JP7404591B2 - 構造物の製造方法、構造物製造用の識別子、構造物の製造システム及び機械加工プログラム - Google Patents

Description

本開示は、構造物の製造方法、構造物製造用の識別子、構造物の製造システム及び機械加工プログラムに関する。

構造物の製造過程において、加工対象となるワークの設計データと、実際のワークとの間には、形状差が発生する場合がある。特許文献１には、そのような形状差に起因して機械加工機の加工ツールの加工開始点とワークとの間に干渉が生じることを防ぐため、事前にワークの三次元形状を測定して三次元測定データを取得し、干渉を予測するシステムが開示されている。

特開２００６－１３９５０６号公報

同種のワーク間においてもワークの三次元形状には個体差が生じ、ワーク毎の削り代に差異が生じ得る。そして、製造ラインの効率化のためには、製造ラインから外れたオフラインにおいて、複数のワークの三次元測定データを事前に測定して複数の三次元測定データを記憶器に記憶させておくことが考えられる。製造ライン上の機械加工機は、人為的な入力ミス等によって、記憶器に記憶された複数の三次元測定データから、実際に加工するワークに対応しない三次元測定データを記憶器から読み出す可能性がある。そのようなミスを防止するために新たな管理設備を導入すると、コストが増加してしまう。

本開示の一態様に係る構造物の製造方法は、加工ツールを有する機械加工機を用いて構造物を製造するための方法であって、加工対象物であるワークの三次元形状を測定して取得されたワーク三次元測定データと、前記ワーク三次元測定データに関連付けられ、前記ワークに付された識別子の三次元形状を測定して取得された第１識別子三次元測定データの第１固有情報と、を含むデータセットを受信することと、前記識別子の三次元形状を測定して第２識別子三次元測定データを取得することと、取得した前記第２識別子三次元測定データの第２固有情報に一致する前記第１固有情報を含む前記データセットから、前記ワーク三次元測定データを読み出すことと、前記読み出されたワーク三次元測定データに基づいて加工計画を決定することと、を含む。

本開示の一態様に係る構造物製造用の識別子は、加工対象物であるワークの個体を識別するための識別子であって、前記ワークに対して着脱自在に取り付けられる吸着体を含むベースと、前記ベースに配置された複数の突起又は凹所と、前記突起の突出量又は前記凹所の凹み量を機械的に変更可能であり、当該突出量又は当該凹み量により前記ワークの固有情報が付与されるアジャスタと、を備える。

本開示の一態様に係る構造物の製造システムは、加工ツールを有する機械加工機を用いて構造物を製造するためのシステムであって、三次元形状を測定する測定センサと、前記測定センサに接続された処理回路と、を備える。前記処理回路は、ワークの三次元形状を測定して取得されるワーク三次元測定データと、前記ワーク三次元測定データに関連付けられ、前記ワークに付された識別子の三次元形状を測定して取得される第１識別子三次元測定データの第１固有情報と、を含むデータセットを受信することと、前記測定センサによって前記識別子の三次元形状を測定して第２識別子三次元測定データを取得することと、前記第２識別子三次元測定データの第２固有情報に一致する前記第１固有情報を含む前記データセットから、前記ワーク三次元測定データを読み出すことと、前記読み出されたワーク三次元測定データに基づいて加工計画を決定することと、を行うように構成されている。

本開示の一態様に係る機械加工プログラムは、加工ツールを有する機械加工機を用いて構造物を製造するためのプログラムであって、ワークの三次元形状を測定して取得されるワーク三次元測定データと、前記ワーク三次元測定データに関連付けられ、前記ワークに付された識別子の三次元形状を測定して取得される第１識別子三次元測定データの第１固有情報と、を含むデータセットを受信することと、機械加工機の測定センサに前記識別子の三次元形状を測定させて第２識別子三次元測定データの第２固有情報を取得することと、前記取得された前記第２識別子三次元測定データの前記第２固有情報と一致する第１固有情報を含む前記データセットから、前記ワーク三次元測定データを読み出すことと、前記読み出されたワーク三次元測定データに基づいて加工計画を決定することと、を少なくとも１つのプロセッサに実行させるように構成されている。

前記プログラムは、コンピュータ可読媒体に記憶され得る。前記コンピュータ可読媒体は、非一時的（non-transitory）で有形（tangible）な媒体である。前記コンピュータ可読媒体は、コンピュータに内蔵又は外付けされる記憶媒体とし得る。前記記憶媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等を含み、例えば、ハードディスク、フラッシュメモリ、光ディスク等とし得る。前記記憶媒体に記憶されたプログラムは、前記記憶媒体が直接接続されるコンピュータにおいて実行されてもよいし、前記記憶媒体とネットワークを介して接続されたコンピュータにおいて実行されてもよい。

本開示の一態様によれば、機械加工機は、ワークに付された識別子に基づいて、事前に取得されたワークの三次元測定データを読み出すため、実際に加工するワークに対応しない三次元測定データを読み出すことを防止できる。三次元測定機は、ワークの三次元形状を測定する測定センサを流用して識別子を認識するため、識別子を認識するためのリーダを新たに準備せずに済み、コストを低く抑えることができる。

図１は、構造物の製造システムのブロック図である。 図２は、三次元測定機の斜視図である。 図３は、識別子の側面図である。 図４は、図３の識別子の第１変形例の断面図である。 図５は、図３の識別子の第２変形例の斜視図である。 図６は、図３の識別子の第３変形例の斜視図である。 図７Ａは、図６の識別子の取付エラーを説明する正面図である。 図７Ｂは、図６の識別子の取付エラーを説明する正面図である。 図８は、構造物の製造方法の手順を説明するフローチャートである。 図９は、識別情報のデータを示す図面である。 図１０は、加工台によるワークの位置調節を説明する図面である。 図１１Ａは、削り代が大きい場合の従来例を説明する図面である。 図１１Ｂは、削り代が小さい場合の従来例を説明する図面である。 図１１Ｃは、加工ツールの加工動作始点が適切な例を説明する図面である。 図１２Ａは、全てのパスで加工ツールの最大能力を発揮できる例を説明する図面である。 図１２Ｂは、最初のパスで加工ツールの最大能力を発揮できない例を説明する図面である。 図１２Ｃは、図１２Ｂと同じ削り代において全てのパスで切削深さを均等とする例を説明する図面である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

