(57)【要約】  部品加工支援システム(1)は、部品に関する３次元計測データを取得するための３次元計測手段(2)と、３次元計測データに基づいて部品を表示するための表示手段(6)と、表示手段(6)により表示された部品を表示手段(6)上で仮想的に組み立てるための仮想組立手段(7)と、を備える。本システムによれば、部品の実際の組立作業に先立って組立誤差を確認することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品の加工作業を支援するための部品加工支援システムであって、
前記部品に関する３次元計測データを取得するための３次元計測手段と、
前記３次元計測データに基づいて前記部品を表示するための表示手段と、
前記表示手段により表示された前記部品を前記表示手段上で仮想的に組み立てるための仮想組立手段と、を備えた部品加工支援システム。
【請求項２】
前記仮想組立手段による仮想組立時の基準位置を取得するための治具が前記部品に設けられており、
前記３次元計測データは、前記治具に関するデータを含んでいる、請求項１記載の部品加工支援システム。
【請求項３】
前記治具は、前記部品に形成された穴の軸線上に延在するように設けられている、請求項２記載の部品加工支援システム。
【請求項４】
前記治具は、前記３次元計測手段によって計測される３つの平面を有している、請求項２記載の部品加工支援システム。
【請求項５】
前記３次元計測データは、種類の異なる２つ以上の前記３次元計測手段により取得されたものである、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の部品加工支援システム。
【請求項６】
前記種類の異なる２つ以上の３次元計測手段により得られた前記３次元計測データは、共通の測定箇所に関するデータを含んでいる、請求項５記載の部品加工支援システム。
【請求項７】
前記仮想組立手段は、前記表示手段により表示された前記部品を前記表示手段上で仮想的に組み立てる際に、理想状態としての設計情報を利用して前記部品の位置合わせを実施するように構成されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の部品加工支援システム。
【請求項８】
前記仮想組立手段は、前記表示手段により表示された前記部品を前記表示手段上で仮想的に組み立てる際に、前記部品に関する一部のデータを利用して仮想組立を実施するように構成されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の部品加工支援システム。
【請求項９】
部品の加工作業を支援するための部品加工支援方法であって、
前記部品に関する３次元計測データを取得するデータ取得工程と、
前記３次元計測データに基づいて前記部品を表示手段に表示する表示工程と、
前記表示手段上で前記部品を仮想的に組み立てる仮想組立工程と、を備えた部品加工支援方法。
【請求項１０】
前記仮想組立工程における仮想組立時の基準位置を取得するための治具を前記部品に設け、
前記３次元計測データは、前記治具に関するデータを含んでいる、請求項９記載の部品加工支援方法。
【請求項１１】
前記治具を、前記部品に形成された穴の軸線上に延在するように設ける、請求項１０記載の部品加工支援方法。
【請求項１２】
前記治具は、前記３次元計測手段によって計測される３つの平面を有している、請求項１０記載の部品加工支援方法。
【請求項１３】
前記３次元計測データを、種類の異なる２つ以上の３次元計測手段により取得する、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の部品加工支援方法。
【請求項１４】
前記種類の異なる２つ以上の３次元計測手段により取得された前記３次元計測データは、共通の測定箇所に関するデータを含んでいる、請求項１３記載の部品加工支援方法。
【請求項１５】
前記仮想組立工程において、前記表示手段上で前記部品を仮想的に組み立てる際に、理想状態としての設計情報を利用して前記部品の位置合わせを実施する、請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の部品加工支援方法。
【請求項１６】
前記仮想組立工程において、前記表示手段上で前記部品を仮想的に組み立てる際に、前記部品に関する一部のデータを利用して仮想組立を実施する、請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の部品加工支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品の加工作業を支援するための部品加工支援システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製品の複雑化に伴い、部品単体で加工精度を担保したとしても、組み立てる過程で組立誤差が累積し、その結果、現場で組み立てられなくなることがある。これは特に、大型製品において生じやすい。【０００３】
