JP2020017111A - ワーク計測装置、ワーク計測方法及びプログラム - Google Patents

ワーク計測装置、ワーク計測方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】ワークの計測に要する作業負担を低減すること。【解決手段】本発明のワーク計測装置1は、ワークの画像を表示する表示部15と、ワークの画像に対する計測対象の指定を受け付け、指定された計測対象に対応する計測対象構造を検出する計測対象取得部11cと、ワークの画像に対する計測項目の指定を受け付ける計測項目設定部11dと、計測対象構造に対して、計測項目設定部11dによって指定された計測項目に対応する計測点及びアプローチ点と、計測点及びアプローチ点を含む計測経路とが設定された計測プログラムを生成する計測プログラム生成部11eと、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、ワーク計測装置、ワーク計測方法及びプログラムに関する。
従来、工作機械による加工を行う目的等のために、加工対象となるワークを計測する技術が知られている。
ワークを計測する場合、タッチセンサ(タッチプローブ)やレーザセンサを用いた計測手法は、一般的に分解能や精度が高いという点でメリットがあるものの、一度に計測可能な範囲が狭く、計測時間が長くなるというデメリットがある。さらに、例えばタッチセンサで計測する場合、オペレータがタッチセンサを手動で移動させるため、ワークやタッチセンサを傷つけないよう、オペレータにとって多大な作業負担を要する。
このような作業負担を軽減するため、計測点やアプローチ点の座標を入力すると、タッチセンサを移動させる計測プログラムを自動生成する仕組みが知られている。ところが、座標系を考慮しつつ、このような複数の点の座標を把握して入力することは、オペレータにとって依然として大きな作業負担を要する。
一方、視覚センサなどで取得した画像を用いてワークの形状・位置などを計測する手法は、一般的に広範囲を短時間で計測できるというメリットがあるものの、測定分解能、繰り返し精度の観点では、ワーク座標系の設定等、機械加工の段取りに使用する場合において実用的でないというデメリットがある。
このような課題に対し、タッチセンサやレーザセンサによる計測手法に、ワーク画像を組み合わせることにより、双方のデメリットを互いに補完したワーク計測手法が考案されている。
例えば、特許文献1には、視覚センサで取得したワーク画像をディスプレイに表示し、ユーザがタッチ操作で画像上に計測点やアプローチ点を指定し、その点の座標に基づき、タッチプローブによる自動計測プログラムを生成する手法が開示されている。
特開2018−018155
しかしながら、特許文献1に記載された技術においては、計測点・アプローチ点等の設定に関する知識・経験や、計測対象によっては、多数の計測点やアプローチ点、方向等を設定する煩雑な手続きが必要となる場合がある。そのため、計測対象を、より少ない操作で感覚的に指定できれば、より高い利便性を実現できると考えられる。
本発明は、ワークの計測に要する作業負担を低減することを目的とする。
(1) 本発明のワーク計測装置(例えば、後述のワーク計測装置1)は、ワークの画像を表示する表示部(例えば、後述の表示部15)と、前記ワークの画像に対する計測対象の指定を受け付ける計測対象指定部(例えば、後述の計測対象取得部11c)と、前記計測対象指定部によって指定された計測対象に対応する計測対象構造を検出する構造検出部(例えば、後述の計測対象取得部11c)と、前記ワークの画像に対する計測項目の指定を受け付ける計測項目指定部(例えば、後述の計測項目設定部11d)と、前記計測対象構造に対して、前記計測項目指定部によって指定された計測項目に対応する計測点及びアプローチ点と、前記計測点及びアプローチ点を含む計測経路とが設定された計測プログラムを生成する計測プログラム生成部(例えば、後述の計測プログラム生成部11e)と、を備えることを特徴とする。
(2) (1)のワーク計測装置において、前記計測プログラムに設定されている前記計測点及びアプローチ点と、前記計測点及びアプローチ点を含む前記計測経路とを表示する計測経路表示部(例えば、後述のUI表示制御部11a)を備えることとしてもよい。
(3) (2)のワーク計測装置において、前記計測経路表示部によって表示された前記計測点及びアプローチ点と、前記計測点及びアプローチ点を含む前記計測経路に対する修正を受け付けることとしてもよい。
(4) (1)〜(3)のワーク計測装置において、前記計測プログラムに設定されている前記計測経路に沿って検出器を移動させることにより、前記計測プログラムを実行する計測プログラム実行部(例えば、後述の計測プログラム実行部11f)を備えることとしてもよい。
(5) (1)〜(4)のワーク計測装置において、前記計測プログラム生成部は、前記計測対象構造の種類及び前記計測項目に応じたひな型プログラムに対し、当該計測対象構造に合わせて前記計測点及びアプローチ点を設定することにより、前記計測プログラムを生成することとしてもよい。
(6) (1)〜(5)のワーク計測装置において、前記計測項目指定部は、前記計測対象構造に対する計測項目の候補をランク付けして表示することとしてもよい。
(7) (1)〜(6)のワーク計測装置において、前記ワークの画像は、当該ワークの2次元又は3次元の撮像画像及び当該ワークのCADデータの画像の少なくともいずれかであることとしてもよい。
(8) (1)〜(7)のワーク計測装置において、前記検出器は、タッチプローブ及びレーザセンサの少なくともいずれかを備えることとしてもよい。
(9) また、本発明のワーク計測方法は、ワークの画像を表示する表示ステップと、前記ワークの画像に対する計測対象の指定を受け付ける計測対象指定ステップと、前記計測対象指定ステップにおいて指定された計測対象に対応する計測対象構造を検出する構造検出ステップと、前記構造検出ステップにおいて検出された前記計測対象構造に対する計測項目の指定を受け付ける計測項目指定ステップと、前記計測対象構造に対して、前記計測項目指定ステップにおいて指定された計測項目に対応する計測点及びアプローチ点と、前記計測点及びアプローチ点を含む計測経路とが設定された計測プログラムを生成する計測プログラム生成ステップと、を含むことを特徴とする。
