JP2004046542A - モデル加工方法およびモデル加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】多軸アームロボットとクレイモデルとのアプローチ・アウェイ時の干渉を簡単な手順により防止できること。
【解決手段】このモデル加工システム１００は、先端に工具１１を備えた多軸アームロボット１と、クレイモデルＭのハンドワーク側の形状を取得するカメラ２と、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５と、多軸アームロボット１のプログラミング等を行うコンピュータ装置６と、多軸アームロボット１のドライブユニット７とを有する。ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５は、カメラ２で取得したハンドワーク形状の反転形状に基づく加工パスを生成し、多軸アームロボット１の工具１１によりクレイモデルＭを加工する。アプローチ・アウェイ選択部５００は、ユーザの選択により記憶部５０１からクレイモデルＭと多軸アームロボット１とが干渉しないような特定のアプローチ・アウェイ経路を呼び出し、このアプローチ・アウェイ経路を加工パスと合成して、クレイモデルＭの加工を行う。
【選択図】　　　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多軸アームロボットとクレイモデルとのアプローチ・アウェイ時の干渉を簡単な手順により防止できるモデル加工方法およびモデル加工システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、モーターサイクルや自動車などの製品のデザインを開発する場合、原寸大のクレイモデルを作成してデザインの検討を行うのが通常である。また、これらの製品は殆ど左右対称形であるため、クレイモデルを製作する場合、まず対称形状となる半分をハンドワークで成形し、この半分の形状を決めた後に反対側の部分をハンドワークにより成形する。これにより、クレイモデルが一応形となるが、設計者はこのクレイモデルを基に、詳細かつ精密にクレイモデルを削り或いは肉盛りし、最終的な形状を決定する。
【０００３】
一方、現在ではデザインＣＡＤが普及し、コンピュータ上でどのような複雑な形状でも作り上げることができるようになっているが、最終的にその製品がどのようなものであるか人間が感覚的に理解するには、実物大のクレイモデルによらなければ難しい。このため、デザインＣＡＤの普及によってもクレイモデルは必要であり、加工技術の進歩により複雑な形状の製品を製造できることが可能となった現在では、従来にも増してクレイモデルの必要性が高まっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
クレイモデルを成形するには、上記従来のように、クレイモデルの半分をハンドワークにより成形し、対称となる反対側を同様に成形し、これを繰り返し行うことで最終的なデザインを決定するため、当該対称となる反対側を形成するときはデザイン活動の時間ではなく単純作業となり、時間が無駄になる。実際のデザイン現場では、数ヶ月に及ぶクレイモデル全製作時間の３割強が反対側の成形作業に割かれるという問題に直面している。また、対称形状を正確に成形することは難しく、全体的に違和感のあるものとなり易い。このため、比較的正確に反対側の加工を行うには、クレイモデル作製者に相当の技能レベルが要求され、これらの者の養成にも時間がかかってしまう。
【０００５】
このような問題に対し、本願発明者は、モデルの素材であるクレイモデルのハンドワークにより加工した一部分の形状を取得し、この取得したクレイモデルの形状を反転させると共に、当該反転形状の加工パスを生成し、この生成した加工パスに従って前記クレイモデルの別部分を多軸アームロボット先端の加工手段により加工するモデル加工装置を開発しており、クレイモデル等のモデル製作を正確且つ短時間で行えるようにしている。なお、この技術は、所謂公知公用に属するものではない。
【０００６】
しかしながら、このモデル加工装置では多軸アームロボットにより加工を行うが、クレイモデルの形状によっては多軸アームロボットのアプローチ・アウェイ経路と干渉することがあり、そのためクレイモデル毎に多軸アームロボットのアプローチ・アウェイ経路をダイレクトティーチングまたはリモートティーチングするようにする。このため、ロボットの制御に不慣れなクレイモデル製作者には扱い難いという問題点がある。また、多軸アームロボットを多数用いる場合は、ティーチングに時間と手間がかかるという問題点がある。
【０００７】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多軸アームロボットとクレイモデルとのアプローチ・アウェイ時の干渉を簡単な手順により防止できるモデル加工方法およびモデル加工システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明によるモデル加工方法は、モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状を取得する形状取得ステップと、取得した軟質加工物の形状を反転させる反転ステップと、当該反転形状の加工パスを生成する加工パス生成ステップと、予め複数記憶しておいた軟質加工物に対する多軸アームロボットのアプローチ経路またはアウェイ経路から特定のものが選択され、その選択されたアプローチ・アウェイ経路を用いるアプローチ・アウェイ選択ステップと、生成した加工パスおよび選択したアプローチ・アウェイ経路に従って前記軟質加工物の別部分を多軸アームロボット先端の加工手段により加工する加工ステップとを含むものである。
【０００９】
つぎの発明によるモデル加工方法は、モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一側面の形状を点群データにより取得する形状取得ステップと、取得した軟質加工物の形状を表す点群データからＳＴＬデータを取得する曲面形状取得ステップと、ＳＴＬデータにより表現した曲面を反転する反転ステップと、当該反転させた形状の加工パスを生成する加工パス生成ステップと、予め複数記憶しておいた軟質加工物に対する多軸アームロボットのアプローチ経路またはアウェイ経路から特定のものが選択され、その選択したアプローチ・アウェイ経路を用いるアプローチ・アウェイ選択ステップと、生成した加工パスおよび選択したアプローチ・アウェイ経路に従って前記軟質加工物の反対側面を多軸アームロボット先端の加工手段により加工する加工ステップとを含むものである。
【００１０】
この発明では、予め記憶しておいたアプローチ・アウェイ経路をユーザが選択し、この選択したアプローチ・アウェイ経路により多軸アームロボットが軟質加工物に対してアプローチまたはアウェイを行う。これにより、その都度、多軸アームロボットに対するティーチング作業を行う必要がなく、ロボット作業に不慣れなユーザでも、簡単な手順により軟質加工物との干渉を防止できる。
【００１１】
つぎの発明によるモデル加工方法は、上記構成において、更に、上記アプローチ・アウェイ選択ステップは、加工の障害物が存在するときに実行されることを特徴とする。加工の障害物はデータとして保持されていないことが多いため、ユーザによる目視によってアプローチ・アウェイ経路を簡単に設定する必要があり、上記発明は係る場合に特に有効となる。
【００１２】
つぎの発明によるモデル加工システムは、モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状を取得する形状取得手段と、取得した軟質加工物の形状を反転させる反転手段と、当該反転形状の加工パスを生成する加工パス生成手段と、軟質加工物に対する多軸アームロボットのそれぞれ異なるアプローチ経路またはアウェイ経路を複数記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶した複数のアプローチ経路またはアウェイ経路から特定のアプローチ経路またはアウェイ経路を選択する選択手段と、生成した加工パスおよび選択したアプローチ・アウェイ経路に従って前記軟質加工物の別部分を先端に設けた加工手段により加工する前記多軸アームロボットとを備えたものである。
【００１３】