図１は、構造物の製造システム１のブロック図である。製造システム１では、金属製のワークが機械加工されることで構造物が製造される。構造物は、特に限定されず、例えば鉄道車両用台車枠とし得る。図１に示すように、製造システム１は、三次元測定機２及び機械加工機３を備える。三次元測定機２は、例えば、製造ラインから外れたロケーションに配置される。即ち、三次元測定機２は、製造ラインの流れから独立して、複数のワークの三次元形状をそれぞれ測定し得る。機械加工機３は、製造ライン上の所定のロケーションに配置されている。

図２は、三次元測定機２の斜視図である。図２に示すように、三次元測定機２は、第１測定ユニット１１を備える。第１測定ユニット１１は、一例として多関節アーム式であるが、特に方式は限定されず、例えば走査式であってもよい。第１測定ユニット１１は、基台２１、複数のアーム２２、複数の関節２３、プローブ２４、及び、複数のエンコーダ２５を含む。ワークＷは、構造物を製造するための中間品である。ワークＷには、三次元形状を有する識別子８０が着脱可能に固定される。

基台２１は、床面、固定台又はワークに設置される。複数のアーム２２は、基台２１を基点として直列状に配置される。複数の関節２３は、隣接するアーム２２同士を角変位可能にそれぞれ連結する。プローブ２４は、最も先端側のアーム２２に取り付けられている。プローブ２４は、ワークＷ又は識別子８０に当接したときに検知信号を生成するタッチセンサである。複数のエンコーダ２５は、複数の関節２３にそれぞれ内蔵され、複数の関節２３の角変位をそれぞれ検出する。

第１測定ユニット１１のプローブ２４は、作業者の手によって手動で動かされてもよいし、第１コンピュータ１２によって制御されるアクチュエータによって自動で動かされてもよい。プローブ２４をワークＷの表面に点接触させることによって、当該接触点における三次元座標位置が測定される。三次元測定機２は、第１測定ユニット１１と通信可能に接続された第１コンピュータ１２を備える。第１コンピュータ１２は、第１測定ユニット１１と有線又は無線によって通信可能に接続されている。

図１に戻って、三次元測定機２の第１コンピュータ１２は、プロセッサ３１、システムメモリ３２、ストレージメモリ３３、インタフェース３４、及び、インタフェース３５を含む。プロセッサ３１は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）である。なお、プロセッサ３１は、複数のプロセッサに分散されていてもよい。システムメモリ３２は、例えば、ＲＡＭである。ストレージメモリ３３は、コンピュータ可読媒体の例であり、非一時的で有形な媒体である。ストレージメモリ３３は、ＲＯＭを含み得る。ストレージメモリ３３は、ハードディスク、フラッシュメモリ又はそれらの組合せを含み得る。

ストレージメモリ３３は、測定処理プログラムＰ１を記憶している。システムメモリ３２に読み出された測定処理プログラムＰ１をプロセッサ３１が実行する構成は、三次元測定機２の処理回路の例である。即ち、第１コンピュータ１２は、第１処理回路の一例とし得る。なお、測定処理プログラムＰ１の一部又は全部は、三次元測定機にネットワークを介して接続されたサーバのプロセッサによって実行されてもよい。

第１測定ユニット１１のプローブ２４及び複数のエンコーダ２５は、三次元測定機２の第１測定センサ１３を構成する。インタフェース３４は、第１測定センサ１３のプローブ２４からタッチ検知信号を受信すると共に、第１測定センサ１３のエンコーダ２５から変位量信号を受信する通信インタフェースである。インタフェース３５は、機械加工機３のために後述するデータセットを出力するＩ／Ｏインタフェースである。

なお、三次元測定機２の三次元測定方式は、第１測定センサ１３のような接触式に限られず非接触式でもよい。例えば、三次元測定機２の三次元測定方式は、対象物にレーザー光を走査して得られる反射光から当該対象物の表面の三次元座標を取得するレーザー式でもよい。三次元測定機２の三次元測定方式は、縞状の光パターンが照射された対象物をカメラ撮影した画像から位相シフト法に基づいて当該対象物の三次元形状を取得する画像式でもよい。

機械加工機３は、第２測定ユニット４１、第２コンピュータ４２、及び、第２測定センサ４３を備える。第２測定ユニット４１は、第２測定センサ４３及び複数のアクチュエータ５３を含む。第２測定センサ４３は、プローブ５１及び複数のエンコーダ５２を含む。プローブ５１は、ワークＷ又は識別子８０（図１参照）に当接したときに検知信号を生成するタッチセンサである。プローブ５１は、複数のアクチュエータ５３によって三次元的に動かされる。複数のエンコーダ５２は、複数のアクチュエータ５３の動作量をそれぞれ検出する。

機械加工機３の第２コンピュータ４２は、プロセッサ６１、システムメモリ６２、ストレージメモリ６３、インタフェース６４、インタフェース６５、及び、インタフェース６６を含む。プロセッサ６１は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）である。なお、プロセッサ６１は、複数のプロセッサに分散されていてもよい。システムメモリ６２は、例えば、ＲＡＭである。ストレージメモリ６３は、コンピュータ可読媒体の例であり、非一時的で有形な媒体である。ストレージメモリ６３は、ＲＯＭを含み得る。ストレージメモリ６３は、ハードディスク、フラッシュメモリ又はそれらの組合せを含み得る。

