(57)【要約】  ワーク（３Ａ）と、予め形状が特定され、その形状に関する構造物形状データ（４１）を有する支持構造物（３Ｂ）と、を含む被計測部（３）を予め三次元計測し、その計測結果に基づいて、工具（２）と、被計測部（３）とが衝突するか否かの衝突判定をする工具衝突防止システムであって、被計測部（３）の形状を三次元計測し、計測された被計測部（３）の形状に関する被計測部形状データと、構造物形状データ（４１）と、を比較し、被計測部形状データから支持構造物（３Ｂ）に相当するデータを特定し、その特定したデータを被計測部形状データから分離する。
2012093473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の工具によって加工されるワークと、予め形状が特定され、その形状に関する構造物形状データを有する特定構造物と、を含む被計測部を予め三次元計測し、その計測結果に基づいて、前記工具と、前記被計測部とが衝突するか否かの衝突判定をする工具衝突防止システムであって、
前記被計測部の形状を三次元計測する計測手段と、
前記計測手段の計測結果に基づいて前記被計測部の形状を決定する形状決定手段と、を備え、
前記形状決定手段には、
前記計測手段にて計測された前記被計測部の形状に関する被計測部形状データと、前記構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記特定構造物に相当するデータを特定する構造物特定手段と、
前記構造物特定手段にて特定したデータを前記被計測部形状データから分離する構造物分離手段と、
が設けられている工具衝突防止システム。
【請求項２】
前記計測手段は、前記特定構造物の少なくとも一部が変位する場合に、その変位可能な範囲において前記特定構造物の一連の動作の状態を複数に分割して、分割した各状態について前記被計測部の形状を三次元計測し、
前記構造物特定手段は、前記計測手段にて計測された前記各状態の前記被計測部形状データと、前記構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記特定構造物に相当するデータを特定する請求項１の工具衝突防止システム。
【請求項３】
前記特定構造物が、変位しない固定構造物と、変位する変位構造物とを有する場合に、
前記構造物特定手段は、前記被計測部形状データと、前記固定構造物の構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記固定構造物に相当するデータを特定し、
前記構造物分離手段は、前記固定構造物に相当するデータを前記被計測部形状データから分離し、
前記形状決定手段には、さらに、
前記構造物分離手段にて分離された前記各状態における残りのデータに基づいて前記変位構造物の形状に関するデータを合成して前記変位構造物の形状を決定する変位構造物形状決定手段が設けられている請求項２の工具衝突防止システム。
【請求項４】
前記形状決定手段には、
前記被計測部形状データから前記構造物分離手段にて分離された残りのデータを前記ワークの形状に関するワーク形状データとして特定するワーク形状特定手段が設けられている請求項１〜３のいずれか一項の工具衝突防止システム。
【請求項５】
前記形状決定手段には、
前記ワーク形状データと、前記構造物特定手段にて特定した特定構造物のデータと、に基づいて、前記ワークと前記特定構造物とを識別可能に前記被計測部の形状を再合成する被計測部形状合成手段がさらに設けられている請求項４の工具衝突防止システム。
【請求項６】
前記被計測部形状合成手段は、前記構造物特定手段にて特定された特定構造物のデータに対応する構造物形状データを用いて前記被計測部の形状を再合成する請求項５の工具衝突防止システム。
【請求項７】
工作機械の工具によって加工されるワークと、予め形状が特定され、その形状に関する構造物形状データを有する特定構造物と、を含む被計測部を予め三次元計測し、その計測結果に基づいて、前記工具と、前記被計測部とが衝突するか否かの衝突判定をする工具衝突防止方法であって、
前記被計測部の形状を三次元計測する計測工程と、
前記計測手段の計測結果に基づいて前記被計測部の形状を決定する形状決定工程と、を備え、
前記形状決定工程には、
前記計測手段にて計測された前記被計測部の形状に関する被計測部形状データと、前記構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記特定構造物に相当するデータを特定する構造物特定工程と、
前記構造物特定手段にて特定したデータを前記被計測部形状データから分離する構造物分離工程と、
が設けられている工具衝突防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械における工具のワークへの衝突を防止するための工具衝突防止システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械においては、工具がワークに衝突することを回避するため、レーザ光を照射して予めワークの形状を三次元計測してワークが加工される過程のシミュレーションが行われている（例えば特許文献１参照）。【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４８２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
工作機械において、ワークの形状を三次元計測する際にワークを支持する治具や、テーブル等の機械構造物も同時に計測される。このため、ワークと、ワーク以外の治具や機械構造物とを識別することができず、切削送り中に誤って工具が治具等を切削するおそれがある。【０００５】
