JP2006150427A - 鍛造作業のガイダンス装置及びこの装置を用いた鍛造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鍛造ワーク画像と設計データとを重ね合わせた重合画像を表示することで、鍛造作業者に対し作業指針を与えることを可能とする。
【解決手段】本ガイダンス装置は、鍛造ワーク１の画像を撮像する撮像手段２と、この撮像手段２で撮像した鍛造ワーク画像と設計データに基づく形状モデルとを両者の形状差異が明確になるように重ね合わせた重合画像を作成する信号処理部３と、該重合画像を表示し鍛造作業者に対して作業指針を与えることを可能とする表示部４と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鍛造作業のガイダンス装置及びこの装置を用いた鍛造方法に関するものである。

周知のように、大型の鍛造ワーク、例えば、大型船舶のエンジンに用いられるクランクスロー部材などは、鍛造加工により略所定の形状に加工され、その後、製品形状とすべく切削加工が施される。
鍛造加工は、加熱炉により高温（約１０００℃）に加熱されたインゴット（鍛造ワーク）をプレス機の下に設置し、この鍛造ワークが所定の寸法や形状になるようにプレス作業を行う。かかる鍛造作業での形状確認は、熟練したプレス機オペレータの目視によることが多く、補助的に、鍛造ワークに対してひな型を当てる「型あて」をすることで見当をつけたり、鍛造作業者が赤熱状態の鍛造ワークに近づいて、パスなどを当該鍛造ワークに接触させて所定位置の寸法を測定し、その上でけがき作業を行っていた。

特に、「鍛造ワークの折り曲げ」など形状を大きく変化させる位置を決めるときは、複数の鍛造作業者が実寸大のひな型を持って、赤熱状態の鍛造ワークに近づき、鍛造ワークとひな型とを合わせながら、別の鍛造作業者が鍛造品の所定位置にケガキを入れといった、労力のいる作業を行っていた。この作業は酷暑環境で行われるために、作業者によるばらつきも多く安定したけがき作業が行いづらいものであった。
加えて、けがき線は、けがいた時点では正確な寸法・位置を示しているが、プレスを１回でも施した場合には、上下又は左右方向に鍛造ワークが塑性変形するために、当該けがき線はそれ以降は参考程度のものとなっていた。

このような大型の鍛造ワークの鍛造作業で発生する問題点を解決するために、数々の技術が開発されている。
特許文献１には、前述した「鍛造作業者が赤熱状態の鍛造ワークに近づいて、パスなどを当該鍛造ワークに接触させて寸法計測を行う」ことを解決するための技術が開示されている。
すなわち、特許文献１の技術は、目盛りをつけたスケール等を測定位置に配置した上で、予めテレビカメラで撮影しておき、その後、鍛造作業中の鍛造ワークを該撮影位置に設置してテレビカメラで撮影し、両撮影画像を重ね合わせることで、鍛造ワークと目盛り付きスケールを重合し、遠隔で所望する部分の寸法を測定するものである。

また、鍛造や機械加工において、設計データとのズレ確認作業を、型当てなどを行わずに遠隔で且つ効率的に行うものとしては、特許文献２や特許文献３に記載された技術がある。
特許文献２に開示された技術は、ＣＡＤシステムに関するものであって、３次元設計データから得られた寸法公差データと、３次元測定器から得られたワークの３次元実測データとを各点（部位）ごとに照合し合否を出して、その結果をそれぞれの点の位置で視覚的に判定可能に表示するものである。

特許文献３に開示された鍛造作業の支援装置は、設計３次元データと実測３次元データとを比較して歪パターンを調べ、この歪パターンを無くすためにもっとも適した歪取り条件データを支援データベースから読みだした上で表示するものである。
特開昭５３−１４３２５４号公報 特開２０００−２３５５９４号公報 特開２００４−７７１３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術を用いた場合、目盛り付きのスケールを作成する必要があり、それらの作成には多くのコストや時間を費やすことになる。また、鍛造ワークが大型であるため、該目盛り付きスケールは大きくて重いものとなりその設置には大変な労力を要する。
特許文献２や特許文献３の技術に関しては、鍛造ワークが大型である場合には、膨大な３次元データやそれを格納可能なデータベースを用意する必要があり、装置自体が大がかりでコストが嵩むものとなってしまう。加えて、鍛造ワークが規格品ではなく、それぞれの形状が異なるものであった場合（例えば受注生産品）には、各製品ごとに大がかりなデータベースが必要となる。したがって、かかる装置を、各製品ごとに形状が異なると共に大型であるクランクスロー部材などの鍛造に適用することは不向きである。

