モデル加工方法およびモデル加工システム
【課題】色彩を施したクレイモデルの作製を正確に短時間で行うこと。
【解決手段】このモデル加工システム１００は、先端に塗装ヘッド１０６を備えた多軸アームロボット１と、クレイモデルＭのハンドワーク側の形状を取得するカメラ２と、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５と、多軸アームロボット１のプログラミング等を行うコンピュータ装置６と、多軸アームロボット１のドライブユニット７とを有する。ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５は、カメラ２で取得したハンドワークの形状と色とに係わるデータを反転させて、反転着色情報を取得し、この反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成し、多軸アームロボット１の塗装ヘッド１０６によりクレイモデルＭを塗装する。
【解決手段】このモデル加工システム１００は、先端に塗装ヘッド１０６を備えた多軸アームロボット１と、クレイモデルＭのハンドワーク側の形状を取得するカメラ２と、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５と、多軸アームロボット１のプログラミング等を行うコンピュータ装置６と、多軸アームロボット１のドライブユニット７とを有する。ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５は、カメラ２で取得したハンドワークの形状と色とに係わるデータを反転させて、反転着色情報を取得し、この反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成し、多軸アームロボット１の塗装ヘッド１０６によりクレイモデルＭを塗装する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンドワークにより加工する必要のあるクレイモデル等の製作を正確かつ短時間で行えるモデル加工方法およびモデル加工システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、モーターサイクルや自動車などの製品のデザインを開発する場合、原寸大のクレイモデルを作成してデザインの検討を行うのが通常である。また、これらの製品は殆ど左右対称形であるため、クレイモデルを製作する場合、まず対称形状となる半分をハンドワークで成形し、この半分の形状を決めた後に反対側の部分をハンドワークにより成形する。これにより、クレイモデルが一応形となるが、設計者はこのクレイモデルを基に、詳細かつ精密にクレイモデルを削り或いは肉盛りし、最終的な形状を決定する。
【０００３】
一方、現在ではデザインＣＡＤが普及し、コンピュータ上でどのような複雑な形状でも作り上げることができるようになっているが、最終的にその製品がどのようなものであるか人間が感覚的に理解するには、実物大のクレイモデルによらなければ難しい。このため、デザインＣＡＤの普及によってもクレイモデルは必要であり、加工技術の進歩によりより複雑な形状の製品を製造できることが可能となった現在では、従来にも増してクレイモデルの必要性が高まっている。
【０００４】
このようなクレイモデルを成形するには、クレイモデルの半分をハンドワークにより成形し、対称となる反対側を同様に成形し、これを繰り返し行うことで最終的なデザインを決定するため、当該対称となる反対側を形成するときはデザイン活動の時間ではなく単純作業となり、時間が無駄になる。実際のデザイン現場では、数ヶ月に及ぶクレイモデル全製作時間の３割強が反対側の成形作業に割かれるという問題に直面している。また、対称形状を正確に成形することは難しく、全体的に違和感のあるものとなり易い。このため、比較的正確に反対側の加工を行うには、クレイモデル作製者に相当の技能レベルが要求され、これらの者の養成にも時間がかかってしまう。
【０００５】
そこで、従来の造形モデル反転システムでは、基準面に対して対称な造形モデルの形成に際し、基準面の片側の半面モデルを基に、この半面モデルを反転した反転モデルをモデル用ワークから形成するものにおいて、半面モデル上の複数の代表点の位置を測定する測定装置と、基準面に対し代表点と対称な対応点を求める対応点算出手段と、モデル用ワークにおける対応点の位置に加工用目印をつけるマーキング装置と、対応点から他の対応点へマーキング装置を移動させる際の移動軌跡を算出する軌跡算出手段と、算出された移動軌跡に従ってマーキング装置を移動させる移動手段を設け、加工用目印が反転モデル上の点を示す情報として用いられるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１６１７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の造形モデル反転システムには、クレイモデルに色彩を施す場合、この色彩を反対形状に転写する作業を自動的に行えるものがなかった。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑み、色彩を施したクレイモデルの作製を正確に短時間で行うことができるモデル加工方法およびモデル加工システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１に、本発明のモデル加工方法は、モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得ステップと、形状と色との取得ステップで取得した軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する反転着色情報取得ステップと、反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する塗装用の加工パス生成ステップと、塗装用の加工パス生成ステップで生成した塗装用の加工パスに従って軟質加工物の別部分を、多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより塗装を行う着色ステップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
上述のモデル加工方法によれば、形状と色との取得ステップで、ハンドワークにより加工した一部分形状と施された色彩とをカメラで取得し、軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転（鏡像となるように反転）させて、反転着色情報を取得する。さらに、塗装用の加工パス生成ステップで反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する。そして、着色ステップで、塗装用の加工パスに従って軟質加工物の別部分を、多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより塗装を行う。これにより、デザイナーは、クレイ等の軟質加工物の一部のみに色彩を施したデザインをすれば、軟質加工物の別部分については多軸アームロボットにより自動的に塗装されて色彩が施されるので、モデルの別部分に色彩を施す作業時間を大幅に短縮できる。この結果、クレイモデル等のモデル製作を正確且つ短時間で効率的に行える。この結果、モデル加工の作業効率を向上できる。なお、軟質加工物の一部分の形状の取得をステレオカメラで行う場合には、形状と色とのデータを同時に取得できる。
【００１１】
第２に、本発明のモデル加工方法は、モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一側面の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得ステップと、形状と色との取得ステップで取得した軟質加工物の形状を表す点群データから、ＳＴＬデータを取得する曲面形状取得ステップと、ＳＴＬデータにより表現した曲面を反転して反転形状のＳＴＬデータを生成する反転ステップと、形状と色との取得ステップ取得した軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する、反転着色情報取得ステップと、反転形状のＳＴＬデータと反転着色情報に基づき、塗装に必要な加工条件を設定し、塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成ステップと、塗装用の加工パス生成ステップで生成した塗装用の加工パスに従って軟質加工物の反対側面を多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより塗装を行う着色ステップと、を有することを特徴とする。