つぎの発明によるモデル加工システムは、モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一側面の形状を取得する形状取得手段と、取得した軟質加工物の形状を点群データにより取得し、この点群データからＳＴＬデータを取得する曲面形状取得手段と、ＳＴＬデータにより表現した曲面を反転する反転手段と、当該反転させた形状の加工パスを生成する加工パス生成手段と、軟質加工物に対する多軸アームロボットのそれぞれ異なるアプローチ経路またはアウェイ経路を複数記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶した複数のアプローチ経路またはアウェイ経路から特定のアプローチ経路またはアウェイ経路を選択する選択手段と、生成した加工パスおよび選択したアプローチ・アウェイ経路に従って前記軟質加工物の反対側面を先端の加工手段により加工する前記多軸アームロボットとを備えたものである。
【００１４】
更に、上記モデル加工方法およびモデル加工システムは、次の構成を含んでいる。
【００１５】
即ち、上記第一のモデル加工方法は、モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状を取得する形状取得ステップと、取得した軟質加工物の形状を反転させる反転ステップと、当該反転形状の加工パスを生成する加工パス生成ステップと、生成した加工パスに従って前記軟質加工物の別部分を多軸アームロボット先端の加工手段により加工する加工ステップとを含んでいる。
【００１６】
この構成では、まず、ハンドワークにより加工した一部分の形状を取得し、これを反転することで反転形状を取得する。そして、反転形状の加工パスを生成して当該加工パスに従って軟質加工物の加工を行う。加工は、多軸アームロボットの先端に設けた加工手段により行う。これにより、デザイナーは、クレイ等の軟質加工物の一部のみをデザインすれば、これの反転形状については多軸アームロボットにより自動的に加工することになるので、モデルの反転形状部分の成形時間を大幅に短縮できる。この結果、クレイモデル等のモデル製作を正確且つ短時間で行える。ここで、前記一部分の形状の取得は、ステレオカメラやタッチプローブ等により行うのが好ましい。また、前記一部分および別部分は、必ずしも互いに境界線を共有している必要はない。即ち、モデルの一部分、例えば自動車のミラーのみを反転させて加工するようにできる。なお、上記反転は、前記反転形状が前記取得形状に対して鏡像となるように反転することを意味する。
【００１７】
また、上記第二のモデル加工方法は、モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一側面の形状を点群データにより取得する形状取得ステップと、取得した軟質加工物の形状を表す点群データからＳＴＬ（Ｓｔｅｒｅｏ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　Ｌａｎｇｕａｇｅ）データを取得する曲面形状取得ステップと、ＳＴＬデータにより表現した曲面を反転する反転ステップと、当該反転させた形状の加工パスを生成する加工パス生成ステップと、生成した加工パスに従って前記軟質加工物の反対側面を多軸アームロボット先端の加工手段により加工する加工ステップとを含んでいる。
【００１８】
ＳＴＬは、曲面を三角パッチの集合体として表現したものであり、データ構造が簡単である。このＳＴＬデータは、取得した点群データから自動かつ簡易に変換が可能であり、曲面を張る場合に比べて、処理が簡易且つ高速で行える利点がある。特に複雑な形状のモデルの場合、処理量が膨大になるが、点群データをＳＴＬデータに変換し、これにより表現した曲面から加工パスを生成するようにすれば、短時間で処理が可能となる。これにより、ハンドワークにより複雑な形状を加工しても加工パスの生成までの時間を短縮できる。この結果、モデルの反転形状部分の成形時間を大幅に短縮できるので、モデル製作を正確且つ短時間で行える。
【００１９】
また、上記第一のモデル加工システムは、モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状を取得する形状取得手段と、取得した軟質加工物の形状を反転させる反転手段と、当該反転形状の加工パスを生成する加工パス生成手段と、生成した加工パスに従って前記軟質加工物の別部分を先端に設けた加工手段により加工する多軸アームロボットとを含んでいる。
【００２０】
この構成では、まず、形状取得手段によりハンドワークを施した一部分の形状を取得し、反転手段により取得した形状を反転する。当該反転は、前記反転形状が前記取得形状に対して鏡像となるように反転することを意味する。そして、この反転した形状から加工パスを生成し、この加工パスに基づいて多軸アームロボットにより別部分の加工を行う。なお、前記一部分と別部分とは境界線を共有する必要はない。これにより、ハンドワークによりデザインした形状の反転形状を短時間で軟質加工物に反映できるので、この反転形状部分の成形時間を大幅に短縮できる。この結果、クレイモデル等のモデル製作を正確且つ短時間で行える。また、多軸アームロボットに加工手段を設けて軟質加工物の加工を行うようにすれば、軟質加工物の移動を殆ど行うことなく加工できるので、モデル加工作業が効率化される。前記加工手段としては、ドリル、エンドミル、レーザ加工ヘッド、カッター等の各種形状の加工に適したものを選択できる。
【００２１】
また、上記第二のモデル加工システムは、モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一側面の形状を取得する形状取得手段と、取得した軟質加工物の形状を点群データにより取得し、この点群データからＳＴＬデータを取得する曲面形状取得手段と、ＳＴＬデータにより表現した曲面を反転する反転手段と、当該反転させた形状の加工パスを生成する加工パス生成手段と、生成した加工パスに従って前記軟質加工物の反対側面を先端の加工手段により加工する多軸アームロボットとを含んでいる。
【００２２】
ＳＴＬデータは曲面を三角パッチの集合として表現し、データ構造が簡単で点群データから自動かつ簡易に変換が可能である。また、曲面を張る場合に比べて処理が簡易且つ高速で行えるので、複雑形状のモデル加工に適している。このため、ハンドワークにより複雑な形状を加工しても加工パス生成までの時間を短縮できる。この結果、モデルの反転形状部分の成形時間を大幅に短縮でき、モデル製作を正確且つ短時間で行える。
【００２３】
更に、上記モデル加工方法およびモデル加工システムには、以下の発明を含めることができる。いずれも、上記ロボット作業に不慣れなユーザでも、簡単な手順により軟質加工物との干渉を防止できることとの相乗効果により、このモデル加工方法およびモデル加工システムの有用性を向上させるものである。
【００２４】
つぎのモデル加工方法は、上記構成において、更に、ハンドワーク作業側から前記形状を取得し、更に前記多軸アームロボットを軟質加工物のハンドワーク作業側と反対側に設置し、加工物の設置位置を変えることなく前記全ステップを進めるものである。
【００２５】
比較的重量の有る軟質加工物では、多軸アームロボットの位置を変えることなくモデルを加工できれば、作業性を向上できる。特に、軟質加工物により製作するモデルが例えば大型モーターサイクルや自動車などの比較的大きなものである場合に有用である。
【００２６】
つぎのモデル加工方法は、上記構成において、更に、前記軟質加工物の別部分が前記多軸アームロボットの配置位置に向くように所定角度回転させ、前記加工ステップにおける反転形状の加工を行うものである。
【００２７】
例えば作業スペースに余裕がない場合、軟質加工物を回転させることで前記別部分を多軸アームロボットの配置位置に向かせ、加工を行う。これにより、多軸アームロボットの配置位置に制約がある場合でもモデルの加工を行うことができる。
【００２８】
つぎのモデル加工方法は、上記構成において、前記加工ステップは、夜間、早朝その他のユーザにより指定された時間内に行われるものである。
【００２９】
加工ステップにおける軟質加工物の加工にはある程度の時間がかかるので、加工後に再びハンドワークを行う場合等は、ユーザが加工終了まで待っていなければならない。そこで、この発明では、ユーザが指定した時間内に加工ステップを行うようにし、作業の効率化を図るようにしている。例えば、ユーザが業務終了した後、夜間に加工ステップを実行することにより、次の業務日には直ぐにハンドワークに移ることができる。