そもそも、大型鍛造ワークの鍛造作業は、前述の如く、熟練したプレス機オペレータの目視による部分が大きいため、鍛造ワークと設計データとを重ね合わせ、その形状差異をプレス機オペレータに対して明確に示すことが非常に重要であって、その形状差異情報により、プレス機オペレータは、全体形状の確認を行いつつ以降の作業を効率的に行うことができるようになる。しかしながら鍛造ワークと同寸の設計図面やひな形を準備するのは困難であり、随時重ね合わせることは不可能に近い。
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、同一画面上で鍛造ワーク画像と設計データとを重ね合わせることで、鍛造作業者に対し作業指針を与えることが可能とする鍛造作業のガイダンス装置と、同装置を用いた鍛造作業方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、鍛造作業中である鍛造ワークの画像を撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像した鍛造ワーク画像と設計データに基づく形状モデルとを両者の形状差異が明確になるように重ね合わせた重合画像を作成する信号処理部と、この信号処理部が出力する重合画像を表示して鍛造作業者に対して作業指針を与えることを可能とする表示部と、を有する。
この技術的手段によれば、信号処理部において、撮像手段を介して得られた鍛造ワークの画像と、設計データに基づく形状モデルとを重ね合わせた重合画像を作ることができる。この重合画像には、鍛造ワーク画像と形状モデルとのズレ位置やズレ量が一目瞭然に現れるものとなっており、鍛造ワークに同尺（１／１尺）の設計図面を重ね合わせた状態をバーチャルに実現させたものとなっている。

かかる重合画像を表示部に表示し、鍛造作業者がその画像を見ることで、「今後、どの部分をプレスすべきか」や「どの部分にけがき線を入れるべきか」等の作業指針を得ることができるようになる。
なお、詳しくは、前記信号処理部は、撮像手段で撮像した鍛造ワーク画像を格納する撮像部と、前記撮像手段から鍛造ワークまでの距離を測定する距離測定部と、この距離測定部が算出した撮像手段と鍛造ワークとの間の距離に基づき、形状モデルの大きさを所定の倍率で変更し前記撮像部に格納されている鍛造ワーク画像に重ね合わせ、両者の形状差異が明確となるように重合画像を作成する重ね合わせ部と、を備えており、この重ね合わせ部からの出力である形状差異を含む重合画像を前記表示部に表示させるものとなっている。

前述した如く、撮像手段を介して得られた鍛造ワーク画像と、設計データに基づく形状モデルとを重ね合わせた重合画像を作る場合には、まず、鍛造ワーク画像と形状モデルとの倍率が同じになっている必要がある。そのためには、撮像手段と鍛造ワークの間の距離を正確に知る必要がある。本技術的手段の場合は、距離測定部において、撮像手段と鍛造ワークとの間の距離Ｌを確実に求めることができる。
この距離Ｌを用いた上で、重ね合わせ部において、形状モデルに所定の倍率をかけてその大きさを変更し、その上で前記撮像部から出力された鍛造ワーク画像に重ね合わせ、両者の形状差異が明確となるように重合画像を作成することが可能となる。

当然ながら、以上の技術的手段を備えた装置の表示部に表示される重合画像から、鍛造作業者が鍛造ワークと設計データとの形状差異を確認し、該形状差異が無くなるように以降の鍛造作業を行うことは非常に好ましい。
また、本発明における課題解決のための技術的手段として、前記信号処理部は、鍛造ワークと形状モデルとの形状差異の実際寸法を算出する寸法測定部を有しており、この寸法測定部の出力結果が前記表示部に表示されることを特徴とする。
この技術的手段によれば、寸法測定部により算出された鍛造ワークと形状モデルとの形状差異の実際寸法が表示部に表示され、これを見ることでプレス回数などを決めるなど作業指針を容易に決定することができるようになる。

なお好ましくは、前記寸法測定部は、表示部の鍛造ワーク画像上で指定された２点間の実際寸法を算出し、該算出結果を表示部に表示するとよい。また、該寸法測定部は、表示部の鍛造ワーク画像上で指定された所定の点と、その点に対応する形状モデル上の点との間の実際寸法を算出し、該算出結果を前記表示部に表示するとよい。
これにより、鍛造作業者は、表示画面の鍛造ワーク画像上で指定した２点間の実際の距離・寸法を遠隔で知ることができるようになる。同様に、鍛造ワーク画像上で指定した部分において、形状モデルとの差異の実際寸法をリモート計測することができるようになる。

当然のことながら、以上の技術的手段を備えた装置の表示部に表示される実際寸法を基に、以降の鍛造作業を行うことは非常に好ましい。
更に好ましくは、前記信号処理部は、設計データに基づいて形状モデルを作成する形状モデル生成部を有しており、この形状モデル生成部で作成された形状モデルは、鍛造ワークの形状変化位置及び／又は折り曲げ位置を有する特徴点データで構成されるようにするとよい。
こうすることで、特徴点データの集まりとして構成された形状モデルは、多数点での寸法データの集まりである設計データとは異なり、そのデータ量は非常に少ないものとなるため、信号処理部内での取り扱いが容易なものとなる。

また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記鍛造作業者に対し鍛造ワーク上の作業位置を指し示すためのレーザ光を照射するレーザ照射部と、このレーザ照射部を制御するレーザ照射位置制御部と、を有することを特徴とする。
この技術的手段によれば、レーザ照射位置制御部によりコントロールされたレーザ光が鍛造ワークに当たるポイントをもとに、以降の鍛造作業を進めることができるようになる。
なお好ましくは、前記レーザ照射位置制御部は、鍛造作業者が表示部に表示された形状モデル上の所定の点を指定した場合に、該指定点に対応する鍛造ワーク上の位置にレーザ光が照射されるように前記レーザ照射部を制御するようにするとよい。

