JP2014508979A - Method and system for determining surface defects in a model of an object - Google Patents
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Abstract
本発明の実施の形態は、機械加工プロセスのシミュレーションによって元の物体のモデルから生成された物体のモデルの表面の欠陥を判断するための方法を開示する。本方法は、表面に対する法線ベクトルに基づいて表面の向きおよび向きの変化率を求め、変化率およびしきい値に基づいて表面の欠陥を特定する。しきい値は、機械加工プロセスに基づいて求められる。 Embodiments of the present invention disclose a method for determining surface defects in an object model generated from an original object model by simulation of a machining process. The method obtains a surface orientation and a rate of change of the orientation based on a normal vector with respect to the surface, and identifies a surface defect based on the rate of change and a threshold. The threshold is determined based on the machining process.
Description
本発明は、包括的には機械加工プロセスのシミュレーションに関し、より詳細にはシミュレーション中にレンダリングされる物体のモデルから物体の表面の欠陥を特定することに関する。 The present invention relates generally to simulation of machining processes, and more particularly to identifying surface defects on an object from a model of the object rendered during the simulation.
数値制御機械フライス加工
数値制御(NC)機械加工の工程をシミュレートすることは、コンピューター支援設計(CAD)およびコンピューター支援製造(CAM)において、根本的に重要である。シミュレーション中に、工作物のコンピューターモデルが、NC機械加工工具のコンピューター表現および1組のNC機械加工工具の動きを用いて編集され、機械加工工程がシミュレートされる。工作物モデルおよび工具表現を、シミュレーション中に可視化して、工作物および工具ホルダーのような部品間の潜在的な衝突を検出することができ、シミュレーション後に、工作物の最終的な形状を検証することができる。
Numerically controlled machine milling Simulating the process of numerically controlled (NC) machining is fundamentally important in computer aided design (CAD) and computer aided manufacturing (CAM). During simulation, a computer model of the workpiece is edited using a computer representation of the NC machining tool and a set of NC machining tool movements to simulate the machining process. The workpiece model and tool representation can be visualized during simulation to detect potential collisions between parts such as the workpiece and tool holder, and after simulation, verify the final shape of the workpiece be able to.
工作物の最終的な形状は、工具および工具の動きの選択によって影響を及ぼされる。これらの動きを制御するための命令が、通常は、コンピューター支援製造(CAM)システムを用いて、工作物の所望の最終的な形状のグラフィック表現から生成される。それらの動きは、通常、準備コードまたはGコードとしても知られている、数値制御プログラミング言語を用いて実現される。標準規格RS274DおよびDIN 66025/ISO 6983を参照されたい。 The final shape of the workpiece is influenced by the choice of tool and tool movement. Instructions for controlling these movements are typically generated from a graphical representation of the desired final shape of the workpiece using a computer-aided manufacturing (CAM) system. These movements are usually implemented using a numerically controlled programming language, also known as preparation code or G code. See standards RS274D and DIN 66025 / ISO 6983.
CAMシステムによって生成されるGコードは、所望の形状の正確な複製物を製造しない場合がある。さらに、NC工具の動きは、NC機械加工システムの作動部によって支配されるが、その速度、動きの範囲、並びに加速および減速能力は、限られている。したがって、実際の工具の動きは、NC機械加工命令に厳密には従わない場合がある。 The G code generated by the CAM system may not produce an exact replica of the desired shape. Furthermore, the NC tool motion is governed by the working part of the NC machining system, but its speed, range of motion, and acceleration and deceleration capabilities are limited. Thus, actual tool movement may not strictly follow NC machining instructions.
工作物の最終的な形状と、工作物の所望の形状との間の不一致は、極めて小さく、視認するのが難しい場合がある。状況によっては、これらの不一致の結果として、工作物の最終的な形状の表面に、大きさが概ね数マイクロメートルの深さおよび幅、数十マイクロメートルの長さの望ましくない溝状の傷または欠け目が生じる可能性がある。 The discrepancy between the final shape of the workpiece and the desired shape of the workpiece is very small and may be difficult to see. Depending on the situation, these discrepancies may result in undesirable grooved scratches on the final shaped surface of the workpiece, with a depth and width of approximately a few micrometers in size and a length of tens of micrometers. Chipping may occur.
通常、所望の部品を機械加工する前に、より軟質で安価な材料から形成される試験工作物を機械加工することによって、1組のNC機械加工命令が試験される。その試験工作物の目視検査によって、試験工作物において望ましくない不一致が見つかった場合には、それに応じて、NC機械加工命令を変更することができる。 Typically, a set of NC machining instructions is tested by machining a test workpiece formed from a softer and less expensive material before machining the desired part. If the visual inspection of the test workpiece finds an undesirable discrepancy in the test workpiece, the NC machining instructions can be changed accordingly.
しかし、この手動試験は、時間およびコストがかかる。単一の試験工作物を機械加工するための時間は、概ね数時間かかる場合があり、許容できる1組のNC機械加工命令が得られるまでに、何度か繰り返すことが必要な場合がある。したがって、コンピューターに基づくシミュレーションおよびレンダリングを用いて、これらの不一致を試験することが望ましい。コンピューターに基づくシミュレーションの例は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする、米国特許出願第12/495,588号および同第12/468,607号に記載されている。 However, this manual test is time consuming and expensive. The time to machine a single test workpiece may take approximately several hours and may need to be repeated several times before an acceptable set of NC machining instructions is obtained. It is therefore desirable to test for these discrepancies using computer-based simulation and rendering. Examples of computer based simulations are described in US patent application Ser. Nos. 12 / 495,588 and 12 / 468,607, which are incorporated herein by reference.
