特開 2023-113305 加工機械、加工機械の制御装置および加工機械の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023113305

(43)【公開日】2023-08-16

(54)【発明の名称】加工機械、加工機械の制御装置および加工機械の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/4097 20060101AFI20230808BHJP

   G05B 19/19 20060101ALI20230808BHJP

   B23Q 15/00 20060101ALI20230808BHJP

   B24B 49/12 20060101ALI20230808BHJP

   B23Q 17/24 20060101ALI20230808BHJP

   B23Q 17/22 20060101ALI20230808BHJP

【ＦＩ】

G05B19/4097 C

G05B19/19 H

B23Q15/00 305C

B24B49/12

B23Q17/24 C

B23Q17/22 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022015574

(22)【出願日】2022-02-03

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】板東 賢一

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 夏輝

(72)【発明者】

【氏名】ムンジル モハマド

【テーマコード（参考）】

3C029

3C034

3C269

【Ｆターム（参考）】

3C029AA01

3C029AA40

3C034AA19

3C034BB11

3C034BB37

3C034BB50

3C034BB75

3C034BB93

3C034CA02

3C034CA22

3C034CA26

3C034CB04

3C034CB08

3C034CB18

3C034DD20

3C269AB31

3C269AB33

3C269BB08

3C269CC09

3C269CC18

3C269EF02

3C269EF59

3C269EF71

3C269JJ09

3C269JJ20

3C269MN07

3C269MN09

3C269MN16

3C269MN17

3C269MN40

3C269MN48

3C269QD02

3C269QE03

3C269QE10

(57)【要約】

【課題】加工プログラムを用意することなくワークを加工する。
【解決手段】加工機械は、ワークを機械加工する工具と、撮像範囲にワークが入るように設置され、被写体の深度を撮像する深度カメラとを備える。位置計測部は、深度カメラが撮像した深度画像に基づいて、ワークの表面の三次元位置を計算する。位置合わせ部は、ワークの目標形状を表す三次元データとワークの三次元位置とに基づいて、ワークと目標形状とを重ね合わせたときの目標形状の三次元位置を計算する。切込量決定部は、ワークを所定の視点から見たときのワークの表面の三次元位置と目標形状の表面の三次元位置との視線方向における差に基づいてワークの表面上の複数の点それぞれにおける切込量を決定する。工具制御部は、決定された切込量に基づいて工具を移動させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを機械加工する工具と、
撮像範囲に前記ワークが入るように設置され、被写体の深度を撮像する深度カメラと、
前記深度カメラが撮像した深度画像に基づいて、前記ワークの表面の三次元位置を計算する位置計測部と、
前記ワークの目標形状を表す三次元データと前記ワークの三次元位置とに基づいて、前記ワークと前記目標形状とを重ね合わせたときの前記目標形状の三次元位置を計算する位置合わせ部と、
前記ワークを所定の視点から見たときの前記ワークの表面の三次元位置と前記目標形状の表面の三次元位置との視線方向における差に基づいて前記ワークの表面上の複数の点それぞれにおける切込量を決定する切込量決定部と、
決定された前記切込量に基づいて前記工具を移動させる工具制御部と
を備える加工機械。

【請求項2】

前記目標形状の三次元位置に基づいて、前記深度カメラを基準とする前記目標形状の表面の深度を計算する目標深度計算部を備え、
前記位置計測部は、前記深度画像に基づいて前記ワークの表面の深度を特定し、
前記切込量決定部は、前記ワークの表面の深度と前記目標形状の表面の深度との差に基づいて、前記切込量を決定する
請求項１に記載の加工機械。

【請求項3】

前記位置合わせ部は、前記工具の加工方向を前記深度カメラの撮像方向と一致させ、決定された前記切込量に基づいて前記工具を移動させる
請求項２に記載の加工機械。

【請求項4】

前記切込量決定部は前記ワークの表面と前記目標形状の表面との差が前記工具の最大切込量を超える点における切込量を、前記最大切込量に決定し、前記ワークの表面と前記目標形状の表面との差が前記工具の最大切込量を超えない点における切込量を、前記ワークの表面と前記目標形状の表面との差を所定数で除算した量に決定する、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の加工機械。

【請求項5】

前記切込量決定部は、前記工具による前記ワークの加工後における前記ワークの表面の三次元位置と前記目標形状の表面の三次元位置との差に基づいて、再度前記ワークの表面上の複数の点それぞれにおける切込量を決定する
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の加工機械。

