JPH05289726A - 自由曲面創成における断面形状作成方式 - Google Patents

自由曲面創成における断面形状作成方式

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JPH05289726A
JPH05289726A JP4094233A JP9423392A JPH05289726A JP H05289726 A JPH05289726 A JP H05289726A JP 4094233 A JP4094233 A JP 4094233A JP 9423392 A JP9423392 A JP 9423392A JP H05289726 A JPH05289726 A JP H05289726A
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plane
cross
coordinate system
point
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Maki Seki
真樹 関
Osamu Hanaoka
修 花岡
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Fanuc Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自由曲面創成における断面形状作成方式に関
し、断面形状が容易に定義できるようにする。 【構成】 オペレータが断面形状作成手段100を使用
して所定の平面座標系100aに断面形状DCを作成
し、自由曲面の創成を指令すると、座標変換手段200
は作成された断面形状DCを空間座標系300aの指定
された平面300bに位置決めする。そして、自由曲面
創成手段300は、空間座標系300aの指定された平
面300bに位置決めされた断面形状DCと、基準曲線
BCとから自由曲面を創成する。また、必要に応じてオ
ペレータからの指令により、座標逆変換手段400が空
間座標系300aの指定された平面300bに位置決め
された断面形状DCを平面座標系100aへ戻す。これ
により、オペレータは断面形状作成手段100を使用し
て断面形状DCを修正することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自由曲面創成における断
面形状作成方式に関し、特にCAD/CAMシステムで
自由曲面を創成するための断面形状を作成する自由曲面
創成における断面形状作成方式に関する。
【0002】
【従来の技術】金型等の自由曲面は、空間座標系におけ
る任意の曲線である基準曲線(BC;Basic Curve)及び
動作曲線(DC;Drive Curve)から構成される。すなわ
ち、基準曲線に沿いながら、動作曲線を所定の規則に従
って動作させたときに創成される曲面が自由曲面であ
る。したがって、自由曲面を創成する場合には、基準曲
線の通過点に対する動作曲線を定義しておく必要があ
る。この動作曲線は「断面形状」と呼ばれ、通常、平面
座標系に定義される。
【0003】図14は、基準曲線と動作曲線との関係を
示す図である。図において、空間座標系(X,Y,Z)
には、基準曲線BCが定義されている。この基準曲線B
Cの通過点P141には、動作曲線として断面形状DC
141が定義されている。同様に、通過点P142に
は、断面形状DC142が定義されている。これらの断
面形状DC141,DC142は、縦軸をV軸とし、横
軸をH軸とするそれぞれの平面座標系141,142に
定義された曲線である。
【0004】従来、基準曲線に対する断面形状の定義方
法として、「平行」、「放射」、「法線」及び「垂直」
の四つの方法が知られており、以下に説明する。図15
は、基準曲線に対する断面形状の定義方法を示す図であ
る。
【0005】まず、図15(a)を使用して、「平行」
による断面形状の定義方法について説明する。予め断面
形状DC151を定義しておく。そして、オペレータは
定義した平面座標系の空間座標系における角度及び通過
点等を指定する。これにより、基準曲線BC151上の
通過点に指定された角度で平面座標系151a,152
a,153aが位置付けされる。したがって、基準曲線
BC151と、位置付けされた平面座標系151a,1
52a,153aの断面形状DC151とから自由曲面
が創成される。
【0006】また、図15(b)を使用して、「放射」
による断面形状の定義方法について説明する。予め断面
形状DC152を定義しておく。また、空間座標系にお
いて中心点となる点P152を指定する。この点P15
2が例えば平面座標系151b,152b,153bの
原点となるように、垂直軸(V軸)を中心軸とする放射
上に位置付けする。こうして位置付けされた平面座標系
151b,152b,153bの断面形状DC152
と、基準曲線BC152とから自由曲面が創成される。
【0007】さらに、図15(c)を使用して、「法
線」による断面形状の定義方法について説明する。予め
断面形状DC153を定義しておく。次に、空間座標系
における基準曲線BC153上の通過点を指定する。こ
の通過点における基準曲線BC153の接線ベクトルが
法線ベクトルとなるように平面座標系151c,152
c,153cを位置付けする。こうして位置付けされた
平面座標系151c,152c,153cの断面形状D
C153と、基準曲線BC153とから自由曲面が創成
される。
【0008】そして、図15(d)を使用して、「垂
直」による断面形状の定義方法について説明する。予め
断面形状DC154を定義しておく。また、平面座標系
BS154aにおいて基準曲線BC154aを定義し、
平面座標系BS154bにおいて基準曲線BC154b
を定義する。次に、二つの基準曲線BC154a,BS
154b上の通過点を指定する。そして、断面形状DC
154の一方の端点が基準曲線BC154aの通過点
に、他方の端点が基準曲線BC154bの通過点にな
り、かつ、それぞれの基準曲線BC154aの通過点を
通る線分が平面座標系BS154bの垂線となるように
平面座標系151d,152d,153dを位置付けす
る。こうして位置付けされた平面座標系151d,15
2d,153dの断面形状DC153と、基準曲線BC
153とから自由曲面が創成される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、断面形状を定
義する場合、位置付けする空間座標系の平面で断面形状
を定義していたので、例えば基準曲線等の他の線分が表
示装置に表示され、断面形状が定義しにくいという問題
点があった。
【0010】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、断面形状を容易に定義できる自由曲面創成に
おける断面形状作成方式を、提供することを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、CAD/CAMシステムで自由曲面を創
成するための断面形状を作成する自由曲面創成における
断面形状作成方式において、所定の平面座標系で断面形
状を作成する断面形状作成手段と、前記平面座標系に作
成された断面形状を、空間座標系の平面に位置決めする
ために座標変換する座標変換手段と、前記空間座標系の
平面に位置決めされた断面形状と、前記空間座標系に定
義された基準曲線とから自由曲面を創成する自由曲面創
成手段と、前記空間座標系の平面に位置決めされた断面
形状を、前記平面座標系へ戻すために座標逆変換する座
標逆変換手段と、を有することを特徴とする自由曲面創
成における断面形状作成方式が提供される。
【0012】
【作用】オペレータは、断面形状作成手段を使用して所
