JP2019501398A - ワークピースのｘ−ｙ−ｚ基準座標を決定する方法及び工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】できる限り小さな手間でできる限り信頼性があり迅速な基準座標の決定を行うことができるように、工作機械に配置されるワークピースのＸ−Ｙ−Ｚ基準座標を決定する方法を提供すること。【解決手段】工作機械に配置されたワークピース２のＸ−Ｙ−Ｚ基準座標を決定する方法において、まず、ワークピース２の画像が、工作機械のカメラ装置５によって作成され、つづいて、表示装置６に表示され、表示された画像を介して、Ｘ−Ｙ表示座標がユーザによって選択されるとともに入力され、次に、Ｚ基準座標が自動化されて算出され、自動化されて算出されたＺ基準座標及びユーザによって入力されたＸ−Ｙ表示座標をもとにＸ−Ｙ−Ｚ基準座標が算出される。

Description

本発明は、工作機械に配置されたワークピースの基準座標を決定する方法に関するものである。

工作機械によるワークピースの製造中及び加工中には、工作機械内でのワークピースの位置をできる限り正確に特定するために、様々な理由により、ワークピースを基準化することが合目的であり得る。したがって、例えばストッパ又はクランプ装置を用いることができ、これらストッパ又はクランプ装置は、当該ストッパ又はクランプ装置によって強制される位置におけるワークピースの位置決めが高い精度であらかじめ設定されることが可能である。ただし、多くのケースでは、これに加えて、又はこれに代えて、基準座標に基づき工作機械におけるワークピースの実際の位置及び場合によっては向きを算出するために、工作機械に配置されたワークピースの少なくとも１つの基準座標を測定によって決定することが望ましい。

例えば側方のストッパによりＸ方向及びＹ方向におけるワークピース表面における配置があらかじめ設定されているワークピースであっても、後続の加工ステップを高い精度で実行することができるように、基準化によって、Ｚ方向における表面の高さを高い精度で検測することが可能である。後の時点で同一の工作機械又は他の工作機械においてワークピースを新たに配置するとともに、次に加工ステップを実行するために、加工方法を中断し、ワークピースを工作機械から取り外すことも同様に考えられる。工作機械に新たに配置されたワークピースの加工を、実行し、場合によっては新たな配置後に高い精度で継続し、完了することができるように、工作機械内でのワークピースの位置は、できる限り精緻に新たに算出される必要があるとともに、基準化が実行される必要がある。

現場においては、タッチセンサ式の測定プローブを用いて、ワークピースの表面の１つの測定点又は複数の測定点の走査によってワークピースの基準座標を算出することができることが知られている。一次元又は多次元の基準座標を測定プローブによって完全に手動で算出することができ、ユーザは、測定プローブを、制御するとともに、ワークピースに接触するまで、ワークピースの表面の１つの測定点又はしばしば複数の測定点へもたらす。

さらに、工作機械内における、あらかじめ設定され、正確に知られた基準位置に対するワークピースの表面の間隔の非接触の測定が実行されることも考えられ、例えばレーザ三角測量法、光学的又は音響的な測定法を用いることが可能である。

現場では通常用いられる、自動的に進行する算出方法（走行）を開発することも可能である。ユーザによる適当な座標入力及びパラメータ入力の後、工作機械の制御プログラムにより、基準座標を決定するための、自動的に進行する算出方法が実行される。この目的のために、例えば、測定プローブが適当に走行することができる。ワークピースの接近及び接触により、測定走行中に少なくとも１つの基準座標を決定するために、測定プローブは、表面に、又はワークピースの近傍であらかじめ設定される初期座標をもとに、１つ又は複数のあらかじめ設定された測定走行を実行する。例えば、まず、ワークピースのＺ基準座標が算出された後、ワークピースの直角状のコーナ部を算出するために、つづいて、２つの測定走行を実行することが可能であり、測定プローブは、両側方エッジ部の位置及びコーナ部の位置を算出するために、両側で、コーナ部に隣接してそれぞれできる限り垂直にワークピースの該当する側方エッジ部へ至る。自動的に進行する算出方法中に、初期座標も、また測定走行についての個々のパラメータも、ユーザによって入力される必要がある。非接触に測定する測定装置においても、自動化されて進行する検出方法を、これにより例えば異なる方向から光学的又は音響的な走査測定を実行し、測定結果を評価することができるように、規定し、あらかじめ設定することが可能である。

さらに、ユーザが工作機械の操作装置を介して個々の値を手動で入力することが現場から知られており、これら値は、初期座標にとって、及び自動化されて進行する算出方法中に個々の測定走行の様々なパラメータにとって必要なものである。個々の値及びパラメータのこの手動での入力は、当該入力につづいて、測定プローブの個々の測定走行を、自動的に進行する算出方法において、操作装置を介して入力されるパラメータに従って実行するために、測定プローブがユーザによって手動で初期座標へ到達されることで部分的に容易にされ、又は簡易化され得る。しかしながら、測定プローブの手動でのガイドには、接近中にワークピースとの不意の衝突を避けるために、特にワークピースの大きく割れ目の入った表面においては大きな慎重さと経験を要する。

初期座標の入力及び測定プローブの測定走行のための個々のパラメータの入力は、時間がかかるものであるとともに、誤りがちなものであることが判明した。例えば、値の入力時に誤って間違って入力された符号又は誤って用いられたコンマにより測定プローブの不意の変位及び場合によっては測定プローブ又はワークピースの損傷につながりかねないため、より大きな数の座標値及びパラメータの手動での入力は、更に時間がかかるとともに、入力時に大きな集中力を必要とする。工作機械の加工空間内での所望の初期座標への測定プローブの手動の変位も、時間がかかるとともに、操作者の経験及び能力が前提となる。

