DE102022124523A1

DE102022124523A1 - System zur Messung einer dreidimensionalen Form und Werkzeugmaschinensystem

Info

Publication number: DE102022124523A1
Application number: DE102022124523.3A
Authority: DE
Inventors: Shigemoto Hirota; Akihito KATAOKA; Keigo Asano; Masahiro Maeda
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2023-03-30
Also published as: US20230101718A1; CN115870810A

Abstract

Ein System zur Messung einer dreidimensionalen Form (12) umfasst eine Bildaufnahmeeinheit (50), eine Speichervorrichtung (40), die Bildaufnahmebedingungen, die bei der Abbildung zur Messung als Bedingungsinformationen (42) erforderlich sind, für jede von mehreren Kombinationen aus Material und Oberflächeneigenschaft eines Objekts (100) speichert, und einen Mess-Controller (30), der die Ansteuerung der Bildaufnahmeeinheit (50) steuert. Der Mess-Controller (30) identifiziert das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts (100), spezifiziert Bildaufnahmebedingungen, die dem identifizierten Material und der identifizierten Oberflächeneigenschaft des Objekts (100) entsprechen, basierend auf den Bedingungsinformationen (42), veranlasst die Bildaufnahmeeinheit (50) dazu, die Abbildung zur Messung unter den spezifizierten Bildaufnahmebedingungen durchzuführen, und misst die Form des Objekts (100) basierend auf dem erhaltenen Bild (60) zur Messung.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Prioritäten der am 27. September 2021 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-156958 und der am 17. Januar 2022 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2022-005238, die hier jeweils in ihrer Gesamtheit einschließlich der Beschreibung, Ansprüche, Zeichnungen und Zusammenfassung durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Beschreibung offenbart ein System zur Messung einer dreidimensionalen Form, das eine dreidimensionale Form eines Objekts basierend auf Bilddaten misst, die durch Aufnehmen eines Bilds des Objekts erhalten werden, und ein Maschinenwerkzeugsystem, das das System zur Messung einer dreidimensionalen Form umfasst.
Hintergrund
Kürzlich wurden Techniken zum Messen einer dreidimensionalen Form eines Objekts basierend auf einem Bild, das durch Abbilden des Objekts erhalten wird, vorgeschlagen. Zum Beispiel offenbart das Patentdokument 1 eine Bearbeitungsvorrichtung, die eine Lichtbestrahlungseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Objekt mit Linienlicht zu bestrahlen, und eine Bildaufnahmeeinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Bild des von dem Objekt reflektierten Linienlichts aufzunehmen, umfasst. Die im Patentdokument 1 offenbarte Werkzeugmaschine misst eine dreidimensionale Form von Oberflächen des Objekts basierend auf dem erfassten Bild des Linienlichts.
Entgegenhaltungsliste
Patentdokument(e)
Patentdokument 1: JP 2019-69486 A
Um die Form eines Objekts basierend auf einem Bild zu messen, ist es notwendig, Bildaufnahmebedingungen geeignet festzulegen, so dass die Oberflächenform des Objekts aus dem Bild erfasst werden kann. Wenn beispielsweise Licht an dem Objekt stark reflektiert wird, treten im Bild aufgrund von Lichthofbildung ausgebrannte Spitzlichter auf. An der Stelle, an der solche ausgebrannte Spitzlichter auftreten, kann die Oberflächenform des Objekts nicht erfasst und folglich die Form des Objekts nicht gemessen werden. Ferner kann auch dann, wenn die Lichtmenge beim Bestrahlen des Objekts mit Licht unzureichend ist und die Luminanz des Bildes gering ist, die Oberflächenform des Objekts nicht erfasst und die Form des Objekts nicht gemessen werden.
Um die Form des Objekts basierend auf dem Bild zu messen, ist es daher notwendig, die Bildaufnahmebedingungen wie etwa die Verstärkung einer Kamera geeignet festzulegen. Die für die Formmessung geeigneten Bildaufnahmebedingungen sind je nach Material und Oberflächenbeschaffenheit des Objekts veränderlich. Beispielsweise ist es für ein aus Metall hergestelltes Objekt im Vergleich zu einem aus Harz oder dergleichen hergestellten Objekt wahrscheinlich, dass es Licht reflektiert, weshalb es wahrscheinlich ist, dass ausgebrannte Spitzlichter auftreten. Ferner reflektiert ein Objekt, dessen Oberflächenrauigkeit gering ist, im Vergleich zu einem Objekt, dessen Oberflächenrauigkeit hoch ist, wahrscheinlich Licht, selbst wenn ihre Materialien die gleichen sind. Um die Formmessung angemessen durchzuführen, ist es daher notwendig, die Bildaufnahmebedingungen je nach Material und der Oberflächeneigenschaften des Objekts zu ändern.
Herkömmlicherweise war das Festlegen solcher Bildaufnahmebedingungen durch Bedienpersonen übliche Praxis. Es war jedoch für jeweilige Bedienpersonen schwierig, geeignete Bildaufnahmebedingungen zu spezifizieren. Im Ergebnis war es bei den herkömmlichen Systemen zur Messung einer dreidimensionalen Form schwierig, die Formmessung für verschiedene Arten von Objekten mit einer einfachen Prozedur geeignet durchzuführen.
Dementsprechend offenbart die vorliegende Beschreibung ein System zur Messung einer dreidimensionalen Form, das in geeigneter Weise eine Formmessung mit einer einfacheren Prozedur für verschiedene Arten von Objekten durchführen kann, und offenbart ein zugehöriges Werkzeugmaschinensystem.
Zusammenfassung
Ein in der vorliegenden Beschreibung offenbartes System zur Messung einer dreidimensionalen Form umfasst eine Bildaufnahmeeinheit, die so ausgelegt ist, dass sie mindestens eine Kamera aufweist, die ein Objekt abbildet, eine Speichervorrichtung, die Bildaufnahmebedingungen, die beim Abbilden für die Messung erforderlich sind, bei der das Objekt abgebildet wird, um die Form des Objekts zu messen, als Bedingungsinformationen für jede von mehreren Kombinationen des Materials und der Oberflächeneigenschaft des Objekts speichert, und einen Mess-Controller, der das Ansteuern der Bildaufnahmeeinheit steuert. Der Mess-Controller identifiziert das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts, spezifiziert Bildaufnahmebedingungen, die dem identifizierten Material und der Oberflächeneigenschaft des Objekts entsprechen, basierend auf den Bedingungsinformationen, veranlasst die Bildaufnahmeeinheit dazu, die Abbildung zur Messung unter den spezifizierten Bildaufnahmebedingungen durchzuführen, und misst die Form des Objekts basierend auf dem erhaltenen Bild zur Messung.
In diesem Fall kann der Mess-Controller die Bildaufnahmeeinheit dazu veranlassen, das Objekt vor der Abbildung zur Messung abzubilden, und das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft des Objekts basierend auf einem dadurch erhaltenen vorläufigen Bild identifizieren.
Ferner kann die Speichervorrichtung ferner ein Lernmodell speichern, das als eine Eingabe das vorläufige Bild empfängt und das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft des Objekts ausgibt, und der Mess-Controller kann das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft des Objekts basierend auf dem Lernmodell identifizieren.
Ferner kann die Bildaufnahmeeinheit in einer Werkzeugmaschine bereitgestellt sein, um ein Werkstück, auf das eine Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine angewendet wird, als das Objekt abzubilden, und der Mess-Controller kann das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft des Objekts basierend auf einem Bearbeitungsprogramm des Werkstücks und/oder einer Bearbeitungszeichnung des Werkstücks identifizieren.
Ferner kann der Mess-Controller Informationen, die zumindest entweder das Bearbeitungsprogramm oder die Bearbeitungszeichnung angeben, aus einer numerischen Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine erfassen.
Ferner kann das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft des Objekts durch eine Bedienperson festgelegt werden.
Ferner kann die Bildaufnahmeeinheit eine oder mehrere Lichtquellen aufweisen, die jeweils das Objekt mit Bildaufnahmelicht bestrahlen, die Mess-Controller kann eine Basisaufnahme zum Abbilden des Objekts durchführen, um ein Einzelbild zur Messung einmal oder mehrmals zu erfassen, und die Bildaufnahmebedingungen können mindestens eine umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus der Häufigkeit der durchzuführenden Basisaufnahme zum Erfassen des Einzelbilds zur Messung, der Verschlusszeit der Kamera bei jeder einmal oder mehrmals durchzuführenden Basisaufnahme, die Verstärkung der Kamera bei jeder einmal oder mehrmals durchzuführenden Basisaufnahme und der Luminanzverteilung des Bildaufnahmelichts bei jeder einmal oder mehrmals durchzuführenden Basisaufnahme besteht.
