(57)【要約】【課題】ネスティング装置に製品の切取りが可能である有効領域を正確に認識させる技術、ネスティング装置が製品を切取る経路を有効領域内に自動的に設定する技術を提供する。【解決手段】製品形状データ入力部と、素材形状データ入力部と、有効領域認識部と、経路設定部を有し、製品形状データ入力部は、素材から切取る製品の形状についてのデータを入力され、素材形状データ入力部は、素材の形状と素材に描かれている板取りの可否に関係するマーキングを画像データとして入力され、有効領域認識部は、素材形状データ入力部に入力された画像データを反映して、素材から製品を切取ることが可能な領域である有効領域を認識し、経路設定部は、製品形状データ入力部に入力された製品の形状についてのデータと有効領域認識部が認識した有効領域を基に、有効領域から製品を切取るための経路を所定の手順で設定するものであるネスティング装置。【選択図】図１
2008123275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品形状データ入力部と、素材形状データ入力部と、有効領域認識部と、経路設定部を有するネスティング装置であって、
前記製品形状データ入力部は、素材から切取る製品の形状についてのデータが入力され、
前記素材形状データ入力部は、素材の形状と素材に描かれている板取りの可否に関係するマーキングを画像データとして入力され、
前記有効領域認識部は、前記素材形状データ入力部に入力された画像データを反映して、素材から製品を切取ることが可能な領域である有効領域を認識し、
前記経路設定部は、前記製品形状データ入力部に入力された製品の形状についてのデータと前記有効領域認識部が認識した有効領域を基に、有効領域から製品を切取るための経路を所定の手順で設定するものであることを特徴とするネスティング装置。
【請求項２】
前記ネスティング装置は、さらに切取り用データ保持部を有し、
前記切取り用データ保持部は、素材の材料毎の切取りに関する所定のデータと、製品の形状毎の切取りに関する所定のデータを保持しており、
前記経路設定部は、前記製品形状データ入力部から入力されたデータと前記切取り用データ保持部の保持するデータを反映して、所定の手順で前記有効領域認識部が認識した有効領域を基に、有効領域から製品を切取るための経路を設定するものであることを特徴とする請求項１に記載のネスティング装置。
【請求項３】
前記ネスティング装置は、さらにバックライト部を有し、
前記バックライト部は、平面状に輝いて、素材の一方から他方に光を照射し、
前記素材形状データ入力部は、前記バックライト部が平面状に輝いて、素材の一方から他方に光を照射することにより生じた素材の影を、素材の他方から素材の形状についての画像データとして入力されるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のネスティング装置。
【請求項４】
前記ネスティング装置は、さらにリング照明部を有し、
前記リング照明部は、素材の周囲かつ斜め方向から光を照射し、
前記素材形状データ入力部は、素材表面に直交する方向に位置し、さらに前記リング照明部が素材に照射した光の反射光を前記マーキングについての画像データとして入力されるものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のネスティング装置。
【請求項５】
前記マーキングは、赤色系の色彩で描かれており、
前記リング照明部は、赤色系の光を照射するものであることを特徴とする請求項４に記載のネスティング装置。
【請求項６】
前記製品形状データ入力部は、素材から切取る製品の形状についてのデータと切取る個数についての指示が入力され、
前記経路設定部は、前記製品形状データ入力部に入力された製品の形状についてのデータを基に、所定の手順で前記有効領域認識部が認識した有効領域から製品を、指示された個数だけ切取るための経路を設定するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のネスティング装置。
【請求項７】
前記ネスティング装置は、さらに表示部を有し、
前記表示部は、前記素材形状データ入力部に入力された素材の形状と素材に描かれている板取りの可否に関係するマーキングと、前記有効領域認識部が認識した有効領域との少なくとも一方と、前記経路設定部が設定した経路とを同時に表示するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のネスティング装置。
【請求項８】
製品形状データ入力ステップと、素材形状データ入力ステップと、有効領域認識ステップと、経路設定ステップを有するネスティング方法であって、
前記製品形状データ入力ステップでは、素材から切取る製品の形状についてのデータが入力され、
前記素材形状データ入力ステップでは、素材の形状と素材に描かれている板取りの可否に関係するマーキングが画像データとして入力され、
前記有効領域認識ステップでは、前記素材形状データ入力ステップにて入力された画像データを反映して、素材から製品を切取ることが可能な領域である有効領域が認識され、
前記経路設定ステップでは、前記製品形状データ入力ステップにて入力された製品の形状についてのデータと前記有効領域認識ステップにて認識された有効領域を基に、有効領域から製品を切取るための経路が所定の手順で設定されるものであることを特徴とするネスティング方法。
【請求項９】
前記ネスティング方法は、さらに切取り用データ保持ステップを有し、
前記切取り用データ保持ステップは、素材の材料毎の切取りに関する所定のデータと、製品の形状毎の切取りに関する所定のデータを保持するものであり、
前記経路設定ステップは、前記製品形状データ入力ステップにて入力されたデータと前記切取り用データ保持ステップにて保持されているデータを反映して、所定の手順で前記有効領域認識ステップにて認識された有効領域を基に、有効領域から製品を切取るための経路を設定するものであることを特徴とする請求項８に記載のネスティング方法。
【請求項１０】
前記ネスティング方法は、さらにバックライト照射ステップを有し、
前記バックライト照射ステップにて、素材の一方から他方に平面状に輝く光を照射し、
前記素材形状データ入力ステップにて、前記バックライト照射ステップにて、素材の一方から他方に平面状に輝く光を照射することにより生じた素材の影を、素材の他方から素材の形状についての画像データとして入力されるものであることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のネスティング方法。