NC機械加工の特に重要な用途は、モールドおよびダイの製造である。モールドおよびダイは、後に大量生産において用いるために、NC機械加工によって比較的少量で生産される。このため、モールドおよびダイにおける欠陥は、望ましくないことに、製造部品に移る可能性がある。モールドおよびダイは、多くの場合に、高品質の、空気力学的な、触覚性のまたは美的な仕上げを有する平滑でゆっくりと変化する「自由形状の」表面を有する部品を形成するのに用いられる。例えば、現代の歯ブラシは、モールドを用いてプラスチックから鋳造され、美的利点および触覚的利点の双方を提供する複雑な自由形状の外形を有する。同様に、自動車の車体パネルを打ち抜くためのダイは、空力抵抗、したがって燃費、および消費者に対する車両の美的訴求に大きく影響する可能性がある平滑な自由形状の外形を有する。 A particularly important application of NC machining is the production of molds and dies. Molds and dies are produced in relatively small quantities by NC machining for later use in mass production. Thus, defects in the mold and die can undesirably move into the production part. Molds and dies are often used to form parts with smooth, slowly changing "free-form" surfaces with high quality, aerodynamic, tactile or aesthetic finishes . For example, modern toothbrushes are cast from plastic using a mold and have a complex free-form profile that provides both aesthetic and tactile benefits. Similarly, dies for punching car body panels have a smooth, free-form profile that can greatly affect aerodynamic resistance, and thus fuel economy, and the vehicle's aesthetic appeal to consumers.
自由形状の外形を有する大きな部品を打ち抜くためのダイは、その大きさ(数千ミリメートル)、および自由形状の表面が比較的小さな工具(数ミリメートル程度)を用いてフライス加工され、多数の機械加工命令(多くの場合に数百万)を必要とすることの双方に起因して、生産するのに非常に時間がかかる可能性がある。同じことは、プラスチック部品のための射出成形モールドにも当てはまる。モールドは、通常、製造効率を改善するように、多くの部品の同時生産を可能にするために大型である。 Dies for punching large parts with free-form outlines are milled using a tool with a size (several thousand millimeters) and a relatively small free-form surface (several millimeters). Due to both the need for instructions (often millions), production can be very time consuming. The same applies to injection molds for plastic parts. Molds are typically large to allow simultaneous production of many parts so as to improve manufacturing efficiency.
NC機械加工シミュレーターは、非常に大きなシミュレーションされた部品、例えば、数千ミリメートルの部品における非常に小さな欠陥、例えば、数十ミクロン〜数百ミクロンの欠陥を再生することができる。これらの小さな欠陥を位置特定する問題は、非常に難題である。例えば、人間のオペレーターは、シミュレーションされたモールド全体を細かいスケールで辛抱強く探索しなくてはならず、これは、時間がかかり、エラーが起きやすい。 The NC machining simulator can reproduce very small defects in very large simulated parts, for example parts in the thousands of millimeters, for example defects of tens to hundreds of microns. The problem of locating these small defects is a very difficult task. For example, a human operator must patiently search the entire simulated mold on a fine scale, which is time consuming and error prone.
1つの方法は、機械加工工具の経路を解析することによって、NC機械加工の欠陥を判断する。特に、経路上の点について、その点と、それぞれ前の点および次の点とを結ぶ2つのベクトルを含む平面に対し垂直なベクトルが計算される。平面の片側に対する法線ベクトルの向きは、経路の曲率の正負符号によって決まる。平滑な平面の場合、連続点からの法線ベクトルは、曲率の同じ正負符号を有して概ね平行になるはずである。しかしながら、その方法は、機械加工経路上の連続点間の関係しか考慮せず、機械加工工具の隣接する経路および/または表面上の隣接する領域によって生じる欠陥を考慮に入れないので、工具経路の局所変動によって生じる欠陥のみに制限される。 One method determines NC machining defects by analyzing machining tool paths. In particular, for a point on the path, a vector perpendicular to the plane containing the two vectors connecting the point and the previous and next points, respectively, is calculated. The direction of the normal vector with respect to one side of the plane is determined by the sign of the curvature of the path. In the case of a smooth plane, normal vectors from successive points should be approximately parallel with the same sign of curvature. However, the method only considers the relationship between successive points on the machining path and does not take into account defects caused by adjacent paths and / or adjacent areas on the surface of the machining tool. Limited to defects caused by local variations only.
したがって、NC機械加工プロセスのシミュレーション中にレンダリングされる物体のモデルから物体の表面の欠陥を特定する必要がある。 Therefore, there is a need to identify surface defects on the object from the model of the object rendered during simulation of the NC machining process.
本発明の目的は、物体のモデルから物体の表面の欠陥を特定するための方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for identifying defects on the surface of an object from a model of the object.
本発明のさらなる目的は、ユーザーに対し欠陥を強調表示する方法を提供することである。 It is a further object of the present invention to provide a method for highlighting defects to a user.
本発明のさらなる目的は、機械加工プロセスのシミュレーション中にレンダリングされる物体のモデルの表面の欠陥を強調表示する方法を提供することである。 It is a further object of the present invention to provide a method for highlighting surface defects in a model of an object rendered during simulation of a machining process.
本発明のさらなる目的は、シミュレーションされた表面上の予想される欠陥エリア(possible defect areas)のリストを生成し、このリストをユーザーに提示する方法を提供することである。 It is a further object of the present invention to provide a method for generating a list of possible defect areas on a simulated surface and presenting this list to the user.
本発明のさらなる目的は、欠陥特定の品質を妥協することなくメモリ要件を低減する方法を提供することである。 It is a further object of the present invention to provide a method that reduces memory requirements without compromising defect specific quality.
