JP4083554B2 - ３次元モデルデータ生成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相互に直交する少なくとも第１軸及び第２軸方向に被送り台を移動させることができるようになった工作機械を構成する構造体の３次元モデルデータを生成する３次元モデルデータ生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械は、例えば、ワークを保持するチャック、チャックを軸中心に回転させる主軸、工具が装着される刃物台、刃物台を少なくとも直交２軸方向に移動させる駆動機構部といった各種の構造体からなり、前記ワークと工具との間に適宜相対運動を与えることによって当該ワークを加工するように構成されている。
【０００３】
前記駆動機構部の作動は、制御装置により、適宜作成されたＮＣプログラムに基づいて制御されるが、このＮＣプログラムに誤りがあると、工具とワークとが干渉するといった事故が起こる恐れがある。
【０００４】
このため、新規に作成されたＮＣプログラムについては、これを基に試加工を行ってこのＮＣプログラムに誤りがあるか否かを確認したり、また、近年では、工作機械の３次元モデルデータを用いて、コンピュータ上で干渉シミュレーションを行うことにより、ＮＣプログラムに誤りがあるか否かを確認している。
【０００５】
前記工作機械の３次元モデルデータは、当該工作機械を構成する複数の構造体に係る３次元モデルデータがそれぞれ相互に関連付けられて構成されており、前記各構造体の３次元モデルデータは、当該構造体の３次元形状を定義した形状データを少なくとも含んで構成される。
【０００６】
そして、前記工作機械及び各構造体の３次元モデルデータは、通常、３次元ＣＡＤ（Ｃｕｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）システムを用いて、ＣＡＤオペレータにより適宜作成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようにして作成される３次元モデルデータを用いた上記干渉シミュレーションでは、例えば、ワークの形状やこれを保持するチャックの形状などが変更されると、これに合わせて前記ワークやチャックの３次元モデルデータを新規に作成し、作成した３次元モデルデータを用いて前記工作機械全体の３次元モデルデータを修正，更新しなければならず、迅速に干渉シミュレーションを行うことができないという問題がある。
【０００８】
特に、近年のワーク加工は多品種少量生産であり、加工すべきワークの形状が頻繁に変更となるため、その都度、上記のようにワークやチャックの３次元モデルデータを新規に作成していたのでは、著しく生産性が低下することになる。
【０００９】
また、前記工作機械や各構造体の３次元モデルデータは、ＣＡＤオペレータの作成ミスなどによって、実際の形状と異なっていることがあり、このような場合には、正確な干渉シミュレーションを行うことができないという問題もある。
【００１０】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、工作機械の実態に即した当該工作機械やその構造体の３次元モデルデータを、効率的且つ正確に生成することができる３次元モデルデータ生成装置の提供をその目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するための本発明は、相互に直交する少なくとも第１軸及び第２軸方向に被送り台を移動させることができるようになった工作機械を構成する構造体の３次元モデルデータを生成する装置であって、
前記構造体を撮像して画像データを生成する撮像手段と、前記撮像手段によって生成された画像データを基に、前記構造体の３次元形状を定義した形状データを少なくとも含んで構成される３次元モデルデータを生成するモデルデータ生成手段とを備えた３次元モデルデータ生成装置に係る。
【００１２】
前記撮像手段は、それぞれ所定の間隔を隔てて設けられた２つの撮像部を備え、当該各撮像部により前記構造体を撮像して２次元画像データをそれぞれ生成する第１、第２、及び第３の３つの撮像手段から構成されているのが好ましく、この場合、前記第１の撮像手段は、前記２つの撮像部が前記第２軸、又は前記第１軸及び第２軸の双方と直交する第３軸に沿って配設されると共に、各撮像部が前記第１軸に沿った方向から前記構造体を撮像するように構成され、前記第２の撮像手段は、前記２つの撮像部が前記第１軸又は第３軸に沿って配設されると共に、各撮像部が前記第２軸に沿った方向から前記構造体を撮像するように構成され、前記第３の撮像手段は、前記２つの撮像部が前記第１軸又は第２軸に沿って配設されると共に、各撮像部が前記第３軸に沿った方向から前記構造体を撮像するように構成される。
【００１３】
また、モデルデータ生成手段は、前記第１、第２、第３の撮像手段によってそれぞれ生成された各２個の２次元画像データを基に、前記構造体の３次元モデルデータを生成する。
【００１４】
この３次元モデルデータ生成装置によれば、まず、第１、第２、第３の撮像手段によって、工作機械を構成する構造体が第１軸，第２軸及び第３軸に沿った方向（直交３軸方向）からそれぞれ撮像され、２次元配列の濃淡データからなる２次元画像データがそれぞれ生成される。このとき、前記第１、第２、第３の撮像手段には、２つの撮像部がそれぞれ設けられていることから、これらの各撮像部に対応した２つの２次元画像データがそれぞれ生成される。
【００１５】
そして、前記第１、第２、第３の撮像手段によってそれぞれ生成された各２個の２次元画像データを基に、モデルデータ生成手段によって、前記構造体の３次元形状を定義した形状データを少なくとも含んで構成される３次元モデルデータが生成される。
【００１６】
具体的には、前記モデルデータ生成手段は、まず、前記第１、第２、第３の撮像手段によってそれぞれ生成された各２次元画像データを所定のしきい値で２値化して前記構造体に相当する画像をそれぞれ抽出し、抽出した各２値化画像を基に、前記構造体の輪郭線に対応する形状線をそれぞれ抽出する。尚、上記のように、前記第１、第２、第３の撮像手段には、それぞれ２つの撮像部が設けられており、各撮像部毎に形状線が抽出される。
【００１７】
ついで、各撮像手段毎にそれぞれ抽出された２つの形状線を基に、３次元空間内における前記構造体の実輪郭線の座標位置を、当該撮像手段の撮像方向毎に三角測量法を用いて算出する。尚、このとき算出される座標位置は、各撮像手段の撮像部に対する相対的な座標位置である。
【００１８】
次に、各撮像方向についてそれぞれ算出された実輪郭線の座標位置、及び各撮像手段の撮像部の相対的な位置関係を基に、例えば当該各実輪郭線をそれぞれ稜線とする前記構造体の３次元形状を推定して、該３次元形状を定義する形状データを少なくとも含んで構成される３次元モデルデータを生成する。
【００１９】
尚、前記形状データは、構造体の３次元形状を構成する各頂点の３次元空間内における座標値たる頂点座標データ、２つの頂点を結んで構成される稜線の方程式データ、前記稜線と前記２つの頂点とを関連付ける稜線データ、稜線により囲まれて形成される面の方程式データ、及び前記面と前記稜線とを関連付ける面データなどからなる。
【００２０】
また、前記工作機械を構成する構造体には、例えば、工作機械がＮＣ旋盤である場合には、ベッド、ベッド上に配設された主軸台、主軸台に回転自在に支持された主軸、主軸に取り付けられたチャック、ベッド上に移動可能に配設されたサドル、サドル上に配設された刃物台などが該当し、工作機械がマシニングセンタである場合には、ベッド、ベッド上に配設されたコラム、コラムに移動可能に支持された主軸頭、主軸頭に回転自在に支持された主軸、ベッド上に移動可能に配設されたテーブルなどが該当する。
【００２１】
以上述べたように、この３次元モデルデータ生成装置によれば、工作機械を構成する構造体を直交する３方向からそれぞれ撮像し、撮像によって得られた２次元画像データを基に、当該構造体の３次元モデルデータを自動生成するようにしているので、正確な３次元モデルデータを効率的に生成することができる。
【００２２】
そして、このようにして生成された正確な３次元モデルデータを用いて干渉シミュレーションを行うことで、高精度なシミュレーションを迅速且つ効率的に行うことができる。
【００２３】
また、前記３次元モデルデータ生成装置は、前記工作機械を構成する複数の構造体に係る３次元モデルデータがそれぞれ相互に関連付けられて構成された前記工作機械全体の３次元モデルデータを予め記憶したモデルデータ記憶手段を更に備えて構成され、前記モデルデータ生成手段が、前記第１、第２、第３の撮像手段により撮像された構造体について、それぞれ生成された２次元画像データを基に該構造体の３次元モデルデータを生成するとともに、該構造体が前記工作機械全体の３次元モデル上で位置すべき座標位置を算出し、算出された座標位置データ，前記構造体の３次元モデルデータ及び前記モデルデータ記憶手段に格納された工作機械全体の３次元モデルデータを基に、当該工作機械全体の３次元モデルデータを更新して、前記構造体を含む工作機械全体の３次元モデルデータを生成するように構成されていても良い。
【００２４】
