JP2009266221A - 加工シミュレーション方法及び加工シミュレーション装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】現実的で正確な加工シミュレーションを実行可能な加工シミュレーション装置などを提供する。
【解決手段】加工シミュレーション装置1は、工具保持機構,ワーク保持機構,駆動機構及び数値制御装置61を備えた工作機械に設けられており、工具保持機構に保持された工具及びワークを保持していない状態のワーク保持機構を撮像して実画像データを生成する実CCDカメラ11と、数値制御装置61から受信した動作指令と、各保持機構,工具及びワークのモデルデータを基に、各保持機構を動作させたときのモデルデータを生成するモデルデータ更新処理部14と、生成されたモデルデータを基に工具及びワークの仮想画像データを生成する仮想画像生成処理部15と、生成された実画像データ及び仮想画像データを基に、実画像上に仮想画像を重ね合わせた合成画像データを生成して画面表示装置18に表示させるレンダリング処理部17とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、工作機械において、その画面表示手段にシミュレーション画像を表示しつつ加工シミュレーションを行う加工シミュレーション方法及び加工シミュレーション装置に関する。
工作機械は、工具を保持する工具保持機構と、ワークを保持するワーク保持機構と、前記各保持機構の一方又は両方を動作させる駆動機構と、前記駆動機構の作動を制御する制御装置とを備えており、前記制御装置は、NCプログラムに基づいて前記駆動機構を制御する。
前記NCプログラムは、オペレータにより、手動のプログラム作成装置や自動プログラミング装置を用いて作成され、作成されたNCプログラムは、これを用いて連続加工を行う前に、当該NCプログラムに誤りがあるか否かが確認されるようになっている。
このNCプログラム確認は、オペレータが、例えば、NCプログラムに従って移動する工具及びワークの表示画像を見て、工具移動状態や加工状態を確認することで行われており、このような確認に用いられる装置として、従来、例えば、特開2006−85485号公報に開示されたNC加工シミュレーション装置が知られている。
このNC加工シミュレーション装置は、主制御部と、表示装置と、NCプログラムを記憶する加工プログラムメモリと、工具、ワーク、工具を保持する刃物台、ワークを把持するチャック、チャックが装着される主軸などの3次元モデルに関するデータを記憶するモデルメモリと、加工プログラムメモリに格納されたNCプログラムを解析するプログラム解析処理制御部と、プログラム解析処理制御部によるプログラム解析に基づいて工具移動経路を演算するシミュレーション制御部と、シミュレーション制御部による演算結果及びモデルメモリ内のモデルデータを基に、前記工具,ワーク,刃物台,チャック及び主軸を前記工具移動経路に沿って相対移動させたときのモデルデータを演算するモデル処理制御部と、モデル処理制御部によって演算されたモデルデータを基に画像データを生成するモデル描画処理制御部などを備えており、モデル描画処理制御部によって生成された画像データが、前記主制御部の表示制御により表示装置上に画面表示される。
特開2006−85485号公報
しかしながら、上記従来のNC加工シミュレーション装置のように、NCプログラムを基に工具,ワーク,刃物台,チャック及び主軸などのモデルデータを更新し、この更新したモデルデータのみを基にシミュレーション用の画像データを生成していたのでは、以下に説明するような問題があった。
即ち、モデルデータの更新処理や画像データの生成処理の処理速度を速くしたり、これらの処理を行う処理部に掛かる負荷を軽減するために、工作機械を構成する一部のモデルデータは簡略化されていたり、省略されているので、現実的な加工シミュレーションを行うことができず、また、正確な加工シミュレーションを行うこともできなかった。
また、このように、現実的で正確な加工シミュレーションを実行することができないと、この加工シミュレーションを行った後、更に、実際に工作機械を動作させてNCプログラムに不具合がないかどうかを確認しなければならず、非効率であるという問題もある。
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、現実的で正確な加工シミュレーションを実行することができる加工シミュレーション方法及び加工シミュレーション装置の提供をその目的とする。
上記目的を達成するための本発明は、
工具を保持する工具保持手段と、ワークを保持するワーク保持手段と、前記各保持手段の一方又は両方を動作させる駆動手段と、前記各保持手段の一方又は両方の動作指令を基に前記駆動手段の作動を制御する駆動制御手段と、画像データの表示を行うための画面表示手段とを備えた工作機械における加工シミュレーション方法であって、
前記駆動制御手段により、前記動作指令を基に前記駆動手段を制御して前記各保持手段の一方又は両方を動作させる実動作工程と、