(10) また、本発明のプログラムは、コンピュータに、ワークの画像を表示する表示制御機能と、前記ワークの画像に対する計測対象の指定を受け付ける計測対象指定機能と、前記計測対象指定機能によって指定された計測対象に対応する計測対象構造を検出する構造検出機能と、前記構造検出機能によって検出された前記計測対象構造に対する計測項目の指定を受け付ける計測項目指定機能と、前記計測対象構造に対して、前記計測項目指定機能によって指定された計測項目に対応する計測点及びアプローチ点と、前記計測点及びアプローチ点を含む計測経路とが設定された計測プログラムを生成する計測プログラム生成機能と、を実現させることを特徴とする。
本発明によれば、ワークの計測に要する作業負担を低減することができる。
本発明の一実施形態に係るワーク計測装置の構成を示すブロック図である。 計測対象を指定する入力画面において行われる操作の一例を示す模式図である。 計測対象を指定する入力画面において行われる操作の一例を示す模式図である。 計測対象を指定する入力画面において行われる操作の一例を示す模式図である。 計測対象を指定する入力画面において行われる操作の一例を示す模式図である。 計測対象を指定する入力画面において行われる操作の一例を示す模式図である。 ユーザが入力した指定のための操作に応じて、構造物(立体形状)を抽出する処理の一例を示す模式図である。 ユーザが入力した指定のための操作に応じて、構造物(立体形状)を抽出する処理の一例を示す模式図である。 ユーザが入力した指定のための操作に応じて、構造物(立体形状)を抽出する処理の一例を示す模式図である。 ユーザが入力した指定のための操作に応じて、構造物(立体形状)を抽出する処理の一例を示す模式図である。 ディスプレイの座標系から機械座標系への変換を表す模式図である。 計測対象の構造物に対する計測項目が設定される過程を示す模式図である。 ひな型プログラムから計測プログラムが自動生成される概念を示す模式図である。 直方体の芯出しが行われる場合の計測点及びアプローチ点が設定された状態を示す模式図である。 アプローチ点に順番が付けられた状態を示す模式図である。 アプローチ点同士を結ぶ経路が設定される状態を示す模式図である。 穴の内径計測が行われる場合のアプローチ点が設定された状態を示す模式図である。 穴の内径計測が行われる場合の計測点が設定された状態を示す模式図である。 ワーク計測装置が実行する計測プログラム生成処理の流れを説明するフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
[構成]
図1は、本発明の一実施形態に係るワーク計測装置1の構成を示すブロック図である。
ワーク計測装置1は、数値制御装置あるいはPC(Personal Computer)等の情報処理装置によって構成される。
図1に示すように、ワーク計測装置1は、CPU(Central Processing Unit)11と、ROM12と、RAM13と、入力部14と、表示部15と、記憶部16と、通信部17と、視覚センサ18と、検出器19と、を備えている。
CPU11は、記憶部16に記憶された各種プログラムを実行することにより、ワーク計測装置1の全体を制御する。例えば、CPU11は、ワークの計測を行うためのプログラムを自動的に生成する処理(以下、「計測プログラム生成処理」とも称する。)のためのプログラムを実行する。
計測プログラム生成処理のためのプログラムを実行することにより、CPU11には、機能的構成として、UI表示制御部11aと、画像取得部11bと、計測対象取得部11cと、計測項目設定部11dと、計測プログラム生成部11eと、計測プログラム実行部11fとが形成される。
<UI表示制御部11a>
UI表示制御部11aは、計測プログラム生成処理において、ユーザが各種情報を入出力するためのユーザインターフェース画面(UI画面)を表示する。
例えば、UI表示制御部11aは、後述するように、計測対象となるワークの画像を取得する指示を受け付けるための入力画面を表示したり、取得されたワークの画像において計測対象を指定するための入力画面を表示したり、指定された計測対象の検出結果を表示したりする。
また、UI表示制御部11aは、計測項目の候補の中から選択を受け付けるための入力画面を表示したり、ワークの計測を行うためのアプローチ点あるいは計測点を設定するための入力画面を表示したり、自動生成されたワークの計測を行うためのプログラムを修正するための入力画面を表示したりする。
なお、UI表示制御部11aにおいて入力が行われる場合、マウス、キーボードあるいはタッチ操作等による入力を受け付けることができる。例えば、タッチ操作による種々の入力形態の他、キーボードの方向キーで囲み線を描画したり、マウスによるドラッグ操作により矩形範囲を描画したり、キーボードのエンターキーあるいはマウスのクリックで点を描画したりすること等が可能である。
<画像取得部11b>
画像取得部11bは、視覚センサ18(深度カメラあるいはステレオカメラ等)によって撮像されたワークの画像データ、又は、CAD(Computer Aided Design)システムにおいて生成されたワークのCADデータ等、ワークの3次元形状を含む画像データを取得する。画像取得部11bは、取得したワークの画像データを記憶部16に記憶する。
<計測対象取得部11c>
計測対象取得部11cは、UI表示制御部11aによってUI画面に表示された計測対象を指定する入力画面において、ユーザが入力した指定のための操作内容を取得する。
そして、計測対象取得部11cは、ユーザが入力した指定のための操作内容に応じて、ワークの画像において、計測対象となる部分を特定し、特定した部分の構造物(立体形状)を検出する。
さらに、計測対象取得部11cは、検出した構造物をディスプレイの平面座標系(画像座標系)からワークが載置されたステージ上の立体座標系(機械座標系)に変換する。なお、これら画像座標系と機械座標系とは、予め校正が行われ、対応付けられている。このとき、ディスプレイの平面座標系(画像座標系)に代えて、カメラの座標系を用いることとしてもよい。
次に、計測対象取得部11cの検出処理内容を図2から図10を参照しながら、より具体的に説明する。
図2〜図6は、計測対象を指定する入力画面において行われる操作の一例を示す模式図である。
図2に示す例では、ユーザが入力した指定のための操作内容として、計測対象となるワークの画像において、ワークの画像の左右の辺に沿う直線がそれぞれ入力されている。図2に示す例の場合、計測対象取得部11cは、ユーザはワークの幅の計測を意図していると特定する。
