JPH01155403A - 加工経路生成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明ｔよ加工経路生成方法に係り、特に三次元視覚装
置を利用した加工経路の自動生成方法に関する。

〈従来技術〉 ＮＣ加ニブログラムを自動作成する自動プログラミング
装置Ｃよ、対話的手法等により入力されたデータを用い
て自動的にＮＣ加ニブログラムを作成できるようになっ
ている。

ところで、かかる従来の自動プログラミングにおいて１
．ｔ、目的とする最終加工形状を有する工作物を得るた
めに、素材形状から削除すべき領域をオペレータが対話
的に逐一指示しなければならなかった。すなわち、従来
はオペレータが素材形状と最終加工形状を比較して、該
最終加工形状を得るために、素材のどこをどの順で加工
するかを判断し、該判断結果に基づいて加工領域を指定
しなければならなかった。

〈発明が解決しようとしている問題点〉このように、従
来の自動プログラミングでは加工領域をオペレータが逐
一人力しなければならず、自動プログラミング操作が面
倒になるという問題がある。

又、従来の自動プログラミングにおいては、最終加工形
状についての寸法図形等は正確なものが用意されている
が、素材形状に関しては一般にそのような図形は用意さ
れておらず、あるいは用意されていたとしても、実物に
正確に一致するものではない。このため、オペレータは
加工領域の指定に際しては、安全性を考慮して実際の素
材より太き目のものを想定して領域を指定する必要があ
り、工具経路に無駄が含まれるという問題がある。

以上から、本発明の目的は素材形状を自動的に、かつ正
確に入力でき、しかも加工領域を自動的に決定して加工
経路を生成する加工経路生成方法を提供することである
。

く問題点を解決するための手段〉 第１図は本発明方法にかかる自動プログラミングシステ
ムのブロック図である。

１１は最終加工形状を有する工作物、１３はモデラ機能
を備えたＣＡＤシステム、１４は素材、１６は三次元視
覚システム、１７は電子計算機である。

く作用〉 三次元視覚システム１６を用いて素材１４の三次元形状
を電子計算機１７に入力すると共に、ＣＡＤシステム１
３より三次元の最終加工形状を電子計算機１７に入力す
る。

電子計算機１７は、入力された最終加工形状と素材形状
を比較し、最終加工形状物１１を得るために素材１４か
ら除去すべき領域を求め、該除去領域に従って加工工具
の動作経路を生成する。

〈実施例〉 第１図、は本発明方法にかかる自動プログラミングシス
テムのブロック図である。

１１は最終加工形状を有する工作物、１２はたとえば最
終加工形状の平面、正面、側面の寸法図が描画されてい
る設計図面シート、１３は工作物１１の各図の寸法より
該工作物の三次元形状を認識して出力するモデラ機能を
備えたＣＡＤシステム、１４は素材、１５は素材を回転
させるターンテーブル、１６は素材の三次元形状を自動
的に識別する三次元視覚システム、１７は三次元の最終
加工形状と素材形状を入力され、自動的に加工領域を判
断すると共に、加工経路（ＮＣ加ニブログラム）を生成
する電子計算機、１８はディスク装置、１９はプリンタ
である。

ＣＡＤシステム１３は、キーボードＫＢ、対話画面を表
示するグラフィックデイスプレィ装置ＣＲＴ、マウスＭ
ＳＥ、その他図示しないがディスク装置、通信インタフ
ェース、処理部を有して構成され、キーボード等から所
定の規則に従って入力された三面図の各寸法に基づいて
自動的に最終加工形状を有する工作物１１の三次元形状
（稜線等）を認識して出力するモデラ機能を備えている
。

三次元視覚システム１６は投光器あるいは投影＠ＰＲＪ
とカメラＣＭＲと画像処理装置ＩＰＲを備え、素材１４
の両偉を取り込み、画像処理を行って該素材の三次元形
状を出力するようになっている。

この三次元視覚システムの原理としては（ｉ）グレイコ
ードパターン光を投影器ＰＲＪで投影して空間をコード
化して表わし、その画像をカメラＣＭＲで撮影して三角
測量の原理により対象物（素材）の三次元情報（画像）
を得るものや、（ｉｉ）スリット光を投影して同様に三
角測量の原理で光の当たっている部分の三次元位置を求
め、スリット光を回転ミラーで走査して、１画面分の三
次元情報（Ｗｌ像）を得るものや、 （２）振幅変調を掛けたレーザボット光の送信波と反射
波の位相差から対象物（素材）迄の距離を計算し、この
レーザ光を２次元的に走査して１画面分の三次元情報（
画像）を得るものなどが知られている。尚、（ｉ）の方
法については「情報処理学会第３３回（昭和６１年後期
）全国大会の学会誌第１５６５ページ乃至第１５６６ペ
ージ（液晶プロジェクタによる高速距離画像計測）」に
示されている。

