JP6287293B2 - 表示システム、表示装置、および表示方法 - Google Patents

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Description

本発明は、対象物に行う加工作業の案内画像を表示する表示システム、表示装置、および表示方法に関する。
従来から、対象物に対して適切に作業が行われるように、行うべき作業内容を作業者が視認可能な画像で表示することが行われている。一例として、作業を行う対象物を撮影し、撮影した対象物の画像に関連した作業の内容、及び作業手順を案内するマニュアル(案内画像)を、ヘッドマウントディスプレイに表示する表示装置がある(例えば、特許文献1参照)。
特開2011−114781号公報
しかしながら、こうした作業手順は、作業による変形または移動を伴わない対象物に対して、予め表示装置に供給あるいは記憶された画像を作業状況に応じて選択して表示するものであった。また、作業者が作業手順から外れた作業を行った場合は、その外れた作業に応じた作業手順を表示するものではなかった。
このため、従来の表示装置では、対象物の変形または移動を伴う加工作業(例えば切断作業)を行う場合において、変形した対象物に対して行うべき加工作業を作業者に案内することが難しかった。また、作業手順から外れた間違った加工作業によって変形した対象物に対して、行うべき修復可能な加工作業を作業者に案内することも難しかった。あるいは、移動した対象物に対して行うべき加工作業を作業者に案内することが難しかった。このように、作業者は変形または移動を伴う対象物に対して適切な加工作業を行うことが困難であった。
なお、こうした実情は、少なくとも、対象物の変形または移動を伴う加工作業の案内画像を当該対象物に表示する表示システム、表示装置、および表示方法においては、概ね共通するものであった。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、作業者が対象物を適切に加工することが容易な表示システム、表示装置、および表示方法を提供することを主な目的とする。
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する表示システムは、対象物の変形または移動を伴う加工作業の案内画像を当該対象物に表示する表示システムであって、前記対象物を撮像して前記対象物を示す画像データを取得する撮像部と、前記撮像部が取得した前記対象物の画像データから前記対象物の形状を示す形状データを生成する形状データ生成部と、前記形状データ生成部が生成した前記対象物の形状データと、前記加工作業によって形成すべき部品を示す部品データとに基づいて、当該対象物に対して行うべき加工作業を決定する作業決定部と、前記作業決定部が決定した前記加工作業の案内画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部が生成した前記加工作業の案内画像を前記対象物に表示する画像表示部と、を備える。
この構成によれば、対象物の変形後または移動後の形状に応じた加工作業を対象物に画像で表示して案内することができるので、作業者は対象物を適切に加工することが容易である。
上記表示システムにおいて、前記作業決定部が決定した前記加工作業どおりに加工されたときの前記対象物の加工後形状データを記憶する加工後形状データ記憶部と、前記形状データ生成部が生成した前記形状データが、前記加工後形状データと一致するか否かを判定する形状判定部と、を備え、前記作業決定部は、前記形状判定部が前記形状データと前記加工後形状データとは一致しないと判定した場合、前記案内画像どおりに加工された場合に決定する加工作業を修正した修正加工作業を、前記対象物に行うべき加工作業として決定することが好ましい。
この構成によれば、行われた加工作業が間違っていた場合、次に行う加工作業を修正して案内することができるので、作業者は加工間違いを修復する適切な加工作業を容易に行うことができる。
上記表示システムにおいて、前記撮像部は前記加工作業に用いられる作業道具の位置と姿勢とを示す画像データを取得し、取得された前記作業道具の画像データを用いて前記対象物に対する加工作業の着手時を検出する着手検出部と、前記着手検出部が前記着手時を検出した前記加工作業が、前記画像表示部が表示する前記案内画像どおりの加工作業であるか否かを判定する作業判定部と、を備え、前記作業判定部が前記案内画像どおりの加工作業ではない非加工作業であると判定した場合、前記画像生成部は前記非加工作業に応じた警告画像を生成し、前記画像表示部は前記警告画像を前記対象物に表示することが好ましい。
この構成によれば、案内した加工作業とは違う加工を着手する際に表示される警告によって、作業者は対象物を適切に加工することが容易である。
上記表示システムにおいて、前記撮像部は予め定められた時間間隔で対象物を撮像して前記対象物の画像データを逐次取得し、前記画像生成部は、今回取得された前記対象物の画像データが、前回取得された前記対象物の画像データとは異なる場合、今回取得された前記対象物の画像データに基づいて前記案内画像を補正し、前記画像表示部は、補正された前記案内画像を前記対象物に重畳させて表示することが好ましい。
この構成によれば、移動した対象物に対して実際に加工すべき位置を示す案内画像が対象物上に重畳されて表示されるので、作業者は、対象物が加工作業中に移動しても、対象物を適切に加工することが容易である。
上記表示システムにおいて、前記加工作業は、前記対象物を切断して複数に分離させる切断作業であり、前記状態データ生成部は、切断によって分離された複数の対象物のそれぞれの形状データを生成し、前記作業決定部は、生成されたそれぞれの前記形状データに基づいて、分離された前記複数の対象物に行うべき加工作業を決定することが好ましい。
この構成によれば、対象物が加工作業によって複数に分離しても、分離したそれぞれの対象物に対して加工作業の案内画像を表示することが可能である。したがって、作業者は適切な加工作業を容易に行うことができる。
上記課題を解決する表示装置は、対象物の変形または移動を伴う加工作業の案内画像を当該対象物に表示する表示装置であって、前記対象物を示す画像データから前記対象物の形状データを生成する形状データ生成部と、前記形状データ生成部が生成した前記対象物の形状データに基づいて、当該対象物に行うべき加工作業を決定する作業決定部と、前記作業決定部が決定した前記加工作業の案内画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部が生成した前記加工作業の案内画像を前記対象物に表示する画像表示部と、を備える。
