JP2014140903A - カッティングプロッタおよびその制御方法ならびに制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】被カッティング媒体のずれを発生させずにカッティングを行う。
【解決手段】カットデータに基づいて所定の形状を構成する線分の集合を含む凸包を求め、前記凸包の頂点を端点に持つ線分を特定する線分特定処理部（１５ａ）と、この線分特定処理手段により特定された前記凸包の頂点を端点に持つ線分の集合を記憶装置（１５２）に記憶する処理と、前記形状を構成する線分の集合から前記線分特定処理部により特定された線分の集合を除いた残りの線分の集合に対して前記線分特定処理部による線分特定処理を施す処理とを、所定の形状を構成する線分の集合に対し、すべての線分が除かれるまで繰り返し実行して、前記凸包ごとに特定される線分の集合を前記記憶装置にスタックするスタック処理部（１５ｃ）と、前記記憶装置に記憶された前記凸包ごとに特定される前記線分の集合を最後に記憶した線分の集合から順次読み出して前記被カッティング媒体を切断する切断動作実行部（１５ｄ）手段とを設けた。
【選択図】 図６

Description

本発明は、カッティングプロッタおよびその制御方法ならびに制御用プログラムに関する。

カッティングプロッタは、紙やフィルムなどのシート状の媒体（以下、「被カッティング媒体」ということがある。）に対して、カッティングペンを相対的に二次元方向に移動させながら選択的に圧接離反させて、この被カッティング媒体を所望の形状に切り出す装置である。

このようなカッティングプロッタは、フラットベッド型と被切断媒体駆動型とに大別される。このうち、フラットベッド型は、被カッティング媒体が載置される平板状のテーブル（載置テーブル）から離間してＸ軸方向に移動可能に設けられるＹバーと、このＹバー上を摺動することによりＹ軸方向に移動可能に設けられるキャリッジとを備え、このキャリッジにペンブロックを搭載することによって、カッティングペンを被カッティング媒体に対して相対的に二次元的に移動させるものである。
また、被切断媒体駆動型は、「グリットローラ型」とも呼ばれ、被カッティング媒体の両端部分を駆動ローラと従動ローラ（ピンチローラ）とで挟持して、駆動ローラを正逆回転させることにより被カッティング媒体を第１の方向（Ｘ軸方向）に移動させるとともに、この第１の方向と直交する第２の方向（Ｙ軸方向）に移動可能に設けられるキャリッジにペンブロックを搭載し、このペンブロックに保持されたカッティングペンを被カッティング媒体に対して相対的に２次元方向に移動させるものである。

いずれのカッティングプロッタにおいても、キャリッジに搭載されるペンブロックは、保持したカッティングペンを被カッティング媒体に対して選択的に圧接離反させる機構を備えている。そのカット圧、すなわち、カッティングペンを被カッティング媒体に押しつける圧力を制御することにより、様々な種類の素材を切断することができる（例えば、特許文献１乃至４参照。）。

カッティングペンは、棒状の軸部と、この軸部の一端にこの軸部の軸線周りに回転自在に取り付けられたカッターを備え、このカッターの刃先がカッター自体の回転中心から離れている、いわゆる偏心カッターと呼ばれるものである。カッティングペンの刃の方向は、カッティングの経路によって自動的に変わる。

ところが、移動する刃により引き起こされる張力に対し抗力が働かない場合には、カッターを動かしても刃が被カッティング媒体に引っかかり、被カッティング媒体が切断されずに部分的にずれてしまう現象、いわゆる「ずれ」を引き起こしてしまう。このような「ずれ」は切り出しの品質に重大な影響を与える。
そこで、フラットベッド型においては、載置テーブルに固定された粘着シートまたは、静電吸着、磁石もしくは真空吸着等の固定方法を用いて、被カッティング媒体全体を載置テーブル上に固定し、グリットローラ型においては、ピンチローラにより挟時されるシート状の基材の一方の面に粘着力の弱い接着剤を塗布したもの（以下、「粘着シート」ということがある。）に被カッティング媒体全体を剥離可能に粘着固定することによって、切断時の張力による被カッティング媒体の移動を防いでいる。

特開２００５−２０５５４０ 特開平１０−２６４０８８ 特開昭６１−２９７０９８ 特開２００２−３４６９８２

「Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｍａｓｔｅｒ ２ ユーザマニュアル バージョン １．９０」、グラフテック、http://www.graphtec.co.jp/site_download/cm2/win/ver1.90.html

しかしながら、粘着シートを繰り返し使用したことによって接着効果がなくなってしまっている場合や、粘着が効かない素材を切断しようとする場合などは、ずれが起きないように、被カッティング媒体全体を粘着支持して固定することはできない。
また、複数枚の被カッティング媒体を重ねて一度に切断しようとした場合、上述した一般的な固定方法は、すべての被カッティング媒体を固定するには効果的な方法とはいえない。

既存の商用製品は、一枚のみの被カッティング媒体が載置テーブル上あるいは粘着シート上にしっかり固定されている状況を前提としており、上述したような被カッティング媒体全体が必ずしも固定されていない状況は考慮されていないと考えられる。

