JP2020086759A - ３次元モデル作成装置、加工シミュレーション装置、工具経路自動生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】治具等の構造体に接続されるケーブルや配管等のモデルデータを生成する３次元モデル作成装置を提供すること。【解決手段】３次元モデル作成装置であって、工作機械の治具に接続されるケーブル及び／又は配管からなるケーブル構造体上に予め設定された複数の測定点の位置を含む３次元データを取得する３次元データ取得部と、ケーブル構造体が接続された治具を工作機械の備える各軸方向に平行又は回転移動させながら、ケーブル構造体に係る３次元データを３次元データ取得部に対して取得させる、移動データ取得部と、移動データ取得部により取得されたケーブル構造体に係る３次元データと構造体の位置データとを関連付ける位置対応データを生成する位置対応データ生成部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、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次元モデル作成装置に関する。

従来、工作機械においては、適宜作成された加工プログラムを実行することで、数値制御装置により、工作機械を構成する駆動機構部を制御することにより、構造体、特に工具、ワーク、ワークを保持する冶具等との間で相対運動をさせることで、当該ワークを加工するように構成されている。このため、例えば新規に作成された加工プログラムがバグ等を含む場合、工具と治具等の構造体とが干渉する事態が起こる恐れがある。
そこで、工作機械を構成する構造体、特に工具、ワーク、ワークを保持する冶具等を含む３次元モデルを予め作成し、当該３次元モデルを用いて、例えば新規に作成された加工プログラムをコンピュータ上でシミュレーションすることで、工具と治具等の構造体とが干渉するか否かを事前に確認することがなされている。
しかしながら、例えば治具等には、ケーブルや配管等が接続されており、これらケーブルや配管の位置及び形状は、治具等の位置によって変化する。そのため、工作機械を構成する構造体、特に工具、ワーク、ワークを保持する冶具等を含む３次元モデルを事前に作成して、当該３次元モデルに基づいてシミュレーションを行った場合であっても、当該３次元モデルが、仮にケーブルや配管等を含まない場合、工具がケーブルや配管に干渉する恐れがある。

この点、３次元モデルの作成を支援する技術として、例えば特許文献１には、２つのカメラにより、工作機械を構成する構造体をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向からそれぞれ撮像して画像データを生成し、各画像データを基に、構造体の３次元形状データを生成する方法が開示されている。また、特許文献２には、旋盤において、チャック、ワークそれぞれの不装着時の画像と装着時の画像から各形状を検出し、干渉領域を演算する技術が開示されている。更に、特許文献３には、ワークの３次元モデルと３次元計測でワークおよび冶具の形状を一体的に計測したデータをもとに、冶具の個別モデルを生成する技術が開示されている。

特許第４０８３５５４号公報 特許第４４５６４５５号公報 特許第６０４３２３４号公報

しかしながら、特許文献１−特許文献３のいずれの３次元モデルにおいても、例えば治具等に接続されるケーブルや配管等に係る３次元モデルを含むものではない。このため、いずれの３次元モデルに基づいてシミュレーションを行った場合であっても、いずれの３次元モデルもケーブルや配管等を含まないことから、依然として、工具がケーブルや配管に干渉する恐れがある。
このため、３次元モデルを用いて、例えば新規に作成された加工プログラムをコンピュータ上でシミュレーションすることで、工具と、治具等の構造体や治具等に接続されるケーブルや配管等と、が干渉するか否かを事前に確認するためには、３次元モデルとして、治具等の構造体に接続されるケーブルや配管等のモデルデータを作成し、例えば当該ケーブルや配管等の構造体のモデルデータと当該ケーブルや配管等の設置される構造体（例えば治具）のモデルデータとを相互に関連付けることが必要となる。さらに、ケーブルや配管等の構造体のモデルデータを含む３次元モデルに基づいて、加工プログラムのシミュレーションを行う場合、当該ケーブルや配管等の設置される構造体（例えば治具）の移動や回転に伴い、ケーブルや配管等の構造体が工作機械内でどのように変化して、移動や回転するのかを定義することが必要となる。

