JPH0726809B2

JPH0726809B2 - 工作物位置座標補正方法

Info

Publication number: JPH0726809B2
Application number: JP62240448A
Authority: JP
Inventors: 忠正山田
Original assignee: 株式会社新潟鐵工所
Priority date: 1987-09-25
Filing date: 1987-09-25
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPS6483103A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、NC（数値制御）工作機械において、工作物
の設置位置に応じた座標補正を自動的かつ正確に行える
ようにした工作物位置座標補正方法に関するものであ
る。

「従来の技術」立型マシニングセンターの使用方法の１つとして、テー
ブル上に工作物の置き、その工作物の座標系（ワーク座
標系）とNCプログラムで想定している座標系（基準座標
系）とを、工作物の位置を修正することにより一致させ
て加工する方法がある。この工作物位置を修正する作業
は時間がかかり煩わしいが、最近これを容易にするた
め、主軸に計測用接触プローブを挿着して工作物位置を
さぐり、座標系を移動する方法（以下、第１の方法とい
う）が開発されている（この技術については、特開昭58
−120109号公報参照）。

上記第１の方法をさらに説明する。NC工作機械で加工す
る場合、工作物は、加工プログラムで想定した位置と姿
勢に置く必要がある。そのため、工作物をテーブル上に
載置し、その位置と姿勢を一致させる設定作業が加工前
の作業となる。しかし、この設定作業は精度を必要とす
ることから、極めて困難であり、長時間を必要とする。
この作業を簡便にし、加工プログラムの基準座標系と現
在載置された工作物のワーク座標系とを一致させる方法
がこの第１の方法である。

すなわち、第４図のごとく、テーブル１上に工作物２を
載置した後に、図示せぬ主軸に接触プローブ３を挿着
し、その先端を工作物２の各所に接触させ、その座標値
を検出する。この検出値に基づいて、加工プログラムの
基準座標系と一致させるために、ワーク座標系をシフト
したり、回転したりする補正を行う。たとえば、第４図
の場合、基準座標系の原点を点（x₀,y₀）までシフト
し、これを中心として、θ_１度だけ座標を回転したもの
が補正後のワーク座標系となる。

上記第１の方法に対して、視覚装置を用いる第２の方法
がある。すなわち、視覚装置で工作物を撮像して、その
画像から工作物の位置を求める方法がロボットとの組合
わせで開発されている（特開昭60−79413号公報）。

「発明が解決しようとする問題点」ところで、上述した従来の方法には、次のような欠点が
あった。

（１）第１の方法の欠点第１の方法では、便利にはなったが、人手が介在するこ
とには相違なく、工作物の設置換え、複数個の工作物の
取付け等において、煩しい作業が発生していた。

すなわち、この方法では工作物位置を探るため、接触プ
ローブ動作を手動操作にて実施しているため、人間が介
在しなければならない。つまり、同一の工作物を複数
個、個々に加工する場合、各工作物をテーブル上に載置
するたびに座標合わせの作業が発生する。また、テーブ
ル上に複数個の工作物を同時に載置して加工する場合
も、一個の加工が終了するたびに、心出し作業（座標を
合わせる作業）が必要になる。

たとえば、第４図のごとく、端面を基準にする単純な形
状の工作物のみでなく、穴中心を基準にしたり、穴と穴
の中心座標を結ぶ線を基準にしたり、種々のワーク座標
系の設定が、工作物毎に必要になってくる。そのため、
加工プログラムの作成者はその意図を作業者に伝える必
要があるが、煩しい作業やオフセット量の計算等が発生
する場合もあり、期待通りにはいかないことがある。

さらに具体的に説明すると、第５図の工作Ｗの加工にお
いて、中心点がO₁（x₁,y₁）の穴Ａと、中心点がO₂（x₂,
y₂）の穴Ｂの各中心点を結ぶ直線が、機械座標系のＸ軸
座標とθ度の角度を持ち、かつ穴Ａの中心座標（x₁,
y₁）を原点とする座標系X_W−Y_Wを基準座標系とし、この
実線のように工作物がテーブル上に載置されていること
を前提にして、その外形を輪郭加工するように加工プロ
グラムがプログラムされていた場合、作業者は穴A,Bを
それぞれ接触プローブで探り、各穴A,Bの中心座標を求
め、その座標値から、それらの点を結ぶ直線のＸ軸に対
する角度と、原点のずれとを算出して、基準座標系とワ
ーク座標系との差異を補正しなければならない。

