切削工具のパラメータを抽出するためのシステム及び方法
【課題】切削工具のパラメータを抽出するための方法を提供する。
【解決手段】本方法は、切削工具の表面に対応する点集団を有する測定データセットを取得する段階と、所定のセクションにおいて点集団を仮想的にスライスして該所定のセクション上の点セットを取得する段階とを含む。本方法はまた、点セットを通る複数の曲線を生成しかつ複数の曲線を最適化して最適化適合曲線を生成する段階と、最適化適合曲線から切削工具のパラメータを抽出する段階とを含む。さらに、提示した回転角投影法に基づいて、切削工具について複数のパラメータを抽出することができる。
【解決手段】本方法は、切削工具の表面に対応する点集団を有する測定データセットを取得する段階と、所定のセクションにおいて点集団を仮想的にスライスして該所定のセクション上の点セットを取得する段階とを含む。本方法はまた、点セットを通る複数の曲線を生成しかつ複数の曲線を最適化して最適化適合曲線を生成する段階と、最適化適合曲線から切削工具のパラメータを抽出する段階とを含む。さらに、提示した回転角投影法に基づいて、切削工具について複数のパラメータを抽出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には部品を機械加工するための切削工具に関し、具体的にはそのような切削工具のパラメータの抽出に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々なタイプの切削工具が知られており、部品を機械加工するのに使用されている。一般的に、各切削工具は、該切削工具の形状及び輪郭を定める関連するパラメータを有する。さらに、機械加工した部品の性能は、そのようなパラメータに応じて決まる。例えば、ボールエンドミルは、軸方向１次逃げ角、溝間隔、ボールエンド半径等のような関連するパラメータを有する。切削工具はそのような工具の所望の性能を保証するために時々検査することが必要となる。一般に、そのような工具に関連するパラメータは、そのような工具の切削性能を判定するために、推定されかつ所望の値と比較される。特に、これらのパラメータによって定まる特徴形状部を有する複雑なカッタの場合には、そのようなパラメータを判定することが望ましい。
【０００３】
一般的には、物理的パーツをスライスし、光学コンパレータ又はハードゲージを使用してスライスパーツのいずれかのセクションにおけるパラメータを測定する。しかしながら、この方法は、工具の物理的なスライシングを必要とし、それによってそれら工具はその後の機械加工に使用不能となる。一部の他のシステムは、取込んだ投影から工具パラメータを推定するために画像処理技術を使用する。しかしながら、そのような測定システムは、工具の少数パラメータのみを推定することに限られ、工具に関連するパラメータの全てについての測定値を得ることはできない。さらに、切削工具の既存のパラメータ測定法は、多大な時間を必要とし、比較的高価であり、かつ相対的に精度が低い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、切削工具の工具パラメータを測定する改良した方法を開発することは望ましいといえる。特に、工具を損傷させずに工具パラメータを正確に推定する方法を開発することは、有益なものとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
簡単には、１つの実施形態によると、切削工具のパラメータを抽出する方法を提供する。本方法は、切削工具の表面に対応する点集団を有する測定データセットを取得する段階と、所定のセクションにおいて点集団を仮想的にスライスして該所定のセクション上の点セットを取得する段階とを含む。本方法はまた、点セットを通る複数の曲線を生成しかつ複数の曲線を最適化して最適化適合曲線を生成する段階と、最適化適合曲線から切削工具のパラメータを抽出する段階とを含む。
【０００６】
別の実施形態では、切削工具のパラメータを抽出するためのシステムを提供する。本システムは、切削工具の表面をスキャンしかつ表面に対応する点集団を収集するように構成された３Ｄ測定装置と、点集団をスライスして少なくとも１つの所定のセクションにおいて点セットを取得するように構成された仮想スライシングモジュールとを含む。本システムはまた、点セットを通る複数の曲線を生成しかつ点セットと複数の曲線との間の偏差を最小にすることによって該複数の曲線を最適化するように構成された曲線適合及び最適化モジュールと、最適化曲線から切削工具のパラメータを抽出するように構成されたパラメータ抽出モジュールとを含む。
【０００７】
別の実施形態では、切削工具の表面に対応する点集団を仮想的にスライスする方法を提供する。本方法は、フィルタによって点集団を前処理して第１の点セットを生成する段階と、第１の点セットをセグメント化するためのスライシング面を選択する段階とを含む。本方法はまた、第１の点セットを選択したスライシング面に投影して指定のセクションにおける第２の点セットを生成する段階を含む。
【０００８】
本発明のこれらの及び他の特徴、態様及び利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表わしている添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読む時に、より良好に理解されるようになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に詳細に説明するように、本技術の実施形態は、ボールエンドミル、フラットエンドミル、ドリル及びリーマのような様々な用途で使用する切削工具のパラメータを抽出する方法を提供する役割を果たす。具体的には、本方法は、スライシングにより取得した点セットを通る又はラインスキャニング測定により直接取得した点セットを通る大域的曲線適合によって測定点セットをスライスしかつパラメータを抽出する仮想スライシング法を使用する。次に図面に移り、また最初に図１を参照すると、切削工具１０を示している。この図示した実施形態では、切削工具１０は、ボールエンドミルを含む。ボールエンドミル１０は、小型フライス盤のような縦フライス盤内の切削工具として使用される。図示するように、ボールエンドミル１０は、シャンク１２と、円筒状切削領域１４とを含む。さらに、ボールエンドミル１０は、半円形断面を有する溝をフライス加工するようになった丸形チップ１６を有する。
【００１０】
切削領域１４は、機械加工部品の所望の輪郭に基づいた複数の溝１８と複数の切れ刃とを含む。例えば、２溝ミルは、スロット又は溝を切削するのに使用することができる。同様に、４溝ミルは、表面フライス加工に使用することができる。ボールエンドミル１０は、該ミル１０の切削性能を表している、円筒状切削領域１４及び丸形チップ１６に対応する複数のパラメータを有する。そのようなパラメータの実施例には、それに限定されないが、軸方向１次逃げ角、溝間隔、外周１次逃げ角、外周すくい角、ボールエンド半径、同心度、コア径、軸方向溝角、軸方向すくい角、軸方向２次逃げ角、らせん角、外周２次逃げ角及びシャンク径が含まれる。ボールエンドミルの切削性能を評価するためのそのようなパラメータのパラメータ抽出については、以下に詳細に説明する。
【００１１】
図２は、部品を機械加工するのに使用する別の切削工具２０の概略図である。この実施形態では、切削工具２０は、フラットエンドミルを含む。ここでも同様に、フラットエンドミル２０は、シャンク１２と、円筒状切削領域１４とを含み、切削領域１４は、平形チップ２２を含む。さらに、フラットエンドミル２０は、機械加工要件に基づいて複数の溝２４を含むことができる。前に説明したように、円筒状切削領域１４に関連する複数のパラメータは、切削工具２０の切削性能を示す。仮想スライシング及び曲線適合法によるそのようなパラメータの抽出については、図３を参照して以下に説明する。
【００１２】
図３は、図１及び図２のボール及びフラットエンドミル１０及び２０のような切削工具のパラメータを抽出するための例示的なシステム３０の概略図である。この図示した実施形態では、測定データセットは、３次元（３Ｄ）データ測定システム３２によって取得される。３Ｄデータ測定システム３２の実施例には、レーザスキャナシステム、白色光３Ｄシステム、接触プローブシステム等が含まれる。この図示した実施形態では、３Ｄデータ測定システム３２は、参照符号３３及び３４で示すようなパッチスキャニング又はラインスキャニングを行うように構成される。１つの実施形態では、パッチスキャニング３３は、参照符号３６で示すように、表面に対応する測定データセット３６を取得するために行われる。さらに、測定データセット３６は、点集団３２の仮想スライシングの前にノイズフィルタ処理、データ補正及びマルチビューデータマージ操作を行うために前処理モジュール３８によって前処理される。同様に、ラインスキャニング３４は、表面にわたる２次元（２Ｄ）セクションについての測定データセット４０を取得するために行うことができる。さらに、測定データセット４０は、ノイズ除去、再サンプリング、法線及び曲率の推定等のために前処理モジュール４２によって前処理することができる。前処理モジュール３８からの前処理した点セットは、仮想スライシングモジュール４４によって仮想的にスライスされて所定のセクションにおける点セットが取得される。さらに、所定のセクションにおける点セットは、曲線適合及び最適化モジュール４６によって処理されて、点セットを通る複数の曲線が生成され、かつ点セットと複数の曲線との間の偏差を最小化することによって複数の曲線が最適化される。その後、生成した曲線は、最適化曲線から切削工具のパラメータを抽出するようにパラメータ抽出モジュール４８によって処理される。仮想スライシング法、曲線適合及び最適化法並びにパラメータ抽出法につては、以下に説明する。
