多軸数値制御機械のための位置決め経路の自動的な開発及び最適化のための装置、システム及び方法

著者らは特許

G05B - 制御系または調整系一般;このような系の機能要素;このような系または要素の監視または試験装置(流体圧アクチュエータまたは流体的手段で動作する系一般F15B;弁それ自体F16K;機械的構成のみを特徴とするものG05G;検出要素は適当なサブクラス,例.G12B,G01,H01のサブクラス,を参照;修正要素は適当なサブクラス,例.H02K,を参照)
G05B19/19 - 位置決めまたは輪郭制御系に特徴があるもの,例.1つのプログラムされた点から他の点に位置を制御する,またはプログラムされた連続経路に沿って運動を制御するもの
G05B19/402 - 位置決め用制御装置に特徴のあるもの,例.被加工物の孔に対する工具の心出し,位置を正確にするための付加的検知手段(G05B19/19が優先)
G05B19/4061 - 衝突または禁止区域の回避
G05B19/4069 - スクリーン上で機械加工工程をシミュレートするもの(G05B19/4068が優先)
G06F17/50 - 計算機利用設計(静的記憶装置の試験的回路の設計のためのものG11C29/54)

の所有者の特許 JP2016528620:

アイカム リサーチ コーポレーション

 

複数軸CNC機械加工用の最適化された位置決め経路は、機械ツール運動学、機械軸移動限界、機械軸速度及び加速度限界、さらに機械位置決め方法に基づいて生成される。機械軸移動限界及び機械位置決め方法は、開発された位置決め経路が機械軸移動限界に違反しないのを保証するために統合される。多軸位置決め経路は、動的に変化する製造中のストック及び固定具及び前記機械の可動及び非可動部品の両方を含む、他の周囲の物との衝突を避けるために開発される。位置決めツール経路カスタマイゼーションは、ユーザに、自動的に生成されるツール経路への制約に基づいた安全性を提供するための柔軟性を与える。開示された自動的な位置決め経路計画及び最適化方法は、製造サイクル時間を低減するために、CNC機械加工を用いる部品の製造のためのプロセスを開発するために用いられる。

 

 