そこで、本発明はワークと、ワーク以外の治具や機械構造物とが識別可能な状態の三次元計測データを取得できる工具衝突防止システム及び工具衝突防止方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の工具衝突防止システムは、工作機械の工具によって加工されるワークと、予め形状が特定され、その形状に関する構造物形状データを有する特定構造物と、を含む被計測部を予め三次元計測し、その計測結果に基づいて、前記工具と、前記被計測部とが衝突するか否かの衝突判定をする工具衝突防止システムであって、前記被計測部の形状を三次元計測する計測手段と、前記計測手段の計測結果に基づいて前記被計測部の形状を決定する形状決定手段と、を備え、前記形状決定手段には、前記計測手段にて計測された前記被計測部の形状に関する被計測部形状データと、前記構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記特定構造物に相当するデータを特定する構造物特定手段と、前記構造物特定手段にて特定したデータを前記被計測部形状データから分離する構造物分離手段と、が設けられていることにより上記課題を解決する。【０００７】
本発明の工具衝突防止システムによれば、計測手段によりワークと特定構造物とを含む被計測部を三次元計測し、その計測結果から特定構造物に対応する構造物形状データを特定して、その特定した形状データを分離する。分離された元のデータには、ワークを含む形状データが残るため、ワークと特定構造物とを識別可能とすることができる。特定構造物として治具や機械構造物等が含まれる。従って、ワークと特定構造物とが識別可能な状態の三次元計測データを取得することができ、切削送り中に誤って工具が治具を切削することを防止できる。【０００８】
本発明の工具衝突防止システムの一形態において、前記計測手段は、前記特定構造物の少なくとも一部が変位する場合に、その変位可能な範囲において前記特定構造物の一連の動作の状態を複数に分割して、分割した各状態について前記被計測部の形状を三次元計測し、前記構造物特定手段は、前記計測手段にて計測された前記各状態の前記被計測部形状データと、前記構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記特定構造物に相当するデータを特定してもよい。この形態によれば、特定構造物の少なくとも一部が変位する場合には、その特定構造物が変位可能な範囲において一連の動作の状態を複数に分割して各状態について計測手段が三次元計測するので特定構造物が変位しても特定ができる。複数、つまり、少なくとも２以上の状態に分割して、その各状態で三次元計測するので死角を少なくした計測が可能となる。【０００９】
本発明の工具衝突防止システムの一形態において、前記特定構造物が、変位しない固定構造物と、変位する変位構造物とを有する場合に、前記構造物特定手段は、前記被計測部形状データと、前記固定構造物の構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記固定構造物に相当するデータを特定し、前記構造物分離手段は、前記固定構造物に相当するデータを前記被計測部形状データから分離し、前記形状決定手段には、さらに、前記構造物分離手段にて分離された前記各状態における残りのデータに基づいて前記変位構造物の形状に関するデータを合成して前記変位構造物の形状を決定する変位構造物形状決定手段が設けられていてもよい。この形態によれば、特定構造物のうち変位しない固定構造物について、その固定構造物の構造物形状データを参照し、被計測部形状データから固定構造物に相当する形状データを特定し、分離する。そして、分離された元のデータには、変位の一連の動作の状態を分割した各状態における変位構造物の形状データが残っているので、これらの形状データを合成し変位構造物の形状データを決定することができる。さらに、決定した形状データに対して、変位構造物の構造物形状データを参照して変位構造物に相当するデータを特定、分離することによりワークを特定することもできる。【００１０】
本発明の工具衝突防止システムの一形態において、前記形状決定手段には、前記被計測部形状データから前記構造物分離手段にて分離された残りのデータを前記ワークの形状に関するワーク形状データとして特定するワーク形状特定手段が設けられていてもよい。この形態によれば、三次元計測により得られた被計測部形状データから特定構造物に相当するデータを特定し、そのデータが分離された後の元のデータについてワーク形状データとして特定することで、被計測部形状データに対して、ワーク形状データと特定構造物に相当するデータとを識別可能に取り扱うことができる。【００１１】
ワーク形状特定手段が設けられた形態において、前記形状決定手段には、前記ワーク形状データと、前記構造物特定手段にて特定した特定構造物のデータと、に基づいて、前記ワークと前記特定構造物とを識別可能に前記被計測部の形状を再合成する被計測部形状合成手段がさらに設けられていてもよい。この形態によれば、ワーク形状データと特定した特定構造物の形状データとを再合成することにより、被計測部形状データにおいてワーク及び特定構造物の形状データがそれぞれ識別可能となり、切削送り中に誤って工具が治具を切削することを防止できる。【００１２】