前記動作指令と前記各保持手段,工具及びワークの3次元モデルに関するデータとを基に、前記各保持手段の一方又は両方を前記動作指令に従って徐々に動作させたときの前記各保持手段,工具及びワークのモデルデータを順次生成するモデル生成工程と、
撮像手段により、前記工具及びワークの一方又は両方が保持されていない状態の前記工具保持手段及びワーク保持手段を予め設定された視点から一定時間間隔で撮像してその2次元画像データを順次生成する実画像生成工程と、
前記モデル生成工程で生成されたモデルデータを基に少なくとも前記工具及びワークの2次元画像データを生成する工程であって、3次元空間を仮想的に設定して、この仮想3次元空間内に前記工具及びワークの3次元モデルを配置するとともに前記撮像手段と同じ条件の撮像手段を仮想的に設定,配置し、この仮想の撮像手段により、実際の前記撮像手段と同じ視点及びタイミングで3次元モデルに係る前記工具及びワークを撮像したときに得られると想定される2次元画像データを順次生成する仮想画像生成工程と、
前記実画像生成工程及び仮想画像生成工程で生成された、同じタイミングにおける実際の2次元画像データ及び仮想の2次元画像データを基に、前記実際の2次元画像上に前記仮想の2次元画像を重ね合わせた合成画像データを順次生成して前記画面表示手段に表示させるレンダリング工程とからなることを特徴とする加工シミュレーション方法に係る。
そして、この加工シミュレーション方法は、以下の加工シミュレーション装置によってこれを好適に実施することができる。
即ち、この加工シミュレーション装置は、
前記工具及びワークの一方又は両方が保持されていない状態の前記工具保持手段及びワーク保持手段を予め設定された視点から一定時間間隔で撮像してその2次元画像データを順次生成する撮像手段と、
前記各保持手段,工具及びワークの3次元モデルに関するデータを記憶するモデルデータ記憶手段と、
前記駆動制御手段から前記動作指令を受信して、受信した動作指令及び前記モデルデータ記憶手段に格納されたモデルデータを基に、前記各保持手段の一方又は両方を前記動作指令に従って徐々に動作させたときの前記各保持手段,工具及びワークのモデルデータを順次生成し、生成したモデルデータで前記モデルデータ記憶手段に格納されたモデルデータを更新するモデルデータ更新手段と、
前記モデルデータ記憶手段に格納されたモデルデータを基に少なくとも前記工具及びワークの2次元画像データを生成する手段であって、3次元空間を仮想的に設定して、この仮想3次元空間内に前記工具及びワークの3次元モデルを配置するとともに前記撮像手段と同じ条件の撮像手段を仮想的に設定,配置し、この仮想の撮像手段により、実際の前記撮像手段と同じ視点及びタイミングで3次元モデルに係る前記工具及びワークを撮像したときに得られると想定される2次元画像データを順次生成する仮想画像生成手段と、
前記実際の撮像手段及び仮想画像生成手段によってそれぞれ生成された、同じタイミングにおける実際の2次元画像データ及び仮想の2次元画像データを基に、前記実際の2次元画像上に前記仮想の2次元画像を重ね合わせた合成画像データを順次生成して前記画面表示手段に表示させるレンダリング手段とを備えて構成される。
この加工シミュレーション装置では、工具保持手段及びワーク保持手段の一方又は両方の動作指令を基に、駆動制御手段により駆動手段が制御されてこれらの各保持手段の一方又は両方が動作せしめられると、この各保持手段の実際の動作と並行して、モデルデータ更新手段により各保持手段,工具及びワークのモデルデータの更新処理が行われる。
具体的には、モデルデータ更新手段により、駆動制御手段から動作指令が受信されて、受信された動作指令及びモデルデータ記憶手段に格納されたモデルデータを基に、各保持手段の一方又は両方が前記動作指令に従って徐々に動作したときの各保持手段,工具及びワークのモデルデータが順次生成され、生成されたモデルデータでモデルデータ記憶手段に格納されたモデルデータが更新される。
そして、各保持手段の動作中においては、実際の撮像手段により、工具及びワークの一方又は両方が保持されていない状態の工具保持手段及びワーク保持手段が予め設定された視点から一定時間間隔で撮像されてその2次元画像データが順次生成される。尚、実際の撮像手段は、少なくとも工具保持手段及びワーク保持手段の画像が得られるように撮像すれば良いが、より現実的で正確な加工シミュレーションを行うためには、生成される2次元画像データに、工具保持手段の一部又は全部、ワーク保持手段の一部又は全部の他、その他の工作機械構成要素が写り込んでいることが好ましい。
また、仮想画像生成手段により、モデルデータ記憶手段に格納されたモデルデータを基に少なくとも工具及びワークの2次元画像データが生成される。この2次元画像データは、3次元空間を仮想的に設定して、この仮想3次元空間内に工具及びワークの3次元モデルを配置するとともに実際の撮像手段と同じ条件(例えば、内部パラメータが同じ)の撮像手段を仮想的に設定,配置し、この仮想の撮像手段により、実際の撮像手段と同じ視点及びタイミングで3次元モデルに係る工具及びワークを撮像したとすれば得られると想定される2次元画像データである。そして、このような2次元画像データが、実際の撮像手段の撮像タイミングに合わせて順次生成される。
