JPS61213902A - Nc device with automatic three-dimensional programming function - Google Patents

Nc device with automatic three-dimensional programming function

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JPS61213902A
JPS61213902A JP60055080A JP5508085A JPS61213902A JP S61213902 A JPS61213902 A JP S61213902A JP 60055080 A JP60055080 A JP 60055080A JP 5508085 A JP5508085 A JP 5508085A JP S61213902 A JPS61213902 A JP S61213902A
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shape data
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Abstract

PURPOSE:To obtain the same effect even for a free curved surface with evaluation in a real space while making the most of advantages of a CSG (Constructive Solid Geometry) system by storing a memory with shape data described in Polish notation in order and thus reducing the necessary memory capacity. CONSTITUTION:Shape data 20 on CSG basis uses function information on a surface which indicates a border and free curved surface data 23 is processed in a shape extraction processing part 40 together with space information from a process 44 corresponding to an application and further stored in a shape information stack area 46 together with information of an enciphered shape process 41. In this stack area 46, information on all primitive is stored. The store part of the shape data is arranged into one shape data in reverse Polish notation without being divided into body structure data and enciphered shape data, and the shape extraction processing part 40 judges the enciphered shape data 41, an operation code, or a free curved surface 45 and stores it in the shape information stack area 46, and entire shape information TS is outputted from this area 46.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) この発明は、3次元自動プログラミング機能を有する数
値制御(NC:)装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to a numerical control (NC) device having a three-dimensional automatic programming function.

(発明の技術的背景とその問題点) 従来ノcAIl(Computer Aided De
sign)やCAM(Computer Aided 
Manufacturing)システムにおいて形状定
義する場合、数式により表現できる単純形状を組合せて
表現する方法が通例であり、その組合せの方法としては
論理演算(セットオペレーション)の原理を用いている
。しかし、金型形状の場合、全てを数式で表現できる形
状の組合せで定義することができない場合がある。実際
には所望形状の一部に数式表現可能な形状を用い、その
他に魚群により定義される自由曲面を用いて両者の組合
せにより表現する形状が多い。しかし、自由曲面に対し
て従来のセットオペレーションが困難であったため、数
式表現による形状と自由曲面による形状が混在する形状
を処理して加工データを生成する場合、それぞれの形状
に対して別個のアルゴリズムを用いて処理しなければな
らないのが現状である。
(Technical background of the invention and its problems) Conventional cAIl (Computer Aided De
sign) and CAM (Computer Aided
When defining a shape in a manufacturing system, it is customary to express it by combining simple shapes that can be expressed by mathematical formulas, and the principle of logical operation (set operation) is used as the method of combination. However, in the case of a mold shape, it may not be possible to define everything by a combination of shapes that can be expressed mathematically. In reality, there are many shapes that are expressed by using a shape that can be expressed mathematically as part of the desired shape, using a free-form surface defined by a school of fish, and a combination of the two. However, because conventional set operations are difficult for free-form surfaces, when generating machining data by processing a shape that contains a mixture of mathematically expressed shapes and free-form surfaces, separate algorithms are required for each shape. The current situation is that it must be processed using .

金型等の形状加工を、NC(Numerical Go
nt−rol)加工を主体とするCAD/CAMの概念
を用いて実現しようとする場合、加工オペレータが加丁
二現場における迅速な工具経路の変更等のオペレータの
ノウハウを十分反映できるような機能を持たせることが
重要になる。この点を考慮して形状加ニジステムを考え
た場合、以下に示すような要求■〜■を満たす必要があ
る。
Shape processing of molds, etc. is performed using NC (Numerical Go).
When trying to realize this using a CAD/CAM concept that focuses on machining, it is necessary to have functions that allow the machining operator to sufficiently reflect the operator's know-how, such as the ability to quickly change the tool path at the cutting site. It is important to have it. When considering the shape change system in consideration of this point, it is necessary to satisfy the following requirements (1) to (4).

■形状定義機能と工具経路生成機能とが完全に分離され
ていること ■リアルタイムで工具経路の自動生成が可能であること ■数式形状と自由曲面形状を同一プロセッサで処理可能
なこと ■それらの組合せのセットオペレーションが可能なこと ■CADシステムとの結合が容易なこと■システムソフ
トウェアがコンパクトであること 形状モデリング主体に開発されてきたCADの機能を拡
張することを目的として、自由曲面式をモデリングに取
入れる研究が現在進められており、一般的には自由曲面
のデータ構造を判断して、自由曲面をB−Reps(B
oundary Repre−sentation)と
して認識することにより処理の統一を計っている。しか
しながら、B−Repsの場合、C5G(Const’
ructive 5olid Geometry)に比
ベデータ構造が複雑であり、また処理が繁雑となるため
、CAMの機能としてセットオペレーションを実現しよ
うとすると、前述の要求仕様■を満たすのは困難となる
。形状モデリングは3次元物体の数学モデルをコンピュ
ータ内部に構築し、それを要求された問題に適する形に
加工し、外部表現することである。したがって、先ず数
学モデルが作成されていなければならず、数学モデルの
作成としては」二連の(ESC又はB−Repsの2つ
の手法が主に存在している。結果的には、C5Gに基づ
くモデルは曲面によって2つに分割された3次元空間の
片側、すなわち半空間領域の東まりによって、3次元空
間内に閉じた点集合領域を3次元物体形状モデルとして
作り出すものであり、B−Repsは物体の点1辺2曲
面等のトポロジー関係とトポロジー関係の要素である頂
点1辺1曲面の幾何形状情報を与え、3次元空間内に閉
じた2次元マニフォールドを創成して3次元物体の形状
モデルとするものである。また、実際の形状加工を考慮
し、Z軸方向に1価以」二の形状(オーバーハングした
形状等)は処理しないと仮定し、形状の存在する領域を
境界曲面からZ軸一方向に固定すれば、第1図に示すよ
うに、基本形状A、B毎のZ軸を比較することでセット
オペレーションは実現できる。すなわち、論理和の場合
はZ値の最大値を選択し、論理積の場合は最小値を選択
することで所望の形状を得ることができる。しかしなが
ら1.E述の仮定に反するような形状の処理は困難であ
り、厳密な意味でセットオペレーションを実現している
とは言えない、これに対してC9Gの場合、データ構造
が簡潔であり、処理方法から判断して高速処理が可能と
考えられる。
■The shape definition function and the tool path generation function are completely separated.■It is possible to automatically generate tool paths in real time.■The same processor can process mathematical shapes and free-form shapes.■A combination thereof. Possibility of set operations ■ Easy connection with CAD system ■ Compact system software In order to expand the functionality of CAD, which has been developed mainly for shape modeling, we have developed a free-form surface model for modeling. Research is currently underway to incorporate the free-form surface into B-Reps (B-Reps) by determining the data structure of the free-form surface.
The process is unified by recognizing it as a secondary Repre-sentation. However, in the case of B-Reps, C5G (Const'
The data structure is more complex than that of 5-solid geometry), and the processing is complicated. Therefore, if a set operation is to be implemented as a CAM function, it will be difficult to satisfy the above-mentioned requirement specification (2). Shape modeling involves constructing a mathematical model of a three-dimensional object inside a computer, processing it into a form suitable for the required problem, and expressing it externally. Therefore, a mathematical model must first be created, and there are two main methods for creating a mathematical model: ESC or B-Reps. The model is a three-dimensional space divided into two by a curved surface, that is, one side of the half-space region, which creates a closed point set region in the three-dimensional space as a three-dimensional object shape model. gives the topological relationship such as one point per side and two curved surfaces of the object, and the geometric information of one vertex per side and one curved surface which are the elements of the topological relationship, and creates a closed two-dimensional manifold in three-dimensional space to calculate the shape of the three-dimensional object. In addition, in consideration of actual shape processing, it is assumed that shapes with a valence of more than 1 in the Z-axis direction (overhanging shapes, etc.) will not be processed, and the area where the shape exists is converted into a boundary curved surface. If the Z-axis is fixed in one direction from , the set operation can be realized by comparing the Z-axis of each basic shape A and B, as shown in Figure 1.In other words, in the case of logical sum, the maximum value of the Z value , and in the case of logical product, the desired shape can be obtained by selecting the minimum value.However, it is difficult to process shapes that violate the assumptions stated in 1.E, and in the strict sense it is a set operation. However, in the case of C9G, the data structure is simple, and judging from the processing method, high-speed processing is considered possible.

ここに、自由曲面とは曲面形状を数式化できない曲面、
たとえばF(x、y、z)=0のような式で表現できな
い曲面である。このため曲面は第2図に示すように1点
群2をデータ構造に持ち、魚群2の点と点の間はたとえ
ばCoons式やBezier式で補間することで曲面
1を詳細に表現できる。さらに、自由曲面は複雑な形状
を有するので、補間曲面式は全てパラメータ表示された
式となる。つまり、第3図に示すように曲面lの詳細表
現はパラメータ空間(Uマ座標系)で補間したパラメー
タを用い、XYZ座標系の実空間への補間を行なう。こ
のことは曲面1がパラメータ空間により表現されること
を意味し、実空間内だけでは曲面の存在を認識すること
は不可能である。このような曲面をCADやCAMの一
要素として加えた場合、球形状や平面のような数式面等
の他の要素との関係を調べなければならないが、これは
明らかに実空間での解析であり、上記問題点のために非
常に困難で、自由曲面取扱い」二の欠点となっていた。
Here, a free-form surface is a curved surface whose shape cannot be expressed mathematically.
For example, it is a curved surface that cannot be expressed by a formula such as F(x, y, z)=0. Therefore, the curved surface has a data structure of one point group 2 as shown in FIG. 2, and the curved surface 1 can be expressed in detail by interpolating between the points of the fish school 2 using, for example, the Coons equation or the Bezier equation. Furthermore, since the free-form surface has a complicated shape, all interpolated surface equations are expressed as parameters. That is, as shown in FIG. 3, the detailed expression of the curved surface l uses parameters interpolated in the parameter space (U coordinate system), and interpolation into the real space of the XYZ coordinate system is performed. This means that the curved surface 1 is expressed by the parameter space, and it is impossible to recognize the existence of the curved surface only in the real space. When such a curved surface is added as an element in CAD or CAM, the relationship with other elements such as a spherical shape or a mathematical surface such as a plane must be investigated, but this obviously cannot be analyzed in real space. However, due to the above-mentioned problems, it is extremely difficult to handle free-form surfaces, which is the second drawback.

