JP2017119284A - 変形加工支援システムおよび変形加工支援方法 - Google Patents

変形加工支援システムおよび変形加工支援方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ワークの変形加工において、目標形状までのワークの必要変形量を短時間で且つ高精度に算出する。
【解決手段】変形加工支援システム１０は、基準線を含むワークＷの目標形状データＦｔを取得し、基準線が記された中間形状のワークＷから中間形状データＦｉｎを取得し、基準線同士を互いに位置決めすることによって２つのデータＦｔ、Ｆｉｎを並べ、その並ぶ２つのデータＦｔ，Ｆｉｎの間の差異に基づいてワークＷの必要変形量を算出する。
【選択図】図８

Description

本発明は、ワークの変形加工を支援する変形加工支援システムおよび変形加工支援方法に関する。
従来より、大きなワークを変形加工する場合、例えばプレス加工機を用いることにより、ワークに対して複数回曲げ加工が行われる。ワークの複数の位置それぞれに対して曲げ加工を行うことにより、ワーク全体は目標形状に変形加工される。
変形加工終了後のワークは、目標形状に対応する形状の木型を重ねることにより、目標形状に仕上がっているか否かチェックされる。なお、ワークが大きいために、木型は複数に分割されている。
あるいは、三次元測定機を用いて、変形加工終了後のワークはその形状がチェックされる。例えば、ワークの複数部分それぞれの形状を３Ｄレーザースキャナによって三次元測定する。その測定によって取得された複数の部分形状データを、例えば特許文献１に記載するように、１つに合成してワークの全体形状データを作成する。その作成されたワークの全体形状データに基づいて、変形加工終了後のワークは、目標形状に仕上がっているか否かチェックされる。
特開平１１−６５６２８号公報
ところで、ワークの変形加工中に（例えばある曲げ加工と次の曲げ加工の間に）、その中間形状から目標形状までに必要なワークの変形量（必要変形量）、具体的にはワークの複数の位置それぞれについての必要変形量を確認する場合がある。この場合、木型を中間形状のワークに重ね、木型とワークとの間の隙間を確認することにより、目標形状までに必要な必要変形量を知ることができる。しかしながら、そのためには、ワークの複数の部分それぞれに対応する木型を重ねる必要があり、労力や時間がかかる。ワークの形状が複雑で大きい場合、木型の数が多くなるため、特に労力や時間がかかる。また、ワークと当接する木型の表面周縁部とワークとの間の隙間は視認可能であるが、木型の表面中央部とワークとの間の隙間は視認できない場合がある。
一方、三次元測定機によって取得された変形加工中のワークの中間形状データとそのワークの目標形状データとを重ね合わせて２つのデータの差異を算出することにより、目標形状までに必要なワークの複数の位置それぞれの必要変形量を算出することが可能である。
その２つの形状データの重ね合わせの手法として、「ベストフィット」技術が存在する。「ベストフィット」は、２つのデータ上の複数の類似点（特徴点）を検出し、その類似点を基準として互いに位置決めすることにより、２つのデータを重ねる手法である。例えば、類似点は、ワークに形成された穴、ワークの角部、またはワークに取り付けられたマーカーなどである。
ただし、変形加工中のワークの中間形状データと目標形状データとで曲率が大きく異なると、「ベストフィット」による２つのデータの重ね合わせ精度が低下する、または重ね合わせ自体が不可能な場合がある。また、ワークに穴が存在しない場合、変形加工の終了後にワークの外周縁が切断される場合（トリミングされる場合）、変形加工の邪魔になるためにマーカーをワークに取り付けることができない場合など、類似点が存在しない場合には「ベストフィット」自体を実行できない。そのため、ワークの複数の位置それぞれの目標形状までに必要な必要変形量の算出精度が低い、または算出できない場合がある。
そこで、本発明は、ワークの変形加工において、目標形状までに必要なワークの必要変形量を短時間で且つ高精度に算出することを課題とする。
上記技術的課題を解決するために、本発明の一態様によれば、
ワークの変形加工において、ワークの中間形状と目標形状との間の差異に基づいてその中間形状から目標形状までに必要な必要変形量を算出する変形加工支援システムであって、
基準線が表面に設けられているワークの目標形状データを取得する目標形状データ取得部と、
変形加工中に、基準線が表面に記されている中間形状のワークから中間形状データを取得する中間形状データ取得部と、
基準線同士を互いに対して位置決めすることによって目標形状データと中間形状データとを並べ、その並ぶ目標形状データと中間形状データとの間の差異に基づいてワーク上の複数の位置それぞれについて必要変形量を算出する必要変形量算出部と、を有する変形加工支援システムが提供される。
本発明の別の態様によれば、
ワークの変形加工において、ワークの中間形状と目標形状との間の差異に基づいてその中間形状から目標形状までに必要な必要変形量を算出する変形加工支援方法であって、
基準線が表面に設けられているワークの目標形状データを取得し、
変形加工開始前のワークの表面に対して基準線を記し、
変形加工中に、基準線が表面に記されている中間形状のワークから中間形状データを取得し、
基準線同士を互いに対して位置決めすることによって目標形状データと中間形状データとを並べ、
並ぶ目標形状データと中間形状データとの間の差異に基づいて、中間形状のワーク上の複数の位置それぞれについて必要変形量を算出する、変形加工支援方法が提供される。