この後、実際の撮像手段及び仮想画像生成手段によってそれぞれ生成された、同じタイミングにおける実際の2次元画像データ及び仮想の2次元画像データを基に、レンダリング手段により、実際の2次元画像上に仮想の2次元画像が重ね合わされた合成画像データが順次生成され、画面表示手段に表示される。尚、この合成画像データは、通常、実際の2次元画像において工具保持手段及びワーク保持手段により工具及びワークがそれぞれ保持されるべき部分に、仮想の2次元画像(モデルデータから得られる工具及びワークの画像)が重ね合わされたものとなっている。
斯くして、本発明に係る加工シミュレーション方法及び加工シミュレーション装置によれば、工具及びワークの部分が仮想の撮像手段から、その他の部分が実際の撮像手段から得られる画像となった合成画像が画面表示手段に表示されるので、オペレータは、工作機械の実際の状況を確認しながら、仮想画像に係る工具及びワークの動作を確認することができる。これにより、より現実的で正確な加工シミュレーションを実施することができる。
また、工具及びワークについては仮想の撮像手段から得られる画像であるが、この工具及びワークのモデルデータが実際の工具形状及びワーク形状と一致し、且つ仮想3次元空間内におけるワークの配置位置と実際のワークの配置位置とが一致していれば、加工シミュレーションの実施後に、実際に工作機械を動作させてNCプログラムを確認する必要がないため、この加工シミュレーションだけでNCプログラム確認を終わらせることができ、効率的である。
尚、前記撮像手段は、前記工具保持手段に保持された工具及び前記ワーク保持手段に保持されたワークを予め設定された視点から一定時間間隔で撮像してその2次元画像データを順次生成するように構成され、前記レンダリング手段は、前記仮想の2次元画像が半透明となった前記合成画像データを生成して前記画面表示手段に表示させるように構成されていても良い。
このようにすれば、半透明である仮想の2次元画像を通して実際の2次元画像を確認することができるので、オペレータは、モデルデータから得られる工具及びワークの画像と、実際の工具及びワークの画像とを比較することで、工具及びワークのモデルデータが実際の工具形状及びワーク形状と一致しているか否かを確認したり、仮想3次元空間内におけるワークの配置位置と実際のワークの配置位置とが一致しているか否かを確認することができる。そして、一致していれば、上記のように、実際に工作機械を動作させてNCプログラムをチェックする作業を省略することができる。
以上のように、本発明に係る加工シミュレーション方法及び加工シミュレーション装置によれば、現実的且つ正確な加工シミュレーションを実行することができる。
本発明の一実施形態に係る加工シミュレーション装置などの概略構成を示したブロック図である。 本実施形態の加工シミュレーション装置が設けられる工作機械の概略構成を示した斜視図である。 本実施形態の実CCDカメラ,仮想画像生成処理部及びレンダリング処理部により生成される画像の一例を示した説明図である。 本実施形態の実CCDカメラ,仮想画像生成処理部及びレンダリング処理部により生成される画像の一例を示した説明図である。 本実施形態のモデルデータ更新処理部における一連の処理を示したフローチャートである。 本実施形態の仮想画像生成処理部における一連の処理を示したフローチャートである。 本実施形態の干渉確認処理部における一連の処理を示したフローチャートである。
以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。尚、図1は、本発明の一実施形態に係る加工シミュレーション装置などの概略構成を示したブロック図であり、図2は、本実施形態の加工シミュレーション装置が設けられる工作機械の概略構成を示した斜視図である。
図1に示すように、本例の加工シミュレーション装置1は、実CCDカメラ11,カメラパラメータ記憶部12,第1モデルデータ記憶部13,モデルデータ更新処理部14,仮想画像生成処理部15,タイミング制御部16,レンダリング処理部17,画面表示装置18,第2モデルデータ記憶部19及び干渉確認処理部20を備え、例えば、図2に示すような、マシニングセンタと呼ばれる工作機械50に設けられる。
まず、前記工作機械50について説明する。この工作機械50は、図1及び図2に示すように、ベッド51と、ベッド51に配設され、水平方向且つ前後方向(Y軸方向)に移動自在となった第1サドル52と、第1サドル52に配設され、水平方向且つ左右方向(X軸方向)に移動自在となった第2サドル53と、第2サドル53に支持され、鉛直方向(Z軸方向)に移動自在となった主軸頭54と、軸線がZ軸と平行且つ軸線中心に回転自在に主軸頭54によって支持され、下端部に工具Tが装着される主軸(工具保持手段)55と、ベッド51に配設され、上面にワークWが載置されるテーブル(ワーク保持手段)56と、第1サドル52,第2サドル53及び主軸頭54を各移動方向にそれぞれ移動させるY軸送り機構部57,X軸送り機構部58及びZ軸送り機構部59と、主軸55を軸線中心に回転させる主軸モータ60と、各送り機構部57,58,59及び主軸モータ60の作動を制御する数値制御装置61とを備えている。