【００１３】
図４は、図３のシステムによる、図１及び図２の切削工具１０及び２０の表面に対応する点集団５２及び三角形メッシュモデル５４についての例示的な仮想スライシングパターン５０の概略図である。この図示した実施形態では、点集団５２を有する測定データセットは、３Ｄデータ測定システム３２（図３参照）によって取得される。さらに、点集団５２は、仮想スライシングモジュール４４（図３参照）によって仮想的にスライスされて、所定のセクション上の点セット５６が取得される。この実施形態では、仮想スライシングモジュール４４は、点集団５２の軸方向又は半径方向スライシング、或いは所定の方向の平面スライシングを行うように構成される。特定の実施形態では、点集団５２は、点集団５２の仮想スライシングの前に、前処理モジュール３８（図３参照）によって前処理される。１つの実施形態では、点集団５２の仮想スライシングは、平面スライシングを含む。それに代えて、点集団５２の仮想スライシングは、表面スライシングを含む。所望のパラメータ抽出に基づいて、点集団５２は、半径方向スライシング又は軸方向スライシングを使用することによってスライスして点セット５６を生成することができる。当業者には分かるように、三角形メッシュモデル５４は、図３のシステム３０によって同様な方法で仮想的にスライスすることができる。さらに、仮想スライシングモジュール４４は、規定のスライス厚さ又はユーザ定義セクションに基づいて点集団５２又は三角形メッシュ５４をスライスするように構成される。
【００１４】
操作では、参照符号５８及び６０で示すような所望のスライスセクションが、特定の切削工具パラメータを抽出するためにユーザによって選択される。さらに、ユーザは、スライスするためのスライス厚さを指定することができる。この図示した実施形態では、スライス厚さは、点集団５２の点密度に応じて決まる。この実施形態では、測定データの密度は、十分に高くすべきである。特定の実施形態では、仮想スライシングモジュール４４は、点集団５２の点密度を推定しかつ好ましいスライス厚さの値を提供するように構成される。それに代えて、ユーザは、推定したスライス厚さの値を所望のスライス厚さに再設定することができる。仮想スライシングモジュール４４は、スライス面５８の周りの点セット５６を取得するように構成され、スライス面５８からの点のオフセット量は、選択したスライス厚さの半分と実質的に同一である。従って、取得した点の全ては、点セット５６を取得するように同一のスライス面５８に投影される。
【００１５】
同様に、三角形メッシュモデル５４では、仮想スライシングモジュール４４は、スライス面６０がそれぞれの三角平面を通過する場合に、スライス面６０とモデル５４の各三角形の境界線との間の交点を求める。特定の実施形態では、仮想スライシングモジュール４４は、垂直セクションと点集団５２の仮想スライシングにおけるそれぞれの交差点とに基づいてユーザ定義セクションの選択を可能にする。点集団５２の半径方向及び軸方向スライシングは、切削工具１０及び２０の半径方向（外周）及び軸方向パラメータの抽出を可能にする。特定の実施形態では、仮想スライシングモジュール４４は、図５を参照して以下に説明するような点集団５２の円筒状スライシングを使用する。
【００１６】
図５は、図１及び図２の切削工具１０及び２０の表面に対応する点集団についての例示的な円筒状スライシングパターン６２の概略図である。円筒状スライシングのインタフェースは、上記の半径方向及び軸方向スライシングのインタフェースと同様である。円筒状スライシングは、その円筒半径が事前に定められているようなカール（ｃｉｒｑｕｅ）抽出のために使用されることに留意されたい。この図示した実施形態では、点集団６４は、スライスパターン６８を取得するためにセクション６６によってスライスされる。スライスパターン６８は、参照符号７０及び７２で示すような、異なる位置での２回円筒状スライシングによって取得されたらせん曲線を含む。らせん曲線７０及び７２に基づいて、工具１０及び２０の必要な溝らせん特性を取得することができる。具体的には、所定の半径に基づいたらせん曲線７０及び７２から、工具１０及び２０のあらゆる切れ刃上の溝ナンバの先端を求めることができる。さらに、下記に説明するように所定の半径において軸方向スライシングを行うことができる。
【００１７】
図６は、５溝フラットエンドミルの円筒状スライシングから取得した軸方向セクション７４の概略図である。この図示した実施形態では、点集団７６は、スライスセクション７８によってスライスされる。この実施形態では、点（Ｏ）８０は、セクション７８の中心を表す。さらに、点（Ｐ）８２は、所定の半径を有する切削工具１０及び２０の切れ刃上に決定される。この実施形態では、所定の半径は、線分ＯＰの長さ８４に等しい。軸方向セクションはシャンク軸線に平行でありかつ線分ＯＰに対して垂直であることに留意されたい。従って、この図示した実施形態では、点（Ｐ）８２を通って横切る、軸方向セクションの軸方向投影は、線分（ＭＮ）８６によって表される。当業者には分かるように、５溝フラットエンドミルでは、同一の刃半径を有する５つの軸方向セクションを抽出することができる。
【００１８】
図７は、４溝ボールエンドミルの切れ刃に対応する点集団９２の円筒状スライシングから取得した軸方向及び半径方向（外周）セクション９０の概略図である。４溝ボールエンドミルの軸方向及び半径方向セクション９０は、上記の５溝ミルの場合と同様な方法で求めることができる。この図示した実施形態では、４溝ボールエンドミルからスライスされた軸方向セクションは、参照符号９４、９６、９８及び１００で表わされる。さらに、対応する半径方向セクションは、参照符号１０２、１０４、１０６及び１０８で示される。操作では、必要な軸方向及び半径方向セクションは、点集団９２から取得され、そのようなセクションは、図８を参照して以下に説明する曲線適合及び最適化法に基づいて切削工具のパラメータを推定するのに使用される。
【００１９】
図８は、点集団９２（図７を参照）の仮想スライシングから取得した点セットを通る曲線適合の例示的なプロセス１１０の概略図である。この図示した実施形態では、所定のセクション上の点セットは、ステップ１１２で示すように、点集団の仮想スライシングによって取得される。さらに、主要特徴形状部の自動セグメント化が、行われる（ステップ１１４）。セグメント化されることになる主要特徴形状部の数は、切削工具１０及び２０の溝数に基づいていることに留意されたい。ステップ１１６において、セグメント化データは、曲線適合のための細部データを取得するように処理される。さらに、取得したデータに対して、曲線適合及び最適化演算が実行される（ステップ１１８）。具体的には、初期マルチ曲線が、セグメント化点セットに基づいて生成される。この実施形態では、曲線の生成は、最小二乗法に基づいて行われる。しかしながら、その他の曲線適合法も想定される。
【００２０】
曲線が生成されると、隣接する曲線間の制約条件が、作成される（ステップ１２０）。曲線適合に使用する曲線の実施例には、スプライン、直線及び円弧が含まれる。ステップ１２２において、最適化曲線を求めるために、最適化法が使用される。この図示した実施形態では、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法を使用して、点から曲線までの大域的最小偏差を反復的に見出して最適化曲線を生成するようにする。しかしながら、その他の最適化法を使用して最適化曲線を生成することもできる。最適化曲線は次に、以下に説明するように切削工具パラメータの推定（ステップ１２４）のために使用される。
【００２１】
図９は、点集団３２（図３参照）の半径方向スライシングから取得した点セットを通る曲線適合の例示的なプロセス１３０の概略図である。この図示した実施形態では、曲線適合及びパラメータ抽出法は、切削工具１０及び２０の外周パラメータを求めるために使用される。測定データから取得した点集団３２は、セクションを得るために半径方向にスライスされる（ステップ１３２）。さらに、取得したセクションは、切れ刃上の点及び対応する溝の底面上の点に従ってセグメント化される（ステップ１３４）。ステップ１３６において、セグメント化データは、曲線適合のための細部データを取得するために前処理される。例えば、ノイズフィルタを使用して、あらゆる明らかな異常点をセグメント化データから取除くことができる。１つの実施形態では、切れ刃の外周すくい角部分の端部から外周二次逃げ角部分の端部までソーティングを行うことができる。別の実施形態では、すくい角部分上、一次逃げ角部分上又は二次逃げ角部分上に位置しない不必要な点が除去される。さらに、それぞれ半径方向及び残り部分に対して、データ平滑化を行うことができる。