また、図3に示す例では、ユーザが入力した指定のための操作内容として、計測対象となるワークの画像において、ワークに形成された穴を囲む円が入力されている。図3に示す例の場合、計測対象取得部11cは、ユーザはワークに形成された穴の内径の計測を意図していると特定する。
また、図4に示す例では、ユーザが入力した指定のための操作内容として、計測対象となるワークの画像において、ワークの画像全体を囲む円が入力されている。図4に示す例の場合、例えば、ユーザはワークの芯出し(原点出し)を意図している。
また、図5に示す例では、計測対象となるワークの画像において、対角線を指定してワークの画像全体を囲む矩形が入力されている。図5に示す例の場合、計測対象取得部11cは、ユーザはワークの芯出し(原点出し)を意図していると特定する。
また、図6に示す例では、ユーザが入力した指定のための操作内容として、計測対象となるワークの画像において、ワークの領域内の点が指定されている。図6に示す例の場合、計測対象取得部11cは、ユーザはワークの芯出し(原点出し)を意図していると特定する。
図4〜図6に示す例においては、計測対象取得部11cは、いずれもワークの輪郭を抽出し、輪郭線が2次元四角形の場合には、4辺4頂点を計測してワークの中心点を求める。
また、図7〜図10は、ユーザが入力した指定のための操作に応じて、計測対象取得部11cが、構造物(立体形状)を抽出する処理の一例を示す模式図である。
図7に示す例では、図2に示すように、ユーザによりワークの画像の左右の辺に沿う直線がそれぞれ入力された場合において、計測対象取得部11cは、各セグメント(入力された部分)の近傍領域を設定し、その内側からCanny法で輪郭線を抽出した後、抽出した輪郭線から、Hough変換で2本の直線(ワークの左右の外縁)を検出している。なお、図7のように輪郭線が抽出された場合、計測対象取得部11cは、例えば、左側の輪郭線であれば、距離画像で見た場合に右側のピクセルが凸値となっていること、又は、背景差分で右側に物体が置かれていることに基づいて、輪郭線の右側に物体があることを判定することができる。
また、図8に示す例では、図3に示すようにユーザによりワークに形成された穴を囲む円が入力された場合において、計測対象取得部11cは、ワークに形成された穴を囲む円の内側から、スネーク法で輪郭線を抽出し、さらに、抽出した輪郭線からHough変換で円(穴)を検出している。
また、図9に示す例では、図4又は図5に示すようにユーザによりワークの画像全体を囲む円又は矩形が入力された場合において、計測対象取得部11cは、ワークの画像全体を囲む円又は矩形の内側から、スネーク法で輪郭線を抽出し、抽出した輪郭線から、Hough変換で4本の直線を検出して、検出された4本の直線に基づいて、四角形(ワークの上下左右の外縁)を検出している。
また、図10に示す例では、図6に示すようにユーザによりワークの領域内の点が指定された場合において、計測対象取得部11cは、指定されたワークの領域内の点から、指定点の近傍の色情報を抽出し、領域拡張法で、指定点近傍に近い色の領域を抽出している。そして、計測対象取得部11cは、スネーク法で輪郭線を抽出し、抽出した輪郭線から、Hough変換で4本の直線を検出して、検出された4本の直線に基づいて、四角形(ワークの上下左右の外縁)を検出している。
なお、上記の例では、構造抽出を、先ずスネーク法又はCanny法による輪郭の抽出を行い、次にHough変換により円や直線を検出するという2段階の処理により行っているが、これに限られない。スネーク法又はCanny法による輪郭の抽出は、Hough変換時の誤検出を少なくするための前処理として行なっていることから、スネーク法又はCanny法による輪郭の抽出はスキップしてもよい。
図9及び図10において、計測対象取得部11cは、ワークの輪郭を表す四角形を抽出することにより、例えば、計測項目をユーザに提示する際に、四角形の中心や面積等、計測可能な項目を絞ってピックアップすることが可能となる。また、計測対象取得部11cは、抽出した4つの線分を個別に管理するのではなく、「輪郭線が四角形という閉じた図形を構成している」というトポロジー情報を用いることで、例えば、四角形の中心と線分との位置関係から、線分のどちら側に物体があるかが判別できる。そうすることで、後述するように計測項目設定部11dは、計測の際にタッチプローブを動かす方向を設定するための補助的な情報として用いることができる。
図11は、ディスプレイの座標系から機械座標系への変換を表す模式図である。
図11に示すように、計測対象取得部11cは、計測対象として検出された構造物(ワークの左右の外縁、穴、ワークの上下左右の外縁等)のディスプレイの平面座標(画像座標)をステージ上の立体座標(機械座標)に変換する。
これにより、計測対象取得部11cは、ユーザによってUI画面上で指定された計測対象の実体的な3次元形状に係る位置情報を取得することができる。
<計測項目設定部11d>
計測項目設定部11dは、計測項目の種類が定義されたデータベース(記憶部16の計測項目データベース16a)を参照し、計測対象取得部11cによって検出された計測対象の構造物に対して行われる計測項目を設定する。
計測項目設定部11dは、計測対象取得部11cによって検出された計測対象の構造物に基づいて、過去の計測履歴情報(記憶部16の計測履歴データベース16b)を参照し、計測項目として選択され得る項目(計測項目の候補)をリストアップする。
また、計測項目設定部11dは、リストアップした計測項目の候補をランク付けする。具体的には、計測項目設定部11dは、構造物の種類、形状、加工状況(加工前・加工中・加工後)、加工プログラムの内容、過去の計測履歴等を参照し、リストアップした計測項目の候補をランク付けする。計測項目設定部11dによってランク付けされた計測項目の候補は、UI表示制御部11aによってUI画面にランク順に表示され、ユーザによる選択が受け付けられる。
計測項目設定部11dの計測対象の構造物に対する計測項目の設定処理内容を図12を参照しながら、より具体的に説明する。
図12は、計測対象の構造物に対する計測項目が設定される過程を示す模式図である。
図12に示すように、計測対象取得部11cにより、計測対象の構造物が検出されると、計測項目設定部11dは、記憶部16の計測履歴データベース16bを参照し、計測項目として選択され得る項目(計測項目の候補)をリストアップする。