ワークピースの形状及び位置が少なくとも近似的に機械制御部にとって既知であれば、工作機械に配置されたワークピースの基準座標を決定するための完全に自動化された方法を実行することが可能である。ただし、方法の完全に自動化された実行は、ワークピースの形状及び近似的な位置情報が適切なセンサ装置によりあらかじめ算出され得ることが前提となっている。これに必要なセンサコストは、大きく、工作機械の製造のための追加コストにつながってしまう。

したがって、本発明の課題は、できる限りわずかな手間でできる限り信頼性があり迅速な基準座標の決定を行うことができるように、工作機械に配置されるワークピースのＸ−Ｙ−Ｚ基準座標を決定する方法を構成することとみなされる。

この課題は、本発明により、まず、ワークピースの画像が、工作機械のカメラ装置によって作成され、つづいて、表示装置に表示され、表示された画像を介して、Ｘ−Ｙ表示座標がユーザによって選択されるとともに入力されること、次に、Ｚ基準座標が自動化されて算出されること、及び自動化されて算出されたＺ基準座標及びユーザによって入力されたＸ−Ｙ表示座標をもとにＸ−Ｙ−Ｚ基準座標が算出されることによって解決される。このとき、個々の座標表示の前の、個別の、又は互いに組み合わせられた接頭辞Ｘ−，Ｙ−，Ｚ−による符号においては、それぞれ、該当する座標がどの空間方向において規定された値を有しているかを明確にしている。したがって、Ｘ−Ｙ表示座標は、２つの次元において規定された座標に対応し、そのＸ方向及びＹ方向における位置が設定されている。Ｚ基準座標は、１つの次元において規定された座標であり、そのＺ方向における位置が設定されている。両空間方向Ｘ及びＹは、ワークピースが配置される表面、通常は工具テーブルの表面に対応する平面を形成する。Ｚ方向は、Ｘ−Ｙ平面あるいはワークピースが載置される表面に対して垂直であり、その結果、Ｚ方向に沿ってワークピースの高さを測定することができる。

本発明による方法の本質的な利点は、ユーザがワークピースの高さあるいは目標点の範囲における表面プロファイルを知る必要のない、ユーザにとって非常に簡易な、信頼性をもって可能な、ワークピースの二次元的な画像における目標点の選択あるいは設定である。目標点は、ユーザに選択される、ワークピースの表面における箇所又は狭い範囲を表し、この目標点において、又はこの目標点をもとにＸ−Ｙ−Ｚ基準座標が算出されるべきである。画像において設定された目標点の、工作機械における加工空間内の実際の空間座標への正確な移行のために、目標点の範囲における目標点あるいはワークピースの高さを知ることが必要である。測定により自動化されて算出されるこの高さは、既にＺ基準値に対応して得るか、又は場合によっては別の測定により自動化されてＺ基準座標へ移行されることが可能である。したがって、Ｚ基準座標は、個別に設定されるか、又は手動で算出される必要はなく、自動化されて算出され、その結果、不適当又はあまり好都合でないユーザ入力によるＺ基準座標の算出時のエラーが排除されている。

ワークピースが例えば所定の側方のストッパに接触し、したがってＸ−Ｙ基準座標があらかじめ設定されて既知となっている場合には、Ｚ基準座標の自動化された算出により、まだ不足している情報を得ることができるとともに、Ｘ−Ｙ−Ｚ基準座標を決定することが可能である。工作機械テーブルにおけるワークピースの位置が十分正確に既知でない場合には、Ｚ基準座標が既知であることにより、Ｘ−Ｙ−Ｚ基準座標の自動化された算出を行うことができる。

ユーザにより入力されたＸ−Ｙ表示座標及び自動化されて算出されたＺ基準座標をもとに、例えば、同様に二次元の画像を介して設定されたＸ−Ｙ表示座標を、自動化して工作機械の加工空間内の実際の空間座標あるいはＸ−Ｙ基準座標へ移行させることが可能であり、Ｘ−Ｙ基準座標は、Ｚ座標と共に、加工空間において規定されたＸ−Ｙ−Ｚ基準座標を生じさせる。このために、ワークピースの二次元の画像と目標点において測定されたＺ基準座標の間の既知の幾何学的な関係を使用し、評価することが可能である。以下に、この情報をもとに自動化された算出方法（走行）により求められるＸ−Ｙ−Ｚ基準座標を算出するための更なる可能性を説明する。

カメラ装置は、二次元の画像を撮像することが可能な安価なカメラを含むことができる。カメラ装置が、Ｘ−Ｙ−Ｚ基準座標の算出に必要であり結果値へ導入される測定には用いられず、加工空間内の方向及び目標点あるいはＸ−Ｙ表示座標の適切な設定をユーザにとって可能であるようにするためだけのものであるため、カメラ装置は、特に高い品質要求を満たす必要はない。

工作機械内あるいはワークピースが載置される表面の上方に位置する加工空間の上方のカメラ装置の位置固定された配置においては、ワークピースの画像は、あらかじめ設定されたカメラ位置からのみ撮像されることが可能である。画像の撮像中の、ワークピースに対して相対的なカメラ装置の位置に依存して、ワークピースの表面の範囲が覆い隠されるか、又は大きくゆがんで描写されることがあり得る。しかし、平坦なワークピースの場合には、ワークピースの範囲のゆがみ又は不意の遮蔽のおそれは小さい。

同様に、カメラ装置をＸ方向及びＹ方向に走行可能に配置することも可能であり、その結果、ユーザは、ワークピースの画像を様々な視点方向から撮像することができる。第１の撮像において、ユーザにとって特に関心のある、場合によってはＸ−Ｙ表示座標の設定のために考慮に値するワークピースの個々の表面範囲がワークピースの他の範囲によって覆い隠され、したがって視認可能でない場合には、ユーザは、カメラ装置を移動（走行）させ、ユーザの目的にとってより良好に適したワークピースの別の画像を撮像することができ、この画像が表示装置に表示される。