本発明は、工作機械の３次元モデルにおいて、治具等の任意の構造体に接続されるケーブルや配管等のモデルデータを生成するとともに、当該ケーブルや配管等の設置される構造体（例えば治具）のモデルデータとを相互に関連付け、当該ケーブルや配管等の設置される構造体（例えば治具）の移動や回転に伴い、ケーブルや配管等の構造体が工作機械内でどのように変化して、移動や回転するのかを定義することができる３次元モデル作成装置を提供することを目的とする。

（１） 本発明は、工作機械に取り付けられたワークと治具と工具を含む構造体の３次元モデルを作成する３次元モデル作成装置（例えば後述の「３次元モデル作成装置１」）であって、
工作機械の所定の構造体（例えば後述の「被接続構造体」）に接続されるケーブル及び／又は配管からなるケーブル構造体上に予め設定された複数の測定点の位置を含む３次元データを取得する３次元データ取得部（例えば後述の「センサ１００」）と、
前記ケーブル構造体が接続された前記構造体を前記工作機械の備える各軸方向に平行又は回転移動させながら、前記ケーブル構造体に係る３次元データを前記３次元データ取得部に対して取得させる、移動データ取得部（例えば後述の「移動データ取得部１０１」）と、
前記移動データ取得部により取得された前記ケーブル構造体に係る３次元データと前記構造体の位置データとを関連付ける位置対応データを生成する位置対応データ生成部（例えば後述の「位置対応データ生成部１０２」）と、
前記ケーブル構造体に係る３次元データと前記位置対応データと、を含む３次元モデルを記憶部（例えば後述の「３次元モデル記憶部１３１」）に保存する３次元モデル保存部（例えば後述の「３次元モデル保存部１０３」）と、を備える。

（２） （１）に記載の３次元モデル作成装置によって作成された、前記ケーブル構造体に係る３次元データを含む３次元モデルに基づいて、コンピュータ（例えば後述の「加工シミュレーション装置２」）上で、加工プログラムの加工シミュレーションを行い、それにより、工具の構造体と、前記ケーブル構造体を含む構造体と、の間の干渉チェックを行うようにしてもよい。

（３） （２）に記載の加工プログラムの加工シミュレーションにおいて、工具の構造体モデルデータとワークの構造体モデルデータとが重なり合う場合、重なり合う領域を前記ワークの構造体データモデルから削除して、ワークの構造体データモデルを更新するようにしてもよい。

（４） （１）に記載の３次元モデル作成装置によって作成された、前記ケーブル構造体に係る３次元データを含む３次元モデルに基づいて、コンピュータ（例えば後述の「工具経路自動生成装置３」）上で、加工プログラムの加工シミュレーションを行い、それにより、工具の構造体と、前記ケーブル構造体を含む構造体と、の間の干渉チェックを行うことで、加工時間を短縮する工具早送り経路を計算するようにしてもよい。

（５） （４）に記載の加工プログラムの加工シミュレーションにおいて、工具の構造体モデルデータとワークの構造体モデルデータとが重なり合う場合、重なり合う領域を前記ワークの構造体データモデルから削除して、ワークの構造体データモデルを更新するようにしてもよい。

本発明によれば、工作機械の３次元モデルにおいて、治具等の任意の構造体に接続されるケーブルや配管等のモデルデータを生成するとともに、当該ケーブルや配管等の設置される構造体（例えば治具）のモデルデータとを相互に関連付け、当該ケーブルや配管等の設置される構造体（例えば治具）の移動や回転に伴い、ケーブルや配管等の構造体が工作機械内でどのように変化して、移動や回転するのかを定義することができる３次元モデル作成装置を提供することができる。

実施形態に係る３次元モデル作成装置の要部のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施形態に係る３次元モデル作成装置におけるＣＰＵの機能構成を示すブロック図である。 実施形態に係るケーブル構造体の一例を示す図である。 実施形態に係るケーブル構造体の移動の一例を示す図である。 実施形態に係るケーブル構造体に係る３次元データの移動位置と被接続構造体の移動位置データとを関連付ける位置対応データの一例を示す図である。 リジッドモデルに基づく、ワーク加工前とワーク加工後の干渉領域の変化の一例を示す図である。 リジッドモデルに基づく、ワーク加工前とワーク加工後の工具経路の変化の一例を示す図である。 実施形態に係る３次元モデル作成装置によるリジッドでないモデルであるケーブル構造体に係る３次元モデル作成の流れを示すフローチャートである。