第3図はまた、実空間に存在する曲面lをパラメータ空
間に写像した図を示しており、曲面lの各境界線(辺)
はパラメータ空間上の曲面領域を示す矩形領域3の各境
界線に対応している。このことが、以下に示す現象を起
すのである。すなわち、第4図に示すようにパラメータ
空間上で直線的な補間をしても曲面−Fで歪んでしまう
。この補間を工具軌跡とすると、実空間においてAとB
に示す工具のピッチ(ビックフィート)が一定とならず
、ある所では広く、またある所では狭くなり、この現象
が加工効率に大きく影響してしまう。次に加工の工程を
考えると、第5図に示すように特定の領域A′を指定し
てその部分だけの部会別Iが当然考えられる。しかし、
その領域指定の際も実空間(A′)とパラメータ空間(
A”)との対応が困難である。加丁領域へ°は実空間で
指定するが、それに対してパラメータ空間での対応付け
(A”)が不可能(解析的)である。さらに、第6図に
示すように曲面が極端に曲っている場合、従来のパラメ
ータ補間を行なうと左図に示すような工具軌跡首を発生
する。しかし、加工の際は右図に示すような工具軌跡生
成TT’の要求もあり、このような工具軌跡は従来のパ
ラメータ補間では不可能である。
Figure 3 also shows a map of the curved surface l that exists in the real space into the parameter space, and each boundary line (side) of the curved surface l
correspond to each boundary line of the rectangular area 3 indicating the curved surface area on the parameter space. This causes the phenomenon shown below. That is, as shown in FIG. 4, even if linear interpolation is performed on the parameter space, distortion occurs on the curved surface -F. If this interpolation is the tool path, then A and B in real space.
The pitch (big feet) of the tool shown in Figure 1 is not constant, being wide in some places and narrow in others, and this phenomenon greatly affects machining efficiency. Next, considering the processing process, it is natural to designate a specific area A' and create a section I for only that part, as shown in FIG. but,
When specifying the area, the real space (A') and the parameter space (
It is difficult to correspond to A'').° to the cutting area is specified in real space, but it is impossible (analytically) to correspond to it in parameter space (A''). Furthermore, when the curved surface is extremely curved as shown in FIG. 6, if conventional parameter interpolation is performed, a tool trajectory neck as shown in the left figure will be generated. However, during machining, there is a requirement to generate a tool trajectory TT' as shown in the figure on the right, and such a tool trajectory is not possible with conventional parameter interpolation.

次に、B−Repsによる従来のシステム例を第7図に
示して説明する。
Next, an example of a conventional system using B-Reps will be described with reference to FIG.

たとえば第8図に示すような立体形状200を想定した
場合、形状データ入力装置10で入力された形状データ
は所定の演算処理で第9図に示すような立体を構成する
境界要素201〜209に分解されると共に、各要素の
連結関係を示す物体構造データ21と、各要素の頂点座
標9辺の方程式9面の方程式を示す数式化形状データ2
2とに分離されて整理される。立体形状200が自由曲
面を有する場合は、前述したような魚群と補間曲面で表
わせる自由曲面データ23を有するが、B−Repsの
自由曲面データ23は必らず交線データを含んでいるも
のでなければならない。このようにして求められた形状
データ20は、工具半径、工具送り方向、切削速度、加
工領域等の加工情報31と共に、数式化形状処理部30
に入力されてデータポインタの追跡処理が行なわれる。
For example, when assuming a three-dimensional shape 200 as shown in FIG. 8, the shape data inputted by the shape data input device 10 is converted into boundary elements 201 to 209 constituting the solid as shown in FIG. 9 through predetermined arithmetic processing. When decomposed, object structure data 21 indicating the connection relationship of each element, and mathematical shape data 2 indicating the vertex coordinates of each element, the equations of the 9 sides, and the equations of the 9 surfaces.
It is separated and organized into 2. When the three-dimensional shape 200 has a free-form surface, it has free-form surface data 23 that can be expressed by a school of fish and an interpolated surface as described above, but the free-form surface data 23 of B-Reps necessarily includes intersection line data. Must. The shape data 20 obtained in this way is combined with machining information 31 such as the tool radius, tool feed direction, cutting speed, machining area, etc. to the mathematical shape processing unit 30.
data pointer tracking processing is performed.

つまり、B−Repsでは形状要素の境界情報を有して
いるので、この境界をドツト情報で追跡して行けば、C
RT等の表示装置で画面表示処理(101) したり、
NO加工のための工具軌跡を生成(102) したり、
材料、大きさ等に関する物体特性を求めるマスプロパテ
ィ演算処理(103)を行なったりすることができる。
In other words, since B-Reps has boundary information of shape elements, if this boundary is tracked using dot information, C
Perform screen display processing (101) on a display device such as RT,
Generate a tool trajectory for NO machining (102),
It is also possible to perform mass property calculation processing (103) to obtain object properties related to material, size, etc.

このようなり−Rapsでは立体形状等を境界の関数に
分解しているので、形状データの数が多くなってしまう
と共に、幾何学的に存在し得ないような形状を定義して
しまったり、形状要素の入力ミスによって立体ではあり
得ない形状を入力してしまうといった欠点がある。
In this way - Raps decomposes 3D shapes etc. into boundary functions, so the amount of shape data increases, and it is also possible to define shapes that cannot exist geometrically, or There is a drawback that a mistake in inputting an element may result in inputting a shape that cannot be created in 3D.

一方、C5Gによる従来のシステム例は第1O図に示す
ような構成となっており、形状データ入力装置10から
入力された形状データは物体構造データ21及び数式化
形状データ22に分離され、これらデータは境界を示す
面の情報を含んでいる。したがって、第8図の立体形状
は第11図の形状要素(プリミティブ)210〜212
に分解され、プリミティブ211及212を加算した形
状からプリミティブ210を減算すれば立体形状200
となる。このように、C5Gシステムでは境界を示す関
数情報が必要であることから、従来のC8Gでは自由曲
面データを取扱うことができず。
On the other hand, a conventional system example using C5G has a configuration as shown in FIG. contains information about the surface indicating the boundary. Therefore, the three-dimensional shape in FIG. 8 is the shape element (primitive) 210 to 212 in FIG.
If primitive 210 is subtracted from the shape obtained by adding primitives 211 and 212, three-dimensional shape 200 is obtained.
becomes. As described above, since the C5G system requires function information indicating boundaries, the conventional C8G cannot handle free-form surface data.

形状データ20にも含まれていない。形状データ20は
形状抽出処理部40に送られ、表示や工具軌跡生成等の
アプリケーション対応の処理(43)に応じた空間情報
SPを入力して立体の全体形状情報TSを生成する。す
なわち、数式化形状データ22と空間情報SPは数、式
化形状処理41で合成され、合成された数式化形状ss
pが物体構造データ21と共にセットオペレーション4
2されることによって全体形状情報TSが生成される。
It is not included in the shape data 20 either. The shape data 20 is sent to the shape extraction processing section 40, which inputs spatial information SP corresponding to application-compatible processing (43) such as display and tool trajectory generation to generate three-dimensional overall shape information TS. That is, the mathematical shape data 22 and the spatial information SP are synthesized in the numerical and mathematical shape processing 41, and the synthesized mathematical shape ss
p is set operation 4 together with object structure data 21
2, the overall shape information TS is generated.

この全体形状情報TSが画面表示処理(101)された
り。
This overall shape information TS is subjected to screen display processing (101).

NC工具の軌跡を生成(102) l、たり、マスプロ
パティ演算処理(103)されたり1面交線演算処理(
104)されたりすると共に、これらアプリケージ目ン
対応の処理を示すアプリケーション情報5t−34が出
力され、アプリケーション対応の処理43で空間情報S
Pに変換される。このように、従来のGSGでは形状デ
ータ20として自由曲面を取扱っていないので、自由曲
面を含んだ形状に対してアプリケーションを行ない得な
い欠点がある。
The trajectory of the NC tool is generated (102), the mass property calculation process (103) is performed, and the one-hedral intersection line calculation process (102) is performed.
104), the application information 5t-34 indicating the processing corresponding to these application eyes is output, and the spatial information S is output in the processing corresponding to the application 43.
It is converted to P. As described above, since the conventional GSG does not handle free-form surfaces as the shape data 20, it has the disadvantage that it cannot be applied to shapes that include free-form surfaces.

また、GSGによってたとえば第12図の斜線形状を形
状データ20で表現する場合、物体構造データ21はP
=B−A+C−Dで表わされ、数式化形状データ22は
第13図のように記述される。ここに、円の数式化形状
データは中心点座標と半径で表わされ、長方形は長辺及
び短辺の長さで表現され、形状によってそのデータ長が
異なる。このため、形状データの数式化形状データを記
憶するメモリエリアは、予葱される形状の最長メモリエ
リアX^を準備しておく必要があり、最長メモリエリア
HAよりもデータ量が少ない形状が入力された場合には
、空となっているブランクエリアBMが生じてしまい、
メモリエリアを無駄にしているといった欠点がある。
Furthermore, when expressing, for example, the diagonal line shape in FIG. 12 with the shape data 20 using GSG, the object structure data 21 is
=B-A+C-D, and the mathematical shape data 22 is described as shown in FIG. Here, the mathematical shape data of a circle is expressed by center point coordinates and radius, and a rectangle is expressed by lengths of long sides and short sides, and the data length differs depending on the shape. For this reason, it is necessary to prepare the longest memory area X^ of the shape to be preformed as the memory area for storing the mathematically expressed shape data, and the shape with a smaller amount of data than the longest memory area HA is input. In this case, an empty blank area BM will occur,
The disadvantage is that it wastes memory area.

従来の3次元自動プログラミングシステムとHC装置の
関係は、NCプログラマが被加工物のNC指令情報を作
成して、工作機械オペレータにNC指令テープとしてそ
の情報を受渡す形態がとられている。このようなプロセ
スにおいては、NC指令テープの修正はNOプログラム
レベルまで戻る必要がある。その際、工作機械オペレー
タの持つ加工のための技術は、IC指令データ作成者に
十分反映させることができない。又、複雑な形状のNC
指令テープは非常に膨大な量となるため、そのハンドリ
ングにも問題がある。さらに一般に、3次元自動プログ
ラミングシステムには被加工物の正確な幾何学的情報を
内部に持つようなシステムはほとんどなく、そのために
工具軌跡生成の自由度が低く、最適の加エバターンを必
ずしも実現できていなかった。
The relationship between a conventional three-dimensional automatic programming system and an HC device is such that an NC programmer creates NC command information for a workpiece and passes the information to a machine tool operator as an NC command tape. In such a process, corrections to the NC commanded tape must be made back to the NO program level. In this case, the machining techniques possessed by the machine tool operator cannot be fully reflected on the IC command data creator. Also, NCs with complex shapes
Since the amount of instruction tape is extremely large, there are also problems in its handling. Furthermore, in general, there are almost no 3D automatic programming systems that have accurate geometric information of the workpiece internally, and as a result, the degree of freedom in generating tool paths is low, and it is not always possible to achieve the optimum machining pattern. It wasn't.