この構成によれば、対象物の形状に応じた適切な加工作業を画像で案内することができるので、作業者は対象物を適切に加工することが容易である。
上記課題を解決する表示方法は、対象物の変形または移動を伴う加工作業の案内画像を当該対象物に表示する表示方法であって、前記対象物を撮像して前記対象物を示す画像データを取得するステップと、取得した前記対象物の画像データから前記対象物の形状を示す形状データを生成するステップと、生成した前記対象物の形状データと、前記加工作業によって形成すべき部品を示す部品データとに基づいて、当該対象物に対して行うべき加工作業を決定するステップと、決定した前記加工作業の案内画像を生成するステップと、生成した前記加工作業の案内画像を前記対象物に表示するステップと、を備える。
この方法によれば、対象物の形状に応じた適切な加工作業を画像で案内することができるので、作業者は対象物を適切に加工することが容易である。
実施形態の表示システムを示す構成図。 実施形態の表示システムの機能ブロック図。 表示システムにおいて行われる準備作業処理を示すフローチャート。 (a)は完成品を示す斜視図、(b)は完成品を構成する部品を示す斜視図、(c)は表示システムに入力された部品データを示すテーブル。 (a)は切断の対象物となる材料と切断作業の案内画像の平面図、(b)は材料に案内画像が重畳表示された状態を示す説明図、(c)は案内画像どおりに切断された後の材料の外形を示す平面図。 表示システムにて行われる切断の本作業処理を示すフローチャート。 切断開始時の切断作業の正否の確認処理を示すフローチャート。 切断位置が案内画像の示す位置とは異なる場合に表示する警告画像の一例を示す斜視図。 切断開始後の案内画像の投影処理を示すフローチャート。 切断終了後の案内画像の投影処理を示すフローチャート。 (a)は材料が案内画像とは異なる間違った位置で切断される一例を示す平面図、(b)は間違って切断されたそれぞれの材料に投影する案内画像を示す平面図。 (a)はヘッドマウントディスプレイに切断作業の案内画像を表示する表示システムの一部を示す構成図、(b)はヘッドマウントディスプレイが備えるカメラが撮像した材料の画像を示す模式図、(c)はヘッドマウントディスプレイの視野領域を示す模式図。
以下、表示システムの一実施形態について、図を参照しながら説明する。
図1に示すように、本実施形態の表示システム11は、作業場に設置された加工の対象物としての材料50を撮像可能な4つの撮像部12と、キーボードやマウスなどのデータの入力機器14や表示モニターが接続された制御装置13と、入力された画像を投影表示するプロジェクターなどの画像表示部15を備えている。本実施形態では、材料50は、所定の厚さを有する木製や樹脂製、あるいは金属製の板材であり、表示システム11は、作業道具としての鋸16を用いて加工作業としての切断作業を行う際に切断線CLを示す案内画像GP(図5(a)参照)などの表示画像を材料50の主面(上面)に表示する。
各撮像部12は、発射部12aから発射した赤外線やレーザー光を受光部12bで受け、受光部12b(撮像部12)から材料50の各部分までの距離(深度)を計測可能な深度センサーと、カラー画像を映すデジタルカメラ12cとを有している。そして材料50を撮像することによって、材料50の各部分の深度データを含むR,G,Bの画像データを取得する。この材料50を示す画像データは、作業場における3次元の直交座標軸であるX,Y,Z軸の各座標値で示す3次元データであり、作業場における材料50の位置と姿勢とを示すデータ(画像データ)となる。そして、本実施形態では、撮像部12は作業場の四隅にそれぞれ設置され、異なる4つの位置から材料50を撮像することによって、作業者によって材料50が隠れるために生じる画像データの欠落を抑制する。
制御装置13は、各撮像部12から出力される材料50を示す画像データ(「材料50の画像データ」とも呼ぶ)を用いて、作業場のX,Y,Zの各座標値で示される空間領域の所定位置に置かれた材料50の形状データを生成する。すなわち、制御装置13は、各撮像部12が撮像して取得する材料50の画像データを用いて演算し、作業場の空間領域に位置する材料50について、表示画像が投影される投影面(主面)の形状を示す形状データを生成する。そして、制御装置13は、生成された材料50の形状データに応じて、画像表示部15に投影させて材料50上に表示させる表示画像を生成して出力する。なお、制御装置13は、中央演算素子(CPU)や記憶素子(RAM,ROM)を備えた所謂コンピューターである。
画像表示部15は、本実施形態ではプロジェクター(投影機)であり、制御装置13から出力された表示画像を投影する。このとき投影される表示画像は、画像表示部15の設置位置から見た材料50の位置と姿勢とに応じた画像とされ、画像表示部15は、その設置位置を変更することなく、固定された設置位置から表示画像を投影して材料50上に表示する。したがって、制御装置13と画像表示部15とは、表示装置として機能する。
また、本実施形態の表示システム11では、撮像部12は作業者が切断作業において使用する作業道具としての鋸16を撮像して、その位置と姿勢とを示す鋸16の画像データを取得する。そして、制御装置13は、取得した鋸16の画像データを用いて鋸16と材料50とが接触する接触位置を検出し、検出した接触位置に応じて所定の表示画像を画像表示部15に出力する。画像表示部15は、制御装置13から出力されたその表示画像を材料50上に表示する。
次に、表示システム11における制御装置13の機能構成について説明する。
図2に示すように、制御装置13は、形状データ生成部31、作業決定部32、画像生成部33、形状判定部34、着手検出部35、作業判定部36、および部品データ記憶部37、加工後形状データ記憶部38を備える。各部は、制御装置13が、記憶素子に記憶された所定のプログラムに従って動作することにより機能する。