尚、前記数値制御装置61は、制御装置62に設けられており、この制御装置62には、他に、前記カメラパラメータ記憶部12,第1モデルデータ記憶部13,モデルデータ更新処理部14,仮想画像生成処理部15,タイミング制御部16,レンダリング処理部17,第2モデルデータ記憶部19及び干渉確認処理部20が設けられている。
前記ベッド51は、その左右両側及び奥側に側壁51a,51b,51cが設けられた構造を備えており、左右両側の側壁51a,51bの上部に前記第1サドル52が配設され、奥側の側壁51cに前記テーブル56が配設されている。
前記数値制御装置61は、予め作成されたNCプログラムが格納されるプログラム記憶部61aを備え、このプログラム記憶部61aに格納されたNCプログラムに基づいて各送り機構部57,58,59及び主軸モータ60を制御する。具体的には、NCプログラムをブロック毎に解析して、第1サドル52,第2サドル53及び主軸頭54の移動位置及び送り速度、主軸55の回転速度などに関する動作指令を順次抽出し、抽出した動作指令と、各送り機構部57,58,59及び主軸モータ60からのフィードバック信号とを基に各送り機構部57,58,59及び主軸モータ60を制御する。
尚、この数値制御装置61は、前記抽出した動作指令を前記モデルデータ更新処理部14に送信するようになっている。また、数値制御装置61は、予め設定された時間経過後(例えば、600ミリ秒)における第1サドル52,第2サドル53及び主軸頭54の移動位置を、例えば、第1サドル52,第2サドル53及び主軸頭54の現在位置,現在速度及び移動方向から予測し、予測した移動位置を前記干渉確認処理部20に送信する。また、数値制御装置61は、前記干渉確認処理部20から送信されるアラーム信号を受信すると、各送り機構部57,58,59及び主軸モータ60の作動を停止させる。
次に、前記加工シミュレーション装置1について説明する。この加工シミュレーション装置1は、上述のように、実CCDカメラ11,カメラパラメータ記憶部12,第1モデルデータ記憶部13,モデルデータ更新処理部14,仮想画像生成処理部15,タイミング制御部16,レンダリング処理部17,画面表示装置18,第2モデルデータ記憶部19及び干渉確認処理部20を備える。
前記実CCDカメラ11は、図2に示すように、前記ベッド51の左側壁51aの上部にブラケット11aを介して取り付けられており、工具Tが装着された主軸55と、ワークWが載置されていないテーブル56とが含まれる領域を一定時間間隔で撮像してその2次元画像データ(実画像データ)を順次生成し、生成した2次元画像データを前記レンダリング処理部17に出力する。このとき生成される画像の一例を図3(a)に示す。図3(a)に示すように、この画像には、工具Tの他、前記ベッド51の一部、主軸頭54の一部、主軸55の一部、テーブル56の一部も含まれている。
また、実CCDカメラ11は、工具Tが装着された主軸55と、ワークWが載置されたテーブル56とが含まれる領域を撮像してその2次元画像データ(実画像データ)を生成し、生成した2次元画像データを前記レンダリング処理部17に出力するようになっている。このとき生成される画像の一例を図4(a)に示す。図4(a)に示すように、この画像には、工具T及びワークWの他、前記ベッド51の一部、主軸頭54の一部、主軸55の一部、テーブル56の一部も含まれている。
前記カメラパラメータ記憶部12には、前記実CCDカメラ11に固有のパラメータである内部パラメータと、工作機械50の座標系における実CCDカメラ11の位置及び姿勢を表す外部パラメータとが格納される。これらのパラメータは、キャリブレーション処理により予め算出される。尚、前記内部パラメータとしては、例えば、主点座標、スケール因子、画像の2軸間の歪みなどが挙げられる。
前記第1モデルデータ記憶部13には、予め作成された、例えば、工作機械50全体の3次元モデルに関するデータ(モデルデータ)が格納される。この工作機械50全体のモデルデータは、前記ベッド51,第1サドル52,第2サドル53,主軸頭54,主軸55及びテーブル56といった工作機械50の主要な構成要素のモデルデータと、前記主軸55に装着された工具Tのモデルデータと、前記テーブル56上に載置されるワークWのモデルデータとを含み、前記各構成要素,工具T及びワークWの各モデルデータがそれぞれ相互に関連付けられて構成される。
前記モデルデータ更新処理部14は、図5に示すような一連の処理を実行して、前記第1モデルデータ記憶部13に格納された工作機械50全体のモデルデータを更新する。尚、この更新処理は、前記第1サドル52,第2サドル53及び主軸頭54の実際の動作と同期するように行われる。
図5に示すように、モデルデータ更新処理部14は、まず、第1モデルデータ記憶部13に格納された工作機械50全体のモデルデータを読み出した後(ステップS1)、カウンタnを1にセットし(ステップS2)、加工プログラムの1ブロック目の動作指令を数値制御装置61から受信する(ステップS3)。