定の平面座標系に断面形状を作成する。作成された断面
形状は、座標変換手段によって空間座標系の指定された
平面に位置決めする。そして、自由曲面創成手段によっ
て空間座標系の指定された平面に位置決めされた断面形
状と、基準曲線とから自由曲面が創成される。
【0013】創成された自由曲面がオペレータの意図に
沿わない場合には、オペレータからの所定の指令によ
り、座標逆変換手段が空間座標系の指定された平面に位
置決めされた断面形状を平面座標系へ戻す。これによ
り、オペレータは断面形状を修正することができる。そ
して、再び座標変換手段及び自由曲面創成手段によって
自由曲面が創成される。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は、本発明の自由曲面創成における断面形
状作成方式の原理説明図である。図において、断面形状
作成方式は断面形状作成手段100、座標変換手段20
0、自由曲面創成手段300及び座標逆変換手段400
から構成される。
【0015】断面形状作成手段100は、オペレータか
らの図形等の入力により所定の平面座標系100aで断
面形状DCを作成する。座標変換手段200は、平面座
標系100aに作成された断面形状DCを、空間座標系
300aの指定された平面300bに位置決めするため
に座標変換する。自由曲面創成手段300は、空間座標
系300aの指定された平面300bに位置決めされた
断面形状DCと、空間座標系300aに定義された基準
曲線BCとから自由曲面を創成する。座標逆変換手段4
00は、空間座標系300aの指定された平面300b
に位置決めされた断面形状DCを、平面座標系100a
へ戻すために座標逆変換する。
【0016】次に、本発明の自由曲面創成における断面
形状作成方式の動作について説明する。まず、オペレー
タは断面形状作成手段100を使用して、平面座標系1
00aに断面形状DCを作成する。オペレータからの指
令により、座標変換手段200は作成された断面形状D
Cを空間座標系300の指定された平面300bに位置
決めする。そして、自由曲面創成手段300は、空間座
標系300の指定された平面300bに位置決めされた
断面形状DCと、基準曲線BCとから自由曲面を創成す
る。
【0017】こうして創成された自由曲面は表示装置等
に表示される。この表示された自由曲面がオペレータの
意図に沿わない場合には、オペレータからの指令によ
り、座標逆変換手段400が空間座標系300の指定さ
れた平面300bに位置決めされた断面形状DCを平面
座標系100aへ戻す。これにより、オペレータは断面
形状作成手段100を使用して断面形状DCを修正する
ことができる。そして、再びオペレータからの指令によ
り、座標変換手段200及び自由曲面創成手段300に
よって自由曲面が創成される。
【0018】したがって、断面形状を所定の平面座標系
で定義し、定義された断面形状を空間座標系の平面に座
標変換した後に自由曲面を創成するように構成したの
で、基準曲線等の他の線分が表示装置に表示されること
なく、容易に断面形状が定義できる。また、オペレータ
からの指令により、空間座標系の断面形状は元の所定の
平面座標系に座標逆変換するように構成したので、容易
に修正を行うことができる。
【0019】図2は、本発明を実施するためのCAD/
CAMシステムのハードウェア・ブロック図である。プ
ロセッサ11は、ROM12に格納されているシステム
プログラムに従ってCAD/CAMシステム全体を制御
する。ROM12にはCAD/CAMシステム全体を制
御するシステムプログラムの他に、図1に示す断面形状
作成手段100、座標変換手段200、自由曲面創成手
段300及び座標逆変換手段400等の各手段を実現す
るためのプログラムが格納されている。RAM13に
は、基準曲線及び動作曲線等の形状情報、フロッピーデ
ィスク19aからロードされたシステムプログラム等の
各種データが格納される。
【0020】グラフィック制御回路14はRAM13に
格納されたNCデータ、ワークの形状等のデータを表示
信号に変換し、表示装置15に送る。表示装置15は、
これらのNCデータあるいはワークの形状等を表示す
る。この表示装置15にはCRT、液晶表示装置等が使
用される。
【0021】キーボード16はデータ入力に使用される
操作キーと、システムプログラム等によって、機能が変
化するソフトウェアキーを備えている。タブレット17
は形状情報等のデータ入力に使用される。
【0022】HDD(ハード・ディスク・ドライブ)1
8は、パラメータ等のシステム情報およびNCデータ等
のような、CAD/CAMシステムの電源遮断後も保存
すべきデータが格納される。FDD(フロッピー・ディ
スク・ドライブ)19は、フロッピー・ディスク19a
を駆動させてNCデータを入力し、あるいは修正された
NCデータをフロッピー・ディスク19aに出力するこ
とができる。
【0023】また、作成された加工形状やNCデータ
は、プロッタ20、プリンタ/PTP(紙テープパンチ
ャー)21に出力することもできる。なお、これらの構
成要素はバス10に互いに結合されている。
【0024】次に、本発明の自由曲面創成における断面
形状作成方式について説明する。一般に、自由曲面を構
成する動作曲線、すなわち断面形状を定義するには、自
由曲面の断面を示す平面を平面座標系(H,V)で定義
するのが一番容易である。また、断面形状を定義するに
は、断面形状を一番定義しやすい平面を得るようにした
ほうが好ましく、この平面の得るための制限を設けない
ほうが望ましい。
【0025】一方、空間座標系(X,Y,Z)の平面
は、空間座標系の一点と、この一点における法線ベクト
ルとから特定することができる。したがって、上記平面
座標系(H,V)で断面形状を定義し、定義された断面
形状を空間座標系の平面に座標変換すれば、空間座標系
で断面形状が定義されたこととなる。
【0026】次に、空間座標系の平面に定義された断面
形状を座標変換する方法について説明する。空間座標系
に定義された基準曲線上の一点(x,y,z)における
平面の法線ベクトルを(i,j,k)とするとき、この
法線ベクトル(i,j,k)を空間座標系の原点に平行
移動させる平行移動マトリックスM1は次式のように定
義される。
【0027】
【数1】
【0028】また、空間座標系の原点にある法線ベクト
ル(i,j,k)を、逆に基準曲線上の一点(x,y,
z)に平行移動させる平行移動マトリックスM2は次式
のように定義される。
【0029】
【数2】
【0030】図3は、空間座標系の原点における法線ベ
クトルを示す図である。図において、空間座標系(X,
Y,Z)の原点に法線ベクトル(i,j,k)が定義さ
れている。この法線ベクトル(i,j,k)をXY平面
に投影した線分と、X軸とのなす角度をθ1とする。同
様に、法線ベクトル(i,j,k)と、Z軸とのなす角
度をθ2とする。このとき、角度θ1及び角度θ2は次
の2式のように定義される。
【0031】
【数3】
【0032】
【数4】
【0033】そして、法線ベクトル(0,0,1)の平
面、すなわち空間座標系(X,Y,Z)におけるXY平
面を、法線ベクトル(i,j,k)の平面に変換する平
面変換マトリックスM3は、上記式(3)及び式(4)
から次式のように定義される。
【0034】
【数5】
【0035】さらに、上記式(1)、式(2)及び式
(5)から座標変換マトリックスMは次式によって求め
られる。
【0036】
【数6】
【0037】こうして求められた座標変換マトリックス
Mは、空間座標系(X,Y,Z)に定義された基準曲線
上の一点(x,y,z)における平面を原点に平行移動
させ、平面座標系(H,V)で定義した断面形状を原点
に移動させた平面に座標変換し、さらに座標変換した断
面形状を一点(x,y,z)に平行移動させるマトリッ
クスである。
