加工仿真显示装置及加工仿真显示方法与流程

本发明涉及进行对通过工作机械加工工件进行模拟的加工仿真的加工仿真显示装置及加工仿真显示方法。

背景技术：

在由数控(numericalcontrol：nc)装置驱动的工作机械对加工对象的工件进行加工时，为了对加工程序的验证作业进行辅助，使用将对工件和在工作机械设置的刀具进行了模拟的图像显示于显示画面的加工仿真。在准备加工程序的cam(computeraidedmanufacturing)系统、或者执行加工程序而对工作机械进行控制的nc装置中，大多具有该加工仿真的功能。

操作者通过执行加工仿真而利用动画显示掌握工件被加工的过程和刀具移动的过程，由此对切削过度或者切削残留这样的加工错误进行验证，并且对是否存在没有意料到的刀具的移动进行验证。在这里，加工仿真执行中的显示，每隔一定时间被更新，或者以一定次数的刀具移动指令为单位而被更新。然而，近年来，伴随工作机械的高功能化和高性能化，广泛地进行具有复杂的形状的部件的加工，其结果，为此的加工程序存在大规模化并且复杂化的倾向。因此，操作者无法掌握复杂的刀具的移动，验证作业变得困难这样的问题变得严重。

为了解决如上所述的问题，专利文献1的动作仿真装置将对以刀具为代表的可动物的移动轨迹赋予特征的轨迹图形及箭头图形叠加显示于显示部，由此容易掌握可动物的移动轨迹。

专利文献1：日本发明专利第5426719号公报

技术实现要素：

但是如专利文献1中公开这样，在将可动物的移动轨迹的图形和相关信息叠加显示于显示部的方法中，原本的显示对象物即工件及刀具的视觉识别性恶化，存在难以直观地掌握刀具的移动轨迹这样的课题。另外，还考虑将显示更新周期变得精细这样的方法，在该情况下虽然动画显示变得顺畅、刀具的移动路径的掌握变得容易，但另一方面会产生下述课题，即，难以决定可避免过度地发生显示更新处理的开销的适当的显示更新间隔。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到能够容易地掌握仿真执行时的刀具的移动轨迹的加工仿真显示装置。

为了解决上述的课题并达到目的，本发明的加工仿真显示装置，其使工件的形状和对工件进行加工的刀具的形状的图像显示于显示画面，该加工仿真显示装置的特征在于，具有显示更新部，该显示更新部在从对显示于显示画面的图像进行更新的第1显示更新定时至经过一定的显示更新周期后的第2显示更新定时为止的刀具的移动轨迹的变化点，对显示于显示画面的刀具的形状的变化点处的位置及姿态下的图像进行更新。

发明的效果

本发明所涉及的加工仿真显示装置，具有能够容易地掌握仿真执行时的刀具的移动轨迹这样的效果。更具体地说，在粗糙的显示更新间隔下仅在刀具的移动轨迹的变化点追加显示更新，由此消除在沿移动轨迹移动的中途将经过精细地显示出的情况下过度地发生显示更新处理的课题、视觉识别性恶化的现有技术的课题，能够容易地掌握刀具的移动轨迹。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的加工仿真显示装置的功能结构的图。

图2是表示加工程序的验证作业的对象即工作机械和加工对象的工件的一个例子的图。

图3是用于对图1所示的控制部中的第1显示更新定时、第2显示更新定时及显示更新周期进行说明的图。

图4是表示在图1所示的显示画面显示的工件、刀具和刀具移动轨迹的图。

图5是表示通过本发明的实施方式1所涉及的加工仿真显示装置更新的图像的一个例子的图。

图6是用于对本发明的实施方式1所涉及的加工仿真显示装置的动作进行说明的流程图。

图7是表示通过本发明的实施方式2所涉及的加工仿真显示装置更新的图像的一个例子的图。

图8是用于对本发明的实施方式2所涉及的加工仿真显示装置的动作进行说明的流程图。

图9是表示将本发明的实施方式1、2所涉及的加工仿真显示装置实现的硬件的结构例的图。

图10是表示本发明的实施方式1、2中的刀具移动轨迹的变化点的其他例子的图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的实施方式所涉及的加工仿真显示装置及加工仿真显示方法详细地进行说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的加工仿真显示装置的功能结构的图。图2是表示加工程序的验证作业的对象即工作机械和加工对象的工件的一个例子的图。下面，在使用图2对加工程序的验证作业的对象即工作机械和工件的概要进行说明之后，使用图1对本发明的实施方式1所涉及的加工仿真显示装置100的功能详细地进行说明。以下有时将加工仿真显示装置100简称为“加工仿真器100”。

