JP7846645B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械における表示技術に関する。

ＮＣ（Numerical Control）プログラムを実行して自動的に加工を行う工作機械の前面のドアには、覗き窓が設けられる。特許文献１には、工作機械を覆って設置される防護カバーの前面にスライド式の作業用ドア体が装備され、作業用ドア体に覗き窓が設けられる例が記載されている。作業者は、窓から加工室内を覗いて、加工の様子を見ることができる。

また、工作機械は、作業者による指示操作を受け付け、加工に関する各種の情報を表示する操作盤が設けられる。特許文献２には、操作盤にＮＣ制御装置に記憶されているプログラムやワーク座標が表示される例が記載されている。

作業者は、窓から加工室内を覗き、操作盤の表示と合わせて、加工の状況を把握することができる。

特開平５－６０２９４号公報 特開２０１７－１６７８６５号公報

しかし、作業者が窓から加工室内を覗いているときには、操作盤の表示内容を見ることができない。反対に、作業者が操作盤の表示内容を見ているときには、加工室内を覗けない。

たとえば、作業者が、工作機械におけるプログラムの動作確認を行う場合には、操作盤で実行しているプログラムを確認する動作と、加工室内における加工部の動きを確認する動作の両方を行わなければならない。つまり、作業者は、覗き窓と操作盤の間の移動を繰り返すことになる。しかし、このような反復動作は煩わしく、作業効率が悪い。

そこで、本発明は、請求項に記載の装置等を提供するものである。

本発明によれば、作業者が窓から加工室内を見ながら、加工に関する種々の情報を確認しやすくできる。

工作機械の外観図である。 工作機械のブロック図である。 ＮＣプログラムの構成例を示す図である。 工作機械の状態の遷移図である。 表示画像の一例を示す図である。 作業者に見えるイメージを示す図である。 仮想空間における３次元モデルの例を示す図である。

図１は、工作機械１００の外観図である。
工作機械１００は、ＮＣプログラム３１０に従って加工室においてワークに対する加工動作を自動的に行う。工作機械１００の正面には、加工室と外部とを仕切るドア２０２が設けられている。ドア２０２には、作業者が工作機械１００の加工室内を見るための窓２００が設けられている。

また、ドア２０２の脇には、操作盤１１０が設置されている。操作盤１１０には、モニター１１２、シングルブロックボタン１１４、サイクルスタートボタン１１６、一時停止ボタン１１８およびリセットボタン１２０が設けられている。モニター１１２には、ＮＣプログラム３１０および残移動量３０４などの情報が表示される。シングルブロックボタン１１４は、作業者がシングルブロックモードへの切り替えを指示するためのボタンである。サイクルスタートボタン１１６は、作業者が加工動作の開始を指示するためのボタンである。一時停止ボタン１１８は、作業者が加工動作の一時停止を指示するためのボタンである。リセットボタン１２０は、作業者が加工動作のリセットを指示するためのボタンである。各ボタンの操作と加工動作については、図４に関連して後述する。

窓２００は、たとえば強化ガラスなどの透明板部材を使用しており耐衝撃性を有する。実施形態では、窓２００の面上に画像、文字や数字などを表示できる透明ディスプレイ２４０を設ける。透明ディスプレイ２４０は、透明板部材の外側平面あるいは内側平面に接して固定される。

実施形態では、モニター１１２に表示される情報の一部が透明ディスプレイ２４０にも表示させる。また、３次元モデリングの技術を利用して加工室の状況を把握しやすくするための画像や情報を、透明ディスプレイ２４０に表示させる。具体的には、図５と図６に関連して後述するように、透明ディスプレイ２４０は、特定の情報（目盛り、各種座標、ワーク、工具、ＮＣプログラム３１０のブロックおよびブロックの実行状態などの情報）を表示することができる。つまり、工作機械１００は、特定の情報を表示可能で、内部を見るための窓２００を備える。

作業者は、工作機械１００の加工室内とモニター１１２に表示される情報を確認しながら、工作機械１００を操作する。そのため、従来作業者は窓２００と操作盤１１０のモニター１１２の間を移動する必要があった。実施形態では、作業者は、窓２００の透明ディスプレイ２４０によって種々の情報を見られるので、モニター１１２の方へ移動する必要がなくなる。そのため、作業者が作業をしやすくなり、作業効率が良くなる。

なお、ドア２０２の正面には、作業者を撮影するためのカメラ６００が設けられている。カメラ６００については、変形例１で説明する。

図２は、工作機械１００のブロック図である。
工作機械１００は、上述した操作盤１１０、透明ディスプレイ２４０およびカメラ６００の他に、加工部１０２およびＮＣ制御装置１０４を有する。

加工部１０２は、ワークに対する加工動作を行う。加工部１０２は、工具が取り付けられる取付部や軸を回転させるサーボモーターなどの駆動部などを含む。工作機械１００がマシニングセンタの場合、主軸が取付部に相当し、主軸を回転させるサーボモーターが駆動部に相当する。工作機械１００がターニングセンタの場合、刃物台が取付部８２２に相当し、ワークを取り付けられた回転軸を回転させるサーボモーターの他に、タレットを移動させる駆動部を有する。ここでは、ターニングセンタの例を示す。図６に関連して後述するように、この例の加工部１０２には、回転軸、チャック、刃物台および工具などが含まれる。このように、加工部１０２には、種々の装置や部品が含まれる。

