JP2019100803A - Workpiece measuring system by one camera, and machining center mounted with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば金属素材や合成樹脂素材等から成るブロック状の始発ワークを、目的の立体形状に削り出して行くモデリングマシン等のマシニングセンタ（切削機）に組み込まれることが好ましいワーク測定システムに関するものであって、特に切削・研削等の実質的な加工に先立ち、テーブル上に固定したワークの位置を能率的に且つ容易に測定することができるようにした新規なワーク測定システム並びにこのシステムが搭載されたマシニングセンタに係るものである。 The present invention relates to a work measuring system that is preferably incorporated into a machining center (cutting machine) such as a modeling machine that cuts out a block-shaped initial work made of, for example, a metal material or a synthetic resin material into a desired three-dimensional shape. In particular, a new workpiece measurement system and a system for efficiently and easily measuring the position of a workpiece fixed on a table prior to substantial processing such as cutting and grinding, etc. Pertaining to the machining center.
例えばいわゆるマシニングセンタにより金属素材をＣＡＤ／ＣＡＭデータに基づき三次元形状に切削・研削して行く装置としてモデリングマシンが普及しつつある。
この種の装置は、自動的に立体形状を削り出す点で、金属加工や樹脂成形の分野で大いなる評価を得ている。しかしながら、事前に行う、いわゆる数値制御の設定等については、その制御データの扱いにかなりの熟練が要求され、誰でも容易に扱えるものではない。
For example, modeling machines are being widely used as an apparatus for cutting and grinding a metal material into a three-dimensional shape based on CAD / CAM data using a so-called machining center.
An apparatus of this type is highly regarded in the field of metal processing and resin molding in that it automatically forms a three-dimensional shape. However, with regard to setting of so-called numerical control performed in advance, considerable skill is required to handle the control data, and it can not be easily handled by anyone.
また、実質的な切削・研削加工を行うにあたっては、まずブロック状の始発ワーク（以下、単にワークとする）を、加工機のテーブル上にバイス等を使って固定する作業が必要となるが、この際、例えばワークの基準面を、テーブル（テーブルの移動方向またはテーブルの一面）に対し平行（または直角）に取り付けたい場合がある。このようなときには、まずワークをテーブル上に仮クランプするものであり、これは作業者の感覚により行われる（ワークをテーブルに対しほぼ平行（またはほぼ直角）等になるように仮クランプする）。
その後、例えばダイヤルゲージ等を使い、その接触子をワークの基準面に何箇所か当てて（少なくとも二箇所以上）、ワークの基準面が平行（または直角）からどの程度ずれているか計測し、仮クランプの微調整をして行くものである（仮クランプの補正）。そして、このような計測と補正を何回か繰り返した後、ワーク（基準面）をテーブルに対し平行（または直角）に設定した上で、ワークをテーブル上にしっかりと固定する（最終クランプ（本クランプ））。
In addition, in order to perform substantial cutting and grinding, it is first necessary to fix a block-shaped first-generation work (hereinafter simply referred to as a work) on a table of a processing machine using a vise or the like. At this time, for example, it may be desired to attach the reference surface of the workpiece in parallel (or at right angles) with the table (the moving direction of the table or one surface of the table). In such a case, first, the work is temporarily clamped on the table, which is performed by the operator's sense (temporarily clamps the work so as to be approximately parallel (or approximately perpendicular) to the table).
After that, use a dial gauge, for example, place some of the contacts on the reference surface of the work (at least two places), measure how much the reference plane of the work deviates from parallel (or right angle), Fine adjustment of the clamps will be made (correction of temporary clamps). Then, after repeating such measurement and correction several times, set the work (reference plane) parallel (or perpendicular) to the table, and then fix the work firmly on the table (final clamp Clamp)).
また、このようにして最終クランプを掛けたワークに対し、切削加工等の実加工を施すにあたっては、ワークの基準面を原点とする原点出し（芯出し）を行い、その原点位置をモデリングマシン等の加工機の制御部にインプットする必要がある。なお、その原点出しの作業には、一例として図７に示すように、アキューセンターと呼ばれる芯出し治具Ｊｓが使用されることがある。
この芯出し治具Ｊｓは、例えば上記図７に示すように、円板状のフランジ大径部Ｊｓ１の一端側に、細長円柱状のロッド部（後述のシャンクＪｓ２と測定子Ｊｓ３）を突出させた金属片（独楽状の金属片）Ａｓを一対とし、これら一対の金属片Ａｓを、マグネットとバネによって、互いのフランジ大径部Ｊｓ１を合わせるように接続させて成るが、接続部で互いのフランジ大径部Ｊｓ１がずれること、つまりロッド部の偏心が許容される構造となっている。
そして、一方のロッド部が、スピンドルチャック等に把持されるシャンクＪｓ２となり、これに対向する他のロッド部がワークＷに当接させる測定子Ｊｓ３となる。
In addition, when performing actual processing such as cutting on the workpiece to which the final clamp is applied in this way, origination (centering) is performed with the reference surface of the workpiece as the origin, and the origin position is used as a modeling machine Need to be input to the control unit of In addition, as shown in FIG. 7 as an example, a centering jig Js called an "acue center" may be used for the work of the origin setting.
For example, as shown in FIG. 7, this centering jig Js causes an elongated cylindrical rod portion (a shank Js2 and a measuring element Js3 described later) to project from one end side of the disk-shaped flange large diameter portion Js1. A pair of metal pieces (songlike metal pieces) As is used as a pair, and these pair of metal pieces As are connected by a magnet and a spring so that the flange large diameter portions Js1 are aligned with each other. The flange large diameter portion Js1 is shifted, that is, the eccentricity of the rod portion is permitted.