在图2示出工作机械200的外观，工作机械200是正交3轴的立式工作机械的一个例子。工作机械200具有：台架21；鞍座22，其设置于台架21上，在y轴方向被驱动；工作台23，其设置于鞍座22上；以及柱24，其固定于台架21，向台架21的上方延伸。在柱24安装滑枕25，在工作台23上设置加工对象的工件300。

另外，图2所示的工作机械200具有：作为致动器的x轴驱动机构26x，其安装于鞍座22，将工作台23在x轴方向驱动；作为致动器的y轴驱动机构26y，其安装于台架21，将鞍座22在y轴方向驱动；以及作为致动器的z轴驱动机构26z，其安装于柱24，将滑枕25在z轴方向驱动。

x轴驱动机构26x具有x轴电动机27x、由x轴电动机27x驱动的进给轴28x和对进给轴28x的旋转角度进行检测的旋转角检测器29x。y轴驱动机构26y具有y轴电动机27y、由y轴电动机27y驱动的进给轴28y和对进给轴28y的旋转角度进行检测的旋转角检测器29y。z轴驱动机构26z具有z轴电动机27z、由z轴电动机27z驱动的进给轴28z和对进给轴28z的旋转角度进行检测的旋转角检测器29z。此外，除了在图2例示出的正交3轴的立式工作机械以外，也存在还具有使刀具姿态变化的旋转轴的4～5轴的工作机械，本发明并不依赖于这些工作机械的种类。

通过x轴驱动机构26x对工作台23进行驱动，通过y轴驱动机构26y对鞍座22和在其上部设置的x轴驱动机构26x进行驱动。滑枕25及主轴30通过在柱24安装的z轴驱动机构26z进行驱动，通过在主轴30的前端安装的刀具31对工件300进行加工。作为结果，将工件300的xy平面内的2自由度运动和刀具31的z轴方向上的1自由度的运动进行组合，在xyz的3维空间内、即在3自由度下，将刀具31和工件300相交叉的部分即工件300的表面的材料去除。由此创建3维形状。

图1所示的加工仿真器100是用于进行对通过图2所示的工作机械200加工工件300进行模拟的加工仿真的装置。加工仿真器100具有：工件形状处理部1，其基于在加工程序数据10中记述的刀具移动指令，进行工件形状数据11的更新处理；以及工件形状显示部2，其将工件形状数据11作为输入，按照投影显示参数12进行投影处理，生成工件显示图像数据13而输出。

加工程序数据10是记述了作为加工仿真的对象的图2的刀具31的移动指令即刀具移动指令多个的数据。工件形状处理部1基于在加工程序数据10中记述的刀具移动指令，使刀具形状数据14的3维形状模型移动，将工件形状数据11的3维形状模型逐次变形，由此对加工进行模拟。具体地说，工件形状处理部1重复下述处理，即，对多个刀具移动指令各自进行解析，对沿与从移动的起点至终点为止的移动模式相对应的曲线使刀具形状数据14的3维形状模型连续移动而得到的3维的扫描形状和工件形状数据11的3维形状模型交叉的区域进行计算，从工件形状数据11的3维形状模型减去相交叉区域而对工件形状数据11进行更新。

工件形状数据11是将从加工开始位置至加工结束位置为止的时时刻刻的工件300的形状通过3维形状模型模拟出的数据。工件显示图像数据13是将工件形状数据11的3维形状模型按照投影显示参数12投影出的工件的图像数据。另外，工件显示图像数据13由表示像素的亮度及颜色的彩色数据和表示投影的深度信息的景深数据的组合构成。