ＮＣ制御装置１０４は、ＮＣプログラム３１０を実行し、ＮＣプログラム３１０に従って加工部１０２に対して加工動作の指示を行う。加工部１０２は、ＮＣ制御装置１０４の指示に従って加工動作を行う。

操作盤１１０は、シングルブロックボタン１１４、サイクルスタートボタン１１６、一時停止ボタン１１８、リセットボタン１２０およびモニター１１２などのハードウェアの他に、受付部１３０、情報取得部１５０、３次元モデル記憶部１５２、表示処理部１５６および目位置検出部１５８などの構成要素を備える。

操作盤１１０の各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および各種コプロセッサ（Coprocessor）などの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、それらの上位層に位置する各種アプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。図示した受付部１３０、情報取得部１５０、３次元モデル記憶部１５２、表示処理部１５６および目位置検出部１５８は、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。操作盤１１０は、情報処理装置の例である。操作盤１１０以外の情報処理装置が、これらの構成要素を備え、後述する操作盤１１０の処理動作を行うようにしてもよい。

受付部１３０は、シングルブロックボタン１１４、サイクルスタートボタン１１６、一時停止ボタン１１８およびリセットボタン１２０の押下など、ユーザ操作を受け付ける。

情報取得部１５０は、ＮＣ制御装置１０４から種々の情報を取得する。

３次元モデル記憶部１５２は、加工部１０２に含まれる装置及び部品（回転軸、チャック、刃物台および工具など）とワークの３次元モデルの形状と位置（機械座標）を定義するデータ（以下、「３次元モデルデータ」という）を記憶する。機械座標は、「グローバル座標」ともいう。機械座標を定めるための各軸の向きや原点は工作機械１００の固有値として定められている。３次元モデルデータには、間隔を計測するための目盛りやワーク座標系（図７参照）の３次元モデルの形状も含まれる。

表示処理部１５６は、透明ディスプレイ２４０に表示させる画像（以下、「表示画像という）を生成し、生成された表示画像を透明ディスプレイ２４０に表示させる処理を行う。表示処理部１５６は、モデリング部１５４を有する。モデリング部１５４は、メモリ領域を使って仮想空間を展開し、仮想空間に３次元モデルを生成する。表示処理部１５６は、３次元の３次元モデルに基づいて表示画像の一部（目盛り、座標、ワークや工具の情報）を生成することができる。また、表示処理部１５６は、３次元モデルを３次元的に表現するレンダリングの機能を備える。図５と図６に関連して後述するように、工作機械１００が備える表示処理部１５６は、作業者が窓２００を通して内部（加工室内）を見る場合に、特定の情報（目盛り、各種座標、ワーク、工具、ＮＣプログラム３１０のブロックおよびブロックの実行状態などの情報）を、作業者が内部を見ながら情報を見ることができる位置に表示させる。

目位置検出部１５８は、カメラ６００によって撮像された作業者の撮像画像に基づいて、作業者の目の位置（機械座標）を検出する。目位置検出部１５８の詳細については、変形例１で説明する。

図３は、ＮＣプログラム３１０の構成例を示す図である。
この例におけるＮＣプログラム３１０では、ワークに対して荒加工を行った後で、仕上げ加工を行う。荒加工では、まず工具をワークに近づけるアプローチの動作を行った後で、荒加工の切削の動作に移る。仕上げ加工も同様に工具をワークに近づけるアプローチの動作を行った後に、仕上げ加工の切削の動作に移る。

したがって、ＮＣプログラム３１０は、荒加工のアプローチ、荒加工の切削、仕上げ加工のアプローチおよび仕上げ加工の切削の順に処理するように記述されている。また、荒加工のアプローチ、荒加工の切削、仕上げ加工のアプローチおよび仕上げ加工の切削のいずれの動作に関しても、複数のブロックが記述されている。

通常は各ブロックの動作が連続して行われるが、工作機械１００をシングルブロックモードにすると、１つのブロックずつ動作が行われる。ＮＣプログラム３１０が正しくプログラミングされているかどうかを確かめる場合には、作業者はシングルブロックモードにおいて、１つのブロックずつ加工部１０２を動作させて、その都度意図している通りに動いていることを確認する。

ＮＣプログラム３１０の全体をシングルブロックモードで動作させて、すべてのブロックについて動作確認を行うことが可能である。ただし、ＮＣプログラム３１０の一部のみをシングルブロックモードで動作させて、そこに含まれるブロックについてだけ動作確認を行うことも可能である。図３に示した例では、荒加工のためのアプローチと仕上げ加工のためのアプローチに関して、１つのブロックずつ動作のチェックを行う。荒加工の切削と仕上げ加工の切削について、プログラミングミスの可能性が低いと考えられ、あるいは連続動作でも確認可能であると考えられる場合には、このようにしてもよい。このようにシングルブロックモードで１つのブロックずつ動作させて確認する手法は、従来技術と実施形態で共通である。

