JP6585665B2 - 仮想オブジェクト表示システム - Google Patents
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Description
そして、数値制御装置が加工プログラムに基づいて工作機械を制御することにより、ワークの加工が実現される。
例えば、特許文献1に開示の技術では、工作機械における構造を全て仮想オブジェクト化して、加工シミュレーションを行う。
このような場合に、可動部上にマーカを配置してしまうと、移動が不要な仮想オブジェクトも一緒に移動してしまうという課題もある。
次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、図1を参照して本実施形態全体の構成について説明をする。
機械構成管理装置100の詳細な構成については、図2を参照して後述する。
このように、数値制御装置150は、機械構成管理装置100と工作機械400との双方に対して移動量を出力する。この点、数値制御装置150から機械構成管理装置100に対しての移動量の出力は、数値制御装置150から工作機械400に対しての移動量の出力に同期して行われてもよいし、非同期に送られてもよい。
数値制御装置150の詳細な構成については、図3を参照して後述する。
拡張情報制御装置200の詳細な構成については、図4を参照して後述する。
図2は、機械構成管理装置100の機能ブロック図である。
機械構成管理装置100は、制御部110と記憶部120とを備え、制御部110は、グラフ生成部111、制御点座標系挿入部113、ノード情報通知部114、変換情報計算部115、及び変換情報通知部116を備え、グラフ生成部111は、ノード追加部112を備える。
なお、上記の変換情報は、マトリクス形式であってもよく、ベクトル形式であってもよく、ロール・ピッチ・ヨー形式であってもよい。その詳細な動作については、以下の「7.変換情報の計算」で詳述する。
図3は、数値制御装置150の機能ブロック図である。
数値制御装置150は、制御部160を備え、制御部160は、座標情報通知部161と、サーボモータ制御部162をと備える。
サーボモータ制御部162は、制御部160からの各軸の移動指令量を受けて、各軸の指令をサーボモータ(不図示)に出力する。
図4は、拡張情報制御装置200の機能ブロック図である。
拡張情報制御装置200は、制御部210と、記憶部220とを備え、制御部210は、ノード選択部211、選択ノード通知部212、座標情報変換部213、拡張情報表示用データ計算部214、及び拡張情報表示用データ通知部215を備える。
本発明の実施形態に係る機械構成管理装置100は、最初に、機械構成を表すグラフを生成する。グラフの一例として機械構成木を生成する生成方法について、図5〜図11を参照しながら詳述する。
ステップS12において、設定されたパラメータの項目が「自身の親ノード」の場合(S12:YES)には、処理はステップS13に移行する。「自身の親ノード」ではない場合(S12:NO)には、処理はステップS17に移行する。
ここで親子関係とは、例えば図9Aのように、2つの回転軸ノード504、505があったとき、一方のノード504の座標値の変化が、他方のノード505の幾何的状態(典型的には、位置・姿勢)に対して一方的に影響を及ぼすような関係のことである。この場合ノード504、505は親子関係にあると呼び、ノード504を親、ノード505を子と呼ぶ。
しかし、例えば図9Bに示すように、2つの直線軸ノード502、503と4つのフリージョイント501により構成された機械構成においては、ノード502、503の一方の座標値(長さ)が変わることにより、他方の幾何的状態だけでなく、自身の幾何的状態も変わるような、相互に影響を及ぼす機構が存在する。このような場合は、互いに親であり子、すなわち親子関係が双方向であるとみなすことができる。
機械構成上の様々な位置を、制御点として指定すると共に、機械構成上の様々な箇所の座標系を設定するため、上記の「5.機械構成木の生成」で生成された機械構成木を用いて、以下の方法を実施する。
ステップS21において、グラフ生成部111は、機械構成木を設定する。
ステップS22において、チャートBを実行し、チャートAのフローを終了する。
チャートBのステップS31において、ノードは制御点・座標系を挿入済である場合(S31:YES)には、フローを終了する。ノードに制御点・座標系を挿入済でない場合(S31:NO)には、処理はステップS32に移行する。
上記のように、変換情報計算部115は、制御軸の座標値を、仮想オブジェクトのマーカ座標系での位置及び/又は姿勢に変換する変換情報を計算する。この変換情報の計算方法について、図18〜図19を参照して詳述する。
Sxi:各ノードによる同次変換マトリクス;
N:機械構成木のルートから制御点まで連なる一連のノード個数;
Mctrl:制御点の親ノードに対する相対オフセット・姿勢の同次マトリクスであり、制御点に定義されたオフセットベクトル・姿勢マトリクスから、上記の[数2]に従って定義される。
xi:ノードxiの座標値;
ofsxi:ノードxiの親ノードに対する相対オフセットベクトル;
vxi:ノードxiの移動方向ベクトル
v1:ノードxiの回転軸方向ベクトルの第1成分;
v2:ノードxiの回転軸方向ベクトルの第2成分;
v3:ノードxiの回転軸方向ベクトルの第3成分
L:機械構成木のルートから座標系まで連なる一連のノード個数;
Mcoord:マーカの親ノードに対する相対オフセット・姿勢の同次マトリクスであり、座標系に定義されたオフセットベクトル・姿勢マトリクスから、上記の[数2]の数式に従って定義される。
図20は、仮想オブジェクトを表示する際の動作フローを示す。最初に、各ステップの概略について述べる。
これにより、工作機械400のオペレータは、シミュレーション作業中に、ノードに紐づいたデータや、センサの数値を確認することができる。