【００１２】
上述のモデル加工方法によれば、着色ステップで、塗装用の加工パスに従って軟質加工物の別部分を、多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより塗装を行う。これにより、デザイナーは、クレイ等の軟質加工物の一部のみに色彩を施したデザインをすれば、軟質加工物の別部分については多軸アームロボットにより自動的に塗装されて色彩が施されるので、モデルの別部分に色彩を施す作業時間を大幅に短縮できる。この結果、クレイモデル等のモデル製作を正確且つ短時間で効率的に行える。また、塗装用の加工パス生成ステップで、反転形状のＳＴＬデータと反転着色情報に基づき、塗装に必要な加工条件を設定し、塗装用の加工パスを生成する。ここで用いるＳＴＬは、曲面を三角パッチの集合体として表現したものであり、データ構造が簡単である。このＳＴＬデータは、取得した点群データから自動かつ簡易に変換が可能であり、曲面を張る場合に比べて、処理が簡易且つ高速で行える利点がある。特に複雑な形状のモデルの場合、処理量が膨大になるが、点群データをＳＴＬデータに変換し、これにより表現した曲面から加工パスを生成するようにすれば、短時間で処理が可能となる。これにより、ハンドワークにより複雑な形状を加工しても加工パスの生成までの時間を短縮できる。この結果、モデルの反転形状部分の成形時間を大幅に短縮できるので、モデル製作を正確且つ短時間で行える。この結果、モデル加工の作業効率を向上できる。なお、軟質加工物の一部分の形状の取得は、ステレオカメラで行う場合には、形状と色とのデータを同時に取得できる。
【００１３】
第３に、本発明のモデル加工システムは、モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得手段と、形状と色との取得手段で取得した軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する反転着色情報取得手段と、反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する塗装用の加工パス生成手段と、塗装用の加工パス生成手段で生成した塗装用の加工パスに従って軟質加工物の別部分を、先端の塗装ヘッドにより塗装を行う多軸アームロボットと、を有することを特徴とする。
【００１４】
上述のように構成することにより、形状と色との取得手段で、ハンドワークにより加工した一部分形状と施された色彩とをカメラで取得し、軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを、反転着色情報取得手段により反転（鏡像となるように反転）させて反転着色情報を取得する。さらに、塗装用の加工パス生成手段で反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する。そして、多軸アームロボットの先端に取り付けた塗装ヘッドにより、塗装用の加工パスに従って軟質加工物の別部分に対する塗装を行う。これにより、デザイナーは、クレイ等の軟質加工物の一部のみに色彩を施したデザインをすれば、軟質加工物の別部分については多軸アームロボットにより自動的に塗装されて色彩が施される。よって、この構成によれば、モデルの別部分に色彩を施す作業時間を大幅に短縮でき、しかもクレイモデル等のモデル製作を正確且つ短時間で効率的に行える。なお、軟質加工物の一部分の形状の取得をステレオカメラで行う場合には、形状と色とのデータを同時に取得できる。
【００１５】
第４に、本発明のモデル加工システムは、モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一側面の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得手段と、形状と色との取得手段で取得した軟質加工物の形状を点群データにより取得し、この点群データからＳＴＬデータを取得する曲面形状取得手段と、ＳＴＬデータにより表現した曲面を反転して反転形状のＳＴＬデータを取得する反転手段と、形状と色との取得手段で取得した軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する、反転着色情報取得手段と、反転形状のＳＴＬデータと反転着色情報に基づき、塗装に必要な加工条件を設定し、塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成手段と、塗装用の加工パス生成手段で生成した塗装用の加工パスに従って軟質加工物の反対側面を、先端の塗装ヘッドにより塗装を行う多軸アームロボットと、を有することを特徴とする。
【００１６】
上述のように構成することにより、着色ステップでは、塗装用の加工パスに従って軟質加工物の別部分を、多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより塗装を行う。これにより、デザイナーは、クレイ等の軟質加工物の一部のみに色彩を施したデザインをすれば、軟質加工物の別部分については多軸アームロボットにより自動的に塗装されて色彩が施されるので、モデルの別部分に色彩を施す作業時間を大幅に短縮できる。この結果、クレイモデル等のモデル製作を正確且つ短時間で効率的に行える。また、塗装用の加工パス生成手段で、反転形状のＳＴＬデータと反転着色情報に基づき、塗装に必要な加工条件を設定し、塗装用の加工パスを生成する。ここで用いるＳＴＬ（Ｓｔｅｒｅｏ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）は、曲面を三角パッチの集合体として表現したものであり、データ構造が簡単である。このＳＴＬデータは、取得した点群データから自動かつ簡易に変換が可能であり、曲面を張る場合に比べて、処理が簡易且つ高速で行える利点がある。特に複雑な形状のモデルの場合、処理量が膨大になるが、点群データをＳＴＬデータに変換し、これにより表現した曲面から加工パスを生成するようにすれば、短時間で処理が可能となる。これにより、ハンドワークにより複雑な形状を加工しても加工パスの生成までの時間を短縮できる。この結果、モデルの反転形状部分の成形時間を大幅に短縮できるので、モデル製作を正確且つ短時間で行える。この結果、モデル加工の作業効率を向上できる。なお、軟質加工物の一部分の形状の取得は、ステレオカメラで行う場合には、形状と色とのデータを同時に取得できる。
【００１７】
第５に、本発明のモデル加工システムは、モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得手段と、形状と色との取得手段で取得した軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する反転着色情報取得手段と、反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成手段と、カメラを先端に選択して把持して形状と色とを取得可能とすると共に、塗装用の加工パス生成手段で生成した塗装用の加工パスに従って軟質加工物の別部分を、先端に選択して把持した塗装ヘッドにより塗装するように構成した多軸アームロボットと、多軸アームロボットと軟質加工物とを相対移動させる移動手段と、を有することを特徴とする。
【００１８】
