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Patent Searching and Data


Title:
THREE-DIMENSIONAL MODEL DATA CONFIRMING METHOD, AND THREE-DIMENSIONAL MODEL DATA CONFIRMING APPARATUS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/026723
Kind Code:
A1
Abstract:
Provided is a three-dimensional model data confirming apparatus capable of confirming it easily and efficiently, and highly accurately whether or not three-dimensional model data containing a work attached to a machine tool and at least a portion of the machine tool is precise. The three-dimensional model data confirming apparatus (1) comprises CCD cameras (13, 14) for imaging a real work attached to a machine tool (30), to generate the real image data of the work, a model data storage unit (17) for storing the prepared model data, which contains the work attached to the machine tool (30) and at least a portion of the machine tool (30), a virtual image data generating unit (19) for generating two-dimensional image data or the virtual image data of the work by a computer processing on the basis of the model data stored in the model data storage unit (17), and an image data comparing unit (21) for comparing the real image data and the virtual image data of the work by a computer processing, thereby to decide whether or not the real image data and the virtual image data are identical.

Inventors:
TIAN, Xiaodong (945 J Street, #324 Davi, California ., 95616, US)
シャオドン ティアン (95616 カリフォルニア州デービス ジェイ ストリート 945,324号 California, 95616, US)
Application Number:
JP2007/066988
Publication Date:
March 06, 2008
Filing Date:
August 31, 2007
Export Citation:
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Assignee:
MORI SEIKI CO., LTD. (106 Kitakoriyama-cho, Yamatokoriyama-shi Nara, 60, 6391160, JP)
株式会社森精機製作所 (〒60 奈良県大和郡山市北郡山町106番地 Nara, 6391160, JP)
INTELLIGENT MANUFACTURING SYSTEMS INTERNATIONAL (1045 Mason Street, Suite 102 San Francisc, California ., 94108, US)
インテリジェント マニュファクチャリング システムズ インターナショナル (94108 カリフォルニア州サンフランシスコ メーソン ストリート 1045 スイート 102 California, 94108, US)
International Classes:
G05B19/408; G06T17/40
Attorney, Agent or Firm:
MURAKAMI, Satoshi (M & J IP ASSOCIATES, Dojima Building 7th Floor, 6-8 Nishitemma 2-Chome, Kita-ku, Osaka-sh, Osaka 47, 5300047, JP)
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Claims:
 予め作成された、工作機械に取り付けられた被取付物及び少なくとも工作機械の一部を含む3次元モデルに関するデータであり、これらの形状を定義する形状データを少なくとも含んだモデルデータが正確であるかどうかを確認する方法であって、
 撮像カメラにより、前記工作機械に取り付けられた実際の被取付物を予め設定された1以上の視点から撮像して2次元画像データを生成する実画像データ生成工程と、
 コンピュータ処理により、前記予め作成された、被取付物及び少なくとも工作機械の一部を含むモデルデータを基に前記被取付物の2次元データを生成する工程であって、3次元空間を仮想的に設定して、この空間内に前記被取付物及び少なくとも工作機械の一部を含む3次元モデルを配置するとともに前記撮像カメラと同じ条件のカメラを仮想的に設定,配置し、このカメラにより、3次元モデルに係る被取付物を前記実際の被取付物と同様に前記予め設定された視点と同じ視点から撮像したとすれば得られると想定される2次元画像データを生成する仮想画像データ生成工程と、
 コンピュータ処理により、前記実画像データ生成工程で生成された実際の被取付物に係る2次元画像データと、前記仮想画像データ生成工程で生成された3次元モデルに係る被取付物の2次元画像データとを比較して一致しているか否かを判断する画像データ比較工程とからなることを特徴とする3次元モデルデータ確認方法。
 予め作成された、前記工作機械に取り付けられた被取付物及び少なくとも工作機械の一部を含む3次元モデルに関するデータであり、これらの形状を定義する形状データを少なくとも含んだモデルデータが正確であるかどうかを確認する装置であって、
 前記工作機械に取り付けられた実際の被取付物を予め設定された1以上の視点から撮像して2次元画像データを生成する撮像カメラと、
 前記撮像カメラが接続されたコンピュータとからなり、
 前記コンピュータは、
 前記予め作成された、被取付物及び少なくとも工作機械の一部を含むモデルデータを記憶するモデルデータ記憶手段と、
 前記モデルデータ記憶手段に格納されたモデルデータを基に前記被取付物の2次元データを生成する手段であって、3次元空間を仮想的に設定して、この空間内に前記被取付物及び少なくとも工作機械の一部を含む3次元モデルを配置するとともに前記撮像カメラと同じ条件のカメラを仮想的に設定,配置し、このカメラにより、3次元モデルに係る被取付物を前記実際の被取付物と同様に前記予め設定された視点と同じ視点から撮像したとすれば得られると想定される2次元画像データを生成する仮想画像データ生成手段と、
 前記撮像カメラにより生成された実際の被取付物に係る2次元画像データと、前記仮想画像データ生成手段により生成された3次元モデルに係る被取付物の2次元画像データとを比較して一致しているか否かを判断する画像データ比較手段として機能するように構成されてなることを特徴とする3次元モデルデータ確認装置。
 移動可能に構成され、被取付物が取り付けられる構造体と、前記構造体を駆動する駆動手段と、前記構造体の移動指令を基に前記駆動手段の作動を制御し、前記構造体の移動を制御する制御手段とを備えた工作機械に設けられ、
 予め作成された、前記工作機械に取り付けられた被取付物及び少なくとも工作機械の一部を含む3次元モデルに関するデータであり、これらの形状を定義する形状データを少なくとも含んだモデルデータが正確であるかどうかを確認する装置であって、
 前記工作機械に取り付けられた実際の被取付物を予め設定された1以上の視点から撮像して2次元画像データを生成する撮像カメラと、
 前記撮像カメラが接続されたコンピュータとからなり、
 前記コンピュータは、
 前記予め作成された、被取付物及び少なくとも工作機械の一部を含むモデルデータを記憶するモデルデータ記憶手段と、
 前記制御手段から前記移動指令又は前記構造体の位置情報を受信し、受信した移動指令又は位置情報、及び前記モデルデータ記憶手段に格納されたモデルデータを基に、前記構造体が前記移動指令に係る移動を行った状態となるように又は前記構造体が前記位置情報に係る位置に移動した状態となるように前記少なくとも工作機械の一部に係るモデルデータを更新するモデルデータ更新手段と、
 前記モデルデータ更新手段によって更新されたモデルデータを基に前記被取付物の2次元データを生成する手段であって、3次元空間を仮想的に設定して、この空間内に前記被取付物及び少なくとも工作機械の一部を含む3次元モデルを配置するとともに前記撮像カメラと同じ条件のカメラを仮想的に設定,配置し、このカメラにより、3次元モデルに係る被取付物を前記実際の被取付物と同様に前記予め設定された視点と同じ視点から撮像したとすれば得られると想定される2次元画像データを生成する仮想画像データ生成手段と、
 前記撮像カメラにより生成された実際の被取付物に係る2次元画像データと、前記仮想画像データ生成手段により生成された3次元モデルに係る被取付物の2次元画像データとを比較して一致しているか否かを判断する画像データ比較手段として機能するように構成されてなることを特徴とする3次元モデルデータ確認装置。
 前記画像データ比較手段は、前記撮像カメラにより生成された2次元画像データにおける各ピクセルの濃淡レベル値と、前記仮想画像データ生成手段により生成された2次元画像データにおける各ピクセルの濃淡レベル値とを比較して一致しているか否かを判断するように構成されてなることを特徴とする請求項2又は3記載の3次元モデルデータ確認装置。
 