(発明の目的) この発明は−に述のような事情からなされたものであり
、この発明の目的は、工作機械オペレータの加工技術(
ノウハウ)を十分活用でき、情報媒体のハンドリングを
容易にするために、C8G方式の利点を生かしつつ、自
由曲面に対しても実空間上で評価を行なったと同等の効
果を得るようにした3次元自動プログラミング機能を組
込んだNC装置を提供することにある。
(Objective of the invention) This invention was made in view of the circumstances mentioned in -.
In order to make full use of the know-how (know-how) and to facilitate the handling of information media, we have developed a three-dimensional method that takes advantage of the C8G method and achieves the same effect as when evaluating free-form surfaces in real space. An object of the present invention is to provide an NC device incorporating an automatic programming function.

(発明の概要) この発明は、自由曲面をも対像とした形状デー□り入力
装置と、実空間及びパラメータ空間の形状を表現する関
数に対する任意位置データの距離を求め、上記形状の物
体構造データを用いてセットオペレーションを行なう形
状抽出処理部と、この形状抽出処理部から出力される全
体形状情報を基に工具軌跡を生成する工具軌跡生成処理
部とで構成される3次元自動プログラミング機能を具備
したNC装置である。
(Summary of the Invention) The present invention provides a shape data input device that also uses a free-form surface as an object, and calculates the distance of arbitrary position data to a function expressing the shape of real space and parameter space. The 3D automatic programming function consists of a shape extraction processing section that performs set operations using data, and a tool trajectory generation processing section that generates a tool trajectory based on the overall shape information output from this shape extraction processing section. It is equipped with an NC device.

(発明の実施例) 第14図はこの発明方法を実現するシステム例を第10
図に対応させて示すもので、CSGによる形状データ2
0としては境界を示す面の関数情報が用いられ、自由曲
面データ23は境界データを含んでいない。そして、自
由曲面データ23は形状抽出処理部4θ内でアプリケー
ション対応の処理44からの空間情報と共に処理され、
更に数式化形状処理41の情報と共に形状情報スタック
エリア48に格納される。このスタックエリア48には
全てのプリミティブの情報が格納される。格納されたプ
リミティブは物体構造データ21を基にセットオペレー
ション42され、全体形状情報TSを得るようになって
いる。形状入力の方法は人間が直感的に理解し易く、し
かも表現能力の豊゛かなものが望まれ、ここではプリミ
ティブによる入力とセットオペレーションとの組合せを
用いている。複雑な形状は段階を追って作られていくた
め、形状の変形や付加、削除などの変更操作も形状を構
築する上で大きな役割を演じている。プリミティブによ
る入力は、直方体。
(Embodiment of the invention) Figure 14 shows an example of a system for realizing the method of the invention.
Shape data 2 by CSG is shown in correspondence with the figure.
As 0, function information of a surface indicating a boundary is used, and the free-form surface data 23 does not include boundary data. Then, the free-form surface data 23 is processed in the shape extraction processing unit 4θ together with the spatial information from the application-compatible processing 44,
Furthermore, it is stored in the shape information stack area 48 together with the information of the mathematical shape processing 41. This stack area 48 stores information on all primitives. The stored primitives are subjected to a set operation 42 based on the object structure data 21 to obtain overall shape information TS. A shape input method that is easy for humans to intuitively understand and has rich expressive capabilities is desired, and here a combination of input using primitives and set operations is used. Complex shapes are created step by step, so changing operations such as deforming, adding, and deleting shapes also play a major role in constructing shapes. The primitive input is a rectangular parallelepiped.

円柱等の単純な図形を基本形状として登録しておき、こ
れを必要に応じて取り出す方法である。また、セットオ
ペレーションはBoo 1eanOperationと
も呼ばれ、プリミティブや掃引などによって既に定義さ
れた2つの形状の空間領域に対して果合演算を行なうも
のである。一般に和、差、積の3種の演算が用いられ、
差の代わりに反転(Negative)を用いる場合も
ある。このような集合演算を繰り返して適用することに
より、複雑な形状を得ることができる。
This is a method in which a simple figure such as a cylinder is registered as a basic shape, and this is extracted as needed. Further, the set operation is also called a Boo 1ean Operation, and performs a result calculation on two spatial regions of shapes already defined by primitives, sweeps, or the like. Generally, three types of operations are used: sum, difference, and product.
In some cases, inversion (Negative) is used instead of difference. By repeatedly applying such set operations, complex shapes can be obtained.

ここにおいて、形状データを物体構造データ21と数式
化形状データ22に分けた場合、形状データ記憶部のメ
モリ容量が冗長になって無駄になることは前述した。前
述では2次元の形状について説明したが、球の数式化形
状データは中心座標と半径で表わされ、直方体は第15
図(A)に示すように1つの面を規定する3個の点CB
I〜CB3と、この面に直交する幅Wとで表わされる。
As mentioned above, when the shape data is divided into the object structure data 21 and the mathematically expressed shape data 22, the memory capacity of the shape data storage section becomes redundant and is wasted. In the above, the two-dimensional shape was explained, but the mathematical shape data of a sphere is expressed by the center coordinates and radius, and the rectangular parallelepiped is expressed by the 15th
Three points CB that define one surface as shown in figure (A)
It is represented by I to CB3 and a width W perpendicular to this plane.

また、円柱は底面円の中心及び半径と、軸方向の単位ベ
クトル及び高さとで表現され、円錐は第15図(B)に
示すように底面円の中心CPI及び半径rと、軸方向の
単位ベクトルN及び高さHと、斜面の傾斜角θとで表わ
され、自由曲面は第2図に示すようにuv力方向境界線
上の魚群2の数で表わされる。このような立体形状を考
慮すると、形状データ記憶部のメモリ容量の冗長度が更
に大きくなる。このため、この発明では逆ボーランド記
法で記述した形状データをメモリに順番に記憶するよう
にし、必要メモリ容量に無駄を生じないようにしている
。すなわち、この発明では形状データのストア部を物体
構造データと数式化形状データに分けることなく、第1
8図に示すように逆ボーランド記述された1つの形状デ
ータ24に整理し、形状抽出処理部40で数式化形状デ
ータ(41) 、オペレーションコード(42^)又は
自由曲面(45)かの判断をし、後述する方法で形状情
報スタックエリア48Aにストアし、この形状情報スタ
ックエリア46Aから全体形状情報TSを出力する。逆
ボーランド記述された形状データ24は、たとえば第2
図に示すような形状の場合には第17図の24で示すフ
ォーマットとなり、“B′° 、“A゛°“C”及び“
D″に数式化形状データが記述されている。
In addition, a cylinder is expressed by the center and radius of the base circle, a unit vector in the axial direction, and the height, and a cone is expressed by the center CPI and radius r of the base circle, and the unit in the axial direction, as shown in Figure 15 (B). It is expressed by the vector N, the height H, and the inclination angle θ of the slope, and the free-form surface is expressed by the number of fish schools 2 on the UV force direction boundary line as shown in FIG. When such a three-dimensional shape is taken into account, the redundancy of the memory capacity of the shape data storage section becomes even greater. Therefore, in the present invention, the shape data described in reverse Borland notation is stored in the memory in order, so that the required memory capacity is not wasted. That is, in this invention, the shape data storage section is not divided into object structure data and mathematically expressed shape data;
As shown in Fig. 8, it is organized into one shape data 24 written in reverse Borland, and the shape extraction processing unit 40 judges whether it is mathematical shape data (41), operation code (42^), or free-form surface (45). Then, it is stored in the shape information stack area 48A using a method described later, and the entire shape information TS is output from this shape information stack area 46A. The shape data 24 written in reverse Borland is, for example, the second
In the case of the shape shown in the figure, the format is shown as 24 in Fig. 17, and "B'°,""A゛°"C" and "
Mathematical shape data is described in D''.

このような逆ボーランド記述された形状データ24は、
第17図で示すような入力(P=B−A+C−ロ)11
に対して、一般的なコンピュータソフトウェア処理であ
るコンパイラ処理12を施して、逆ボーランド記述され
た形状データ24を得る。このような記憶方式を用いれ
ば、形状データはメモリエリアHAの先頭から順番にス
トアされるので、メモリ利用上でブランクエリアを生じ
て無駄となるようなこともない。メモリエリアHAの範
囲内で形状データを順番に入力・記憶することができる
Such shape data 24 written in reverse Borland is
Input as shown in Fig. 17 (P=B-A+C-B) 11
Compiler processing 12, which is general computer software processing, is applied to the data to obtain shape data 24 written in reverse Borland. If such a storage method is used, the shape data is stored in order from the beginning of the memory area HA, so there is no need to waste memory due to blank areas. Shape data can be input and stored in order within the memory area HA.

第17図はコンパイラ処理12で一括して逆ボーランド
記述された形状データ24を得る例であるが、第18図
に示すフローに従ってシーケンシャルに形状データ24
を得ることもできる。先ず入力される形状がPであるこ
とを示す“P”をメモリにストアしくステップ!31)
 、形状Bの数式化形状データを入力すると(ステップ
S2)、コンピュータの内部処理に適したフォーマット
にデータ変換され(ステップS3)、メモリにストアさ
れる(ステップS4)。次に、オペレーションコード(
−)が入力され(ステップS5)、形状Aの数式化形状
データが入力されてデータ変換された後に結果がメモリ
にストアされる(ステップ56〜S8)。その後にオペ
レーションコード(−)がメモリにストアされ(ステッ
プS8)、次にオペレーションコード(+)が入力され
(ステップ510)、更に形状Cの数式化形状データが
入力され(ステップ511)、同様にデータ変換されて
結果がメモリにストアされる(ステップS12゜513
)、オペレーションコード(りがメモリにストアされ(
ステップ514)、オペレーションコード(−)が入力
され(ステップ515)、形状りの数式化形状データが
入力され(ステップ51B)、データ変換された後に結
果がメモリにストアされ、オペレーションコード(−)
が入力されて;”が入力される(ステップSl?〜52
0)と、第17図で示すような形状データ24が生成さ
れて形状データ入力用のメモリに記憶される。
FIG. 17 is an example in which the shape data 24 written in reverse Borland is obtained all at once in the compiler processing 12, but the shape data 24 is obtained sequentially according to the flow shown in FIG.
You can also get First, store "P" in memory to indicate that the input shape is P! 31)
, when the mathematical shape data of shape B is input (step S2), the data is converted into a format suitable for internal processing of the computer (step S3) and stored in memory (step S4). Then the operation code (
-) is input (step S5), the mathematical shape data of shape A is input, data is converted, and the result is stored in memory (steps 56 to S8). After that, the operation code (-) is stored in the memory (step S8), then the operation code (+) is input (step 510), and the mathematical shape data of shape C is input (step 511), and similarly. Data is converted and the result is stored in memory (step S12゜513
), the operation code (re) is stored in memory (
Step 514), an operation code (-) is input (step 515), the mathematical shape data of the shape is input (step 51B), the result is stored in memory after data conversion, and the operation code (-) is input.
is input and ;” is input (step Sl?~52
0) and shape data 24 as shown in FIG. 17 are generated and stored in a memory for shape data input.