另外，加工仿真器100具有刀具形状显示部3，该刀具形状显示部3基于加工仿真执行中的指定的时刻下的刀具的位置及姿态，将刀具形状数据14的3维形状模型按照投影显示参数12进行投影处理，将刀具显示图像数据15输出。刀具形状数据14是将刀具31的形状以3维形状模型模拟出的数据。刀具显示图像数据15是将刀具形状数据14的3维形状模型按照投影显示参数12投影出的显示图像。另外，刀具显示图像数据15由表示像素的亮度及颜色的彩色数据和表示投影的深度信息的景深数据的组合构成。

另外，加工仿真器100具有显示图像合成部4，该显示图像合成部4基于工件显示图像数据13及刀具显示图像数据15，将工件形状图像及刀具形状图像合成，生成用于将合成后的工件形状图像及刀具形状图像显示于显示画面400的合成显示图像数据16而输出。合成显示图像数据16是将工件显示图像数据13及刀具显示图像数据15通过z缓冲法进行隐藏面处理而得到的图像数据。该合成显示图像数据16输出至与加工仿真器100连接的显示画面400。显示画面400基于合成显示图像数据16，对将图2所示的工件300及刀具31的形状模拟出的图像进行显示。

另外，加工仿真器100具有显示更新部5，该显示更新部5在从对显示于显示画面400的图像进行更新的第1显示更新定时至经过一定的显示更新周期后的第2显示更新定时为止的刀具的移动轨迹的变化点，对显示于显示画面400的刀具的形状的图像进行更新。显示更新部5将使工件形状显示部2、刀具形状显示部3及显示图像合成部4执行图像数据的更新的执行指令5a在经过显示更新周期后的定时输出。作为经过显示更新周期后的定时，能够例示出经过一定时间后的时刻、和执行了多个刀具移动指令内的一定数量的刀具移动指令后的时刻。

显示更新部5具有控制部51及存储部52。控制部51在基于在加工程序数据10中记述的刀具移动指令执行仿真的过程中，在从第1显示更新定时至第2显示更新定时为止之间刀具移动的移动轨迹中，对工作机械的平移轴或者旋转轴反转的位置进行检测。下面，有时将平移轴或者旋转轴反转的位置称为变化点或者中间点。从第1显示更新定时至第2显示更新定时为止的期间，相当于上述的显示更新周期。平移轴相当于图2所示的进给轴28x、28y、28z。另外，旋转轴是指在4～5轴工作机械中用于改变刀具轴的方向的旋转轴。而且控制部51将平移轴或者旋转轴反转的位置处的刀具的位置及姿态，作为刀具中间点数据17而储存于存储部52。

控制部51在从第1显示更新定时至第2显示更新定时为止的中间点存在1个或者多个刀具中间点数据17的情况下，基于1个或者多个中间点处的刀具的位置及姿态，对刀具形状显示部3进行控制。由此在刀具形状显示部3中，生成中间点处的刀具显示图像数据15。在显示图像合成部4中，基于中间点处的刀具显示图像数据15和工件显示图像数据13，对中间点处的工件形状图像及刀具形状图像进行合成，生成合成显示图像数据16。

另外，控制部51在全部的刀具中间点处的刀具显示图像数据15的生成结束后，在第2显示更新定时将执行指令5a输出。由此在刀具形状显示部3中，将第2显示更新定时的刀具显示图像数据15生成，在显示图像合成部4中，基于第2显示更新定时的刀具显示图像数据15及工件显示图像数据13，将第2显示更新定时的工件形状图像及刀具形状图像进行合成，生成合成显示图像数据16。

图3是用于对图1所示的控制部中的第1显示更新定时、第2显示更新定时及显示更新周期进行说明的图。如前述所示在控制部51预先设定有显示更新周期t，在本实施方式中，将经过显示更新周期t后的定时分别设为第1显示更新定时t1及第2显示更新定时t2。第2显示更新定时t2在时间序列上是最新的显示更新时刻，即表示本次的显示更新时刻。第1显示更新定时t1是前一次的显示更新时刻，是与第2显示更新定时t2相比以显示更新周期t追溯的显示更新时刻，即表示前一次的显示更新时刻。