【請求項6】

ワークを機械加工する工具と、撮像範囲に前記ワークが入るように設置され、被写体の深度を撮像する深度カメラと、前記工具を駆動させるアクチュエータとを備える加工機械の制御装置であって、
前記深度カメラが撮像した深度画像に基づいて、前記ワークの表面の三次元位置を計算する位置計測部と、
前記ワークの目標形状を表す三次元データと前記ワークの三次元位置とに基づいて、前記ワークと前記目標形状とを重ね合わせたときの前記目標形状の三次元位置を計算する位置合わせ部と、
前記ワークを所定の視点から見たときの前記ワークの表面の三次元位置と前記目標形状の表面の三次元位置との視線方向における差に基づいて前記ワークの表面上の複数の点それぞれにおける切込量を決定する切込量決定部と、
決定された前記切込量に基づいて前記アクチュエータを制御する工具制御部と
を備える加工機械の制御装置。

【請求項7】

ワークを機械加工する工具と、撮像範囲に前記ワークが入るように設置され、被写体の深度を撮像する深度カメラと、前記工具を駆動させるアクチュエータとを備える加工機械の制御方法であって、
前記深度カメラが撮像した深度画像に基づいて、前記ワークの表面の三次元位置を計算するステップと、
前記ワークの目標形状を表す三次元データと前記ワークの三次元位置とに基づいて、前記ワークと前記目標形状とを重ね合わせたときの前記目標形状の三次元位置を計算するステップと、
前記ワークを所定の視点から見たときの前記ワークの表面の三次元位置と前記目標形状の表面の三次元位置との視線方向における差に基づいて前記ワークの表面上の複数の点それぞれにおける切込量を決定するステップと、
決定された前記切込量に基づいて前記アクチュエータを制御するステップと
を備える加工機械の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、加工機械、加工機械の制御装置および加工機械の制御方法
に関する。

【背景技術】

【0002】

加工機械の制御装置は、ワークの加工に用いる加工プログラムを読み取り、当該プログラムの実行によって加工機械を駆動させることで、ワークを所望の形状に切削する。特許文献１には、ワークを撮影したカメラ画像上に加工プログラムによる加工軌跡を重畳表示する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６２５３８４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ワークを加工するための加工プログラムを用意することは、容易ではない。ワークの目標形状に基づいて加工プログラムを作成しても、実際の加工機械に実行させると、加工機械の特性によって切削誤差が生じる。そのため、作業者は、ワークの試加工を繰り返しながら加工プログラムを修正することで、加工プログラムを作成する必要がある。
本開示の目的は、加工プログラムを用意することなくワークを加工することができる加工機械、加工機械の制御装置および加工機械の制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様によれば、加工機械は、ワークを機械加工する工具と、撮像範囲に前記ワークが入るように設置され、被写体の深度を撮像する深度カメラと、前記深度カメラが撮像した深度画像に基づいて、前記ワークの表面の三次元位置を計算する位置計測部と、前記ワークの目標形状を表す三次元データと前記ワークの三次元位置とに基づいて、前記ワークと前記目標形状とを重ね合わせたときの前記目標形状の三次元位置を計算する位置合わせ部と、前記ワークを所定の視点から見たときの前記ワークの表面の三次元位置と前記目標形状の表面の三次元位置との視線方向における差に基づいて前記ワークの表面上の複数の点それぞれにおける切込量を決定する切込量決定部と、決定された前記切込量に基づいて前記工具を移動させる工具制御部とを備える。

【発明の効果】

【0006】

上記態様によれば、加工プログラムを用意することなくワークを加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第一の実施形態に係る加工機械の斜視図である。

【図2】第一の実施形態に係るロボットアームの構成を示す斜視図である。

【図3】第一の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。

【図4】第一の実施形態に係る表示画面の一例である。

【図5】第一の実施形態に係る制御装置による加工機械の制御方法を示すフローチャート（パート１）である。

【図6】第一の実施形態に係る制御装置による加工機械の制御方法を示すフローチャート（パート２）である。

【図7】少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

〈第一の実施形態〉
《加工機械１の構成》
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第一の実施形態に係る加工機械の斜視図である。加工機械１は、テーブル１０、治具２０、複数のステレオカメラ３０、ロボットアーム４０、工具６０、制御装置７０を備える。他の実施形態においては、加工機械１は、例えばマシニングセンタであってもよい。

【0009】

テーブル１０は、加工機械１の基台である。治具２０は、テーブル１０の上に設けられる。治具２０はワークＷを挟み込むことで支持する。

【0010】

ステレオカメラ３０は、撮像範囲に含まれる被写体の深度画像を撮像する。ステレオカメラ３０は、深度カメラの一例である。ステレオカメラ３０は、撮像範囲にワークＷの設置領域が含まれるように設けられる。ステレオカメラ３０は、例えば加工機械１の内壁に、テーブル１０を見下ろすように設置される。ステレオカメラ３０は、テーブル１０との相対位置が変化しないよう、熱膨張が生じ難い材料で構成される治具で固定されることが好ましい。複数のステレオカメラ３０は、互いに死角を補うように配置される。図１に示す例では、加工機械１は４つのステレオカメラ３０を備え、４方向から深度画像を撮像することができる。なお、他の実施形態においては、ステレオカメラ３０は１つでも複数でもよい。また、４方向ではなく２方向や１方向から深度画像を計測してもよい。ステレオカメラ３０は加工機械１を覆う略直方体の筐体の天井の四隅に取り付けられている。なお、ステレオカメラ３０は加工機械１に対して固定されていればよいため、筐体に限らず、例えば４本の柱に固定されてもよい。