組立誤差により現場での組み立てができなかった場合、修正のために加工工場へ部品を移動させ、修正後に再度組立工場へ移動させる必要があった。大型製品の部品の場合、その重量が大きいため、クレーンなどを使用して移動させる必要があり、そのための作業時間・工数が多大なものとなっていた。【０００４】
従来、製品を構成する個々の部品の加工精度を担保するために、加工後の部品の３次元形状データを３次元スキャナで取得し、この３次元形状データと、該部品のＣＡＤデータとを比較して、該部品の設計値に対する偏差を確認する方法がある。【０００５】
また、特許文献１には、梱包対象の品物について３次元スキャナでデータを取得し、取得した３次元形状データに基づいて、梱包箱の内部に配置すべき支持用の梱包材を自動的に設計する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１６４２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、３次元スキャナで取得した部品の３次元形状データをＣＡＤデータと比較する従来の方法は、個々の部品の加工精度を担保する上では有効であるが、部品を実際に組み立てた際の組立誤差を確認することはできない。【０００８】
また、特許文献１に記載の技術も、加工済みの個々の部品を組み立てた際の組立誤差を確認することは不可能である。【０００９】
本発明は、上述した従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、部品の実際の組立作業に先立って組立誤差を確認することができる部品加工支援システムおよび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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、部品の加工作業を支援するための部品加工支援システムであって、前記部品に関する３次元計測データを取得するための３次元計測手段と、前記３次元計測データに基づいて前記部品を表示するための表示手段と、前記表示手段により表示された前記部品を前記表示手段上で仮想的に組み立てるための仮想組立手段と、を備えたことを特徴とする。【００１１】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記仮想組立手段による仮想組立時の基準位置を取得するための治具が前記部品に設けられており、前記３次元計測データは、前記治具に関するデータを含んでいる、ことを特徴とする。【００１２】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記治具は、前記部品に形成された穴の軸線上に延在するように設けられている、ことを特徴とする。【００１３】
本発明の第４の態様は、第２の態様において、前記治具は、前記３次元計測手段によって計測される３つの平面を有している、ことを特徴とする。【００１４】
本発明の第５の態様は、第１乃至第４のいずれかの態様において、前記３次元計測データは、種類の異なる２つ以上の前記３次元計測手段により取得されたものである、ことを特徴とする。【００１５】
本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記種類の異なる２つ以上の３次元計測手段により得られた前記３次元計測データは、共通の測定箇所に関するデータを含んでいる、ことを特徴とする。【００１６】
本発明の第７の態様は、第１乃至第６のいずれかの態様において、前記仮想組立手段は、前記表示手段により表示された前記部品を前記表示手段上で仮想的に組み立てる際に、理想状態としての設計情報を利用して前記部品の位置合わせを実施するように構成されている、ことを特徴とする。【００１７】
本発明の第８の態様は、第１乃至第７のいずれかの態様において、前記仮想組立手段は、前記表示手段により表示された前記部品を前記表示手段上で仮想的に組み立てる際に、前記部品に関する一部のデータを利用して仮想組立を実施するように構成されている、ことを特徴とする。【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の第９の態様は、部品の加工作業を支援するための部品加工支援方法であって、前記部品に関する３次元計測データを取得するデータ取得工程と、前記３次元計測データに基づいて前記部品を表示手段に表示する表示工程と、前記表示手段上で前記部品を仮想的に組み立てる仮想組立工程と、を備えたことを特徴とする。【００１９】
本発明の第１０の態様は、第９の態様において、前記仮想組立工程における仮想組立時の基準位置を取得するための治具を前記部品に設け、前記３次元計測データは、前記治具に関するデータを含んでいる、ことを特徴とする。【００２０】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様において、前記治具を、前記部品に形成された穴の軸線上に延在するように設ける、ことを特徴とする。【００２１】