上述のように構成することにより、このモデル加工システムでは、加工手段と共に形状と色との取得手段を多軸アームロボットの先端に設け、形状と色との取得手段によりハンドワークにより加工を施した一部分の形状と色とを取得した後、移動手段により多軸アームロボットと軟質加工物を相対移動させて別部分が多軸アームロボットに向かって位置するようにし、この多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより軟質加工物の別部分を塗装するものである。このようにすれば、モデル加工システムの設置場所を小さくできるので、狭い場所でもモデルに対する塗装を行える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のモデル加工方法およびモデル加工システムによれば、色彩を施したクレイモデルを効率良く作製する作業を行って、短時間で正確なモデルを作ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、当業者により置換可能で且つ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に係るモデル加工システムを示す構成図である。図２は、図１に示したモデル加工システムのＣＡＤ・ＣＡＭ装置を示すブロック図である。このモデル加工システム１００は、６軸制御の多軸アームロボット１と、モーターサイクル等のクレイモデルＭの一側面側の形状を取得するカメラ２と、クレイモデルＭの形状を点群データとして認識し、この点群データを三角パッチにより構成するＳＴＬデータに変換する３次元ＣＡＤ装置３と、３次元ＣＡＤ装置３のＣＡＤデータから加工パスを生成するＣＡＭ装置４と（ＣＡＤ装置およびＣＡＭ装置を合わせてＣＡＤ／ＣＡＭ装置５とする）、クレイモデルＭの３次元形状や加工パスを表示し、多軸アームロボット１のプログラミング等を行うコンピュータ装置６と、多軸アームロボット１のドライブユニット７とを有している。
【００２２】
カメラ２は、２つのレンズを備えることで遠近感を測定することが可能であり、それぞれのレンズの焦点や露出を制御するカメラコントローラー２１を有する。カメラ２は、高さ調整できる設置台２２に設置され、且つクレイモデルＭのハンドワーク側に配置される。ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５には、生成した３次元形状を表示するＬＣＤディスプレイ等の表示手段５０が設けられている。
【００２３】
多軸アームロボット１は、先端にクレイモデルＭを切削するドリル等の工具１１を備えており、前記クレイモデルＭに対してハンドワーク側と反対側に配置される。ハンドワークにより形成した形状を当該ハンドワーク側の反対側に転写形成するためである。即ち、多軸アームロボット１の位置は、ハンドワークの反対側に反転形状を転写加工できる位置であればよく、常時ハンドワーク側と反対側に位置していなくても、加工の際に位置していれば良い。また、クレイモデルＭと離れて設置していても、多軸アームロボット１の工具類がハンドワーク側と反対側の領域に位置できれば良い。
【００２４】
また、本システムにおけるクレイモデルＭの切削は、金属の切削加工に比べて加工機の剛性を比較的低く設定できるので、多軸アームロボット１を軽量化し、コンパクト化できる。具体例としては、本願出願人により販売提供される「可般式汎用知能アーム：ＰＡ−１０」が好適である。通常であれば最も重量物となる多軸アームロボット１が軽量化されると、モデル加工システム自体の搬送が可能になる。例えば車両のコンテナに当該モデル加工システムを収納して搬送できる。
【００２５】
具体的には、多軸アームロボット１の先端には、図７に示すように、筐体１２内に収納したモータ１３の回転軸１４にドリル等の加工工具を取り付けるホルダ１５が設けられており、このホルダ１５に対して複数種類の工具１１が取り付けられる。複数径のドリル、シェーパー、エンドミル等の工具が用いられる。ホルダ１５は、スピンドル軸に限らず、多軸アームロボット１に第７軸となる制御軸を設け、この制御軸にホルダ１５を取り付けても良い。
【００２６】
また、コンピュータ装置６には、ＨＤＤ等の補助記憶装置にロボット言語によりプログラミングされた所定のプログラムが格納されている。コンピュータ装置６は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の加工パスに従って多軸アームロボット１に所定の命令を出して動作の制御を行う。なお、コンピュータ装置６にて、図示しないティーチングボックス等からの入力により多軸アームロボット１の位置の教示を行うこと等が可能である。また、コンピュータ装置６は、例えば汎用のパーソナルコンピュータに多軸アームロボット１の運動制御用ＣＰＵボードを組み込んで簡単に構成できる。
【００２７】
図２を参照してＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の機能を説明すると、このＣＡＤ／ＣＡＭ装置５は、カメラ２により取得した画像からハンドワーク後のクレイモデルＭの曲面形状を取得する曲面形状取得部５１と、曲面形状取得部５１により取得したクレイモデルＭのハンドワーク後の形状をクレイモデルＭの反対側に実現するために必要となる反転形状を得る反転形状取得部５２と、クレイモデルＭのハンドワーク側の実際の曲面形状と当該曲面形状の反転形状とを合成してクレイモデルＭの３次元画像を生成する３次元画像生成部５３と、曲面形状から加工パスを生成する加工パス生成部５４と、多軸アームロボット１とクレイモデルＭとの位置関係を校正するキャリブレーション実行部５５を備えている。なお、上記図１では、ＣＡＤ装置、ＣＡＭ装置を別のハードウエアとして説明したが、図２に示したように単一の汎用コンピュータにＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の各機能を実現するためのプログラムをインストールして構成することもできる。
【００２８】
反転形状取得部５２は、後に詳述するがクレイモデルＭの表面を実際にカメラ２により測定して当該クレイモデルＭのハンドワーク側の曲面形状を点群データとし、この点群データを反転した後、この反転した点群データから三角パッチを形成し、当該三角パッチにより反転形状の曲面を表現する。
【００２９】
図３は、このモデル加工システムの動作を示すフローチャートである。まず、ユーザは、加工するクレイモデルＭに対してその一方側にカメラ２を設置し、その反対側に多軸アームロボット１を設置する。設置位置は、多軸アームロボット１の加工領域の範囲内であれば、厳密に位置合わせする必要はない。この設置状態か或いはその前に、ユーザは、クレイモデルＭに対してへらや型等を用いて手を加えつつデザインを行う（ハンドワーク）。このデザインは、通常、デザインＣＡＤ等により大まかには決定されているので、まず決定済みのデザインに係るクレイモデルＭを作成し、このクレイモデルＭに対してハンドワークを加えることになる。そして、曲面形状取得部５１は、クレイモデルＭのうち、カメラ２によりハンドワークを加えた側の形状を撮影する（ステップＳ１）。
【００３０】
カメラ２により撮影した画像データはＣＡＤ／ＣＡＭ装置５に送られ、図４に示すような点群データとして取得される（ステップＳ２）。なお、ここでは点群データを取得する方法として立体視できるカメラ２を用いたが、タッチプローブによりクレイモデルＭの表面の多数の地点を測定することで取得するようにしても良い。しかしながら、処理速度が速いこと、軟質のクレイに接触しないのでプローブの押し痕をつけないことから、立体視できるカメラ２により点群データを取得するのが好ましい。
【００３１】
次に、取得した点群データを反転処理する（ステップＳ３）。点群データは、３次元のＸ，Ｙ，Ｚ座標で表現されており、反転の基準面を入力することで簡単に反転処理の計算を行うことができる。続いて、反転した点群データを複数の三角パッチからなるＳＴＬデータに変換する（ステップＳ４）。図５に、ＳＴＬデータに変換した三角パッチにより曲面を表現した場合を示す。点群データから三角パッチを生成することは、通常のＣＡＤ装置において採られる手法であり、この三角パッチの集合体によりクレイモデルの曲面形状が表現される。こうして得られた反転形状は、クレイモデルＭのハンドワーク側の反対側に相当する。なお、反転形状を生成する場合、最初に取得した点群データの状態でＳＴＬデータを生成し、このＳＴＬデータを反転させることで生成するようにしても良い。
【００３２】
次に、多軸アームロボット１とクレイモデルＭとの設置位置のキャリブレーションを行う（ステップＳ５）。キャリブレーションの手順については、後述する。続いて、加工パスの生成に先立ち、加工条件の設定を行う（ステップＳ６）。例えば加工に用いる工具、加工方法、加工領域、加工パラメータ等の設定である。勿論、加工に必要なデータは、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の補助記憶装置または外部記憶装置に記憶してある。
【００３３】