また、前記レーザ照射位置制御部は、鍛造作業者が表示部に表示された鍛造ワーク画像上の所定の点を指定した場合に、該指定点に対応する鍛造ワーク上の位置にレーザ光が照射されるように前記レーザ照射部を制御してもよい。
こうすることで、表示部において、形状モデル上の所定の点や鍛造ワーク画像上の所定の点を指定した場合に、該指定点に対応する鍛造ワーク表面にレーザ光が照射され、その照射光を目印として、けがき線を引いたり、直接プレス作業を行ったりすることが可能となる。

当然のことながら、以上の技術的手段を備えた装置のレーザ照射部が照射するレーザ光を基に、鍛造ワークに対するけがき作業又は以降の鍛造作業を行うことは非常に好ましい。

本発明によれば、鍛造ワーク画像と設計データとを重ね合わせた画像を表示することで、鍛造作業者に対し作業指針を与えることが可能となる。

以下、本発明にかかる鍛造作業のガイダンス装置及び同装置を用いた鍛造方法を、を図を基にして説明する。
［第１実施形態］
図１は、鍛造作業のガイダンス装置の第１実施形態を示したものである。
本ガイダンス装置は、鍛造作業中である鍛造ワーク１の画像を撮像する撮像手段２と、この撮像手段２で撮像した鍛造ワーク画像と設計データに基づく形状モデルとを両者の形状差異が明確になるように重ね合わせた重合画像を作成する信号処理部３と、この信号処理部３が出力する重合画像を表示し鍛造作業者に対して作業指針を与えることを可能とする表示部４と、を有するものとなっている。

本ガイダンス装置を用いることで、鍛造作業を行う鍛造作業者（プレス機オペレータ）は、作業中に撮像手段２で鍛造ワーク１を適宜撮像し、表示部４に表示される重合画像を見ることで作業指針を得ることができ、以降の鍛造を適切に行えるようになる。
なお、詳しくは、前記信号処理部３は、撮像手段２で撮像した鍛造ワーク画像を格納する撮像部５を有すると共に、撮像手段２から鍛造ワーク１までの距離を測定する距離測定部６を備えている。
加えて、この距離測定部６が算出した撮像手段２〜鍛造ワーク１の距離に基づき、形状モデルの大きさを所定の倍率で変更し前記撮像部５に格納されている鍛造ワーク画像に重ね合わせ、両者の形状差異が明確となるように重合画像を作成する重ね合わせ部７を有している。

この重ね合わせ部７からの出力である形状差異を含む重合画像が、表示部４に表示されるようになっている。
以下、本ガイダンス装置を構成するそれぞれの部位について説明する。
本ガイダンス装置を用いつつ鍛造加工を行う対象は、大型船舶のエンジンなどを構成するクランクスローであって、重量がおおむね１５トン程度の大型の鍛造ワーク１である。この鍛造ワーク１は、鍛造プレス機８の受け台９上に配置され、上方からプレスピストン１０が降下することで、当該ワーク１に鍛造プレスが施されるようになっている。

この鍛造プレス機８から所定の距離離れた位置に、前記鍛造ワーク１の一側面を撮像する撮像手段２が配置されている。本実施形態の場合、撮像手段２はＣＣＤカメラで構成されている。
この撮像手段２が接続される信号処理部３は、パソコンやワークステーションなどのコンピュータで構成されており、その内部にある撮像部５は、撮像手段２で撮像された鍛造ワーク画像を蓄積するものであって、フレームメモリや信号処理部３内の内部メモリで構成されている。

当該撮像部５から出力された画像データは、信号処理部３内の重ね合わせ部７に入力されるようになっている。
この重ね合わせ部７は、撮像部５からの画像と、後述する形状モデル生成部１１が作成した形状モデルとを、単一の画像メモリ１２上で重ね合わせる機能を有している。この画像メモリ１２は、重ね合わせ部７内に前記撮像部５（フレームメモリ）とは別に設けられるものであって、信号処理部３内の内部メモリによって構成されている。
この画像メモリ１２内で重ね合わされた画像データ（重合画像）は、後述する表示部４に表示されるようになっており、信号処理部３に接続された外部入力手段１３（キーボード１４やマウス１５）を介して、表示中である重合画像内の任意位置を指定したりすることができるようになっている。

当該重ね合わせ部７における、鍛造ワーク画像と形状モデルとの重ね合わせの原理は以下の通りである。
図２に示すように、撮像手段２（ＣＣＤカメラ）のレンズ中心Ｎが原点であり、光軸方向にＺ_w、ＣＣＤ面の横方向をＸ_w、縦方向をＹ_wとした空間座標Ｘ_w−Ｙ_w−Ｚ_wを定義する（簡単にＸ−Ｙ−Ｚと標記することもある）。レンズ中心Ｎから鍛造ワーク１までの距離がＬのとき、レンズ中心Ｎから見てその前後に形成される相似な２つの三角形の関係より、透視変換係数（倍率）ＫはＫ＝ｆ／Ｌとなる。ここでｆは撮像手段２に取り付けられているレンズの焦点距離である。