被計測部形状合成手段が設けられた形態において、前記被計測部形状合成手段は、前記構造物特定手段にて特定された特定構造物のデータに対応する構造物形状データを用いて前記被計測部の形状を再合成してもよい。この形態によれば、被計測部の形状は、ワーク形状データと構造物形状データとにより再合成される。これにより、実際に計測したデータよりも精度の高いデータを利用して被計測部形状データを活用することができる。【００１３】
本発明の工具衝突防止方法は、工作機械の工具によって加工されるワークと、予め形状が特定され、その形状に関する構造物形状データを有する特定構造物と、を含む被計測部を予め三次元計測し、その計測結果に基づいて、前記工具と、前記被計測部とが衝突するか否かの衝突判定をする工具衝突防止方法であって、前記被計測部の形状を三次元計測する計測工程と、前記計測手段の計測結果に基づいて前記被計測部の形状を決定する形状決定工程と、を備え、前記形状決定工程には、前記計測手段にて計測された前記被計測部の形状に関する被計測部形状データと、前記構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記特定構造物に相当するデータを特定する構造物特定工程と、前記構造物特定手段にて特定したデータを前記被計測部形状データから分離する構造物分離工程と、が設けられていることにより上記課題を解決する。本発明の工具衝突防止方法は、本発明の工具衝突防止システムとして具現化される。【００１４】
なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１５】
以上、説明したように、本発明の工具衝突防止システム及び工具衝突防止方法においては、計測手段により被計測部を三次元計測し、その計測結果から特定構造物に対応する構造物形状データを特定して、その特定した形状データを分離する。分離された元のデータには、ワークを含む形状データが残るため、ワークと特定構造物とを識別可能とすることができる。従って、ワークと特定構造物とが識別可能な状態の三次元計測データを取得することができ、切削送り中に誤って工具が治具を切削することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一形態に係る工具衝突防止システムが適用された工作機械及び工具衝突装置の概略図。
【図２】支持構造物の斜視図。
【図３】工作機械及び工具衝突防止装置の機能ブロック図。
【図４】工具衝突防止装置の制御部の被計測部形状決定部が実行する被計測部識別処理を示したフローチャート。
【図５】図２の被計測部に対し、Ｂ軸回転テーブルの作業面が傾斜した状態を示す図。
【図６】図２の被計測部の状態に対し、三次元計測して得られた形状データを表示した図。
【図７】図５の被計測部の状態に対し、三次元計測して得られた形状データを表示した図。
【図８】図６の形状データに対し、ステップＳ３にて特定した形状データを分離した後の形状データを表示した図。
【図９】図７の形状データに対し、ステップＳ３にて特定した形状データを分離した後の形状データを表示した図。
【図１０】ステップＳ４にて合成後のワーク及び変位構造物の形状データを表示した図。
【図１１】図１０の形状データに対し、ステップＳ５にて特定した形状データを分離した後の形状データを表示した図。
【図１２】図１１の形状データに対し、ステップＳ７にて特定した形状データを分離した後の形状データを表示した図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１に本発明の一形態に係る工具衝突防止システムが適用された工作機械及び工具衝突装置の概略図を示す。工作機械１は、ＮＣプログラムに従って順次動作する機械である。工作機械１には、工具２と、その工具によって加工されるワーク３Ａを含む被計測部３と、工具２の長さ及び径を計測する工具計測センサ４と、ワーク３Ａの形状を三次元計測する計測手段としてのレーザスキャナ５とを備えている。被計測部３には、ワーク３Ａと、特定構造物としての支持構造物３Ｂとが設けられている。支持構造物３Ｂにはワーク３Ａを保持する治具５３や、チルティングテーブル５２、計測機等も含んだ概念、つまり、被計測部３からワーク３Ａを除いた残りの計測対象として本形態では説明している。一方、工具衝突防止装置１０は、いわゆるパーソナルコンピュータとして構成される。工具衝突防止装置１０と工作機械１とを接続する接続回線には、レーザスキャナ５によって計測された被計測部３の形状の計測値を送受信するためのＵＳＢ回線７と、その他の情報の送受信のためのイーサネット（登録商標）回線８とが設けられている。なお、工具計測センサ４及びレーザスキャナ５は各種公知の技術を利用してよい。レーザスキャナ５には、三次元計測が可能な各種のスキャナを適用できる。【００１８】
図２に支持構造物３Ｂの斜視図を示す。支持構造物３Ｂは、工作機械テーブル５１と、チルティングテーブル５２と、ワーク３Ａを保持する治具５３とを備えている。チルティングテーブル５２には、Ｂ軸回転テーブル５４と、Ｂ軸回転テーブル５４をＹ軸の周り（Ｂ軸）に回転可能に支持する支持台５５とが設けられている。Ｂ軸回転テーブル５４には、Ｚ軸に直交した状態でＺ軸の周り（Ｃ軸）に回転可能なＣ軸回転テーブル５６が設けられている。チルティングテーブル５２は、ＸＹＺ軸に対して移動可能な３軸加工機に回転軸を２軸（ＢＣ軸）付加した５軸加工機であり、このチルティングテーブル５２には周知技術を適用してよい。Ｃ軸回転テーブル５６には治具５３を取付可能で、これによりワーク３Ａを保持できる。支持構造物３Ｂにおいて、工作機械テーブル５１及び支持台５５を固定構造物、Ｂ軸回転テーブル５４及び治具５３を変位構造物ということがある。【００１９】