Ferner kann der Mess-Controller Punktwolkendaten des Objekts basierend auf dem Bild zur Messung erzeugen und dreidimensionale Daten des Objekts aus den Punktwolkendaten erzeugen.
Ferner umfasst ein in der vorliegenden Beschreibung offenbartes Werkzeugmaschinensystem das oben beschriebene System zur Messung einer dreidimensionalen Form und eine Werkzeugmaschine, die eine Bearbeitung an einem Objekt durchführt. Die Werkzeugmaschine führt basierend auf der von dem Mess-Controller erzeugten dreidimensionalen Daten mindestens einen der Schritte aus der folgenden Gruppe aus: Prüfen, ob das Werkzeug auf das Objekt einwirkt, Erzeugen einer Bahn des Werkzeugs, Bestimmen der Bearbeitungsgenauigkeit, Bestimmen, ob die Form des Objekts mit einer Referenzform übereinstimmt, und Bestimmen, ob sich das Objekt in einer vorgegebenen Position befindet.
Gemäß der in der vorliegenden Beschreibung offenbarten Technik können die Formen verschiedener Arten von Objekten mit einer einfacheren Prozedur geeignet gemessen werden.
Figurenliste
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden basierend auf den folgenden Figuren beschrieben; es zeigen:

1 ein Bilddiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Werkzeugmaschinensystems darstellt;
2 ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Formmesssystems darstellt;
3 ein Bilddiagramm, das das Prinzip der Messung der dreidimensionalen Form für ein Objekt veranschaulicht, die durch das Formmesssystem durchgeführt werden kann;
4 ein Bilddiagramm, das veranschaulicht, wie ein HDR-Bild erzeugt wird;
5 eine Zeichnung, die beispielhafte Bedingungsinformationen darstellt;
6 eine Zeichnung, die eine beispielhafte Bearbeitungszeichnung darstellt;
7 eine Zeichnung, die ein beispielhaftes Bearbeitungsprogramm darstellt;
8 eine Zeichnung, die eine beispielhafte Entsprechungsbeziehung zwischen Werten gemeinsamer Variablen und Materialien/Oberflächeneigenschaften darstellt;
9 eine Zeichnung, die eine beispielhafte Entsprechungsbeziehung zwischen Sequenznamen und Materialien/Oberflächeneigenschaften darstellt;
10 eine Zeichnung, die ein weiteres beispielhaftes Bearbeitungsprogramm darstellt;
11 ein Ablaufdiagramm, das den Verarbeitungsablauf darstellt, der durch das Formmesssystem durchgeführt werden kann; und
12 ein Ablaufdiagramm, das den Verarbeitungsablauf darstellt, der durch das Formmesssystem durchgeführt werden kann.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden beispielhafte Konfigurationen eines Systems zur Messung einer dreidimensionalen Form 12 (im Folgenden als „Formmesssystem 12“ abgekürzt) und eines Werkzeugmaschinensystems 10, in das das Formmesssystem 12 eingebaut ist, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Bilddiagramm, das die Konfiguration des Werkzeugmaschinensystems 10 darstellt.
Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst das Werkzeugmaschinensystem 10 eine Werkzeugmaschine 14 und das Formmesssystem 12. Die Werkzeugmaschine 14 führt eine vorgegebene Bearbeitung an einem Werkstück durch, um ein bearbeitetes Produkt herzustellen. Der Art der Werkzeugmaschine 14 ist keine besondere Beschränkung auferlegt. Beispielsweise kann die Werkzeugmaschine 14 eine Metallbearbeitungsmaschine sein, die eine Metallbearbeitung (z. B. Schneiden, Pressen usw.) an einem Metallwerkstück durchführt. In 1 ist die Werkzeugmaschine 14 eine Drehmaschine mit einer Spindel 14a und einem Werkzeugträger 14b. In der folgenden Beschreibung wird das von der Werkzeugmaschine 14 behandelte Werkstück als ein Formmessobjekt 100 betrachtet. Das in seiner Form zu messende Objekt 100 ist jedoch nicht auf das Werkstück beschränkt und kann ein anderes Element wie z. B. ein Werkzeug oder eine Spannvorrichtung sein.
Eine solche Werkzeugmaschine 14 ist mit einer numerischen Steuervorrichtung 20 ausgestattet. Die numerische Steuervorrichtung 20 ist eine Vorrichtung, die ein Bearbeitungsprogramm 66 (das als ein „NC-Programm“ bezeichnet werden kann) analysiert und, um die Werkzeugmaschine 14 zu betreiben, Informationen zu Zahlenwerten erzeugt, die aus Zahlenwerten und Codes zusammengesetzt sind, wodurch eine Werkzeugbahn zu dem Werkstück, Arbeitsprozesse, die für die Bearbeitung erforderlich sind, oder dergleichen befohlen werden. Diese numerische Steuervorrichtung 20 führt Folgendes durch: Verarbeiten basierend auf dreidimensionalen (3D) Daten 69 wie etwa CAD-Daten, die die Form des Werkstücks (d. h. des Objekts 100) angeben, um zu prüfen, ob das Werkzeug auf das Werkstück einwirkt, Erzeugen der Bahn des Werkzeugs, Bestimmen der Bearbeitungsgenauigkeit, Bestimmen, ob die Form des Objekts 100 mit einer Referenzform übereinstimmt, Bestimmen, ob sich das Objekt 100 in einer vorgegebenen Position befindet, und dergleichen. Die numerische Steuervorrichtung 20 ist physisch ein Computer mit einem Prozessor und einem Speicher. Die Werkzeugmaschine 14 ist ferner mit einer Bedientafel 22 ausgestattet, die den Bedienpersonen Informationen präsentiert und auch verschiedene Befehle von den Bedienpersonen empfängt.
Zudem speichert die numerische Steuervorrichtung 20 verschiedene Daten wie etwa das Bearbeitungsprogramm 66, eine Bearbeitungszeichnung 64 und dergleichen, die für die Bearbeitung des Objekts 100 erforderlich sind. Die numerische Steuervorrichtung 20 kann mit einem Mess-Controller 30 über drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation kommunizieren und sendet das Bearbeitungsprogramm 66 und dergleichen nach Bedarf an den Mess-Controller 30. In der vorliegenden Ausführungsform ist die numerische Steuervorrichtung 20 dazu ausgelegt, das Bearbeitungsprogramm 66 und dergleichen zu speichern. Diese Daten können jedoch in einer beliebigen anderen externen Speichervorrichtung gespeichert sein, die mit dem Mess-Controller 30 kommunizieren kann. Beispielsweise kann ein Cloud-Datenserver oder dergleichen das Bearbeitungsprogramm 66 und dergleichen speichern und es an den Mess-Controller 30 senden.
Das Formmesssystem 12 ist dazu ausgelegt, die Form des Objekts 100 zu messen, und weist zusätzlich zu dem Mess-Controller 30 eine Bildaufnahmeeinheit 50 auf. Die Bildaufnahmeeinheit 50 bildet das Objekt 100 ab. Das durch die Bildaufnahmeeinheit 50 aufgenommene Bild wird als ein Bild 60 zur Messung oder ein vorläufiges Bild 62 an den Mess-Controller 30 gesendet, was unten im Einzelnen beschrieben wird.
Der Mess-Controller 30 spezifiziert Bildaufnahmebedingungen 56 beim Abbilden des Bildes 60 zur Messung und befiehlt der Bildaufnahmeeinheit 50, die Bildaufnahme unter den spezifizierten Bildaufnahmebedingungen 56 durchzuführen. In der folgenden Beschreibung sind Codes für die Bildaufnahmebedingungen weggelassen. Ferner erzeugt der Mess-Controller 30 Punktwolkendaten 74 des Objekts 100 basierend auf dem Bild 60 zur Messung, das aus der Bildaufnahmeeinheit 50 gesendet wird, und erzeugt die 3D-Daten 69, die eine dreidimensionale Form des Objekts 100 darstellen, basierend auf den Punktwolkendaten 74. Die erzeugten 3D-Daten 69 werden an die numerische Steuervorrichtung 20 gesendet.
Als nächstes wird eine beispielhafte Konfiguration des Formmesssystems 12 im Einzelnen beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Formmesssystems 12 darstellt, und wie oben beschrieben weist das Formmesssystem 12 den Mess-Controller 30 und die Bildaufnahmeeinheit 50 auf.