And one rod part becomes shank Js2 grasped with a spindle chuck etc., and the other rod part which opposes this becomes measuring element Js3 which contacts work W.
また、この芯出し治具Ｊｓの使い方は、例えば上記図７に示すように、シャンクＪｓ２と測定子Ｊｓ３の軸芯を合致させた状態（二つのフランジ大径部Ｊｓ１にズレがない状態）で芯出し治具Ｊｓを回転させながら、ワークＷの基準面（端面）に少しずつ接近させて行くものである。そして測定子Ｊｓ３がワークＷの基準面に触れると、測定子Ｊｓ３がずれるため、このずれた位置を検出することにより（測定子Ｊｓ３の半径分を補正することが必要）、簡単にワークＷの原点出し（基準面の位置検出）が行えるものである。もちろん、このようにして得られた原点位置は上記のように実加工を行う前にモデリングマシン等の加工機（制御部）にインプットされる。
なお、このような芯出し治具Ｊｓは、ワークＷの原点出しを行うだけでなく、ワーク端面の傾斜状態を計測する際などにも使用される。
また、このようなワーク位置測定後、モデリングマシン等の加工機によって切削・研削加工を行う場合には、適用する刃物一つ一つについて刃先高さ（位置）の原点出しを行うものであり、もちろんこのデータについても加工機の制御部に事前にインプットされる（刃物についての刃先高さの原点出しについては後述する）。
Also, how to use this centering jig Js is, for example, in a state in which the shaft centers of the shank Js2 and the measuring element Js3 are aligned (in a state where there is no deviation between the two flange large diameter portions Js1) as shown in FIG. While rotating the centering jig Js, it is made to approach the reference surface (end surface) of the work W little by little. When the probe Js3 touches the reference surface of the workpiece W, the probe Js3 shifts, so by detecting this shifted position (the radius of the probe Js3 needs to be corrected), the workpiece W is easily It is possible to perform origin search (position detection of the reference surface). Of course, the origin position thus obtained is input to a processing machine (control unit) such as a modeling machine before actual processing as described above.
Such a centering jig Js is used not only for finding the origin of the workpiece W, but also for measuring the inclined state of the end surface of the workpiece.
In addition, when performing cutting and grinding with a processing machine such as a modeling machine after such work position measurement, the origin of the cutting edge height (position) is performed for each blade to be applied, Of course, this data is also input in advance to the control unit of the processing machine (finding the origin of the cutting edge height for the cutter will be described later).
このように従来は、実加工を行うにあたり、事前にワークＷの取り付け・原点出し（芯出し）等を行う必要があり、これらは専ら作業者による手作業で行われていた。このため正確なデータを得るには熟練を要するし、また熟練の作業者であっても相応の作業時間を要することとなっており、手間の掛かる煩わしい作業であった。
そのため、このような煩わしい作業を極力減らすべく、カメラを使ってワークの位置を測定することが考えられている。この方法は、例えば二台以上のカメラを使って、テーブル上に固定したワークを撮影し、その映像からワークまでの距離やテーブルへの固定姿勢等を測定するという方法であり、いわゆるステレオビジョン（ステレオ視）等と称される手法であり、考え方としては分かり易い（例えば特許文献１参照）。
As described above, conventionally, when performing actual processing, it is necessary to perform attachment, origination (centering), and the like of the work W in advance, and these are exclusively performed manually by the operator. For this reason, it takes skill to obtain accurate data, and even a skilled worker requires a corresponding operation time, which is a time-consuming and troublesome operation.
Therefore, in order to reduce such a bothersome work as much as possible, it is considered to measure the position of a work using a camera. This method is, for example, a method in which a work fixed on a table is photographed using two or more cameras, and the distance from the image to the work, the fixed posture to the table, and the like are measured. It is a method called stereo vision etc., and it is easy to understand as an idea (for example, refer to patent document 1).
しかしながら、実際の加工機（マシニングセンタ）では、テーブル面に対向して二台以上のカメラを固定することは必ずしも容易に採り得る手法ではなかった。これは実際の加工機は、あくまでも切削等の実加工を行うために製作されており、この作業に直接関与しない付随作業、すなわちワークの取り付けやその位置測定等の作業については、もともと考慮されていないためである。もとより加工機には、カメラを複数基、設置するスペース等は、考慮されておらず、このような付随作業のためにマシン（加工機）自体を大型化させることも現実的ではなかった。加えて、マシニングセンタの一種であるモデリングマシンについては、これを実際に使用するユーザから、設計室や研究室などの室内でも設置できるだけの小型化がますます求められており、マシン（加工機）自体を大型化させることは到底不可能であった。 However, in an actual processing machine (machining center), fixing two or more cameras facing the table surface is not always an easy method. This is because the actual processing machine is manufactured to do the actual processing such as cutting to the last, incidental work that is not directly involved in this work, that is, work such as attachment of work and measurement of its position is originally considered It is because there is not. As a matter of course, the space for installing a plurality of cameras, installation space, etc. is not considered in the processing machine, and it is not realistic to enlarge the machine (processing machine) itself for such an accompanying operation. In addition, with regard to modeling machines, which are a type of machining center, the users who actually use them are increasingly required to be compact enough to be installed in a room such as a design room or a laboratory, etc., and the machine (processing machine) itself It was impossible at all to make the
また、たとえ実際の加工機に、二台のカメラを設置するスペースが確保できたとしても、現実には、二台のカメラを正確に一定距離、離して、しかも正確な撮影姿勢で取り付けることは極めて難しく、このようなカメラの設置自体が現実的には困難であった。 In addition, even if the space for installing two cameras can be secured in an actual processing machine, in reality, it is not possible to mount the two cameras accurately at a certain distance, apart from each other, and in the correct photographing posture. It was extremely difficult, and installation of such a camera itself was practically difficult.
