JP2701307B2 - 領域加工のさらい工具軌跡生成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、数値制御工作機械が数値制御する加工工具
軌跡を自動的に生成する装置における領域加工のさらい
工具軌跡生成方法に関し、特に、効率的な領域加工工具
軌跡を生成することが可能な領域加工のさらい工具軌跡
生成方法に関する。

従来技術 数値制御工作機械を用いた加工では、制御プログラム
を入力する際、所定のプログラム言語により工作物の形
状を定義するか、あるいは工作形状の模型を形成して、
この模型の表面をトレースすることにより、トレース位
置を入力していた。

この方法では、複雑な形状を入力することが難しい点
や、模型を作成するための手間やコストがかかる点につ
いて問題があった。また、CADシステムのように、形状
に対して数学的なオフセットを行って工具軌跡を得る方
法もあるが、複雑な形状に対しては、工具干渉や削り残
しを生ずるおそれがあり、完全な工具軌跡を得ることが
非常に困難であった。

さらに、これらの点に対処して、工具軌跡を自動的に
生成する方法も提案されている。

例えば、特開昭62-221003号公報に記載されている工
具軌跡生成方法では、加工領域の画像を入力し、その画
像データに現われる加工領域の輪郭線を抽出して、その
輪郭線から加工領域の内側に向い、径が異なる複数の工
具で加工させる工具別加工領域を、径が小さい工具に対
応するものから順に形成し、各々の工具のオフセット量
とオーバーラップ量に基づいて各工具に対応した一筆書
き状の２次元工具軌跡を形成して、削り残りが出ない工
具軌跡を自動的に形成している。

しかし、この方法では、ディジタル画像上での処理特
性により、さらい工具軌跡に多くの屈曲点を生じる点に
ついては配慮がなされていなかった。

このため、膨大なデータと方向の異なる短い直線の連
続に伴う工作機械の振動を生じ、工具寿命の短縮等を招
く恐れがあった。

目的 本発明の目的は、このような問題点を改善し、屈曲点
の少いさらい工具軌跡を生成することにより、効率的な
領域加工工具軌跡を生成することが可能な領域加工のさ
らい工具軌跡生成方法を提供することにある。

構成 上記目的を達成するため、本発明の領域加工のさらい
工具軌跡（以下さらいパスと記す）生成方法は、描画機
上に描画された原画を画素データとして読み取る画像読
取部と、その画素データより加工する領域を認識するデ
ータ処理部とを備え、その画素データより認識された領
域を加工する領域加工のさらい工具軌跡生成方法におい
て、読み取り形状の輪郭に沿い、指定加工工具による輪
郭工具軌跡を生成した後、その生成領域に対し、さらい
領域の輪郭画素を８連結追跡により一筆書き状に追跡す
る処理を内側に向って繰り返し、さらいパスのオフセッ
トを行う処理と、その８連結追跡によって得られたさら
いパス通過位置を基に、その８連結追跡における方向差
が１でかつ長さが１であるベクトルを含み、それぞれ複
数の同一方向のベクトルを接続した各パターンを直線区
間として判定し、その区間を直線として補正する処理と
を行うことに特徴がある。

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。

本実施例では、特開昭62-221003号公報に記載されて
いる方法により、工具軌跡を自動的に生成し、その過程
でさらいパスにおける直線部分のスムージング処理を行
う。

第２図は、本発明の一実施例における工具軌跡生成シ
ステムの構成図である。

本実施例の工具軌跡生成システムは、データ処理部
１、キーボード２、画像読取部３、メモリ４、画面表示
部５、および表示制御部６を備え、オペレータは対話的
に操作および作業を進める。

このデータ処理部１は、特開昭62-221003号公報に記
載されている工具軌跡生成処理を行い、さらに、さらい
パスにおける直線部分のスムージング処理を行う。

また、キーボード２は、画面表示部５上の位置を画素
単位に指示できるポインティング・デバイスを備える。

また、画像読取部３は、イメージスキャナ等から構成
され、読み取られた画像は主走査方向と副走査方向に所
定の解像度で画素に分解される。なお、各画素は濃度に
対応した白黒の２値情報を有する。