−1−述のようにしてメモリに記憶された逆ボーランド
記述された形状データ24を、形状抽出処理部40で処
理して形状情報スタックエリア4BAに全体形状情報T
Sを格納する。第18図はその様子を示すものであり、
形状データ24の先頭番地から順番に情報が転送され、
数式化形状データ(41) 、オペレーションコード(
42A)又は自由曲面(45)の判別がされると共に、
形状情報スタックエリア48Aは3つのエリアARI〜
AR3に分かれている。先ず、形状Pであることを示す
情報が転送されると、これが判別されてエリアAPIに
ストアされ(状態5TI)、次に数式化形状データBが
転送されてエリアAR2にストアされる(状態5T2)
。その後に次の数式化形状データAが転送されてエリア
AR3にストアされ(状態5T3)、オペレーションコ
ード(−)が転送されることによりエリアAR2で(B
−A)が演算され、その結果SlがエリアAR2にスト
アされる(状態ST4)。次の数式化形状データCが転
送されると状gsT5のようにエリアAR3にストアさ
れ、次にオペレーションコード(+)が転送されること
により、エリアAR2の結果S1とエリアAR3の数式
化形状データCとが加算され、その結果(S1+C)が
エリアAR2にストアされる(状JfR3TB)。その
後、数式化形状データDが転送ぎれてエリアAR3にス
トアされ(状態ST?)、オペレーションコード(−)
が転送されることによって(S2−If)が演算されて
エリアAR2にストアされ(状gsr8)、“=”が転
送されると状態ST9のようにエリアARIに(S2−
D)、つまりP=B−A+C−Dがストアされる。これ
により形状情報スタックエリアdEiAに、入力された
形状データPの全体形状情報が格納されたことになる。
-1- The shape data 24 written in reverse Borland and stored in the memory as described above is processed by the shape extraction processing unit 40, and the entire shape information T is stored in the shape information stack area 4BA.
Store S. Figure 18 shows this situation.
Information is transferred in order from the first address of the shape data 24,
Mathematical shape data (41), operation code (
42A) or free-form surface (45) is determined,
The shape information stack area 48A has three areas ARI~
It is divided into AR3. First, when information indicating that the shape is P is transferred, this is determined and stored in the area API (state 5TI), and then the mathematical shape data B is transferred and stored in the area AR2 (state 5T2). )
. After that, the next mathematical shape data A is transferred and stored in area AR3 (state 5T3), and the operation code (-) is transferred to area AR2 (B
-A) is calculated, and the result Sl is stored in area AR2 (state ST4). When the next mathematical shape data C is transferred, it is stored in area AR3 as shown in gsT5, and then the operation code (+) is transferred, so that the result S1 of area AR2 and the mathematical form data of area AR3 are stored. C is added, and the result (S1+C) is stored in area AR2 (state JfR3TB). After that, the mathematical shape data D is transferred and stored in area AR3 (state ST?), and the operation code (-)
is transferred, (S2-If) is calculated and stored in area AR2 (state gsr8), and when "=" is transferred, (S2-If) is calculated and stored in area ARI as in state ST9.
D), that is, P=B-A+C-D is stored. As a result, the entire shape information of the input shape data P is stored in the shape information stack area dEiA.

したがって、形状情報スタックエリア48Aのメモリ容
量も少なく済む。
Therefore, the memory capacity of the shape information stack area 48A can also be reduced.

ところで、3次元物体形状は3次元ユークリッド空間の
部分集合としてモデル化できる。モデルは物理的な物体
を表わすから、内部を閉じた3次元空間の部分集合であ
る。今、−うえられた物体に対応する3次元空間の閉じ
た領域を5(X)とし、この点集合をSとすると、S 
= (X : Xe 5(X))     −(1)と
表現することができる。5(X)は閉じた領域なので半
空間領域の集まりと考えることができ、Sを更にいくつ
かの部分集合による集合演算で表現することができる。
By the way, a three-dimensional object shape can be modeled as a subset of a three-dimensional Euclidean space. Since a model represents a physical object, it is a subset of a closed three-dimensional space. Now, let the closed region of the three-dimensional space corresponding to the lifted object be 5(X), and let this point set be S, then S
It can be expressed as = (X: Xe 5(X)) - (1). Since 5(X) is a closed region, it can be considered as a collection of half-space regions, and S can be further expressed by set operations using several subsets.

Sを5l(i=1.2.・・・+”)の部分集合に分解
し、逐次的にSをこれらの部分集合を使って集合演算φ
lで構成する。ここで利用する集合演算φ1は、和、積
及び差集合演算であるとする。こうすると (i=2.3.・・・、n) としてSを表現できる。φlは和集合演算ならばPL=
φ(Pi−1、9t)=Si U Pi−1、積集合演
算ならばPi=φ+ (P+−+ 、 Si)=’5u
lP+−+、差集合演算ならばPj=φ+(P+−++
 Si) =P+−+−S+=P+−+nS+(〜を補
集合演算とする)とする。Siをいくつかの部分集合の
積で表わし、Slの内部を閉じるとする。すなわち、 S+=S++  n  5ull−fl  Si−・−
・−・・(3)と置く。(3)式のSij を半空間領
域に対応ξせると、 S+j= (X : flJ(X)≧O)   ・・・
・・−(4)と書け、こうして3次元物体形状を半空間
領域による数学モデルとして表現できた。形状モデリン
グでは、Siの部分集合であるSIJ (j”L 2*
・・・、腸)の1つあるいはいくつかは、解析的に特徴
のある半空間領域を表わし、残りはこの半空開領域を閉
じるため使用されることが多い。このSlの特徴を91
の名前に使用し、あらかじめ準備されたSiの種類をそ
れぞれプリミティブと呼ぶ。
Decompose S into 5l (i=1.2...+") subsets, and sequentially perform set operation φ on S using these subsets.
Consists of l. It is assumed that the set operation φ1 used here is a sum, a product, and a difference set operation. In this way, S can be expressed as (i=2.3...,n). If φl is a union operation, PL=
φ(Pi-1, 9t)=Si U Pi-1, if it is an intersection set operation, Pi=φ+ (P+-+, Si)='5u
lP+-+, if it is a difference set operation, Pj=φ+(P+-++
Si) =P+-+-S+=P+-+nS+ (~ is a complementary set operation). Let us represent Si as a product of several subsets and close the interior of Sl. That is, S+=S++ n 5ull-fl Si-・-
Put it as ・・・(3). When Sij in equation (3) is made to correspond to the half-space region, S+j= (X: flJ(X)≧O)...
...-(4), and thus the three-dimensional object shape could be expressed as a mathematical model using a half-space region. In shape modeling, SIJ (j”L 2*
. 91 features of this Sl
Each type of Si prepared in advance is called a primitive.

次に、トポロジーモデルのセットオペレーションがどの
ような処理過程を経るかを説明する。今、第20図(A
)に示すように2つの立体口1.82があり、立体Bl
、B2は各々6つの面、12の辺、8の頂点を持つ。つ
まり、 B1について: F1=8.E1=12.V+ =8.H1=0.R1=
0.B+ =IB2について。
Next, a description will be given of the processing steps that a topology model set operation undergoes. Now, Figure 20 (A
), there are two solid openings 1.82, and the solid Bl
, B2 each have 6 faces, 12 edges, and 8 vertices. That is, for B1: F1=8. E1=12. V+ =8. H1=0. R1=
0. Regarding B+ = IB2.

F2=JE2=12.V2=8.H2=0.R2=0.
Bz=まただし、F−面、E=辺、v=頂点、■−穴、
R−穴輪郭(Ring)、B−立体である。
F2=JE2=12. V2=8. H2=0. R2=0.
Bz = square, F-plane, E = edge, v = vertex, ■-hole,
R-Ring, B-Stereo.

どなる。これは、多面体の必要条件であるオイラーポア
ンカレの式 %式%(5) を満たしている。この2つの立体B1及びB2に対し、
第20図(B)に示すように重ね合わせ、その形状B3
について F3=11. E3=24. V3=18. H3=0
. R3=1. B3=1となり、これもオイラーポア
ンカレの式を満たしている。つまり、“B+” =(8
,12,6,0,1)。
bawl. This satisfies the Euler-Poincaré equation (5), which is a necessary condition for a polyhedron. For these two solids B1 and B2,
Overlap as shown in Fig. 20 (B) and its shape B3
For F3=11. E3=24. V3=18. H3=0
.. R3=1. B3=1, which also satisfies the Euler-Poincaré equation. In other words, “B+” = (8
, 12, 6, 0, 1).

B2”  =(8,12,8,0,0,1)で “B5
1T  =  ”口1″、“B2パのときパB3”=(
1B、 24.11.0.1.1)となるために必要な 0で”=(0,0,−1,1,0,−1)ただし、各成
分は(v + e 、t 、r + h + b )の
処理を実施する必要がある。τ°“の処理は立体9面を
1つ消去して穴輪郭を1つ作る処理である。このように
してR1=0. R2=OからはR3=1になることに
より、Rは穴輪郭としているがこれはまぎれもなく立体
と立体の交差線を示すものである。これは、トポロジー
モデル(連結関係モデル)においてセットオペレーショ
ンを行なわせるためには、対称となる立体同志の交差線
が求められればよいことを意味している。また、第21
図〜第23図はプリミティブのセット第ペレーションの
例を示しており、第21図はプリミティブP1とR2の
和によって形状モデルP3が作成される様子を示してい
る。第22図はプリミティブP4とR5との差によって
形状モデルP6が作成される様子を、第23図はプリミ
ティブP7とR8の積によって形状モデルP8が作成さ
れる様子をそれぞれ示している。
B2” = (8, 12, 8, 0, 0, 1) and “B5
1T = “mouth 1”, “when B2 pa, pa B3” = (
1B, 24.11.0.1.1)" = (0, 0, -1, 1, 0, -1) However, each component is (v + e, t, r + h + b) processing must be performed. The processing τ°" is a process of erasing one of the nine three-dimensional surfaces and creating one hole outline. In this way, R1=0. Since R2=O becomes R3=1, R is defined as a hole outline, which clearly indicates an intersection line between two solids. This means that in order to perform a set operation in a topology model (connection relationship model), it is sufficient to find a line of intersection between symmetric solids. Also, the 21st
23 to 23 show examples of the set operation of primitives, and FIG. 21 shows how a shape model P3 is created by the sum of primitives P1 and R2. FIG. 22 shows how the shape model P6 is created by the difference between the primitives P4 and R5, and FIG. 23 shows how the shape model P8 is created by the product of the primitives P7 and R8.