Description:
3次元モデルデータ確認方法及び 3次元モデルデータ確認装置

 本発明は、予め作成されたモデルデータ あって、工作機械に取り付けられたワーク ワーク取付具などの被取付物、及び少なく も工作機械の一部を含む3次元モデルデータ が正確であるかどうかを確認する3次元モデ データ確認方法及び確認装置に関する。

 工作機械は、例えば、ワーク取付具によ て上面にワークが載置,固定されるテーブル と、工具を保持する主軸と、テーブル及び主 軸(ワーク及び工具)を相対移動させる駆動機 部と、予め作成されたNCプログラムに基づ て駆動機構部を制御する制御装置などから 成される。

 前記NCプログラムは、オペレータやプロ ラミング装置などによって作成されるもの あるが、これに誤りがあると、工具とワー 又はワーク取付具とが干渉するといった事 が起こる恐れがある。このため、特開2006-412 8号公報に開示されているように、工作機械 3次元モデルデータを用いてコンピュータ上 干渉シミュレーションを行うことによりNC ログラムに誤りがあるか否かを確認してい 。

特開2006-4128号公報

 ところで、3次元モデルデータを用いた干 渉シミュレーションでは、加工対象となるワ ーク(テーブル上のワーク)やこれを取り付け ためのワーク取付具を変更すると、これに わせて、工作機械の3次元モデルデータの少 なくともワーク部分やワーク取付具部分を修 正,更新しなければならない。

 ところが、修正,更新に使用されるワーク やワーク取付具などの被取付物の3次元モデ データは、例えば、これを作成したオペレ タのミスや、被取付物の3次元モデルデータ 成後における設計変更などによって実際の 状と一致していないことがあり、このよう 場合には、正確な干渉シミュレーションを うことができない。また、工作機械の3次元 モデル上における被取付物の取付状態と実際 の取付状態とが異なっている場合もあり、こ のような場合にも干渉シミュレーションを正 確に行うことができない。

 したがって、被取付物を含む工作機械の3 次元モデルデータが正確であるかどうか、即 ち、工作機械の実際の状態に即したものであ るかどうかを容易且つ効率的に確認すること ができれば好都合である。

 本発明は、以上の実情に鑑みなされたも であって、工作機械に取り付けられた被取 物及び少なくとも工作機械の一部を含む3次 元モデルデータで予め作成されたものが正確 であるかどうかを容易且つ効率的に、しかも 精度良く確認することができる3次元モデル ータ確認方法及び確認装置の提供をその目 とする。

 上記目的を達成するための本発明は、
 予め作成された、工作機械に取り付けられ 被取付物及び少なくとも工作機械の一部を む3次元モデルに関するデータであり、これ らの形状を定義する形状データを少なくとも 含んだモデルデータが正確であるかどうかを 確認する方法であって、
 撮像カメラにより、前記工作機械に取り付 られた実際の被取付物を予め設定された視 から撮像して2次元画像データを生成する実 画像データ生成工程と、
 コンピュータ処理により、前記予め作成さ た、被取付物及び少なくとも工作機械の一 を含むモデルデータを基に前記被取付物の2 次元データを生成する工程であって、3次元 間を仮想的に設定して、この空間内に前記 取付物及び少なくとも工作機械の一部を含 3次元モデルを配置するとともに前記撮像カ ラと同じ条件のカメラを仮想的に設定,配置 し、このカメラにより、3次元モデルに係る 取付物を前記実際の被取付物と同様に前記 め設定された視点と同じ視点から撮像した すれば得られると想定される2次元画像デー を生成する仮想画像データ生成工程と、
 コンピュータ処理により、前記実画像デー 生成工程で生成された実際の被取付物に係 2次元画像データと、前記仮想画像データ生 成工程で生成された3次元モデルに係る被取 物の2次元画像データとを比較して一致して るか否かを判断する画像データ比較工程と らなることを特徴とする3次元モデルデータ 確認方法に係る。