本発明によれば、ワークの変形加工において、目標形状までに必要なワークの必要変形量を短時間で且つ高精度に算出することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る変形加工支援システムの構成を概略的に示す図 変形加工支援システムのブロック図 目標形状データを示す図 三次元測定データを示す図 変形加工が開始される前のワークを示す図 カメラの撮影画像を示す図 中間形状データの作成を説明するための図 目標形状データと中間形状データの重ね合わせを説明するための図 互いに対して位置決めされる前の中間形状データの交差線と目標形状データの交差線とを示す図 変形加工中のワーク上の交差線の変化を示す図 互いに対して位置決めされた後の中間形状データの交差線と目標形状データの交差線とを示す図 コンター図の一例を示す図 変形加工支援システムの動作の流れの一例を示すフローチャート図 本発明の第２の実施の形態に係る変形加工支援システムにおける中間形状データの基準線と目標形状データの基準線との互いに対する位置決めを説明するための図
本発明の一態様は、ワークの変形加工において、ワークの中間形状と目標形状との間の差異に基づいてその中間形状から目標形状までに必要な必要変形量を算出する変形加工支援システムであって、基準線が表面に設けられているワークの目標形状データを取得する目標形状データ取得部と、変形加工中に、基準線が表面に記されている中間形状のワークから中間形状データを取得する中間形状データ取得部と、基準線同士を互いに対して位置決めすることによって目標形状データと中間形状データとを並べ、その並ぶ目標形状データと中間形状データとの間の差異に基づいてワーク上の複数の位置それぞれについて必要変形量を算出する必要変形量算出部と、を有する。
このような一態様によれば、ワークの変形加工において、目標形状までに必要なワークの必要変形量を短時間で且つ高精度に算出することができる。
目標形状データの表面とワークの表面それぞれに第１および第２の基準線が設けられてもよく、この場合、必要変形量算出部が、目標形状データ上の第１の基準線と中間形状データ上の第１の基準線とが同一平面上で部分的に重なるように、且つ、目標形状データ上の第２の基準線と中間形状データ上の第２の基準線とが同一平面上で部分的に重なるように、目標形状データと中間形状データの第１の基準線同士および第２の基準線同士を互いに対して位置決めしてもよい。
あるいは、必要変形量算出部が、目標形状データ上の基準線の両端を結ぶ仮想直線と中間形状データ上の基準線の両端を結ぶ仮想直線とが同一直線上で重なるように、且つ、目標形状データと中間形状データとが交差しないように、目標形状データの基準線と中間形状データの基準線とを互いに対して位置決めしてもよい。
中間形状データ取得部として、変形加工支援システムは、ワーク全体の形状を三次元測定する３Ｄレーザースキャナと、ワーク上の基準線を撮影するカメラと、カメラの撮影画像から基準線を抽出して基準線形状データを作成する基準線形状データ作成部と、３Ｄレーザースキャナの三次元測定データと基準線形状データとを合成して中間形状データを作成する中間形状データ作成部と、を有してもよい。
あるいは、中間形状データ取得部として、変形加工支援システムは、中間形状のワークを複数の方向から撮影するカメラと、カメラによって複数の方向から撮影された複数の撮影画像データに基づいて中間形状データを作成する中間形状データ作成部と、を有してもよい。
変形加工支援システムは、必要変形量算出部によって算出されたワーク上の複数の位置それぞれの必要変形量に基づいて、コンター図を作成するコンター図作成部を有してもよい。このコンター図を参照することにより、作業者はワークＷを目標形状に仕上げるために、様々な検討を行うことができる。その結果、ワークＷは、短時間に且つ効率よく、目的の形状に仕上げられる。
目標形状データの表面全体およびワークの表面全体に格子線が設けられることにより、複数の基準線が設けられてもよい。それにより、例えば、肉厚が薄いなどの理由によってこれ以上曲げ加工できない位置の基準線で位置決めして目標形状データと中間形状データとを並べることにより、ワークの他の位置それぞれの目標形状までに必要な変形量を算出することができる。したがって、目標形状データとワークそれぞれの表面の一部に基準線を設ける場合に比べて、ワークの変形加工のやり方に関して自由度が向上する。
また、本発明の別の態様は、ワークの変形加工において、ワークの中間形状と目標形状との間の差異に基づいてその中間形状から目標形状までに必要な必要変形量を算出する変形加工支援方法であって、基準線が表面に設けられているワークの目標形状データを取得し、変形加工開始前のワークの表面に対して基準線を記し、変形加工中に、基準線が表面に記されている中間形状のワークから中間形状データを取得し、基準線同士を互いに対して位置決めすることによって目標形状データと中間形状データとを並べ、並ぶ目標形状データと中間形状データとの間の差異に基づいて、中間形状のワーク上の複数の位置それぞれについて必要変形量を算出する。
このような別態様によれば、ワークの変形加工において、目標形状までに必要なワークの必要変形量を短時間で且つ高精度に算出することができる。
目標形状データの表面とワークの表面それぞれに第１および第２の基準線が設けられてもよく、この場合、目標形状データと中間形状データの第１の基準線同士および第２の基準線同士の互いに対する位置決めが、目標形状データ上の第１の基準線と中間形状データ上の第１の基準線とが同一平面上で部分的に重なるように、且つ、目標形状データ上の第２の基準線と中間形状データ上の第２の基準線とが同一平面上で部分的に重なるように行われてもよい。