本発明は、このような背景を認識してなされたものであって、一台のカメラでもテーブル上に固定した始発ワークの位置を測定することができるようにした新規なワーク測定システム並びにこのシステムを適用したマシニングセンタの開発を試みたものである。 The present invention has been made in recognition of such backgrounds, and is a novel work measuring system and system for enabling measurement of the position of an initial work fixed on a table by a single camera. It is an attempt to develop a machining center to which
まず請求項１記載の、一台のカメラによるワーク測定システムは、
ワークを固定するテーブルと、このテーブルに対し適宜の距離を隔てて対向的に設けられる一台のカメラとを具え、このカメラでワークを撮影することにより、ワークがテーブルのどこに位置しているのかを測定するシステムであって、
前記テーブルとカメラとは、少なくともいずれかが平行移動できるように構成され、
またワークは、テーブル上においてカメラの視野角内に固定されるものであり、
前記カメラでワークを測定するにあたっては、テーブルまたはカメラを、ワークが撮影できる視野角の範囲内で一定距離、移動させ、これに伴う撮影した映像上のワークの移動量から、この移動量に見合うテーブル上のワーク高さを割り出し、これによりテーブル上におけるワークの位置を検出するようにしたことを特徴として成るものである。
First, a workpiece measurement system using one camera according to
It has a table for fixing the work and a single camera oppositely placed at an appropriate distance from this table, and by photographing the work with this camera, where on the table the work is located A system that measures
The table and the camera are configured such that at least one of them can move in parallel.
The work is fixed on the table within the viewing angle of the camera,
In measuring the work by the camera, the table or the camera is moved by a fixed distance within the range of the viewing angle that the work can be photographed, and the movement of the work on the photographed image accompanying this is matched with this movement It is characterized in that the height of the work on the table is determined, and thereby the position of the work on the table is detected.
また請求項２記載の、一台のカメラによるワーク測定システムは、前記請求項１記載の要件に加え、
前記ワークは、基準面が、テーブルに対し、直角または平行以外の傾きを有して固定されていることを特徴として成るものである。
In addition to the requirements according to
The work is characterized in that the reference surface is fixed to the table with an inclination other than perpendicular or parallel.
また請求項３記載の、一台のカメラによるワーク測定システムは、前記請求項１または２記載の要件に加え、
前記一台のカメラでワークの位置を測定した後、接触式のセンサを用いて、より精密にワークの位置測定を行うようにしたことを特徴として成るものである。
In addition to the requirements described in
The present invention is characterized in that after the position of the workpiece is measured by the one camera, the position of the workpiece is measured more accurately using a contact type sensor.
また請求項４記載の、一台のカメラによるワーク測定システムは、前記請求項１から３のいずれか１項記載の要件に加え、
前記カメラによるワークの測定によって、ワークがサイズ違いであるか否かを判定するようにしたことを特徴として成るものである。
In addition to the requirements described in any one of
It is characterized in that it is determined whether or not the size of the workpiece is different by measuring the workpiece by the camera.
また請求項５記載のマシニングセンタは、前記請求項１から４のいずれか１項記載のワーク測定システムが搭載されていることを特徴として成るものである。
A machining center according to claim 5 is characterized in that the work measurement system according to any one of
これら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
すなわち、請求項１または５記載の発明によれば、テーブルまたはカメラを一定距離移動させながらワークを撮影するため、一台のカメラでもテーブル上に固定した始発ワークの高さや位置を測定することができる。
The problem is solved by means of the configuration of the invention described in each of the claims.
That is, according to the invention of
また、請求項２または５記載の発明によれば、ワークをテーブルに対し、直角または平行に固定する必要がない。またワークをテーブルに仮クランプしてから直角または平行に固定し直す必要もなく、実加工の前に行うワークの固定作業や測定作業が効率的に行える。 Further, according to the invention described in claim 2 or 5, it is not necessary to fix the work at right angle or in parallel to the table. In addition, it is not necessary to temporarily clamp the work on the table and then fix the work at a right angle or in parallel again, and the work of fixing and measuring the work performed before the actual processing can be efficiently performed.
また、請求項３または５記載の発明によれば、カメラによるワーク測定後に、接触式のセンサを用いて、より精密な位置測定を行うため、例えばカメラによるワーク測定では比較的誤差が大きい場合でも、その後の実加工を高い精度で行うことができる。
また、接触式のセンサでは測定子をワークに当てて測定するが、事前にカメラによる測定でワークの位置がほぼ特定できているため、上記測定子をワークに強く当て過ぎてしまうことも防止できる。
Further, according to the invention of claim 3 or 5, since the contact type sensor is used to perform more accurate position measurement after measuring the work by the camera, for example, even when the work measurement by the camera has a relatively large error , And subsequent actual processing can be performed with high accuracy.
Further, in the contact type sensor, the measuring element is applied to the work and measurement is performed, but since the position of the work can be identified in advance by measurement with a camera, it is possible to prevent the above measuring element from being applied too strongly to the work .