Der Mess-Controller 30 ist physisch ein Computer mit einem Prozessor 32, einem Speicher 34, einer Kommunikations-I/F 36, einer UI-Vorrichtung 38 und einer Speichervorrichtung 40. Ein Beispiel für diesen „Computer“ ist ein Mikrocontroller, in dem das Computersystem in einer einzigen integrierten Schaltung eingebaut ist. Ferner umfassen Beispiele des Prozessors 32 im weitesten Sinne Allzweckprozessoren wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und einen dedizierten Prozessor wie etwa eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA) oder eine programmierbare Logikvorrichtung. Ferner können die nachstehend beschriebenen Operationen des Mess-Controllers 30 nicht nur durch einen einzelnen Prozessor, sondern auch durch das Zusammenwirken von zwei oder mehr Prozessoren durchgeführt werden, die sich an physisch getrennten Positionen befinden. In ähnlicher Weise muss der Speicher 34 kein physisches Einzelelement sein und kann durch zwei oder mehr Speicher ausgebildet sein, die sich an physisch getrennten Positionen befinden. Ferner kann der Speicher 34 beispielsweise einen Halbleiterspeicher (z. B. RAM, ROM usw.) umfassen.
Die Kommunikations-I/F 36 sendet und empfängt Daten über drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation zu und von externen elektronischen Vorrichtungen. Beispielsweise sind die numerische Steuervorrichtung 20 und die Bildaufnahmeeinheit 50 Kommunikationspartner der Kommunikations-I/F 36. Die UI-Vorrichtung 38 präsentiert Bedienpersonen verschiedene Informationen und empfängt Befehle von den Bedienpersonen. Die UI-Vorrichtung 38 weist Ausgabevorrichtungen auf, die beispielsweise eine Anzeigeeinheit und ein Lautsprecher sind, und weist auch Eingabevorrichtungen auf, die beispielsweise eine Tastatur, eine Maus, ein Mikrofon und ein Berührungsfeld sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist die UI-Vorrichtung 38 als Bestandteil des Mess-Controllers 30 beschrieben. Die UI-Vorrichtung 38 kann jedoch ganz oder teilweise als eine andere Vorrichtung ausgebildet sein, die sich vollständig von dem Mess-Controller 30 unterscheiden kann. Beispielsweise können einige Funktionen der UI-Vorrichtung 38 durch eine Anwenderschnittstelle eines Informationsendgeräts (z. B. Smartphone oder dergleichen) verwirklicht werden, das jeweiligen Bedienpersonen gehört und mit dem Mess-Controller 30 kommunizieren kann.
Die Speichervorrichtung 40 ist dazu ausgelegt, verschiedene Daten zu speichern, die für die Formmessung erforderlich sind, und ist physisch beispielsweise durch ein Festplattenlaufwerk, ein Festkörperlaufwerk oder eine Kombination davon ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Speichervorrichtung 40 als Bestandteil des Mess-Controllers 30 beschrieben. Die Speichervorrichtung 40 kann jedoch ganz oder teilweise als eine andere Vorrichtung ausgebildet sein, die sich vollständig von dem Mess-Controller 30 unterscheiden kann. Beispielsweise kann die Speichervorrichtung 40 eine Speichervorrichtung sein, die in einem Cloud-Server bereitgestellt ist, der mit dem Mess-Controller 30 kommunizieren kann.
Die Speichervorrichtung 40 speichert Bedingungsinformationen 42, Referenzdaten 44 und ein Lernmodell 45. Die Bedingungsinformationen 42 sind Daten, in denen die Bildaufnahmebedingungen, die bei der Abbildung für die Messung erforderlich sind, separat für jede von mehreren Kombinationen von Material und Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 aufgezeichnet sind. Der Inhalt der Bedingungsinformationen 42 ist nachstehend im Einzelnen beschrieben. Die Referenzdaten 44 sind Daten mehrerer Bilder, die mit dem weiter unten beschriebenen vorläufigen Bild 62 verglichen werden, um das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 zu identifizieren. Der Inhalt der Referenzdaten 44 ist weiter unten im Einzelnen beschrieben. Ferner ist auch das Lernmodell 45 nachstehend beschrieben.
Die Bildaufnahmeeinheit 50 ist dazu ausgelegt, das Objekt 100 abzubilden, das in einer Bearbeitungskammer der Werkzeugmaschine 14 vorhanden ist. Wie es in 2 gezeigt ist, weist die Bildaufnahmeeinheit 50 eine Kamera 52 und einen Projektor 54 auf. Die Kamera 52 kann das Objekt 100 abbilden und Bilddaten erzeugen. Die von der Kamera 52 erhaltenen Bilddaten werden an den Mess-Controller 30 gesendet. Der Mess-Controller 30 befiehlt Bildaufnahmebedingungen zum Abbilden des Objekts 100 wie z. B. die Anzahl der Aufnahmen und die Verschlusszeit.
Der Projektor 54 dient als Lichtquelle 53, die das Objekt 100 mit Bildaufnahmelicht bestrahlt. Der Projektor 54 (Lichtquelle 53) der vorliegenden Ausführungsform kann die Luminanzverteilung des Bildaufnahmelichts frei ändern, wenn er das Objekt 100 bestrahlt. Der Mess-Controller 30 befiehlt die Luminanzverteilung des Bildaufnahmelichts.
Als Nächstes wird das Prinzip der Messung der dreidimensionalen Form für das Objekt 100, die durch das Formmesssystem 12 durchgeführt werden kann, unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Beim Messen der dreidimensionalen Form des Objekts 100 steuert der Mess-Controller 30 die Bildaufnahmeeinheit 50 an und erfasst das Bild 60 zur Messung. In diesem Fall führt der Mess-Controller 30 mehrere Male eine Abbildung durch, während er die relative Lage des Objekts 100 in Bezug auf die Kamera 52 ändert, so dass das Bild 60 zur Messung für alle Oberflächen des Objekts 100 erhalten werden kann. Um die relative Lage des Objekts 100 in Bezug auf die Kamera 52 zu ändern, kann das Objekt 100 bewegt werden oder die Kamera 52 bewegt werden. Beispielsweise kann die Spindel 14a, die das Objekt 100 hält, angetrieben werden, um die Lage des Objekts 100 in Bezug auf die Kamera 52 zu ändern.
Der Mess-Controller 30 erzeugt die Punktwolkendaten 74 des Objekts 100 basierend auf dem erhaltenen Bild 60 zur Messung. Die Punktwolkendaten 74 werden auch als „Punktwolke“ bezeichnet und sind die Daten, in denen die Oberflächenform des Objekts 100 durch mehrere Punkte dargestellt ist, die jeweils einen X-, Y- und Z-Koordinatenwert aufweisen. Die Punktwolkendaten 74 können beispielsweise unter Verwendung eines Stereoverfahrens, eines Phasenverschiebungsverfahrens, eines Licht-Ebenen-Schnitt-Verfahrens oder dergleichen erzeugt werden. Das Stereoverfahren ist eine Technik, die umfasst: Abbilden des Objekts 100 aus verschiedenen Positionen durch Bewegen der Kamera 52 oder Verwenden von zwei Kameras 52, Suchen nach einem entsprechenden Punkt aus dem Parallaxenbild und Messen der Höhe durch Triangulation. Das Phasenverschiebungsverfahren ist eine Technik, die umfasst: Veranlassen, dass der Projektor 54 eine Sinuswelle auf das Objekt 100 projiziert, während die Phase verschoben wird, und Detektieren der Phase basierend auf einer Änderung der Luminanz von Bildern, die durch mehrmaliges Abbilden erhalten werden. Das Licht-Ebenen-Schnitt-Verfahren ist eine Technik, die umfasst: Projizieren von Linienlicht auf das Objekt 100, Veranlassen, dass die Kamera 52 es abbildet, und Messen der Form des Objekts 100 basierend auf dem erhaltenen Bild. Da diese Techniken üblicherweise gut bekannt sind, wird ihre genaue Beschreibung hier weggelassen. Wenn die Punktwolkendaten 74 erhalten werden, erzeugt der Mess-Controller 30 die 3D-Daten 69 des Objekts 100 basierend auf den Punktwolkendaten 74. Die erzeugten 3D-Daten 69 werden je nach Bedarf an die numerische Steuervorrichtung 20 oder eine von der Bedienperson bezeichneten Computer gesendet.
