JP2008146570A - 加工データ作成装置および加工データ作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】座標データを入力するだけで、加工でデータを出力できる加工データ作成装置および加工データ作成方法を提供する。
【解決手段】配管の設計図面から各直線成分ｆ１〜ｆ４の始点および終点の座標データを入力し（ＳＰ１）、各線分ベクトルと法線ベクトルとを求め（ＳＰ２）、各直線成分同士が成す曲げ角を求め（ＳＰ３）、曲げ交点が存在する領域を判定して（ＳＰ４）ヒネリ方向からヒネリ角を求め（ＳＰ５，ＳＰ６）、全長を計算する（ＳＰ７）ことで加工データを作成できる。
【選択図】図６

Description

この発明は、例えば、金属管を３次元形状の配管に加工するときの加工データを作成する加工データ作成装置および加工データ作成方法に関する。

原子力発電所や火力発電所などにおいては、複雑な３次元形状に形成された配管がはりめぐされている。このような配管を製造するためには、設計図面から具体的に製造するためのデータを抽出する必要がある。

物体の形状方法を決定する一例として、特開平８−３３９４５０号公報（特許文献１）に記載されているものがある。特許文献１に記載されている物体の形状決定方法では、物体の輪郭を検出し、その物体の輪郭を物体の位置に対して独立な輪郭関数に変換し、その輪郭関数を既知の形状に対する予め定められた基準輪郭関数と比較して形状を決定することについて記載されている。
特開平８−３３９４５０号公報

特許文献１に記載された物体の形状決定方法は、物体が存在していることを前提としており、データを入力することで形状を決定するものではなく、また加工データを出力できるものではない。

複雑な配管は、３次元形状をしており、設計図面から金属管をパイプベンダーで曲げたりひねったりして加工するために、曲げ角やヒネリ角を算出する必要がある。従来は、人の手で計算して数値データを算出しており、算出のために時間がかかるという問題があった。

そこで、この発明の目的は、座標データを入力するだけで、３次元の加工データを出力できる加工データ作成装置および加工データ作成方法を提供することである。

この発明は、金属管を３次元形状の配管に加工するための加工データ作成装置であって、配管の形状を成す各直線成分の交点の位置を示す座標データを入力するための入力手段と、入力手段から入力された各直線成分の交点の位置を示す座標データに基づいて、各交点が成す曲げ角とヒネリ角とを算出する角度算出手段と、入力手段から入力された各直線成分の交点の位置を示す座標データと、算出した曲げ角とに基づいて、配管の全長を計算するための全長計算手段とを備える。

この発明では、各直線成分の座標データを入力するだけで、短時間に曲げ角とヒネリ角と全長を計算できるので、従来のように人手による計算を不要にできる。

好ましくは、入力手段は、ユーザが各直線成分の交点の位置を示す座標データを入力するものであって、角度算出手段は、入力手段から入力された各直線成分の交点の位置を示す座標データに基づいて各直線成分の線分ベクトルと法線ベクトルとを計算し、各直線成分同士が成す曲げ角とヒネリ角とを算出する。

好ましくは、各直線成分の交点が存在する３次元空間内の領域を判定し、ヒネリ方向を決定する。

好ましくは、各直線成分のいずれかは、所定の円弧を有して曲げられており、全長計算手段は、円弧の曲げ半径と、曲げ角とに基づいて、所定の円弧部分の長さを求める。

この発明の他の局面は、金属管を３次元形状の配管に加工するための加工データ作成方法であって、配管の形状を成す各直線成分の交点の位置を示す座標データを入力するステップと、入力された各直線成分の交点の位置を示す座標データに基づいて、各交点が成す曲げ角とヒネリ角とを算出するステップと、入力された各直線成分の交点の位置を示す座標データと、算出した曲げ角とに基づいて、配管の全長を計算するステップとを備える。

この発明によれば、配管の形状を成す各直線成分の交点の位置を示す座標データを入力するだけで、各交点が成す曲げ角とヒネリ角とを算出するとともに、入力された各直線成分の交点の位置を示す座標データと、算出した曲げ角とに基づいて、配管の全長を計算することができるので、３次元の加工データを作成することができる。

図１はこの発明の一実施形態における加工データ作成装置１のブロック図である。図１において、加工データ作成装置１は、角度算出手段および全長計算手段として作動する制御部２と、入力手段として作動する入力部３と、メモリ４と、表示部５と、出力部６とを含む。制御部２はコンピュータにより構成されており、入力部３は例えばキーボードやマウスなどを含み、メモリ４はハードディスク（ＨＤＤ）などで構成されている。表示部５は例えば液晶ディスプレイなどが用いられており、出力部６は例えばプリンタなどで構成されている。

図２はこの発明の一実施形態における加工データ作成装置１で作成される配管１０の一例を示す図であり、図３は図２に示した配管１０のヒネリ方向の領域を判定する方法を説明するための図であり、図４は配管の全長を計算する方法を示す図であり、図５は座標データと、加工データとを示す図であり、図６はこの発明の一実施形態の加工データ作成装置１で加工データを作成する動作を説明するためのフローチャートである。