本記載は、ツール(tool)又は被工作物の衝突を避けながらもツールの位置決め経路を自動的に判断及び最小化又は削減する、多軸数値制御(NC)機械用の制御プログラムを生成するための装置、システム及び方法に関する。
数値制御(NC)はコード文字、離散数値、及び特定の特徴に基づいて、工作機械を自動的に操作する方法である。コンピュータ数値制御(CNC)工作機械は、コンピュータによって制御されるNC工作機械である。CNC工作機械は、被工作物と切削ツールとの間の相対的な動きを提供することによって被工作物を完成形状に機械加工するために用いられる。この相対的な動きは、ドリル加工の際に、被工作物を固定的に保持して切削ツールを動かすこと、又は旋削の際に、切削ツールを固定的に保持して被工作物を回転すること、のいずれかのような様々な操作に適用することができる。
CNC工作機械は、切削ツールと被工作物との間に要求される相対的な動きを提供するために、動きの異なる軸を備えている。これらの軸のそれぞれは、直流モータ、液圧アクチュエータ、又はステッピングモータであるような駆動装置を有している。
図1は、多軸CNC機械100を例示する。この機械は、複数の異なる軸に沿って被工作物118に対して動かされる、切削又は機械加工ツール102を含む。図1に描かれるように、機械加工ツールは、3軸及び直交軸、つまりX軸104、Y軸106及びZ軸108に沿って動かされる。直交であることとして描かれているが、工作機械は、複数の非直交軸に沿って動かされるのが可能である。さらに、機械加工ツール102は一つ以上の軸の周りを回転してもよい。この回転は、A軸110、B軸112及びC軸114の周りとなるように描かれる。A、B及びC軸は、X,Y及びZ軸に平行しているように描かれているが、これらの軸は平行である必要はない。被工作物118は、機械工作テーブル116上にて、被工作物の座標Xw120、Yw122、Zw124を、被工作物の機械工作を可能とする機械座標に変換させる周知の位置に、位置決めされる。機械加工ツール102の動きがそのツール102で発生されるように描かれているが、その動きは被工作物に対して相対的であり、さらに被工作物又はツールのそのような動き、又はそれらの組み合わせは同じ結果を生じることに留意されたい。例えば、機械加工ツール102は、機械工作テーブル116がX及びY軸にて被工作物を動かしている間、A、B及びC軸の周りを回転し、さらにZ軸に沿って移動する。多軸の工作機械は、X,Y及びZ軸及び一つ以上の、典型的には回転軸A,B及びCの内の2軸の周りの動きを全般的に可能とする。ツールと被工作物との間の動きは、ツールヘッド及び/又は被工作物又は被工作物が取り付けられるプラットフォームの動きによって提供される。
CAD/CAMソフトウェアは、部品を製造することが要求された被工作物に対するツールの動きを規定するために用いられる。CAD/CAMソフトウェアは、切削経路及び位置決め経路を含む複数のツールの経路を生成するが、ここで切削経路は部品を形成する際に材料を除去するため、ツールが被工作物に接触するところの経路であり、位置決め経路は機械加工シーンにおいて、物体に接触することなく、切削経路に、又は切削経路から、ツールを位置決めする経路である。機械加工シーンの物体は、被工作物自身、工作機械の一部はもとより被工作物を固定する固定具、又はツールが衝突するかもしれない任意の他の物体を含む。一般的な位置決め経路は、機械軸の最大速度又は高速度での素早い動きによって横切られる。
図2Aは、被工作物に対する切削ツールの初期の設定を示す。図2Bは被工作物から部品を製造するための切削経路及び位置決め経路を示す。ツール204は、図2Aに示されたように被工作物202に対する初期の位置にある。図2Bに示されるように、ツール204は、位置決め経路A206に沿って切削経路の開始位置208に移動する。切削経路B210は、材料240を除去させる、切削経路Bの終了場所212に、そのツールを移動する。ツールは、その後、位置決め経路C218によって次の切削経路の開始位置230に再位置決めされる。位置決め経路Cは、3つの動き220、224、228を含む。まず、ツールは、クリアランス平面216に又はその上の位置230に退避される。次に、ツールは、次の切削経路の開始位置230の上に移動される。最後に、ツールは、開始位置230に急降下228される。ツールは、開始位置230から終了位置234に、切削経路D232に沿って動かされ、さらにその後、位置決め経路E236に沿って移動される。そして、位置決め経路は、ツールをクリアランス平面216の上の位置238に、再び退避させる。
図3は、CNC機械にて部品を設計すること及び製造することについての処理を示す。被工作物から部品を機械加工するため、その部品はコンピュータ援用設計(CAD)アプリケーション302において設計され、さらにニュートラル機械加工命令がコンピュータ援用製造(CAM)アプリケーション302において開発される。ニュートラル機械加工命令は、複数の切削ツール位置(cutter locations)のようなツール又は複数ツールの動作を規定する。CAMアプリケーションは、ツールの被工作物に対する動作を規定する、ツール経路を生成する。ツール経路は、ツールが被工作物に対して動かされてツールが被工作物に接触する、切削経路と、さらに、ツールが一つの場所から他の場所に被工作物又は他の部品に接触することなく、位置決めされるところの、非切削経路又は位置決め経路を含む。CAD/CAMアプリケーション302は、図示されているように、切削ツール位置データ(CLデータ)304のようなツール経路を出力する。CLデータ304は、後に機械加工の規定命令に変換される態様で、ツールの位置を規定し、さらに供給レート、位置決め速度、切削速度などの他の機械加工の特徴を規定する。CLデータ304は、それぞれがツールのスタート設定及びツールのエンド設定を含む、一つ以上の切削経路306、310、314を備える。ツールは、複数の切削経路の間を、それぞれの位置決め経路308、312によって移動される。位置決め経路は、ユーザによって設定された、被工作物の座標及び形状に対して定義される、クリアランス平面を設けることによってCAD/CAMアプリケーション302において開発されてもよい。ユーザにとっての、同様の接近の仕方は、一つの以上の安全なゾーンを画定することである。両方の場合において、CAMアプリケーションは、ツールをその安全なゾーン又はクリアランス平面に退避し、それに続いて、その安全なゾーン又はクリアランス平面内にて、次の切削位置に接近することであり、最後に、次の切削位置の開始位置に移動する。付加的に又は代替的に、CAD/CAMアプリケーション302は、ユーザに、異なる方向に沿っての動きを定義させることにより、手動にて位置決め経路を指定させてもよい。位置決め経路がどのように生成されるかに無関係に、それら位置決め経路は、特定の機械加工用の安全な位置決め経路を生成するための、考慮されたユーザ命令を要求する。
特別なCLデータを参照して部品を機械加工するため、CLデータは、部品を機械加工するために用いられる特定機械加工用の機械加工に依存したコードに変換されなければならない。この変換は、NCポストプロセッサ(後処理)316によって実行される。NCポストプロセッサ316は、コントローラの設定318及び、部品を機械加工するために用いられることになる特定の機械加工を規定する機械加工の選択320を受け取る。NCポストプロセッサ316は、CLデータ304を機械加工規定NCプログラム324に変換する。NCポストプロセッサ316は、選択された機械加工322の運動学についての情報を用いるNCプログラムを発生するが、その情報は、選択された機械加工がツールと被工作物の間に相対的な動きをどのように与えるのかについての情報である。図示されるように、機械加工規定NCプログラム324は、位置決め経路及び切削経路が有効であること、つまり機械加工シーンにおいて物体間の衝突がなく、さらに機械移動限界が守られているのを検証するために、CNC機械326のシミュレーションによって実行される。CNC機械326のシミュレーションは、NCプログラムが適切なシンタックスを用いているのを保証するために、NCプログラムのシンタックスも確かめる。NCプログラムが有効な位置決め経路及び切削経路を含むのであれば、NCプログラムはCNC機械332にて部品を製造するために実行される。
機械NCプログラム324は、機械NCプログラム324が衝突、又は機械移動限界に違反していないのを確かめるために、一般的には、CNC機械シミュレータ326上にてまず起動される。多軸機械加工用のCAMアプリケーションによって生成された非切削、位置決め経路は、安全ではなく、かつ効率的ではない。これは、主に、CAMアプリケーションが、部品を作り出すのに用いられるCNC機械の特別な特徴を無視するためである。機械の特徴は、例えば、機械ツール運動学、軸移動速度、軸加速度、移動限界、位置決め方法、及びツールパスの位置決めの生成において設定される被工作物を含む。つまり、無効な位置決め経路又は切削経路328は、CAMの試行錯誤により調整されなければならない。ユーザがいったん位置決め経路を調整すると、NCプログラムは、再度、生成及びテストされる。この試行錯誤の処理は、CAMアプリケーションにて位置決め経路が正しく定義されるまで繰り返される。特定のCNC機械用の位置決め経路を生成するための試行錯誤処理は、かなりのユーザインタラクションを必要とする。
特定の機械用の安全な位置決め経路を規定するためにユーザに要求される試行錯誤は、望ましくはない。さらに、いったんNCプログラムが安全な位置決め経路を生成すると、それは機械規定であり、部品が異なる機械運動学を有する異なる機械にて機械加工されると、さらに時間を浪費する試行錯誤プロセスの実行を必要とする。さらにまた、試行錯誤処理によって開発された位置決め経路は、最適な位置決め経路ではなく、結果的に、より長い機械加工時間をもたらすことになる。
位置決め経路開発の代替方法が所望されている。この点で、実質的にユーザのインタラクションを不要とし、位置決め経路を開発するための現在の技術の代替として、位置決め経路を自動的に開発することは有益である。
本開示に対応して、コンピュータ数値制御(CNC)機械用の位置決め経路データを生成するための方法が提供されるが、この方法は、機械設定スペースにおけるツールのスタート設定及びゴール設定を判断することと、可能な設定のサンプリング用に前記機械設定スペースにおいて機械加工シーンの一つ以上の適切な特徴を囲むそれぞれの領域を識別することと、前記機械設定スペースでの前記識別された一つ以上の領域のそれぞれから複数の可能な設定を判断することと、前記スタート設定を前記ゴール設定に結合する前記複数の可能な設定から位置決め経路を判断することと、前記CNC機械のシミュレーションを用いて前記判断された位置決め経路が有効であるか否かを判断することと、前記位置決め経路が有効であると判断されると、前記CNC機械の前記ツールを前記判断された位置決め経路に沿って移動するための位置決め経路を生成することを備える。
他の実施形態において、その方法は、前記スタート設定を前記ゴール設定に結合する初期の位置決め経路を機械加工の制約に違反することなく判断することをさらに備え、前記複数の可能な設定から判断された前記位置決め経路は、前記初期の位置決め経路の時間コストよりも小さい関連の時間コストを有するように判断される。
他の実施形態において、前記初期位置決め経路を判断することは、前記スタート設定を第1の好ましい方向における第1の距離に変換することによって第1の中間設定を判断することと、前記ゴール設定を第2の好ましい方向における第2の距離に変換することによって第2の中間設定を判断することと、前記第1の中間設定を前記第2の中間設定に結合することと、前記初期位置決め経路を前記機械加工の制約に違反させることなく、前記第1の距離及び前記第2の距離を短縮することによって前記初期位置決め経路の移動時間を最適化することを備える。
他の実施形態において、短縮された前記第1の距離及び前記第2の距離は同じ距離である。
他の実施形態において、前記初期位置決め経路が前記機械加工の制約に違反するか否かを判断することをさらに備え、前記初期位置決め経路が前記機械加工の制約に違反すると、前記スタート設定及び前記ゴール設定をそれぞれ他の好ましい方向に変換することと、前記第1の中間設定を前記第2の中間設定に結合することもさらに備える。
他の実施形態において、前記第1の好ましい方向、前記第2の好ましい方向、及び前記他の好ましい方向は、前記スタート設定のツール軸方位に基づいた方向、前記ゴール設定のツール軸方位に基づいた方向、及び前記CNC機械の制御軸に基づいた方向、のうちの一つ以上から選択される。
他の実施形態において、前記CNC機械の動きをシミュレートすることによって経路に関連された時間コストが判断される。
他の実施形態において、CNC機械の動きをシミュレートすることは、前記時間コストが判断されたときに、機械軸上の速度制限をシミュレートすることを含む。
他の実施形態において、経路に関連された時間コストは、前記経路の長さ及び機械軸に沿った周知の移動速度を用いることによって判断される。
他の実施形態において、経路が機械加工の制約に違反するか否かを判断することは、前記経路が有効であるか否かを判断するために、前記CNC機械のシミュレータを用いることを備える。
他の実施形態において、前記機械設定スペースにおいて前記スタート設定及び前記ゴール設定を判断することは、被工作物のスペースにおいてスタート設定とゴール設定を受け取ることと、前記被工作物スペースにおける前記スタート設定及び前記ゴール設定を、前記機械設定における前記スタート設定及び前記ゴール設定に変換することを備える。
他の実施形態において、前記機械設定スペースにおける前記スタート設定及び前記ゴール設定を判断することは、一つ以上のユーザの好みに基づいて前記スタート設定及び前記ゴール設定のうちの少なくとも一つを調整することを備える。
他の実施形態において、前記スタート設定及び前記ゴール設定のうちの少なくとも一つを調整することは、それぞれの設定が調整されるように、前記CNC機械の前記ツールを前記被工作物に接触させないように動かすように変換することと、前記それぞれの設定の変換を前記位置決め経路データに加えることを備える。
他の実施形態において、前記それぞれの設定の前記変換は、前記それぞれの設定の中心をなす球の表面から複数の球の位置をサンプリングすることと、前記ツールが前記サンプルされた球の位置に変換されると、前記ツールを前記被工作物に接触させないサンプルされた球の位置を識別することを試みることと、前記ツールを前記サンプルされた球の位置に変換する経路が有効であるか否かを判断することによって判断される。
他の実施形態において、前記ツールを前記被工作物に接触させない、サンプル球の位置が識別されないときには、前記球の半径を拡張することと、さらに付加的な球の位置をサンプリングすることとを備えるが、ここでより小さな半径の球上の球の位置は、前記それぞれの設定の前記変換を最小化する、さらに前記ツールを前記被工作物に接触させない前記球の位置を前記付加された球の位置から識別することを試みることをさらに備える。
他の実施形態において、前記スタート設定及び前記ゴール設定のうちの少なくとも一つを調整することは、ユーザによって規定された退避経路に基づいて前記スタート設定を調整することと、ユーザによって規定された接近経路に基づいて前記ゴール設定を調整することと、前記スタート設定及び前記ゴール設定を調整する経路が有効であることを判断することと、前記スタート設定及び前記ゴール設定への前記調整の動きを前記位置決め経路データに付加すること、のうちの少なくとも一つを備える。
他の実施形態において、前記スタート設定及び前記ゴール設定のうちの少なくとも一つを調整することは、ユーザによって規定された最小安全距離によって拡張された拡張ツールサイズに適合する位置に前記スタート設定を調整することと、前記拡張されたツールサイズに適合する位置に前記ゴール設定を調整することと、前記スタート設定及び前記ゴール設定を調整する経路が有効であるか否かを判断することと、前記スタート設定及び前記ゴール設定への前記調整の動きを前記位置決め経路データに付加することと、前記位置決め経路が有効であることを判断すると、ユーザによって規定された最小安全距離に基づいたオフセットが付加されたオフセットツールを用いるように前記CNC機械の前記シミュレーションを調整することを備える。
他の実施形態において、前記拡張されたツールサイズに適合するように前記スタート設定及び前記ゴール設定のそれぞれを調整することは、前記それぞれの設定の中心をなす球の表面から複数の球の位置をサンプリングすることと前記ユーザによって規定された最小安全距離に少なくとも等しい半径を有することと、前記拡張されたツールが前記サンプルされた球の位置に変換されると、前記拡張されたツールを前記被工作物に接触させないサンプルされた球の位置を識別することを試みることを備える。
他の実施形態において、前記拡張されたツールを前記被工作物に接触させないサンプル球の位置が識別されないと、前記球の半径を拡張することと、及び付加的な球の位置をサンプリングすることとを備え、ここで、より小さな半径の球上の球の位置が前記それぞれの配置の前記変換を最小にし、前記拡張されたツールを前記被工作物に接触させない前記球の位置を前記付加的な球の位置から識別することを試みることをさらに備える。
他の実施形態において、機械加工スペースにおける機械加工シーンの適切な特徴は、
位置決め経路に沿った周知の設定、前記機械加工シーンにおける一つ以上の物体のそれぞれのバウンディングボックスの一つ以上を含む。
他の実施形態において、前記CNC機械の制御軸を、それぞれの制御軸及び前記スタート設定及び前記ゴール設定用の最大及び最小移動値に基づいていくつかの区間に分割することと、前記いくつかの区間のそれぞれが前記識別された領域から複数の可能な設定によってサンプルされるのかを判断することと、前記いくつかの区間のそれぞれから可能な設定のサンプルを提供するために識別される領域の外部から複数の付加的で可能な設定を収集することをさらに備える。