【請求項１１】
前記マーキングは、赤色系の色彩で描かれており、
前記ネスティング方法は、さらにリング照明ステップを有し、
前記リング照明ステップにて、素材の周囲かつ斜め方向から赤色系の光を照射し、
前記素材形状データ入力ステップにて、さらに前記リング照明ステップにて素材に照射した赤色系の光の反射光が、前記素材表面に直交する方向の位置にて前記マーキングについての画像データとして入力されるものであることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載のネスティング方法。
【請求項１２】
前記製品形状データ入力ステップにて、素材から切取る製品の形状についてのデータと切取る個数についての指示が入力され、
前記経路設定ステップにて、前記製品形状データ入力ステップにて入力された製品の形状についてのデータを基に、所定の手順で前記有効領域認識ステップにて認識された有効領域から製品を、指示された個数だけ切取るための経路を設定するものであることを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれかに記載のネスティング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像処理を用いたネスティング装置とネスティング方法に関し、特に画像処理により認識した有効領域から最適なネスティングが行える様に切断がなされる経路を設定するネスティング装置とネスティング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械系の製造工場においては、板材等の素材から機械の部分や部品あるいはそれらの一部となる所定の形状の材料部品（以下、「製品」と記す）を切出す板取りと言われる作業がなされている。板取りに際しては、加工費や材料費に直結するため、素材から適切に製品を切出す必要があり、また素材から可能な限り多くの製品を切出す必要がある。
【０００３】
このため、従来から板取りに関しては、素材から製品を切取るための手段としての切削工具、レーザ切断装置、ワイヤ放電加工機等のハード面のみならず、ソフト面についても、様々な発明がなされている。
例えば、ある発明では、設定された加工（本発明における切取り、切断）形状および加工条件に基づいてワイヤ放電加工を行うためのＮＣデータを作成する機能を予め基本動作毎に準備しておき、準備した機能の一部または全部を実行対象として選択し、実行順序を定め、定められた順序に従って機能を発揮させるようにして、ユーザ（操作者）の目的に適った加工パターンのＮＣデータを作成するようになされている（特許文献１）。
【０００４】
別の発明では、製品形状モデルとワイヤ等の工具が移動する軌跡のモデルから３次元の干渉モデルを作成し、結果を３次元的に表示することにより、加工経路が製品形状に干渉するか否かを短時間で確実にチェックできるようになされている（特許文献２）。
【０００５】
また別の発明では、多数個取りする製品の形状のデータが入力され、そのデータからレーザ加工具の軌跡データ（本発明における有効領域から製品を切取るための経路）を作成し、互いに隣接する製品の少なくとも一片が共有されるレーザ切断経路を選定すること、即ちネスティングがなされ、さらに各レーザ切断経路の切断開始点を素材より離れた外側方部に設定してプログラム（ＮＣデータ）作成を容易かつ短時間で行なえるようになされている（特許文献３）。
【特許文献１】特開平９−１５５６４５号公報
【特許文献２】特開平１０−２０９１８号公報
【特許文献３】特開平５−２２４７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、現実の板取りにおいては、素材が超高圧で合成されたり、焼結品であったり、あるいは特別な環境で合成されたりしているため、素材に製品を切取るのに不適当な箇所がある、即ち板取りが可能な領域（有効領域）が定形でない場合が少なからずある。また、たとえ当初は定形であっても、先行する製品の切取りや表面の汚れ等のため、実際の素材は非定形（多数の素材の形状が定形でないこと）となることも多い。これらの場合には、前記各発明の作用、効果が発揮される前提としての素材の形状や有効領域を、前記各発明に関わる装置に正確に認識させる（インプットする）必要があるが、このインプット作業は多くの時間を必要とするだけでなく、熟練も必要であり、実際にはかなり困難な作業である。
【０００７】
そして、正確なインプットがなされない場合には、前記第１の発明においては、素材の形状に応じて、適切に機能を選択し、その実行順序を定めることは、極めて困難となる。
同じく、前記第２の発明においては、正確な製品形状モデルの作成、工具が移動する軌跡のモデルの作成とも困難となり、両方のモデルの干渉の有無を判断がすることができなくなる。
同じく、前記第３の発明においては、ネスティングにより自動生成された軌跡データが適切か否かの判断が困難となる。
【０００８】
結果的に、素材からどれだけ製品を切取れるかの予測あるいは判断が困難となり、製品を余計に切取ったり、再度の切取りを行なったりすることが必要となる。
また、製品を切取るのに不適当な箇所からも切取りを行なえば、余計な切取作業が必要なだけでなく、後で切取った物から製品と不良品を分ける作業も必要となる。
【０００９】
このため、板取りやそれに先行してなされるネスティングの前提として、素材の形状や汚れ等の表面状態がどの様であっても、熟練や技能を必要とせずに、ネスティング装置に製品の切取りが可能である有効領域を正確に認識させることが可能となる技術の開発が望まれていた。
また、ネスティング装置が、有効領域内に製品を切取るための経路を自動的に設定するため、熟練や技能を必要とせずに、ＮＣ装置等の切断部に製品切取るために必要なデータ（ＮＣデータ）を入力することが可能となる技術の開発が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としてなされたものであり、素材の形状と素材に描かれている板取りの可否に関係するマーキングを画像処理して有効領域を認識し、製品を切取る経路を自動的に設定するネスティング装置としたものである。以下、各請求項の発明を説明する。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、