本実施形態により、カメラでマーカを認識するだけで、グラフ上に登録されたノード全てに対して、仮想オブジェクトを配置することができる。とりわけ、マーカノードの追加により、任意の位置に仮想オブジェクトを追加することができ、移動量の変換式を別途登録したり、別途特異点を認識したりする必要はない。また、初期位置の認識も不要である。
上記のマーカは、視点の位置によって、見えたり見えなかったりする場合が考えられる。そこで、マーカが見えない場合を防止するため、図24Aに示すように、工作機械400に複数のマーカを設定すると共に、図24Bに示すように、複数のマーカノードをグラフに設定してもよい。その場合には、複数のマーカのうち、いずれか利用可能なものを基準として、仮想オブジェクトの位置・姿勢が計算できる。
また、複数のマーカを同時に使用し、各々のマーカにおける位置・姿勢の平均値を利用して、仮想オブジェクトの位置・姿勢を計算することが可能である。あるいは、例えば、視点からの距離に応じて、各々のマーカにおける位置・姿勢に重みづけをすることにより、仮想オブジェクトの位置・姿勢を計算することも可能である。
前者の変換情報は、どのマーカを用いる場合も変わらない。拡張情報制御装置200は、認識したマーカに従って、後者の変換情報を用いて、各マーカの位置・姿勢からベースマーカの位置・姿勢を求め、更に、ベースマーカ座標系からカメラ座標系への変換情報を求める。
この場合において、以下の数式が成立する。
複数マーカを扱う処理が、ベースマーカノードの位置・姿勢を求める処理と、ベースマーカノード座標系からカメラ座標系への変換情報を求める処理に集約され、それ以外は単一マーカを用いた場合と同じ処理となることにより、複数マーカの扱いが容易となる。
100 機械構成管理装置
110 制御部
111 グラフ生成部
112 ノード追加部
113 制御点座標系挿入部
114 ノード情報通知部
115 変換情報計算部
116 変換情報通知部
120 記憶部
150 数値制御装置
160 制御部
161 座標情報通知部
162 サーボモータ制御部
200 拡張情報制御装置
211 ノード選択部
212 選択ノード通知部
213 座標情報変換部
214 拡張情報表示用データ計算部
215 拡張情報表示用データ通知部
220 記憶部
250 無線通信装置
300 ヘッドマウントディスプレイ
400 工作機械
Claims (9)
- 機械構成管理装置と拡張情報制御装置とを備え、前記機械構成管理装置は、グラフ生成部と、制御点座標系挿入部と、ノード情報通知部と、変換情報計算部と、変換情報通知部とを備え、前記拡張情報制御装置は、ノード選択部と、選択ノード通知部と、座標情報変換部とを備える、仮想オブジェクト表示システムであって、
前記グラフ生成部は、制御対象の機械構成を、マーカを含む構成要素をノードとするグラフを生成し、
前記制御点座標系挿入部は、前記グラフに、制御点及び座標系を挿入し、
前記ノード情報通知部は、表示可能なノード情報を、前記拡張情報制御装置に通知し、
前記ノード選択部は、仮想オブジェクトを表示したいノードを選択し、
前記選択ノード通知部は、仮想オブジェクトを表示したいノードを、前記機械構成管理装置に通知し、
前記変換情報計算部は、マーカノードから表示対象のノードへの前記グラフにおける経路上の制御軸ノードの座標値を変数として含む変換情報であって、前記グラフを元に、マーカノードの座標系における、表示対象のノードの位置及び/又は姿勢を計算するための変換情報を、計算し、
前記変換情報通知部は、前記変換情報を、前記拡張情報制御装置に通知し、
前記座標情報変換部は、前記変換情報を用いて、通知された各制御軸の座標値を、マーカノードの座標系における、表示対象の各ノードの位置及び/又は姿勢に変換する、仮想オブジェクト表示システム。 - 表示装置を更に備え、
前記拡張情報制御装置は、前記座標情報変換部が変換した、マーカノードの座標系における表示対象の各ノードの位置及び/又は姿勢に基づいて、仮想オブジェクトを拡張情報として前記表示装置で計算するための拡張情報表示用データを計算する拡張情報表示用データ計算部と、前記拡張情報表示用データを前記表示装置に通知する、拡張情報表示用データ通知部とを更に備える、請求項1に記載の仮想オブジェクト表示システム。 - 前記座標情報変換部は、数値制御装置から受け取った座標値を、前記各制御軸の座標値として、マーカノードの座標系における、表示対象の各ノードの位置及び/又は姿勢に変換する、請求項1又は2に記載の仮想オブジェクト表示システム。
- 前記グラフ生成部は、複数のマーカノードを前記グラフに追加し、
前記変換情報計算部は、複数のマーカノードの座標系から、各ノードの位置及び/又は姿勢を計算するための変換情報を計算し、
前記変換情報通知部は、前記変換情報を前記拡張情報制御装置に通知する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の仮想オブジェクト表示システム。 - 前記グラフ生成部は、ベースマーカノードを追加し、
前記変換情報通知部は、前記ベースマーカノードの座標系を基準とする変換情報と、前記ベースマーカノードの座標系と各マーカノードの座標系との間の変換情報を、前記拡張情報制御装置に通知する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の仮想オブジェクト表示システム。 - 前記拡張情報制御装置は、前記グラフのデータを有する記憶部を更に備える、請求項1〜5のいずれか1項に記載の仮想オブジェクト表示システム。
- 前記グラフのデータを格納するサーバを更に備える、請求項1〜6のいずれか1項に記載の仮想オブジェクト表示システム。
- 前記機械構成管理装置は、工作機械の数値制御装置と一体化されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の仮想オブジェクト表示システム。
- 前記機械構成管理装置は、クラウド上に存在する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の仮想オブジェクト表示システム。
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