(57)【要約】【課題】段取りが正しいかどうかの有効な判断ができるようにしたワーク加工システム及びワーク加工方法を提供すること。【解決手段】加工プログラムにより各々異なる複数の工程を実施するための複数の加工装置によって、一つのワークを加工処理して最終的に所望の製品を得るためのものであって、前記少なくとも２つの工程にまたがる際に前記ワークを前記各加工装置に手動でセッテイングする工程を含むワーク加工システムにおいて、前記少なくとも２つの工程にまたがる際に所望の工程において、仮想的に計算されたワーク形状モデルと、前記所望の工程から次の工程に変わったときの前記ワーク形状モデルに対応するワークの実際の画像をそれぞれ同一表示面に並べて表示する表示装置とを備えたワーク加工システム。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工プログラムにより各々異なる複数の工程を実施するための複数の加工装置によって、一つのワークを加工処理して最終的に所望の製品を得るためのものであって、前記少なくとも２つの工程にまたがる際に前記ワークを前記各加工装置に手動でセッテイングする工程を含むワーク加工システムにおいて、
前記少なくとも２つの工程にまたがる際に所望の工程において、仮想的に計算されたワーク形状モデルと、前記所望の工程から次の工程に変わったときの前記ワーク形状モデルに対応するワークの実際の画像をそれぞれ同一表示面に並べて表示する表示装置と、
を備えたことを特徴とするワーク加工システム。
【請求項２】
加工プログラムにより各々異なる複数の工程を実施するための複数の加工装置によって、一つのワークを加工処理して最終的に所望の製品を得るためのものであって、前記少なくとも２つの工程にまたがる際に前記ワークを前記各加工装置に手動でセッテイングする工程を含むワーク加工システムにおいて、
加工前のワークモデルと、各工程の加工プログラムとから該当工程における表示可能な仕掛モデルを計算するモデル計算手段と、
前記モデル計算手段で計算され、該当する工程と同じ工程における現実の前記加工装置における現実のワークの外観形状を撮像する撮像手段と、
前記モデル計算手段で計算された該当する工程の仕掛モデルと、前記撮像手段で撮像され前記仕掛モデルと同一工程におけるワークの外観形状を、同一表示画面に並べて表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とするワーク加工システム。
【請求項３】
前記撮像手段は、任意の方向から前記ワークを観察できるようにカメラを可動式としたものである請求項２記載のワーク加工システム。
【請求項４】
前記撮像手段は、複数の固定式のカメラをそれぞれ異なる位置に設けたものである請求項２記載のワーク加工システム。
【請求項５】
前記撮像手段により撮影した画像と、前記モデル計算手段で計算された画像とを一覧できるような形態で表示するようにした請求項２記載のワーク加工システム。
【請求項６】
前記ワークにセッティングを判定するための付帯形状を加えたものである請求項１〜５のいずれかに記載のワーク加工システム。
【請求項７】
加工プログラムにより各々異なる工程を実施するための複数の加工装置によって、一つのワークを加工処理して最終的に所望の製品を得るためのものであって、前記少なくとも２つの工程にまたがる際に前記ワークを前記各加工装置に手動でセッテイングする工程を含むワーク加工方法において、
前記少なくとも２つの工程にまたがる際に所望の工程において、仮想的計算によりワーク形状モデルを求め、前記所望の工程から次の工程に変わったときの前記ワーク形状モデルに対応するワークの実際の画像を撮像手段により撮像し、この撮像手段により撮像された画像と前記仮想的計算により求められたワーク形状モデルとを比較した結果に基づいて前記ワークの加工を継続するか、又は中止することを特徴とするワーク加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＣＡＤ（計算機援用設計システム）／ＣＡＭ（計算機援用製造システム）及び加工装置例えばＮＣ加工装置を使用した技術に係わり、特に手動によるワークのセッテイング工程が含まれるワーク加工システム及びワーク加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金型や部品の加工では、ＣＡＤシステムで金型や部品の形状を計算機上に作成、これを元にＣＡＭシステムでＮＣ加工プログラムを作成、このＮＣ加工プログラムを使って、マシニングセンタなどのＮＣ工作機械などでワークを加工していく。