製品形状データ入力部と、素材形状データ入力部と、有効領域認識部と、経路設定部を有するネスティング装置であって、
前記製品形状データ入力部は、素材から切取る製品の形状についてのデータが入力され、
前記素材形状データ入力部は、素材の形状と素材に描かれている板取りの可否に関係するマーキングを画像データとして入力され、
前記有効領域認識部は、前記素材形状データ入力部に入力された画像データを反映して、素材から製品を切取ることが可能な領域である有効領域を認識し、
前記経路設定部は、前記製品形状データ入力部に入力された製品の形状についてのデータと前記有効領域認識部が認識した有効領域を基に、有効領域から製品を切取るための経路を所定の手順で設定するものであることを特徴とするネスティング装置である。
【００１２】
本請求項の発明においては、素材の形状と素材に描かれている板取りの可否に関係するマーキングが画像データとして入力され、切取りが可能である領域の認識がなされるため、素材の形状や汚れ等の表面状態がどの様であっても、熟練や技能を必要とせずに、ネスティング装置に製品の切取りが可能である有効領域を正確に認識させることが可能となる。
また、ネスティング装置が、有効領域内に製品を切取るための経路を自動的に設定するため、熟練や技能を必要とせずに、ＮＣ装置等の切断部に製品切取るために必要なデータ（ＮＣデータ）を入力することが可能となる。
【００１３】
なお、製品形状データ入力部への素材から切取る製品の形状についてのデータの入力は、数値データ、画像データを問わない（何れかであっても、両方であっても、本発明に含まれる）。
また、「板取り」とあるが、板取りを行なう（製品を切取る）素材は、硬い鉄板等に限定されず、ゴムや樹脂のシート、人造ダイヤモンド、導電処理を施したＢＮやセラミック等をも含む。
また、「素材の形状」と「製品の形状についてのデータ」の「形状」とは、形のみなら寸法をも含む。
また、「画像データとして入力され」とは、素材や製品のおおよその形状が定まっている場合には、そのことが画像データを処理する計算機にプログラム的に別途入力されており、画像として入力されたデータの処理の効率化、高精度化に寄与する（利用される）場合をも含む。
【００１４】
また、「素材形状データ入力部」とは、素材の板取りの可否に関係する領域、部分についての形状が入力される構成部分を指し、素材そのものの形状のみならず、板取りが可能である箇所あるいは不適当である箇所を示すマーキング等のデータも入力される。ハード的には、ＣＣＤカメラを主とし、場合によってはその他に表示装置とキーボードやマウス等を有している。
【００１５】
ここに、「有効領域から製品を切取るための経路」とは、最低限素材をどの様に切断するかを示す幾何学的データ（製品を有効領域から切出すために必要な切断経路あるいは切断線についての形状、配置に関するデータ）を指し、さらにＮＣ装置等の制御部や切断部、その他素材や切取る製品の形状や個数等の条件の如何によっては、各切断線について実際の切断がなされる順序や切断速度等についての情報をも含めたデータ（ＮＣ装置を動かすために必要な、本来のＮＣデータ）が含まれている場合をも含める。即ち、何れの場合であっても、本請求項の発明に含まれる。
【００１６】
また、「切取る」とは、刃物による機械的切断、レーザビームや電子ビームによる溶融切断、ワイヤによる放電切断等の技術内容の如何を問わない。
また、「所定の手順」とは、後に具体的に説明する予め入力されているプログラムに従って、ネスティング装置が経路を自動設定することだけでなく、操作者が自動設定された経路をチェックしたり修正を行なったりする様になっていることをも含む。
【００１７】
また、原則としてネスティング装置のネスティングの基準位置と、ネスティング装置から送られてきた経路に沿って実際に素材から製品を切取る切取り部の切取りの基準位置が同じであるので、ネスティング後の切取りに際して、素材と切取り部との位置合せを行なう必要がなくなり、方向の基準がない板材であっても、切取り部へセットする際の回転ずれ等が防止できる。さらに、人造ダイヤモンド等の小さい素材からバイトの刃先等の極めて小さい製品を切出す様な場合であっても、正確に位置合せを行なうことができることとなる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、前記のネスティング装置であって、
前記ネスティング装置は、さらに切取り用データ保持部を有し、
前記切取り用データ保持部は、素材の材料毎の切取りに関する所定のデータと、製品の形状毎の切取りに関する所定のデータを保持しており、
前記経路設定部は、前記製品形状データ入力部から入力されたデータと前記切取り用データ保持部の保持するデータを反映して、所定の手順で前記有効領域認識部が認識した有効領域を基に、有効領域から製品を切取るための経路を設定するものであることを特徴とするネスティング装置である。
【００１９】
素材の材料によっては切断線の幅に一定の要件があったり、曲線が多い等製品の形状が複雑であったりすれば、正確に切出すことが困難となることがある。本請求項の発明においては、有効領域から製品を切取るための経路を設定する際に、素材の材料や製品の形状に応じてこれらの制約等を反映して、一層適切な経路の設定がなされることとなる。具体的には、角部に小さな丸みがあれば直線で補完してネスティングを行い、切断経路は実際の丸みに沿って行なう、同一形状の製品を多数切出す場合には、何個かを組にして簡単な形状に還元して経路を設定する、その他有効領域でない場所の切断は、極力避ける等である。
以上の他、実際に切取りを行なう装置や切断の手段についてのデータを保持し、それらのデータをも反映して経路の設定がなされる様になっていても良い。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、前記のネスティング装置であって、
前記ネスティング装置は、さらにバックライト部を有し、
前記バックライト部は、平面状に輝いて、素材の一方から他方に光を照射し、
前記素材形状データ入力部は、前記バックライト部が平面状に輝いて、素材の一方から他方に光を照射することにより生じた素材の影を、素材の他方から素材の形状についての画像データとして入力されるものであることを特徴とするネスティング装置である。
【００２１】
本請求項の発明においては、素材の形状（外形）の入力にバックライトを使用するため、先行する板取り等のために複雑な形状となっている素材であっても、熟練を必要とせず、入力する者によるバラツキもなく、素材の形状を入力することが可能であり、入力に必要な時間も短縮される。