【0011】

図２は、第一の実施形態に係るロボットアーム４０の構成を示す斜視図である。ロボットアーム４０は、工具６０を移動可能に支持する。工具６０はロボットアーム４０の先端に支持される。工具６０はワークＷを切削する。なお他の実施形態においては、工具６０はワークＷを研削するものであってもよい。ロボットアーム４０は、例えば６軸垂直間接ロボットであってよい。ロボットアーム４０は、ベース４１、第一アーム４２、第二アーム４３、第三アーム４４、第四アーム４５、第五アーム４６、スピンドル４７とを備える。ベース４１は、テーブル１０に上下方向に伸びる第一軸Ｏ１回りに回転可能に固定される。第一アーム４２は、第一軸Ｏ１に直交する第二軸Ｏ２回りに回転可能に連結されている。第二アーム４３は、第一アーム４２に対して第二軸Ｏ２と平行な第三軸Ｏ３回りに回転自在に連結されている。第三アーム４４は、第三軸Ｏ３と平行な第四軸Ｏ４回りに回転可能に連結されている。第四アーム４５は、第三アーム４４に対して第三アーム４４の軸方向に伸びる第五軸Ｏ５回りに回転可能に連結されている。第五アーム４６は、第四アーム４５に対して第五軸Ｏ５に直交する第六軸Ｏ６回りに回転可能に連結されている。スピンドル４７は、第五アーム４６の先端に設けられ、工具６０を回転可能に支持する。

【0012】

ロボットアーム４０は、第一モータ５１、第二モータ５２、第三モータ５３、第四モータ５４、第五モータ５５、第六モータ５６、第七モータ５７を備えている。第一モータ５１は、ベース４１を回転させる。第二モータ５２は、ベース４１に対して第一アーム４２を回転させる。第三モータ５３は、第一アーム４２に対して第二アーム４３を回転させる。第四モータ５４は、第二アーム４３に対して第三アーム４４を回転させる。第五モータ５５は、第三アーム４４に対して第四アーム４５を回転させる。第六モータ５６は、第四アーム４５に対して第五アーム４６を回転させる。第七モータ５７は、スピンドル４７を回転させる。また、各モータには、図示しないエンコーダが設けられ、各アームの回転角を計測する。

【0013】

ロボットアーム４０は、ドライバ５８を備える。ドライバ５８は、制御指示に従ってロボットアーム４０の各モータを駆動させる。ドライバ５８は、エンコーダが計測する回転角に基づいて、スピンドル４７の先端の位置および姿勢を計算する。ドライバ５８は、スピンドル４７の位置および姿勢を、ベース座標系とツール座標系で特定する。ベース座標系は、ベース４１の底面の中心を原点とする座標系であって、上下方向に伸びるＺｂ軸と、Ｚｂ軸に直交するＸｂ軸およびＹｂ軸によって表される。ツール座標系は、スピンドル４７の先端を原点とする座標系であって、スピンドル４７の軸方向に伸びるＺｔ軸と、Ｚｔ軸に直交するＸｔ軸およびＹｔ軸によって表される。ドライバ５８は、座標軸と平行移動または回転に係る移動量を示す制御指示を受信すると、制御指示が示す座標軸に沿って、制御指示が示す移動量だけスピンドル４７を移動させるための各モータの角度を演算し、各モータを制御する。また、ドライバ５８は、座標系と当該座標系における位置および姿勢を示す制御指示を受信すると、制御指示が示す位置へスピンドル４７を移動させるための各モータの角度を演算し、各モータを制御する。

【0014】

制御装置７０は、ステレオカメラ３０が撮像した深度画像とロボットアーム４０の先端の位置とに基づいて、ロボットアーム４０を制御する。

【0015】

《制御装置７０の構成》
図３は、第一の実施形態に係る制御装置７０の構成を示す概略ブロック図である。
制御装置７０は、データ取得部７１、記憶部７２、位置計測部７３、位置合わせ部７４、表示制御部７５、差分算出部７６、切込量決定部７７、パス生成部７８、工具制御部７９、補正部８０を備える。

【0016】

データ取得部７１は、ステレオカメラ３０から深度画像を取得し、ロボットアーム４０から各アームの角度の計測値を取得する。深度画像は、ステレオカメラ３０の主カメラとなる一方のカメラが撮像した画像を構成する各画素に、当該カメラからの距離を示す深度を対応付けたものである。