ところで、自由曲面は通常曲面上の魚群によって表わさ
れ、第2図に示すように魚群2を滑らかに結んで曲面の
全体形状を表現する。便宜J−124図で示すような2
次元の点列(ノード;node)を考えると、ノード2
A〜2Gを必らず通り、かつ滑らかに結ぶ曲線は無数に
存在するが、これら曲線群の中から必らず1つの曲線を
定義する曲線式が必要である。ノードの数をnとすると
、(・−1)次多項式で上詠の条件を満だす曲線式を求
めることができる。しかし、多項式の次数が高くなれば
なるほどランジェ効果により曲線は振動し、この効果は
ノードを一部ずつ結ぶ低次の多項式を用いることにより
軽減さ□す0 れる。これが局所補間又はスプライン補間である。スプ
ライン補間は、ノードとノードの間を低次多項式で表現
するもので、ノードの数をnとすると(n−1)の式を
得ることになる。全量の接続性は、隣接する式の端条性
をノード上で一致させることで容易に保つことができる
By the way, a free-form surface is usually represented by a school of fish on a curved surface, and as shown in FIG. 2, the entire shape of the curved surface is expressed by connecting the school of fish 2 smoothly. 2 as shown in Figure J-124
Considering a dimensional point sequence (node), node 2
Although there are countless curves that always pass through A to 2G and connect smoothly, a curve equation is required that defines one curve from among these curves. When the number of nodes is n, a curved expression that satisfies the above condition can be obtained using a (.-1) degree polynomial. However, the higher the degree of the polynomial, the more the curve oscillates due to the Langer effect, and this effect can be reduced by using a low-order polynomial that connects the nodes one part at a time. This is local interpolation or spline interpolation. Spline interpolation expresses the distance between nodes using a low-order polynomial, and when the number of nodes is n, an equation (n-1) is obtained. Total connectivity can be easily maintained by matching the endness of adjacent expressions on nodes.

曲面の場合は、4つのノードで囲まれた曲面を1単位(
パッチと呼ぶ)として曲面式を設定し、上述の2次元の
場合と同様に(ただし、3次元の考察が必要)それらの
連続性をパッチの境界上で持たせればよい。曲面式は、
一般にCoonsの式、Bezeirの式、B−3pl
 ineパッチのいずれかを用いている。Coons補
開式は第25図に示すような曲面P(u、v)に対して P(u、v)= ・・・・・・・・・(6) ただし、 Fo(t)=2t1−3t2+1.   Go(t)4
3−2t2+tF+ (t)=−2t3+3t2 、 
  G+ (t)=t3−t2で与えられ、このCoo
ns補開式は実空間座標系に存在しないベクトル式であ
る。また、上記Coons補開式はパラメトリックな表
現法を用いており、このパラメトリック表現は複雑な式
を簡素表現できる反面、そのパラメトリック空間と実空
間との間の関係を明確にできないという欠点を持つ。つ
まり、パラメトリック空間内で式に与えるパラメータは
、実空間内で全く評価できないのである、物体は3次元
空間内に存在し、その空間内で評価される必要がある。
In the case of a curved surface, one unit (
It is sufficient to set a surface equation as a patch (referred to as a patch) and provide continuity on the boundary of the patch in the same way as in the two-dimensional case described above (however, three-dimensional consideration is required). The curved surface formula is
Generally, Coons equation, Bezeir equation, B-3pl
I'm using one of the ine patches. The Coons correction formula is as follows for the curved surface P(u, v) as shown in Fig. 25: P(u, v) = ...... (6) However, Fo(t) = 2t1- 3t2+1. Go(t)4
3-2t2+tF+ (t)=-2t3+3t2,
G+ (t)=t3-t2, and this Coo
The ns compensation formula is a vector formula that does not exist in the real space coordinate system. Further, the Coons compensation formula uses a parametric expression method, and while this parametric expression can simply express a complex expression, it has the drawback that the relationship between the parametric space and the real space cannot be made clear. In other words, the parameters given to the equation in parametric space cannot be evaluated at all in real space; the object exists in three-dimensional space and must be evaluated within that space.

金型形状等に見られる自由曲面と数式化表現可能な形状
とは全く同一座標系内に存在するにも拘わらず、全く別
の空間内で論議されるのである。そのため、この発明で
は自由曲面を数式化形状と同一空間で取扱うようにして
いる。
Although free-form surfaces seen in mold shapes and shapes that can be expressed mathematically exist in the same coordinate system, they are discussed in completely different spaces. Therefore, in this invention, the free-form surface is handled in the same space as the mathematically expressed shape.

この発明の自由曲面評価の手法を図面を参照して説明す
ると、第26図に示すように実空間内で指定した座標値
(x、y、z)が、パラメータ表示(u、v)された曲
面1に対してどのような位置関係にあるかを演算するも
のである。その演算手法は収束演算を利用するもので、
以下収束演算の概略を述べ、次にその詳細を説明する。
To explain the free-form surface evaluation method of this invention with reference to the drawings, as shown in Fig. 26, coordinate values (x, y, z) specified in real space are expressed as parameters (u, v). The positional relationship with respect to the curved surface 1 is calculated. The calculation method uses convergence calculation,
An outline of the convergence calculation will be described below, and then its details will be explained.

半空間領域化の基本概念は自由曲面の空間における評価
の実現である。今、第27図に示すように、自由曲面上
方に点Pを想定し、曲面1上の任意の点Nから4点Pま
での距離なEとする。曲面1上に無数に存在する任意の
位置全てに対し、この距離Eを計算し、距#Eが同じ値
をとる曲面l上の点を結ぶと第28図に示すよう番孔曲
面1上に距離Eの等高銀を描くことができる。これを、
E軸と曲面にの系U、v軸とで表わした図を第28図に
示す。これは曲面1からり一点Pへの距離関数となり、
この関数なψ(u、マ)とおく。そして、この関数に対
し一〇曲面1−1−のU方向について方向微分係数を求
めると、となる。Uを単位ベクトルとして、gradψ
との作る角を01 とすると、 を得る。同様にV方向について を得る。今、このポテンシャル関数の最小値を求める場
合、 なる条件を満たす必要がある。また、 ・・・・・・・・・(11) であるから1ψ1≠0とすると、 aOSθ1=o。
The basic concept of half-space regionalization is the realization of evaluation in the space of free-form surfaces. Now, as shown in FIG. 27, a point P is assumed above the free-form surface, and a distance E from an arbitrary point N on the curved surface 1 to four points P is assumed. If we calculate this distance E for all the infinitely many arbitrary positions on the curved surface 1 and connect the points on the curved surface l where the distance #E has the same value, we will find the distance E on the hole curved surface 1 as shown in Figure 28. We can draw a contour of distance E. this,
FIG. 28 shows a diagram representing the E axis and the system U and v axes of the curved surface. This is a distance function from the curved surface 1 to a point P,
Let this function be ψ(u, ma). Then, the directional differential coefficient of this function with respect to the U direction of the 10 curved surface 1-1- is calculated as follows. With U as a unit vector, gradψ
Letting the angle formed by 01 be obtained. Similarly, obtain the information for the V direction. Now, when finding the minimum value of this potential function, it is necessary to satisfy the following condition. Also, if 1ψ1≠0 because ・・・・・・・・・(11), then aOSθ1=o.

COSθ2=0である必要がある。故に、θ1=90°
、θ2=80°となる。ここで、0は曲面上の各方向と
gradψのなす角であることから、ポテンシャル関数
値の最小をとるEは4点Pに向う面法線方向での4点P
との距離となる。
It is necessary that COSθ2=0. Therefore, θ1=90°
, θ2=80°. Here, since 0 is the angle formed by each direction on the curved surface and gradψ, E, which takes the minimum potential function value, is the angle between the 4 points P in the surface normal direction toward the 4 points P.
The distance between

ポテンシャル最小値とは、4点の曲面に対する最短距離
を示すものであり、これはパラメトリックに表現された
曲面を空間的に評価する値となる。曲面補間式をQ(u
、v)とすると、そのときポテンシャル値は ψ(u、v)J P−Q(u、v)  I   −−−
(12)となり、さらにポテンシャルの発生する向きを
考えると ψ(u、v)=P −Q(u、v)     ・・・=
−・・C13)となる、今、ポテンシャル最小値を与え
る曲面上の点を帽、マ1 とすると、ポテンシャルベク
トルは、 となる。ポテンシャル最小値を与えるul+VI−Lの
面法線とψ(ul、v+)の向きは一致するので、+1
1.Vlの面法線ベクトルをnとするとS=ψ(u+ 
、 v+)o n     −−−−−−−・−(I5
)を行なうことによってポテンシャルの符号が決定でき
、その結果半空間領域の向き付けを行なうことができる
The minimum potential value indicates the shortest distance between four points on a curved surface, and is a value for spatially evaluating a parametrically expressed curved surface. The surface interpolation formula is Q(u
, v), then the potential value is ψ(u, v)J P-Q(u, v) I ---
(12), and further considering the direction in which the potential is generated, ψ (u, v) = P - Q (u, v) ... =
-...C13) Now, if the point on the curved surface that gives the minimum potential value is Ma1, the potential vector is as follows. Since the surface normal of ul+VI-L that gives the minimum potential value and the direction of ψ(ul, v+) match, +1
1. Letting the surface normal vector of Vl be n, S=ψ(u+
, v+) on −−−−−−−・−(I5
), the sign of the potential can be determined and, as a result, the orientation of the half-space region can be determined.