なお、「平面状に輝いて」とは、電球（点状）や蛍光灯（線状）と異なり、微小な光源を平面状に配列する、さらには拡散板をも使用する等して、光源の形状が平面状となっていることを指す。これにより、シルエットが明瞭となるため、特に半影の処理（素材の境界の判別）が容易となるだけでなく、素材が超高圧で合成した人造ダイヤやＢＮの様に小さくても、正確な入力が容易となる。
なお、「素材の一方から他方」とは、素材の下方から上方に向かって照射することが、装置の設置の面からは好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、前記のネスティング装置であって、
前記ネスティング装置は、さらにリング照明部を有し、
前記リング照明部は、素材の周囲かつ斜め方向から光を照射し、
前記素材形状データ入力部は、素材表面に直交する方向に位置し、さらに前記リング照明部が素材に照射した光の反射光を前記マーキングについての画像データとして入力されるものであることを特徴とするネスティング装置である。
【００２３】
本請求項の発明においては、前記マーキングについての画像データを、リング照明部から素材に照射した光の反射光として入力されるため、複雑な形状のマーキングであっても、あるいはマーキングに濃淡があっても、さらには素材の表面が工場照明等の外乱の影響を受けやすい鏡面であっても、入力するのに熟練を必要とせず、入力する者によるバラツキもなく、入力に直接要する時間も、１時間から数秒程度に短縮される。
なお、マーキングは、素材の表面の汚れ、亀裂、反りによる厚みの不足等のある箇所を操作者が肉眼で観察して、例えば油性ペンや顔料入りマーカ等で色彩（塗料）を素材表面に付すこと等によりなされる。
【００２４】
ここで、リング照明部が、素材の周囲かつ斜め方向から光を照射するのは、マーキングがない箇所に斜め上方から照射された光は、素材の表面が鏡面でなくても、あるいはつや消しがなされていても、大部分は、水平方向の向きはそのままで、入射角と同じ反射角で上向きに反射されるため、素材表面に垂直となる方向、即ち上方に設置されている素材形状データ入力部に、具体的にはＣＣＤカメラ等に、入射し難いが、マーキングのなされている場所では、上方にも反射されるからである。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、前記のネスティング装置であって、
前記マーキングは、赤色系の色彩で描かれており、
前記リング照明部は、赤色系の光を照射するものであることを特徴とするネスティング装置である。
【００２６】
本請求項の発明においては、マーキングは赤色系の色彩で描かれており、リング照明部は赤色系の光を照射するため、マーキングは油性ペン等で付されていることもあり、素材表面に直行する位置にある素材形状データ入力部から見ると、たとえマーキング箇所の色彩が薄くても、マーキング箇所の輝度は高くなる。その結果、１度板取りがなされている素材の場合に見受けられるが、表面に油分、水分、切屑、粉塵、さび等が付着していても、確実にマーキングを画像データとして入力することが可能となる。
【００２７】
ここに、「赤色系の色彩」とは、赤、黄、白を指し、特に赤を指す。
また、赤色系の色彩を使用するのは、素材の表面の如何にかかわらず、一般的に素材とマーキングのコントラストが向上するからである。
なお、素材が金属の場合には、通常赤系統の光に対する反射率は高く、このためマーキングをしていない箇所に入射したリング照明光は、乱反射することなく反対方向の斜め上方に反射される。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、前記のネスティング装置であって、
前記製品形状データ入力部は、素材から切取る製品の形状についてのデータと切取る個数についての指示が入力され、
前記経路設定部は、前記製品形状データ入力部に入力された製品の形状についてのデータを基に、所定の手順で前記有効領域認識部が認識した有効領域から製品を、指示された個数だけ切取るための経路を設定するものであることを特徴とするネスティング装置である。
【００２９】
本請求項の発明においては、１度の入力で複数個の製品の板取りが可能となるため、個々に板取りを行う場合に比較して、段取り作業が少なくなり、このため作業が一層効率化する。ことに、超高圧で合成したダイヤモンドやＢＮから切削工具の刃先を多数切取る様に、大よそ一定の、そして単一の形状の製品を多数切取る場合には、大きな効果が発揮されることとなる。
なお、指示された個数だけ切取るための経路の設定は、残材が他の切取りに使用可能であるように、可能な限り最小面積から行なうようになされる。
また、「指示された個数だけ切取る」とは、有効領域認識部が認識した有効領域から製品を最大個数切取る指示（この場合には、残材を他の切取に使用することは、原則としてできなくなる）を含める。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、前記のネスティング装置であって、
前記ネスティング装置は、さらに表示部を有し、
前記表示部は、前記素材形状データ入力部に入力された素材の形状と素材に描かれている板取りの可否に関係するマーキングと、前記有効領域認識部が認識した有効領域との少なくとも一方と、前記経路設定部が設定した経路とを同時に表示するものであることを特徴とするネスティング装置である。
【００３１】
本請求項の発明においては、ネスティング装置が板取りのために一応設定した経路を、操作者が確認することが可能であるため、設定された経路の、即ちネスティングの信頼性が向上する。この際、素材の形状やマーキングあるいは有効領域も同時に表示されるため、確認が容易となる。
なお、操作者が、経路を修正可能である様になっていても良い。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、
製品形状データ入力ステップと、素材形状データ入力ステップと、有効領域認識ステップと、経路設定ステップを有するネスティング方法であって、
前記製品形状データ入力ステップでは、素材から切取る製品の形状についてのデータが入力され、
前記素材形状データ入力ステップでは、素材の形状と素材に描かれている板取りの可否に関係するマーキングが画像データとして入力され、
前記有効領域認識ステップでは、前記素材形状データ入力ステップにて入力された画像データを反映して、素材から製品を切取ることが可能な領域である有効領域が認識され、