【0017】

記憶部７２は、工具６０の形状を示す三次元データである工具データと、加工前のワークＷの形状を示す三次元データであるマッチングデータと、ワークＷの目標形状を表す三次元データである目標データを記憶する。工具データ、マッチングデータおよび目標データは、例えばＣＡＤデータであってよい。なお、目標データは、加工機械１を操作するオペレータによって作成され、記録される。また記憶部７２は、ステレオカメラ３０のベース座標系における位置および姿勢を記憶する。

【0018】

位置計測部７３は、ステレオカメラ３０から取得した深度画像に基づいて、ワークＷの三次元位置を特定する。具体的には、第一の実施形態に係る位置計測部７３は、以下の手順でワークＷの三次元位置を特定する。まず位置計測部７３は、少なくとも１つのステレオカメラ３０が生成した深度画像と、ステレオカメラ３０のベース座標系における位置および姿勢とに基づいて、ベース座標系の点群データを生成する。次に、位置計測部７３は、点群データに対して記憶部７２が記憶するマッチングデータのマッチングを行う。位置計測部７３は、例えばＩＣＰアルゴリズムによってマッチングを行うことができる。これにより、位置計測部７３は、マッチングデータのベース座標系における位置及び姿勢を、ワークＷの三次元位置として特定する。

【0019】

位置合わせ部７４は、位置計測部７３が計測したワークＷの三次元位置に記憶部７２が記憶する目標データを配置する。すなわち位置合わせ部７４は、目標データが表すワークＷの目標形状のベース座標系における位置および姿勢を決定する。位置合わせ部７４は、位置合わせされた目標形状から、ステレオカメラ３０に対応する深度画像を生成する。すなわち、位置合わせ部７４は、記憶部７２が記憶するステレオカメラ３０のベース座標系における位置および姿勢と、目標形状のベース座標系における位置および姿勢とに基づいて、ステレオカメラ３０の視点からワークＷの目標形状を投影したときの深度画像を生成する。以下、位置合わせ部７４が生成した深度画像を目標深度画像という。位置合わせ部７４は、目標形状の三次元位置に基づいて、ステレオカメラ３０を基準とする目標形状の表面の深度を計算する目標深度計算部の一例である。

【0020】

表示制御部７５は、位置合わせ部７４が生成した目標深度画像に基づいて、ステレオカメラ３０のそれぞれについて、主カメラとなる一方のカメラから見たワークＷの目標形状を表す目標画像Ｐ１をレンダリングする。目標画像Ｐ１は、例えば三次元モデルのアウトラインレンダリングによって得られた線画や、半透明の画像であってよい。表示制御部７５は、ステレオカメラ３０が撮像した画像（撮像画像Ｐ０）と、当該ステレオカメラ３０に対応する目標画像Ｐ１とを重畳した表示画面を、ディスプレイに表示させる。図４は、第一の実施形態に係る表示画面の一例である。なお、表示制御部７５は、位置合わせ等について必ずしも表示画面へ表示しなくてもよい。図４に示すように、目標画像Ｐ１は、撮像画像Ｐ０に写るワークＷに内包されるように表示される。撮像画像Ｐ０は、４つのステレオカメラ３０が撮像した画像を合成したものであってもよい。

【0021】

差分算出部７６は、ステレオカメラ３０が取得した深度画像と、位置合わせ部７４が生成した目標深度画像との画素ごとの深度差分を算出する。

【0022】

切込量決定部７７は、各画素の深度差分と工具６０の最大切込量とに基づいて、ワークＷのうち各画素に対応する位置における切込量を決定する。ワークＷの画素は、ワークＷの表面上の点を表す。切込量決定部７７は、具体的には以下の手順で切込量を決定する。
まず、切込量決定部７７は、差分算出部７６が算出した深度差分の最大値を特定する。切込量決定部７７は、深度差分の最大値を最大切込量で除算した値の整数部分に１を加算することで、見込み走査回数を決定する。なお、他の実施形態においては、最大切込量に代えて予め作業者が設定した最大切込量より小さい所定切込量を用いて見込み走査回数を決定してもよい。見込み走査回数は、ワークＷを計画通りに切削できた場合に切削が完了するまでの走査の回数である。なお、ロボットアーム４０の制御誤差や工具６０の撓み等の影響により、実際の走査回数は必ずしも見込み走査回数と一致しない。切込量決定部７７は、深度差分が最大切込量以上の画素に対応する位置の切込量を、最大切込量に決定する。切込量決定部７７は、深度差分が最大切込量未満の画素に対応する位置の切込量を、深度差分を走査回数で除算した量に決定する。これにより、深度差分が最大切込量未満の画素に対応する位置については、小さい切込量での切削を繰り返し行うことで、精度の高い切削を実現することができる。他の実施形態においては、切込量決定部７７は他の方法で各画素に対応する位置における切込量を決定してもよい。例えば、他の実施形態に係る切込量決定部７７は、深度差分の大きさによらず、深度差分を走査回数で除算した量に切込量を決定してもよい。また他の実施形態に係る切込量決定部７７は、深度差分が最大切込量未満の画素に対応する位置の切込量を、深度差分に相当する切込量に決定してもよい。
なお、切込量決定部７７は、深度画像の画素を間引き、残った画素のみについて切込量を算出してもよい。この場合、切込量決定部７７は、間引かれた画素について移動平均による補間によって切込量を算出してもよい。