Übrigens muss, um die Punktwolkendaten 74 geeignet zu erzeugen, das erfasste Objekt 100 in geeigneter Weise in dem Bild 60 zur Messung vorhanden sein. Im Falle einer einfachen Abbildung des Objekts 100 mit der Kamera 52 können jedoch geblockte Schatten oder ausgebrannte Spitzlichter auftreten. Insbesondere sind geblockte Schatten ein Phänomen, bei dem ein dunkler Teil eines Bildes schwarz wird, und ausgebrannte Spitzlichter sind ein Phänomen, bei dem ein heller Teil eines Bildes weiß wird. Wenn entweder geblockte Schatten oder ausgebrannte Spitzlichter auftreten, kann der Mess-Controller 30 die Form des Objekts 100 nicht angemessen bestimmen. Daher ist der Mess-Controller 30 in der vorliegenden Ausführungsform dazu ausgelegt, das Objekt 100 einmal oder mehrmals unter vorgegebenen Bildaufnahmebedingungen abzubilden, um ein Bild 60 zur Messung zu erhalten. In der folgenden Beschreibung wird die zum Erhalten des Einzelbilds 60 zur Messung durchzuführende Abbildung als „Basisaufnahme“ bezeichnet und das durch die Basisaufnahme erhaltene Bild wird als „Basisbild 70“ bezeichnet. Wenn die Basisaufnahme nur einmal durchgeführt wurde, um das einzelne Bild 60 zur Messung zu erhalten, behandelt der Mess-Controller 30 das erhaltene einzelne Basisbild 70 als das Bild 60 zur Messung. Wenn die Basisaufnahme zweimal oder öfter durchgeführt wurde, erzeugt der Mess-Controller 30 ein Bild 72 mit hohem Dynamikumfang (im Folgenden als „HDR-Bild 72“ bezeichnet) aus zwei oder mehr Basisbildern 70 und behandelt das HDR-Bild 72 als das Bild 60 zur Messung.
Das HDR-Bild 72 ist ein zusammengesetztes Bild aus zwei oder mehr Basisbildern 70, das durch zweimaliges oder mehrmaliges Abbilden des Objekts 100, während die Bildaufnahmebedingungen geändert werden, erhalten werden kann, um einen hohen Dynamikbereich zu erhalten. 4 ist eine Zeichnung, die veranschaulicht, wie das HDR-Bild 72 erzeugt wird. Gemäß dem in 4 gezeigten Beispiel wird das Objekt 100 durch eine Beleuchtung (nicht dargestellt) beleuchtet, die sich auf der Rückseite befindet, und weist Vorsprünge 102 auf einer Vorderseitenoberfläche auf. Ferner ist in 4 ein erstes Basisbild 70f ein Bild, das mit einer an die Vorsprünge 102 angepassten Belichtung aufgenommen wurde, und ein zweites Basisbild 70s ein Bild, das mit einer an eine Kante 104 auf der Rückseite angepassten Belichtung aufgenommen wurde. In diesem Fall ermöglicht es das erste Basisbild 70f Betrachtern, die Form jedes Vorsprungs 102 zu erfassen, weil das gesamte Bild hell ist, aber die Form der Kante 104 auf der Rückseite kann aufgrund von ausgebrannten Spitzlichtern nicht erfasst werden. Andererseits ermöglicht es das zweite Basisbild 70s dem Betrachter, die Form der Kante 104 auf der Rückseite zu erfassen, weil das gesamte Bild dunkel ist, aber die Form jedes Vorsprungs 102 kann aufgrund von geblockten Schatten nicht erfasst werden.
Das HDR-Bild 72 wird durch Kombinieren der mehreren Basisbilder 70 erhalten, so dass es einen hohen Dynamikumfang hat. Gemäß dem in 4 gezeigten Beispiel werden Daten um die Vorsprünge 102 des ersten Basisbilds 70f herum und Daten um die Kante 104 auf der Rückseite des zweiten Basisbilds 70s herum kombiniert, um das einzelne HDR-Bild 72 zu erzeugen. Das erzeugte HDR-Bild 72 kann als ein Element zum geeigneten Erfassen der Form des Objekts 100 dienen.
Im Übrigen variieren die Bildaufnahmebedingungen (z. B. die Anzahl der Basisaufnahmen, die Verschlusszeit der Kamera 52, die Luminanzverteilung des Bildaufnahmelichts usw.) zum Erhalten eines geeigneten Bilds 60 zur Messung je nach Material und Oberflächeneigenschaft des Objekts 100. Zum Beispiel hat Aluminium im Vergleich zu Stahlmaterialien wie S45C im Allgemeinen eine weißlich-silberne Farbe, so dass leicht eine Lichtreflexion auftritt und es wahrscheinlich ist, dass ausgebrannte Spitzlichter auftreten. Ferner ist es bei dem Objekt 100 mit einer hohen Oberflächenrauigkeit verglichen mit dem Objekt 100 mit einer geringen Oberflächenrauigkeit weniger wahrscheinlich, dass es Licht reflektiert, und weniger wahrscheinlich, dass es ausgebrannte Spitzlichter verursacht, selbst wenn ihre Materialien gleich sind. Um ein geeignetes HDR-Bild 72 zu erfassen, ist es daher notwendig, die Bildaufnahmebedingungen gemäß dem Material und der Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 zu ändern.
Daher speichert der Mess-Controller 30 der vorliegenden Ausführungsform im Voraus geeignete Bildaufnahmebedingungen für jede von mehreren Kombinationen aus Material und Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 als Bedingungsinformationen 42. Ferner identifiziert der Mess-Controller 30 beim Messen der Form des Objekts 100 das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100, spezifiziert Bildaufnahmebedingungen, die dem identifizierten Material und der Oberflächeneigenschaft entsprechen, und bildet das Objekt 100 unter den spezifizierten Bildaufnahmebedingungen ab. Nachfolgend wird das Spezifizieren der Bildaufnahmebedingungen beschrieben.
5 ist eine Zeichnung, die ein Beispiel der Bedingungsinformationen 42 zeigt, die in der Speichervorrichtung 40 gespeichert sind. Wie es in 5 gezeigt ist, sind die Bedingungsinformationen 42 eine Ansammlung von Bildaufnahmebedingungen, die separat für jede von mehreren Kombinationen aus Material und Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 gepflegt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Oberflächeneigenschaft als das Stadium der Bearbeitung dargestellt, die auf das Objekt 100 angewendet wird; das heißt „unbearbeitet“, „Grobbearbeitung“, „Halbfertigbearbeitung“, „Fertigbearbeitung“, „Hochglanzpolitur“ und dergleichen. Ausdrücke der in der vorliegenden Ausführungsform erwähnten Oberflächeneigenschaft sind jedoch lediglich Beispiele. Die Oberflächeneigenschaft kann durch beliebige andere Formen dargestellt werden. Beispielsweise kann die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 durch Oberflächenrauigkeit, diffuses Reflexionsvermögen, Oberflächenbearbeitung und dergleichen dargestellt werden.
Ferner umfassen die Bildaufnahmebedingungen gemäß dem in 5 gezeigten Beispiel die Anzahl der durchzuführenden Basisaufnahmen, um das Einzelbild 60 zur Messung zu erhalten, die Verschlusszeit bei jeder Basisaufnahme, die Kameraverstärkung und die Luminanzverteilung des Bildaufnahmelichts. Die hier aufgeführten Parameter sind jedoch nur Beispiele und können entsprechend geändert werden. Beispielsweise können die Bildaufnahmebedingungen auf die Anzahl der Basisaufnahmen und die Kameraverstärkung beschränkt sein und die Verschlusszeit und die Luminanzverteilung des Bildaufnahmelichts können ausgeschlossen sein. Als Bedingungsinformationen 42 aufzuzeichnende Zahlenwerte werden im Voraus durch Experimente und Simulationen erfasst. Ferner können Bedienpersonen bei Bedarf Bildaufnahmebedingungen für neue Materialien und Oberflächeneigenschaften hinzufügen oder die aufgezeichneten Bildaufnahmebedingungen abwandeln.
Der Mess-Controller 30 identifiziert das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100, vergleicht diese mit den Bedingungsinformationen 42 und spezifiziert Bildaufnahmebedingungen, die dem Material und der Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 entsprechen. Wenn beispielsweise das Material des Objekts 100 „SS400“ ist und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 „unbearbeitet“ ist, führt der Mess-Controller 30 eine Basisaufnahme an dem Objekt 100 einmal durch, um die Form des Objekts 100 zu messen. In diesem Fall ist die Verschlusszeit der Kamera 52 „20“, die Kameraverstärkung „2“ und die Luminanzverteilung des Bildaufnahmelichts ist „R, G, B = 164, 128, 128“. Wenn das Material des Objekts 100 „SS400“ ist und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 „Fertigbearbeitung“ ist, führt der Mess-Controller 30 ferner eine Basisaufnahme an dem Objekt 100 zweimal durch, um die Form des Objekts 100 zu messen. Die Verschlusszeit der Kamera 52 in der ersten Basisaufnahme ist „10“, die Kameraverstärkung ist „1" und die Luminanzverteilung des Bildaufnahmelichts ist „R, G, B = 64, 64, 96“. Ferner ist die Verschlusszeit der Kamera 52 in der zweiten Basisaufnahme „12“, die Kameraverstärkung ist „1" und die Luminanzverteilung des Bildaufnahmelichts ist „R, G, B = 128, 128, 128“.
