JP6894591B2 - 測定データ生成装置、加工プログラム生成システム、測定データ生成方法 - Google Patents
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Description
CAMシステムに工作機械の加工プログラムを生成させる場合、作業者は、CAMシステムにおける対話式自動プログラミング装置に対し、完成品の立体形状データや、立体形状の各部位に対応する寸法を含む諸元データを対話形式に沿って入力する。そして作業者は、入力された諸元データに応じてCAMシステムの表示画面上に表示される形状モデルを視認し、想定どおりの形状や寸法となっているかを確認する。そして、想定どおりとなっていない箇所が見つかった場合には、諸元データの修正を行ない、諸元データが出来上ると、CAMシステムは、この諸元データを基に自動プログラムを生成する。
このような加工プログラムを生成するためにワークにおける各種情報を入力するシステムとして例えば特許文献1の技術がある。
また、本発明は、割出部が、ワークが載置されるテーブルを鉛直軸回りに回転させるモータの回転角度を示す割出指示を出力し、カメラ制御部が、互いの撮像方向に延びる直線が前記テーブルの回転軸上で交差するように設置された2つのカメラに撮像指示を出力し、スキャナ制御部が、前記テーブルの回転軸に沿ってレーザを走査させ、前記レーザの反射光に基づいて前記テーブル上に載置された前記ワークの空間位置を特定するレーザスキャナに走査指示を出力し、前記割出部が、前記回転角度が基準角度となる割出指示を出力した後、単位角度だけ回転させる割出指示を出力することを繰り返して前記テーブルが1周する間に、測定部が、前記割出部が割出指示を出力するごとに、前記カメラ制御部が撮像指示を出力することにより前記2つのカメラから得られる撮像画像から求められる視差と、前記2つのカメラのカメラパラメータとから三角測量法により前記ワークのうち撮像画像に写った面の空間位置を特定し、前記スキャナ制御部が前記走査指示を出力することにより前記レーザスキャナが特定した空間位置を示す検知情報から前記ワークのうち前記レーザが照射された面の空間位置を特定し、前記基準角度と、前記割出部が出力する割出指示が示す回転角度と、前記割出部が出力する割出指示が示す回転角度の各々に対応する前記ワークのうち撮像画像に写った面の空間位置及び前記ワークのうち前記レーザが照射された面の空間位置とに基づいて、前記ワークを加工する工作機械の機械座標における前記ワークの全ての面の空間位置を特定し、特定した前記ワークの全ての面の空間位置を測定結果として出力し、形状データ生成部が、前記測定部によって得られた測定結果に基づいて、前記ワークの立体形状を示す立体形状データを生成し、寸法データ生成部が、前記測定部によって得られた測定結果に基づいて、前記ワークの形状に対応する部位の寸法を示す寸法データを生成し、出力部が、前記立体形状データと、前記立体形状データが示す形状の部位に対応させた前記寸法データとを出力する、測定データ生成方法である。
図1は、第1の実施形態に係る制御用データ生成装置の構成を示す概略ブロック図である。
本実施形態に係る制御用データ生成装置10は、ワークを測定した測定結果から、ワークの立体形状データや寸法データを生成して出力する機能を有する。
制御用データ生成装置10は、パレットPを支持するテーブル11と、テーブル11を回転させるモータ12と、立設される測定機器固定部13と、測定機器固定部13に取り付けられた2つのカメラ14と、測定機器固定部13に取り付けられたレーザスキャナ15と、制御装置16とを備える。なお、カメラ14およびレーザスキャナ15の設置数および位置関係は、これに限られない。また、制御用データ生成装置10は、工作機械の構成の一部であってもよい。
2つのカメラ14は、互いの撮像方向に伸びる直線がテーブル11の回転軸上で交差するように設けられる。
レーザスキャナ15は、テーブル11の回転軸に沿ってレーザを走査させ、その反射光に基づいてテーブル11の上に載置された物体の空間位置を特定する。例えば、レーザスキャナ15は、レーザの照射時刻から反射光の検知時刻までの時間から、物体の空間位置を特定することができる。レーザスキャナ15は、特定した空間位置を示す検知情報を出力する。
制御装置16は、モータ12、カメラ14およびレーザスキャナ15の制御を行う。制御装置16は、情報を表示するためのディスプレイ17を備える。