（２）第２の方法の欠点第２の方法、すなわち視覚装置による位置認識では、カ
メラの分解能からくる制限のため、必要精度が得られな
い欠点がある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、視覚
装置と接触プローブの併用により、工作物の位置に応じ
た高精度な座標補正を実現することのできる工作物位置
座標補正方法を提供することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」上記問題点を解決するために、この発明は、数値制御工
作機械において、テーブル上に設置した工作物を視覚装
置にて撮像し、その画像データに基づいて、当該工作物
の特徴を算出し、その特徴と予め特徴テーブルに記憶さ
れている特徴群とを比較して、当該工作物についての座
標位置合わせの基準ポイントを示す基準ポイントデータ
および加工プログラム番号を割り出す第１の過程と、第
１の過程により割り出された基準ポイントデータが示す
基準ポイントの粗位置を前記画像データ上で算出してメ
モリに記憶する第２の過程と、予め記憶したプログラム
のうち前記加工プログラム番号に対応したものを選択す
るとともに、前記メモリに記憶された粗位置を実際のテ
ーブル上の粗位置に変換演算する第３の過程と、前記第
３の過程によって算出された粗位置を目標にして接触プ
ローブによる自動心出しを行い、これにより、得られた
精位置データに基づき、選択された加工プログラムの基
準座標系とテーブル上の工作物の座標系とが一致するよ
うに補正をする第４の過程とを有することを特徴とす
る。

「作用」上記方法によれば、視覚装置の画像データの特徴から加
工プログラム番号が指定され、これに対応する加工プロ
グラムが読み出される。すなわち、加工物の特徴に応じ
て加工プログラムが決定されるので、異なる加工物が順
次テーブルに載置される場合でも、各加工物に対応した
加工プログラムが自動的に選択される。しかも、選択さ
れた各加工プログラムに対し、座標等の修正がなされる
から、加工物の姿勢に適合した加工が自動的になされ
る。

この場合の座標等の修正は、画像データの特徴から決定
された基準ポイントの粗位置を、まず画像データ上で求
め、次に、この粗位置を実際のテーブル上の粗位置に変
換演算し、そして、この粗位置データを目標にして接触
プローブによる精位置測定を行い、この精位置に従って
座標等を修正するようにしている。

こうして、テーブルへの載置時に発生する工作物の位置
あるいは姿勢（座標回転等含む）のずれを、人手を介さ
ずに修正あるいは補正できるから、従来のような段取り
時の煩しさはなくなり、かつ複数個の工作物の連続加工
運転も可能になる。したがって、自動運転時間を長くで
きる。

「実施例」以下、図面を参照して、この発明の一実施例を説明す
る。

第１図は、この発明を適用したNC工作機械の要部の電気
的構成を示すブロック図である。

図において、10は画像処理装置、20はNC装置である。

画像処理装置10は、工作物を撮像するために、工作機械
の主軸ヘッドに取り付けられたTV（テレビ）カメラ11
と、撮像された画像を記憶する画像メモリ12と、後述す
る特徴テーブル13a等を記憶するデータメモリ13と、工
作物認識プログラム等の制御用プログラムを実行して、
工作物の姿勢や位置を認識する制御部14と、CRT表示装
置とキーボードとが一体となった入出力装置15と、NC装
置20とのデータの授受を行うインターフェイス16とから
構成されている。

上記データメモリ13には、第２図に示す特徴テーブル13
aが格納されている。

特徴テーブル13aは、工作物の特徴量である面積と、各
工作物に対応するプログラム番号と、座標合わせのため
のデータ番号とを格納するものである。

この座標合わせデータ番号は、たとえば第５図の穴A,B
の中心点のように、工作物の姿勢と位置を求めるのに必
要な位置データに対応して付されている。そして、この
座標合わせデータ番号より、座標を合わせるための内容
を知り、その内容に対応して、該当する位置データを算
出し、データメモリ13に記憶する。この位置データは、
画像メモリ12上の画像データを分析して、一定の演算を
施すことにより求められる。

一方、上記特徴量を設定するには、画像処理装置10を利
用する。すなわち、対象となる工作物を撮影して、画像
メモリ12上の面積を算出した後、作業者は、入出力装置
15を操作し、上記面積と加工プログラム番号とを対にし
て、特徴テーブル13aに登録する。