Als Nächstes wird die Identifizierung des Materials und der Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform identifiziert der Mess-Controller 30 das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 basierend auf zumindest entweder der Bearbeitungszeichnung 64 oder dem Bearbeitungsprogramm 66, in denen der Bearbeitungsinhalt des Objekts 100 aufgezeichnet ist. Wenn die Identifizierung des Materials und der Oberflächeneigenschaft basierend auf der Bearbeitungszeichnung 64 und dem Bearbeitungsprogramm 66 fehlschlägt, bildet der Mess-Controller 30 ferner das Objekt 100 unter Standardbedingungen ab, um das vorläufige Bild 62 zu erfassen, analysiert das vorläufige Bild 62 und identifiziert das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100. Wenn die Identifizierung des Materials und der Oberflächeneigenschaft basierend auf dem vorläufigen Bild 62 fehlschlägt, fordert der Mess-Controller 30 die Bedienperson außerdem auf, das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 einzugeben. Nachfolgend wird dies der Reihe nach beschrieben.
Zunächst wird eine Technik zum Identifizieren des Materials und/oder der Oberflächeneigenschaft basierend auf mindestens entweder der Bearbeitungszeichnung 64 oder dem Bearbeitungsprogramm 66 beschrieben. Beim Identifizieren des Materials und der Oberflächeneigenschaft erfasst der Mess-Controller 30 die Bearbeitungszeichnung 64 und das Bearbeitungsprogramm 66 des Objekts 100. 6 ist eine Zeichnung, die ein Beispiel der Bearbeitungszeichnung 64 veranschaulicht. Wie es in 6 gezeigt ist, enthält die Bearbeitungszeichnung 64 gewöhnlich nicht nur eine Darstellung, die die Form des bearbeiteten Objekts 100 zeigt, sondern auch die Beschreibung des Produktnamens des Objekts 100 und des Materials davon und dergleichen. Der Mess-Controller 30 wendet eine Bildanalyseverarbeitung (z. B. OCR-Verarbeitung) auf die Bearbeitungszeichnung 64 an und extrahiert Texte, die in der Bearbeitungszeichnung 64 beschrieben sind. Dann identifiziert der Mess-Controller 30 das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 basierend zu den extrahierten Texten. Wenn der extrahierte Text beispielsweise einen Ausdruck enthält, der ein bestimmtes Material angibt, bestimmt der Mess-Controller 30, dass das Objekt 100 dieses bestimmte Material enthält. Wenn der extrahierte Text einen Ausdruck enthält, der eine spezifische Oberflächeneigenschaft angibt, bestimmt der Mess-Controller 30 in ähnlicher Weise, dass das Objekt 100 diese spezifische Oberflächeneigenschaft besitzt. Wenn dementsprechend der extrahierte Text beispielsweise einen spezifischen Code „S45C“ und eine Terminologie „Grobbearbeitung“ enthält, bestimmt der Mess-Controller 30, dass das Material des Objekts 100 „S45C“ ist und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 „Grobbearbeitung“ ist.
Ferner kann der Mess-Controller 30 als eine weitere Ausführungsform das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 basierend auf dem Bearbeitungsprogramm 66 identifizieren. Das Bearbeitungsprogramm 66 umfasst eine Beschreibung über einen Befehl, um die Werkzeugmaschine 14 dazu zu veranlassen, eine beabsichtigte Arbeit auszuführen, und wird auch als „NC-Programm“ bezeichnet. Beim Identifizieren des Materials oder dergleichen basierend auf dem Bearbeitungsprogramm 66 bettet die Bedienperson Informationen, die das Material oder dergleichen angeben, in das Bearbeitungsprogramm 66 gemäß im Voraus bestimmten Regeln ein.
Zum Beispiel gibt in dem Bearbeitungsprogramm 66 jeder in Klammern eingeschlossene Abschnitt üblicherweise einen Kommentar an und der Kommentar wird nicht zur Steuerung der Werkzeugmaschine 14 verwendet. Wenn daher ein Ausdruck, der das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft angibt, als ein Kommentar in dem Bearbeitungsprogramm 66 beschrieben wird, kann er verwendet werden, um das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 zu identifizieren. Beispielsweise wird in dem in 7 gezeigten Bearbeitungsprogramm 66 „S45C, GROB“ als Kommentar in der dritten Zeile beschrieben. Dabei gibt „S45C“ eine Materialart an, und „GROB“ gibt „Grobbearbeitung“ an, was eine Art von Oberflächeneigenschaft ist. Dementsprechend identifiziert der Mess-Controller 30 in diesem Fall das Material des Objekts 100 als „S45C“ und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 als „Grobbearbeitung".
Ferner kann als weitere Ausführungsform eine Variable oder ein Befehlswert, der in dem Bearbeitungsprogramm 66 verwendet wird, das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft darstellen. In diesem Fall ist der Mess-Controller 30 dazu ausgelegt, die Entsprechungsbeziehung zwischen Variablen oder Befehlswerten und Materialien/Oberflächeneigenschaften im Voraus zu speichern. 8 zeigt beispielhafte Daten, die die Entsprechungsbeziehung angeben. In 8 ist die Tabelle auf der linken Seite eine Materialentsprechungstabelle 80a, in der die Entsprechungsbeziehung zwischen Werten der gemeinsamen Variablen „VC101“ und Materialien aufgezeichnet ist, und die Tabelle auf der rechten Seite ist eine Oberflächeneigenschaftsentsprechungstabelle 80b, in der die Entsprechungsbeziehung zwischen Werten der gemeinsamen Variablen „VC102“ und Oberflächeneigenschaften aufgezeichnet ist. Der Mess-Controller 30 speichert diese Entsprechungstabellen 80a und 80b im Voraus in der Speichervorrichtung 4. Wenn gemäß den in 8 dargestellten Beispielen der Wert der gemeinsamen Variablen „VC101“ „10“ ist, repräsentiert sie das Material „S45C“, und wenn der Wert der gemeinsamen Variablen „VC 102“ „20“ ist, repräsentiert sie die Oberflächeneigenschaft „Grobbearbeitung“. Wenn also die Ausdrücke „VC101 = 10;“ und „VC102 = 20;“ in dem Bearbeitungsprogramm 66 vorhanden sind, identifiziert der Mess-Controller 30 das Material des Objekts 100 als „S45C“ und die Oberflächeneigenschaft als „Grobbearbeitung“.
Ferner können die Variablen durch spezielle Befehlscodes ersetzt werden, die erstellt werden, um das Material und die Oberflächeneigenschaft den Befehlscodewerten zuzuordnen. Beispielsweise kann „MP“ als Material-Befehlscode erstellt werden, so dass „S45C“ eingestellt werden kann, wenn der MP-Wert „1“ ist, und „SS400“ eingestellt werden kann, wenn der MP-Wert „2“ ist. In ähnlicher Weise kann „MQ“ als Oberflächeneigenschafts-Befehlscode erstellt werden, so dass „unbearbeitet“ eingestellt werden kann, wenn der MQ-Wert „0“ ist, und „Grobbearbeitung“ eingestellt werden kann, wenn der MQ-Wert „1“ ist. Wenn in diesem Fall das Bearbeitungsprogramm 66 einen Ausdruck „MP 2; MQ 0;“ enthält, bestimmt der Mess-Controller 30, dass das Material „SS400“ und die Oberflächeneigenschaft „unbearbeitet“ ist.
Ferner kann als weitere Ausführungsform der in dem Bearbeitungsprogramm 66 beschriebene Sequenzname (auch als „Sequenznummer“ bezeichnet) verwendet werden, um das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft darzustellen. Der Sequenzname gibt die relative Position jedes Blocks (j eder Zeile) in dem Bearbeitungsprogramm 66 an und ist an dem Kopf einer beliebigen Zeile beschrieben. Normalerweise wird der Sequenzname in Form von N + „alphanumerisches Zeichen“ beschrieben. Wenn das Bearbeitungsprogramm 66 beispielsweise eine Zeile mit dem Namen „N100“ enthält, repräsentiert diese Zeile den Sequenznamen „N100“.
In dem Fall, in dem der Sequenzname das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft darstellt, ist der Mess-Controller 30 dazu ausgelegt, die Entsprechungsbeziehung zwischen Sequenznamen und dem Material und/oder der Oberflächeneigenschaft im Voraus zu speichern. 9 ist eine Darstellung, die Beispiele der Entsprechungsbeziehung darstellt, in der das zweite Zeichen des Sequenznamens einen Formmessbefehl angibt, das dritte Zeichen das Material angibt und das vierte Zeichen die Oberflächeneigenschaft angibt. Wenn in diesem Fall das zweite Zeichen des Sequenznamens „Z“ ist, bestimmt der Mess-Controller 30, dass das dritte Zeichen des Sequenznamens das Material darstellt und das vierte Zeichen die Oberflächeneigenschaft darstellt. Ferner steht gemäß dem in 9 gezeigten Beispiel „S“ in dem dritten Zeichen für das Material „S45C“ und „A“ in dem vierten Zeichen für die Oberflächeneigenschaft „Grobbearbeitung“. Wenn in diesem Fall das Bearbeitungsprogramm 66 einen Ausdruck „NZSA;“ enthält, identifiziert der Mess-Controller 30 dementsprechend das Material des Objekts 100 als „S45C“ und die Oberflächeneigenschaft als „Grobbearbeitung“.