ただし、カメラ装置によって撮像され、表示装置に表示されるワークピースの画像に基づき、Ｚ基準座標を容易に算出することが可能である。Ｚ基準座標は、例えば立体視的な測定装置又は超音波測定装置により非接触に、適切なセンサ装置によって算出されることが可能である。したがって、異なる視点方向からのワークピースの２つの画像を撮像することで、ワークピースの表面輪郭あるいは高さプロファイルを算出することができ、これは、これによりＺ基準座標を決定あるいはあらかじめ設定することができるようにするためである。

同様に、Ｚ基準座標及びＸ−Ｙ−Ｚ基準座標の算出のために測定装置として測定プローブを用いることが可能であるとともに多くの用途について合目的であり、測定プローブによって、ワークピースへの測定走行中に測定プローブのワークピースとの第１の接触が測定されることができるとともに、座標値へ移行されることが可能である。ユーザは、測定プローブについての測定走行を手動であらかじめ設定することができるか、又は部分自動化を行うことができ、例えば個々の測定走行を測定走行のあらかじめ設定された選択肢から選択し、それぞれ自動化して実行させることが可能である。

Ｚ基準座標を算出するために、測定プローブは、当該測定プローブがワークピースの表面へ到達し、Ｚ基準座標がワークピースの表面において直接又はワークピースの上方で所定の小さな間隔においてあらかじめ設定されるまで、上方からほぼ垂直にワークピースへ至ることができる。ワークピースの表面へ至る間に測定プローブの不意の損傷を回避するために、測定プローブは、測定走行について設定された測定走行速度でワークピースへ至る必要がある。この測定走行速度は、ワークピースとの衝突が排除されているとともに測定プローブによる測定が行われない場合には、測定ヘッドが走行し得る変位速度よりも本質的に遅い。

ワークピースの表面の形状及び高さプロファイルがカメラ装置によって撮像されたワークピースの二次元的な画像に基づいて既知ではないとともに容易に算出されることもできないため、測定プローブが、測定プローブがＺ基準座標の算出のためにワークピースのあらかじめ設定された表面範囲へ到達する前に、Ｚ基準座標への測定プローブの接近中にワークピースの他の範囲と衝突するおそれがある。

測定プローブは、Ｚ基準座標を算出するために、工作機械の加工空間内のカメラ装置により検出可能な視認範囲を通って、ユーザにより場合によってはあらかじめ設定された目標点の方向へ、測定プローブがワークピースに接触するまで変位することができる。方法の実行に応じて二次元的又は三次元的に規定される目標点は、加工テーブルの表面へのＸ−Ｙ表示座標の仮想的な投影に対応することができ、これは、特にワークピースが平坦な場合又はわずかな表面プロファイリングを有するワークピースの場合に合目的であり得る。さらに、Ｘ−Ｙ表示座標の上方において本質的に垂直にカメラ装置を整向するときには、Ｘ−Ｙ表示座標は、加工テーブルの表面の高さにおいて適切な目標点として引き継がれることが可能である。

本発明の思想の特に有利な構成によれば、自動化されて算出されたＺ基準座標及びユーザにより入力されたＸ−Ｙ表示座標に基づいてＸ−Ｙ−Ｚ基準座標を算出するために、まず、Ｘ−Ｙ−Ｚ初期座標が演算され、工作機械の測定装置が自動化されてＸ−Ｙ−Ｚ初期座標へ変位し、つづいて、ワークピースのＸ−Ｙ−Ｚ基準座標が、Ｘ−Ｙ−Ｚ初期座標によりあらかじめ設定された測定装置の位置に基づいて、測定装置による適切な算出方法によって決定されるようになっている。既知のＺ基準座標により、表示装置においてユーザによって選択されたＸ−Ｙ表示座標が、Ｘ−Ｙ初期座標へ換算されることができる。Ｚ基準座標は同様にＺ初期座標へ移行されることができ、多くの場合には、Ｚ初期座標は、あらかじめ設定可能な安全間隔高さを加えて、Ｚ基準座標に対応しており、その結果、測定装置は、Ｘ−Ｙ−Ｚ初期座標への走行後、ワークピースよりもわずかに上方の、ユーザにより選択されたＸ−Ｙ位置にある。つづいて、既知のＸ−Ｙ−Ｚ初期座標により、同様に自動的に進行する算出方法（走行）により、ワークピースの基準座標の決定が開始され、実行されることが可能である。したがって、つづいて測定装置が走行して至る、工作機械の加工空間における実際のＸ−Ｙ−Ｚ初期座標がユーザに既知であることなく、ユーザは、表示装置においてのみ画像平面におけるＸ−Ｙ表示座標を選択するだけでよい。ユーザは、Ｘ−Ｙ表示座標の入力時に操作エラーを生じさせることなく、Ｘ−Ｙ表示座標を直感的に選択し、設定することが可能である。

同様に、Ｚ基準座標の算出に必要な目標点が、Ｘ−Ｙ表示座標にかかわらず、表示されたワークピースの画像をもとに別々に第２のＸ−Ｙ表示座標としてユーザによってあらかじめ設定されることも可能である。このようにして、Ｘ−Ｙ表示座標は、Ｘ−Ｙ−Ｚ基準座標の算出のために測定されるべきワークピースのコーナ部の直近においてあらかじめ設定されることができ、一方、Ｚ基準座標の検出のための、又は少なくともＺ初期座標の算出のための目標点は、これとは離間して、ワークピースの画像において視認可能な表面範囲においてあらかじめ設定され、この範囲は、Ｚ基準座標の算出により良好に適しているとともに、例えば安全に測定プローブによって走行されることが可能である。