ポテンシャル最小なる曲面上のパラメータ値(ul、マ
1)を求めれば、自由曲面に対し半空間の領域分けを行
なうことができる。しかし、解析的に(u4.v+)を
求めることは不可能なため、探索法を用いて求める必要
がある。すなわち、曲面」二に探索初期位M(uo、マ
0)を設定し、その時のψ(uo、マ0)に対してその
極小値は−gradψ(UO*マ0)方向にあることは
理解できる。
By finding the parameter values (ul, ma1) on the curved surface with the minimum potential, it is possible to divide the free-form surface into half-space regions. However, since it is impossible to find (u4.v+) analytically, it is necessary to find it using a search method. In other words, it is understood that when the initial search position M (uo, Ma 0) is set on the curved surface 2, the minimum value is in the -grad ψ (UO * Ma 0) direction with respect to ψ (uo, Ma 0) at that time. can.

・・・・・・・・・(16) ψ ここで□=1ψl cas Oとなるので一ψ= ・・・・・・・・・(17) となる。これは、(−1ψl cos θ1.−1ψI
 cosθ2)方向に求めたい解があることを示してい
る。ここで、ψ(UO,マ0)は引らかに4点Pとの距
離であるので、次に求める位置はLll”−ψ(uo、
vo)・1ψl cos O+ + u。
・・・・・・・・・(16) ψ Here, □=1ψl cas O, so 1ψ= ・・・・・・・・・(17) This is (-1ψl cos θ1.-1ψI
This indicates that there is a desired solution in the cos θ2) direction. Here, ψ(UO, Ma0) is clearly the distance from the 4 points P, so the next position to be found is Lll''-ψ(uo,
vo)・1ψl cos O+ + u.

v+”−ψ(uo+マ0)・1ψl Co502+マ0
・・・・・・・・・(18) となる。ここで、X−(u、v)とすると」二記(18
)式は一般に、 ・・・・・・・・・(18) と書ける。ψ(X+−+)は探索ステップ、−ψ(Xi
−+)は探索方向を示している。この式により次の探索
位置を求め、その探索位置毎に5=(P  Q(X+)
)・n =S  (nは面法線)をモニタすればよい。
v+”-ψ(uo+Ma0)・1ψl Co502+Ma0
・・・・・・・・・(18) Here, if we take X-(u, v),
) formula can generally be written as ・・・・・・・・・(18). ψ(X+-+) is the search step, −ψ(Xi
−+) indicates the search direction. Use this formula to find the next search position, and for each search position 5=(P Q(X+)
)・n=S (n is the surface normal) should be monitored.

S#l又はS≠−1となった時のxlがポテンシャル最
小の位置である。
xl when S#l or S≠-1 is the position of the minimum potential.

第30図で示すように、曲面1は2つのパラメータU、
マで表現され、弐〇 =S (u、v)で示し、実空間
で任意に指定した点の位置ベクトルをPとする。今、初
期パラメータ値を(Pu、Pv)とすると、曲面1上の
位置ベクトルCは C=S (Pu、Pv)      −(20)となり
、この時のベクトルVは V =P−C・・・・・・・・・(21)となり、この
ベクトルVに対して であれば、IVIは曲面lから任意点に対する最短距離
にある。次に、上記(23)式を満足するようなパラメ
ータ(Pu、Pv)を求める手法を説明する。第31図
はパラメータ(Pu、Pv)点での曲面lの接平面IA
を示すもので、接平面IA上にはu、v各方向に接線ベ
クトルが存在する。この接平面IAにベクトル■を投影
したV′を計算すると、V’ =(nXV) X n 
      −−(24)によってベクトルの方向を計
算し、後にV’= IV l  sjnθ・V’ / 
l V’l  ・・・・・・(25)の計算をすること
によって求めることができる。そして、このベクトルV
°に対して、接平面IA上に存在するU、V方向の接線
ベクトル(Tu。
As shown in FIG. 30, the curved surface 1 has two parameters U,
It is represented by 2 = S (u, v), and P is the position vector of an arbitrarily specified point in real space. Now, if the initial parameter values are (Pu, Pv), the position vector C on the curved surface 1 is C=S (Pu, Pv) - (20), and the vector V at this time is V = P-C... (21), and for this vector V, IVI is the shortest distance from the curved surface l to any point. Next, a method for determining parameters (Pu, Pv) that satisfies the above equation (23) will be explained. Figure 31 shows the tangent plane IA of the curved surface l at the parameter (Pu, Pv) point.
, and tangent vectors exist in each of the u and v directions on the tangential plane IA. Calculating V' by projecting the vector ■ onto this tangent plane IA, we get V' = (nXV) X n
--Calculate the direction of the vector by (24), and then calculate V'= IV l sjnθ・V' /
l V'l can be obtained by calculating (25). And this vector V
, the tangent vector (Tu) in the U and V directions existing on the tangent plane IA.

Tマ)向きの成分を計算する。その計算は、各方向成分
を各々TU、TVとし、TuとX軸、Tマとy軸のなす
角をθ、ψとすると TU=V’x case −Vy sin O・−・−
・(2B)TV=−V’x sinψ−Vy cosψ
 ・・団・(27)となる。このTU、TVを基にそれ
に見合う大きさのパラメータ量分だけ、初期のパラメー
タから移動させたパラメータが、より上記(23)式を
満足させる可能性のある曲面位置を示しているといえる
。このパラメータの計算は面のU、マ方向の曲面の境界
線長さをDI、DVとするとPUnew−PU +TU
 / DU     ・−−C28)PVnew = 
PV +TV / DV     =−(29)で行な
われる。この結果を基に再び(20)式へ戻り、(23
)式が満足されるまでこの処理を繰り返す。(23)式
を満足したIVIは、面からの距離を表わす。しかし、
このままでは面の表裏どちらの方向か明確化しないので
、次に後述する極性判定を行なう必要がある。
Tma) Calculate the direction component. The calculation is as follows, where each direction component is TU and TV, and the angles between Tu and the X-axis, and between Tma and the y-axis are θ and ψ.TU=V'x case -Vy sin O・-・-
・(2B) TV=-V'x sinψ-Vy cosψ
・Dan・(27) becomes. It can be said that the parameters that are shifted from the initial parameters by a corresponding parameter amount based on TU and TV indicate the curved surface position that is more likely to satisfy the above equation (23). Calculation of this parameter is as follows: PUnew - PU + TU, where DI and DV are the boundary line lengths of the curved surface in the U and M directions of the surface.
/DU・--C28)PVnew=
PV + TV / DV = - (29). Based on this result, return to equation (20) again and (23
) This process is repeated until the formula is satisfied. IVI that satisfies equation (23) represents the distance from the surface. but,
As it is, it is not clear whether the surface is the front or the back, so it is necessary to perform polarity determination, which will be described later.

以上では一般的なベクトル式で説明したが、更に具体的
な例で説明すると、第31図で示したものと同様の性質
をもつデータを得る場合の評価関数は、第32図の接平
面4Sに関する面法線方向の距離ベクトルnである。こ
こで、曲面4A上の点Cはパラメータu、vと表現され
る。
The above has been explained using a general vector equation, but to explain it with a more specific example, the evaluation function when obtaining data with properties similar to those shown in Fig. 31 is the tangent plane 4S shown in Fig. 32. is the distance vector n in the direction of the surface normal. Here, the point C on the curved surface 4A is expressed as parameters u and v.

C= S (u、v)  x ” 5t(u、v)y 
= 5y(u、リ  0≦U≦1 z=Sz(u、v)   0≦V≦1 ・・・・・・・・・(30) スキャンライン7上の任意の点をPとし、スキャンされ
るパッチに探索開始点を決め、この探索開始点のパラメ
ータ値をul、vl とすると、となり、次に開始点と
任意の点との距離ベクトルを求める。
C= S (u, v) x ” 5t (u, v) y
= 5y(u, ri 0≦U≦1 z=Sz(u,v) 0≦V≦1 ・・・・・・・・・(30) Let P be any point on the scan line 7, and A search starting point is determined at a patch, and if the parameter values of this search starting point are ul and vl, then the distance vector between the starting point and an arbitrary point is determined.

V=P−C・・・・・・(32) このVベクトルに対して、 が成立すれば、IVIは評価関数の値である。V=P-C...(32) For this V vector, If it holds true, IVI is the value of the evaluation function.

スキャンライン7の評価は第33図のようになる。(3
3)式はパラメータul+マ1でのU方向接線ベクトル
とマ方向接線ベクトルの外積計算をしたもので、これは
面法線ベクトルnとなる。2次元の場合同様、(34)
式は1回では満足されないため、次の手続きへ移る。こ
の処理はVを接平面4Sに投影する処理であり、接平面
4SはU、マ接線ベクトルと法線ベクトルnから成る座
標系のu、v接線ベクトルが存在する平面である。接平
面4Sへの投影処理は第34図のようになる。すなわち
、 の計算をすることによって投影したベクトルの方向が計
算でき、その後にこのVoの大きさを決める。その計算
は で求め、られる。ここで求めた■について、Tu。
The evaluation of scan line 7 is as shown in FIG. (3
Equation 3) is a calculation of the cross product of the tangent vector in the U direction and the tangent vector in the ma direction with the parameter ul+ma1, which becomes the surface normal vector n. As in the two-dimensional case, (34)
Since the formula cannot be satisfied once, we move on to the next procedure. This process is a process of projecting V onto the tangential plane 4S, and the tangential plane 4S is a plane on which the u and v tangent vectors of the coordinate system consisting of the U, ma tangent vector and normal vector n exist. The projection process onto the tangential plane 4S is as shown in FIG. That is, by calculating the following, the direction of the projected vector can be calculated, and then the magnitude of Vo is determined. The calculation is calculated by . Regarding the ■ asked here, Tu.

Tv、 n座標系に対するTu、 Tv酸成分各々求め
る。ここでt、 Tu、 Tv軸は必ずしもx、 y、
 z直交座標系と一致しないため、座標変換の処理が必
要になる。座標変換の手順は、法線ベクトルをZ軸と一
致させる処理を基本とし、第35図に示すようにnに対
して、θ、ψのパラメータが分っているとすると、Z軸
回りに、 続いてY軸回りに、 の計算をすればnがZ軸と一致したことになる。このと
きのX−Y平面でのTu、 Tv座標系の関係は、第3
6図に示すものとなる。このような関を次に求める。V
oの成分を(Vx、 Vy、 Vz)とするとTu@、
分は、 Tu = Vx cogθ −Vy sinθ  ・・
・・・・(38)であり、Tv酸成分、 Tv = −Vx sinψ+Vy  cosψ ・・
・・−(40)となる。(39)及び(40)式により
計算した値を基に、これに見合う大きさのパラメータ分
だけ初期のパラメータul、マ1からずらした点が、よ
り(34)式を満足する可能性のある位置といえる。
Determine the Tu and Tv acid components for the Tv and n coordinate systems, respectively. Here, the t, Tu, and Tv axes are not necessarily x, y,
Since it does not match the z-orthogonal coordinate system, coordinate transformation processing is required. The procedure for coordinate transformation is based on the process of aligning the normal vector with the Z-axis. Assuming that the parameters θ and ψ are known for n as shown in Figure 35, around the Z-axis, Next, if we calculate the following around the Y axis, n will match the Z axis. At this time, the relationship between the Tu and Tv coordinate systems on the X-Y plane is the third
The result is shown in Figure 6. Next, find such a function. V
If the components of o are (Vx, Vy, Vz), then Tu@,
The minutes are Tu = Vx cogθ −Vy sinθ ・・
...(38), Tv acid component, Tv = -Vx sinψ+Vy cosψ...
...-(40). Based on the values calculated using equations (39) and (40), a point shifted from the initial parameters ul and ma1 by a parameter corresponding to this value is more likely to satisfy equation (34). It can be said to be the location.