【０００３】
このようなシステムで正しく加工が完了するためには、（１）ＣＡＤシステムで作成されたモデルが正しいこと、（２）ＣＡＭシステムで作成されたＮＣ加工プログラムが正しいこと、（３）ＮＣ工作機械でＮＣ加工プログラムを正しく使用されることが、必須条件となる。
【０００４】
（１）については、ＣＡＤシステム上で、干渉チェック機能などの検図を支援する機能や、必要であれば公差解析や有限要素解析などの各種ツールを活用することで、設計の品質を上げる工夫が一般に行われている。
【０００５】
（２）についても、計算機上で仮想的に加工をシミュレートするソフトウエアであるＮＣシミュレータにより、チェックできるようになってきた。
【０００６】
ところが、（３）については、基本的に人間系でのチェックにより運用されており、結果としてヒューマンエラーによる加工ミスが発生しがちであった。ここで発生しやすいミスは、ＮＣ加工プログラムを作成した際に使用された座標系と、現実世界での座標系を間違えてしまうこと、簡単にいえば段取りミスである。この段取りミスを防止するために、段取り情報を図示した加工指示図を作成して、ＮＣ加工プログラムと一緒に流したり、運用ルールを取り決めて段取りを統一したりという工夫は勿論されている。
【０００７】
しかし、最終的に人間系の判断が入る以上、ミスをなくすことは無理である。複数の人間によるダブルチェックは有効であるが、その場合、チェックする人間も加工指示図を読み取り、頭の中で加工する形状やＮＣ加工プログラムの振舞いを描く能力と時間を要する。現実の加工現場で、このような余裕があることはまずない。
【０００８】
なお、従来、テレビカメラを使用して実画像を撮像し、これと擬似情景を比較することにより、作業ロボット、視覚ロボット等の位置・姿勢のずれを検出し、これにより自立性の高い生産システムを実現することを目的として公知技術がある（特許文献１参照）。
【０００９】
また、従来建設支援システムとして画像入力手段から入力された建造物の画像から建造物と画像入力手段との３次元位置姿勢関係を検出する公知技術がある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平７−２３７１５８号公報
【特許文献２】特開２００２−９２０８１号公報  以上述べた公知技術は、いずれもワーク加工システムにおいて手動によるワークのセッテイング工程が含まれるものを対象としているものではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明では、以上述べた問題点を改善するためなされたもので、正しいＮＣ加工プログラムが作成されているにもかかわらず、段取り時のヒューマンエラーにより、加工ミスが発生してしまうという課題について、段取りが正しいかどうかの有効な判断ができるようにしたワーク加工システム及びワーク加工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】
【００１１】
前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、加工プログラムにより各々異なる複数の工程を実施するための複数の加工装置によって、一つのワークを加工処理して最終的に所望の製品を得るためのものであって、前記少なくとも２つの工程にまたがる際に前記ワークを前記各加工装置に手動でセッテイングする工程を含むワーク加工システムにおいて、
前記少なくとも２つの工程にまたがる際に所望の工程において、仮想的に計算されたワーク形状モデルと、前記所望の工程から次の工程に変わったときの前記ワーク形状モデルに対応するワークの実際の画像をそれぞれ同一表示面に並べて表示する表示装置と、