【0038】ここで、平面座標系(H,V)に断面形状
を定義し、この断面形状に上記座標変換マトリックスM
をかければ、空間座標系(X,Y,Z)に定義された基
準曲線上の一点(x,y,z)における平面を断面とす
る断面形状が定義できることとなる。すなわち、平面座
標系(H,V)に定義した断面形状上の点を〔h,v,
0〕とすれば、次式(7)
【0039】
【数7】
【0040】を演算することによって、空間座標系
(X,Y,Z)における断面形状の位置が特定できる。
逆に、空間座標系(X,Y,Z)における断面形状の一
点を(x,y,z)としたときに、平面座標系(H,
V)へ座標逆変換する場合は、次式(8)
【0041】
【数8】
【0042】を演算すれば、平面座標系(H,V)上の
点〔h,v,0〕が求められる。次に、平面座標系を空
間座標系へ位置付けする方法について説明する。なお、
各断面形状は、図1に示す断面形状作成手段100によ
って作成されているものとする。
【0043】まず、第1の実施例について説明する。図
4は、基準曲線上の通過点における任意の直線ベクトル
が平面の法線ベクトルである場合の平面を示す図であ
る。図において、空間座標系(X,Y,Z)には基準曲
線BCが予め定義されており、この基準曲線BC上には
オペレータによって指定された通過点P41,P42,
P43が示されている。なお、通過点P41,P42,
P43は基準曲線BC上の任意の点である。
【0044】次に、オペレータが図2のキーボード17
等を使用して、これらの通過点P41,P42,P43
における法線ベクトルを指定する。図には、基準曲線B
C上の通過点P41には法線ベクトルv41が、通過点
P42には法線ベクトルv42が、通過点P43には法
線ベクトルv43が指定されていることを示す。
【0045】これにより、通過点P41と法線ベクトル
v41とによって平面41が特定され、位置付けされ
る。同様に、通過点P42と法線ベクトルv42とによ
って平面42が、通過点P43と法線ベクトルv43と
によって平面43が特定され、位置付けされる。
【0046】図5は、図4の基準曲線と各平面上の断面
形状とから自由曲面を創成する処理手順を示すフローチ
ャートである。このフローチャートは図2のROM12
に格納された処理プログラムをプロセッサ11が実行す
ることによって実現される。なお、基準曲線は予め定義
されているものとする。図において、Sの後に続く数字
はステップ番号を示す。
【0047】〔S51〕形状定義処理を行う。具体的に
は、オペレータが図1の断面形状作成手段100によっ
て動作曲線となる断面形状を作成する。 〔S52〕通過点の指定を行う。すなわち、予め定義さ
れた基準曲線上の任意の点を、オペレータが図2のキー
ボード17等を使用して指定する。なお、図4では三点
を指定した場合を示したが、この通過点は必要に応じて
任意の点数だけ指定することができる。
【0048】〔S53〕法線ベクトルの指定を行う。す
なわち、ステップS52で通過点を指定したと同様に、
各通過点における法線ベクトルを、オペレータが図2の
キーボード17等を使用して指定する。
【0049】〔S54〕座標変換処理を行う。具体的に
は、オペレータの指令により図1の座標変換手段200
によって、ステップS51で定義された平面座標系の断
面形状の座標値〔h,v,0〕を空間座標系の座標値
(x,y,z)に変換する。すなわち、上記式(1)〜
式(7)を演算する。
【0050】〔S55〕自由曲面を創成する。具体的に
は、図1の自由曲面創成手段300によって、予め定義
された基準曲線と、ステップS54によって空間座標系
に位置付けされた断面形状とから自由曲面を創成する。
創成された自由曲面は図2の表示装置15に描画表示さ
れる。
【0051】〔S56〕オペレータによってステップS
55で描画表示された自由曲面を修正するか否かを判別
する。もし、修正する(YES)ならばステップS57
に進み、そうでない(NO)ならば本処理手順を終了す
る。
【0052】〔S57〕座標逆変換処理を行う。具体的
には、オペレータの指令により図1の座標逆変換手段4
00によって、ステップS54で位置付けされた空間座
標系の断面形状の座標値(x,y,z)を平面座標系の
座標値〔h,v,0〕に逆変換する。すなわち、上記式
(8)を演算する。
【0053】次に、第2の実施例について説明する。図
6は、基準曲線上の通過点における基準曲線の接線ベク
トルが平面の法線ベクトルである場合の平面を示す図で
ある。図において、空間座標系(X,Y,Z)には基準
曲線BCが予め定義されており、この基準曲線BC上に
はオペレータによって指定された通過点P61,P6
2,P63が示されている。なお、通過点P61,P6
2,P63は基準曲線BC上の任意の点である。
【0054】なお、図4と異なるのは、図4では各通過
点において任意の法線ベクトルをオペレータが指定した
が、図6では通過点P61,P62,P63における基
準曲線BCの接線ベクトルを法線ベクトルとして算出す
る。図には、算出された基準曲線BC上の法線ベクトル
v61が通過点P61に、法線ベクトルv62が通過点
P62に、法線ベクトルv63が通過点P63に示され
ている。
【0055】これにより、通過点P61と法線ベクトル
v61とによって平面61が特定され、位置付けされ
る。同様に、通過点P62と法線ベクトルv62とによ
って平面62が、通過点P63と法線ベクトルv63と
によって平面63が特定され、位置付けされる。
【0056】図7は、図6の基準曲線と各平面上の断面
形状とから自由曲面を創成する処理手順を示すフローチ
ャートである。なお、図5と同一の要素には同一番号を
付し、説明を省略する。また、基準曲線は予め定義され
ているものとする。
【0057】〔S71〕法線ベクトルの算出を行う。す
なわち、ステップS52で指定された各通過点における
基準曲線の接線ベクトルを算出し、平面の法線ベクトル
とする。
【0058】次に、第3の実施例について説明する。図
8は、基準曲線上の通過点と少なくとも一つの平面の軸
として使用される直線とを含む平面を示す図である。図
において、空間座標系(X,Y,Z)には基準曲線BC
が予め定義されており、この基準曲線BC上にはオペレ
ータによって指定された通過点P81,P82,P83
が示されている。なお、通過点P81,P82,P83
は基準曲線BC上の任意の点である。
【0059】その後、オペレータが中心軸となる直線L
80を指定する。これにより、通過点P81と直線L8
0とによって平面81が特定され、位置付けされる。同
様に、通過点P82と直線L80とによって平面82
が、通過点P83と直線L80とによって平面83が特
定され、位置付けされる。
【0060】すなわち、直線L80の方向ベクトルを
(a,b,c)とし、この直線L80上の点の座標値を
(x1,y1,z1)とすれば、直線L80は次式のよ
うに表される。
【0061】
【数9】
【0062】したがって、上記式(9)のパラメータt
を変えることによって、直線L80上の点が決まる。ま
た、直線L80上の任意の二点を決め、通過点P81か
らこれらの二点への方向ベクトルを求める。そして、求
められた二つの方向ベクトルから外積を求めれば、通過
点P81の法線ベクトルが求まる。同様に、通過点P8
2,P83についても直線L80上の任意の二点に対し
て方向ベクトルを求め、求められた二つの方向ベクトル
から外積を求めることによって各通過点における法線ベ
クトルを求めることができる。
【0063】図9は、図8の基準曲線と各平面上の断面
形状とから自由曲面を創成する処理手順を示すフローチ
ャートである。図において、Sの後に続く数字はステッ
プ番号を示す。
【0064】〔S91〕直線(軸)の指定を行う。すな
わち、中心軸となる直線をオペレータが図2のキーボー