次に、ステップS3で受信した動作指令を認識して補間点を算出する(ステップS4)。例えば、認識した動作指令が第1サドル52,第2サドル53及び主軸頭54の移動指令であるとすると、移動開始点と移動終了点との間の移動経路上に複数の補間点を設定して各補間点の位置を算出する。このようにして補間することで、後述のように、第1サドル52,第2サドル53及び主軸頭54が移動開始点から移動終了点に向けて徐々に移動するときのモデルデータが生成される。
ついで、カウンタmを1にセットして(ステップS5)、移動経路上の1番目の点に第1サドル52,第2サドル53及び主軸頭54を移動させたときのモデルデータを生成する(ステップS6)。このとき、工具TのモデルデータとワークWのモデルデータとの間で重なり合う部分がある場合には、その重なり合う領域(切削領域)をブーリアン演算により算出して、この切削領域がワークWから削除されるようにワークWのモデルデータを生成する。この後、ステップS7では、生成したモデルデータを第1モデルデータ記憶部13に格納して、この第1モデルデータ記憶部13内のモデルデータを更新する。
そして、カウンタmを更新しつつ、移動経路上の最後の点(即ち、移動指令に係る移動位置)に第1サドル52,第2サドル53及び主軸頭54を移動させたときのモデルデータを生成して第1モデルデータ記憶部13内のモデルデータを更新するまで、ステップS6及びS7の処理を繰り返す(ステップS8,S9)。
また、ステップS3〜S9の処理についても、カウンタnを更新しつつ加工プログラムの全ブロックについて実施し(ステップS10,S11)、その後、一連の処理を終了する。
前記仮想画像生成処理部15は、前記カメラパラメータ記憶部12に格納された各パラメータと、前記第1モデルデータ記憶部13に格納されたモデルデータとを基に、コンピュータ処理によって工具T及びワークWの2次元画像データ(仮想画像データ)を生成する。
具体的には、仮想画像生成処理部15は、図6に示すような一連の処理を実行するようになっており、まず、カメラパラメータ記憶部12内に格納された各パラメータを読み出し(ステップS21)、ついで、第1モデルデータ記憶部13に格納された、工具T及びワークWのモデルデータを読み出す(ステップS22)。
次に、工作機械50の座標系と同じ座標系の3次元空間を仮想的に設定した後(ステップS23)、前記読み出した各パラメータ並びに工具T及びワークWのモデルデータを基に、前記設定した仮想3次元空間内に工具T及びワークの3次元モデルを配置するとともに仮想CCDカメラ15aを設定,配置する(ステップS24)。このとき、仮想CCDカメラ15aは、前記読み出した外部パラメータを基に前記実CCDカメラ11と同じ位置に同じ姿勢で配置されるので、仮想CCDカメラ15aの視点は実CCDカメラ11と一致している。また、仮想CCDカメラ15aは、その内部パラメータが、前記読み出した内部パラメータを基に実CCDカメラ11の内部パラメータと同じに合わされるので、仮想CCDカメラ15aの条件は実CCDカメラ11と一致している。
この後、前記仮想CCDカメラ15aにより3次元モデルに係る工具T及びワークWを撮像したとすれば得られると想定される2次元画像データを生成し、生成した2次元画像データを前記レンダリング処理部17に送信する(ステップS25)。尚、仮想画像生成処理部15により生成される仮想画像の例を、図3(b)及び図4(b)に示す。図3(b)及び図4(b)では、主軸55やテーブル56の形状を二点鎖線で示しているが、仮想画像として得られるのは工具T及びワークWのみである。
前記タイミング制御部16は、前記実CCDカメラ11及び仮想CCDカメラ15aの撮像タイミングを一致させる。このタイミング制御によって、実際の工具Tと、3次元モデルに係る工具T及びワークWとがそれぞれ同じタイミングで撮像される。
前記レンダリング処理部17は、前記実CCDカメラ11から出力された2次元画像データ(実画像データ)と、前記仮想画像生成処理部15から送信された2次元画像データ(仮想画像データ)とを基に、合成画像データを生成して前記画面表示装置18に表示させる。
具体的には、レンダリング処理部17は、実CCDカメラ11及び仮想画像生成処理部15からそれぞれ得られる、同じタイミングにおける実画像データ及び仮想画像データを基に、実画像上に仮想画像を重ね合わせて合成画像データを順次生成する。そして、このようにして生成される合成画像データが画面表示装置18に順次表示される。尚、レンダリング処理部17は、仮想画像を実画像上に重ね合わせるに当たり、仮想画像を半透明にして重ね合わせるようになっている。また、実画像と仮想画像とに設定された座標系がそれぞれ同じであるため、工具T及びワークWの仮想画像は、実画像上の対応する部分にそれぞれ重ね合わされる。
ここで、レンダリング処理部17により生成される合成画像の例を、図3(c)及び図4(c)に示す。図3(c)は、工具Tを含む実画像と、工具T及びワークWを含む仮想画像とを重ね合わせたものであり、図4(c)は、工具T及びワークWを含む実画像と、工具T及びワークWを含む仮想画像とを重ね合わせたものである。工具T及びワークWの位置と形状が実際とモデルデータとで一致していれば、実画像における工具T及びワークWの部分に工具T及びワークWの仮想画像が重ね合わされるが、工具T及びワークWの位置と形状が実際とモデルデータとで一致していないときには、図4(c)に示すように、工具T及びワークWがずれて重ね合わされる。尚、図4(c)では、ワークWの位置が一致していない場合について示している。