形状データ生成部31は、撮像部12が取得した材料50の位置と姿勢とを示す画像データから、材料50の形状データを算出して生成する。作業決定部32は、形状データ生成部が生成した材料50の形状データと、入力機器14によって部品データ記憶部37に入力された形成すべき部品の形状データと数量データを含む部品データとに基づいて、部品を材料50の主面(投影面)にレイアウトすることにより材料50に対して行うべき切断作業を決定する。そして、決定した切断作業どおりに切断される材料50の切断後の主面の形状を加工後形状データ記憶部38に記憶する。画像生成部33は、作業決定部32が決定した切断作業を案内する案内画像GPを生成したり、生成した案内画像GPを補正したりする。そして、生成あるいは補正した案内画像GPを表示画像(表示画像データ)として画像表示部15に出力する。
形状判定部34は、形状データ生成部31が生成した形状データと、加工後形状データ記憶部38に記憶された加工後形状データとを比較し、その比較結果を作業決定部32や画像生成部33へ出力する。また、形状判定部34は、形状データ生成部31が生成した形状データと、部品データ記憶部37に記憶された部品の形状データとを比較し、比較結果に応じて、部品データ記憶部37に記憶された部品データを書き換える。
また、着手検出部35は、撮像部12が取得する材料50の画像データと鋸16の位置データと用いて、鋸16が材料50に接触した状態を作業着手時として検出する。作業判定部36は、作業着手時において、鋸16の接触位置と、案内画像GPに示された切断線CLの位置すなわち切断位置とを比較し、比較結果を画像生成部33に出力する。そして、画像生成部33は、比較結果に応じて所定の警告画像を生成し、生成した警告画像を表示画像(表示画像データ)として画像表示部15に出力する。
次に、以上のように機能構成された本実施形態の表示システム11の作用、すなわち材料50の切断作業における表示動作について説明する。なお、本実施形態では、実際に切断を行う本作業に着手する前に、所定の準備作業処理が行われる。以下、準備作業処理、本作業処理の順に説明する。
(準備作業処理)
図3に示すように、準備作業処理は、まずステップS1にて、全部品の形状データおよび数量データを入力処理する。ここでの処理は、例えば、作業者が、表示モニターに表示された入力テーブルに、切断作業によって完成させる全部品の部品データ、すなわち形状データと数量データとを、入力機器14を用いて入力する。入力された部品データは、制御装置13内の部品データ記憶部37に記憶される。
図4(a)に示すように、本実施形態では、一例として完成品であるウッドデッキを作成するものとし、ウッドデッキを構成する全部品について、その部品データを入力する。ここでは、このウッドデッキは、大サイズの部品Aが3つ(3枚)と、中サイズの部品Bが2つ(2枚)と、小サイズの部品Cが3つ(3枚)とから構成される。
図4(b)に示すように、部品A、部品B、部品Cは、それぞれ同じ板厚を有し、長手方向を有する矩形の板である。したがって、本実施形態では、部品A、部品B、部品Cについて、それぞれの長辺Lと短辺Wの寸法、および数Nの値が部品データとして部品データ記憶部37に記憶される。
図4(c)に、部品データ記憶部37に記憶された部品データの一例を示す。図示するように、本実施形態では、部品Aと部品Bとは長辺Lが同じ長さ(190センチメートル)とされ、部品Aの短辺Wと部品Cの長辺Lとが同じ長さ(60センチメートル)とされている。また、部品Bと部品Cとは短辺Wが同じ長さ(10センチメートル)とされている。そして、部品Aの数Nは3(枚)、部品Bの数Nは2(枚)、部品Cの数Nは3(枚)とされ、入力テーブルに入力された時点では数Nは未完成数である。
図3に戻り、次のステップS2にて、切断される材料の位置、姿勢を取得処理する。ここでは、撮像部12が作業場に置かれた切断対象となる材料50(図1参照)を撮像して材料の位置、姿勢を示す画像データを取得する。次に、ステップS3にて、材料50の形状データを生成処理する。ここでは、材料50は板面(主面)方向が略水平方向となるように置かれ、形状データ生成部31が、材料50の画像データから、その主面(投影面)となる上面(反重力方向側の面)の形状を示す形状データを算出して生成する。
次に、ステップS4にて、材料の形状データと全部品の部品データとを用いて、材料に全部品をレイアウト処理する。ここでは、作業決定部32が、例えば「長方形の詰め込み問題」として公開されている周知の手法の一つを用いて材料50に全部品をレイアウトすることが可能であり、したがってレイアウト処理についての具体的な説明は省略する。
次に、ステップS5にて、レイアウトされた部品間の切断位置を示す案内画像GP(図5(a)参照)を生成処理し、続くステップS6にて、材料の位置、姿勢に合わせて案内画像を補正処理する。ここでは、画像生成部33が、レイアウトされた各部品の位置に基づいて材料50の切断位置を示す案内画像GPを生成し、更に、生成した案内画像GPを材料50に重畳して表示されるように補正する。すなわち、画像生成部33は、材料50の画像データから画像表示部15の位置から見た材料50の位置と姿勢とを算出し、算出した材料50の位置と姿勢に合わせて案内画像GPを補正する。そして、続くステップS7にて、補正した案内画像GPを材料50に投影処理する。画像生成部33は補正した案内画像GPを表示画像として画像表示部15に出力し、画像表示部15は補正された案内画像を投射する。
図5(a)に、生成された案内画像GPの一例を示す。この案内画像GPは、レイアウトされた部品間の複数の切断線CLを有する画像とされている。本実施形態では、加工される材料50は一辺H1の長さが200センチメートル、他辺H2の長さが250センチメートルの矩形板とされている。そして、案内画像GPは、切断線CL1〜切断線CL8の合計8本の切断線CLを有する画像であって、各切断線CLは破線の直線で示された画像とされている。そして、案内画像GPは、材料50の上面全体に重畳するように投影された状態において、各切断線CLは、部品A、部品B、部品Cを材料50にレイアウトした状態で表示する。
そして、図5(b)に示すように、例えば、画像表示部15から見た材料50の形状が台形となる姿勢であれば、画像生成部33は、各切断線CLを示す画像が、その台形と相似形となるように案内画像GPを変形補正して画像表示部15に出力する。また、本実施形態では、画像表示部15は設置位置から定められた投影範囲で画像を投影する構成であり、画像生成部33は、案内画像GPの変形補正に加えて、その投影範囲内において材料50の位置に応じた位置に案内画像GPを移動する移動補正を行う。その結果、画像表示部15から投射された案内画像GPは、各切断線CLが台形の材料50の上面全体に重畳して表示されるように投影される(図1参照)。