Ferner kann als eine weitere Ausführungsform die Oberflächeneigenschaft basierend auf einem in dem Bearbeitungsprogramm 66 bezeichneten Werkzeug identifiziert werden. In diesem Fall ist der Mess-Controller 30 dazu ausgelegt, die Entsprechungsbeziehung zwischen Werkzeugnummern und Oberflächeneigenschaften im Voraus zu speichern. Zum Beispiel speichert der Mess-Controller 30 im Voraus den Bearbeitungsinhalt (und somit die Oberflächeneigenschaft), die jeder Werkzeugnummer entspricht, derart, dass die Werkzeugnummer „01“ einen Schaftfräser darstellt, der für die Grobbearbeitung bestimmt ist, und die Werkzeugnummer „02“. einen Schaftfräser darstellt, der für die Halbfertigbearbeitung bestimmt ist. Wenn in diesem Fall das Bearbeitungsprogramm 66 einen Ausdruck „T01; M06;“ enthält, identifiziert der Mess-Controller 30 die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 als „Grobbearbeitung“.
Ferner kann als weitere Ausführungsform die Oberflächeneigenschaft basierend auf Bearbeitungsparametern, die in dem Bearbeitungsprogramm 66 bezeichnet sind, identifiziert werden. In diesem Fall ist der Mess-Controller 30 dazu ausgelegt, die Entsprechungsbeziehung zwischen Zahlenbereichen der jeweiligen Bearbeitungsparameter und den Oberflächeneigenschaften, im Voraus zu speichern. Zu den Bearbeitungsparametern gehören beispielsweise die Spindeldrehzahl, die Schnittvorschubgeschwindigkeit, die Schnittiefe und dergleichen. Der Mess-Controller 30 speichert für jeden Typ der Oberflächeneigenschaft einen Zahlenbereich der Spindeldrehzahl, einen Zahlenbereich der Schnittvorschubgeschwindigkeit und einen Zahlenbereich der Schnittiefe. Ferner kann der Mess-Controller 30 die Oberflächeneigenschaft unter Bezugnahme auf die Befehlswerte dieser Bearbeitungsparameter identifizieren, die in dem Bearbeitungsprogramm 66 beschrieben sind. Beispielsweise zeigt 10 ein Beispiel des Bearbeitungsprogramms 66. In diesem Bearbeitungsprogramm 66 ist S eine Variable, die die Spindeldrehzahl darstellt, F eine Variable, die die Schnittvorschubgeschwindigkeit darstellt, und PQ eine Variable, die die von der Bedienperson definierte Schnittiefe darstellt. Ferner ist M3 ein Spindelvorwärtsdrehbefehl und G01 ist ein Schnittvorschubbefehl. Daher zeigt das Bearbeitungsprogramm 66 von 10 eine Situation, in der die Bearbeitung durchgeführt wird, indem 2 mm von der Position von 100 mm in der Z-Richtung bei einer Spindeldrehzahl von 4000 U/min und einer Schnittvorschubgeschwindigkeit von 100 mm/min geschnitten werden. Der Mess-Controller 30 identifiziert die Oberflächeneigenschaft, indem er diese Zahlenwerte mit den Zahlenbereichen der jeweiligen Parameter vergleicht, die im Voraus gespeichert wurden.
Ferner kann als weitere Ausführungsform eine Datei erstellt werden, die das Material und die Oberflächeneigenschaft beschreibt, und ein Zugriffsbefehl auf diese Datei kann in dem Bearbeitungsprogramm 66 beschrieben sein. Beispielsweise kann „MR“ als Befehlscode eingestellt sein, der den Zugriff auf eine Datei mit einem vorgegebenen Dateipfad angibt, und die Beschreibung über das Material und die Oberflächeneigenschaft kann in dieser Datei in Text- oder Binärformat enthalten sein. Wenn dann das Bearbeitungsprogramm 66 einen Ausdruck „MR;“ enthält, greift der Mess-Controller 30 auf die Datei des vorgegebenen Dateipfads zu und identifiziert das Material und die Oberflächeneigenschaft.
Wenn das Material und die Oberflächeneigenschaft nicht aus der Bearbeitungszeichnung 64 und dem Bearbeitungsprogramm 66 identifiziert werden können, können das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 ferner basierend auf dem erfassten Bild des Objekts 100 identifiziert werden. Das heißt, in diesem Fall ist der Mess-Controller 30 dazu ausgelegt, im Voraus eine Bildgruppe erfasster Bilder von Elementen mit verschiedenen Materialien und Oberflächeneigenschaften als Referenzdaten 44 zu speichern. Ferner steuert der Mess-Controller 30, wenn es erwünscht ist, das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 zu identifizieren, die Bildaufnahmeeinheit 50 an, bildet das Objekt 100 ab und erfasst das vorläufige Bild 62. Die Bildaufnahmebedingungen für das vorläufige Bild 62 sind Standardbedingungen. Mit anderen Worten sind die Bildaufnahmebedingungen für das vorläufige Bild 62 ungeachtet des Materials und der Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 fix eingestellt.
Der Mess-Controller 30 vergleicht das vorläufige Bild 62 mit der Bildgruppe der Referenzdaten 44 und identifiziert ein Bild, das dem vorläufigen Bild 62 ähnlich ist. Dann kann der Mess-Controller 30 das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 basierend auf dem Material und der Oberflächeneigenschaft eines Elements in dem identifizierten Bild identifizieren. Bei dem Vergleich zwischen dem vorläufigen Bild 62 und der Bildgruppe kann beispielsweise eine Technik wie etwa ein Musterabgleich verwendet werden. Wenn das Material und die Oberflächeneigenschaft aus der Bearbeitungszeichnung 64, dem Bearbeitungsprogramm 66 und dem vorläufigen Bild 62 nicht identifiziert werden können, kann der Mess-Controller 30 ferner die Bedienperson auffordern, das Material und die Oberflächeneigenschaft einzugeben.
Ferner kann der Mess-Controller 30 als weitere Ausführungsform das Lernmodell 45 verwenden, um das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 zu identifizieren. In diesem Fall ist der Mess-Controller 30 dazu ausgelegt, in der Speichervorrichtung 40 das im Voraus durch maschinelles Lernen erzeugte Lernmodell 45 (siehe 2) zu halten. Das Lernmodell 45 kann durch überwachtes Lernen erzeugt werden, das umfasst: Eingeben eines Bilds eines Elements, das bereits in Bezug auf Material und Oberflächeneigenschaft bekannt ist, in eine Lernvorrichtung (z. B. die Bildgruppe der Referenzdaten 44, die mit Informationen zu Material und Oberflächeneigenschaft etikettiert sind), als Lehrdaten und Lernen des Zusammenhangs zwischen dem Bild und dem Material/der Oberflächeneigenschaft. Die Technik zum Erzeugen des Lernmodells 45 durch überwachtes Lernen ist herkömmlich bekannt und daher wird hier auf eine genaue Beschreibung davon verzichtet.
Wenn das vorläufige Bild 62 in das Lernmodell 45 eingegeben wird, kann der Mess-Controller 30 das entsprechende Material und die entsprechende Oberflächeneigenschaft als Ausgabe erhalten. Das Material und die Oberflächeneigenschaft, die so ausgegeben werden, können als Antwort auf eine Eingabe einer Bedienperson abgewandelt werden. Ferner kann das Lernmodell 45 als weitere Ausführungsform mehrere Kombinationen aus Material und Oberflächeneigenschaft für ein einzelnes vorläufiges Bild 62 ausgeben. In diesem Fall präsentiert der Mess-Controller 30 der Bedienperson die mehreren erhaltenen Kombinationen in der Reihenfolge der Höhe ihrer Wahrscheinlichkeit. Dann kann eine gemäß der Eingabe der Bedienperson ausgewählte und bestimmte Kombination als das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 identifiziert werden. Ferner kann in diesem Fall das Lernmodell 45 aktualisiert werden, indem veranlasst wird, dass die Lernvorrichtung ein erneutes Lernen mit dem vorläufigen Bild 62 als Eingabedaten durchführt, wobei Lehrdaten, die mit der von der Bedienperson abgewandelten oder ausgewählten Kombination aus Material und Oberflächeneigenschaft gekennzeichnet sind, erstellt werden. Eine solche Konfiguration kann die Genauigkeit bei der Schätzung des Materials und der Oberflächeneigenschaft verbessern. In der obigen Beschreibung sind sowohl das Material als auch die Oberflächeneigenschaft zu identifizierende Objekte, aber die Auslegung kann so sein, dass entweder das Material oder die Oberflächeneigenschaft identifiziert wird.