以下に本発明を実現するための３次元モデル作成装置の構成例を示す。
図１は一実施形態による３次元モデル作成装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。本実施形態による３次元モデル作成装置１は、例えば数値制御装置に実装することができる。また、本実施形態による３次元モデル作成装置１は、例えば工作機械に併設されるパソコン等として実装することができる。更に、本実施形態による３次元モデル作成装置１は、例えば工作機械に併設される干渉チェック装置等として実装することもできる。図１は、パソコンとして実装された３次元モデル作成装置１のハードウェア構成の例を示している。

３次元モデル作成装置１は、プロセッサ１０を中心に構成されている。３次元モデル作成装置１が備える各構成要素はバス１７を介して接続されており、該バス１７を介して互いにデータをやり取りする。プロセッサ１０はＲＯＭ１１に格納されたシステム・プログラムに従って３次元モデル作成装置１の全体を制御する。このＲＯＭ１１にはＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどが使用される。

ＲＡＭ１２にはＤＲＡＭ等が使用され、一時的な計算データ、表示データ、入出力信号等が格納される。不揮発性記憶部１３は不揮発性の記憶領域であって、例えばフラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等であってもよい。
不揮発性記憶部１３は、例えば後述の３次元モデル記憶部１３１を備える。

機械操作盤１８は、３次元モデル作成装置１の前面などに配置され、３次元モデル作成装置１の動作に必要とされるデータ及び図形の表示、作業者の手動操作入力や、データ入力などを受け付け、３次元モデル作成装置１の動作に使用される。グラフィック制御回路１９は数値データ及び図形データ等のデジタル信号を表示用のラスタ信号に変換し、表示装置２０に送り、表示装置２０はこれらの数値及び図形を表示する。表示装置２０には主に液晶表示装置が使用される。

入力装置２１は、キースイッチやロータリースイッチ、数値キー、シンボリックキー、文字キー及び機能キーを備えたキーボードや、マウスなどのポインティングデバイスから構成される。
タッチパネル２２は、作業者によるタッチやドラッグなどの操作を検知する機能を備える。タッチパネル２２は表示装置２０の画面上に重畳して配置され、作業者が表示装置２０の画面上に表示されたソフトウェアキーやソフトウェアボタン、ソフトウェアスイッチに対して行った操作をタッチパネル２２により検知することができる。なお、タッチパネル２２と表示装置２０とを併せて１つの装置として構成しても良い。

通信部２３は、有線／無線ネットワークを介して数値制御装置、干渉チェック装置、セルコンピュータ、ホストコンピュータ等との間でデータ通信を行なう。３次元モデル作成装置１で作成された３次元モデルデータは、例えば通信部２３を介して数値制御装置へと送信される。

インタフェース１４はセンサ１００により撮像乃至計測して得たデータを３次元モデル作成装置１へと取り込むインタフェースである。
３次元データ取得部としてのセンサ１００は、３次元モデルを作成するためのデータが取得できるものであればどのようなものを用いても良い。センサ１００としては、例えばカメラや距離センサなどを利用することができ、更に好適には、３次元距離画像カメラやステレオビジョン等のように、撮像対象の画像と、該画像の各ピクセルに対する撮像位置からの距離を取得できるものを用いることができる。

図２は、３次元モデル作成装置１におけるＣＰＵ１１の機能構成を示すブロック図である。
ＣＰＵ１１は、移動データ取得部１０１と、位置対応データ生成部１０２と、３次元モデル保存部１０３と、を備える。
これらの各機能部は、前述したように、ＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムをＣＰＵ１１が実行することにより実現される。なお、ＣＰＵ１１は、上記の機能の外、背景技術で触れたように、工作機械を構成する構造体、特に工具、ワーク、ワークを保持する冶具等を含む３次元モデルを作成する各種機能を備えるが、例えば、特許文献１から特許文献３に記載されているように、当業者にとって公知であり、その詳細な説明及び図示等は省略する。
例えば、後述するセンサ１００により、工具、ワーク及び該ワークが装着された治具を撮像又は３次元計測して得られたデータから、工具、ワーク及び治具の３次元モデルを作成してもよい。その際、公知の視体積交差法、ステレオマッチング法等、画像データに基づいて３次元モデルを作成できる方法であれば、どのような方法を用いてもよい。