 そして、このモデルデータ確認方法は、以 のモデルデータ確認装置によってこれを好 に実施することができる。
即ち、このモデルデータ確認装置は、
 予め作成された、前記工作機械に取り付け れた被取付物及び少なくとも工作機械の一 を含む3次元モデルに関するデータであり、 これらの形状を定義する形状データを少なく とも含んだモデルデータが正確であるかどう かを確認する装置であって、
 前記工作機械に取り付けられた実際の被取 物を予め設定された視点から撮像して2次元 画像データを生成する撮像カメラと、
 前記撮像カメラが接続されたコンピュータ からなり、
 前記コンピュータは、
 前記予め作成された、被取付物及び少なく も工作機械の一部を含むモデルデータを記 するモデルデータ記憶手段と、
 前記モデルデータ記憶手段に格納されたモ ルデータを基に前記被取付物の2次元データ を生成する手段であって、3次元空間を仮想 に設定して、この空間内に前記被取付物及 少なくとも工作機械の一部を含む3次元モデ を配置するとともに前記撮像カメラと同じ 件のカメラを仮想的に設定,配置し、このカ メラにより、3次元モデルに係る被取付物を 記実際の被取付物と同様に前記予め設定さ た視点と同じ視点から撮像したとすれば得 れると想定される2次元画像データを生成す 仮想画像データ生成手段と、
 前記撮像カメラにより生成された実際の被 付物に係る2次元画像データと、前記仮想画 像データ生成手段により生成された3次元モ ルに係る被取付物の2次元画像データとを比 して一致しているか否かを判断する画像デ タ比較手段として機能するように構成され なることを特徴とする3次元モデルデータ確 認装置に係る。

 この3次元モデルデータ確認装置によれば 、工作機械に取り付けられた被取付物及び少 なくとも工作機械の一部を含むモデルデータ (3次元モデルデータ)(例えば、ワークが載置 れるテーブルを少なくとも含むマシニング ンタのモデルデータ、或いはワークを保持 る主軸を少なくとも含む旋盤のモデルデー )が予め作成され、モデルデータ記憶手段に 納される。尚、前記被取付物としては、例 ば、ワークやワーク取付具などを挙げるこ ができるが、これらに限定されるものでは い。前記被取付物を、ワークやワーク取付 とした場合、前記モデルデータ記憶手段に 、工作機械に取り付けられたワーク及び少 くとも工作機械の一部を含むモデルデータ 工作機械に取り付けられたワーク取付具及 少なくとも工作機械の一部を含むモデルデ タ、又は、工作機械に取り付けられたワー 及びワーク取付具並びに少なくとも工作機 の一部を含むモデルデータが格納される。

 そして、撮像カメラにより、工作機械に り付けられた実際の被取付物が撮像され、 の2次元画像データが生成されるとともに、 仮想画像データ生成手段により、モデルデー タ記憶手段に格納されたモデルデータを基に 被取付物の2次元データが生成される。この2 元データは、3次元空間を仮想的に設定して 、この空間内に被取付物及び少なくとも工作 機械の一部を含む3次元モデルを配置すると もに撮像カメラと同じ条件(例えば、焦点距 、主点の座標値、撮像面の中心座標値、撮 面の中心座標値と主点の座標値とのずれ量 放射方向歪補正係数、接線方向歪補正係数 どのパラメータが同じである)のカメラを仮 想的に設定,配置し、このカメラにより、3次 モデルに係る被取付物を実際の被取付物と 様に前記予め設定された視点と同じ視点か 撮像したとすれば得られると想定される2次 元画像データである。

 この後、画像データ比較手段により、撮 カメラによって生成された実際の被取付物 係る2次元画像データ(被取付物の実画像)と 仮想画像データ生成手段によって生成され 3次元モデルに係る被取付物の2次元画像デ タ(被取付物の仮想画像)とが比較され、これ らが一致しているか否かが判断される。これ は、例えば、撮像カメラ及び仮想画像データ 生成手段によってそれぞれ生成された2次元 像データにおける各ピクセルの濃淡レベル が同じであるかどうかを確認することで行 たり、各2次元画像データから被取付物のエ ジをそれぞれ検出して、検出したエッジの 置や長さが同じであるかどうかなどを確認 ることで行うことができる。

 実画像と仮想画像とが一致していれば、 取付物及び少なくとも工作機械の一部を含 3次元モデルデータは正確である、即ち、被 取付物の形状,取付位置及び取付姿勢が実際 ものと合っていると判断され、一致してい ければ、被取付物及び少なくとも工作機械 一部を含む3次元モデルデータは間違ってい 、即ち、被取付物の形状,取付位置及び取付 姿勢が実際のものと合っていないと判断され る。そして、間違っていると判断されたとき には、例えば、その旨のメッセージが画面表 示されたり、加工開始が不可となるような措 置が取られる。

 斯くして、本発明に係る3次元モデルデー タ確認方法及び確認装置によれば、撮像カメ ラにより得られる被取付物の実画像と、被取 付物及び少なくとも工作機械の一部を含む3 元モデルデータを基に生成される被取付物 仮想画像とを比較して、被取付物及び少な とも工作機械の一部を含む3次元モデルデー が工作機械の実際の状態に即したものであ かどうかを判断しているので、この被取付 及び少なくとも工作機械の一部を含む3次元 モデルデータが正確なものであるかどうかを 容易且つ効率的に、しかも精度良く確認する ことができる。

 また、例えば、不正確な3次元モデルデー タを用いて干渉シミュレーションが行われる のを防止したり、間違った3次元モデルデー での干渉シミュレーションによりNCプログラ ムに誤りがないと判断され、このようなNCプ グラムに従って加工が行われるのを防止す ことができる。