図３に工作機械１及び工具衝突防止装置１０の機能ブロック図を示す。工作機械１は制御部２１を備えている。制御部２１は、マイクロプロセッサと、そのマイクロプロセッサの動作に必要な内部記憶装置（一例としてＲＯＭ及びＲＡＭ）等の各種の周辺装置とを組み合わせたユニットとして構成されている。制御部２１は、工作機械１の動作に必要な制御を行う。工具衝突防止装置１０は、制御部３１と、接続インターフェース３２と、外部記憶装置３３とを備えている。制御部３１は、マイクロプロセッサと、そのマイクロプロセッサの動作に必要な内部記憶装置（一例としてＲＯＭ及びＲＡＭ）等の各種の周辺装置とを組み合わせたユニットとして構成され、不図示のモニタ、キーボード等のユーザインターフェースを有している。【００２０】
制御部３１には、形状決定手段としての被計測部形状決定部３４と、衝突判定部３５が設けられている。被計測部形状決定部３４は、レーザスキャナ５に被計測部３の形状の計測を指示し、取得された計測情報に基づいて被計測部３の形状を決定する。衝突判定部３４は、工具２と被計測部３とが衝突するか否かの判定に関する処理をする。接続インターフェース３２は、ＯＲｉＮ（登録商標）等の公知のものでよい。外部記憶装置３３には、支持構造物３Ｂの形状に関する構造物形状データ４１が記憶されている。構造物形状データ４１は、支持構造物３Ｂを構成する個々の部材の形状に関するデータで、一例としてＣＡＤデータや、レーザスキャナで計測した形状データ、あるいは、支持構造物３Ｂの形状を矩形等に単純化して表した簡易構造物データ等が挙げられる。【００２１】
被計測部形状決定部３４には、構造物特定手段としての構造物特定部３６と、構造物分離手段としての構造物分離部３７と、変位構造物形状決定手段としての変位構造物形状決定部３８と、ワーク形状特定手段としてのワーク形状特定部３９と、被計測部形状合成手段としての被計測部形状合成部４０とが設けられている。構造物特定部３６は、レーザスキャナ５にて計測された被計測部３の形状に関する被計測部形状データと、構造物形状データ４１とを比較し、被計測部形状データから構造物形状データに相当するデータを特定する。構造物分離部３７は、構造物特定部３６で特定したデータを被計測部形状データから分離する。変位構造物形状決定部３８は、被計測部形状データから変位しない固定構造物の形状に関するデータを分離した残りのデータに基づいて変位する変位構造物の形状に関するデータを合成して変位構造物の形状を決定する。ワーク形状特定部３９は、被計測部形状データから構造物分離部３７にて分離された残りのデータをワーク３Ａの形状に関するワーク形状データとして特定する。被計測部形状合成手段４０は、ワーク形状データと構造物特定部３６にて特定したデータとに基づいて、ワーク３Ａと支持構造物３Ｂとを識別可能に被計測部３の形状を再合成する。【００２２】
図４は、工具衝突防止装置１０の制御部３１の被計測部形状決定部３４が実行する被計測部識別処理を示したフローチャートである。被計測部識別処理は、ワーク３Ａの加工開始前に被計測部３を構成するワーク３Ａと支持構造物３Ｂとを識別可能な状態で形状データを得る処理である。被計測部形状決定部３４は、まずステップＳ１でレーザスキャナ５による被計測部３の三次元計測を実行する。このとき、被計測部形状決定部３４は、チルティングテーブル５２のＢ軸回転テーブル５４の回転可能な範囲においてＢ軸回転テーブル５４の一連の動作の状態を複数に分割して、その各状態についてそれぞれレーザスキャナ５で三次元計測する。具体的には、Ｂ軸回転テーブル５４が、Ｚ軸方向に直交するときを基準（０°）として−９０°回転した状態（図２）と、−４５°回転した状態（図５）との間で変位した場合、被計測部形状決定部３４は、その変位可能な範囲においてＢ軸回転テーブル５４の傾斜角を複数に分割して、各傾斜角を指定し、各状態における被計測部３の形状をレーザスキャナ５に三次元計測させる。レーザスキャナ５の計測回数は、Ｂ軸回転テーブル５４の変位可能な範囲や後述する形状データの合成処理の精度等により適宜変更してよい。複数の状態、つまり、少なくとも２以上の状態に分割して、その各状態で三次元計測するので死角を少なくした計測が可能となる。図２及び図５に示す被計測部３をそれぞれ三次元計測して得られた形状データを図にしたものを図６及び図７に示す。図６及び図７には、固定構造物形状データ６１と、変位構造物形状データ６２と、ワーク形状データ６３とが計測時の各状態に応じて表示されている。なお、実際には、分割した各状態に対して計測しているので、計測した数だけ形状データが存在する。【００２３】
被計測部形状決定部３４は、次のステップＳ２に進んでレーザスキャナ５の計測結果から固定構造物の形状データを特定する。被計測部形状決定部３４は、外部記憶装置３３の構造物形状データ４１を参照し、工作機械テーブル５１及び支持台５５に相当する構造物形状データ４１を取得し、取得した構造物形状データ４１と、三次元計測により得られた形状データとを比較して計測結果の形状データからその構造物形状データ４１に相当するデータを特定する。ステップＳ１にて分割した数だけ形状データが存在するため、各形状データについて特定する。固定構造物については変位しないため、各形状データにおいて同様のデータを有しており、そのデータについて特定することになる。なお、この特定方法については、周知の画像処理技術を利用することができる。そして被計測部形状決定部３４は、ステップＳ３にて特定した形状データ、つまり固定構造物形状データ６１を三次元計測により得られた形状データから分離する。この分離処理についても、周知技術を適用することができる。ステップＳ１にて得られた形状データ（図６及び図７）から分離された元の形状データを図８及び図９にそれぞれ示す。【００２４】