を備えたことを特徴とするワーク加工システムである。
【００１２】
前記目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、加工プログラムにより各々異なる複数の工程を実施するための複数の加工装置によって、一つのワークを加工処理して最終的に所望の製品を得るためのものであって、前記少なくとも２つの工程にまたがる際に前記ワークを前記各加工装置に手動でセッテイングする工程を含むワーク加工システムにおいて、
加工前のワークモデルと、各工程の加工プログラムとから該当工程における表示可能な仕掛モデルを計算するモデル計算手段と、
前記モデル計算手段で計算され、該当する工程と同じ工程における現実の前記加工装置における現実のワークの外観形状を撮像する撮像手段と、
前記モデル計算手段で計算された該当する工程の仕掛モデルと、前記撮像手段で撮像され前記仕掛モデルと同一工程におけるワークの外観形状を、同一表示画面に並べて表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とするワーク加工システムである。
【００１３】
前記目的を達成するため、請求項７に対応する発明は、加工プログラムにより各々異なる工程を実施するための複数の加工装置によって、一つのワークを加工処理して最終的に所望の製品を得るためのものであって、前記少なくとも２つの工程にまたがる際に前記ワークを前記各加工装置に手動でセッテイングする工程を含むワーク加工方法において、
前記少なくとも２つの工程にまたがる際に所望の工程において、仮想的計算によりワーク形状モデルを求め、前記所望の工程から次の工程に変わったときの前記ワーク形状モデルに対応するワークの実際の画像を撮像手段により撮像し、この撮像手段により撮像された画像と前記仮想的計算により求められたワーク形状モデルとを比較した結果に基づいて前記ワークの加工を継続することを特徴とするワーク加工方法である。
【００１４】
本発明によれば、次のような作用効果が得られる。すなわち、例えばあるＮＣ加工プログラムについて、その前工程までの加工が完了したワーク(加工すべき素材)の形状モデルを、例えばＮＣシミュレータというソフトウェアで計算し、これらを関連付けて管理する。ＮＣ加工装置上で、そのＮＣ加工プログラムを使った加工を行う際、関連付けられた、前工程までの加工が完了したワークの形状モデルを、表示装置に表示する。同時に、表示装置に表示する際の視線と同一の方向にセットされた撮像装置で、例えばＮＣ加工装置に段取りされたワークを撮像し、これを前述のワークの形状モデルと並べて表示装置に表示する。このようにワークの形状モデルと撮像装置で撮像された画像を、同時に表示されるので、この両者を比較することにより、ワークの段取りミスを容易に発見できる。
【００１５】
また、計算機上で、仮想的に計算されたワーク形状モデルと、撮像装置で撮像した現実のワーク形状を、同一の視線方向から見たイメージを並べて表示することにより、例えばＮＣデータの座標系の勘違いなどに起因する段取りミスを確実にチェックすることができる。画面に、見たままで表示されるため、加工装置のオペレータ以外の人間が確認することも容易となり、より確実なチェックができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、段取り時に、ワークが正しい向きにセッティングされていることを確実に確認でき、加工ミスを未然に防止できるワーク加工システム及びワーク加工方法が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本発明のワーク加工システムは、
概略図１のように構成され、加工プログラムにより各々異なる複数の工程を実施するための複数の加工装置例えば複数のＮＣ加工装置３によって、一つのワーク（素材）２５を加工処理して最終的に所望の製品を得るためのものであって、少なくとも２つの工程にまたがる際にワーク２５を各ＮＣ加工装置３に手動でセッテイングする工程を含むものが前提である。
【００１８】