加工条件の設定が終了したら、反転形状のＳＴＬデータに基づいてＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の加工パス生成部５４がクレイモデルＭの加工パスを生成する（ステップＳ７）。図６は、生成した加工パスの一例を示す説明図である。また、加工パスを実行する際の多軸アームロボット１の軌道データを生成する（ステップＳ８）。即ち、ハンドワーク側と反対側を多軸アームロボット１のみで且つロボット自体が移動することなく加工を行うので、クレイモデルＭの形状によってはアームが干渉する場合があり、それ故にアームの干渉を防止するような軌道を生成する必要がある。例えば加工対象であるクレイモデルＭの状態に応じて、当該クレイモデルＭの加工部分に対するアプローチの方法を加工前に予め決定しておき、実際の加工時に最適のアプローチを選択するようにする。また、アウェイの軌跡についてもアプローチ軌跡と同じ軌跡を選択するか、或いは加工後の形状に基づいて自動生成するようにしても良い。
【００３４】
生成した加工パスは、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５からコンピュータ装置６に送られ、コンピュータ装置６は加工パスに従って多軸アームロボット１のロボット言語に基づいて指令を出す。ドライバユニット７は、コンピュータ装置６の指令に従い、多軸アームロボット１を駆動し、クレイモデルＭの加工を行う（ステップＳ９）。多軸アームロボット１によりハンドワーク側と反対側を加工することで、クレイモデルＭはハンドワーク形状を反対側に転写した状態となる。また、この転写した状態で表示手段５０により表示した３次元画像と同一の形状となり、ユーザは実物大のクレイモデルＭを実際に認識できる。
【００３５】
なお、上記説明ではドリルによる切削用の加工パスを生成したが、肉盛り用の加工パスを別途生成して、肉盛り加工を行うこともできる。肉盛り加工を行う場合は、肉盛り加工用のヘッドを多軸アームロボット１の先端に設置するようにする。肉盛り加工用のヘッドについては後述する。
【００３６】
次に、ユーザは、実際に加工した後のクレイモデルＭを参照して、デザイン作業を終了するか否かを決定する（ステップＳ１０）。リデザインを行う必要がある場合は、再びハンドワークによりクレイモデルＭの片側の成形を行う（ステップＳ１１）。このハンドワークによりクレイモデルＭのハンドワーク側の形状が変更されることになるので、上記ステップＳ１〜ステップＳ９を再び実行し、ハンドワーク形状の反転形状を転写する。
【００３７】
ここで、ハンドワークにより修正した部分が一部である場合、当該部分のみの加工パスを生成するようにしてもよい。即ち、図８のフローチャートに示すように、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５によりハンドワークで形成した形状と、前回のハンドワークで形成した形状とを点群データとして比較し（ステップＳ１２）、リデザインした今回のハンドワークにより修正した部分を抽出する（ステップＳ１３）。より具体的には、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の曲面形状取得部５１により今回修正したクレイモデルの形状を点群データとして取得し、今回の修正形状の点群データと前回の形状の点群データとを逐次比較し（比較部５６）、異なるデータを抽出する。そして、データを反転してＳＴＬデータを生成し、このＳＴＬデータで表現された反転形状に基づいて加工パスを生成する。このときキャリブレーションの必要性および加工条件設定に変更があるか否か判断する（ステップＳ１４）。
【００３８】
このように処理することで、余分な加工パスを生成して無駄にクレイモデルＭの表面をトレースするのを防止できるから、リデザイン時の反転形状の加工時間を短縮できる。特に、クレイモデルＭの製作は何度もリデザインを行うのが常であるから、係る処理方法が加工時間の短縮には極めて好適である。
【００３９】
以上のように、ハンドワークにより形成した形状を取得してこれを反転させ、その反転形状の加工パスに基づいてハンドワーク側と反対側を転写加工するようにすれば、作業時間を極めて短縮でき、形状転写の高度の技能を作業者に要求する必要がなく、正確な転写加工が可能になる。
【００４０】
また、上記実施の形態では、加工対象物であるクレイモデルを動かすことなく、ハンドワーク側から形状を取得し、その反転形状をハンドワーク側と反対側から転写加工しているが、図９に示すように、クレイモデルＭを回転テーブル８に載せ、ハンドワーク側でクレイモデルＭをデザインし且つ形状を取得した後、回転テーブル８を１８０度回転させ、ハンドワーク側から反転形状の転写加工を行うようにしてもよい。この場合、カメラ２と多軸アームロボット１は、ハンドワーク側に設置する。
【００４１】
また、多軸アームロボット１は、移動用のパレット８１に設置してレール８２に沿って移動できるようにするのが好ましい。その際、回転テーブル８は、太鼓形状とするのが好ましい。回転テーブル８の辺部分８ａを以って多軸アームロボット１をクレイモデルＭに近接できる。
【００４２】
さらに、上記回転テーブル８には、回転角度の位置決め装置８３を設けるのが更に好ましい。位置決め装置８３は、例えば回転テーブル８の側面に設けた角度の目盛８４と、回転テーブル８を固定するクランプ装置８５とから構成してもよい。回転角度の位置決めを行うことで、クレイモデルＭを回転させた場合に多軸アームロボット１との相対位置を校正するためのキャリブレーションを行う必要がなくなる。また、クレイモデルＭのハンドワークと反対側を加工する場合において、クレイモデルＭを動かすときは、回転テーブル８以外の移動手段を採用できる。例えば円弧状のレール上でテーブルを動かすようにしてもよい（図示省略）。
【００４３】
この場合、カメラ２は、多軸アームロボット１の先端に取り付けることもできる。このようにすれば、カメラ２の設置台を省略できる。また、クレイモデルＭの形状が複雑な場合でも、カメラ２のアングルを自由に変更できるので、ハンドワークによる形状を完全に取得できる。
【００４４】
上記肉盛り装置９は、図１０の（ａ）に示すように、先端からクレイを出す肉盛りヘッド９１と、肉盛り用のクレイを搬送する搬送管９２と、クレイを溜めておくタンク９３とを有する。クレイは、タンク９３内に乾燥した粉末の状態で貯留されている。搬送管９２の端部にはポンプ９４が設けられ、係るポンプ９４によりタンク９３から肉盛りヘッド９１まで粉末状のクレイが強制的に搬送される。また、図１０（ｂ）に示すように、肉盛りヘッド９１は一時的に乾燥粉末のクレイを溜める貯留部９５を備え、更に貯留部９５に水を導入する水供給装置９６を備える。また、貯留部９５には、簡易の撹拌インペラが設けられており（図示省略）、粉末状のクレイを貯留部９５に溜めた状態で、水供給装置９６から貯留部９５内に水を入れ、クレイがある程度の流動状態となったとき、肉盛りヘッド９１の先端ノズル９７からポンプ等の図示しない繰り出し手段により繰り出す。
【００４５】
なお、肉盛り装置９は、上記構成に限定されない。即ち、多軸アームロボット１の先端に肉盛りヘッド９１から流動状態としたクレイを加工対象であるクレイモデルＭの表面に被着させることができれば、どのような構成を用いてもよい。また、樹脂材料によりモデルを製作する場合は、樹脂粉末を溶融させるヒーター等を肉盛りヘッド９１内に設け、溶融した樹脂を肉盛りヘッド９１から繰り出すようにすればよい。更に、肉盛りヘッドを溶射ガンのような構成とし、加熱した樹脂をモデル表面に溶射するようにしてもよい。
【００４６】
また、図１１に示すように、多軸アームロボット１の先端にハンド１０１を設け、このハンド１０１により各種の加工工具や肉盛りヘッド、カメラ等を選択して把持し、加工を行うようにしてもよい。具体的には、符号１０３がドリルヘッド、符号１０４がカメラヘッド、符号１０５が肉盛りヘッド、符号１０６が塗装ヘッドである。ドリルヘッド１０３や肉盛りヘッド１０４は、近傍に設置したストッカにストックしておく。ハンド１０１は、ハンド１０１に設けたモータまたはシリンダー等のアクチュエータにより動作し、コンピュータ装置の命令により制御される。一方、加工工具１１等には、ハンド１０１により把持するための把持部１０２が設けられている。ハンド１０１は、各ヘッドの把持部１０２を把持固定し、加工を行う。
【００４７】
