JP3509435B2 - 造形モデル反転システムおよび造形モデル反転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、造形モデル反転シ
ステムおよび造形モデル反転方法に関し、特に、基準面
に対して対称な造形モデルの形成に際し、基準面の片側
の半面モデルを基に、この半面モデルを反転した反転モ
デルをモデル用ワークから形成するために用いられる造
形モデル反転システムおよび造形モデル反転方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、工業製品のデザイン作業において
は、デザインスケッチが作成され、それからデザインス
ケッチを基に、実物大や、縮小あるいは拡大サイズの造
形モデルが作成される。そして、造形モデルを使って、
デザインの検討、修正および評価が行われる。以下、自
動車をデザインする場合を例にとり、従来の造形モデル
の製作手法を説明する。

【０００３】自動車の造形モデルとしては、一般に、粘
度を削って作るクレイモデルが使われる。そして、自動
車のように左右対称な製品の場合、まず、片側半分の半
面モデルが作成される。この際、複数のデザインの半面
モデルが作成され、デザイン評価によって半面モデルが
取捨選択される。そして、選択された半面モデルと対称
な反転モデルが作成され、さらに、半面モデルと反転モ
デルを合わせた造形モデルを使ってデザイン作業が行わ
れる。

【０００４】図１は、従来の反転モデルの作成手法を示
している。基準面１に対して左側に半面モデル２が用意
されており、半面モデル２の隣には、直交三次元測定器
３が設置されている。また、基準面１に対して右側に
は、反転モデル作成用のワーク５が用意されており、さ
らに、コラム軸６が定盤上に鉛直に設けられている。そ
して、アーム軸７が、コラム軸６に対して、上下および
水平方向に移動可能に取り付けられており、アーム軸７
の先端にはボーリングヘッド８が取り付けられている。
この状態で、直交三次元測定器３のプローブ４とボーリ
ングヘッド８は、車両の前後方向に同位置にある。

【０００５】作業者Ａは、半面モデル２上の代表点を決
め、この代表点に直交三次元測定器３のプローブ４を接
触させて代表点の位置座標を計測する。作業者Ａは、計
測した位置座標を読み上げて作業者Ｂに伝える。作業者
Ｂは、アーム軸７及びコラム軸６を手作業で移動させる
ことにより、ボーリングヘッド８を対応点の近くに移動
させる。対応点とは、基準面１に対して代表点と対称な
点である。そして、ボーリングヘッド８の移動先の位置
は、対応点からボーリングヘッド８のストロークだけ離
れた位置である。作業者Ｂは、アーム軸７およびコラム
軸６に設けられたスケールと副尺を見ながら目盛合わせ
を行ってボーリングヘッド８の位置を調整し、アーム軸
７が動かないようにロックピンを使ってアーム軸７及び
コラム軸６をロックする。そして、ボーリングヘッド８
を駆動してワーク５にドリル穴を開ける。

【０００６】上記の作業は、図１の三次元計測器３およ
びそれと基準面１との対称な位置にて、半面モデル２の
上端から下端までの複数の代表点に関して行われる。そ
して、三次元計測器３およびベース（軸）を移動させて
同様の作業が行われる。このようにして、半面モデル２
の全体について、作業者Ａが選んだ代表点を作業者Ｂが
ワーク５に転写する。

【０００７】ボーリングヘッド８によって開けられたド
リル穴の底は、対応点の位置、すなわち、反転モデルの
表面上の点を示している。そこで、ドリル穴を加工用目
印にして、ワーク５が削られる。この際、作業者は、へ
ら等を使い、ドリル穴がなくなるまでドリル穴周辺の粘
度を削る。このようにして、半面モデルと対称な反転モ
デルが作成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】

（１）上記の従来手法では、反転モデル作成に長時間を
要するという問題がある。このうち、作業者Ｂによる作
業時間の合計を求めると以下のようになる。ここでは、
作業者Ｂがアーム軸７を移動させ、ロックするまでの時
間を計算し、ドリリング時間やベースを移動させる時間
は考慮しない。一つの対応点につき、作業者Ｂの作業時
間は約２０秒である。そして、中型クラスの自動車のモ
デルを作成する場合、一台あたり約１３００の対応点が
設定される。従って、作業時間の合計は、約７時間１３
分に達する。

【０００９】このように作業者Ｂによる作業時間が長い
理由は、下記のような作業が行われていることにある。
（ａ）作業者Ａが声を出して代表点の位置座標を読み上
げるので、作業者Ｂへの位置座標の伝達に時間がかか
る。（ｂ）作業者Ｂは、位置座標を耳で聞いた後、アー
ム軸７及びコラム軸６を移動する前に、軸の移動方向及
び順序を考える。（ｃ）作業者Ｂは、アーム軸７及びコ
ラム軸６の移動を手作業で行う。そして、作業者Ｂは、
ボーリングヘッド８の位置決めのために、スケールと副
尺を目で見て目盛合わせを行っている。（ｄ）位置決め
の後、アーム軸７及びコラム軸６が動かないようにロッ
クするために作業者Ｂがロックピンを回す。これらの作
業を不要とすることで、反転モデルの作成に要する時間
の大幅な短縮が期待される。

【００１０】（２）上記のように、作業者Ｂは、ボーリ
ングヘッド８の位置決めのためにスケールと副尺を目で
見て目盛合わせを行っている。従って、位置決めに誤差
が発生しやすい。また、作業者ごとに目盛合わせのくせ
が異なるので、位置決めのばらつきが発生しやすい。そ
のため、代表点に対称な真の対応点と、実際につけられ
る加工用目印との間に、±０．５ｍｍ程度の誤差が発生
する。この誤差の影響により半面モデルの正確な反転が
行われず、そのために反転モデルの修正が必要となるこ
ともある。

【００１１】（３）作業者Ｂは、多数の対応点につい
て、同様の作業を繰り返す。上述のように、中型クラス
の自動車のモデルの場合で、対応点の設定数は約１３０
０である。そのため、作業者Ｂに対する肉体的負担が大
きいという問題がある。例えば、作業者Ｂは、スケール
と副尺を使った目盛合わせを目で見て行うので、目に対
する負担が大きい。また、作業者Ｂは、操作ノブを手で
回してアーム軸７及びコラム軸６を移動させるので、手
や腕に対する負担が大きい。さらに、コラム軸６の移動
に伴ってコラムヘッドにある操作ノブも移動するので、
作業者Ｂは無理な姿勢での作業を強いられることがある
（軸が高い位置や低い位置にある時など）。そのため、
作業者の足腰に対する負担が大きい。

【００１２】（本発明の目的）本発明は、上記の課題を
解決するためになされたものである。（１）本発明の目
的は、半面モデルを基にした反転モデルの作成時間を大
幅に短縮することが可能な造形モデル反転システムおよ
び造形モデル反転方法を提供することにある。 （２）また、本発明の目的は、反転モデルをより精度良
く作成することを可能にする造形モデル反転システムお
よび造形モデル反転方法を提供することにある。 （３）また、本発明の目的は、反転モデルを作成する際
の作業者の肉体的負担を軽減することが可能な造形モデ
ル反転システムおよび造形モデル反転方法を提供するこ
とにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、基準面に対し
て対称な造形モデルの形成に際し、基準面の片側の半面
モデルを基に、この半面モデルを反転した反転モデルを
モデル用ワークから形成するために用いられる造形モデ
ル反転システムにおいて、半面モデル上の複数の代表点
の位置を測定する測定装置と、基準面に対し代表点と対
称な対応点を求める対応点算出手段と、モデル用ワーク
における対応点の位置に加工用目印をつけるマーキング
装置と、対応点から他の対応点へマーキング装置を移動
させる際の移動軌跡を算出する軌跡算出手段と、算出さ
れた移動軌跡に従ってマーキング装置を移動させる移動
手段とを有し、加工用目印が反転モデル上の点を示す情
報として用いられる。