図3に戻り、次のステップS8にて、切断位置で切断されたときの材料の形状を加工後形状データとして記憶処理し、作業前準備処理を終了する。ここでは、作業決定部32が、部品をレイアウト処理した状態において、案内画像GPの切断線CLどおりに切断された場合に形成される材料50の加工後の形状データを、加工後形状データ記憶部38に記憶する。
図5(c)に、加工後形状データ記憶部38に記憶された加工後形状データK1〜加工後形状データK10を示す。図示するように、加工後形状データK1〜加工後形状データK10は、案内画像GPの複数の切断線CLに沿って切断された場合に分離形成される形状であって、少なくとも一本の切断線CLを有するすべての形状である。
(本作業処理)
次に、図6を参照して、材料50を切断する本作業処理について説明する。なお、この処理は、表示システム11において、鋸16が撮像部12によって撮像され、その画像データが制御装置13に出力されることによって開始される。あるいは、作業者が、処理開始の命令データを入力機器14から制御装置13に入力することによって開始される。
図6に示すように、この処理が開始されると、まずステップS10にて、切断開始時の作業の正否の確認処理が行われる。この処理は作業者の作業ミス(切断ミス)を抑制するための処理である。
すなわち、図7に示すように、ステップS10での処理では、まずステップS11にて、鋸の位置、姿勢を取得する処理を行う。ここでは、材料50の位置、姿勢を取得する処理(図3、ステップS2)と同様に、撮像部12が鋸16を撮像して鋸16の位置と姿勢とを示す画像データを取得する。
そして、続くステップS12にて、鋸と材料とが接触したか否かを判定処理する。ここでは、着手検出部35が、ステップS2において取得されている材料50の画像データと鋸16の画像データとを用いて鋸16の歯の部分の位置を算出し、算出した鋸16の歯の部分が材料50と接触したか否かを判定する。
ステップS12での判定処理の結果、鋸16と材料50とが接触していない場合は(ステップS12:NO)、所定の時間間隔でステップS11とステップS12の処理を繰り返す。そして、鋸16と材料50とが接触した場合は(ステップS12:YES)、続くステップS13にて、鋸が材料と接触した位置は案内画像の切断位置か否かを判定処理する。ここでは、作業判定部36が、鋸16と材料50との接触位置の位置データが、材料50上に重畳して投影された案内画像GPの切断線CLの位置データと一致しているか否かを判定する。
判定の結果、鋸16が案内画像GPの切断位置で接触した場合は(ステップS13:YES)ここでの処理を終了してステップS20(図6)へ進む。一方、鋸16が案内画像GPの切断位置とは異なる位置で接触した場合は(ステップS13:NO)、ステップS14にて、材料50に警告画像を投影処理し、ここでの処理を終了してステップS20へ進む。
図8に、投影される警告画像の一例を示す。図8に示すように、鋸16が材料50と接触する接触位置Pが、切断線CLの位置とは異なる位置であった場合、画像表示部15は、鋸16の近傍の材料50の主面(上面)に警告画像を案内画像GPと重ねて投影して表示する。本実施形態では、警告画像は「注意」という文言を含む画像とされている。このように文言を表示する場合は、その文言が作業者から見て正立している画像が好ましい。なお、作業者の位置は、例えば鋸16の姿勢(取手位置)から推定可能である。
図6に戻り、次にステップS20にて、切断開始後の材料の位置、姿勢に合わせた案内画像の投影処理が行われる。この処理は作業者が切断作業中に材料50を移動させた場合に、切断位置を示す切断線CLが材料50に対して相対的に移動しないように表示することによって、作業ミス(切断ミス)を抑制する処理である。
すなわち、図9に示すように、ステップS20での処理では、まずステップS21にて、材料の位置、姿勢を取得処理する。ここでは、準備作業処理(図3、ステップS2)と同様に、撮像部12が切断作業によって切断中の材料50を撮像して、材料50の位置と姿勢とを示す画像データを取得する。次に、ステップS22にて、材料の形状データを生成処理する。ここでは、形状データ生成部31が、材料50の画像データから、その上面となる主面の形状を示す形状データを算出して生成する。
次に、ステップS23にて、材料の形状は同じか否かを判定処理する。ここでは、作業決定部32が、ステップS22の今回の処理で生成された材料50の形状データと、前回の処理で生成された材料50の形状データ、すなわち一回目の処理ではステップS3の処理にて生成された形状データとが一致するか否かを判定する。
判定の結果、材料50の形状が同じでない場合は(ステップS23:NO)、切断作業によって材料50が切断された状態であるので、ここでの処理を終了(リターン)して、ステップS30へ移行する。一方、判定の結果、材料50の形状が同じである場合は(ステップS23:YES)、材料50は未切断の状態であるので、ステップS24へ進み、前回取得された材料の位置、姿勢と同じか否かを判定処理する。ここでは、画像生成部33が、ステップS21の今回の処理で取得された画像データと、前回の処理で取得された材料50の画像データ、すなわち一回目の処理ではステップS2にて取得された画像データとが一致するか否かを判定する。
判定の結果、材料50の画像データが同じ場合は(ステップS24:YES)、切断作業において材料50は移動していない状態であるので、そのままステップS21へ戻り、ステップS21からステップS23の処理を繰り返す。一方、判定の結果、材料50の画像データが異なる場合は(ステップS23:NO)、材料50は切断作業中に移動した状態であるので、ステップS25へ進み、取得した材料の位置、姿勢に合わせて案内画像を補正処理する。そして、続くステップS26にて補正した案内画像を材料に投影処理し、ステップS21へ戻る。
ステップS25およびステップS26では、画像生成部33が、ステップS6およびステップS7と同様の処理を行う。すなわち、図5(b)に示すように案内画像GPが移動した材料50に重畳して表示されるように、画像表示部15の投影範囲内において材料50の位置と姿勢に応じた案内画像GPの移動補正と変形補正を行う。したがって、案内画像GPは切断作業中に移動する材料50に追随して重畳表示され、切断線CLは材料50上に適切に表示される状態が維持される。