図12に示す例では、計測対象取得部11cにより、ワークの左右の外縁が検出された場合、計測項目設定部11dは、「重心」、「辺長」、「幅」を計測項目の候補としてリストアップする。
また、計測対象取得部11cにより、ワークの上下左右の外縁が検出された場合、計測項目設定部11dは、「周長」、「面積」、「芯出し」、「体積」を計測項目の候補としてリストアップする。
また、図12に示すように、計測項目設定部11dは、過去の計測履歴において、今回の計測対象と同様の計測対象の場合に実行された計測項目の頻度を参照すること等により、リストアップした計測項目の候補をランク付けする。
図12に示す例では、計測対象取得部11cにより、ワークの左右の外縁が検出された場合、計測項目設定部11dは、計測対象の構造物において、「線分の内側が凸」、「線分の外側が凹」、「セグメント数が2」であること、同様の計測対象の構造物における過去の計測履歴において、「ワークの幅の計測が50%であったこと」から、計測項目の候補を、「幅」、「重心」、「辺長」の順にランク付けする。
また、計測対象取得部11cにより、ワークの上下左右の外縁が検出された場合、計測項目設定部11dは、計測対象の構造物において、「線分の内側が凸」、「線分の外側が凹」、「セグメント数が1」であること、同様の計測対象の構造物における過去の計測履歴において、「ワークの芯出しが30%であったこと」から、計測項目の候補を、「芯出し」、「体積」、「周長」の順にランク付けする。
そして、図12に示すように、ランク付けされた計測項目の候補は、UI表示制御部11aによってUI画面にランク順に表示され、ユーザによる選択が受け付けられる。
図12に示す例では、ワークの左右の外縁が検出された場合、計測項目の候補としてリストアップされた「幅」、「重心」、「辺長」の中から、ユーザによって「幅」が選択されている。また、図12に示す例では、ワークの上下左右の外縁が検出された場合、計測項目の候補としてリストアップされた「芯出し」、「体積」、「周長」の中から、ユーザによって「芯出し」が選択されている。
<計測プログラム生成部11e>
計測プログラム生成部11eは、ユーザによって計測項目が選択された場合に、選択された計測項目に応じて、アプローチ点及び計測点の個数を予め定められた数だけ設定する。
計測プログラム生成部11eは、計測対象及び選択された計測項目に対応するひな型のプログラム(以下、「ひな型プログラム」と称する。)を記憶部16のひな型プログラムデータベース16cから取得することができる。ひな型プログラムには、各種計測項目に対応する計測点及びアプローチ点の設定方針が予め設定されている。
計測プログラム生成部11eは、計測対象取得部11cによって検出された計測対象の構造物の具体的な構造に基づいて、ひな型プログラムの計測点及びアプローチ点を設定する。さらに、計測プログラム生成部11eは、アプローチ点同士を接続する計測経路や、アプローチ点から計測点へ向かう計測経路を予め定められた設定方針に基づいて自動生成する。こうすることで、計測対象の計測を行うためのプログラム(計測プログラム)が自動的に生成される。
計測プログラム生成部11eによって自動的に生成された計測プログラムをシミュレーションすることで、UI表示制御部11aにより当該計測プログラムのアプローチ点、計測点及び計測の経路がUI画面に表示される。
なお、計測プログラム生成部11eは、ひな型プログラムを用いることなく、計測対象取得部11cによって検出された計測対象の構造物の具体的な構造に基づいて、計測点及びアプローチ点と、計測経路とを設定することもできる。
計測プログラム生成部11eの計測プログラム生成処理内容を図13を参照しながら、より具体的に説明する。
図13は、計測プログラム生成部11eによりひな型プログラムから計測プログラムが自動生成される概念を示す模式図である。
図13に示すように、記憶部16のひな型プログラムデータベース16cには、ワークの形状に対応するひな型プログラムが事前に登録されている。例えば、直方体の側面4面から1点ずつを計測するひな型、三角柱の側面3面から1点ずつを計測するひな型、及び円筒の内径を計るために円の中心から外側に向かってプローブを移動させるひな型等が登録されている。
これらのひな型は、例えば、直方体のひな型の場合、アプローチ点の位置によって図13に示すように伸縮する。即ち、アプローチ点の順序や、プローブの移動方向といったトポロジーのみがひな型としてひな型プログラムデータベース16cに登録されており、計測プログラム生成部11eは、ひな型プログラムにおいて、アプローチ点に実際の値を代入することにより、計測プログラムを生成する。
また、UI画面に表示された計測プログラムのソースリストに対して、ユーザによる修正のための入力が行われた場合、計測プログラム生成部11eは、入力された修正を計測プログラムに反映させる。
UI表示制御部11aは、ユーザによる修正が反映された計測プログラムをシミュレーションすることで、修正後のアプローチ点、計測点及び計測の経路をUI画面に表示する。UI画面に表示された計測点及び計測の経路がユーザによって承認されると、承認されたアプローチ点、計測点及び計測の経路に基づく計測プログラムが確定される。
<計測プログラム実行部11f>
計測プログラム実行部11fは、計測プログラム生成部11eによって生成された計測プログラム(確定された計測プログラム)を実行し、検出器19(タッチプローブやレーザセンサ等)を移動させることにより、計測対象の計測を実行する。
以上、ワーク計測装置1において、計測プログラム生成処理のためのプログラムを実行することにより、CPU11に形成される機能ブロックについて説明した。次に、ワーク計測装置1の備える他の構成要素について図1を参照しながら説明する。
ROM12には、ワーク計測装置1を制御するための各種システムプログラムが予め書き込まれている。
RAM13は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等の半導体メモリによって構成され、CPU11が各種処理を実行する際に生成されるデータを記憶する。
入力部14は、キーボードやマウス、又は、タッチセンサ(タッチパネル)等の入力装置によって構成され、ユーザによるワーク計測装置1への各種情報の入力を受け付ける。
表示部15は、LCD(Liquid Crystal Display)等の表示装置によって構成され、ワーク計測装置1の各種処理結果を表示する。