本発明の実施の形態は、切削深さに対する尖部の角度の依存性が、シミュレーション中にレンダリングされる物体の表面の向きおよび/または物体のモデルに反映されるという認識に基づいている。このため、表面の向き、特に、向きの変化率を用いて、物体のモデルの欠陥を判断することができる。例えば、シミュレーションされた表面のより平滑でない領域を特定し強調表示することができる。 Embodiments of the present invention are based on the recognition that the dependence of the apex angle on the cutting depth is reflected in the orientation of the surface of the object and / or the model of the object rendered during the simulation. For this reason, the defect of the model of an object can be judged using the direction of the surface, in particular, the change rate of the direction. For example, a less smooth region of the simulated surface can be identified and highlighted.
本発明の実施の形態は、表面の向きおよび向きの変化率に基づいて物体の表面の欠陥を判断する。様々な実施の形態において、変化率は、表面に対する法線ベクトルに基づいて求められ、表面の欠陥は、変化率およびしきい値に基づいて特定される。 The embodiment of the present invention determines a surface defect of an object based on the direction of the surface and the rate of change of the direction. In various embodiments, the rate of change is determined based on a normal vector to the surface, and surface defects are identified based on the rate of change and a threshold.
例えば、1つの実施の形態は、物体に適用される機械加工プロセスにより、該物体の表面の欠陥を判断するための方法であって、前記表面は、前記機械加工プロセスのシミュレーションによって前記物体のモデルから生成され、該方法は、前記表面の前記モデルの各ピクセルにおいて前記表面の向きを求めるステップと、前記表面の前記モデルのピクセルごとに前記表面の前記向きの変化率を求めるステップと、前記変化率を少なくとも1つのしきい値と比較して前記表面の前記欠陥を特定する、比較するステップと、を含む方法を開示する。前記しきい値は、前記機械加工プロセスに基づいて決定される。 For example, one embodiment is a method for determining defects in a surface of an object by a machining process applied to the object, wherein the surface is a model of the object by simulation of the machining process. The method comprises: determining the orientation of the surface at each pixel of the model of the surface; determining the rate of change of the orientation of the surface for each pixel of the model of the surface; Comparing the rate to at least one threshold to identify and compare the defects on the surface. The threshold value is determined based on the machining process.
別の実施の形態は、物体に適用される機械加工プロセスにより、該物体の表面の欠陥を判断するための方法であって、前記表面は、前記機械加工プロセスのシミュレーションによって前記物体のモデルから生成され、該方法は、前記表面の各ピクセルにおいて法線ベクトルを求めるステップと、前記表面のピクセルごとに、ピクセルにおける法線ベクトルと近傍ピクセルにおける法線ベクトルとの間の差に基づいて前記表面の向きの変化率を求めるステップであって、前記表面の欠陥は、前記変化率の値によって特定されるステップと、前記欠陥をディスプレイ上で強調表示するステップと、を含む方法を開示する。 Another embodiment is a method for determining defects in a surface of an object by a machining process applied to the object, wherein the surface is generated from a model of the object by simulation of the machining process And determining a normal vector at each pixel of the surface and, for each pixel of the surface, based on a difference between a normal vector at the pixel and a normal vector at a neighboring pixel. Disclosed is a method that includes determining an orientation rate of change, wherein the surface defect is identified by the value of the rate of change and highlighting the defect on a display.
さらに別の実施の形態は、物体のモデルの表面の欠陥を判断するためのシステムであって、前記機械加工プロセスのシミュレーションによって前記表面を生成する手段と、前記表面の前記モデルの各ピクセルにおいて、ピクセルにおける法線ベクトルに基づいて前記表面の向きを求める手段と、前記表面の前記モデルのピクセルごとに前記表面の前記向きの変化率を求める手段と、前記変化率を少なくとも1つのしきい値と比較して前記表面の前記欠陥を特定する、比較する手段と、を備えるシステムを開示する。前記しきい値は、前記機械加工プロセスに基づいて決定される。 Yet another embodiment is a system for determining surface defects in a model of an object, the means for generating the surface by simulation of the machining process, and in each pixel of the model of the surface, Means for determining the orientation of the surface based on a normal vector at a pixel; means for determining the rate of change of the orientation of the surface for each pixel of the model of the surface; and the rate of change at least one threshold value And a means for comparing to identify and compare the defects on the surface. The threshold value is determined based on the machining process.
図1Aは、数値制御(NC)機械加工中に自由形状の表面を製造するのに一般的に用いられるボールエンドフライスカッター100を示している。特に、カッター100の平滑な半球状底面101は、平滑な表面の機械加工が可能である。 FIG. 1A shows a ball end milling cutter 100 that is commonly used to produce freeform surfaces during numerically controlled (NC) machining. In particular, the smooth hemispherical bottom surface 101 of the cutter 100 can machine a smooth surface.
図1Bは、蒲鉾型表面を生成するボールエンドフライスカッター100の3つの線形切削部103、104および105によってフライス加工された物体102を示している。それぞれの切削部間に、各切削部対の交差部によって形成された三角形の尖部が存在する。例えば切削部103および104間に尖部106が存在する。
FIG. 1B shows an
図2は、ボールエンドフライスカッターの4つの切削部202〜205によってフライス加工された物体201の側面図である。切削部202、203および205は、破線206によって示される同一の深さを有する。しかしながら、切削部204は、切削部202、203および205よりも深い。各切削部対は、尖部で交わる。例えば、切削部202および切削部203は、尖部207で交わり、切削部203および切削部204は、尖部208で交わる。切削部204は、隣接する切削部よりも深いので、尖部208の角度220は、尖部207の角度222よりも大きい。隣接する切削部間の距離は、ステップオーバー距離230であり、通常、機械加工命令の生成中にCAMシステムのオペレーターによって決定される。
FIG. 2 is a side view of the
図3は、切削深さに対する尖部の角度の依存性を示している。この例では、尖部の角度は、0.2mm離れた2つの切削部間で求められる。すなわち、工具は、4mmの直径を有するボールエンドミル切削工具を用いて、0.2mmの増分距離ステップで移動する。切削深さが増大するとともに角度が増大する。 FIG. 3 shows the dependence of the apex angle on the cutting depth. In this example, the angle of the cusp is obtained between two cutting parts separated by 0.2 mm. That is, the tool is moved in 0.2 mm incremental distance steps using a ball end mill cutting tool having a diameter of 4 mm. The angle increases as the cutting depth increases.