図４は、工作機械１００の状態の遷移図である。
この遷移図は、工具を移動させる１つのブロックの動作に関する。縦軸に、残移動量を示している。残移動量は、これからどれだけ移動するかを示している。横軸には、経過する時間を示す。この例のブロックには、工具を１００ｍｍ移動させる指令が記述されており、ワークの端面に接する位置まで工具の刃先をワークに近づけることが意図されているものとする。

作業者がサイクルスタートボタン１１６を押下すると、工具が移動を始め、ＲＵＮ状態になる。ＲＵＮ状態は、加工部１０２の動作中を意味する。Ｔｓは、ＲＵＮ状態になった時間を示す。当初残移動量は１００ｍｍであるが、Ｔｓから時間が経過するにつれて残移動量は減って行く。

作業者が一時停止ボタン１１８を押下すると、工具が停止し、ＨＯＬＤ状態になる。ＨＯＬＤ状態では、加工部１０２の動作が一時的に停止していることを意味する。Ｔｈは、ＨＯＬＤ状態になった時間を示す。ＨＯＬＤ状態では、残移動量は変化しない。ＨＯＬＤ状態で、作業者はチェックを行う。この例では、残移動量が５０ｍｍで停止している。

ここで、従来技術の場合のチェック手順について説明する。作業者は、操作盤１１０のモニター１１２を見て、ブロックの内容と残移動量（５０ｍｍ）を知る。そして、作業者は、ドアを開いて加工室内に入り、ノギスを使ってワークと工具の刃先の距離を測る。ワークと工具の刃先の距離が５０ｍｍであれば、この後５０ｍｍ移動して刃先が側面に接する位置で工具が停止することがわかる。つまり、意図した通りに動作していることが確認される。ワークと工具の刃先の距離が５０ｍｍでなければ、意図した通りに動作しておらず、プログラミングにミスがあることがわかる。そして、作業者は、加工室から出る。

続いて、実施形態の場合のチェック手順について説明する。作業者は、透明ディスプレイ２４０の表示画像（図５、図６参照）を見て、ブロックの内容と残移動量（５０ｍｍ）を知ることができる。したがって、操作盤に近づく動作がいらなくなる。また、透明ディスプレイ２４０の表示画像の目盛り３３２によってワークと工具の刃先の距離を目測することができる。したがって、ドアを開いて加工室内に入り、ノギスを使って実測する作業を行わなくてもよくなる。目測による距離が残移動量と一致していれば、正常と判断できる。

作業者が、ＨＯＬＤ状態でサイクルスタートボタン１１６を押下すると、工具の移動が再開され、再びＲＵＮ状態になる。Ｔｒは、再びＲＵＮ状態になった時間を示す。ＲＵＮ状態になると、残移動量がさらに減って行く。残移動量が０になると、工具が停止し、ＳＴＯＰ状態になる。Ｔｐは、ＳＴＯＰ状態になった時間を示す。なお、リセットボタン１２０が押下された場合には、運転が停止されリセット状態となる。

図５は、表示画像３４０の一例を示す図である。図６は、作業者に見えるイメージを示す図である。
表示画像３４０が透明ディスプレイ２４０に表示され、作業者は、透明ディスプレイ２４０に表示される表示画像３４０越しに加工室内を見ることができる。作業者は、加工室内を見ながら、同時に表示画像３４０に表示された種々の情報を知ることができる。

表示画像３４０には工作機械１００の実行状態３０２（ＲＵＮ状態、ＨＯＬＤ状態およびＳＴＯＰ状態）が含まれる。工作機械１００の実行状態３０２は、ＮＣ制御装置１０４で制御されている。情報取得部１５０は、ＮＣ制御装置１０４から工作機械１００の実行状態３０２を取得する。表示処理部１５６は、取得した実行状態３０２を表示画像３４０の所定箇所に表し、表示画像３４０の一部として実行状態３０２がディスプレイ２４０に表示される。たとえばＲＵＮ状態であれば「ＲＵＮ」と表示され、ＨＯＬＤ状態であれば「ＨＯＬＤ」と表示され、ＳＴＯＰ状態であれば「ＳＴＯＰ」と表示される。実行状態３０２の表示が「ＲＵＮ」から「ＳＴＯＰ」に切り替われば、作業者は、加工室内を見ながらブロックの動作が終了したとすぐに判断できる。このように、表示されるブロックの実行状態３０２は、たとえばシングルブロックが実行中、シングルブロックの実行終了のいずれかである。

表示画像３４０には残移動量３０４が含まれる。情報取得部１５０は、ＮＣ制御装置１０４から、移動可能な軸方向毎に残りの移動量を取得する。表示処理部１５６は、取得された各軸方向の移動量を表示画像３４０の所定箇所に表し、表示画像３４０の一部として各軸方向の移動量がディスプレイ２４０に表示される。ＲＵＮ状態では、移動している軸方向の残移動量が変化し、表示処理部１５６は、変化する残移動量を表示する。

たとえば、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向の移動が可能であれば、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸について残移動量が示される。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸およびＣ軸の６軸方向の移動が可能であれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸およびＣ軸について残移動量が示される。以下に６軸において移動可能な場合の残移動量の表示例を示す。
Ｘ： ５０．０００
Ｙ： ０．０００
Ｚ： －２．０００
Ａ： ０．０００
Ｂ： ０．０００
Ｃ： ０．０００