【0023】

パス生成部７８は、ステレオカメラ３０から取得した深度画像と切込量決定部７７が決定した切込量とに基づいて、工具６０の先端の移動経路であるパスを決定する。パス生成部７８は、深度画像の各画素の深度に、切込量決定部７７が決定した切込量を加算することで、切削時の工具６０の先端の位置を決定し、所定のパスプランニングアルゴリズムに従って工具６０のパスを決定する。パスプランニングアルゴリズムの例としては、ダイクストラ法、Ａ＊法、ＰＲＭ法、ＲＲＴ法、ＲＲＴ＊法などが挙げられる。パス生成部７８は、工具６０の先端の位置を、ＮＵＲＢＳ曲線によって補間することで滑らかなパスを生成してよい。

【0024】

工具制御部７９は、パス生成部７８が生成したパスに従って工具を移動させるように、ロボットアーム４０のドライバ５８に出力する移動指示を生成する。工具制御部７９は、まず工具６０の姿勢（ベース座標系における各軸回りの回転角）をステレオカメラ３０の姿勢と一致させるために、記憶部７２が記憶するステレオカメラ３０の姿勢に基づいて工具６０を回転させる移動指示を生成し、ドライバ５８に送信する。なお、工具６０をステレオカメラ３０の姿勢と一致させる場合は、ステレオカメラ３０の主カメラとなる一方のカメラの姿勢に、工具６０の姿勢を一致させることが好ましい。これにより、ドライバ５８はロボットアーム４０のスピンドル４７の姿勢をステレオカメラ３０の姿勢と一致させる。これにより、工具６０が向く方向は、ステレオカメラ３０の視線方向と一致する。すなわちツール座標系のＺｔ軸が伸びる方向は、深度画像の深さ方向と一致する。
その後、工具制御部７９は、パス生成部７８が生成したパスに基づいて、移動指示を生成し、ドライバ５８に送信する。このとき、工具制御部７９は、Ｚｔ軸方向の位置を、パスが示す工具６０の先端位置より工具６０の長さだけ手前の位置に修正する。なお、工具６０の初期姿勢はステレオカメラ３０の姿勢と一致するが、パスにしたがって工具６０が移動する際は、加工面に応じて工具６０の姿勢が変化し得る。

【0025】

補正部８０は、工具制御部７９による１パス分の切削後に、工具制御部７９の指示とロボットアーム４０の加工位置とのずれを補正する。具体的には、補正部８０は、下記に示す式（１）が示すＳＡＤ（Sum of Absolute Difference）が最小となるＸｂ軸のずれ量ｄ_ｘおよびＹｂ軸方向のずれ量ｄ_ｙを探索する。

【0026】

【数1】

【0027】

式（１）において、ｘはベース座標系のＸｂ軸成分、ｙはベース座標系のＹｂ軸成分である。ｈはパスを内包する最小の矩形のＸｂ軸方向の長さであり、ｗはパスを内包する最小の矩形のＹｂ軸方向の長さである。ｐ（ｘ，ｙ）は、ベース座標系における位置（ｘ，ｙ）における切込指示量である。δは、ゼロでの除算を防ぐための定数である。Ｉ（ｘ，ｙ）は、加工前に撮像された深度画像と加工後に撮像された深度画像の位置（ｘ，ｙ）における深度差分、すなわち実際の切込量である。式（１）でＳＡＤが最小となるｄ_ｘ、ｄ_ｙが、工具制御部７９の指示とロボットアーム４０の加工位置とのずれを表すため、補正部８０は、以降の移動指示に算出したずれ量を減算することで、制御ずれを補正する。なお、削りすぎを防ぐために、補正部８０は、実際の切込量が切込指示量より大きい部分が存在する場合に、ＳＡＤに有意に大きいペナルティ値を加えてもよい。

【0028】

《加工機械１の制御》
図５は、制御装置７０による加工機械１の制御方法を示すフローチャート（パート１）である。図６は、制御装置７０による加工機械１の制御方法を示すフローチャート（パート２）である。作業者がテーブル１０にワークＷを設置し、記憶部７２に目標データを記録し、加工開始の指示を入力すると、制御装置７０はワークＷの加工を開始する。