次に、クレイモデルＭに色彩を施す場合、この色彩を反対形状に転写するのは、切削加工の場合と同様に極めて手間のかかる作業である。この発明では、ハンドワーク形状に着色した場合、カメラ２によりハンドワーク側の色を取得し、この着色位置を反転させて反転着色情報を取得し、当該反転着色情報に基づいてクレイモデルＭの反対形状を着色するようにしても良い（図示省略）。これらの処理は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５、コンピュータ装置６により行う。また、着色作業は、多軸アームロボット１の先端で把持する塗装ヘッド１０６により行うことができる。より具体的には、反転形状のＳＴＬデータに基づき、塗装に必要な加工条件を設定し、塗装用の加工パスを生成する。そして、この加工パスに従い多軸アームロボット１を制御し、先端に把持した塗装ヘッド１０６により自動的に塗装を行う。このようにすれば、クレイモデルＭに着色する必要がある場合でも、クレイモデルＭの半分に着色を行うことで残りの半分を自動的に着色できるから、作業時間を短縮でき、且つ色を正確に転写できる。
【００４８】
また、多軸アームロボット先端のドリルヘッド１０３と肉盛りヘッド１０５とを併用した場合は、次のような加工が可能である。図１２は、工具と肉盛りヘッドとを併用した場合の加工例を示す説明図である。クレイモデル（同図（ａ））のハンドワーク側に対し、切削および肉盛りをハンドワークで行うことで所定のリデザインを施した場合（同図（ｂ））、ハンドワークの形状ＨＤをカメラ２で取得して、上記同様にこれを点群データとして取得する。次に、当該新しく取得した点群データを反転して、前回の点群データ（前回の加工時に反転して得た点群データ）とを比較し、切削部分および肉盛り部分を抽出する（同図（ｃ））。例えば（ｃ）に示すように、Ａ部分を切削部分、Ｂ部分を肉盛り部分として抽出する（実際には３次元的に抽出する）。
【００４９】
そして、抽出した各部分の点群データからＳＴＬデータを生成し、所定の加工条件を設定した後、加工パスを生成する。多軸アームロボットの先端には、図１１で示したように、ドリルヘッド１０３と肉盛りヘッド１０５とを選択的に用いることができるハンド１０１が設けられており、このハンド１０１によりドリルヘッド１０３を把持し、或いは肉盛りヘッド１０５に持ち替えて加工を行う。即ち、前記切削部分Ａはドリルヘッド１０３により、前記肉盛り部分Ｂは肉盛りヘッド１０５により加工を施し、ハンドワーク側の反転形状を転写する（同図（ｄ））。なお、肉盛りにより寸法精度が著しく低下する場合は、一旦肉盛りを施した後に切削加工を行うようにするのが好ましい。このようにすれば、ハンドワークによるリデザインを自由に行え、且つそのハンドワーク形状の反転形状を正確かつ短時間に転写加工できる。実際のデザインの現場では、切削し過ぎた部分にクレイを追加して再び切削を行うケースが頻繁に起こり得るので、ドリルヘッド１０３と肉盛りヘッド１０５との併用はクレイモデルＭの製作に好適なものとなる。
【００５０】
次に、多軸アームロボットとクレイモデルとの位置関係についてキャリブレーションを行う。第一の方法として、多軸アームロボット１の先端にタッチプローブを設け（ハンドにより把持してもよい）、一方、クレイモデルＭの設置台の特定位置にクレイモデルＭの座標系の基準となる基準点を設ける。多軸アームロボット１は、この基準点をタッチプローブにより触ることでクレイモデルＭに対する位置関係を取得する。そして、マッチング法により多軸アームロボット１の座標系をクレイモデルＭの座標系にマッチングさせる。
このようにすれば、簡単な計算により多軸アームロボット１とクレイモデルＭとの位置関係のキャリブレーションが行える。
【００５１】
第二の方法として、３次元測定器によりクレイモデルＭの基準点を計測し、多軸アームロボット１の先端に設けたタッチプローブにより同じ基準点を計測し、クレイモデルＭと多軸アームロボット１の位置関係を取得し、この双方の位置ずれを算出する。算出した位置ずれは、多軸アームロボット１の座標系に対してキャリブレーションデータとして付加される。このようにすれば、多軸アームロボット１の座標系を基準としてクレイモデルＭを設置する必要があったが、クレイモデルＭを移動させることなく加工を続行できる。このため、加工後のクレイモデルＭにゆがみや歪が生じない。
【００５２】
（実施の形態２）
図１３は、この発明の実施の形態２に係るモデル加工システムを示す構成図である。このモデル加工システム２００は、自動車のクレイモデルＭＣのような大型のものに適したものであり、多軸アームロボット１を一箇所に固定した場合の加工領域では不足しているとき、多軸アームロボット１をクレイモデルＭＣに沿って敷設したレール２０１上を移動させることで加工領域の拡大を図るものである。多軸アームロボット１は、レール２０１上を移動するテーブル２０２上に設置される。レール２０１上の移動は、直動装置により行う。直動装置は、例えばテーブル２０２にモータおよび減速機を設け、回転軸にギアを設け、レール２０１に設けたラックとかみ合うようにして構成できる（図示省略）。
【００５３】
テーブル２０２の位置は、センサーにより検出するようにしても良いが、テーブル２０２にクランプ装置を設けると共にレール２０１の特定複数位置にマークをつけ、当該テーブル２０２を任意のマークに合わせて固定するようにするのが経済的である。この他、センサーを用いず、機械的にテーブル２０２を位置決めできる機構であれば、マークとクランプ装置の組み合わせ以外であっても良い。しかしながら、機械的に位置決めした場合でも、多軸アームロボット１の位置をＣＡＤ／ＣＡＭ装置５が認識する必要がある。例えばユーザが位置を入力するか、または、リミットスイッチのような接触型あるいは超音波センサーのような非接触型のスイッチを各所定位置に設置しておき、このスイッチの出力によりＣＡＤ／ＣＡＭ装置５に位置情報が入力されるようにしても良い。
【００５４】
また、同図では、レール２０１が直線的に配置されているが、クレイモデルＭＣの周囲に沿って湾曲しても良い（図示省略）。このように、多軸アームロボット１をレール上で移動させることで、簡単な構成により加工領域を拡大できる。
【００５５】
（実施の形態３）
図１４は、この発明の実施の形態３に係るモデル加工システムを示す構成図である。このモデル加工システム３００は、遠隔地のモデル加工システム１００Ａ，１００Ｂ同士を通信回線３０１により接続した構成である。このモデル加工システム３００では、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ａを構成するコンピュータのモデムその他のＤＣＥ（データ回線終端装置）３０２が、電話回線や、ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネット等の通信回線３０１を介して、他のＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ｂを構成するコンピュータのＤＣＥ３０２と接続されている。各モデル加工システム１００Ａ，１００Ｂは、上記実施の形態１または２に記載のものと略同じ構成である。
【００５６】
図１５は、モデル加工システムの動作を示すフローチャートである。まず、地点Ａに存在するモデル加工システム１００Ａ側において、ユーザがハンドワークによりクレイモデルＭＡを成形する（ステップＳ３１）。そして、このクレイモデルＭＡのハンドワーク側の形状をカメラ２Ａにより取得し（ステップＳ３２）、この画像データを圧縮する（ステップＳ３３）。圧縮した画像は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５ＡのＤＣＥ３０２により変調され、例えばインターネット３０１を介して、別の場所である地点Ｂに存在するクレイ加工システム１００Ｂのコンピュータに送信される。画像データを受信したコンピュータでは、圧縮したクレイモデルＭＡの画像データを解凍し（ステップＳ３４）、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ｂの記憶装置に一旦記憶し、当該形状を点群データとして取得する（ステップＳ３５）。
【００５７】
次に、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ｂでは、この点群データを反転してハンドワーク側のクレイモデルＭＢの全体形状を生成し、当該点群データをＳＴＬデータに変換する（ステップＳ３６，Ｓ３７）。これにより、遠隔地においてハンドワークで成形したクレイモデルＭＡの全体形状を三角パッチにより表現する。次に、地点Ｂのクレイ加工システム１００ＢのＣＡＤ／ＣＡＭ装置５は、ハンドワークを施していない未加工のクレイと、多軸アームロボット１とのキャリブレーションを行い（ステップＳ３８）、加工条件の設定を行う（ステップＳ３９）。続いて、クレイモデルＭＢの全体形状を加工するための加工パスを生成し（ステップＳ４０）、多軸アームロボット１の先端の工具により、クレイモデルＭＢの加工を行う（ステップＳ４１）。これにより、地点Ａのハンドワーク形状を反映した、全体形状のクレイモデルＭＡを地点Ｂにおいて再現成形できる。