【００２２】
ステップ１３８において、初期マルチ曲線が、セグメント化点セットに基づいて生成される。この実施形態では、本システムは、切削工具の二次逃げ角部分が存在するか否かを評価する。さらに、あらゆる主要特徴形状部に対して適用されることになる幾つかの曲線が求められ、また最小二乗法が、個別に曲線適合を行うためにかつ全偏差を推定して使用されることになる曲線のタイプを決定するのを可能にするために使用される。生成した曲線は次に、ステップ１４０に記載するような目的関数に基づいてＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法によって最適化される。その後、パラメータが、最適化曲線から推定される（ステップ１４２）。この実施形態では、パラメータには、外周すくい角、外周１次逃げ角、外周２次逃げ角、外周ランド幅が含まれる。しかしながら、複数の他のパラメータも、上記の方法によって推定することができる。
【００２３】
図１０は、図１及び図２の切削工具１０及び２０の刃の周りの主要特徴形状部のセグメント化１５０の概略図である。この実施形態では、半径方向セクションでの主要特徴形状部のセグメント化を示している。この図示した実施形態では、参照符号１５２、１５４、１５６及び１５８で示したような点の群は、互いにグループ化されてセグメント化部分１６０、１６２、１６４及び１６６を形成する。さらに、最適化大域的曲線適合が、セグメント化部分１６０、１６２、１８４及び１６６に対して使用される。１つの実施形態では、本システムのユーザは、ポリゴン選択法によって主要特徴形状部を選択することができる。さらに、最適化曲線に関連する情報をユーザが使用可能にすることができる。図１１は、図１０の主要特徴形状部のセグメント化によって取得した点を通る曲線適合１７０の概略図である。図示するように、外周すくい角部分の２つのセグメントは、円弧（ＡＢ）１７２及び直線（ＢＣ）１７４で表される。さらに、外周１次逃げ角部分及び外周２次逃げ角部分の各々に対して、１つの線分を使用することができる。この実施形態では、直線（ＣＤ）１７６は、外周１次逃げ部分を表し、直線（ＤＥ）１７８は、外周２次逃げ角部分を表す。
【００２４】
図１２は、図１１の最適化曲線から抽出した例示的な切削工具パラメータ１８０の概略図である。曲線によって推定したパラメータは、線分（ＤＥ）１７８と水平軸線１８４との間の角度として測定された外周２次逃げ角１８２を含む。同様に、外周１次逃げ角１８６は、直線ＣＤ１７６と水平軸線１８４との間の角度として測定される。さらに、外周すくい角１８８は、円弧（ＡＢ）１７２と垂直軸線１９０との間の角度として測定される。当業者には分かるように、外周すくい角１８８の値は、切れ刃点Ｃからの様々な測定深さにおいて異なるものとなる。加えて、外周ランド幅１９２は、垂直軸線１９０からの点Ｄの水平方向オフセット量として測定される。このように、切削工具についての複数のパラメータは、最適化曲線に基づいて抽出することができる。
【００２５】
図１３は、図１及び図２の切削工具１０及び２０の仮想スライシングから取得した例示的な軸方向セクション１９４の概略図である。軸方向部分についてのパラメータ抽出法は、上記のような外周パラメータ抽出法と同様である。この図示した実施形態では、参照符号１９６及び１９８で示すような２つの軸方向セクションの群が、図１４を参照して以下に説明するような軸方向パラメータ抽出に使用される。
【００２６】
図１４は、図１２の軸方向セクションの主要特徴形状部のセグメント化によって取得した点を通る曲線適合２００の概略図である。この実施形態では、軸方向すくい角部分は、円弧（ＡＢ）２０２及び直線（ＢＣ）２０４によって定まり、軸方向１次逃げ角部分は、直線２０６によって表される。さらに、軸方向２次逃げ角部分は、円弧（ＤＥ）２０８及び円弧ＥＦ（２１０）によって定まる。図１５は、図１４の曲線から抽出した例示的な切削工具パラメータの概略図である。曲線によって抽出したパラメータは、円弧ＤＥ２０８と垂直軸線２１６との間の角度として測定される軸方向２次逃げ角２１４を含む。さらに、軸方向１次逃げ角２１８は、円弧ＣＤ２０６と垂直軸線２１６との間の角度として測定される。加えて、軸方向すくい角２２０は、直線ＢＣ２０４とカッタシャンク軸線に平行な水平軸線２２２との間の角度として測定され、軸方向ランド幅２２４は、水平軸線２２２からの点Ｄの垂直方向オフセット量として測定される。このようにして、複数のパラメータが、軸方向セクションの最適化曲線から抽出される。さらに、回転軸方向投影法を使用して、測定データからそのようなパラメータを抽出することができる。
【００２７】
図１６は、図１及び図２の切削工具１０及び２０のパラメータを抽出するための回転軸方向投影法の例示的なプロセス２３０の概略図である。この図示した実施形態では、ステップ２３２で示すように、切削工具についての点セットが取得される。ステップ２３４において、カッタシャンク軸線を通過する投影面が、定められる。この実施形態では、デフォルト投影面は、デフォルトシャンク軸線（すなわち、ｚ軸）を通過するＹＯＺ面である。さらに、ステップ２３６において、点の全てが、各点からシャンク軸線までの当初の距離を維持した状態で、個別に該シャンク軸線の周りで投影面まで回転される。ステップ２３８において、対応するパラメータを推定するために、２次元平面上に等高線を抽出することができる。回転軸方向投影法による切削工具１０及び２０のパラメータ抽出について、図１７及び図１８を参照して以下に説明する。
【００２８】
図１７は、図１のボールエンドミル１０についての回転軸方向投影２４０によるパラメータ抽出の概略図である。この実施形態では、点セットは、カッタシャンク軸線の周りで回転され、軸方向面２４２に投影される。投影は、各点の等半径回転を含む。この実施形態では、各点の回転角度は９０度よりも小さい。さらに、刃径（Ｄ１）２４４、コア径（Ｄ２）２４６及び軸方向溝角（ｐ／２−α／２）２４８のようなパラメータは、回転角投影により抽出することができる。この実施形態では、刃径及びコア径２４４及び２４６を推定するために、最低及び最高の等高線上の点を抽出することができる。
【００２９】
図１８は、図２のフラットエンドミル２０についての回転軸方向投影２５０によるパラメータ抽出の概略図である。この実施形態では、回転面投影は、半平面投影を含む。前に説明したように、刃径（Ｄ１）２５２、コア径（Ｄ２）２５４及び軸方向溝角（ｐ／２−α／２）２５６のようなパラメータは、回転角投影により抽出することができる。図１９は、ドリルについての回転軸方向投影２６０の概略図である。この図示した実施形態では、各点の回転角度は９０度よりも小さい。ここでも同様に、ドリルの点セットの回転軸方向投影２６０に基づいて、刃径（Ｄ１）２６２、コア径（Ｄ２）２６４、バックテーパ角（δ）２６６及び先端刃先角（γ）２６８のような複数のパラメータを推定することができる。このようにして、複数のパラメータは、上記の回転角投影法によって抽出することができる。そのようなパラメータの実施例には、らせん角、リード、シャンク径、刃径、コア径、軸方向溝角、ボールエンドミル１０のボールエンド半径、フラットエンドミル２０のコーナ半径、並びにドリルのバックテーパ角及び先端刃先角が含まれる
図２０は、図１及び図２の切削工具１０及び２０の溝間隔推定２７０の概略図である。本明細書で使用する場合、「溝間隔」という用語は、ボール及びフラットエンドミル１０及び２０のような工具の２つの切れ刃間の間隔角を意味する。溝間隔推定２７０は、前に説明したような外周パラメータ抽出に基づいている。操作では、参照符号２７２及び２７４で示したような切れ刃が、指定のセクションにおいて取得される。さらに、溝間隔２７６が、個別に切れ刃先端を横切って通る２つの中心線間の内包角として測定される。当業者には分かるように、ユーザは、切れ刃間の溝間隔を推定するために、複数のマルチ曲線を選択することができる。同様に、複数のその他のパラメータも、仮想スライシング及びパラメータ抽出法に基づいて求めることができる。例えば、らせんの回転方向は、２つの隣接するスライスセクションから取得することができる。さらに、工具の切れ刃についての同心度もまた推定することができる。
【００３０】