【0029】

まずデータ取得部７１は、ステレオカメラ３０から深度画像を取得する（ステップＳ１）。次に、位置計測部７３はステレオカメラ３０が生成した深度画像と、記憶部７２が記憶するステレオカメラ３０のベース座標系における位置および姿勢とに基づいて、ベース座標系の点群データを生成する（ステップＳ２）。位置計測部７３は、生成された４つの点群データをマージする（ステップＳ３）。

【0030】

位置計測部７３は、マージした点群データに対して記憶部７２が記憶するマッチングデータのマッチングを行うことで、ワークＷの三次元位置を特定する（ステップＳ４）。次に、位置合わせ部７４は、仮想空間においてステップＳ４で特定されたワークＷの三次元位置に、記憶部７２が記憶する目標データを配置する（ステップＳ５）。次に、位置合わせ部７４は、位置合わせされた目標形状から、ステレオカメラ３０に対応する目標深度画像を生成する（ステップＳ６）。位置合わせ部７４は、生成した目標深度画像を記憶部７２に記録する。

【0031】

表示制御部７５は、ステップＳ６で生成されたステレオカメラ３０に対応する目標深度画像に基づいて、ステレオカメラ３０の一方のカメラから見たワークＷの目標形状を表す目標画像をレンダリングする（ステップＳ７）。表示制御部７５は、生成した目標画像を記憶部７２に記録する。表示制御部７５は、ステレオカメラ３０の一方のカメラが撮像した画像と、ステップＳ６で生成した目標画像とを重畳した表示画面を、ディスプレイに表示させる（ステップＳ８）。以降、表示制御部７５は、ステレオカメラ３０が一定のフレームレートで撮像する画像を取得するたびに、当該画像と記憶部７２が記憶する目標画像とを重畳して表示画面を更新し、ディスプレイに表示させる。これにより、作業者はワークＷの形状と目標形状とをリアルタイムに比較することができる。

【0032】

次に、制御装置７０は、ステレオカメラ３０を１つずつ選択して（ステップＳ９）、以下のステップＳ１０からステップＳ２２の処理を実行する。
工具制御部７９は、ステップＳ９で選択したステレオカメラ３０の姿勢を記憶部７２から読み出し、スピンドル４７のベース座標系における姿勢をステレオカメラ３０の姿勢と一致させる移動指示を生成し、ドライバ５８に送信する。つまり、工具制御部７９は、工具６０が向く方向を、ステレオカメラ３０の視線方向と一致させる（ステップＳ１０）。

【0033】

次に、データ取得部７１は、ステップＳ９で選択したステレオカメラ３０から新たな深度画像を取得する（ステップＳ１１）。次に、差分算出部７６は、ステップＳ１１で取得した深度画像と、ステップＳ９で選択したステレオカメラ３０に対応する目標深度画像との画素ごとの深度差分を算出する（ステップＳ１２）。

【0034】

次に、切込量決定部７７は、算出した深度差分の最大値を工具６０の最大切込量で除算した値の整数部分に１を加算することで、見込み走査回数を決定する（ステップＳ１３）。切込量決定部７７は、深度差分と工具６０の最大切込量と見込み走査回数とに基づいて、深度画像の各画素に対応する位置の切込量を決定する（ステップＳ１４）。具体的には、切込量決定部７７は、深度差分が最大切込量以上の画素に対応する位置の切込量を、最大切込量に決定する。切込量決定部７７は、深度差分が最大切込量未満の画素に対応する位置の切込量を、深度差分を最大切込量で除算した量に決定する。

【0035】

パス生成部７８は、深度画像と切込量決定部７７が決定した切込量とに基づいて、工具６０のパスを生成する（ステップＳ１５）。記憶部７２に補正量が記録されている場合、パス生成部７８は当該補正量に基づいてパスを補正する。次に、工具制御部７９は、ステップＳ１５で生成したパスに従って工具を移動させるための移動指示をし、ロボットアーム４０のドライバ５８に出力する（ステップＳ１６）。これにより、ロボットアーム４０は、パスに従って工具を移動させ、ワークを切削する。

【0036】

次に、データ取得部７１は、ステップＳ９で選択したステレオカメラ３０から新たな深度画像を取得する（ステップＳ１７）。次に、差分算出部７６は、ステップＳ１７で取得した深度画像と、ステップＳ９で選択したステレオカメラ３０に対応する目標深度画像との画素ごとの深度差分を算出する（ステップＳ１８）。

【0037】

制御装置７０は、全ての画素の深度差分が所定の許容誤差未満になったか否かを判定する（ステップＳ１９）。少なくとも１つの画素の深度差分が所定の許容誤差未満になっていない場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、制御装置７０は、ステップＳ９で選択したステレオカメラ３０が撮像する面の切削を継続することを決定する。