この条件の下、形状モデルの各データ ^mｐ_i＝（^mｐ_ix，^mｐ_iy）が、空間座標の距離Ｌに存在すると仮定して、式（１）を用いて空間座標であるＣＣＤ面への位置へ座標変換する。変換は、形状モデルをＫ倍だけ拡大もしくは縮小すると共に、ｔ_x、ｔ_yだけ平行移動させ、θだけ回転させるものである。ここで、ｔ_x、ｔ_yは、平面Ｘ_w−Ｙ_wにおける形状モデルのズレ量（平行移動成分）であって、θはＺ_w軸周りの回転成分である。

この変換を行うことで、形状モデルデータがＣＣＤ面上の座標へ変換されることになる。
次に、ＣＣＤ面上の座標に変換された形状モデルを、画像メモリ１２上の座標データに変換する。すなわち、ＣＣＤ面上の位置である^wｐ_iのＺ成分を除いた^wｐ＝（^wｐ_ix，^wｐ_iy）から、画像メモリ１２の画像座標^fｐ＝（^fｐ_ix，^fｐ_iy）へ、式（２）を用いて変換する。

以上述べた式（１）、式（２）によって変換された各点同士を、後述する形状モデルデータのフォーマットに従い直線や円弧で連結すれば、重ね合わせ部７の画像メモリ１２上に、所定の形状モデルが形成できるようになる。
その上で、座標変換後の形状モデルと鍛造ワーク画像とが同時に書き込まれた重ね合わせ部７の画像メモリ１２の情報を、表示部４へ表示すれば、鍛造品と形状モデルが重なって同時に見えるようになる。加えて、既に述べた平行移動成分ｔ_x、ｔ_y、回転成分θを調整すれば、画像メモリ１２に蓄積されている鍛造ワーク１の外形形状と、形状モデルの外形形状とを重ね合わすことができるようになる。

平行成分ｔ_x、ｔ_y、回転成分θの調整に関しては、プレス機オペレータが、鍛造ワーク１の形状と、形状モデルの形状の重ね合わせ状況を表示部４で目視確認しながら、マウス１５やキーボード１４などの外部入力手段１３を用いて調整するとよい。また、例えば、鍛造ワーク１に外接する楕円を考えた上での、その長軸・短軸を算出し、同様に形状モデルに外接する楕円の長軸・短軸を算出して、両者の長軸同士、短軸同士ならびに楕円中心が重なるようにｔ_x、ｔ_y、θを調整することで、鍛造ワーク１の形状と形状モデルの形状とを自動的に重ね合わすことも可能である。

前記表示部４は、信号処理部であるコンピュータに接続されたＣＲＴや液晶のモニタである。
図３や図４に示すように、このモニタ４には、重ね合わせ部７の画像メモリ１２内のデータ（重合画像）等が表示される。また、表示部４上の任意点をマウス１５などで指定することができると共に、指定した２点間の実際の距離を、後述する寸法計測部１７で算出し、その結果を表示することも可能となっている。
撮像部５内の画像データ、すなわち撮像手段２からのスルー画像も、重ね合わせ部７を経由して、モニタ４にリアルタイムに出力され、作業者が鍛造ワーク１の状況を目視確認できるようになっている。

本実施形態の信号処理部３には距離測定器１６が接続されており、この距離測定器１６からのデータを基に撮像手段２〜鍛造ワーク１間の距離Ｌを算出する距離測定部６が、当該信号処理部３の内部に備えられている。
詳しくは、距離測定器１６は、撮像手段２に隣接するように設置されたレーザ距離計である。このレーザ距離計からは、パルスのレーザスポット光が対象物である鍛造ワーク１に照射され、鍛造ワーク１からの反射光との位相差を測定することで、レーザ距離計〜鍛造ワーク１の距離Ｌを測定できる。そして、前記距離Ｌに、レーザ距離計の原点位置とレンズ中心ＮまでのＺ_w方向オフセット量を加えることで、レンズ中心Ｎから鍛造ワーク１表面までの距離が算出できる。

前記重ね合わせ部７で用いる「レンズ中心Ｎ〜鍛造ワーク１の距離Ｌ」に関しては、例えば、撮像手段２に対面する鍛造ワーク１の複数位置にレーザ光を照射し、それらの距離を求めた上で、その平均値を距離Ｌとするとよい。撮像手段２のＣＣＤ面と、それに対面する鍛造ワーク１の面がお互いに平行であるならば、両者の距離はどの部分でも同じであるため、撮像手段２で撮像された鍛造ワーク１の中心部を代表点としてレーザ光を照射し、距離測定すればよいことになる。
さらに、前記信号処理部３は、設計データに基づいて形状モデルを作成する形状モデル生成部１１を有しており、この形状モデル生成部１１で作成された形状モデルは、鍛造ワーク１の形状変化位置や折り曲げ位置からなる特徴点データで構成されている。