前記第2モデルデータ記憶部19には、前記第1モデルデータ記憶部13と同様に、予め作成された、例えば、工作機械50全体の3次元モデルに関するデータが格納される。
前記干渉確認処理部20は、前記第2モデルデータ記憶部19に格納されたモデルデータと、前記数値制御装置61から送信された予測移動位置とを基に、例えば、第1サドル52,第2サドル53及び主軸頭54の移動により、前記ベッド51,第1サドル52,第2サドル53,主軸頭54,主軸55,テーブル56,工具T及びワークWが相互に干渉するか否かを確認する。
具体的には、干渉確認処理部20は、図7に示すような一連の処理を実行するようになっており、まず、数値制御装置61から送信された予測移動位置を受信したか否かを確認し(ステップS31)、予測移動位置を受信すると、第2モデルデータ記憶部13に格納された工作機械50全体のモデルデータを読み出し(ステップS32)、前記受信した予測移動位置に第1サドル52,第2サドル53及び主軸頭54を移動させたときのモデルデータを生成する(ステップS33)。
この後、生成したモデルデータを基に、前記ベッド51,第1サドル52,第2サドル53,主軸頭54,主軸55,テーブル56,工具T及びワークWが相互に干渉するか否か、即ち、これらのモデルデータ間で接触又は重なり合う部分があるか否かを確認する(ステップS34)。
そして、モデルデータ間で接触又は重なり合う部分があると判断した場合には、その接触又は重なり合いが工具Tの刃部とワークWとの間で生じたものか否かを更に確認し(ステップS35)、工具Tの刃部とワークWとの間で生じたものでないと判断すると、ベッド51,第1サドル52,第2サドル53,主軸頭54,主軸55,テーブル56,工具T及びワークWの間で干渉が生じると判断し、アラーム信号を数値制御装置61に送信して駆動を停止させるとともに、アラーム表示を画面表示装置18に表示させる(ステップS36)。
一方、ステップS35で、工具Tの刃部とワークWとの間で生じたものであると判断した場合には、干渉ではなく、ワークWの加工であると判断して切削領域をブーリアン演算により算出し(ステップS37)、その後、ステップS38の処理を行う。
また、前記ステップS34で、モデルデータ間で接触又は重なり合う部分はないと判断した場合にも、ステップS38の処理を行う。このステップS38では、生成したモデルデータを第2モデルデータ記憶部19に格納して、この第2モデルデータ記憶部19内のモデルデータを更新するが、切削領域があった場合、ワークWのモデルデータについては、この切削領域が削除されるように更新する。
そして、このようなステップS31〜S38までの処理を処理終了となるまで繰り返す(ステップS39)。
以上のように構成された本例の加工シミュレーション装置1によれば、以下のようにして加工シミュレーションが実行される。尚、この加工シミュレーションは、例えば、テーブル56上にワークWが載置されていない状態で行われる。
まず、カメラパラメータ記憶部12に実CCDカメラ11のカメラパラメータが、各モデルデータ記憶部13,19に工作機械50全体のモデルデータがそれぞれ格納される。
そして、数値制御装置61により、動作指令を基に各送り機構部57,58,59及び主軸モータ60が駆動されると、第1サドル52,第2サドル53及び主軸頭54の実際の動作と同期するように第1モデルデータ記憶部13内の工作機械50全体のモデルデータが、数値制御装置61から得られる動作指令を基に、モデルデータ更新処理部14により更新される。
また、実CCDカメラ11により、工具Tが装着された主軸55とワークWが載置されていないテーブル56とが含まれる領域が一定時間間隔で撮像されて実画像データが生成される(図3(a)参照)とともに、仮想画像生成処理部15により、カメラパラメータ記憶部12内の各パラメータと、第1モデルデータ記憶部13内のモデルデータとを基に、3次元モデルに係る工具T及びワークWの仮想画像データが生成される(図3(b)参照)。尚、この仮想画像データは、実CCDカメラ11と同じ条件の仮想CCDカメラ15aにより、実CCDカメラ11と同じ視点及びタイミングで撮像したとすれば得られると想定される画像データとなっている。
この後、レンダリング処理部17により、実CCDカメラ11により生成された実画像データと、仮想画像生成処理部15により生成された仮想画像データとを基に、実画像上に半透明の仮想画像が重ね合わされた合成画像データが生成されて画面表示装置18に表示される(図3(c)参照)。そして、オペレータは、このようにして表示される画像を通して、工具移動状態や加工状態を確認することができる。