移動データ取得部１０１は、ケーブル構造体が接続された構造体（以下「被接続構造体」ともいう）を工作機械の備える各軸方向に、例えば平行又は回転移動させながら、ケーブル構造体に係る３次元データをセンサ１００に対して取得させる。
図３にケーブル構造体の一例を示す。図４に、ケーブル構造体の移動の一例を示す。図３及び図４を参照しながら、移動データ取得部１０１について説明する。

より具体的には、移動データ取得部１０１は、いわゆるモーションキャプチャ技術を応用して３次元データを取得する。
図３は、光学式のモーションキャプチャ技術の概要を説明するための概念図である。３０１はケーブル構造体（ケーブル、配管等）を含む工作機械、３０２は主軸、３０３は主軸にセットされた工具、３０４はワーク、３０５は被接続構造体である例えば治具、３０６は加工テーブル、３０７はケーブル構造体をそれぞれ示す。なお、図示しないが、ケーブル構造体３０７の他端は、工作機械において固定されている。
ケーブル構造体３０７の表面には、長さ方向に一定間隔で（例えば、５０ｍｍおきに）複数のマーカー（目印・標識）３０８を付けておく。マーカー３０８は、例えば、白色プラスチック素材の半球形状の物体であり、図示しないセンサ１００（例えば３次元カメラ、ステレオカメラ、計測センサ等）で取り込んだ光学イメージ上では明るい輝点として撮像される。これを利用して、被接続構造体の移動に伴ってケーブル構造体が動くときの各マーカー３０８の３次元座標値を取得することができる。なお、センサ１００のカメラ座標系と工作機械の機械座標系とはキャリブレーション済とする。
図４は、センサ１００が取り込んだ（ａ）加工前（ワークを加工位置にロードする前）及び（ｂ）加工中の水平方向（例えば、Ｘ方向）からのセンサ取得イメージを示している。被接続構造体の移動に伴ってケーブル構造体が動くことにより、各マーカー３０８が変位していることがわかる。
同様に、Ｙ方向及びＺ方向のイメージも、センサ１００を用いて取り込む。Ｘ、Ｙ、Ｚいずれかの方向から一部のマーカー３０８が陰になって見えないときは、前後のマーカにより補間してもよい。また、予め、複数のセンサ１００を設定することで、いずれかのセンサ１００により撮像できるようにしてもよい。３次元カメラ等のセンサを使用して光学イメージを取り込むことにより、各マーカー３０８の３次元座標値を取得することができる。取得した各マーカー３０８の３次元座標値に基づいて、ケーブル構造体の３次元データを作成する。
なお、ケーブル構造体（ケーブル、配管等）はリジッドでないことから、ケーブル構造体を交換した場合、ケーブル構造体の３次元モデルについて再度作り直しが必要となる。

位置対応データ生成部１０２は、移動データ取得部１０１により取得された、被接続構造体を移動させたときの、ケーブル構造体に係る３次元データの移動位置と被接続構造体の移動位置データとを関連付ける移動位置対応データを生成する。図５にケーブル構造体に係る３次元データの移動位置と被接続構造体の移動位置データとを関連付ける位置対応データの一例を示す。