【0038】

切削を継続する場合、補正部８０は、深度画像の各画素について、パスの生成に用いた深度画像と、新たに取得した深度画像との深度差分を求めることで、当該画素に対応する位置の実際の切込量を算出する（ステップＳ２０）。次に補正部８０は、ステップＳ１６でドライバ５８に出力した指示が示す切込指示量と、実際の切込量とに基づいて、上述した式（１）を用いて加工位置のずれ量を探索する（ステップＳ２１）。補正部８０は、記憶部７２に記憶された補正量に得られたずれ量を加算することで、補正量を更新する（ステップＳ２２）。なお、記憶部７２に補正量が記録されていない場合、補正部８０は、得られたずれ量を補正量として記憶部７２に記録する。そして、制御装置７０は処理をステップＳ１３に処理を戻し、ステップＳ１７で取得された深度画像とステップＳ１８で算出した深度差分とに基づいて再度切削を行う。

【0039】

全ての画素の深度差分が所定の許容誤差未満になった場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、制御装置７０は、次のステレオカメラ３０を選択し、ステップＳ１０からステップＳ２２の処理を実行する。
すべてのステレオカメラ３０についてステップＳ１０からステップＳ２２の処理が完了すると、制御装置７０はワークＷの加工が終了したと判断し、処理を終了する。つまり、制御装置７０は、死角を補うように設けられた複数のステレオカメラ３０から見て、目標形状との差が許容誤差未満となった場合に、ワークＷの加工を終了する。

【0040】

《作用・効果》
このように、第一の実施形態に係る加工機械１は、以下の手順でワークＷを加工する。制御装置７０が、ステレオカメラ３０が撮像した深度画像に基づいてワークＷの表面の三次元位置を計算する。制御装置７０が、ワークＷの目標形状を表す目標データとワークＷの三次元位置とに基づいて、ワークＷと目標形状とを重ね合わせたときの目標形状の三次元位置を計算する。制御装置７０が、ワークＷをステレオカメラ３０の視点から見たときのワークＷの表面の三次元位置と目標形状の表面の三次元位置との視線方向における差に基づいて、ワークＷの表面上の複数の点それぞれにおける切込量を決定する。制御装置７０が決定された切込量に基づいて工具６０を移動させる。
これにより、第一の実施形態に係る加工機械１は、作業者が加工プログラムを用意することなく、深度画像と目標データとに基づいて自動的に工具６０を制御することができる。

【0041】

また、第一の実施形態に係る加工機械１の制御装置７０は、目標形状の三次元位置に基づいて、ステレオカメラ３０を基準とする目標形状の表面の深度を計算し、深度画像におけるワークＷの深度と計算された目標形状の深度とに基づいて切込量を決定する。これにより、第一の実施形態に係る加工機械１は、切込量を決定するために、切削を進めるたびに深度画像から三次元データへ変換し直さなくてよい。具体的には、制御装置７０は、図５に示すステップＳ２で点群データを一度生成すれば、選択したステレオカメラ３０におけるステップＳ９からステップＳ２２のループや、ステップＳ１３からステップＳ２２のループにおいて点群データを生成する必要がない。ワークＷの目標形状は加工開始から加工終了まで変わらない。そのため、制御装置７０はステップＳ８で加工前に目標深度画像を生成して記憶部７２に記録しておけば、以降のステップＳ１２やステップＳ１８における深度差分の計算において、記憶部７２が記憶する目標深度画像を用いることで、目標データから目標深度画像への変換を省略することができる。なお、三次元データは、３軸直交座標系で複数の点の位置を表すデータである。点群データは三次元データの一例である。深度画像は、二次元平面上の各点に深度を関連付けたデータである。深度は、カメラの視点からの距離を表すため、必ずしも二次元平面に直交しない。
深度画像から三次元データへの変換は計算量が多いため、上記手順により三次元データの計算を減らすことで、加工機械１はワークＷの加工を迅速に行うことができる。また、三次元データは容量が大きいため、記憶部７２に大きな記憶領域を確保しておく必要があるところ、第一の実施形態のように三次元データに代えて深度画像を用いることで、データ量を抑えることができる。なお、他の実施形態においては、計算量は多くなるが、深度画像に代えて３次元データを用いて深度差分を算出してもよい。

【0042】

また、第一の実施形態に係る加工機械１の制御装置７０は、工具６０によるワークＷの切削後におけるワークＷの表面の三次元位置と、目標形状の表面の三次元位置との差に基づいて、再度ワークＷの表面上の画素ごとの切込量を決定する。このように、制御装置７０は切削の都度ワークＷの形状を計算しなおすことで、実際の形状と目標形状との誤差を常に認識し、誤差を低減しながらワークＷの切削を行うことができる。

【0043】

〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
上述した実施形態に係る制御装置７０は、単独のコンピュータによって構成されるものであってもよいし、制御装置７０の構成を複数のコンピュータに分けて配置し、複数のコンピュータが互いに協働することで制御装置７０として機能するものであってもよい。このとき、制御装置７０がロボットアーム４０のドライバ５８の機能の一部有していてもよいし、制御装置７０の一部の機能をドライバ５８が有していてもよい。