ここで、ワークWは、例えば鋳造された物体であり、最終的な形状や寸法にある程度近い状態のものである。この実施形態においては、ワークWが鋳物であり、このワークWに対して切削加工することで、最終的な形状に加工される場合について説明する。
制御装置16は、カメラ制御部101、スキャナ制御部102、割出部103、測定部104、形状データ生成部105、出力制御部106、指定部107、寸法データ生成部108、入力部109を備える。
カメラ制御部101は、カメラ14に撮像指示を出力し、またカメラ14から撮像画像を取得する。
スキャナ制御部102は、レーザスキャナ15に走査指示を出力し、またレーザスキャナ15から検知情報を取得する。
割出部103は、モータ12に回転角度を示す割出指示を出力する。これにより、モータ12が回転し、テーブル11が指定の回転角度に割り出される。
ここで、具体的な立体形状の測定方法について説明する。
測定部104は、カメラ制御部101が2つのカメラ14からそれぞれ取得した2つの撮像画像の対応する画素を探索する。視差の探索方法の例としては、ブロックマッチング法などが挙げられる。測定部104は、探索した対応する各画素間の距離を視差として算出する。そして、測定部104は、算出した視差と、2つのカメラ14のカメラパラメータとを用いて、三角測量法により、ワークWのうち撮像画像に写った面の空間位置を特定する。なお、カメラパラメータは、カメラ14の設置座標、視線角度、および撮像倍率を含むパラメータである。また測定部104は、スキャナ制御部102から取得した検知情報から、ワークWのうちレーザが照射された面の空間位置を特定する。そして、測定部104は、割出部103が指示した回転角度ごとに、特定した空間位置の座標を回転させることで、ワークWの全ての面の空間位置を特定する。なお、ワークWの同一部分の空間位置が重複して計測されている場合、測定部104は、平均値の算出によりその部分の空間位置を特定する。ここで、空間位置は、工作機械における機械座標に対応している。すなわち、パレットP上に治具Jによって固定されたワークは、加工プログラム生成装置によって生成された加工プログラムに従って加工を行なう工作機械によって、この固定された状態において加工される。そのため、測定部104によって測定される空間位置は、工作機械における機械座標に対応している。
出力制御部106は、立体形状データをディスプレイ17に出力する。これにより、ディスプレイ17の画面上には、立体形状データに対応した立体形状が表示される。
出力制御部106は、立体形状データが示す立体形状の部位の近傍に、当該部位に対応する寸法データを表示する。
また、出力制御部106は、出力対象のデータ(立体形状データ、寸法データ、修正データ等)を含む諸元データを、加工プログラムを生成する加工プログラム生成装置に出力する。諸元データには、例えば、ワークの形状を表す形状データ、ワークの各部位の寸法、ワークの材質、ワークに対する切削条件、加工形状、加工位置等を含む情報である。この諸元データを用いることで加工プログラムが生成される。加工プログラム生成装置としては、例えば、立体形状データに基づいて加工プログラムを自動生成するCAMシステムを用いることができる。なお、加工プログラムとは、工作機械を制御するためのNC(Numerical Control)データである。
寸法データを生成する対象の部位としては、ワークを切削加工する際に用いることが可能な部位であればよく、例えば、加工対象の下穴が形成された部位があれば、その下穴が形成されたワーク上の位置、下穴の形状を表す輪郭などである。
図3は、第1の実施形態に係る測定データ生成方法を示すフローチャート、図4、図5は、ディスプレイ17に表示される画面の一例を示す図である。
まず作業者は、パレットPに治具Jおよび加工前のワークWを取り付け、加工・干渉対象物Waを作成する(ステップS1)。次に、作業者は、加工・干渉対象物Waをテーブル11に設置する(ステップS2)。次に、作業者は、制御用データ生成装置10を操作し、制御用データ生成装置10に測定データ生成プログラムを実行させる。