被計測部形状決定部３４は、ステップＳ４に進んで分離後の形状データ（図８及び図９）を合成する。分離後の形状データは、変位構造物形状データ６２及びワーク形状データ６３に該当するため、各状態の形状データを合成処理することにより、形状の特定が可能となる。合成処理には、各状態の形状データに対し変位構造物等の傾き等の姿勢情報を取得して合成することができ、周知の画像処理技術を利用することができる。合成後のワーク３Ａ及び変位構造物の形状データを図にしたものを図１０に示す。【００２５】
被計測部形状決定部３４は、次のステップＳ５で合成後の形状データからＢ軸回転テーブル５４の形状データを特定する。変位構造物形状データ６２には、Ｂ軸回転テーブル５４に相当するＢ軸回転テーブル形状データ６２ａと、治具５３に相当する治具形状データ６２ｂとが識別されていない状態で含まれている。Ｂ軸回転テーブル５４については、固定構造物と同様、被計測部３全体の形状データに対して位置している座標が特定できるため、Ｂ軸回転テーブル５４に対応する構造物形状データ４１を参照し、Ｂ軸回転テーブル形状データ６２ａを特定することができる。この特定方法については、周知の画像処理技術を利用することができる。そして、被計測部形状決定部３４は、ステップＳ６に進んでステップＳ５で特定した形状データを分離する。ステップＳ３と同様の処理を実行すればよい。図１１にＢ軸回転テーブル形状データ６２ａを分離した後の形状データを示す。【００２６】
ステップＳ７にて被計測部形状決定部３４は、ステップＳ６にて分離した後の形状データから治具５３の形状データを特定する。治具５３については、加工するワーク３Ａの形状、大きさ等に応じてＢ軸回転テーブル５４に対し位置が変動するため、固定構造物や、変位構造物であってもＢ軸回転テーブル５４のようには座標が特定することができず、治具５３の形状データを特定することができない。このため、治具５３の形状データの特定には、一例として特徴抽出法を用いる。特徴抽出法は、画像の特徴を抽出して、画像の一致又は不一致を判別するものであり、特徴の抽出には各種方法が知られている。この特徴抽出法については、各種周知の方法を適用してよいし、その他周知の画像処理技術を適用することもできる。そして、被計測部形状決定部３４は、ステップＳ８に進んでステップＳ７で特定した形状データ、つまり、治具形状データ６２ｂを分離する。この分離処理については、ステップＳ３及びステップＳ６における処理と同様でよい。【００２７】
次のステップＳ９にて被計測部形状決定部３４は、ステップＳ８にて分離した後に残った形状データからワーク３Ａの形状データであるワーク形状データ６３を特定する。図１２に治具形状データ６２ｂを分離した後の形状データを示す。分離後の形状データには、ワーク３Ａの形状データに相当するデータが残っているので、これをワーク形状データ６３として特定する。続くステップＳ１０にて、被計測部形状決定部３４は、ステップＳ３、Ｓ６、Ｓ８にて分離し、ステップＳ９で特定した各形状データを参照し、被計測部３全体の形状データとして再合成する。これにより得られる被計測部３の形状データは、ワーク３Ａと支持構造物３Ｂ、さらには支持構造物３Ｂを構成する各部材を識別可能な状態となる。従って、ワーク３Ａと治具５３を含む支持構造物３Ｂとを識別可能な状態で形状データを得ることができる。その後、被計測部形状決定部３４は、今回の被計測部識別処理を終了する。【００２８】
上述の処理によれば、まず、被計測部３について、変位する部材を有する場合にはその一連の動作の状態を複数に分割した各状態についてそれぞれ三次元計測する（ステップＳ１）。そして、構造物形状データ４１を参照し、計測により得られた被計測部３の形状データから固定構造物形状データ６１の特定、分離をし（ステップＳ２、ステップＳ３）、分離後の形状データ、つまり、ワーク３Ａと変位構造物を含んだ形状データの合成をする（ステップＳ４）。合成後の形状データに対しては、構造物形状データ４１を参照して変位構造物のうち、座標が特定できるＢ軸回転テーブル５４の形状データをまず特定し（ステップＳ５）、分離する（ステップＳ６）。さらに分離後の形状データに対し、座標が特定できない治具５３の形状データについては、特徴抽出法により治具形状データ６２ｂを特定し（ステップＳ７）、分離する（ステップＳ８）。そして、残った形状データからワーク形状データ６３を特定し（ステップＳ９）、ステップＳ３、Ｓ６及びＳ８で分離し、及びステップＳ９で特定した各形状データを再合成する（ステップＳ１０）ことで、被計測部３の形状データをワーク３Ａと支持構造物３Ｂとが識別可能な状態で得ることができる。レーザスキャナ５の三次元計測により得られる被計測部形状データに対し、構造物形状データ４１を参照して適宜分離していくことによりワーク３Ａの形状データを得ることができ、これによりワーク３Ａと支持構造物３Ｂとを識別可能とすることができる。【００２９】