 尚、前記コンピュータは、更に、工作機 の実際の動作に合わせて少なくとも工作機 の一部に係るモデルデータを更新するモデ データ更新手段として機能するように構成 れていても良い。

 また、上記モデルデータ確認方法及び確 装置では、ワークを1以上の視点から撮像す るようにしても良い。例えば、2つの視点か 撮像する場合、撮像カメラにより、工作機 に取り付けられた実際の被取付物を、第1視 及びこれと離れた第2視点の2つの視点から 像し、各視点における2次元画像データを生 するとともに、仮想画像データ生成手段に り、被取付物及び少なくとも工作機械の一 を含む3次元モデルデータを基に、前記第1 点及び第2視点と同視点から3次元モデルに係 る被取付物を撮像したとすれば得られると想 定される2次元画像データを生成する。そし 、撮像カメラによって生成された第1視点か の2次元画像データと、仮想画像データ生成 手段によって生成された第1視点からの2次元 像データ、及び、撮像カメラによって生成 れた第2視点からの2次元画像データと、仮 画像データ生成手段によって生成された第2 点からの2次元画像データをそれぞれ比較し 、これらが一致しているか否かを判断する。

 以上のように、本発明に係る3次元モデル データ確認方法及び確認装置によれば、工作 機械に取り付けられた被取付物及び少なくと も工作機械の一部を含む3次元モデルデータ 正確であるかどうかを容易且つ高精度に確 することができ、効率的である。

本発明の一実施形態に係る3次元モデル データ確認装置などの概略構成を示したブロ ック図である。 本実施形態の3次元モデルデータ確認装 置及びこれが設けられる工作機械を示した斜 視図である。 本実施形態の仮想画像データ生成部に ける一連の処理を示したフローチャートで る。 本実施形態の仮想画像データ生成部に ける一連の処理を示したフローチャートで る。 ワークの仮想画像データの生成を説明 るための説明図である。 ワークの仮想画像データの生成を説明 るための説明図である。 本実施形態の画像データ比較部におけ 一連の処理を示したフローチャートである

符号の説明

 1  3次元モデルデータ確認装置
 10 コンピュータ
 11 入力装置
 12 画面表示装置
 13 第1CCDカメラ
 14 第2CCDカメラ
 15 実画像データ記憶部
 16 カメラパラメータ記憶部
 17 モデルデータ記憶部
 18 モデルデータ更新部
 19 仮想画像データ生成部
 20 仮想画像データ記憶部
 21 画像データ比較部
 30 工作機械
 31 ベッド
 32 基部
 33 左側壁
 34 右側壁
 35 後側壁
 36 第1サドル
 37 第2サドル
 38 主軸頭
 39 主軸
 40 テーブル
 T  工具
 W  ワーク

 以下、本発明の具体的な実施形態につい 、添付図面に基づき説明する。尚、図1は、 本発明の一実施形態に係る3次元モデルデー 確認装置などの概略構成を示したブロック である。

 図1に示すように、本例の3次元モデルデ タ確認装置1は、図2に示す工作機械30に付設 れたコンピュータ10,第1CCDカメラ13及び第2CCD カメラ14からなり、コンピュータ10は、マウ 11aやキーボード11bなどの入力装置11と画面表 示装置12とを備え、実画像データ記憶部15,カ ラパラメータ記憶部16,モデルデータ記憶部1 7,モデルデータ更新部18,仮想画像データ生成 19,仮想画像データ記憶部20,画像データ比較 21として機能するようになっている。

 まず、前記工作機械30について説明する

 図1及び図2に示すように、前記工作機械30 は、立形マシニングセンタと呼ばれるタイプ のものであり、ベッド31と、ベッド31に配設 れ、前後方向(Y軸方向)に移動自在となった 1サドル36と、第1サドル36に配設され、左右 向(X軸方向)に移動自在となった第2サドル37 、第2サドル37に配設され、鉛直方向(Z軸方向 )に移動自在となった主軸頭38と、主軸頭38に って軸線中心に回転自在に支持され、工具T を保持する主軸39と、ベッド31に配設され、 ークWが上面に載置,固定されるテーブル40な を備え、テーブル40は、ワークWの載置,固定 される載置部40aがZ軸と平行な回転中心軸回 (C軸方向)に回転自在となるように構成され いる。

 また、工作機械30は、更に、第1サドル36 Y軸方向に移動(直線移動)させるY軸送り機構4 1と、第2サドル37をX軸方向に移動(直線移動) せるX軸送り機構42と、主軸頭38をZ軸方向に 動(直線移動)させるZ軸送り機構43と、主軸39 その軸線中心に回転させる主軸回転駆動機 44と、テーブル40の載置部40aをC軸方向に回 (回転移動)させて所定の回転角度位置に割り 出すテーブル回転駆動機構45と、これらY軸送 り機構41,X軸送り機構42,Z軸送り機構43,主軸回 駆動機構44及びテーブル回転駆動機構45の作 動を制御する制御装置46と、この制御装置46 接続された操作盤47とを備えている。

 前記ベッド31は、平面視矩形状をした基 32と、基部32の左右両側に立設された側壁33,3 4(左側壁33及び右側壁34)と、基部32の奥側に立 設され、左右両側の側壁33,34間に設けられる 壁(後側壁)35とからなる。前記テーブル40は 後側壁35の前面に設けられ、各側壁33,34,35に 囲まれた空間に配置される。

 前記第1サドル36は、Y軸方向に移動自在に 前記左側壁33及び右側壁34に支持され、前記 2サドル37は、X軸方向に移動自在に第1サドル 36に支持され、前記主軸頭38は、Z軸方向に移 自在に第2サドル37に支持され、前記主軸39 、テーブル40の上面よりも上方で軸線がZ軸 平行に配置され、主軸頭38の下端部に軸線中 心に回転自在に支持される。