他の実施形態において、最小サンプリング分解能は、前記CNC機械の前記制御軸のそれぞれのために決定され、ここで前記最小サンプリング分解能は前記それぞれの制御軸の間の前記最小距離を定義する。
他の実施形態において、複数の可能な設定が前記機械設定スペースの除外領域内にあると、前記複数の可能な設定から可能な設定を取り除くことをさらに備える。
他の実施形態において、前記位置決め経路を判断することは、前記複数の可能な設定、前記スタート設定及び前記ゴール設定を、グラフとみなすことと、前記スタート設定から前記ゴール設定の経路のためにグラフを探索することを備える。
他の実施形態において、経路が存在すると、前記グラフは、前記グラフの上界よりも小さい最小コストの経路を発見する発見的ベースの探索技術を用いて探索される。
他の実施形態において、前記経路が前記グラフに存在すると、前記経路は前記位置決め経路として用いられ、前記位置決め経路が有効であるか否かを判断することは、前記位置決め経路が有効か又は無効かについての前記CNC機械のシミュレーションからの指示を受信することであり、前記指示は、前記位置決め経路が無効であるときに、前記位置決め経路の無効を起こす設定の指示を含む、前記受信することと、前記位置決め経路の前記無効を起こした前記指示された設定に関連した前記グラフのセグメントを判断することと、
前記グラフから前記判断されたセグメントを除去することを備える。
他の実施形態において、前記位置決め経路が無効であると、前記グラフの前記探索が全ての可能な経路が無いと判断することと、前記スタート設定から前記ゴール設定のために、前記グラフの前記探索が終わっていないときには、前記グラフを再度探索することをさらに備える。
他の実施形態において、前記上界よりも小さい関連されるコストを有する前記グラフに経路が発見されないとき、又は前記グラフの探索が無くなると、前記機械設定スペースからさらに複数の可能な設定を収集することと、前記複数の可能な設定、前記スタート設定、前記ゴール設定及び前記他の複数の可能な設定をグラフとして扱うことと、前記スタート設定から前記ゴール設定への経路のために前記グラフを探索することをさらに備える。
他の実施形態において、前記グラフを探索することは、A*サーチ技術を用いることを備える。
他の実施形態において、前記A*サーチ技術は、前記グラフの現在の設定ノードへの前記スタート設定から現在の経路のコストとしての前記CNC機械の前記シミュレーションによって提供される経路移動時間と、前記現在の設定ノードと前記ゴール設定の間のコストとしての前記CNC機械の前記シミュレーションによって提供される移動時間とを用いる。
他の実施形態において、前記CNC機械の前記シミュレーションは、前記CNC機械における機械加工をシミュレートすることに、機械特徴を組み込むが、前記機械特徴は、機械の運動学と、速度限界と、加速度限界と、各機械軸用の移動限界と、位置決め方法と、被工作物の機構と、機械部品又は固定具の位置と、保持装置の位置のうちの一つ以上を備える。
他の実施形態において、前記CNC機械の前記シミュレーションは、動的に、いくつかの被工作物を変えるのをシミュレートする。
本開示によれば、コンピュータ数値制御(CNC)機械用の位置決め経路データを生成するためのコンピュータ装置が提供されており、このコンピュータ装置は、命令を実行するプロセッサと、前記プロセッサによって実行されるときに、提供するための装置を設定する命令を保存するためのメモリとを備える。このメモリは、プロセッサによって実行されると、コンピュータ数値制御(CNC)機械用の位置決め経路データを生成する方法を提供するシステムを構成するが、その方法は機械設定スペースにおけるツールのスタート設定及びゴール設定を判断することと、可能な設定のサンプリング用に前記機械設定スペースにおいて機械加工シーンの一つ以上の適切な特徴を囲むそれぞれの領域を識別することと、前記機械設定スペースでの前記識別された一つ以上の領域のそれぞれから複数の可能な設定を判断することと、前記スタート設定を前記ゴール設定に結合する前記複数の可能な設定から位置決め経路を判断することと、前記CNC機械のシミュレーションを用いて前記判断された位置決め経路が有効であるか否かを判断することと、前記位置決め経路が有効であると判断されると、前記CNC機械の前記ツールを前記判断された位置決め経路に沿って移動するための位置決め経路を生成することを備える。
本開示によれば、部品を機械加工するためのシステムを提供するものであり、前記システムは、コンピュータ数値制御(CNC)機械用の位置決め経路データを生成するためのコンピュータ処理装置を備え、前記システムは、命令を実行するためのプロセッサを備え、命令を保存するためのメモリを備え、プロセッサによって命令が実行されると、前記システムは、コンピュータ数値制御(CNC)機械用の位置決め経路データを生成するための方法を提供するためのシステムを設定し、この方法は、機械設定スペースにおけるツールのスタート設定及びゴール設定を判断することと、可能な設定のサンプリング用に前記機械設定スペースにおいて機械加工シーンの一つ以上の適切な特徴を囲むそれぞれの領域を識別することと、前記機械設定スペースでの前記識別された一つ以上の領域のそれぞれから複数の可能な設定を判断することと、前記スタート設定を前記ゴール設定に結合する前記複数の可能な設定から位置決め経路を判断することと、前記CNC機械のシミュレーションを用いて前記判断された位置決め経路が有効であるか否かを判断することと、前記位置決め経路が有効であると判断されると、前記CNC機械の前記ツールを前記判断された位置決め経路に沿って移動するための位置決め経路を生成することを備え、さらに、NCプログラムを受け取るため及びNCプログラムに対応して被工作物から部品を機械加工するためのコンピュータ数値制御(CNC)機械を備える。
本開示のさらなる特徴及び有利な効果は、添付の図面を考慮にいれた以下の詳細な説明によって明きからになる。
多軸CNC機械の概略図である。 切削ツールの被工作物に対する初期の配置を示す図である。 被工作物から部品を製造するための切削経路と位置決め経路を示す図である。 CNC機械による部品の設計及び製造の処理を示す図である。 被工作物の座標による位置決め経路を示す図である。 機械運動学による図4Aの位置決め経路を示す図である。 自動的に発生される位置決め経路を用いるCNC機械による部品の設計及び製造プロセスを示す図である。 自動的に発生される位置決め経路を用いるCNC機械による部品の設計及び製造方法を示す図である。 部品を機械加工するためのNCプログラムを生成する方法を示す図である。 位置決め経路を自動的に生成する方法を示す図である。 位置決め経路をカスタマイズするための方法を示す図である。 位置決め経路のカスタマイゼーションを示す図である。 位置決め経路のカスタマイゼーションを示す図である。 位置決め経路のカスタマイゼーションを示す図である。 位置決め経路のカスタマイゼーションを示す図である。 初期の位置決め経路を示す図である。 NCプログラムを開発する他の方法を示す図である。 NCプログラムを開発するための機械スペースのサンプリングを示す図である。 位置決め経路の開発を示す図である。 位置決め経路を生成するための方法を示す図である。 部品を機械加工するためのシステムを示す図である。
部品は、特定の命令に対応するコンピュータ数値制御(CNC)機械により被工作物から機械加工される。部品は、たいていコンピュータ援用設計(Computer Aided Design (CAD))ソフトウェアと呼ばれる、3Dモデリングアプリケーションにおいて設計される。コンピュータ援用製造(Computer Aided Manufacturing software)ソフトウェアは、部品を製造するために3次元モデル及び生産コード又は命令を必要とする。CAMソフトウェアによって製造されるコードは、被工作物に対するツールの動きを規定する。部品を機械加工するため、被工作物の座標で特定されるツールの位置は、機械座標におけるツール位置に変換される必要がある。最も基本的には、これは、CNC機械における被工作物の物理的な位置に基づいた被工作物座標の変換とみなされるかもしれない。しかし、線形な動きはもちろんのこと、回転動きを許容する多軸機械において、その変換はCNC機械の運動学がツールの非線形動きにおいて結果的に生じるのでより複雑であるが、だが一方で、CAMソフトウェアにおけるツール経路の発生がツールの設定間の線形な動きを想定する。
図4Aは、被工作物の座標における位置決め経路を示す。位置決め経路は、被工作物402及びツール406のゴール設定に対するツール404のスタート設定を含む。その設定は、ツールの位置及び方位も含む。工具の動きが実際にどのように行われるのかを考慮しない、被工作物の座標において、スタート設定及びゴール設定の間の位置決め経路は線形経路408である。しかし、位置決め経路がCNC機械で実行されると、ツールがスタート設定とゴール設定の間を横切る、実際の経路は線形ではないかもしれない。図4Bは、機械運動学を説明する図4Aの位置決め経路を示す。図示されるように、そのツールは、設定404に対応するスタート設定414と、ゴール設定406に対応するゴール設定416の間を移動する。しかし、二つの設定の間の線形及び回転の動きの組み合わせは、非線形な経路418という結果になり、ツールの意図しない動きをもたらし、さらに機械加工シーンにおいて被工作物又は他の物体との衝突の可能性をもたらすかもしれない。
機械運動学は、切削経路と位置決め経路の両方に影響を及ぼす。しかし、ツールの方位及び位置の両方の変化を含む切削経路は、通常は非常に短く、さらにそのような機械運動学は所望のツール経路を大きく変えることはない。対照的に、位置決め経路は、長い距離にわたって、方位と位置を変えるかもしれず、そのようなツール経路の逸脱は大きくなるかもしれない。
安全、又は有効な位置決め経路の生成がさらに説明される。安全でなく、又無効な経路は、制約を破る(に違反する)経路であるかもしれない。例えば、位置決め経路は、機械加工シーンにおいて、ツールが、被工作物、固定具、機構、保持装置又はCNC機械の構成部のような物体と接触するようでは無効である。制約は、CNC機械から結果的に生じる。例えば、ツール経路は、それらが軸又は機械の接触部分の最大行程(移動)量よりも大きく動くと無効である。制約は、機械加工される部品に依存し、例えば、位置決め経路はそれらが被工作物の一部と接触するか否かで無効となるかもしれない。さらに、例えば、ツールが位置決めの動きをしている間のような素早いレートで移動するときに被工作物の定義された安全な距離内にツールが来ると、その経路は無効であるとするように、制約はユーザによって規定されるかもしれない。さらに本明細書にて説明されるように、機械の制約に適合する有効な位置決め経路は、機械運動学、機械速度及び加速度、さらには機械の位置決め方法のような、機械の特徴に基づいて自動的に生成される。位置決め経路は、機械の特徴を考慮して自動的に生成されるので、ユーザに何ら試行錯誤を行わせる必要なく位置決め経路の生成が可能となる。
さらに本明細書に記載するように、機械運動学を考慮に入れた、自動的な位置決め経路の生成は、位置決め経路の生成に代替的な技術を提供することに加えて、様々な可能な有利な効果を提供する。多軸CNC機械用の位置決め経路の自動的な生成は、機械ツール運動学、機械軸移動限界、機械軸速度及び加速度限界、及び機械位置決め方法に基づいた位置決め経路の非製造時間を最小にするのと同様に、CAMアプリケーションにおいて多軸の位置決め経路を調整及び検証するための試行錯誤処理を除去することによって、製品製造サイクル時間を低減することができる。さらに、実際の機械ツール運動学、製造中のストックを動的に変えること、被工作物機構/固定具、及び機械加工環境に基づいた衝突をなくす、安全な多軸の位置決め経路を製造することによって、ユーザによる追加の努力を不要として、異なる機械用の機械依存のNCプログラムの製造が可能となる。つまり、一部品の機械加工は、ユーザに試行錯誤の繰り返しをさせる必要がなく、容易に、異なる機械タイプへの変更を可能とする。さらに、位置決め経路の自動的な生成は、機械配置スペースを探索すること、さらに多軸動作を調整するためのCNC機械の作業の囲い(envelope)の利点をフルに採ることにより、部品のアクセスしやすさを最大にすることを容易にできる。安全な多軸位置決め経路を自動的に生成することにより、ユーザはクリアランス平面又は安全ゾーンを画定する必要がない。
本開示は、自動的な位置決め(つまり、切削ではない;空削り(non-cutting))経路開発及び最適化の装置、システム及び方法を示す。位置決め経路用の自動的な経路計画は、最適な安全経路を生成するように実行されるが、非生産的な空削り時間を最小化する。位置決め経路は、機械ツール運動学、機械軸移動限界、機械軸速度及び加速度限界、及び機械位置決め方法に基づいて開発される。開発された位置決め経路は、機械軸移動限界を犯すことなく、さらに被工作物の製造中のストックをダイナミックに変更することと、固定具及び機械の可動及び非可動部品を含む、全ての他の周囲の物との衝突を起こさせない。これらの方法はクリアランス平面又はユーザによって定義される、幾何学的な安全ゾーンを必要としない。本方法では、ツールと、機械加工シーンにおける他の物体との間のユーザによって規定された最小距離を守ることによって安全な位置決め手順を適用することができる。予め定義された退避及び接近手順が、ツールが被工作物に近いか又は接触した、位置決めシーケンスのスタート及びエンドで守られる。さらに、工具と製造中のストックとの間の接触は、規則的な休止を除去するようにツールと製造中のストックとの間の近接において、空削り時間を最小とするように分析される。最適化の結果は安全とされ、さらにCNC機械上で直接的に動作される機械座標システムにおいて、位置決め動作が最小化される。
図5は自動的に生成された位置決め経路を用いるCNC機械で、部品を設計し、さらに製造する処理を示す。その処理は、製造される部品の3次元モデルを製造することを含み、さらにCAD/CAMソフトウェア502を用いて、被工作物から部品を製造するための切削ツール位置データ(CLデータ)を記載する。そのCLデータ504は、部品製造のために、切削経路506、508、510を特定することのみを要求する。ユーザに位置決め経路を特定することを要求しない。図示されるように何ら位置決め経路を有することが示されていないが、CLデータは位置決め経路を含んでいてもよいが、位置決め経路は自動的に生成されるので、位置決め経路は特定されてもよいし、除去されても又は無視されてもよい。
CLデータ504は数値制御される(NC)ポストプロセッサによって処理されてもよい。ポストプロセッサ512はコントローラの設定及び部品が製造されるCNC機械516の指示を受け取る。周知の既存技術を使用して行われる、切削経路用のNCデータの生成に加え、後処理は、ツールを切削経路の間に動かすための位置決め経路518も開発する。位置決め経路開発518は、機械運動学520及びCNC機械のシミュレータ522を用いて、位置決め経路を開発する。ポストプロセッサ512は、機械独立CLデータを受け取り、選択された機械にて部品を製造するために、機械依存NCプログラム524を生成する。そのNCプログラム524は、所望の性能が実現されるのを確実にするように、CNC機械シミュレータ526にて動作される。位置決め経路は、機械の特徴を考慮して、自動的に生成され、さらに最適化されるので、位置決め経路は有効である。しかし、切削経路が無効であることもあり得るし、さらにNCプログラムを物理的CNC機械532上で動作させる以前にCAD/CAMソフトウェアにおいて調整が必要とされることもあり得る。CNC機械シミュレータ522、526は、同一の又は分離の構成部によって提供されてもよい。有効な位置決め経路及び切削経路530は、部品を作るために、CNC機械532によって動作されてもよい。
後処理512は機械独立CLデータ504を機械依存NCプログラム524にユーザの関与がほとんどなくても変換することができる。ユーザは、部品が製造される特定の機械を選択し、さらにコントローラの設定を特定することのみ要求される。つまり、部品の機械加工は、異なる機械間でも容易に行われるので、店舗の需要を満たすことができる。さらに、追加のCNC機械は、新しい機械用に既存の部品のNCプログラムを生成することを要求する努力の心配を不要として、店舗に追加されることができる。
図6は、自動的に生成される位置決め経路を用い、CNC機械で部品を設計及び製造するための方法を示す。方法600は、機械加工される部品の3次元モデルの製造を始める(602)。その3次元モデルは、典型的には、CADソフトウェアとして言及されるような任意の適切なソフトウェアアプリケーションにおいて開発される。3次元モデルは、切削ツール位置(CLデータ)として特定される切削経路を生成するために用いられる(604)。切削経路はCAMソフトウェアによって生成される。CAD及びCAMソフトウェア機能は、単一のソフトウェアアプリケーションに組み込まれてもよい。CAMソフトウェアによって製造されたCLデータは、CLデータを、NCデータとして出力される、部品を製造するためにCNC機械を制御するための、特定コード又は命令に変換するために処理される(606)。NCデータは、NCプログラムを形成してもよい。CLデータの処理は、ツールを必要とされる切削経路に沿って動かすために、切削経路を特定の機械の命令に変換する。さらに、処理は位置決め経路を判断し(608)、経路を有効であると検証するため、機械を切削経路の間で動かすように、位置決め経路をシミュレートする(610)。特定された切削経路及び開発された最適化された位置決め経路の両方のため、一旦、CLデータがNCデータに変換されると、例えば、NCデータが所望されるように機能することを検証するため、NCデータはCNC機械のシミュレータ上で動作される(612)。方法は、NCデータがシミュレータの結果に基づいて許容できるか否かを判断する(614)。その結果が有効であっても、つまり、位置決め経路が衝突を起こさず、さらに機械移動限界又は他の制約を破らなくても、NCデータは依然として許容できないと考慮されるかもしれない。例えば、ユーザは切削経路が所望の結果を作り出さないと判断するかもしれない。NCデータが許容される(614でYes)と、それは、なんら制約を破ることなく所望の結果を作り出すことであり、NCデータは、部品を製造するために、CNC機械を制御するようにCNC機械にて動作される(616)。NCデータが許容されない(614でNO)と、それは、所望の結果を作り出さないか、又は制約を破ると、方法は、切削経路を生成すること(604)に戻るか、又は所望の結果を作り出すためにモデルそれ自身に戻る(602)。