図２において、直線状の金属管などを曲げ加工して配管１０を製造するものとし、金属管の曲げ加工は、パイプベンダーによって行われる。パイプベンダーは、各種パイプを三次元形状に曲げ加工するとき、送り長，ヒネリ角，曲げ角を数値制御（３軸ＮＣ制御）して加工する。このために、送り長，ヒネリ角，曲げ角を加工データとして与える必要がある。

そこで、加工データを図１に示した加工データ作成装置１で算出する。図２に示すように、配管１０は直線成分ｆ１，ｆ２，ｆ３を含み、直線成分ｆ１とｆ２は曲げ角β１で曲げられており、直線成分ｆ２とｆ３は曲げ角β２で曲げられているものとする。各直線成分ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４のそれぞれの始点または終点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の座標データは、図５（Ａ）に示すように、Ｆ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｆ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２），Ｆ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、Ｆ４（ｘ４，ｙ４，ｚ４）で予め与えられる。Ｆ２，Ｆ３は配管１０の交点でもある。この座標データから配管１０を加工するために、図５（Ｂ）に示す送り長と、アーク長と、ヒネリ角と、曲げ角の各データを図６に示すフローチャートに基づいて算出する。

ユーザは、入力部３から図５（Ａ）に示す始点または終点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の各座標データを入力する。制御部２は、ステップ（図示ではＳＰと略称する。）ＳＰ１において、座標データの入力されたことを判別すると、ステップＳＰ２において、直線成分ｆ１，ｆ２，ｆ３の各線分ベクトルＦ１Ｆ２，Ｆ２Ｆ３，Ｆ３Ｆ４と、法線ベクトルとを計算する。ステップＳＰ３において各線分ベクトルと法線ベクトルとに基づいて、直線成分ｆ１，ｆ２，ｆ３の曲げ角β１，β２を計算する。

ステップＳＰ４において、ヒネリ方向を判別するために、領域判定を行う。領域判定においては、図２に示すように、直線成分ｆ１とｆ２とを含む平面Ｓと、直線成分ｆ２を含み平面Ｓに対して直角に交わる平面Ｋとを定義づけする。平面Ｓは直線成分ｆ１対して平行で紙面に対して直交する方向に広がっており、平面Ｋは点線で示すように平面Ｓに直交し紙面に対して直交する方向に広がっている。

図３は領域を判定するために、一例として４つのパターンを示している。図３（Ａ）〜（Ｄ）において、平面Ｓから直線成分ｆ１を見たとき、直線成分ｆ２は紙面に対して直交する方向に延びており、始点または終点Ｆ２，Ｆ３は同じ位置で示される。領域判定では、始点Ｆ１と終点Ｆ４の位置関係が、紙面に対して、平面Ｓより上か下か、平面Ｋより右か左かを判別する。

図３（Ａ）に示した例では、終点Ｆ４は紙面上で平面Ｓより上であり、平面Ｋより左にある。図３（Ｂ）に示した例では、終点Ｆ４は平面Ｓより上であり、平面Ｋより右にある。図３（Ｃ）に示した例では、終点Ｆ４は平面Ｓより下であり、平面Ｋより右にある。図３（Ｄ）に示した例では、終点Ｆ４は平面Ｓより下であり、平面Ｋより左にある。

このように領域を判定した後、ステップＳＰ５において、ヒネリ角を計算する。すなわち、図３（Ａ）に示した例では直線成分ｆ１に対するｆ２のヒネリ角α１を計算し、図３（Ｂ）に示した例ではヒネリ角α２を計算し、図３（Ｃ）に示した例ではヒネリ角α３を計算し、図３（Ｄ）に示した例ではヒネリ角α４を計算する。

ステップＳＰ６において、ヒネリ方向を判定する。図３（Ａ）に示した例では、反時計方向のヒネリであると判断する。この例では、時計方向に３６０−α１ひねっても、反時計方向にα１ひねったのと同じ結果になるが、１８０度を越えるヒネリを行うときに金属管が床と干渉するおそれがあるので、ヒネリ方向を反時計方向に決めている。図３（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示した例では、いずれもヒネリ角が１８０度以下であるため、時計方向にヒネリを行う。

ステップＳＰ７において、全長計算を行う。図２に示した配管１０の加工時の全長は、直線成分ｆ１，ｆ２，ｆ３の各線分ベクトルの合計値になる。しかし、図４に示すように、例えば直線成分ｆ２とｆ３との間が半径Ｒの角度で円弧を描いて曲げられているとする。この場合には曲げられた円弧部分の長さｒ１も計算する必要がある。そこで、曲げ半径Ｒと曲げ角β２とから図４に示すように、直線成分ｆ２と円弧部分との接続点からＦ３までの長さＬ１と、直線成分ｆ３と円弧部分との接続点からＦ３までの長さＬ２を計算する。そして、直線成分ｆ２の長さと、直線成分ｆ３の長さの合計値からＬ１＋Ｌ２分の長さを減算し、円弧部分の長さｒ１を加算して全長Ｌを計算する。