 前記操作盤47は、制御装置46に対して各種 信号を入力するための入力装置(操作キーや ーボード、手動パルス発生器など)(図示せず )と、制御装置46による制御状態などを画面表 示するための画面表示装置(図示せず)とから る。

 前記制御装置46は、予め作成されたNCプロ グラムが格納されるプログラム記憶部46aを備 え、このNCプログラムに基づいて各送り機構4 1,42,43や各回転駆動機構44,45を制御する。具体 的には、NCプログラムから、第1サドル36,第2 ドル37及び主軸頭38の移動位置や送り速度、 軸39の回転速度、テーブル40(載置部40a)の回 角度位置などに関する移動指令を抽出し、 出した移動指令、各送り機構41,42,43からフ ードバックされる現在位置データ、主軸回 駆動機構44からフィードバックされる現在回 転速度データ、及びテーブル回転駆動機構45 らフィードバックされる現在回転角度位置 ータに基づいて制御する。

 また、制御装置46は、操作盤47の入力装置 (図示せず)から入力された操作信号(移動指令 に係る信号)を受信して、受信した操作信号 基に各送り機構41,42,43や各回転駆動機構44,45 制御する。

 また、更に、制御装置46は、NCプログラム から抽出した移動指令、操作盤47の入力装置( 図示せず)から入力された操作信号、各送り 構41,42,43からフィードバックされる現在位置 データ、或いはテーブル回転駆動機構45から ィードバックされる現在回転角度位置デー を前記モデルデータ更新部18に送信する処 を行う。

 次に、前記3次元モデルデータ確認装置1 ついて説明する。

 上記のように、前記3次元モデルデータ確 認装置1は、第1CCDカメラ13,第2CCDカメラ14,実画 像データ記憶部15,カメラパラメータ記憶部16, モデルデータ記憶部17,モデルデータ更新部18, 仮想画像データ生成部19,仮想画像データ記憶 部20及び画像データ比較部21を備える。

 前記第1CCDカメラ13及び第2CCDカメラ14は、 ッド31の左側壁33と後側壁35との隅部であっ 左側壁33及び後側壁35の上部にブラケット24 介して取り付けられ、光軸が斜め下方に傾 てテーブル40(載置部40a)の上面に載置,固定 れた実際のワークWを撮像する。第2CCDカメラ 14は、光軸が第1CCDカメラ13の光軸と平行とな ように、撮像面が第1CCDカメラ13の撮像面と 一平面内に位置するように、且つ第1CCDカメ ラ13と一定間隔を隔てるように設けられる。 、ワークWの撮像時には、ワークWだけでな 、テーブル40の一部も撮像される。

 前記各CCDカメラ13,14は、多行多列の2次元 配置された複数の光電変換素子を備え、受 強度に応じて各光電変換素子から出力され 電圧信号をデジタル化した後、これを濃淡 ベル値に変換して、前記光電変換素子の配 と同配列の2次元濃淡画像データとして出力 する。そして、前記実画像データ記憶部15に 、前記各CCDカメラ13,14から出力された2次元 淡画像データ(ワークWの実画像データ)がそ ぞれ格納される。

 前記カメラパラメータ記憶部16は、各CCD メラ13,14固有のパラメータである内部パラメ ータ(例えば、焦点距離,主点の座標値,撮像面 の中心座標値,撮像面の中心座標値と主点の 標値とのずれ量,放射方向歪補正係数及び接 方向歪補正係数など)と、工作機械30の座標 におけるCCDカメラ13,14の位置や姿勢を表す 部パラメータ(例えば、回転行列及び平行移 ベクトルなど)とを記憶する。これらのパラ メータは、例えば、較正処理により予め算出 されて格納される。

 前記モデルデータ記憶部17には、テーブ 40(載置部40a)に載置,固定されたワークWを含 工作機械30全体の3次元モデルに関するデー であり、この工作機械30全体の形状を定義す る形状データを少なくとも含んだモデルデー タ(本例では、工作機械30のカバーや扉などを 除き、工作機械30の主要な構成要素とワークW とを含む3次元モデルデータ)が格納される。 のモデルデータは、オペレータやモデルデ タ生成装置などによって予め作成されたも である。尚、この工作機械30全体のモデル ータは、例えば、ベッド31,第1サドル36,第2サ ドル37,主軸頭38,主軸39(工具Tを含む)及びテー ル40といった工作機械30の構成要素並びにワ ークWの各モデルデータがそれぞれ相互に関 付けられて構成される。また、工作機械30全 体のモデルデータは、その座標系が実際の工 作機械30と同じになるように設定されている

 前記モデルデータ更新部18は、制御装置46 から送信された移動指令,操作信号,現在位置 ータ或いは現在回転角度位置データを受信 ると、モデルデータ記憶部17に格納された 作機械30全体のモデルデータを読み出し、前 記受信した移動指令,操作信号,現在位置デー 或いは現在回転角度位置データ、及び読み したモデルデータを基に、第1サドル36,第2 ドル37,主軸頭38及びテーブル40の載置部40aが 動指令や操作信号に従って移動(直線移動や 回転移動)した状態となるように又は現在位 データや現在回転角度位置データに係る位 に移動(直線移動や回転移動)した状態となる ように工作機械30全体のモデルデータを更新 る。そして、更新後のモデルデータを前記 デルデータ記憶部17に格納し、更新後のモ ルデータで更新前のモデルデータを書き換 る。

 前記仮想画像データ生成部19は、図3に示 ような一連の処理を行い、カメラパラメー 記憶部16に格納された各CCDカメラ13,14の外部 パラメータ(CCDカメラ13,14の位置や姿勢を示す パラメータ)及び内部パラメータ(焦点距離,主 点の座標値,撮像面の中心座標値,撮像面の中 座標値と主点の座標値とのずれ量,放射方向 歪補正係数及び接線方向歪補正係数を示すパ ラメータ)、並びにモデルデータ記憶部17に格 納されたモデルデータを基にワークWの2次元 ータ(後述のようにワークWの仮想画像デー )を生成する。