あるいは、目標形状データ上の基準線の両端を結ぶ仮想直線と中間形状データ上の基準線の両端を結ぶ仮想直線とが同一直線上で重なるように、且つ、目標形状データと中間形状データとが交差しないように、目標形状データの基準線と中間形状データの基準線とを互いに対して位置決めしてもよい。
中間形状データを取得するために、３Ｄレーザースキャナを用いてワーク全体の形状を三次元測定し、カメラによってワーク上の基準線を撮影し、カメラの撮影画像から基準線を抽出して基準線形状データを作成し、３Ｄレーザースキャナの三次元測定データと基準線形状データとを合成して中間形状データを作成してもよい。
あるいは、中間形状データを取得するために、カメラによって複数の方向から撮影された中間形状のワークの複数の撮影画像データに基づいて、中間形状データを作成してもよい。
ワーク上の複数の位置それぞれについて算出された必要変形量に基づいて、コンター図を作成してもよい。このコンター図を参照することにより、作業者はワークＷを目標形状に仕上げるために、様々な検討を行うことができる。その結果、ワークＷは、短時間に且つ効率よく、目的の形状に仕上げられる。
目標形状データの表面全体およびワークの表面全体に格子線が設けられることにより、複数の基準線が設けられてもよい。それにより、例えば、肉厚が薄いなどの理由によってこれ以上曲げ加工できない位置の基準線で位置決めして目標形状データと中間形状データとを並べることにより、ワークの他の位置それぞれの目標形状までに必要な変形量を算出することができる。したがって、目標形状データとワークそれぞれの表面の一部に基準線を設ける場合に比べて、ワークの変形加工のやり方に関して自由度が向上する。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る変形加工支援システムの構成を概略的に示している。図２は、変形加工支援システムのブロック図である。
図１および図２に示す本実施の形態に係る変形加工支援システム１０の概略について説明する。本実施の形態に係る変形加工支援システム１０は、ワークＷに対して複数回曲げ加工を行う該ワークＷの変形加工を支援するシステムである。具体的には、変形加工支援システム１０は、詳細は後述するが、変形加工中のワークＷの中間形状（データ）とそのワークＷの目標形状（データ）とに基づいて、中間形状から目標形状までに必要な必要変形量を算出するシステムである。
本実施の形態の場合、変形加工が開始される前のワークＷは平板状である。また、ワークＷはアルミニウム材から作製されている。さらに、本実施の形態の場合、ワークＷに対する複数回の曲げ加工（変形加工）は、プレス加工機１２によって実行される。
そのプレス加工機１２は、ワークＷの複数の位置それぞれを上側パンチ１２ａによって下方向に押圧することにより、その位置に対して曲げ加工を実行する。ワークＷの複数の位置それぞれに対して曲げ加工を実行することにより、ワークＷ全体が変形加工される。
このようなワークＷの変形加工において、その変形加工中に（例えば、ある曲げ加工が終了して次の曲げ加工が開始されるまでの間に）、作業者が、中間形状から目標形状までに必要なワークＷの変形量、すなわちワークＷの複数の位置それぞれについての必要変形量を知りたい場合がある。その中間形状から目標形状までに必要なワークＷの複数の位置それぞれについての変形量を、本実施の形態の変形加工支援システム１０は算出する。
そのために、本実施の形態の変形加工支援システム１０は、変形加工中のワークＷの形状（三次元形状）を測定する３Ｄレーザースキャナ１４と、変形加工中のワークＷを撮影するカメラ１６と、演算装置１８とを含んでいる。
３Ｄレーザースキャナ１４は、レーザーＬをワークＷ全体にわたって走査し、そのワークＷからの反射光に基づいてワークＷまでの距離を測定し、その測定した距離に基づいてワークＷの形状を三次元測定する非接触型の三次元測定機である。３Ｄレーザースキャナ１４は、ワークＷに対して曲げ加工が所定の回数行われた後、または作業者によって指定された任意のタイミングに、すなわちプレス加工機１２の上側パンチ１２ａがワークＷから離れているときに、中間形状のワークＷ全体を三次元測定する。その三次元測定データは、演算装置１８に送られる。
カメラ１６は、本実施の形態の場合、ワークＷを部分的に撮影する。そのカメラ１６は、例えば、プレス加工機１２の上側パンチ１２ａの直下に位置するワークＷの部分Ｒを撮影する。すなわち、プレス加工機１２の上側パンチ１２ａがワークＷから離れているときに、その上側パンチ１２ａによって曲げ加工された直後の中間形状のワークＷの部分Ｒを、撮影領域Ｒとしてカメラ１６は撮影する。そのカメラ１６の撮影画像（データ）は、演算装置１８に送られる。なお、カメラ１６は、理由は後述するが、可能な限り高い解像度を備えるものが好ましい。
演算装置１８は、図２に示すように、プレス加工機１２、３Ｄレーザースキャナ１４、およびカメラ１６に接続されている。演算装置１８は、プレス加工機１２から上側パンチ１２ａがワークＷから離れたことを示す信号（曲げ加工終了信号）を受け取ると、３Ｄレーザースキャナ１４に対して測定実行信号を送るとともに、カメラに対して撮影実行信号を送る。また、演算装置１８は、三次元測定を実行した３Ｄレーザースキャナ１４から中間形状のワークＷの三次元測定データを取得するとともに、撮影を実行したカメラ１６から中間形状のワークＷの撮影画像データを取得する。そして、演算装置１８は、それらのデータに基づいて、ワークＷの複数の位置それぞれについて中間形状から目標形状までに必要な必要変形量を算出する。なお、本実施の形態の場合、演算装置１８は、算出した必要変形量を、出力デバイス２０（例えばディスプレイ）を介して、作業者に対して出力するように構成されている。ここからは、この演算装置１８について詳細に説明する。