なお、上記面積は、画像メモリ12上の工作物にあたる部
分のビットを数えることで算出される。

第３図は、面積の求め方を説明するための図である。こ
の図で、工作物Ｗの内部では、画素の値が“1"、外部で
は“0"となっており、面積としては、“1"の個数が数え
られる。このため、工作物の実際の面積ではなく、画像
メモリ12に占める量として面積が採取される。そして、
特徴テーブル13aを参照した結果、面積が一致している
プログラム番号が、インターフェイス16を通して、位置
データとともにNC装置20へ送られる。

次に、NC装置20の構成について説明する。

NC装置20は、画像処理装置10内のインターフェイス16と
接続されて、これとデータの授受を行うインターフェイ
ス21と、工作物上の心出し位置の粗位置を記憶するデー
タメモリ22と、ワーク座標系のオフセット量を記憶する
座標系オフセットメモリ23と、制御用プログラムを記憶
し実行する制御部24と、接触プローブ３の出力信号を制
御部24へ供給するためのI/Oインターフェイス25と、Ｘ
軸およびＹ軸の現在位置をカウントする現在位置カウン
タ26とから構成されている。

上記現在位置カウンタ26は、NC装置20からの駆動信号に
よって回転制御されるＸ軸およびＹ軸駆動モータM1,M2
に連結された、パルス発生器E1,E2からのパルス信号を
カウントし、テーブルの移動量を出力するものである。

次に、この実施例の動作を説明する。

この実施例の主要動作は、次の通りである。

（１）画像データから工作物の種別、位置および姿勢
（画像メモリ12上の粗位置）を割り出し、これに対応す
る加工プログラムを選択する。

（２）選択された加工プログラムの先頭部にある工作物
位置補正プログラムの処理を開始する。

（３）画像メモリ12上の粗位置からテーブル上の工作物
の粗位置を算出した後、接触プローブ３の出力に基づい
て精位置を算出し、ワーク座標系の位置補正を実行す
る。

（４）補正後のワーク座標系において、加工プログラム
を実行し、加工する。

（５）工作物をカメラ11の視界に一つずつ搬送し、上記
（１）〜（４）の動作を繰り返す。

以下、これらの動作につき詳細に説明する。

（１）工作物の種別、姿勢、位置と加工プログラムの割
り出し作業者は、工作物をテーブル上に載置し、NC装置20の工
作物認識プログラム（カスタムマクロにて作成されてい
る）をスタートさせる。

工作物認識プログラムは、画像処理装置10とのインター
フェイス21を通して、テーブル上の工作物の種別を問い
合わせる。

NC装置20から工作物の種別の問い合わせがくると、画像
処理装置10はテーブル上の工作物を画像データとして取
込み、判別に必要な特徴、および座標合わせに必要な位
置データを算出し、その特徴が一致する項目を特徴テー
ブル13aにて捜す。すなわち、画像処理装置10は、カメ
ラ11でテーブル上を撮影し、画像データを入手し、この
画像の全体データから、個別の工作物を取り出し、その
特徴と位置データとを算出する。

通常、このような特徴としては対象物の面積、重心位
置、周囲長、表面の穴数、穴の面積等が利用される（計
測と制御VoL.22,No.3最近の画像計測技術）。算出され
た特徴から、特徴テーブル13aを参照して、一致する特
徴を捜し、一致したときの対応プログラム番号を選択す
る。

面積のみで判別可能な本実施例のような場合、特徴テー
ブル13aは、特徴量である面積と、プログラム番号と、
座標合わせデータで構成されることはすでに述べた。特
徴テーブル13aを参照した結果、面積が一致しているプ
ログラム番号をインターフェイス16を通してNC装置20へ
送る。なお、プログラム番号を送る際には、特徴テーブ
ル13aの座標合わせデータである番号と、その番号に対
応する各箇所の位置データ（画像メモリ12上のデータで
あり、画像から工作物特有の座標系、例えば、重心を原
点とした座標系、から決められる）を送る。

（２）工作物位置補正プログラムの実行 NC装置20では、上記プログラム番号を受け、必要な加工
プログラムを選択し、この加工プログラムの実行を開始
する。加工プログラムの先頭には、工作物の粗位置を算
出するための工作物位置補正プログラムがサブプログラ
ムとして設けられている。