 尚、第1CCDカメラ13に対応した仮想画像の 成と、第2CCDカメラ14に対応した仮想画像の 成とは同じようにして行われるので、以下 説明では、第1CCDカメラ13に対応した仮想画 の生成を中心に説明し、第2CCDカメラ14に対 した仮想画像の生成については省略する。

 仮想画像データ生成部19は、まず、カメ パラメータ記憶部16に格納された各パラメー タを読み出し(ステップS1)、ついで、モデル ータ記憶部17に格納された工作機械30全体の デルデータを読み出す(ステップS2)。

 そして、読み出した各パラメータ及びモデ データを基に、工作機械30全体のモデルデ タの座標系を、CCDカメラ13(14)に設定された 標系と同じ座標系に変換する(ステップS3)。 体的には、下式(数1)を用いて変換する。下 中、R及びTは、工作機械30の座標系をCCDカメ ラ13(14)の座標系に変換するためのパラメータ であり、RはCCDカメラ13(14)の姿勢を示す回転 列で、TはCCDカメラ13(14)の位置を示す平行移 ベクトルである。これにより、例えば、図5 に示すように、ワークW上のある点が、工作 械30の座標系での座標値P s (P sx ,P sy ,P sz )からCCDカメラ13(14)の座標系での座標値P c (P cx ,P cy ,P cz )に変換され、工作機械30全体のモデルデータ がCCDカメラ13(14)の座標系と同じ座標系で認識 される。

 尚、前記ステップS3の処理は、3次元空間 仮想的に設定して、この空間内に工作機械3 0全体の3次元モデルを配置するとともに、各C CDカメラ13,14の視点と同じ視点からそれぞれ 像可能な第1CCDカメラ19a及び第2CCDカメラ19bを 仮想的に設定,配置するための処理である。

 次に、座標系を変換したモデルデータによ て特定されるワークW周辺部分の形状を、下 式(数2)を用いて、CCDカメラ19aの撮像面19c(CCD メラ19bの撮像面19d)上に投影する、即ち、CCD メラ19a(19b)により3次元モデルに係るワークW を撮像する(ステップS4)。これにより、例え 、図6に示すように、3次元空間内の座標値P c (P cx ,P cy ,P cz )が撮像面19c(19d)内の座標値P ip (P ipx ,P ipy )に変換され、2次元濃淡画像データが生成さ る。尚、図6は、CCDカメラ19aによるワークW 撮像を簡略的に示した概念図として図示し いる。

 ついで、撮像面19c(19d)上に投影した形状(即 、2次元画像)を歪ませる処理を行う(ステッ S5)。これは、CCDカメラ13(14)によって生成さ る実画像が歪んでいることから、仮想画像 実画像と同じように歪ませる必要があるか である。具体的には、下式(数3)を用いて行 。下式中、K 1 ,K 2 は、CCDカメラ13(14)の放射方向歪補正係数であ り、P 1 ,P 2 は、CCDカメラ13(14)の接線方向歪補正係数であ る。これにより、ある座標値P ip (P ipx ,P ipy )が座標値P ipd (P ipdx ,P ipdy )に変換される。

 この後、下式(数4)を用い、歪ませた形状の 像面19c(19d)上における座標値P ipd (P ipdx ,P ipdy )を画素位置P is (P isx ,P isy )として算出する(ステップS6)。下式中、u 0 はCCDカメラ13(14)の撮像面の中心座標値と主点 の座標値のX軸方向におけるずれ量、v 0 はCCDカメラ13(14)の撮像面の中心座標値と主点 の座標値のY軸方向におけるずれ量、f x はCCDカメラ13(14)のX軸方向の焦点距離、f y はCCDカメラ13(14)のY軸方向の焦点距離である

 尚、前記ステップS5及びS6の処理は、仮想 的なCCDカメラ19a(19b)の条件を実際のCCDカメラ1 3(14)の条件と一致させるための処理である。

 このようにしてステップS1~S6までの処理 行うことにより、3次元空間を仮想的に設定 て、この空間内に工作機械30全体の3次元モ ルを配置するとともにCCDカメラ13(14)と同じ 件のカメラ19a(19b)を仮想的に設定,配置し、 のカメラ19a(19b)により、3次元モデルに係る ークWを実際のワークWと同様にCCDカメラ13(14 )と同じ視点から撮像したとすれば得られる 想定される2次元濃淡画像データ(テーブル40 一部含んだワークWの2次元濃淡画像データ) 生成すると、生成した2次元濃淡画像データ をワークWの仮想画像データとして前記仮想 像データ記憶部20に格納し(ステップS7)、一 の処理を終了する。尚、この仮想画像デー 記憶部20には、第1CCDカメラ13に対応した仮想 画像データと、第2CCDカメラ14に対応した仮想 画像データとがそれぞれ格納される。

 尚、仮想画像データ生成部19は、上記ステ プS5及びステップS6の処理に代えて、以下に 明するステップS5’及びステップS6’の処理 を行うようにしても良い(図4参照)。即ち、ス テップS5’では、下式(数5)を用いて、投影し 形状(2次元画像)の撮像面19c(19d)上における 標値P ip (P ipx ,P ipy )を画素位置P v (P vx ,P vy )として算出する。下式中、fはCCDカメラ13(14) 焦点距離、C x はCCDカメラ13(14)の撮像面の中心にある画素の X軸座標値、C y はCCDカメラ13(14)の撮像面の中心にある画素の Y軸座標値である。