まずカメラ制御部101は、2つのカメラ14に撮像指示を出力し、2つのカメラ14から撮像画像を取得する(ステップS5)。またスキャナ制御部102は、レーザスキャナ15に走査指示を出力し、レーザスキャナ15から検知情報を取得する(ステップS6)。次に、測定部104は、カメラ14から取得した撮像画像およびスキャナ制御部102から取得した検知情報に基づいて、ワークWの空間位置を測定する(ステップS7)。次に、測定部104は、測定した空間位置を、テーブル11の回転軸回りに、現在のテーブル11の割出角度だけ回転させることで、テーブル11の基準角度を基準としたワークWの空間位置を特定する(ステップS8)。
次に、割出部103は、モータ12にテーブル11を単位角度だけ回転させる割出指示を出力する(ステップS9)。
また、出力制御部106は、図4に示すような平面図での表示の他に、図5に示すように、立体形状データに応じた立体形状を画面上に表示することもできる。図5では、ワークが斜投影された場合の形状が表示されているが、他の表現方法(等角投影等)で表示されてもよく、立体形状に対して寸法データや修正データを表示させるようにしてもよい。
このように、立体形状データを生成することで、作業者は、データが何もない段階から形状データを入力するような作業を省くことができ、また、形状データの入力ミス、形状データの一部の入力もれ等を無くすことができる。
このように、寸法データが立体形状データとともに画面上に表示されることで、測定されたワークの実際の寸法がどのようになっているかを簡単に把握することができる。
図4においては、修正データの入力欄は、例えば、寸法データが表示された位置に対して画面上における下側に表示される(例えば、符号431、符号432、符号441等)。この入力欄を表示する段階では空白または寸法データと同じ値が表示されており、入力部109を介して入力欄に対して修正データが入力されると、その入力された数値が空白または既に表示されていた数値に上書きされて修正データとして表示される。このように寸法データが表示された近傍に入力欄が表示され、修正データが入力可能となっているため、ワークWの立体形状における各部位に対する測定された寸法データを視認し、この寸法データが設計図における寸法と合っているかを確認し、異なるようであれば、入力欄に正しい寸法を修正データとして入力することができる。また、立体形状データの各部位に対して寸法データが表示されることで、作業者は、ワークのいずれかの箇所に対して寸法の設定を失念してしまうことを無くすことができる。また、寸法データの近傍に入力欄が表示されるため、寸法データを確認した上で修正データを入力することができるため、設計図における寸法から大幅に異なるような修正データを入力してしまうことを防止することができる。例えば、49mmを示す「49」の寸法データが表示された部位に対して、50mmを表す数値として「50」の修正データを入力しようとした際、入力ミスで「500」と入力してしまったとしても、寸法データと修正データとの両方が表示されていることで、「49」と「500」では桁数が異なるため、入力ミスであることを気づきやすくすることができる。ここでは、出力制御部106は、寸法データから一定値以上乖離する数値が入力された段階でディスプレイ17上にエラー表示するようにしてもよい。
この修正データの入力(ステップS14の処理)と表示(ステップS15)は、入力欄に対する修正データの入力が複数回行なわれた場合には、入力される毎に行なわれる。
このように、測定された立体形状データを活用することで、作業者が何もない状態から形状データや寸法を登録することなく、従来に比べて簡単に加工プログラムを生成することができる。ここで、ワークWを測定して得られた立体形状データや寸法は、そのまま加工プログラムにおいて必要となる形状データや寸法としてそのまま利用できる場合もあるが、ワークWが鋳物である場合には、加工前における立体形状や寸法は、加工プログラムによって加工された後の立体形状や寸法とは必ずしも一致しないため、立体形状データや寸法データの全てのデータをそのまま加工プログラム生成装置へ入力するデータとして用いることができない場合もある。しかし、作業者から入力部109を介して修正データを入力してもらうことで、これを立体形状データとともに加工プログラム生成装置へ入力するデータとして用いることができる。すなわち、測定によって得られた大まかや立体形状データや寸法データをベースにし、正しいデータを修正データとして入力することで、何もない状態から形状データや寸法データを入力する場合に比べて入力の手間を削減することができる。さらに、立体形状データを利用することで、ある程度の精度における形状データが出来上っているため、作業者が何もない状態から形状データを入力していく場合に比べて、形状を誤って入力してしまうことを低減することができる。また、立体形状データに対して寸法データが設定されているため、寸法が全く入力されないままとなってしまう場合を低減することができ、また、作業者は、この寸法データが設定されている箇所については少なくとも寸法を確認することができるので、寸法データが設定されていないワークWの部位が生じてしまうことを低減することができる。