【００１４】例えば、本発明の一態様において、前記測
定装置は、反転モデルに接触するプローブと、プローブ
の接触部の位置を検出する検出装置とを有し、前記マー
キング装置は、モデル用ワークにドリル穴を開けるボー
リングヘッドを有し、ドリル穴の底が前記加工用目印と
される。

【００１５】本発明によれば、計測装置が計測した代表
点の位置に基づいて、対応点算出手段が対応点の位置を
算出する。従って、作業者間で代表点の位置を伝達する
作業が不要になる。また、対応点間の移動軌跡が軌跡算
出手段により算出され、移動軌跡に従ったマーキング装
置の移動が移動手段によって行われる。そして、各対応
点の位置に、順次、マーキング装置が移動され、加工用
目印が付けられる。従って、手作業にてマーキング装置
を対応点から他の対応点へ移動させる作業が不要にな
る。また、目視にて目盛合わせを行い、マーキング装置
を位置決めする作業も不要となる。以上により、対応点
の位置に加工用目印をつける作業が迅速に行われるの
で、反転モデルの作成時間が大幅に短縮される。

【００１６】また、本発明によれば、マーキング装置
は、移動手段により移動軌跡に従って移動され、移動先
の対応点に位置決めされる。作業者が、目視および手作
業にてマーキング装置を位置決めすることは不要であ
る。従って、対応点におけるマーキング装置の位置決め
精度が向上し、反転モデルをより正確に作成することが
可能になる。

【００１７】また、本発明によれば、上記の如く、作業
者は、目視および手作業にてマーキング装置を移動さ
せ、位置決めする作業から解放される。従って、作業者
の目や腕や足腰などへの肉体的負担が軽減する。

【００１８】本発明の一態様において、前記軌跡算出手
段は、マーキング装置の移動前後の対応点の位置関係
と、対応点とモデル用ワークの位置関係と、マーキング
装置の姿勢とに基づいて、マーキング装置とモデル用ワ
ークが干渉しない移動軌跡を求める。マーキング装置の
移動前後の対応点の位置関係と、対応点とモデル用ワー
クの位置関係と、マーキング装置の姿勢とが分かれば、
どの方向にマーキング装置を移動させるとモデル用ワー
クへの干渉が回避されるかが推定可能である。このよう
な推定に基づき、上記の如くマーキング装置の移動軌跡
が適切に設定される。

【００１９】一方、本発明の造形モデル反転方法は、基
準面に対して対称な造形モデルの形成に際し、基準面の
片側の半面モデルを基に、この半面モデルを反転した反
転モデルを形成するために、モデル用ワークに反転モデ
ルの表面を示す加工用目印をつける方法であって、半面
モデル上の複数の代表点の位置を測定する工程と、基準
面に対し代表点と対称な対応点を求める工程と、マーキ
ング装置を駆動して、モデル用ワークにおける対応点の
位置に加工用目印をつける工程と、対応点から他の対応
点へマーキング装置を移動させる際の移動軌跡を算出す
る工程と、算出された移動軌跡に従ってマーキング装置
を移動させる工程とを含む。上記構成の造形モデル反転
方法によっても、前述の造形モデル反転システムと同様
の作用効果が得られる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以
下、実施形態という）の造形モデル反転システムについ
て、図面を参照し説明する。このシステムは、自動車の
クレイモデルの作成用に構成されている。

【００２１】図２は、本実施形態の造形モデル反転シス
テムの全体構成を示している。図１と同様に、基準面１
に対して左側に半面モデル２が用意されており、右側に
は、反転モデル作成用のワーク５が用意されている。以
下、半面モデル２の側を計測側、ワーク５の側を転写側
という。

【００２２】「計測側の構成」計測側には直交三次元計
測器（以下、計測器という）１０が設置されている。計
測器１０のベース１１は、定盤上を移動可能に設けられ
ている。ベース１１には、コラム軸１２が鉛直に固定さ
れており、コラム軸１２にコラムヘッド１３が嵌めら
れ、コラムヘッド１３にアーム軸１４が嵌められてい
る。コラムヘッド１３はコラム軸１２に沿って上下に移
動可能であり、アーム軸１４はコラムヘッド１３に支持
されて水平方向に移動可能である。アーム軸１４の先端
には、プローブ１５が取り付けられている。

【００２３】コラム軸１２にはコラム軸リニアスケール
１６が固定されており、このコラム軸リニアスケール１
６は、０．００５ｍｍ間隔で、Ｎ極とＳ極に交互に着磁
されたマグネスケールである。コラムヘッド１３には、
コラム軸リニアスケール１６と対向するようにコラム軸
リーディングヘッド１７が固定されている。コラム軸リ
ーディングヘッド１７は磁気抵抗素子を有し、コラムヘ
ッド１３の上下動に伴うスケール上の磁極（Ｎ、Ｓ）の
変化を検出する。計測器１０は、磁極の変化の回数に基
づいてコラムヘッド１３の上下方向の移動量を求め、こ
の移動量からプローブ１５先端の高さ位置を求める。

【００２４】同様に、アーム軸１４にはアーム軸リニア
スケール１８が固定されており、コラムヘッド１３に
は、アーム軸リニアスケール１８と対向するようにアー
ム軸リーディングヘッド１９が固定されている。そし
て、アーム軸リーデイングヘッド１９の検出結果に基づ
いて、計測器１０は、アーム軸１４の水平方向の移動量
を求め、この移動量からプローブ１５先端の水平方向の
位置を求める。

【００２５】ここで、計測器１０は、作業者Ａにより、
以下のように使用される。作業者Ａは半面モデル２上の
代表点を決め、アーム軸１４を動かして代表点にプロー
ブ１５を接触させる。作業者Ａは、半面モデル２上の複
数の点を代表点として選ぶ。さらに作業者Ａは、ベース
１１を移動し、モデル全体について同様の作業を行う。
ここで代表点は、作業者Ａにより任意の位置に設定さ
れ、例えばコーナー部分では多数の代表点が設定され
る。

【００２６】計測器１０は、半面モデル２に対するプロ
ーブ１５の接触を検出し、接触時のプローブ１５先端の
位置座標（すなわち対応点の位置座標）を求める。位置
座標の検出は、ベース１１の位置とコラム軸リーデイン
グヘッド１７、アーム軸リーディングヘッド１９の出力
に基づいて行われる。計測器１０は、検出した位置座標
を、順次、制御部５０へ出力する。

【００２７】「転写側の構成」一方、転写側には、ベー
ス２１が移動可能に設けられ、ベース２１には、コラム
軸２２が鉛直に固定されている。そして、計測側と同様
に、コラム軸２２にはコラムヘッド２３が嵌められ、コ
ラムヘッド２３にアーム軸２４が嵌められている。コラ
ムヘッド２３はコラム軸２２に沿って上下に移動可能で
あり、アーム軸２４はコラムヘッド２３に支持されて水
平方向に移動可能である。

【００２８】アーム軸２４の先端には、ボーリングヘッ
ドユニット２５が取り付けられている。ボーリングヘッ
ドユニット２５は、図３に示すように、ボーリングヘッ
ド、小型モータ、リミットスイッチおよびＮｉ−Ｃｄ電
源とからなる。ボーリングヘッドは、手動にてストロー
クｓだけ移動可能に設けられている。また、ボーリング
ヘッドユニット２５は、水平方向および垂直方向に向け
て取り付け可能である。