そこで、本発明は、載置テーブルあるいは粘着シート等といった支持部材上に被カッティング媒体全体が必ずしも固定されていなくても、いわゆるずれを発生させずにカッティングを行うことができるカッティングプロッタおよびその制御方法ならびに制御プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係るカッティングプロッタは、カットデータに基づいて所定の形状を構成する線分の集合を含む凸包を求め、前記線分のうち前記凸包の頂点を端点に持つ線分を特定する線分特定処理を行う線分特定処理手段と、この線分特定処理手段により特定された前記凸包の頂点を端点に持つ線分の集合を記憶装置に記憶する処理と、前記所定の形状を構成する線分の集合から前記線分特定処理手段により特定された線分の集合を除いた残りの線分の集合に対して前記線分特定処理手段による線分特定処理を施す処理とを、前記所定の形状を構成する線分の集合に対し、すべての線分が除かれるまで繰り返し実行して、前記凸包ごとに特定される線分の集合を前記記憶装置にスタックするスタック処理手段と、前記記憶装置に記憶された前記凸包ごとに特定される前記線分の集合を最後に記憶した線分の集合から順次読み出して前記被カッティング媒体を切断する切断動作実行手段とを備えることを特徴とする。

ここで、本発明に係るカッティングプロッタは、前記線分特定処理手段によって特定された前記線分の集合について、前記線分を切断する際の向きおよび順序を決定する順序決定手段をさらに備えていてもよい。

この場合、前記スタック処理手段は、前記線分特定処理手段により特定された前記線分の集合ごとに、前記順序決定手段により決定された前記線分を切断する向きおよび順序を記憶装置に記憶し、前記切断動作実行手段は、前記記憶装置に記憶された前記線分の集合ならびに前記線分を切断する向きおよび順序を最後に記憶した線分の集合から順次読み出して前記被カッティング媒体を切断するようにしてもよい。

また、本発明に係るカッティングプロッタの制御方法は、カットデータに基づいて所定の形状を構成する線分の集合を含む凸包を求め、前記線分のうち前記凸包の頂点を端点に持つ線分を特定する線分特定処理を行う線分特定処理ステップと、この線分特定処理ステップにより特定された前記凸包の頂点を端点に持つ線分の集合を記憶装置に記憶する記憶ステップとを含み、前記所定の形状を構成する線分の集合から前記線分特定処理ステップにより特定された線分の集合を除いた残りの線分の集合に対して前記線分特定処理ステップと前記記憶ステップを施す処理を、前記所定の形状を構成する線分の集合に対し、すべての線分が除かれるまで繰り返し実行して、前記凸包ごとに特定される線分の集合を前記記憶装置にスタックするスタック処理ステップと、前記記憶装置に記憶された前記凸包ごとに特定される前記線分の集合を最後に記憶した線分の集合から順次読み出して前記被カッティング媒体を切断する切断動作実行ステップとを有することを特徴とする。

ここで、本発明に係るカッティングプロッタの制御方法は、前記線分特定処理ステップによって特定された前記線分の集合について、前記線分を切断する際の向きおよび順序を決定する順序決定ステップをさらに備えていてもよい。

この場合、前記スタック処理ステップは、前記線分特定処理ステップにより特定された前記線分の集合ごとに、前記順序決定ステップにより決定された前記線分を切断する向きおよび順序を記憶装置に記憶し、前記切断動作実行ステップは、前記記憶装置に記憶された前記線分の集合ならびに前記線分を切断する向きおよび順序を最後に記憶した線分の集合から順次読み出して前記被カッティング媒体を切断するようにしてもよい。

また、本発明に係るカッティングプロッタの制御プログラムは、カッティングプロッタの制御部を構成するコンピュータに、上述したカッティングプロッタの制御方法を実行させることを特徴とする。

二次元的な所定の形状を構成する複数の線分のうち、これらの線分を含む凸包の頂点を端点に持つ線分は、他の線分がカット済みであるか否かに拘わらず、ずれを発生させずにカッティングを行うことができる。
本発明によれば、被カッティング媒体を切断するための二次元的な所定の形状を構成する複数の線分のうち、これらの線分を含む凸包の頂点を端点に持つ線分の集合を特定し、特定された線分集合を記憶する処理を、特定された線分の集合を除いた残りの線分に対して繰り返し実行して、凸包ごとに特定される線分の集合を記憶装置にスタックし、このスタックされた線分の集合を最後に記憶した線分の集合から順次読み出し、切断することによって、いわゆるずれを発生させずにカッティングを行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るカッティングプロッタの構成を示す斜視図である。 図２は、本実施の形態に係るカッティングプロッタの制御部の構成および周辺機器との接続関係を示すブロック図である。 図３Ａは、カッティング時に被カッティング媒体に働く力を説明する図である。 図３Ｂは、カッティング時に被カッティング媒体に働く力を説明する図である。 図３Ｃは、カッティング時に被カッティング媒体に働く力を説明する図である。 図４は、カッティング時に被カッティング媒体に働く力を説明する図である。 図５Ａは、切断すべき線分の集合の一例とその集合を含む凸包を示す図である。 図５Ｂは、切断すべき線分の集合の一例とその集合を含む凸包を示す図である。 図６は、本実施の形態に係るカッティングプロッタの制御部の構成を示すブロック図である。 図７Ａは、本実施の形態に係るカッティングプロッタの制御方法における情報処理の概要を説明するフローチャートである。 図７Ｂは、本実施の形態に係るカッティングプロッタの制御方法におけるスタック処理の手順を説明するフローチャートである。 図７Ｃは、本実施の形態に係るカッティングプロッタの制御方法における切断動作実行処理の手順を説明するフローチャートである。 図８Ａは、本実施の形態に係るカッティングプロッタの制御方法におけるスタック処理を説明する図である。 図８Ｂは、本実施の形態に係るカッティングプロッタの制御方法におけるスタック処理を説明する図である。 図８Ｃは、本実施の形態に係るカッティングプロッタの制御方法におけるスタック処理を説明する図である。 図８Ｄは、本実施の形態に係るカッティングプロッタの制御方法におけるスタック処理を説明する図である。 図８Ｅは、本実施の形態に係るカッティングプロッタの制御方法におけるスタック処理を説明する図である。 図９は、本実施の形態に係るカッティングプロッタにおけるスタックを説明する図である。 図１０Ａは、本実施の形態に係るカッティングプロッタによる被カッティング媒体の切断の様子を説明する図である。 図１０Ｂは、本実施の形態に係るカッティングプロッタによる被カッティング媒体の切断の様子を説明する図である。 図１０Ｃは、本実施の形態に係るカッティングプロッタによる被カッティング媒体の切断の様子を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