図7は部品を機械加工するためのNCプログラムを生成する方法を示す。図示されるように、方法700は、3つの大きなセクションを有する。第1セクション702では、第1切削経路用のNCデータと同様に、ツールを初期又はホーム設定から第1切削経路のスタート設定に移動するためのNCデータを生成する。第2セクション704では、残されている切削経路用に、位置決め及び切削経路NCデータを生成する。第3セクション706では、方法が、ツールを最後の切削方位(位置)からホーム方位(位置)である終了方位(位置)に動かすためのNCデータを生成するのを示す。方法700は、一つ以上の切削経路を特定するCLデータを受領する(708)。受領されたCLデータが位置決め経路をも特定するのであれば、それらは除去されるか無視される。位置決め経路は、初期の機械配置から第1切削経路のスタート設定に安全に動かされるために判断される(710)。一旦、位置決め経路が判断されると、位置決め経路用のNCデータはNCプログラムに追加される(712)。切削経路用のNCデータが判断され、NCプログラムに追加される(714)。この方法は、付加された切削経路があるか否かを判断し(716)、716でYESとなると、次の切削経路が検索される(718)。前回の切削経路のエンド設定から次の切削経路のスタート設定まで動くための位置決め経路が判断される(720)。位置決め経路のNCデータが判断され、NCプログラムに追加される(722)。現在の切削経路用のNCデータが判断され、NCプログラムに追加され(724)、処理する他の切削経路があるか否かを再度判断する(716)。これ以上切削経路がない(716にてNO)のであれば、方法は、ツールを前回の切削経路のエンド設定から、初期の機械設定と同一であるかもしれない、終点ツール設定に動かすために位置決め経路を判断する(726)。位置決め経路のNCデータをNCプログラムに追加し(728)、NCプログラムに戻されるか又は保存される。
図8は、位置決め経路を自動的に開発することを示す。位置決め経路の開発と最適化機能802は、機械のスタート設定と機械のゴール設定の間に、最適化された有効な位置決め経路を生成する。図8に示されているように、位置決め経路の開発と最適化機能802は、機械シミュレーション機能804に依存している。機械シミュレーション機能804は、機械ツール運動学及び、ツールチッププログラミングなどのような位置決め方法に基づいてツールの動きをシミュレートするために、位置決め経路の開発と最適化機能802によって用いられる。機械シミュレーション機能804は、衝突試験812を行う機能、行程超過試験814を実行する機能、さらには移動時間計算816を実行する機能を含む。シミュレーション機能804の使用は、経路開発処理を一般的で独立の機械特徴のままとさせる。機械シミュレーション機能804は、使用可能な製品又は衝突試験812、行程超過試験814、及び移動時間計算816の機能を提供する構成部のいずれかによって提供されてもよい。機械シミュレーションは、機械運動学、機械速度及び加速度、機械の軸移動限界に違反していないかをチェックするため、さらには被工作物、及び固定具及び適切な試験結果を提供するための機械の移動又は被移動部品を含む、すべての他の周囲の物の、製造ストックにおけるダイナミックな変化と衝突を起こすか否かをチェックするため、機械位置決め方法に基づいて機械スペースにおける動きを正確にシミュレートできる。位置決め経路の開発と最適化機能802は、単純な衝突試験の質問(つまり、yes/no質問)に依存している。位置決め経路の開発と最適化機能802は、距離計算又は衝突試験機能812によって実行される計算的に高価な衝突試験手順を必要としない。
図示されるように、位置決め経路の自動運動学ベースの開発及び最適化802は、3つの主要な段階を含む。位置決め経路開発機能802への入力は、機械運動学の選択と異なるコントローラ設定と一緒に、ツールの初期スタート設定及びツールのゴール設定を備える。位置決め経路開発及び最適化は、ユーザの好みに応じてスタート及びゴール設定を初期にカスタマイズするために、経路カスタマイゼーション機能806を用いる。方向探索及びカスタマイゼーションによる初期経路計画808は、カスタマイズされたスタート設定とゴール設定の間に初期位置決め経路を提供、又は提供するのを試みるために用いられる。経路計画に基づいた確定的なサンプリング810は、スタート設定とゴール設定の間の位置決め経路を最適化するため、接近に基づいたサンプリングを用いる。
初めに、スタート設定及びゴール設定は、経路のカスタマイゼーション機能806に提供される。ユーザから要求されたカスタマイゼーションオプションに対応するため、位置決め経路は、初期スタート設定及びゴール設定で、先ず計画される。これらの経路は、保存され、さらにそれらのエンド設定は新スタート設定及びゴール設定になる。つまり、経路カスタマイゼーション機能806は、スタート設定及びゴール設定を調整し、調整されたそれらの設定は経路開発機能の次のステージにて用いられる。
初期経路計画機能808は、経路カスタマイゼーション機能806によって調整された、スタート設定とゴール設定の間の経路計画の最適以下の解を見つけるために方向探索方法を用いる。初期経路計画機能808は、いくつかの潜在的に良好な方向において、機械スペースでの探索によって、経路計画についての初期の解を迅速に見つけることを試みる。この段階からの解は、スタート設定とゴール設定の間の位置決め経路であるが、この経路は最良ではないかもしれない。さらに、初期経路計画機能は、スタート設定とゴール設定の間に有効な経路を探すのに失敗するかもしれない。
調整されたスタート設定とゴール設定及び初期経路計画機能808によって見つけられた経路の解は、経路計画に基づいた確定的なサンプリング機能810に提供される。常時の手順及び確定的なサンプリングベースの探索技術は、スタート設定とゴール設定の間の良好な位置決め経路を見つけるための試みに用いられる。初期の経路は、スタート設定とゴール設定の間の位置決め経路を見つけるのに要求される時間の合計を低減するために、経路計画に基づいた確定的なサンプリング機能810によって用いられる。しかし、経路計画に基づいた確定的なサンプリング機能810は、初期の位置決め経路が見つけられなかったとしても有効な位置決め経路を見つけことができる。
図8に示されるように、位置決め経路機能802は、試験経路818を、その試験経路が有効であるか否かを判断するために、その試験経路を試験する、機械シミュレータ機能804に提供する。試験経路は、衝突試験機能及び行程超過試験機能を用いて、有効とされる。機械シミュレータ機能は、経路有効性820の結果を位置決め経路開発に戻す。図8には、示されていないが、機械シミュレータ機能804は、特定の機械が試験経路を実行するために必要とする合計時間を提供するために用いられてもよい。
図9は、位置決め経路をカスタマイズするための方法を示す。経路カスタマイズオプションは、3つの主要なオプションを含む。経路カスタマイゼーション方法900は、被工作物の近接度及び壁検出に基づいてスタート設定とゴール設定を調整する(902)。スタート設定とゴール設定が近接度と壁検出に渡されると、ツールが製造中のストックに接触するか、又は壁の近くにあるかをチェックする。これは、ツールが製造中のストックと衝突するのか否かを検証するための衝突試験を用いてチェックされる。ツールが製造中のストックと衝突するか、壁に近い場合、供給の動きは、規則的な休止を除去するために、ツールと被工作物の間の近接における、空削り時間を最小化するように生成される。壁の場合、ツールが仕上げ部品の表面上に望まれない傷跡を残す方向への動きを避けることが所望される。したがって、スタート設定及びゴール設定は、ツールを製造中のストックに接触しない方向に沿って製造中のストックとの接触から撤退するように調整される。スタート設定及びゴール設定経路を調整するための経路は、その後、NCプログラムにて部品を製造するために用いられる送り動きとして出力される。調整されたスタート及びゴール設定は、これらの位置での所定の手順に基づいて退避及び接近経路を用いることによってさらに調整される(904)。一具体例では、ユーザによって定義された方向又はこれらの位置でのツール軸方向に沿った経路が生成される。これらの経路は、ユーザリクエストに基づいた送り動きとして、迅速に出力される。これら経路の安全性は、それらが保存される前に、シミュレーションによって検証される。他の調整されたスタート設定及びゴール設定が最小安全距離に基づいて再度調整される(906)。このオプションの目的は、機械工作シーンにおいて、いかなる物体への最小距離よりも近くにツールを置かない経路を設計することである。これを実現するために、要求される最小安全距離に基づいたオフセット距離を有するオフセットツールが製造され、経路の安全性を検証するためのシミュレーションにおいて用いられる。これは、最小安全距離よりも物体に近い経路が、安全ではない経路であることを明らかにさせ、さらに経路計画アルゴリズムによってスキップさせる。しかし、最小安全距離オプションは、経路計画が始まる前に大きなオフセットツールを適合するスタート及びゴール位置を見つけることを必要とする。
図10A、10B、10C、10Dは、位置決め経路のカスタマイゼーションを示す。図10Aは、被工作物1002に対する、初期スタート設定1004及びゴール設定1006を示す。図示されるように、追加設定1008、1010は、設定1012、1014、1016の間の動きを含む、位置決め経路を設置するのに判断される。図10Bは、スタート設定1004及びゴール設定1006を調整することを示す。スタート設定及びゴール設定の調整は、同じ方法で行われてもよい。円1018として図10Bに示される、小さな半径の球は、ツールの中心で初めに設立される。ツールの方位が一定に保持されながら、球108の表面は、XYZ座標で、サンプルされる。ツールをポイント1020に、例えば経路1022に沿って動かすことが、ツールを製造中のストックに接触させないか否かを判断するためにサンプルが探索される。特定の球半径用のサンプルが集められ、さらに現在のツール位置とこれらサンプルの間の動きがシミュレーション機能によって検証される。許容される動きは、現在のツール位置を除いて、ツールが製造中のストックに接触しない動きである。すべての動きが失敗するのは、球上のサンプルのどれも、現在の球の半径について良好な方向には向いていないことを意味する。新しいサンプルがその後、球から集められる。球上のサンプルは、ツール軸方向に対するサンプルの角度によって制御される。一旦、一定の球の半径の全てのサンプルが成功しないと、球の半径が一定分だけ増加され、既述のステップが解が見つかるまで繰り返される。最良の解は、最小球半径によって見つけられた解である。結果は、球の半径に等しい長さの、経路1022、1026である。代替的に、ユーザによって判断された長さは、球の最良の方向に沿って適用される。
図10Cは、退避経路及び接近経路を使用するための設定1020、1024の調整を示す。調整されたスタート位置1020及びゴール位置1024は、これらの位置で予め定義された手順に基づいて退避経路及び接近経路を開発するために用いられる。例えば、退避経路及び接近経路は、ユーザに定義された方向又はこれらの位置でのツール軸の方向に沿って生成される。これらの経路は、急な又は送り動作として、ユーザのリクエストに応じて出力される。これらの経路の安全は、保存又は出力される前に、シミュレーションによって検証される。退避経路及び/又は接近経路を用いての前記設定の調整からの結果は、スタート及びゴールでの退避/接近手順の実行に基づいた、新しい位置1028、1032である。
図10Dに示されているように、スタート位置1028及びゴール位置1032は、最小安全距離オプションに対応するために調整される。最小安全距離オプションは、シーンの如何なる物体への最小距離よりもツールを近くに置かない経路を設計する。この目標を達成するため、最小安全距離に基づいたオフセットを有するオフセットツール1036が、その経路の安全を検証するために用いられる。図10Bに対応して前述された球を用いたのと類似のタイプの探索が、経路1040、経路1044に沿ってスタート設定及びゴール設定を調整するために用いられ、より大きなオフセットツールを適合する。このアルゴリズムからの結果が、より大きなオフセットツールを適合するスタート設定及びゴール設定で、新しい位置1038、1042であろう。ここで、経路計画は、ユーザによってリクエストされた要求を保証するためにより大きなオフセットツールを用いることで実行される。
上述のように、スタート設定及びゴール設定は、ユーザのカスタマイゼーションに対応して調整される。全てのユーザのカスタマイゼーションとして実行されるように記述されるが、カスタマイゼーションの全ての適用ではなく、一つ以上のカスタマイゼーションが適用されるのを意図される。調整されたスタート設定及びゴール設定は、位置決め経路の判断において用いられる。初期の位置決め経路がまず判断され、その後、最適化された位置決め経路の判断に用いられる。
図11は機械設定スペースにおける初期位置決め経路を示す。図11に示される機械設定スペースは、2次元であることが留意される。機械設定スペースは、一般的に例えば、3、4、5又はそれ以上の次元のような、より高次であることが理解されよう。しかし、図面は、説明を容易にするために、2次元で示される。当業者は、2次元による教示をより高次の次元にどのように適用するのかを容易に理解するであろう。処理の位置決め経路は、方向探索及びスタート設定とゴール設定との間の経路を計画するための、スタート設定とゴール設定を用いての最小化により開発される。これらの設定は、上述されたようなユーザのカスタマイゼーションオプションによって判断されるか、又は調整されないスタート設定及びゴール設定であるかもしれない。多軸機械加工の経路計画の課題は、機械上の作動軸の数に依存した多次元問題である。一般的に、そのような問題の解決は時間を費やす。初期の位置決め経路は、その課題の最適以下の解決を見つけるためのいくつかの予め定義された方向に沿って制約された探索により、課題の次元を低減することによって判断される。本明細書にて用いられる位置決め経路開発手順は、機械スペースにおいてツールの3つの動きを含む。位置決め経路は、経路1112に沿って中間設定1108に移動し、経路1116に沿って他の中間設定1110に移動し、さらに最後に経路1114に沿ってゴール設定1106に移動する。図11に示されるように、位置決め経路1112、1114、1116は、例えば製造中の被工作物がある、障害ゾーン1102を通らない。障害領域1102の全ての設定は、計画条件に違反するので、それらの設定は許容されない。初期の位置決め経路を開発する第1のステップでは、ツールの向きを変えることなく、スタート設定1104から、作業スペースにおける、ツール軸方向のような、予め定義された方向に沿ってツールを動かすこと1112によって中間設定1108が発見される。第2のステップでは、機械スペースにおける、ツール軸のような、予め定義された方向に沿って、ゴール設定1106から、ツールを動かすことによって、中間設定1110が判断される。
第3のステップにおいて、中間の設定1108及び1110は、結合される1116。中間設定1108及びスタート設定1104のツール軸の方向は中間設定1110及びゴール設定1106のツール軸の方向と同様に、同じであるので、機械回転値はこれらの設定とも同じままである。それゆえ、スタート設定1104と中間設定1108の間の距離は、さらには中間設定1110とゴール設定1106と同様に、機械スペースにおいてユークリッド距離であり、それぞれds及びdgと呼ばれる。スタート設定1104とゴール設定1106の間の経路を計画するために、ds及びdgが特定されなければならない。二次元の最小化は、有効経路を生成したままで、移動時間を最小化するds及びdgを特定するために考え出された。問題の次元は、解の品質の影響力のない折衷によってさらに低減される。ds=dg=dと推定される。最小化は、d値を低減することにより移動時間を最小化するために、黄金分割探索(golden section search)法のような、1次元法則によってその後実行される。解は、すべての予め定義された制約を守りながら、移動時間を最小にし、かつスタート設定1104及びゴール設定1106を結合するd値である。1次元探索からの解は、予め設定された方向に沿った最適化された経路である。経路は、経路発見プログラムの局所的な解であり、迅速に見つけられる。
一旦、初期の位置決め経路が判断されると、最適化された経路は、以下に説明される接近に基づいたサンプリングを用いて開発される。スタート設定とゴール設定の間に、可能な位置決め経路のグラフを形成するために用いられる、多くのサンプルが、機械スペースから獲得される。