例えば、上述した実施形態では、制御用データ生成装置10は、カメラ14の撮像画像およびレーザスキャナ15の検知情報に基づいて、ワークWの形状を測定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、制御用データ生成装置10は、カメラ14の撮像画像のみ、またはレーザスキャナ15の検知情報のみに基づいて、ワークWの形状を測定してもよい。また、他の実施形態では、制御用データ生成装置10は、プローブをワークWに接触させることで、接触方式による形状測定を行っても良い。
コンピュータ90は、CPU91、メインメモリ92、ストレージ93、インタフェース94を備える。
上述の制御用データ生成装置10は、コンピュータ90に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ93に記憶されている。CPU91は、プログラムをストレージ93から読み出してメインメモリ92に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。
さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ93に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。
11 テーブル
12 モータ
13 測定機器固定部
14 カメラ
15 レーザスキャナ
16 制御装置
101 カメラ制御部
102 スキャナ制御部
103 割出部
104 測定部
105 形状データ生成部
106 出力制御部
107 指定部
108 寸法データ生成部
109 入力部
W ワーク
J 治具
P パレット
Claims (7)
- ワークの形状を測定する測定部と、
前記測定部によって得られた測定結果に基づいて、前記ワークの立体形状を示す立体形状データを生成する形状データ生成部と、
前記測定部によって得られた測定結果に基づいて、前記ワークの形状に対応する部位の寸法を示す寸法データを生成する寸法データ生成部と、
画像を表示する表示部と、
前記立体形状データと、前記立体形状データが示す形状の部位に対応させた前記寸法データとを出力して前記表示部の表示画面上に表示させる出力部と、
前記出力された寸法データに対する修正データを入力する修正データ入力部とを有し、
前記出力部は、前記表示画面に表示された前記寸法データの近傍に入力欄を表示し、
前記修正データ入力部は、前記入力欄より修正データを入力し、
前記出力部は、前記修正データ入力部が入力した前記修正データを前記入力欄に表示する、
測定データ生成装置。 - ワークが載置されるテーブルを鉛直軸回りに回転させるモータの回転角度を示す割出指示を出力する割出部と、
互いの撮像方向に延びる直線が前記テーブルの回転軸上で交差するように設置された2つのカメラに撮像指示を出力するカメラ制御部と、
前記テーブルの回転軸に沿ってレーザを走査させ、前記レーザの反射光に基づいて前記テーブル上に載置された前記ワークの空間位置を特定するレーザスキャナに走査指示を出力するスキャナ制御部と、
前記割出部が前記回転角度が基準角度となる割出指示を出力した後、単位角度だけ回転させる割出指示を出力することを繰り返して前記テーブルが1周する間に、前記割出部が割出指示を出力するごとに、前記カメラ制御部が撮像指示を出力することにより前記2つのカメラから得られる撮像画像から求められる視差と、前記2つのカメラのカメラパラメータとから三角測量法により前記ワークのうち撮像画像に写った面の空間位置を特定し、前記スキャナ制御部が前記走査指示を出力することにより前記レーザスキャナが特定した空間位置を示す検知情報から前記ワークのうち前記レーザが照射された面の空間位置を特定し、前記基準角度と、前記割出部が出力する割出指示が示す回転角度と、前記割出部が出力する割出指示が示す回転角度の各々に対応する前記ワークのうち撮像画像に写った面の空間位置及び前記ワークのうち前記レーザが照射された面の空間位置とに基づいて、前記ワークを加工する工作機械の機械座標における前記ワークの全ての面の空間位置を特定し、特定した前記ワークの全ての面の空間位置を測定結果として出力する測定部と、