ストレージメモリ６３は、機械加工プログラムＰ２を記憶している。システムメモリ６２に読み出された機械加工プログラムＰ２をプロセッサ６１が実行する構成は、機械加工機３の処理回路の例である。即ち、第２コンピュータ４２は、第２処理回路の一例とし得る。なお、機械加工プログラムＰ２の一部又は全部は、機械加工機にネットワークを介して接続されたサーバのプロセッサによって実行されてもよい。

第２測定ユニット４１のプローブ５１及びエンコーダ５２は、機械加工機３の第２測定センサ４３を構成する。第２コンピュータ４２のインタフェース６４は、第２測定センサ４３のプローブ５１からタッチ検知信号を受信すると共に、第２測定センサ４３のエンコーダ５２から変位量信号を受信する通信インタフェースである。

なお、機械加工機３の三次元測定方式は、第２測定ユニット４１のような接触式に限られず非接触式でもよい。例えば、機械加工機３の三次元測定方式は、対象物にレーザー光を走査して得られる反射光から当該対象物の表面の三次元座標を取得するレーザー式でもよい。機械加工機３の三次元測定方式は、縞状の光パターンが照射された対象物をカメラ撮影した画像から位相シフト法に基づいて当該対象物の三次元形状を取得する画像式でもよい。

加工ユニット４４は、加工ツールホルダ７１、複数のアクチュエータ７２、及び、加工台７３を含む。加工ツールホルダ７１は、切削用の加工ツールＴを交換可能に把持する。複数のアクチュエータ７２は、加工ツールＴを把持した加工ツールホルダ７１を回転駆動して加工ツールＴを自己軸線周りに回転させるアクチュエータと、加工ツールＴを保持した加工ツールホルダ７１を加工台７３に対して変位させるアクチュエータと、を含む。加工台７３は、ワークを位置決めするための治具を有する。加工台７３の治具は、例えばジャッキのように位置調節可能である。即ち、加工台７３の治具を調節することで、ワークの位置及び姿勢が調節される。なお、アクチュエータ７２は加工台７３に設けられてもよい。

第２コンピュータ４２のインタフェース６５は、機械加工プログラムＰ２に従ってプロセッサ６１が生成する駆動指令をアクチュエータ７２に出力する。インタフェース６４は、三次元測定機２のインタフェース３５が出力した後述するデータセットが入力されるＩ／Ｏインタフェースである。第１コンピュータ１２のインタフェース３５と、第２コンピュータ４２のインタフェース６６とは、互いにネットワークで接続されてデータ通信可能になっていてもよい。第１コンピュータ１２のインタフェース３５と、第２コンピュータ４２のインタフェース６６とは、互いにピアツーピアでデータ通信可能に接続されていてもよい。第１コンピュータ１２のインタフェース３５からポータブル記憶媒体にデータセットが出力され、当該ポータブル記憶媒体から第２コンピュータ４２のインタフェース６６に当該データセットが入力されてもよい。

図３は、識別子８０の側面図である。図３に示すように、識別子８０は、複数の突起又は凹所を含む。一例として、識別子８０は、ベース８１、複数の識別ネジ８２、及び、吸着体８３を備える。ベース８１は、例えば、金属板である。ベース８１は、主面となるベース面８１ａと、ベース面８１ａに開口する複数のネジ孔８１ｂと、を有する。吸着体８３は、例えば、ベース８１に固定された磁石である。吸着体８３が金属製のワークＷに吸着されることで、ベース８１がワークＷに着脱可能に取り付けられる。

各識別ネジ８２は、ベース８１に配置される突起の一例である。各識別ネジ８２は、ベース面８１ａ側から複数のネジ孔８１ｂにそれぞれ螺合される。各識別ネジ８２は、締め付け又は緩められることでベース面８１ａからの突出量を機械的に変更可能である。識別ネジ８２は、ベース８１に配置された突起と、当該突起の突出量を変更可能なアジャスタとの両方の役目を果たす。

各識別ネジ８２の突出量は、識別子８０に表現させる識別情報に応じてそれぞれ決定される。例えば、突出量Ｈ１の識別ネジ８２は、二進数の「１」を意味し、突出量Ｈ１よりも小さい突出量Ｈ０の識別ネジ８２は、二進数の「０」を意味する。なお、突出量Ｈ１の識別ネジ８２が二進数の「０」を意味し、突出量Ｈ０の識別ネジ８２が二進数の「１」を意味してもよい。また、本実施形態では、識別ネジ８２の突出量を二進数に対応する二段階にしたが、識別ネジ８２の突出量をＮ進数（Ｎ＞２）に対応するＮ段階（Ｎ＞２）にしてもよい。

各識別ネジ８２の配列ピッチは、例えば、識別ネジ８２の列の一端のピッチだけ異なるピッチＱとし、残りのピッチを等ピッチＰとしてもよい。例えば、各識別ネジ８２の列のうち、図３の右端の識別ネジ８２を二進数の最小桁とし、図３の左端の識別ネジ８２を二進数の最大桁とし得る。即ち、各識別ネジ８２の列のうちピッチＱによって配置された端の識別ネジ８２は、終点として定義し得る。逆に、各識別ネジ８２の列のうちピッチＱによって配置された端の識別ネジ８２は、始点として定義されてもよい。

三次元測定機２のプローブ２４（図１及び２参照）が識別子８０の各識別ネジ８２の頭頂面にタッチすることで、第１コンピュータ１２は、各識別ネジ８２の頭頂面の三次元座標を検出でき、各識別ネジ８２の突出量を取得できる。その際、各識別ネジ８２の列の一端だけピッチＱが異なることで、突出量を取得した各識別ネジ８２の列の始点及び終点を正しく把握できる。