前記経路設定ステップでは、前記製品形状データ入力ステップにて入力された製品の形状についてのデータと前記有効領域認識ステップにて認識された有効領域を基に、有効領域から製品を切取るための経路が所定の手順で設定されるものであることを特徴とするネスティング方法である。
【００３３】
本請求項の発明は、物の発明である請求項１を、方法の発明として捉えたものである。
【００３４】
請求項９に記載の発明は、前記のネスティング方法であって、
前記ネスティング方法は、さらに切取り用データ保持ステップを有し、
前記切取り用データ保持ステップは、素材の材料毎の切取りに関する所定のデータと、製品の形状毎の切取りに関する所定のデータを保持するものであり、
前記経路設定ステップは、前記製品形状データ入力ステップにて入力されたデータと前記切取り用データ保持ステップにて保持されているデータを反映して、所定の手順で前記有効領域認識ステップにて認識された有効領域を基に、有効領域から製品を切取るための経路を設定するものであることを特徴とするネスティング方法である。
【００３５】
本請求項の発明は、物の発明である請求項２を、方法の発明として捉えたものである。
【００３６】
請求項１０に記載の発明は、前記のネスティング方法であって、
前記ネスティング方法は、さらにバックライト照射ステップを有し、
前記バックライト照射ステップにて、素材の一方から他方に平面状に輝く光を照射し、
前記素材形状データ入力ステップにて、前記バックライト照射ステップにて、素材の一方から他方に平面状に輝く光を照射することにより生じた素材の影を、素材の他方から素材の形状についての画像データとして入力されるものであることを特徴とするネスティング方法である。
【００３７】
本請求項の発明は、物の発明である請求項３を、方法の発明として捉えたものである。
【００３８】
請求項１１に記載の発明は、前記のネスティング方法であって、
前記マーキングは、赤色系の色彩で描かれており、
前記ネスティング方法は、さらにリング照明ステップを有し、
前記リング照明ステップにて、素材の周囲かつ斜め方向から赤色系の光を照射し、
前記素材形状データ入力ステップにて、さらに前記リング照明ステップにて素材に照射した赤色系の光の反射光が、前記素材表面に直交する方向の位置にて前記マーキングについての画像データとして入力されるものであることを特徴とするネスティング方法である。
【００３９】
本請求項の発明は、物の発明である請求項４と同５を合体させた発明を、方法の発明として捉えたものである。
【００４０】
請求項１２に記載の発明は、前記のネスティング方法であって、
前記製品形状データ入力ステップにて、素材から切取る製品の形状についてのデータと切取る個数についての指示が入力され、
前記経路設定ステップにて、前記製品形状データ入力ステップにて入力された製品の形状についてのデータを基に、所定の手順で前記有効領域認識ステップにて認識された有効領域から製品を、指示された個数だけ切取るための経路を設定するものであることを特徴とするネスティング方法である。
【００４１】
本請求項の発明は、物の発明である請求項６を、方法の発明として捉えたものである。
【発明の効果】
【００４２】
本発明においては、素材の形状や汚れ等の表面状態がどの様であっても、熟練や技能を必要とせずに、ネスティング装置に製品の切取りが可能である有効領域を正確に認識させることが可能となる。
また、熟練や技能を必要とせずに、ＮＣ装置等の切断部に製品切取るために必要なデータ（ＮＣデータ）を入力することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明をその最良の実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００４４】
（第１の実施の形態）
以下、本実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施の形態のネスティング装置（後で説明する様に、実際に切断をも行なう部分を有しているため、装置全体としては「板取装置」あるいは「ネスティング機能を有する板取装置」と記す方が適切であるかも知れないが、ネスティングの方に重点があるため、「ネスティング装置」と記す）における、素材の形状と、素材に描かれている板取りの可否に関係するマーキングを、画像データとして入力される、あるいは採り入れるための構成部分を、概念的に示す図である。本図１において、１０は板状の素材（以下、「板素材」と記す）であり、２０は画像データ入力用構造部であり、２１は板素材１０の押さえ治具であり、２２はその治具固定部であり、２３は支柱であり、２４は全体の台である。また、３０はＣＣＤカメラであり、４０はリング照明部であり、５０はバックライト部である。
【００４５】
図１に示す様に、台２４の中央にバックライト部５０が水平に設置され、その上方に板素材１０が押さえ治具２１により水平に保持され、図面で台２４の右側の端部に支柱２３が立設され、図面で支柱２３の中央付近かつ板素材１０の上部側となる位置にリング照明部４０が水平に取付けられ、支柱２３の頂部付近に下方に向けてＣＣＤカメラ３０が取付けられている。
【００４６】
治具固定部２２は、板素材１０を保持する押さえ治具２１を、板素材１０を保持した状態で水平に１８０度回転可能に保持するための設備であり、これについては後で説明する。
ＣＣＤカメラ３０には、レンズ、焦点合わせ機構、絞り等が装備されており、さらに支柱２３に取付ける位置を上下方向に調節することも可能である。但し、これらは周知技術であるため、詳しい図示や説明は省略する。
【００４７】
リング照明部４０は、板素材１０の外周、斜め上方から赤色系の光を照射する装置であり、板素材１０の上方となる中央部には、板素材１０より広い開口が形成されている。このため、リング照明部４０が板素材１０を照射した際の反射光と、バックライト部５０が板素材１０に下方からバックライトを照射した際のバックライトとを、ＣＣＤカメラ３０が画像データとして取入れる、即ち板素材１０を撮像することが可能となっている。
【００４８】
図２は、ＣＣＤカメラ３０に板素材１０の形状を画像データとして入力する様子を、概念的に示す図である。図２において、１１は板素材１０の外周の切欠き箇所であり、１２は内部の切欠き箇所であり、１７は本影であり、１８は半影である。また、５１はバックライト部５０の発光ダイオードであり、５２は同じく照明の明度分布を均一化する拡散板である。