前記測定部によって得られた測定結果に基づいて、前記ワークの立体形状を示す立体形状データを生成する形状データ生成部と、
前記測定部によって得られた測定結果に基づいて、前記ワークの形状に対応する部位の寸法を示す寸法データを生成する寸法データ生成部と、
前記立体形状データと、前記立体形状データが示す形状の部位に対応させた前記寸法データとを出力する出力部と、
を有する測定データ生成装置。 - 前記表示部は、
前記立体形状データが示す立体形状の部位の近傍に、当該部位に対応する寸法データを表示する
請求項1記載の測定データ生成装置。 - 前記出力部は、出力対象のデータを、加工プログラムを生成する加工プログラム生成装置に出力する
請求項1または請求項2に記載の測定データ生成装置。 - 請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載の測定データ生成装置と、
前記測定データ生成装置の出力部から出力されるデータに基づいて、前記ワークに対して工具を相対移動させて前記ワークを切削加工する加工プログラムを生成する加工プログラム生成装置と
を有する加工プログラム生成システム。 - 測定データ生成装置に用いられる測定データ生成方法であって、
測定部が、ワークの形状を測定し、
形状データ生成部が、前記測定部によって得られた測定結果に基づいて、前記ワークの立体形状を示す立体形状データを生成し、
寸法データ生成部が、前記測定部によって得られた測定結果に基づいて、前記ワークの形状に対応する部位の寸法を示す寸法データを生成し、
出力部が、前記立体形状データと、前記立体形状データが示す形状の部位に対応させた前記寸法データとを出力して画像を表示する表示部の表示画面上に表示させ、前記表示画面に表示された前記寸法データの近傍に入力欄を表示し、
修正データ入力部が、前記出力された寸法データに対する修正データを前記入力欄より入力し、
前記出力部が、前記修正データ入力部が入力した前記修正データを前記入力欄に表示する、
測定データ生成方法。 - 割出部が、ワークが載置されるテーブルを鉛直軸回りに回転させるモータの回転角度を示す割出指示を出力し、
カメラ制御部が、互いの撮像方向に延びる直線が前記テーブルの回転軸上で交差するように設置された2つのカメラに撮像指示を出力し、
スキャナ制御部が、前記テーブルの回転軸に沿ってレーザを走査させ、前記レーザの反射光に基づいて前記テーブル上に載置された前記ワークの空間位置を特定するレーザスキャナに走査指示を出力し、
前記割出部が、前記回転角度が基準角度となる割出指示を出力した後、単位角度だけ回転させる割出指示を出力することを繰り返して前記テーブルが1周する間に、
測定部が、前記割出部が割出指示を出力するごとに、前記カメラ制御部が撮像指示を出力することにより前記2つのカメラから得られる撮像画像から求められる視差と、前記2つのカメラのカメラパラメータとから三角測量法により前記ワークのうち撮像画像に写った面の空間位置を特定し、前記スキャナ制御部が前記走査指示を出力することにより前記レーザスキャナが特定した空間位置を示す検知情報から前記ワークのうち前記レーザが照射された面の空間位置を特定し、前記基準角度と、前記割出部が出力する割出指示が示す回転角度と、前記割出部が出力する割出指示が示す回転角度の各々に対応する前記ワークのうち撮像画像に写った面の空間位置及び前記ワークのうち前記レーザが照射された面の空間位置とに基づいて、前記ワークを加工する工作機械の機械座標における前記ワークの全ての面の空間位置を特定し、特定した前記ワークの全ての面の空間位置を測定結果として出力し、
形状データ生成部が、前記測定部によって得られた測定結果に基づいて、前記ワークの立体形状を示す立体形状データを生成し、
寸法データ生成部が、前記測定部によって得られた測定結果に基づいて、前記ワークの形状に対応する部位の寸法を示す寸法データを生成し、
出力部が、前記立体形状データと、前記立体形状データが示す形状の部位に対応させた前記寸法データとを出力する、
測定データ生成方法。
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