なお、識別子にはアジャスタがなくてもよい。即ち、識別子の突起の突出量又は凹所の凹み量は不変でもよい。例えば、ベースに突起が一体成形されていてもよい。識別子は、ワークに一体成形されて後工程でワークから切除されてもよい。識別子は、ワーク識別用以外の用途に利用されてもよい。例えば、識別子は、構造物製造用の治具に取り付けられて治具の識別に用いられてもよい。

図４は、図３の識別子の第１変形例の断面図である。図４に示すように、第１変形例の識別子１８０は、ベース１８１、複数の凹所１８２、及び、複数の識別ネジ１８３を含む。なお、吸着体８３の図示は省略している。ベース１８１は、例えば、金属板である。ベース１８１は、主面となるベース面１８１ａと、ベース面１８１ａに開口する複数のネジ孔１８１ｂと、を有する。各識別ネジ１８３は、ベース面１８１ａとは反対側の裏面から複数のネジ孔１８１ｂにそれぞれ螺合される。即ち、識別ネジ１８３の軸端面がネジ孔１８１ｂの底面を画定し、ネジ孔１８１ｂにおいてベース面１８１ａから凹んだ凹所１８２が画定される。各識別ネジ１８３は、締め付け又は緩められることで凹所１８２の凹み量を機械的に変更可能である。識別ネジ１８３は、ベース１８１に配置された凹所１８２の底面と、凹所１８２の凹み量を変更可能なアジャスタとの両方の役目を果たす。

各凹所１８２の凹み量は、識別子１８０に表現させる識別情報に応じてそれぞれ決定される。三次元測定機２のプローブ２４（図１及び２参照）が識別子１８０の各凹所１８２の底面にタッチすることで、第１コンピュータ１２は、各凹所１８２の底面の三次元座標を検出でき、各凹所１８２の凹み量を取得できる。

図５は、図３の識別子の第２変形例の断面図である。図５に示すように、第２変形例の識別子２８０は、ベース２８１及び複数の棒２８２を含む。なお、吸着体８３の図示は省略している。ベース２８１は、例えば、金属板である。ベース２８１は、主面となるベース面２８１ａと、ベース面２８１ａに開口する複数の孔２８１ｂと、を有する。複数の棒２８２は、ベース２８１に配置される突起の一例である。棒２８２は、その軸線に直交する方向に突出する係止部２８２ａを有する。孔２８１ｂの内周面は、その軸線に沿って分かれて配置された複数の被係止部２８１ｃを有する。

各棒２８２は、ベース面２８１ａ側から複数の孔２８１ｂにそれぞれ挿入される。棒２８２の係止部２８２ａは、複数の被係止部２８１ｃの１つに係止される。棒２８２は、押し込み又は引き抜きによって、ベース面８１ａからの突出量を機械的に変更可能である。即ち、係止部２８２ａが係止される被係止部２８１ｃを選択することによって、ベース面２８１ａを基準とした棒２８２の突出量が決定される。棒２８２は、ベース２８１に配置された突起と、当該突起の突出量を変更可能なアジャスタとの両方の役目を果たす。

三次元測定機２のプローブ２４（図１及び２参照）が識別子２８０の各棒２８２の頭頂面にタッチすることで、第１コンピュータ１２は、各棒２８２の頭頂面の三次元座標を検出でき、各棒２８２の突出量を取得できる。

図６は、図３の識別子の第３変形例の斜視図である。図６に示すように、識別子３８０は、ベース３８１、複数の識別ネジ３８２、複数の固定ネジ３８３、及び、基準ネジ３８４を備える。ベース３８１は、例えば、金属板である。ベース３８１は、主面となるベース面３８１ａと、ベース面３８１ａに開口する複数の識別ネジ孔３８１ｂと、ベース面３８１ａに開口する複数の固定ネジ孔３８１ｃと、ベース面３８１ａに開口する基準ネジ孔３８１ｄと、を有する。

各識別ネジ３８２は、ベース３８１に配置される突起の一例である。各識別ネジ３８２は、ベース面３８１ａ側から複数の識別ネジ孔３８１ｂにそれぞれ螺合される。各識別ネジ３８２は、締め付け又は緩められることでベース面３８１ａからの突出量を機械的に変更可能である。識別ネジ３８２は、ベース３８１に配置された突起と、当該突起の突出量を変更可能なアジャスタとの両方の役目を果たす。

基準ネジ孔３８１ｄは、ベース３８１の所定の基準位置に形成されている。基準ネジ３８４は、基準ネジ孔３８１ｄに螺合されている。基準ネジ３８４によって、識別子３８０が正しい向きで被取付部Ｗａに取り付けられていることを確認できる。

ワークＷの被取付部Ｗａは、ベース面３８１ａの固定ネジ孔３８１ｃに対応する固定ネジ孔Ｗｂを有する。固定具の一例である固定ネジ３８３は、ベース３８１の固定ネジ孔３８１ｃと被取付部Ｗａの固定ネジ孔Ｗｂに挿入され、ベース３８１を被取付部Ｗａに着脱可能に固定する。識別子３８０が正しい向きで被取付部Ｗａに取り付けられると、ベース３８１の法線方向から見てベース３８１は被取付部Ｗａから食み出さない。他方、図７Ａ及び７Ｂに示すように、識別子３８０が誤った向きで被取付部Ｗａに取り付けられると、ベース３８１の法線方向から見てベース３８１は被取付部Ｗａから食み出す。よって、作業者は、識別子３８０をワークＷに取付作業中に、識別子３８０の正しい向きを把握できる。