この工作物位置補正プログラムは、画像処理装置10から
受け取った位置データ、つまり画像メモリ12上の粗位置
から、テーブル上における工作物の各箇所の大体の位
置、つまりテーブルの上の粗位置を算出する。すなわ
ち、画像処理装置10から画像メモリ12上の位置データ、
および座標合わせのための基準となるデータを受けと
り、座標合わせデータにおける位置データを、画像メモ
リ12と現物との縮尺を考慮し、実際の工作物の各箇所の
粗位置を算出する。この粗位置は、接触プローブ３を上
記各箇所に持っていくのに必要となるデータである。

この場合、テーブル全面を画像メモリ12に記憶できない
場合は、テーブルを自動的に動かして、対象工作物を画
像メモリ12に記憶する。このときの工作物位置は、Ｘ軸
現在位置カウンタおよびＹ軸現在位置カウンタ等の現在
位置カウンタ26のデータを参照して算出する。この算出
されたデータはNC装置20のデータメモリ22に記憶され
る。

（３）ワーク座標系の補正プログラムの実行工作位置補正プログラムの実行後、加工プログラム上に
サブプログラムとして設けられた本プログラムが実行さ
れる。本プログラムは、座標合わせのために必要な、心
出し位置の粗位置をデータメモリ22から呼び出し、接触
プローブ３を主軸に挿着して、いわゆる、自動心出し機
能を働かして、プローブ先端と工作物との接触点の位置
座標値を知り、その精位置を算出し、この工作物に必要
な座標位置の補正を行う。補正方法としては、NC装置20
の機能である座標系のオフセット機能を利用する。この
機能には、座標系のシフト、回転の機能がある。こうし
て計測したオフセット値は、座標系オフセットメモリ23
に格納される。

なお、粗位置を上記（２）項で求める理由は、計測スピ
ードの向上が目的である。すなわち、端面位置を探るた
め、始めから低速度で接触プローブ３を動かし、端面を
捜しては時間がかかり過ぎる。また、穴中心座標のよう
な場合、穴がどこにあるか不明のため、事実上接触プロ
ーブ３では捜せない。

逆に、画像データから工作物位置を正確に知ることは難
しい。画像による位置認識の精度は、画像を取込むカメ
ラ11の分解能に左右される。現状のカメラでは、512×5
12（たて×よこ）ビット程度であるため、テーブルの大
きさが400×1000mmであると、たて方向は約0.8mm、よこ
方向は約2mm程度となり、このままでは、位置補正には
使用できない。分割して撮影するなどの手法を使用して
も、1/2〜1/10程度であり、必要分解能１μｍには達し
ない。このため、接触プローブ３との併用が現実的であ
る。

計測動作の結果得られた座標値、すなわち精位置を使用
して、工作物の現在位置、姿勢に合うようにワーク座標
系を補正し、加工プログラムに座標系と一致させる。

（４）切削プログラムの実行座標系のオフセット後、その座標系において切削プログ
ラムを実行して、通常の切削が実行される。

以上の操作が自動で行われる故に、テーブル上の任意位
置に載置された工作について、手動操作による煩しい心
出し作業が不要になる。

なお、テーブル上に複数個の工作物がある場合、テーブ
ルを移動させて、工作物が一つずつカメラ11の視界に入
るように、NC装置20のメインプログラム（工作物認識プ
ログラムを含むプログラム）に移動量を設定するが、こ
れは、作業者がテーブル上に載置した工作物に対応し
て、NC装置のCRT操作盤を通して設定する。すなわち、
メインプログラムは、次のような手順で処理を実行す
る。

ａ）工作物認識プログラム実行ｂ）移動指令ｃ）工作物認識プログラム実行ｄ）移動指令・・・終りコードまた、工作物をカメラ11の視界に入れるのに必要な移動
量を知る手段としては、手動操作でテーブルを動かし、
画像を表示するCRT表示装置に目的の工作物が表示され
たときの移動量を参考にする方法等がある。

次に、第５図を参照して、さらに具体的に実施例の動作
を説明する。図において、実線で示す工作物Ｗの位置が
プログラムで想定した工作物の位置であり、点線で示す
工作物Ｗ′が実際にテーブル上に載置された位置である
とする。