図12は、NCプログラムを開発するための他の方法を示す。方法1200はCLデータを部品の生成のために受け取り(1202)、受け取ったCLデータにおける切削経路を特定する(1204)。各特定された切削経路のため(1206)、位置決め経路がツールを現在の設定からゴール設定に動かすために判断される(1208)。NCデータが位置決め経路用に判断され、NCデータが部品を生成するためにNCプログラムに付け加えられる(1210)。切削経路用のNCデータはNCプログラムに付加される(1212)。切削経路及び位置決め経路を記述する動きデータがシミュレータに提供される(1214)が、このシミュレータは切削経路に関連するシミュレートされた被工作物を更新するために動きデータを用いる。設定は、切削経路のストップ設定に更新され、次の切削経路が処理される(1216)。位置決め経路は、ツールをその現在の設定から、機械のホーム設定のような、エンド設定に動かすために判断される(1218)。最終位置決め経路用のNCデータが判断され、NCプログラムに付加される(1220)。
図示されるように、スタート設定とゴール設定の間で位置決め経路を判断することは、被工作物近接度と壁検出(1222)に基づいてスタート設定及びゴール設定を調整すること(1224)を含む。スタート設定及びゴール設定は、相互に独立して選択的に調整される。スタート設定は、特定された退避経路を用いて調整され(1226)、さらにゴール設定は特定された接近経路を用いて調整される(1228)。再度、これらスタート設定及びゴール設定は、相互に独立して選択的に調整される。スタート設定及びゴール設定は、必要があれば、最小安全距離(1230)に基づいて調整される。スタート設定又はゴール設定は、設定が変えられない場合には、より大きなオフセットツールに適合するが、設定はより大きなオフセットツールについてのチェックを依然として必要とする。最小安全距離のためにスタート設定及びゴール設定を調整すると、スタート設定及びゴール設定の両方は、大きなオフセットツールがスタート設定又はエンド設定のいずれかで被工作物に接触しないように考慮されなければならない。
一旦、スタート設定及びゴール設定が調整されると、調整されたスタート設定からゴール設定に移動する、初期の位置決め経路が判断される(1232)。初期の位置決め経路は、前述のように判断されてもよい。初期の位置決め経路は、時間コストに関連される。経路の時間コストは、機械のシミュレーションを用いて判断されるか、又は機械の利用可能な情報に基づいて判断されてもよい。例えば、異なる機械軸に沿った移動の最大速度が周知であれば、経路の時間コストは経路の速度と距離を用いて見積もられる。そのシミュレーションは、例えば機械軸に沿った加速に応じることによって見積もられた、より正確な時間コストを提供する。
一旦、初期位置決め経路が判断されると、最適化位置決め経路、つまり完了に時間を要しない位置決め経路が判断される。位置決め経路は、技術に基づいたサンプリングを用いて判断される。機械スペースの手順及び確定的なサンプリングが判断される(1236)。解の品質及びサンプリングベースの経路のプランナの効率は、プランナが設定スペースをどのくらいサンプルするかに依存する。細かな分解能でのサンプリングは、より最適な経路を結果的にもたらすが、計算時間も増加させる。性能と経路品質の間のバランスをうまくとるためには、手順的(strategic)及び確定的(deterministic)なサンプリング方法が用いられる。
図13は位置決め経路を開発するための機械スペースのサンプリングを示す。図は説明を容易にするために2次元でのサンプリングを示す。当業者であれば、より高い次元のために本技術教示をどのように適用するかを容易に理解するであろう。手順的及び確定的サンプリング(1236)は、動きの各軸の個々のサンプリングによって行われる。機械加工シーンの適切な特徴を囲む手順的な領域は、サンプリングのために特定される。サンプル設定は、各軸用の特定された領域から取り出される。機械加工シーンの適切な特徴を囲むこれらの領域は、スタート設定1104及びエンド設定1106を囲む領域1304c、1304d、周知の位置決め経路からの最適な設定1108、1110を囲む領域1304a、1304b、及びシーンの物体のバウンディングボックスを囲む領域1304eを含むが、そのバウンディングボックスは、図13に示されるうちの一つ1302であり、被工作物、固定具、セットアップクランプ(set ups clump)、保持装置、機械部品などを含む。これらのバウンディングボックスは、CNC機械のシミュレーションから提供されてもよく、サンプリング品質を向上するために用いられる。動きの各軸は、機械の移動限界に基づいた最小値及び最大値を有する。軸最小及び軸最大の間の領域は、スタート設定及びゴール設定に対応する配置を用いて異なる区間に分割される。1306でそのうちの一つが参照される、黒のドットとして描かれるサンプル設定は、特定された領域から集められる。各区間は、その後、それが手順的な配置によってサンプルされたものであるか否かを検証するためにチェックされる。その大きなセクションがサンプルされていないのであれば、多くのサンプルは一つの区間から集められる。最小のサンプリング分解能が、各軸に沿ったサンプルの間の最小の可能な差を定義する。その方法は、サンプリングが成功したか否かを判断する(1238)。もしも軸が特定の分解能でこれ以上サンプルされないのであれば(1238にてNO)、サンプリングは不成功であるのが表明され、さらに低い分解能でサンプルがサンプリングされないのであれば、処理はエンドとなる(1240)。手順的及び確定的なサンプリング(1236)が最小のサンプリング分解能で機械軸をサンプルできないのであれば、分解能は低減され、別のサンプルが判断される。前述されたのは、特定の領域からサンプルを獲得するための確定的なサンプリングの使用についてであるが、他のサンプリング技術が用いられてもよいことが推定できる。例えば、機械スペースのランダムサンプリングが使用されてもよいが、そのようなサンプリングは多数のサンプルを考慮することになるかもしれないし、経路を判断するための付加的な計算時間を供給するかもしれない。
サンプリングが成功すると(1238にてYes)、各軸用に集められたサンプル1306は探索グラフを構築するために用いられる(1242)。各位置上で集められたサンプルの位置は、探索グラフとして、サンプルのグリッドネットワークを構築するために用いられる。グリッドネットワークは、近くのサンプルの明確化に基づいて構築される。一般的に、設定Qの近くのサンプルは、Qのサンプルと異なる1からPの座標を有するが、ここでPはスペースの次元である。例えば、ポイントQ用の2次元(つまり、P=2)において、8つの近くのサンプルの合計が定義される。これらの近くのサンプルのうちの4つは、Qとは異なる一つの座標を有し、他の4つはQとは異なる二つの座標を有する。いったん、一つのサンプルが定義されると、サンプルのグリッドネットワークは、近くのサンプル位置を結合することによって形成される。グリッドネットワークは、その後、探索グリッドとして提供される。生成されたグラフは、A*(1244)のような分散発見探索を用いることによって探索される。A*探索は、スタート設定とゴール設定との間のグラフにおいて最小コスト経路を発見する。周知の解のコストは、解の上界としてA*アルゴリズムにおいて用いられる。したがって、A*アルゴリズムは、周知の解よりも高価な結果となるそれらノードを取り去ることによって速くなる。
グラフ探索を実行した結果は、周知の解よりも安価な経路か経路がないかのいずれかである。グラフが初期の経路よりも安価な経路を提供するのを通して任意の経路があるのか否かを方法が判断する。スタートとゴールの間のグラフのノードを通して可能な全ての経路が周知の解よりも高価であるときは経路が発見されない。これは、周知の解よりも良い解を生成するのに十分良好なサンプリングがないことを意味する。それゆえ、安価な経路がないのであれば(1246でNO)、さらなるサンプルが集められるか(1236)又は集められようと試みられる。戦略的なサンプリングは、前回用いられたサンプリング解にて実行されるか、又はそのサンプリング解は削減される。このステージでのさらなるサンプルは、各軸に沿った各区間のサンプルされなかった領域から集められ、さらに、サンプリングが成功すると、新しいグラフが新しいサンプルを含んで構築される(1242)。代替的に、新しいサンプルが既存のグラフに加えられてもよい。一旦A*アルゴリズムが前回の解よりも安価な経路を識別すると、シミュレーション及び検証機能によってチェックされ検証されることが要求される(1248)。その経路が無効である(1248でNO)と、無効なセグメントが識別され、グラフから除去される(1254)。そして、グラフがすべて試されて空になったか否かが判断される(1256)。そのグラフがスタートとゴールの間でこれ以上、経路を生成することができないと、もう空になった(exhausted)(1256でYES)が判断され、他のサンプルの収集のために戻る処理が行われる(1236)。さもなければ、グラフはまだ空ではなく(1256でNO)、グラフは次の最小コスト経路を探すために探索される(1244)。検証がその経路には問題がないと報告すると(1248でYES)、有効であることが表明され、方法はさらにその経路をさらに最適にすべきか否かを判断する(1250)。経路がさらに最適化されないのであれば(1250でNO)、位置決め経路は戻る(1258)。その経路がさらに最適化されるのであれば(1250でYES)、現在の位置決め経路に関連するコストが上界に設定され(1252)、さらに新しいサンプルが向上された経路を発見するための試みとして、引き出される(1236)。
図14は位置決め経路を開発することを示している。図14は、説明を容易にするために2次元での位置決め経路を描いている。当業者であれば、より高次元へこの技術の教示をどのように適用するかを容易に理解できるであろう。スタート設定1104とゴール設定1106の間の多くの潜在的な位置決め経路は、破線にて描かれている。3つの潜在的な位置決め経路が示されている。第1の経路1402は、それが初期の位置決め経路よりも高い時間コストを有するので、良好な位置決め経路としては提供されない。他の潜在的な経路1404は、低コスト経路を提供するが、すべての有効な経路のうちの最低コスト経路ではなく最適ではない。他の潜在的な位置決め経路1406は、最低コスト経路を提供するが、ツールが被工作物を介して動くのを要求するので制約を破り、よって有効ではない。結局、何の制約にも違反せず、さらにスタート設定とゴール設定とを結合するので、経路1408が有効である。経路1408は、初期の位置決め経路及び判断された位置決め経路1404よりも低時間コストも有し、さらに初期に判断された経路よりも良好な位置決め経路を提供する。スタート設定1104及びゴール設定1106は、両方とも初期に設定を受けるか、又は任意の特定された経路カスタマイゼーションに基づいて調整されるようなスタート設定及びゴール設定であってもよい。
上述の記載は、速い方向探索及び最小化技術を用いる初期の位置決め経路を生成することによって最適化された位置決め経路を自動的に生成することを説明した。初期の位置決め経路は、接近に基づいて確定的なサンプリングを用いる最適化された位置決め経路を生成するように用いられる。初期の位置決め経路は、接近に基づいた確定的なサンプリングを用いて最適化された位置決め経路を生成するために要求される時間を削減するが、初期の位置決め経路を有することを要求しない。そのような場合、接近に基づいて確定的なサンプリングによって発見された第1の有効な位置決め経路は、位置決め経路を最適化するためのコストの上界として用いられる。
図15は、CNC機械用の位置決め経路データを生成するための方法を示す。方法1500は機械設定スペースでのツールのスタート機械設定及びゴール機械設定を判断する(1502)。それぞれの機械設定を判断することは、機械スペース内の被工作物座標スペースにおいて特定された受容ツール位置を変換することを含む。さらに、機械の設定は、経路の任意に特定されたカスタマイゼーションに基づいて調整される。その方法は、可能な機械設定のサンプリングのために、機械設定スペースにおいて、機械加工シーンの一つ以上の適切な特徴を囲むそれぞれの領域を特定し(1504)、かつ機械設定スペースにおいて特定された一つ以上の領域のそれぞれから複数の可能な機械設定を判断する(1506)。その方法は、スタート設定をゴール設定に結合する、その複数の可能な機械設定から位置決め経路を判断する(1508)。その経路は、A*探索接近のような、例えば、発見的グラフ探索技術を含む様々な技術を用いて判断される。一旦、位置決め経路が判断されると、その方法は、CNC機械のシミュレーションを用いて判断された位置決め経路が有効であるか否かを判断する(1510)。CNC機械のシミュレーションは、被工作物の製造中のストック及び、機械の運動学、機械軸の移動速度及び加速制限、各制御軸の移動制限、位置決め方法、被工作物のセットアップ、機械部品の位置、又は固定具を含む機械特徴、及びクランプの位置などを用いて位置決め経路をシミュレートすることによって、位置決め経路が任意の機械加工制約に違反するか否かを判断する。位置決め経路が有効であると、その方法は、CNC機械のツールを決定された位置決め経路に沿って動かすための位置決め経路データを生成する(1512)。その位置決め経路データは、NCデータを含み、或は他の適切なフォーマットにて規定される。
図16は経路を機械加工するためのシステムを示す。そのシステム1600は、機械加工される部品の外形を特定するために用いられる、CAD/CAMコンピュータ処理装置1602を含む。CAD/CAMコンピュータ処理装置1602は、デスクトップコンピュータ又はサーバ又は類似のコンピュータ処理装置によって提供される。CAD/CAMコンピュータ処理装置1602は、部品を機械加工するためのツール経路情報を生成する。ツール経路情報は、NCポストプロセッサコンピュータ処理装置1606に供給される。その情報は、ネットワーク1604によって提供されるか、伝送可能な媒体又はCAD/CAMコンピュータ処理装置1602からNCポストプロセッサコンピュータ処理装置1606に情報を伝送するための他の通信に適する他のタイプを用いて提供される。さらに、分離された物理的なコンピュータ上に位置されるように描かれているが、NCポストプロセッサは、CAD/CAMソフトウェアとして同じコンピュータに提供されることも可能である。NCポストプロセッサは、特にCNC機械1610、1612を制御するための機械規定コードを生成する。機械規定コードは、ネットワーク1608又は、移動伝送可能な媒体のような他の適切な通信手段に供給される、NCプログラムとして規定される。
NCポストプロセッサはスタート設定及びゴール設定に基づいて機械用の位置決め経路を自動的に設定するため及び前述のように機械のシミュレーションを用いるために、位置決め経路計画機能1616を含む。付加的に、又は代替的に、CAD/CAMコンピュータ処理装置1602は、CAD/CAM装置内に上述したような位置決め経路を生成するため、同じような位置決め経路計画機能1614を組み込んでもよい。NCポストプロセッサ機能は、特定のCNC機械における部品を機械加工するためのコードの生成を容易にするためにCAD/CAMソフトウェアに組み込まれてもよい。図示されるように、位置決め経路の自動的な生成は、CNC機械が用いられるのを特定する以外に、CNC機械1610、1612の異なるタイプの特定のコードがユーザからの付加的な入力を必要とすることなく、自動的に生成させる。付加的に、又は代替的に、CNC機械1618、1620は、又はCNC機械の制御器よりも、前述された位置決め経路の生成のために、類似の位置決め経路計画機能1618、1620を組み込んでもよい。
前述の記載は、CNC機械3、4又は5軸用の位置決め経路を生成することについての様々な特定の具体例を説明した。本明細書で教示されるのと同じ技術は、他の又は自由度を組み込む、他の機械加工装置に適用されることができるのを予期できる。例えば、位置決め経路は、6軸を有するCNC機械にて部品を機械加工するために、又はより多くの自由度を有するロボット機械加工装置を用いるために生成される。
位置決め経路計画機能がCAD/CAMコンピュータ処理装置、NCプロセッサコンピュータ処理装置又はCNC機械の一つのコントローラにて実行されるか否かには無関係に、位置決め経路計画機能はそれぞれのコンピュータ処理装置のプロセッサを用いて、メモリに保存された命令を実行することによいって実行される。プロセッサによって実行されると、命令は、前述のように、位置決め経路計画機能を提供するようにコンピュータ処理装置を設定する。
説明は、他の部品にて、ハードウェアにて実行されるソフトウェアを含む、具体的な方法、システム及び装置を開示したが、そのような方法及び装置は、単に例示的であり、制限することを考慮していないことを留意すべきである。例えば、これらのハードウェア及びソフトウェア部品は排他的にハードウェアにて、排他的にソフトウェアにて、排他的にファームウェアにて、又はハードウェア、ソフトウェア、及び/又はファームウェアの組み合わせにて、具現化されるのを推測できる。さらに、説明された機能は、一時的又は非一時的媒体に保存されるコード又は命令として提供されてもよい。さらに、ある部品又は装置が単一の物理的な部品として示されているが、それらは複数の分離された部品として実装されてもよいことが意図される。さらにまた、本明細書にて記載された複数の分離された部品の機能は、単一の部品として提供されてもよいことが意図される。つまり、以下が具体的なシステム、方法及び装置を説明するが、当業者はそれらの具体例がそのようなシステム、方法及び装置を実行するだけではないことを容易に理解できる。
本発明は、一つ以上の実装の好ましい編成に関連して記載されたが、当業者は多くの変形が以下の特許請求の範囲内にて形成されることを容易に理解できる。つまり、これまでに記載したことによって、特許請求の範囲が制限されるものではない。