ド17等を使用して指定する。 〔S92〕法線ベクトルの算出を行う。すなわち、ステ
ップS91で指定された直線L80の二点と通過点とに
基づいて、通過点からこれらの二点への方向ベクトルを
求め、これらの二つの方向ベクトルから外積を求めて、
法線ベクトルを算出する。
【0065】次に、第4の実施例について説明する。図
10は、基準曲線上の通過点、任意の他の平面と基準曲
線上の通過点から下ろした垂線との交点と、任意の一点
とを含む平面を示す図である。図において、空間座標系
(X,Y,Z)には基準曲線BCが予め定義されてお
り、この基準曲線BC上にはオペレータによって指定さ
れた通過点P101a,P102a,P103aが示さ
れている。なお、通過点P101a,P102a,P1
03aは基準曲線BC上の任意の点である。
【0066】その後、オペレータが他の平面110及び
通過点に対応する任意の一点を指定する。これにより、
通過点P101aから他の平面110に下ろした垂線L
101と、他の平面110との交点P101bが求めら
れる。そして、通過点P101a、交点P101b及び
通過点P101aに対応して指定された任意の一点P1
01cとによって平面101が特定され、位置付けされ
る。同様に、通過点P102a、交点P102b及び任
意の一点P102cによって平面102が、通過点P1
03a、交点P103b及び任意の一点P103cによ
って平面103が特定され、位置付けされる。
【0067】通過点P101aから他の平面110に下
ろした垂線L101と、他の平面110とから求められ
る交点P101bは、次のように算出する。ここで、上
記通過点P101aの座標値を(x1,y1,z1)と
し、交点P101bの座標値を(x2,y2,z2)と
する。
【0068】まず、他の平面110の法線ベクトルを
(a,b,c)とすると、一般に次式で表される。 ax+by+cz=d ・・・(10) 上記通過点P101aから他の平面110に下ろした垂
線L101は、通過点P101aを通り、法線ベクトル
(a,b,c)を方向ベクトルとする直線式で表され
る。したがって、上記式(9)から次の関係式が成り立
つ。
【0069】 x2=x1+ta,y2=y1+ta,z2=z1+ta ・・・(11) ここで、交点P101bは、上記直線と他の平面110
との交点であるから、上記直線の式(11)を平面の式
(10)に代入してtを求めると、 t={d−(a・x1+b・y1+c・z1)}・(a2 +b2 +c2 ) ・・・(12) となる。そして、このtの値を上記直線の式(11)へ
代入すれば、交点101bの座標値が求められる。
【0070】また、通過点P101aから交点P101
bへの方向ベクトルと、通過点P101aから任意の一
点P101cへの方向ベクトルとの外積を求めれば、平
面101の法線ベクトルが求まる。
【0071】図11は、図10の基準曲線と各平面上の
断面形状とから自由曲面を創成する処理手順を示すフロ
ーチャートである。図において、Sの後に続く数字はス
テップ番号を示す。
【0072】〔S111〕他の平面の指定を行う。すな
わち、空間座標系の任意の平面をオペレータが図2のキ
ーボード17等を使用して指定する。 〔S112〕通過点及び任意の一点の指定を行う。すな
わち、予め定義された基準曲線上の任意の点と空間座標
系の任意の一点を、ステップS111と同様に指定す
る。
【0073】〔S113〕法線ベクトルの算出を行う。
すなわち、ステップS111及びステップS112で指
定された通過点から他の平面に下ろした垂線と、他の平
面との交点を求める。そして、通過点、交点及び任意の
一点とに基づいて、通過点から交点及び任意の一点への
方向ベクトルを求め、これらの二つの方向ベクトルから
外積を求めて、法線ベクトルを算出する。
【0074】次に、第5の実施例について説明する。図
12は、基準曲線上の通過点と任意の二つの座標点とを
含む平面を示す図である。図において、空間座標系
(X,Y,Z)には基準曲線BCが予め定義されてお
り、この基準曲線BC上にはオペレータによって指定さ
れた通過点P121a,P122aが示されている。な
お、通過点P121a,P122aは基準曲線BC上の
任意の点である。
【0075】その後、オペレータが任意の二つの座標点
を指定する。これにより、通過点P121aから一方の
任意の座標点P121bへの方向ベクトルと、通過点P
121aから他方の任意の座標点P121cへの方向ベ
クトルとが求められる。そして、これらの二つの方向ベ
クトルから外積を求めて、法線ベクトルを算出する。同
様に、通過点P122a、一方の任意の座標点P122
b及び他方の任意の座標点P122cによって平面12
2が、通過点P123a、一方の任意の座標点P123
b及び他方の任意の座標点P123cによって平面12
3が特定され、位置付けされる。
【0076】図13は、図12の基準曲線と各平面上の
断面形状とから自由曲面を創成する処理手順を示すフロ
ーチャートである。図において、Sの後に続く数字はス
テップ番号を示す。
【0077】〔S131〕任意の二つの座標点の指定を
行う。すなわち、空間座標系上の任意の点を、オペレー
タが図2のキーボード17等を使用して指定する。 〔S132〕法線ベクトルの算出を行う。すなわち、ス
テップS51及びステップS131で指定された通過点
及び任意の二つの座標点とに基づいて、通過点から任意
の二つの座標点への方向ベクトルを求め、これらの二つ
の方向ベクトルから外積を求めて、法線ベクトルを算出
する。
【0078】以上の説明では、座標点、直線及び平面等
の図形要素の入力は図2のキーボード17等を使用した
が、表示装置15に表示される「アイコン」と呼ばれる
指令キーによってマウス等のポインティングデバイスを
使用して入力することもできる。
【0079】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、断面形
状作成手段を使用して所定の平面座標系に動作曲線とし
ての断面形状を作成し、作成された断面形状を座標変換
手段及び自由曲面創成手段によって自由曲面を創成し、
必要に応じて座標逆変換手段が空間座標系の指定された
平面に位置決めされた断面形状を平面座標系へ戻すよう
に構成したので、断面形状作成手段では基準曲線等の他
の線分が表示装置に表示されることなく断面形状を作成
することができる。このため、断面形状作成の際に誤っ
て定義するのが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の自由曲面創成における断面形状作成方
式の原理説明図である。
【図2】本発明を実施するためのCAD/CAMシステ
ムのハードウェア・ブロック図である。
【図3】空間座標系の原点における法線ベクトルを示す
図である。
【図4】基準曲線上の通過点における任意の直線ベクト
ルが平面の法線ベクトルである場合の平面を示す図であ
る。
【図5】図4の基準曲線と各平面上の断面形状とから自
由曲面を創成する処理手順を示すフローチャートであ
る。
【図6】基準曲線上の通過点における基準曲線の接線ベ
クトルが平面の法線ベクトルである場合の平面を示す図
である。
【図7】図6の基準曲線と各平面上の断面形状とから自
由曲面を創成する処理手順を示すフローチャートであ
る。
【図8】基準曲線上の通過点と少なくとも一つの平面の
軸として使用される直線とを含む平面を示す図である。
【図9】図8の基準曲線と各平面上の断面形状とから自
由曲面を創成する処理手順を示すフローチャートであ
る。
【図10】基準曲線上の通過点、任意の他の平面と基準
曲線上の通過点から下ろした垂線との交点と、任意の一
点とを含む平面を示す図である。
【図11】図10の基準曲線と各平面上の断面形状とか
ら自由曲面を創成する処理手順を示すフローチャートで