本発明の第１２の態様は、第１０の態様において、前記治具は、前記３次元計測手段によって計測される３つの平面を有している、ことを特徴とする。【００２２】
本発明の第１３の態様は、第９乃至第１２のいずれかの態様において、前記３次元計測データを、種類の異なる２つ以上の３次元計測手段により取得する、ことを特徴とする。【００２３】
本発明の第１４の態様は、第１３の態様において、前記種類の異なる２つ以上の３次元計測手段により取得された前記３次元計測データは、共通の測定箇所に関するデータを含んでいる、ことを特徴とする。【００２４】
本発明の第１５の態様は、第９乃至第１４のいずれかの態様において、前記仮想組立工程において、前記表示手段上で前記部品を仮想的に組み立てる際に、理想状態としての設計情報を利用して前記部品の位置合わせを実施する、ことを特徴とする。【００２５】
本発明の第１６の態様は、第９乃至第１４のいずれかの態様において、前記仮想組立工程において、前記表示手段上で前記部品を仮想的に組み立てる際に、前記部品に関する一部のデータを利用して仮想組立を実施する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明による部品加工支援システムおよび方法によれば、部品の実際の組立作業に先立って組立誤差を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態による部品加工支援システムの概略構成を示したブロック図。
【図２】図１に示した部品加工支援システムの概略構成を測定対象物と共に示した模式図。
【図３】図１に示した部品加工支援システムを用いた部品加工支援方法を説明するための模式図。
【図４】図１に示した部品加工支援システムを用いた部品加工支援方法を説明するための他の模式図。
【図５】位置合わせ用治具の一変形例を説明するための模式図。
【図６】図５に示した位置合わせ用治具を拡大して示した模式図。
【図７】図５および図６に示した位置合わせ用治具の使用方法を説明するための模式図。
【図８】図５および図６に示した位置合わせ用治具の使用方法を説明するための他の模式図。
【図９】図１に示した実施形態において、設計情報（理想状態）を利用して位置合わせを実施する方法を説明するための図。
【図１０】図１に示した実施形態において、仮想組立にて一部のデータのみを利用する方法を説明するための模式図。
【図１１】図１に示した実施形態において、仮想組立にて一部のデータのみを利用する方法を説明するための他の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態による部品加工支援システムおよび部品加工支援方法について、図面を参照して説明する。
【００２９】
図１および図２に示したように、本実施形態による部品加工支援システム１は、製品を構成する部品に関する３次元計測データを取得するための３次元計測手段２を備えている。３次元計測手段２には、据え置き型３次元スキャナ３およびハンディ型３次元スキャナ４が含まれている。
【００３０】
各３次元スキャナ３、４で取得した３次元形状データは、オンラインまたはオフラインにて計算機（ＰＣ）５に送られる。なお、３次元スキャナ３、４で取得する３次元形状データは、測定対象物の形状に関するデータである。
【００３１】
計算機５は、据え置き型３次元スキャナ３およびハンディ型３次元スキャナ４で取得した３次元計測データに基づいて、計測対象物である部品Ｐを表示するための表示手段６と、表示手段６により表示された複数の部品Ｐを表示手段６上で仮想的に組み立てるための仮想組立手段７と、を構成している。
【００３２】
なお、据え置き型３次元スキャナ３は、床面等に置いた状態で使用されるものであり、高速にデータを取得できるが、計測対象物から一定の距離を確保する必要がある。一方、ハンディ型３次元スキャナ４は、作業者が持ち運びながら自由自在にデータを取得できるが、測定対象物が大きくなると、その分多大の時間を要する。
【００３３】
そこで、本実施形態による部品加工支援システム１においては、それぞれの３次元スキャナ３、４の上記特性を考慮して、例えば、据え置き型３次元スキャナ３で部品Ｐの側面および上面を計測する。一方、ハンディ型３次元スキャナ４は、高さの制約から据え置き型３次元スキャナ３では計測できない部品Ｐの下面を計測する。
【００３４】
そして、各３次元スキャナ３、４で取得した３次元形状データを計算機５に送り、両スキャナ３、４で取得したデータを結合して、一つの部品データとして扱う。
【００３５】
ここで、据え置き型３次元スキャナ３で取得した３次元形状データと、ハンディ型３次元スキャナ４で取得した３次元形状とをスムーズに結合するために、結合するデータ同士に共通する部分が含まれるようにする。具体的には、ハンディ型３次元スキャナ４によって、本来の計測対象物である部品Ｐ以外の共通の測定箇所、例えば図２に示した部品Ｐの支え８や床面９を余分に計測する。