  1. コンピュータ数値制御(CNC)機械用の位置決め経路データを生成するための方法であって、
    機械設定スペースにおけるツールのスタート設定及びゴール設定を判断することと、
    可能な設定のサンプリングのために前記機械設定スペースにおいて機械加工シーンの一つ以上の適切な特徴を囲むそれぞれの領域を識別することと、
    前記機械設定スペースでの前記識別された一つ以上の領域のそれぞれから複数の可能な設定を判断することと、
    前記スタート設定を前記ゴール設定に結合する前記複数の可能な設定から位置決め経路を判断することと、
    前記CNC機械のシミュレーションを用いて前記判断された位置決め経路が有効であるか否かを判断することと、
    前記位置決め経路が有効であると判断されると、前記CNC機械の前記ツールを前記判断された位置決め経路に沿って移動するための位置決め経路を生成すること
    を備える方法。

  2. 前記スタート設定を前記ゴール設定に結合する初期の位置決め経路を機械加工の制約に違反することなく判断することをさらに備え、
    前記複数の可能な設定から判断された前記位置決め経路は、前記初期の位置決め経路の時間コストよりも小さい関連の時間コストを有するように判断される、請求項1記載の方法。

  3. 前記初期位置決め経路を判断することは、
    前記スタート設定を第1の好ましい方向における第1の距離に変換することによって第1の中間設定を判断することと、
    前記ゴール設定を第2の好ましい方向における第2の距離に変換することによって第2の中間設定を判断することと、
    前記第1の中間設定を前記第2の中間設定に結合することと、
    前記初期位置決め経路を前記機械加工の制約に違反させることなく、前記第1の距離及び前記第2の距離を短縮することによって前記初期位置決め経路の移動時間を最適化すること
    を備える請求項2記載の方法。