この３次元モデルデータ生成装置によれば、前記モデルデータ記憶手段に、工作機械を構成する複数の構造体に係る３次元モデルデータがそれぞれ相互に関連付けられて構成された工作機械全体の３次元モデルデータが予め格納される。例えば、前記工作機械がＮＣ旋盤である場合、ベッドの３次元モデルデータと刃物台及び主軸台の３次元モデルデータ、主軸台の３次元モデルデータと主軸の３次元モデルデータ、主軸の３次元モデルデータとチャックの３次元モデルデータ、チャックの３次元モデルデータとワークの３次元モデルデータなどがそれぞれ相互に関連付けられて工作機械全体の３次元モデルデータが構成され、この工作機械全体の３次元モデルデータが前記モデルデータ記憶手段に格納される。
【００２５】
ついで、前記第１、第２、第３の撮像手段によって撮像された構造体の２次元画像データを基に、上述のようにして当該構造体の３次元モデルデータが生成される。そして、各撮像手段の撮像部と当該工作機械との相対的な位置関係を基に、上記構造体の３次元モデルが工作機械全体の３次元モデル上で位置すべき座標位置が算出される。
【００２６】
ついで、算出された座標位置データ，構造体の３次元モデルデータ及びモデルデータ記憶手段に格納された工作機械全体の３次元モデルデータを基に、モデルデータ記憶手段に格納された工作機械全体の３次元モデルデータが更新され、構造体の３次元モデルデータが配置された工作機械全体の３次元モデルデータが生成される。具体的には、モデルデータ記憶手段に格納された工作機械全体の３次元モデルデータ中に、構造体の３次元モデルデータが存在しない場合には、当該構造体の３次元モデルデータを付加した工作機械全体の３次元モデルデータを生成し、構造体の３次元モデルが在るべきところに別の構造体の３次元モデルが存在する場合には、この別の構造体の３次元モデルデータを削除した後、当該構造体の３次元モデルデータを付加した工作機械全体の３次元モデルデータを生成する。
【００２７】
斯くして、この３次元モデルデータ生成装置によれば、構造体の正確な３次元モデルデータを効率的に生成することができるとともに、当該構造体を含む工作機械全体の３次元モデルデータを正確に（即ち、工作機械の実態と一致するように）且つ効率的に更新，生成することができる。
【００２８】
また、前記構造体の３次元モデルデータは、当該構造体について設定された移動軸及び回転軸のうち少なくとも一方に関する情報を含んで構成されていることが好ましい。例えば、前記構造体が刃物台である場合には、その３次元モデルデータはこれが主軸軸線に沿った方向に移動するといった情報を含んで構成され、前記構造体がチャックである場合には、その３次元モデルデータはこれがその軸中心に回転するといった情報を含んで構成される。このようにすれば、構造体が工作機械上でどのように移動や回転するのかを定義することができるので、より干渉シミュレーションに適した３次元モデルデータとなる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について添付図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る３次元モデルデータ生成装置の概略構成を示したブロック図であり、図２は、図１における矢示Ａ−Ａ方向の側断面図である。
【００３０】
図１に示すように、本例の３次元モデルデータ生成装置１は、工作機械１０に付設され、当該工作機械１０を構成する構造体を撮像して、２次元画像データを生成する撮像装置２０と、この撮像装置２０により撮像，生成された前記構造体の２次元画像データを記憶する画像データ記憶部３０と、この画像データ記憶部３０に格納された２次元画像データを基に、前記撮像された構造体（以下、「撮像構造体」という）の３次元モデルデータを生成するモデルデータ生成部３１と、前記工作機械１０全体の３次元モデルデータを記憶するモデルデータ記憶部３２と、前記モデルデータ生成部３１及びモデルデータ記憶部３２に接続された入出力装置４０などを備えて構成される。
【００３１】
尚、本例における前記工作機械１０はＮＣ旋盤であり、ベッド１１、このベッド１１上に配設された主軸台（図示せず）、この主軸台（図示せず）にＺ軸（主軸１２の軸線と平行な軸）周り（Ｃ軸方向）に回転自在に支持された主軸１２、この主軸１２に取り付けられたチャック１３、直交３軸（Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸）方向に移動可能に前記ベッド１１上に配設された刃物台１４などの各種構造体から構成される。また、チャック１３は、本体１３ａと、本体１３ａに取り付けられる複数の把持爪１３ｂとからなる。
【００３２】
図１及び図２に示すように、前記撮像装置２０は、所定の間隔を隔てて設けられた２つのＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂを備えたＸ軸撮像機構２１、同じく所定の間隔を隔てて設けられた２つのＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂを備えたＹ軸撮像機構２２及び同じく所定の間隔を隔てて設けられた２つのＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂを備えたＺ軸撮像機構２３から構成され、本例では、図７に示すワークＷを把持したチャック１３をそれぞれ撮像対象としている。
【００３３】
前記Ｘ軸撮像機構２１は、ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂがＺ軸に沿って配設され、Ｘ軸に沿った方向から前記チャック１３及びワークＷを撮像し、前記Ｙ軸撮像機構２２は、ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂがＸ軸に沿って配設され、Ｙ軸に沿った方向から前記チャック１３及びワークＷを撮像し、前記Ｚ軸撮像機構２３は、ＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂがＹ軸に沿って配設され、Ｚ軸に沿った方向から前記チャック１３及びワークＷを撮像するようにそれぞれ構成される。
【００３４】
また、前記Ｘ軸撮像機構２１，Ｙ軸撮像機構２２及びＺ軸撮像機構２３は、それぞれ非撮像時には待避位置に格納され、撮像時に駆動装置２４，２５，２６によって、待避位置から撮像位置に移動せしめられるように構成されている。
【００３５】
前記各ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂは、多行多列の２次元に配置された複数の光電変換素子を備え、受光強度に応じて各光電変換素子から出力される電圧信号をデジタル化した後、これを濃淡レベル値に変換して、前記光電変換素子の配列と同配列の２次元濃淡画像データとして出力する。
【００３６】
そして、前記画像データ記憶部３０には、前記各ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂから出力された２次元濃淡画像データがそれぞれ格納される。
【００３７】
前記モデルデータ記憶部３２には、３次元ＣＡＤシステムなどを用いて適宜作成された工作機械１０全体の３次元モデルデータが入出力装置４０を介して予め格納される。この工作機械１０全体の３次元モデルデータは、これを構成する各構造体の３次元モデルデータがそれぞれ相互に関連付けられて構成され、例えば、本例では、ベッド１１の３次元モデルデータと刃物台１４及び主軸台（図示せず）の３次元モデルデータ、主軸台（図示せず）の３次元モデルデータと主軸１２の３次元モデルデータ、主軸１２の３次元モデルデータとチャック１３の３次元モデルデータ、チャック１３の３次元モデルデータとワークＷの３次元モデルデータなどがそれぞれ相互に関連付けられて、工作機械１０全体の３次元モデルデータとして生成され、モデルデータ記憶部３２に格納される。
【００３８】
前記３次元モデルデータは、前記構造体の３次元形状を定義した形状データ、並びに当該構造体について設定された移動軸及び回転軸のうち少なくとも一方に関する軸データを少なくとも含んで構成される。形状データは、構造体の３次元形状を構成する各頂点の３次元空間内における座標値たる頂点座標データ、２つの頂点を結んで構成される稜線の方程式データ、前記稜線と前記２つの頂点とを関連付ける稜線データ、稜線により囲まれて形成される面の方程式データ、及び前記面と前記稜線とを関連付ける面データなどからなり、例えば、３次元形状が図１０に示すような形状の場合には、図１１に示すような形状データとなる。また、前記軸データは、例えば、刃物台１４の場合には、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸となり、チャック１３の場合には、Ｃ軸となる。
【００３９】
前記モデルデータ生成部３１は、前記画像データ記憶部３０に格納された各２次元濃淡画像データを基に、前記チャック１３及びワークＷの３次元形状を定義した前記形状データを少なくとも含んで構成される３次元モデルデータを生成するとともに、チャック１３及びワークＷが前記工作機械１０全体の３次元モデル上で位置すべき座標位置を算出し、算出した座標位置データ、チャック１３及びワークＷの３次元モデルデータ及び前記モデルデータ記憶部３２に格納された工作機械１０全体の３次元モデルデータを基に、当該工作機械１０全体の３次元モデルデータを更新して、撮像したチャック１３及びワークＷを含む工作機械１０全体の３次元モデルデータを生成する。
【００４０】