尚、三次元視覚システム１６により得られる画像は、各
画素が対象物までの距離を表わすので距離画像と呼ばれ
ているが、対象物と背景はある程度以上の距離があれば
分離が容易にできるという特徴がある。従って、三次元
視覚システム１６は対象物（素材）１４の三次元形状を
得て電子計算機１７に入力することが可能である。

ところで、三次元視覚システム１６では素材を１つの方
向から見た場合の三次元情報しか取れないがターンテー
ブル１５を順次一定角度回転させて画像をとって合成す
ることにより全体的な素材の三次元形状を得ることがで
きる。尚、回転により得られた各画像を合成して全体的
な三次元形状を得る手法は、ｒＪＡＡＣＥ　　’　８７
−５　第３１回システムと制御研究発表講演会誌第１１
１ページ乃至第１１２ページ（距離画像生成システムの
ＣＡＤ入力への利用）」に開示されている。

第２図は画像処理装置ＩＰＲにより、素材の三次元形状
を生成するための処理の流れ図である。

まず、距離画像を求める（ステップ１０１）。

尚、素材１１の三次元形状をいくつかの方向から捕える
ことができるように、該素材をターンテーブル１５に載
置しておく。この場合、ターンテーブル１５上には黒い
布を掛けておくとターンテーブルそのもの＼距離画像は
現われない。

ついで、距離画像における素材と背景の分離を行う（ス
テップ１０３）。尚、背景と対象物の間にある程度の距
離が存在すれば、カメラＣＭＲの光軸方向の特定範囲内
の距離画像を素材の距離画像とみなして容易に分離する
ことができる。

素材の距離画像が求まれば、画像処理装置ＩＰＲは該距
離画像を２値化し、それをデイスプレィ画面の縦軸及び
横軸に投影する。これにより２次元的な対象物（素材）
の存在領域が分かる。しかる後、該存在領域を例えばｍ
　Ｘ　ｍ画素の小領域に分割する（ステップ１０５）。

尚、ｍ　Ｘ　ｍとしては、例えば５Ｘ５，７Ｘ７等が考
えられる。

ついで、各小領域の法線ベクトルを求める（ステップ１
０７）。尚、小領域の法線ベクトルは以下のようにして
求めることができろ。

平面の方程式を Ａ−ｘ＋Ｂ−ｙ＋Ｃ−ｚ＋Ｄ＝０ ｚ　＝−Ａ−ｘ／Ｃ−Ｂ−ｙ　／Ｃ−Ｄ／Ｃ（Ｃ≠０）
で表現する。尚、Ｃ＝０はＺ軸に平行な平面を意味し、
従って上式で表現される平面はＺ軸に平行でないものと
する。これは、カメラの光軸をＺ軸とするからであり、
通常このような平面は見えない。ここで、 −Ａ／Ｃ＝町、　−Ｂ／Ｃ＝ｂ、、−Ｄ／Ｃ＝ｄ、とす
ると平面方程式は ｚ＝ａ、・ｘ＋ｂ１＋ｙ＋ｄ。

と変形できる。この結果、最小二乗法の正規方程式は次
のようになる。尚、ｋは小領域の画素数、（ｘ、ｔ　ｙ
ｌｔ　”＋）は第１画素の座標値である。

Σｚ　、＝　ａ　、Σｘ、＋ｂ、Σｙ、＋に−ｄ１（ｉ
＝１〜ｋ）Σｘ、ｚ、＝ａ、Σｘ？＋ｂ、Σｘ、ｙ、＋
ｄ、Σｘ、　　（ｉ＝１〜ｌｃ）ΣＶｌｚｌ”’ｌΣｘ
、ｙ、＋ｂ、Σｙ？＋ｄ、Σｙｌ（ｉ＝１〜ｋ）ガウス
記号を用いて表わすと（Σ”　＋　ｙｉ→［ｘｙｌ等）
以下のようになる。

［Ｘコ　ａ、＋　　［ｙｌ　　ｂ、＋ｋ　−ｄ、＝　　
［ｚコ［ｘｘ］　ａ、＋　［ｘｙｌ　ｂ１＋　［ｘｌ　
ｄ、＝　［ｚｘ］［ｘｙｌ　ａ、＋　［ｙｙｌ　ｂ１＋
　［ｙｌ　ｄ、＝　［ｙｚｌこの連立方程式をａｌ、　
ｂ、、　ｄ、について解くと、”１＝（ｕｙｙ　’　”
！Ｉｆ　ｕ、、　’　ｕ、、）　／Ｖ。