作業者が工作物認識プログラムをスタートさせると、点
線で示した工作物Ｗ′が画像メモリ12に取り込まれる。
この工作物Ｗ′の面積を、画像メモリ12上のドット数を
数えることにより算出する。今の場合、ドット数が262
であったとすると、この工作物Ｗ′は、特徴テーブル13
aから、O1034のプログラム番号の工作物と認識される。

同時に、座標合わせたデータ番号２に対応する穴Ａ′,
B′の、画像メモリ12上における粗位置が求められ、こ
れらがデータメモリ13に記憶される。求められた粗位置
データは、インターフェイス16を通して、NC装置20に送
られ、NC装置20内のデータメモリ22に記憶される。

上記各データを受け取ると、NC装置20内の制御部24は、
O1034プログラムをスタートさせる。このプログラムの
先頭には工作物位置補正プログラムが設けられている。

この工作物位置補正プログラムは、データメモリ22に格
納されている、画像メモリ12上における穴Ａ′,B′の粗
位置から、縮尺を考慮し、テーブル上での穴Ａ′の中心
点O₁′（X₁′,Y₁′）、および穴Ｂ′の中心点O₂′
（X₂′,Y₂′）の近傍点を算出する。

次いで、接触プローブ３を主軸に挿着し、その先端を、
算出された穴Ａ′の中心位置に位置決めし、穴Ａ′の正
確な中心位置を求めるため、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向と動作
させ、先端部が接触したときの現在位置カウンタ26のカ
ウント値から、より正確な精位置O₁′（X₁′,Y₁′）を
求める。同様に、穴Ｂ′についても精位置O₂′（X₂′,Y
₂′）を求める。そして、この２点O₁′とO₂′とから、
Ｘ軸に対する傾き（α＋θ）を算出する。

以上のデータから、ワーク座標系のオフセット量
（x₁′,y₁′）を座標系オフセットメモリ23に記憶し、
且つ座標回転機能にα度を設定する。

この結果、点線の工作物Ｗ′を加工するワーク座標系と
して、点（x₁′,y₁′）を原点とし、傾きがαの、新ら
たな座標系X_W′−Y_W′がワーク座標系として設定され
る。そして、このワーク座標系にて、点P₁′の位置から
加工が開始され、実線と同じ加工プログラムにて、加工
が可能となる。

「発明の効果」以上説明したように、この発明は、工作物の画像データ
から粗位置を求め、その後接触プローブにて精位置を求
めて、ワーク座標系の位置補正を自動的に行うようにし
たから、次の効果を得ることができる。

（１）テーブルのような広い測定範囲であっても、基準
ポイントの精位置を検出するまで全て自動的に行うこと
ができる。

（２）工作物に応じた加工プログラムをその工作物の姿
勢に応じた座標系で補正して動作させることができる。
したがって、複数種の工作物が順次テーブル上に異なる
姿勢で載置される場合であっても、人手を全く介さずに
自動運転を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を適用したNC工作機械の要
部の構成を示すブロック図、第２図は特徴テーブル13a
の構成を示す概念図、第３図は画像メモリ12上の工作物
の画像を示す図、第４図は従来のNC工作機械の位置補正
方法を説明するための平面図、第５図は工作物の載置状
態と座標補正を行う方法を平面図である。３……接触プローブ、10……画像処理装置、11……カメ
ラ（視覚装置）、12……画像メモリ、13……データメモ
リ、13a……特徴テーブル、20……NC装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】数値制御工作機械において、テーブル上に
設置した工作物を視覚装置にて撮像し、その画像データ
に基づいて、当該工作物の特徴を算出し、その特徴と予
め特徴テーブルに記憶されている特徴群とを比較して、
当該工作物についての座標位置合わせの基準ポイントを
示す基準ポイントデータおよび加工プログラム番号を割
り出す第１の過程と、第１の過程により割り出された基準ポイントデータが示
す基準ポイントの粗位置を前記画像データ上で算出して
メモリに記憶する第２の過程と、予め記憶したプログラムのうち前記加工プログラム番号
に対応したものを選択するとともに、前記メモリに記憶
された粗位置を実際のテーブル上の粗位置に変換演算す
る第３の過程と、前記第３の過程によって算出された粗位置を目標にして
接触プローブによる自動心出しを行い、これにより、得
られた精位置データに基づき、選択された加工プログラ
ムの基準座標系とテーブル上の工作物の座標系とが一致
するように補正する第４の過程とを有することを特徴とする工作物位置座標補正方法。