【００３６】
据え置き型３次元スキャナで取得した３次元形状データには、部品Ｐの支え８や床面９に関するデータが含まれているので、両スキャナ３、４の３次元計測データ同士を、共通のデータを利用してスムーズに結合することができる。これにより、据え置き型スキャナ３のデータと、ハンディ型スキャナ４のデータとを結合する際の計算機５の負荷を軽減することができる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、据え置き型３次元スキャナ３とハンディ型３次元スキャナ４とを組み合わせて使用しているが、３次元計測手段２の組み合わせはこれに限られるものではなく、測定精度などが互いに異なる２種類以上の３次元計測手段２を組み合わせることができる。
【００３８】
また、本実施形態においては、図２に示したように、計測対象の部品Ｐのボルト穴Ｐａに、ボルト穴Ｐａの軸線上に延在するように円柱状治具１０が設けられている。この円柱状治具１０は、仮想組立手段７による仮想組立時のボルト穴Ｐａの基準位置を取得するためものであり、計測対象の複数の部品Ｐの少なくとも１つに設けられている。そして、３次元計測手段２は、円柱状治具１０の部分を含むようにして部品Ｐを計測する。すなわち、３次元計測手段２で取得した３次元計測データは、円柱状治具１０に関するデータを含んでいる。
【００３９】
次に、上述した部品加工支援システム１を用いて部品Ｐの加工作業を支援する部品加工支援方法について参照して説明する。
【００４０】
まず、上述した３次元計測手段２を用いて、複数の部品Ｐに関する３次元計測データを取得する（データ取得工程）。取得した３次元計測データは計算機５に送られ、３次元計測データに基づいて複数の部品Ｐが表示手段６に表示される（表示工程）。
【００４１】
なお、上述したように本実施形態による部品加工支援システム１においては、据え置き型３次元スキャナ３およびハンディ型３次元スキャナ４で部品Ｐを計測し、両スキャナ３、４で取得した３次元計測データ同士を、共通の計測箇所に関するデータを利用して結合する。
【００４２】
図３は、計算機５の表示手段６上に表示された複数（本例では３つ）の部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を示している。各部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、例えば直径が１０ｍを超える大型部品である。各部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、中央開口を有する厚肉円板状を成しており、部品同士を締結するためのボルトを挿通するボルト穴Ｐａが円周方向に複数形成されている。
【００４３】
３次元計測手段２を用いて部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のボルト穴Ｐａの軸のデータを確実に取得するため、図２に示したように円柱状治具１０を使用する。すなわち、ボルト穴Ｐａの軸線上に延在するように配置した円柱状治具１０を３次元計測手段２で計測することにより、ボルト穴Ｐａの軸のデータを確実に取得することができる。ボルト穴Ｐａの軸が特定できたら、治具部分の３次元形状データを削除し、これにより、ボルト穴Ｐａの軸を取得した部品データが得られる。
【００４４】
実際に３つの部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を組み立てる際には、各部品の合わせ面Ｐｂ同士を当接させると共に、各部品のボルト穴Ｐａ同士を軸合わせし、ボルト穴Ｐａに挿通したボルトで部品同士を締結する。
【００４５】
本実施形態による部品加工支援方法においては、複数の部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を計算機５の表示手段６上で仮想的に組み立てる（仮想組立工程）。
【００４６】
そして、図４に示したように、例えば部品Ｐの中心軸を基準にして部品Ｐを仮想的に組み立てて、部品Ｐの合わせ面Ｐｂ同士の干渉の有無、ボルト穴Ｐａ同士の軸ずれの状態、或いは部品Ｐ同士の外形のずれ具合などを、表示手段６上で確認する。これにより、複数の部品Ｐを組み立てた場合の組立誤差を、実際に部品Ｐを組み立てることなく事前に確認することができる。
【００４７】
計算機５の表示手段６上での仮想組立により、許容できない組立誤差が確認された場合には、部品Ｐを現場に搬送する前に、工場にて修正加工を施す。これにより、現場での実際の組立に先立って、組立誤差を許容範囲内に収めることができ、現場での組立作業の不具合を確実に回避することができる。
【００４８】
特に大型製品の場合、現場から工場に部品Ｐを送り返すための作業負担が大きく、また、製品が大き過ぎて、そもそも工場での仮組立が実施できない場合もあるので、現場での組立作業の不具合を未然に防ぐことのメリットは大きい。
【００４９】