以上の形態において、工具衝突防止装置１０の制御部３１が被計測部形状決定部３４にステップＳ２〜ステップＳ９を実行させることにより形状決定手段として機能し、特に、被計測部形状決定部３４のうち構造物特定部３６にステップＳ２、ステップＳ５及びステップＳ７を実行させることにより構造物特定手段として、構造物分離部３７にステップＳ３、ステップＳ６及びステップＳ８を実行させることにより構造物分離手段として、変位構造物形状決定部３８にステップＳ４を実行させることにより変位構造物形状決定手段として、ワーク形状特定部３９にステップＳ９を実行させることによりワーク形状特定手段として、被計測部形状合成部４０にステップＳ１０を実行させることにより被計測部形状合成手段として、それぞれ機能する。【００３０】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本形態では、工作機械１について５軸加工機として説明したがこれに限られない。例えば３軸加工機等の多軸加工機にも適用が可能である。また、本形態では、回転軸がＢＣ軸の５軸加工機で説明したが、これに限られず、例えばＡＣ軸やＡＢ軸等異なる組み合わせの回転軸が採用された５軸加工機にも適用が可能である。いずれか１軸の周りに回転する４軸加工機のような装置やその他の各種周知の多軸加工機に対しても適用可能である。構造物特定部３６が特徴抽出法を用いて位置座標を認識できない支持構造物３Ｂを特定する場合に、変位構造物に相当するデータの合成（ステップＳ４）後に位置座標を認識できない支持構造物３Ｂについて特定（ステップＳ７）しているが、これに限られず、固定構造物の特定、分離後にステップＳ７の処理を実行してもよい。被計測部３の構造に応じて適宜の変更が可能である。また、ステップＳ２、Ｓ５及びＳ７で各形状データを特定しているが、被計測部３の支持構造物３Ｂの構成により、適宜変更してよい。例えば、支持構造物３Ｂに変位構造物を含まない場合には、ステップＳ４〜Ｓ６を省略してもよい。この場合にはレーザスキャナ５による計測を１回としてもよい。また、支持構造物３Ｂに変位構造物を含む場合であっても、レーザスキャナ５による計測を１回としてもよい。例えば、１回の計測でも変位構造物が特定可能な場合には、計測を１回としてもよい。手順を簡略化することにより、作業者の負担軽減や計測等にかかる時間の短縮を図ることができる。【００３１】
本形態では、ステップＳ１０にて、被計測部形状決定部３４は、ステップＳ３、Ｓ６、Ｓ８及びＳ９にて分離し、特定した各形状データを参照し、被計測部３全体の形状データとして再合成すると説明したがこれに限られない。例えば、分離した各形状データの代わりに構造物形状データ４１を用いて被計測部３全体の形状データを再合成してもよい。レーザスキャナ５で計測した実際のデータを、各ステップＳ２、Ｓ５、Ｓ７で特定された個々の構造物形状データ４１で置き換えて、被計測部３全体の形状データを再合成するので、データの精度が高まる。このような形態は、構造物形状データ４１としてＣＡＤデータを利用している場合に有用である。また、支持構造物３Ｂの各形状を例えば矩形状や球形状等に簡易化した構造の簡易構造物データを作成して、この簡易構造物データを構造物形状データ４１として用いてもよい。ＣＡＤデータよりも簡易化されたデータなので、データ作成が容易であり、作業者の負担を軽減しつつ、支持構造物３Ｂへの誤切削を防止できる。【００３２】
本形態のステップＳ９において、分離した後の形状データをワーク形状データ６３として特定したが、これに限られない。例えば、ステップＳ９において、残った形状データにワーク３Ａに相当するデータ以外のデータを含んでいる場合にも不必要なデータについては除去し、ワーク３Ａに相当するデータを取り出してワーク形状データ６３として特定してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012093473.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年10月22日(2012.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の工具によって加工されるワークと、予め形状が特定され、その形状に関する構造物形状データを有する特定構造物と、を含む被計測部を予め三次元計測し、その計測結果に基づいて、前記工具と、前記被計測部とが衝突するか否かの衝突判定をする工具衝突防止システムであって、
前記被計測部の形状を三次元計測する計測手段と、
前記計測手段の計測結果に基づいて前記被計測部の形状を決定する形状決定手段と、を備え、
前記形状決定手段には、
前記計測手段にて計測された前記被計測部の形状に関する被計測部形状データと、前記構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記特定構造物に相当するデータを特定する構造物特定手段と、
前記構造物特定手段にて特定したデータを前記被計測部形状データから分離する構造物分離手段と、
が設けられ、
前記計測手段は、前記特定構造物の少なくとも一部が変位する場合に、その変位可能な範囲に含まれる変位の異なる状態のうち、少なくとも２つの各状態において前記被計測部の形状を三次元計測し、
前記構造物特定手段は、前記計測手段にて計測された前記各状態の前記被計測部形状データと、前記構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記特定構造物に相当するデータを特定し、
前記特定構造物が、変位しない固定構造物と、変位する変位構造物とを有する場合に、前記構造物特定手段として、固定構造物特定手段及び変位構造物特定手段が設けられ、
前記固定構造物特定手段は、前記計測手段にて計測された前記各状態の前記被計測部形状データと、前記固定構造物の構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記固定構造物に相当するデータを特定し、
前記構造物分離手段は、前記固定構造物特定手段にて特定した前記固定構造物に相当するデータを前記計測手段にて計測された前記各状態の前記被計測部形状データから分離し、
前記形状決定手段には、さらに、
前記構造物分離手段にて分離された前記各状態における残りのデータを合成する形状データ合成手段が設けられ、