接下来，对加工仿真器100的动作进行说明。

图4是表示在图1所示的显示画面显示的工件、刀具和刀具移动轨迹的图。在图4示出在图3所示的第1显示更新定时t1更新后的刀具形状图像31a及工件形状图像300a。

工件形状图像300a是基于在图1所示的工件形状显示部2生成的工件显示图像数据13而显示于显示画面400的图像，是将图2所示的工件300的形状模拟出的图像。刀具形状图像31a是基于在图1所示的刀具形状显示部3生成的刀具显示图像数据15而显示于显示画面400的图像，是将图2所示的刀具31的形状模拟出的图像。

由虚线表示的刀具移动轨迹40，表示仿真执行时的刀具形状图像31a的移动轨迹，表示出从图3所示的第1显示更新定时t1至第2显示更新定时t2为止的刀具形状图像31a的假想的移动轨迹。刀具移动轨迹40上的第1中间点41及第2中间点42，是前述的平移轴或者旋转轴反转的位置。在本发明的实施方式1中，第1中间点41及第2中间点42单独地说不能称作反转，在从第1显示更新定时t1至第2显示更新定时t2为止的刀具移动轨迹40中形成有大区域含义的反转。

图5是表示通过本发明的实施方式1所涉及的加工仿真显示装置更新的图像的一个例子的图。图5(a)表示在第1显示更新定时t1更新后的刀具形状图像31a及工件形状图像300a向显示画面400的显示例。图5(b)表示在第1中间点41更新后的刀具形状图像31a及工件形状图像300a向显示画面400的显示例。图5(c)表示在第2中间点42更新后的刀具形状图像31a及工件形状图像300a向显示画面400的显示例。图5(d)表示在第2显示更新定时t2更新后的刀具形状图像31a及工件形状图像300a向显示画面400的显示例。图5(b)、(c)的显示图像与平移轴或者旋转轴反转的定时的显示图像相对应。

在实施方式1所涉及的加工仿真器100中，在第1显示更新定时t1更新后的显示图像和在第2显示更新定时t2更新的显示图像之间，插入在中间点更新后的显示图像，因此加工仿真器100的操作者，能够视觉地掌握从第1显示更新定时t1至第2显示更新定时t2为止的刀具移动轨迹。

图6是用于对本发明的实施方式1所涉及的加工仿真显示装置的动作进行说明的流程图。加工仿真器100生成第1显示更新定时t1下的工件显示图像数据13及刀具显示图像数据15。加工仿真器100基于在第1显示更新定时t1生成的工件显示图像数据13及刀具显示图像数据15，将第1显示更新定时t1下的刀具形状图像及工件形状图像进行合成(步骤s11)。合成后的图像的数据作为合成显示图像数据16而发送至显示画面400，此时在显示画面400显示的图像相当于图5(a)的图像。

接下来，加工仿真器100对从第1显示更新定时t1至第2显示更新定时t2为止的期间的刀具移动轨迹进行解析，在平移轴或者旋转轴的反转的位置、即中间点存在的情况下(步骤s12，yes)，将平移轴或者旋转轴反转的位置处的刀具的位置及姿态，作为刀具中间点数据17而储存于存储部52(步骤s13)。

在步骤s12中不存在中间点的情况下(步骤s12，no)，加工仿真器100进行步骤s17的处理。

在步骤s14中，加工仿真器100参照在存储部52中储存的刀具中间点数据17，对与全部刀具中间点数据17相对应的刀具显示图像数据15的生成是否完成进行判断。

在与全部刀具中间点数据17相对应的刀具显示图像数据15的生成没有完成的情况下(步骤s14，no)，加工仿真器100生成与各中间点相对应的刀具显示图像数据15(步骤s15)。

加工仿真器100基于与各中间点相对应的刀具显示图像数据15和第2显示更新定时t2下的工件显示图像数据13，将各中间点的刀具形状图像和第2显示更新定时t2的工件形状图像进行合成(步骤s16)。合成后的图像的数据作为合成显示图像数据16而发送至显示画面400，此时在显示画面400显示的图像相当于图5(b)及图5(c)的图像。