ある。
【図12】基準曲線上の通過点と任意の二つの座標点と
を含む平面を示す図である。
【図13】図12の基準曲線と各平面上の断面形状とか
ら自由曲面を創成する処理手順を示すフローチャートで
ある。
【図14】基準曲線と動作曲線との関係を示す図であ
る。
【図15】基準曲線に対する断面形状の定義方法を示す
図である。
【符号の説明】
11 プロセッサ 12 ROM 13 RAM 14 グラフィック制御回路 15 表示装置 16 キーボード 17 タブレット 18 HDD(ハード・ディスク・ドライブ) 19 FDD(フロッピー・ディスク・ドライブ) 19a フロッピー・ディスク 20 プロッタ 21 プリンタ/PTP(紙テープパンチャー)
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年4月12日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自由曲面創成における断
面形状作成方式に関し、特にCAD/CAMシステムで
自由曲面を創成するための断面形状を作成する自由曲面
創成における断面形状作成方式に関する。
【0002】
【従来の技術】金型等の自由曲面は、空間座標系におけ
る任意の曲線である基準曲線(BC;Basic Curve)及び
動作曲線(DC;Drive Curve)から構成される。すなわ
ち、基準曲線に沿いながら、動作曲線を所定の規則に従
って動作させたときに創成される曲面が自由曲面であ
る。したがって、自由曲面を創成する場合には、基準曲
線の通過点に対する動作曲線を定義しておく必要があ
る。この動作曲線は「断面形状」と呼ばれ、通常、平面
座標系に定義される。
【0003】図14は、基準曲線と動作曲線との関係を
示す図である。図において、空間座標系(X,Y,Z)
には、基準曲線BCが定義されている。この基準曲線B
Cの通過点P141には、動作曲線として断面形状DC
141が定義されている。同様に、通過点P142に
は、断面形状DC142が定義されている。これらの断
面形状DC141,DC142は、縦軸をV軸とし、横
軸をH軸とするそれぞれの平面座標系141,142に
定義された曲線である。
【0004】従来、基準曲線に対する断面形状の定義方
法として、「平行」、「放射」、「法線」及び「垂直」
の四つの方法が知られており、以下に説明する。図15
は、基準曲線に対する断面形状の定義方法を示す図であ
る。
【0005】まず、図15(a)を使用して、「平行」
による断面形状の定義方法について説明する。予め断面
形状DC151を定義しておく。そして、オペレータは
定義した平面座標系の空間座標系における角度及び通過
点等を指定する。これにより、基準曲線BC151上の
通過点に指定された角度で平面座標系151a,152
a,153aが位置付けされる。したがって、基準曲線
BC151と、位置付けされた平面座標系151a,1
52a,153aの断面形状DC151とから自由曲面
が創成される。
【0006】また、図15(b)を使用して、「放射」
による断面形状の定義方法について説明する。予め断面
形状DC152を定義しておく。また、空間座標系にお
いて中心点となる点P152を指定する。この点P15
2が例えば平面座標系151b,152b,153bの
原点となるように、垂直軸(V軸)を中心軸とする放射
上に位置付けする。こうして位置付けされた平面座標系
151b,152b,153bの断面形状DC152
と、基準曲線BC152とから自由曲面が創成される。
【0007】さらに、図15(c)を使用して、「法
線」による断面形状の定義方法について説明する。予め
断面形状DC153を定義しておく。次に、空間座標系
における基準曲線BC153上の通過点を指定する。こ
の通過点における基準曲線BC153の接線ベクトルが
法線ベクトルとなるように平面座標系151c,152
c,153cを位置付けする。こうして位置付けされた
平面座標系151c,152c,153cの断面形状D
C153と、基準曲線BC153とから自由曲面が創成
される。
【0008】そして、図15(d)を使用して、「垂
直」による断面形状の定義方法について説明する。予め
断面形状DC154を定義しておく。また、平面座標系
BS154aにおいて基準曲線BC154aを定義し、
平面座標系BS154bにおいて基準曲線BC154b
を定義する。次に、二つの基準曲線BC154a,BC
154b上の通過点を指定する。そして、断面形状DC
154の一方の端点が基準曲線BC154aの通過点
に、他方の端点が基準曲線BC154bの通過点にな
り、かつ、それぞれの基準曲線BC154aの通過点を
通る線分が平面座標系BS154bの垂線となるように
平面座標系151d,152d,153dを位置付けす
る。こうして位置付けされた平面座標系151d,15
2d,153dの断面形状DC154と、基準曲線BC
154aとから自由曲面が創成される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、断面形状を定
義する場合、位置付けする空間座標系の平面で断面形状
を定義していたので、例えば基準曲線等の他の線分が表
示装置に表示され、断面形状が定義しにくいという問題
点があった。
【0010】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、断面形状を容易に定義できる自由曲面創成に
おける断面形状作成方式を、提供することを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、CAD/CAMシステムで自由曲面を創
成するための断面形状を作成する自由曲面創成における
断面形状作成方式において、所定の平面座標系で断面形
状を作成する断面形状作成手段と、前記平面座標系に作
成された断面形状を、空間座標系の平面に位置決めする
ために座標変換する座標変換手段と、前記空間座標系の
平面に位置決めされた断面形状と、前記空間座標系に定
義された基準曲線とから自由曲面を創成する自由曲面創
成手段と、前記空間座標系の平面に位置決めされた断面
形状を、前記平面座標系へ戻すために座標逆変換する座
標逆変換手段と、を有することを特徴とする自由曲面創
成における断面形状作成方式が提供される。
【0012】
【作用】オペレータは、断面形状作成手段を使用して所
定の平面座標系に断面形状を作成する。作成された断面
形状は、座標変換手段によって空間座標系の指定された
平面に位置決めする。そして、自由曲面創成手段によっ
て空間座標系の指定された平面に位置決めされた断面形
状と、基準曲線とから自由曲面が創成される。
【0013】創成された自由曲面がオペレータの意図に
沿わない場合には、オペレータからの所定の指令によ
り、座標逆変換手段が空間座標系の指定された平面に位
置決めされた断面形状を平面座標系へ戻す。これによ
り、オペレータは断面形状を修正することができる。そ
して、再び座標変換手段及び自由曲面創成手段によって
自由曲面が創成される。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は、本発明の自由曲面創成における断面形
状作成方式の原理説明図である。図において、断面形状
作成方式は断面形状作成手段100、座標変換手段20
0、自由曲面創成手段300及び座標逆変換手段400
から構成される。
【0015】断面形状作成手段100は、オペレータか
らの図形等の入力により所定の平面座標系100aで断
面形状DCを作成する。座標変換手段200は、平面座
標系100aに作成された断面形状DCを、空間座標系
300aの指定された平面300bに位置決めするため
に座標変換する。自由曲面創成手段300は、空間座標
系300aの指定された平面300bに位置決めされた