三次元測定機２のプローブ２４（図１及び２参照）が各識別ネジ３８２の頭頂面にタッチすることで、第１コンピュータ１２は、各識別ネジ３８２の頭頂面の三次元座標を検出でき、各識別ネジ３８２の突出量を取得できる。また、プローブ２４が基準ネジ３８４の頂面にもタッチすることで、第１コンピュータ１２は、基準ネジ３８４の頭頂面の三次元座標を検出できる。第１コンピュータ１２は、基準ネジ３８４と各識別ネジ３８２との間の位置関係が所定関係にあるときは識別子３８０が正しい向きに設置されていると判断し、当該位置関係が前記所定関係にないときは識別子３８０が誤った向きに設置されていると判断する。

図８は、構造物の製造方法の手順を説明するフローチャートである。以下、図１等を適宜参照しながら図８の流れに沿って製造手順を説明する。なお、三次元測定機２のプロセッサ３１は、システムメモリ３２に読み出した測定処理プログラムＰ１に従って動作するとともに、機械加工機３のプロセッサ６１は、システムメモリ６２に読み出した機械加工プログラムＰ２に従って動作する。

まず、ワークＷに識別子８０（図３参照）を取り付ける（ステップＳ１）。次に、三次元測定機２の第１測定センサ１３によって識別子８０の三次元形状を測定して第１識別子三次元測定データを取得する（ステップＳ２）。具体的には、作業者は、プローブ２４を識別子８０の各識別ネジ８２の頭頂面をタッチさせる。三次元測定機２のプロセッサ３１は、プローブ２４からタッチ検知信号を受信した時点ごとに、エンコーダ２５からの変位量信号によって把握される三次元座標を、第１識別子三次元測定データとしてストレージメモリ３３に保存する。

次に、プロセッサ３１は、第１識別子三次元測定データを所定規則に基づいて第１識別情報に変換する（ステップＳ３）。所定規則は、各識別ネジ８２の頭頂面のうちプローブ２４がタッチした点の三次元座標から各識別ネジ８２の突出量をそれぞれ算出することと、それら算出された突出量のデータをビット列データに変換することと、を含む。当該算出された突出量は、突出量Ｈ１であれば「１」に変換され、突出量Ｈ０であれば「０」に変換される。

図９は、第１識別情報のデータを示す図面である。図９に記載された「突起」は識別ネジ８２を意味する。所定規則に従って変換されたビット列データは二進数であるが、プロセッサ３１は、ビット列データを十進数に変換してストレージメモリ３３に保存してもよい。

次に、三次元測定機２の第１測定センサ１３によってワークＷの三次元形状を測定してワーク三次元測定データを取得する（ステップＳ４）。具体的には、作業者は、プローブ２４をワークＷの要所にタッチさせる。プロセッサ３１は、プローブ２４からタッチ検知信号を受信した時点ごとに、エンコーダ２５からの変位量信号によって把握される三次元座標を、ワーク三次元測定データとしてストレージメモリ３３に保存する。なお、ワークＷの三次元形状を測定した後に識別子８０の三次元形状を測定してもよい。さらに、ワークＷの三次元形状を測定している間に識別子８０の三次元形状を測定してもよく、測定順序は限定されない。

次に、プロセッサ３１は、前記ワーク三次元測定データを前記第１識別情報に関連付けてストレージメモリ３３に記憶させる。即ち、ストレージメモリ３３は、前記ワーク三次元測定データと、前記ワーク三次元測定データに関連付けられた前記第１識別情報と、を含むデータセットを記憶する（ステップＳ５）。

なお、前記識別情報が前記ワーク三次元測定データに関連付けられる代わりに、他の固有情報が関連付けられてもよい。例えば、識別子三次元測定データそれ自体が固有情報としてワーク三次元測定データに関連付けられてもよいし、識別子を三次元測定して得られる輪郭データが固有情報としてワーク三次元測定データに関連付けられてもよい。

ステップＳ１～Ｓ５が全てのワークＷについて終了してなければ（ステップＳ６：Ｎ）、残りのワークＷに対してステップＳ１～Ｓ５の処理を行う。ステップＳ１～Ｓ５が全てのワークＷについて終了していれば（ステップＳ６：Ｙ）、機械加工機３での加工処理に移行する。なお、ステップＳ１～Ｓ５が全てのワークＷについて終了していなくても、ステップＳ１～Ｓ５が終了したワークＷから機械加工機３での加工処理に移行してもよい。

次に、ステップＳ１～Ｓ５の繰り返しで取得された前記データセットの全てを、三次元測定機２のインタフェース３５から出力し、その出力されたデータセットを機械加工機３のインタフェース６６に入力してストレージメモリ６３に保存させる（ステップＳ７）。

次に、識別子８０が付されたワークＷを機械加工機３の加工台７３に設置する（ステップＳ８）。図１０に示すように、加工台７３は、例えば、テーブル７３ａと、テーブル７３ａに設けられた治具７３ｂとを有する。治具７３ｂは、ジャッキのように位置調節できるものである。プロセッサ６１は、前記読み出されたワーク三次元測定データに基づいて、ワークＷの加工基準線Ｌを算出する。加工基準線Ｌは、ワークＷの各部の加工後の寸法（図１０のＺ軸の寸法）の基準となる仮想線である。即ち、ワークＷの各部の加工後の寸法は、加工基準線Ｌからの距離によって決定される。プロセッサ６１は、前記算出された加工基準線Ｌが機械加工機３の加工座標軸の１つ（図１０のＺ軸）に垂直となるように各治具７３ｂの位置調節量を算出する。機械加工機３の加工座標軸は、加工ツールＴによる加工の切削深さ方向をＺ軸として設定される。

プロセッサ６１は、前記算出された各治具７３ｂの各位置調節量を出力する。例えば、プロセッサ６１は、前記算出された各治具７３ｂの各位置調節量をガイダンスとしてディスプレイに表示させ、作業者が当該ガイダンスに従って各治具７３ｂを手動調節する。これにより、作業者がワークＷの設置姿勢の調整を試行錯誤する必要がなく、作業時間を短縮できる。或いは、作業台７３が治具アクチュエータによって治具７３ｂを位置調節できる構成の場合には、プロセッサ６１は、前記算出された各治具７３ｂの各位置調節量に応じて当該治具アクチュエータを駆動させてもよい。