【００２９】コラムヘッド２３には、コラム軸駆動ユニ
ット２６が取り付けられている。コラム軸駆動ユニット
２６は、コラム軸２２に対してコラムヘッド２３を上下
移動させるためのユニットである。図４は、コラム軸駆
動ユニット２６の構成を示している。ユニットケース２
６ａには、コラム軸２２に当接するように基準ローラ２
７および補助ローラ２８が設けられている。コラム軸２
２を挟んで基準ローラ２７と対向する位置にピニオン２
９が設けられており、ピニオン２９は、コラム軸２２に
軸方向に設けられたラック３０と噛み合っている。ピニ
オン２９は、軸受２９ａにてユニットケース２６ａに軸
支されており、電磁摩擦クラッチ３１、減速機３２を介
してサーボ式のモータ３３と連結されている。モータ３
３には、回転数を検出するエンコーダ３４と、モータ３
３の位置を保持する保持ブレーキ３５が取り付けられて
いる。また、予圧用スプリングピン３６はユニットケー
ス２６ａに取り付けられており、ピニオン２９をラック
３０に対して押しつけている。モータ３３が回転する
と、この回転が減速機３２にて減速された後、ピニオン
２９に伝えられる。ピニオン２９が回転すると、ピニオ
ン２９とともにコラムヘッド２３が上下方向に移動す
る。コラムヘッド２３と共に、アーム軸２４およびボー
リングヘッドユニット２５も上下方向に移動する。

【００３０】さらに、コラムヘッド２３には、アーム軸
駆動ユニット３７が取り付けられている。アーム軸駆動
ユニット３７は、コラムヘッド２３に対してアーム軸２
４を水平移動させるためのユニットであり、図４のコラ
ム軸駆動ユニット２６と同様の構成を有する。従って、
アーム軸駆動ユニット３７のモータ３３が回転すると、
アーム軸２４が水平方向に移動する。アーム軸２４と共
に、ボーリングヘッドユニット２５も水平方向に移動す
る。

【００３１】また、コラム軸２２には、コラム軸リニア
スケール３８が取り付けられ、コラムヘッド２３には、
コラム軸リニアスケール３８と対向するようにコラム軸
リーデイングヘッド３９が取り付けられている。アーム
軸２４には、アーム軸リニアスケール４０が取り付けら
れ、コラムヘッド２３には、アーム軸リニアスケール４
０と対向するようにアーム軸リーデイングヘッド４１が
取り付けられている。各スケールおよびヘッドの構成は
計測側と同様である。そして、各ヘッドは、磁極（Ｎ、
Ｓ）の変化を検出するごとにパルス信号を生成する。

【００３２】その他、転写側には、作業者によって操作
される操作リモコン４２が備えられている。図５は操作
リモコン４２を示しており、操作リモコン４２には、ス
タートボタン４３、停止ボタン４４、クラッチ開放ボタ
ン４５、復帰ボタン４６、バックステップボタン４７お
よびセーフティボタン４８が設けられている。これらの
ボタンの機能については後述にて説明する。

【００３３】「制御部の構成」図２に示すように、制御
部５０は、制御用コンピュータ５１および制御盤５２を
備える。制御部５０には、計測器１０から代表点の位置
座標が入力される。また、制御部５０には、転写側のコ
ラム軸リーディングヘッド３９、アーム軸リーディング
ヘッド４１からパルス信号が入力され、操作リモコン４
２から各ボタンのＯＮ／ＯＦＦを示す信号が入力され
る。制御部５０は、入力信号に基づいて、コラム軸駆動
ユニット３６およびアーム軸駆動ユニット３７へ制御信
号を出力する。

【００３４】その他、制御部５０には、図示しないデザ
インＣＡＤ用のワークステーションからＣＡＤデータが
入力される。このＣＡＤデータには、ワークステーショ
ン上でデザインされた形状を示す情報が示されている。
このＣＡＤデータも、計測器１０から送られた情報と同
様に処理される。

【００３５】図６には、制御部５０の構成が示されてい
る。制御用コンピュータ５１のインターフェイス部５３
には、上記のように、計測器１０から三次元座標データ
（代表点の位置座標）が入力される。三次元座標データ
は、制御用コンピュータ５１のメモリ領域のＦＩＦＯ
（First In First Out）処理部に、入力順にストックさ
れる。制御用コンピュータ５１は、制御盤５２からの要
求に応じ、入力時と同じ順番で三次元座標データを出力
する。また、制御用コンピュータ５１にはディスプレイ
５４が接続されている。制御用コンピュータ５１の拡張
スロット５５には、ＰＩＯ（Parallel Input Output）
ボード５６およびＤＳＰ（Digital SignalProcessor）
ボード５７が入れられており、さらにＤＳＰボード５７
と接続されているＡ／Ｄ・Ｄ／Ａボード５８およびＰＩ
Ｏカウンタボード５９からなる。

【００３６】制御盤５２は、リモコン制御部６０とモー
タ制御部６１からなり、制御盤５２には１００Ｖの交流
電流が供給されている。リモコン制御部６０は、ＰＩＯ
ボード５６および操作リモコン４２と接続されており、
操作リモコン４２のボタン操作に関する情報をＰＩＯボ
ード５６へ出力する。リモコン制御部６０は、インター
ロック・駆動回路６２、運転準備・非常停止回路６３お
よびブレーキ・クラッチ回路６４からなる。インターロ
ック・駆動回路６２は、操作リモコン４２のスタートボ
タン４３、復帰ボタン４６、バックステップボタン４７
およびセーフティボタン４８と接続され、運転準備・非
常停止回路６３は、停止ボタン４４及び、図示しない制
御盤前面の非常停止ボタン及び運転準備ボタンと接続さ
れている。また、ブレーキ・クラッチ回路６４はクラッ
チ開放ボタン４５と接続され、さらに、アーム軸駆動ユ
ニット３７およびコラム軸駆動ユニット２６の電磁摩擦
クラッチ３１および保持ブレーキ３５と接続されてい
る。ブレーキ・クラッチ回路６４には、電源装置６５よ
り２４Ｖの直流電流が供給され、この直流電流は電磁摩
擦クラッチ３１および保持ブレーキ３５へ供給される。

【００３７】一方、モータ制御部６１のアーム軸ドライ
バ６６にはＡ／Ｄ・Ｄ／Ａボード５８が接続され、ま
た、アーム軸ドライバ６６は、アーム軸駆動ユニット３
７のモータ３３およびエンコーダ３６に接続されてい
る。Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａボード５８からアーム軸ドライバ６
６へは、モータ制御用の制御指令が入力される。アーム
軸ドライバ６６は、制御指令とエンコーダ３３からの入
力信号に基づき、モータ３３へモータ駆動用の電流を供
給する。同様に、コラム軸ドライバ６７は、Ａ／Ｄ・Ｄ
／Ａボード５８およびコラム軸駆動ユニット２６と接続
され、制御指令に従って、モータ３３へモータ駆動用の
電流を供給する。

【００３８】アーム軸デテクタ６８は、転写側のアーム
軸リーディングヘッド４１と接続され、また、ＰＩＯカ
ウンタボード５９に接続されている。アーム軸リーディ
ングヘッド４１からアーム軸デテクタ６８へは、前述の
ように、パルス信号（磁気（ＮＳ）パルス信号）が入力
される。アーム軸デテクタ６８は、入力信号に基づい
て、ＤＳＰボード５７での処理用のパルス信号を生成し
てＰＩＯカウンタボード５９へ出力する。同様に、コラ
ム軸デテクタ６９は、コラム軸リーディングヘッド３９
からの入力信号に基づいて、ＤＳＰボード５７での処理
用のパルス信号を生成してＰＩＯカウンタボード５９へ
出力する。なお、アーム軸デテクタ６８およびコラム軸
デテクタ６９には、電源装置７０より５Ｖの直流電流が
供給されている。また電源装置７０は、ＰＩＯボード５
６に対して１２Ｖの直流電流を供給している。