また、請求項４または５記載の発明によれば、カメラによって測定したワークのデータから、テーブル上に固定されたワークの適否を判定するため、実加工を行う前にワークのサイズ違いを識別でき、無駄な実加工を防止することができる。
また、このような自動判定をシステムに持たせることで、実際の加工機にワークをセットするオペレータ（作業者）が、目的の三次元形状がどのような形状や大きさであるのかが分かっていなくても実加工に移行することができる。すなわち、ワークをセットする作業者に、加工に伴う専門的な知識がなくても、実加工ができるようになり、例えばモデリング形状の設計者と、実加工を行う場所が遠く離れていても、実加工を行うことができる。
Further, according to the invention of claim 4 or 5, since the suitability of the work fixed on the table is determined from the data of the work measured by the camera, the difference in size of the work can be identified before performing the actual processing. It is possible to prevent unnecessary actual processing.
Also, by having such automatic determination in the system, the operator (operator) who sets the work on the actual processing machine knows what shape and size the target three-dimensional shape is. Even without it, it is possible to shift to actual processing. That is, even if the worker who sets the work does not have specialized knowledge associated with processing, actual processing can be performed, for example, even if the designer of the modeling shape is far from the place where actual processing is to be performed, It can do actual processing.
本発明を実施するための形態は、以下述べる実施例をその一つとするものであるとともに、この技術思想に基づく種々の改良した実施例をも含むものである。 The mode for carrying out the present invention includes the embodiment described below as one of them, and also includes various improved embodiments based on this technical concept.
以下、本発明を図示の実施例に基づいて具体的に説明する。
なお、説明にあたっては本発明のワーク測定システム（一台のカメラによるワーク測定システム）Ｓが搭載されるマシニングセンタとしてモデリングマシンＭを例に挙げ、このモデリングマシンＭの概略から説明する。
モデリングマシンＭは、一例として図１（ａ）に示すように、縦長ボックス状の筐体１０の内部に、切削加工等の実加工を行う加工空間Ｒが形成されて成り、この加工空間ＲはモデリングマシンＭの正面側に設けられた開閉扉１１によって開閉自在に構成され、ここからワークＷ（特に加工前のものを始発ワークと称することがある）の取り出しが行われる。因みに、開閉扉１１は、モデリングマシンＭの正面から視て左側壁の内側に収納されるようなスライド構造となっている。
また、加工空間Ｒの下部にはテーブル１２が設けられ、ここにワークＷが固定される。なお、ワークＷをテーブル１２上に固定するにあたっては、例えばテーブル１２面に形成された溝（ここではＴ溝）を利用し、バイス等を使って固定するものである。
なお、本実施例においては、テーブル１２がモデリングマシンＭの前後方向に移動できるように構成されており（しかも正確な平行移動）、この方向をＹ方向とする。
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on the illustrated embodiments.
In the description, a modeling machine M will be described as an example of a machining center on which a workpiece measurement system (a workpiece measurement system using one camera) S of the present invention is mounted, and the outline of the modeling machine M will be described.
As shown in FIG. 1A as an example, the modeling machine M is formed by forming a processing space R for performing actual processing such as cutting processing inside the vertically elongated box-
Further, a table 12 is provided in the lower part of the processing space R, and the workpiece W is fixed thereto. When the workpiece W is fixed on the table 12, for example, a groove (here, a T groove) formed on the surface of the table 12 is used and fixed using a vise or the like.
In the present embodiment, the table 12 is configured to be movable in the front-rear direction of the modeling machine M (and accurate parallel movement), and this direction is taken as the Y direction.
また、加工空間Ｒの上方には、一例として図１（ｂ）・（ｃ）に示すように、刃物ユニット１３が設けられる。この刃物ユニット１３は、スピンドルチャック１４に対し、嵌合自在に取り付けられるものであり、刃物ユニット１３は、刃物１３ａとこれを保持し、なお且つスピンドルチャック１４と嵌合するテーパー軸形状を有するホルダ１３ｂとを具えて成る。
またスピンドルチャック１４は、スピンドルホルダ１５に対し回転自在に保持され、このスピンドルホルダ１５の上方に、スピンドルモータＭ１が設けられる。
ここで本実施例においては、刃物ユニット１３（スピンドルホルダ１５）がモデリングマシンＭの左右方向（これをＸ方向とする）及び上下方向（これをＺ方向とする）に移動できるように構成されている。
Moreover, above the processing space R, as shown to FIG. 1 (b) * (c) as an example, the
The
Here, in the present embodiment, the cutter unit 13 (spindle holder 15) is configured to be movable in the left-right direction (this is taken as the X direction) and up and down direction (this is taken as the Z direction) of the modeling machine M. There is.
また、本実施例においては種々の切削加工が行えるように前記筐体１０内には刃物ストッカ１６が設けられ、ここに複数の刃物ユニット１３が格納される。もちろん、刃物ユニット１３の選択・交換も自動で行われる（いわゆるＡＴＣ（自動工具交換装置））。
また刃物ユニット１３は、加工空間Ｒを前後方向に仕切るように設けられた仕切板１７の後方側に設けられ、一見するとこの仕切板１７で遮られた状態に設けられる。
Further, in the present embodiment, a
Further, the
このようにモデリングマシンＭは、スピンドルチャック１４に適宜の刃物ユニット１３を取り付けるとともに、テーブル１２上にワークＷを固定し、制御プログラムに対応した刃物ユニット１３の選択とその移動を行うことにより、ワークＷに対し、目的とする三次元形状を切削・研削加工して行く装置である。
なお、モデリングマシンＭを使用するユーザからは、上述したように、設計室や研究室などの室内でも設置できる小型化の要求が近年、ますます求められている。
因みに、本発明のワーク測定システムＳが搭載される加工機としては、モデリングマシンＭだけでなく、自動工具交換機能を有し、目的に応じてフライス削り、中ぐり、ねじ立て等の異種の加工を一台で行うことができる数値制御工作機械（いわゆるマシニングセンタ）全般が想定される。
As described above, the modeling machine M mounts the
In addition, from the user who uses the modeling machine M, as mentioned above, the demand for miniaturization which can be installed in a room such as a design room or a laboratory is increasingly demanded in recent years.
