-19
    发明作者:Masaki Seki；Kouji Samukawa
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 法線ベ ク ト ル演算方法 ' 技術分野
    [0003] 本発明は法線べ ク ト ル演算方法に係 り 、 特に三次元曲 面に おけ る 工具オ フ セ ッ ト 通路を演算す る 際に適用 し て 好適な法線べ ク ト ル演算方法に関す る 。
    [0004] 背景技術
    [0005] 三次元金型等の設計図面上の曲面 C S F (第 7 図参照） は一般に複数の断面曲線 （た と え ば基準曲線 B C 1 1 ， B C 1 2 及び動作曲線 D C 1 1 ， D C 1 2 ) に よ っ て表 現さ れて お り 、 あ る斬面曲線 と 次の断面曲線間 （た と え ば各基準曲線閭 あ る い は各動作曲線闊） の形状デー タ は 存在し な い 。 し か し 、 数値制御加工に際し て は こ の よ う に中閭の形状が与え られて い な く て も 上記断面曲線間 を な め らかにつ なが る よ う に加工す る こ と が要求さ れ る 。 こ のため 、 上記各断面曲線に囲 ま れた曲面 C S F 上の ポ イ ン ト P i t j (図中黒丸） を離散的に求め 、 該離散的に求 ま っ た ポ イ ン ト の集合で曲窗を表現す る と 共に 、 工具先 端を し て各ポ ィ ン ト を連続的にた ど る よ う に さ せ る N C テ ー プを 自動作成す る 自動プ π ダ ラ ミ ン グ方法が実用化 さ れて い る 。
    [0006] と こ ろ で 、 工具中心の通路は曲面上の通路 （切削通路） 力 > ら所定方向に所定量オ フ セ ツ. ト し た通路 と な る 。 た と え ば、 ボール ェ ン ド ミ ル の塲合に は第 8 図に示す よ う に 曲面 C S F 上の切削点 P ; 」 と 工具中心 P τ を結ぶ方向が 該切削点におけ る法線方向 と な る よ う に工具中心通路 T Ρ が決定さ れ、 工具中心 Ρτが該通路 T P を た ど る よ う に N C データ が作成さ れ る 。 尚、 フ ラ ッ ト エ ン ド ミ ルや総 型パイ ト 等の場合に は工具中心 と 切削点を結ぶ方向は法 線方向ではないが、 これ ら工具の工具中心通路を求め る ため に は切削点に おけ る法線べ ク ト ルが必要に な る 。
    [0007] こ のた め 、 従来は第 9 図に示すよ う に切削点 を 中 点 と す る第 1 方向 （ B C 方向） の 3 点 P； . 」 _ i , P 8 _ . , Ρ； , j + i と 、 切削点 Ρ i， 」 を 中点 と す る第 2 方向 （ D C 方 向） の 3 点 Ρ ^υ , P i , ' , P + 1, 」 の ト ータ ル 5 点を用 いて切削点に おけ る法線べ ク ト ル V を演算し て い る 。 す な わち 、 次式に
    [0008] V — p (1)
    [0009] v BC ^ ί, j +1 ^ i, J-i '
    [0010] に よ り 切削点 P : i に おけ る近似的な第 l 方向の接線ぺ ク h ル V & C を求め る と 共に、 次式
    [0011] VDC=Pi+1.广 Pi- （2)
    [0012] に よ り 切削点 P，.， j に おけ る近似的な第 2 方向の接線べ ク ト ル V。cを求め、 次式
    [0013] V=VBCXVDC (3)
    [0014] に よ り 切削点 P； , におけ る法線ベ ク ト ル V を演算し て い る o
    [0015] し か し 、 かか る従来の法線べ ク ト ル演算方法は、 ト ー タ ル 5 点の座標値を用いて切削点に おけ る法線ぺ ク ト ル を演算す る も ので あ る た め、 法線べ ク ト ル が得 られ る迄 に時閭を要し 、 結果的に N C データ が得 られ る迄に相当 の時間を必要と する 。
    [0016] 以上か ら 、 本発明の目的は よ り 少ないボ イ ン ト の座標 値を用いて切削点におけ る法線ぺク ト ル を演算する法線 ぺク ト ル演算方法を提供する こ と である 。
    [0017] 発明の開示
    [0018] 三次元曲面を特定する データ を用いて第 1 の方向及び 第 2 の方向に対して共に離散的に並ぶ よ う に三次元曲面 上のポ イ ン ト を求め、 該第 1 方向あ る いは第 2 方向の連 铳する 3 点を通る円弧中心を求め、 該円弧中心か ら前記 3 点の う ち中央のボ イ ン ト に向か う 方向を該中央点にお け る三次元曲面の法線方向 と して法線べク ト ル を演算す る
    [0019] 図面の簡単な説明
    [0020] 第 1 図は本発明の概略説明図、
    [0021] 第 2 図は本発明を実現する装置のブロ ッ ク 図、