そして、ステップS21からの繰り返し処理において、ステップS22の前回の処理にて生成された材料の形状データと今回の処理にて生成された材料の形状データとが異なる場合、ステップS23の判定処理において判定が「NO」とされ、ステップS30へ移行する。
図6に戻り、次にステップS30にて、切断終了後の材料の位置、姿勢に合わせた案内画像の投影処理が行われる。この処理は作業者が切断作業によって材料50を切断した場合に、切断されて変形した材料50に対して、次に行う切断作業つまり切断位置を案内する案内画像GPを表示するための処理である。
すなわち、図10に示すように、ステップS30での処理では、まずステップS31にて、切断された材料の形状と、未完成の部品の形状とを比較処理し、続いてステップS32にて、切断された材料の形状は未完成の部品の形状と同じか否かを判定処理する。ここでは、形状判定部34が、ステップS22の処理で生成された材料50の形状データと、部品データ記憶部37に記憶された部品データ(サイズデータ)とを比較し、部品A、部品B、部品Cのいずれかの部品と同じ形状か否かを判定する。なお、材料50は切断作業によって変形、つまり複数(通常は2つ)に分離され、ステップS31およびステップS32の処理は、切断によって分離されたそれぞれの材料50について行われる。
判定の結果、切断により分離(変形)した材料50の形状がいずれかの部品と同じ形状である場合は(ステップS32:YES)、ステップS33にて、同じ形状の部品の部品データを未完成から完成に変更処理し、ステップS34に進む。ここでは、形状判定部34が、部品データ記憶部37に記憶された部品データのうち、未完成数を示す数Nの値を1つ減らす処理を行う。例えば、切断された材料の形状が部品Aの形状と同じであれば、部品Aの数Nを値「3」から値「2」に書き換える。
一方、判定の結果、切断により分離(変形)した材料50の形状がいずれの部品の形状とも異なる場合は(ステップS32:NO)、ステップS34に進み、材料が切断された位置は案内画像の切断位置どおりか否かを判定処理する。ここでは、形状判定部34が、ステップS22で生成された材料50の形状データと、加工後形状データ記憶部38に記憶された加工後形状データK1〜加工後形状データK10のそれぞれとを比較し、同じ形状データが存在するか否かで、材料50が切断された位置は案内画像GPの切断位置どおりか否かを判定する。
判定の結果、切断位置が案内画像GPの切断位置どおりである場合は(ステップS34:YES)、ステップS35に進み、切断された位置にて案内画像を分割処理してステップS38に進む。ここでは、画像生成部33が、切断前の材料50に投影する案内画像GPを、切断作業によって切断された位置の切断線CLで分割し、分割したそれぞれの画像を、分離されたそれぞれの材料50に投影する案内画像GPとして生成する。
一方、判定の結果、切断位置が案内画像GPの切断位置どおりでない場合は(ステップS34:NO)、ステップS36に進み、切断された材料の形状に合わせ、未完成部品をレイアウト処理する。ここでは、作業決定部32が、ステップS4での処理と同様の手法を用いて、未完成部品をレイアウト(再レイアウト)する。そして、続くステップS37にて、レイアウトされた未完成部品間の切断位置を示す案内画像を生成処理し、ステップS38に進む。ステップS36およびステップS37での処理について、図を参照して説明する。
図11(a)に示すように、例えば、作業者による切断作業が一回目であって、鋸16が、材料50に表示された切断線CL2に接触する接触位置Pから、切断線CL2に沿って切断が行われるものとする。このとき、切断線CL2は切断線CL1との当接点EPまでの材料50の途中で終了する線であるが、作業者が間違って実線矢印Tに示すように切断して材料50が2つに分離された場合は、切断された位置は案内画像GPが示す切断位置どおりでない場合となる。
図11(b)に示すように、このような場合は、作業決定部32は、切断によって分離された材料51と材料52とに、未完成の全部品を振り分けて再レイアウトする。すなわち、材料51には、部品Aが2つと部品Bが2つレイアウトされ、材料52には、部品Aが1つと部品Cが3つレイアウトされる。そして、画像生成部33は、新たに、切断線CL11〜切断線CL14を有する案内画像GP1と、切断線CL21〜切断線CL24を有する案内画像GP2とを、新たに案内画像GPとして生成する。なお、この例では、切断線CL11と切断線CL21は切断線CL1と同じ切断位置であり、切断線CL12は切断線CL3と同じ切断位置となっている。
図10に戻り、続くステップS38にて、次に切断される材料の位置、姿勢を取得処理する。ここでは、材料51および材料52の少なくとも一方が作業場に置かれるものとする。したがって、作業場に置かれた材料51あるいは材料52が、新たに切断対象の材料50となり、ステップS2の処理と同様、撮像部12が材料50を撮像して、その位置、姿勢を示す画像データを取得する。次に、ステップS39にて、切断される材料50の位置、姿勢に合わせて案内画像GPを補正処理し、続くステップS40にて、補正した案内画像を切断される材料に投影処理する。これらの処理は、図3のステップS6,S7と同様の処理であり説明は省略する。以上で、ここでの処理を終了し(リターン)、ステップS45へ進む。
図6に戻り、ステップS45にて、全ての部品が完成した否かを判定処理する。ここでは、形状判定部34が、部品データ記憶部37に記憶された部品データの数Nの値が全ての部品について「ゼロ」であるか否かを判定する。そして、数Nの値が全ての部品について「ゼロ」でない場合は(ステップS45:NO)、未完成の部品が存在するためステップS10へ戻り、ステップS10〜ステップS45の処理を繰り返す。
この繰り返し処理において、数Nの値が全ての部品について「ゼロ」であれば(ステップS45:YES)、全ての部品が完成したことになるので、本実施形態の表示システム11での本作業を終了する。なお、ここでは説明を省略するが、ステップS10〜ステップS45の処理は、切断作業によって分離された材料であって切断線CLが一本以上表示される全ての材料について行われる。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)材料50の変形後または移動後の形状に応じた切断線CLをその材料50に画像で表示して案内することができるので、作業者は材料50を適切に切断することが容易である。