Incidentally, as a processing machine on which the workpiece measurement system S of the present invention is mounted, not only the modeling machine M but also an automatic tool change function, and different types of processing such as milling, boring and tapping according to the purpose It is assumed that all numerically controlled machine tools (so-called machining centers) that can carry out
次に、本発明のワーク測定システム（一台のカメラによるワーク測定システム）Ｓについて説明する。
本発明のワーク測定システムＳは、一例として図１に示すように、上記モデリングマシンＭの加工空間Ｒに組み込まれるものであり、ブロック状の始発ワークＷを固定するテーブル１２と、このテーブル１２に対し適宜の距離を隔てて対向的に設けられる一台のカメラ２１とを具えて成る。
ここでカメラ２１としては、例えば一般的なＣＣＤカメラを適用することができ、本実施例では上記モデリングマシンＭの仕切板１７から正面側に突出状態に設けられた保持ロッド１８の先端部に固定される。
またテーブル１２は、モデリングマシンＭのテーブル１２を適用するものであり、これらテーブル１２とカメラ２１とは、少なくともいずれか一方が平行移動できるように構成される。因みに、本実施例では上記のようにテーブル１２がＹ方向に前後移動できるように構成され、カメラ２１が固定状態に設置されている。
Next, a workpiece measurement system (a workpiece measurement system with one camera) S of the present invention will be described.
The workpiece measurement system S of the present invention is incorporated in the processing space R of the modeling machine M as shown in FIG. 1 as an example, and a table 12 for fixing a block-shaped first workpiece W, and the table 12 And a
Here, for example, a general CCD camera can be applied as the
The table 12 applies the table 12 of the modeling machine M, and at least one of the table 12 and the
また当然ながら始発ワークＷは、テーブル１２上においてカメラ２１の視野角内に固定されるものであり、テーブル１２を一定距離移動した後も、ワークＷがカメラ２１の視野角内に収まるように設定される（移動前後のワークＷがカメラ２１の視野角内に入るように設定される）。
また、ワーク測定システムＳは、カメラ２１で撮影した映像を目視できるモニター２２を具えるものであり、他にもカメラ２１で映した移動前後のワークＷの距離（映像上の距離）から実際のワークＷの高さ等を検出する制御部（図示略）を具えるものであるが、これらはモデリングマシンＭがもともと有しているものを適用することができる。
なお、本発明では、ワークＷの測定にあたり、一台のカメラ２１でワークＷを撮影しならが、テーブル１２またはカメラ２１を、ワークＷが撮影できる視野角内で一定距離、移動させ、これに伴う映像上のワークＷの移動量から、この移動量に見合うテーブル１２上のワーク高さを割り出し、これによりテーブル１２上におけるワークＷの位置（固定位置）を特定するものである。
Also, as a matter of course, the first work W is fixed within the view angle of the
In addition, the workpiece measurement system S includes a
In the present invention, when measuring the work W, if the work W is photographed by one
以下、ワークＷを撮影しながら、これを載せたテーブル１２を一定距離移動させることによってワークＷの実際の高さや位置が割り出せる経緯について説明する。
まず一台のカメラ２１で同じ幅寸法（図中Ｌ１）のワークＷを撮影した様子を、その映像とともに図２に示す。ここで図２（ａ）は、ワークＷの高さが高い場合、すなわちカメラ２１とワーク上面との距離が近い場合を示しており、このときカメラ２１の映像上、ワークＷは大きな映像となって映り込む。
一方、図２（ｂ）は、ワークＷの高さが低い場合、すなわちカメラ２１とワーク上面との距離が遠い場合を示しており、このときカメラ２１の映像上、ワークＷは図２（ａ）よりも小さな映像となって映り込む。
このように、テーブル１２に対し等距離離れた位置に固定したカメラ２１で、同じ幅寸法のワークＷを撮影してもワークＷの高さによって映像上のワークＷの大きさは異なって映り込むものである。
Hereinafter, a process of determining the actual height and position of the work W by moving the table 12 on which the work W is placed for a fixed distance while photographing the work W will be described.