記憶部16は、ハードディスク又はフラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置によって構成され、計測プログラム生成処理のためのプログラム等を記憶する。また、記憶部16には、前述したように、計測項目の種類が定義された計測項目データベース(計測項目DB)16aと、過去の計測履歴が格納された計測履歴データベース(計測履歴DB)16bと、計測プログラムのひな型が格納されたひな型プログラムデータベース(ひな型プログラムDB)16cとが記憶されている。さらに、記憶部16は、確定された計測プログラムや、計測プログラムの実行結果等、ワーク計測装置1の各種処理結果を記憶する。
通信部17は、有線又は無線LANやUSB等、所定の通信規格に基づいて信号処理を行う通信インターフェースを備え、ワーク計測装置1が他の装置との間で行う通信を制御する。
視覚センサ18は、深度カメラあるいはステレオカメラ等の3次元画像を撮像する撮像装置を備え、計測対象となるワークの3次元画像を撮像する。なお、視覚センサ18が、ワークの2次元画像を撮像する撮像装置を備えることとしてもよい。
検出器19は、タッチプローブ又はレーザセンサ等を備え、計測対象となるワークにおける点の位置を検出する。
<具体的適用例>
次に、図14から図18を参照しながら、ワーク計測装置1により、加工前のワークにおける芯出しのための計測プログラム、及び加工後のワークに形成された穴の内径計測のための計測プログラムが自動生成される場合の具体的な事例について説明する。
[具体的適用例1]
<芯出しのための計測プログラム>
初めに、図14から図16を参照しながら、加工前のワークにおける芯出しのための計測プログラムが自動生成される手順について説明する。
本例においては、計測対象物体として直方体を適用し、撮像条件として3次元カメラでワークを真上から撮像するものとして、加工前ワークの芯出し(3次元)のための計測プログラムを自動生成する。
この場合、下記手順により、計測プログラムが自動生成される。
(手順1)UI表示制御部11aによってUI画面に表示された計測対象を指定する入力画面において、ユーザは、図4に示した囲み操作で計測対象物(四角形)を指定する。
(手順2)計測対象取得部11cは、囲み操作で指定された計測対象物を画像処理(例えばHough変換、スネーク法等)により四角形を抽出する。
(手順3)計測項目設定部11dは、計測対象取得部11cによって検出された計測対象の構造物に基づいて、過去の計測履歴情報(記憶部16の計測履歴データベース16b)を参照し、選択され得る計測項目をリストアップする。
より具体的には、計測項目設定部11dは、以下の条件を用いて選択され得る計測項目を絞り、ランク付けする。
・ワークの形状(例えば、抽出四角形がその周囲よりZ方向に突出した直方体であること)
・ワークの状況(例えば、加工前であること)
・加工プログラムの内容(例えば、ワークの外面を切削するようになっていること)
・過去の計測履歴(例えば、「加工前」に「物体の外部で」「四角形」を「囲んで指定」した場合、80%が芯出し計測であった等)
(手順4)ユーザは、計測項目設定部11dによりリストアップされた計測項目の候補から、「芯出し」を選択する。
(手順5)計測プログラム生成部11eは、直方体の5つの面それぞれの中心に計測点5点を設定し、計測点から面の法線方向に一定距離離れた位置にアプローチ点5点を設定する。ここで、計測面中心のZ方向の高さは、例えば3次元カメラで得られた四角形の縁部分の外側の高さと内側の高さを足して2で割ったものとして求められる。また、Z方向の高さは、3次元カメラで撮像して求めてもよいし、ワークの加工プログラムから算出してもよいし、ワークのCADデータから求めてもよいし、2次元カメラ画像中の物体のサイズから求めてもよい。
図14は、直方体の芯出しが行われる場合の計測点及びアプローチ点が設定された状態を示す模式図である。
手順5が行われることにより、図14に示すような計測点及びアプローチ点が設定される。
なお、直方体の芯出しのためのひな型プログラムでは、計測対象の直方体のひな型に対して、図14に示すような計測点及びアプローチ点の設定方針が予め定められている。そのため、計測プログラム生成部11eは、ひな型プログラムを用いる場合、計測点及びアプローチ点を容易に設定することができる。
(手順6)計測プログラム生成部11eは、アプローチ点同士を結ぶ計測経路を、以下のようにして生成する。
・現在のタッチプローブ位置(初期位置)から直線距離で最も近いアプローチ点を最初のアプローチ点とする。
・最初のアプローチ点から直線距離で最も近いアプローチ点を2番目のアプローチ点とし、以下同様に、全てのアプローチ点に順番を付ける。
・N番目とN+1番目のアプローチ点を結び、物体に接触しないような経路を生成する(ただし、Nは自然数)。
図15は、アプローチ点に順番が付けられた状態を示す模式図である。
また、図16は、アプローチ点同士を結ぶ経路が設定される状態を示す模式図である。図16においては、計測経路の設定に際して(A)計測対象から一定距離を保つ場合、及び、(B)アプローチ点同士の最短経路を狙う場合の2つの形態で経路が設定される例を示している。なお、アプローチ点同士の最短経路を狙って経路を設定する場合、計測対象から少なくともプローブの半径分のマージンが確保される必要がある。
(手順7)計測プログラム生成部11eは、アプローチ点から計測点へ向かう計測経路を、以下のようにして生成する。
・アプローチ点から計測点へ結んだ直線に従いプローブを移動させ、プローブがワークに接触したら、アプローチ点に戻る。
[具体的適用例2]
<加工後のワークに形成された穴の内径計測のための計測プログラム>
次に、図17及び図18を参照しながら、加工後のワークに形成された穴の内径計測のための計測プログラムが自動生成される例について説明する。
本例においては、計測対象物体として直方体を適用し、撮像条件として3次元カメラでワークを真上から撮像するものとして、加工後ワークの穴の内径計測(3次元)のための
この場合、下記手順により、計測プログラムが自動生成される。
(手順1)UI表示制御部11aによってUI画面に表示された計測対象を指定する入力画面において、ユーザは、囲み操作(図3参照)で計測対象物(穴円)を指定する。
(手順2)計測対象取得部11cは、囲み操作で指定された計測対象物を画像処理(例えばHough変換、スネーク法等)により円を抽出する。
(手順3)計測項目設定部11dは、計測対象取得部11cによって検出された計測対象の構造物に基づいて、過去の計測履歴情報(記憶部16の計測履歴データベース16b)を参照し、選択され得る計測項目をリストアップする。