Ｊ_ｎ（ｘ_ｊｎ，ｙ_ｊｎ，ｚ_ｊｎ）（ｎは０以上の整数。以下同様）は、ケーブル構造体の接続された被接続構造体（例えば治具）の代表点の３次元座標で表わされる、被接続構造体の移動位置である。また、Ｃ_ｎｍ（ｘ_ｃｎｍ，ｙ_ｃｎｍ，ｚ_ｃｎｍ）は、被接続構造体Ｊ_ｎに接続されるケーブル構造体Ｃ_ｎの各マーカー３０８の３次元座標で表される、ケーブル構造体の移動位置である。ここで、ｍは各マーカー３０８に対してケーブル構造体３０７の一端側から順に付された番号を表す。ケーブル構造体３０７に付されたマーカー３０８の総数をｋとすると、１≦ｍ≦ｋで表される。
Ｊ_０（ｘ_ｊ０，ｙ_ｊ０，ｚ_ｊ０）及びＣ_０ｍ（ｘ_ｃ０ｍ，ｙ_ｃ０ｍ，ｚ_ｃ０ｍ）は、それぞれ、被接続構造体及びケーブル構造体の移動開始時点の初期位置である。図５で同じ行に記されたデータ同士が関連付けられている。例えば、Ｊ_１（ｘ_ｊ１，ｙ_ｊ１，ｚ_ｊ１）には、ケーブル構造体の各マーカー３０８の移動位置Ｃ_１1（ｘ_ｃ１1，ｙ_ｃ１1，ｚ_ｃ１1）），Ｃ_１2（ｘ_ｃ１2，ｙ_ｃ１2，ｚ_ｃ１2）），…，Ｃ_１ｋ（ｘ_ｃ１ｋ，ｙ_ｃ１ｋ，ｚ_ｃ１ｋ））が関連付けられている。

より具体的には、位置対応データ生成部１０２は、被接続構造体を移動させた時の位置データ（３次元座標値）に対してセンサ１００が取り込んだデータ（例えば、光学イメージ）から取得したケーブル構造体の位置データ（３次元座標値）を関連付けることができる。
ここで、３次元座標値は、センサ１００の有する３次元座標系でもよい。なお、機械座標系と３次元座標系とを予めキャリブレーションしておくことで、位置対応データは機械座標値に変換することができる。また、位置対応データは、機械座標系との間で変換できるワーク座標系等任意の３次元座標系に変換することができる。
なお、センサ１００は、多数のデータを取り込むが、例えば、データが光学イメージ（画像）である場合は、取り込み時に各画像に付されたフレーム番号などにより各データを識別することができる。

３次元モデル保存部１０３は、ケーブル構造体に係る３次元データと前記位置対応データと、を含む３次元モデルを記憶部１３（３次元モデル記憶部１３１）に保存する。
より具体的には、３次元モデル保存部１０３は、ケーブル構造体に係る３次元データと、当該３次元データに関連付けられた前記被接続構造体（治具）の位置対応データと、ワーク及び治具の３次元モデルとを記憶部１３（３次元モデル記憶部１３１）に保存する。
以上、本発明の３次元モデル作成装置１の各機能部の実施形態を、３次元モデル作成装置１の構成に基づいて説明した。

＜３次元作成装置１により作成された３次元モデルに基づく３次元シミュレーション＞
次に、３次元作成装置１により作成された３次元モデルに基づく３次元シミュレーションについて説明する。３次元シミュレーションは加工シミュレーション装置２（図示せず）上で行う。ここで、加工シミュレーション装置２は、例えば数値制御装置に実装することができる。また、例えば工作機械に併設されるパソコン等として実装することができる。

前述したとおり、ケーブル構造体は、中間部が固定されていない（リジッドでない）ことから、被接続構造体である治具の移動に伴って大きく動く。前述の特許文献３には、治具が加工中に工具と干渉するかどうかをシミュレーションにより加工前にチェックする方法を開示されている。特許文献３では、シミュレーション部１１が、数値制御部１０から送出される数値制御情報に基づき、加工物（ワーク）の個別計測モデル１８、治具の個別計測モデル１９と工具モデル２１を動作させ、干渉検知を行っている（段落［００２３］参照。）。このように、特許文献３では、ケーブル構造体のようなリジッドでない部分を含まない３次元モデル（リジッドな３次元モデル）を用いて干渉シミュレーションを行っている。しかしながら、加工前に、予め３次元モデルに基づいて干渉シミュレーションを行った場合であっても、当該３次元モデルがケーブルや配管等を含まないことから、実際の加工中に、ワークや治具がケーブルや配管に干渉する恐れがある。