具体的には、モデルデータ生成部３１は、図３に示すような処理を行うように構成される。尚、前記撮像装置２０により、ワークＷを把持したチャック１３が撮像され、撮像された２次元濃淡画像データがそれぞれ前記画像データ記憶部３０に格納されているのものとする。尚、以下では、ワークＷとチャック１３を撮像構造体という。
【００４１】
モデルデータ生成部３１は、まず、前記モデルデータ記憶部３２に格納された工作機械１０全体の３次元モデルデータを、当該モデルデータ記憶部３２から読み出すとともに（ステップＳ１）、前記画像データ記憶部３０に格納された撮像構造体の各２次元濃淡画像データを、当該画像データ記憶部３０からそれぞれ読み出す（ステップＳ２）。
【００４２】
ついで、読み出した各２次元画像データを所定のしきい値で２値化して前記撮像構造体の画像をそれぞれ抽出し、抽出した２値化画像をラスター方向に走査して、２値化画像の輪郭線をそれぞれ抽出する（ステップＳ３）。
【００４３】
尚、前記ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂによって撮像された２値化画像の輪郭線を図４の（ａ），（ｂ）に示し、前記ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂによって撮像された２値化画像の輪郭線を図５の（ａ），（ｂ）に示し、前記ＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂによって撮像された２値化画像の輪郭線を図６の（ａ），（ｂ）に示している。
【００４４】
次に、前記Ｘ軸撮像機構２１，Ｙ軸撮像機構２２及びＺ軸撮像機構２３の各撮像機構部毎にそれぞれ抽出された２つの輪郭線を基に、３次元空間内における撮像構造体の実輪郭線の座標位置を、各撮像機構部の撮像方向毎に三角測量法を用いて算出する（ステップＳ４）。但し、このとき算出される座標位置は、各撮像機構部に対する相対的な座標位置である。
【００４５】
ここで、三角測量法により、前記撮像構造体の実輪郭線の３次元空間内における座標位置を算出する手法について簡単に説明する。
【００４６】
例えば、図４（ａ），（ｂ）に示した画像を撮像する２台のＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂと撮像構造体の実体とは、Ｘ−Ｚ平面で同図４（ｃ）に示した位置関係にある。尚、図４（ｃ）において、ＦａはＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂの各レンズの中心面であり、Ｇａは各結像面である。また、ａはＣＣＤカメラ２１ａのレンズ中心点であり、ｂはＣＣＤカメラ２１ｂのレンズ中心点である。また、Ｒａは前記レンズ中心面Ｆａと結像面Ｇａとの間の距離であり、Ｌａは２台のＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂのレンズ中心点ａ，ｂ間の距離であり、それぞれ予め精密に計測されている。ｃ１及びｄ１はＸ軸と平行な軸であってそれぞれ前記ａ点，ｂ点を通る軸である。
【００４７】
いま、撮像構造体の実体における基準点をＰａとし、前記軸ｃ１，ｄ１が結像面Ｇａと交差する点とこの基準点Ｐａと結ぶ線を設定すると、各線と前記レンズ中心面ＦａとはそれぞれＰａ１及びＰａ２で交差する。即ち、基準点Ｐａから２台のＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂにそれぞれ受光された光は、各レンズ中心面のＰａ１点及びＰａ２点で交差し、各レンズによって偏光されて、Ｐａ１点及びＰａ２点から軸ｃ１，ｄ１と平行に進んで各結像面で結像される。尚、Ｐａ１点及びＰａ２点は図４（ａ），（ｂ）に示した輪郭線画像では、それぞれ、同符合で示す部分にあたる。
【００４８】
したがって、基準点Ｐａが各ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂの結像面に結像された各レンズ中心点ａ，ｂからの距離Ｚ１，Ｚ２が分かれば、三角測量法により、次の数式１によって各ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂから撮像構造体の実体までのＸ軸方向における距離Ｘａを算出することができる。尚、前記距離Ｚ１，Ｚ２は、ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂによって撮像され、処理された図４（ａ），（ｂ）に示した輪郭線画像からこれを容易に算出することができる。但し、図中のｃ２及びｄ２はＹ軸と平行な軸であってそれぞれ前記レンズ中心点ａ，ｂを通る軸である。
【００４９】
【数１】
【００５０】
図５及び図６に示すように、ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂ及びＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂから撮像構造体の実体までの距離についても上記と同様にしてこれを算出することができる。
【００５１】
尚、図５(ｃ)は、ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂと撮像構造体の実体との、Ｘ−Ｙ平面における位置関係を示した図であり、ＦｂはＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂのレンズ中心面であり、Ｇｂは結像面である。ｅはＣＣＤカメラ２２ａのレンズ中心点、ｆはＣＣＤカメラ２２ｂのレンズ中心点、Ｒｂはレンズ中心面Ｆｂと結像面Ｇｂとの間の距離、ＬｂはＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂのレンズ中心点ｅ，ｆ間の距離である。ｇ１，ｈ１はＹ軸と平行な軸であってそれぞれ前記ｅ点，ｆ点を通る軸である。Ｐｂは基準点、Ｐｂ１及びＰｂ２は、軸ｇ１，ｈ１が結像面Ｇｂと交差する点と基準点Ｐｂと結ぶ線がレンズ中心面Ｆｂとそれぞれ交差する点であり、Ｘ１，Ｘ２は、基準点ＰｂがＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂの結像面Ｇｂに結像された各レンズ中心点ｅ，ｆからの距離である。また、図５(ａ)及び（ｂ）にそれぞれ記載されるｇ２及びｈ２はＺ軸と平行な軸であってそれぞれ前記ｅ点，ｈ点を通る軸である。
【００５２】
また、図６(ｃ)は、ＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂと撮像構造体の実体との、Ｙ−Ｚ平面における位置関係を示した図であり、ＦｃはＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂのレンズ中心面であり、Ｇｃは結像面である。ｊはＣＣＤカメラ２３ａのレンズ中心点、ｋはＣＣＤカメラ２３ｂのレンズ中心点、Ｒｃはレンズ中心面Ｆｃと結像面Ｇｃとの間の距離、ＬｃはＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂのレンズ中心点ｊ，ｋ間の距離である。ｍ１，ｎ１はＺ軸と平行な軸であってそれぞれ前記ｊ点，ｋ点を通る軸である。Ｐｃは基準点、Ｐｃ１及びＰｃ２は、軸ｍ１，ｎ１が結像面Ｇｃと交差する点と基準点Ｐｃと結ぶ線がレンズ中心面Ｆｃとそれぞれ交差する点であり、Ｙ１，Ｙ２は、基準点ＰｃがＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂの結像面Ｇｃに結像された各レンズ中心点ｊ，ｋからの距離である。また、図６(ａ)及び（ｂ）にそれぞれ記載されるｍ２及びｎ２はＸ軸と平行な軸であってそれぞれ前記ｊ点，ｋ点を通る軸である。
【００５３】
そして、ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂから撮像構造体の実体までの距離Ｙｂ、及びＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂから撮像構造体の実体までの距離Ｚｃは、それぞれ次の数式２，数式３によって算出される。
【００５４】
【数２】
【００５５】
【数３】
【００５６】
以上のようにして、前記撮像構造体の実輪郭線の３次元空間内における座標位置が算出される。
【００５７】
次に、各撮像方向についてそれぞれ算出された実輪郭線の座標位置、及び各ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ間の相対的な位置関係を基に、当該各実輪郭線をそれぞれ稜線とする前記撮像構造体の３次元形状を推定して、該３次元形状を定義する形状データを少なくとも含んで構成される３次元モデルデータを生成する（ステップＳ５）。
【００５８】
図８に、ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ間の相対的な位置関係を基に、前記各撮像方向の実輪郭線を配置した概念図を示し、図７に、推定された撮像構造体の３次元形状を示している。
【００５９】
次に、各ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂと工作機械１０との相対的な位置関係を基に、上記撮像構造体の３次元モデルが工作機械１０の３次元モデル上で位置すべき座標位置が算出される（ステップＳ６）。
【００６０】