１．カッティングプロッタの構成
本発明の実施の形態に係るカッティングプロッタ１は、いわゆるフラットベッド型のカッティングプロッタであり、図１に示すように、シート状の被カッティング媒体を載置するＸ−Ｙ平面に平行な載置面を有する平板状のテーブル（載置テーブル）１１と、載置テーブル１１から離間してＹ軸方向に延在するＹバー１２と、このＹバー１２をＸ軸方向に移動させる第１の移動機構（図示せず。）と、ペンブロック１３をＹバー１２に沿って第２の方向（Ｙ軸方向）に摺動させる第２の移動機構（図示せず。）と、このＹバー１２に沿って移動可能に設けられ、被カッティング媒体を切断する刃を備えたカッティングペンを前記テーブルに載置された被カッティング媒体に対してそれぞれ圧接、離反可能に保持するペンブロック１３とからなる。

Ｙバー１２を載置テーブル１１に対して第１の方向（Ｘ軸方向）に移動させる第１の移動機構は、例えば、カッティングプロッタ１本体側面に設けられＸ軸方向に延在するレール材（図示せず。）と、Ｙバー１２を支持するとともにレール材に対して摺動可能に設けられた摺動子と、カッティングプロッタ１本体のＸ軸方向の一端側に設けられた駆動モータ（図示せず。）とこれに係合する歯車機構（図示せず。）と、カッティングプロッタ１本体の他端側に設けられたプーリ（図示せず。）と、歯車機構とプーリとの間に架渡されるとともに、Ｙバー１２用の摺動子と連結された伝達ベルト（図示せず。）とから構成することができる。
また、ペンブロック１３をＹバー１２に沿って第２の方向（Ｙ軸方向）に摺動させる第２の移動機構は、Ｙバー１２上を摺動可能に設けられたペンブロック用の摺動子１３ａと、Ｙバー１２内のＹ軸方向一端側に固定された駆動モータ（図示せず。）とこれに係合する歯車機構（図示せず）、およびこの歯車機構と他端側に設けられたプーリ（図示せず。）の間に架渡されるとともに、摺動子１３ａと連結された伝達ベルト（図示せず。）とから構成することができる。
したがって、第１の移動機構と第２の移動機構とは、それぞれＸ軸用の駆動モータおよびＹ軸用の駆動モータの回転量を制御してＹバー１２およびペンブロック３を駆動することによってペンブロック１３を載置テーブル１１上に載置された被カッティング媒体に対して相対的に二次元方向に移動させる移動機構を構成する。

また、カッティングプロッタ１は、外部から入力された被カッティング媒体を切断するための二次元的な所定の形状を表すデータ（以下、「カットデータ」という。）に基づいて上述した第１および第２の移動機構ならびにペンブロックの動作を制御する制御部１５を備えている。本実施の形態においては、制御部１５は、操作パネル１５４や表示パネル１５５等からなる入出力装置を備えている。

図２は、制御部１５のハードウェア構成および周辺機器との接続関係を示すブロック図である。
制御部１５は、バス１５０を介して互いに接続された中央演算装置（ＣＰＵ：Central Process Unit）１５１、記憶装置１５２、入出力インターフェイス回路（Ｉ／Ｆ）１５３、入出力装置を構成する操作パネル１５４および表示パネル１５５、ならびに出力インターフェイス回路（Ｉ／Ｆ）１５６とを備えている。

このうち、入出力インターフェイス回路１５３は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）２等の外部装置を接続するための回路である。本実施の形態に係るカッティングプロッタ１を、入出力インターフェイス回路１５３を介して作図ツール等のアプリケーションプログラムがインストールされたＰＣ２に接続することによって、当該アプリケーションプログラムによって作成された図形データを、カットデータとして入力することができる。

これを換言するならば、入出力インターフェイス回路１５３は、ＰＣ２等の外部装置と接続されることによって、カットデータを入力するカットデータ入力部として作用する。入出力インターフェイス回路１５３を介して入力されたカットデータは、記憶装置（メモリ）１５２に記憶される。