断面形状DCと、空間座標系300aに定義された基準
曲線BCとから自由曲面を創成する。座標逆変換手段4
00は、空間座標系300aの指定された平面300b
に位置決めされた断面形状DCを、平面座標系100a
へ戻すために座標逆変換する。
【0016】次に、本発明の自由曲面創成における断面
形状作成方式の動作について説明する。まず、オペレー
タは断面形状作成手段100を使用して、平面座標系1
00aに断面形状DCを作成する。オペレータからの指
令により、座標変換手段200は作成された断面形状D
Cを空間座標系300aの指定された平面300bに位
置決めする。そして、自由曲面創成手段300は、空間
座標系300aの指定された平面300bに位置決めさ
れた断面形状DCと、基準曲線BCとから自由曲面を創
成する。
【0017】こうして創成された自由曲面は表示装置等
に表示される。この表示された自由曲面がオペレータの
意図に沿わない場合には、オペレータからの指令によ
り、座標逆変換手段400が空間座標系300aの指定
された平面300bに位置決めされた断面形状DCを平
面座標系100aへ戻す。これにより、オペレータは断
面形状作成手段100を使用して断面形状DCを修正す
ることができる。そして、再びオペレータからの指令に
より、座標変換手段200及び自由曲面創成手段300
によって自由曲面が創成される。
【0018】したがって、断面形状を所定の平面座標系
で定義し、定義された断面形状を空間座標系の平面に座
標変換した後に自由曲面を創成するように構成したの
で、基準曲線等の他の線分が表示装置に表示されること
なく、容易に断面形状が定義できる。また、オペレータ
からの指令により、空間座標系の断面形状は元の所定の
平面座標系に座標逆変換するように構成したので、容易
に修正を行うことができる。
【0019】図2は、本発明を実施するためのCAD/
CAMシステムのハードウェア・ブロック図である。プ
ロセッサ11は、ROM12に格納されているシステム
プログラムに従ってCAD/CAMシステム全体を制御
する。ROM12にはCAD/CAMシステム全体を制
御するシステムプログラムの他に、図1に示す断面形状
作成手段100、座標変換手段200、自由曲面創成手
段300及び座標逆変換手段400等の各手段を実現す
るためのプログラムが格納されている。RAM13に
は、基準曲線及び動作曲線等の形状情報、フロッピーデ
ィスク19aからロードされたシステムプログラム等の
各種データが格納される。
【0020】グラフィック制御回路14はRAM13に
格納されたNCデータ、ワークの形状等のデータを表示
信号に変換し、表示装置15に送る。表示装置15は、
これらのNCデータあるいはワークの形状等を表示す
る。この表示装置15にはCRT、液晶表示装置等が使
用される。
【0021】キーボード16はデータ入力に使用される
操作キーと、システムプログラム等によって、機能が変
化するソフトウェアキーを備えている。タブレット17
は形状情報等のデータ入力に使用される。
【0022】HDD(ハード・ディスク・ドライブ)1
8は、パラメータ等のシステム情報およびNCデータ等
のような、CAD/CAMシステムの電源遮断後も保存
すべきデータが格納される。FDD(フロッピー・ディ
スク・ドライブ)19は、フロッピー・ディスク19a
を駆動させてNCデータを入力し、あるいは修正された
NCデータをフロッピー・ディスク19aに出力するこ
とができる。
【0023】また、作成された加工形状やNCデータ
は、プロッタ20、プリンタ/PTP(紙テープパンチ
ャー)21に出力することもできる。なお、これらの構
成要素はバス10に互いに結合されている。
【0024】次に、本発明の自由曲面創成における断面
形状作成方式について説明する。一般に、自由曲面を構
成する動作曲線、すなわち断面形状を定義するには、自
由曲面の断面を示す平面を平面座標系(H,V)で定義
するのが一番容易である。また、断面形状を定義するに
は、断面形状を一番定義しやすい平面を得るようにした
ほうが好ましく、この平面得るための制限を設けない
ほうが望ましい。
【0025】一方、空間座標系(X,Y,Z)の平面
は、空間座標系の一点と、この一点における法線ベクト
ルとから特定することができる。したがって、上記平面
座標系(H,V)で断面形状を定義し、定義された断面
形状を空間座標系の平面に座標変換すれば、空間座標系
で断面形状が定義されたこととなる。
【0026】次に、空間座標系の平面に定義された断面
形状を座標変換する方法について説明する。空間座標系
に定義された基準曲線上の一点(x,y,z)における
平面の法線ベクトルを(i,j,k)とするとき、この
法線ベクトル(i,j,k)を空間座標系の原点に平行
移動させる平行移動マトリックスM1は次式のように定
義される。
【0027】
【数1】
【0028】また、空間座標系の原点にある法線ベクト
ル(i,j,k)を、逆に基準曲線上の一点(x,y,
z)に平行移動させる平行移動マトリックスM2は次式
のように定義される。
【0029】
【数2】
【0030】図3は、空間座標系の原点における法線ベ
クトルを示す図である。図において、空間座標系(X,
Y,Z)の原点に法線ベクトル(i,j,k)が定義さ
れている。この法線ベクトル(i,j,k)をXY平面
に投影した線分と、X軸とのなす角度をθ1とする。同
様に、法線ベクトル(i,j,k)と、Z軸とのなす角
度をθ2とする。このとき、角度θ1及び角度θ2は次
の2式のように定義される。
【0031】
【数3】
【0032】
【数4】
【0033】そして、法線ベクトル(0,0,1)の平
面、すなわち空間座標系(X,Y,Z)におけるXY平
面を、法線ベクトル(i,j,k)の平面に変換する平
面変換マトリックスM3は、上記式(3)及び式(4)
から次式のように定義される。
【0034】
【数5】
【0035】さらに、上記式(1)、式(2)及び式
(5)から座標変換マトリックスMは次式によって求め
られる。
【0036】
【数6】
【0037】こうして求められた座標変換マトリックス
Mは、空間座標系(X,Y,Z)に定義された基準曲線
上の一点(x,y,z)における平面を原点に平行移動
させ、平面座標系(H,V)で定義した断面形状を原点
に移動させた平面に座標変換し、さらに座標変換した断
面形状を一点(x,y,z)に平行移動させるマトリッ
クスである。
【0038】ここで、平面座標系(H,V)に断面形状
を定義し、この断面形状に上記座標変換マトリックスM
をかければ、空間座標系(X,Y,Z)に定義された基
準曲線上の一点(x,y,z)における平面を断面とす
る断面形状が定義できることとなる。すなわち、平面座
標系(H,V)に定義した断面形状上の点を〔h,v,
0〕とすれば、次式(7)
【0039】
【数7】
【0040】を演算することによって、空間座標系
(X,Y,Z)における断面形状の位置が特定できる。
逆に、空間座標系(X,Y,Z)における断面形状の一
点を(x,y,z)としたときに、平面座標系(H,
V)へ座標逆変換する場合は、次式(8)
【0041】
【数8】
【0042】を演算すれば、平面座標系(H,V)上の
点〔h,v,0〕が求められる。次に、平面座標系を空
間座標系へ位置付けする方法について説明する。なお、
各断面形状は、図1に示す断面形状作成手段100によ
って作成されているものとする。
【0043】まず、第1の実施例について説明する。図
4は、基準曲線上の通過点における任意の直線ベクトル
が平面の法線ベクトルである場合の平面を示す図であ
る。図において、空間座標系(X,Y,Z)には基準曲
線BCが予め定義されており、この基準曲線BC上には
オペレータによって指定された通過点P41,P42,
P43が示されている。なお、通過点P41,P42,