尚、各送り機構部57,58,59及び主軸モータ60の駆動中においては、干渉確認処理部20により、第2モデルデータ記憶部19内のモデルデータと、数値制御装置61から送信された予測移動位置とを基に、ベッド51,第1サドル52,第2サドル53,主軸頭54,主軸55,テーブル56,工具T及びワークWが相互に干渉するか否かが確認されており、干渉が確認された場合には、干渉確認処理部20から数値制御装置61にアラーム信号が送信され、各送り機構部57,58,59及び主軸モータ60が停止せしめられる。予測移動位置に基づいて干渉確認しているので、ベッド51,第1サドル52,第2サドル53,主軸頭54,主軸55,テーブル56,工具T及びワークWが実際に干渉する前に各送り機構部57,58,59及び主軸モータ60は停止する。
そして、この加工シミュレーションでNCプログラムに問題がなければ、テーブル56上にワークWが載置され、実CCDカメラ11により、工具Tが装着された主軸55と、ワークWが載置されたテーブル56とが含まれる領域が撮像されてその2次元画像データ(実画像データ)が生成される(図4(a)参照)。また、仮想画像生成処理部15により、3次元モデルに係る工具T及びワークWの仮想画像データが生成される(図4(b)参照)。
ついで、レンダリング処理部17により、実画像データと仮想画像データとが重ね合わされた合成画像データが生成されて画面表示装置18に表示され(図4(c)参照)、オペレータは、このようにして表示される画像を通して、工具T及びワークWのモデルデータが実際の工具形状及びワーク形状と一致しているか否かを確認したり、仮想3次元空間内におけるワークWの配置位置と実際のワークWの配置位置とが一致しているか否かを確認することができる。
このように、本例の加工シミュレーション装置1によれば、実画像上に半透明の仮想画像が重ね合わされた合成画像が画面表示装置18に表示されるので、オペレータは、工作機械50の実際の状況を確認しながら、仮想画像に係る工具T及びワークWの動作を確認することができる。これにより、より現実的で正確な加工シミュレーションを実施することができる。
また、工具T及びワークWについては仮想CCDカメラ15aから得られる画像であるが、この工具T及びワークWのモデルデータが実際の工具形状及びワーク形状と一致し、且つ仮想3次元空間内におけるワークWの配置位置と実際のワークWの配置位置とが一致していれば、加工シミュレーションの実施後に、実際に工作機械50を動作させてNCプログラムを確認する必要がないため、この加工シミュレーションだけでNCプログラム確認を終わらせることができ、効率的である。
また、工具T及びワークWの仮想画像が半透明であり、この仮想画像を通して実画像を確認することができるので、オペレータは、仮想画像に係る工具T及びワークWと、実画像に係る工具T及びワークWとを比較して、両者が一致しているか否かを確認することができる。そして、一致していれば、上記のように、実際に工作機械50を動作させてNCプログラムをチェックする作業を省略することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
上例では、仮想画像生成処理部15により工具T及びワークWの2次元画像データを生成するようにしたが、通常、ワークWをテーブル56に固定する際には治具が使用されるため、仮想画像生成処理部15によって工具T,ワークW及び治具の2次元画像データを生成するようにしても良い。このようにすれば、更に現実的で正確な加工シミュレーションを実施することができる。また、仮想画像に係る治具と、実画像に係る治具とを比較すれば、治具のモデルデータが実際の治具形状と一致しているか否かを確認したり、仮想3次元空間内における治具の配置位置と実際の治具の配置位置とが一致しているか否かを確認することができる。
また、上例では、主軸55に工具Tが装着された状態且つテーブル56上にワークWが載置されていない状態で加工シミュレーションを行うようにしたが、これに限られるものではなく、主軸55に工具Tが装着されていない状態且つテーブル56上にワークWが載置された状態で行ったり、主軸55に工具Tが装着されていない状態且つテーブル56上にワークWが載置されていない状態で行うようにしても良い。
また、実CCDカメラ11の配置位置や配置数は、上例に限定されるものではなく、例えば、ベッド51の四隅にそれぞれ配置するようにしても良い。複数の実CCDカメラ11を配置した場合、仮想画像生成処理部15は、実CCDカメラ11と同数の仮想CCDカメラ15aを設定する。また、複数の実CCDカメラ11及び仮想CCDカメラ15aを設けた場合、画面表示装置18には、オペレータが選択したCCDカメラ11,15aに対応する合成画像を表示させても良いし、画面を複数の表示領域に分割して各表示領域に各CCDカメラ11,15aに対応する合成画像をそれぞれ表示させても良い。
また、干渉確認処理部20は、数値制御装置61から、第1サドル52,第2サドル53及び主軸頭54の動作指令又は現在位置を受信し、受信した動作指令又は現在位置と、ベッド51,第1サドル52,第2サドル53,主軸頭54,主軸55,テーブル56,工具T及びワークWのモデルの外側に設定した干渉判定領域とを基に、干渉が生じるか否かを確認するようにしても良い。具体的には、第1サドル52,第2サドル53及び主軸頭54のモデルデータが前記干渉判定領域内に侵入したときに干渉すると判断する。