表示画像３４０にはＮＣプログラム３１０に関する表示が含まれる。以下にＮＣプログラム３１０の一部の例を示す。
Ｇ５４
Ｇ０Ｘ１０４．Ｚ２．
Ｘ９６．
Ｇ１Ｚ－４９．９Ｆ．３
Ｇ０Ｕ１．Ｚ２．
Ｘ９２．
Ｇ１Ｚ－４９．９
Ｇ０Ｕ１．Ｚ２．
Ｇ０Ｘ１０４．

この例では、実行ブロック３０６と次のブロック３０８が表示される。図４にＴｓと示したＲＵＮ状態の開始時点では、これから実行されるブロックの内容が、実行ブロック３０６として表示され、その次に実行されるブロックの内容が、次のブロック３０８として表示される。その後、ＨＯＬＤ状態および再開したＲＵＮ状態において実行ブロック３０６と次のブロック３０８の表示は変わらない。また、ＳＴＯＰ状態になっても実行ブロック３０６と次のブロック３０８の表示は変わらない。次にサイクルスタートボタンが押下されたタイミングで、次のブロック３０８に示されていたブロックの内容が実行ブロック３０６に繰り上がり、次のブロック３０８にはその次のブロックの内容が表示される。

そのため、情報取得部１５０がＮＣ制御装置１０４から取得した実行状態３０２がＳＴＯＰ状態からＲＵＮ状態に切り替わると、表示処理部１５６は、それまで次のブロック３０８に表示させていたブロックの内容を実行ブロック３０６に表示させる。情報取得部１５０は、その次のブロックの内容を取得して、次のブロック３０８に表示させる。あるいは、ＳＴＯＰ状態からＲＵＮ状態に切り替わるタイミングで、情報取得部１５０が実行中のブロックの内容と次に実行するブロックの内容を取得して、表示処理部１５６は、実行ブロック３０６と次のブロック３０８に表示させるようにしてもよい。ブロックの表示の仕方は、この例に限らない。

表示画像３４０にはワーク座標系３３０の表示が含まれる。ワーク座標系３３０の表示は、ワーク座標系３３０の３軸線を示す３次元モデルを透明ディスプレイ２４０に投影する方法で描かれる。ＮＣプログラム３１０の初期処理において位置合わせが行われた後に、情報取得部１５０は、ワーク座標系３３０の原点の機械座標（オフセット）を取得する。モデリング部１５４は、ワーク座標系３３０の３次元モデルにおける３軸線の交点がその機械座標に一致するように、この３次元モデルを仮想空間内に配置する（図７参照）。この例では、ワーク座標系３３０の原点を、回転軸４１０のチャック４０２に固定されているワーク４０４の端面の中心に合わせているが、ワーク座標系３３０の原点をワーク４０４がない場所に設定してもよい。３次元モデルの投影方法については、図７に関連して後述する。

表示画像３４０には、工具４０６の所定箇所（たとえば、刃先）を基準点とする目盛り３３２の表示が含まれる。この例では、上下方向の目盛り３３２と回転軸方向の目盛り３３２が表示される。目盛り３２２の表示は、２方向の目盛り３３２を示す３次元モデルを透明ディスプレイ２４０に投影する方法で描かれる。情報取得部１５０は、刃物台４０８に固定されている工具４０６の刃先の機械座標を常時取得する。モデリング部１５４は、目盛り３３２の３次元モデルにおける２線の交点がその機械座標に一致するように、工具４０６の動きに合わせて目盛り３３２の３次元モデルを仮想空間内で移動させる（図７参照）。３次元モデルの投影方法については、図７に関連して後述する。

表示画像３４０には、移動終点座標３３４が含まれる。移動終点座標３３４は、たとえば黒丸や十字などのマークで表される。情報取得部１５０は、ブロックの動作が開始される前にそのブロックの動作による工具４０６の基準点（たとえば、刃先）の移動終点の機械座標をＮＣ制御装置１０４から取得する。表示処理部１５６は、仮想空間における移動終点の機械座標を仮想表示面５４０に写像する方法で、移動終点座標３３４のマークを透明ディスプレイ２４０に表示させる。写像の方法は、図７に関連して後述する。表示処理部１５６は、移動終点の機械座標値（たとえば、「Ｘｅ：××，Ｙｅ：××，Ｚｅ：××」）を透明ディスプレイ２４０に表示させてもよい。

表示画像３４０に、移動終点座標３３４以外に、残移動量を確認するための座標、ワーク座標、工具座標を含めてもよい。残移動量を確認するための座標とは、たとえばブロックの動作が開始される時点における工具４０６の基準点（たとえば、刃先）を示す移動始点座標である。移動始点座標は、たとえば黒丸や十字などのマークで表される。情報取得部１５０は、ブロックの動作が開始される前にそのブロックの動作による工具４０６の基準点（たとえば、刃先）の移動始点の機械座標をＮＣ制御装置１０４から取得する。表示処理部１５６は、仮想空間における移動始点の機械座標を仮想表示面５４０に写像する方法で、移動始点座標のマークを透明ディスプレイ２４０に表示させる。表示処理部１５６は、移動始点の機械座標値（たとえば、「Ｘｓ：××，Ｙｓ：××，Ｚｓ：××」）を透明ディスプレイ２４０に表示させてもよい。作業者が、ブロックの動作の途中で移動始点座標と現在の工具４０６の基準点を見比べれば、残移動量を知ることができる。