【００５８】
また、地点ＢのＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ｂにおいて成形した反転形状を地点ＡのＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ａに戻すようにしても良い（ステップＳ４２）。地点ＢのＣＡＤ／ＣＡＭ装置５では、この反転形状の加工パスからクレイモデルＭに転写加工を行う（ステップＳ４３）。また、地点ＡのＣＡＤ／ＣＡＭ装置５側でも反転形状の加工パスを生成し、クレイモデルＭの転写加工を行うようにしても良い。
【００５９】
次に、地点Ｂのリデザインを地点Ａのクレイ加工システムに反映することもできる。まず、地点Ｂにおいて、クレイモデル全体を検討し、当該クレイモデルにハンドワークを施す（ステップＳ４４）。地点Ｂのクレイ加工システムでは、ハンドワークを施した形状をカメラ２により撮影し、この画像データを圧縮する（ステップＳ４５，Ｓ４６）。圧縮した画像は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５ＢのＤＣＥ３０２Ｂにより変調され、例えばインターネット３０１を介して、地点Ａに存在するクレイ加工システム１００Ａのコンピュータに送信される。画像データを受信したコンピュータでは、圧縮したクレイモデルの画像データを解凍し（ステップＳ４７）、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ａの記憶装置に一旦記憶し、当該形状を点群データとして取得する（ステップＳ４８）。この後の処理は、上記ステップＳ３６〜ステップＳ４１と同様の処理となる。
【００６０】
以上から、このクレイ加工システム３００では、通信手段により遠隔地のクレイ加工システム１００Ａ，１００Ｂ同士を接続し、相互のデザインをクレイモデルＭＡ，ＭＢに反映しながら作業できる。このため、デザイナー等が特定の地点に集合する必要がない。例えば、海外に設置したクレイ加工システム１００Ａと国内に設置したクレイ加工システム１００Ｂとを接続することで、世界規模で共同デザイン開発が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように本発明に係わるモデル加工方法およびモデル加工システムは、曲面形状を機械加工して作成し、さらに塗装処理をして彩色を施した三次元の軟質加工物を、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置等を利用して自動的に製作する手段として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】この発明の実施の形態１に係るモデル加工システムを示す構成図である。
【図２】図１に示したモデル加工システムのＣＡＤ／ＣＡＭ装置を示すブロック図である。
【図３】このモデル加工システムの動作を示すフローチャートである。
【図４】点群データの一例を示す概念図である。
【図５】ＳＴＬデータの一例を示す概念図である。
【図６】加工パスの一例を示す概念図である。
【図７】多軸アームロボットの先端に設けた加工軸の簡略構成図である。
【図８】このモデル加工システムの動作の変形例を示すフローチャートである。
【図９】このモデル加工システムの変形例を示す説明図である。
【図１０】肉盛り装置の一例を示す構成図である。
【図１１】ハンドによりドリルヘッド等を選択的に把持する場合の説明図である。
【図１２】工具と肉盛りヘッドとを併用した場合の加工例を示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態２に係るモデル加工システムを示す構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態３に係るモデル加工システムを示す構成図である。
【図１５】モデル加工システムの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１００ モデル加工システム１ 多軸アームロボット２ カメラ３ ３次元ＣＡＤ装置４ ＣＡＭ装置５ ＣＡＤ／ＣＡＭ装置６ コンピュータ装置７ ドライブユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンドワークにより加工する必要のあるクレイモデル等の製作を正確かつ短時間で行えるモデル加工方法およびモデル加工システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、モーターサイクルや自動車などの製品のデザインを開発する場合、原寸大のクレイモデルを作成してデザインの検討を行うのが通常である。また、これらの製品は殆ど左右対称形であるため、クレイモデルを製作する場合、まず対称形状となる半分をハンドワークで成形し、この半分の形状を決めた後に反対側の部分をハンドワークにより成形する。これにより、クレイモデルが一応形となるが、設計者はこのクレイモデルを基に、詳細かつ精密にクレイモデルを削り或いは肉盛りし、最終的な形状を決定する。
【０００３】
一方、現在ではデザインＣＡＤが普及し、コンピュータ上でどのような複雑な形状でも作り上げることができるようになっているが、最終的にその製品がどのようなものであるか人間が感覚的に理解するには、実物大のクレイモデルによらなければ難しい。このため、デザインＣＡＤの普及によってもクレイモデルは必要であり、加工技術の進歩によりより複雑な形状の製品を製造できることが可能となった現在では、従来にも増してクレイモデルの必要性が高まっている。
【０００４】
このようなクレイモデルを成形するには、クレイモデルの半分をハンドワークにより成形し、対称となる反対側を同様に成形し、これを繰り返し行うことで最終的なデザインを決定するため、当該対称となる反対側を形成するときはデザイン活動の時間ではなく単純作業となり、時間が無駄になる。実際のデザイン現場では、数ヶ月に及ぶクレイモデル全製作時間の３割強が反対側の成形作業に割かれるという問題に直面している。また、対称形状を正確に成形することは難しく、全体的に違和感のあるものとなり易い。このため、比較的正確に反対側の加工を行うには、クレイモデル作製者に相当の技能レベルが要求され、これらの者の養成にも時間がかかってしまう。
【０００５】
そこで、従来の造形モデル反転システムでは、基準面に対して対称な造形モデルの形成に際し、基準面の片側の半面モデルを基に、この半面モデルを反転した反転モデルをモデル用ワークから形成するものにおいて、半面モデル上の複数の代表点の位置を測定する測定装置と、基準面に対し代表点と対称な対応点を求める対応点算出手段と、モデル用ワークにおける対応点の位置に加工用目印をつけるマーキング装置と、対応点から他の対応点へマーキング装置を移動させる際の移動軌跡を算出する軌跡算出手段と、算出された移動軌跡に従ってマーキング装置を移動させる移動手段を設け、加工用目印が反転モデル上の点を示す情報として用いられるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１６１７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の造形モデル反転システムには、クレイモデルに色彩を施す場合、この色彩を反対形状に転写する作業を自動的に行えるものがなかった。
【０００８】
本発明は、上述の点に鑑み、色彩を施したクレイモデルの作製を正確に短時間で行うことができるモデル加工方法およびモデル加工システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１に、本発明のモデル加工方法は、モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得ステップと、形状と色との取得ステップで取得した軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する反転着色情報取得ステップと、反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する塗装用の加工パス生成ステップと、塗装用の加工パス生成ステップで生成した塗装用の加工パスに従って軟質加工物の別部分を、多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより塗装を行う着色ステップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