【００３９】「ＤＳＰ制御における移動軌跡の生成」Ｄ
ＳＰボード５７では、下記に説明する干渉回避移動軌跡
制御ロジックが実行行される。このロジックにより、転
写側のボーリングヘッドの移動軌跡が決定される。図７
には、このロジックの原理が示されている。現在、ボー
リングヘッドの先端が位置決め点Ｐｎ−１に位置するよ
うに、ボーリングヘッドが位置決めされている。点Ｐｎ
−１は、対応点Ｔｎ−１から、ボーリングヘッドのスト
ロークｓだけ離れた位置である。そして対応点Ｔｎ−１
は、計測器１０からｎ−１番目に入力された代表点Ｅｎ
−１と、基準面１に対して対称な点である。ここで、ｎ
番目の代表点Ｅｎの位置座標が入力されると、ボーリン
グヘッド先端の移動先の位置決め点Ｐｎが算出される。
位置決め点Ｐｎは、代表点Ｅｎに対する対応点Ｔｎから
ストロークｓだけ離れた位置である。次に、ボーリング
ヘッド先端を位置決め点Ｐｎ−１から位置決め点Ｐｎま
で移動させる際の移動軌跡が算出される。例えば、図７
に示すように、円弧形状の軌跡が求められる。ＤＳＰボ
ード５７は、移動軌跡の決定のために、下記の「モデル
形状自動推定機能」および「干渉回避軌跡生成機能」を
有する。

【００４０】（１）「モデル形状推定機能」 図７において、実線の移動軌跡上をボーリングヘッドが
移動した場合には、ボーリングヘッドはワーク５に接触
しない。しかし、点線の移動軌跡上を移動した場合には
ボーリングヘッドとワーク５が接触する。移動軌跡とワ
ーク５が干渉しているからである。そこで、本実施形態
では、ワーク５が存在しないような領域（干渉回避領
域）が推定され、この領域を通るように移動軌跡が決定
される。干渉回避領域の推定のために、下記の３条件が
考慮される。

【００４１】（ａ）転写位置：対応点Ｔｎ−１、Ｔｎが
図８に示す各領域（右Ｆ（フロント）、左Ｆ、右Ｒ（リ
ア）、左Ｒ、右Ｓ（サイド）、左Ｓ）のいずれに属する
か。この条件は、作業者が制御用コンピュータ５１のデ
ィスプレイ５４上で選択・設定する。

【００４２】（ｂ）ボーリングヘッドの姿勢：ボーリン
グヘッドが水平に取り付けられているか、垂直に取り付
けられているかである。これも作業者が判断し、ディス
プレイ５４上で選択・設定する。

【００４３】（ｃ）座標の大小：位置決め点Ｐｎ−１を
基準とする位置決め点Ｐｎの座標を求める。この位置決
め点Ｐｎの座標がＰｎ−１の座標値に比べて（大，
大）、（大，小）、（小，大）、（小，小）のいずれで
あるかによって場合分けされる。

【００４４】ＤＳＰボード５７には、条件（ａ）〜
（ｃ）に対応して、図９に示す４８パターンのマップが
設定されている。このマップでは、各パターンごとに、
ワーク５が存在しないと推定される領域（干渉回避領
域）を通る軌跡が示されている。同図において、各パタ
ーンの記号Ｃはコラム軸方向の移動を示し、記号Ａはア
ーム軸方向の移動を示している。図７の例を参照する
と、この場合の位置決め点Ｐｎ−１、Ｐｎは右Ｓに属
し、ボーリングヘッドの姿勢は水平である。さらに、位
置決め点Ｐｎを基準とする位置決め点Ｐｎの座標はＰｎ
−１の座標値と比べ（小，大）である。従って、このパ
ターンは図９の太枠部分に該当するので、ワーク５と干
渉しない移動軌跡は、上方向に移動してから右方向に移
動する軌跡である。

【００４５】（２）「干渉回避軌跡生成機能」 ＤＳＰボード５７は、図９のマップを参照し、位置決め
点間の移動軌跡を求める。ここでは、図７の例を用いて
干渉回避軌跡生成機能を説明する。この場合の干渉回避
可能な軌跡は、上記の如く、上方向に移動してから右方
向へ移動する軌跡である。このパターンに従って、ＤＳ
Ｐボード５７は、位置決め点Ｐｎ−１、Ｐｎを結ぶ所定
半径Ｒの円弧軌跡を図７に実線で示すように設定する。
そして、図１０に示すように、円弧軌跡上の複数の点ｐ
の位置を求める。そして、各点ｐは、下記のＤＳＰ制御
における一制御単位（制御周期：約２４０μｓ）の目標
位置とされる。すなわち、ある点ｐを基準とする隣の点
ｐの位置が、一制御単位の目標到達地点とされる。

【００４６】「ＤＳＰ制御ループの構成」図１１は、Ｄ
ＳＰボード５７、制御盤５２およびコラム軸駆動ユニッ
ト２６を含むＤＳＰ制御ループの構成を示している。Ｄ
ＳＰ制御は、ボーリングヘッドを目標位置へ移動させる
ための制御であり、ＤＳＰ制御の制御対象は、コラム軸
駆動ユニット２６やアーム軸駆動ユニット３７のモータ
３３である。

【００４７】ＤＳＰボード５７の移動軌跡制御部７１で
は、上述の干渉回避移動軌跡制御ロジックが実行され、
図１０に示した目標位置が出力される。目標位置は、微
分回路７２にて微分され、目標軸移動速度に変換され
る。この目標軸移動速度は、アーム軸２４が上下方向に
移動する速度である（ボーリングヘッド、アーム軸２４
およびコラムヘッド２３は共に上下移動する）。目標軸
移動速度は、定数Ｋ１倍されることにより、モータ３３
の目標角速度に変換される。ここで、ピニオン２９の直
径を４５（ｍｍ）、減速機３２の減速比を３３とする
と、定数Ｋ１＝（２π／（４５×π））×３３である。
そして、目標角速度にフィードフォワードゲインＧがか
けられて加算器７３に入力される。

【００４８】一方、制御盤５２のコラム軸デテクタ６９
からＰＩＯカウンタボード５９へは、前述のようにパル
ス信号が入力される。このパルス信号は、コラム軸リー
デイングヘッド３９に対してコラム軸リニアスケール３
８が移動した時の、スケール上の磁極の変化（Ｎ→Ｓ、
Ｓ→Ｎ）を示している。そして、スケール上では、０．
００５ｍｍごとに磁極が変化する。ＰＩＯカウンタボー
ド５９は、パルス信号からパルス数を求める。このパル
ス数が、定数Ｋ３倍（Ｋ３＝０．００５）されてボーリ
ングヘッド先端の上下方向の実位置に変換され、実位置
が加減算器７４に入力される。加減算器７４では、上記
の実位置と、移動軌跡制御部７１から出力された目標位
置との位置偏差が計算され、この位置偏差がＰＩコント
ローラ７５を経由して加算器７３に入力される。