通常、鍛造ワーク１の形状は、直方体など直線のみで構成されるものから、円弧を含んだ自由曲線で構成されるものなど多種に亘る。さらに、図５の鍛造品１のように、第１ステップ鍛造で棒状に鍛造し、第２ステップ鍛造で折り曲げられるワークもある。鍛造品２のように、第１ステップで棒状に鍛造し、第２ステップで場所によって直径を変化させるものもある。
したがって、鍛造ワーク１を表す形状モデルを、(i)輪郭形状が大きく変化する「形状変化位置」と、(ii)ワークに力を加え大きな曲げ加工を施す「折り曲げ位置」の２つの特徴点データから構成するようにしている。

具体的には、形状モデルは、図６や図７に示すようなフォーマットを有するものとしている。データの１行目には、形状を示す特徴点の総点数Ｎの格納領域が設けられ、２行目〜Ｎ＋１行目には、鍛造ワーク１上に設定した座標（モデル座標Ｘ_m−Ｙ_m）における形状変化位置^mｐ_i＝（^mｐ_ix，^mｐ_iy）に対する、モデルのＸ座標、モデルのＹ座標、線タイプ、円（円弧）中心Ｘ、円中心Ｙ、円の半径、円の方向の格納領域が設けられている。
線タイプには、ｉ番目の点〜ｉ＋１番目の点の間を「直線で結ぶ」か「円弧で結ぶ」かのデータが書き込まれ、線タイプが円弧のときは、円弧中心（Ｘ，Ｙ）やその半径、時計周りか半時計周りかのデータも同時に書き込まれる。

Ｎ＋２行目以降には、折れ曲がり位置などの付加特徴点を格納する領域が形成されている。Ｎ＋２行目を新たな１行目とした場合に、データの１行目には、折り曲げ位置の総数Ｎ’の格納領域があり、２行目〜Ｎ’＋１行目には、各折り曲げ位置に対する、モデルのＸ座標、モデルのＹ座標、線タイプ、円（円弧）中心Ｘ，Ｙ、円の半径、円の方向の格納領域が設けられている。
折り曲げ位置の場合も、線タイプには、ｉ番目の点〜ｉ＋１番目の点の間を「直線で結ぶ」か「円弧で結ぶ」かのデータが書き込まれ、線タイプが円弧のときは、円弧中心（Ｘ，Ｙ）やその半径、時計周りか半時計周りかのデータも同時に書き込まれる。

他の付加特徴点（付加形状）が存在する場合は、上記フォーマットに基づいてデータを追加してゆくようにする。
図７（ａ）には、具体的な鍛造ワーク１の形状が示してあり、図中でＸ_m−Ｙ_m座標の原点は鍛造ワーク１の左端部でその上下中央となっている。図７（ｂ）には、その形状に対する形状モデルのデータが示してある。
この鍛造ワーク１には、８個の形状変化位置が存在する。したがって、形状モデルデータの１行目には「８」が格納されており、それに続き、形状変化位置（１）〜（８）のデータが順次格納されている。例えば、位置（２）の座標はＸ＝３０００，Ｙ＝−５００であり、その間は直線輪郭となっている。形状変化位置（４）はＸ＝８０００，Ｙ＝−１０００であって、そこから円弧状に輪郭が変化している。その円中心位置はＸ＝８０００，Ｙ＝０で半径は１０００であり、反時計回りとなっている。

さらに、Ｘ＝６０００，Ｙ＝−１０００と、Ｘ＝６０００，Ｙ＝１０００との２位置が折り曲げ位置となっている。
以上述べた形状モデルは、信号処理部３内に設けられた形状モデル生成部１１により作成され、重ね合わせ部７内に格納されるようになっている。形状モデル生成部１１は、ＣＡＤデータから自動的に形状モデルデータを生成できるツールで構成してもよいし、データ作業者が設計図面より必要な値を手入力してもよい。
前記信号処理部３は、鍛造ワーク１と設計データとの形状差異の実際寸法を算出する寸法測定部１７を有しており、この寸法測定部１７の出力結果が前記表示部４に表示されるものとなっている。この寸法測定部１７は、表示部４の鍛造ワーク画像上で指定された２点間の実際寸法を算出したり、表示部４の鍛造ワーク画像上で指定された所定の点と、その点に対応する形状モデル上の点との間の実際寸法を算出したりする機能を有している。

例えば、図３に示すように、表示部４に鍛造ワーク画像と形状モデルとの重合画像が表示されているとする。そこで、プレス機オペレータが、鍛造ワーク１の輪郭上の点^fａが、形状モデルすなわち設計データと実際の寸法でどれくらいの距離ズレているかを知りたいと考えたとする。その場合、プレス機オペレータは、マウス１５等を用いて表示画面上に点^fａを指定すると共に、対応する形状モデル上の点^fｂも指定する。
寸法測定部１７は、点^fａと点^fｂとの間の実際の距離Ｄ求めるにあたり、式（３）に示す関係を利用する。式（３）は、画像メモリ１２上の点データをＣＣＤ面上のデータに変換し（行列^fＴ_w ^-1 をかける）、その上で、ＣＣＤ面上のデータを実空間上のデータに変換する（１／Ｋ倍する）ものとなっている。