上述のモデル加工方法によれば、形状と色との取得ステップで、ハンドワークにより加工した一部分形状と施された色彩とをカメラで取得し、軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転（鏡像となるように反転）させて、反転着色情報を取得する。さらに、塗装用の加工パス生成ステップで反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する。そして、着色ステップで、塗装用の加工パスに従って軟質加工物の別部分を、多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより塗装を行う。これにより、デザイナーは、クレイ等の軟質加工物の一部のみに色彩を施したデザインをすれば、軟質加工物の別部分については多軸アームロボットにより自動的に塗装されて色彩が施されるので、モデルの別部分に色彩を施す作業時間を大幅に短縮できる。この結果、クレイモデル等のモデル製作を正確且つ短時間で効率的に行える。この結果、モデル加工の作業効率を向上できる。なお、軟質加工物の一部分の形状の取得をステレオカメラで行う場合には、形状と色とのデータを同時に取得できる。
【００１１】
第２に、本発明のモデル加工方法は、モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一側面の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得ステップと、形状と色との取得ステップで取得した軟質加工物の形状を表す点群データから、ＳＴＬデータを取得する曲面形状取得ステップと、ＳＴＬデータにより表現した曲面を反転して反転形状のＳＴＬデータを生成する反転ステップと、形状と色との取得ステップ取得した軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する、反転着色情報取得ステップと、反転形状のＳＴＬデータと反転着色情報に基づき、塗装に必要な加工条件を設定し、塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成ステップと、塗装用の加工パス生成ステップで生成した塗装用の加工パスに従って軟質加工物の反対側面を多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより塗装を行う着色ステップと、を有することを特徴とする。
【００１２】
上述のモデル加工方法によれば、着色ステップで、塗装用の加工パスに従って軟質加工物の別部分を、多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより塗装を行う。これにより、デザイナーは、クレイ等の軟質加工物の一部のみに色彩を施したデザインをすれば、軟質加工物の別部分については多軸アームロボットにより自動的に塗装されて色彩が施されるので、モデルの別部分に色彩を施す作業時間を大幅に短縮できる。この結果、クレイモデル等のモデル製作を正確且つ短時間で効率的に行える。また、塗装用の加工パス生成ステップで、反転形状のＳＴＬデータと反転着色情報に基づき、塗装に必要な加工条件を設定し、塗装用の加工パスを生成する。ここで用いるＳＴＬは、曲面を三角パッチの集合体として表現したものであり、データ構造が簡単である。このＳＴＬデータは、取得した点群データから自動かつ簡易に変換が可能であり、曲面を張る場合に比べて、処理が簡易且つ高速で行える利点がある。特に複雑な形状のモデルの場合、処理量が膨大になるが、点群データをＳＴＬデータに変換し、これにより表現した曲面から加工パスを生成するようにすれば、短時間で処理が可能となる。これにより、ハンドワークにより複雑な形状を加工しても加工パスの生成までの時間を短縮できる。この結果、モデルの反転形状部分の成形時間を大幅に短縮できるので、モデル製作を正確且つ短時間で行える。この結果、モデル加工の作業効率を向上できる。なお、軟質加工物の一部分の形状の取得は、ステレオカメラで行う場合には、形状と色とのデータを同時に取得できる。
【００１３】
第３に、本発明のモデル加工システムは、モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得手段と、形状と色との取得手段で取得した軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する反転着色情報取得手段と、反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する塗装用の加工パス生成手段と、塗装用の加工パス生成手段で生成した塗装用の加工パスに従って軟質加工物の別部分を、先端の塗装ヘッドにより塗装を行う多軸アームロボットと、を有することを特徴とする。
【００１４】
上述のように構成することにより、形状と色との取得手段で、ハンドワークにより加工した一部分形状と施された色彩とをカメラで取得し、軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを、反転着色情報取得手段により反転（鏡像となるように反転）させて反転着色情報を取得する。さらに、塗装用の加工パス生成手段で反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する。そして、多軸アームロボットの先端に取り付けた塗装ヘッドにより、塗装用の加工パスに従って軟質加工物の別部分に対する塗装を行う。これにより、デザイナーは、クレイ等の軟質加工物の一部のみに色彩を施したデザインをすれば、軟質加工物の別部分については多軸アームロボットにより自動的に塗装されて色彩が施される。よって、この構成によれば、モデルの別部分に色彩を施す作業時間を大幅に短縮でき、しかもクレイモデル等のモデル製作を正確且つ短時間で効率的に行える。なお、軟質加工物の一部分の形状の取得をステレオカメラで行う場合には、形状と色とのデータを同時に取得できる。
【００１５】
第４に、本発明のモデル加工システムは、モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一側面の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得手段と、形状と色との取得手段で取得した軟質加工物の形状を点群データにより取得し、この点群データからＳＴＬデータを取得する曲面形状取得手段と、ＳＴＬデータにより表現した曲面を反転して反転形状のＳＴＬデータを取得する反転手段と、形状と色との取得手段で取得した軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する、反転着色情報取得手段と、反転形状のＳＴＬデータと反転着色情報に基づき、塗装に必要な加工条件を設定し、塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成手段と、塗装用の加工パス生成手段で生成した塗装用の加工パスに従って軟質加工物の反対側面を、先端の塗装ヘッドにより塗装を行う多軸アームロボットと、を有することを特徴とする。
【００１６】