そして、算出した工作機械１０の３次元モデル上での座標位置データ，撮像構造体の３次元モデルデータ及びステップＳ１で読み出した工作機械１０の３次元モデルデータを基に、工作機械１０の３次元モデルデータを更新する（ステップＳ７〜Ｓ１２）。
【００６１】
具体的には、ステップＳ１で読み出した工作機械１０の３次元モデル上で、当該撮像構造体の３次元モデルが在るべきところに別の構造体の３次元モデルが存在するか否かを確認し（ステップＳ７）、別の構造体の３次元モデルが存在する場合には、この別の構造体の３次元モデルデータを削除し（ステップＳ８）、当該撮像構造体の３次元モデルデータを付加した工作機械１０の３次元モデルデータを生成した後（ステップＳ１０）、当該撮像構造体の３次元モデルデータに前記軸データを付加して（ステップＳ１１）、これらをモデルデータ記憶部３２に格納する（ステップＳ１２）。
【００６２】
尚、当該撮像構造体独自の軸データは、前記入出力装置４０を介した対話入力によって入力され、当該撮像構造体が他の構造体と接続される場合には、その接続関係が自動認識され、接続する他の構造体に係る軸データが当該撮像構造体に係る軸データとして自動的に設定される。例えば、図９に示すように、主軸を軸中心に回転させる主軸モータの軸データをスピンドル軸と表現し、主軸をその軸中心に任意の回転速度で回転送りするＣ軸サーボモータの軸データをＣ軸と表現した場合、これら主軸モータ及びＣ軸サーボモータに接続される主軸の軸データは、これらの軸データであるスピンドル軸及びＣ軸に自動設定され、更に、主軸に接続されるチャック及びワークからなる撮像構造体の軸データは、主軸の軸データであるスピンドル軸及びＣ軸に自動設定される。
【００６３】
一方、別の構造体の３次元モデルが存在しない場合には、次に、ステップＳ１で読み出した工作機械１０の３次元モデルデータ中に、当該工作機械１０の３次元モデル上で配置されるべき撮像構造体の３次元モデルデータが存在するか否かを判断し（ステップＳ９）、当該撮像構造体の３次元モデルが存在しない場合には、当該撮像構造体の３次元モデルデータを付加した工作機械全体の３次元モデルデータを生成して（ステップＳ１０，Ｓ１１）、モデルデータ記憶部３２に格納する（ステップＳ１２）。
【００６４】
そして、このようにしてステップＳ７〜Ｓ１２の更新処理を終えた後、一連の処理を終了する。
【００６５】
斯くして、以上の構成を備えた本例の３次元モデルデータ生成装置１によれば、例えば、加工対象品が変わり、これに応じてワークＷやチャック１３などが交換されると、交換された構造体が、撮像装置２０のＸ軸撮像機構２１，Ｙ軸撮像機構２２及びＺ軸撮像機構２３によって、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向（直交３軸方向）からそれぞれ撮像されて、各軸方向における２次元画像データが生成され、生成された各２次元画像データが画像データ記憶部３０に格納される。
【００６６】
ついで、モデルデータ生成部３１において、画像データ記憶部３０に格納された各２次元画像データが読み出され、読み出された各２次元画像データを基に、撮像構造体の３次元モデルデータが生成され、生成された撮像構造体の３次元モデルデータを基に、モデルデータ記憶部３２に格納された工作機械１０の３次元モデルデータが更新される。
【００６７】
このように、この３次元モデルデータ生成装置１によれば、撮像画像から３次元モデルデータを自動的に生成するようにしているので、工作機械１０を構成する構造体が変更されても、変更後の工作機械１０全体の３次元モデルデータを正確且つ効率的に生成することができる。
【００６８】
そして、このようにして生成された正確な３次元モデルデータを用いて干渉シミュレーションを行うことで、高精度なシミュレーションを迅速且つ効率的に行うことができる。
【００６９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００７０】
上例では、前記工作機械１０としてＮＣ旋盤を、前記撮像構造体としてワークＷを保持したチャック１３を一例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、前記工作機械１０には、マシニングセンタなど各種の工作機械が含まれ、また、前記撮像構造体には、工具Ｔが装着された刃物台１４の他、工具を保持した主軸やワークＷが載置されたテーブルなど、工作機械１０を構成する各種の構造体が含まれる。
【００７１】
また、上例では、ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂをＺ軸に沿って配設し、ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂをＸ軸に沿って配設し、ＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂをＹ軸に沿って配設したが、ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂをＹ軸に沿って配設し、ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂをＺ軸に沿って配設し、ＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂをＸ軸に沿って配設しても良い。
【００７２】
また、上例では、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸に沿ってそれぞれ２個、合計６個のＣＣＤカメラを設けたが、これに限られるものではなく、まず、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のうちの適宜一つの軸に沿って２個のＣＣＤカメラを設置し、これを他の２軸に沿うように順次移動させて、この２個のＣＣＤカメラによってＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向から前記構造体を撮像するように構成して良く、更には、１個のＣＣＤカメラをＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸に沿って移動可能にし、各軸に沿ったそれぞれ２箇所から前記構造体を撮像して、各軸に付きそれぞれ得られた２つの画像データを基に、前記撮像構造体の３次元モデルデータを生成するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る３次元モデルデータ生成装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】 図１における矢示Ａ−Ａ方向の側面図である。
【図３】 本実施形態に係るモデルデータ生成部における一連の処理を示したフローチャートである。
【図４】 ３次元モデルデータの生成について説明するための説明図である。
【図５】 ３次元モデルデータの生成について説明するための説明図である。
【図６】 ３次元モデルデータの生成について説明するための説明図である。
【図７】 ３次元モデルデータの生成について説明するための説明図である。
【図８】 ３次元モデルデータの生成について説明するための説明図である。
【図９】 ３次元モデルデータの生成について説明するための説明図である。
【図１０】 ３次元モデルデータのデータ構成を説明するための説明図である。
【図１１】 ３次元モデルデータのデータ構成を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ ３次元モデルデータ生成装置
１０ 工作機械
１３ チャック
１３ａ チャック本体
１３ｂ 把持爪
２０ 撮像装置
２１ Ｘ軸撮像機構
２１ａ，２１ｂ ＣＣＤカメラ
２２ Ｙ軸撮像機構
２２ａ，２２ｂ ＣＣＤカメラ
２３ Ｚ軸撮像機構
２３ａ，２３ｂ ＣＣＤカメラ
３０ 画像データ記憶部
３１ モデルデータ生成部
３２ モデルデータ記憶部
Ｗ ワーク
【発明の属する技術分野】
本発明は、相互に直交する少なくとも第１軸及び第２軸方向に被送り台を移動させることができるようになった工作機械を構成する構造体の３次元モデルデータを生成する３次元モデルデータ生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械は、例えば、ワークを保持するチャック、チャックを軸中心に回転させる主軸、工具が装着される刃物台、刃物台を少なくとも直交２軸方向に移動させる駆動機構部といった各種の構造体からなり、前記ワークと工具との間に適宜相対運動を与えることによって当該ワークを加工するように構成されている。
【０００３】
前記駆動機構部の作動は、制御装置により、適宜作成されたＮＣプログラムに基づいて制御されるが、このＮＣプログラムに誤りがあると、工具とワークとが干渉するといった事故が起こる恐れがある。
【０００４】
このため、新規に作成されたＮＣプログラムについては、これを基に試加工を行ってこのＮＣプログラムに誤りがあるか否かを確認したり、また、近年では、工作機械の３次元モデルデータを用いて、コンピュータ上で干渉シミュレーションを行うことにより、ＮＣプログラムに誤りがあるか否かを確認している。
【０００５】
前記工作機械の３次元モデルデータは、当該工作機械を構成する複数の構造体に係る３次元モデルデータがそれぞれ相互に関連付けられて構成されており、前記各構造体の３次元モデルデータは、当該構造体の３次元形状を定義した形状データを少なくとも含んで構成される。