ここで、Ｔ_wは、式（１）で用いられていたものと同様である。
すなわち、プレス機オペレータが表示部４の画像上で、鍛造ワーク１の輪郭位置^fａと、それに対応する形状モデルの位置^fｂを指定すれば、両点間の実際の距離Ｄを、上記式（３）を基にして得られた式（４）で求めるようにしている。

このように、プレス機オペレータが表示部４上で所定の２点を指定すれば、寸法測定部１７において、２点間の実際の距離Ｄが算出され、その結果が表示部４に数値として表示されることで、鍛造ワーク１と形状モデルの寸法差異を明確に確認することができるようになる。
なお、当該寸法計測部１７に、対応点サーチ機能を持たせることで、２点を指定することなく、鍛造ワーク１の輪郭上の点^fａ、又はそれに対応する形状モデルの点^fｂのいずれかを指定するだけで、両点の実寸差異を算出することができるようになる。

例えば、プレス機オペレータは、表示部４に表示された鍛造ワーク画像の輪郭上の１点（例えば、^fａ点）を指定する。その後寸法測定部１７は、重ね合わせ部７内の画像メモリ１２で、^fａ点から垂直方向又は水平方向に画素をサーチしてゆき、最も近い距離にある形状モデルの輪郭線上の点^fｂを見つけるようにする。そして、式（４）を用いて^fａ点〜^fｂ点間の実距離Ｄを計算し、これを表示するようにする。
この場合、プレス機オペレータは表示部４上で１点だけ指定すればよく、形状モデルの輪郭線上の点を指定する手間が省けることになる。

以上説明した鍛造作業のガイダンス装置の使用態様、ならびに同装置内でのデータの流れについて述べる。
図８で、まず、鍛造作業中であるプレス機オペレータは一旦プレス作業を中止し、撮像手段２により、鍛造ワーク１の所定側面の画像を取り込むようにする。（Ｓ１，Ｓ２）
同時に、距離測定器１６からレーザ光を照射し、撮像手段２から鍛造ワーク１装置までの距離Ｌを計測するようにする。（Ｓ３）
撮像手段２により取り込まれた鍛造ワーク画像は、撮像部５に一旦蓄えられた後、重ね合わせ部７の画像メモリ１２に取り込まれるようになる。このとき同時に、形状モデル生成部１１から得られた形状モデルも画像メモリ１２上に取り込まれ、倍率を変更し且つ平行成分ｔ_x、ｔ_y、角度成分θを調整した上で、鍛造ワーク画像に重ねられ重合画像を得ることができるようになる。（Ｓ４，Ｓ５）
この重合画像は、鍛造ワーク画像と形状モデルとのズレ位置やズレ量が一目瞭然に現れるものとなっており、鍛造ワーク１に同尺（１／１尺）の設計図面を重ね合わせた状態をバーチャルに実現させたものとなっていて、表示部４に表示された重合画像をオペレータが見ることで、「今後、どの部分をプレスすべきか」や「どの部分にけがき線を入れるべきか」等の作業指針を得ることができるようになっている。（Ｓ６，Ｓ７）
かかる作業指針に基づいて、鍛造作業が再開される。（Ｓ８）
なお、通常、ステップＳ５では、形状モデルと鍛造ワーク画像とが等倍となるようにして、両者を重ね合わせる様にしているが、通常の形状モデルと共に、所定の値だけ大きいまたは小さい形状モデルを作成しておき、鍛造ワーク１の画像と重ね合わせようにしてもよい。図４には、通常の大きさの形状モデルと所定の倍率で膨張した形状モデルを重ね合わせた例が示されている。このようにすれば、プレス機オペレータは、形状モデルと鍛造品との形状の差異がどこにどれくらいあるかを一目瞭然に判断できる。

また、表示部４の上で、オペレータが、鍛造したいと考える部分に対応する２点をマウス１５等で指定することで、寸法計測部１７により該２点間の実寸距離が算出され、表示部４に表示されるようになる。同様に、鍛造ワーク画像上の輪郭をマウス１５で指定することで、その部分に対応する形状モデルとの実寸差異を算出することも可能である。（Ｓ９）
これら形状差異の実寸データをプレス機オペレータが見ることで、より具体的に「あと何回プレスを施すべきか」等の作業指針を得ることができるようになる。
［第２実施形態］
図９〜図１１には、本発明にかかる鍛造作業のガイダンス装置の第２実施形態を示している。

第２実施形態が第１実施形態と大きく異なる点は、鍛造作業者に対し鍛造ワーク１上の作業位置を指し示すためのレーザ光を照射するレーザ照射部１８と、このレーザ照射部１８を制御するレーザ照射位置制御部１９とを有することである。他の構成は略同一である。
当該レーザ照射部１８はスポット状のレーザ光を照射するレーザ投光器２０を有している。更に、レーザ投光器２０を上下左右に首振り運動可能とし鍛造ワーク１上の任意の点にレーザスポット光を照射可能とする首振り機構２１を有している。