プロセッサ６１は、前記読み出されたワーク三次元測定データに基づいて、機械加工機３の加工座標軸の１つ（図１０のＺ軸）がワークＷの加工基準線Ｌに垂直となるように機械加工機３の加工座標軸を設定してもよい。これにより、治具７３ｂの調整を不要にでき、更に作業時間を短縮できる。

次に、機械加工機３の第２測定センサ４３によって識別子８０の三次元形状を測定して第２識別子三次元測定データとしてストレージメモリ６３あるいはシステムメモリ６２に保存する（ステップＳ９）。第２測定センサ４３による識別子８０の三次元形状の測定原理は、第１測定センサ１３による識別子８０の三次元形状の測定原理と同じであるため、詳細な説明を省略する。

次に、機械加工機３のプロセッサ６１は、第２識別子三次元測定データを前記所定規則に基づいて第２識別情報に変換する（ステップＳ１０）。第２識別子三次元測定データから第２識別情報への変換原理は、第１識別子三次元測定データから第１識別情報への変換原理と同じであるため、詳細な説明を省略する。

次に、プロセッサ６１は、ストレージメモリ６３に保存された全データセットのうち、第２識別子三次元測定データから変換された第２識別情報に一致する第１識別情報を含むデータセットのワーク三次元測定データをシステムメモリ６２に読み出す（ステップＳ１１）。

次に、プロセッサ６１は、前記読み出されたワーク三次元測定データに基づいて加工計画を決定する（ステップＳ１２）。前記加工計画は、種々の条件を含む。例えば、前記加工計画は、ワークＷの削り代を含み得る。プロセッサ６１は、読み出されたワーク三次元測定データに基づいて、加工後のワークＷが目標形状になるようにワークＷの切削対象箇所ごとの削り代を算出する。

前記加工計画は、加工台７３に設置されたワークＷと加工ツールＴの加工動作始点との間の相対位置を更に含み得る。機械加工機３のプロセッサ６１は、前記読み出されたワーク三次元測定データに基づいて、ワークＷの切削対象箇所と加工ツールＴの加工動作始点との間の隙間が、図１１Ｃで後述するような適切な隙間になるように、加工ツールＴの加工動作始点を調節すべくアクチュエータ７２を制御する。ここで、「加工動作始点」は、機械加工機３が加工ツールＴに切削動作を開始させる位置である。例えば、プロセッサ６１は、ツール待機位置から加工動作始点までは加工ツールＴを回転させずに移動させ、加工動作始点から加工ツールＴを回転開始させるようにアクチュエータ７２を制御する。

前記加工計画は、加工ツールＴの角度を更に含み得る。プロセッサ６１は、前記読み出されたワーク三次元測定データに基づいて、加工台７３に設置されたワークＷの切削対象箇所の向きに対して加工ツールＴが予め決められた姿勢となるように加工中の加工ツールＴの角度を算出する。

前記加工計画は、加工ツールＴの１パスあたりの切削深さと、加工ツールＴの１パスあたりの送り速度と、を更に含み得る。ワークＷの削り代が加工ツールＴの１パスあたりの切削深さの最大能力値を超える場合、加工ツールＴをワークＷの表面に沿って往復移動させて切削加工する必要がある。ここで、「１パス」は、加工ツールＴがワークＷの表面を切削しながら一方向になぞる１回の移動を意味する。加工台７３に設置されたワークＷの表面に沿って加工ツールＴを往復移動させて切削加工する場合、プロセッサ６１は、前記読み出されたワーク三次元測定データに基づいて、図１２Ｃで後述するようにワークＷの削り代を均等分割した値に前記切削深さを決定する。プロセッサ６１は、加工ツールＴの１パスあたりの送り速度を、切削深さが小さくなるほど速くなるように決定する。

次に、プロセッサ６１は、前記決定された加工計画に従ってアクチュエータ７２を制御してワークＷの切削加工を実施する（ステップＳ１３）。ステップＳ８～Ｓ１３が全てのワークＷについて終了してなければ（ステップＳ１４：Ｎ）、残りのワークＷに対してステップＳ８～Ｓ１３の処理を行う。ステップＳ８～Ｓ１３が全てのワークＷについて終了していれば（ステップＳ１４：Ｙ）、機械加工機３での加工処理を終了する。

図１１Ａは、削り代が大きい場合の従来例を説明する図面である。図１１Ｂは、削り代が小さい場合の従来例を説明する図面である。図１１Ｃは、加工ツールの加工動作開始点が適切な例を説明する図面である。図１１Ａに示すように、ワークＷの削り代が過大である場合に、従来には、加工ツールＴの加工動作始点がワークＷに近づき過ぎて、加工ツールＴがワークＷに干渉する可能性があった。他方、図１１Ｂに示すように、ワークＷの削り代が過小である場合に、従来には、加工ツールＴの加工動作始点がワークＷから離れ過ぎて、加工ツールＴが加工動作を開始してから実際にワークＷに到達するまでに、数パスにわたって無駄な空加工を行って加工時間が長くなる可能性があった。

それに対し、本実施形態では、機械加工機３のプロセッサ６１は、読み出されたワーク三次元測定データに基づいて、加工台７３に設置されたワークＷと加工ツールＴの加工動作始点との間の相対位置を決定する。よって、図１１Ｃに示すように、ワークＷの切削対象箇所と加工ツールＴの加工動作始点との間の隙間が適切な隙間になり、干渉が防がれると共に、空加工の発生が防がれる。