新たなパラメータの位置の計算は、パッチのU。Calculation of the position of the new parameter U of the patch.

V方向の境界線長さをDu、Dマとすれば、で行なえば
よい。
If the boundary line lengths in the V direction are Du and Dma, then

ところで、評価関数の極性は、面によって形成される立
体の形状内外の判定を行なうために必要なデータである
。この極性は形状内において負、形状外において正であ
るのが望ましく、面で表現される形状の内外判定の基本
は面法線との関係である。ここでは極性の決定に、面法
線と評価ベクトルの開き角より決定する方法をとる。」
二記(23)式を満足したVoに対して→→ の計算を行なうと、以下に示すようにnとVoの開き角
が80°以上の時にAMは負、90°以下の時にANは
正となる。また、nとV“はほぼ同一直線−Lに存在す
るので AN  勾1.  面法線ベクトルと同方向−1;  
面法線ベクトルと逆方向 となり、評価関数値を とすれば、形状内外の判定可能な評価関数となる。
Incidentally, the polarity of the evaluation function is data necessary for determining whether a solid formed by surfaces is inside or outside the shape. This polarity is preferably negative within the shape and positive outside the shape, and the basis for determining the inside and outside of a shape expressed by a surface is the relationship with the surface normal. Here, a method is used to determine the polarity based on the opening angle between the surface normal and the evaluation vector. ”
When calculating →→ for Vo that satisfies Equation 2 (23), as shown below, AM is negative when the opening angle between n and Vo is 80° or more, and AN is positive when it is 90° or less. becomes. Also, since n and V" exist on almost the same straight line -L, AN slope is 1. Same direction as the surface normal vector -1;
The direction is opposite to the surface normal vector, and if the evaluation function value is taken, it becomes an evaluation function that can determine whether the shape is inside or outside.

面境界での評価関数の取扱いとして、評価関数の適用可
能な領域範囲が存在する。評価関数は任意のスキャン点
に対して形状を表現する面の面法線方向の距離で表わす
。そのため、第37図に示すような適用範囲が存在する
。しかし、評価関数の演算を行なわせる際、上記(2B
)及(29)式の結果がこの領域外になることがある。
When handling evaluation functions at surface boundaries, there is a range of areas to which evaluation functions can be applied. The evaluation function is expressed as a distance in the normal direction of the surface representing the shape with respect to an arbitrary scan point. Therefore, there is an applicable range as shown in FIG. 37. However, when calculating the evaluation function, the above (2B
) and (29) may fall outside this range.

この位置は曲面1上に存在しないため、その位置からス
キャン点に対して面法線を立てるのは不可能であり、領
域外の評価関数の取、扱いについて特別に考慮しなくで
はならない。
Since this position does not exist on the curved surface 1, it is impossible to establish a surface normal to the scan point from this position, and special consideration must be given to the handling of evaluation functions outside the area.

ここでは、第38図に示すようなベクトルEを評価ベク
トルとする。すなわち、パッチ4の境界線5に垂直な面
法線6に対して、境界線5に直交するベクトルを考え、
その垂直方向ベクトルを評価ベクトルEとするのである
。このような評価ベクトルEを用いると、評価関数は近
似的にではあるが第39図に示すようにパッチ曲面4か
らの距離を明確化し、かつ面4に対する」−軍関係(表
裏関係)を明確化する。その演算法は上記(28)及び
(28)式の結果が第40図に示すA〜Hの望城のどこ
に属するかを判定する。これハハラメータ空間上での領
域判定である。この判定は、パラメータ空間上で形状内
部を表現する領域を負とするようなF(u、v )≦0
なる関数を各境界線毎に用意しく4本)、その値を全て
比較することで容易に行なうことができる。次に、第4
1図に示すように、パラメータ空間上での前回の探索位
MPlと、上記(28)及び(28)式の結果P2から
求めることができる直線と形状境界との交点IPを求め
る。直線の式は であるので、交点IPは容易に求めることができる。こ
のパラメータを基に再びVoを求める処理を行なう。こ
の処理を経ても尚(28)及び(29)式の結果P2が
領域外であるなら、境界線とスキャン点に対し第42図
で示すような探索を行なって行き、 V“ ・ T=0      ・・・・・・・・・(4
5)となるようなU、Vパラメータを求め、第37図に
示すような評価関数値を求める極性は前述と同一である
。なお、第42図は境界線5に上の点(U、V)とスキ
ャン点SCとの間をベクトルV゛で表わし、点(u、マ
)における接線ベクトルをTで示している。そして、(
45)式の結果を得る手法は第43図に示す通りである
Here, a vector E as shown in FIG. 38 is assumed to be an evaluation vector. In other words, consider a vector perpendicular to the boundary line 5 with respect to the surface normal 6 perpendicular to the boundary line 5 of the patch 4,
The vertical vector is defined as the evaluation vector E. When such an evaluation vector E is used, the evaluation function clarifies the distance from the patch surface 4, although approximately, as shown in Figure 39, and also clarifies the military relationship (front and back relationship) with respect to surface 4. become The calculation method is to determine which of the castles A to H shown in FIG. 40 the results of the above equations (28) and (28) belong to. This is area determination on the Hahara meter space. This determination is based on F(u,v)≦0, which makes the region representing the inside of the shape negative on the parameter space.
This can be easily done by preparing four functions for each boundary line) and comparing all their values. Next, the fourth
As shown in FIG. 1, the intersection point IP of the straight line and the shape boundary, which can be obtained from the previous search position MPl on the parameter space and the result P2 of equations (28) and (28) above, is found. Since the equation of the straight line is, the intersection point IP can be easily determined. Based on this parameter, the process of determining Vo is performed again. If the result P2 of equations (28) and (29) is still outside the area even after this process, search is performed for the boundary line and scan point as shown in FIG. 42, and V"・T=0・・・・・・・・・(4
5) The polarity of determining the U and V parameters and determining the evaluation function value as shown in FIG. 37 is the same as described above. In addition, in FIG. 42, the distance between the point (U, V) on the boundary line 5 and the scan point SC is represented by a vector V', and the tangent vector at the point (u, ma) is represented by T. and,(
The method for obtaining the result of equation 45) is as shown in FIG.

以上述べた方法で自由曲面の評価を行なうことによって
、次に示すような2つの自由曲面間の交線を求めること
ができる。第32図に示すように、2つの曲面4A及び
4Bのどちらか一方の面上にスキャンライン7を設定し
、そのライン7上の点について上記手法に基づく評価法
を用いる。この際、この評価法によって計算される評価
関数とスキャンラインとの関係は第33図のようになり
、この評価関数のOとなる位置がスキャンライン7と面
4Aとの交点となり、全てのスキャンライン7について
この交点を求めると、その交点群は曲面4A及び4B間
の交線を表わすことになる。
By evaluating the free-form surfaces using the method described above, it is possible to find the line of intersection between two free-form surfaces as shown below. As shown in FIG. 32, a scan line 7 is set on one of the two curved surfaces 4A and 4B, and the evaluation method based on the above method is used for points on the line 7. At this time, the relationship between the evaluation function calculated by this evaluation method and the scan line is as shown in Figure 33, and the position O of this evaluation function is the intersection of scan line 7 and surface 4A, and all scan If this intersection point is found for the line 7, the group of intersection points will represent the line of intersection between the curved surfaces 4A and 4B.

第44図は、NC装置300内に上述の如き工具軌跡生
成機能を組込んだ際の処理の流れを示す。
FIG. 44 shows the flow of processing when the above-mentioned tool trajectory generation function is incorporated into the NC device 300.

通常の処理は紙テープ307のHCの情報を読込み(3
03) 、そのNC情報を表わし゛ているキャラクタイ
メージのデータをバイナリ変換する(304)。
Normal processing reads the HC information on the paper tape 307 (3
03) The data of the character image representing the NC information is converted into binary (304).

そのバイナリデータを基に指令情報の解析処理を行ない
(305) 、サーボ処理(30B)を行なってその出
力を工作機械308に与える。 NC装置300に工具
軌跡生成機能302を組込むと、直接バイナリデータを
出力できること、直線補間の連続であるため指令情報解
析が不要であること等の利点があり、これにより処理の
高速化が期待できる。このため、NC装置300が工具
軌跡生成機能を有することは有効であり、形状データ3
01を入力して工具軌跡TPを生成してサーボ処理(3
08)すれば、入力された形状データに従った加工を行
なうことができる。よ馴て、前述の形状抽出処理部40
をNC装置300内に工具軌跡生成処理302として組
込めば、セットオペレーションされた全体形状情報TS
゛を工具軌跡TPとして利用することができる。この場
合、複雑形状の加工の際に必要となるNC指令情報は膨
大な量となりその取扱いが問題となるが、それに対して
工具軌跡生成処理(302)をするための形状データ3
01は非常にコンパクトな量〒あり、その取扱いも容易
である。また、第45図は上記NC装置300のハード
ウェアの構成例を示し、工具軌跡生成処理部312と従
来のNCコントロール部の接続は2通り考えられる。1
つは、工具軌跡生成処理部312を内部に置く利点を十
分に生かす方法であり、これは図示実線で示すように工
具軌跡生成処理部312及びNCコントロール部のCP
O310が共通に利用可能なRAM311を設け、この
RAM311を介して相互に情報伝達するものである。
Based on the binary data, command information is analyzed (305), servo processing (30B) is performed, and the output is given to the machine tool 308. When the tool path generation function 302 is incorporated into the NC device 300, there are advantages such as being able to directly output binary data and not requiring analysis of command information since it is a continuous linear interpolation process, which can be expected to speed up the processing. . For this reason, it is effective for the NC device 300 to have a tool trajectory generation function, and the shape data
01 to generate the tool path TP and perform servo processing (3
08) Then, processing can be performed according to the input shape data. Please familiarize yourself with the above-mentioned shape extraction processing section 40.
If it is incorporated into the NC device 300 as the tool trajectory generation processing 302, the entire shape information TS that has been set operated can be
can be used as the tool path TP. In this case, the amount of NC command information required when machining a complex shape is enormous, and its handling becomes a problem.
01 is available in a very compact quantity and is easy to handle. Further, FIG. 45 shows an example of the hardware configuration of the NC device 300, and there are two possible connections between the tool trajectory generation processing section 312 and the conventional NC control section. 1
The first method is to take full advantage of the advantage of locating the tool path generation processing section 312 internally.
A RAM 311 that can be used in common by O310 is provided, and information is mutually transmitted via this RAM 311.