【００３０】
つぎのモデル加工方法は、上記構成において、前記形状取得ステップから加工ステップを経た後、前記加工手段により加工した別部分の反転形状を取得する反転形状取得ステップと、再度のハンドワークを行った後における前記軟質加工物の前記一部分の形状を取得する形状再取得ステップと、この再取得した形状と前記反転形状とを比較する比較ステップと、再取得した形状と前記反転形状とを比較した結果から加工パスを再び生成する加工パス再生成ステップと、再生成した加工パスに基いて、前記軟質加工物の別部分を多軸アームロボット先端の加工手段により再加工する再加工ステップとを行うものである。
【００３１】
即ち、この発明では、形状再取得ステップによりハンドワークを更に加えた軟質加工物の形状を取得し、このハンドワーク後の形状と反転形状との違いを比較して取得し、その違いに基づいて加工パスを再生成し、再加工を行う。これにより、例えば繰り返しハンドワークを行う場合でも手を加えた部分のみ、加工パスを生成すれば済むので、処理が効率的である。また、再加工ステップでは、切削加工のほか肉盛り加工を行うようにすれば、より効率的にモデルの加工を行える。この結果、モデル加工の作業効率を向上できる。
【００３２】
つぎのモデル加工方法は、上記構成において、更に、前記加工ステップには、加工パスに基いて軟質加工物に肉盛りを行う肉盛りステップが含まれるものである。
【００３３】
前記肉盛りの材料は、軟質加工物と同種類或いは類似種類のものを用いることができ、好ましくは加熱することで流動状態となり常温で硬化する性質を持つものを用いるのが良い。なお、通常の軟質加工物を切削加工するステップと、肉盛りのステップを組み合わせて用いることで、ハンドワークによる切削および肉盛りを反転形状に自動的に反映できる。このため、モデル加工の作業効率が極めて向上する。
【００３４】
つぎのモデル加工装置は、上記構成において、軟質加工物のハンドワークを行う一方側に前記形状取得手段が配置され、反対側に前記多軸アームロボットが配置されるものである。
【００３５】
この発明では、当該ハンドワーク作業側に配置した形状取得手段によりハンドワーク後の形状を取得する。取得した形状は反転され、その反転形状に基づいて加工パスが生成される。ハンドワーク作業側と反対側に設置した多軸アームロボットは、前記加工パスにしたがって反転形状の加工を行う。このようにすれば、軟質加工物を移動させる必要がないので、モデル加工の作業効率が向上する。特に大きさ重量とも大きくなる傾向にある、自動車や大型モーターサイクル等のクレイモデルにおいて有用である。
【００３６】
つぎのモデル加工装置は、上記構成において、更に、軟質加工物を載置して回転する回転テーブルを備え、この回転テーブルの周囲に前記形状取得手段および多軸アームロボットを配置したものである。
【００３７】
回転テーブルにより軟質加工物を回転させることで、その周囲に配置した形状取得手段、或いは多軸アームロボットに対してハンドワーク側の反対側（加工側）を向けることができる。従って、ハンドワークの作業者の位置、形状取得手段および多軸アームロボットの設置位置の自由度が高まる。即ち、これらを所望の位置に設置できれば、トラックのコンテナ内等の狭い作業場等の場合でも当該モデル加工システムを設置することが可能となる。具体例としては、ハンドワーク作業者、形状取得手段および多軸アームロボットが殆ど同じ位置に配置されていても、回転テーブルを回転させることで軟質加工物のハンドワークの反対側を形状取得手段および多軸アームロボットに向けさせることができる。なお、回転テーブルには、位置決め機能を設けるようにするのが好ましい。
【００３８】
つぎのモデル加工装置は、モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状を取得する形状取得手段と、取得した軟質加工物の形状を反転させる反転手段と、当該反転形状の加工パスを生成する加工パス生成手段と、生成した加工パスに従って前記軟質加工物の別部分を先端に設けた加工手段により加工すると共に、前記形状取得手段を先端に設けた多軸アームロボットと、多軸アームロボットと前記軟質加工物とを相対移動させる移動手段とを備えたものである。
【００３９】
即ち、この発明では、加工手段と共に形状取得手段を多軸アームロボットの先端に設け、形状取得手段によりハンドワークにより加工を施した一部分の形状を取得した後、移動手段により多軸アームロボットと軟質加工物を相対移動させて前記別部分が多軸アームロボットに向かって位置するようにし、当該多軸アームロボット先端の加工手段により反転形状の加工を行うようにするものである。このようにすれば、モデル加工システムの設置場所を小さくできるので、狭い場所でもモデル加工を行える。
【００４０】
つぎのモデル加工装置は、上記構成において、更に、前記多軸アームロボットの先端の制御軸に当該軸を中心として回転する工具を設けた切削加工手段を有するものである。
【００４１】
多軸アームロボットの先端の制御軸に回転工具を取り付けることで切削加工手段とすれば、多軸アームロボットを加工機として用いることができる。ここで用いる工具は、ドリルやエンドミルの他、シェーパー等の工具でもよい。制御軸に取り付けることで工具の姿勢を制御することもできるため、多種類の加工を行うことができる。
【００４２】
つぎのモデル加工装置は、上記構成において、前記加工手段は、流動状態とした前記軟質加工物と同素材または類似素材を先端から繰り出し、当該軟質加工物の表面に肉盛りを行う肉盛り手段を有するものである。
【００４３】
ハンドワークによりモデル加工をおこなう場合、切削することもあれば、肉付けしたいこともあり、作業者がハンドワークにより肉付けした場合、この肉付けに対応する反転形状の部分に、前期肉盛り手段により肉盛りするようにする。このようにすれば、モデル加工の作業性が向上する。また、ハンドワーク側でも、作業者自らが肉付けするのではなく、この加工手段を用いて肉盛りすることもできる。なお、流動状態となって軟質加工物の表面に肉盛りするには、素材が加熱により軟化するものであったり、化学反応により流動状態となった後、固化するものであってもよい。
【００４４】
つぎのモデル加工装置は、モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状を取得する形状取得手段と、取得した軟質加工物の形状を反転させる反転手段と、当該反転形状の加工パスを生成する加工パス生成手段と、前記形状取得手段、軟質加工物を切削加工する切削加工手段、及び必要により軟質加工物の表面に肉盛りを行う肉盛り手段、から何れかを選択して把持するハンドを有し、前記形状取得手段を把持して所定位置に移動すると共に、前記生成した加工パスに従って前記軟質加工物の別部分を切削加工手段または肉盛り手段により加工する多軸アームロボットと、多軸アームロボットと前記軟質加工物とを相対移動させる移動手段とを備えたものである。
【００４５】
つぎのモデル加工システムでは、軟質加工物にハンドワークを施した後、形状取得手段、加工手段、必要なら肉盛り手段を用いてモデル加工を行う。このため、多軸アームロボットにこれらを選択的に把持して用いるハンドを設け、必要なときに必要な手段を使用できるようにした。また、多軸アームロボットをこのように使用する場合、軟質加工物に対して相対移動させる移動手段により、ハンドワーク側または反転形状側が当該多軸アームロボットに向かうようにする必要がある。
【００４６】
つぎのモデル加工システムは、上記構成において、更に、前記移動手段を、軟質加工物を載置し且つ回転方向で位置決め可能である回転テーブルとしたものである。
【００４７】
軟質加工物を回転できると、前記多軸アームロボットの設置位置に自由度が生まれる。即ち、ハンドワーク側の反対側に多軸アームロボットが配置されなければならない場合、システムの設置スペースが大きくなるが、回転テーブルを用いて軟質加工物を所定角度回転できれば、多軸アームロボットの設置位置はハンドワーク側の反対側でなくてもよい。このため、コンテナやアトリエのような狭いスペースであっても、モデル加工システムを設置できる。
【００４８】
つぎのモデル加工システムは、モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状を取得する形状取得手段と、取得した軟質加工物の形状から当該形状を反転させた別部分の形状を生成し、この別部分の形状に前記取得した一部分の形状に加えることで加工後のモデル全体の３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、生成したモデルの３次元画像を表示する表示手段とを備えたものである。