演算装置１８は、図２に示すように、ワークＷの目標形状データを取得する目標形状データ取得部５０と、３Ｄレーザースキャナ１４からワークＷの三次元測定データを取得する三次元測定データ取得部５２と、カメラ１６からワークＷの撮影画像を取得する撮影画像取得部５４と、取得した撮影画像を画像処理する画像処理部５６と、画像処理された撮影画像から基準線形状データを作成する基準線形状データ作成部５８と、三次元測定データと線形状データとに基づいて中間形状データを作成する中間形状データ作成部６０と、中間形状から目標形状までに必要なワークＷの必要変形量を算出する必要変形量算出部６２と、算出された必要変形量に基づいてコンター図を作成するコンター図作成部６４とを有する。
演算装置１８の目標形状データ取得部５０は、図３に示すように、ワークＷの目標形状データＦｔを取得する。目標形状データＦｔは、例えば、ワークＷの完成品の形状、すなわち変形加工終了後の形状を示す３ＤＣＡＤデータである。目標形状データ取得部５０は、例えば、演算装置１８に接続されたＣＡＤ装置（図示）から３ＤＣＡＤデータを取得する。なお、図中に示すＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、ワークＷが平板状であるときの幅方向、奥行き方向、および厚さ方向を示している。
なお、ワークＷの目標形状データＦｔは、理由は後述するが、その表面Ｆｔｓに、複数の交差線ＣＬｔ（すなわち交差し合う第１および第２の基準線）を備えている。本実施の形態の場合、複数の交差線ＣＬｔは、目標形状データＦｔの表面Ｆｔｓ全体に描かれた格子線（複数の第１の基準線と複数の第２の基準線とから構成される格子線）に含まれている。すなわち、複数の交差線ＣＬｔが、目標形状データＦｔの表面Ｆｔｓ全体に配置されている。
演算装置１８の三次元測定データ取得部５２は、図４に示すように、３Ｄレーザースキャナ１４からワークＷの三次元測定データＦｍを取得する。三次元測定データＦｍは、具体的には、点群データである。
なお、図６に示すように、理由は後述するが、実際のワークＷの表面Ｗｓには、複数の交差線ＣＬ（すなわち交差し合う第１および第２の基準線）が記されている。例えば、複数の交差線ＣＬは、変形加工中に消えずに維持される罫書き線である。本実施の形態の場合、複数の交差線ＣＬは、ワークＷの表面Ｗｓに記された格子線（複数の第１の基準線と複数の第２の基準線とから構成される格子線）に含まれている。すなわち、複数の交差線ＣＬが、ワークＷの表面Ｗｓ全体に配置されている。
しかし、図４に示すように、３Ｄレーザースキャナ１４によって測定されたワークＷの三次元測定データＦｍには複数の交差線ＣＬが表れていない。ワークＷの表面Ｗｓに記されている格子線（複数の交差線ＣＬ）の凹凸が小さいために、３Ｄレーザースキャナ１４では検出できずに、その三次元測定データＦｍには実質的に表れていない。これに対処するために、理由は後述するが、カメラ１６がワークＷを部分的に撮影する。
また、目標形状データＦｔの表面Ｆｔｓの格子線（複数の交差線ＣＬｔ）とワークＷの表面Ｗｓの格子線（複数の交差線ＣＬ）は、実質的に対応している。例えば、ワークＷの格子線のピッチは、平板状から目標形状にまでワークＷが変形加工されたときの伸びを考慮して、目標形状データＦｔの格子線のピッチに比べて小さくされている。
演算装置１８の撮影画像取得部５４は、図６に示すように、カメラ１６からワークＷの撮影画像Ｐｒを取得する。本実施の形態の場合、図１に示すようにカメラ１６がプレス加工機１２の上側パンチ１２ａの直下の撮影領域Ｒを撮影しているため、その撮影画像Ｐｒは、ワークＷの部分撮影画像である。図６に示すように、撮影画像Ｐｒには、ワークＷの表面Ｗｓに記された格子線（複数の交差線ＣＬ）が写っている。
演算装置１８の画像処理部５６は、カメラ１６の撮影画像Ｐｒに写る交差線ＣＬを抽出するために、撮影画像Ｐｒを画像処理する。例えば、撮影画像Ｐｒに対して輝度やコントラストの調整、輪郭強調補正などを実行する。なお、この画像処理の輝度やコントラストなどのパラメータの調整は、演算装置１８に接続された入力デバイス２２（例えばキーボードなど）を介して、作業者が行えるようにしてもよい。そのために、演算装置１８は、出力デバイス２０を介して、カメラ１６の撮影画像Ｐｒを作業者に出力する。
演算装置１８の基準線形状データ作成部５８は、図７に示すように、画像処理されたカメラ１６の撮影画像Ｐｒに写る交差線ＣＬ（すなわち交差し合う第１および第２の基準線）を抽出して、その基準線形状データＦｃｌを作成する。基準線形状データＦｃｌは、三次元形状データであって、カメラ１６とその撮影領域（領域Ｒ）との位置関係に基づいて、二次元の撮影画像Ｐｒから作製される。なお、高精度に基準線形状データＦｃｌを作成するために、カメラ１６は複数あってもよい。すなわち、複数のカメラ１６それぞれが異なる方向から共通の撮影領域Ｒを撮影し、その撮影方向が異なる複数の撮影画像から三次元の基準線形状データＦｃｌを作成する。
演算装置１８の中間形状データ作成部６０は、図７に示すように、三次元測定データ取得部５２によって３Ｄレーザースキャナ１４から取得された三次元測定データＦｍと、基準線形状データ作成部５８によって作成された基準線形状データＦｃｌとを合成する。この合成により、部分的に交差線ＣＬｉｎを備える中間形状のワークＷの形状データ（中間形状データ）Ｆｉｎが作成される。なお、３Ｄレーザースキャナ１４とカメラ１６との相対的な位置関係に基づいて、ワークＷ全体に対するカメラ１６の撮影領域Ｒの相対位置に対応するように、中間形状データＦｉｎ上に基準線形状データＦｃｌが配置される。