なお、入出力インターフェイス回路１５３を介してカッティングプロッタ１と接続されたＰＣ２を、さらにインターネットやＬＡＮ等のネットワーク３に接続し、ネットワーク３に接続されたサーバ４から様々なアプリケーションプログラムをダウンロードして、カッティングプロッタ１やＰＣ２自身にインストールしてもよい。

本実施の形態に係るカッティングプロッタ１には、後述するように、カットデータから二次元の所定の形状を構成する複数の線分の切断順序を決定する機能を有する制御プログラムがインストールされている。
具体的には、制御プログラムは記憶装置１５２に記憶され、ＣＰＵ１５１は、この制御プログラムに規定された命令にしたがって記憶装置１５２に記憶されたカットデータを分析し、形状を構成する複数の線分の切断順序を決定する制御として、図示しない第１の移動機構と図示しない第２の移動機構とペンブロック１３をそれぞれ駆動するための駆動信号を演算し、出力インターフェイス回路１５６を介して出力する。

以上のような構成を有する制御部１５は、第１の移動機構および第２の移動機構を制御してペンブロック１３を載置テーブル１１上の被カッティング媒体１０に対して相対的に二次元的に移動させるとともに、ペンブロック１３を制御して、ペンブロック１３に保持されたカッティングペンを被カッティング媒体１０に対して選択的に圧接させる機能を実現する。

操作パネル１５４は、カーソルキーや決定キー等を備えた入力装置である。また、表示パネル１５５は、液晶パネル等の表示装置である。

２．カッティングによる「ずれ」の発生のメカニズム
次に、カッティングによって「ずれ」が発生するメカニズムについて簡単に考察する。
一般に、紙を両側から引っ張ったとしても容易には引きちぎれない。逆に圧縮力を加えると容易にたわんで曲がってしまう。このことから、紙には引張応力は働くが、圧縮応力は働かないと考えられる。
カッティングプロッタが紙を切る工程は、２つの工程、すなわち、切り始めの、紙に刃を押しつけ切る第１の工程と、紙に刃先が入っている状態でカッターを引っ張り、線を切る第２の工程とからなる。本明細書において、「カッティング」または「切る」とは、主に、第２の工程において紙に刃先が入っている状態でカッターを引っ張ることによって、切る線の方向に張力を発生させる行為を意味するものとする。

図３Ａ乃至図３Ｃは、紙のような被カッティング媒体４０をカッターを移動させて切断するときに、被カッティング媒体４０に働く力を説明する図である。ここで被カッティング媒体４０は、平面視矩形の紙であるとする。また、図３Ａ乃至図３Ｃに示すように、紙４０は、その上辺および下辺に沿った外枠がそれぞれ粘着テープ４１u、４１b等により載置テーブルに固定されており、紙４０の外枠の固定されている点では十分な粘着力が働いて、切る際の張力に対する十分な抗力が得られる一方、それ以外の点では、十分な摩擦力が働かないため、切る際の張力に対する抗力を得ることができないものとする。

切るときの張力に対して引張応力が働く場合は、２つの力が釣り合って紙は動かないので、ずれは発生しない。
例えば、図３Ａに示すように、第１工程においてＳ点にカッターの刃を押しつけ、第２工程において粘着テープ４１u から遠ざかる方向に刃を移動させたときに、Ｓ点に作用する張力Ｆに対して大きさが等しく逆方向の引張応力−Ｆが得られるので、ずれは生じない。これは、引張応力−Ｆの方向と固定された部分との交点Ｒ（Ｒｏｏｔ Ｐｏｉｎｔ）において、Ｓ点に作用する張力Ｆに対して十分な抗力が得られるからである。

図３Ｂに示すように、Ｓ点とＲ1 点およびＲ2 点とをそれぞれ結んだ複数の異なる方向からの引張応力の合成力−Ｆが、Ｓ点に作用する張力Ｆに対して逆方向の力として得られる場合には、仮に、Ｓ点から引張応力−Ｆの方向の延長線上に切断された領域４２があったとしても、紙は動かないので、ずれは発生しない。すなわち、引張応力−Ｆを互いに１８０°以内の角度を有する複数の力に分解できる場合には、ずれは生じない。

一方、引張応力−Ｆを互いに１８０°以内の角度を有する複数の力に分解できない場合には、ずれが生じる。例えば、図３Ｃに示すように、Ｓ点と固定された外枠部分との間の領域に切断された領域４３があると、Ｓ点において刃の移動により作用する張力Ｆに対抗する引張応力−Ｆが得られず、紙には圧縮応力が働かないために、紙４０の一部が動いてしまい、ずれが生じる。

なお、上述した例は、図３Ａ乃至図３Ｃに示すように、紙４０の外枠の上辺および下辺が粘着テープ４１u 、４１b によって固定されていることを前提としたが、図４に示すように、外枠の角部を粘着テープ４１ulc 、４１urc 、４１blc 、４１brc で固定しても同様の結果を得ることができる。これは、図３Ｂに示した例と同様の原理によるもので、固定された複数の点Ｒl 、Ｒ2 からの引張応力の合成力−Ｆが、Ｓ点に作用する張力Ｆに対して逆方向の力として得られる場合には紙は動かないからである。