【００４９】加算器７３が出力した角速度は、定数Ｋ２
倍されてモータ制御用の指令電圧（±１０Ｖ）に変換さ
れ、そして、指令電圧が制御盤５２のコラム軸ドライバ
６７へ入力される。コラム軸ドライバ６７は、指令電圧
に従い、モータ３３へ電流を供給する。ここでは、エン
コーダ３６から入力されるモータ角速度を用いたフィー
ドバック制御が行われる。モータ３３は供給された電流
によって駆動され、モータ３３の回転が、減速機３２に
て減速された後、電磁クラッチ３１を介してピニオン２
９へ伝えられる。

【００５０】その他、ＰＩＯカウンタボード５９が出力
したパルス数は、制御用コンピュータ５１へ出力され
る。制御用コンピュータ５１では、パルス数がボーリン
グヘッドの実位置に変換される。そして、実位置は、Ｃ
ＲＴ座標表示部７６にて表示用の座標値に変換され、デ
ィスプレイ５４に表示される。

【００５１】以上がコラム軸駆動ユニット２６を制御す
るＤＳＰ制御ループである。アーム軸駆動ユニット３７
を制御するＤＳＰ制御ループの構成も同様である。上記
のＤＳＰ制御により、ボーリングヘッドは、図１０に示
した一制御単位ごとの目標位置を順次たどる。このよう
にして、干渉回避動軌跡制御ロジックにて決定された移
動軌跡に従ってボーリングヘッドが移動する。

【００５２】「システムの動作」次に、本実施形態の造
形モデル反転システムの動作を説明する。計測側では、
作業者Ａが、計測器１０のベース１１を半面モデル２の
前面側の計測開始位置に保持する。そして、作業者Ａは
半面モデル２上の代表点を決め、アーム軸１４を移動さ
せて代表点にプローブ１５先端を接触させる。計測器１
０は、プローブ１５が代表点に接触した時に、プローブ
１５先端の位置座標を求める。この位置座標が、対応点
の位置として、制御用コンピュータ５１のインターフェ
イス部５３に入力される。作業者Ａは、ベース１１を計
測開始位置に保持した状態で、半面モデル２上の複数の
点（上端から下端まで）を代表点として選び、上記の作
業を行う。そして、作業者Ａは、ベース１１を所定距離
ずつ離れた位置に移動させ、各位置にて同様の作業を行
う。作業者Ａは、ベース１１を半面モデル２の前面、側
面、後面へと移動させる。この際、前面から側面に移る
時、および側面から後面に移る時には、ベース１１の向
きを９０度変更する。以上のようにして、中型クラスの
自動車のモデルの場合で、約１３００の代表点の位置座
標が順次インターフェイス部５３に入力される。入力さ
れた位置座標は、順次、制御用コンピュータ５１のメモ
リ領域のＦＩＦＯ処理部にストックされる。

【００５３】一方、転写側では、下記のように、代表点
をワーク５に転写する転写作業が行われる。作業者Ｂ
は、上記の計測開始位置と対象な位置にベース２１を保
持する。そして、操作リモコン４２のセーフティボタン
４８を押しながら、スタートボタン４３を押す。制御盤
５２のインターロック・駆動回路６２は、スタートボタ
ン４３が押されたことを示す情報をＰＩＯボード５６へ
出力する。

【００５４】ここで、インターロック・駆動回路６２
は、セーフティボタン４８が押されていなければ、スタ
ートボタン４３が押されても機能しない。これにより、
システムの安全性が確保されている。なお、復帰ボタン
４６、バックステップボタン４７が押された時も同様で
ある。

【００５５】スタートボタン４３が押されると、制御用
コンピュータ５１は、ＦＩＦＯ処理部に記憶された一つ
目の代表点Ｅ１の位置座標をＤＳＰボード５７に出力す
る。ＤＳＰボード５７の移動軌跡制御部７１は、前述の
干渉回避移動軌跡制御ロジックを実行してボーリングヘ
ッドの移動軌跡を求める。ここでは、まず、代表点Ｅ１
に対応する位置決め点Ｐ１の座標が求められる。位置決
め点Ｐ１は、前述のように、代表点Ｅ１に対する対応点
Ｔ１からボーリングヘッドのストロークｓだけ離れた点
である。そして、現在のボーリングヘッドの位置を出発
点とし、位置決め点Ｐ１を到達点とする円弧形状又は直
角形状の移動軌跡が算出される。

【００５６】算出された移動軌跡に従い、図１１に示し
たＤＳＰ制御ループにより、コラム軸駆動ユニット２６
およびアーム軸駆動ユニット３７が制御される。そし
て、ボーリングヘッドが移動軌跡上を位置決め点Ｐ１へ
向けて移動する。

【００５７】ボーリングヘッドが位置決め点Ｐ１へ到達
すると、ＤＳＰボード５７は、アーム軸ドライバ６６、
コラム軸ドライバ６７への指令電圧を０Ｖにする。ま
た、制御盤５２のブレーキ・クラッチ回路６４が、コラ
ム軸駆動ユニット２６およびアーム軸駆動ユニット３７
の保持ブレーキ３５への電流を遮断し、保持ブレーキ３
５がモータ３３にブレーキをかける。これにより、コラ
ムヘッド２３がコラム軸２２に対して動かないように保
持され、また、アーム軸２４がコラムヘッド２３に対し
て動かないように保持される。従って、ボーリングヘッ
ドは、位置決め点Ｐ１にて、移動しないように保持され
る。

【００５８】ボーリングヘッドが保持されると、作業者
Ｂは、ボーリングヘッドユニット２５のスイッチを入れ
てボーリングヘッドを回転させる。そして、作業者Ｂ
は、ボーリングヘッドを押してストロークｓだけ移動さ
せる。この作業で、ボーリングヘッドによりワーク５に
ドリル穴が開けられる。ドリル穴の底は対応点Ｔ１と一
致する。

【００５９】作業者Ｂは、ボーリングヘッドを元の位置
に戻し、再び、セーフティボタン４８を押しながら、ス
タートボタン４３を押す。これに応じて、制御用コンピ
ュータ５１は、ＦＩＦＯ処理部から２番目の代表点Ｅ２
の位置座標を出力する。ＤＳＰボード５７の移動軌跡制
御部７１は、ボーリングヘッドの現在位置を位置決め点
Ｐ１に更新し、代表点Ｅ２から位置決め点Ｐ２を求め
る。そして、位置決め点Ｐ１を出発点、位置決め点Ｐ２
を到達点とする移動軌跡を求める。

【００６０】作業者Ｂにより、スタートボタン４３を押
す作業と、ボーリングヘッドを使った穴開け作業が繰り
返される。これにより、順次、代表点がワーク５へ転写
される。そして、ベース２１を最初に保持した位置での
転写作業が終了すると（すなわち、計測側で計測開始位
置にて求められた全代表点の転写が終了すると）、作業
者Ｂはベース２１を移動する。作業者Ｂは、ベース２１
を所定距離ずつ離れた位置に移動し、各位置にて同様の
作業を行う。この所定距離は、ベース１１を移動する際
の距離と同じに設定されている。作業者Ｂは、計測側と
同様に、ベース２１をワーク５の前面、側面、後面へと
移動させ、前面から側面に移る時、および側面から後面
に移る時には、ベース２１の向きを９０度変更する。

【００６１】ワーク５全体の転写作業が終了すると、従
来と同様にワーク５が削られる。ドリル穴の底は反転モ
デルの表面上の点を示しているので、ドリル穴を加工用
目印としてワーク５が削られる。この際、作業者は、へ
ら等を使い、ドリル穴がなくなるまでドリル穴周辺の粘
度を削る。このようにして、半面モデルと対称な反転モ
デルが作成される。