本発明の実施の形態は、切削深さに対する尖部の角度の依存性が、シミュレーション中にレンダリングされる物体の表面の向きおよび/または物体のモデルに依拠するという認識に基づいている。このため、表面の向き、特に、向きの変化率を用いて、物体のモデルの欠陥を判断することができる。例えば、シミュレーションされる表面のより粗い領域を特定し、強調表示することができる。 Embodiments of the present invention are based on the recognition that the dependence of the apex angle on the cutting depth depends on the orientation of the surface of the object and / or the model of the object rendered during the simulation. For this reason, the defect of the model of an object can be judged using the direction of the surface, in particular, the change rate of the direction. For example, a rougher area of the simulated surface can be identified and highlighted.
図4は、物体のモデルの表面の欠陥を判断するための方法400のブロック図を示している。本発明の様々な実施の形態において、表面は、物体の表面全体、物体の表面全体の一部分、特定の視点から見える表面、欠陥の確率が高い物体の領域、および/またはそれらの組合せである。1つの実施の形態では、物体のモデルは、1組の機械加工命令に基づいて元の物体のモデルから生成される。本方法のステップは、当該技術分野において既知のプロセッサ401によって実行される。
FIG. 4 shows a block diagram of a
物体のモデルの表面425は、物体の表面の基礎を成す表現410に基づいてレンダリングモジュール420によってシミュレートされる。表面向きモジュール430は、表面の各ピクセルにおける表面の向き435を求める。
The
向き比較モジュール440は、表面の向きの変化率446を求め、これを1つまたは複数のしきい値445と比較して、表面の欠陥を判断する。1つの実施の形態は、変化率を最小しきい値と比較する。すなわち、最小しきい値よりも高い値を有する表面の向きの変化率に対応する表面の部分が特定される。付加的にまたは代替的に、別の実施の形態は、変化率を最大しきい値と比較する。すなわち、最大しきい値未満の値を有する表面の向きの変化率に対応する表面の部分が特定される。
The
様々な実施の形態において、元の表面の形状、工具の大きさ、機械加工命令および/または所望の精度に基づいて、最小しきい値および/または最大しきい値が決定される。 In various embodiments, the minimum and / or maximum threshold is determined based on the original surface shape, tool size, machining instructions and / or desired accuracy.
最小しきい値は、物体のシミュレーションされるモデルの表面の大部分にわたる平滑な領域の尖部と、通常あまり頻繁に生じない表面の実際の欠陥と間の区別を容易にする。図3に示すように、尖部の角度は、工具の寸法、例えば直径、およびステップオーバー距離の関数である。例えば、1つの実施の形態では、ステップオーバー距離は、工具の直径および表面の所望の平滑性、すなわち尖部の高さに基づいて選択される。このため、尖部の所望の角度は、機械加工プロセスの前に知られている。 The minimum threshold facilitates the distinction between smooth region cusps over most of the surface of the simulated model of the object and actual defects in the surface that usually do not occur very often. As shown in FIG. 3, the angle of the apex is a function of the tool dimensions, eg diameter, and step over distance. For example, in one embodiment, the step over distance is selected based on the tool diameter and the desired smoothness of the surface, i.e., the height of the apex. For this reason, the desired angle of the apex is known before the machining process.
機械加工プロセスは、限定ではないが、旋削加工動作、フライス加工動作およびドリル加工動作を含む。動作に依拠して、機械加工プロセスは、機械加工工具を選択すること、例えば、単一点工具または多刃工具等の工具のタイプ、工具の形状、材料および寸法を選択すること、工具の動きの方向、工具のステップオーバー距離を決定すること、および動作のための機械加工命令を決定することをさらに含む。そして、機械加工命令は、動作順序および工具の経路を含む。 The machining process includes, but is not limited to, turning operations, milling operations, and drilling operations. Depending on the operation, the machining process may select a machining tool, for example, select a tool type, tool shape, material and dimensions, such as a single point tool or a multi-blade tool, It further includes determining a direction, a tool step over distance, and determining a machining instruction for operation. The machining instructions include an operation sequence and a tool path.
機械加工プロセスは、表面の所望の精度を制御する。例えば、粗切削のためのステップオーバー距離は、仕上げ切削のためのステップオーバー距離よりも大きくすることができる。一方、ステップオーバー距離の値は、機械加工プロセスによって表面の平滑性を制御する一例にすぎない。したがって、本発明の幾つかの実施の形態は、物体の表面を生成する機械加工プロセスに基づいて、最小しきい値および/または最大しきい値を決定する。同様に、幾つかの実施の形態は、物体のモデルの表面を生成する機械加工プロセスのシミュレーションに基づいてしきい値を決定する。 The machining process controls the desired accuracy of the surface. For example, the step over distance for rough cutting can be greater than the step over distance for finish cutting. On the other hand, the value of the step over distance is only an example of controlling the smoothness of the surface by a machining process. Thus, some embodiments of the present invention determine a minimum threshold and / or a maximum threshold based on a machining process that produces the surface of the object. Similarly, some embodiments determine the threshold based on a simulation of the machining process that produces the surface of the model of the object.