このことについて、図３を参照して説明するが、図３（ａ）は加工前のワークすなわちワーク２５の外観形状は直方体であり、これを第１の工程としてＮＣ加工装置３によって、切削加工した状態が図３（ｂ）であり、第２の工程は第１の工程で使用したＮＣ加工装置３とは異なるＮＣ加工装置３により切削加工した状態を、図３（ｃ）に示している。なお、図３は、実際には後述する表示装置２２の表示状態を説明するための図である。このように、図３（ｂ）の工程から図３（ｃ）の工程に移る際には、オペレータがワーク２５をＮＣ加工装置３に手動でセッテイングする必要がある。このセッテイングする場合に、オペレータがワーク２５の座標軸を誤ってＮＣ加工装置３に設置することがある。図３（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、ワーク２５の座標軸を誤って設置した場合を説明するための図であり、図３（ｄ）は図３（ａ）と同様にワーク２５が未加工の状態であり、図３（ｅ）は、図３（ｂ）に対応する第１工程であり、このときにワーク２５の座標軸を間違えてＮＣ加工装置３に設置した場合であり、図３（ｅ）の状態のワーク２５をＮＣ加工装置３で加工すると、ワーク２５は図３（ｆ）の状態となる。この結果、本来図３（ｃ）のように加工すべきものが全く異なる形状に加工されてしまい、新たに再度加工しなおさなければならない。
【００１９】
このようなことから、本発明の実施形態では、ＮＣ加工装置３に備えている表示装置２２に、つぎのような画像を表示させるようにしたものである。すなわち、前述の少なくとも２つの工程にまたがる際に所望の工程において、ＮＣ加工装置３が備えているモデル計算部４により仮想的に計算されたワーク形状モデル（素材モデル）と、所望の工程から次の工程に変わったときのワーク形状モデルに対応するワークの実際の画像を、撮像装置例えばテレビカメラ８により撮像し、この実際の画像とワーク形状モデルを表示装置２２の同一表示面に並べて表示するように構成したものである。
【００２０】
図２は、図１の具体的構成を説明するためのものであるが、前述した前提のワーク加工システムであることは言うまでもない。すなわち、加工前のワークモデルと、各工程の加工プログラムとから該当工程における表示可能な仕掛モデルを計算するモデル計算手段例えばモデル計算部４と、モデル計算部４で計算され、該当する工程と同じ工程における現実のＮＣ加工装置３における現実のワークの外観形状を撮像する撮像手段例えばテレビカメラ８と、モデル計算部４で計算された該当する工程の仕掛モデル(ＮＣシミュレーション画像)２２ａと、カメラ８で撮像され仕掛モデルと同一工程におけるワーク２５の外観形状であるカメラ映像２２ｂを、図１のごとき構成された表示装置２２の表示画面に有するモデル表示部７及びカメラ画像表示部１１に並べて表示するように構成したものである。
【００２１】
以上述べた構成以外に、次のようなものがある。ＮＣ加工プログラム格納部１には、各工程のＮＣ加工プログラムが格納されている。ＮＣ加工プログラムは、一般的には、図４に示すように、例えばＣＡＤ１３で作成された部品モデル（部品や金型の形状）１４から、例えばＣＡＭ１５で作成する。通常、ＮＣ加工プログラムは、図５に示すように、工程ｈ、ｉ、ｊ別に、ＮＣデータｈ、ｉ、ｊが用意される。すなわち、工程ｈ用のＮＣ加工プログラム１６で、ワーク(素材)１７を加工することにより（Ｓ１）、仕掛ｈを得る（Ｓ２）。この仕掛ｈを工程ｉ用のＮＣ加工プログラム１６で、加工することにより（Ｓ３）、仕掛ｉ（Ｓ４）、をという具合に、工程順にＮＣ加工プログラム１６を用いた加工が実施され、ワーク(素材)１７から最終的な部品や金型の形状を加工していく。
【００２２】
図２の、制御装置２はＮＣ加工プログラムを元に、ＮＣ加工装置３を適切にコントロールし、各工程の加工を実施する。ＮＣ加工プログラムが正当であることは、正しい形状の部品や金型を得るための必要条件である。ＮＣ加工プログラムが正当であるかどうかは、図６に示すように、計算機上のシミュレーションＳ６、Ｓ８、Ｓ１０で実施できる。すなわち、ワークと同形状の素材モデル１８、一般的には直方体形状のモデルを計算機上に用意し、これに対して、やはり計算機上のモデルとして表現された加工工具を、各工程のＮＣ加工プログラム１６に基づき移動させていき、ワーク形状モデルと、工具モデルが干渉した部分を、ワークモデルから引き算していく。このような、手順で、各工程の仕掛モデルを計算していき、最終的に計算された部品や金型のモデルが、例えばＣＡＤで作成し、例えばＣＡＭでＮＣ加工プログラムを生成する際の、元形状に等しいかどうかを判定することにより、ＮＣデータの正当性が保証できる。