演算装置１８の必要変形量算出部６２は、目標形状データ取得部５０によって取得された目標形状データＦｔと、中間形状データ作成部６０によって作成された中間形状データＦｉｎとに基づいて、ワークＷの複数の位置それぞれについて中間形状から目標形状までに必要な必要変形量を算出する。
説明すると、必要変形量算出部６２は、図８に示すように、中間形状データＦｉｎの交差線ＣＬｉｎと目標形状データＦｔの対応する交差線ＣＬｔとを互いに対して位置決めすることにより、中間形状データＦｉｎと目標形状データＦｔとを並べる（重ねる）。
なお、中間形状データＦｉｎの交差線ＣＬｉｎと目標形状データＦｔの対応する交差線ＣＬｔとを互いに位置決めするために、ワークＷの複数の交差線ＣＬそれぞれおよび目標形状データＦｔの交差線ＣＬｔそれぞれは、区別可能に構成されている。例えば、交差線を構成する第１および第２の基準線の太さや形状（例えば点線など）などが異なる。また例えば、交差線それぞれに符号が付されている（ワークＷの場合、数字やアルファベットなどの文字や記号が刻印されている）。
代わりとして、出力デバイス２０がディスプレイである場合、作業者がディスプレイの画面上で、中間形状データＦｉｎの交差線ＣＬｉｎに対応する目標形状データＦｔの交差線ＣＬｔを、入力デバイス２２を介して演算装置１８に教示してもよい。
さらに説明すると、図９に示すように、中間形状データＦｉｎの交差線ＣＬｉｎを構成する第１および第２の基準線の曲率と、目標形状データＦｔの対応する交差線ＣＬｔを構成する第１および第２の基準線の曲率は厳密には異なる。例えば、中間形状データＦｉｎのある一つの交差線ＣＬｉｎを構成する第１および第２の基準線ＬＡｉｎ、ＬＢｉｎと、目標形状データＦｔの対応する交差線ＣＬｔを構成する第１および第２の基準線ＬＡｔ、ＬＢｔは、曲率について異なる。したがって、中間形状データＦｉｎの交差線ＣＬｉｎと目標形状データＦｔの交差線ＣＬｔは、全体が完全に重なるわけではなく、部分的に重なるように、互いに位置決めされる。
一例として、中間形状データＦｉｎのある１つの交差線ＣＬｉｎの第１および第２の基準線ＬＡｉｎ、ＬＢｉｎと、目標形状データＦｔの対応する交差線ＣＬｔの第１および第２の基準線ＬＡｔ、ＬＢｔとを用いた位置決めについて説明する。
まず、図１０に示すように、中間形状データＦｉｎの交差線ＣＬｉｎの第１および第２の基準線ＬＡｉｎ、ＬＢｉｎに対応するワークＷの表面Ｗｓ上の交差線ＣＬの第１および第２の基準線ＬＡ、ＬＢについて考察する。線ＬＡ（０）、ＬＢ（０）は、ワークＷの変形加工が開始される前の第１および第２の基準線ＬＡ、ＬＢを示している。線ＬＡ（１）、ＬＢ（１）はワークＷの曲げ加工が行われた第１および第２の基準線ＬＡ、ＬＢを示し、線ＬＡ（２）、ＬＢ（２）は、そこからさらに曲げ加工が行われた第１および第２の基準線ＬＡ、ＬＢを示している。
図１０に示すように、ワークＷの交差線ＣＬの第１および第２の基準線ＬＡ、ＬＢは、曲げ加工が行われる度に、その曲率が大きくなる。また、第１および第２の基準線ＬＡ、ＬＢの長さが微小である場合（すなわち、カメラ１６の撮影画像上で認識できる可能な限り最小の長さである場合）、第１の基準線ＬＡは平面ＰＡ上で変形し、第２の基準線ＬＢは平面ＰＢ上で変形するものとみなすことができる（ただし、ワークＷの位置が変わらないことが前提である）。
そのため、図１１に示すように、このようなワークＷの交差線ＣＬの第１の基準線ＬＡに対応する、中間形状データＦｉｎ上の交差線ＣＬｉｎの第１の基準線ＬＡｉｎと目標形状データＦｔ上の交差線ＣＬｔの第１の基準線ＬＡｔは、同一平面ＰＡ上に存在するものとみなすことができる。同様に、ワークＷの第２の基準線ＬＢに対応する、中間形状データＦｉｎの第２の基準線ＬＢｉｎと目標形状データＦｔの第２の基準線ＬＢｔは、同一平面ＰＢ上に存在するものとみなすことができる。
したがって、目標形状データＦｔ上の交差線ＣＬｔの第１の基準線ＬＡｔと中間形状データＦｉｎ上の交差線ＣＬｉｎの第１の基準線ＬＡｉｎとが同一平面ＰＡ上で部分的に重なるように、且つ、目標形状データＦｔ上の交差線ＣＬｔの第２の基準線ＬＢｔと中間形状データＦｉｎ上の交差線ＣＬｉｎの第２の基準線ＬＢｉｎとが同一平面ＰＢ中で部分的に重なるようにすれば、図１１に示すように、目標形状データＦｔの交差線ＣＬｔと中間形状データＦｉｎの交差線ＣＬｉｎとが互いに位置決めされる。すなわち、目標形状データＦｔの第１の基準線ＬＡｔと中間形状データＦｉｎの第１の基準線ＬＡｉとが互いに対して位置決めされ、また、目標形状データＦｔの第２の基準線ＬＢｔと中間形状データＦｉｎの第２の基準線ＬＢｉｎとが互いに対して位置決めされる。その結果、目標形状データＦｔと中間形状データＦｉｎとを適切に重ねることができる。
すなわち、適切に重ねられた目標形状データＦｔと中間形状データＦｉｎは、互いに位置決めされた目標形状データＦｔの交差線ＣＬｔと中間形状データＦｉｎの交差線ＣＬｉｎに対応するワークＷの交差線ＣＬが固定された状態で変形加工されているときのワークＷの形状に対応する。
それぞれの交差線ＣＬｔ、ＣＬｉｎを互いに対して位置決めすることによって目標形状データＦｔと中間形状データＦｉｎとが適切に並ぶ（重なる）と、必要変形量算出部６２は、ワークＷ上の複数の位置それぞれについて中間形状から目標形状までに必要な必要変形量を算出する。