【００４９】
図２の上の図に示す様に、バックライト部５０は、底部に多数の発光ダイオード５１からなる点光源が行列状に配列され、各発光ダイオード５１から放出された光は拡散板５２により均一な明度分布を持つようになっている。このため、バックライト部５０により板素材１０の下方から上方に向けてバックライトを照射し、上方から見下ろすと、図２の左下の（１）の図に概念的に示す様に、明るいバックライト部５０の内部に、本影１７の周辺に半影１８を伴った板素材１０のシルエットが明瞭に浮かび上がることとなる。なお、実際には、図１に示す様に、板素材１０を保持する押さえ治具２１等があるため、それらのシルエットも浮かび上がるが、あくまでも概念図であり、また煩雑となるため図示していない。
【００５０】
但し、図２の（１）に示す様に、板素材１０は先行する切取りにより、その周辺と内部に各々切欠き１１、１２が形成されている。このため、図２の（１）に斜線で示す様に、半影１８は板素材１０の元からの周辺のみならず、外周の切欠き箇所１１と内部の切欠き箇所１２の縁にも生じる。
ＣＣＤカメラ３０が、焦点合わせを行った後このシルエットをディジタル化された画像データとして取入れ、図示しないパソコンが所定の手順でデータ処理を行ない、板素材１０が図２の右下の（２）に示す様な形状をしていることを認識する。
【００５１】
画像処理を行う際の解析（手法）の基本は、以下の通りである。
イ、本影の箇所には、板素材または板素材１０を保持する押さえ治具がある。
ロ、板素材が半透明な物質であるときには、板厚さと板材料の透過率を考量して本影か、半影かを判定する。
ハ、シルエットでない箇所には、板素材がない。
ニ、半影の箇所は、当該箇所の明るさ、幅、本影およびシルエットからの距離に応じて、板素材があるか否かを判断する。
ホ、板素材の外周、内部の切欠きの周囲は連続している。
ヘ、内部の切欠きの周囲は、原則として板素材の外周と連続している。
ト、バックライトの点光源の密度が小さい様な場合には、半影は無視したり、経験則で定まる閾値で区分けする等の処理をしたりする。
【００５２】
なお、前記解析を、特にニの解析を正確に行なうため、パソコンにはバックライト部５０や板素材１０を保持する押さえ治具２１等の正確な位置や寸法、板素材１０とバックライト部５０のＣＣＤカメラ３０からの距離、板素材１０の板厚さ、さらに必要に応じてＣＣＤカメラ３０の倍率やレンズの分解能、板材料の透過率等が別途入力されている。
【００５３】
図３は、リング照明部４０による赤色系の光の照射を利用して、ＣＣＤカメラ３０に板素材１０に描かれている板取りの可否に関係するマーキングを画像データとして入力する様子を、概念的に示す図である。図３において、１３は板素材１０の上側の表面に描かれたマーキングである。
図３の上の図に示す様に、リング照明部４０が、板素材１０の外周、上方から板素材１０の上部表面に赤色系の光を照射する。ここで、板素材１０の外周、上方から照射するのは、照射光は斜め上方から板素材１０の表面に入射することとなるため、原則として水平方向はそのままで、上下方向は入射角と反対の斜め上方に向かって反射されるようにするためである。なおこの場合、板素材１０の表面状態が鏡面であれば、入射光はなおさら反対側の斜め上方に向かって反射されることとなる。この様子を、点線状の矢印で示す。
【００５４】
図３の左下の（２）は、バックライト部５０とＣＣＤカメラ３０を使用することにより、目下ネスティング装置に認識されている板素材１０の形状を示し、図２の右下の（２）と同じである。但し、板素材１０の形状は点線で示している。
図３の左下の（２）に示す様に、板素材１０の上部表面には、操作者により製品を切取るのに不適切と判断された箇所には、予め油性のサインペンで赤色系のマーキング１３が付されている。このため、このマーキング１３が付されている箇所のみは、入射光は乱反射され、一部は上方に向かうこととなる。この様子を、図３の上の図に矢印で示す。この結果、上方から見下ろすと、マーキング１３のある箇所のみが赤色系の色で明るく輝くこととなる。
【００５５】
これをＣＣＤカメラ３０が画像データとして取入れ、パソコン（図示せず）が閾値未満の輝度の箇所はマーキングが無いと判断する足きりを主とし、広いマーキング箇所の内部の多少輝度を有する狭い箇所はマーキングの塗装が不良である箇所（従って、マーキングがある）と判断することを従とする画像処理を行なって、マーキングのある位置を正しく認識する。
この結果、ネスティング装置は、板素材１０の形状とマーキング１３の付された位置を、図３の右下の（３）に示す様に認識する。従って、板素材１０の内部、かつマーキング１３が付されていない箇所が、板取りが可能な有効領域となる。
なおこの場合にも、板素材１０の表面とＣＣＤカメラ３０の距離、その他必要に応じてリング照明部４０の照度等がパソコンに予め入力されており、また経験に基づく閾値の修正等もなされ得る。
【００５６】
ネスティング、即ち板取りを行なうために板素材を実際に切断する経路の設定に際しては、経験から以下の事項を考慮して行う。
イ、板取り作業には、少なくとも切断用のワイヤ等の幅が、例えば人造ダイヤモンドの放電加工用のワイヤであれば１５０μｍ〜２００μｍが、必要であり、実際にはそれより多少大きめの幅が必要である。なお、この多少大きめの幅は、板素材の材料や切断方法によって異なる。
ロ、小さい製品であっても板素材から落下する様に、切出された状態でその製品の周囲が素材に囲まれていない様にすること。
ハ、マーキングがある位置は、極力切断を行なわない。
ニ、板素材の外周に接する非有効領域は、極力最初に切除する。
ホ、ワイヤ放電加工による切断では、どうしてもいわゆるへそ残り（ワイヤの断面は円であるため、最終切断箇所に生じる製品の小さな突起部）が発生するが、その位置を製品の機能発揮、ほかの物に取付ける際に邪魔とならない箇所とする。
ヘ、極力１本の切断の経路（切断線）が、その両側にある複数の製品を切出す際の境界となっている様にする。
ト、極力、板素材や有効領域の周辺部から切取る。
チ、複数の製品が一体になっている半製品の状態で一旦板素材から切出すことは、再度の切断を行って個々の製品を切出す必要があるため、極力避ける。
リ、極力直線状に移動し、直線状に並んだ多数の製品の辺を切取る。
【００５７】
前記イからリを考慮しつつ、ネスティングを行なう。即ち、板取りを行なう最適な位置を見出す。具体的には、例えば以下の２種の手法を用いる。
（第１の手法）