P43は基準曲線BC上の任意の点である。
【0044】次に、オペレータが図2のキーボード16
等を使用して、これらの通過点P41,P42,P43
における法線ベクトルを指定する。図には、基準曲線B
C上の通過点P41には法線ベクトルv41が、通過点
P42には法線ベクトルv42が、通過点P43には法
線ベクトルv43が指定されていることを示す。
【0045】これにより、通過点P41と法線ベクトル
v41とによって平面41が特定され、位置付けされ
る。同様に、通過点P42と法線ベクトルv42とによ
って平面42が、通過点P43と法線ベクトルv43と
によって平面43が特定され、位置付けされる。
【0046】図5は、図4の基準曲線と各平面上の断面
形状とから自由曲面を創成する処理手順を示すフローチ
ャートである。このフローチャートは図2のROM12
に格納された処理プログラムをプロセッサ11が実行す
ることによって実現される。なお、基準曲線は予め定義
されているものとする。図において、Sの後に続く数字
はステップ番号を示す。
【0047】〔S51〕形状定義処理を行う。具体的に
は、オペレータが図1の断面形状作成手段100によっ
て動作曲線となる断面形状を作成する。 〔S52〕通過点の指定を行う。すなわち、予め定義さ
れた基準曲線上の任意の点を、オペレータが図2のキー
ボード16等を使用して指定する。なお、図4では三点
を指定した場合を示したが、この通過点は必要に応じて
任意の点数だけ指定することができる。
【0048】〔S53〕法線ベクトルの指定を行う。す
なわち、ステップS52で通過点を指定したと同様に、
各通過点における法線ベクトルを、オペレータが図2の
キーボード16等を使用して指定する。
【0049】〔S54〕座標変換処理を行う。具体的に
は、オペレータの指令により図1の座標変換手段200
によって、ステップS51で定義された平面座標系の断
面形状の座標値〔h,v,0〕を空間座標系の座標値
(x,y,z)に変換する。すなわち、上記式(1)〜
式(7)を演算する。
【0050】〔S55〕自由曲面を創成する。具体的に
は、図1の自由曲面創成手段300によって、予め定義
された基準曲線と、ステップS54によって空間座標系
に位置付けされた断面形状とから自由曲面を創成する。
創成された自由曲面は図2の表示装置15に描画表示さ
れる。
【0051】〔S56〕オペレータによってステップS
55で描画表示された自由曲面を修正するか否かを判別
する。もし、修正する(YES)ならばステップS57
に進み、そうでない(NO)ならば本処理手順を終了す
る。
【0052】〔S57〕座標逆変換処理を行う。具体的
には、オペレータの指令により図1の座標逆変換手段4
00によって、ステップS54で位置付けされた空間座
標系の断面形状の座標値(x,y,z)を平面座標系の
座標値〔h,v,0〕に逆変換する。すなわち、上記式
(8)を演算する。
【0053】次に、第2の実施例について説明する。図
6は、基準曲線上の通過点における基準曲線の接線ベク
トルが平面の法線ベクトルである場合の平面を示す図で
ある。図において、空間座標系(X,Y,Z)には基準
曲線BCが予め定義されており、この基準曲線BC上に
はオペレータによって指定された通過点P61,P6
2,P63が示されている。なお、通過点P61,P6
2,P63は基準曲線BC上の任意の点である。
【0054】なお、図4と異なるのは、図4では各通過
点において任意の法線ベクトルをオペレータが指定した
が、図6では通過点P61,P62,P63における基
準曲線BCの接線ベクトルを法線ベクトルとして算出す
る。図には、算出された基準曲線BC上の法線ベクトル
v61が通過点P61に、法線ベクトルv62が通過点
P62に、法線ベクトルv63が通過点P63に示され
ている。
【0055】これにより、通過点P61と法線ベクトル
v61とによって平面61が特定され、位置付けされ
る。同様に、通過点P62と法線ベクトルv62とによ
って平面62が、通過点P63と法線ベクトルv63と
によって平面63が特定され、位置付けされる。
【0056】図7は、図6の基準曲線と各平面上の断面
形状とから自由曲面を創成する処理手順を示すフローチ
ャートである。なお、図5と同一の要素には同一番号を
付し、説明を省略する。また、基準曲線は予め定義され
ているものとする。
【0057】〔S71〕法線ベクトルの算出を行う。す
なわち、ステップS52で指定された各通過点における
基準曲線の接線ベクトルを算出し、平面の法線ベクトル
とする。
【0058】次に、第3の実施例について説明する。図
8は、基準曲線上の通過点と少なくとも一つの平面の軸
として使用される直線とを含む平面を示す図である。図
において、空間座標系(X,Y,Z)には基準曲線BC
が予め定義されており、この基準曲線BC上にはオペレ
ータによって指定された通過点P81,P82,P83
が示されている。なお、通過点P81,P82,P83
は基準曲線BC上の任意の点である。
【0059】その後、オペレータが中心軸となる直線L
80を指定する。これにより、通過点P81と直線L8
0とによって平面81が特定され、位置付けされる。同
様に、通過点P82と直線L80とによって平面82
が、通過点P83と直線L80とによって平面83が特
定され、位置付けされる。
【0060】すなわち、直線L80の方向ベクトルを
(a,b,c)とし、この直線L80上の点の座標値を
(x1,y1,z1)とすれば、直線L80は次式のよ
うに表される。
【0061】
【数9】
【0062】したがって、上記式(9)のパラメータt
を変えることによって、直線L80上の点が決まる。ま
た、直線L80上の任意の二点を決め、通過点P81か
らこれらの二点への方向ベクトルを求める。そして、求
められた二つの方向ベクトルから外積を求めれば、通過
点P81の法線ベクトルが求まる。同様に、通過点P8
2,P83についても直線L80上の任意の二点に対し
て方向ベクトルを求め、求められた二つの方向ベクトル
から外積を求めることによって各通過点における法線ベ
クトルを求めることができる。
【0063】図9は、図8の基準曲線と各平面上の断面
形状とから自由曲面を創成する処理手順を示すフローチ
ャートである。図において、Sの後に続く数字はステッ
プ番号を示す。
【0064】〔S91〕直線(軸)の指定を行う。すな
わち、中心軸となる直線をオペレータが図2のキーボー
16等を使用して指定する。 〔S92〕法線ベクトルの算出を行う。すなわち、ステ
ップS91で指定された直線L80の二点と通過点とに
基づいて、通過点からこれらの二点への方向ベクトルを
求め、これらの二つの方向ベクトルから外積を求めて、
法線ベクトルを算出する。
【0065】次に、第4の実施例について説明する。図
10は、基準曲線上の通過点、任意の他の平面と基準曲
線上の通過点から下ろした垂線との交点と、任意の一点
とを含む平面を示す図である。図において、空間座標系
(X,Y,Z)には基準曲線BCが予め定義されてお
り、この基準曲線BC上にはオペレータによって指定さ
れた通過点P101a,P102a,P103aが示さ
れている。なお、通過点P101a,P102a,P1
03aは基準曲線BC上の任意の点である。
【0066】その後、オペレータが他の平面110及び
通過点に対応する任意の一点を指定する。これにより、
通過点P101aから他の平面110に下ろした垂線L
101と、他の平面110との交点P101bが求めら
れる。そして、通過点P101a、交点P101b及び
通過点P101aに対応して指定された任意の一点P1
01cとによって平面101が特定され、位置付けされ
る。同様に、通過点P102a、交点P102b及び任
意の一点P102cによって平面102が、通過点P1
03a、交点P103b及び任意の一点P103cによ
