JP6856607B2 - 撮影装置及び工作機械 - Google Patents
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Description
本明細書に添付した図面は、いずれも概念図又は模式図であり、理解のしやすさ等を考慮して、各部の形状、縮尺、縦横の寸法比等を実物から変更又は誇張している。
なお、本明細書及び図面においては、部材の位置、移動方向等を明確にするため、XYZの互いに直交する座標軸を設定した。この座標軸では、工作機械1を水平な床面(不図示)に設置した状態で、工作機械1を正面(後述する主軸11側)から見たときの左右方向をX軸方向、前後方向をY軸方向、上下(鉛直)方向をZ軸方向とする。X軸方向においては、右方向をX1方向、左方向をX2方向とする。Y軸方向においては、前方向をY1方向、後方向をY2方向とする。Z軸方向においては、上方向をZ1方向、下方向をZ2方向とする。また、本明細書においては、「方向」を適宜に「側」ともいう。
工作機械本体10は、主軸11、主軸ヘッド12、コラム13、ベース部14、ワークテーブル15を備える。工作機械本体10の動作は、後述する数値制御装置20(図2参照)により制御される。
主軸11は、工具ホルダ(不図示)に装着された工具16を回転させたり、工具16が装着された工具ホルダを固定したまま保持したりする部分である。工具16は、加工目的に合わせて複数の種類が用意されている。各工具16は、それぞれ専用の工具ホルダに装着された状態で交換される。工具16には、それぞれ固有の工具番号(識別番号)が割り当てられている。
ワークテーブル15は、ワークWを左右方向(X軸方向)及び前後方向(Y軸方向)に移動可能に支持する機構である。ワークテーブル15には、後述するX軸モータ222、Y軸モータ224、エンコーダ223、225(図2参照)等が設けられている。本実施形態の工作機械本体10は、ワークWをX−Y軸方向に移動させながら、工具16をZ軸方向に移動させることによりワークWを加工する。
次に、工作機械本体10の動作を制御する数値制御装置20の構成について説明する。図2は、工作機械本体10及び数値制御装置20の電気的な構成を示すブロック図である。
数値制御装置20は、工作機械本体10に所定の切削加工を実行させたり、昇降機構(不図示)の動作を制御したりする装置である。数値制御装置20は、例えば、シーケンスプログラムに基づいて、各軸に対する移動指令、各部を駆動するモータへの回転指令等を含む動作指令を作成し、この動作指令を工作機械本体10に送信する。これにより、数値制御装置20は、各装置に設けられたモータを制御して、工作機械本体10による切削加工を実行する。
RAM203には、プロセッサ201により使用される計算データ、表示データ、オペレータにより入力された各種データが一時的に格納される。また、RAM203には、例えば、工具番号と対応付けられた情報(長さL、拡大率r0)、工具16の座標値(X軸座標値Xt、Y軸座標値Yt、Z軸座標値Zt)、カメラ31の座標値(X軸座標値Xc、Y軸座標値Yc、Z軸座標値Zc)、カメラ31で撮影された画像データ等が格納される。なお、RAM203に保存される各種データの少なくとも一部を、撮影装置30(後述)に記憶させてもよい。
SRAM204は、数値制御装置20の電源がオフしても記憶内容が保持される不揮発性メモリとして構成される。
次に、撮影装置30の構成について説明する。
図3は、撮影装置30の電気的な構成を示すブロック図である。図4Aは、工具16とカメラ31との位置関係を概念的に示す平面図である。図4Bは、工具16とカメラ31との位置関係を概念的に示す側面図である。図5は、工具16とカメラ31との位置関係を概念的に示す斜視図である。
図3に示すように、撮影装置30は、カメラ(撮影部)31、情報取得部(座標値取得部、長さ情報取得部、拡大率取得部)32、方向・距離算出部33、姿勢制御部34及び撮影倍率設定部35を備える。
情報取得部32は、座標値取得部として、上下方向(Z軸方向)に移動する工具16の位置情報となる第1座標値を取得する。工具16の第1座標値は、図4Bに示すように、工具16の先端部Tの位置となる。工具16の第1座標値は、ワークテーブル15の基準点A1を基準として、X軸座標値Xt、Y軸座標値Yt、Z軸座標値Ztにより表される。このうち、X軸座標値Xt及びY軸座標値Ytは、図4Aに示すように、平面視において、ワークテーブル15の基準点A1と一致する。情報取得部32は、工具16の第1座標値を、RAM203(数値制御装置20)から取得する。
なお、主軸ヘッド12が、ワークWに対して相対的に左右方向(X軸方向)及び前後方向(Y軸方向)に移動する工作機械の場合、X軸座標値Xt、Y軸座標値Ytは、ワークテーブル15の基準点A1からの値となる。
情報取得部32は、シーケンスプログラムに指定された工具番号に基づいて、RAM203(数値制御装置20)を検索し、その工具番号に対応付けられた工具16の情報として、長さL及び拡大率r0を取得する。
値Xc、Y軸座標値Yc、Z軸座標値Zc)は、ワークテーブル15の基準点A1からの座標値で表される。カメラ31は、XYZ軸方向の中心位置となる基準点A3が固定されている。そのため、X軸座標値Xc、Y軸座標値Yc、Z軸座標値Zcは、いずれも固定値となる。
m=(Xt−Xc,Yt−Yc,Zt−Zc)・・・(1)
図5に示すように、工具16(図4B参照)の先端部TがZ軸座標値Zt1に存在する場合、光軸は、光軸OA1の方向(方向ベクトルm1)となる。また、工具16の先端部TがZ軸座標値Zt1から上側(Z1側)に移動して、Z軸座標値Zt2に存在する場合、光軸は、光軸OA2の方向(方向ベクトルm2)となる。