  4. 短縮された前記第1の距離及び前記第2の距離は同じ距離である請求項3記載の方法。

  5. 前記初期位置決め経路が前記機械加工の制約に違反するか否かを判断することをさらに備え、
    前記初期位置決め経路が前記機械加工の制約に違反すると、
    前記スタート設定及び前記ゴール設定をそれぞれ他の好ましい方向に変換することと、
    前記第1の中間設定を前記第2の中間設定に結合すること
    もさらに備える請求項3又は4記載の方法。

  6. 前記第1の好ましい方向、前記第2の好ましい方向、及び前記他の好ましい方向は、
    前記スタート設定のツール軸方位に基づいた方向、前記ゴール設定のツール軸方位に基づいた方向、及び前記CNC機械の制御軸に基づいた方向、
    のうちの一つ以上から選択される請求項3〜5のいずれか一項記載の方法。

  7. 経路に関連された時間コストが前記CNC機械の動きをシミュレートすることによって判断される請求項2〜6のいずれか一項記載の方法。

  8. 経路に関連された時間コストは、前記経路の長さ及び機械軸に沿った周知の移動速度を用いることによって判断される請求項2〜6のいずれか一項記載の方法。

  9. 経路が機械加工の制約に違反するか否かを判断することは、前記経路が有効であるか否かを判断するために、前記CNC機械のシミュレータを用いることを備える請求項2〜8のいずれか一項記載の方法。

  10. 前記機械設定スペースにおいて前記スタート設定及び前記ゴール設定を判断することは、
    被工作物のスペースにおいてスタート設定とゴール設定を受け取ることと、
    前記被工作物スペースにおける前記スタート設定及び前記ゴール設定を、前記機械設定における前記スタート設定及び前記ゴール設定に変換すること
    を備える請求項1〜9のいずれか一項記載の方法。

  11. 前記機械設定スペースにおける前記スタート設定及び前記ゴール設定を判断することは、一つ以上のユーザの好みに基づいて前記スタート設定及び前記ゴール設定のうちの少なくとも一つを調整することを備える請求項1〜10のいずれか一項記載の方法。

  12. 前記スタート設定及び前記ゴール設定のうちの少なくとも一つを調整することは、それぞれの設定が調整されるように、
    前記CNC機械の前記ツールを前記被工作物に接触させないように動かすように変換することと、
    前記それぞれの設定の変換を前記位置決め経路データに加えること
    を備える請求項11記載の方法。