First, a state in which the work W with the same width dimension (L1 in the drawing) is photographed by one
On the other hand, FIG. 2B shows the case where the height of the work W is low, that is, the case where the distance between the
As described above, even if the workpiece W having the same width dimension is photographed with the
また、図３は、一台のカメラ２１において同じ視野角上にワークＷの上面（上端縁）が位置する様子を示した図であり、この場合、カメラ２１の映像上、ワークＷは同じ大きさに映り込むことになる。このことは、一つのワークＷの映像から考えられるワークＷの候補が複数あることを意味している。すなわち、一台のカメラ２１の映像からワークＷの高さを絞り込むことができないことを示している。
Further, FIG. 3 is a view showing that the upper surface (upper end edge) of the work W is positioned on the same viewing angle in one
このようなことから本実施例では、一台のカメラ２１でワークＷを撮影しながら、ワークＷを載せたテーブル１２を一定距離（図中Ｌ２）、移動させるようにしたものである。もちろん、テーブル１２の移動距離は、カメラ２１にワークＷが映る範囲内での移動距離とする。
そして、このような手法で、同じ幅寸法のワークＷを撮影した様子を、その映像とともに図４に示す。ここで図４（ａ）は、ワークＷの高さが高い場合、すなわちカメラ２１とワーク上面との距離が近い場合を示しており、このときカメラ２１の映像上、ワークＷの移動量は大きくなる。
一方、図４（ｂ）は、ワークＷの高さが低い場合、すなわちカメラ２１とワーク上面との距離が遠い場合を示しており、このときカメラ２１の映像上、ワークＷの移動量は小さくなる。
Because of this, in the present embodiment, the table 12 on which the workpiece W is placed is moved by a predetermined distance (L2 in the drawing) while the workpiece W is photographed by one
And the mode which image | photographed the workpiece | work W of the same width dimension by such a method is shown in FIG. 4 with the image | video. Here, FIG. 4A shows the case where the height of the work W is high, that is, the case where the distance between the
On the other hand, FIG. 4B shows the case where the height of the work W is low, that is, the case where the distance between the
このように、テーブル１２を一定の距離（同じ距離）移動させても、カメラ２１からのワークＷの距離の違い（遠近）によって、映像上のワークＷの移動量も異なるものである。そのため映像上のワークＷの移動量から実際のワークＷの高さに合致するものを割り出すことができ、このワーク高さからテーブル１２に固定されたワークＷの位置、すなわちワークＷがテーブル１２のどの位置に固定されているのかを検出することができる。
As described above, even if the table 12 is moved by a fixed distance (the same distance), the movement amount of the work W on the image is also different due to the difference (distance) of the distance of the work W from the
なお、本実施例では、加工機のテーブル１２が正確に平行移動を行うことから、カメラ２１を固定設置する一方、テーブル１２を一定距離移動させるようにしたが、テーブル１２を固定しておく一方、カメラ２１を一定距離移動させるようにしても構わない。すなわち、カメラ２１とテーブル１２は相対的に平行移動できるように構成されればよいものである。
また、本発明ではカメラ２１による撮影でワークＷの高さや位置を測定するため、ワークＷをテーブル１２上に固定する際、例えばワークＷの基準面をテーブル１２の移動方向（またはテーブル１２の一面）に対し、平行（または直角）に固定しなくてもよいものである。すなわち、本発明ではワークＷの基準面がテーブル１２に対し、直角・平行以外の傾きを有するように固定されても何ら構わず、このような固定状態でも、その後の実加工を忠実に行うことができる。
In the present embodiment, since the table 12 of the processing machine accurately moves in parallel, the
Further, in the present invention, since the height and the position of the workpiece W are measured by photographing with the
次に、本発明のワーク測定システムＳを適用した測定態様（測定処理の流れ）の一例を、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
（１）「ワークをテーブル上に固定」ステップ
まず、当該ステップでは、ワークＷをテーブル１２上にバイス等を使って固定するものであり、その際、ワークＷは、カメラ２１の視野角内に固定される。もちろん、ここでは上記のようにテーブル１２を移動させるため、移動後のワークＷの映像もカメラ２１の視野角内に収まるようにワークＷの初期固定位置が決定される。
因みに、本発明ではカメラ２１による位置測定であるため、従来、行っていた仮クランプを行う必要はない。また、例えばワークＷは、上記のように、基準面がテーブル１２に対し、直角・平行以外の傾きを有するように固定してよく、その場合でもその後の実加工を忠実に行うことができる。
Next, an example of a measurement mode (flow of measurement process) to which the workpiece measurement system S of the present invention is applied will be described based on a flowchart shown in FIG.
(1) Step “Fix Workpiece on Table” First, in this step, the workpiece W is fixed on the table 12 using a vise or the like, and at this time, the workpiece W is within the viewing angle of the
Incidentally, in the present invention, since it is position measurement by the
（２）「カメラによる撮影」ステップ
当該ステップは、テーブル１２に固定したワークＷ（移動前）を撮影するステップであり、この段階の映像からは、上述したように、ワークＷの高さとして複数の候補が考えられ、当然、ワークＷの実際の高さも絞り込めない。もちろんワークＷのテーブル１２に対する固定位置も特定できないものである。
(2) “Photographing by Camera” Step This step is a step of photographing the work W fixed to the table 12 (before movement), and from the image at this stage, as described above, plural heights of the work W are used. As a matter of course, the actual height of the work W can not be narrowed down. Of course, the fixed position of the work W relative to the table 12 can not be specified.
（３）「テーブルの定距離移動」ステップ
当該ステップは、ワークＷを取り付けたテーブル１２を、一定の距離移動させるステップであり、その移動距離は、上記のように移動後のワークＷの映像が、カメラ２１の視野角内に収まるように設定される。
(3) The “fixed distance movement of table” step This step is a step of moving the table 12 on which the work W is attached a fixed distance, and the movement distance is the image of the work W after the movement as described above. , Is set to be within the viewing angle of the
（４）「カメラによる撮影」ステップ
当該ステップは、テーブル移動後のワークＷを撮影するステップであり、通常は移動の前後において、ワークＷの撮影が継続して行われる。なお、移動前のワークＷの位置と移動後のワークＷの位置は制御部に入力される。
また、撮影した映像（移動前後のワークＷの映像）は、モニター２２に映し出されるようにしておき、作業者が目視により明確に確認できるようにすることが好ましい。
(4) “Photographing by Camera” Step This step is a step of photographing the work W after the movement of the table. Usually, photographing of the work W is continuously performed before and after movement. The position of the workpiece W before movement and the position of the workpiece W after movement are input to the control unit.