【００４９】
ハンドワークにより創作したデザインを反転させて全体を作り上げる前、画面上で全体を視認できれば便利である。そのために、ハンドワークにより加工した一部分の形状を取得し、当該形状を反転させると共にこれを前記一部分の形状に加えてモデル全体の３次元画像を生成する。そして、この３次元画像を表示手段により表示し、デザイナー等の作業者の参考とする。これにより、実際の加工の前段階でモデル全体のデザインを検討する機会が与えられることになる。作業者は、この３次元画像を見て、実際に加工パスを生成して加工を行うか否かを決定すればよい。
【００５０】
つぎのモデル加工システムは、上記構成において、上記モデル加工システムは、製品のクレイモデル、人形モデル等の対称性のある品物を加工対象とするものである。
【００５１】
上記モデル加工システムは、ハンドワークにより製作した後、反転形状を自動的に加工するため、対称性のある品物の加工に好適である。
【００５２】
つぎのモデル加工システムは、モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状を取得し、その形状から当該形状を反転させた別部分の形状を得ると共に、前記一部分の形状と別部分の形状とを合わせてモデル全体の形状を取得する全体形状取得手段と、当該全体形状の加工パスを生成する加工パス生成手段と、生成した加工パスに従って前記軟質加工物を先端に設けた加工手段により加工する多軸アームロボットとを備えたものである。
【００５３】
モデルの全体形状を取得して、当該全体形状の加工パスを生成し、この加工パスにしたがって軟質加工物を加工することで、モデル全体を自動的に加工できる。この発明では、ハンドワークにより加工した一部分の形状を取得すれば、その形状からモデル全体の形状を生成できるのであり、通信手段を介して前記一部分の形状を取得してもよいし、可般記憶手段を介して前記一部分の形状を取得してもよい。このようにすれば、遠隔地においてハンドワークで加工したデザインからモデル全体を加工できる。
【００５４】
つぎのモデル加工用プログラムは、コンピュータに、モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状を取得する形状取得機能と、取得した軟質加工物の形状から当該形状を反転させた形状であり、且つ前記軟質加工物の別部分を多軸アームロボット先端の加工手段により加工するための加工パスを生成する加工パス生成機能と、を実現させるためのものである。
【００５５】
つぎのモデル加工方法は、上記加工ステップでは、多軸アームロボットに設けた位置測定用のマニピュレーターと、加工パスを生成するＣＡＭシステムのレイアウトマシンとの両方により、前記軟質加工物の複数点を取得し、マッチング法により軟質加工物と多軸アームロボットとのキャリブレーションを行うものである。
【００５６】
軟質加工物の複数点を基準として軟質加工物と多軸アームロボットとのキャリブレーションを行うので、軟質加工物と多軸アームロボットとの設置を自由に行うことができる。この結果、モデル加工の作業効率を向上できる。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、当業者により置換可能で且つ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００５８】
（実施の形態１）
まず、この発明の前提となるモデル加工システムについて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るモデル加工システムを示す構成図である。図２は、図１に示したモデル加工システムのＣＡＤ・ＣＡＭ装置を示すブロック図である。このモデル加工システム１００は、６軸制御の多軸アームロボット１と、モーターサイクル等のクレイモデルＭの一側面側の形状を取得するカメラ２と、クレイモデルＭの形状を点群データとして認識し、この点群データを三角パッチにより構成するＳＴＬデータに変換する３次元ＣＡＤ装置３と、３次元ＣＡＤ装置３のＣＡＤデータから加工パスを生成するＣＡＭ装置４と（ＣＡＤ装置およびＣＡＭ装置を合わせてＣＡＤ／ＣＡＭ装置５とする）、クレイモデルＭの３次元形状や加工パスを表示し、多軸アームロボット１のプログラミング等を行うコンピュータ装置６と、多軸アームロボット１のドライブユニット７とを有している。
【００５９】
カメラ２は、２つのレンズを備えることで遠近感を測定することが可能であり、それぞれのレンズの焦点や露出を制御するカメラコントローラー２１を有する。カメラ２は、高さ調整できる設置台２２に設置され、且つクレイモデルＭのハンドワーク側に配置される。ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５には、生成した３次元形状を表示するＬＣＤディスプレイ等の表示手段５０が設けられている。
【００６０】
多軸アームロボット１は、先端にクレイモデルＭを切削するドリル等の工具１１を備えており、前記クレイモデルＭに対してハンドワーク側と反対側に配置される。ハンドワークにより形成した形状を当該ハンドワーク側の反対側に転写形成するためである。即ち、多軸アームロボット１の位置は、ハンドワークの反対側に反転形状を転写加工できる位置であればよく、常時ハンドワーク側と反対側に位置していなくても、加工の際に位置していれば良い。また、クレイモデルＭと離れて設置していても、多軸アームロボット１の工具類がハンドワーク側と反対側の領域に位置できれば良い。
【００６１】
また、本システムにおけるクレイモデルＭの切削は、金属の切削加工に比べて加工機の剛性を比較的低く設定できるので、多軸アームロボット１を軽量化し、コンパクト化できる。具体例としては、本願出願人により販売提供される「可搬式汎用知能アームＰＡ−１０」が好適である。通常であれば最も重量物となる多軸アームロボット１が軽量化されると、モデル加工システム自体の搬送が可能になる。例えば車両のコンテナに当該モデル加工システムを収納して搬送できる。
【００６２】
具体的には、多軸アームロボット１の先端には、図７に示すように、筐体１２内に収納したモータ１３の回転軸１４にドリル等の加工工具を取り付けるホルダ１５が設けられており、このホルダ１５に対して複数種類の工具１１が取り付けられる。複数径のドリル、シェーパー、エンドミル等の工具が用いられる。ホルダ１５は、スピンドル軸に限らず、多軸アームロボット１に第７軸となる制御軸を設け、この制御軸にホルダ１５を取り付けても良い。
【００６３】
また、コンピュータ装置６には、ＨＤＤ等の補助記憶装置にロボット言語によりプログラミングされた所定のプログラムが格納されている。コンピュータ装置６は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の加工パスに従って多軸アームロボット１に所定の命令を出して動作の制御を行う。なお、コンピュータ装置６にて、図示しないティーチングボックス等からの入力により多軸アームロボット１の位置の教示を行うこと等が可能である。また、コンピュータ装置６は、例えば汎用のパーソナルコンピュータに多軸アームロボット１の運動制御用ＣＰＵボードを組み込んで簡単に構成できる。
【００６４】
図２を参照してＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の機能を説明すると、このＣＡＤ／ＣＡＭ装置５は、カメラ２により取得した画像からハンドワーク後のクレイモデルＭの曲面形状を取得する曲面形状取得部５１と、曲面形状取得部５１により取得したクレイモデルＭのハンドワーク後の形状をクレイモデルＭの反対側に実現するために必要となる反転形状を得る反転形状取得部５２と、クレイモデルＭのハンドワーク側の実際の曲面形状と当該曲面形状の反転形状とを合成してクレイモデルＭの３次元画像を生成する３次元画像生成部５３と、曲面形状から加工パスを生成する加工パス生成部５４と、多軸アームロボット１とクレイモデルＭとの位置関係を校正するキャリブレーション実行部５５と、多軸アームロボット１のアプローチ・アウェイ経路を選択するアプローチ・アウェイ経路選択部５００とを備えている。なお、上記図１では、ＣＡＤ装置、ＣＡＭ装置を別のハードウエアとして説明したが、図２に示したように単一の汎用コンピュータにＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の各機能を実現するためのプログラムをインストールして構成することもできる。また、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５には、キーボード、ポインティングデバイス、スキャナ等の入力装置５７が設けられている。