図１２Ａは、全てのパスで加工ツールＴの最大能力を発揮できる例を説明する図面である。図１２Ｂは、最初のパスで加工ツールＴの最大能力を発揮できない例を説明する図面である。図１２Ｃは、図１２Ｂと同じ削り代において全てのパスで切削深さを均等とする例を説明する図面である。なお、図１２Ａ～Ｃの説明では、加工ツールＴの１パスあたりの切削深さの最大能力値が６ｍｍであると仮定する。図１２Ａに示すように、例えば、ワークＷの削り代が１８ｍｍである場合、削り代が切削深さの最大能力値の倍数であるため、全てのパスで加工ツールＴの最大能力が発揮され、加工効率が最も良くなる。

図１２Ｂに示すように、例えば、ワークＷの削り代が１５ｍｍである場合、削り代が削深さの最大能力値の倍数ではなくなる。この場合、従来には、最初のパスで切削深さが３ｍｍとなり、残りのパスで切削深さが６ｍｍとなるため、最初のパスで加工ツールＴの能力を大幅に発揮できず、加工効率が低下する。

それに対し、本実施形態では、プロセッサ６１は、読み出されたワーク三次元測定データに基づいて、ワークＷの削り代を均等分割した値に切削深さを決定する。よって、図１２Ｃに示すように、削り代が１５ｍｍであるときに、全てのパスで切削深さが５ｍｍとなる。そして、プロセッサ６１は、切削深さの小さくなるにつれて加工ツールＴの１パスあたりの送り速度が速くなるように当該送り速度を決定する。よって、切削深さが６ｍｍの場合に比べて、加工ツールＴの送り速度が速くなる。以上のようにして、全てのパスで加工ツールＴの最大能力に近い能力を発揮できて加工効率が改善し、加工時間が短縮される。

以上に説明した実施形態によれば、機械加工機３は、ワークＷに付された識別子８０に基づいて、事前に取得されたワーク三次元測定データを読み出すため、実際に加工するワークＷに対応しないワーク三次元測定データを読み出すミスを防止できる。三次元測定機２は、ワークＷの三次元形状を測定する第１測定センサ１３を流用して識別子８０を認識するため、識別子８０を認識するためのリーダを新たに準備せずに済み、コストを低く抑えることができる。

ワークＷの削り代がワーク三次元測定データに基づいて決定されることで、個々のワークＷごとに適切な機械加工を行うことができる。

加工台７３に設置されたワークＷと加工ツールＴの加工動作始点との間の相対位置がワーク三次元測定データに基づいて決定されることで、加工ツールＴが加工動作始点でワークＷに干渉することを防止でき、かつ、ワークＷと加工動作始点との間の過大な隙間によって無駄な空加工の発生が防がれて加工時間を短縮できる。

加工ツールＴの角度がワーク三次元測定データに基づいて決定されることで、ワークＷの個体差に起因したワークＷの設置姿勢の差に関わらず、個々のワークＷに対する加工ツールＴの姿勢を適切にして機械加工を行うことができる。

加工ツールＴの１パスあたりの切削深さがワークＷの削り代を均等分割した値に決定され、かつ、加工ツールＴの１パスあたりの送り速度が切削深さの減少につれて増加するように設定されることで、加工ツールＴの最大能力に近い能力を発揮して加工効率が改善され、加工時間を短縮できる。

識別子三次元測定データが所定規則に基づいて識別情報に変換されることで、機械加工機３に設置される実際のワークＷに対応するワーク三次元測定データを読み出す機械加工プログラムＰ２を簡素化できる。

識別子８０の識別ネジ８２の突出量をビット列データに変換することで、簡単な構造の識別子８０によってワークＷを識別できる。

識別子８０は識別ネジ８２の突出量を機械的に変更可能であるため、識別子８０が有する識別情報を簡単に変更できる。

識別子８０はワークＷに着脱自在な吸着体８３又は固定ネジ３８３を有するため、識別子８０をワークＷに安定的に設置できるとともに、識別子８０をワークＷから取り外して再利用できる。

三次元測定機２の第１測定センサ１３によって、識別子８０の三次元形状を測定して第１三次元測定データを取得し、かつ、ワークＷの三次元形状を測定してワーク三次元測定データを取得するため、作業効率を良好にすることができる。

本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、及び／又は、それらの組み合わせ、を含む回路又は処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路又は回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット若しくは手段は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、又は、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、又は、列挙された機能を実行するようにプログラム若しくは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段若しくはユニットは、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェア及び／又はプロセッサの構成に使用される。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかし、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。例えば、１つの実施形態中の一部の構成又は方法を他の実施形態に適用してもよく、実施形態中の一部の構成は、その実施形態中の他の構成から分離して任意に抽出可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれる。

１ 製造システム
２ 三次元測定機
３ 機械加工機
１２ 第１コンピュータ
１３ 第１測定センサ
４２ 第２コンピュータ
４３ 第２測定センサ
３１，６１ プロセッサ
７３ 加工台
８０，１８０，２８０，３８０ 識別子
８１，１８１，２８１，３８１ ベース
８２，３８２ 識別ネジ
８３ 吸着体
１８２ 凹所
２８２ 棒
３８３ 固定ネジ
Ｐ１ 測定処理プログラム
Ｐ２ 機械加工プログラム
Ｔ 加工ツール
Ｗ ワーク

Claims (17)