３．「ずれ」を発生させないカッティング経路の決定アルゴリズム
上述したように、カッターの刃の移動によって被カッティング媒体に作用する張力に対して、これに対抗する引張張力が働けば「ずれ」は発生せず、働かなければ「ずれ」が発生する。

発明者らは、被カッティング媒体の周縁部が載置テーブル等に粘着テープ等によって固定されている場合、カット対象の線分全体の凸包を求めると、この凸包の頂点を端点に持つ線分は、ほかの線分がカット済みであるか否かに拘わらず、外側から内側に向かってカットすれば、ずれを生じないことを見いだした。

数学における凸包（convex hull）は、与えられた集合を含む(集合の包含関係の意味で)最小の凸集合である。与えられた集合内の任意の2点を結ぶ線分がこの集合に含まれるとき、この集合を「凸集合(convex set)」と呼ぶ。直感的には、「カット対象の線分全体の凸包」とは, カット対象の線分全体をゴム紐で囲んだときにゴム紐が作る図形として視認することができる。

図５Ａにおいて、カット対象となるすべての線分の集合を含む凸包Ｃ1 は、網掛けされた多角形となる。この凸包Ｃ1 の頂点（○印）を端点に持つ線分は太線で表されている。この凸包Ｃ1 の頂点を端点に持つ線分は、他の線分がカット済みであるか否かに拘わらず、外側から内側に向かって、すなわち、凸包Ｃ１の頂点となる端点を始点としてカッティングするときには、先に図３Ｂを参照して説明したように、このカッティングにより被カッティング媒体に働く張力Ｆに対する引張張力−Ｆを互いに１８０°以内の角度を有する複数の力に分解できる。したがって、カッティングによる張力に対する引張張力を、これら複数の異なる方向からの引張応力の合成力として得ることができるので、被カッティング媒体は動かず、ずれを生じることなく切ることができる。

このとき、ひとつの凸包から特定された線分の集合については、凸包の頂点となる端点をカッティングの始点とする限り、各線分をカッティングする方向と順序は任意であるが、カッティング動作の効率性を考えるならば、凸包の頂点となる端点をカッティングの始点とすることを制約条件として、ペンブロックの移動経路が最短となるように決定すればよい。

図５Ａにおいて、切断すべき線分の集合の中で、凸包Ｃ1 の頂点を端点に持つ線分は最後に切断すべき線分の集合である。
したがって、凸包Ｃ1 の頂点を端点に持つ線分をスタックに格納（ｐｕｓｈ）した後、格納した線分を除いた残りの線分の集合を含む凸包からその頂点を端点に持つ線分を特定してスタックに格納する、という手順を、すべての線分がなくなるまで繰り返すことによって、最後にカットすべき線分の集合から最初にカットすべき線分の集合までを（実際のカット手順とは逆順に）スタックに格納し、実際に切断動作を実行するときには、スタックの末尾から線分の集合を順次読み出す（ｐｏｐする）ことによって、ずれを生じることなくすべての線分を切ることができる。

なお、説明の便宜上、平面視矩形の被カッティング媒体４０の固定方法は、図５Ａに示すように、被カッティング媒体４０の上端および下端を粘着テープ４１u 、４１b によって固定するものとするが、例えば、被カッティング媒体４０の四隅（四つの頂点）を固定してもよいし、図５Ｂに示すように、外枠の４辺を粘着テープ４１u、４１r、４１b 、４１ｌによって固定してもよい。特に、被カッティング媒体４０等の伸びを考慮すると、図５Ｂに示すように、外枠の４辺を固定することが望ましい。

４．カッティングプロッタの制御
上述した「ずれ」を発生させないカッティング経路の決定アルゴリズムに基づくカッティングプロッタの制御について説明する。
制御部１５は、図６に示すように、線分特定部１５ａと、順序決定部１５ｂと、スタック処理部１５ｃと、切断動作実行部１５ｄとから構成される。

４．１．制御部の構成
図６は、本実施の形態に係るカッティングプロッタの制御部１５の機能ブロック図である。
ここで、線分特定部１５ａは、カットデータに基づいて所定の形状を構成する線分など、与えられた線分の集合を含む凸包を求め、この凸包の頂点を端点に持つ線分を特定する線分特定処理を行う機能部である。
本実施の形態において、線分の集合は、カットデータから特定され、線分のリスト（以下、単に「線分リスト」ということがある。）として扱われる。なお、曲線は、複数の線分によって表現される。また、交差している線分は、交差していない線分に分割してリストに加えることとする。
凸包を計算する方法として、例えば、直接法、包装法、Graham-scan法（グラハム走査法）、逐次添加法、分割統治法、Quick法、内点消去法など、計算幾何学の分野において様々な手法が知られている。本実施の形態において、線分特定部１５ａを実装するにあたっては、これらの手法を用いて、線分リストから凸包を計算すればよい。

順序決定部１５ｂは、線分特定部１５ａによって特定された線分の集合について、線分を切断する際の向きおよび順序を決定する機能部である。
ひとつの凸包から特定された線分の集合について、切断の方向と順序を決定するにあたっては、凸包の頂点となる端点をカッティングの始点とすることが唯一の制約条件となるが、本実施の形態においては、カッティング動作の効率性を考えるならば、凸包の頂点となる端点をカッティングの始点とすることを制約条件として、線形計画法等の最適化手法を用いて、ペンブロックの移動経路が最短となるように切断の方向と順序を決定すればよい。