【００２３】
本発明では、このようなＮＣシミュレーションで生成した仕掛モデルと、ＮＣ加工プログラムを、組み合わせて使うことにより、仮想空間、すなわちＣＡＭでＮＣ加工プログラムを作成する、あるいは、ＮＣシミュレーションでＮＣ加工プログラムの正当性を検証した際の、ワークないし仕掛と、ＮＣ加工プログラムの、空間的な位置関係と、現実世界でのワークないし仕掛をＮＣ加工装置３にセットする際に、ＮＣ加工装置３にロードされたＮＣ加工プログラムの空間軌跡と、先のワークないし仕掛の空間的な位置関係とを、比較できるようにし、位置関係の取り違え、すなわちワークないし仕掛の段取りミスによる加工トラブルを防止する。
【００２４】
一般に、段取りとは、工具をセットしたり、座標系を補正したりといった作業を含むわけであるが、ここでは、単純にＮＣ加工装置に、ワークないし仕掛を配置する行為に限定して示す。全工程で、同じＮＣ加工装置を使うのであれば、段取りは最初に一度するだけで済む。しかし、一般的には、各工程毎に最適なＮＣ加工装置、例えば粗加工では、精度は低いが、大径工具で加工効率を上げることのできる、重切削向けの装置、仕上げ加工では、小径工具で高速切削できる、エアスピンドルを有する高速加工装置で処理する、などの使い分けがされる。
【００２５】
そのため、各工程間に、図７に示すような再段取りが発生する（Ｓ１１）。ここで、仕掛の段取りを間違えてしまうと、それ以降の工程（Ｓ２ａ、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５）で加工に矛盾が発生する。
【００２６】
図８及び図９は、段取りミスで加工に矛盾が発生する様子を説明するための図で、図８は、正しく段取りされた場合のある工程での加工結果を示すものであり、図９は、図８と同じ、仕掛、ＮＣ加工プログラムを用い、仕掛の段取りを間違えてしまった場合の結果の例を示すものである。図８、図９において、(ａ)は加工前部品（仕掛状態の部品）、(ｂ)はＮＣデータ（ＮＣシミュレーション画像）であり、また(ｃ)は加工後部品を示すものであり、これらはいずれも図１の表示装置２２のモデル表示部７及びカメラ画像表示部１１に表示される。
【００２７】
ここで、間違いが発生した原因は、仕掛の段取りの向きを１８０度間違えていることにある。そこで、本発明の実施形態では、表示装置２２にＮＣシミュレーション画像２２ａ及びカメラ画像２２ｂが同一画面に表示されるので、オペレータが該表示画面を確認することで、前述した段取りの間違いを直感的に把握できる。
【００２８】
すなわち、図２で、制御装置２にロードされたＮＣ加工プログラムと同一のＮＣ加工プログラムを、モデル計算部４にも送る。モデル計算部４は、図６で示した例えばＮＣシミュレータというソフトであり、ここでは各工程ＮＣ加工プログラム１６と、初期モデル定義部５で与えられたワークモデルとから、各工程での仕掛モデルを計算し、モデル格納部６に保管する。ＮＣ加工装置３に、ある工程のＮＣ加工プログラムを制御装置２を介してロードした際、同時に、モデル格納部６に格納されたその工程の前の仕掛モデルを、モデル表示部７に送る。
【００２９】
モデル表示部７は、カメラ８からの実際のワークの外観画像を取り込み、このときカメラ位置を検出するカメラ位置検出部９を介して視線方向計算部１０例えばＣＡＤ、あるいは、ビューワと同等の機能を有するので、カメラ８により検出された視線方向は、任意の方向から、モデル表示部７により仕掛モデルを表示させることができる。ＮＣ加工装置３には、少なくとも一つのカメラ８を取りつけ、このカメラ８が、ＮＣ加工装置３に段取りされたワークや仕掛を見る視線方向を、カメラ位置検出部９で検出できるものとする。カメラ位置検出部９で検出した視線方向は、モデル表示部７に送られ、同一の視線方向から、モデルを表示する。表示されたモデルと、カメラ８で撮像された画像とは、表示／比較部１２で、適切な倍率に変換され、並べて表示される。もし、段取りが正しく行われていれば、図８（ａ）に示すカメラ画像と、図８（ｂ）に示すモデルの表示は同じように見えるはずである。これが、図９（ａ）に示すカメラ画像と、図９（ｂ）に示すモデルの表示は違って見えた場合、段取りにミスがあったものと判断できる。