本明細書で上記した本方法の様々な態様は、ボールエンドミル、フラットエンドミル、ドリル及びリーマのような多様な切削工具のパラメータ抽出において有用性を有する。上記した本方法は、元の工具自体をスライスする必要なしに、測定データからの工具パラメータの正確な推定を可能にする。上記したように、切削工具の複数のパラメータは、仮想スライシング、曲線適合及びパラメータ抽出法によって取得することができる。さらに、測定データによるパラメータ抽出によって、比較的少ない時間でのパラメータ抽出が可能になる。加えて、そのような方法は、本システムのユーザに自由度を与えかつ比較的廉価である。本方法は、多様な切削工具における全ての切削工具ディメンションの一貫した測定を可能にする利点がある。
【００３１】
当業者には分かるように、上述の実施例、実操作及びプロセスステップは、汎用又は専用コンピュータのようなプロセッサベースシステム上の適切なコードによって実施することができる。本技術の様々な実施は、本明細書に記載したステップの一部又は全てを異なる順序で又は実質的に同時にすなわち並行して行うことができることにも留意されたい。さらに、これらの機能は、Ｃ＋＋又はＪＡＶＡ（商標）のような多様なプログラミング言語の形態で実装することができる。当業者には分かるように、そのようなコードは、保管するか、若しくはメモリチップ、ローカル又はリモートハードディスク、光ディスク（すなわち、ＣＤ又はＤＶＤ）或いは他の媒体のような１つ又はそれ以上の有形かつ機械可読の媒体上に保管するようにすることができ、プロセッサベースシステムによってアクセスして保管したコードを実行することができる。有形媒体は、その上に命令が印刷された紙又は別の適切な媒体を含むことができることに留意されたい。例えば、命令は、紙又はその他の媒体の光学的スキャンによって電子的に取込み、次にコンパイル、解釈又は必要に応じて他の適切な方法で処理し、次にコンピュータメモリ内に保管することができる。
【００３２】
本明細書では本発明の特定の特徴のみを図示かつ説明してきたが、当業者には、多くの修正及び変更が想起されるであろう。従って、特許請求の範囲は、全てのそのような修正及び変更を本発明の技術思想に含まれるものとして保護しようとするものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本技術の態様による、部品を機械加工するのに使用する切削工具の概略図。
【図２】本技術の態様による、部品を機械加工するのに使用する別の切削工具の概略図。
【図３】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具のパラメータ抽出のための例示的なシステム３０の概略図。
【図４】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具の表面に対応する点集団及び三角形メッシュモデルに対する例示的な仮想スライシングパターンの概略図。
【図５】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具の表面に対応する点集団に対する例示的な円筒状スライシングパターンの概略図。
【図６】本技術の態様による、５溝フラットエンドミルの円筒状スライシングから取得した軸方向セクションの概略図。
【図７】本技術の態様による、図１の４溝ボールエンドミルの切れ刃に対応する点集団の半径方向及び軸方向スライシングから取得した軸方向及び半径方向セクションの概略図。
【図８】本技術の態様による、点集団の仮想スライシングから取得した点セットを通る曲線適合の例示的なプロセスの概略図。
【図９】本技術の態様による、ラインスキャニングからの点集団又は２次元セクションデータの半径方向スライシングから取得した点セットを通る曲線適合の例示的なプロセスの概略図。
【図１０】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具の切れ刃の周りの主要特徴形状部のセグメント化の概略図。
【図１１】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具の切れ刃の周りの主要特徴形状部のセグメント化によって取得した点を通る曲線適合の概略図。
【図１２】本技術の態様による、図１１の曲線から抽出した例示的な切削工具パラメータの概略図。
【図１３】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具の仮想スライシングによって取得した例示的な軸方向セクションの概略図。
【図１４】本技術の態様による、図１３の軸方向セクション内の主要特徴形状部のセグメント化によって取得した点を通る曲線適合の概略図。
【図１５】本技術の態様による、図１４の曲線から抽出した例示的な切削工具パラメータの概略図。
【図１６】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具のパラメータを抽出するための回転軸方向投影の例示的なプロセスの概略図。
【図１７】本技術の態様による、図１のボールエンドミルについての回転軸方向投影の概略図。
【図１８】本技術の態様による、図２のフラットエンドミルについての回転軸方向投影の概略図。
【図１９】本技術の態様による、ドリルについての回転軸方向投影の概略図。
【図２０】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具の溝間隔推定の概略図。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 切削工具
１２ シャンク
１４ 円筒状切削領域
１６ 丸形チップ
１８ 溝
２０ 切削工具
２２ 平形チップ
２４ 溝
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には部品を機械加工するための切削工具に関し、具体的にはそのような切削工具のパラメータの抽出に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々なタイプの切削工具が知られており、部品を機械加工するのに使用されている。一般的に、各切削工具は、該切削工具の形状及び輪郭を定める関連するパラメータを有する。さらに、機械加工した部品の性能は、そのようなパラメータに応じて決まる。例えば、ボールエンドミルは、軸方向１次逃げ角、溝間隔、ボールエンド半径等のような関連するパラメータを有する。切削工具はそのような工具の所望の性能を保証するために時々検査することが必要となる。一般に、そのような工具に関連するパラメータは、そのような工具の切削性能を判定するために、推定されかつ所望の値と比較される。特に、これらのパラメータによって定まる特徴形状部を有する複雑なカッタの場合には、そのようなパラメータを判定することが望ましい。
【０００３】
一般的には、物理的パーツをスライスし、光学コンパレータ又はハードゲージを使用してスライスパーツのいずれかのセクションにおけるパラメータを測定する。しかしながら、この方法は、工具の物理的なスライシングを必要とし、それによってそれら工具はその後の機械加工に使用不能となる。一部の他のシステムは、取込んだ投影から工具パラメータを推定するために画像処理技術を使用する。しかしながら、そのような測定システムは、工具の少数パラメータのみを推定することに限られ、工具に関連するパラメータの全てについての測定値を得ることはできない。さらに、切削工具の既存のパラメータ測定法は、多大な時間を必要とし、比較的高価であり、かつ相対的に精度が低い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、切削工具の工具パラメータを測定する改良した方法を開発することは望ましいといえる。特に、工具を損傷させずに工具パラメータを正確に推定する方法を開発することは、有益なものとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
簡単には、１つの実施形態によると、切削工具のパラメータを抽出する方法を提供する。本方法は、切削工具の表面に対応する点集団を有する測定データセットを取得する段階と、所定のセクションにおいて点集団を仮想的にスライスして該所定のセクション上の点セットを取得する段階とを含む。本方法はまた、点セットを通る複数の曲線を生成しかつ複数の曲線を最適化して最適化適合曲線を生成する段階と、最適化適合曲線から切削工具のパラメータを抽出する段階とを含む。
【０００６】
別の実施形態では、切削工具のパラメータを抽出するためのシステムを提供する。本システムは、切削工具の表面をスキャンしかつ表面に対応する点集団を収集するように構成された３Ｄ測定装置と、点集団をスライスして少なくとも１つの所定のセクションにおいて点セットを取得するように構成された仮想スライシングモジュールとを含む。本システムはまた、点セットを通る複数の曲線を生成しかつ点セットと複数の曲線との間の偏差を最小にすることによって該複数の曲線を最適化するように構成された曲線適合及び最適化モジュールと、最適化曲線から切削工具のパラメータを抽出するように構成されたパラメータ抽出モジュールとを含む。
【０００７】