【００６５】
反転形状取得部５２は、後に詳述するがクレイモデルＭの表面を実際にカメラ２により測定して当該クレイモデルＭのハンドワーク側の曲面形状を点群データとし、この点群データを反転した後、この反転した点群データから三角パッチを形成し、当該三角パッチにより反転形状の曲面を表現する。
【００６６】
図３は、このモデル加工システムの動作を示すフローチャートである。まず、ユーザは、加工するクレイモデルＭに対してその一方側にカメラ２を設置し、その反対側に多軸アームロボット１を設置する。設置位置は、多軸アームロボット１の加工領域の範囲内であれば、厳密に位置合わせする必要はない。この設置状態か或いはその前に、ユーザは、クレイモデルＭに対してへらや型等を用いて手を加えつつデザインを行う（ハンドワーク）。このデザインは、通常、デザインＣＡＤ等により大まかには決定されているので、まず決定済みのデザインに係るクレイモデルＭを作成し、このクレイモデルＭに対してハンドワークを加えることになる。そして、曲面形状取得部５１は、クレイモデルＭのうち、カメラ２によりハンドワークを加えた側の形状を撮影する（ステップＳ１）。
【００６７】
カメラ２により撮影した画像データはＣＡＤ／ＣＡＭ装置５に送られ、図４に示すような点群データとして取得される（ステップＳ２）。なお、ここでは点群データを取得する方法として立体視できるカメラ２を用いたが、タッチプローブによりクレイモデルＭの表面の多数の地点を測定することで取得するようにしても良い。しかしながら、処理速度が速いこと、軟質のクレイに接触しないのでプローブの押し痕をつけないことから、立体視できるカメラ２により点群データを取得するのが好ましい。
【００６８】
次に、取得した点群データを反転処理する（ステップＳ３）。点群データは、３次元のＸ，Ｙ，Ｚ座標で表現されており、反転の基準面を入力することで簡単に反転処理の計算を行うことができる。続いて、反転した点群データを複数の三角パッチからなるＳＴＬデータに変換する（ステップＳ４）。図５に、ＳＴＬデータに変換した三角パッチにより曲面を表現した場合を示す。点群データから三角パッチを生成することは、通常のＣＡＤ装置において採られる手法であり、この三角パッチの集合体によりクレイモデルの曲面形状が表現される。こうして得られた反転形状は、クレイモデルＭのハンドワーク側の反対側に相当する。なお、反転形状を生成する場合、最初に取得した点群データの状態でＳＴＬデータを生成し、このＳＴＬデータを反転させることで生成するようにしても良い。
【００６９】
次に、多軸アームロボット１とクレイモデルＭとの設置位置のキャリブレーションを行う（ステップＳ５）。キャリブレーションの手順については、後述する。続いて、加工パスの生成に先立ち、加工条件の設定を行う（ステップＳ６）。例えば加工に用いる工具、加工方法、加工領域、加工パラメータ等の設定である。勿論、加工に必要なデータは、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の補助記憶装置または外部記憶装置に記憶してある。
【００７０】
加工条件の設定が終了したら、反転形状のＳＴＬデータに基づいてＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の加工パス生成部５４がクレイモデルＭの加工パスを生成する（ステップＳ７）。図６は、生成した加工パスの一例を示す説明図である。また、加工パスを実行する際の多軸アームロボット１の軌道データを生成する（ステップＳ８）。即ち、ハンドワーク側と反対側を多軸アームロボット１のみで且つロボット自体が移動することなく加工を行うので、クレイモデルＭの形状によってはアームが干渉する場合があり、それ故にアームの干渉を防止するような軌道を生成する必要がある。具体的な手段については、後述する。
【００７１】
生成した加工パスは、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５からコンピュータ装置６に送られ、コンピュータ装置６は加工パスに従って多軸アームロボット１のロボット言語に基づいて指令を出す。ドライバユニット７は、コンピュータ装置６の指令に従い、多軸アームロボット１を駆動し、クレイモデルＭの加工を行う（ステップＳ９）。多軸アームロボット１によりハンドワーク側と反対側を加工することで、クレイモデルＭはハンドワーク形状を反対側に転写した状態となる。また、この転写した状態で表示手段５０により表示した３次元画像と同一の形状となり、ユーザは実物大のクレイモデルＭを実際に認識できる。
【００７２】
なお、上記説明ではドリルによる切削用の加工パスを生成したが、肉盛り用の加工パスを別途生成して、肉盛り加工を行うこともできる。肉盛り加工を行う場合は、肉盛り加工用のヘッドを多軸アームロボット１の先端に設置するようにする。肉盛り加工用のヘッドについては後述する。
【００７３】
次に、ユーザは、実際に加工した後のクレイモデルＭを参照して、デザイン作業を終了するか否かを決定する（ステップＳ１０）。リデザインを行う必要がある場合は、再びハンドワークによりクレイモデルＭの片側の成形を行う（ステップＳ１１）。このハンドワークによりクレイモデルＭのハンドワーク側の形状が変更されることになるので、上記ステップＳ１〜ステップＳ９を再び実行し、ハンドワーク形状の反転形状を転写する。
【００７４】
ここで、ハンドワークにより修正した部分が一部である場合、当該部分のみの加工パスを生成するようにしてもよい。即ち、図８のフローチャートに示すように、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５によりハンドワークで形成した形状と、前回のハンドワークで形成した形状とを点群データとして比較し（ステップＳ１２）、リデザインした今回のハンドワークにより修正した部分を抽出する（ステップＳ１３）。より具体的には、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の曲面形状取得部５１により今回修正したクレイモデルの形状を点群データとして取得し、今回の修正形状の点群データと前回の形状の点群データとを逐次比較し（比較部５６）、異なるデータを抽出する。そして、データを反転してＳＴＬデータを生成し、このＳＴＬデータで表現された反転形状に基づいて加工パスを生成する。このときキャリブレーションの必要性および加工条件設定に変更があるか否か判断する（ステップＳ１４）。このように処理することで、余分な加工パスを生成して無駄にクレイモデルＭの表面をトレースするのを防止できるから、リデザイン時の反転形状の加工時間を短縮できる。特に、クレイモデルＭの製作は何度もリデザインを行うのが常であるから、係る処理方法が加工時間の短縮には極めて好適である。
【００７５】
以上のように、ハンドワークにより形成した形状を取得してこれを反転させ、その反転形状の加工パスに基づいてハンドワーク側と反対側を転写加工するようにすれば、作業時間を極めて短縮でき、形状転写の高度の技能を作業者に要求する必要がなく、正確な転写加工が可能になる。
【００７６】
次に、アプローチ・アウェイ選択部の動作について説明する。まず、アプローチ・アウェイ選択部５００は、ユーザにより予め用意された複数のアプローチ・アウェイ経路を記憶した記憶部５０１を有している。アプローチ・アウェイ選択部５００では、ユーザが入力手段５７により特定のアプローチ・アウェイ経路に係る画面上のボタン等を選択入力することで、使用する当該アプローチ・アウェイ経路を選択する。図９は、アプローチ・アウェイ経路の選択についての説明図である。クレイモデルＭの表面形状によっては、多軸アームロボット１をそのまま加工パスの始点に移動させるとクレイモデルＭと干渉する場合があるので、ユーザは予め記憶されているアプローチ・アウェイ経路を参照して、クレイモデルＭとの干渉が起こらないと考えられるアプローチ・アウェイ経路を選択する。選択は、入力手段５７により特定のアプローチ・アウェイ経路を指定することで行う。具体例としては、表示手段５０にアプローチ・アウェイ経路が表示され、ユーザはこの画面を参照して特定のアプローチ・アウェイ経路を選択する。例えば、画面に表示されているアプローチ・アウェイ経路をクリックすることで選択する。