(2)切断された位置が間違っていた場合、次に行う切断位置を修正して案内することができるので、作業者は切断間違いを修復する適切な切断作業を容易に行うことができる。
(3)案内した切断位置(切断線CLの位置)とは違う位置での切断作業を着手する際に表示される警告によって、作業者は材料50を適切に切断することが容易である。
(4)移動した材料50に対して実際に切断すべき位置(切断線CLの位置)を示す案内画像GPが材料50上に重畳されて表示されるので、作業者は、材料50が切断作業中に移動しても、材料50を適切に切断することが容易である。
(5)材料50が切断作業によって複数に分離しても、分離したそれぞれの材料50(材料51,52)に対して切断線CLを示す案内画像GPを表示することが可能である。したがって、作業者は適切な切断作業を容易に行うことができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、画像表示部15は、必ずしもプロジェクターに限定されない。例えば、ヘッドマウントディスプレイを採用してもよい。この変形例について、図を参照して説明する。
図12(a)に示すように、本変形例では、作業者は、カラー画像を撮像可能な撮像カメラ(デジタルカメラ)17を備えたヘッドマウントディスプレイ18を画像表示部15として装着する。このヘッドマウントディスプレイ18は、材料50を直接視認可能であるとともに画像が材料50と重なった状態で表示される所謂半透過型の表示体とを有している。なお、図12(a)は、図1に示す表示システム11とは異なる一部の構成要素が図示され、その他の構成要素は図示が省略されている。
本変形例においては、制御装置13は、撮像カメラ17が撮像した材料50の画像の位置および形状に合わせて、生成した案内画像GPを補正してヘッドマウントディスプレイ18に出力する。ヘッドマウントディスプレイ18は、作業者が材料50を見たときに、切断線CLが材料50上に重畳するように案内画像GPを表示する。
すなわち、図12(b)に示すように、撮像カメラ17が材料50を撮像したカメラ画像17Gによって、材料50のカメラ画像17Gにおける位置と形状とが特定される。制御装置13は、この特定された材料の位置と形状に合致するように、案内画像GPを移動および変形して補正する。
そして、図12(c)に示すように、補正された案内画像GPは、ヘッドマウントディスプレイ18における作業者の視野領域18Gにおいて、視認される台形の材料50に対して重なるように表示され、材料50の上面に切断線CLを表示する。なお、本変形例においては、カメラ画像17Gの画像領域と視野領域18Gとは同じ領域とされることが好ましい。こうすることによって材料50の位置と形状に対する案内画像GPの補正に伴う処理負荷が軽減される。
・上記実施形態において、プロジェクターである画像表示部15に上記変形例の撮像カメラ17を備える構成としてもよい。この場合、画像生成部33は、撮像部12が取得した材料50の画像データの代わりに、撮像カメラ17が撮像した材料50の画像に基づいて案内画像GPを補正処理すればよい。
・上記実施形態において、対象物としての材料50は、必ずしも板材でなく、ブロック形状の材料であってもよい。その場合は、切断線CLを表示する面は、一つの面でなく、複数の面であってもよい。
・上記実施形態において、制御装置13が部品をレイアウトする際に、例えば、材料50が木材である場合は、板目に沿う方向を部品の長手方向とするなど、木材の板目を考慮してレイアウトするようにしてもよい。また、材料50が延伸材料である場合は、例えば延伸方向を部品の長手方向とするなど、延伸方向を考慮してレイアウトするようにしてもよい。
・上記実施形態において、撮像部12は必ずしも4つに限定されない。材料50の画像データを欠けることなく取得できる個数であれば、4つより少なくてもよいし、4つより多くてもよい。
・上記実施形態において、画像表示部15としてのプロジェクターを複数備えてもよい。また複数備える場合は、互いに異なる位置に設置されることが好ましい。こうすることによって、切断線CLが鋸16や作業者によって隠れることなく材料50に表示される。
・上記実施形態において、加工作業は、必ずしも材料50を切断して複数に分離させる切断作業に限らない。例えば、材料50を削ったり、穴をあけたり、あるいは溶かしたりして、元の形状が変形する加工作業であってもよい。このような場合は、材料50は加工作業によって複数に分離されないので、画像表示部15は1つの材料に対して案内画像GPを表示する。
・上記実施形態において、必ずしも撮像部12は予め定められた時間間隔で材料50を撮像して材料50の画像データを逐次取得しなくてもよい。例えば、切断対象の材料50が作業場に固定された状態で置かれ、切断中に移動しない場合は、投影する案内画像GPを補正する必要がないので、材料50を予め定められた時間間隔で撮影しなくてもよい。なお、この場合は、作業者が切断の終了時点ごとに、入力機器14を用いて所定のデータを制御装置13に入力し、制御装置13は、その所定のデータの入力に基づいて撮像部12に材料50を撮像させて、材料50の画像データを取得するようにしてもよい。
・上記実施形態において、画像表示部15は、必ずしも文言を含む警告画像を材料50に表示させなくてもよい。例えば、切断線CLの表示色を変更したり、表示を点滅させたりすることで警告画像としてもよい。あるいは、画像表示部15が警告画像を投影しないこととしてもよい。例えば、作業者が切断位置を間違えることなく切断作業を行う場合は、警告画像を表示する必要はない。なお、この場合は、着手検出部35および作業判定部36は不要であり、これらを制御装置13に備えなくても差し支えない。
・上記実施形態において、作業決定部32は、案内画像GPが示す切断線CLどおりに切断された場合に決定する切断作業を修正した修正切断作業を、材料50に行うべき次の切断作業として決定する処理を必ずしも行わなくてもよい。例えば、作業者が切断位置を間違えることなく切断作業を行う場合は、修正切断作業は不要である。なおこの場合は、分離された材料に投影するために生成される案内画像GPは、加工後形状データ記憶部38に記憶された各加工後形状の材料のうちの一つに対応する画像であって、少なくとも1本の切断線CLを有する画像となる。