また、方向・距離算出部33は、工具16の先端部Tとカメラ31との間の距離d(図5参照)を、下記の式(2)により算出する。
d=√((Xt−Xc)2+(Yt−Yc)2+(Zt−Zc)2)・・・(2)
距離dは、撮影倍率設定部35(後述)において、工具16の撮影倍率を設定する際に使用される。
r=d/d0・・・(3)
ここで、dは、式(2)で算出される距離である。d0は、撮影倍率を「1」とする基準距離であり、工具毎に異なる。基準距離d0は、工具16を基準距離d0で撮影した場合に、工具16の画像が画面上で最適なサイズとなるように設定される。カメラ31と工具16(先端部T)との間の距離dが基準距離d0よりも短い場合、撮影倍率rが小さくなるため、工具16の画像が画面上で過大になることを抑制できる。また、カメラ31と工具16(先端部T)との間の距離dが基準距離d0よりも長い場合、撮影倍率rが大きくなるため、工具16の画像が画面上で過小になることを抑制できる。なお、基準距離d0は、すべての工具16に共通の固定値としてもよい。また、基準距離d0を、オペレータが操作入力部209(図2参照)を介して変更できるようにしてもよい。
図6A〜図6Cは、工具の形状と撮影倍率との関係を説明する図である。
図6A〜図6Cにおいて、枠100は、カメラ31で撮影される画面の大きさを表している。各図において、枠100の大きさは、共通とする。
r=r0×d/d0・・・(4)
撮影倍率rの補正された工具162の画像は、図6Cに示すように、画面上において、最適なサイズとなる。なお、拡大率r0は、撮影倍率rが小さくなるように補正するだけでなく、撮影倍率rが大きくなるように補正することもある。例えば、工具の長さLが同じでも、工具径がより細い場合、拡大率は、例えば、1.5に設定される。その場合、撮影倍率設定部35において、撮影倍率rが大きくなるように補正される。撮影倍率設定部35は、最終的に算出された撮影倍率rに基づいて、カメラ1のズーム倍率を制御する。
図7は、撮影装置30で実行されるカメラ31の姿勢及び撮影倍率の制御処理を示すフローチャートである。なお、カメラ31による工具16の撮影は、姿勢及び撮影倍率の制御を除いて、撮影装置30における通常の撮影プログラムにより実行される。また、以下に説明するカメラ31の姿勢及び撮影倍率の制御処理は、例えば、100ms毎に実行される。
ステップS104において、姿勢制御部34は、カメラ31の姿勢を、ステップS103で算出された、光軸OA方向(方向ベクトルm)と平行となるように制御する。
本実施形態の撮影装置30は、移動する工具16及びカメラ31のそれぞれの座標値に基づいてカメラ31と工具16の先端部Tとを結ぶ光軸OAの方向及び距離dを算出する。そして、撮影装置30は、カメラ31の姿勢を光軸OAの方向(方向ベクトルm)と平行となるように制御すると共に、カメラ31の撮影倍率rを距離dに基づいて設定する。そのため、撮影装置30においては、移動する工具16の先端部Tを、画面上の中心に位置させた状態で且つ画像が画面上で最適なサイズとなるように撮影できる。
本実施形態の撮影装置30は、工具番号に対応付けられた拡大率r0に基づいて、画像の撮影倍率rを補正する。そのため、撮影装置30は、工具16の長さLが同じで、工具径、先端形状等が異なる場合においても、工具16の先端部Tを画面上において最適なサイズで撮影できる。
実施形態では、主軸ヘッド12に装着された工具16が上下方向(Z軸方向)に移動する縦型の工作機械1について説明したが、これに限定されない。工作機械は、主軸ヘッドに装着された工具が左右方向(X軸方向)又は前後方向(Y軸方向)に移動する横型の工作機械であってもよい。
実施形態では、移動する対象物として、工作機械用の工具を例として説明したが、これに限定されない。移動する対象物は、例えば、ロボットのアームでもよいし、そのアームに取り付けられるグリッパー、溶接用のガン等であってもよい。
実施形態では、姿勢制御部34において、カメラ31の姿勢を、方向・距離算出部33で算出された光軸OA方向(方向ベクトルm)と平行となるように制御する例について説明したが、これに限定されない。姿勢制御部34において、カメラ31の姿勢を、光軸OA方向に対して、予め設定された角度分だけ傾けるように制御してもよい。
Claims (3)
- 移動する対象物の位置情報となる第1座標値を取得する座標値取得部と、
前記対象物の画像を撮影する撮影部と、
前記第1座標値、及び前記撮影部の位置情報となる第2座標値に基づいて、前記撮影部と前記対象物とを結ぶ光軸の方向及び前記光軸上における前記対象物と前記撮影部との間の距離を算出する方向・距離算出部と、
前記撮影部の姿勢を、算出された前記光軸の方向に基づいて制御する姿勢制御部と、
前記撮影部における前記対象物の撮影倍率を、算出された前記距離に基づいて設定する撮影倍率設定部と、
前記対象物の識別番号と対応付けられた前記対象物の拡大率を取得する拡大率取得部と、を備え、
前記撮影倍率設定部は、前記拡大率に基づいて前記撮影倍率を補正し、
移動する前記対象物に対して、前記撮影部の姿勢及び前記対象物の撮影倍率を変動させながら前記対象物を撮影する撮影装置。 - 請求項1に記載の撮影装置において、
前記対象物の識別番号と対応付けられた前記対象物の長さ情報を取得する長さ情報取得部を備え、
前記方向・距離算出部は、前記対象物の前記長さ情報に基づいて前記第1座標値を変更する、
撮影装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の撮影装置を備える工作機械。
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