詳しくは、図９に示す如く、レーザ投光器２０は、空間座標Ｘ_w−Ｙ_w−Ｚ_w（図１と同様）における（Ｓ_x，Ｓ_y、０）の位置に回転中心がくるように首振り機構２１を介して設置されており、Ｘ_w軸周り、Ｙ_w軸周りに回転が可能である。首振り機構２１は、レーザ照射位置制御部１９からの「Ｘ_w軸周りの回転角度α、Ｙ_w軸周りの回転角度β」の指令に基づき、レーザ投光器２０を回転させ、鍛造ワーク１の所定の位置へレーザ光照射できるものとなっている。
前記レーザ照射位置制御部１９は、鍛造作業者が表示部４に表示された形状モデル上の所定の点を指定した場合に、該指定点に対応する鍛造ワーク１上の位置にレーザ光が照射されるように前記レーザ照射部１８を制御したり、鍛造作業者が表示部４に表示された鍛造ワーク画像上の所定の点を指定した場合に、該指定点に対応する鍛造ワーク１上の位置にレーザ光が照射されるように前記レーザ照射部１８を制御する。

例えば、プレス機オペレータが、形状モデル上の折れ曲がり位置を表示部４で指定した場合を考える。
その場合、指定された折れ曲がり位置の点データ^mｐ_i＝（^mｐ_ix，^mｐ_iy，Ｌ）が、画像メモリ１２内にある形状モデルからレーザ照射位置制御部１９に読み出されるようになる。レーザ照射位置制御部１９では、式（１）を用いて画像メモリ１２上での座標データ^mｐ_i＝（^mｐ_ix，^mｐ_iy，Ｌ）を、実空間でのデータ^wｐ_i＝（^wｐ_ix，^wｐ_iy，Ｌ）に変換する。この位置が鍛造ワーク１上でのレーザスポット光の照射位置となり、当該位置へレーザースポット光を照射すべくレーザ投光器２０を回転角α_i、β_iだけ回転させる。この回転角α_i、β_iハは、以下のようにして求める。

図１０は、撮像手段２、レーザ投光器２０、鍛造ワーク１の３者の位置関係を示したものであり、図１０（ａ）に示すように、ＸＺ平面で見た場合、鍛造ワーク１上の所定の点（^wｐ_ix，Ｌ）にレーザスポット光を照射するためのレーザ投光器２０の角度β_iは、ベクトルＡ＝（Ｓ_x，０）、ベクトルＢ＝（^wｐ_ix−Ｓ_x，０）の交差角度となることから、式（５）で計算することができる。

同様に、図１０（ｂ）から明らかなように、ＹＺ平面で見た場合、鍛造ワーク１上の所定の点（^wｐ_iy，Ｌ）にレーザスポット光を照射するためのレーザ投光器２０の角度α_iは、ベクトルＡ＝（Ｓ_y，０）、ベクトルＢ＝（^wｐ_iy−Ｓ_y，０）の交差角度となることから、式（６）で計算することができる。

今、形状モデルの特徴点データが複数個あり、それぞれの点に対応する位置にレーザスポット光を照射する場合には、図１１に示すフローチャートにしたがって、レーザ照射を行うようにするとよい。まず、１番目の特徴点データ（付加特徴点）へレーザ照射し、その後、２番目、…、Ｎ番目までの順にレーザ照射を行う。Ｎ番目まで終了し、レーザ照射終了指令がなければ、再び１番目からレーザ照射をする。こうすることで、鍛造ワーク１表面に折れ曲がり位置などがレーザスポット光で指し示されるため、作業者はそれを基にけがき作業などを行うことができる。

また、プレス機オペレータが表示部４における画像上の任意点を指定し、その位置に対応する鍛造ワーク１表面へレーザスポット光を照射する場合には、次のようにするとよい。
プレス機オペレータにより、指定点として画像メモリ１２の座標^fｐ_i＝（^fｐ_ix，^fｐ_iy）が与えられることになるため、これを基に３次元点データ^fｐ_i＝（^fｐ_ix，^fｐ_iy，Ｌ）を作り、式（３）を用いて実空間でのデータ^wｐ_i＝（^wｐ_ix，^wｐ_iy，Ｌ）に変換する。
この^wｐ_iへのレーザ照射は、上記手法と同じようにして行うことができ、レーザ投光器２０の角度α_i、β_iを 式（５）、式（６）を用いて求め、首振り機構２１によりレーザ投光器２０を当該角度α_i、β_i だけ動かすようにする。

以上のようにすることで、形状モデル上の所定の点や鍛造ワーク画像上の任意点を指定した場合に、該指定点に対応する鍛造ワーク１上の位置にレーザスポット光が照射され、その照射光を目印として、型当て無しで安定したけがき作業が行えたり、直接プレス作業を行ったりすることが可能となる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、ワークは鍛造品に限定されるものではない。
また、撮像部５を構成するフレームメモリと、重ね合わせ部７の画像メモリ１２を同一のものとして構成しても何ら問題はない。