表示画像３４０に含まれるワーク座標は、たとえばワーク４０４の基準点（たとえば、ワーク４０４の端面の中心）の機械座標である。ワーク座標は、たとえば黒丸や十字などのマークで表される。情報取得部１５０は、ワーク４０４の基準点の機械座標をＮＣ制御装置１０４から取得する。表示処理部１５６は、仮想空間におけるワーク座標を仮想表示面５４０に写像する方法で、ワーク座標のマークを透明ディスプレイ２４０に表示させる。表示処理部１５６は、ワーク座標の機械座標値（たとえば、「Ｘｗ：××，Ｙｗ：××，Ｚｗ：××」）を透明ディスプレイ２４０に表示させてもよい。

表示画像３４０に含まれる工具座標は、たとえば工具４０６の基準点（たとえば、刃先）の機械座標である。工具座標は、たとえば黒丸や十字などのマークで表される。情報取得部１５０は、工具４０６の基準点の機械座標をＮＣ制御装置１０４から取得する。表示処理部１５６は、仮想空間における工具座標を仮想表示面５４０に写像する方法で、ワーク座標のマークを透明ディスプレイ２４０に表示させる。表示処理部１５６は、工具座標の機械座標値（たとえば、「Ｘｔ：××，Ｙｔ：××，Ｚｔ：××」）を透明ディスプレイ２４０に表示させてもよい。

このように、表示処理部１５６は、作業者が窓２００を通じて内部のワーク４０４を見ている場合に、作業者が視認できる位置に特定の情報（目盛り３３２、各種座標、ワーク４０４、工具４０６、ＮＣプログラム３１０のブロックおよびブロックの実行状態３０２などの情報）を表示させる。つまり、目盛り３３２、座標、ワーク４０４、工具４０６、ＮＣプログラム３１０のブロック、ブロックの実行状態３０２、のうちの少なくとも１つが窓２００に表示される。

図７は、仮想空間における３次元モデルの例を示す図である。
モデリング部１５４は、メモリ領域に展開される仮想空間内に、加工部１０２に含まれる装置や部品およびワーク３次元モデルを置き、加工部１０２の動きに合わせてそれらの３次元モデルを移動させる。つまり、モデリング部１５４は、加工部１０２に含まれる装置や部品の３次元モデルの形状や位置を、現実の装置や部品の形状や位置と一致させる。また、切削によってワーク４０４の形が変わる場合には、ワーク４０４の３次元モデルも変形させる。この技術は、たとえば干渉予防の機能としても行われている。なお、干渉予防の観点では、この先に起こる移動を予想して求めた機械座標（以下、「将来機械座標」という）を用いて、少し将来の３次元モデルの形状や位置を決めるように処理するが、この実施形態におけるモデリングでは、現在の機械座標を用いて、現在の３次元モデルの形状や位置を決めるだけで足りる。ただし、モデリング部１５４において将来機械座標に３次元モデルを配置し、表示処理部１５６は、将来機械座標に配置された３次元モデルを透明ディスプレイ２４０に投影するようにしてもよい。

具体的には、モデリング部１５４は、図示するように回転軸３次元モデル５１０、チャック３次元モデル５０２、ワーク３次元モデル５０４、刃物台３次元モデル５０８および工具３次元モデル５０６を仮想空間内に設定する。また、モデリング部１５４は、工具３次元モデル５０６の刃先を基準として目盛り３次元モデル５３２を仮想空間内に設定する。目盛り３次元モデル５３２の２線の交点が工具３次元モデル５０６の刃先の位置と一致するようにする。さらに、モデリング部１５４は、ワーク３次元モデル５０４の端面の中心を基準としてワーク座標系３次元モデル５３０を仮想空間内に設定する。ワーク座標系３次元モデル５３０の３軸線の交点がワーク３次元モデル５０４の端面の中心と一致するようにする。

そして、ＮＣ制御装置１０４が加工室内の刃物台４０８と工具４０６を移動させるときに、情報取得部１５０は、刃物台４０８と工具４０６の移動の情報を取得し、モデリング部１５４は、その情報に基づいて仮想空間内の刃物台３次元モデル５０８および工具３次元モデル５０６を移動させる。また、モデリング部１５４は、工具３次元モデル５０６の移動に合わせて目盛り３次元モデル５３２も移動させる。

現実空間における透明ディスプレイ２４０の位置に相当する仮想空間内の位置に、仮想表示面５４０が設定される。仮想表示面５４０の大きさや形は、透明ディスプレイ２４０の大きさや形に合わせられる。さらに、現実空間における作業者の目の位置に相当する仮想空間内の位置に、仮想視点５５０が設定される。実施形態では、仮想視点５５０は移動しない。仮想視点５５０を移動させる態様は、変形例１で説明する。