具体的には、必要変形量算出部６２は、図８に示すように、重なる目標形状データＦｔと中間形状データＦｉｎとの間の差異に基づいて、目標形状データＦｔ上の複数の位置それぞれと対応する中間形状データＦｉｎ上の位置との間の距離を、ワークＷの対応する位置についての目標形状までに必要な必要変形量として算出する。
演算装置１８のコンター図作成部６４は、図１２に示すように、必要変形量算出部６２によって算出されたワークＷ上の複数の位置それぞれについての目標形状までに必要な必要変形量に基づいて、コンター図（等高線図）を作成する。作成されたコンター図は、出力デバイス２０を介して作業者に対して出力される。このコンター図を参照することにより、作業者はワークＷを目標形状に仕上げるために、様々な検討を行うことができる。その結果、ワークＷは、短時間に且つ効率よく、目的の形状に仕上げられる。
ここからは、変形加工支援システム１０の演算装置１８の動作の流れの一例について、図１３に示すフローチャートを参照しながら説明する。
まず、ステップＳ１００において、変形加工支援システム１０の演算装置１８が、図３に示すような変形加工対象のワークＷの目標形状データＦｔを取得する。
次に、ステップＳ１１０において、演算装置１８は、中間形状のワークＷに対して三次元測定を実行した３Ｄレーザースキャナ１４から、図４に示すような三次元測定データＦｍを取得する。
ステップＳ１２０において、演算装置１８は、中間形状のワークＷを部分撮影したカメラ１６から、図６に示すようなワークＷの部分撮影画像Ｐｒを取得する。
ステップＳ１３０において、演算装置１８は、ステップＳ１２０で取得したカメラ１６の撮影画像Ｐｒを画像処理する。
ステップＳ１４０において、演算装置１８は、画像処理された撮影画像Ｐｒから交差線ＣＬ（すなわち交差し合う第１および第２の基準線）を抽出して、その基準線形状データＦｃｌを作成する。
ステップＳ１５０において、演算装置１８は、図７に示すように、ステップＳ１１０で取得した中間形状のワークＷの三次元測定データＦｍとステップＳ１４０で作成した基準線形状データＦｃｌとを合成して中間形状データＦｉｎを作成する。
ステップＳ１６０において、演算装置１８は、ステップＳ１００で取得した目標形状データＦｔとステップＳ１５０で作成した中間形状データＦｉｎとを、図８に示すように、それぞれの交差線ＣＬｉｎ、ＣＬｔとを互いに対して位置決めすることによって重ね合わせる（並べる）。
ステップＳ１７０において、演算装置１８は、ステップＳ１６０で重なる目標形状データＦｔと中間形状データＦｉｎとの間の差異に基づいて、ワークＷの複数の位置それぞれについて中間形状から目標形状までに必要な必要変形量を算出する。
ステップＳ１８０において、演算装置１８は、ステップＳ１７０で算出した必要変形量に基づいて、図１２に示すようなコンター図を作成する。
そして、Ｓ１９０において、演算装置１８は、ステップＳ１８０で作成したコンター図を、図１に示す出力デバイス２０を介して作業者に出力する。
このような本実施の形態によれば、ワークＷの変形加工において、目標形状までに必要なワークＷの必要変形量を短時間で且つ高精度に算出することができる。
また、本実施の形態の場合、図３および図５に示すように、ワークＷの目標形状データＦｔの表面Ｆｔｓ全体に複数の交差線ＣＬｔ（すなわち複数の第１の基準線と複数の第２の基準線とから構成される格子線）が設けられ、同様に、ワークＷの表面Ｆｓ全体にも対応する複数の交差線ＣＬ（すなわち複数の第１の基準線と複数の第２の基準線とから構成される格子線）が設けられている。すなわち、ワークＷの目標形状データＦｔの表面Ｆｔｓ全体およびワークＷの表面Ｆｓ全体に、複数の交差線を構成する複数の第１および第２の基準線が設けられている。これにより、目標形状データＦｔの任意の交差線に対して対応する中間形状データＦｉｎの交差線を位置決めすることができる。これにより、ワークＷの任意の位置を基準として（その任意の位置についての必要変形量をゼロにして）、残りの位置それぞれについての目標形状までの必要変形量を算出することができる。それにより、例えば、肉厚が薄いなどの理由によってこれ以上曲げ加工できない位置の交差線で位置決めして目標形状データと中間形状データとを重ねることにより、ワークの他の位置それぞれの目標形状までに必要な変形量を算出することができる。したがって、目標形状データとワークそれぞれの表面の一部に交差線を設ける場合に比べて、ワークの変形加工のやり方に関して自由度が向上する。
さらに、本実施の形態の場合、図７に示すような中間形状データＦｉｎは、３Ｄレーザースキャナ１４の三次元測定データＦｍと、カメラ１６の撮影画像Ｐｒと、撮影画像Ｐｒから交差線（すなわち交差し合う第１および第２の基準線）を抽出して基準線形状データＦｃｌを作成する演算装置１８の基準線形状データ作成部５８と、三次元測定データＦｍと基準線形状データＦｃｌとから中間形状データＦｉｎを作成する演算装置１８の中間形状データ作成部６０とによって取得される。すなわち、これらは中間形状データ取得部として機能する。
中間形状データを取得する手段として３Ｄレーザースキャナ１４を使用することにより、大きな形状のワークＷの中間形状データを短時間で作成することができる。
さらにまた、本実施の形態の場合、中間形状のワーク上の複数の位置それぞれの目標形状までの必要変形量に基づいてコンター図を作成する。そのコンター図を参照した作業者は、直感的に、中間形状のワーク全体の状態、これから曲げ加工を行うべき位置やその曲げ加工量などの情報を知ることができる。
（第２の実施の形態）
本実施の形態に係る変形加工支援システムと上述の第１の実施の形態に係る変形加工支援システムとの違いは、演算装置の必要変形量算出部が行う、目標形状データの基準線と中間形状データの基準線との互いに対する位置合わせの仕方が異なることである。したがって、この異なる位置合わせの仕方について説明する。