 一方、ステップS6’では、上記の数4と数5と を組み合わせて得られる下式(数6)を用いて、 ステップS5’で得られた形状(2次元画像)をシ トするとともに拡大する。これにより、ス ップS5’で得られた画素位置P v (P vx ,P vy )が新たな画素位置P is (P isx ,P isy )に変換される。尚、下式において、上側の(X 軸に関する)成分は整数になるが、下側の(Y軸 に関する)成分は小数になる。したがって、 のままでは、Y軸方向における画素位置が求 らないので、Y軸方向の画素位置については 、整数の値を得るべく(小数部分を無くすべ )一次補間を行う。

 前記画像データ比較部21は、図7に示すよ な一連の処理を行い、カメラパラメータ記 部16に格納された各CCDカメラ13,14の内部パラ メータ(焦点距離,主点の座標値,撮像面の中心 座標値,撮像面の中心座標値と主点の座標値 のずれ量,放射方向歪補正係数及び接線方向 補正係数を示すパラメータ)、実画像データ 記憶部15に格納された実際のワークWに係る2 元濃淡画像データ(ワークWの実画像)、及び 想画像データ記憶部20に格納された3次元モ ルに係るワークWの2次元濃淡画像データ(ワ クWの仮想画像)を基に、ワークWを含む工作 械30全体のモデルデータが正確であるかどう かを確認する。

 即ち、画像データ比較部21は、カメラパ メータ記憶部16に格納された各CCDカメラ13,14 内部パラメータを読み出し(ステップS11)、 に、実画像データ記憶部15に格納されたワー クWの実画像データ(各CCDカメラ13,14により得 れた実画像データ)をそれぞれ読み出す(ステ ップS12)。

 この後、読み出した内部パラメータ及び 実画像データを基に、各実画像の歪をそれ れ除去し(ステップS13)、更に、各実画像の れをそれぞれ無くす(ステップS14)。これは、 CCDカメラ13,14のレンズによって画像が歪んだ 、主点と撮像面の中心とがずれているから ある。実画像の歪は、例えば、放射方向歪 正係数及び接線方向歪補正係数を基に除去 ることができ、実画像のずれは、例えば、 点のずれ量を基に無くすことができる。

 次に、仮想画像データ記憶部20に格納さ たワークWの仮想画像データ(各CCDカメラ13,14 対応するように生成された仮想画像データ) をそれぞれ読み出し(ステップS15)、読み出し 各仮想画像データ及びステップS11で読み出 た内部パラメータを基に、実画像と同様、 仮想画像の歪をそれぞれ除去し(ステップS16 )、更に、各仮想画像のずれをそれぞれ無く (ステップS17)。

 尚、前記仮想画像データ生成部19におけ 処理で、ステップS5及びS6の処理に代えて、 テップS5’及びS6’の処理を行うようにした 場合には、前記ステップS16の処理は省略する ことができる。

 そして、第1CCDカメラ13により得られた実 像データと、第1CCDカメラ13に対応するよう 生成された仮想画像データとを、第2CCDカメ ラ14により得られた実画像データと、第2CCDカ メラ14に対応するように生成された仮想画像 ータとをそれぞれ比較し、これらが一致し いるか否かを判断する(ステップS18)。

 具体的には、例えば、実画像データにお る各ピクセルの濃淡レベル値と、仮想画像 ータにおける各ピクセルの濃淡レベル値と それぞれ同じであるかどうかを確認したり 実画像データ及び仮想画像データからワー Wのエッジをそれぞれ検出して、検出したエ ッジの位置や長さが同じであるかどうかを確 認することなどにより行う。実画像データ及 び仮想画像データの各ピクセルの濃淡レベル 値がそれぞれ同じである場合、実画像データ 及び仮想画像データから検出されたエッジの 位置や長さが同じである場合には、実画像デ ータと仮想画像データとが一致していると判 断する。尚、実画像データと仮想画像データ とが一致していると言えるためには、2組の 画像データ及び仮想画像データの内、いず か一方だけでなく、2組ともそれぞれ一致し いる必要がある。

 そして、実画像データと仮想画像データ が一致していれば、工作機械30全体の3次元 デルデータは正確である、即ち、ワークWの 形状,取付位置及び取付姿勢が実際のものと っていると判断し(ステップS18)、上記一連の 処理を終了する。一方、一致していなければ 、工作機械30全体の3次元モデルデータは間違 っている、即ち、ワークWの形状,取付位置及 取付姿勢が実際のものと合っていないと判 し(ステップS18)、例えば、その旨のメッセ ジを操作盤47の画面表示装置(図示せず)やコ ピュータ10の画面表示装置12に表示させて( テップS19)、上記一連の処理を終了する。

 以上のように構成された本例の3次元モデ ルデータ確認装置1によれば、カメラパラメ タ記憶部16に各CCDカメラ13,14の内部パラメー 及び外部パラメータが、モデルデータ記憶 17にワークWを含む工作機械30全体のモデル ータが予め格納される。尚、モデルデータ 憶部17に格納されたモデルデータは、モデル データ更新部18により、制御装置46から送信 れる移動指令や操作信号、現在位置データ 現在回転角度位置データを基に随時更新さ る。

 そして、各CCDカメラ13,14によりテーブル40 上の実際のワークWが撮像されると、テーブ 40を一部含んだワークWの実画像データが生 され、実画像データ記憶部15に格納される。

 また、仮想画像データ生成部19によって カメラパラメータ記憶部16に格納された各CCD カメラ13,14の外部パラメータ及び内部パラメ タ、並びにモデルデータ記憶部17に格納さ たモデルデータを基に、各CCDカメラ13,14と同 視点から3次元モデルに係るワークWをそれぞ 撮像したとすれば得られると想定されるワ クWの仮想画像データが生成され、仮想画像 データ記憶部20に格納される。