別の実施形態では、切削工具の表面に対応する点集団を仮想的にスライスする方法を提供する。本方法は、フィルタによって点集団を前処理して第１の点セットを生成する段階と、第１の点セットをセグメント化するためのスライシング面を選択する段階とを含む。本方法はまた、第１の点セットを選択したスライシング面に投影して指定のセクションにおける第２の点セットを生成する段階を含む。
【０００８】
本発明のこれらの及び他の特徴、態様及び利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様の部分を表わしている添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読む時に、より良好に理解されるようになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に詳細に説明するように、本技術の実施形態は、ボールエンドミル、フラットエンドミル、ドリル及びリーマのような様々な用途で使用する切削工具のパラメータを抽出する方法を提供する役割を果たす。具体的には、本方法は、スライシングにより取得した点セットを通る又はラインスキャニング測定により直接取得した点セットを通る大域的曲線適合によって測定点セットをスライスしかつパラメータを抽出する仮想スライシング法を使用する。次に図面に移り、また最初に図１を参照すると、切削工具１０を示している。この図示した実施形態では、切削工具１０は、ボールエンドミルを含む。ボールエンドミル１０は、小型フライス盤のような縦フライス盤内の切削工具として使用される。図示するように、ボールエンドミル１０は、シャンク１２と、円筒状切削領域１４とを含む。さらに、ボールエンドミル１０は、半円形断面を有する溝をフライス加工するようになった丸形チップ１６を有する。
【００１０】
切削領域１４は、機械加工部品の所望の輪郭に基づいた複数の溝１８と複数の切れ刃とを含む。例えば、２溝ミルは、スロット又は溝を切削するのに使用することができる。同様に、４溝ミルは、表面フライス加工に使用することができる。ボールエンドミル１０は、該ミル１０の切削性能を表している、円筒状切削領域１４及び丸形チップ１６に対応する複数のパラメータを有する。そのようなパラメータの実施例には、それに限定されないが、軸方向１次逃げ角、溝間隔、外周１次逃げ角、外周すくい角、ボールエンド半径、同心度、コア径、軸方向溝角、軸方向すくい角、軸方向２次逃げ角、らせん角、外周２次逃げ角及びシャンク径が含まれる。ボールエンドミルの切削性能を評価するためのそのようなパラメータのパラメータ抽出については、以下に詳細に説明する。
【００１１】
図２は、部品を機械加工するのに使用する別の切削工具２０の概略図である。この実施形態では、切削工具２０は、フラットエンドミルを含む。ここでも同様に、フラットエンドミル２０は、シャンク１２と、円筒状切削領域１４とを含み、切削領域１４は、平形チップ２２を含む。さらに、フラットエンドミル２０は、機械加工要件に基づいて複数の溝２４を含むことができる。前に説明したように、円筒状切削領域１４に関連する複数のパラメータは、切削工具２０の切削性能を示す。仮想スライシング及び曲線適合法によるそのようなパラメータの抽出については、図３を参照して以下に説明する。
【００１２】
図３は、図１及び図２のボール及びフラットエンドミル１０及び２０のような切削工具のパラメータを抽出するための例示的なシステム３０の概略図である。この図示した実施形態では、測定データセットは、３次元（３Ｄ）データ測定システム３２によって取得される。３Ｄデータ測定システム３２の実施例には、レーザスキャナシステム、白色光３Ｄシステム、接触プローブシステム等が含まれる。この図示した実施形態では、３Ｄデータ測定システム３２は、参照符号３３及び３４で示すようなパッチスキャニング又はラインスキャニングを行うように構成される。１つの実施形態では、パッチスキャニング３３は、参照符号３６で示すように、表面に対応する測定データセット３６を取得するために行われる。さらに、測定データセット３６は、点集団３２の仮想スライシングの前にノイズフィルタ処理、データ補正及びマルチビューデータマージ操作を行うために前処理モジュール３８によって前処理される。同様に、ラインスキャニング３４は、表面にわたる２次元（２Ｄ）セクションについての測定データセット４０を取得するために行うことができる。さらに、測定データセット４０は、ノイズ除去、再サンプリング、法線及び曲率の推定等のために前処理モジュール４２によって前処理することができる。前処理モジュール３８からの前処理した点セットは、仮想スライシングモジュール４４によって仮想的にスライスされて所定のセクションにおける点セットが取得される。さらに、所定のセクションにおける点セットは、曲線適合及び最適化モジュール４６によって処理されて、点セットを通る複数の曲線が生成され、かつ点セットと複数の曲線との間の偏差を最小化することによって複数の曲線が最適化される。その後、生成した曲線は、最適化曲線から切削工具のパラメータを抽出するようにパラメータ抽出モジュール４８によって処理される。仮想スライシング法、曲線適合及び最適化法並びにパラメータ抽出法につては、以下に説明する。
【００１３】
図４は、図３のシステムによる、図１及び図２の切削工具１０及び２０の表面に対応する点集団５２及び三角形メッシュモデル５４についての例示的な仮想スライシングパターン５０の概略図である。この図示した実施形態では、点集団５２を有する測定データセットは、３Ｄデータ測定システム３２（図３参照）によって取得される。さらに、点集団５２は、仮想スライシングモジュール４４（図３参照）によって仮想的にスライスされて、所定のセクション上の点セット５６が取得される。この実施形態では、仮想スライシングモジュール４４は、点集団５２の軸方向又は半径方向スライシング、或いは所定の方向の平面スライシングを行うように構成される。特定の実施形態では、点集団５２は、点集団５２の仮想スライシングの前に、前処理モジュール３８（図３参照）によって前処理される。１つの実施形態では、点集団５２の仮想スライシングは、平面スライシングを含む。それに代えて、点集団５２の仮想スライシングは、表面スライシングを含む。所望のパラメータ抽出に基づいて、点集団５２は、半径方向スライシング又は軸方向スライシングを使用することによってスライスして点セット５６を生成することができる。当業者には分かるように、三角形メッシュモデル５４は、図３のシステム３０によって同様な方法で仮想的にスライスすることができる。さらに、仮想スライシングモジュール４４は、規定のスライス厚さ又はユーザ定義セクションに基づいて点集団５２又は三角形メッシュ５４をスライスするように構成される。
【００１４】
操作では、参照符号５８及び６０で示すような所望のスライスセクションが、特定の切削工具パラメータを抽出するためにユーザによって選択される。さらに、ユーザは、スライスするためのスライス厚さを指定することができる。この図示した実施形態では、スライス厚さは、点集団５２の点密度に応じて決まる。この実施形態では、測定データの密度は、十分に高くすべきである。特定の実施形態では、仮想スライシングモジュール４４は、点集団５２の点密度を推定しかつ好ましいスライス厚さの値を提供するように構成される。それに代えて、ユーザは、推定したスライス厚さの値を所望のスライス厚さに再設定することができる。仮想スライシングモジュール４４は、スライス面５８の周りの点セット５６を取得するように構成され、スライス面５８からの点のオフセット量は、選択したスライス厚さの半分と実質的に同一である。従って、取得した点の全ては、点セット５６を取得するように同一のスライス面５８に投影される。
【００１５】
同様に、三角形メッシュモデル５４では、仮想スライシングモジュール４４は、スライス面６０がそれぞれの三角平面を通過する場合に、スライス面６０とモデル５４の各三角形の境界線との間の交点を求める。特定の実施形態では、仮想スライシングモジュール４４は、垂直セクションと点集団５２の仮想スライシングにおけるそれぞれの交差点とに基づいてユーザ定義セクションの選択を可能にする。点集団５２の半径方向及び軸方向スライシングは、切削工具１０及び２０の半径方向（外周）及び軸方向パラメータの抽出を可能にする。特定の実施形態では、仮想スライシングモジュール４４は、図５を参照して以下に説明するような点集団５２の円筒状スライシングを使用する。
【００１６】
図５は、図１及び図２の切削工具１０及び２０の表面に対応する点集団についての例示的な円筒状スライシングパターン６２の概略図である。円筒状スライシングのインタフェースは、上記の半径方向及び軸方向スライシングのインタフェースと同様である。円筒状スライシングは、その円筒半径が事前に定められているようなカール（ｃｉｒｑｕｅ）抽出のために使用されることに留意されたい。この図示した実施形態では、点集団６４は、スライスパターン６８を取得するためにセクション６６によってスライスされる。スライスパターン６８は、参照符号７０及び７２で示すような、異なる位置での２回円筒状スライシングによって取得されたらせん曲線を含む。らせん曲線７０及び７２に基づいて、工具１０及び２０の必要な溝らせん特性を取得することができる。具体的には、所定の半径に基づいたらせん曲線７０及び７２から、工具１０及び２０のあらゆる切れ刃上の溝ナンバの先端を求めることができる。さらに、下記に説明するように所定の半径において軸方向スライシングを行うことができる。