・ワークの形状(例えば、抽出四角形がその周囲よりZ方向に突出した直方体であること)
・ワークの状況(例えば加工後であること)
・加工プログラムの内容(例えばワークに穴加工を行ったこと)
・過去の計測履歴(例えば、「加工後」に「物体の内部で」「円」を「囲んで指定」した場合、70%が内径計測であった等)
(手順4)ユーザは、計測項目設定部11dによりリストアップされた計測項目の候補から、「内径」を選択する。
(手順5)計測プログラム生成部11eは、円の中心にアプローチ点を設定する。ここで、アプローチ点のZ方向高さは、3次元カメラで画像から抽出した円の縁の外側部分と内側部分の高さを足して2で割ったものとして求められる。
図17は、穴の内径計測が行われる場合のアプローチ点が設定された状態を示す模式図である。
手順5が行われることにより、図17に示すように、円の中心であって、Z方向に設定方針に従う高さの位置にアプローチ点が設定される。
(手順6)計測プログラム生成部11eは、アプローチ点から、機械座標系で0度の方向、120度の方向、240度の方向に引いた直線と穴円との3つの交点を計測点とする。
図18は、穴の内径計測が行われる場合の計測点が設定された状態を示す模式図である。
手順6が行われることにより、図18に示すように、円の中心に設定されたアプローチ点から、機械座標系で0度、120度、240度の円周上の位置に計測点が設定される。
(手順7)計測プログラム生成部11eは、アプローチ点から計測点へ向かう計測経路を、以下のようにして生成する。
・アプローチ点から計測点へ結んだ直線に従いプローブを移動させ、プローブがワークに接触したら、アプローチ点に戻り、次の計測点へ移動する。
・又は、アプローチ点から最初の計測点へ結んだ直線に従いプローブを移動させ、プローブがワークに接触したら、次の計測点へと直接移動する。
計測プログラム生成部11eは、いずれのパターンで計測経路を生成するかについて、モードの切り替え等によって設定することができる。
以上、本発明のワーク計測装置1の各機能部の実施形をワーク計測装置1の構成に基づいて説明した。
次に、図19を参照しながら、ワーク計測装置1の処理の流れを説明する。
<計測プログラム生成処理>
図19は、ワーク計測装置1が実行する計測プログラム生成処理の流れを説明するフローチャートである。
計測プログラム生成処理は、入力部14を介して、計測プログラム生成処理を起動させる指示が入力されることにより開始される。
ステップS1において、UI表示制御部11aは、計測プログラム生成処理において、ユーザが各種情報を入出力するためのユーザインターフェース画面(UI画面)を表示する。
ステップS2において、画像取得部11bは、視覚センサ18(深度カメラあるいはステレオカメラ等)によって撮像されたワークの画像データ、又は、CAD(Computer Aided Design)システムにおいて生成されたワークのCADデータ等、ワークの3次元形状を含む画像データを取得する。このとき取得されたワークの画像データは、記憶部16に記憶される。
ステップS3において、UI表示制御部11aは、取得されたワークの画像において計測対象を指定するための入力画面を表示する。
ステップS4において、UI表示制御部11aは、計測対象を指定する入力画面にユーザが入力した指定のための操作内容を取得する。
ステップS5において、計測対象取得部11cは、ユーザが入力した指定のための操作内容に応じて、ワークの画像において、計測対象となる部分を特定し、特定した部分の構造物(立体形状)を検出する。
ステップS6において、計測対象取得部11cは、検出した構造物をディスプレイの平面座標系(画像座標系)からワークが載置されたステージ上の立体座標系(機械座標系)に変換する。
ステップS7において、計測項目設定部11dは、計測対象取得部11cによって検出された計測対象の構造物に基づいて、過去の計測履歴(記憶部16の計測履歴データベース16b)を参照し、計測項目として選択され得る項目(計測項目の候補)をリストアップする。
ステップS8において、計測項目設定部11dは、リストアップした計測項目の候補を、過去の計測履歴等を基にランク付けする。
ステップS9において、UI表示制御部11aは、計測項目設定部11dによってランク付けされた計測項目の候補をUI画面にランク順に表示する。
ステップS10において、UI表示制御部11aは、計測項目の候補の中から選択を受け付けるための入力画面を表示し、ユーザによる選択を受け付ける。
ステップS11において、計測プログラム生成部11eは、ユーザによって選択された計測項目に応じて、アプローチ点及び計測点の個数を予め定められた数だけ設定する。
ステップS12において、計測プログラム生成部11eは、計測対象の構造物の具体的な構造に合わせて、ひな型プログラムのアプローチ点及び計測点を設定する。
ステップS13において、計測プログラム生成部11eは、アプローチ点同士を接続する計測経路や、アプローチ点から計測点へ向かう計測経路を予め定められた設定方針に基づいて自動生成する。このように生成された計測プログラムは、アプローチ点、計測点及び計測の経路がUI表示制御部11aによってUI画面に表示される。
なお、ステップS11〜ステップS13において、計測プログラム生成部11eは、計測対象及び選択された計測項目に対応するひな型プログラムを取得し、計測対象の構造物の具体的な構造に合わせて、ひな型プログラムのアプローチ点及び計測点と、計測経路とを設定することもできる。
ステップS14において、計測プログラム生成部11eは、UI画面に表示された計測プログラムのソースリストに対し、ユーザによる修正のための入力を受け付ける。
ステップS15において、UI表示制御部11aは、計測プログラムがユーザによって承認されたか否かの判定を行う
計測プログラムがユーザによって承認されていない場合、ステップS15においてNOと判定されて、処理はステップS14に移行する。
一方、計測プログラムがユーザによって承認された場合、ステップS15においてYESと判定されて、処理はステップS16に移行する。
ステップS16において、計測プログラム実行部11fは、計測プログラムの実行が指示されたか否かの判定を行う。
計測プログラムの実行が指示された場合、ステップS16においてYESと判定されて、処理はステップS17に移行する。