目標点は、ユーザによって入力されたＸ−Ｙ表示座標と、表示装置に表示されたワークピースの画像の、ワークピースが載置される加工テーブルの表面への仮想的な投影時にカメラ装置から仮想的な投影へ延びる視認ビームの、ユーザにより入力された高さにおいて水平に延びる高さ断面との交点に対応する目標点としての追加的な高さ表示とに基づいて算出されることも可能である。ユーザは、例えば既知のワークピースにおいて、ワークピースの高さをデータベースから呼び出し、前もって測定し、又は近似的に推定することが可能である。

このとき、測定プローブの変位は、ワークピースの輪郭及び表面プロファイリングがワークピースの画像に基づき表示装置においてまだ正確に既知でなくとも、測定プローブのワークピースとの衝突ができる限り回避され得るように、例えば適切で追加的なユーザ入力によってあらかじめ設定されることが可能である。この目的のために、例えば目標点の上方で垂直に撮像されたワークピースの画像において、測定プローブは、カメラ装置の位置へ走行（移動）することができ、つづいて、目標点へ上方から垂直に走行して至るように、Ｚ方向に沿ってのみ走行することが可能である。ユーザは、例えば、測定プローブにとっては禁じられた、つづいて測定プローブが通過してはならず、う回する必要がある加工範囲の範囲も規定することが可能である。

追加的なユーザ入力なしで容易に不意の衝突を回避することができるように、本発明の思想の特に有利な構成によれば、測定プローブ又は用いられる測定装置が、視認ビームに沿って、カメラ装置から目標点へ変位するようになっている。このとき、視認ビームは、仮想的な、目標点から来る光ビームに沿って延び、この光ビームは、カメラ光学系を通ってカメラ装置における結像面まで延び、そこで、座標目標点に割り当てられた、撮像情報を有する結合面の範囲に当たる。視認ビームを、単純に、目標点からカメラ装置の焦点までの直線的な結合せんとみなすことも可能である。

ワークピースの表示された画像を介してユーザによってあらかじめ設定された目標点がカメラ装置によって撮像されたワークピースの画像において視認可能であるため、目標点は、カメラ装置からワークピースの表面における目標点まで延在する視認ビームに沿って、ワークピースの形成物又は突出した範囲によって覆い隠されることがない。測定プローブは、視認ビームに沿った変位時に、ワークピースの表面の高さにかかわらず、表示装置により表示されるワークピースの撮像の場合にＸ−Ｙ表示座標又は個別にあらかじめ設定された座標目標点によりユーザによって選択された表面範囲に対応する目標点によってあらかじめ設定された表面範囲において、ワークピースの表面へ当たる。

表示装置に表示されたワークピースの画像において視認可能な全ての表面範囲は、カメラ装置から該当する表面範囲まで延びる視認ビームに沿って、測定プローブによって安全に走行されることが可能である。所望の目標点がワークピースの表面において視認可能でないか、又は容易に選択及び設定し得ない場合には、変更された視点角度により例えば初めは覆い隠され、Ｘ−Ｙ表示座標及び場合によってはＺ基準座標の算出のための異なる目標点があらかじめ設定され得る範囲を視認可能とするために、ワークピースの別の画像をカメラ装置の他の位置から撮像することが合目的であり得る。

これに代えて、当然、測定プローブが工作機械の加工空間を通ってワークピースの表面へ走行する必要なく、Ｚ基準座標が適当なセンサ装置によって算出されることも同様に可能である。工作機械が他の理由により、あるいは他の用途のために適切なセンサ装置を既に有している限り、このセンサ装置を用いるとともに、Ｘ−Ｙ−Ｚ初期座標の算出まで方法を加速することが可能である。つづいて、Ｘ−Ｙ−Ｚ基準座標の算出のために用いられる測定装置が、測定装置によって、Ｘ−Ｙ−Ｚ初期座標に基づいて、Ｘ−Ｙ−Ｚ基準座標を決定するための自動化された算出方法を実行するために、あらかじめ算出され、いまや既知であるＸ−Ｙ−Ｚ初期座標へ走行可能である。しかし、この場合にも、測定装置あるいは場合によっては測定プローブが、算出方法の開始前あるいはＸ−Ｙ−Ｚ基準座標の算出に必要な測定又は測定走行の開始前にＸ−Ｙ−Ｚ初期座標へ視認ビームに沿って走行する。なぜなら、この走行経路上でワークピースの隣接する範囲との衝突を排除することが可能であるためである。センサ装置によって算出されたワークピースの三次元的な形状が既知であることにより同様に衝突なしにあらかじめ設定され得る他の走行経路の算出が可能であるが、必ずしも必要ではない。

Ｘ−Ｙ表示座標の特に容易で直感的な入力は、本発明により、表示された画像においてＸ−Ｙ表示座標を選択するために、ユーザによって入力される図式的な入力オブジェクト（入力対象）が自動化されてＸ−Ｙ選択オブジェクト（Ｘ−Ｙ選択対象）へ移行され、該Ｘ−Ｙ選択オブジェクトが、ワークピースの表示された画像に重ね合わせて表示装置に表示されることにより可能である。図式的な入力オブジェクトは、例えば、例えばコンピュータ−マウス又トラックボールのような入力装置を用いて表示された画像において重ねられた記号表示へ移行及び図示され得る図式的な記号であってよい。重ねられた記号表示は、ユーザが記号の最終的な位置と、これに伴いＸ−Ｙ表示座標の選択を設定するまで、ユーザによって自由に変位されることができる。

タッチセンサ式の表示装置、例えばタッチディスプレイを用いる場合には、ユーザは、入力オブジェクトをジェスチャ認識によっても、直接そこに表示されているワークピースの画像を有する表示装置を介して入力することが可能である。つづいて、ユーザにより行われるジェスチャ、例えば指で入力される線の延長が評価されるとともにあらかじめ規定されたカテゴリに割り当てられることが可能である。これは、つづいて、ユーザにより入力された線の延長に代えてこのカテゴリに割り当てられたＸ−Ｙ選択オブジェクトを表示することができるようにするためである。