【００３０】
以上述べた各実施形態は、次のように変形して実施できる。
【００３１】
１）視線方向によっては、これらの違いが見えにくくなる可能性もある。これを防止するため、カメラ８を可動式とし、任意の視線方向からのＮＣシミュレーション画像(モデル表示)２２ａとカメラ画像(カメラ映像)２２ｂを表示できるようにすることが望ましい。この結果、より厳密な判定をすることができる。
【００３２】
２）あるいは、この例とは別にカメラ８を複数台、異なる視線方向にセットし、ＮＣシミュレーション画像２２ａとカメラ画像２２ｂを、複数の組み合わせで、比較／表示部１２に表示するようにしても、同等の効果が期待できる。
【００３３】
３）前述の実施形態において、カメラ８により撮影した画像と、モデル計算部４で計算された画像とを一覧できるような形態で表示することもできる。この結果、オペレータが間違いに気づきやすくなる。
【００３４】
４）前述の実施形態において、各工程の加工プログラムに加えて、ワーク２５のセッティングを判定するための突起や窪み等の付帯形状をワーク２５に加えるようにすることもできる。このようにすることにより、ワーク２５の判定を容易かつ確実なものとすることができる。
【００３５】
５）４）のようにワーク２５に付帯形状を加えたものにおいて、付帯形状部の情報を元に、簡便な画像処理を行うだけで、ワーク２５のセッティングミスを自動検出することが可能になる。
【００３６】
６）図１０に示すように、複数のＮＣ加工装置３１、３２、３３…３ｎに必要とする情報を、共通の情報保存装置２４にＮＣデータ、仕掛データ、セッテイング情報に保存しておき、図１の表示装置２２及び図２のモデル計算部４や視線方向計算部１０等の計算装置２１を共通化させておき、実際の加工はＮＣ加工装置３１、３２、３３…３ｎに予め使用する順序を決めておき、各ＮＣ加工装置３１、３２、３３…３ｎへのワーク２５のセッティングは例えばオペレータが行うようにしてもよい。このように構成することにより、独立した装置を組み合せたシステムに比べて構成を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のワーク加工システムの概要を説明するための概略構成図。
【図２】図１のワーク加工システムの実施形態の一例を示すブロック図。
【図３】図２の機能を説明するための図。
【図４】図２のＮＣ加工プログラム作成手順を説明するための図。
【図５】図２のＮＣ加工プログラムを用いたＮＣ加工手順を説明するための図。
【図６】図２のＮＣ加工プログラムの正当性を検証する手順を説明するための図。
【図７】図２の段取りミスの発生とＮＣ加工への影響を説明するための図。
【図８】図２の段取りミスにより、加工に矛盾が発生する様子を説明するための図。
【図９】図２の段取りミスにより、加工に矛盾が発生する様子を説明するための図。
【図１０】本発明のワーク加工システムの変形例を説明するための概略構成図。
【符号の説明】
【００３８】
１…ＮＣ加工プログラム格納部、２…制御装置、３…ＮＣ加工装置、４…モデル計算部、５…初期モデル定義部、６…モデル格納部、７…モデル表示部、８…テレビカメラ、９…カメラ位置検出部、１０…視線方向計算部、１１…カメラ画像表示部、１２…表示／比較部、１３…ＣＡＤ、１４…部品モデル、１５…ＣＡＭ、１６…ＮＣ加工プログラム、１７…ワーク、１８…素材モデル、２１…計算装置、２２…表示装置、２２ａ…ＮＣシミュレーション画像、２２ｂ…カメラ画像、２４…情報保存装置、２５…ワーク。
【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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