【０００６】
そして、前記工作機械及び各構造体の３次元モデルデータは、通常、３次元ＣＡＤ（Ｃｕｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）システムを用いて、ＣＡＤオペレータにより適宜作成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようにして作成される３次元モデルデータを用いた上記干渉シミュレーションでは、例えば、ワークの形状やこれを保持するチャックの形状などが変更されると、これに合わせて前記ワークやチャックの３次元モデルデータを新規に作成し、作成した３次元モデルデータを用いて前記工作機械全体の３次元モデルデータを修正，更新しなければならず、迅速に干渉シミュレーションを行うことができないという問題がある。
【０００８】
特に、近年のワーク加工は多品種少量生産であり、加工すべきワークの形状が頻繁に変更となるため、その都度、上記のようにワークやチャックの３次元モデルデータを新規に作成していたのでは、著しく生産性が低下することになる。
【０００９】
また、前記工作機械や各構造体の３次元モデルデータは、ＣＡＤオペレータの作成ミスなどによって、実際の形状と異なっていることがあり、このような場合には、正確な干渉シミュレーションを行うことができないという問題もある。
【００１０】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、工作機械の実態に即した当該工作機械やその構造体の３次元モデルデータを、効率的且つ正確に生成することができる３次元モデルデータ生成装置の提供をその目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するための本発明は、相互に直交する少なくとも第１軸及び第２軸方向に被送り台を移動させることができるようになった工作機械を構成する構造体の３次元モデルデータを生成する装置であって、
前記構造体を撮像して画像データを生成する撮像手段と、前記撮像手段によって生成された画像データを基に、前記構造体の３次元形状を定義した形状データを少なくとも含んで構成される３次元モデルデータを生成するモデルデータ生成手段とを備えた３次元モデルデータ生成装置に係る。
【００１２】
前記撮像手段は、それぞれ所定の間隔を隔てて設けられた２つの撮像部を備え、当該各撮像部により前記構造体を撮像して２次元画像データをそれぞれ生成する第１、第２、及び第３の３つの撮像手段から構成されているのが好ましく、この場合、前記第１の撮像手段は、前記２つの撮像部が前記第２軸、又は前記第１軸及び第２軸の双方と直交する第３軸に沿って配設されると共に、各撮像部が前記第１軸に沿った方向から前記構造体を撮像するように構成され、前記第２の撮像手段は、前記２つの撮像部が前記第１軸又は第３軸に沿って配設されると共に、各撮像部が前記第２軸に沿った方向から前記構造体を撮像するように構成され、前記第３の撮像手段は、前記２つの撮像部が前記第１軸又は第２軸に沿って配設されると共に、各撮像部が前記第３軸に沿った方向から前記構造体を撮像するように構成される。
【００１３】
また、モデルデータ生成手段は、前記第１、第２、第３の撮像手段によってそれぞれ生成された各２個の２次元画像データを基に、前記構造体の３次元モデルデータを生成する。
【００１４】
この３次元モデルデータ生成装置によれば、まず、第１、第２、第３の撮像手段によって、工作機械を構成する構造体が第１軸，第２軸及び第３軸に沿った方向（直交３軸方向）からそれぞれ撮像され、２次元配列の濃淡データからなる２次元画像データがそれぞれ生成される。このとき、前記第１、第２、第３の撮像手段には、２つの撮像部がそれぞれ設けられていることから、これらの各撮像部に対応した２つの２次元画像データがそれぞれ生成される。
【００１５】
そして、前記第１、第２、第３の撮像手段によってそれぞれ生成された各２個の２次元画像データを基に、モデルデータ生成手段によって、前記構造体の３次元形状を定義した形状データを少なくとも含んで構成される３次元モデルデータが生成される。
【００１６】
具体的には、前記モデルデータ生成手段は、まず、前記第１、第２、第３の撮像手段によってそれぞれ生成された各２次元画像データを所定のしきい値で２値化して前記構造体に相当する画像をそれぞれ抽出し、抽出した各２値化画像を基に、前記構造体の輪郭線に対応する形状線をそれぞれ抽出する。尚、上記のように、前記第１、第２、第３の撮像手段には、それぞれ２つの撮像部が設けられており、各撮像部毎に形状線が抽出される。
【００１７】
ついで、各撮像手段毎にそれぞれ抽出された２つの形状線を基に、３次元空間内における前記構造体の実輪郭線の座標位置を、当該撮像手段の撮像方向毎に三角測量法を用いて算出する。尚、このとき算出される座標位置は、各撮像手段の撮像部に対する相対的な座標位置である。
【００１８】
次に、各撮像方向についてそれぞれ算出された実輪郭線の座標位置、及び各撮像手段の撮像部の相対的な位置関係を基に、例えば当該各実輪郭線をそれぞれ稜線とする前記構造体の３次元形状を推定して、該３次元形状を定義する形状データを少なくとも含んで構成される３次元モデルデータを生成する。
【００１９】
尚、前記形状データは、構造体の３次元形状を構成する各頂点の３次元空間内における座標値たる頂点座標データ、２つの頂点を結んで構成される稜線の方程式データ、前記稜線と前記２つの頂点とを関連付ける稜線データ、稜線により囲まれて形成される面の方程式データ、及び前記面と前記稜線とを関連付ける面データなどからなる。
【００２０】
また、前記工作機械を構成する構造体には、例えば、工作機械がＮＣ旋盤である場合には、ベッド、ベッド上に配設された主軸台、主軸台に回転自在に支持された主軸、主軸に取り付けられたチャック、ベッド上に移動可能に配設されたサドル、サドル上に配設された刃物台などが該当し、工作機械がマシニングセンタである場合には、ベッド、ベッド上に配設されたコラム、コラムに移動可能に支持された主軸頭、主軸頭に回転自在に支持された主軸、ベッド上に移動可能に配設されたテーブルなどが該当する。
【００２１】
以上述べたように、この３次元モデルデータ生成装置によれば、工作機械を構成する構造体を直交する３方向からそれぞれ撮像し、撮像によって得られた２次元画像データを基に、当該構造体の３次元モデルデータを自動生成するようにしているので、正確な３次元モデルデータを効率的に生成することができる。
【００２２】
そして、このようにして生成された正確な３次元モデルデータを用いて干渉シミュレーションを行うことで、高精度なシミュレーションを迅速且つ効率的に行うことができる。
【００２３】
また、前記３次元モデルデータ生成装置は、前記工作機械を構成する複数の構造体に係る３次元モデルデータがそれぞれ相互に関連付けられて構成された前記工作機械全体の３次元モデルデータを予め記憶したモデルデータ記憶手段を更に備えて構成され、前記モデルデータ生成手段が、前記第１、第２、第３の撮像手段により撮像された構造体について、それぞれ生成された２次元画像データを基に該構造体の３次元モデルデータを生成するとともに、該構造体が前記工作機械全体の３次元モデル上で位置すべき座標位置を算出し、算出された座標位置データ，前記構造体の３次元モデルデータ及び前記モデルデータ記憶手段に格納された工作機械全体の３次元モデルデータを基に、当該工作機械全体の３次元モデルデータを更新して、前記構造体を含む工作機械全体の３次元モデルデータを生成するように構成されていても良い。
【００２４】
この３次元モデルデータ生成装置によれば、前記モデルデータ記憶手段に、工作機械を構成する複数の構造体に係る３次元モデルデータがそれぞれ相互に関連付けられて構成された工作機械全体の３次元モデルデータが予め格納される。例えば、前記工作機械がＮＣ旋盤である場合、ベッドの３次元モデルデータと刃物台及び主軸台の３次元モデルデータ、主軸台の３次元モデルデータと主軸の３次元モデルデータ、主軸の３次元モデルデータとチャックの３次元モデルデータ、チャックの３次元モデルデータとワークの３次元モデルデータなどがそれぞれ相互に関連付けられて工作機械全体の３次元モデルデータが構成され、この工作機械全体の３次元モデルデータが前記モデルデータ記憶手段に格納される。
【００２５】
ついで、前記第１、第２、第３の撮像手段によって撮像された構造体の２次元画像データを基に、上述のようにして当該構造体の３次元モデルデータが生成される。そして、各撮像手段の撮像部と当該工作機械との相対的な位置関係を基に、上記構造体の３次元モデルが工作機械全体の３次元モデル上で位置すべき座標位置が算出される。
【００２６】
ついで、算出された座標位置データ，構造体の３次元モデルデータ及びモデルデータ記憶手段に格納された工作機械全体の３次元モデルデータを基に、モデルデータ記憶手段に格納された工作機械全体の３次元モデルデータが更新され、構造体の３次元モデルデータが配置された工作機械全体の３次元モデルデータが生成される。具体的には、モデルデータ記憶手段に格納された工作機械全体の３次元モデルデータ中に、構造体の３次元モデルデータが存在しない場合には、当該構造体の３次元モデルデータを付加した工作機械全体の３次元モデルデータを生成し、構造体の３次元モデルが在るべきところに別の構造体の３次元モデルが存在する場合には、この別の構造体の３次元モデルデータを削除した後、当該構造体の３次元モデルデータを付加した工作機械全体の３次元モデルデータを生成する。