    [0022] 第 3 図は本発明方法の処理の流れ図、
    [0023] 第 4 図及び第 5 図は本発明を摘要で き る形状説明図、 第 6 図は曲面説明図、
    [0024] 第 7 図乃至第 9 図は従来方法説明図であ る 。
    [0025] 発明を実施する ため の最良の形態 第 1 図は本発明の概略説明図である 。
    [0026] C S F は三次元曲面、 P P P tは第 方向 （ B C方向） に連銃する 3 つ の曲面上の切削点、 P a , Ρ ', , 」 ， P は第 2 方向 （ D C方向） に連統 する 3 つの曲面上の切削点、 P Lは上記 3 点 P ; , P i . j ， P j + 1 に よ り 特定される平面、 Pcは上記 3 点を 通る平面 P L上の円弧の中心、 Vは切削点 P : , 」 に お け る 曲面 C S Fの法線ベク ト ル、 C P T は曲面上の切削点を 結ぶ刃先通路であ る 。
    [0027] 三次元曲面 C S F を特定するデータ と共に法線べク ト ル の演算方法を特定する データ を入力する 。
    [0028] すなわち、 切削点 P , , 」 を中点とする第 1 方向 （ B C方 1¾) の連続する 3 点 ( P 8 ι , P . , P j + 1 ) を用い て法線べク ト ルを演算する か 、 あ る い は切削点 P； , 」 を中 ^と する第 2方向 （ D C方向） の連繞する 3 点 （ Ρ ,·
    [0029] P : . , , P i + 1， 」） を用いて法線べク ト ルを演算するか、 あ る いは従来と同様に切削点 P ，」 を中点と する第 1 方向 ( B C方向） の 3 点及び第 2 方向 （ D C方向） の 3 点の ト ー タ ル 5 点を用いて切削点におけ る法線ぺク ト ル V を 演算する かを入力する 。
    [0030] そして、 曲面を特定するデータ を用いて第 1·方向 （ B C方向） 及び第 2 方向 （ D C方向） に対 し て共に離散的 に並ぶよ う に三次元曲面 C S F上のポ イ ン ト P . . ( i = 1 , 2 ， · * · · , ί = 1 , 2 ， · · · ） を求め、 該ボ イ ン ト 」 に お け る三次元曲面 C S F の法線ベク ト ル V を演算する に際して前記法線べク ト ル演算方法をチ エッ ク し 、 該ポ イ ン ト を中点とす る第 1 方向 （ B C方向） の 連繞する 3 点 （ P i . j i , P . , P ; > j + 1 ) を用いて法線 ベ ク ト ルを演算する場合には、 これ ら 3 点を通る円弧中 心 Peを求め、 該円弧中心か らポ イ ン ト P , 」 に向か う方 一 ラ ー
    [0031] 向 を法線方向 と し て法線べ ク ト ル を演算す る 。
    [0032] 第 2 図は本発明方法を実現する 自動プ ロ ダ ラ ミ ン グ装 置のブ α ッ ク 図で あ る 。 図中、 1 0 1 はデータ 入力用の キ ー ボー ド 、 1 0 2 は プロ セ ッ サ 、 1 0 3 は制御プ ロ グ ラ ム を記億す る R O M、 1 0 4 は R A M、 1 0 5 は ヮ 一 キ ン グ メ モ リ 、 1 0 6 は生成さ れた複合曲面の曲面デ 一 タ や曲面加工用の N C プロ グ ラ ム データ を記億す る 曲面 記億メ モ リ 、 1 0 7 は生成さ れた複合曲面の曲面デー タ あ る いは曲面加工用の N C プロ グ ラ ム データ を紙テ ー プ、 磁気テ ー プな ど の外部記億媒体 1 0 8 に 出力す る 出力装 釐、 1 0 9 は ア ド レ ス バス 、 1 1 0 は デー タ パ ス で あ る 。
    [0033] 以下、 本発明.に かか る複合曲面の N C データ 作成方法 を第 3 図の流れ図に従っ て説明す る 。
    [0034] (a)ま ず、 キ ーボー ド 1 0 1 か ら三次元曲面 C S F (第 1 図参照） を特定す る データ （基準曲線 B S C l , B S C 2 及び動作曲線 D V C 1 , D V C 2 を含むデータ ） を それ ぞれ入力 し 、 R A M I 0 4 あ る いは ワ ー キ ン グ メ モ リ 1 0 5 に記億す る 。
    [0035] (b)ついで、 法線ぺ ク ト ル の算出方法を特定す る. デー タ を入力する 。 た と えば、
    [0036] (i)第 1 方向 （ B C方向） の連銃す る 3 点を用いて法線 べ ク ト ル を演算す る か、 あ る いは
    [0037] (ϋ)第 2 方向 （ D C方向） の連統す る 3 点を用 いて法線 べ ク ト ル を演算す る か、 あ る い は