Further, it is preferable that the photographed video (video of the work W before and after movement) be displayed on the
（５）「画面上におけるワーク移動量の計測」ステップ
当該ステップは、上記カメラ２１の映像上におけるワークＷの移動量を計測するステップであり、これは例えば制御部によって計測される。なお、この数値もモニター２２等に表示し、作業者が明確に確認できるようにすることが好ましい。
(5) Step of “Measurement of Work Movement Amount on Screen” This step is a step of measuring the movement amount of the work W on the image of the
（６）「ワークの実際の高さ特定」ステップ
当該ステップは、カメラ２１の映像上におけるワークＷの移動量から実際のワークＷの高さに合致するもの（高さ）を割り出すステップであり、ここからカメラ２１とワーク上面との距離も特定できる。
(6) Step of “specifying the actual height of the workpiece” This step is a step of determining the one (height) that matches the height of the actual workpiece W from the movement amount of the workpiece W on the image of the
（７）「ワークの位置計測」ステップ
当該ステップは、特定したワークＷの実際の高さ（カメラ２１とワーク上面との距離）から、テーブル１２上におけるワークＷの固定位置を割り出すステップであり、これによりワークＷの大きさ及び位置が、ある程度の精度で検出される。
(7) “Position measurement of workpiece” step This step is a step of determining the fixed position of the workpiece W on the table 12 from the actual height (the distance between the
（８）「ワーク適合」判断ステップ
このようにカメラ２１による測定データから、実加工を行う前のワークＷの大きさが分かるものであり、これを利用して例えばテーブル１２上に固定されたワークＷが正しいものであるか否かを判定することができ、当該ステップはこのための判断ステップである。すなわち、当該判断ステップにより、例えばサイズ違いのワークＷをテーブル１２上に固定してしまった場合でも、実加工を行う前にサイズ違いであることを作業者に告知することができる。
具体的には、かりにテーブル１２上に固定したワークＷ（カメラ２１による測定を行ったワークＷ）が不適合品であった場合には（フローチャートの「ｎｏ」の場合）、「ワーク不適合の告知」ステップに移行し、ここで作業者に当該ワークＷが不適合品であることを音や光等の警報で告知するものである。その後、「ワークをテーブルから除去」ステップで、作業者がテーブル１２に固定していたワークＷを、テーブル１２から取り外すものであり、次いで「ワークをテーブル上に固定」ステップに戻り（移行し）、新たなワークＷをテーブル１２上に固定し直すものである。
もちろん、「ワーク適合」判断ステップで、ワークＷが適合品であれば（フローチャートの「ｙｅｓ」の場合）、切削等の実加工に向けて、次のステップ（ここでは「精密測定 必要」の判断ステップ）に進むことになる。
(8) “Work adaptation” determination step As described above, the size of the workpiece W before actual processing can be known from the measurement data by the
Specifically, when the workpiece W fixed on the table 12 on the scale (the workpiece W measured by the camera 21) is a nonconforming product (in the case of “no” in the flowchart), “notification of the workpiece nonconformity” The process proceeds to a step, in which the worker is notified by an alarm such as sound or light that the work W is a nonconforming product. After that, the worker removes the work W fixed to the table 12 from the table 12 in the “work is removed from the table” step, and then returns to the “work fixed on the table” step (transition) , The new work W is fixed on the table 12 again.
Of course, if the workpiece W is a conforming product (in the case of “yes” in the flowchart) in the “work adaptation” determination step, the next step (here, “precision measurement required”) is determined toward actual processing such as cutting Step).
（９）「精密測定 必要」判断ステップ
当該ステップは、カメラ２１による測定後、ワークＷの位置測定をより高精度に行うか否かを決める判断ステップである。すなわちカメラ２１は映る範囲が決まっており、その中でも撮影範囲の中央部分（カメラ２１の直下部分）がもっとも歪みが少なく、ここから離れるほど（周辺部ほど）歪みが生じ易い。ここで本発明は、テーブル１２（またはカメラ２１）を一定距離移動させながらワークＷを撮影するため、ワークＷがカメラ２１の直下位置から離れるほど、このような歪みの影響が生じることは避けられず、そのためワークＷの位置計測にも、例えば±０．１ｍｍ程度の誤差を含むものである。
従って、より精密にその後の実加工を行いたい場合には、カメラ２１による測定後、より精密にワークＷの位置測定を行うものであり、当該ステップはこのための判断ステップである。もちろん、上記のような誤差を含む精度で実加工を行っても差し支えない場合には、当該判断ステップで「ｎｏ」に移行し、切削加工等の実加工に向けて進む。もちろん、より精密なワークＷの位置測定が必要であれば、当該判断ステップで「ｙｅｓ」に進む。
(9) “Precise measurement required” determination step This step is a determination step to determine whether to measure the position of the workpiece W with higher accuracy after measurement by the
Therefore, when it is desired to perform the subsequent actual processing more precisely, the position measurement of the workpiece W is more accurately performed after the measurement by the
（１０）「ワーク位置計測 再計測（精密測定）」ステップ
当該ステップは、上記判断ステップで「ｙｅｓ」に進んだ場合であり、上述した芯出し治具Ｊｓ等の接触式センサを使用して、より精密にワークＷの位置測定を行うステップである。
(10) “Work position measurement re-measurement (precise measurement)” step This step corresponds to the case of “yes” in the above determination step, and using the contact type sensor such as the alignment jig Js described above, In this step, the position of the workpiece W is measured more precisely.