11…表示システム、12…撮像部、13…制御装置、15…画像表示部、31…形状データ生成部、32…作業決定部、33…画像生成部、34…形状判定部、35…着手検出部、36…作業判定部、38…加工後形状データ記憶部、A,B,C…部品、GP,GP1,GP2…案内画像、K1〜K10…加工後形状データ。

Claims (15)

  1. 対象物の変形または移動を伴う加工作業の案内画像を当該対象物に表示する表示システムであって、
    前記対象物を撮像して前記対象物を示す画像データを取得する撮像部と、
    前記撮像部が取得した前記対象物の画像データから前記対象物の形状を示す形状データを生成する形状データ生成部と、
    前記形状データ生成部が生成した前記対象物の形状データと、前記加工作業によって形成すべき部品を示す部品データとに基づいて、当該対象物に対して行うべき加工作業を決定する作業決定部と、
    前記作業決定部が決定した前記加工作業の案内画像を生成する画像生成部と、
    前記画像生成部が生成した前記加工作業の案内画像を前記対象物に表示する画像表示部と、
    前記作業決定部が決定した前記加工作業どおりに加工されたときの前記対象物の加工後形状データを記憶する加工後形状データ記憶部と、
    前記形状データ生成部が生成した前記形状データが、前記加工後形状データと一致するか否かを判定する形状判定部と、
    を備え
    前記作業決定部は、
    前記形状判定部が前記形状データと前記加工後形状データとは一致しないと判定した場合、前記案内画像どおりに加工された場合に決定する加工作業を修正した修正加工作業を、前記対象物に行うべき加工作業として決定する表示システム。
  2. 前記撮像部は前記加工作業に用いられる作業道具の位置と姿勢とを示す画像データを取得し、
    取得された前記作業道具の画像データを用いて前記対象物に対する加工作業の着手時を検出する着手検出部と、
    前記着手検出部が前記着手時を検出した前記加工作業が、前記画像表示部が表示する前記案内画像どおりの加工作業であるか否かを判定する作業判定部と、
    を備え、
    前記作業判定部が前記案内画像どおりの加工作業ではない非加工作業であると判定した場合、
    前記画像生成部は前記非加工作業に応じた警告画像を生成し、
    前記画像表示部は前記警告画像を前記対象物に表示する請求項1に記載の表示システム。
  3. 前記撮像部は予め定められた時間間隔で対象物を撮像して前記対象物の画像データを逐次取得し、
    前記画像生成部は、今回取得された前記対象物の画像データが、前回取得された前記対象物の画像データとは異なる場合、今回取得された前記対象物の画像データに基づいて前記案内画像を補正し、
    前記画像表示部は、補正された前記案内画像を前記対象物に重畳させて表示する請求項1または2に記載の表示システム。
  4. 前記加工作業は、前記対象物を切断して複数に分離させる切断作業であり、
    前記形状データ生成部は、切断によって分離された複数の対象物のそれぞれの形状データを生成し、
    前記作業決定部は、生成されたそれぞれの前記形状データに基づいて、分離された前記
    複数の対象物に行うべき加工作業を決定する
    請求項1からのいずれか一項に記載の表示システム。
  5. 対象物の変形または移動を伴う加工作業の案内画像を当該対象物に表示する表示装置であって、
    前記対象物を示す画像データから前記対象物の形状データを生成する形状データ生成部と、
    前記形状データ生成部が生成した前記対象物の形状データに基づいて、当該対象物に行うべき加工作業を決定する作業決定部と、
    前記作業決定部が決定した前記加工作業の案内画像を生成する画像生成部と、
    前記画像生成部が生成した前記加工作業の案内画像を前記対象物に表示する画像表示部と、
    前記作業決定部が決定した前記加工作業どおりに加工されたときの前記対象物の加工後形状データを記憶する加工後形状データ記憶部と、
    前記形状データ生成部が生成した前記形状データが、前記加工後形状データと一致するか否かを判定する形状判定部と、
    を備え
    前記作業決定部は、
    前記形状判定部が前記形状データと前記加工後形状データとは一致しないと判定した場合、前記案内画像どおりに加工された場合に決定する加工作業を修正した修正加工作業を、前記対象物に行うべき加工作業として決定する表示装置。
  6. 対象物の変形または移動を伴う加工作業の案内画像を当該対象物に表示する表示方法であって、
    前記対象物を撮像して前記対象物を示す画像データを取得するステップと、
    取得した前記対象物の画像データから前記対象物の形状を示す形状データを生成するステップと、
    生成した前記対象物の形状データと、前記加工作業によって形成すべき部品を示す部品データとに基づいて、当該対象物に対して行うべき加工作業を決定するステップと、
    決定した前記加工作業の案内画像を生成するステップと、
    生成した前記加工作業の案内画像を前記対象物に表示するステップと、
    前記決定した前記加工作業どおりに加工されたときの前記対象物の加工後形状データを記憶するステップと、
    前記生成した前記形状データが、前記加工後形状データと一致するか否かを判定するステップと、
    を備える表示方法。
  7. 対象物の変形または移動を伴う加工作業の案内画像を当該対象物に表示する表示システムであって、
    前記対象物を撮像して前記対象物を示す画像データ及び前記加工作業に用いられる作業道具の位置と姿勢とを示す画像データを取得する撮像部と、
    前記撮像部が取得した前記対象物の画像データから前記対象物の形状を示す形状データを生成する形状データ生成部と、
    前記形状データ生成部が生成した前記対象物の形状データと、前記加工作業によって形成すべき部品を示す部品データとに基づいて、当該対象物に対して行うべき加工作業を決定する作業決定部と、
    前記作業決定部が決定した前記加工作業の案内画像を生成する画像生成部と、
    前記画像生成部が生成した前記加工作業の案内画像を前記対象物に表示する画像表示部と、