【００２７】
斯くして、この３次元モデルデータ生成装置によれば、構造体の正確な３次元モデルデータを効率的に生成することができるとともに、当該構造体を含む工作機械全体の３次元モデルデータを正確に（即ち、工作機械の実態と一致するように）且つ効率的に更新，生成することができる。
【００２８】
また、前記構造体の３次元モデルデータは、当該構造体について設定された移動軸及び回転軸のうち少なくとも一方に関する情報を含んで構成されていることが好ましい。例えば、前記構造体が刃物台である場合には、その３次元モデルデータはこれが主軸軸線に沿った方向に移動するといった情報を含んで構成され、前記構造体がチャックである場合には、その３次元モデルデータはこれがその軸中心に回転するといった情報を含んで構成される。このようにすれば、構造体が工作機械上でどのように移動や回転するのかを定義することができるので、より干渉シミュレーションに適した３次元モデルデータとなる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について添付図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る３次元モデルデータ生成装置の概略構成を示したブロック図であり、図２は、図１における矢示Ａ−Ａ方向の側断面図である。
【００３０】
図１に示すように、本例の３次元モデルデータ生成装置１は、工作機械１０に付設され、当該工作機械１０を構成する構造体を撮像して、２次元画像データを生成する撮像装置２０と、この撮像装置２０により撮像，生成された前記構造体の２次元画像データを記憶する画像データ記憶部３０と、この画像データ記憶部３０に格納された２次元画像データを基に、前記撮像された構造体（以下、「撮像構造体」という）の３次元モデルデータを生成するモデルデータ生成部３１と、前記工作機械１０全体の３次元モデルデータを記憶するモデルデータ記憶部３２と、前記モデルデータ生成部３１及びモデルデータ記憶部３２に接続された入出力装置４０などを備えて構成される。
【００３１】
尚、本例における前記工作機械１０はＮＣ旋盤であり、ベッド１１、このベッド１１上に配設された主軸台（図示せず）、この主軸台（図示せず）にＺ軸（主軸１２の軸線と平行な軸）周り（Ｃ軸方向）に回転自在に支持された主軸１２、この主軸１２に取り付けられたチャック１３、直交３軸（Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸）方向に移動可能に前記ベッド１１上に配設された刃物台１４などの各種構造体から構成される。また、チャック１３は、本体１３ａと、本体１３ａに取り付けられる複数の把持爪１３ｂとからなる。
【００３２】
図１及び図２に示すように、前記撮像装置２０は、所定の間隔を隔てて設けられた２つのＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂを備えたＸ軸撮像機構２１、同じく所定の間隔を隔てて設けられた２つのＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂを備えたＹ軸撮像機構２２及び同じく所定の間隔を隔てて設けられた２つのＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂを備えたＺ軸撮像機構２３から構成され、本例では、図７に示すワークＷを把持したチャック１３をそれぞれ撮像対象としている。
【００３３】
前記Ｘ軸撮像機構２１は、ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂがＺ軸に沿って配設され、Ｘ軸に沿った方向から前記チャック１３及びワークＷを撮像し、前記Ｙ軸撮像機構２２は、ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂがＸ軸に沿って配設され、Ｙ軸に沿った方向から前記チャック１３及びワークＷを撮像し、前記Ｚ軸撮像機構２３は、ＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂがＹ軸に沿って配設され、Ｚ軸に沿った方向から前記チャック１３及びワークＷを撮像するようにそれぞれ構成される。
【００３４】
また、前記Ｘ軸撮像機構２１，Ｙ軸撮像機構２２及びＺ軸撮像機構２３は、それぞれ非撮像時には待避位置に格納され、撮像時に駆動装置２４，２５，２６によって、待避位置から撮像位置に移動せしめられるように構成されている。
【００３５】
前記各ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂは、多行多列の２次元に配置された複数の光電変換素子を備え、受光強度に応じて各光電変換素子から出力される電圧信号をデジタル化した後、これを濃淡レベル値に変換して、前記光電変換素子の配列と同配列の２次元濃淡画像データとして出力する。
【００３６】
そして、前記画像データ記憶部３０には、前記各ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂから出力された２次元濃淡画像データがそれぞれ格納される。
【００３７】
前記モデルデータ記憶部３２には、３次元ＣＡＤシステムなどを用いて適宜作成された工作機械１０全体の３次元モデルデータが入出力装置４０を介して予め格納される。この工作機械１０全体の３次元モデルデータは、これを構成する各構造体の３次元モデルデータがそれぞれ相互に関連付けられて構成され、例えば、本例では、ベッド１１の３次元モデルデータと刃物台１４及び主軸台（図示せず）の３次元モデルデータ、主軸台（図示せず）の３次元モデルデータと主軸１２の３次元モデルデータ、主軸１２の３次元モデルデータとチャック１３の３次元モデルデータ、チャック１３の３次元モデルデータとワークＷの３次元モデルデータなどがそれぞれ相互に関連付けられて、工作機械１０全体の３次元モデルデータとして生成され、モデルデータ記憶部３２に格納される。
【００３８】
前記３次元モデルデータは、前記構造体の３次元形状を定義した形状データ、並びに当該構造体について設定された移動軸及び回転軸のうち少なくとも一方に関する軸データを少なくとも含んで構成される。形状データは、構造体の３次元形状を構成する各頂点の３次元空間内における座標値たる頂点座標データ、２つの頂点を結んで構成される稜線の方程式データ、前記稜線と前記２つの頂点とを関連付ける稜線データ、稜線により囲まれて形成される面の方程式データ、及び前記面と前記稜線とを関連付ける面データなどからなり、例えば、３次元形状が図１０に示すような形状の場合には、図１１に示すような形状データとなる。また、前記軸データは、例えば、刃物台１４の場合には、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸となり、チャック１３の場合には、Ｃ軸となる。
【００３９】
前記モデルデータ生成部３１は、前記画像データ記憶部３０に格納された各２次元濃淡画像データを基に、前記チャック１３及びワークＷの３次元形状を定義した前記形状データを少なくとも含んで構成される３次元モデルデータを生成するとともに、チャック１３及びワークＷが前記工作機械１０全体の３次元モデル上で位置すべき座標位置を算出し、算出した座標位置データ、チャック１３及びワークＷの３次元モデルデータ及び前記モデルデータ記憶部３２に格納された工作機械１０全体の３次元モデルデータを基に、当該工作機械１０全体の３次元モデルデータを更新して、撮像したチャック１３及びワークＷを含む工作機械１０全体の３次元モデルデータを生成する。
【００４０】
具体的には、モデルデータ生成部３１は、図３に示すような処理を行うように構成される。尚、前記撮像装置２０により、ワークＷを把持したチャック１３が撮像され、撮像された２次元濃淡画像データがそれぞれ前記画像データ記憶部３０に格納されているのものとする。尚、以下では、ワークＷとチャック１３を撮像構造体という。
【００４１】
モデルデータ生成部３１は、まず、前記モデルデータ記憶部３２に格納された工作機械１０全体の３次元モデルデータを、当該モデルデータ記憶部３２から読み出すとともに（ステップＳ１）、前記画像データ記憶部３０に格納された撮像構造体の各２次元濃淡画像データを、当該画像データ記憶部３０からそれぞれ読み出す（ステップＳ２）。
【００４２】
ついで、読み出した各２次元画像データを所定のしきい値で２値化して前記撮像構造体の画像をそれぞれ抽出し、抽出した２値化画像をラスター方向に走査して、２値化画像の輪郭線をそれぞれ抽出する（ステップＳ３）。
【００４３】
尚、前記ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂによって撮像された２値化画像の輪郭線を図４の（ａ），（ｂ）に示し、前記ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂによって撮像された２値化画像の輪郭線を図５の（ａ），（ｂ）に示し、前記ＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂによって撮像された２値化画像の輪郭線を図６の（ａ），（ｂ）に示している。
【００４４】