また、前記加工シミュレーション装置1が設けられる工作機械50は、何ら限定されるものではなく、どのような工作機械50であっても良い。例えば、上例のようなマシニングセンタではなく、旋盤などに設けるようにしても良い。
1 加工シミュレーション装置
11 実CCDカメラ
12 カメラパラメータ記憶部
13 第1モデルデータ記憶部
14 モデルデータ更新処理部
15 仮想画像生成処理部
16 タイミング制御部
17 レンダリング処理部
18 画面表示装置
19 第2モデルデータ記憶部
20 干渉確認処理部
50 工作機械
55 主軸
56 テーブル
61 数値制御装置

Claims (3)

  1. 工具を保持する工具保持手段と、ワークを保持するワーク保持手段と、前記各保持手段の一方又は両方を動作させる駆動手段と、前記各保持手段の一方又は両方の動作指令を基に前記駆動手段の作動を制御する駆動制御手段と、画像データの表示を行うための画面表示手段とを備えた工作機械における加工シミュレーション方法であって、
    前記駆動制御手段により、前記動作指令を基に前記駆動手段を制御して前記各保持手段の一方又は両方を動作させる実動作工程と、
    前記動作指令と前記各保持手段,工具及びワークの3次元モデルに関するデータとを基に、前記各保持手段の一方又は両方を前記動作指令に従って徐々に動作させたときの前記各保持手段,工具及びワークのモデルデータを順次生成するモデル生成工程と、
    撮像手段により、前記工具及びワークの一方又は両方が保持されていない状態の前記工具保持手段及びワーク保持手段を予め設定された視点から一定時間間隔で撮像してその2次元画像データを順次生成する実画像生成工程と、
    前記モデル生成工程で生成されたモデルデータを基に少なくとも前記工具及びワークの2次元画像データを生成する工程であって、3次元空間を仮想的に設定して、この仮想3次元空間内に前記工具及びワークの3次元モデルを配置するとともに前記撮像手段と同じ条件の撮像手段を仮想的に設定,配置し、この仮想の撮像手段により、実際の前記撮像手段と同じ視点及びタイミングで3次元モデルに係る前記工具及びワークを撮像したときに得られると想定される2次元画像データを順次生成する仮想画像生成工程と、
    前記実画像生成工程及び仮想画像生成工程で生成された、同じタイミングにおける実際の2次元画像データ及び仮想の2次元画像データを基に、前記実際の2次元画像上に前記仮想の2次元画像を重ね合わせた合成画像データを順次生成して前記画面表示手段に表示させるレンダリング工程とからなることを特徴とする加工シミュレーション方法。
  2. 工具を保持する工具保持手段と、ワークを保持するワーク保持手段と、前記各保持手段の一方又は両方を動作させる駆動手段と、前記各保持手段の一方又は両方の動作指令を基に前記駆動手段の作動を制御する駆動制御手段と、画像データの表示を行うための画面表示手段とを備えた工作機械に設けられる加工シミュレーション装置であって、
    前記工具及びワークの一方又は両方が保持されていない状態の前記工具保持手段及びワーク保持手段を予め設定された視点から一定時間間隔で撮像してその2次元画像データを順次生成する撮像手段と、
    前記各保持手段,工具及びワークの3次元モデルに関するデータを記憶するモデルデータ記憶手段と、
    前記駆動制御手段から前記動作指令を受信して、受信した動作指令及び前記モデルデータ記憶手段に格納されたモデルデータを基に、前記各保持手段の一方又は両方を前記動作指令に従って徐々に動作させたときの前記各保持手段,工具及びワークのモデルデータを順次生成し、生成したモデルデータで前記モデルデータ記憶手段に格納されたモデルデータを更新するモデルデータ更新手段と、
    前記モデルデータ記憶手段に格納されたモデルデータを基に少なくとも前記工具及びワークの2次元画像データを生成する手段であって、3次元空間を仮想的に設定して、この仮想3次元空間内に前記工具及びワークの3次元モデルを配置するとともに前記撮像手段と同じ条件の撮像手段を仮想的に設定,配置し、この仮想の撮像手段により、実際の前記撮像手段と同じ視点及びタイミングで3次元モデルに係る前記工具及びワークを撮像したときに得られると想定される2次元画像データを順次生成する仮想画像生成手段と、
    前記実際の撮像手段及び仮想画像生成手段によってそれぞれ生成された、同じタイミングにおける実際の2次元画像データ及び仮想の2次元画像データを基に、前記実際の2次元画像上に前記仮想の2次元画像を重ね合わせた合成画像データを順次生成して前記画面表示手段に表示させるレンダリング手段とを備えてなることを特徴とする加工シミュレーション装置。
  3. 前記撮像手段は、前記工具保持手段に保持された工具及び前記ワーク保持手段に保持されたワークを予め設定された視点から一定時間間隔で撮像してその2次元画像データを順次生成するように構成され、
    前記レンダリング手段は、前記仮想の2次元画像が半透明となった前記合成画像データを生成して前記画面表示手段に表示させるように構成されてなることを特徴とする請求項2記載の加工シミュレーション装置。
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