【００７７】
また、上記アプローチ・アウェイ経路は、予めダイレクトティーチングまたはリモートティーチングにより複数設定しておき、これを記憶部５０１に記憶させておく。記憶部５０１に記憶したアプローチ・アウェイ経路は、ティーチングをし直すことにより変更できる。アプローチ・アウェイ経路の表示装置５０への表示形態は、多軸アームロボット１とクレイモデルＭとを斜視図或いは三面図により表示した上で複数の経路を番号を付けて表示しても良い。このようにアプローチ・アウェイ経路選択部により、難しいティーチング作業は専門家により最初に行うのみで、その後はユーザがアプローチ・アウェイ経路を選択することで簡単に設定できる。
【００７８】
同図に示す例では、複数のアプローチ・アウェイ経路（１）〜（ｎ）が用意されており、クレイモデルＭの一部を加工するにあたり、その中からクレイモデルＭとの干渉が起きないと考えられる特定のアプローチ経路（例えばアプローチ経路（３））を選択する。これに対して、アプローチ経路（１）はクレイモデルＭとの干渉を起こすので、選択しないようにする。選択したアプローチ経路は、上記生成した加工パスと合成されてコンピュータ装置６に送られる。アウェイ経路についても、同様に複数用意されており、ユーザが任意に選択できる。通常はアプローチ経路とアウェイ経路とは同じ経路となるが（同図（１）〜（ｎ））、加工後の形状や加工パスの終点が異なる場合は、別の経路とする。また、図示しないが、クレイモデルＭと多軸アームロボット１との間または近傍に障害物が存在する場合にも、ユーザは、当該障害物を回避するようにアプローチ・アウェイ経路を選択できる。即ち、アプローチ・アウェイ経路の選択は、クレイモデルＭの形状やその周囲の障害物によってユーザが任意に選択でき、これによりユーザがロボット操作に不慣れな場合でも簡単にアプローチ・アウェイ経路の設定できる。特に、アプローチ・アウェイ経路をＣＡＤ／ＣＡＭ装置５により自動選択することなく、ユーザにより選択することで、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５上にデータとして存在しない障害物を回避するのに有用となる。
【００７９】
図１０は、別のアプローチ・アウェイ経路の例を示す説明図である。同図（ａ）では、階段状のクレイモデルＭを例とし、当該クレイモデルＭに干渉しないようなアプローチ経路（１）をユーザにより選択し用いる。このアプローチ経路（１）は、クレイモデルＭの高い部分を回避して先端の工具を低い部分までアプローチするものである。これに対して、例えばアプローチ経路（２）のように単純に旋回動作したアプローチを行うと、クレイモデルＭに干渉するので、選択しないようにする。この場合は、クレイモデルＭと多軸アームロボット１との干渉を問題としているので、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の有するクレイモデルＭのデータとアプローチ経路のデータとを比較することで干渉チェックを行うこともできる。また、同図（ｂ）のように、多軸アームロボット１の近傍に障害物Ｓがある場合、アプローチ経路（２）のように上腕１ａと下腕１ｂとを障害物側に曲げるとき、当該障害物Ｓに干渉するおそれがあるので、上腕１ａと下腕１ｂとが障害物側と反対側に曲がるようなアプローチ経路（１）を選択する。
【００８０】
また、上記実施の形態では、加工対象物であるクレイモデルＭを動かすことなく、ハンドワーク側から形状を取得し、その反転形状をハンドワーク側と反対側から転写加工しているが、図１１に示すように、クレイモデルＭを回転テーブル８に載せ、ハンドワーク側でクレイモデルＭをデザインし且つ形状を取得した後、回転テーブル８を１８０度回転させ、ハンドワーク側から反転形状の転写加工を行うようにしてもよい。この場合、カメラ２と多軸アームロボット１は、ハンドワーク側に設置する。また、多軸アームロボット１は、移動用のパレット８１に設置してレール８２に沿って移動できるようにするのが好ましい。その際、回転テーブル８は、太鼓形状とするのが好ましい。回転テーブル８の辺部分８ａを以って多軸アームロボット１をクレイモデルＭに近接できる。
【００８１】
さらに、上記回転テーブル８には、回転角度の位置決め装置８３を設けるのが更に好ましい。位置決め装置８３は、例えば回転テーブル８の側面に設けた角度の目盛８４と、回転テーブル８を固定するクランプ装置８５とから構成してもよい。回転角度の位置決めを行うことで、クレイモデルＭを回転させた場合に多軸アームロボット１との相対位置を校正するためのキャリブレーションを行う必要がなくなる。また、クレイモデルＭのハンドワークと反対側を加工する場合において、クレイモデルＭを動かすときは、回転テーブル８以外の移動手段を採用できる。例えば円弧状のレール上でテーブルを動かすようにしてもよい（図示省略）。
【００８２】
この場合、カメラ２は、多軸アームロボット１の先端に取り付けることもできる。このようにすれば、カメラ２の設置台を省略できる。また、クレイモデルＭの形状が複雑な場合でも、カメラ２のアングルを自由に変更できるので、ハンドワークによる形状を完全に取得できる。
【００８３】
上記肉盛り装置９は、図１２に示すように、先端からクレイを出す肉盛りヘッド９１と、肉盛り用のクレイを搬送する搬送管９２と、クレイを溜めておくタンク９３とを有する。クレイは、タンク９３内に乾燥した粉末の状態で貯留されている。搬送管９２の端部にはポンプ９４が設けられ、係るポンプ９４によりタンク９３から肉盛りヘッド９１まで粉末状のクレイが強制的に搬送される。肉盛りヘッド９１は一時的に乾燥粉末のクレイを溜める貯留部９５を備え、更に貯留部９５に水を導入する水供給装置９６を備える。また、貯留部９５には、簡易の撹拌インペラが設けられており（図示省略）、粉末状のクレイを貯留部９５に溜めた状態で、水供給装置９６から貯留部９５内に水を入れ、クレイがある程度の流動状態となったとき、肉盛りヘッド９１の先端ノズル９７からポンプ等の図示しない繰り出し手段により繰り出す。
【００８４】
なお、肉盛り装置９は、上記構成に限定されない。即ち、多軸アームロボット１の先端に肉盛りヘッド９１から流動状態としたクレイを加工対象であるクレイモデルＭの表面に被着させることができれば、どのような構成を用いてもよい。また、樹脂材料によりモデルを製作する場合は、樹脂粉末を溶融させるヒーター等を肉盛りヘッド９１内に設け、溶融した樹脂を肉盛りヘッド９１から繰り出すようにすればよい。更に、肉盛りヘッドを溶射ガンのような構成とし、加熱した樹脂をモデル表面に溶射するようにしてもよい。
【００８５】
また、図１３に示すように、多軸アームロボット１の先端にハンド１０１を設け、このハンド１０１により各種の加工工具や肉盛りヘッド、カメラ等を選択して把持し、加工を行うようにしてもよい。具体的には、符号１０３がドリルヘッド、符号１０４がカメラヘッド、符号１０５が肉盛りヘッド、符号１０６が塗装ヘッドである。ドリルヘッド１０３や肉盛りヘッド１０４は、近傍に設置したストッカにストックしておく。ハンド１０１は、ハンド１０１に設けたモータまたはシリンダー等のアクチュエータにより動作し、コンピュータ装置の命令により制御される。一方、加工工具１１等には、ハンド１０１により把持するための把持部１０２が設けられている。ハンド１０１は、各ヘッドの把持部１０２を把持固定し、加工を行う。
【００８６】
次に、クレイモデルＭに色彩を施す場合、この色彩を反対形状に転写するのは、切削加工の場合と同様に極めて手間のかかる作業である。この発明では、ハンドワーク形状に着色した場合、カメラ２によりハンドワーク側の色を取得し、この着色位置を反転させて反転着色情報を取得し、当該反転着色情報に基づいてクレイモデルＭの反対形状を着色するようにしても良い（図示省略）。これらの処理は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５、コンピュータ装置６により行う。また、着色作業は、多軸アームロボット１の先端で把持する塗装ヘッド１０６により行うことができる。より具体的には、反転形状のＳＴＬデータに基づき、塗装に必要な加工条件を設定し、塗装用の加工パスを生成する。そして、この加工パスに従い多軸アームロボット１を制御し、先端に把持した塗装ヘッド１０６により自動的に塗装を行う。このようにすれば、クレイモデルＭに着色する必要がある場合でも、クレイモデルＭの半分に着色を行うことで残りの半分を自動的に着色できるから、作業時間を短縮でき、且つ色を正確に転写できる。