 この後、画像データ比較部21によって、 メラパラメータ記憶部16に格納された各CCDカ メラ13,14の内部パラメータ、実画像データ記 部15に格納されたワークWの実画像データ、 び仮想画像データ記憶部20に格納されたワ クWの仮想画像データを基に、ワークWを含む 工作機械30全体のモデルデータが正確である どうかが判断され、間違っていると判断さ た場合には、例えば、その旨のメッセージ 操作盤47の画面表示装置(図示せず)やコンピ ュータ10の画面表示装置12に表示される。

 このように、本例の3次元モデルデータ確 認装置1によれば、CCDカメラ13,14により得られ るワークWの実画像と、工作機械30全体の3次 モデルデータを基に生成されるワークWの仮 画像とを比較して、ワークWを含む工作機械 30全体の3次元モデルデータが工作機械30の実 の状態に即したものであるかどうかを判断 ているので、この工作機械30全体の3次元モ ルデータが正確なものであるかどうかを容 且つ効率的に、しかも精度良く確認するこ ができる。

 また、例えば、不正確な3次元モデルデー タを用いて干渉シミュレーションが行われる のを防止したり、間違った3次元モデルデー での干渉シミュレーションによりNCプログラ ムに誤りがないと判断され、このようなNCプ グラムに従って加工が行われるのを防止す ことができる。

 以上、本発明の一実施形態について説明 たが、本発明の採り得る具体的な態様は、 らこれに限定されるものではない。

 上例では、テーブル40上のワークWを含む 作機械30全体の3次元モデルデータが正確で るかどうかを確認するようにしたが、通常 ワークWをテーブル40に固定する際にはワー 取付具が使用されるため、ワークWとこれを 固定するワーク取付具とを含む工作機械30全 の3次元モデルデータが正確であるかどうか を確認するようにしても良い。また、この他 、ワーク取付具を含む工作機械30全体の3次元 モデルデータが正確であるかどうかを確認す ることもできる。

 ワークWとワーク取付具とを含む工作機械 30全体の3次元モデルデータが正確であるかど うかを確認する場合には、このワークW及び ーク取付具を含む工作機械30全体の3次元モ ルデータをモデルデータ記憶部17に格納し、 各CCDカメラ13,14により前記ワークW及びワーク 取付具を撮像してその実画像データを生成す るとともに、仮想画像データ生成部19により 記ワークW及びワーク取付具の仮想画像デー タを生成し、画像データ比較部21により実画 データと仮想画像データとを比較して、ワ クW及びワーク取付具を含む工作機械30全体 3次元モデルデータが正確であるかどうかを 判断する。一方、ワーク取付具を含む工作機 械30全体の3次元モデルデータが正確であるか どうかを確認する場合には、ワーク取付具を 含む工作機械30全体の3次元モデルデータをモ デルデータ記憶部17に格納し、各CCDカメラ13,1 4によりワーク取付具を撮像してその実画像 ータを生成するとともに、仮想画像データ 成部19によりワーク取付具の仮想画像データ を生成し、画像データ比較部21により実画像 ータと仮想画像データとを比較して、ワー 取付具を含む工作機械30全体の3次元モデル ータが正確であるかどうかを判断する。

 また、各CCDカメラ13,14により実際のワー Wを撮像してその実画像データを生成する処 と、仮想画像データ生成部19によりワークW 仮想画像データを生成する処理の実行順序 、特に限定されず、どちらを先に行っても い。

 また、テーブル40の載置部40aをC軸方向に 転させて複数の回転角度位置でワークWを撮 像し、各回転角度位置で撮像した実画像と仮 想画像とを比較するようにすれば、より精度 良く工作機械30全体のモデルデータが正確で るかどうかを判断することができる。

 また、工作機械30全体のモデルデータが 確であるかどうかをどのような時に確認す かについては、特に限定されるものではな 。例えば、操作盤47に設けられた加工開始ボ タンがオペレータによって押されたときに行 うようにすることができる。この場合、加工 動作の実行前に確認処理を行い、工作機械30 体のモデルデータは間違っていると判断し ときには、アラーム出力をして加工動作を 止させる。この他、オペレータが加工準備 終わらせ、操作盤47に設けられた確認ボタ を押したときに行うようにすることもでき 。

 また、CCDカメラ13,14は、必ずしも2台設け 必要はなく、第2CCDカメラ14を省略するよう しても良い。この場合、第1CCDカメラ13によ 得られた実画像データと、第1CCDカメラ13に 応するように生成された仮想画像データと 比較することで、工作機械30全体のモデル ータが正確であるかどうかを判断すること できるが、前記第1CCDカメラ13の配置位置に 当する位置と、前記第2CCDカメラ14の配置位 に相当する位置とにおいてワークWを撮像す ようにすれば、上記と同様、異なる2視点で の2次元濃淡画像を基に工作機械30全体のモデ ルデータが正確であるかどうかを判断するこ とができる。

 また、前記3次元モデルデータ確認装置1 設けられる工作機械30は、何ら限定されるも のではなく、どのような工作機械30であって 良い。例えば、上例のような立形マシニン センタではなく、旋盤などに設けるように ても良い。

 また、CCDカメラ13,14が2次元濃淡画像デー ではなく、2次元のカラー画像を出力するよ うに構成するとともに、仮想画像データ生成 部19が2次元濃淡画像データではなく、2次元 カラー画像を生成するように構成し、これ のカラー画像を基に、ワークWを含む工作機 30全体のモデルデータが正確であるかどう を判断するようにしても良い。

 以上詳述したように、本発明は、予め作成 れたモデルデータであって、工作機械に取 付けられた被取付物及び少なくとも工作機 の一部を含む3次元モデルデータが正確であ るかどうかを確認する3次元モデルデータ確 方法及び確認装置に好適に適用することが きる。