例えば、1つの実施の形態は、尖部の所望の角度の値に基づいて最小しきい値を決定する。この実施の形態の1つの変形形態は、尖部の所望の角度の値を、尖部の角度の許容可能な変動の大きさに依拠したマージンだけ増大させることによって最小のしきい値を決定する。 For example, one embodiment determines the minimum threshold based on the desired angle value of the apex. One variation of this embodiment determines the minimum threshold by increasing the desired angle value of the apex by a margin that depends on the amount of allowable variation in the apex angle. .
付加的にかつ代替的に、表面の欠陥が比較的稀であることに基づいて、最小しきい値を決定することができる。例えば、1つの実施の形態は、下記で説明する、ピクセル数対法線ベクトルの変化率のヒストグラムを求め、大部分のピクセルがしきい値未満の変化率を有するように最小しきい値を選択する。 Additionally and alternatively, a minimum threshold can be determined based on the fact that surface defects are relatively rare. For example, one embodiment obtains a histogram of the rate of change of the number of pixels versus normal vector, described below, and selects the minimum threshold so that most pixels have a rate of change below the threshold. To do.
本方法の出力455は、出力モジュール450によって処理される。例えば、出力モジュールは、欠陥を有する表面の特定された部分をメモリ(図示せず)に記憶する。付加的にまたは代替的に、出力モジュールは、図7に示すようにディスプレイ上に物体のモデルを表示し、欠陥を有する表面の部分701を強調表示する。
The
法線ベクトル
本発明の幾つかの実施の形態は、法線ベクトルに基づいて表面の向きを求める。本明細書において言及されているように、ピクセルにおける法線ベクトルは、1に等しい長さを有し、ピクセルに対応する位置において表面に対し垂直である。例えば、図2を参照すると、ベクトル209は、尖部208に隣接する切削部203に関連付けられた法線ベクトルであり、ベクトル210は尖部208に隣接する切削部204に関連付けられた法線ベクトルである。次に、尖部の各エッジにおいて、表面の法線ベクトルのベクトルドット積を計算することによって尖部の角度が求められる。ドット積は、尖部の角度のコサインである。
Normal Vector Some embodiments of the present invention determine the orientation of the surface based on the normal vector. As mentioned herein, the normal vector at a pixel has a length equal to 1 and is perpendicular to the surface at a location corresponding to the pixel. For example, referring to FIG. 2,
オンライン処理
図5は、物体の表面をレンダリングしながら、物体のモデルの表面の欠陥を強調表示するための方法を示している。物体のシミュレーションされた表面のレンダリング502は、表面501の基礎を成す表現に依拠する。例えば、表面は、元の表面を表す距離場と、切削中に機械加工工具によって掃引される体積を表す距離場との間のブール差によって表すことができる。
Online Processing FIG. 5 illustrates a method for highlighting surface defects in an object model while rendering the surface of the object. The
1つの実施の形態では、表面は、従来のレイキャスティング法によってレンダリングされる。レイキャスティング法では、各ピクセルと関連付けられた数学的光線が視方向からシミュレーションされた表面上に投影される。表面と交わる各光線の色および明るさは、交差地点における表面の色および法線ベクトルによって決まる。 In one embodiment, the surface is rendered by a conventional ray casting method. In the ray casting method, the mathematical ray associated with each pixel is projected onto the simulated surface from the viewing direction. The color and brightness of each ray that intersects the surface is determined by the surface color and normal vector at the intersection.
表面の別の表現501は、三角形等の幾何プリミティブのメッシュである。1つの実施の形態では、三角形のメッシュは、OpenGL等のグラフィックスアプリケーションプログラミングインタフェース(API)を用いてレンダリングされる。通常、色および法線ベクトルは、観察条件に従って、三角形がまたがるピクセルにわたるグラフィック実現によって補間された三角形の各頂点において定義される。
Another
法線ベクトルを用いて、表面がその表面上方の或る位置にある光によって照明されているかのように、ピクセルの明るさを計算する。一例として、1つの従来のコンピューター照明技法は、ピクセルの明るさを、法線ベクトルと無関係の環境成分と、法線ベクトルと表面から照明位置までのベクトルとのベクトルドット積に比例する拡散成分と、表面法線ベクトルと観察方向および光方向の中間にあるベクトルとのドット積に比例する鏡面成分との和に、表面の光沢性によって求められた冪乗を行ったものとして求める。 The normal vector is used to calculate the brightness of the pixel as if the surface were illuminated by light at a position above the surface. As an example, one conventional computer lighting technique uses pixel brightness as an environmental component unrelated to the normal vector, and a diffuse component proportional to the vector dot product of the normal vector and the vector from the surface to the illumination position. The sum of the surface normal vector and the specular component proportional to the dot product of the vector in the middle of the observation direction and the light direction is obtained as a power obtained by the glossiness of the surface.
従来のレンダリングでは、表面の画像内のピクセルごとの法線ベクトルを用いてピクセルの明るさを計算し、その後、その法線ベクトルは、破棄される。結果として得られるピクセル値は、色フレームバッファーと呼ばれるメモリに記憶され、最終的に表示、記憶または送信される。 In conventional rendering, pixel brightness is calculated using the normal vector for each pixel in the surface image, and then the normal vector is discarded. The resulting pixel values are stored in a memory called a color frame buffer and are ultimately displayed, stored or transmitted.