次に、前記Ｘ軸撮像機構２１，Ｙ軸撮像機構２２及びＺ軸撮像機構２３の各撮像機構部毎にそれぞれ抽出された２つの輪郭線を基に、３次元空間内における撮像構造体の実輪郭線の座標位置を、各撮像機構部の撮像方向毎に三角測量法を用いて算出する（ステップＳ４）。但し、このとき算出される座標位置は、各撮像機構部に対する相対的な座標位置である。
【００４５】
ここで、三角測量法により、前記撮像構造体の実輪郭線の３次元空間内における座標位置を算出する手法について簡単に説明する。
【００４６】
例えば、図４（ａ），（ｂ）に示した画像を撮像する２台のＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂと撮像構造体の実体とは、Ｘ−Ｚ平面で同図４（ｃ）に示した位置関係にある。尚、図４（ｃ）において、ＦａはＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂの各レンズの中心面であり、Ｇａは各結像面である。また、ａはＣＣＤカメラ２１ａのレンズ中心点であり、ｂはＣＣＤカメラ２１ｂのレンズ中心点である。また、Ｒａは前記レンズ中心面Ｆａと結像面Ｇａとの間の距離であり、Ｌａは２台のＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂのレンズ中心点ａ，ｂ間の距離であり、それぞれ予め精密に計測されている。ｃ１及びｄ１はＸ軸と平行な軸であってそれぞれ前記ａ点，ｂ点を通る軸である。
【００４７】
いま、撮像構造体の実体における基準点をＰａとし、前記軸ｃ１，ｄ１が結像面Ｇａと交差する点とこの基準点Ｐａと結ぶ線を設定すると、各線と前記レンズ中心面ＦａとはそれぞれＰａ１及びＰａ２で交差する。即ち、基準点Ｐａから２台のＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂにそれぞれ受光された光は、各レンズ中心面のＰａ１点及びＰａ２点で交差し、各レンズによって偏光されて、Ｐａ１点及びＰａ２点から軸ｃ１，ｄ１と平行に進んで各結像面で結像される。尚、Ｐａ１点及びＰａ２点は図４（ａ），（ｂ）に示した輪郭線画像では、それぞれ、同符合で示す部分にあたる。
【００４８】
したがって、基準点Ｐａが各ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂの結像面に結像された各レンズ中心点ａ，ｂからの距離Ｚ１，Ｚ２が分かれば、三角測量法により、次の数式１によって各ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂから撮像構造体の実体までのＸ軸方向における距離Ｘａを算出することができる。尚、前記距離Ｚ１，Ｚ２は、ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂによって撮像され、処理された図４（ａ），（ｂ）に示した輪郭線画像からこれを容易に算出することができる。但し、図中のｃ２及びｄ２はＹ軸と平行な軸であってそれぞれ前記レンズ中心点ａ，ｂを通る軸である。
【００４９】
【数１】
図５及び図６に示すように、ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂ及びＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂから撮像構造体の実体までの距離についても上記と同様にしてこれを算出することができる。
【００５１】
尚、図５(ｃ)は、ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂと撮像構造体の実体との、Ｘ−Ｙ平面における位置関係を示した図であり、ＦｂはＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂのレンズ中心面であり、Ｇｂは結像面である。ｅはＣＣＤカメラ２２ａのレンズ中心点、ｆはＣＣＤカメラ２２ｂのレンズ中心点、Ｒｂはレンズ中心面Ｆｂと結像面Ｇｂとの間の距離、ＬｂはＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂのレンズ中心点ｅ，ｆ間の距離である。ｇ１，ｈ１はＹ軸と平行な軸であってそれぞれ前記ｅ点，ｆ点を通る軸である。Ｐｂは基準点、Ｐｂ１及びＰｂ２は、軸ｇ１，ｈ１が結像面Ｇｂと交差する点と基準点Ｐｂと結ぶ線がレンズ中心面Ｆｂとそれぞれ交差する点であり、Ｘ１，Ｘ２は、基準点ＰｂがＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂの結像面Ｇｂに結像された各レンズ中心点ｅ，ｆからの距離である。また、図５(ａ)及び（ｂ）にそれぞれ記載されるｇ２及びｈ２はＺ軸と平行な軸であってそれぞれ前記ｅ点，ｈ点を通る軸である。
【００５２】
また、図６(ｃ)は、ＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂと撮像構造体の実体との、Ｙ−Ｚ平面における位置関係を示した図であり、ＦｃはＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂのレンズ中心面であり、Ｇｃは結像面である。ｊはＣＣＤカメラ２３ａのレンズ中心点、ｋはＣＣＤカメラ２３ｂのレンズ中心点、Ｒｃはレンズ中心面Ｆｃと結像面Ｇｃとの間の距離、ＬｃはＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂのレンズ中心点ｊ，ｋ間の距離である。ｍ１，ｎ１はＺ軸と平行な軸であってそれぞれ前記ｊ点，ｋ点を通る軸である。Ｐｃは基準点、Ｐｃ１及びＰｃ２は、軸ｍ１，ｎ１が結像面Ｇｃと交差する点と基準点Ｐｃと結ぶ線がレンズ中心面Ｆｃとそれぞれ交差する点であり、Ｙ１，Ｙ２は、基準点ＰｃがＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂの結像面Ｇｃに結像された各レンズ中心点ｊ，ｋからの距離である。また、図６(ａ)及び（ｂ）にそれぞれ記載されるｍ２及びｎ２はＸ軸と平行な軸であってそれぞれ前記ｊ点，ｋ点を通る軸である。
【００５３】
そして、ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂから撮像構造体の実体までの距離Ｙｂ、及びＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂから撮像構造体の実体までの距離Ｚｃは、それぞれ次の数式２，数式３によって算出される。
【００５４】
【数２】
【数３】
以上のようにして、前記撮像構造体の実輪郭線の３次元空間内における座標位置が算出される。
【００５７】
次に、各撮像方向についてそれぞれ算出された実輪郭線の座標位置、及び各ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ間の相対的な位置関係を基に、当該各実輪郭線をそれぞれ稜線とする前記撮像構造体の３次元形状を推定して、該３次元形状を定義する形状データを少なくとも含んで構成される３次元モデルデータを生成する（ステップＳ５）。
【００５８】
図８に、ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ間の相対的な位置関係を基に、前記各撮像方向の実輪郭線を配置した概念図を示し、図７に、推定された撮像構造体の３次元形状を示している。
【００５９】
次に、各ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂと工作機械１０との相対的な位置関係を基に、上記撮像構造体の３次元モデルが工作機械１０の３次元モデル上で位置すべき座標位置が算出される（ステップＳ６）。
【００６０】
そして、算出した工作機械１０の３次元モデル上での座標位置データ，撮像構造体の３次元モデルデータ及びステップＳ１で読み出した工作機械１０の３次元モデルデータを基に、工作機械１０の３次元モデルデータを更新する（ステップＳ７〜Ｓ１２）。
【００６１】
具体的には、ステップＳ１で読み出した工作機械１０の３次元モデル上で、当該撮像構造体の３次元モデルが在るべきところに別の構造体の３次元モデルが存在するか否かを確認し（ステップＳ７）、別の構造体の３次元モデルが存在する場合には、この別の構造体の３次元モデルデータを削除し（ステップＳ８）、当該撮像構造体の３次元モデルデータを付加した工作機械１０の３次元モデルデータを生成した後（ステップＳ１０）、当該撮像構造体の３次元モデルデータに前記軸データを付加して（ステップＳ１１）、これらをモデルデータ記憶部３２に格納する（ステップＳ１２）。
【００６２】
尚、当該撮像構造体独自の軸データは、前記入出力装置４０を介した対話入力によって入力され、当該撮像構造体が他の構造体と接続される場合には、その接続関係が自動認識され、接続する他の構造体に係る軸データが当該撮像構造体に係る軸データとして自動的に設定される。例えば、図９に示すように、主軸を軸中心に回転させる主軸モータの軸データをスピンドル軸と表現し、主軸をその軸中心に任意の回転速度で回転送りするＣ軸サーボモータの軸データをＣ軸と表現した場合、これら主軸モータ及びＣ軸サーボモータに接続される主軸の軸データは、これらの軸データであるスピンドル軸及びＣ軸に自動設定され、更に、主軸に接続されるチャック及びワークからなる撮像構造体の軸データは、主軸の軸データであるスピンドル軸及びＣ軸に自動設定される。
【００６３】