これに対して、本願発明は、リジッドでないケーブル構造体を含む３次元モデルを用いて３次元シミュレーションを行うことに特徴がある。本願発明の３次元モデルは、前述のとおり、ケーブル構造体に係る３次元データと被接続構造体（例えば治具等）の位置対応データとともに保存されているので、被接続構造体の移動位置に応じて、当該被接続構造体に接続されているケーブル構造体に係る３次元データ及び位置対応を呼び出し、呼び出したデータに基づいて、ケーブル構造体の位置を特定し、ケーブル構造体と干渉する領域を算出することができる。

図６は、（Ａ）ワーク加工前と（Ｂ）ワーク加工中・後の干渉領域の変化の一例を示している。図６を用いて、本願発明の干渉シミュレーションの具体例を説明する。
図６（Ａ）は、加工前のワークの形状を表している。図６（Ｂ）は、ワーク加工（切削）中及び加工（切削）後に、ワークが切削され、その形状が変化し、干渉領域が変化していく場合を表している。従来のリジッドな３次元モデルを参照してこのようなワーク切削中及び切削後の干渉シミュレーションを行う場合には、ワークと工具との干渉は無視し、ワークが加工されて、ワークの一部が削り取られる前、削り取られていく途中、及び削り取られた後の各段階に応じて、治具と工具が干渉するか否かを算出していた。このため、予め、ワークの３次元モデル、若しくは、冶具の３次元モデルを与えておくことにより、工作機械に取り付けられたワークと冶具を一緒に３次元計測した結果から、ワークの領域と冶具の領域とを区別することができるようにして、ワークの３次元モデルと治具の３次元モデルを個別に作成していた。しかしながら、いずれの段階でも工具が治具と干渉しないことを確認していても、実際に切削加工するとケーブル構造体がワークや治具に干渉してしまうことがあった。

これに対して、本願発明では、リジッドでないケーブル構造体を含む３次元モデルを参照して干渉シミュレーションを行うので、ワークを切削加工する間にケーブル構造体がワークや治具に干渉するか否かを予め簡単に算出して確認しておくことができる。具体的には、被接続構造体の移動位置に応じて算出されるケーブル構造体と干渉する領域と、ワーク及び工具が存在する領域が重なる領域を、公知のブーリアン演算等によって算出し、重なる領域が存在しなれば干渉は生じない。また、加工中及び加工後のワークの形状変化を考慮するため、加工中の各段階で、工具の構造体モデルデータとワークの構造体モデルデータとが重なり合う場合、重なり合う領域を前記ワークの構造体データモデルから削除して、ワークの構造体データモデルを更新しながら、上述した干渉チェックを行うことができる。

このように、３次元作成装置１により作成された３次元モデルは、ケーブルや配管等の接続される構造体（例えば治具）の移動や回転に伴い、ケーブルや配管等の構造体が工作機械内でどのように変化して、移動や回転するのかが定義されていることで、当該３次元モデルを利用することにより、治具やワークのみならず、治具に接続されたケーブルや配管等との干渉チェックをより正確に容易にできる３次元シミュレーションを実現することができる。

＜３次元作成装置１により作成された３次元モデルに基づく工具経路算出＞
次に、３次元作成装置１により作成された３次元モデルに基づく、加工時間を短縮する工具早送り経路を自動計算する、工具経路自動生成について説明する。３次元シミュレーションは工具経路自動生成装置３（図示せず）上で行う。ここで、工具経路自動生成装置３は、例えば数値制御装置に実装することができる。また、例えば工作機械に併設されるパソコン等として実装することができる。
例えば、前述の特許文献３には、リジッドな３次元モデルにおける工具経路自動生成法が開示されている。実際にワークを加工する場合には、工具がワークの加工を伴いながら移動するときと、加工を伴わないで移動する（工具を早送りする）ときとがあり、工具経路の自動生成法においては、このような早送り指令を含む工具経路を生成している。
工具早送り経路（早送りパス）を算出する方法としては、工具の移動距離が最小になるように移動経路を算出する方法や、工具を加速・減速する回数が最小になるように移動経路を算出する方法などがあるが、いずれにせよ、早送りする際に工具がワークや治具に触れないようにしなければならない。