【００１７】
図６は、５溝フラットエンドミルの円筒状スライシングから取得した軸方向セクション７４の概略図である。この図示した実施形態では、点集団７６は、スライスセクション７８によってスライスされる。この実施形態では、点（Ｏ）８０は、セクション７８の中心を表す。さらに、点（Ｐ）８２は、所定の半径を有する切削工具１０及び２０の切れ刃上に決定される。この実施形態では、所定の半径は、線分ＯＰの長さ８４に等しい。軸方向セクションはシャンク軸線に平行でありかつ線分ＯＰに対して垂直であることに留意されたい。従って、この図示した実施形態では、点（Ｐ）８２を通って横切る、軸方向セクションの軸方向投影は、線分（ＭＮ）８６によって表される。当業者には分かるように、５溝フラットエンドミルでは、同一の刃半径を有する５つの軸方向セクションを抽出することができる。
【００１８】
図７は、４溝ボールエンドミルの切れ刃に対応する点集団９２の円筒状スライシングから取得した軸方向及び半径方向（外周）セクション９０の概略図である。４溝ボールエンドミルの軸方向及び半径方向セクション９０は、上記の５溝ミルの場合と同様な方法で求めることができる。この図示した実施形態では、４溝ボールエンドミルからスライスされた軸方向セクションは、参照符号９４、９６、９８及び１００で表わされる。さらに、対応する半径方向セクションは、参照符号１０２、１０４、１０６及び１０８で示される。操作では、必要な軸方向及び半径方向セクションは、点集団９２から取得され、そのようなセクションは、図８を参照して以下に説明する曲線適合及び最適化法に基づいて切削工具のパラメータを推定するのに使用される。
【００１９】
図８は、点集団９２（図７を参照）の仮想スライシングから取得した点セットを通る曲線適合の例示的なプロセス１１０の概略図である。この図示した実施形態では、所定のセクション上の点セットは、ステップ１１２で示すように、点集団の仮想スライシングによって取得される。さらに、主要特徴形状部の自動セグメント化が、行われる（ステップ１１４）。セグメント化されることになる主要特徴形状部の数は、切削工具１０及び２０の溝数に基づいていることに留意されたい。ステップ１１６において、セグメント化データは、曲線適合のための細部データを取得するように処理される。さらに、取得したデータに対して、曲線適合及び最適化演算が実行される（ステップ１１８）。具体的には、初期マルチ曲線が、セグメント化点セットに基づいて生成される。この実施形態では、曲線の生成は、最小二乗法に基づいて行われる。しかしながら、その他の曲線適合法も想定される。
【００２０】
曲線が生成されると、隣接する曲線間の制約条件が、作成される（ステップ１２０）。曲線適合に使用する曲線の実施例には、スプライン、直線及び円弧が含まれる。ステップ１２２において、最適化曲線を求めるために、最適化法が使用される。この図示した実施形態では、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法を使用して、点から曲線までの大域的最小偏差を反復的に見出して最適化曲線を生成するようにする。しかしながら、その他の最適化法を使用して最適化曲線を生成することもできる。最適化曲線は次に、以下に説明するように切削工具パラメータの推定（ステップ１２４）のために使用される。
【００２１】
図９は、点集団３２（図３参照）の半径方向スライシングから取得した点セットを通る曲線適合の例示的なプロセス１３０の概略図である。この図示した実施形態では、曲線適合及びパラメータ抽出法は、切削工具１０及び２０の外周パラメータを求めるために使用される。測定データから取得した点集団３２は、セクションを得るために半径方向にスライスされる（ステップ１３２）。さらに、取得したセクションは、切れ刃上の点及び対応する溝の底面上の点に従ってセグメント化される（ステップ１３４）。ステップ１３６において、セグメント化データは、曲線適合のための細部データを取得するために前処理される。例えば、ノイズフィルタを使用して、あらゆる明らかな異常点をセグメント化データから取除くことができる。１つの実施形態では、切れ刃の外周すくい角部分の端部から外周二次逃げ角部分の端部までソーティングを行うことができる。別の実施形態では、すくい角部分上、一次逃げ角部分上又は二次逃げ角部分上に位置しない不必要な点が除去される。さらに、それぞれ半径方向及び残り部分に対して、データ平滑化を行うことができる。
【００２２】
ステップ１３８において、初期マルチ曲線が、セグメント化点セットに基づいて生成される。この実施形態では、本システムは、切削工具の二次逃げ角部分が存在するか否かを評価する。さらに、あらゆる主要特徴形状部に対して適用されることになる幾つかの曲線が求められ、また最小二乗法が、個別に曲線適合を行うためにかつ全偏差を推定して使用されることになる曲線のタイプを決定するのを可能にするために使用される。生成した曲線は次に、ステップ１４０に記載するような目的関数に基づいてＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法によって最適化される。その後、パラメータが、最適化曲線から推定される（ステップ１４２）。この実施形態では、パラメータには、外周すくい角、外周１次逃げ角、外周２次逃げ角、外周ランド幅が含まれる。しかしながら、複数の他のパラメータも、上記の方法によって推定することができる。
【００２３】
図１０は、図１及び図２の切削工具１０及び２０の刃の周りの主要特徴形状部のセグメント化１５０の概略図である。この実施形態では、半径方向セクションでの主要特徴形状部のセグメント化を示している。この図示した実施形態では、参照符号１５２、１５４、１５６及び１５８で示したような点の群は、互いにグループ化されてセグメント化部分１６０、１６２、１６４及び１６６を形成する。さらに、最適化大域的曲線適合が、セグメント化部分１６０、１６２、１８４及び１６６に対して使用される。１つの実施形態では、本システムのユーザは、ポリゴン選択法によって主要特徴形状部を選択することができる。さらに、最適化曲線に関連する情報をユーザが使用可能にすることができる。図１１は、図１０の主要特徴形状部のセグメント化によって取得した点を通る曲線適合１７０の概略図である。図示するように、外周すくい角部分の２つのセグメントは、円弧（ＡＢ）１７２及び直線（ＢＣ）１７４で表される。さらに、外周１次逃げ角部分及び外周２次逃げ角部分の各々に対して、１つの線分を使用することができる。この実施形態では、直線（ＣＤ）１７６は、外周１次逃げ部分を表し、直線（ＤＥ）１７８は、外周２次逃げ角部分を表す。
【００２４】
図１２は、図１１の最適化曲線から抽出した例示的な切削工具パラメータ１８０の概略図である。曲線によって推定したパラメータは、線分（ＤＥ）１７８と水平軸線１８４との間の角度として測定された外周２次逃げ角１８２を含む。同様に、外周１次逃げ角１８６は、直線ＣＤ１７６と水平軸線１８４との間の角度として測定される。さらに、外周すくい角１８８は、円弧（ＡＢ）１７２と垂直軸線１９０との間の角度として測定される。当業者には分かるように、外周すくい角１８８の値は、切れ刃点Ｃからの様々な測定深さにおいて異なるものとなる。加えて、外周ランド幅１９２は、垂直軸線１９０からの点Ｄの水平方向オフセット量として測定される。このように、切削工具についての複数のパラメータは、最適化曲線に基づいて抽出することができる。
【００２５】
図１３は、図１及び図２の切削工具１０及び２０の仮想スライシングから取得した例示的な軸方向セクション１９４の概略図である。軸方向部分についてのパラメータ抽出法は、上記のような外周パラメータ抽出法と同様である。この図示した実施形態では、参照符号１９６及び１９８で示すような２つの軸方向セクションの群が、図１４を参照して以下に説明するような軸方向パラメータ抽出に使用される。
【００２６】
図１４は、図１２の軸方向セクションの主要特徴形状部のセグメント化によって取得した点を通る曲線適合２００の概略図である。この実施形態では、軸方向すくい角部分は、円弧（ＡＢ）２０２及び直線（ＢＣ）２０４によって定まり、軸方向１次逃げ角部分は、直線２０６によって表される。さらに、軸方向２次逃げ角部分は、円弧（ＤＥ）２０８及び円弧ＥＦ（２１０）によって定まる。図１５は、図１４の曲線から抽出した例示的な切削工具パラメータの概略図である。曲線によって抽出したパラメータは、円弧ＤＥ２０８と垂直軸線２１６との間の角度として測定される軸方向２次逃げ角２１４を含む。さらに、軸方向１次逃げ角２１８は、円弧ＣＤ２０６と垂直軸線２１６との間の角度として測定される。加えて、軸方向すくい角２２０は、直線ＢＣ２０４とカッタシャンク軸線に平行な水平軸線２２２との間の角度として測定され、軸方向ランド幅２２４は、水平軸線２２２からの点Ｄの垂直方向オフセット量として測定される。このようにして、複数のパラメータが、軸方向セクションの最適化曲線から抽出される。さらに、回転軸方向投影法を使用して、測定データからそのようなパラメータを抽出することができる。