【００８７】
また、多軸アームロボット先端のドリルヘッド１０３と肉盛りヘッド１０５とを併用した場合は、次のような加工が可能である。図１４は、工具と肉盛りヘッドとを併用した場合の加工例を示す説明図である。クレイモデル（同図（ａ））のハンドワーク側に対し、切削および肉盛りをハンドワークで行うことで所定のリデザインを施した場合（同図（ｂ））、ハンドワークの形状ＨＤをカメラ２で取得して、上記同様にこれを点群データとして取得する。次に、当該新しく取得した点群データを反転して、前回の点群データ（前回の加工時に反転して得た点群データ）とを比較し、切削部分および肉盛り部分を抽出する（同図（ｃ））。例えば（ｃ）に示すように、Ａ部分を切削部分、Ｂ部分を肉盛り部分として抽出する（実際には３次元的に抽出する）。
【００８８】
そして、抽出した各部分の点群データからＳＴＬデータを生成し、所定の加工条件を設定した後、加工パスを生成する。多軸アームロボットの先端には、図１２で示したように、ドリルヘッド１０３と肉盛りヘッド１０５とを選択的に用いることができるハンド１０１が設けられており、このハンド１０１によりドリルヘッド１０３を把持し、或いは肉盛りヘッド１０５に持ち替えて加工を行う。即ち、前記切削部分Ａはドリルヘッド１０３により、前記肉盛り部分Ｂは肉盛りヘッド１０５により加工を施し、ハンドワーク側の反転形状を転写する（同図（ｄ））。なお、肉盛りにより寸法精度が著しく低下する場合は、一旦肉盛りを施した後に切削加工を行うようにするのが好ましい。このようにすれば、ハンドワークによるリデザインを自由に行え、且つそのハンドワーク形状の反転形状を正確かつ短時間に転写加工できる。実際のデザインの現場では、切削し過ぎた部分にクレイを追加して再び切削を行うケースが頻繁に起こり得るので、ドリルヘッド１０３と肉盛りヘッド１０５との併用はクレイモデルＭの製作に好適なものとなる。
【００８９】
次に、多軸アームロボットとクレイモデルとの位置関係についてキャリブレーションを行う。第一の方法として、多軸アームロボット１の先端にタッチプローブを設け（ハンドにより把持してもよい）、一方、クレイモデルＭの設置台の特定位置にクレイモデルＭの座標系の基準となる基準点を設ける。多軸アームロボット１は、この基準点をタッチプローブにより触ることでクレイモデルＭに対する位置関係を取得する。そして、マッチング法により多軸アームロボット１の座標系をクレイモデルＭの座標系にマッチングさせる。このようにすれば、簡単な計算により多軸アームロボット１とクレイモデルＭとの位置関係のキャリブレーションが行える。
【００９０】
第二の方法として、３次元測定器によりクレイモデルＭの基準点を計測し、多軸アームロボット１の先端に設けたタッチプローブにより同じ基準点を計測し、クレイモデルＭと多軸アームロボット１の位置関係を取得し、この双方の位置ずれを算出する。算出した位置ずれは、多軸アームロボット１の座標系に対してキャリブレーションデータとして付加される。このようにすれば、多軸アームロボット１の座標系を基準としてクレイモデルＭを設置する必要があったが、クレイモデルＭを移動させることなく加工を続行できる。このため、加工後のクレイモデルＭにゆがみや歪が生じない。
【００９１】
（実施の形態２）
図１５は、この発明の実施の形態２に係るモデル加工システムを示す構成図である。このモデル加工システム２００は、自動車のクレイモデルＭＣのような大型のものに適したものであり、多軸アームロボット１を一箇所に固定した場合の加工領域では不足しているとき、多軸アームロボット１をクレイモデルＭＣに沿って敷設したレール２０１上を移動させることで加工領域の拡大を図るものである。多軸アームロボット１は、レール２０１上を移動するテーブル２０２上に設置される。レール２０１上の移動は、直動装置により行う。直動装置は、例えばテーブル２０２にモータおよび減速機を設け、回転軸にギアを設け、レール２０１に設けたラックとかみ合うようにして構成できる（図示省略）。
【００９２】
テーブル２０２の位置は、センサーにより検出するようにしても良いが、テーブル２０２にクランプ装置を設けると共にレール２０１の特定複数位置にマークをつけ、当該テーブル２０２を任意のマークに合わせて固定するようにするのが経済的である。この他、センサーを用いず、機械的にテーブル２０２を位置決めできる機構であれば、マークとクランプ装置の組み合わせ以外であっても良い。しかしながら、機械的に位置決めした場合でも、多軸アームロボット１の位置をＣＡＤ／ＣＡＭ装置５が認識する必要がある。例えばユーザが位置を入力するか、または、リミットスイッチのような接触型あるいは超音波センサーのような非接触型のスイッチを各所定位置に設置しておき、このスイッチの出力によりＣＡＤ／ＣＡＭ装置５に位置情報が入力されるようにしても良い。
【００９３】
また、同図では、レール２０１が直線的に配置されているが、クレイモデルＭＣの周囲に沿って湾曲しても良い（図示省略）。このように、多軸アームロボット１をレール上で移動させることで、簡単な構成により加工領域を拡大できる。また、上記アプローチ・アウェイ選択部５００により多軸アームロボット１とクレイモデルＭＣとが干渉しないようにアプローチ・アウェイ経路を選択できる。
【００９４】
（実施の形態３）
図１６は、この発明の実施の形態３に係るモデル加工システムを示す構成図である。このモデル加工システム３００は、遠隔地のモデル加工システム１００Ａ，１００Ｂ同士を通信回線３０１により接続した構成である。このモデル加工システム３００では、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ａを構成するコンピュータのモデムその他のＤＣＥ（データ回線終端装置）３０２が、電話回線や、ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネット等の通信回線３０１を介して、他のＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ｂを構成するコンピュータのＤＣＥ３０２と接続されている。各モデル加工システム１００Ａ，１００Ｂは、上記実施の形態１または２に記載のものと略同じ構成である。
【００９５】
図１７は、モデル加工システムの動作を示すフローチャートである。まず、地点Ａに存在するモデル加工システム１００Ａ側において、ユーザがハンドワークによりクレイモデルＭＡを成形する（ステップＳ３１）。そして、このクレイモデルＭＡのハンドワーク側の形状をカメラ２Ａにより取得し（ステップＳ３２）、この画像データを圧縮する（ステップＳ３３）。圧縮した画像は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５ＡのＤＣＥ３０２により変調され、例えばインターネット３０１を介して、別の場所である地点Ｂに存在するクレイ加工システム１００Ｂのコンピュータに送信される。画像データを受信したコンピュータでは、圧縮したクレイモデルＭＡの画像データを解凍し（ステップＳ３４）、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ｂの記憶装置に一旦記憶し、当該形状を点群データとして取得する（ステップＳ３５）。
【００９６】
次に、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ｂでは、この点群データを反転してハンドワーク側のクレイモデルＭＢの全体形状を生成し、当該点群データをＳＴＬデータに変換する（ステップＳ３６，Ｓ３７）。これにより、遠隔地においてハンドワークで成形したクレイモデルＭＡの全体形状を三角パッチにより表現する。次に、地点Ｂのクレイ加工システム１００ＢのＣＡＤ／ＣＡＭ装置５は、ハンドワークを施していない未加工のクレイと、多軸アームロボット１とのキャリブレーションを行い（ステップＳ３８）、加工条件の設定を行う（ステップＳ３９）。続いて、クレイモデルＭＢの全体形状を加工するための加工パスを生成し（ステップＳ４０）、多軸アームロボット１の先端の工具により、クレイモデルＭＢの加工を行う（ステップＳ４１）。これにより、地点Ａのハンドワーク形状を反映した、全体形状のクレイモデルＭＡを地点Ｂにおいて再現成形できる。