図７は、ワークを平面視した図であり、（Ａ）ワーク加工前及び（Ｂ）ワーク加工中及び加工後に、工具を所定位置に早送りする場合を表している。従来のリジッドな３次元モデルを参照した干渉シミュレーションでは、図７（Ｂ）のように工具を早送りしても工具がワークや治具と干渉しないという結果が算出されていても、実際に早送りするとケーブル構造体がワークや治具に干渉してしまうことがあった。このため、必ずしも最短の経路を採用できず、加工中・後でも、加工前のワーク形状に基づいて、工具先端が加工前のワークを大きく迂回するような経路（例えば、図６（Ａ）や図７（Ａ）に示すように、加工前のワーク外周から常に一定の距離を保って移動する経路）を早送りパスとせざるを得ない場合があった。このため、工具が必要以上に遠回りすることがあり、無駄な移動時間がかかっていた。

これに対して、本願発明では、リジッドでないケーブル構造体を含む３次元モデルを参照して干渉シミュレーションを行うので、工具を早送りする間にケーブル構造体がワークや工具に干渉するか否かを予め簡単に算出しておくことができる。このため、移動距離が最小で、かつ、ケーブル構造体がワークや工具に干渉しない早送りパスを容易に見つけることができる。

さらに、切削加工が進行するにつれてワークの形状が変化するような場合でも、加工中の各段階で、工具の構造体モデルデータとワークの構造体モデルデータとが重なり合う領域を前記ワークの構造体データモデルから削除して、ワークの構造体データモデルを更新しながら、ワークを避けて最小の移動距離で、かつ、ケーブル構造体が工具やワークに干渉することなく、工具が移動する最短の早送りパスを算出することができるので、従来よりも、加工時間を短縮する早送り経路を容易に得ることができる。例えば、図７（Ｂ）に示すように、ワークの一部が削り取られた後において、平面視で、加工前のワークの外周内を通る工具経路を早送りパスとすることも容易にできるので、早送りの際の移動時間が短縮され、加工時間が短縮されることがわかる。

このように、３次元作成装置１により作成された３次元モデルは、ケーブルや配管等の接続される構造体（例えば治具）の移動や回転に伴い、ケーブルや配管等の構造体が工作機械内でどのように変化して、移動や回転するのかが定義されていることで、当該３次元モデルを利用することにより、加工により削り取られる、ワークの３次元モデルを取得することができるとともに、工具と、治具及びケーブル及び／又は配管からなるケーブル構造体と、が干渉しない最短の工具早送り経路を算出することができる。これにより、加工時間を短縮することができ、生産性向上に寄与する。

次に、本発明の実施形態の３次元モデル作成装置１における一連の処理の流れについて、図８を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る３次元モデル作成装置１による３次元モデル作成の流れを示すフローチャートである。

図８を参照すると、ステップＳ１において、移動データ取得部１０１は、ケーブル構造体が接続された被接続構造体を工作機械の備える各軸方向に平行又は回転移動させながら、センサ１００により、ケーブル構造体に係る３次元データ、並びに、工具、ワーク及び該ワークが装着された治具に係る３次元データを取得する。

ステップＳ２において、取得した３次元データに基づいて、ケーブル構造体の３次元モデル並びに当該ケーブル構造体の接続される被接続構造体の３次元モデルを作成する。

ステップＳ３において、取得された、被接続構造体を移動させたときの、ケーブル構造体に係る３次元データの移動位置と被接続構造体の移動位置データとを関連付ける移動位置対応データを生成する。
ステップＳ４において、ケーブル構造体に係る３次元データの移動位置と、当該３次元データに関連付けられた前記被接続構造体の移動位置とを関連付ける移動位置対応データと、ケーブル構造体の３次元モデル並びに当該ケーブル構造体の接続される被接続構造体の３次元モデルとを記憶部１３（３次元モデル記憶部１３１）に保存する。