また、画面表示部５は、ビットマップディスプレイ等
から構成され、データ処理部１からオペレータに対する
メッセージや読取画像等を表示する。

また、表示制御部６は、画面表示部５の表示内容を制
御する。

第１図は本発明の一実施例における直線区間の判定を
示すフローチャート、第３図は本発明の一実施例におけ
る工具軌跡算出を示すフローチャート、第４図は本発明
の一実施例におけるさらいパス直線区間判定の基本パタ
ーンの説明図、第５図は本発明の一実施例におけるさら
いパスの直線区間補正結果の説明図、第６図は本発明の
一実施例における工具軌跡例図である。

本実施例では、領域加工工具軌跡を生成する場合、第
３図のように、次工具による加工領域を算出し（30
1）、その結果に基づいて次工具による加工領域をセー
ブする（302）。

次に、輪郭加工工具による加工領域を算出し（30
3）、輪郭パスを作成する（304）。

次に、輪郭工具によるさらいパスを作成して（30
5）、そのさらい加工領域データをリストアする（30
6）。

次に、加工を行うための次工具が有るか否かを判別す
る（307）。

その結果、次工具が有れば、その次工具の加工領域を
分離し（308）、ｎ番目の工具によるさらいパスを作成
する（309）。

こうして次工具が無くなるまで（310）、これらの動
作を繰り返す。

なお、ステップ305およびステップ309におけるさらい
パスの作成方法では、さらいパス作成領域（現在の工具
による加工対象領域の中、まだ輪郭追跡が行われず、処
理済みマークが付加されていない領域）に対して、輪郭
線を８連結追跡し、内側へ向かって指定されたオーバー
ラップに相当する回数、内側へ向かって繰返し実行し、
１オーバーラップ分の処理を行う。次に、その内側にく
る黒画素（まだ輪郭追跡が行われず、処理済みマークが
付加されていないもの）に対して輪郭線追跡を行い、さ
らいパス通過位置とする。従って、この２個の処理を繰
返して行うことにより、全てのさらいパスを得る。

この場合、本実施例では毎回得られるさらいパス通過
位置を表わす８連結追跡ベクトルに対して、その方向差
により、簡単な直線区間の判定を行う。

この判定の基本パターンは、第４図（ａ）のように示
され、同一方向のベクトルが接続したパターン41と、そ
の同一パターン41との方向差が１、かつ長さが１である
ベクトル42との連続を直線区間とみなす。なお、（ｂ）
および（ｃ）に示すように同一パターン41の長さが異な
る場合がある。

また、この直線区間の判定手順については、第１図の
ように示される。

すなわち、８連結ベクトル追跡における現在位置と、
次に進む方向とをメモリにセーブし（101）、１周分の
８連結ベクトルに対するチェックが終了したか否かを判
断する（102）。

その結果、チェックが終了していなければ、同一方向
のベクトルをカウントしながら進み（103）、第１区間
に含まれる範囲を調べる。

次に、こうして統合された第１区間の終端点に、統合
した区間の方向に対して１異なり、その隣が統合した区
間と同一方向のベクトルであるか否かを評価する（10
4）。

その結果、第１区間と同一方向のベクトルであれば、
第１区間目の端点に接続する方向差１のベクトルの隣に
接続する第１区間目と同一方向のベクトルをカウントし
ながら進み（105）、第２区間に含まれる範囲を調べ
る。

次に、ステップ104と同様の処理により、隣との方向
差が１であり、その先がカウントした区間と同一方向か
否かを判断する（106）。

その結果、隣との方向差が１であり、その先がカウン
トした区間と同一方向であれば、ステップ105の処理と
同様に、第ｎ区間目の端点に接続する方向差１のベクト
ルの隣に接続する第ｎ区間目と同一方向のベクトルをカ
ウントしながら進み（107）、第ｎ＋１区間に含まれる
範囲を調べる。次にステップ104と同様の処理により、
隣との方向差が１であり、その先がカウントした区間と
同一方向か否かを判断する（108）。