【００６２】次に、操作リモコン４２の他のボタンが押
された時の動作を説明する。停止ボタン４４が押される
と、運転準備・非常停止回路６３は、アーム軸ドライバ
６６およびコラム軸ドライバ６７にモータ３３への電流
供給を停止させる。また、ブレーキ・クラッチ回路６４
に電磁摩擦クラッチ３１を開放させ、保持ブレーキ３５
を解除させる。

【００６３】また、クラッチ開放ボタン４５がＯＮ状態
の時は、ブレーキ・クラッチ回路６４が電磁摩擦クラッ
チ３１を開放し、ＯＦＦ状態の時は電磁摩擦クラッチ３
１を接続する。

【００６４】また、復帰ボタン４６が押されると、電磁
摩擦クラッチ３１が接続され、現在の目標位置への移動
が自動スタートされる。すなわち、復帰時点で設定され
ている次の位置決め点への移動軌跡が算出され、この移
動軌跡に従ってボーリングヘッドが移動する。

【００６５】また、バックステップボタン４７が押され
ると、一つ前の位置決め点への移動が自動スタートされ
る。すなわち、現在の位置決め点を出発点とし、一つ前
の位置決め点を到達点とする移動軌跡が算出され、この
移動軌跡に従ってボーリングヘッドが移動する。

【００６６】「フロッピーディスク（以下、ＦＤとい
う）を使用する処理」本実施形態のシステムでは、下記
のようにＦＤを使う処理が行われる。制御用コンピュー
タ５１のＦＩＦＯ処理部に格納された代表点の位置座標
は、作業者の指示に応じてＦＤに写される。あるいは、
計測器１０に他のコンピュータ装置が接続され、このコ
ンピュータ装置に入れられたＦＤに代表点の位置座標が
格納される。

【００６７】このようにして用意されたＦＤは、転写作
業時に制御用コンピュータ５１に入れられる。そして、
作業者の指示に応じ、制御用コンピュータ５１がＦＤに
格納されデータを読み出してＦＩＦＯ処理部に写され
る。作業者Ｂは、上述と同様にしてワーク５への転写作
業を行う。

【００６８】従来の手法では、計測側の作業者が代表点
の位置座標を読み上げて転写側へ伝えるため、２人の作
業者が必要であった。これに対し、本システムでは、Ｆ
Ｄを使用することにより、一人の作業者が計測および転
写の両作業を行うことが可能になるという利点がある。
すなわち、作業者は、計測作業を行って代表点の位置座
標を格納したＦＤを作成する。そして、このＦＤを使用
して転写作業を行う。

【００６９】なお、本システムには、さらに、下記の機
能が備えられている； （ａ）半面モデルを反転せずにモデルを形成する機能：
この場合、ＤＳＰボード５７の移動軌跡制御部７１で
は、代表点を反転せずにボーリングヘッドの位置決め点
を求める。従って、位置決め点としては、代表点からボ
ーリングヘッドのストロークｓだけ離れた点が求められ
る。この機能により、ＦＤのデータに基づいて、半面モ
デル２と同じモデルを作ることができる。

【００７０】（ｂ）ＦＤの位置座標を任意の倍率で変換
した上で処理する機能：この処理は、ＦＤのデータをＦ
ＩＦＯ処理部へ格納する前に行ってもよく、また、ＦＩ
ＦＯ処理部からＤＳＰ制御のためにデータを出力した後
に行ってもよい。この変換により、計測時の半面モデル
を拡大または縮小したモデルを作成することができる。

【００７１】「ＣＡＤデータに対する処理」この処理で
は、制御用コンピュータ５１のインターフェイス部５３
が、ワークステーションにて作成されたデザインの三次
元座標データをＦＤにおとす。ＦＤの三次元座標データ
は、計測器１０から送られる代表点の位置座標と同様に
処理される。すなわち、入力された三次元座標データ
は、ＦＩＦＯ処理部に格納され、反転モデル作成のため
に使用される。

【００７２】なお、上記の（ａ）（ｂ）の機能（すなわ
ち、（ａ）反転せずにモデルを形成する機能と（ｂ）位
置座標を任意の倍率で変換する機能）は、ＣＡＤデータ
にも対応可能に設定されている。

【００７３】「データのジャンプ処理機能」ジャンプ処
理機能とは、代表点の位置座標データを間引きする機能
である。転写作業を行う際に、代表点の数が多すぎる場
合がある。例えば、縮小サイズのモデルを作成する場合
には、モデルのサイズに応じて代表点を減らしてもよ
い。また、ＣＡＤデータのデータ数は膨大であり、すべ
てのデータについて転写作業を行う必要はない。その
他、短時間で転写作業を終わらせるために、代表点の数
を減らしたい場合もある。このような場合には、下記の
ジャンプ処理を行う。

【００７４】制御用コンピュータ５１には、下記のモー
ド１からモード４のジャンプ処理機能が備えられてい
る。そして、制御用コンピュータ５１は、作業者の指示
に従ったモード設定を行う。制御用コンピュータ５１
は、ＦＩＦＯ処理部のデータをＤＳＰボード５７へ出力
する時に、モード設定に従って必要なデータのみを出力
する。

【００７５】（１）モード１：シンボルジャンプ 各代表点の位置座標データには、予め、＃、＋、＊、Ｐ
ＩＮ、ＴＡＮなどの記号が付加されている。記号の付加
は、計測側の作業者によって行われ、あるいはワークス
テーションを操作する作業者によって行われる。＃、
＋、＊は代表点の重要度を示し、ＰＩＮ、ＴＡＮはモデ
ルの特徴点（角部やエッジなど）を示している。作業者
は、モード１を設定し、さらに、図１２に示すパターン
Ａ〜Ｄの一つを選択する。例えばパターンＣが選択され
ると、制御用コンピュータ５１は、＃、ＰＩＮ、ＴＡＮ
が付加されたデータのみをＦＩＦＯ処理部から出力す
る。

【００７６】（２）モード２：インクリメンタルジャン
プ このモードが設定されると、制御用コンピュータ５１
は、ＦＩＦＯ処理部の位置座標データを、行数Ｎずつ自
動的にとばしながら出力する。すなわち、ＤＳＰボード
５７には、行数Ｎおきのデータが入力される。上記の行
数Ｎは作業者によって入力される。

【００７７】（３）モード３：アブソリュートジャンプ 代表点の位置座標データには、シーケンス番号Ｎが付加
されている。すなわち、ＦＩＦＯ処理部の各行のデータ
は、（Ｎ、ｘ、ｙ、ｚ）となっている。作業者が制御用
コンピュータ５１にシーケンス番号Ｎを入力指定する
と、制御用コンピュータ５１は該当するデータＤＳＰボ
ードに出力する。なお、シーケンス番号Ｎの入力指定の
ためにデータの一覧がディスプレイ５４に表示され、作
業者は、カーソルキーでシーケンス番号を選択する。あ
るいは、作業者はキーボードにシーケンス番号Ｎを入力
する。

【００７８】（４）モード４：ジャンプ処理無し このモードの設定時には、制御用コンピュータ５１は、
ＦＩＦＯ処理部の全部のデータを順次出力する。通常
は、このモードが設定されている。

【００７９】従来、代表点の位置座標データの間引きは
作業者により行われていた。作業者は、データの一覧表
を見て、必要なデータのみを抜き出していた。これに対
し、モード１やモード２を設定することにより、制御用
コンピュータ５１は必要なデータのみを自動的に選択す
る。従って、データの間引きに要していた時間が大幅に
短縮される。間引き作業は、モデル作成における間接的
な準備作業である。この準備作業時間の短縮により、造
形モデルの作成をより短時間で行うことが可能となる。