Ｘ−Ｙ選択オブジェクトは、基準座標の種類に依存して、又は基準座標のための選択された算出方法に依存して、異なるように構成された図式的な図示を有することが可能である。これにより、更なる情報を図式的又は直感的に把握可能にユーザへ通知することが可能である。

ユーザが、Ｘ−Ｙ選択オブジェクトを介して、ワークピースの基準座標の自動化されて進行する算出方法のための別のパラメータを入力することが可能であることが、同様に可能であるとともに多くの場合には特に有利である。このとき、Ｘ−Ｙ選択オブジェクトの図式的な図示は、ユーザにとって直感的に、かつ、困難なく認識可能な、個々の座標情報及びパラメータ情報の図式的な表現を含むことができる。加えて、ユーザの誤った入力が、明らかに気づかれ、ほぼ排除され得るように、ユーザによってＸ−Ｙ選択オブジェクトを介して入力された個々のパラメータの変更は、非常にはっきりと図式的に図示されることができる。

本発明は、上述の本発明による方法を実行することが可能なワークピースを加工するための工作機械に関するものでもある。この目的のために、工作機械は、走行可能な測定装置と、制御装置とを備えており、測定装置により、場合によっては自動化されて進行する算出方法において、加工のためにあらかじめ設けられたワークピースのＸ−Ｙ−Ｚ基準座標を算出することができる。工作機械は、ユーザにより制御コマンドを入力するための操作装置を更に備えており、この操作装置は、ユーザ入力を表示するための図式的な表示装置を含んでいる。さらに、工作機械は、工作機械に配置されたワークピースの撮像を作成し、つづいて表示装置に表示され得るカメラ装置を備えている。本発明によれば、工作機械は、同様に本発明による上述の方法を実行することができるように設置されている。

このとき、カメラ装置は、合目的には、ワークピースに対して相対的にＸ方向及びＹ方向へ走行可能である。この目的のために、カメラ装置はＸ方向及びＹ方向に走行可能であってよいか、又は一固定して配置されたカメラ装置の場合には、ワークピースが、このワークピースが載置されている加工テーブルとともにＸ方向及びＹ方向に走行可能であってよい。カメラ装置が一方向、例えばＸ方向において加工テーブルの表面に対して平行に走行可能であり、ワークピースが加工テーブルと共にこれとは垂直に、例えばＹ方向に走行可能であることが、同様に考えられるとともに多くの工作機械にとって合目的である。

カメラ装置は、合目的にはほぼ適宜に工作機械の加工空間において走行可能であるべき測定装置の直近に配置されることが可能である。

本発明の思想の有利な構成によれば、カメラ装置及び測定装置が、工作機械の加工ヘッドに配置されるようになっている。加工ヘッドは、その側で、Ｚ軸に支持されており、したがってＺ方向に走行可能であり得る。

安価で信頼性をもって使用可能な測定装置は測定プローブであり、この測定プローブは、物体、例えばワークピースとの走査ヘッドの接触時に評価可能な測定信号を生成する。

できる限り単純で誤りがなく迅速なユーザ入力にとって、表示装置がタッチセンサ式の図式的なディスプレイを備えており、その結果、ユーザが、該図式的なディスプレイに接触することで、Ｘ−Ｙ表示座標の設定のための図式的な入力オブジェクトを入力することができることが、有利である。さらに、ユーザは、タッチセンサ式の図式的なディスプレイによって、特に単純に図式的に図示されたＸ−Ｙ選択オブジェクトを修正し、Ｘ−Ｙ−Ｚ初期座標を適合させることも、また基準座標の算出のための個々のパラメータを設定することも可能である。

このとき、表示装置は、工作機械のハウジングに機械的に結合されていないか、又は少なくとも継続的には機械的に結合されていない表示装置であってよく、例えば移動式無線装置又は電子的なタブレットであってよい。

さらに、本発明による方法を、従来の、あるいは既に従来の加工方法によって使用される工作機械において実行することが可能である。この目的のためには、例えばカメラ装置、図式的な表示装置、本発明による方法を実行するためのソフトウェアモジュール並びに個々の値及びコマンドを工作機械の制御プログラムへ移行するためのインターフェース装置のような、必要かつ不足している工作機械の構成要素を増備すれば済む。そして、本発明の思想の有利な構成によれば、ユーザによりＸ−Ｙ選択オブジェクトを介してあらかじめ設定されたパラメータと、場合によっては、自動化されて進行する算出方法についての別のパラメータとが、機械パラメータへ移行され、該機械パラメータが、インターフェース装置を介して工作機械の制御装置へ伝達されるようになっている。

以下に、図面に図示された本発明の思想の例示的な実施例を詳細に説明する。

工作機械のカメラ装置によって撮像された、工作機械に配置されたワークピースの画像を工作機械におけるワークピース及びカメラ装置の配置と共に示す概略的な図である。 ワークピースの画像がカメラ装置の他の視点角度から撮像された、図１による概略的な図である。 ワークピースの表面の高さの座標値への影響を明らかにするための概略的な図である。 ユーザにより入力された図式的な入力オブジェクトあるいはＸ−Ｙ選択オブジェクトが重ねられるワークピースの画像の表示の概略的な図である。 ユーザにより入力された図式的な入力オブジェクトあるいはＸ−Ｙ選択オブジェクトが重ねられるワークピースの画像の表示の概略的な図である。 ユーザにより入力された図式的な入力オブジェクトあるいはＸ−Ｙ選択オブジェクトが重ねられるワークピースの画像の表示の概略的な図である。 ユーザにより入力された他の図式的な入力オブジェクトあるいは他のＸ−Ｙ選択オブジェクトが重ねられるワークピースの画像の表示の概略的な図である。 ユーザにより入力された他の図式的な入力オブジェクトあるいは他のＸ−Ｙ選択オブジェクトが重ねられるワークピースの画像の表示の概略的な図である。 ユーザにより入力された他の図式的な入力オブジェクトあるいは他のＸ−Ｙ選択オブジェクトが重ねられるワークピースの画像の表示の概略的な図である。