    取得された前記作業道具の画像データを用いて、前記加工作業の各工程において、前記作業道具が前記対象物に接触した状態を作業着手時として検出する着手検出部と、
    前記着手検出部が前記接触により前記作業着手時を検出した前記加工作業が、前記画像表示部が表示する前記案内画像どおりの加工作業であるか否かを判定する作業判定部と、
    を備え
    前記作業判定部が前記案内画像どおりの加工作業ではない非加工作業であると判定した場合、
    前記画像生成部は前記非加工作業に応じた警告画像を生成し、
    前記画像表示部は前記警告画像を前記対象物に表示する表示システム。
  8. 前記作業決定部が決定した前記加工作業どおりに加工されたときの前記対象物の加工後形状データを記憶する加工後形状データ記憶部と、
    前記形状データ生成部が生成した前記形状データが、前記加工後形状データと一致するか否かを判定する形状判定部と、
    を備え、
    前記作業決定部は、
    前記形状判定部が前記形状データと前記加工後形状データとは一致しないと判定した場合、前記案内画像どおりに加工された場合に決定する加工作業を修正した修正加工作業を、前記対象物に行うべき加工作業として決定する請求項に記載の表示システム。
  9. 前記撮像部は予め定められた時間間隔で対象物を撮像して前記対象物の画像データを逐次取得し、
    前記画像生成部は、今回取得された前記対象物の画像データが、前回取得された前記対象物の画像データとは異なる場合、今回取得された前記対象物の画像データに基づいて前記案内画像を補正し、
    前記画像表示部は、補正された前記案内画像を前記対象物に重畳させて表示する請求項7または8に記載の表示システム。
  10. 前記加工作業は、前記対象物を切断して複数に分離させる切断作業であり、
    前記形状データ生成部は、切断によって分離された複数の対象物のそれぞれの形状データを生成し、
    前記作業決定部は、生成されたそれぞれの前記形状データに基づいて、分離された前記
    複数の対象物に行うべき加工作業を決定する
    請求項からのいずれか一項に記載の表示システム。
  11. 対象物の変形または移動を伴う加工作業の案内画像を当該対象物に表示する表示方法であって、
    前記対象物を撮像して前記対象物を示す画像データ及び前記加工作業に用いられる作業道具の位置と姿勢とを示す画像データを取得するステップと、
    取得した前記対象物の画像データから前記対象物の形状を示す形状データを生成するステップと、
    生成した前記対象物の形状データと、前記加工作業によって形成すべき部品を示す部品データとに基づいて、当該対象物に対して行うべき加工作業を決定するステップと、
    決定した前記加工作業の案内画像を生成するステップと、
    生成した前記加工作業の案内画像を前記対象物に表示するステップと、
    取得された前記作業道具の画像データを用いて、前記加工作業の各工程において、前記作業道具が前記対象物に接触した状態を作業着手時として検出するステップと、
    前記作業着手時を検出した前記加工作業が、前記表示する前記案内画像どおりの加工作業であるか否かを判定するステップと、
    を備える表示方法。
  12. 対象物の変形または移動を伴う加工作業の案内画像を当該対象物に表示する表示システムであって、
    前記対象物を撮像して前記対象物を示す画像データを取得する撮像部と、
    前記撮像部が取得した前記対象物の画像データから前記対象物の形状を示す形状データを生成する形状データ生成部と、
    前記形状データ生成部が生成した前記対象物の形状データと、前記加工作業によって形成すべき部品を示す部品データとに基づいて、当該対象物に対して行うべき加工作業を決定する作業決定部と、
    前記作業決定部が決定した前記加工作業の案内画像を生成する画像生成部と、
    前記画像生成部が生成した前記加工作業の案内画像を前記対象物に表示する画像表示部と、
    を備え、
    前記加工作業は、前記対象物を切断して複数に分離させる切断作業であり、
    前記形状データ生成部は、切断によって分離された複数の対象物のそれぞれの形状データを生成し、
    前記作業決定部は、生成されたそれぞれの前記形状データに基づいて、分離された前記
    複数の対象物に行うべき加工作業を決定する表示システム。
  13. 前記作業決定部が決定した前記加工作業どおりに加工されたときの前記対象物の加工後形状データを記憶する加工後形状データ記憶部と、
    前記形状データ生成部が生成した前記形状データが、前記加工後形状データと一致するか否かを判定する形状判定部と、
    を備え、
    前記作業決定部は、
    前記形状判定部が前記形状データと前記加工後形状データとは一致しないと判定した場合、前記案内画像どおりに加工された場合に決定する加工作業を修正した修正加工作業を、前記対象物に行うべき加工作業として決定する請求項12に記載の表示システム。
  14. 前記撮像部は前記加工作業に用いられる作業道具の位置と姿勢とを示す画像データを取得し、
    取得された前記作業道具の画像データを用いて前記対象物に対する加工作業の着手時を検出する着手検出部と、
    前記着手検出部が前記着手時を検出した前記加工作業が、前記画像表示部が表示する前記案内画像どおりの加工作業であるか否かを判定する作業判定部と、
    を備え、
    前記作業判定部が前記案内画像どおりの加工作業ではない非加工作業であると判定した場合、
    前記画像生成部は前記非加工作業に応じた警告画像を生成し、
    前記画像表示部は前記警告画像を前記対象物に表示する請求項12または13に記載の表示システム。
  15. 前記撮像部は予め定められた時間間隔で対象物を撮像して前記対象物の画像データを逐次取得し、
    前記画像生成部は、今回取得された前記対象物の画像データが、前回取得された前記対象物の画像データとは異なる場合、今回取得された前記対象物の画像データに基づいて前記案内画像を補正し、
    前記画像表示部は、補正された前記案内画像を前記対象物に重畳させて表示する請求項12〜14のいずれか一項に記載の表示システム。
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