【００８０】また、モード３の設定により、先頭や最後
の代表点のデータや、任意の代表点のデータへのアクセ
スが非常に容易に行われる。これにより、例えば、一部
の穴開け作業をやり直す必要が生じた場合の作業が容易
になる。作業者は、やり直し箇所のデータのシーケンス
番号Ｎを入力する。制御用コンピュータ５１が該当する
代表点のデータを出力すると、この代表点に対応する位
置決め点へボーリングヘッドが移動する。

【００８１】「直角軌跡を生成するＤＳＰ制御ループの
構成」ＤＳＰ制御ボード５７の移動軌跡制御部７１は、
円弧軌跡を生成する機能の他に、直角軌跡を生成する機
能を有している。直角軌跡を生成する場合にも、図９の
マップを使用する干渉回避移動軌跡制御ロジックが実行
される。

【００８２】図１３には、図７と同様のケースにおいて
生成される直角軌跡が示されている。このケースで干渉
が回避される移動軌跡は、前述のように、上方向に移動
してから右方向へ移動する軌跡である。そこで図１３で
は、このパターンに従った移動軌跡が生成されている。

【００８３】直角軌跡を使った制御では、まず、コラム
軸駆動ユニット２６またはアーム軸駆動ユニット３７の
一方が単独で駆動される。そして、駆動終了後に、他方
のユニットが駆動される。図１３の場合には、コラム軸
駆動ユニット２６が先に駆動される。

【００８４】図１４は、直角軌跡に対応するＤＳＰ制御
ループの構成を示している。移動軌跡制御部７１は、生
成した移動軌跡に基づき、目標軸移動速度を求めて出力
する。そして、この目標軸移動速度がモータ角速度に変
換されて加算器７３に入力される。また、目標軸移動速
度は、積分器７７にて積分され、目標位置に変換され
る。そして目標位置が加減算器７４に入力される。その
他の構成は、前述の図１１と同様であり、説明を省略す
る。

【００８５】「本実施形態の造形モデル反転システムを
用いることによる効果」 （１）全体的な効果 本システムは、作業者Ｂにより操作リモコン４２のスタ
ートボタン４３が押されると、次の位置決め点への移動
軌跡を算出し、この移動軌跡に従ってボーリングヘッド
を移動させる。例えば、ボタン操作から、ボーリングヘ
ッドを上下方向に１００ｍｍ、水平方向に１００ｍｍ移
動させるまでにかかる時間は、約２秒である。従って、
代表点の設定数が１３００である場合において、ボーリ
ングヘッドを移動させるための時間の合計は約４３分で
ある。従来手法では、前述のように、ボーリングヘッド
の１回の移動に約２０秒かかり、合計時間は７時間以上
であった。従って、本システムによれば、反転モデルの
作成に要する時間を大幅に短縮することができる。

【００８６】また、従来手法では、転写側の作業者Ｂ
が、コラム軸やアーム軸のスケールを目で見ながらボー
リングヘッドを位置決めしていた。そのため、位置決め
精度に約±０．５ｍｍの誤差があった。本システムで
は、図１１のＤＳＰ制御によってボーリングヘッドが位
置決めされる。そして、リニアスケールの測定単位は
０．００５ｍｍである。これにより、ボーリングヘッド
の位置決め精度が±０．２６ｍｍ以下になる。従って、
反転モデルをより正確に形成することが可能となる。

【００８７】また、転写側の作業者Ｂは、転写作業とし
て、操作リモコン４２およびボーリングヘッドユニット
２５の操作を行えばよい。作業者Ｂは、ボーリングヘッ
ドの位置決めのためにスケールを使った目盛合わせをし
なくてよい。また、アーム軸を手作業で動かす必要がな
い。従って、半面モデル２の上部や下部の代表点につい
ての転写作業の際にも、無理な姿勢でアーム軸を動かす
作業から開放される。このように、本システムによれ
ば、作業者に対する肉体的負担が低減する。

【００８８】（２）代表点のデータのＦＩＦＯ処理を行
うことによる効果 図１５は、ＦＩＦＯ処理部の機能を示している。計測側
からは、代表点の位置座標が入力され、入力順に格納さ
れる。一方、転写側では、ボーリングヘッドを用いた穴
開け作業が終わるたびに、作業者Ｂがスタートボタンを
押す。このボタン操作をトリガーとして、ＦＩＦＯ処理
部は、次に処理すべき代表点のデータをＤＳＰボードに
出力する。例えば、Ｎ−１点目の代表点の転写作業が終
わり作業者Ｂがスタートボタン４３を押すと、ＦＩＦＯ
処理部は、Ｎ点目の代表点の位置座標を出力する。この
ように、ＦＩＦＯ処理部を設けたことにより、計測側の
作業と転写側の作業が非同期で行われる。

【００８９】従来手法では、計測側の作業が行われ、作
業者が声を出して代表点の座標を伝え、それから転写側
の作業が行われていた。従って、計測側および転写側の
作業者は、相手側の作業が終わるまで、作業を中断し待
っている必要があった。これに対し、本システムでは、
計測側と転写側の作業が、それぞれ独立して非同期に行
われる。従って、転写作業が効率よく行われ、転写作業
に要する時間が短縮される。

【００９０】なお、転写側ではワーク５への穴開け作業
が必要なので、計測側の作業よりも時間がかかる。従っ
て、計測側の作業が先行して行われ、転写側の作業が遅
れて行われる。

【００９１】（３）モデル形状自動推定機能および干渉
回避軌跡生成機能を設けたことによる効果；２点間の移
動軌跡としては、複数の経路が考えられる。これらの経
路から、ワークと干渉しない経路を選ぶ必要がある。そ
のため、従来のＮＣ装置には、移動途中の中継ポイント
の指定や、概略経路の指定が必要である。これらの指定
は、ティーチングといわれ、作業者により準備作業とし
て行われる。

【００９２】本システムは、図９のマップを利用し、転
写作業位置と、移動前後の位置決め点の位置関係と、ボ
ーリングヘッドの姿勢とに基づいて、ワーク５が存在し
ない領域（干渉回避領域）を推定する。そして、干渉回
避領域を通るようにボーリングヘッドの移動軌跡が生成
される。従って、ワークと干渉しない移動軌跡が自動的
に生成される。従来のようなティーチング作業が不要な
ので、転写作業に要する時間を短縮することができる。

【００９３】（４）ボーリングヘッドの自動位置決め機
能による効果；図１１や図１４に示されるように、ＤＳ
Ｐ制御では、モータへの速度フィードフォワード制御
と、リーディングヘッドからの位置情報に基づくフィー
ドバック制御とが行われる。従って、ボーリングヘッド
の位置決めが自動的に行われ、作業者が位置合わせを行
うことが不要となるので、作業者の負担が軽減される。

【００９４】また、従来は作業者ごとに目盛合わせのく
せが異なるために、位置決めにばらつきがあった。本シ
ステムでは、自動的に位置決めが行われるので、作業者
のくせに起因する位置決めのばらつきがない。従って、
位置決めの精度は、専ら、機械系や制御系の精度によっ
て決定される。本システムの位置決め精度は、上述の如
く±０．２６ｍｍ以下であり、従来手法よりも大幅に向
上している。

【００９５】（５）ボーリングヘッドの自動位置保持機
能による効果；従来手法では、アーム軸やコラム軸が動
かないように固定する作業が、手作業にて行われる。例
えば、作業者が、ロックピン（金属製ボルト）をアーム
軸に締め込む。これにより、アーム軸とコラムヘッドの
間に摩擦力が作用し、アーム軸が保持される。コラム軸
も同様に、ロックピンを用いて保持される。