前記変位構造物特定手段は、前記形状データ合成手段にて合成された合成形状データと、前記変位構造物の構造物形状データと、を比較し、前記合成形状データから前記変位構造物に相当するデータを特定する工具衝突防止システム。
【請求項２】
前記形状決定手段には、
前記変位構造物特定手段にて特定した前記変位構造物に相当するデータを前記合成形状データから分離した残りのデータを前記ワークの形状に関するワーク形状データとして特定するワーク形状特定手段が設けられている請求項１の工具衝突防止システム。
【請求項３】
前記形状決定手段には、
前記ワーク形状データと、前記構造物特定手段にて特定した特定構造物のデータと、に基づいて、前記ワークと前記特定構造物とを識別可能に前記被計測部の形状を再合成する被計測部形状合成手段がさらに設けられている請求項２の工具衝突防止システム。
【請求項４】
前記被計測部形状合成手段は、前記構造物特定手段にて特定された特定構造物のデータに対応する構造物形状データを用いて前記被計測部の形状を再合成する請求項３の工具衝突防止システム。
【請求項５】
工作機械の工具によって加工されるワークと、予め形状が特定され、その形状に関する構造物形状データを有する特定構造物と、を含む被計測部を予め三次元計測し、その計測結果に基づいて、前記工具と、前記被計測部とが衝突するか否かの衝突判定をする工具衝突防止方法であって、
前記被計測部の形状を三次元計測する計測工程と、
前記計測手段の計測結果に基づいて前記被計測部の形状を決定する形状決定工程と、を備え、
前記形状決定工程には、
前記計測手段にて計測された前記被計測部の形状に関する被計測部形状データと、前記構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記特定構造物に相当するデータを特定する構造物特定工程と、
前記構造物特定手段にて特定したデータを前記被計測部形状データから分離する構造物分離工程と、
が設けられ、
前記計測工程では、前記特定構造物の少なくとも一部が変位する場合に、その変位可能な範囲に含まれる変位の異なる状態のうち、少なくとも２つの各状態において前記被計測部の形状を三次元計測し、
前記構造物特定工程では、前記計測工程にて計測された前記各状態の前記被計測部形状データと、前記構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記特定構造物に相当するデータを特定し、
前記特定構造物が、変位しない固定構造物と、変位する変位構造物とを有する場合においては、前記構造物特定工程が、固定構造物特定工程と、変位構造物特定工程と、に区別され、
前記固定構造物特定工程では、前記計測工程にて計測された前記各状態の前記被計測部形状データと、前記固定構造物の構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記固定構造物に相当するデータを特定し、
前記構造物分離工程では、前記固定構造物特定工程にて特定した前記固定構造物に相当するデータを前記計測工程にて計測された前記各状態の前記被計測部形状データから分離し、
前記形状決定工程には、さらに、
前記構造物分離工程にて分離された前記各状態における残りのデータを合成する形状データ合成工程が設けられ、
前記変位構造物特定工程が、前記形状データ合成工程の後に行われ、前記変位構造物特定工程では、前記形状データ合成手段にて合成された合成形状データと、前記変位構造物の構造物形状データと、を比較し、前記合成形状データから前記変位構造物に相当するデータを特定する工具衝突防止方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の工具衝突防止システムは、工作機械の工具によって加工されるワークと、予め形状が特定され、その形状に関する構造物形状データを有する特定構造物と、を含む被計測部を予め三次元計測し、その計測結果に基づいて、前記工具と、前記被計測部とが衝突するか否かの衝突判定をする工具衝突防止システムであって、前記被計測部の形状を三次元計測する計測手段と、前記計測手段の計測結果に基づいて前記被計測部の形状を決定する形状決定手段と、を備え、前記形状決定手段には、前記計測手段にて計測された前記被計測部の形状に関する被計測部形状データと、前記構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記特定構造物に相当するデータを特定する構造物特定手段と、前記構造物特定手段にて特定したデータを前記被計測部形状データから分離する構造物分離手段と、が設けられ、前記計測手段は、前記特定構造物の少なくとも一部が変位する場合に、その変位可能な範囲に含まれる変位の異なる状態のうち、少なくとも２つの各状態において前記被計測部の形状を三次元計測し、前記構造物特定手段は、前記計測手段にて計測された前記各状態の前記被計測部形状データと、前記構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記特定構造物に相当するデータを特定し、前記特定構造物が、変位しない固定構造物と、変位する変位構造物とを有する場合に、前記構造物特定手段として、固定構造物特定手段及び変位構造物特定手段が設けられ、前記固定構造物特定手段は、前記計測手段にて計測された前記各状態の前記被計測部形状データと、前記固定構造物の構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記固定構造物に相当するデータを特定し、前記構造物分離手段は、前記固定構造物特定手段にて特定した前記固定構造物に相当するデータを前記計測手段にて計測された前記各状態の前記被計測部形状データから分離し、前記形状決定手段には、さらに、前記構造物分離手段にて分離された前記各状態における残りのデータを合成する形状データ合成手段が設けられ、前記変位構造物特定手段は、前記形状データ合成手段にて合成された合成形状データと、前記変位構造物の構造物形状データと、を比較し、前記合成形状データから前記変位構造物に相当するデータを特定することにより上記課題を解決する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の工具衝突防止システムによれば、計測手段によりワークと特定構造物とを含む被計測部を三次元計測し、その計測結果から特定構造物に対応する構造物形状データを特定して、その特定した形状データを分離する。