【００２７】
図１６は、図１及び図２の切削工具１０及び２０のパラメータを抽出するための回転軸方向投影法の例示的なプロセス２３０の概略図である。この図示した実施形態では、ステップ２３２で示すように、切削工具についての点セットが取得される。ステップ２３４において、カッタシャンク軸線を通過する投影面が、定められる。この実施形態では、デフォルト投影面は、デフォルトシャンク軸線（すなわち、ｚ軸）を通過するＹＯＺ面である。さらに、ステップ２３６において、点の全てが、各点からシャンク軸線までの当初の距離を維持した状態で、個別に該シャンク軸線の周りで投影面まで回転される。ステップ２３８において、対応するパラメータを推定するために、２次元平面上に等高線を抽出することができる。回転軸方向投影法による切削工具１０及び２０のパラメータ抽出について、図１７及び図１８を参照して以下に説明する。
【００２８】
図１７は、図１のボールエンドミル１０についての回転軸方向投影２４０によるパラメータ抽出の概略図である。この実施形態では、点セットは、カッタシャンク軸線の周りで回転され、軸方向面２４２に投影される。投影は、各点の等半径回転を含む。この実施形態では、各点の回転角度は９０度よりも小さい。さらに、刃径（Ｄ１）２４４、コア径（Ｄ２）２４６及び軸方向溝角（ｐ／２−α／２）２４８のようなパラメータは、回転角投影により抽出することができる。この実施形態では、刃径及びコア径２４４及び２４６を推定するために、最低及び最高の等高線上の点を抽出することができる。
【００２９】
図１８は、図２のフラットエンドミル２０についての回転軸方向投影２５０によるパラメータ抽出の概略図である。この実施形態では、回転面投影は、半平面投影を含む。前に説明したように、刃径（Ｄ１）２５２、コア径（Ｄ２）２５４及び軸方向溝角（ｐ／２−α／２）２５６のようなパラメータは、回転角投影により抽出することができる。図１９は、ドリルについての回転軸方向投影２６０の概略図である。この図示した実施形態では、各点の回転角度は９０度よりも小さい。ここでも同様に、ドリルの点セットの回転軸方向投影２６０に基づいて、刃径（Ｄ１）２６２、コア径（Ｄ２）２６４、バックテーパ角（δ）２６６及び先端刃先角（γ）２６８のような複数のパラメータを推定することができる。このようにして、複数のパラメータは、上記の回転角投影法によって抽出することができる。そのようなパラメータの実施例には、らせん角、リード、シャンク径、刃径、コア径、軸方向溝角、ボールエンドミル１０のボールエンド半径、フラットエンドミル２０のコーナ半径、並びにドリルのバックテーパ角及び先端刃先角が含まれる
図２０は、図１及び図２の切削工具１０及び２０の溝間隔推定２７０の概略図である。本明細書で使用する場合、「溝間隔」という用語は、ボール及びフラットエンドミル１０及び２０のような工具の２つの切れ刃間の間隔角を意味する。溝間隔推定２７０は、前に説明したような外周パラメータ抽出に基づいている。操作では、参照符号２７２及び２７４で示したような切れ刃が、指定のセクションにおいて取得される。さらに、溝間隔２７６が、個別に切れ刃先端を横切って通る２つの中心線間の内包角として測定される。当業者には分かるように、ユーザは、切れ刃間の溝間隔を推定するために、複数のマルチ曲線を選択することができる。同様に、複数のその他のパラメータも、仮想スライシング及びパラメータ抽出法に基づいて求めることができる。例えば、らせんの回転方向は、２つの隣接するスライスセクションから取得することができる。さらに、工具の切れ刃についての同心度もまた推定することができる。
【００３０】
本明細書で上記した本方法の様々な態様は、ボールエンドミル、フラットエンドミル、ドリル及びリーマのような多様な切削工具のパラメータ抽出において有用性を有する。上記した本方法は、元の工具自体をスライスする必要なしに、測定データからの工具パラメータの正確な推定を可能にする。上記したように、切削工具の複数のパラメータは、仮想スライシング、曲線適合及びパラメータ抽出法によって取得することができる。さらに、測定データによるパラメータ抽出によって、比較的少ない時間でのパラメータ抽出が可能になる。加えて、そのような方法は、本システムのユーザに自由度を与えかつ比較的廉価である。本方法は、多様な切削工具における全ての切削工具ディメンションの一貫した測定を可能にする利点がある。
【００３１】
当業者には分かるように、上述の実施例、実操作及びプロセスステップは、汎用又は専用コンピュータのようなプロセッサベースシステム上の適切なコードによって実施することができる。本技術の様々な実施は、本明細書に記載したステップの一部又は全てを異なる順序で又は実質的に同時にすなわち並行して行うことができることにも留意されたい。さらに、これらの機能は、Ｃ＋＋又はＪＡＶＡ（商標）のような多様なプログラミング言語の形態で実装することができる。当業者には分かるように、そのようなコードは、保管するか、若しくはメモリチップ、ローカル又はリモートハードディスク、光ディスク（すなわち、ＣＤ又はＤＶＤ）或いは他の媒体のような１つ又はそれ以上の有形かつ機械可読の媒体上に保管するようにすることができ、プロセッサベースシステムによってアクセスして保管したコードを実行することができる。有形媒体は、その上に命令が印刷された紙又は別の適切な媒体を含むことができることに留意されたい。例えば、命令は、紙又はその他の媒体の光学的スキャンによって電子的に取込み、次にコンパイル、解釈又は必要に応じて他の適切な方法で処理し、次にコンピュータメモリ内に保管することができる。
【００３２】
本明細書では本発明の特定の特徴のみを図示かつ説明してきたが、当業者には、多くの修正及び変更が想起されるであろう。従って、特許請求の範囲は、全てのそのような修正及び変更を本発明の技術思想に含まれるものとして保護しようとするものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本技術の態様による、部品を機械加工するのに使用する切削工具の概略図。
【図２】本技術の態様による、部品を機械加工するのに使用する別の切削工具の概略図。
【図３】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具のパラメータ抽出のための例示的なシステム３０の概略図。
【図４】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具の表面に対応する点集団及び三角形メッシュモデルに対する例示的な仮想スライシングパターンの概略図。
【図５】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具の表面に対応する点集団に対する例示的な円筒状スライシングパターンの概略図。
【図６】本技術の態様による、５溝フラットエンドミルの円筒状スライシングから取得した軸方向セクションの概略図。
【図７】本技術の態様による、図１の４溝ボールエンドミルの切れ刃に対応する点集団の半径方向及び軸方向スライシングから取得した軸方向及び半径方向セクションの概略図。
【図８】本技術の態様による、点集団の仮想スライシングから取得した点セットを通る曲線適合の例示的なプロセスの概略図。
【図９】本技術の態様による、ラインスキャニングからの点集団又は２次元セクションデータの半径方向スライシングから取得した点セットを通る曲線適合の例示的なプロセスの概略図。
【図１０】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具の切れ刃の周りの主要特徴形状部のセグメント化の概略図。
【図１１】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具の切れ刃の周りの主要特徴形状部のセグメント化によって取得した点を通る曲線適合の概略図。
【図１２】本技術の態様による、図１１の曲線から抽出した例示的な切削工具パラメータの概略図。
【図１３】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具の仮想スライシングによって取得した例示的な軸方向セクションの概略図。
【図１４】本技術の態様による、図１３の軸方向セクション内の主要特徴形状部のセグメント化によって取得した点を通る曲線適合の概略図。
【図１５】本技術の態様による、図１４の曲線から抽出した例示的な切削工具パラメータの概略図。
【図１６】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具のパラメータを抽出するための回転軸方向投影の例示的なプロセスの概略図。