    [0038] (ΐϋ)従来 と 同様に第 1 方向 （ B C方向） の 3 点及び第 2 - - 方向 （ D C方向） の 3 点の ト ー タ ル 5 点 （中点が一致す るか ら 5 点とな る） を用いて法線ベク ト ル を演算するか を入力する。 尚、 U)の場合には 「 B C V」 を入力し 、 （ii) の場合に:ば 「 D C V」 を入力し 、 （iii)の場合には何も 入力 5 しない。
    [0039] 法線べク トルを（i)〜 (Hi)のいずれの方法に よ り 演算する かはオ ペ レータ が設計図面を参照して決定する 。 た と え ば'、. 4図に示すよ う に動作曲線 D V C 1 と動作曲線 D V C 2 の;形状が略同一であ り 、 しかも 第 1 方向 （ B C方0" 向） の各直線 上のポイ ン ト の高さ （ Z方 座標値） が 略等しい場合には第 2 方向 （ D C方向） の 3 点を用いて 法線べク トル を演算する も の と し 、 又第 5 図に示すよ う な回転体の場合に も 第 2方向の 3 点を用いて法線べク ト ルを演算する も の と する 。 このよ う に、 3 点を用いて法 ミ—線べク ト ル を演算する も の と すれば法線べク ト ル を簡単 に、 かつ短時間に、 レかも 精度良く 演算する こ と がで き
    [0040] ¾ 。
    [0041] (c)所定のデータ 入力が終了すれば、 周知の方法で第 1 、 第 2 方向 （ B C方向、 D C方向） に対して共に離散的に0 なる よ う に曲面 C S F (第 6 図参照） 上のポ イ ン ト P
    [0042] ( i = 1 , 2 ， · ♦ ' ； j = 1. , 2 , ♦ ♦ · ) を求め る 。 尚、 ポ イ ン ト P i . jは曲面の基準曲線 B S C 1 上の 〗 番 目の分割点を含む中間断面曲線 ¾ L。 （ j ) と表現し 、 各 中閭断面曲線 L e ( j ) ( j = l 、 2 、 3 、 · ♦ · - n )5 の i 番目の分割点を連結してな る曲線を ( i ) と表現 する と すれば、 曲線 Lc ( j ) と Lr ( i ) の交点で あ る 。 又、 第 1 方向を曲線 Lr ( i ) 方向 と し 、 第 2 方向を曲線 Lc ( j ) 方向と す る
    [0043] (d)三次元曲面 C S F上のボ イ ン ト が求ま ればボ イ ン ト j に おけ る 三次元曲面の法線べ ク ト ル V を演算す る に 際し て法線べ ク ト ル演算方法を チ ： c タ ク す る 。 すな わち 、 ま ず演算方法を特定す る データ と し て 「 B C V 」 が入力 さ れて い る か ど う か を チ ェジ ク す る 。
    [0044] (e) 「 B C V」 が入力 さ れて い なければ、 つ ぎに法線べ ク ト ル演算方法を特定す る データ と し て 「 D C V 」 が入 力 さ れて い る 力 > ど う か を チ ェク ク す る 。 '
    [0045] (f) 「 D C V 」 も 入力 さ れて い な ければ、 従来方法 と 同 様に第 1 、 第 2 方向の ト 一タ ）レ 5 点の座標値を用いて単 位法線べ ク ト ル Vu を演算す る 。
    [0046] (g)ついで 、 切削ポ イ ン ト P し j に お け る位置べク ト ル P 」と単位法線ベ ク ト ル V と 工具半径 R ( ボール ヱ ン ド ミ ル の塲合） を用いて次式
    [0047] P^ . + R . Vu-*Qi( . (4)
    [0048] よ り 工具中心通路上のオ フ セ ッ ト ポ ィ ン ト <¾ ； の位置べ ク ト ル Q i , j を演算す る 。
    [0049] (h)ついで、 曲面上の全ポ イ ン ト の オ フ セ タ ト ポ イ ン ト を求めたか ど う かも チ ェク ク し 、 求めて あれば処理を終 了 し 、 求めて な ければス テ ツ プ（d)以降の処理を繰 り 返す。
    [0050] (i)—方、 ス テ ツ プ（d)に お い て法線ぺ ク ト ル演算方法を 特定す る デー タ と し て 「 B C V 」 が入力 さ れて いればボ - - イ ン ト 3 を中点と する第 1 方向 （基準曲線方向） の連 繞する 3 点 P； . j , P s > j + 1 (第 1 図参照） を用 いて法線べク ト ルを演算する 。 すなわち、 ま ずこれ ら 3 点を通る平面 P L上の円弧中心 P eを求め、 ついで次式 P i f .-PC- V (5)
    [0051] に よ り 法線べク ト ル V、 すなわち円弧中心 P eか ら ボ イ ン ト j に向か う 方向を法線方向 と する法線べク ト ルを演 箅し、 以後ステツ プ (g)以降の処理を繰 り 返す。
    [0052] (】}又、 ス テ ツ プ（e)にお いて法線べク ト ル演算方法を特 定するデータ と して 「 D C V」 が入力されていればボ イ ン ト Ρ，·， 」 を中点と する第 2 方向 （動作曲線方向） の連繞 す る、 3 点 Ρい i , 」， P . ( . , P； + i , j を用 いて ス テ ッ プ（i)に おけ る方法と同一の方法で法線べク ト ルを演算し 、 以後 - ステツ プ（g)以降の処理を繰 り 返す。