図１〜図３には、それぞれ、詳細には図示されていない工作機械の加工テーブル１が図示されている。加工テーブル１上にはワークピース２が配置されており、このワークピースは、以下の加工ステップにおいて加工されるものである。ワークピース２は、例えばプレート状の基礎要素３と、上方へ突出した中空円筒状の形成物４とを備えている。加工テーブル１におけるワークピース２の位置が十分正確に既知でないか、十分正確にあらかじめ設定することができないため、加工テーブル１におけるワークピース２の正確な位置情報を可能とする基準座標が算出されるべきである。

加工ヘッドに配置され、ワークピース２に対して相対的に全ての空間方向へ移動可能なカメラ装置５によって、ワークピース２の第１の画像が撮像され表示装置６に表示される（図１）。カメラ装置５がワークピース２の中空円筒状の形成物４の方向に対して相対的に有する斜めの視点角度により、ワークピース２の中空円筒状の形成物４がプレート状の基礎要素３の隣接した範囲を覆い隠してしまい、この隣接した範囲が、表示装置６に表示される撮像の画像上で視認できない。

ワークピース２に対して相対的なカメラ装置５の位置の全ての方向における可能な変更について、カメラ装置５が加工テーブル１に対して平行に一方向のみに移動可能であり、加工テーブル１が、これに対して横方向に延びる方向においてカメラ装置５に対して相対的に例えばキャリッジにおいて変位可能であることも考えられる。

最終的にユーザによりあらかじめ設定されるＸ−Ｙ−Ｚ初期座標７をもとにして、複数の測定移動により、測定プローブ８によって、ワークピース２のためのＸ−Ｙ−Ｚ基準座標の以下の算出を実行することが可能である。測定プローブ８は、加工ヘッドにおいてもカメラ装置５の直近で支持されている。Ｘ−Ｙ−Ｚ初期座標７をあらかじめ設定するために、ユーザは、表示装置６においてＸ−Ｙ表示座標９を選択し、このＸ−Ｙ表示座標をもとに、まずはＸ−Ｙ−Ｚ初期座標７の決定がなされる。しかし、様々な理由からユーザが得ようとするＸ−Ｙ表示座標７が、例示的に記載されている実施例の場合のように、ワークピース２のプレート状の基礎要素３の視認可能な範囲にないか、あるいは円筒状の形成物４によって覆い隠されることが起こり得る。この場合、カメラ装置５は、水平に移動し、他の視点角度においてワークピース２の第２の画像を撮像することができ、その結果、ユーザにとって特に関心のあるプレート状の基礎要素３の範囲があらたに撮像された画像において視認可能である（図２）。そして、ユーザは、当該ユーザにより所望されるＸ−Ｙ表示座標９を表示装置６において選択することができ、このＸ−Ｙ表示座標をもととして、Ｘ−Ｙ−Ｚ初期座標７の決定がなされる。

表示装置６において視覚化されたワークピース２の画像は、この画像において視認可能なワークピース２の表面範囲のＺ方向に測定された高さについての上方を含んでおらず、高さは、加工テーブル１の表面１０の上方の間隔として定義されている。視認方向及びワークピース２の視認可能な表面範囲の各高さに依存して、表示装置６においてユーザにより選択されたＸ−Ｙ表示座標９は、加工テーブル１の上方で使用可能な工作機械の加工空間１１内の異なる実際の空間座標ｘ、ｙ、ｚに対応している。

図３には、ワークピース２の視認可能な表面範囲の（加工テーブル１の表面１０に対する間隔としてＺ方向において測定された）高さがＸ−Ｙ−Ｚ初期座標７の実際の空間座標にどのような影響を有しているかが例示的かつ概略的に図示されている。表示装置６においてユーザにより選択されたＸ−Ｙ表示座標９について、高さｚ_３を有する円筒状の形成物１３の上側１２において、加工空間１１内の空間座標ｘ_３が得られる。ワークピース２が円筒状の形成物１３を有しておらず、高さｚ_２を有するだ円状の形成物１４のみを有している場合には、選択されたＸ−Ｙ表示座標９は、高さｚ_２及び空間座標ｘ_２を有するＸ−Ｙ−Ｚ初期座標７に割り当てられる。ワークピース２が高さｚ_２を有するだ円状の形成物１４を有しておらず、高さｚ_１を有するプレート状の基礎要素１５のみを有している場合には、Ｘ−Ｙ表示座標９に割り当てられたＸ−Ｙ−Ｚ初期座標７は、空間座標ｘ_１を有している。表示装置６においてユーザがそこに表示されたワークピース２の画像をもとにあらかじめ設定するＸ−Ｙ表示座標９をもとにして、Ｘ−Ｙ−Ｚ初期座標７の算出に必要な測定移動の開始前に測定プローブ８が変位すべきＸ−Ｙ−Ｚ初期座標７の空間座標を決定するために、ユーザによって選択されたワークピース２の表面範囲の高さｚを決定する必要がある。

ワークピース２の表面の高さｚを個別のセンサ装置で算出すること、又はワークピースデータベース若しくは推定値に基づいてあらかじめ設定することが基本的には可能である。さらに、測定プローブ８は、手動で所望のＸ−Ｙ−Ｚ初期座標へ移動することも可能である。

本発明による方法においては、測定プローブ８は、視認ビーム１６に沿ってワークピース２へ向けて移動し、ワークピース２の表面への測定プローブ８の接近及び接触が記録され、求められたＺ基準座標へ移行される。視認ビーム１６は、カメラ装置５の視点方向において、仮想的な画像平面１７に配置されたワークピース２の画像のＸ−Ｙ表示座標９を通って延びるとともに、カメラ装置５からＸ−Ｙ表示座標９で定義されたワークピース２の表面範囲までの直線的な結合線を形成している。