このとき直線成分ｆ１からｒ１／２を差し引いた長さｏ１が直線成分ｆ１に対する送り長になり、直線成分ｆ２からｒ１／２を差し引いた長さｏ２が直線成分ｆ２に対する送り長になる。各直線成分ｆ１〜ｆ３の全長は、図５（Ｂ）に示すように、各送り長と、各アーク長とを加算した合計で表される。このようにして計算された加工データは、制御部２の制御によりメモリ４に記憶され、ユーザが必要に応じて入力部３を操作することにより、加工データを表示部５に表示し、あるいは出力部６で加工データを印刷することができる。なお、図５（Ｂ）において、初期セット位置ＳＬは、図２に示すように、金属管をパイプベンダーにセットしたときの初期位置である。

配管１０を実際に加工するときは、金属管を求めた全長の長さに切断し、切断した金属管をパイプベンダーに装着し、求めた送り長と、アーク長と、ヒネリ角と、曲げ角とをパイプベンダーに入力することにより、ＮＣ制御で図２に示す３次元形状に曲げ加工することができる。

上述のごとく、この発明の一実施形態によれば、各直線成分ｆ１〜ｆ４の座標データを入力して線分ベクトルと法線ベクトルとを求め、各直線成分同士が成す曲げ角を求め、曲げ交点が存在する領域を判別してヒネリ方向からヒネリ角を求め、全長を計算することにより、自動的に加工データを作成できる。そして、金属管の長さを求めた全長に合わせて切断し、その金属管をパイプベンダーに装着し、求めた送り長，アーク長，ヒネリ角，曲げ角をパイプベンダーに入力するだけで、所望の３次元形状を有する配管を加工することができる。

なお、上述の説明では、火力発電所や原子力発電所などの配管を製造する場合の加工データ作成装置または加工データ作成方法についてこの発明を適用したが、その他の配管を加工する場合にもこの発明を適用することができる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明の加工データ作成装置は、パイプベンダーで金属管を曲げ加工するのに有利に利用できる。

この発明の一実施形態における加工データ作成装置のブロック図である。 この発明の一実施形態における加工データ作成装置で作成される配管の一例を示す図である。 図２に示した配管の曲げ交点が存在する領域を判定する方法を説明するための図である。 配管の全長を計算する方法を示す図である。 座標データと、加工データとを示す図である。 この発明の一実施形態の加工データ作成装置で加工データを作成する動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 加工データ作成装置、２ 制御部、３ 入力部、４ メモリ、５ 表示部、６ 出力部、ｆ１〜ｆ３ 直線成分、Ｆ１〜Ｆ４ 始点または終点、β１、β２ 曲げ角、α１〜α４ ヒネリ角、ｏ１，ｏ２ 送り長、ｒ１ 円弧。

Claims (5)

1. 金属管を３次元形状の配管に加工するための加工データ作成装置であって、
   前記配管の形状を成す各直線成分の交点の位置を示す座標データを入力するための入力手段と、
   前記入力手段から入力された各直線成分の交点の位置を示す座標データに基づいて、前記各交点が成す曲げ角とヒネリ角とを算出する角度算出手段と、
   前記入力手段から入力された各直線成分の交点の位置を示す座標データと、前記算出した曲げ角とに基づいて、前記配管の全長を計算するための全長計算手段とを備える、加工データ作成装置。
2. 前記入力手段は、ユーザが前記各直線成分の交点の位置を示す座標データを入力するものであって、
   前記角度算出手段は、前記入力手段から入力された前記各直線成分の交点の位置を示す座標データに基づいて各直線成分の線分ベクトルと法線ベクトルとを計算し、各直線成分同士が成す曲げ角とヒネリ角とを算出する、請求項１に記載の加工データ作成装置。
3. 前記各直線成分の交点が存在する３次元空間内の領域を判定し、ヒネリ方向を決定する、請求項１または２に記載の加工データ作成装置。
4. 前記各直線成分のいずれかは、所定の円弧を有して曲げられており、
   前記全長計算手段は、前記円弧の曲げ半径と、曲げ角とに基づいて、前記所定の円弧部分の長さを求める、請求項１から３のいずれかに記載の加工データ作成装置。
5. 金属管を３次元形状の配管に加工するための加工データ作成方法であって、
   前記配管の形状を成す各直線成分の交点の位置を示す座標データを入力するステップと、
   前記入力された各直線成分の交点の位置を示す座標データに基づいて、前記各交点が成す曲げ角とヒネリ角とを算出するステップと、
   前記入力された各直線成分の交点の位置を示す座標データと、前記算出した曲げ角とに基づいて、前記配管の全長を計算するステップとを備える、加工データ作成方法。

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