上述の第１の実施の形態の場合、図１１に示すように、目標形状データの表面と中間形状データの表面それぞれの第１および第２の基準線を用いて、すなわちそれぞれの２本の基準線を用いて、目標形状データの基準線と中間形状データの基準線との互いに対する位置合わせが実行されている。これに対して、本実施の形態は、目標形状データの表面上の１本の基準線と中間形状データの表面上の対応する１本の基準線とを用いて、目標形状データの基準線と中間形状データの基準線との互いに対する位置合わせを実行する。
図１４に示すように、まず、演算装置の必要変形量算出部は、目標形状データの１本の基準線Ｌｔの両端を結ぶ仮想直線Ｖｔを算出するとともに、中間形状データの対応する１本の基準線Ｌｉｎの両端を結ぶ仮想直線Ｖｉｎを算出する。次に、この算出したそれぞれの仮想直線Ｖｔ、Ｖｉｎが同一直線上で重なるように、目標形状データと中間形状データとを並べる。さらに、仮想直線Ｖｔ、Ｖｉｎが同一直線上で重なる状態で、目標形状データと中間形状データとが交差しないように、仮想直線Ｖｔ、Ｖｉｎを基準とする目標形状データと中間形状データの姿勢を算出する。これにより、目標形状データの基準線Ｌｔと中間形状データの基準線Ｌｉｎとが互いに位置決めされ、その結果として、目標形状データと中間形状とが適切に並ぶ。
なお、別の観点から言えば、仮想直線Ｖｔ、Ｖｉｎが同一直線上で重なり、且つ、目標形状データの基準線Ｌｔ、中間形状データの基準線Ｌｉｎ、および仮想直線Ｖｔ、Ｖｉｎが同一平面上に存在することにより、目標形状データの基準線Ｌｔと中間形状データの基準線Ｌｉｎが互いに対して位置決めされる。
さらには、目標形状データと中間形状データとをより適切に重ねるためには、仮想直線Ｖｔ、Ｖｉｎそれぞれの中点が一致するのがより好ましい。
本実施の形態も、上述の第１の実施の形態と同様に、ワークの変形加工において、目標形状までに必要なワークの必要変形量を短時間で且つ高精度に算出することができる。
以上、上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明の実施の形態はこれに限らない。
例えば、上述の実施の形態の場合、３Ｄレーザースキャナ１４の三次元測定精度が低いために、すなわちワークＷ上の基準線を検出することができないために、その基準線を検出するための手段としてカメラ１６が補完的に使用されている。３Ｄレーザースキャナ１４がワークＷ上の基準線を検出することができる場合、すなわち三次元測定データ上に基準線が表れている場合、カメラ１６を省略することが可能である。すなわち、３Ｄレーザースキャナ１４が、基準線を含むワークの中間形状データを取得する手段として機能する。
これに関して言えば、３Ｄレーザースキャナを使用することなく、カメラによって中間形状のワークを複数の方向から撮影し、その複数の撮影画像データに基づいてワークの中間形状データを作成することも可能である。具体的には、撮影画像それぞれからワークの部分形状を抽出し、その抽出した部分形状データを１つに合成することによって中間形状データを作成する中間形状データ作成部を、演算装置が有する。この場合、カメラの撮影画像から、ワークの部分形状だけでなく、ワーク上の基準線の形状も抽出することが可能である。その結果、表面に基準線を含む中間形状データを得ることができる。
また、上述の実施の形態の場合、ワークの変形加工（複数回の曲げ加工）は、プレス加工機によって実行されているが、本発明の実施の形態はこれに限らない。例えば、ヘラ絞り加工などであってもよい。すなわち、本発明の実施の形態は、広義には、ワークの一部を除去することなくその形状を変化させるワークの変形加工に関するものである。
なお、目標形状データの表面とワークの表面とに設けられる基準線（上述の第１の実施の形態の場合は第１および第２の基準線から構成される格子線）は、ワークの曲げ方向を考慮して設けられるのが好ましい。すなわち、第１の実施の形態の場合には、図１０に示すように、交差線を構成する第１および第２の基準線それぞれがワークの変形加工中に実質的に同一平面上で変形するように、交差線を目標形状データの表面とワークの表面とに設けるのが好ましい。それにより、目標形状データの交差線と中間形状データの交差線との互いに対する位置決めを高精度に行うことができ、それにより図８に示すように目標形状データと中間形状データとを高精度に重ねることができ、その結果として、ワークの複数の位置それぞれについて目標形状までの必要変形量を高精度に算出することができる。
さらに、上述の第１の実施の形態の場合、ワークの目標形状データと中間形状データそれぞれの交差線、すなわち交差し合う第１および第２の基準線を用いて目標形状データと中間形状データとを位置決め状態で重ねているが、本発明の実施の形態はこれに限らない。目標形状データと中間形状データとの重ね合わせに用いられ、それぞれの表面に設けられる第１および第２の基準線は、その表面上で交差してなくてもよい。この場合でも、上述の実施の形態のように第１および第２の基準線が交差する場合と同様に、目標形状データと中間形状データとを位置決め状態で重ね合わせることが可能である。
本発明は、ワークの形状を変形させる変形加工であれば適用可能である。
１０ 変形加工支援システム
Ｆｉｎ 中間形状データ
Ｆｔ 目標形状データ
Ｗ ワーク

Claims (14)

  1. ワークの変形加工において、ワークの中間形状と目標形状との間の差異に基づいてその中間形状から目標形状までに必要な必要変形量を算出する変形加工支援システムであって、