その結果、隣との方向差が１であり、その先がカウン
トした区間と同一方向であれば、次に、その区間の長さ
を調べ、同一区間として統合するか否かを評価する（10
9）。なお、本実施例では３区間より長く統合する場
合、２区間目の長さと現在のｎ区間目の長さが等しいと
きのみ、ｎ＋１区間目の統合へ進む。

これにより、２区間目の長さと現在のｎ区間目の長さ
が等しくなければ、ステップ101〜109の処理によって得
た第１〜ｎ区間のデータに対し、これらを直線とするた
めの調整を行う（110）。この処理では、各区間の長さ
が同一である範囲に対し、その範囲を直線とする。

なお、本実施例では、先頭の区間あるいは最終区間に
ついては、次に示す（１）〜（３）の場合に応じた評価
により長さを調整する。

（１） 区間数が２である場合、１区間目または２区間
目の中、どちから短い方の長さに合わせて短縮する。

（２） 区間数が３の場合には、さらに、（イ）〜
（ホ）の場合に分けて処理する。

（イ） １区間目の長さ＝２区間めの長さである場合
で、かつ３区間目の長さが２区間目より長い場合には、
３区間目を２区間目の長さに合わせて短縮する。また、
１区間目の長さ＝２区間目の長さである場合で、かつ３
区間目の長さが２区間目より短い場合には、３区間目を
切り捨てる。

（ロ） ２区間目の長さ＝３区間目の長さである場合に
は、（イ）と同様にして、１区間目の長さを調整する。

（ハ） １区間目の長さ＜２区間目の長さである場合に
は、２区間目を１区間目の長さに合わせて短縮する。な
お、短縮した区間以降は次回の調査区間に含める。

（ニ） １区間目の長さ＞２区間目の長さで、かつ２区
間目の長さ＞３区間目の長さであり、かつ２区間目が長
さ２以上の場合には、２区間目の長さを１だけ減らし、
１区間目の長さを２区間目の長さに合わせて短縮する。
なお、２区間目の最終データ以降は次回の調査区間に含
める。

（ホ） １区間の長さ＞２区間目の長さで、かつ２区間
目の長さ＜３区間目の長さである場合には、１区間目お
よび３区間目を、２区間目の長さに合わせて短縮する。

（３） 区間数４以上の場合、２区間目の長さを基準に
して、１区間目および最終区間の長さを短縮する。な
お、１区間目または最終区間が２区間目より短ければ、
その区間を切り捨てる。また、最終区間を切り捨てる
か、あるいは短縮した場合には、残ったデータは次回の
調査区間に含める。

こうして直線区間の調整が終わると、その直線区間の
端点座標と、直線区間以外の区間における追跡ベクトル
の方向変化点の座標とを、さらいパスのCL（Cutter Loc
ation）データとして書き込む（111）。

従って、これらの処理を繰返し行うことにより、第５
図に示すように、従来の方法（ａ）に比べて、直線部分
が（ｂ）のようにスムーズジング処理されるため、屈曲
点の少いさらいパスを短時間で得られる。

このような工具軌跡算出方法により、例えば第６図の
ような工具軌跡図が生成される。この場合、輪郭パス61
の内側のさらいパス62では、従来のさらい工具軌跡に比
べて屈曲点の少い直線が得られる。

効果 本発明によれば、任意の形状の原画を読取装置で読み
取るだけで、削り残しが無く、効率的な領域加工工具軌
跡を自動的に生成することができる。

さらに、従来はマスタを作成し、人手によるならい加
工を行うことによって費やされていた膨大な労力や時間
を、数値制御加工に移行することにより削減し、均質な
領域加工を実現することができる。