表示処理部１５６は、仮想視点５５０から見て、仮想表示面５４０において目盛り３次元モデル５３２と重なるところに目盛り写像５５２を描く。目盛り３次元モデル５３２の１点（たとえば、２本の目盛りの交点）に着目した場合に、表示処理部１５６は、仮想視点５５０とその１点とを結ぶ線が仮想表示面５４０の上で交わる点を、写像の１点とする。目盛り３次元モデル５３２に含まれる各点について同様に特定される点の集まりによって、目盛り写像５５２が定まる。表示処理部１５６は、仮想表示面５４０における目盛り写像５５２を透明ディスプレイ２４０に投影させる。

このようにすれば、作業者は、透明ディスプレイ２４０に表示された目盛り３３２越しに実際の工具４０６とワーク４０４を見て、目盛り３３２を参照して工具４０６とワーク４０４との距離を目測することができる。

また、表示処理部１５６は、同様の方法で、ワーク座標系３次元モデル５３０を透明ディスプレイ２４０に投影する。つまり、表示処理部１５６は、仮想視点５５０から見て、仮想表示面５４０においてワーク座標系３次元モデル５３０と重なるところにワーク座標系３３０の写像（図７では省略する）を描く。ワーク座標系３次元モデル５３０の１点（たとえば、３軸線の交点）に着目した場合に、表示処理部１５６は、仮想視点５５０とその１点とを結ぶ線が仮想表示面５４０の上で交わる点を、ワーク座標系３３０の写像の１点とする。ワーク座標系３次元モデル５３０に含まれる各点について同様に特定される点の集まりによって、ワーク座標系３３０の写像が定まる。表示処理部１５６は、仮想表示面５４０におけるワーク座標系３３０の写像を透明ディスプレイ２４０に表示させる。

なお、同様の方法で、目盛り３３２とワーク座標系３３０以外の３次元モデルを透明ディスプレイ２４０に投影することが可能である。表示処理部１５６は、ワーク３次元モデル５０４を仮想表示面５４０に写像して、ワーク４０４を透明ディスプレイ２４０に表示させてもよい。表示処理部１５６は、工具３次元モデル５０６を仮想表示面５４０に写像して、工具４０６を透明ディスプレイ２４０に表示させてもよい。たとえば、切削している間はクーラントに隠れてワーク４０４や工具４０６が見えない。しかし、透明ディスプレイ２４０に、ワーク３次元モデル５０４の投影および工具３次元モデル５０６の投影を表示すれば、切削中のワーク４０４や工具４０６がどのようになっているかを把握しやすくなる。このように、表示されるワーク４０４の情報は、窓２００を通して見えないワーク４０４の部分の３次元画像であってもよい。

表示処理部１５６がワーク３次元モデル５０４や工具３次元モデル５０６などの３次元モデルを透明ディスプレイ２４０に投影する場合に、３次元モデルの平面の境界や輪郭を表す外形線で表された画像（以下、「２次元画像」という）を表示させてもよいし、３次元モデルを陰影や色彩が施された面で表された画像（以下、「３次元画像」という）を表示させてもよい。２次元画像を表示させる場合には、表示処理部１５６は、仮想表示面５４０の上に３次元モデルの平面の境界や輪郭を表す外形線の写像を生成し、その写像を透明ディスプレイ２４０に表示させる。３次元画像を表示させる場合には、表示処理部１５６は、レンダリングの処理によって、仮想表示面５４０の上に３次元モデルの面に陰影や色彩を施した写像を生成し、その写像を透明ディスプレイ２４０に表示させる。

表示処理部１５６は、ワークのオフセット情報を表示させてもよい。表示処理部１５６は、ワークのオフセット情報を、ワークのオフセットの座標を示すマークとして表示させてもよいし、オフセットの座標値（（たとえば、「Ｘｗｏ：××，Ｙｗｏ：××，Ｚｗｏ：××」））として表示させてもよい。表示処理部１５６は、工具のオフセット情報を表示させてもよい。表示処理部１５６は、工具のオフセット情報を、工具のオフセットの座標を示すマークとして表示させてもよいし、工具のオフセットの座標値（（たとえば、「Ｘｔｏ：××，Ｙｔｏ：××，Ｚｔｏ：××」））として表示させてもよい。

このように、表示されるワーク４０４の情報は、ワーク４０４の２次元画像、ワーク４０４の３次元画像、ワーク４０４のオフセット情報のうちの少なくとも１つである。また、表示される工具４０６の情報は、工具４０６の２次元画像、工具４０６の３次元画像、工具４０６のオフセット情報のうちの少なくとも１つである。

図５と図６に示した移動終点座標３３４は、仮想空間における移動終点の機械座標を仮想表示面５４０に写像する方法で描かれる。表示処理部１５６は、仮想視点５５０から見て、仮想表示面５４０において移動終点と重なるところに移動終点座標３３４のマークを描く。つまり、表示処理部１５６は、仮想視点５５０とその１点と移動終点を結ぶ線が仮想表示面５４０の上で交わる点を、移動終点の表示位置とする。表示処理部１５６は、透明ディスプレイ２４０における移動終点の表示位置に移動終点座標３３４のマークを表示する。上述のとおり、表示処理部１５６は、移動終点座標３３４の機械座標値（たとえば、「Ｘｅ：××，Ｙｅ：××，Ｚｅ：××」）を透明ディスプレイ２４０に表示させてもよい。