一方、計測プログラムの実行が指示されていない場合、ステップS16においてNOと判定されて、計測プログラム生成処理は終了となる。
ステップS17において、計測プログラム実行部11fは、計測プログラムを実行する。
ステップS17の後、計測プログラム生成処理は終了となる。
以上のように、本実施形態に係るワーク計測装置1は、ワークの画像に対して、ユーザによる計測対象を指定するための操作を受け付ける。そして、ユーザによる指定に応じて、ワークの画像において計測対象となる部分が特定され、特定された部分の構造物(立体形状)が検出される。さらに、検出された構造物に対する計測項目の入力が受け付けられ、計測項目に応じた計測点及びアプローチ点と、計測点及びアプローチ点を含む計測経路とが自動的に設定される。
そのため、計測対象となるワークの画像において計測対象を指定する操作及び計測項目を入力する操作を行うことにより、計測対象となるワークを自動計測するための計測プログラムが自動生成される。
したがって、ワークの計測に要する作業負担を低減することができる。
また、ワーク計測装置1においては、ワークの画像に対して計測対象を指定する際に、ワークの画像を囲む操作、直線を入力する操作、点を指定する操作等をユーザが入力すると、画像処理によって、ワークの画像において計測対象となる部分が特定される。
したがって、ユーザは、簡単な操作によって計測対象を指定することが可能となる。
また、ワーク計測装置1においては、検出された構造物に対する計測項目のリストが、構造物の種類、形状、加工状況、加工プログラムの内容、過去の計測履歴等に基づいてランク付けして表示される。
これにより、計測項目の選択を行うユーザに対し、実行される可能性が高い計測項目をわかり易い形態で提示することができる。
また、ワーク計測装置1においては、検出された構造物(計測対象)及び選択された計測項目に対応するひな型プログラムが取得され、ひな型プログラムに対して、計測対象の構造物の具体的な構造に合わせた計測点及びアプローチ点が設定される。
これにより、計測対象を自動的に計測する計測プログラムをより簡単に生成することが可能となる。
[変形例1]
上述の実施形態において、計測対象をユーザが指定すると共に、計測項目をユーザが入力する場合を例に挙げて説明した。
これに対し、ワーク計測装置1は、計測対象における計測プログラムが一意的に決定可能であると判断した場合、計測対象の指定及び計測項目の入力を省略し、計測プログラムを自動生成することができる。
この場合、ワーク計測装置1は、ユーザが計測対象や計測項目等を予め指定されていること、また過去の計測履歴に基づいてランク付けされる計測項目の候補から最も頻度の高い計測項目を自動的に選択するように設定されていること、及び計測プログラムが1種類に限定されていることを検出すること等により、計測対象における計測プログラムが一意に決定可能であるか否かを判定することができる。
なお、さらなる変形例として、ワーク計測装置1として、計測対象指定部または計測項目指定部の有しない構成としてもよい。この場合、ワーク計測装置1は、例えば、計測対象や計測項目等が予め指定されていたり、また過去の計測履歴に基づいてランク付けされる計測項目の候補から最も頻度の高い計測項目を自動的に選択するように設定されていたり、またワークの種類ごとに計測プログラムが予め決められていたりすること等により、計測プログラムを自動生成するようにしてもよい。
[変形例2]
なお、同一のワークを量産する際、1つ目のワークについて作成された計測プログラムとワーク画像を保存しておき、2つ目以降のワークにおいて、1つ目のワーク画像との位置・角度の移動量を算出し、1つ目のワーク用に作成した計測プログラムの座標値に前記移動量を加算し、プログラムを修正することにより、2つ目以降のワークに対するユーザによる計測対象の指定操作と計測項目の決定操作をスキップし、計測動作を完全に自動化するようにしてもよい。
[変形例3]
上述の実施形態において、計測対象を指定する操作を受け付け、計測対象となる構造物を検出した後に、計測項目の入力を受け付けるものとして説明した。
これに対し、計測項目の入力を受け付けた後に、計測対象を指定する操作を受け付け、計測対象となる構造物を検出することとしてもよい。
そうすることで、計測項目の指定によって計測対象が限定されるため、計測対象となる構造物をより適切に検出することが可能となる。
以上、本発明は、上述の実施形態及び変形例に限定されるものではなく、種々の変更及び変形等が可能である。
例えば、上述の実施形態において、検出器19がタッチプローブ又はレーザセンサ等を備える場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。即ち、計測対象となるワークの位置あるいは形状を計測可能な装置であれば、種々の形態の検出器を用いることができる。
また、上述の実施形態において、計測対象となるワークの画像として、ワークの3次元形状を含む画像データを用いるものとして説明したが、これに限られない。例えば、ワークの2次元形状を含む画像に他の補助情報(加工プログラム等)を併せて用いることにより、これらの情報全体として、ワークの3次元形状を認識するようにしてもよい。
また、上述の実施形態において、検出器19をアプローチ点から計測点に移動させる場合、計測経路における計測点の所定距離前までは高速で検出器19を移動させ、計測点から所定距離以内は低速で検出器19を移動させることとしてもよい。
これにより、ワークと検出器19とをより緩やかに接触させることができると共に、計測時間の短縮を図ることができる。
以上説明した実施形態のワーク計測装置1の機能の全部又は一部は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組合せにより実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、プロセッサがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。ハードウェアで構成する場合、ワーク計測装置1の機能の一部又は全部を、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、ゲートアレイ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)等の集積回路(IC)で構成することができる。