これによるとデータ転送時のロス時間がなくなり、高速
処理が可能である。もう1つは、従来のNCコントロー
ル部との間に、図示破線部のようにインタフェース31
3を設けて接続する方法である。この方法を用いると処
理速度にデータ転送速度の影響が含まれるので、全体的
に処理速度が遅くなる。
According to this, there is no loss time during data transfer, and high-speed processing is possible. The other is an interface 31 between the conventional NC control unit and the broken line in the figure.
This is a method of connecting by providing 3. When this method is used, the processing speed includes the influence of the data transfer speed, so the overall processing speed becomes slower.

なお、第44図の例では、形状データ3QlをN(E装
M300内で直接工具軌跡生成処理(302)するよう
にしているが、第46図に示すようにNC情報と共に紙
テープ307に入力し、指令情報の読込み時に、NC情
報か形状データかを判定して振分けるようにすることも
可能である。
In the example shown in FIG. 44, the shape data 3Ql is directly processed (302) to generate the tool trajectory in the E-mount M300, but as shown in FIG. It is also possible to determine whether the command information is NC information or shape data and to sort it when reading the command information.

この発明は、自動プログラミングシステムの形状データ
入力機能を取り除いた加工条件入力機能、工具軌跡シミ
ュレーション機能、工具軌跡生成機能をNC装置に組込
んだ形式のNC装置である。 NCプログラムは、前述
した形状モデリングシステムを用いた被加工物の幾何学
的情報を正確に作成する。Sらに必要であれば、加工プ
ロセスを考慮した加工条件を作成する。 NC装置への
情報としては、被加工物の幾何情報と加工条件情報を用
いる。これらの情報は、NC指令データに比べて形状が
複雑になっても膨大になることはなく、情報のハンドリ
ングが非常に容易になる。これらの情報を受取って工作
機械オペレータは、NC装置内の工具軌跡シミュレーシ
ョン機能を用いて加工のチェックを行なう。そして、必
要であれば加工条件の修正を行なう。この発明では修正
機能を有するので、この種の修正はNCプログラマのレ
ベルまで戻る必要がなく、かつ工作機械オペレータの持
つ加工ノウハウをその場で反映できるため、自由度の高
い加工を実現することができる。自動プログラミングシ
ステムは、データ構造に逆ボーランド記法の構造を用い
、自由曲面の取扱いについては、法線ベクトル作成アル
ゴリズムを用いたシステムを基本システムとしてその機
能をNC装置に組込むが、他の自動プログラミングシス
テムでも上記効果は十分得られるものである。
The present invention is an NC device in which a machining condition input function, a tool trajectory simulation function, and a tool trajectory generation function are incorporated into the NC device, by removing the shape data input function of an automatic programming system. The NC program accurately creates geometric information of the workpiece using the shape modeling system described above. If necessary, create machining conditions that take the machining process into consideration. Geometric information of the workpiece and processing condition information are used as information to the NC device. Compared to NC command data, this information does not become enormous even if the shape becomes complicated, and handling of the information becomes very easy. Upon receiving this information, the machine tool operator checks the machining using the tool trajectory simulation function within the NC device. Then, if necessary, the processing conditions are corrected. Since this invention has a correction function, there is no need to go back to the NC programmer level for this type of correction, and the machining know-how of the machine tool operator can be reflected on the spot, making it possible to realize machining with a high degree of freedom. can. The automatic programming system uses the reverse Borland notation structure for the data structure, and for handling free-form surfaces, the basic system is a system that uses a normal vector creation algorithm and its functions are incorporated into the NC device, but other automatic programming systems However, the above effects can be sufficiently obtained.

(発明の効果) ′ 以上のようにこの発明のNC装置によれば、自動プ
ログラミングを用いてMO加工を行なわせる際の、NC
指令データ処理の問題、指令データの修正の問題を、N
C装置に自動プログラミングの機能を組込むことによっ
て解決できる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the NC device of the present invention, when MO processing is performed using automatic programming, the
N
This problem can be solved by incorporating an automatic programming function into the C device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は2次元図形についてのセットオペレーションを
説明するための図、第2図は曲面の魚群による表示例を
示す図、第3図はxYZ実空間とUマパラメータ空間の
関係を示す図、第4図〜第6図は実空間とパラメータ空
間との間の関係を説明するための図、第7図はB−Re
psによる従来のシステム例を示すブロック図、第8図
は立体形状の一例を示す図、第9図及び第11図は第8
図の立体形状の分解例を説明するための図、第10図は
CSGによる従来のシステム例を示すブロック図、第1
2図及び第13図は形状データの入力を説明するための
図、第14図はこの発明方法を実現するシステム例を示
すブロック図、第15図(A)及び(B)は数式化形状
データを説明するための図、第18図はこの発明による
図形データの処理システムの例を示すブロック図、第1
7図〜第19図は逆ボーランド記述された形状データの
生成及び処理を説明するための図、第20図〜第23図
はセットオペレーションを説明するための図、第24図
は曲面の補間を説明するための図、第25図はCoon
s補開式を説明するための図、第26図〜第31図はこ
の発明による自由曲面の評価の原理を説明するための図
、第32図〜第36図はこの発明の自由曲面の具体的な
評価を説明するための図、第37図〜第43図は自由曲
面の極性判定の手法を説明するための図、第44図及び
第45図はNC装置に対する具体的応用例を示すブロッ
ク構成図、第48図は更に別の例を示すブロック構成図
である。 l・・・曲面、1^・・・接平面、2・・・魚群(ノー
ド)、3・・・矩形領域、4・・・パッチ、lO・・・
形状データ入力装置、20・・・形状データ、30・・
・数式化形状処理部、31・・・加工情報、40・・・
形状抽出処理部、41・・・数式化形状処理、42・・
・セットオペレーション、43.44・・・アプリケー
ション対応の処理、45・・・自由曲面評価演算処理、
46・・・形状情報スタックエリア、200・・・立体
形状、300・・・NC装置。 図面のンY!L(:)・コ容に変更なし)% l 図 % 2 図 第B図 も 9 図 るl1図 箸26  図 石29 図 手続補正書(方式) 昭和60年6月28日
Fig. 1 is a diagram for explaining a set operation for a two-dimensional figure, Fig. 2 is a diagram showing an example of displaying a school of fish on a curved surface, Fig. 3 is a diagram showing the relationship between the xYZ real space and the U parameter space, Figures 4 to 6 are diagrams for explaining the relationship between the real space and the parameter space, and Figure 7 is a diagram for explaining the relationship between the real space and the parameter space.
A block diagram showing an example of a conventional system using ps, FIG. 8 is a diagram showing an example of a three-dimensional shape, and FIGS.
Figure 10 is a block diagram showing an example of a conventional system using CSG.
2 and 13 are diagrams for explaining the input of shape data, FIG. 14 is a block diagram showing an example of a system that implements the method of this invention, and FIGS. 15 (A) and (B) are representations of mathematically expressed shape data. FIG. 18 is a block diagram showing an example of a graphic data processing system according to the present invention.
Figures 7 to 19 are diagrams for explaining the generation and processing of shape data described in reverse Borland, Figures 20 to 23 are diagrams for explaining set operations, and Figure 24 is a diagram for explaining interpolation of curved surfaces. A diagram for explaining, Fig. 25, is a diagram of Coon
Figures 26 to 31 are diagrams for explaining the s-compensation formula, Figures 26 to 31 are diagrams to explain the principle of evaluation of free-form surfaces according to the present invention, and Figures 32 to 36 are diagrams showing specific examples of free-form surfaces according to the present invention. Figures 37 to 43 are diagrams to explain the polarity determination method for free-form surfaces, and Figures 44 and 45 are blocks showing specific application examples to the NC device. FIG. 48 is a block diagram showing yet another example. l...Curved surface, 1^...Tangential plane, 2...Fish school (node), 3...Rectangular area, 4...Patch, lO...
Shape data input device, 20... Shape data, 30...
- Mathematical shape processing section, 31... Processing information, 40...
Shape extraction processing unit, 41... Mathematical shape processing, 42...
・Set operation, 43. 44... Application compatible processing, 45... Free-form surface evaluation calculation processing,
46... Shape information stack area, 200... Three-dimensional shape, 300... NC device. Drawing nY! L (:)・No change in content) % l Figure % 2 Figure B also 9 Figure l1 Figure Chopsticks 26 Figure stone 29 Figure procedure amendment (method) June 28, 1985

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 自由曲面をも対象とした形状データ入力装置と、実空間
及びパラメータ空間の形状を表現する関数に対する任意
位置データの距離を求め、前記形状の物体構造データを
用いてセットオペレーションを行なう形状抽出処理部と
、この形状抽出処理部から出力される全体形状情報を基
に工具軌跡を生成する工具軌跡生成装置部とで構成され
る3次元自動プログラミング機能を具備したことを特徴
とする3次元自動プログラミング機能を有するNC装置
A shape data input device that also targets free-form surfaces, and a shape extraction processing unit that calculates the distance of arbitrary position data to a function that expresses the shape in real space and parameter space, and performs a set operation using object structure data of the shape. and a tool path generation unit that generates a tool path based on the overall shape information output from the shape extraction processing unit. An NC device with
JP60055080A 1985-03-13 1985-03-19 Nc device with automatic three-dimensional programming function Granted JPS61213902A (en)

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KR1019860001800A KR900003123B1 (en) 1985-03-13 1986-03-13 Method for evaluating free surface and n.c. system
DE19863608438 DE3608438A1 (en) 1985-03-13 1986-03-13 METHOD FOR CALCULATING FREE CURVED SURFACES BY MEANS OF COMPUTER-AID DESIGN CAD AND COMPUTER-AID MANUFACTURING CAM AND NUMERICAL CONTROL NC
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58219606A (en) * 1982-06-14 1983-12-21 Mitsubishi Electric Corp Automatic shape working system
JPS6015711A (en) * 1983-07-07 1985-01-26 Fanuc Ltd Forming method of curved surface

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