1. 加工ツールを有する機械加工機を用いて構造物を製造するための方法であって、
   加工対象物であるワークの三次元形状を測定して取得されたワーク三次元測定データと、前記ワーク三次元測定データに関連付けられ、前記ワークに付された識別子の三次元形状を測定して取得された第１識別子三次元測定データの第１固有情報と、を含むデータセットを受信することと、
   前記識別子の三次元形状を測定して第２識別子三次元測定データを取得することと、
   取得した前記第２識別子三次元測定データの第２固有情報に一致する前記第１固有情報を含む前記データセットから、前記ワーク三次元測定データを読み出すことと、
   前記読み出されたワーク三次元測定データに基づいて加工計画を決定することと、を含む、構造物の製造方法。
2. 前記加工計画は、前記ワークの削り代を含む、請求項１に記載の構造物の製造方法。
3. 前記加工計画は、前記ワークと前記加工ツールの加工動作始点との間の相対位置を含む、請求項１又は２に記載の構造物の製造方法。
4. 前記加工計画は、前記ワークと前記加工ツールとの間の相対角度を含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の構造物の製造方法。
5. 前記加工計画は、
   前記ワークの表面に沿って前記加工ツールを往復移動させて切削加工する場合における、前記加工ツールの１パスあたりの切削深さと、
   前記加工ツールの１パスあたりの送り速度と、を含み、
   前記切削深さは、前記ワークの加工完了までの削り代を均等分割した値に決定され、
   前記送り速度は、前記切削深さが小さくなるほど速くなる速度に決定される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の構造物の製造方法。
6. 前記第２識別子三次元測定データを所定規則に基づいて第２識別情報に変換すること、を更に含み、
   前記第１識別子三次元測定データの前記第１固有情報は、前記第１識別子三次元測定データが前記所定規則に基づいて変換されてなる第１識別情報であり、
   前記第２識別子三次元測定データの前記第２固有情報は、前記所定規則に基づいて変換された前記第２識別情報である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の構造物の製造方法。
7. 加工ツールを有する機械加工機を用いて構造物を製造するためのシステムであって、
   三次元形状を測定する測定センサと、
   前記測定センサに接続された処理回路と、を備え、
   前記処理回路は、
   ワークの三次元形状を測定して取得されるワーク三次元測定データと、前記ワーク三次元測定データに関連付けられ、前記ワークに付された識別子の三次元形状を測定して取得される第１識別子三次元測定データの第１固有情報と、を含むデータセットを受信することと、
   前記測定センサによって前記識別子の三次元形状を測定して第２識別子三次元測定データを取得することと、
   前記第２識別子三次元測定データの第２固有情報に一致する前記第１固有情報を含む前記データセットから、前記ワーク三次元測定データを読み出すことと、
   前記読み出されたワーク三次元測定データに基づいて加工計画を決定することと、を行うように構成されている、構造物の製造システム。
8. 前記加工計画は、前記ワークの削り代を含む、請求項７に記載の構造物の製造システム。
9. 前記加工計画は、前記ワークと前記加工ツールの加工動作始点との間の相対位置を含む、請求項７又は８に記載の構造物の製造システム。
10. 前記加工計画は、前記ワークと前記加工ツールとの間の相対角度を含む、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の構造物の製造システム。
11. 前記加工計画は、
    前記ワークの表面に沿って前記加工ツールを往復移動させて切削加工する場合における、前記加工ツールの１パスあたりの切削深さと、
    前記加工ツールの１パスあたりの送り速度と、を含み、
    前記切削深さは、前記ワークの加工完了までの削り代を均等分割した値に決定され、
    前記送り速度は、前記切削深さが小さくなるほど速くなる速度に決定される、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の構造物の製造システム。
12. 前記処理回路は、前記第２識別子三次元測定データを所定規則に基づいて第２識別情報に変換するように構成されており、
    前記第１識別子三次元測定データの前記第１固有情報は、前記第１識別子三次元測定データが前記所定規則に基づいて変換されてなる第１識別情報であり、
    前記第２識別子三次元測定データの前記第２固有情報は、前記処理回路よって前記所定規則に基づいて変換された前記第２識別情報である、請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の構造物の製造システム。
13. 前記識別子は、複数の突起又は凹所を含み、
    前記第１識別情報及び前記第２識別情報は、ビット列データを含み、
    前記所定規則は、前記突起の突出量又は前記凹所の凹み量を前記ビット列データに変換する規則を含む、請求項１２に記載の構造物の製造システム。
14. 前記識別子は、前記突起の前記突出量又は前記凹所の前記凹み量を機械的に変更可能なアジャスタを含む、請求項１３に記載の構造物の製造システム。
15. 前記識別子は、前記ワークに着脱自在な吸着体又は固定具を有する、請求項７乃至１４のいずれか１項に記載の構造物の製造システム。
16. 前記測定センサは第２測定センサであり、前記処理回路は第２処理回路であり、前記第２測定センサ及び前記第２処理回路は前記機械加工機に備えられ、
    前記製造システムは、第１測定センサ及び第１処理回路を備える三次元測定機を備え、
    前記第１処理回路は、前記第１測定センサによって前記ワークの三次元形状を測定して取得される前記ワーク三次元測定データを、前記第１測定センサによって前記識別子の三次元形状を測定して取得される前記第１識別子三次元測定データの前記第１固有情報に関連付け、前記データセットを出力するように構成されている、請求項７乃至１５のいずれか１項に記載の構造物の製造システム。
17. 加工ツールを有する機械加工機を用いて構造物を製造するためのプログラムであって、ワークの三次元形状を測定して取得されるワーク三次元測定データと、前記ワーク三次元測定データに関連付けられ、前記ワークに付された識別子の三次元形状を測定して取得される第１識別子三次元測定データの第１固有情報と、を含むデータセットを受信することと、
    機械加工機の測定センサに前記識別子の三次元形状を測定させて第２識別子三次元測定データの第２固有情報を取得することと、
    前記第２識別子三次元測定データの前記第２固有情報と一致する前記第１固有情報を含む前記データセットから、前記ワーク三次元測定データを読み出すことと、
    前記読み出されたワーク三次元測定データに基づいて加工計画を決定することと、
    を少なくとも１つのプロセッサに実行させるように構成されている、機械加工プログラム。

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