現在販売されているネスティング用のプログラムを使用する。
ただし、現在販売されているプログラムは、素材の形状が円であり、複数の異種の形状の物のネスティングを対象としたものがほとんどである。このため、素材が超高圧で合成されたダイヤモンドのように、どうしてもその一部に非有効領域が発生することがあり得る場合、端材から切取る場合、さらにはそのような素材から同一形状の製品を多数切取るような場合には有効ではない。
【００５８】
（第２の手法）
大よそ、以下に示すプログラムによる。
イ、入力された製品の形状の升目を描く。例えば、製品の形状が３ｃｍ×５ｃｍの長方形であれば、３ｃｍ×５ｃｍの升目を描く。同じく、直径３ｃｍの円であれば、その円に外接する六角形の升目を描く。三角形や台形であれば、２個を組合わせて１つの平行四辺形として、その相互に平行な２つの辺に沿って升目を入れる。
ロ、描いた升目内で、有効領域を０．５ｍｍピッチで前後左右に動かし、また５度角ピッチで回転させ、完全な升目が一番多く取れる位置と角度やそれに近い位置と角度を見出す。
ハ、見出された位置と角度等における有効領域内で、入力された個数だけ製品の板取りを行なった残材にできるだけ広い円形や正方形を描けること、ワイヤカットを行なうトータルの長さが少ないこと等を基準にして最適な経路を決定する。またこのため、パソコンにはこれらの方針で経路を設定するため、必要なプログラムが、具体的には製品が隣接している経路を優先する等のプログラムが、予め入力されている。
【００５９】
前記第１、第２の何れかの手法の結果最適な経路が決定されると、今度は経路を構成する線の切断順序が決められる。その手順であるが、製品と有効領域の広さの比率、板取りを行なう製品の個数等の条件にもよるが、大よそ以下の通りである。
イ、周辺部からの切断を優先する。特に、周辺部の非有効領域の除去と製品の外周の切断を兼ねた切取りを優先する。
ロ、複数の製品が一体となった半製品の状態での切出しは、再度の据付やネスティングが必要となるため、極力避ける。
ハ、残材を極力有効に活用するため、半島状の狭い有効領域からの切取を優先する。なお、ネスティングであるため、指示された個数だけ切取るための経路の設定は、残材が他の切取に使用可能である様に、可能な限り最小面積とするのは勿論である。
【００６０】
図４は、パソコンの内部で、入力された個数だけ製品を切取るために、経路が決定され、さらに操作者によりチェックを受け、必要に応じて修正がなされていく様子を概念的に示す図である。図４において、１４はネスティング装置において決定された製品を切取るための経路であり、１５は操作者が何らかの理由で好ましくないと判断した切取り位置であり、１６は操作者により設定された切取り位置である。
図４の（３）は、図３の（３）と同じ状態である。
ネスティング装置は、図４の（４）に示す様に、別途入力された製品の形状と板取り個数についてのデータを基に、所定の経路で製品を切取る経路１４を設定する。
【００６１】
操作者は、この設定された経路１４を液晶ディスプレイ（図示せず）に、板素材１０の外周、マーキング１３と共に表示させる。
これでよければ、操作者がＯＫの指示を入力し、板取りのための切断が開始されることとなる。
目下板取りの対象とされている製品を所定の個数切取った後に、別途大きな形状の製品を切出す予定があるため、切取りを行なった後の状態の板素材に広い有効領域が残っていることが必要である等の何らかの理由で、ネスティング装置が設定した経路１４を修正する必要があるときには、操作者は板取りのための切断開始ＮＯを指示し、修正を行なう。
【００６２】
図４の（５）に修正の内容を示す。移動すべき板取りの位置１５を指定し、変更後の板取りを行う位置を指示する。
図４の（６）が、修正後の状態である。この状態で、操作者はＯＫの指示を入力し、板取りのための切断が開始される。
【００６３】
なおこの場合、経路を構成する各線の切断順序が表示され、これについても操作者がチェックや修正を行なうことが可能となる様にしていても良い。
また、形状が異なる複数の種類の製品を、複数個ずつ板取りを行なうための経路を同時に設定し、表示することが可能となる様にしていても良い。これにより、例えば寸法が大きい製品を所定個数切取るための経路が設定され、その残材となる箇所から寸法が小さい製品を可能な限り多数切取る様なことも可能となる。
【００６４】
図５は、本実施の形態のネスティング装置の各構成部と、それら各部間のデータ等の流れを概念的に示す図である。図５において、６０はネスティング装置の経路を設定することに関係する解析や各部の制御等を行なう設計制御部であり、６１はそのデータ入力部であり、６２はその表示部であり、６３はその操作入力部であり、７０は板取装置の実際の板取りを行なうことに関係する制御等を行なう作業制御部であり、７１はそのワイヤカッター部である。
【００６５】
設計制御部６０には、データ入力部６１から板素材の材質等、製品の形状や寸法や切取る個数等、その他切取りを行なうために必要なデータが入力されてくる。また、ＣＣＤカメラ３０からは、ディジタルデータの形式で画像データが入力される。また、液晶ディスプレイ、画像ボード、ＰＩＯボード、ＶＧＡボード等を有する表示部６２には、必要に応じて表示するべきデータ等の送受信を行なう。また、キーボード、マウス等を有する操作入力部６３からは、作業者からの各種の指示や修正要求等を入力される。なお、表示部６２の表示を見て操作者が入力する修正要求や指示等は、一旦表示部６２に入力されてから設計制御部６０に入力されることもある。
【００６６】
また、設計制御部６０は、操作者の指示や必要に応じて、ＣＣＤカメラ３０、リング照明部４０、バックライト部５０に、絞り、輝度等についての制御信号（Ｃ．Ｓ．）を送る。
また、ＬＡＮを介して、作業制御部７０に、決定された切断経路等についてのデータを送信する。
これらの解析、制御等を行うため、設計制御部６０は、画像処理、有効領域認識、経路設定、設定した経路等の表示、表示した経路の操作者の指示による修正、決定した経路等の送信、作業制御部７０へのＬＡＮを介しての送信等を行うためのプログラムが格納されており、また入力された素材情報等のデータや入力されたプログラム等を記憶するためのメモリを有している。
【００６７】
作業制御部７０は、設計制御部６０から送信されてきた板素材に切断を行なう経路、経路を構成する切断線の実行順序等についての情報を基に、ワイヤカッター部７１を制御して、板素材を切断し、製品を切取る。またこのため、作業制御部７０には、ＬＡＮ通信を行なうためのプログラム、ワイヤカット静電加工（ＷＥＤＭ）を行なうためのプログラム等が格納されている。