【００９６】本システムでは、ボーリングヘッドの位置
決め後、制御盤のドライバへの指令電圧が０Ｖとされ、
かつ、保持ブレーキがモータにブレーキをかける。これ
により、ボーリングヘッドが動かないように保持する。
このように、本システムでは、ボーリングヘッドの位置
保持を自動化したことにより、転写作業時間が短縮され
る。

【００９７】なお、本システムでは、上記のように、保
持ブレーキがかけられるとともに、ドライバへの指令電
圧が０Ｖにされる。これにより、リーディングヘッドか
らの位置フィードバックループとの制御的干渉が防止さ
れる。

【００９８】（６）コラム軸駆動ユニット、アーム軸駆
動ユニットの機械的構成の特徴；図４に示すように、予
圧用スプリングピン３６を設けたことにより、ラック３
０とピニオン２９のバックラッシュが低減している。ま
た、コラム軸２２を挟み、ピニオン２９と基準ローラ２
７が対向配置されている。従って、ボーリングヘッドの
位置決めが高精度に行われる。

【００９９】以上、本発明の実施形態の造形モデル反転
システムについて説明した。なお、本発明は、上記のよ
うな自動車のクレイモデル以外の造形モデルの作成にも
適用可能であることはもちろんである。

【０１００】また、本システムでは、コラム軸駆動ユニ
ット２６およびアーム軸駆動ユニット３７を設け、それ
ぞれにコラムヘッド２３およびアーム軸２４の移動させ
ている。これに対し、さらに、ベース２１を定盤上で移
動させるための構成を設けてもよい。

【０１０１】また、本システムでは、ボーリングヘッド
によってワーク５にドリル穴が開けられ、ドリル穴がワ
ーク５を加工する際の目印とされる。これに対し、ワー
ク５に目印をつける構成（マーキング手段）を変更して
もよい。そして、ワーク５の材質などの条件に応じて適
当なマーキング手段を採用することが好ましい。例え
ば、ワーク５の材質が柔らかい場合には、マーキング手
段は単なる針でもよい。

【０１０２】また、本システムでは、転写作業を完全に
は自動化していない。すなわち、作業者によるスタート
ボタン４３の操作をトリガーとしてボーリングヘッドが
移動する。また、ボーリングヘッドを回転させての穴開
け作業は、作業者により手作業にて行われる。このよう
に構成した理由は、作業途中での手修正を容易にするた
めである。例えば、ワーク５のある部分において、ボー
リングヘッドがワーク５に届かない場合がある。この場
合には作業者がワーク５に粘土を盛り、再度、穴開け作
業を行う。

【０１０３】本システムに対し、転写作業をさらに自動
化するように構成してもよい。例えば、作業者がボタン
操作を行わなくとも、ボーリングヘッドを対応点から対
応点へ移動させ、ドリリングを自動的に行わせ、さらに
ボーリングヘッドを移動させるように構成してもよい。
この場合にも、ボーリングヘッド以外のマーキング手段
が使われてもよいことはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の反転モデル作成手法を示す説明図であ
る。

【図２】 本発明の実施形態の造形モデル反転システム
の構成を示す説明図である。

【図３】 ボーリングヘッドユニットの構成を示すブロ
ック図である。

【図４】 コラム軸駆動ユニットおよびアーム軸駆動ユ
ニットの断面図である。

【図５】 転写側の作業者が操作する操作リモコンの正
面図である。

【図６】 図２のシステムを制御する制御部の構成を示
すブロック図である。

【図７】 干渉回避移動軌跡制御ロジックの原理を示す
説明図である。

【図８】 ＤＳＰ制御におけるモデル形状推定のために
用いられ、転写位置に基づく場合分けを示す説明図であ
る。

【図９】 ＤＳＰ制御におけるモデル形状推定のための
マップを示す説明図である。

【図１０】 位置決め点間の移動軌跡を分割して求めら
れる一制御単位ごとの目標位置を示す説明図である。

【図１１】 ＤＳＰボード、制御盤およびコラム軸駆動
ユニットを含むＤＳＰ制御ループの構成を示すブロック
図である。

【図１２】 ジャンプ処理機能のシンボルジャンプモー
ドにおけるジャンプのパターンを示す説明図である。

【図１３】 移動軌跡制御部にて生成される直角軌跡を
示す説明図である。

【図１４】 直角軌跡に対応するＤＳＰ制御ループの構
成を示すブロック図である。

【図１５】 制御用コンピュータのＦＩＦＯ処理部の機
能を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 基準面、２ 半面モデル、５ ワーク、１０ 直交
三次元計測器、１５プローブ、２２ コラム軸、２３
コラムヘッド、２４ アーム軸、２５ ボーリングヘッ
ドユニット、２６ コラム軸駆動ユニット、３７ アー
ム軸駆動ユニット、３８ コラム軸リニアスケール、３
９ コラム軸リーデイングヘッド、４０ アーム軸リニ
アスケール、４１ アーム軸リーディングヘッド、４２
操作リモコン、５０ 制御部、５１ 制御用コンピュ
ータ、５２ 制御盤。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 19/18 - 19/46 B23Q 15/00 - 15/28 B23Q 33/00 - 35/48

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準面に対して対称な造形モデルの形成
   に際し、基準面の片側の半面モデルを基に、この半面モ
   デルを反転した反転モデルをモデル用ワークから形成す
   るために用いられる造形モデル反転システムにおいて、 半面モデル上の複数の代表点の位置を測定する測定装置
   と、 基準面に対し代表点と対称な対応点を求める対応点算出
   手段と、 モデル用ワークにおける対応点の位置に加工用目印をつ
   けるマーキング装置と、 対応点から他の対応点へマーキング装置を移動させる際
   の移動軌跡を算出する軌跡算出手段と、 算出された移動軌跡に従ってマーキング装置を移動させ
   る移動手段と、 を有し、加工用目印が反転モデル上の点を示す情報とし
   て用いられることを特徴とする造形モデル反転システ
   ム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のシステムにおいて、 前記測定装置は、反転モデルに接触するプローブと、プ
   ローブの接触部の位置を検出する検出装置とを有し、 前記マーキング装置は、モデル用ワークにドリル穴を開
   けるボーリングヘッドを有し、ドリル穴の底が前記加工
   用目印とされることを特徴とする造形モデル反転システ
   ム。
3. 【請求項３】 請求項１、２のいずれかに記載のシステ
   ムにおいて、 前記軌跡算出手段は、マーキング装置の移動前後の対応
   点の位置関係と、対応点とモデル用ワークの位置関係
   と、マーキング装置の姿勢とに基づいて、マーキング装
   置とモデル用ワークが干渉しない移動軌跡を求めること
   を特徴とする造形モデル反転システム。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のシステ
   ムにおいて、 測定装置によって測定された代表点の位置を記憶媒体に
   記憶させる手段を備えたことを特徴とする造形モデル反
   転システム。
5. 【請求項５】 基準面に対して対称な造形モデルの形成
   に際し、基準面の片側の半面モデルを基に、この半面モ
   デルを反転した反転モデルを形成するために、モデル用
   ワークに反転モデルの表面を示す加工用目印をつける造
   形モデル反転方法において、 半面モデル上の複数の代表点の位置を測定する工程と、 基準面に対し代表点と対称な対応点を求める工程と、 マーキング装置を駆動して、モデル用ワークにおける対
   応点の位置に加工用目印をつける工程と、 対応点から他の対応点へマーキング装置を移動させる際
   の移動軌跡を算出する工程と、 算出された移動軌跡に従ってマーキング装置を移動させ
   る工程と、 を含むことを特徴とする造形モデル反転方法。