    基準線が表面に設けられているワークの目標形状データを取得する目標形状データ取得部と、
    変形加工中に、基準線が表面に記されている中間形状のワークから中間形状データを取得する中間形状データ取得部と、
    基準線同士を互いに対して位置決めすることによって目標形状データと中間形状データとを並べ、その並ぶ目標形状データと中間形状データとの間の差異に基づいてワーク上の複数の位置それぞれについて必要変形量を算出する必要変形量算出部と、を有する変形加工支援システム。
  2. 目標形状データの表面とワークの表面それぞれに第１および第２の基準線が設けられ、 必要変形量算出部が、目標形状データ上の第１の基準線と中間形状データ上の第１の基準線とが同一平面上で部分的に重なるように、且つ、目標形状データ上の第２の基準線と中間形状データ上の第２の基準線とが同一平面上で部分的に重なるように、目標形状データと中間形状データの第１の基準線同士および第２の基準線同士を互いに対して位置決めする、請求項１に記載の変形加工支援システム。
  3. 必要変形量算出部が、目標形状データ上の基準線の両端を結ぶ仮想直線と中間形状データ上の基準線の両端を結ぶ仮想直線とが同一直線上で重なるように、且つ、目標形状データと中間形状データとが交差しないように、目標形状データの基準線と中間形状データの基準線とを互いに対して位置決めする、請求項１に記載の変形加工支援システム。
  4. 中間形状データ取得部として、
    ワーク全体の形状を三次元測定する３Ｄレーザースキャナと、
    ワーク上の基準線を撮影するカメラと、
    カメラの撮影画像から基準線を抽出して基準線形状データを作成する基準線形状データ作成部と、
    ３Ｄレーザースキャナの三次元測定データと基準線形状データとを合成して中間形状データを作成する中間形状データ作成部と、を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の変形加工支援システム。
  5. 中間形状データ取得部として、
    中間形状のワークを複数の方向から撮影するカメラと、
    カメラによって複数の方向から撮影された複数の撮影画像データに基づいて中間形状データを作成する中間形状データ作成部と、を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の変形加工支援システム。
  6. 必要変形量算出部によって算出されたワーク上の複数の位置それぞれの必要変形量に基づいて、コンター図を作成するコンター図作成部を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の変形加工支援システム。
  7. 目標形状データの表面全体およびワークの表面全体に格子線が設けられることにより、複数の基準線が設けられている、請求項１から６のいずれか一項に記載の変形加工支援システム。
  8. ワークの変形加工において、ワークの中間形状と目標形状との間の差異に基づいてその中間形状から目標形状までに必要な必要変形量を算出する変形加工支援方法であって、
    基準線が表面に設けられているワークの目標形状データを取得し、
    変形加工開始前のワークの表面に対して基準線を記し、
    変形加工中に、基準線が表面に記されている中間形状のワークから中間形状データを取得し、
    基準線同士を互いに対して位置決めすることによって目標形状データと中間形状データとを並べ、
    並ぶ目標形状データと中間形状データとの間の差異に基づいて、中間形状のワーク上の複数の位置それぞれについて必要変形量を算出する、変形加工支援方法。
  9. 目標形状データの表面とワークの表面それぞれに第１および第２の基準線が設けられ、
    目標形状データと中間形状データの第１の基準線同士および第２の基準線同士の互いに対する位置決めが、目標形状データ上の第１の基準線と中間形状データ上の第１の基準線とが同一平面上で部分的に重なるように、且つ、目標形状データ上の第２の基準線と中間形状データ上の第２の基準線とが同一平面上で部分的に重なるように行われる、請求項８に記載の変形加工支援方法。
  10. 目標形状データ上の基準線の両端を結ぶ仮想直線と中間形状データ上の基準線の両端を結ぶ仮想直線とが同一直線上で重なるように、且つ、目標形状データと中間形状データとが交差しないように、目標形状データの基準線と中間形状データの基準線とを互いに対して位置決めする、請求項８に記載の変形加工支援方法。
  11. ３Ｄレーザースキャナを用いてワーク全体の形状を三次元測定し、
    カメラによってワーク上の基準線を撮影し、
    カメラの撮影画像から基準線を抽出して基準線形状データを作成し、
    ３Ｄレーザースキャナの三次元測定データと基準線形状データとを合成して中間形状データを作成する、請求項８から１０のいずれか一項に記載の変形加工支援方法。
  12. カメラによって複数の方向から撮影された中間形状のワークの複数の撮影画像データに基づいて、中間形状データを作成する、請求項８から１０のいずれか一項に記載の変形加工支援方法。
  13. ワーク上の複数の位置それぞれについて算出された必要変形量に基づいて、コンター図を作成する、請求項８から１２のいずれか一項に記載の変形加工支援方法。
  14. 目標形状データの表面全体およびワークの表面全体に格子線が設けられることにより、複数の基準線が設けられている、請求項８から１３のいずれか一項に記載の変形加工支援方法。
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