一方、別の構造体の３次元モデルが存在しない場合には、次に、ステップＳ１で読み出した工作機械１０の３次元モデルデータ中に、当該工作機械１０の３次元モデル上で配置されるべき撮像構造体の３次元モデルデータが存在するか否かを判断し（ステップＳ９）、当該撮像構造体の３次元モデルが存在しない場合には、当該撮像構造体の３次元モデルデータを付加した工作機械全体の３次元モデルデータを生成して（ステップＳ１０，Ｓ１１）、モデルデータ記憶部３２に格納する（ステップＳ１２）。
【００６４】
そして、このようにしてステップＳ７〜Ｓ１２の更新処理を終えた後、一連の処理を終了する。
【００６５】
斯くして、以上の構成を備えた本例の３次元モデルデータ生成装置１によれば、例えば、加工対象品が変わり、これに応じてワークＷやチャック１３などが交換されると、交換された構造体が、撮像装置２０のＸ軸撮像機構２１，Ｙ軸撮像機構２２及びＺ軸撮像機構２３によって、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向（直交３軸方向）からそれぞれ撮像されて、各軸方向における２次元画像データが生成され、生成された各２次元画像データが画像データ記憶部３０に格納される。
【００６６】
ついで、モデルデータ生成部３１において、画像データ記憶部３０に格納された各２次元画像データが読み出され、読み出された各２次元画像データを基に、撮像構造体の３次元モデルデータが生成され、生成された撮像構造体の３次元モデルデータを基に、モデルデータ記憶部３２に格納された工作機械１０の３次元モデルデータが更新される。
【００６７】
このように、この３次元モデルデータ生成装置１によれば、撮像画像から３次元モデルデータを自動的に生成するようにしているので、工作機械１０を構成する構造体が変更されても、変更後の工作機械１０全体の３次元モデルデータを正確且つ効率的に生成することができる。
【００６８】
そして、このようにして生成された正確な３次元モデルデータを用いて干渉シミュレーションを行うことで、高精度なシミュレーションを迅速且つ効率的に行うことができる。
【００６９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００７０】
上例では、前記工作機械１０としてＮＣ旋盤を、前記撮像構造体としてワークＷを保持したチャック１３を一例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、前記工作機械１０には、マシニングセンタなど各種の工作機械が含まれ、また、前記撮像構造体には、工具Ｔが装着された刃物台１４の他、工具を保持した主軸やワークＷが載置されたテーブルなど、工作機械１０を構成する各種の構造体が含まれる。
【００７１】
また、上例では、ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂをＺ軸に沿って配設し、ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂをＸ軸に沿って配設し、ＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂをＹ軸に沿って配設したが、ＣＣＤカメラ２１ａ，２１ｂをＹ軸に沿って配設し、ＣＣＤカメラ２２ａ，２２ｂをＺ軸に沿って配設し、ＣＣＤカメラ２３ａ，２３ｂをＸ軸に沿って配設しても良い。
【００７２】
また、上例では、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸に沿ってそれぞれ２個、合計６個のＣＣＤカメラを設けたが、これに限られるものではなく、まず、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のうちの適宜一つの軸に沿って２個のＣＣＤカメラを設置し、これを他の２軸に沿うように順次移動させて、この２個のＣＣＤカメラによってＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向から前記構造体を撮像するように構成して良く、更には、１個のＣＣＤカメラをＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸に沿って移動可能にし、各軸に沿ったそれぞれ２箇所から前記構造体を撮像して、各軸に付きそれぞれ得られた２つの画像データを基に、前記撮像構造体の３次元モデルデータを生成するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る３次元モデルデータ生成装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】 図１における矢示Ａ−Ａ方向の側面図である。
【図３】 本実施形態に係るモデルデータ生成部における一連の処理を示したフローチャートである。
【図４】 ３次元モデルデータの生成について説明するための説明図である。
【図５】 ３次元モデルデータの生成について説明するための説明図である。
【図６】 ３次元モデルデータの生成について説明するための説明図である。
【図７】 ３次元モデルデータの生成について説明するための説明図である。
【図８】 ３次元モデルデータの生成について説明するための説明図である。
【図９】 ３次元モデルデータの生成について説明するための説明図である。
【図１０】 ３次元モデルデータのデータ構成を説明するための説明図である。
【図１１】 ３次元モデルデータのデータ構成を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ ３次元モデルデータ生成装置
１０ 工作機械
１３ チャック
１３ａ チャック本体
１３ｂ 把持爪
２０ 撮像装置
２１ Ｘ軸撮像機構
２１ａ，２１ｂ ＣＣＤカメラ
２２ Ｙ軸撮像機構
２２ａ，２２ｂ ＣＣＤカメラ
２３ Ｚ軸撮像機構
２３ａ，２３ｂ ＣＣＤカメラ
３０ 画像データ記憶部
３１ モデルデータ生成部
３２ モデルデータ記憶部
Ｗ ワーク
Claims (3)
- 相互に直交する少なくとも第１軸及び第２軸方向に被送り台を移動させることができるようになった工作機械を構成する構造体の３次元モデルデータを生成する装置であって、
それぞれ所定の間隔を隔てて設けられた２つの撮像部を備え、該各撮像部により前記構造体を撮像して２次元画像データをそれぞれ生成する第１、第２、及び第３の３つの撮像手段と、
前記第１、第２、第３の撮像手段によってそれぞれ生成された各２個の２次元画像データを基に、前記構造体の３次元形状を定義した形状データを少なくとも含んで構成される３次元モデルデータを生成するモデルデータ生成手段とを備えてなり、
前記第１の撮像手段は、前記２つの撮像部が前記第２軸、又は前記第１軸及び第２軸の双方と直交する第３軸に沿って配設されると共に、各撮像部が前記第１軸に沿った方向から前記構造体を撮像するように構成され、
前記第２の撮像手段は、前記２つの撮像部が前記第１軸又は第３軸に沿って配設されると共に、各撮像部が前記第２軸に沿った方向から前記構造体を撮像するように構成され、
前記第３の撮像手段は、前記２つの撮像部が前記第１軸又は第２軸に沿って配設されると共に、各撮像部が前記第３軸に沿った方向から前記構造体を撮像するように構成されるとともに、
前記モデルデータ生成手段は、
前記各撮像手段によってそれぞれ撮像された各２次元画像データを所定のしきい値で２値化して、前記構造体に相当する画像をそれぞれ抽出し、抽出した各２値化画像を基に、前記構造体の輪郭線に対応する形状線をそれぞれ抽出する処理と、
前記各撮像手段毎にそれぞれ抽出された２つの形状線を基に、３次元空間内における前記構造体の実輪郭線の座標位置を、当該各撮像手段の撮像方向毎に三角測量法を用いて算出する処理と、
算出された前記実輪郭線の座標位置、及び前記各撮像手段の撮像部の相対的な位置関係を基に、前記構造体の３次元形状を推定して、該３次元形状を定義する形状データを少なくとも含んで構成される３次元モデルデータを生成する処理と行なうように構成されてなることを特徴とする３次元モデルデータ生成装置。 - 前記工作機械を構成する複数の構造体に係る３次元モデルデータがそれぞれ相互に関連付けられて構成された前記工作機械全体の３次元モデルデータを予め記憶したモデルデータ記憶手段を更に備えて構成され、
前記モデルデータ生成手段は、前記第１、第２、第３の撮像手段により撮像された構造体について、それぞれ生成された２次元画像データを基に該構造体の３次元モデルデータを生成するとともに、該構造体が前記工作機械全体の３次元モデル上で位置すべき座標位置を算出し、算出された座標位置データ，前記構造体の３次元モデルデータ及び前記モデルデータ記憶手段に格納された工作機械全体の３次元モデルデータを基に、該工作機械全体の３次元モデルデータを更新して、前記構造体を含む工作機械全体の３次元モデルデータを生成するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の３次元モデルデータ生成装置。 - 前記構造体の３次元モデルデータが、該構造体について設定された移動軸及び回転軸のうち少なくとも一方に関する情報を含んで構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の３次元モデルデータ生成装置。
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