【図１７】本技術の態様による、図１のボールエンドミルについての回転軸方向投影の概略図。
【図１８】本技術の態様による、図２のフラットエンドミルについての回転軸方向投影の概略図。
【図１９】本技術の態様による、ドリルについての回転軸方向投影の概略図。
【図２０】本技術の態様による、図１及び図２の切削工具の溝間隔推定の概略図。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 切削工具
１２ シャンク
１４ 円筒状切削領域
１６ 丸形チップ
１８ 溝
２０ 切削工具
２２ 平形チップ
２４ 溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具のパラメータを抽出する方法であって、
前記切削工具の表面に対応する点集団を有する測定データセットを取得する段階と、
少なくとも１つの所定のセクションにおいて前記点集団を仮想的にスライスして該所定のセクション上の点セットを取得する段階と、
前記点セットを通る複数の曲線を生成しかつ前記複数の曲線を最適化して最適化適合曲線を生成する段階と、
前記最適化適合曲線から前記切削工具のパラメータを抽出する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記測定データを取得する段階が、３次元（３Ｄ）測定システムによって前記切削工具の表面をスキャンする段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記３Ｄ測定システムが、レーザスキャナ、白色光３Ｄスキャナ又はスキャニング接触プローブを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記切削工具が、ボールエンドミル、フラットエンドミル、ドリル又はリーマを含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記切削工具のパラメータが、すくい角、１次逃げ角、２次逃げ角、ランド幅、シャンク径、刃径、コア径又はその組合せを含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記点集団を仮想的にスライスする段階が、該点集団を平面スライスする段階又は表面スライスする段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記複数の曲線を最適化する段階が、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法によって前記点セットと前記複数の曲線との間の大域的最小偏差を反復的に見出す段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
切削工具（１０）のパラメータを抽出するためのシステム（３０）であって、
前記切削工具（１０）の表面（１８）をスキャンしかつ前記表面（１８）に対応する点集団を収集するように構成された３Ｄ測定装置（３２）と、
前記点集団をスライスして少なくとも１つの所定のセクションにおいて点セットを取得するように構成された仮想スライシングモジュール（４４）と、
前記点セットを通る複数の曲線を生成しかつ前記点セットと前記複数の曲線との間の偏差を最小にすることによって該複数の曲線を最適化するように構成された曲線適合及び最適化モジュール（４６）と、
前記最適化曲線から前記切削工具（１０）のパラメータを抽出するように構成されたパラメータ抽出モジュール（４８）と、
を含むシステム。
【請求項９】
切削工具の表面に対応する点集団を仮想的にスライスする方法であって、
フィルタによって前記点集団を前処理して第１の点セットを生成する段階と、
前記第１の点セットをセグメント化するためのスライシング面を選択する段階と、
前記第１の点セットを前記選択したスライシング面に投影して指定のセクションにおける第２の点セットを生成する段階と、
を含む方法。
【請求項１０】
切削工具のパラメータを推定するためのコンピュータプログラムを有する有形媒体であって、
所定のセクションにおいて前記切削工具の表面に対応する点集団を仮想的にスライスして該所定のセクション上の点セットを取得するためのコードと、
前記点セットを通る複数の曲線を生成しかつ前記複数の曲線を最適化して最適化適合曲線を生成するためのコードと、
前記最適化適合曲線から前記パラメータを抽出するためのコードと、
を含む有形媒体。
【請求項１】
切削工具のパラメータを抽出する方法であって、
前記切削工具の表面に対応する点集団を有する測定データセットを取得する段階と、
少なくとも１つの所定のセクションにおいて前記点集団を仮想的にスライスして該所定のセクション上の点セットを取得する段階と、
前記点セットを通る複数の曲線を生成しかつ前記複数の曲線を最適化して最適化適合曲線を生成する段階と、
前記最適化適合曲線から前記切削工具のパラメータを抽出する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記測定データを取得する段階が、３次元（３Ｄ）測定システムによって前記切削工具の表面をスキャンする段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記３Ｄ測定システムが、レーザスキャナ、白色光３Ｄスキャナ又はスキャニング接触プローブを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記切削工具が、ボールエンドミル、フラットエンドミル、ドリル又はリーマを含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記切削工具のパラメータが、すくい角、１次逃げ角、２次逃げ角、ランド幅、シャンク径、刃径、コア径又はその組合せを含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記点集団を仮想的にスライスする段階が、該点集団を平面スライスする段階又は表面スライスする段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記複数の曲線を最適化する段階が、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法によって前記点セットと前記複数の曲線との間の大域的最小偏差を反復的に見出す段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
切削工具（１０）のパラメータを抽出するためのシステム（３０）であって、
前記切削工具（１０）の表面（１８）をスキャンしかつ前記表面（１８）に対応する点集団を収集するように構成された３Ｄ測定装置（３２）と、
前記点集団をスライスして少なくとも１つの所定のセクションにおいて点セットを取得するように構成された仮想スライシングモジュール（４４）と、
前記点セットを通る複数の曲線を生成しかつ前記点セットと前記複数の曲線との間の偏差を最小にすることによって該複数の曲線を最適化するように構成された曲線適合及び最適化モジュール（４６）と、
前記最適化曲線から前記切削工具（１０）のパラメータを抽出するように構成されたパラメータ抽出モジュール（４８）と、
を含むシステム。
【請求項９】
切削工具の表面に対応する点集団を仮想的にスライスする方法であって、
フィルタによって前記点集団を前処理して第１の点セットを生成する段階と、
前記第１の点セットをセグメント化するためのスライシング面を選択する段階と、
前記第１の点セットを前記選択したスライシング面に投影して指定のセクションにおける第２の点セットを生成する段階と、
を含む方法。
【請求項１０】
切削工具のパラメータを推定するためのコンピュータプログラムを有する有形媒体であって、
所定のセクションにおいて前記切削工具の表面に対応する点集団を仮想的にスライスして該所定のセクション上の点セットを取得するためのコードと、
前記点セットを通る複数の曲線を生成しかつ前記複数の曲線を最適化して最適化適合曲線を生成するためのコードと、
前記最適化適合曲線から前記パラメータを抽出するためのコードと、
を含む有形媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００８−１９６９８９（Ｐ２００８−１９６９８９Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−３３２０９（Ｐ２００７−３３２０９）
【出願日】平成１９年２月１４日（２００７．２．１４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３２０９（Ｐ２００７−３３２０９）
【出願日】平成１９年２月１４日（２００７．２．１４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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