スタック処理部１５ｃは、（ａ）線分特定部１５ａにより特定された線分の集合を、順序決定部１５ｂにより決定された切断する向きおよび順序とともに、記憶装置１５２に記憶（ｐｕｓｈ）する処理と、（ｂ）線分特定部１５ａにより特定された線分の集合を除いた残りの線分の集合に対して線分特定処理を施す処理とを、カットデータによって表される形状を構成する線分に対し、すべての線分が除かれるまで繰り返し実行して、凸包ごとに特定される線分の集合を記憶装置１５２にスタックする機能部である。

切断動作実行部１５ｄは、記憶装置１５２に記憶された凸包ごとに特定される線分の集合を、最後に記憶した線分の集合から順次読み出して（ｐｏｐして）被カッティング媒体を切断する切断動作を実行する機能部である。

４．２．カッティングプロッタの制御方法
次に、本実施の形態に係るカッティングプロッタの制御部１５における情報処理について説明する。
本実施の形態に係るカッティングプロッタの制御方法は、図７Ａに示すように、カッティング動作に先立って入力されたカットデータから得られる切断すべき線分の集合、すなわち、線分リストを入力するステップ（Ｓ１０）と、入力された線分リストについて「ずれ」を発生させないカッティング経路を決定する「スタック処理」を行うステップ（Ｓ２０）と、決定されたカッティング経路にしたがって被カッティング媒体を切断する「切断動作実行処理」を行うステップ（Ｓ３０）とからなる。
以下に、スタック処理（Ｓ２０）と切断動作実行処理（Ｓ３０）について詳述する。

（１）スタック処理
図７Ｂは、「ずれ」を発生させないカッティング経路を決定するスタック処理の手順を示すフローチャートである。
スタック処理が始まると、最初にスタックを空にして、記憶装置１５２に記憶された過去のカッティング経路に関する情報を消去する（Ｓ２０１）。
その上で、与えられた線分リスト（線分の集合）を含む凸包を求め（Ｓ２０２）、この凸包の頂点を端点に持つ線分を特定する（Ｓ２０３）。
例えば、カットデータから、図８Ａに示すような、ＸＹ空間で定義される線分の集合が特定されたと仮定すると、この線分の集合を含む凸包は、図８Ｂに示す凸包Ｃ1 となり、この凸包Ｃ1 の頂点を端点に持つ線分（図８Ｂにおいては太線で表されている。）が特定される。
なお、後述する切断動作においては、凸包Ｃ1 の頂点となる端点をカッティングの開始点とすることから、これらの特定された線分は、カッティングの方向を有する線分、すなわち有向線分として扱うことができる。

凸包Ｃ1 の頂点を端点に持つ線分が特定されると、特定された線分の集合に対し、凸包Ｃ1 の頂点となる端点を切断の開始点とすること、すなわち、各線分が有向線分であることを制約条件として、線形計画法等の最適化手法により、特定された線分の切断方向と順序を決定し（Ｓ２０４）、特定された線分の集合および各線分の切断の方向と順序（以下、これらを合わせて「線分情報」ということがある。）を記憶装置１５２にスタックする（Ｓ２０５）。
線分情報のスタッキングは、例えば、最適化手法により求められた各線分の方向と順序に基づいて、順序付けられた有向線分のリストを記憶すればよい。

線分情報をスタッキングしたら、先の線分特定処理によって特定された線分を、前回与えられた線分の集合から取り除き（Ｓ２０６）、線分リストを更新して（Ｓ２０７）、更新後の線分リストが空か否か、すなわち、すべての線分が線分リストから除かれたか否かをチェックする（Ｓ２０８）。
もし、すべての線分が取り除かれている、すなわち、まだ線分リストが空となった場合（Ｓ２０７：Ｙｅｓ）は、スタック処理を終了し、切断動作実行処理（Ｓ３０）に移行する。

逆に、もし、すべての線分が取り除かれていない、すなわち、まだ線分リストが空でない場合（Ｓ２０７：Ｎｏ）には、ステップＳ２０２に戻り、残りの線分の集合を含む凸包を求め（Ｓ２０２）、この凸包の頂点を端点に持つ線分を特定し（Ｓ２０３）、特定した線分の切断の方向と順序を決定し（Ｓ２０４）、その結果得られた線分情報を記憶装置１５２にスタックし（Ｓ２０５）、特定された線分を線分リストから除いて（Ｓ２０６）、線分リストを更新する（Ｓ２０７）、といった一連のプロセスを、すべての線分が除かれるまで繰り返す。

図８Ｃは、図８Ｂに示すように、１回目の線分特定処理により特定された線分（図８Ｂ）を除いた残りの線分に対して２回目の線分特定処理を施した結果、凸包Ｃ2 から新たな線分（太線）の集合が特定された様子を示すものである。
また、図８Ｄは、凸包Ｃ2 から特定された線分（図８Ｃ）を除いた残りの線分に対して３回目の線分特定処理を施した結果、凸包Ｃ3 から新たな線分（太線）の集合が特定された様子を示すものである。また、図８Ｅは、凸包Ｃ3 から特定された線分（図８Ｄ）を除いた結果、すべての線分が除かれた、すなわち、線分リストが空になった状態を示すものである。