【0044】

上述した実施形態に係る加工機械１は、深度カメラとしてステレオカメラ３０を備えるが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては深度カメラとしてＴＯＦカメラ、ＬｉＤＡＲ、３次元スキャナなどを用いてもよい。また、他の実施形態においては、加工機械１は、ステレオカメラ３０に代えて複数の単カメラを備え、複数の単カメラのうち隣接する２つのカメラの撮像画像をステレオマッチング処理し、ステレオカメラとして用いてもよい。
なお、他の実施形態においては、加工機械１は深度カメラを１つだけ備えてもよい。例えば、他の実施形態に係る加工機械１は深度カメラをワークＷの直上に備え、深度カメラの視線方向に工具６０を向けて加工を行ってもよい。また他の実施形態においては、深度カメラはカメラと深度計測装置との組み合わせであってもよい。

【0045】

また、上述した実施形態に係る制御装置７０は、工具６０の向きをステレオカメラ３０の視線方向に合わせることで、深度画像を変換せずに工具のパスを生成するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置７０は、深度画像の視線方向を工具６０の向きに変換して、切込量の決定およびパスの作成を行ってもよい。例えば、他の実施形態に係る制御装置７０は、深度画像の視線方向を鉛直下方向に変換して、切込量の決定およびパスの作成を行ってもよい。この場合、変換後の深度画像は、３軸の直交座標系で表される。また、他の実施形態においては計算量は多くなるが、深度画像から三次元データを生成して、切込量を決定してもよい。深度画像の変換を行う場合、工具６０を支持するアームはロボットアーム４０のように高い自由度を有しなくてもよい。例えば、アームは工具６０の角度を変化させずに工具６０を平行移動させるものであってもよい。

【0046】

また、上述した実施形態に係る制御装置７０は、加工前のワークＷの形状を表すマッチングデータに基づいてワークＷの三次元位置を特定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置７０は、ワークＷの設置前の深度画像とワークＷの設置後の深度画像との差分によってワークＷの三次元位置を特定してもよい。また、他の実施形態においては、ワークＷのうち治具２０に保持される部分は加工されないことから、ワークＷの被保持部分の形状（面、辺など）と目標データの被保持部分の形状とのマッチングを行うことで、ワークＷの三次元位置の特定および目標データの位置合わせを行ってもよい。また他の実施形態においては、作業者が手作業で位置合わせを行ってもよい。

【0047】

また、上述した実施形態に係る制御装置７０は、１つのステレオカメラ３０が撮像する深度画像について、深度差分が許容誤差未満になるまで切削を行った後、次のステレオカメラ３０に基づく切削を行うが、これに限られない。例えば、他の実施形態においては、制御装置７０は、１つのパスの切削を行うたびに対象のステレオカメラ３０を切り替えてもよい。すなわち、他の実施形態に係る制御装置７０は、ステップＳ１０からステップＳ１８の処理を全てのステレオカメラ３０について行った後、ステップＳ１９の加工の終了の判定を行ってもよい。

【0048】

〈コンピュータ構成〉
図７は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ９００は、プロセッサ９０１、メインメモリ９０２、ストレージ９０３、インタフェース９０４を備える。
上述の制御装置７０は、コンピュータ９００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ９０３に記憶されている。プロセッサ９０１は、プログラムをストレージ９０３から読み出してメインメモリ９０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ９０１は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ９０２に確保する。プロセッサ９０１の例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、マイクロプロセッサなどが挙げられる。

【0049】

プログラムは、コンピュータ９００に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータ９００は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサ９０１によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。このような集積回路も、プロセッサの一例に含まれる。

【0050】

ストレージ９０３の例としては、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ９０３は、コンピュータ９００のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース９０４または通信回線を介してコンピュータ９００に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９００が当該プログラムをメインメモリ９０２に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ９０３は、一時的でない有形の記憶媒体である。

【0051】

また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ９０３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

【符号の説明】

【0052】

１…加工機械 １０…テーブル ２０…治具 ３０…ステレオカメラ ４０…ロボットアーム ４１…ベース ４２…第一アーム ４３…第二アーム ４４…第三アーム ４５…第四アーム ４６…第五アーム ４７…スピンドル ５１…第一モータ ５２…第二モータ ５３…第三モータ ５４…第四モータ ５５…第五モータ ５６…第六モータ ５７…第七モータ ５８…ドライバ ６０…工具 ７０…制御装置 ７１…データ取得部 ７２…記憶部 ７３…位置計測部 ７４…位置合わせ部 ７５…表示制御部 ７６…差分算出部 ７７…切込量決定部 ７８…パス生成部 ７９…工具制御部 ８０…補正部 ９００…コンピュータ ９０１…プロセッサ ９０２…メインメモリ ９０３…ストレージ ９０４…インタフェース Ｗ…ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】