Wie es oben beschrieben ist, vergleicht der Mess-Controller 30 dann, wenn die Identifizierung des Materials und der Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 erfolgreich ist, das identifizierte Material und die identifizierte Oberflächeneigenschaft mit den Bedingungsinformationen 42 und spezifiziert Bildaufnahmebedingungen, die beim Abbilden des Bildes 60 zur Messung erforderlich sind. Wenn dann der Auslöser für die Formmessung des Objekts 100 auf EIN geschaltet wird, führt das Formmesssystem 12 eine Abbildung zur Messung durch, bei der das Objekt 100 unter den spezifizierten Bildaufnahmebedingungen abgebildet wird. Auslöser für die Formmessung kann dabei ein Bedienungsbefehl der Bedienperson sein. Beispielsweise kann die Abbildung zur Messung des Objekts 100 durchgeführt werden, wenn die Bedienperson „Formmessungsstart“ befiehlt, indem sie das Bedienfeld 22 der numerischen Steuervorrichtung 20 oder die UI-Vorrichtung 38 des Mess-Controllers 30 bedient.
Ferner kann das Bearbeitungsprogramm 66 als weitere Ausführungsform einen Code enthalten, der als Auslöser dient. Beispielsweise kann in dem Bearbeitungsprogramm 66 ein M-Code oder ein G-Code beschrieben sein, der dazu bestimmt ist, die Implementierung der Messung der dreidimensionalen Form zu befehlen. Das Formmesssystem 12 kann die Abbildung zur Messung zu dem Zeitpunkt durchführen, zu dem die Werkzeugmaschine 14 den dedizierten M-Code oder G-Code ausführt.
Als Nächstes wird der Verarbeitungsablauf, der durch das oben beschriebene Formmesssystem 12 durchgeführt werden kann, unter Bezugnahme auf 11 und 12 beschrieben. Beim Hochfahren initialisiert das Formmesssystem 12 zuerst das gesamte System (Schritt S10). Insbesondere initialisiert der Mess-Controller 30 Parametereinstellungen für die Kamera 52 und den Projektor 54.
Wenn die Initialisierung abgeschlossen ist, identifiziert der Mess-Controller 30 das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 (Schritte S12 bis S24). Insbesondere kommuniziert der Mess-Controller 30 zuerst mit der numerischen Steuervorrichtung 20 und versucht, die Bearbeitungszeichnung 64 und das Bearbeitungsprogramm 66 zu erfassen (Schritt S12). Wenn die Bearbeitungszeichnung 64 und das Bearbeitungsprogramm 66 erfasst wurden (Ja in Schritt S12), analysiert der Mess-Controller 30 die Bearbeitungszeichnung 64 und das Bearbeitungsprogramm 66 und identifiziert das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 (Schritt S16).
Wenn hingegen die Bearbeitungszeichnung 64 und das Bearbeitungsprogramm 66 nicht erfasst wurden (Nein in Schritt S12), veranlasst der Mess-Controller 30 die Bildaufnahmeeinheit 50 dazu, das Objekt 100 abzubilden, um das vorläufige Bild 62 zu erfassen (Schritt S20). Anschließend vergleicht der Mess-Controller 30 das erhaltene vorläufige Bild 62 mit den Referenzdaten 44 oder gibt es in das Lernmodell 45 ein und identifiziert das Material und die Oberflächeneigenschaft der Objekts 100 (Schritt S22).
Wenn die Erfassung des Materials und der Oberflächeneigenschaft basierend auf der Bearbeitungszeichnung 64 oder dergleichen oder basierend auf dem vorläufigen Bild 62 erfolgreich abgeschlossen ist (Ja in Schritt S18), dann geht die Verarbeitung zu Schritt S26 über. Wenn hingegen die Erfassung des Materials und/oder der Oberflächeneigenschaft fehlgeschlagen ist (Nein in Schritt S18), dann fordert der Mess-Controller 30 die Bedienperson dazu auf, das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft entsprechend einzugeben, und identifiziert das Material und die Oberflächeneigenschaft basierend darauf (Schritt S24).
Wenn die Identifizierung des Materials und der Oberflächeneigenschaft erfolgreich war, vergleicht der Mess-Controller 30 das identifizierte Material und die identifizierte Oberflächeneigenschaft mit den Bedingungsinformationen 42. Wenn die Bedingungsinformationen 42 irgendeine Aufzeichnung über Bedingungen umfassen, die dem identifizierten Material oder dergleichen entsprechen (Ja in Schritt S26), legt der Mess-Controller 30 die entsprechende Bedingung als Bildaufnahmebedingungen fest (Schritt S28). Wenn hingegen die dem identifizierten Material oder dergleichen entsprechende Bedingung nicht in den Bedingungsinformationen 42 aufgezeichnet ist (Nein in Schritt S26), fordert der Mess-Controller 30 die Bedienperson dazu auf, eine anfängliche Registrierung für Bildaufnahmebedingungen durchzuführen, die dem identifiziertes Material oder dergleichen entsprechen. Wenn die Bedienperson die anfängliche Registrierung für Bildaufnahmebedingungen als Antwort auf diese Anforderung durchführt (Ja in Schritt S30), nimmt der Mess-Controller 30 diese anfängliche Registrierung an (Schritt S32), und dann kehrt die Verarbeitung zu Schritt S26 zurück. Wenn die Bedienperson hingegen die anfängliche Registrierung nicht durchführt (Nein in Schritt S30), fordert der Mess-Controller 30 die Bedienperson dazu auf, Bildaufnahmebedingungen einzugeben. Dann werden die von der Bedienperson als Antwort auf diese Anforderung eingegebenen Bedingungen als Bildaufnahmebedingungen festgelegt (Schritt S34).
Wenn die Einstellung der Bildaufnahmebedingungen erfolgreich abgeschlossen ist, überwacht der Mess-Controller 30, ob der Auslöser für die Formmessung des Objekts 100 EIN ist (Schritt S36). Wie es oben beschrieben ist, ist der Auslöser der Formmessung ein Befehl von der Bedienperson oder ein spezifischer Code in dem Bearbeitungsprogramm 66. Dementsprechend kann der Mess-Controller 30 beispielsweise auf das Vorhandensein eines Messbefehls von der Bedienperson überwachen. Ferner kann der Mess-Controller 30 periodisch die Nummer der gegenwärtig ausgeführten Zeilen des Bearbeitungsprogramms 66 von der numerischen Steuervorrichtung 20 als Fortschritt der Bearbeitung erfassen und kann basierend auf der Nummer der ausgeführten Zeilen überwachen, ob der Code, der die Messung befiehlt, ausgeführt wurde.
Wenn der Auslöser der Formmessung auf EIN geschaltet ist (Ja in Schritt S36), steuert der Mess-Controller 30 die Bildaufnahmeeinheit 50 an, um das Objekt 100 unter den festgelegten Bildaufnahmebedingungen abzubilden, und erfasst das Bild 60 zur Messung. Außerdem erzeugt der Mess-Controller 30 die Punktwolkendaten 74 des Objekts 100 basierend auf dem erhaltenen Bild 60 zur Messung (Schritt S38).
Wenn der Auslöser der Formmessung hingegen noch nicht auf EIN geschaltet ist (Nein in Schritt S36) und wenn ferner das Formmesssystem 12 nicht in einem AUS-Zustand ist (Nein in Schritt S40), bestimmt der Mess-Controller 30 ferner die Notwendigkeit, die Bildaufnahmebedingungen zu ändern (Schritt S42). Das heißt, selbst nachdem die Einstellung der Bildaufnahmebedingungen abgeschlossen ist, besteht dann, wenn das Objekt 100 selbst geändert wird oder eine andere Art des Schneidens auf das Objekt 100 angewendet wird, eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass irgendeine Änderung an dem Material und der Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 aufgetreten ist. Wenn ein Werkzeugwechsel-Befehlscode oder ein Werkstückwechsel-Befehlscode, die Teil von Codes sind, die in dem Bearbeitungsprogramm 66 beschrieben sind, in der numerischen Steuervorrichtung 20 ausgeführt worden ist oder wenn das durchzuführende Bearbeitungsprogramm 66 in der numerischen Steuervorrichtung 20 geändert worden ist, bestimmt der Mess-Controller 30 daher, dass es notwendig ist, die Bildaufnahmebedingungen zu ändern. Wenn der Mess-Controller 30 die Notwendigkeit zum Ändern der Bildaufnahmebedingungen bestimmt (Ja in Schritt S42), dann kehrt die Verarbeitung zu Schritt S12 zurück. Wenn der Mess-Controller 30 hingegen bestimmt, dass eine Änderung der Bildaufnahmebedingungen unnötig ist (Nein in Schritt S42), dann kehrt die Verarbeitung zu Schritt S36 zurück.