スタック処理が終了した時点で、凸包Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3 のそれぞれから得られた線分情報は、図９に示すように、記憶装置１５２に順にスタックされている。

（２）切断動作実行処理
図７Ｃは、実際に被カッティング媒体を切断する切断動作実行処理の手順を示すフローチャートである。
切断動作実行処理は、まず、記憶装置１５２に記憶（スタック）された線分情報を、最後に記憶したものから読み出して（ｐｏｐして）（Ｓ３０１）、読み出した線分情報に基づいて、カッティングプロッタ１の第１の移動機構、第２の移動機構およびペンブロック１３を駆動して、線分の切断動作を実行する（Ｓ３０２）。このような線分情報の読み出し（Ｓ３０１）および切断動作の実行（Ｓ３０２）を行う度に、スタックが空になったから否かをチェックし（Ｓ３０３）、スタックが空になるまで線分情報の読み出し（Ｓ３０１）および切断動作の実行（Ｓ３０２）を繰り返す。

例えば、図８Ａに示すようなカットデータに対しては、まず、図８Ｄに示した凸包Ｃ3 から特定された線分の線分情報が記憶装置１５２から読み出され、切断動作を行うことによって、図１０Ａに示すように、凸包Ｃ3 から特定された線分が切断される。
引き続き、図８Ｃに示した凸包Ｃ2 から特定された線分の線分情報が記憶装置１５２から読み出され、切断動作を行うことによって、図１０Ｂに示すように、凸包Ｃ2 から特定された線分が切断され、最後に、図８Ｂに示した凸包Ｃ1 から特定された線分の線分情報が記憶装置１５２から読み出され、切断動作を行うことによって、図１０Ｃに示すように、凸包Ｃ1 から特定された線分が切断される。

このようにスタックされた線分情報を順次読み出してカッティングを行うことによって、外枠部分が固定された被カッティング媒体の中心部分に位置する線分を周縁により近い線分よりも先に切断動作を実行していくこととなる。さらに、いずれの切断動作においても、凸包Ｃ3、Ｃ2、Ｃ1 の頂点となる端点からカッティングを行うので、「ずれ」を生じさせることなく、被カッティング媒体４０を切ることができる。

なお、上述した各種機能部および情報処理の手順は、例えば、制御部１５に相当するコンピュータにインストールされた制御プログラムが、このコンピュータのＣＰＵ１５１や記憶装置１５２等のハードウェア資源と協働することによって実現される。

５．効果
以上のように、本実施の形態に係るカッティングプロッタによれば、被カッティング媒体を切断するための二次元的な所定の形状を構成する複数の線分のうち、これらの線分を含む凸包の頂点を端点に持つ線分の集合を特定し、特定された線分集合を記憶する処理を、特定された線分の集合を除いた残りの線分に対して繰り返し実行して、凸包ごとに特定される線分の集合を記憶装置にスタックし、このスタックされた線分の集合を最後に記憶した線分の集合から順次読み出して、被カッティング媒体を切断することになるので、いわゆるずれを発生させずにカッティングを行うことができる。

なお、上述した実施の形態において、各線分の切断の方向と順序の特定（Ｓ２０４）は、スタック処理（Ｓ２０）の一部として説明したが、本発明において、各線分の切断の方向と順序は、凸包ごとに特定された線分の集合を単位にして行われればよく、必ずしも、スタック処理の一部とする必要はない。例えば、スタック処理においては、各線分について凸包の頂点となる端部に関する情報を線分情報の一部として記憶することとし、切断動作実行処理の際に、記憶された線分情報に基づいて各線分の切断方向と順序を求めるようにすることも可能である。

また、上述した実施の形態においては、フラットベット型のカッティングプロッタを例に説明を行ったが、本発明は、フラットベット型のカッティングプロッタに限定されるものではなく、被カッティング媒体が固定されたシート状の基材の両端部分をピンチローラで挟持して、駆動ローラを正逆回転させることにより被カッティング媒体を第１の方向に移動させる被切断媒体駆動型（グリットローラ型）のカッティングプロッタにも適用できる。すなわち、両端部分がピンチローラで挟持されるシート状の基材に被カッティング媒体の一部が固定されるに留まり、被カッティング媒体全体が上記シート状の基材に固定されているのではない状態でも、上述した手法によって線分を切断する際の向きおよび順序を決定することにより、いわゆるずれを発生させずにカッティングを行うことができる。
また、上述した本発明の実施の形態においては、被カッティング媒体４０を平面視矩形の紙としたが、被カッティング媒体４０はその周縁部が固定されていれば良く、必ずしも平面視矩形である必要はない。

本発明は、カッティングプロッタなど、シート状の媒体を所望の形状に切断する各種装置に適用することができる。

１…カッティングプロッタ、１０、４０…被カッティング媒体、１１…載置テーブル、１２…Ｙバー、１３…ペンブロック、１５…制御部、１５ａ…線分特定部、１５ｂ…順序決定部、１５ｃ…スタック処理部、１５ｄ…切断動作実行部、１５０…バス、１５１…ＣＰＵ、１５２…記憶装置、１５３…入出力インターフェイス回路、１５４…操作パネル、１５５…表示パネル、１５６…出力インターフェイス回路。

Claims (7)