本実施形態によれば、ケーブル及び／又は配管からなるケーブル構造体が接続された、工作機械の所定の構造体（例えば、治具等）を工作機械の備える各軸方向に平行又は回転移動させながら、例えば、３次元カメラ、ステレオカメラ、計測センサ等により、ケーブル及び／又は配管からなるケーブル構造体上に予め設定された複数の測定点の位置を含む３次元データを取得することで、当該ケーブルや配管等の設置される構造体（例えば治具）の移動や回転に伴い、ケーブルや配管等の構造体が工作機械内でどのように変化して、移動や回転するのかを定義した３次元モデルを容易に作成することができる。
これにより、治具やワークのみならず、被接続構造体（例えば治具等）に接続されたケーブルや配管等との干渉チェックをより正確に容易にできる。

また、本実施形態によれば、加工により削り取られる、ワークの３次元モデルを取得することができるとともに、工具と、治具及びケーブル及び／又は配管からなるケーブル構造体と、が干渉しない最短の工具早送り経路を算出することができる。これにより、加工時間を短縮することができ、生産性向上に寄与することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

３次元モデル作成装置の各機能は、ソフトウェアにより実現される。ソフトウェアによって実現される場合には、このソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。また、これらのプログラムは、リムーバブルメディアに記録されてユーザに配布されてもよいし、ネットワークを介してユーザのコンピュータにダウンロードされることにより配布されてもよい。

１ ３次元モデル作成装置
１０ プロセッサ
１０１ 移動データ取得部
１０２ 位置対応データ生成部
１０３ ３次元モデル保存部
１１ ＲＯＭ
１２ ＲＡＭ
１３ 不揮発性記憶部（記憶部）
１４ インタフェース
１８ 機械操作盤
１９ グラフィック制御回路
２０ 表示装置
２１ 入力装置
２２ タッチパネル
２３ 通信部
１００ センサ
３０１ ケーブル構造体を含む工作機械
３０２ 主軸
３０３ 主軸にセットされた工具
３０４ ワーク
３０５ 被接続構造体である治具
３０６ 加工テーブル
３０７ ケーブル構造体
３０８ マーカー

Claims (5)

1. 工作機械に取り付けられたワークと治具と工具を含む構造体の３次元モデルを作成する３次元モデル作成装置であって、
   工作機械の所定の構造体に接続されるケーブル及び／又は配管からなるケーブル構造体上に予め設定された複数の測定点の位置を含む３次元データを取得する３次元データ取得部と、
   前記ケーブル構造体が接続された前記構造体を前記工作機械の備える各軸方向に平行又は回転移動させながら、前記ケーブル構造体に係る３次元データを前記３次元データ取得部に対して取得させる、移動データ取得部と、
   前記移動データ取得部により取得された前記ケーブル構造体に係る３次元データと前記構造体の位置データとを関連付ける位置対応データを生成する位置対応データ生成部と、
   前記ケーブル構造体に係る３次元データと前記位置対応データと、を含む３次元モデルを記憶部に保存する３次元モデル保存部と、
   を備える３次元モデル作成装置。
2. 請求項１に記載の３次元モデル作成装置によって作成された、前記ケーブル構造体に係る３次元データを含む３次元モデルに基づいて、コンピュータ上で、加工プログラムの加工シミュレーションを行い、それにより、工具の構造体と、前記ケーブル構造体を含む構造体と、の間の干渉チェックを行う、加工シミュレーション装置。
3. 前記加工プログラムの加工シミュレーションにおいて、工具の構造体モデルデータとワークの構造体モデルデータとが重なり合う場合、重なり合う領域を前記ワークの構造体データモデルから削除して、ワークの構造体データモデルを更新する、請求項２に記載の加工シミュレーション装置。
4. 請求項１に記載の３次元モデル作成装置によって作成された、前記ケーブル構造体に係る３次元データを含む３次元モデルに基づいて、コンピュータ上で、加工プログラムの加工シミュレーションを行い、それにより、工具の構造体と、前記ケーブル構造体を含む構造体と、の間の干渉チェックを行うことで、加工時間を短縮する工具早送り経路を計算する、工具経路自動生成装置。
5. 前記加工プログラムの加工シミュレーションにおいて、工具の構造体モデルデータとワークの構造体モデルデータとが重なり合う場合、重なり合う領域を前記ワークの構造体データモデルから削除して、ワークの構造体データモデルを更新する、請求項４に記載の工具経路自動生成装置。

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