一方、本発明の1つの実施の形態は、ピクセルの明るさを計算するために求められた法線ベクトルを破棄する代わりに、この法線ベクトルを、表面の欠陥を特定および/または強調表示するために再利用する。この実施の形態では、法線ベクトルを用いてピクセルの明るさを即座に計算する代わりに、表面の画像内の全てのピクセルの法線ベクトル503が法線フレームバッファー504に記憶される。全ての法線ベクトルが記憶されると、法線ベクトルは、欠陥を特定および/または強調表示するように処理される。
On the other hand, one embodiment of the present invention identifies and / or highlights surface defects instead of discarding the normal vector determined to calculate pixel brightness. To reuse. In this embodiment, instead of using the normal vector to instantly calculate pixel brightness, the
1つの実施の形態では、法線ベクトル間の中心差分に基づいて法線ベクトルの変化率446が求められる。特に、ピクセルにおける表面の向きの変化率が、そのピクセルにおける法線ベクトルと近傍ピクセルにおける法線ベクトル、例えば、そのピクセルに隣接するピクセルにおける法線ベクトルとの差として求められる。
In one embodiment, the normal
図6は、ピクセル602における法線ベクトルと、隣接するピクセル602〜610における法線ベクトルとの間の中心差分に基づいて、ピクセル602、例えば窓601内の中心ピクセル602、における表面の向きの変化率を求める一例を示している。窓601は、ピクセルごとの変化率を求めるために、表面のモデルの全てのピクセルにわたって垂直に(620)および/または水平に(630)移動する。
FIG. 6 shows the change in orientation of the surface at
窓601は、法線フレームバッファーから選択された法線ベクトルの3×3のグリッドをカバーする。本明細書において定義されるとき、ピクセル602における法線ベクトルは、
本発明の様々な実施の形態は、異なるしきい値を用いて表面の欠陥を特定する。変化率値が最小しきい値507未満である表面の領域は、平滑な表面および/または欠陥でない切削部間の尖部を有する表面に対応する。最大しきい値508を超える変化率値を有する表面の領域は、物体のエッジおよび/または表面の非自由形状領域に関連付けられた深い切削部に対応する。したがって、1つの実施の形態では、欠陥範囲内、すなわち、最小しきい値と最大しきい値との間の変化率の値に対応するピクセルのみが、表面の予想される欠陥領域として特定される。
Various embodiments of the present invention use different thresholds to identify surface defects. The area of the surface where the rate of change value is less than the
例えば、1つの実施の形態は、欠陥領域内の変化率の値に対応するピクセルの色を、例えば、赤色に変更し(509)、その間、他のピクセルの色は、法線フレームバッファーに記憶された値を用いて通常通り計算される(506)。別の実施の形態は、ルックアップテーブルを用いて変化率に基づいてピクセルの色を設定する。例えば、最小しきい値未満の変化率を有するピクセルは、青色を付けられ、欠陥範囲内の変化率を有するピクセルは、赤色を付けられ、最大しきい値を超える変化率を有するピクセルは、緑色を付けられる。しかしながら、当業者であれば、欠陥の視覚的特定を向上させるために、多くの他の方法および/またはルックアップテーブルを適用することができることを容易に認識するであろう。欠陥範囲内の変化率を有する領域に対応するピクセルが求められた後、ピクセルは、メモリ511内に記憶され、これらのピクセルの色が色フレームバッファー510内に記憶される。
For example, one embodiment changes the color of the pixel corresponding to the rate of change value in the defect area to, for example, red (509) while the other pixel colors are stored in the normal frame buffer. The calculated value is calculated as usual (506). Another embodiment uses a lookup table to set the pixel color based on the rate of change. For example, pixels with a rate of change below the minimum threshold are marked blue, pixels with a rate of change within the defect range are marked red, and pixels with a rate of change above the maximum threshold are green Is attached. However, those skilled in the art will readily recognize that many other methods and / or look-up tables can be applied to improve the visual identification of defects. After pixels corresponding to regions having a rate of change within the defect range are determined, the pixels are stored in memory 511 and the color of these pixels is stored in
オフライン処理
幾つかの実施の形態は、ピクセルの明るさをレンダリングおよび/または求めるプロセスと別個のプロセスにおいて表面の欠陥を特定する。これらの実施の形態は、幾つかの用途において、ピクセルの密度は、表面がレンダリング中に拡大されない限り、小さな欠陥を検出するのに不十分であることを考慮する。同様に、ピクセルの密度が不十分であることによって、表面の不十分なサンプリングに起因して欠陥が見逃される可能性がある。
Off-line processing Some embodiments identify surface defects in a process separate from the process of rendering and / or determining pixel brightness. These embodiments take into account that in some applications, the density of pixels is insufficient to detect small defects unless the surface is magnified during rendering. Similarly, insufficient pixel density can cause defects to be missed due to insufficient sampling of the surface.
付加的におよび/または代替的に、表面の幾つかの欠陥は、レンダリングされたモデルにおける観察方向から見えない。1つの実施の形態において、この制限は、広い角度範囲にわたって密なスケールでシミュレーションされた表面を観察することによって克服される。 Additionally and / or alternatively, some surface defects are not visible from the viewing direction in the rendered model. In one embodiment, this limitation is overcome by observing the simulated surface on a dense scale over a wide angular range.