図示していないが、表示処理部１５６は、仮想空間における移動始点の機械座標を仮想表示面５４０に写像する方法で、移動始点座標のマークを透明ディスプレイ２４０に表示させてもよい。上述のとおり、表示処理部１５６は、移動始点の機械座標値（たとえば、「Ｘｓ：××，Ｙｓ：××，Ｚｓ：××」）を透明ディスプレイ２４０に表示させてもよい。

また、表示処理部１５６は、仮想空間における工具４０６の機械座標を仮想表示面５４０に写像する方法で、工具４０６の機械座標のマークを透明ディスプレイ２４０に表示させてもよい。上述のとおり、表示処理部１５６は、工具４０６の機械座標値（たとえば、「Ｘｔ：××，Ｙｔ：××，Ｚｔ：××」）を透明ディスプレイ２４０に表示させてもよい。工具４０６の機械座標は、たとえば刃先などの所定箇所の位置を示す。

上述した目盛り３３２は工具４０６を基準とする位置に表示されたが、表示処理部１５６は、ワーク４０４を基準とする位置に目盛り３３２を表示させてもよい。たとえば、２本の目盛り線の交点がワーク４０４の端面の中心に合わせられる。ワーク４０４を基準とする目盛り３３２でも、作業者はワーク４０４と工具４０６の間の距離を把握できる。また、表示処理部１５６がワーク４０４を基準とする目盛り３３２といっしょにワーク４０４も表示させれば、作業者はワーク４０４の位置、長さおよび大きさを確認できる。このように、表示処理部１５６によって、作業者の視線に対して、内部（加工室内）にあるワーク４０４と目盛り３３２とが視認できる位置に表示され、目盛り３３２をもとに、作業者は、ワーク４０４の位置、長さ又は大きさの少なくともいずれか１つを確認できる。

上述した実施形態によれば、作業者は窓２００の前とモニター１１２の前を行き来しなくても済むようになる。また、窓２００に目盛り３３２を表示するので、ドアを開けて加工室内に入らなくてもワーク４０４と工具４０６の間隔などの状態を外からの目測で把握できる。

実施形態では、仮想視点５５０は動かない。したがって、作業者が、所定の位置から加工室内を見るようにする。作業者の目の位置に合わせて仮想視点５５０が動く態様は、変形例１で説明する。

［変形例１］
変形例１では、作業者の位置に応じて表示の位置や大きさなどを変える。つまり、作業者がどの角度から加工室内を見たとしても、透明ディスプレイ２４０に表示される目盛り３３２、ワーク座標系３３０、ワーク４０４や工具４０６などが、加工室の実際の装置や工具の位置と整合するように表示される。たとえば、作業者が窓２００の前で右へ移動すると、目盛り３３２は右に動き、目盛り３３２の交点が工具の基準点に重なり続ける。反対に、作業者が窓２００の前で左へ移動すると、目盛り３３２は左に動き、目盛り３３２の交点が工具の基準点に重なり続ける。また、作業者が窓２００に近づくと、目盛り３３２はわずかに小さくなり、作業者が窓２００から遠のくと、目盛り３３２はわずかに大きくなる。その結果、常にワーク４０４と工具４０６の間の距離を正しく示すことができる。

図１に示したように、工作機械１００は、作業者を撮像するカメラ６００を備える。カメラ６００は、全天球カメラなどの広角のカメラ６００であることが望ましい。広角のカメラであれば、作業者が広い範囲で移動しても、その位置をとらえられる。カメラ６００で作業者を撮像して、撮像画像に基づいて目位置検出部１５８で作業者の目の位置を検出する。

目位置検出部１５８は、まずカメラ６００から撮像画像を取得する。目位置検出部１５８は、取得された撮像画像を歪みのない画像に展開する。目位置検出部１５８は、展開された画像から作業者の顔を検出する。目位置検出部１５８は、検出された作業者の顔から作業者の両目を検出し、展開された画像における両目の位置を特定する。目位置検出部１５８は、画像における両目の間隔を算出する。目位置検出部１５８は、算出された両目の間隔に基づいて、カメラ６００から両目までの距離を算出する。目位置検出部１５８には、実際の作業者の両目の間隔が予め記憶されているものとする。目位置検出部１５８は、画像における両目の間隔と実際の両目の間隔とを比較して、カメラ６００から両目までの距離を求めることができる。目位置検出部１５８は、展開された画像における両目の位置によって、カメラ６００からの方向を特定でき、さらに両目までの距離によってカメラ６００と両目の位置関係、つまりカメラ座標系における両目の座標を特定できる。目位置検出部１５８は、両目のカメラ座標を機械座標に変換することによって、作業者の両目の機械座標を求めることができる。