在步骤s14中与全部刀具中间点数据17相对应的刀具显示图像数据15的生成完成的情况下(步骤s14，yes)，加工仿真器100生成第2显示更新定时t2的工件显示图像数据13及刀具显示图像数据15(步骤s17)。

加工仿真器100基于第2显示更新定时t2的刀具显示图像数据15及工件显示图像数据13，生成将第2显示更新定时t2的刀具形状图像及工件形状图像合成后的合成显示图像数据16而输出至显示画面400(步骤s18)，结束显示更新处理。此时在显示画面400显示的图像相当于图5(d)的图像。

如以上所述，根据实施方式1所涉及的加工仿真器100，操作者能够容易地掌握从第1显示更新定时t1至第2显示更新定时t2为止的期间的刀具移动轨迹。因此能够容易地发现没有意料到的加工动作。另外，根据实施方式1所涉及的加工仿真器100，能够将从第1显示更新定时t1至第2显示更新定时t2为止的期间的加工仿真显示处理的追加的开销抑制为最小限度。

实施方式2.

在实施方式1中，说明了将在中间点处生成的刀具显示图像数据15与在第2显示更新定时t2生成的工件显示图像数据13合成的结构例，但在中间点处生成的刀具显示图像数据15与在第1显示更新定时t1生成的工件显示图像数据13合成而得到与实施方式1相同的效果。在实施方式2中，说明使用在第1显示更新定时t1生成的工件显示图像数据13对基于中间点的刀具显示图像数据15的显示进行更新的结构例。实施方式2所涉及的加工仿真器100的功能结构与图1所示的加工仿真器100相同，其动作不同。以下使用图7、8对实施方式2所涉及的加工仿真器100的动作进行说明。

图7是表示通过本发明的实施方式2所涉及的加工仿真显示装置更新的图像的一个例子的图。图7(a)表示在第1显示更新定时t1更新后的刀具形状图像31a及工件形状图像300a向显示画面400的显示例。图7(b)表示在第1中间点41更新后的刀具形状图像31a及工件形状图像300a向显示画面400的显示例。图7(c)表示在第2中间点42更新后的刀具形状图像31a及工件形状图像300a向显示画面400的显示例。如图7(b)及图7(c)所示，在中间点处对刀具形状图像31a进行更新时，在实施方式2所涉及的加工仿真器100中，使用了在第1显示更新定时t1更新后的工件形状图像300a。图7(d)表示在第2显示更新定时t2更新后的刀具形状图像31a及工件形状图像300a向显示画面400的显示例。图7(b)、(c)的显示图像与平移轴或者旋转轴反转的定时的显示图像相对应。

图8是用于对本发明的实施方式2所涉及的加工仿真显示装置的动作进行说明的流程图。图8所示的从步骤s21至步骤s28分别与图6所示的从步骤s11至步骤s18相对应。与图6所示的流程图的不同点在于步骤s26中的处理内容。步骤s26以外的处理内容与实施方式1的步骤s16以外的处理内容相同，因此在实施方式2中省略其说明。

在图6所示的步骤s16中，基于与各中间点相对应的刀具显示图像数据15和第2显示更新定时t2下的工件显示图像数据13，将各中间点的刀具形状图像和第2显示更新定时t2的工件形状图像进行合成。与此相对，在图8所示的步骤s26中，基于与各中间点相对应的刀具显示图像数据15和第1显示更新定时t1下的工件显示图像数据13，将各中间点的刀具形状图像和第1显示更新定时t1的工件形状图像进行合成。合成后的图像的数据作为合成显示图像数据16而发送至显示画面400，此时在显示画面400显示的图像相当于图7(b)、图7(c)的图像。