1. シート状の被カッティング媒体を切断する刃を備えたカッティングペンを前記被カッティング媒体に対してそれぞれ圧接、離反可能に保持するペンブロックと、
   このペンブロックを前記被カッティング媒体に対して相対的に二次元方向に移動させる移動機構と、
   二次元的な所定の形状を表すカットデータを入力するカットデータ入力部と、
   前記カットデータに基づいて前記ペンブロックおよび前記移動機構を制御する制御部、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記カットデータに基づいて前記所定の形状を構成する線分の集合を含む凸包を求め、前記線分のうち前記凸包の頂点を端点に持つ線分を特定する線分特定処理を行う線分特定処理手段と、
   この線分特定処理手段により特定された前記凸包の頂点を端点に持つ線分の集合を記憶装置に記憶する処理と、前記所定の形状を構成する線分の集合から前記線分特定処理手段により特定された線分の集合を除いた残りの線分の集合に対して前記線分特定処理手段による線分特定処理を施す処理とを、前記所定の形状を構成する線分の集合に対し、すべての線分が除かれるまで繰り返し実行して、前記凸包ごとに特定される線分の集合を前記記憶装置にスタックするスタック処理手段と、
   前記記憶装置に記憶された前記凸包ごとに特定される前記線分の集合を最後に記憶した線分の集合から順次読み出して前記被カッティング媒体を切断する切断動作実行手段と
   を備えることを特徴とする、カッティングプロッタ。
2. 請求項１に記載されたカッティングプロッタにおいて、
   前記制御部は、
   前記線分特定処理手段によって特定された前記線分の集合について、前記線分を切断する際の向きおよび順序を決定する順序決定手段をさらに備える
   ことを特徴とする、カッティングプロッタ。
3. 請求項２に記載されたカッティングプロッタにおいて、
   前記スタック処理手段は、
   前記線分特定処理手段により特定された前記線分の集合ごとに、前記順序決定手段により決定された前記線分を切断する向きおよび順序を記憶装置に記憶し、
   前記切断動作実行手段は、
   前記記憶装置に記憶された前記線分の集合ならびに前記線分を切断する向きおよび順序を最後に記憶した線分の集合から順次読み出して前記被カッティング媒体を切断する
   ことを特徴とする、カッティングプロッタ。
4. シート状の被カッティング媒体を切断する刃を備えたカッティングペンを前記被カッティング媒体に対してそれぞれ圧接、離反可能に保持するペンブロックと、
   このペンブロックを前記被カッティング媒体に対して相対的に二次元方向に移動させる移動機構と、
   二次元的な所定の形状を表すカットデータを入力するカットデータ入力部と、
   前記カットデータに基づいて前記ペンブロックおよび前記移動機構を制御する制御部と
   を備えたカッティングプロッタの制御方法であって、
   前記カットデータに基づいて前記所定の形状を構成する線分の集合を含む凸包を求め、前記線分のうち前記凸包の頂点を端点に持つ線分を特定する線分特定処理を行う線分特定処理ステップと、この線分特定処理ステップにより特定された前記凸包の頂点を端点に持つ線分の集合を記憶装置に記憶する記憶ステップとを含み、前記所定の形状を構成する線分の集合から前記線分特定処理ステップにより特定された線分の集合を除いた残りの線分の集合に対して前記線分特定処理ステップと前記記憶ステップを施す処理を、前記所定の形状を構成する線分の集合に対し、すべての線分が除かれるまで繰り返し実行して、前記凸包ごとに特定される線分の集合を前記記憶装置にスタックするスタック処理ステップと、
   前記記憶装置に記憶された前記凸包ごとに特定される前記線分の集合を最後に記憶した線分の集合から順次読み出して前記被カッティング媒体を切断する切断動作実行ステップと
   を有することを特徴とする、カッティングプロッタの制御方法。
5. 請求項４に記載されたカッティングプロッタの制御方法において、
   前記線分特定処理ステップによって特定された前記線分の集合について、前記線分を切断する際の向きおよび順序を決定する順序決定ステップをさらに備える
   ことを特徴とする、カッティングプロッタの制御方法。
6. 請求項５に記載されたカッティングプロッタの制御方法において、
   前記スタック処理ステップは、
   前記線分特定処理ステップにより特定された前記線分の集合ごとに、前記順序決定ステップにより決定された前記線分を切断する向きおよび順序を記憶装置に記憶し、
   前記切断動作実行ステップは、
   前記記憶装置に記憶された前記線分の集合ならびに前記線分を切断する向きおよび順序を最後に記憶した線分の集合から順次読み出して前記被カッティング媒体を切断する
   ことを特徴とする、カッティングプロッタの制御方法。
7. シート状の被カッティング媒体を切断する刃を備えたカッティングペンを前記被カッティング媒体に対してそれぞれ圧接、離反可能に保持するペンブロックと、
   このペンブロックを前記被カッティング媒体に対して相対的に二次元方向に移動させる移動機構と、
   二次元的な所定の形状を表すカットデータを入力するカットデータ入力部と、
   前記カットデータに基づいて前記ペンブロックおよび前記移動機構を制御する制御部と
   を備えたカッティングプロッタの制御プログラムであって、
   前記制御部を構成するコンピュータに、
   請求項４乃至６のいずれか１項に記載されたカッティングプロッタの制御方法を実行させることを特徴とする、カッティングプロッタの制御プログラム。

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