なお、経路を構成する切断線の実行順序等の決定は、設計制御部６０でなく作業制御部７０にてなされる様になっていても良い。
【００６８】
また、本実施の形態の板取装置では、ネスティング装置の画像データが入力される、あるいは採り入れるための画像データ入力用構造部２０、押さえ治具２１、全体の台２４、ひいてはＣＣＤカメラ３０、リング照明部４０、バックライト部５０等と、実際に板取りを行なうワイヤカッター部７１は、位置合せを行なっている。
具体的には、図１に示す状態で、板素材１０を保持している押さえ治具２１と治具固定部２２が、板素材１０を保持したまま１８０度回転すれば、支柱２３に対向する位置に設置してあるワイヤカッター部７１にセットされる様になっている。
【００６９】
このため、板素材１０の有効領域を確認し、板取りを行なうための切断経路を設定し、経路が最終決定された段階で操作者が板取りの開始ＯＫの指示を入力すれば、押さえ治具２１等が予めのプログラムに従って１８０度回転し、板素材１０をその位置情報と共にワイヤカッター部７１に引渡し、最終的に決定された経路に従ってのワイヤカッター部７１による板素材１０のワイヤカット（切断）がなされることとなる。
【００７０】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態のネスティング装置においては、素材の形状を画像データとして入力する際に、図１に示す様に素材を押さえ治具にて保持しているが、本実施の形態では半円形のカセット型素材保持部で保持して拡散板の上に置いておき、さらに製品の切取りに際してもこのカセット型素材保持部で素材の周囲を保持する様にしたものである。このため、小さな素材の場合に取扱いが容易となり、またカセット型素材保持部は半円形であるため、素材から製品をワイヤ放電加工で切出す際に、ワイヤの装着に際して邪魔にならない。
【００７１】
以下、この様子を、図６を参照しつつ説明する。
図６の（１）は、画像データとして入力されるために、素材がカセット型素材保持部に保持された状態で拡散板上に設置された状態を概念的に示す図であり、図６の（２）は入力された画像データに装置内で板取りのネスティングがなされている様子を概念的に示す図である。
図６において、１３は板素材１０に付されたマーキングであり、２５はカセット型素材保持部であり、２６は接着剤であり、８０と８１は平行四辺形の交差する２つの辺の方向に引いた升目線であり、太線で示す８５は２個一組の製品からなる平行四辺形であり、８６は２個一組でない製品の部分あり、８７は２個一組で菱形をなす製品の境界線である。
【００７２】
図６の（１）に示す様に、板素材１０は接着剤２６を使用してその周囲５箇所でカセット型素材保持部２５に保持され、さらに極めて正確に外形が入力される様にその状態で拡散板（素材の周囲に平面状に存在するため、符号をとって明示することはしていない）上に設置されている。
また、図６の（２）に示す様に、入力された板素材１０の有効領域には、最適なネスティングのために、製品の形状を２個組合わせた平行四辺形から定まる升目線８０が仮想的に引かれている。なお、製品を必要な個数だけ切取ると素材が余るため、縦方向の下方（図面の下側）には、升目線は引かれていない。
【００７３】
さらに、例えば縦方向の最上部の列では、２個一組でネスティングを行なった残りの領域からも製品を１個切取り可能であるため、その旨の線引きがなされている。
この下で、切取り経路が決定され、原則として図面の上方の位置から切取りがなされることとなる。
ただし、製品の切取に際しては、２個一組ではなく、１個、１個が切取られるのは勿論である。
またこの際、カセット型素材保持部２５は、板素材１０を半円状に囲んでいるため、放電加工により素材の切削を行なうワイヤ（図示せず）の障害とならない。また、ワイヤ放電加工であるため、機械切削等と異なり、素材の保持は簡単な手段であっても強度的に充分となっている。
【００７４】
（第３の実施の形態）
本実施の形態は、マーキングが板素材の表裏両面になされている場合である。
この場合には、板素材の形状とマーキングの画像データとしての入力は、各２度行なわれる。ただし、板素材の形状は不変であるため、板素材の表裏両面のマーキングの位置合せは、板素材の形状を基になされることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施の形態のネスティング装置における、画像データが入力されるための構成を、概念的に示す図である。
【図２】同じく、ＣＣＤカメラに板素材の形状を画像データとして入力する様子を、概念的に示す図である。
【図３】同じく、ＣＣＤカメラに板素材に描かれているマーキングを画像データとして入力する様子を、概念的に示す図である。
【図４】同じく、パソコンの内部で経路が決定されていく様子を、概念的に示す図である。
【図５】同じく、各構成部と、それら各部間のデータ等の流れを概念的に示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態のネスティング装置における、画像データが入力されている様子と入力された画像データにネスティングがなされている様子を、概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０    板素材
１１    板素材の外周の切欠き箇所
１２    内部の切欠き箇所
１３    マーキング
１７    本影
１８    半影
２０    画像データ入力用構造部
２１    押さえ治具
２２    治具固定部
２３    支柱
２４    台
２５    カセット型素材保持部
２６    接着剤
３０    ＣＣＤカメラ
４０    リング照明部
５０    バックライト部
５１    発光ダイオード
５２    拡散板
６０    設計制御部
６１    データ入力部
６２    表示部
６３    操作入力部
７０    作業制御部
７１    ワイヤカッター部
８０、８１    升目線
８５    平行四辺形
８６    ２個一組でない製品の部分
８７    ２個一組で菱形をなす製品の境界線
【図１】
2008123275.tif 000003
【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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