図２に例示的に図示された実施例では、ユーザにより選択されたＸ−Ｙ表示座標９は、Ｚ基準座標の算出に用いられる目標点にも対応する。表示装置６に示された図２による第２の画像にはＸ−Ｙ表示座標９が視認可能であり、ワークピース２の隣接する範囲、特に中空円筒状の形成物４によって覆い隠されていないため、測定プローブ８は、視認ビーム１６において、ユーザによってあらかじめ設定されたＸ−Ｙ表示座標９によりあらかじめ設定されたワークピース２の表面範囲まで安全に測定走行を実行することができるとともに、ワークピース２の表面との接触によって、求めていたＺ基準座標を算出することができる。そして、Ｚ基準座標が分かれば、完全なＸ−Ｙ−Ｚ基準座標を算出することが可能である。

図２には、測定プローブ８の適当な移動（走行）経路が例示的に図示されている。まず、測定プローブ８は、初期化経路部分１８を介し、ワークピースに対する十分な間隔、例えばカメラ装置５の高さにおいて、演算された視認ビーム１６に達する。つづいて、視認ビーム１６に沿って、測定プローブ８がワークピース２の表面へ当たるまで測定走行１９が行われる。

図４ａ〜図４ｃには、つづいてワークピース２の基準座標を自動的に決定するために必要な全ての情報の図式的かつ双方向の（対話型の）ユーザ入力の様々なステップが例示的かつ概略的に図示されている。

カメラ装置５によって撮像されたワークピース２の画像は、タッチセンサ式の表示装置６に表示される。ユーザは、指でジェスチャを行い、これにより、線構造の形態の図式的な入力オブジェクト２０を入力することができる。図式的な入力オブジェクト２０は、ワークピース２の画像に重ねて表示装置６に表示される。図式的な入力オブジェクト２０は、メモリ装置２１にメモリされた線構造と比較されることであるカテゴリに割り当てられる。この例では、ワークピースの直角状のコーナ部が、ワークピース２の基準座標の決定のために測定される（図４ａ）。

カテゴリ化された図式的な入力オブジェクト２０は、Ｘ−Ｙ選択オブジェクト２２へ移行され、このＸ−Ｙ選択オブジェクト２２は、図式的な入力オブジェクト２０に代えて表示装置６に表示され、表示されたワークピース２の画像も同様に重ねられ、継続してユーザにとって視認可能なままである（図４ｂ及び図４ｃ）。

Ｘ−Ｙ選択オブジェクト２２は、基準座標の自動的な算出のための測定プローブ８の予定された後続の測定方向との関連において、様々な情報をユーザへ表示する。さらに、Ｘ−Ｙ選択オブジェクト２２は、別の図式的な入力、例えばジェスチャによって、タッチセンサ式の表示装置６を介して後続の測定走行についてのパラメータの個々の設定を変更し、及び適合させる可能性をユーザに提供する。Ｘ−Ｙ選択オブジェクト２２の位置は、図式的に図示されたアンカー記号２３を捕捉し、変位させることで変更されることができる。設定された両測定走行についてのスタート位置並びにワークピース２に対して相対的なその長さ及び方向は、図式的に図示された測定走行アンカー記号２４，２５を介して変更することが可能である。加えて、ユーザは、Ｘ−Ｙ選択オブジェクト２２の配置にかかわらず、Ｚ基準座標の算出のための目標点２６をあらかじめ設定することが可能である。ユーザの入力が完了するとすぐに、その後自動的に進行する算出方法において、ワークピース２の求められるＸ−Ｙ−Ｚ基準座標を決定するために、まずはＺ基準座標を算出することができ、つづいてＸ−Ｙ−Ｚ初期座標を算出することができる。

ワークピース２が例えば側方のストッパ又は個別のクランプ手段を介してあらかじめ設定され正確に既知のＸ方向及びＹ方向における位置で加工テーブル１１上にある場合には、ワークピースの基準化するには、上述の方法によりＺ基準座標を決定すれば十分である。

図式的な入力オブジェクト２０を介して、及びつづいてＸ−Ｙ選択オブジェクト２２を介して図式的かつ双方向に検出されたユーザ設定は、必要であれば、機械パラメータ２７へ換算されることができ、同様に表示されることが可能である。つづいてワークピース２のＺ基準座標又はＸ−Ｙ−Ｚ基準座標についての算出方法を測定プローブ８の１回の測定走行又は複数回の測定走行により実行するために、インターフェース装置により、機械パラメータ２７を工作機械の制御装置へ伝達することが可能である。図４ｂ及び図４ｃにはそれぞれ表で配置された値マップが例示的に図示されており、この値マップは、従来の方法では、ワークピース２の基準座標を決定する算出方法が測定プローブ８の個々の測定走行前に実行され得る前に、ユーザにより手動で、Ｘ−Ｙ−Ｚ初期座標７及び測定プローブ８の個々の測定走行についての適当な機械パラメータ２７で満たされる必要がある。機械パラメータ２７の、誤りがちで、熟練した慎重なユーザにとっても時間のかかる手動での入力に比べて、本発明による方法によれば、ユーザの必要な設定が、簡単に、図式で、直感的かつ双方向にあらかじめ設定されることができ、誤った設定に容易に気づくことができるとともに、誤った設定を回避することが可能である。

図５ａ〜図５ｃには、ユーザが同一のワークピース２に対して異なる基準化を実行させる可能性が例示的に図示されている。この目的のために、ユーザは、別のジェスチャを行い、近似的に円形状であり同様に近似的に中空円筒状の形成物４の視認可能な寸法に適合されている他の線を有する中空円筒状の形成物４の上方の図式的な入力オブジェクト２０を生じさせる（図５ａ）。