与刀具的形状相比工件的形状复杂，因此与刀具的显示图像的创建相比，生成工件的显示图像的处理需要时间。实施方式2所涉及的加工仿真器100，为了缩短与工件的显示图像的生成相伴的处理时间，构成为将对各中间点的刀具形状图像和第1显示更新定时t1的工件形状图像进行合成而得到的图像显示于显示画面400。通过该结构，能够缩短与工件的显示图像的生成相伴的处理时间，并且操作者能够容易地掌握刀具移动轨迹，因此加工程序的验证作业变得容易。

此外，图1所示的显示画面400可以是在设置于加工仿真器100的外部的未图示的显示装置设置的图像显示部，也可以是在加工仿真器100设置的图像显示部。

图9是表示实现本发明的实施方式1、2所涉及的加工仿真显示装置的硬件的结构例的图。加工仿真显示装置100具有显示部60、存储器61、处理器62及输入输出部63。处理器62使用接收到的数据而进行通过软件实现的运算及控制。存储器61进行接收到的数据的存储，进行在处理器62执行运算及控制时所需的数据及软件的存储。向输入输出部63输入加工程序数据10及刀具形状数据14。另外，输入输出部63进行合成显示图像数据16向显示画面400的输出。显示部60相当于在加工仿真器100设置的显示画面400。在实现图1所示的工件形状处理部1、工件形状显示部2、刀具形状显示部3、显示图像合成部4及显示更新部5的情况下，将这些功能用的程序预先储存于存储器61，由处理器62执行该程序，由此实现工件形状处理部1、工件形状显示部2、刀具形状显示部3、显示图像合成部4及显示更新部5。

本实施方式所涉及的加工仿真显示方法，是通过使工件的形状和对工件进行加工的刀具的形状的图像显示于显示画面的加工仿真显示装置实现的加工仿真显示方法，包含变化点决定步骤，在该变化点决定步骤中，决定从对显示于显示画面的图像进行更新的第1显示更新定时至经过一定的显示更新周期后的第2显示更新定时为止的刀具的移动轨迹中的刀具的移动轨迹的变化点。另外，本实施方式所涉及的加工仿真显示方法，包含：第1显示步骤，使在刀具的移动轨迹的变化点处更新的刀具的形状的图像与在第1显示更新定时更新后的工件的形状的图像合成而显示于显示画面；以及第2显示步骤，使在第2显示更新定时更新后的刀具的形状的图像与在第2显示更新定时更新后的工件的形状的图像合成而显示于显示画面。根据本实施方式所涉及的加工仿真显示方法，能够缩短与工件的显示图像的生成相伴的处理时间，并且操作者能够容易地掌握刀具移动轨迹，因此加工程序的验证作业变得容易。

图10是表示本发明的实施方式1、2中的刀具移动轨迹的变化点的其他例子的图。本发明的实施方式1、2中的变化点，不仅是构成刀具的移动轨迹的各个刀具移动指令的起点及终点，如图10所示，也可以设为在圆弧移动指令的中间点跨过象限而平移轴反转的地点43，也可以设为刀具移动轨迹的形状从直线变化为圆弧的地点44，也可以设为刀具移动轨迹的形状从圆弧变化为直线的地点45。

以上的实施方式所示的结构表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。

标号的说明

1工件形状处理部，2工件形状显示部，3刀具形状显示部，4显示图像合成部，5显示更新部，5a执行指令，10加工程序数据，11工件形状数据，12投影显示参数，13工件显示图像数据，14刀具形状数据，15刀具显示图像数据，16合成显示图像数据，17刀具中间点数据，21台架，22鞍座，23工作台，24柱，25滑枕，26xx轴驱动机构，26yy轴驱动机构，26zz轴驱动机构，27xx轴电动机，27yy轴电动机，27zz轴电动机，28x、28y、28z进给轴，29x、29y、29z旋转角检测器，30主轴，31刀具，31a刀具形状图像，40刀具移动轨迹，41第1中间点，42第2中间点，43在圆弧移动指令的中间点跨过象限而平移轴反转的地点，44刀具移动轨迹的形状从直线变化为圆弧的地点，45刀具移动轨迹从圆弧变化为直线的地点，51控制部，52存储部，60显示部，61存储器，62处理器，63输入输出部，100加工仿真显示装置，200工作机械，300工件，300a工件形状图像，400显示画面。