表示処理部１５６は、作業者の両目の機械座標を取得して、１つの仮想視点５５０を決める。右目の座標あるいは左目の座標のいずれかを使用するか設定されている場合には、表示処理部１５６は、その設定に従って一方の目の機械座標を仮想視点５５０の機械座標として用いる。右目の座標あるいは左目の座標のいずれかを使用するかが設定されていない場合には、表示処理部１５６は、右目と左目の中央点の機械座標を仮想視点５５０の機械座標として用いる。

上述した処理を繰り返すことによって、現実空間における作業者の目の位置に合わせて、仮想空間内で仮想視点５５０を追従させることができる。したがって、常時作業者が見たときに、透明ディスプレイ２４０に表示される目盛り３３２、ワーク座標系３３０、ワーク４０４や工具４０６などが、加工室の実際の装置や工具の位置と整合するようになる。作業者の目の位置が右側に動いた場合に、表示処理部１５６は、ＮＣプログラム３１０のブロックおよびブロックの実行状態３０２などの情報の表示位置を右側に移動させ、反対に作業者の目の位置が左側に動いた場合に、表示処理部１５６は、ＮＣプログラム３１０のブロックおよびブロックの実行状態３０２などの情報の表示位置を左側に移動させるようにしてもよい。このように、表示処理部１５６は、作業者の目の位置に基づいて、特定の情報（目盛り３３２、各種座標、ワーク４０４、工具４０６、ＮＣプログラム３１０のブロックおよびブロックの実行状態３０２などの情報）の表示位置を決める。

［変形例２］
作業者の頭部に搭載される表示装置であるヘッドマウント型のディスプレイを用いるようにしてもよい。

上述した透明ディスプレイを用いる場合、仮想視点５５０は１つである。そのため、一方の目から見た場合に、表示画像３４０と実際の製品や部品の位置が正しく重なって見えるが、他方の目から見た場合には、ぼやけて見えたり、画像位置がずれて見えたりする。ヘッドマウント型のディスプレイでは、左右の目に対して別々に視点を設定した画像を映すことができる。ヘッドマウント型のディスプレイは、右目の表示部と左目の表示部を有する。変形例２では、左右の目の位置に合わせて、仮想視点５５０を２つ設ける。表示処理部１５６は、右目の仮想視点５５０で作成した表示画像３４０を右目の表示部に表示させ、左目の仮想視点５５０で作成した表示画像３４０を左目の表示部に表示させる。このようにすれば、左右の目とも、画像位置のずれが生じないので、両目を使って正確に観察することができる。

たとえば実施形態と同様に、右目の仮想視点５５０と左目の仮想視点５５０を所定の機械座標として、表示処理部１５６は、右目の仮想視点５５０を用いて仮想表示面５４０に写像した右目用の表示画像３４０を右目の表示部に表示させる。また、表示処理部１５６は、左目の仮想視点５５０を用いて仮想表示面５４０に写像した左目用の表示画像３４０を左目の表示部に表示させる。

あるいは変形例１と同様に、目位置検出部１５８が作業者の右目の位置（機械座標）を検出し、同じく左目の位置（機械座標）を検出してもよい。その場合、表示処理部１５６は、検出された右目の位置を右目の仮想視点５５０として用いて右目用の表示画像３４０を生成して、右目の表示部に表示させる。また、表示処理部１５６は、検出された左目の位置を左目の仮想視点５５０として用いて左目用の表示画像３４０を生成して、左目の表示部に表示させる。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１００ 工作機械、１０２ 加工部、１０４ ＮＣ制御装置、１１０ 操作盤、１１２ モニター、１１４ シングルブロックボタン、１１６ サイクルスタートボタン、１１８ 一時停止ボタン、１２０ リセットボタン、１３０ 受付部、１５０ 情報取得部、１５２ ３次元モデル記憶部、１５４ モデリング部、１５６ 表示処理部、１５８ 目位置検出部、２００ 窓、２０２ ドア、２４０ 透明ディスプレイ、３０２ 実行状態、３０４ 残移動量、３０６ 実行ブロック、３０８ 次のブロック、３１０ ＮＣプログラム、３３０ ワーク座標系、３３２ 目盛り、３３４ 移動終点座標、３３６ 移動始点座標、３４０ 表示画像、４０２ チャック、４０４ ワーク、４０６ 工具、４０８ 刃物台、４１０ 回転軸、５０２ チャック３次元モデル、５０４ ワーク３次元モデル、５０６ 工具３次元モデル、５０８ 刃物台３次元モデル、５１０ 回転軸３次元モデル、５３２ 目盛り３次元モデル 、５３０ ワーク座標系回３次元モデル、５４０ 仮想表示面、５５０ 仮想視点、５５２ 目盛り写像、６００ カメラ

Claims (1)

1. 少なくとも目盛りを表示可能で、内部を見るための窓と、
   作業者が前記窓を通して前記内部を見る場合に、前記目盛りを、前記作業者が前記内部を見ながら前記目盛りを見ることができる位置に表示させる表示処理部と、を備え、
   前記表示処理部によって、前記目盛りは、前記作業者の視線に対して、前記内部にあるワークと前記目盛りとが視認できる位置に表示され、前記目盛りをもとに、前記作業者は、前記ワークの位置、長さ又は大きさの少なくともいずれか１つを確認できる、工作機械。