図式的な入力オブジェクト２０は、あらかじめメモリ装置２１において定義されたカテゴリとのパターン比較によって、同様に円形状のＸ−Ｙ選択オブジェクトへ移行され、つづいて、このＸ−Ｙ選択オブジェクトは図式的な入力オブジェクト２０に代えて表示装置６に表示され、重ね合わせにより、ワークピース２及び特に中空円筒状の形成物４が引き続き認識可能である（図５ｂ）。Ｘ−Ｙ選択オブジェクト２２は、Ｘ−Ｙ選択オブジェクト２２を介してユーザにより影響され、変更され得る基準座標の自動的な算出のための測定プローブ８の予定された後続の測定方向との関連において、様々な情報をユーザへ表示する。Ｘ−Ｙ選択オブジェクト２２の位置は、図式的に図示されたアンカー記号２３を捕捉し、変位させることで変更されることができる。設定されたいまや４つの測定走行についてのスタート位置並びにワークピース２に対して相対的なその長さ及び方向は、図式的に図示された測定走行アンカー記号２４，２５，２８，２９を介して変更することが可能である。加えて、ユーザは、Ｘ−Ｙ選択オブジェクト２２の配置にかかわらず、Ｚ基準座標の算出のための目標点２６をあらかじめ設定することが可能である。Ｘ−Ｙ選択オブジェクト２２により、位置だけではなく、Ｘ−Ｙ選択オブジェクト２２の半径も変更することが可能である。

ユーザの入力が完了するとすぐに、その後自動的に進行する算出方法において、ワークピース２の求められるＸ−Ｙ−Ｚ基準座標を決定するために、まずはＺ基準座標を算出することができ、つづいてＸ−Ｙ−Ｚ初期座標を算出することができる。

Claims (13)

1. 工作機械に配置されたワークピース（２）のＸ−Ｙ−Ｚ基準座標を決定する方法において、
   まず、前記ワークピース（２）の画像が、前記工作機械のカメラ装置（５）によって作成され、つづいて、表示装置（６）に表示され、表示された画像を介して、Ｘ−Ｙ表示座標（９）がユーザによって選択されるとともに入力され、次に、Ｚ基準座標が自動化されて算出され、自動化されて算出されたＺ基準座標及びユーザによって入力された前記Ｘ−Ｙ表示座標（９）に基づいて前記Ｘ−Ｙ−Ｚ基準座標が算出されることを特徴とする方法。
2. 自動化されて算出された前記Ｚ基準座標及びユーザにより入力された前記Ｘ−Ｙ表示座標（９）に基づいて前記Ｘ−Ｙ−Ｚ基準座標を算出するために、まず、Ｘ−Ｙ−Ｚ初期座標が演算され、前記工作機械の測定装置（８）が自動化されて前記Ｘ−Ｙ−Ｚ初期座標（７）へ変位し、つづいて、前記ワークピース（２）のＸ−Ｙ−Ｚ基準座標が、前記Ｘ−Ｙ−Ｚ初期座標（７）によりあらかじめ設定された前記測定装置（８）の位置をもとに、前記測定装置（８）による適切な算出方法によって決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記測定装置としてタッチセンサ式の測定プローブ（８）が用いられ、該測定プローブ（８）が、前記カメラ装置（５）によって検出可能な範囲を通るＺ座標を算出するために、前記測定プローブ（８）が前記ワークピース（２）へ接触するまでユーザによりあらかじめ設定された目標点（２６）の方向へ変位することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記目標点（２６）が、前記Ｘ−Ｙ表示座標（９）に対応するか、又は前記表示装置（６）においてユーザによって別々にあらかじめ設定されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記測定プローブ（８）が、前記カメラ装置（５）から前記目標点（２６）の方向へ視認ビーム（１６）に沿って変位することを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記Ｚ基準座標が、センサ装置によって算出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
7. 前記表示された画像において前記Ｘ−Ｙ表示座標（９）を選択するために、ユーザによって入力される図式的な入力オブジェクト（２０）が自動化されてＸ−Ｙ選択オブジェクト（２２）へ移行され、該Ｘ−Ｙ選択オブジェクト（２２）が、前記ワークピース（２）の前記表示された画像に重ね合わせて前記表示装置（６）に表示されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. ユーザが、前記Ｘ−Ｙ選択オブジェクト（２２）を介して、前記ワークピース（２）の前記基準座標の自動化されて進行する前記算出方法のための別のパラメータを入力することが可能であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. ユーザにより前記Ｘ−Ｙ選択オブジェクト（２２）を介してあらかじめ設定された前記パラメータと、場合によっては、自動化されて進行する前記算出方法についての別のパラメータとが、機械パラメータ（２７）へ移行され、該機械パラメータが、インターフェース装置を介して前記工作機械の制御装置へ伝達されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. ワークピース（２）を加工するための工作機械において、
    走行可能な測定装置（８）と、該測定装置（８）を制御する制御装置とを有し、前記測定装置（８）によって、Ｘ−Ｙ−Ｚ初期座標（７）に基づいて、算出方法において、前記加工のために設けられたワークピース（２）のＸ−Ｙ−Ｚ基準座標を算出することができ、ユーザによる制御コマンドを入力するための操作装置と、ユーザ入力を表示するための図式的な表示装置と、カメラ装置（５）とを有し、該カメラ装置によって、当該加工装置に配置された前記ワークピース（２）の画像を、撮像することができ、つづいて、前記表示装置（６）に表示することができ、当該工作機械が、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法を実行することができるように設置されていることを特徴とする工作機械。
11. 前記カメラ装置（５）及び前記測定装置が、当該工作機械の加工ヘッドに配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の工作機械。
12. 前記測定装置が測定プローブ（８）であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の工作機械。
13. 前記表示装置（６）が、タッチセンサ式の図式的なディスプレイを備えており、その結果、ユーザが、該図式的なディスプレイに接触することで、前記Ｘ−Ｙ表示座標（９）の設定のための図式的な入力オブジェクト（２０）を入力することができることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の工作機械。

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