ｂ、＝　（ｕ、、　ｅｕ、、　ｕ、、　−ｕ、、）　／
ｖ。

ｄ１＝　　（［ｚ］　−［ｘｌ　　ａ、−［ｙコ　ｂｌ
）／にただし、 ｖ　＝ｕ　　　会　ｕ　　−ｕ ｕＸ＋１＝［”　］　２−ｋ［ｘｘ］　ｐ　　ｕ−ｙ　
＝［ｘｌ　［ｙ　］　−ｋ［ｘｙ　］　ｅ　ｅｔＣ−以
上により、ａ、、　ｂ、、　ｄ、を求めた後、平面方程
式　ａ、　・ｘ＋ｂ、　・ｙ−ｚ＋ｄ、＝Ｏを標準形ａ
、’　・ｘ＋ｂ、’　・ｙ＋ａ、’　・ｚ−ｄ　’　＝
０に直す。すなわち、 ａ１’　＝ａ、／Ｎｐ　ｂ、’　＝ｂ、／Ｎ、　ｃ、’
　＝−１／Ｎ、　ｄ、’　＝−ｄ、／ＮＮ＝にワ巧■ このとき、ベクトル（ａ、’　、　ｂ１’　、　ｃ、’
　）が、この平面式の単位法線ベクトルとなる。

各小領域の法線ベクトルが求まれば、隣接する小領域の
単位法線ベクトルを比較して、許容範囲以内であれば同
一平面であるとして同一平面領域を統合してゆき、全平
面を求める（ステップ１０９）。

以上により、平面領域の統合が終わったら各平面領域の
重心の位置関係を考慮して隣接平面を推定し、平面間の
交線、換言すれば素材の稜線を求める（ステップ１１１
）。尚、交線は２つの平面方程式を連立した形で表わさ
れる。又、交線同士が交わらない場合があるが、２交線
が最接近するところの中点を頂点とみなす。

以上の処理が終了すれば、ターンテーブル１５を所定角
度（＝９０°）ずつ回転してステップ１０１以降の処理
を繰り返し、得られた各三次元形状を合成して素材の全
体的な三次元形状を得る。

第３図は、電子計算機１７が加工経路を生成するための
処理の流れ図である。

電子計算機１７は、ＣＡＤシステム１３から三次元の最
終加工形状を入力され、かつ三次元視覚システム１６か
ら素材の三次元形状を入力されると、最終加工形状が素
材形状に包含されるように各形状の相対的位置関係を決
定する（ステップ２０１）。

ついで、素材を機械の加工テーブル上に固定する位置、
姿勢を決定する（ステップ２０３）。

しかる後、前記相対的位置関係データ及び加工テーブル
上の素材位置・姿勢データを用いて最終形状を得ろため
の素材の除去領域を求め、該領域を除去するための工具
通路（加工経路）を決定する（ステップ２０５）。尚、
工具通路を決定するに際しては、工具の許容切り込み量
、切削幅等が必要となるがこれらは別途入力されている
ものとする。

以後、現在の姿勢（たとえば加工テーブル回転位置に応
じた姿勢）で素材を加工するために用いられる全工具の
工具通路が決定される迄ステップ２０５の処理を行い（
ステップ２０？）、全工具の工具通路が決定され−ば、
全ての姿勢（加工面）での加工が終了したかチエツクし
、終了していなければ新たな姿勢についてステップ２０
３以降の処理を繰り返し、終了していれば加工経路生成
処理を終了する。

尚、電子計算機１７は加工経＠　（ＮＯ加ニブログラム
）の作成が終了すれば、該ＮＣ加ニブログラムを適宜デ
ィスク装置１８を介してフロッピーディスクに出力した
り、プリンタ１９により印刷出力する。

〈発明の効果〉 以上本発明によれば、三次元視覚装置を用いて工作物の
素材形状を計算機に入力し、最終加工形状と素材形状を
比較し、最終加工形状物を得るために素材形状から除去
すべき領域を求め、該除去領域に従って工具通路を生成
するように構成したから、自動プログラミングに際して
オペレータの負担を著しく軽減でき、更には正確に素材
形状を入力できるから生成される工具通路の無駄をなく
すことができろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法にかかる自動プログラミングシステ
ムのブロック図、 第２図は素材の三次元形状を得るための画像処理装置の
処理の流れ図、 第３図は加工経路を得るための電子計算機の処理の流れ
図である。 １１・・最終加工形状を有する工作物、１３・・モデラ
機能を備えたＣＡＤシステム、１４・・素材、１６・・
三次元視覚システム、１７・・電子計算機 特許出願人　　　　　　　　ファナック株式会社代理人
　　　　　　　　　　弁理士　　齋藤千幹第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 三次元視覚装置を用いて素材の三次元形状を計算機に入
   力する工程と、 三次元の最終加工形状と素材形状を比較し、最終加工形
   状物を得るために素材から除去すべき領域を求める工程
   と、 素材から除去すべき領域に従って加工工具の経路を生成
   する工程とを有することを特徴とする加工経路生成方法
   。