ワーク計測装置1の機能の全部又は一部をソフトウェアで構成する場合、ワーク計測装置1の動作の全部又は一部を記述したプログラムを記憶した、ハードディスク、ROM等の記憶部、演算に必要なデータを記憶するDRAM、CPU、及び各部を接続するバスで構成されたコンピュータにおいて、演算に必要な情報をDRAMに記憶し、CPUで当該プログラムを動作させることで実現することができる。
これらのプログラムは、様々なタイプのコンピュータ可読媒体(computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。コンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。コンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば、光磁気ディスク)、CD−ROM(Read Only Memory)、CD−R、CD−R/W、DVD−ROM(Digital Versatile Disk)、DVD−R、DVD−R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュメモリ、RAM(Random Access Memory))を含む。
また、これらのプログラムは、ネットワークを介してユーザのコンピュータにダウンロードされることにより配布されてもよい。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、前述した実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体例を示したに過ぎない。本発明の技術的範囲は、前記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。
1 ワーク計測装置
11 CPU
11a UI表示制御部
11b 画像取得部
11c 計測対象取得部
11d 計測項目設定部
11e 計測プログラム生成部
11f 計測プログラム実行部
12 ROM
13 RAM
14 入力部
15 表示部
16 記憶部
16a 計測項目データベース
16b 計測履歴データベース
16c ひな型プログラムデータベース
17 通信部
18 視覚センサ
19 検出器

Claims (10)

  1. ワークの画像を表示する表示部と、
    前記ワークの画像に対する計測対象の指定を受け付ける計測対象指定部と、
    前記計測対象指定部によって指定された計測対象に対応する計測対象構造を検出する構造検出部と、
    前記ワークの画像に対する計測項目の指定を受け付ける計測項目指定部と、
    前記計測対象構造に対して、前記計測項目指定部によって指定された計測項目に対応する計測点及びアプローチ点と、前記計測点及びアプローチ点を含む計測経路とが設定された計測プログラムを生成する計測プログラム生成部と、
    を備えることを特徴とするワーク計測装置。
  2. 前記計測プログラムに設定されている前記計測点及びアプローチ点と、前記計測点及びアプローチ点を含む前記計測経路とを表示する計測経路表示部を備えることを特徴とする請求項1に記載のワーク計測装置。
  3. 前記計測プログラム生成部は、前記計測経路表示部によって表示された前記計測点及びアプローチ点と、前記計測点及びアプローチ点を含む前記計測経路に対する修正を受け付けることを特徴とする請求項2に記載のワーク計測装置。
  4. 前記計測プログラムに設定されている前記計測経路に沿って検出器を移動させることにより、前記計測プログラムを実行する計測プログラム実行部を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のワーク計測装置。
  5. 前記計測プログラム生成部は、前記計測対象構造の種類及び前記計測項目に応じたひな型プログラムに対し、当該計測対象構造に合わせて前記計測点及びアプローチ点を設定することにより、前記計測プログラムを生成することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のワーク計測装置。
  6. 前記計測項目指定部は、前記計測対象構造に対する計測項目の候補をランク付けして表示することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のワーク計測装置。
  7. 前記ワークの画像は、当該ワークの2次元又は3次元の撮像画像及び当該ワークのCADデータの画像の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のワーク計測装置。
  8. 前記検出器は、タッチプローブ及びレーザセンサの少なくともいずれかを備えることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のワーク計測装置。
  9. ワークの画像を表示する表示ステップと、
    前記ワークの画像に対する計測対象の指定を受け付ける計測対象指定ステップと、
    前記計測対象指定ステップにおいて指定された計測対象に対応する計測対象構造を検出する構造検出ステップと、
    前記構造検出ステップにおいて検出された前記計測対象構造に対する計測項目の指定を受け付ける計測項目指定ステップと、
    前記計測対象構造に対して、前記計測項目指定ステップにおいて指定された計測項目に対応する計測点及びアプローチ点と、前記計測点及びアプローチ点を含む計測経路とが設定された計測プログラムを生成する計測プログラム生成ステップと、
    を含むことを特徴とするワーク計測方法。
  10. コンピュータに、
    ワークの画像を表示する表示制御機能と、
    前記ワークの画像に対する計測対象の指定を受け付ける計測対象指定機能と、
    前記計測対象指定機能によって指定された計測対象に対応する計測対象構造を検出する構造検出機能と、
    前記構造検出機能によって検出された前記計測対象構造に対する計測項目の指定を受け付ける計測項目指定機能と、
    前記計測対象構造に対して、前記計測項目指定機能によって指定された計測項目に対応する計測点及びアプローチ点と、前記計測点及びアプローチ点を含む計測経路とが設定された計測プログラムを生成する計測プログラム生成機能と、
    を実現させることを特徴とするプログラム。
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