本発明にかかるガイダンス装置の第１実施形態の構成図である。 重ね合わせ部の動作原理を示す図である。 表示部に表示された重合画像である。 表示部に表示された重合画像である。 鍛造ワークの加工形態を示した図である。 形状モデルのデータフォーマットを示した図である。 形状モデルデータの一例である。 第１実施形態のガイダンス装置を用いた際の鍛造作業の工程を示した図である。 本発明にかかるガイダンス装置の第２実施形態の構成図である。 レーザ照射位置制御部の動作原理を示した図である。 鍛造ワーク上の複数の位置にレーザスポット光を照射する場合の工程を示した図である。

符号の説明

１ 鍛造ワーク
２ 撮像手段
３ 信号処理部
４ 表示部
５ 撮像部
６ 距離測定部
７ 重ね合わせ部
１１ 形状モデル生成部
１７ 寸法測定部
１８ レーザ照射部
１９ レーザ照射位置制御部

Claims (12)

1. 鍛造作業中である鍛造ワーク（１）の画像を撮像する撮像手段（２）と、
   この撮像手段（２）で撮像した鍛造ワーク画像と設計データに基づく形状モデルとを両者の形状差異が明確になるように重ね合わせた重合画像を作成する信号処理部（３）と、
   この信号処理部（３）が出力する重合画像を表示して鍛造作業者に対して作業指針を与えることを可能とする表示部（４）と、を有することを特徴とする鍛造作業のガイダンス装置。
2. 前記信号処理部（３）は、撮像手段（２）で撮像した鍛造ワーク画像を格納する撮像部（５）と、
   前記撮像手段（２）から鍛造ワーク（１）までの距離を測定する距離測定部（６）と、
   この距離測定部（６）が算出した撮像手段（２）と鍛造ワーク（１）との間の距離に基づき、形状モデルの大きさを所定の倍率で変更し前記撮像部（５）に格納されている鍛造ワーク画像に重ね合わせ、両者の形状差異が明確となるように重合画像を作成する重ね合わせ部（７）と、を備えており、
   この重ね合わせ部（７）からの出力である形状差異を含む重合画像を前記表示部（４）に表示させることを特徴とする請求項１に記載の鍛造作業のガイダンス装置。
3. 前記信号処理部（３）は、鍛造ワーク（１）と形状モデルとの形状差異の実際寸法を算出する寸法測定部（１７）を有しており、この寸法測定部（１７）の出力結果が前記表示部（４）に表示されることを特徴とする請求項１又は２に記載の鍛造作業のガイダンス装置。
4. 前記寸法測定部（１７）は、表示部（４）の鍛造ワーク画像上で指定された２点間の実際寸法を算出し、該算出結果を表示部（４）に表示することを特徴とする請求項３に記載の鍛造作業のガイダンス装置。
5. 前記寸法測定部（１７）は、表示部（４）の鍛造ワーク画像上で指定された所定の点と、その点に対応する形状モデル上の点との間の実際寸法を算出し、該算出結果を前記表示部（４）に表示することを特徴とする請求項３に記載の鍛造作業のガイダンス装置。
6. 前記信号処理部（３）は、設計データに基づいて形状モデルを作成する形状モデル生成部（１１）を有しており、この形状モデル生成部（１１）で作成された形状モデルは、鍛造ワーク（１）の形状変化位置及び／又は折り曲げ位置を有する特徴点データで構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の鍛造作業のガイダンス装置。
7. 前記鍛造作業者に対し鍛造ワーク（１）上の作業位置を指し示すためのレーザ光を照射するレーザ照射部（１８）と、
   このレーザ照射部（１８）を制御するレーザ照射位置制御部（１９）と、を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の鍛造作業のガイダンス装置。
8. 前記レーザ照射位置制御部（１９）は、鍛造作業者が表示部（４）に表示された形状モデル上の所定の点を指定した場合に、該指定点に対応する鍛造ワーク（１）上の位置にレーザ光が照射されるように前記レーザ照射部（１８）を制御することを特徴とする請求項請求項７に記載の鍛造作業のガイダンス装置。
9. 前記レーザ照射位置制御部（１９）は、鍛造作業者が表示部（４）に表示された鍛造ワーク画像上の所定の点を指定した場合に、該指定点に対応する鍛造ワーク（１）上の位置にレーザ光が照射されるように前記レーザ照射部（１８）を制御することを特徴とする請求項請求項７に記載の鍛造作業のガイダンス装置。
10. 請求項１又は２に記載されたガイダンス装置の表示部（４）に表示される重合画像から、鍛造ワーク（１）と形状モデルとの形状差異を確認し、当該形状差異が無くなるように以降の鍛造作業を行うことを特徴とする鍛造作業のガイダンス装置を用いた鍛造方法。
11. 請求項３〜５のいずれかに記載されたガイダンス装置の表示部（４）に表示される実際寸法を基に、以降の鍛造作業を行うことを特徴とする鍛造作業のガイダンス装置を用いた鍛造方法。
12. 請求項７〜９のいずれかに記載されたガイダンス装置のレーザ照射部（１８）が照射するレーザ光を基に、鍛造ワーク（１）に対するけがき作業又は以降の鍛造作業を行うことを特徴とする鍛造作業のガイダンス装置を用いた鍛造方法。

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