（１１）「適用刃物の高さ基準の設定」ステップ
当該ステップは、適用する刃物１３ａ一つ一つについて、その刃先高さ（位置）の原点出しを正確に行うステップである。
これには例えば大昭和精機株式会社製のベースマスター（登録商標）等の刃先位置測定治具Ｊｈが使用され、このものは一例として図６に示すように、上方窄まりの略円柱形状を呈し、ワークＷの上に置いて使用する（例えば磁力によりワークＷに固定させる）。また刃先位置測定治具Ｊｈの上端部には、刃物先端の接触を感知する検出部Ｊｈ１が設けられ、この検出部Ｊｈ１には低触圧クッション機構が採用され、これにより接触時の刃物１３ａの損傷を極力防止する構造となっている。また、刃物先端の接触は、ＬＥＤ等の接触灯Ｊｈ２を点灯させることで、作業者が明確に目視できる構造となっている。
なお、刃先位置測定治具Ｊｈの全高（検出部Ｊｈ１まで高さ）は当然、正確に定められており（例えば５０ｍｍ）、計測した接触高さからこの高さを補正して、対象刃物１３ａの刃先位置（高さの基準位置）が設定される。
因みに、図５に示すフローチャートでは、ワークＷの「精密測定が必要」の場合に、適用刃物１３ａの高さ基準を設定するように示したが、「精密測定が不要」の場合でも、適用刃物１３ａの高さ基準を設定するような流れ図とすることも可能である。
(11) "Setting of height reference of applied blade" step This step is a step of accurately performing the origin setting of the cutting edge height (position) for each
For this, for example, a cutting edge position measuring jig Jh such as Basemaster (registered trademark) manufactured by Daishowa Seiki Co., Ltd. is used, and this one has a substantially cylindrical shape with an upper part narrowing as shown in FIG. 6 as an example. , Put it on the work W and use it (for example, fix it to the work W by magnetic force). A detection unit Jh1 for detecting contact of the tip of the cutting tool is provided at the upper end portion of the blade position measurement jig Jh, and a low contact pressure cushion mechanism is adopted for the detection unit Jh1. It is structured to prevent damage as much as possible. Moreover, the contact of the blade tip has a structure that the operator can clearly see by turning on the contact lamp Jh2 such as an LED.
The total height of the blade position measurement jig Jh (height to the detection part Jh1) is of course accurately determined (for example, 50 mm), and this height is corrected from the measured contact height to obtain the
Incidentally, although the flowchart shown in FIG. 5 shows that the height reference of the
（１２）「測定データの入力」ステップ
当該ステップは、上記のようにして得られたワークＷの位置データや刃物１３ａ一つ一つの高さ基準のデータを、切削加工（実加工）を行う前に、事前にモデリングマシンＭ等の加工機（制御部）にインプットするステップである。
(12) “Input of measurement data” step In this step, before cutting (actual processing) the position data of the workpiece W obtained as described above and the data of the height reference of each
（１３）「切削加工」ステップ
その後、当該ステップにより切削加工等の実加工に移行するものであり、適用する刃物ユニット１３の選択、交換、移動等が全て自動で行われ、ワークＷに所望の三次元形状が形成される。
(13) "Cutting" step After that, the step is to shift to actual machining such as cutting, and the selection, replacement, movement, etc. of the
Ｍ モデリングマシン
１０ 筐体
１１ 開閉扉
１２ テーブル
１３ 刃物ユニット
１３ａ 刃物
１３ｂ ホルダ
１４ スピンドルチャック
１５ スピンドルホルダ
１６ 刃物ストッカ
１７ 仕切板
１８ 保持ロッド
Ｒ 加工空間
Ｍ１ スピンドルモータ
Ｓ ワーク測定システム
２１ カメラ
２２ モニター
Ｊｈ 刃先位置測定治具
Ｊｈ１ 検出部
Ｊｈ２ 接触灯
Ｊｓ 芯出し治具
Ａｓ 金属片
Ｊｓ１ フランジ大径部
Ｊｓ２ シャンク
Ｊｓ３ 測定子
Ｗ ワーク
S
Jh Cutting edge position measuring jig Jh1 Detector Jh2 Contact light
Js Centering jig As Metal piece Js1 Flange large diameter part Js2 Shank Js3
W work
Claims (5)
前記テーブルとカメラとは、少なくともいずれかが平行移動できるように構成され、
またワークは、テーブル上においてカメラの視野角内に固定されるものであり、
前記カメラでワークを測定するにあたっては、テーブルまたはカメラを、ワークが撮影できる視野角の範囲内で一定距離、移動させ、これに伴う撮影した映像上のワークの移動量から、この移動量に見合うテーブル上のワーク高さを割り出し、これによりテーブル上におけるワークの位置を検出するようにしたことを特徴とする、一台のカメラによるワーク測定システム。
It has a table for fixing the work and a single camera oppositely placed at an appropriate distance from this table, and by photographing the work with this camera, where on the table the work is located A system that measures
The table and the camera are configured such that at least one of them can move in parallel.
The work is fixed on the table within the viewing angle of the camera,
In measuring the work by the camera, the table or the camera is moved by a fixed distance within the range of the viewing angle that the work can be photographed, and the movement of the work on the photographed image accompanying this is matched with this movement A work measuring system using one camera characterized in that the height of a work on a table is determined to thereby detect the position of the work on the table.
The system according to claim 1, wherein the work is fixed with a reference plane with an inclination other than perpendicular or parallel to the table.
The apparatus according to claim 1 or 2, wherein after the position of the work is measured by the one camera, the position of the work is measured more accurately using a contact type sensor. Work measurement system by camera.
The workpiece measurement system using one camera according to any one of claims 1 to 3, wherein whether or not the workpiece is out of size is determined by measuring the workpiece by the camera.
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