一方、別の実施の形態は、シミュレーションが完了した後、シミュレーション結果のビューと無関係に表面の欠陥を特定する。実施の形態は、表面の部分を、最小サイズよりも大きい欠陥を特定することができることを保証するのに十分高い分解能でオフスクリーン法線バッファー内にレンダリングする。付加的におよび/または代替的に、実施の形態は、或る範囲の視点から、例えば、+x、−x、+y、−y、+zおよびz軸のそれぞれに沿って、シミュレーションされた表面を検査する。代替的に、1つの実施の形態は、表面の一部分を粗くレンダリングして、表面のその部分の支配的向きを求め、その支配的向きから表面をレンダリングする。 On the other hand, another embodiment identifies surface defects after the simulation is complete, regardless of the view of the simulation results. Embodiments render portions of the surface in an off-screen normal buffer with a resolution high enough to ensure that defects larger than the minimum size can be identified. Additionally and / or alternatively, embodiments may inspect the simulated surface from a range of viewpoints, eg, along each of the + x, -x, + y, -y, + z and z axes. To do. Alternatively, one embodiment renders a portion of the surface rough, determines the dominant orientation of that portion of the surface, and renders the surface from that dominant orientation.
幾つかの実施の形態では、最小しきい値と最大しきい値との間の表面の向きの変化率を有する全てのピクセルが表面の欠陥に対応するわけではない。幾つかのピクセルは、それによってピクセルの表面法線が誤って求められるような、レンダリングプロセスにおける欠陥に対応する可能性がある。したがって、本発明の1つの実施の形態は、最初に表面の一部分を粗くレンダリングし、低分解能の欠陥検出を実行する。欠陥が低分解能で特定される表面の領域は、次に高分解能で局所的に再レンダリングされ、機械加工切削部のエッジに沿った一列のピクセルによって特定される欠陥の検出を改善する。 In some embodiments, not all pixels with a rate of change of surface orientation between the minimum and maximum thresholds will correspond to surface defects. Some pixels may correspond to defects in the rendering process, such that the surface normal of the pixel is erroneously determined. Thus, one embodiment of the present invention first renders a portion of the surface rough and performs low resolution defect detection. Regions of the surface where defects are identified with low resolution are then locally re-rendered with high resolution to improve detection of defects identified by a row of pixels along the edge of the machined cut.
また、1つの実施の形態は、法線フレームバッファーを用いて、表面の高分解能のレンダリングに関する情報を保持する。代替的な実施の形態は、表面を重なり合うかまたは隣り合うパッチに分割し、欠陥特定品質を妥協することなくメモリ要件を低減する。 One embodiment also uses a normal frame buffer to hold information regarding high resolution rendering of the surface. Alternative embodiments divide the surface into overlapping or adjacent patches, reducing memory requirements without compromising defect specific quality.
別の実施の形態は、シミュレーションされた表面における予想される欠陥エリアのリストを生成し、このリストをユーザーに出力する。例えば、リストは、低解像度画像の上に重ね合わされ、予想される欠陥領域を取り囲む長方形のボックスとして表すことができる。次に、ユーザーは、これらの領域をより細かく観察し、実際の欠陥の存在に関して最終的な判断を行うことができる。付加的にまたは代替的に、欠陥リストは、予想される欠陥の位置および特性を説明するテキスト形式で提示される。ユーザーが、シミュレーションされた画像の向きを変え、センタリングし、欠陥領域にズームするために欠陥リスト内のエントリを選択することができるようなユーザーインターフェースを用いることが有利である。 Another embodiment generates a list of expected defect areas on the simulated surface and outputs this list to the user. For example, the list can be represented as a rectangular box overlaid on the low resolution image and surrounding the expected defect area. The user can then observe these areas more closely and make a final decision regarding the presence of actual defects. Additionally or alternatively, the defect list is presented in a text format that describes the expected defect location and characteristics. It is advantageous to use a user interface that allows the user to select the entry in the defect list to reorient, center, and zoom into the defect area of the simulated image.
図8は、本発明の別の実施の形態の一例を示している。1組の機械加工命令801が、ネットワークを介してファイルとして、CDまたはDVDから、または当該技術分野において既知の他の手段によって、NC機械加工コントローラー802に提供される。コントローラー802は、プロセッサ803と、メモリ804と、機械の動作を示すためのディスプレイ805とを備える。プロセッサは、機械加工シミュレーションを実行し、本発明の実施の形態による方法、例えば、方法400を実行して、機械加工シミュレーションの欠陥を特定する画像507をディスプレイ505上に生成する。
FIG. 8 shows an example of another embodiment of the present invention. A set of machining
本発明を、好ましい実施の形態の例として説明してきたが、本発明の趣旨および範囲内で他のさまざまな適合および変更を行えることが理解されるべきである。したがって、本発明の真の趣旨および範囲内に入る全ての変形および変更を包含することが、添付の特許請求の範囲の目的である。 Although the invention has been described by way of examples of preferred embodiments, it is to be understood that various other adaptations and modifications can be made within the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is the object of the appended claims to cover all variations and modifications falling within the true spirit and scope of the invention.
図8は、本発明の別の実施の形態の一例を示している。1組の機械加工命令801が、ネットワークを介してファイルとして、CDまたはDVDから、または当該技術分野において既知の他の手段によって、NC機械加工コントローラー802に提供される。コントローラー802は、プロセッサ803と、メモリ804と、機械の動作を示すためのディスプレイ805とを備える。プロセッサは、機械加工シミュレーションを実行し、本発明の実施の形態による方法、例えば、方法400を実行して、機械加工シミュレーションの欠陥を特定する画像807をディスプレイ805上に生成する。
FIG. 8 shows an example of another embodiment of the present invention. A set of machining
Claims (20)
前記表面の前記モデルの各ピクセルにおいて前記表面の向きを求めるステップと、
ピクセルごとに前記表面の前記向きの変化率を求めるステップと、
前記変化率を少なくとも1つのしきい値と比較して前記表面の前記欠陥を特定する、比較するステップであって、前記しきい値は、前記機械加工プロセスに基づいて決定される、比較するステップと
を含み、該方法の前記ステップは、プロセッサによって実行される、物体に適用される機械加工プロセスにより、物体のモデルの表面の欠陥を判断するための方法。 A method for determining surface defects of a model of an object by a machining process applied to the object, wherein the surface is generated from the model of the object by simulation of the machining process, the method comprising:
Determining the orientation of the surface at each pixel of the model of the surface;
Determining the rate of change of the orientation of the surface for each pixel;
Comparing the rate of change with at least one threshold to identify and compare the defect on the surface, the threshold being determined based on the machining process A method for determining surface defects in a model of an object by a machining process applied to the object, wherein the steps of the method are performed by a processor.