分離された元のデータには、ワークを含む形状データが残るため、ワークと特定構造物とを識別可能とすることができる。特定構造物として治具や機械構造物等が含まれる。従って、ワークと特定構造物とが識別可能な状態の三次元計測データを取得することができ、切削送り中に誤って工具が治具を切削することを防止できる。また、特定構造物の少なくとも一部が変位する場合には、その特定構造物が変位可能な範囲において一連の動作の状態を複数に分割して各状態について計測手段が三次元計測するので特定構造物が変位しても特定ができる。複数、つまり、少なくとも２以上の状態に分割して、その各状態で三次元計測するので死角を少なくした計測が可能となる。また、特定構造物のうち変位しない固定構造物について、その固定構造物の構造物形状データを参照し、被計測部形状データから固定構造物に相当する形状データを特定し、分離する。そして、分離された元のデータには、変位の一連の動作の状態を分割した各状態における変位構造物の形状データが残っているので、これらの形状データを合成し変位構造物の形状データを決定することができる。さらに、決定した形状データに対して、変位構造物の構造物形状データを参照して変位構造物に相当するデータを特定、分離することによりワークを特定することもできる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の工具衝突防止システムの一形態において、前記形状決定手段には、前記変位構造物特定手段にて特定した前記変位構造物に相当するデータを前記合成形状データから分離した残りのデータを前記ワークの形状に関するワーク形状データとして特定するワーク形状特定手段が設けられていてもよい。この形態によれば、三次元計測により得られた被計測部形状データから特定構造物に相当するデータを特定し、そのデータが分離された後の元のデータについてワーク形状データとして特定することで、被計測部形状データに対して、ワーク形状データと特定構造物に相当するデータとを識別可能に取り扱うことができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の工具衝突防止方法は、工作機械の工具によって加工されるワークと、予め形状が特定され、その形状に関する構造物形状データを有する特定構造物と、を含む被計測部を予め三次元計測し、その計測結果に基づいて、前記工具と、前記被計測部とが衝突するか否かの衝突判定をする工具衝突防止方法であって、
前記被計測部の形状を三次元計測する計測工程と、前記計測手段の計測結果に基づいて前記被計測部の形状を決定する形状決定工程と、を備え、前記形状決定工程には、前記計測手段にて計測された前記被計測部の形状に関する被計測部形状データと、前記構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記特定構造物に相当するデータを特定する構造物特定工程と、前記構造物特定手段にて特定したデータを前記被計測部形状データから分離する構造物分離工程と、が設けられ、前記計測工程では、前記特定構造物の少なくとも一部が変位する場合に、その変位可能な範囲に含まれる変位の異なる状態のうち、少なくとも２つの各状態において前記被計測部の形状を三次元計測し、前記構造物特定工程では、前記計測工程にて計測された前記各状態の前記被計測部形状データと、前記構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記特定構造物に相当するデータを特定し、前記特定構造物が、変位しない固定構造物と、変位する変位構造物とを有する場合においては、前記構造物特定工程が、固定構造物特定工程と、変位構造物特定工程と、に区別され、前記固定構造物特定工程では、前記計測工程にて計測された前記各状態の前記被計測部形状データと、前記固定構造物の構造物形状データと、を比較し、前記被計測部形状データから前記固定構造物に相当するデータを特定し、前記構造物分離工程では、前記固定構造物特定工程にて特定した前記固定構造物に相当するデータを前記計測工程にて計測された前記各状態の前記被計測部形状データから分離し、前記形状決定工程には、さらに、前記構造物分離工程にて分離された前記各状態における残りのデータを合成する形状データ合成工程が設けられ、前記変位構造物特定工程が、前記形状データ合成工程の後に行われ、前記変位構造物特定工程では、前記形状データ合成手段にて合成された合成形状データと、前記変位構造物の構造物形状データと、を比較し、前記合成形状データから前記変位構造物に相当するデータを特定することにより上記課題を解決する。本発明の工具衝突防止方法は、本発明の工具衝突防止システムとして具現化される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
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