【００９７】
また、地点ＢのＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ｂにおいて成形した反転形状を地点ＡのＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ａに戻すようにしても良い（ステップＳ４２）。地点ＢのＣＡＤ／ＣＡＭ装置５では、この反転形状の加工パスからクレイモデルＭに転写加工を行う（ステップＳ４３）。また、地点ＡのＣＡＤ／ＣＡＭ装置５側でも反転形状の加工パスを生成し、クレイモデルＭの転写加工を行うようにしても良い。
【００９８】
次に、地点Ｂのリデザインを地点Ａのクレイ加工システムに反映することもできる。まず、地点Ｂにおいて、クレイモデル全体を検討し、当該クレイモデルにハンドワークを施す（ステップＳ４４）。地点Ｂのクレイ加工システムでは、ハンドワークを施した形状をカメラ２により撮影し、この画像データを圧縮する（ステップＳ４５，Ｓ４６）。圧縮した画像は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５ＢのＤＣＥ３０２Ｂにより変調され、例えばインターネット３０１を介して、地点Ａに存在するクレイ加工システム１００Ａのコンピュータに送信される。画像データを受信したコンピュータでは、圧縮したクレイモデルの画像データを解凍し（ステップＳ４７）、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ａの記憶装置に一旦記憶し、当該形状を点群データとして取得する（ステップＳ４８）。この後の処理は、上記ステップＳ３６〜ステップＳ４１と同様の処理となる。
【００９９】
以上から、このクレイ加工システム３００では、通信手段により遠隔地のクレイ加工システム１００Ａ，１００Ｂ同士を接続し、相互のデザインをクレイモデルＭＡ，ＭＢに反映しながら作業できる。このため、デザイナー等が特定の地点に集合する必要がない。例えば、海外に設置したクレイ加工システム１００Ａと国内に設置したクレイ加工システム１００Ｂとを接続することで、世界規模で共同デザイン開発が可能となる。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のモデル加工方法およびモデル加工システムによれば、多軸アームロボットと軟質加工物とのアプローチ・アウェイ時の干渉を簡単な手順により防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るモデル加工システムを示す構成図である。
【図２】図１に示したモデル加工システムのＣＡＤ・ＣＡＭ装置を示すブロック図である。
【図３】このモデル加工システムの動作を示すフローチャートである。
【図４】点群データの一例を示す概念図である。
【図５】ＳＴＬデータの一例を示す概念図である。
【図６】加工パスの一例を示す概念図である。
【図７】多軸アームロボットの先端に設けた加工軸の簡略構成図である。
【図８】このモデル加工システムの動作の変形例を示すフローチャートである。
【図９】アプローチ・アウェイ経路の選択についての説明図である。
【図１０】別のアプローチ・アウェイ経路の例を示す説明図である。
【図１１】モデル加工システムの変形例を示す構成図である。
【図１２】肉盛り装置の一例を示す構成図である。
【図１３】ハンドによりドリルヘッド等を選択的に把持する場合の説明図である。
【図１４】工具と肉盛りヘッドとを併用した場合の加工例を示す説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態２に係るモデル加工システムを示す構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態３に係るモデル加工システムを示す構成図である。
【図１７】モデル加工システムの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００　モデル加工システム
５００　アプローチ・アウェイ経路選択部
５０１　記憶部
１　多軸アームロボット
２　カメラ
３　３次元ＣＡＤ装置
４　ＣＡＭ装置
５　ＣＡＤ／ＣＡＭ装置
６　コンピュータ装置
７　ドライブユニット

Claims (5)

1. モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物をハンドワークにより加工した一部分の形状を取得する形状取得ステップと、
   取得した軟質加工物の形状を反転させる反転ステップと、
   当該反転形状の加工パスを生成する加工パス生成ステップと、
   予め複数記憶しておいた軟質加工物に対する多軸アームロボットのアプローチ経路またはアウェイ経路から特定のものが選択され、その選択されたアプローチ・アウェイ経路を用いるアプローチ・アウェイ選択ステップと、
   生成した加工パスおよび選択したアプローチ・アウェイ経路に従って前記軟質加工物の別部分を多軸アームロボット先端の加工手段により加工する加工ステップと、
   を含むモデル加工方法。
2. モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物をハンドワークにより加工した一側面の形状を点群データにより取得する形状取得ステップと、
   取得した軟質加工物の形状を表す点群データからＳＴＬ（Ｓｔｅｒｅｏ　ＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＬａｎｇｕａｇｅ）データを取得する曲面形状取得ステップと、
   ＳＴＬデータにより表現した曲面を反転する反転ステップと、
   当該反転させた形状の加工パスを生成する加工パス生成ステップと、
   予め複数記憶しておいた軟質加工物に対する多軸アームロボットのアプローチ経路またはアウェイ経路から特定のものが選択され、その選択したアプローチ・アウェイ経路を用いるアプローチ・アウェイ選択ステップと、
   生成した加工パスおよび選択したアプローチ・アウェイ経路に従って前記軟質加工物の反対側面を多軸アームロボット先端の加工手段により加工する加工ステップと、
   を含むモデル加工方法。
3. 更に、上記アプローチ・アウェイ選択ステップは、加工の障害物が存在するときに実行されることを特徴とするモデル加工方法。
4. モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状を取得する形状取得手段と、
   取得した軟質加工物の形状を反転させる反転手段と、
   当該反転形状の加工パスを生成する加工パス生成手段と、
   軟質加工物に対する多軸アームロボットのそれぞれ異なるアプローチ経路またはアウェイ経路を複数記憶する記憶手段と、
   記憶手段に記憶した複数のアプローチ経路またはアウェイ経路から特定のアプローチ経路またはアウェイ経路を選択する選択手段と、
   生成した加工パスおよび選択したアプローチ・アウェイ経路に従って前記軟質加工物の別部分を先端に設けた加工手段により加工する前記多軸アームロボットと、
   を備えたモデル加工システム。
5. モデルの素材であるクレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一側面の形状を取得する形状取得手段と、
   取得した軟質加工物の形状を点群データにより取得し、この点群データからＳＴＬデータを取得する曲面形状取得手段と、
   ＳＴＬデータにより表現した曲面を反転する反転手段と、
   当該反転させた形状の加工パスを生成する加工パス生成手段と、
   軟質加工物に対する多軸アームロボットのそれぞれ異なるアプローチ経路またはアウェイ経路を複数記憶する記憶手段と、
   記憶手段に記憶した複数のアプローチ経路またはアウェイ経路から特定のアプローチ経路またはアウェイ経路を選択する選択手段と、
   生成した加工パスおよび選択したアプローチ・アウェイ経路に従って前記軟質加工物の反対側面を先端の加工手段により加工する前記多軸アームロボットと、
   を備えたモデル加工システム。

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