  13. 前記それぞれの設定の前記変換は、
    前記それぞれの設定の中心をなす球の表面から複数の球の位置をサンプリングすることと、
    前記ツールが前記サンプルされた球の位置に変換されると、前記ツールを前記被工作物に接触させないサンプルされた球の位置を識別することを試みることと、
    前記ツールを前記サンプルされた球の位置に変換する経路が有効であるか否かを判断すること
    によって判断される請求項12記載の方法。

  14. 前記ツールを前記被工作物に接触させない、サンプル球の位置が識別されないときには、前記球の半径を拡張することと、さらに付加的な球の位置をサンプリングすることとを備えるが、ここでより小さな半径の球上の球の位置は、前記それぞれの設定の前記変換を最小化する、
    さらに前記ツールを前記被工作物に接触させない前記球の位置を前記付加された球の位置から識別することを試みること
    をさらに備える請求項13記載の方法。

  15. 前記スタート設定及び前記ゴール設定のうちの少なくとも一つを調整することは、
    ユーザによって規定された退避経路に基づいて前記スタート設定を調整することと、
    ユーザによって規定された接近経路に基づいて前記ゴール設定を調整することと、
    前記スタート設定及び前記ゴール設定を調整する経路が有効であることを判断することと、
    前記スタート設定及び前記ゴール設定への前記調整の動きを前記位置決め経路データに付加すること
    のうちの少なくとも一つを備える請求項11〜14のいずれか一項記載の方法。

  16. 前記スタート設定及び前記ゴール設定のうちの少なくとも一つを調整することは、
    ユーザによって規定された最小安全距離によって拡張された拡張ツールサイズに適合する位置に前記スタート設定を調整することと、
    前記拡張されたツールサイズに適合する位置に前記ゴール設定を調整することと、
    前記スタート設定及び前記ゴール設定を調整する経路が有効であるか否かを判断することと、
    前記スタート設定及び前記ゴール設定への前記調整の動きを前記位置決め経路データに付加することと、
    前記位置決め経路が有効であることを判断すると、ユーザによって規定された最小安全距離に基づいたオフセットが付加されたオフセットツールを用いるように前記CNC機械の前記シミュレーションを調整すること
    を備える請求項11〜15のいずれか一項記載の方法。

  17. 前記拡張されたツールサイズに適合するように前記スタート設定及び前記ゴール設定のそれぞれを調整することは、
    前記それぞれの設定の中心をなす球の表面から複数の球の位置をサンプリングすることと前記ユーザによって規定された最小安全距離に少なくとも等しい半径を有することと、
    前記拡張されたツールが前記サンプルされた球の位置に変換されると、前記拡張されたツールを前記被工作物に接触させないサンプルされた球の位置を識別することを試みること
    を備える請求項16記載の方法。

  18. 前記拡張されたツールを前記被工作物に接触させないサンプル球の位置が識別されないと、前記球の半径を拡張することと、及び付加的な球の位置をサンプリングすることとを備え、ここで、より小さな半径の球上の球の位置が前記それぞれの配置の前記変換を最小にし、
    前記拡張されたツールを前記被工作物に接触させない前記球の位置を前記付加的な球の位置から識別することを試みること
    をさらに備える請求項17記載の方法。

  19. 機械加工スペースにおける機械加工シーンの適切な特徴は、
    位置決め経路に沿った周知の設定、
    前記機械加工シーンにおける一つ以上の物体のそれぞれのバウンディングボックスの一つ以上を含む請求項1〜18のいずれか一項記載の方法。

  20. 前記CNC機械の制御軸を、それぞれの制御軸及び前記スタート設定及び前記ゴール設定用の最大及び最小移動値に基づいていくつかの区間に分割することと、
    前記いくつかの区間のそれぞれが前記識別された領域から複数の可能な設定によってサンプルされるのかを判断することと、
    前記いくつかの区間のそれぞれから可能な設定のサンプルを提供するために識別される領域の外部から複数の付加的で可能な設定を収集すること
    をさらに備える請求項1〜19のいずれか一項記載の方法。

  21. 最小サンプリング分解能は、前記CNC機械の前記制御軸のそれぞれのために決定され、ここで前記最小サンプリング分解能は前記それぞれの制御軸の間の前記最小距離を定義する請求項20記載の方法。

  22. 複数の可能な設定が前記機械設定スペースの除外領域内にあると、前記複数の可能な設定から可能な設定を取り除くことをさらに備える請求項1〜21のいずれか一項記載の方法。

  23. 前記位置決め経路を判断することは、
    前記複数の可能な設定、前記スタート設定及び前記ゴール設定を、グラフとみなすことと、
    前記スタート設定から前記ゴール設定の経路のためにグラフを探索すること
    を備える請求項1〜22のいずれか一項記載の方法。

  24. 経路が存在すると、前記グラフは、前記グラフの上界よりも小さい最小コストの経路を発見する発見的ベースの探索技術を用いて探索される請求項23記載の方法。

  25. 前記経路が前記グラフに存在すると、前記経路は前記位置決め経路として用いられ、前記位置決め経路が有効であるか否かを判断することは、
    前記位置決め経路が有効か又は無効かについての前記CNC機械のシミュレーションからの指示を受信することであり、前記指示は、前記位置決め経路が無効であるときに、前記位置決め経路の無効を起こす設定の指示を含む、前記受け取ることと、
    前記位置決め経路の前記無効を起こした前記指示された設定に関連した前記グラフのセグメントを判断することと、
    前記グラフから前記判断されたセグメントを除去すること
    を備える請求項24記載の方法。

  26. 前記位置決め経路が無効であると、前記グラフの前記探索が全ての可能な経路が無いと判断することと、
    前記スタート設定から前記ゴール設定のために、前記グラフの前記探索が終わっていないときには、前記グラフを再度探索すること
    をさらに備える請求項25記載の方法。

  27. 前記上界よりも小さい関連コストを有する前記グラフに経路が発見されないとき、又は前記グラフの探索が無くなると、前記機械設定スペースからさらに複数の可能な設定を収集することと、
    前記複数の可能な設定、前記スタート設定、前記ゴール設定及び前記他の複数の可能な設定をグラフとして扱うことと、
    前記スタート設定から前記ゴール設定への経路のために前記グラフを探索すること
    をさらに備える請求項24〜26のいずれか一項に記載の方法。

  28. 前記グラフを探索することは、A*サーチ技術を用いることを備える請求項24〜27のいずれか一項に記載の方法。

  29. 前記A*サーチ技術は、
    前記グラフの現在の設定ノードへの前記スタート設定から現在の経路のコストとしての前記CNC機械の前記シミュレーションによって提供される経路移動時間と、
    前記現在の設定ノードと前記ゴール設定の間のコストとしての前記CNC機械の前記シミュレーションによって提供される移動時間と
    を用いる請求項28記載の方法。

  30. 前記CNC機械の前記シミュレーションは、前記CNC機械における機械加工をシミュレートすることに、機械特徴を組み込むが、前記機械特徴は、
    機械の運動学と、
    速度限界と、
    加速度限界と、
    各機械軸用の移動限界と、
    位置決め方法と、
    被工作物の機構と、
    機械部品又は固定具の位置と、
    保持装置の位置
    のうちの一つ以上を備える請求項1〜29のいずれか一項記載の方法。

  31. 前記CNC機械の前記シミュレーションは、動的に、いくつかの被工作物を変えるのをシミュレートする請求項1〜30のいずれか一項記載の方法。

  32. コンピュータ数値制御(CNC)機械用の位置決め経路データを生成するためのコンピュータ装置であって、
    命令を実行するプロセッサと、
    前記請求項1〜31のいずれか一項に記載の方法を、前記プロセッサによって実行されるときに、提供するための装置を設定する命令を保存するためのメモリと
    を備えるコンピュータ装置。

  33. 部品を機械加工するためのシステムであって、
    NCプログラム用の位置決め経路データを生成するための請求項32に記載コンピュータ装置と、
    前記NCプログラムを受け取るため及び前記NCプログラムに対応して被工作物から部品を機械加工するためのコンピュータ数値制御(CNC)機械と
    を備えるシステム。

 

 

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【選択図】図1
本発明は、ブレード(2)の一部がオフセット(3)を持つ、非流線型のプロペラ(1)のブレード(2)の少なくとも一部をモデル化する方法であって、装置(10)のデータ処理手段(11)を用いて、(a)オフセット(3)を特徴づける前記ブレード(2)の変形を表す少なくとも1つのベジェ曲線をパラメータ化するステップであり、a.第1および第2のエンド制御点(PCU、PCU)と、b.エンド点(PCU、PCU)の間に配置される少なくとも1つの中間制御点(PCU,、i∈[[2,k−1]]と、によって定義され、パラメータ化が、中間制御点(PCU)の横座標および第2のエンド点(PCU)の縦座標が表されるものを基礎として、少なくとも1つの変形パラメータおよびブレード(2)の前記切断高さに従って行われる、パラメータ化するステップと、(b)変形パラメータまたは複数の変形パラメータの最適化値を決定するステップと、(c)このように決定された値を前記装置(10)のインターフェース(13)に出力するステップと、を実行することを含むことを特徴とする、方法に関する。
本発明は、少なくとも1つのサブ部分を有するプラントのモデルデータを生成する方法に関し、・トポロジ情報を含む其々のサブ部分に関するhmiの少なくとも1つの其々の図を用意し、・其々の図をコンピュータ可読形式へ転換し、・其々の転換された図をコンピュータのデータ記憶装置にインポートして、そこから其々のサブ部分のモデルデータを抽出し、モデルデータが其々のサブ部分のトポロジを記述し、・コンピュータのインターフェースにモデルデータを供給し、前記図からモデルデータを抽出する処理が、・プラントオブジェクトの検出及び・プラントオブジェクトの結合の検出を含む。
コンピュータ実装方法およびシステムは、コンピュータ支援シミュレーションプロセスによる使用のためにデータを自動的に作成する。方法およびシステムは、CADモデル構成要素が、ファスナである実世界のオブジェクトを表すと判定する。方法およびシステムは、CAD構成要素を自動的の分析し、およびシミュレーションプロセスによる使用のための特性を導出する。特性された特性は、サイズデータ、位置データ,および材質タイプデータを含む。方法およびシステムは、CAD構成要素の別のCAD構成要素に対する影響の範囲を算出する。シミュレーションプロセスは、影響の範囲を算出して、そのファスナが構成要素である実世界のアセンブリをシミュレートするために特性のうちの少なくとも1つを利用する。
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