って平面103が特定され、位置付けされる。
【0067】通過点P101aから他の平面110に下
ろした垂線L101と、他の平面110とから求められ
る交点P101bは、次のように算出する。ここで、上
記通過点P101aの座標値を(x1,y1,z1)と
し、交点P101bの座標値を(x2,y2,z2)と
する。
【0068】まず、他の平面110の法線ベクトルを
(a,b,c)とすると、一般に次式で表される。 ax+by+cz=d ・・・(10) 上記通過点P101aから他の平面110に下ろした垂
線L101は、通過点P101aを通り、法線ベクトル
(a,b,c)を方向ベクトルとする直線式で表され
る。したがって、上記式(9)から次の関係式が成り立
つ。
【0069】 x2=x1+ta,y2=y1+ta,z2=z1+ta ・・・(11) ここで、交点P101bは、上記直線と他の平面110
との交点であるから、上記直線の式(11)を平面の式
(10)に代入してtを求めると、 t={d−(a・x1+b・y1+c・z1)}・(a2 +b2 +c2 ) ・・・(12) となる。そして、このtの値を上記直線の式(11)へ
代入すれば、交点P101bの座標値が求められる。
【0070】また、通過点P101aから交点P101
bへの方向ベクトルと、通過点P101aから任意の一
点P101cへの方向ベクトルとの外積を求めれば、平
面101の法線ベクトルが求まる。
【0071】図11は、図10の基準曲線と各平面上の
断面形状とから自由曲面を創成する処理手順を示すフロ
ーチャートである。図において、Sの後に続く数字はス
テップ番号を示す。
【0072】〔S111〕他の平面の指定を行う。すな
わち、空間座標系の任意の平面をオペレータが図2のキ
ーボード16等を使用して指定する。 〔S112〕通過点及び任意の一点の指定を行う。すな
わち、予め定義された基準曲線上の任意の点と空間座標
系の任意の一点を、ステップS111と同様に指定す
る。
【0073】〔S113〕法線ベクトルの算出を行う。
すなわち、ステップS111及びステップS112で指
定された通過点から他の平面に下ろした垂線と、他の平
面との交点を求める。そして、通過点、交点及び任意の
一点とに基づいて、通過点から交点及び任意の一点への
方向ベクトルを求め、これらの二つの方向ベクトルから
外積を求めて、法線ベクトルを算出する。
【0074】次に、第5の実施例について説明する。図
12は、基準曲線上の通過点と任意の二つの座標点とを
含む平面を示す図である。図において、空間座標系
(X,Y,Z)には基準曲線BCが予め定義されてお
り、この基準曲線BC上にはオペレータによって指定さ
れた通過点P121a,P122aが示されている。な
お、通過点P121a,P122aは基準曲線BC上の
任意の点である。
【0075】その後、オペレータが任意の二つの座標点
を指定する。これにより、通過点P121aから一方の
任意の座標点P121bへの方向ベクトルと、通過点P
121aから他方の任意の座標点P121cへの方向ベ
クトルとが求められる。そして、これらの二つの方向ベ
クトルから外積を求めて、法線ベクトルを算出する。同
様に、通過点P122a、一方の任意の座標点P122
b及び他方の任意の座標点P122cによって平面12
2が特定され、位置付けされる。
【0076】図13は、図12の基準曲線と各平面上の
断面形状とから自由曲面を創成する処理手順を示すフロ
ーチャートである。図において、Sの後に続く数字はス
テップ番号を示す。
【0077】〔S131〕任意の二つの座標点の指定を
行う。すなわち、空間座標系上の任意の点を、オペレー
タが図2のキーボード16等を使用して指定する。 〔S132〕法線ベクトルの算出を行う。すなわち、ス
テップS51及びステップS131で指定された通過点
及び任意の二つの座標点とに基づいて、通過点から任意
の二つの座標点への方向ベクトルを求め、これらの二つ
の方向ベクトルから外積を求めて、法線ベクトルを算出
する。
【0078】以上の説明では、座標点、直線及び平面等
の図形要素の入力は図2のキーボード16等を使用した
が、表示装置15に表示される「アイコン」と呼ばれる
指令キーによってマウス等のポインティングデバイスを
使用して入力することもできる。
【0079】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、断面形
状作成手段を使用して所定の平面座標系に動作曲線とし
ての断面形状を作成し、作成された断面形状を座標変換
手段及び自由曲面創成手段によって自由曲面を創成し、
必要に応じて座標逆変換手段が空間座標系の指定された
平面に位置決めされた断面形状を平面座標系へ戻すよう
に構成したので、断面形状作成手段では基準曲線等の他
の線分が表示装置に表示されることなく断面形状を作成
することができる。このため、断面形状作成の際に誤っ
て定義するのが防止される。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CAD/CAMシステムで自由曲面を創
    成するための断面形状を作成する自由曲面創成における
    断面形状作成方式において、 所定の平面座標系で断面形状を作成する断面形状作成手
    段と、 前記平面座標系に作成された断面形状を、空間座標系の
    平面に位置決めするために座標変換する座標変換手段
    と、 前記空間座標系の平面に位置決めされた断面形状と、前
    記空間座標系に定義された基準曲線とから自由曲面を創
    成する自由曲面創成手段と、 前記空間座標系の平面に位置決めされた断面形状を、前
    記平面座標系へ戻すために座標逆変換する座標逆変換手
    段と、 を有することを特徴とする自由曲面創成における断面形
    状作成方式。
  2. 【請求項2】 前記座標変換手段は、前記平面座標系に
    作成された断面形状を、前記空間座標系で定義された基
    準曲線上の通過点と、前記通過点における法線ベクトル
    である任意の直線ベクトルと、を有する平面に座標変換
    するように構成したことを特徴とする請求項1記載の自
    由曲面創成における断面形状作成方式。
  3. 【請求項3】 前記任意の直線ベクトルは、前記基準曲
    線の接線ベクトルであることを特徴とする請求項2記載
    の自由曲面創成における断面形状作成方式。
  4. 【請求項4】 前記座標変換手段は、前記平面座標系に
    作成された断面形状を、前記空間座標系で定義された基
    準曲線上の通過点と、少なくとも一つの平面の軸として
    使用される前記空間座標系で定義された直線と、を含む
    平面に座標変換するように構成したことを特徴とする請
    求項1記載の自由曲面創成における断面形状作成方式。
  5. 【請求項5】 前記座標変換手段は、前記平面座標系に
    作成された断面形状を、前記空間座標系で定義された基
    準曲線上の通過点と、前記空間座標系で定義された任意
    の他の平面と、前記通過点から下ろした垂線との交点
    と、前記空間座標系で定義された任意の一つの座標点
    と、を含む平面に座標変換するように構成したことを特
    徴とする請求項1記載の自由曲面創成における断面形状
    作成方式。
  6. 【請求項6】 前記座標変換手段は、前記平面座標系に
    作成された断面形状を、前記空間座標系で定義された基
    準曲線上の通過点と、前記空間座標系で定義された任意
    の二つの座標点と、を含む平面に座標変換するように構
    成したことを特徴とする請求項1記載の自由曲面創成に
    おける断面形状作成方式。
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