    [0053] 以上本発明に よれば、 三次元曲面を特定する データ と 共に法線ぺク ト ル の演算方法を特定するデータ を入力し 、 第： 1 方向ある いは第 2方向の連繞する S 点を用いて法線 ベ ク ト ルを演算する場合には、 これ ら 3 点を通る円弧中 心を求め、 該円弧中心か ら中央のボ イ ン ト に向か う方向 を該中央ポ イ ン ト に お け る曲面の法線方向 と し て法線べ ク ト ル を演算する よ う に構成し たか ら 、 よ り 少ないボ イ ン ト の座標値を用いて切削点におけ る法線ぺク ト ルを演 算する こ とができ 、 法線べク ト ル を簡単に、 かつ短時間 で、 しかも 十分の精度で演算する こ とができ る 。
    权利要求:
    Claims
    請求の範囲
    1 · 三次元曲面を特定する データ と共に法線べク ト ル の演算方法を特定する データ を入力し 、
    該三次元曲面を特定する データ を用いて第 1 の方向及 び第 2 の方向に対して共に離散的に並ぶ よ う に三次元曲 面上のボ イ ン ト を求め、
    各ボ イ ン ト におけ る三次元曲面の法線べ ク ト ル を演算 する に際して前記法線ぺ ク ト ル演算方法をチ X タ ク し 、 該第 1 方向あ る い は第 2 方向の連銃する 3 点を用いて法 線ベ ク ト ル を演算する場合には、 これ ら 3 点を通る 円弧 中心を求め、
    該円弧中心か ら前記 3 点の う ち中央のボ イ ン ト に向か う 方向を該中央点におけ る三次元曲面の法線方向と し て 法線べク ト ル を演算する こ と を特徵と す る法線べク ト ル 演算方法。
    2 . 前記三次元曲面を特定する データ は、 該三次元曲 面の外'形を特定する ための 4 つの断面曲線を含む こ と を 特徵と する請求の範囲第 1 項記載の法線べク ト ル演算方 法。
    3 * 前記断面曲線の う ち第 1 の互いに対向する 2 つの 断面曲線を基準曲線、 第 2 の互いに対向する断面曲線を 動作曲線と称する と き 、 基準曲線方向を前記第 1 の方向 と し 、 動作曲線方向を前記第 2 の方向 とする こ と を特徵 と する請求の範囲第 2 項記載の法線べク ト ル演算方法。
    , 前記演算方法を特定するデータ は、 第 1 の方向に 連続する 3 点を用いて法線ぺク ト ルを演算する方法、 第 2 の方向に連繞する 3 点を用いて法線べク ト ル を演算す る方法、 第 1 の方向に連続する 3 点と第 2 の方向に連続 する 3 点を用いて法線べク ト ル を演算する方法のいずれ かを特定する こ と を特徵とする請求の範囲第 3 項記載の 法線べク ト ル演算方法。
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    EP0276312A1|1988-08-03|
    EP0276312A4|1990-06-26|
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1987-11-19| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1987-11-19| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB IT |
    1988-01-07| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1987902778 Country of ref document: EP |
    1988-08-03| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1987902778 Country of ref document: EP |
    1993-07-14| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1987902778 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP10918586A|JPS62264307A|1986-05-13|1986-05-13|Normal line vector arithmetic method|
    JP61/109185||1986-05-13||DE19873786546| DE3786546D1|1986-05-13|1987-05-12|Verfahren zur berechnung eines normalvektors.|
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