また、工場での仮組立が可能な製品の場合でも、本実施形態による部品加工支援システム１および方法を用いることにより、工場での仮組立が不要となり、現物合わせの上で修正する必要が無くなり、時間・工数を削減して製品の納期を短縮することができる。
【００５０】
また、本実施形態によれば、製品の部品Ｐを部品単位で出荷するものについても、工場内での仮組が不要となる。
【００５１】
また、部品Ｐを組み立てる相手方が設備に固定されているような場合には、工場で仮組を行なうことができないが、本実施形態による部品加工支援システム１を用いて仮想的に組立を行なうことにより、実際の組立に先立って組立誤差を確認することができる。
【００５２】
なお、上記実施形態では仮想組立時の基準を部品Ｐの中心軸としたが、組立基準はこれに限られるものではなく、例えば部品Ｐの機械加工面を組立基準とすることができる。
【００５３】
また、上記実施形態ではボルト穴Ｐａに治具１０を設けるようにしたが、治具の設置箇所はボルト穴Ｐａに限られるものではなく、また、治具を設ける穴は、貫通孔でも凹部でも良い。また、治具の形状は円柱状に限られず、穴の軸線を特定できる３次元形状データを取得できれば良い。
【００５４】
また、上述した実施形態においては、位置合わせ用治具として円柱状治具１０を用いているが、これに代えて、或いはこれに加えて、以下に述べるような３つの平面を利用した位置合わせ用治具を用いることもできる。
【００５５】
すなわち、図５および図６に示したように、この位置合わせ用治具１１は、計測対象の部品Ｐに取り付けられた状態で、３次元計測手段２により計測可能な平面１１ａ、１１ｂ、１１ｃを３つ備えている。
【００５６】
例えば、図７に示したように、部品Ｐの表面に激しい凹凸がある場合や、部品Ｐの角部が９０度となっていない場合（本例では８８度）には、それらの箇所を計測対象としても、十分な精度の計測データを取得できない場合がある。
【００５７】
そこで、図５および図８に示したように、部品Ｐの角部に位置合わせ用治具１１を取り付けることで、計測対象としての平面を部品Ｐ上で定義することが可能となる。
【００５８】
また、他の変形例としては、上述した実施形態において、理想状態としての設計情報を利用して位置合わせを実施するようにしても良い。
【００５９】
すなわち、図９に示したように、計測データＡ１を設計データＢ１と重ね合わせる（Ｓ１）。その一方で、計測データＡ２を設計データＢ２と重ね合わせる（Ｓ２）。
【００６０】
次に、設計データＢ１と設計データＢ２の情報でそれぞれ重ね合わせた計測データＡ１、Ａ２と一緒に組み立てる（Ｓ３）。続いて、完成したデータから、計測データを残して設計データを削除する（Ｓ４）。
【００６１】
最後に、残された計測データを端部や結合個所の計測情報を基に微調整する（Ｓ５）。既に確度の高い位置合わせが設計情報で行われているので、ここでの微調整は極々小さいものである。
【００６２】
また、他の変形例としては、上述した実施形態において、仮想組立にて一部のデータのみを利用するようにしても良い。
【００６３】
例えば、図１０に示したように、製品全体が同じ形の複数の部品Ｐ（本例では６個）で構成される場合に、図１１に示したように、部品Ｐの計測データを必要個数（本例では５個）だけコピーする。そして、全体の出来形を、一部の計測データで仮想組立することにより予測して、干渉等の確認が可能となる。
【００６４】
また、確認したい箇所が限定される場合も、計測データの一部だけを利用することが可能である。この場合、不要部分は計測データから削除するか、或いは最初から計測しないという方法が考えられる。
【００６５】
また、他の変形例としては、仮想組立に利用する計測データを取得するために、３次元計測手段を複数用いる場合として、以下のような場合が考えられる。
【００６６】
例えば、金属加工面は、光が乱反射するために非接触式計測機で計測することが困難である。通常、探傷剤等を塗布して光が乱反射することを防ぐことで計測が可能となるが、掃除の必要が出るため、該当箇所が多数ある場合には作業が困難である。
【００６７】
そういった場合に、金属加工面については接触式の計測機を用いることが考えられる。この時、位置合わせ用に、接触式の計測機でも、非接触式の計測機で計測する箇所の一部を計測する。
【符号の説明】
【００６８】
１  部品加工支援システム
２  ３次元計測手段
３  据え置き型３次元スキャナ
４  ハンディ型３次元スキャナ
５  計算機（ＰＣ）
６  表示手段
７  仮想組立手段
８  部品の支え
９  工場の床面
１０  円柱状治具
１１  ３つの平面を有する位置合わせ用治具
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  部品
Ｐａ  部品のボルト穴
Ｐｂ  部品の合わせ面
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
2016068235.tif 000014
2016068235.tif 000015