Wie es aus der obigen Beschreibung hervorgeht, werden in der vorliegenden Ausführungsform die Bildaufnahmebedingungen für jede von mehreren Kombinationen aus Material und Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 als die Bedingungsinformationen 42 gespeichert. Ferner identifiziert der Mess-Controller 30 das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100, spezifiziert Bildaufnahmebedingungen entsprechend dem identifizierten Material und der identifizierten Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 basierend auf den Bedingungsinformationen 42 und führt eine Abbildung des Objekts 100 unter den spezifizierten Bildaufnahmebedingungen durch. Eine solche Konfiguration ermöglicht es, das Objekt 100 auch dann unter geeigneten Bedingungen abzubilden, wenn das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 geändert wurden. Da die Form des Objekts 100 geeignet erfasst werden kann, kann folglich die Form des Objekts 100 mit einer einfachen Prozedur geeignet gemessen werden.
Andere Konfigurationen des Formmesssystems 12 können geeignet geändert werden, solange die Bildaufnahmebedingungen für jede von mehreren Kombinationen aus Material und Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 im Voraus als Bedingungsinformationen 42 gespeichert werden, und solange zudem die Bildaufnahmebedingungen des Objekts 100 basierend auf diesen Bedingungsinformationen 42 spezifiziert werden können. Zum Beispiel werden in der obigen Beschreibung bevorzugt die Bearbeitungszeichnung 64 und das Bearbeitungsprogramm 66 verwendet, um das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 zu identifizieren, anschließend wird das vorläufige Bild 62 verwendet und schließlich wird die Bedienperson dazu aufgefordert, Informationen einzugeben. Das Verfahren zum Identifizieren des Materials und der Oberflächeneigenschaft kann jedoch geeignet geändert werden. Daher können beispielsweise ständig Eingabeinformationen der Bedienperson angefordert werden. Ferner kann als weitere Ausführungsform anstelle der Verwendung der Bearbeitungszeichnung 64 und des Bearbeitungsprogramms 66 das vorläufige Bild 62 ständig verwendet werden, um das Material und die Oberflächeneigenschaft zu identifizieren.
Ferner wird in der obigen Beschreibung das HDR-Bild 72 je nach Material und Oberflächeneigenschaft des Objekts 100 erzeugt und das erzeugte HDR-Bild 72 wird als das Bild 60 zur Messung behandelt. Solange jedoch die Form des Objekts 100 erfasst werden kann, ist das Erzeugen des HDR-Bilds 72 unnötig. Ferner sind in der obigen Beschreibung der Mess-Controller 30 und die numerische Steuervorrichtung 20 unabhängige Computer. Der Mess-Controller 30 kann jedoch in die numerische Steuervorrichtung 20 eingebaut sein. Mit anderen Worten kann die numerische Steuervorrichtung 20 als der Mess-Controller 30 fungieren. Ferner kann die Anzahl jeder einzelnen Komponente geeignet geändert werden. Beispielsweise kann das Formmesssystem 12 mehrere Mess-Controller 30 und mehrere Bildaufnahmeeinheiten 50 aufweisen. Ferner kann das einzelne Werkzeugmaschinensystem 10 mehrere Formmesssysteme 12 aufweisen. Ferner wird in der obigen Beschreibung der Projektor 54 als Lichtquelle 53 verwendet. Der Projektor 54 kann jedoch durch eine beliebige andere Vorrichtung ersetzt werden, die das Objekt 100 mit Licht, das für die Abbildung geeignet ist, also Bildaufnahmelicht, bestrahlen kann. Beispielsweise kann die Quelle 53 eine Laserstrahlquelle sein, die gemustertes Licht, wie z. B. Linienlicht oder Punktwolkenlicht, als das Bildaufnahmelicht emittiert. Ferner ist in der obigen Beschreibung das Formmesssystem 12 in das Werkzeugmaschinensystem 10 mit der Werkzeugmaschine 14 eingebaut. Das Formmesssystem 12 kann jedoch in ein System eingebaut sein, das nichts mit der Werkzeugmaschine 14 zu tun hat, oder unabhängig bereitgestellt sein, ohne in ein anderes System eingebaut zu sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201969486 A [0004]

Claims

System zur Messung einer dreidimensionalen Form, das umfasst: eine Bildaufnahmeeinheit, die so ausgelegt ist, dass sie mindestens eine Kamera aufweist, die ein Objekt abbildet; eine Speichervorrichtung, die Bildaufnahmebedingungen, die bei der Abbildung zur Messung erforderlich sind, bei der das Objekt abgebildet wird, um die Form des Objekts zu messen, als Bedingungsinformationen für jede von mehreren Kombinationen aus Material und Oberflächeneigenschaft des Objekts speichert; und einen Mess-Controller, der die Ansteuerung der Bildaufnahmeeinheit steuert, wobei der Mess-Controller das Material und die Oberflächeneigenschaft des Objekts identifiziert, Bildaufnahmebedingungen, die dem identifizierten Material und der identifizierten Oberflächeneigenschaft des Objekts entsprechen, basierend auf den Bedingungsinformationen spezifiziert, die Bildaufnahmeeinheit dazu veranlasst, die Abbildung zur Messung unter den spezifizierten Bildaufnahmebedingungen durchzuführen, und die Form des Objekts basierend auf dem erhaltenen Bild zur Messung misst.
System zur Messung einer dreidimensionalen Form nach Anspruch 1, wobei der Mess-Controller veranlasst, dass die Bildaufnahmeeinheit das Objekt vor der Abbildung zur Messung abbildet und das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft des Objekts basierend auf einem dadurch erhaltenen vorläufigen Bild identifiziert.
System zur Messung einer dreidimensionalen Form nach Anspruch 2, wobei die Speichervorrichtung ferner ein Lernmodell speichert, das als Eingabe das vorläufige Bild empfängt und das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft des Objekts ausgibt, und der Mess-Controller das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft des Objekts basierend auf dem Lernmodell identifiziert.
System zur Messung einer dreidimensionalen Form nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Bildaufnahmeeinheit in einer Werkzeugmaschine bereitgestellt ist, um ein Werkstück, auf das eine Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine angewendet wird, als das Objekt abzubilden, und die Mess-Controller das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft des Objekts basierend auf einem Bearbeitungsprogramm des Werkstücks und/oder einer Bearbeitungszeichnung des Werkstücks identifiziert.
System zur Messung einer dreidimensionalen Form nach Anspruch 4, wobei der Mess-Controller Informationen, die das Bearbeitungsprogramm oder die Bearbeitungszeichnung angeben, aus einer numerischen Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine erfasst.
System zur Messung einer dreidimensionalen Form nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Material und/oder die Oberflächeneigenschaft des Objekts durch eine Bedienperson festgelegt wird.
System zur Messung einer dreidimensionalen Form nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bildaufnahmeeinheit ferner eine oder mehrere Lichtquellen umfasst, die jeweils das Objekt mit Bildaufnahmelicht bestrahlen, der Mess-Controller eine Basisaufnahme zum Abbilden des Objekts, um ein Einzelbild zur Messung zu erfassen, einmal oder mehrmals durchführt, und die Bildaufnahmebedingungen mindestens eine Bedingung umfassen, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Häufigkeit, mit der die Basisaufnahme durchgeführt werden soll, um das Einzelbild zur Messung zu erfassen, Verschlusszeit der Kamera bei jeder Basisaufnahme, die einmal oder mehrmals durchzuführen ist, Verstärkung der Kamera bei jeder Basisaufnahme, die einmal oder mehrmals durchzuführen ist, und Luminanzverteilung des Bildaufnahmelichts bei jeder Basisaufnahme, die einmal oder mehrmals durchzuführen ist.
System zur Messung einer dreidimensionalen Form nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Mess-Controller Punktwolkendaten des Objekts basierend auf dem Bild zur Messung erzeugt und dreidimensionale Daten des Objekts aus den Punktwolkendaten erzeugt.
Werkzeugmaschinensystem, das umfasst: das System zur Messung einer dreidimensionalen Form nach Anspruch 8; und eine Werkzeugmaschine, die eine Bearbeitung an einem Objekt durchführt, wobei die Werkzeugmaschine basierend auf den von dem Mess-Controller erzeugten dreidimensionalen Daten mindestens einen Schritt aus der folgenden Gruppe durchführt: Prüfen, ob das Werkzeug auf das Objekt einwirkt, Erzeugen einer Bahn des Werkzeugs, Bestimmen der Bearbeitungsgenauigkeit, Bestimmen, ob die Form des Objekts mit einer Referenzform übereinstimmt, und Bestimmen, ob sich das Objekt an einer vorgegebenen Position befindet.