前記変化率の前記成分に基づいて前記変化率を求めることと
をさらに含む、請求項3に記載の方法。
4. The method of claim 3, further comprising determining the rate of change based on the component of the rate of change.
前記変化率を最小しきい値と比較することであって、前記最小しきい値を超える値を有する前記変化率に対応する前記ピクセルが特定されることをさらに含む、請求項1に記載の方法。 The comparison is
The method of claim 1, further comprising comparing the rate of change to a minimum threshold, wherein the pixels corresponding to the rate of change having a value exceeding the minimum threshold are identified. .
尖部の角度の値に基づいて前記最小しきい値を決定することであって、該尖部は、前記機械加工プロセスのシミュレーション中に機械加工工具の切削部によって形成されることをさらに含む、請求項1に記載の方法。 The comparison is
Determining the minimum threshold based on a value of a cusp angle, the cusp further comprising being formed by a cutting part of a machining tool during simulation of the machining process; The method of claim 1.
前記変化率を最小しきい値と比較することと、
前記変化率を最大しきい値と比較することと
をさらに含み、
前記最小しきい値を超え、かつ前記最大しきい値未満の値を有する前記変化率に対応する前記ピクセルが特定される、請求項1に記載の方法。 The comparison is
Comparing the rate of change to a minimum threshold;
Comparing the rate of change to a maximum threshold;
The method of claim 1, wherein the pixels corresponding to the rate of change that exceeds the minimum threshold and has a value less than the maximum threshold are identified.
前記欠陥によって特定された前記表面の領域を求めることと、
前記表面の前記領域を高分解能でレンダリングすることであって、それにより、機械加工切削部のエッジに沿った一列のピクセルによって特定される前記領域内の前記表面の前記欠陥を判断する、高分解能でレンダリングすることと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 Rendering the surface of the model of the object with low resolution;
Determining a region of the surface identified by the defect;
Rendering the region of the surface with high resolution, thereby determining the defect of the surface within the region identified by a row of pixels along an edge of a machining cut The method of claim 1, further comprising: rendering with.
前記法線ベクトルを法線フレームバッファーに記憶することと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 Determining a normal vector at each pixel of the surface;
The method of claim 1, further comprising: storing the normal vector in a normal frame buffer.
前記物体の前記モデルをディスプレイ上にレンダリングすることと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 Changing the color of each pixel corresponding to the defect;
The method of claim 1, further comprising: rendering the model of the object on a display.
前記表面の各ピクセルにおいて法線ベクトルを求めるステップと、
前記表面のピクセルごとに、ピクセルにおける法線ベクトルと近傍ピクセルにおける法線ベクトルとの間の差に基づいて前記表面の向きの変化率を求めるステップであって、前記表面の欠陥は前記変化率の値によって特定されるステップと、
前記欠陥をディスプレイ上で強調表示するステップと
を含む、物体に適用される機械加工プロセスにより、物体のモデルの表面の欠陥を判断するための方法。 A method for determining surface defects of a model of an object by a machining process applied to the object, wherein the surface is generated from the model of the object by simulation of the machining process, the method comprising:
Determining a normal vector at each pixel of the surface;
Determining, for each pixel on the surface, a rate of change in orientation of the surface based on a difference between a normal vector at the pixel and a normal vector at a neighboring pixel, wherein the surface defect is determined by A step identified by a value;
Highlighting the defect on a display. A method for determining a surface defect of a model of an object by a machining process applied to the object.
前記変化率を最大しきい値と比較することと
をさらに含み、前記最小しきい値を超え、かつ前記最大しきい値未満の値を有する前記変化率に対応する前記ピクセルが前記表面の前記欠陥に対応する前記ピクセルとして特定される、請求項15に記載の方法。 Comparing the rate of change to a minimum threshold;
Comparing the rate of change to a maximum threshold value, wherein the pixel corresponding to the rate of change that exceeds the minimum threshold value and has a value less than the maximum threshold value is the defect on the surface. The method of claim 15, identified as the pixel corresponding to.
前記機械加工プロセスのシミュレーションによって前記表面を生成する手段と、
前記表面の前記モデルの各ピクセルにおいて、ピクセルにおける法線ベクトルに基づいて前記表面の向きを求める手段と、
ピクセルごとに前記表面の前記向きの変化率を求める手段と、
前記変化率を少なくとも1つのしきい値と比較して前記表面の前記欠陥を特定する、比較する手段であって、前記しきい値は、前記機械加工プロセスに基づいて決定される、比較する手段と
を備える、物体に適用される機械加工プロセスにより、物体のモデルの表面の欠陥を判断するためのシステム。 A system for determining surface defects in a model of an object by a machining process applied to the object,
Means for generating the surface by simulation of the machining process;
Means for determining the orientation of the surface at each pixel of the model of the surface based on a normal vector at the pixel;
Means for determining a rate of change of the orientation of the surface for each pixel;
Means for comparing the rate of change with at least one threshold to identify and compare the defect on the surface, the threshold being determined based on the machining process A system for determining surface defects in a model of an object by a machining process applied to the object.
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