また、従来のパスと比較して、工具がスムーズに動作
し、工具軌跡長も短縮されるため、工具寿命を伸ばすこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における直線区間の判定を示
すフローチャート、第２図は本発明の一実施例における
工具軌跡生成システムの構成図、第３図は本発明の一実
施例における工具軌跡算出を示すフローチャート、第４
図は本発明の一実施例におけるさらいパス直線区間判定
の基本パターンの説明図、第５図は本発明の一実施例に
おけるさらいパスの直線区間補正結果の説明図、第６図
は本発明の一実施例における工具軌跡例図である。 1:データ処理部,2:キーボード,3:画像読取部,4:メモリ,
5:画面表示部,6:表示制御部,41:同一方向のベクトルが
接続したパターン,42:同一パターンと方向差１かつ長さ
１のベクトル,61:輪郭パス,62:さらいパス。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】数値制御工作機械のさらい工具の移動軌跡
   を、描画機上に描画された原画から読み取った画素デー
   タを８連結追跡して自動生成する領域加工のさらい工具
   軌跡生成方法において、 上記８連結追跡によって得られる上記さらい工具の移動
   軌跡に基づき、 上記８連結追跡における方向差が１で長さが１のベクト
   ルにより接続され、かつ、それぞれ、上記８連結追跡に
   おける方向が同一のベクトルが複数接続したパターン群
   を検出する第１のステップと、 該第１のステップで検出したパターン群が三以下のパタ
   ーンからなる場合、各パターンを直線補正の対象区間と
   判定し、 上記パターン群が四以上のパターンからなる場合、三番
   目以降のパターンで二番目のパターンと同じベクトルの
   長さのパターンまでを、上記直線補正の対象区間と判定
   する第２のステップと、 該第２のステップで直線補正の対象と判定した区間内の
   各パターンのベクトルの長さを比較して、各パターンを
   同じ長さに調整する第３のステップと を含み、 上記第３のステップで長さ調整した各パターンからなる
   区間を直線とみなして補正することを特徴とする領域加
   工のさらい工具軌跡生成方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の領域加工のさらい工具軌
   跡生成方法において、 上記パターン群が二つのパターンからなる場合、 上記第３のステップでは、 先頭のパターンもしくは二番目のパターンのいずれか短
   い方のベクトルの長さに合わせて、長い方のパターンの
   ベクトルの長さを短縮する処理を行い、 上記パターン群が三つのパターンからなる場合、 上記第３のステップでは、 隣接するパターンのベクトルの長さが等しく、残りのパ
   ターンのベクトルの長さより短ければ、該残りのパター
   ンのベクトルの長さを、上記隣接するパターンのベクト
   ルの長さに合わせて短縮し、 隣接するパターンのベクトルの長さが等しく、残りのパ
   ターンのベクトルの長さより長ければ、該残りのパター
   ンを切り捨て、 先頭のパターンのベクトルの長さが二番目のパターンの
   ベクトルの長さより短ければ、該二番目のパターンのベ
   クトルの長さを上記先頭のパターンのベクトルの長さに
   合わせて短縮し、 先頭のパターンのベクトルの長さが二番目のパターンの
   ベクトルの長さより長く、かつ、該二番目のパターンの
   ベクトルの長さが二以上で三番目のパターンのベクトル
   の長さより長ければ、該二番目のパターンのベクトルの
   長さを一だけ減らし、該二番目のパターンのベクトルの
   長さに合わせて上記先頭のパターンのベクトルの長さを
   短縮し、 先頭のパターンのベクトルの長さが二番目のパターンの
   ベクトルの長さより長く、かつ、該二番目のパターンの
   ベクトルの長さが上記三番目のパターンのベクトルの長
   さより短ければ、該三番目のパターンおよび上記先頭の
   パターンのそれぞれのベクトルの長さを、上記二番目の
   パターンのベクトルの長さに合わせて短縮する処理を行
   い、 上記パターン群が四以上のパターンからなる場合、 上記第３のステップでは、 上記二番目のパターンのベクトルの長さに合わせて、上
   記先頭のパターンおよび最終のパターンのそれぞれのベ
   クトルの長さを短縮もしくは切り捨てる処理を行い、 上記第３のステップで短縮した最終のパターンの残りの
   パターンおよび切り捨てた最終のパターンを、次の直線
   補正の対象の区間の検出に用いる ことを特徴とする領域加工のさらい工具軌跡生成方法。