上述のように構成することにより、着色ステップでは、塗装用の加工パスに従って軟質加工物の別部分を、多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより塗装を行う。これにより、デザイナーは、クレイ等の軟質加工物の一部のみに色彩を施したデザインをすれば、軟質加工物の別部分については多軸アームロボットにより自動的に塗装されて色彩が施されるので、モデルの別部分に色彩を施す作業時間を大幅に短縮できる。この結果、クレイモデル等のモデル製作を正確且つ短時間で効率的に行える。また、塗装用の加工パス生成手段で、反転形状のＳＴＬデータと反転着色情報に基づき、塗装に必要な加工条件を設定し、塗装用の加工パスを生成する。ここで用いるＳＴＬ（Ｓｔｅｒｅｏ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）は、曲面を三角パッチの集合体として表現したものであり、データ構造が簡単である。このＳＴＬデータは、取得した点群データから自動かつ簡易に変換が可能であり、曲面を張る場合に比べて、処理が簡易且つ高速で行える利点がある。特に複雑な形状のモデルの場合、処理量が膨大になるが、点群データをＳＴＬデータに変換し、これにより表現した曲面から加工パスを生成するようにすれば、短時間で処理が可能となる。これにより、ハンドワークにより複雑な形状を加工しても加工パスの生成までの時間を短縮できる。この結果、モデルの反転形状部分の成形時間を大幅に短縮できるので、モデル製作を正確且つ短時間で行える。この結果、モデル加工の作業効率を向上できる。なお、軟質加工物の一部分の形状の取得は、ステレオカメラで行う場合には、形状と色とのデータを同時に取得できる。
【００１７】
第５に、本発明のモデル加工システムは、モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得手段と、形状と色との取得手段で取得した軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する反転着色情報取得手段と、反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成手段と、カメラを先端に選択して把持して形状と色とを取得可能とすると共に、塗装用の加工パス生成手段で生成した塗装用の加工パスに従って軟質加工物の別部分を、先端に選択して把持した塗装ヘッドにより塗装するように構成した多軸アームロボットと、多軸アームロボットと軟質加工物とを相対移動させる移動手段と、を有することを特徴とする。
【００１８】
上述のように構成することにより、このモデル加工システムでは、加工手段と共に形状と色との取得手段を多軸アームロボットの先端に設け、形状と色との取得手段によりハンドワークにより加工を施した一部分の形状と色とを取得した後、移動手段により多軸アームロボットと軟質加工物を相対移動させて別部分が多軸アームロボットに向かって位置するようにし、この多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより軟質加工物の別部分を塗装するものである。このようにすれば、モデル加工システムの設置場所を小さくできるので、狭い場所でもモデルに対する塗装を行える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のモデル加工方法およびモデル加工システムによれば、色彩を施したクレイモデルを効率良く作製する作業を行って、短時間で正確なモデルを作ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、当業者により置換可能で且つ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に係るモデル加工システムを示す構成図である。図２は、図１に示したモデル加工システムのＣＡＤ・ＣＡＭ装置を示すブロック図である。このモデル加工システム１００は、６軸制御の多軸アームロボット１と、モーターサイクル等のクレイモデルＭの一側面側の形状を取得するカメラ２と、クレイモデルＭの形状を点群データとして認識し、この点群データを三角パッチにより構成するＳＴＬデータに変換する３次元ＣＡＤ装置３と、３次元ＣＡＤ装置３のＣＡＤデータから加工パスを生成するＣＡＭ装置４と（ＣＡＤ装置およびＣＡＭ装置を合わせてＣＡＤ／ＣＡＭ装置５とする）、クレイモデルＭの３次元形状や加工パスを表示し、多軸アームロボット１のプログラミング等を行うコンピュータ装置６と、多軸アームロボット１のドライブユニット７とを有している。
【００２２】
カメラ２は、２つのレンズを備えることで遠近感を測定することが可能であり、それぞれのレンズの焦点や露出を制御するカメラコントローラー２１を有する。カメラ２は、高さ調整できる設置台２２に設置され、且つクレイモデルＭのハンドワーク側に配置される。ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５には、生成した３次元形状を表示するＬＣＤディスプレイ等の表示手段５０が設けられている。
【００２３】
多軸アームロボット１は、先端にクレイモデルＭを切削するドリル等の工具１１を備えており、前記クレイモデルＭに対してハンドワーク側と反対側に配置される。ハンドワークにより形成した形状を当該ハンドワーク側の反対側に転写形成するためである。即ち、多軸アームロボット１の位置は、ハンドワークの反対側に反転形状を転写加工できる位置であればよく、常時ハンドワーク側と反対側に位置していなくても、加工の際に位置していれば良い。また、クレイモデルＭと離れて設置していても、多軸アームロボット１の工具類がハンドワーク側と反対側の領域に位置できれば良い。
【００２４】
また、本システムにおけるクレイモデルＭの切削は、金属の切削加工に比べて加工機の剛性を比較的低く設定できるので、多軸アームロボット１を軽量化し、コンパクト化できる。具体例としては、本願出願人により販売提供される「可般式汎用知能アーム：ＰＡ−１０」が好適である。通常であれば最も重量物となる多軸アームロボット１が軽量化されると、モデル加工システム自体の搬送が可能になる。例えば車両のコンテナに当該モデル加工システムを収納して搬送できる。
【００２５】
具体的には、多軸アームロボット１の先端には、図７に示すように、筐体１２内に収納したモータ１３の回転軸１４にドリル等の加工工具を取り付けるホルダ１５が設けられており、このホルダ１５に対して複数種類の工具１１が取り付けられる。複数径のドリル、シェーパー、エンドミル等の工具が用いられる。ホルダ１５は、スピンドル軸に限らず、多軸アームロボット１に第７軸となる制御軸を設け、この制御軸にホルダ１５を取り付けても良い。
【００２６】
また、コンピュータ装置６には、ＨＤＤ等の補助記憶装置にロボット言語によりプログラミングされた所定のプログラムが格納されている。コンピュータ装置６は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の加工パスに従って多軸アームロボット１に所定の命令を出して動作の制御を行う。なお、コンピュータ装置６にて、図示しないティーチングボックス等からの入力により多軸アームロボット１の位置の教示を行うこと等が可能である。また、コンピュータ装置６は、例えば汎用のパーソナルコンピュータに多軸アームロボット１の運動制御用ＣＰＵボードを組み込んで簡単に構成できる。
【００２７】
図２を参照してＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の機能を説明すると、このＣＡＤ／ＣＡＭ装置５は、カメラ２により取得した画像からハンドワーク後のクレイモデルＭの曲面形状を取得する曲面形状取得部５１と、曲面形状取得部５１により取得したクレイモデルＭのハンドワーク後の形状をクレイモデルＭの反対側に実現するために必要となる反転形状を得る反転形状取得部５２と、クレイモデルＭのハンドワーク側の実際の曲面形状と当該曲面形状の反転形状とを合成してクレイモデルＭの３次元画像を生成する３次元画像生成部５３と、曲面形状から加工パスを生成する加工パス生成部５４と、多軸アームロボット１とクレイモデルＭとの位置関係を校正するキャリブレーション実行部５５を備えている。なお、上記図１では、ＣＡＤ装置、ＣＡＭ装置を別のハードウエアとして説明したが、図２に示したように単一の汎用コンピュータにＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の各機能を実現するためのプログラムをインストールして構成することもできる。
【００２８】
反転形状取得部５２は、後に詳述するがクレイモデルＭの表面を実際にカメラ２により測定して当該クレイモデルＭのハンドワーク側の曲面形状を点群データとし、この点群データを反転した後、この反転した点群データから三角パッチを形成し、当該三角パッチにより反転形状の曲面を表現する。
【００２９】
図３は、このモデル加工システムの動作を示すフローチャートである。まず、ユーザは、加工するクレイモデルＭに対してその一方側にカメラ２を設置し、その反対側に多軸アームロボット１を設置する。設置位置は、多軸アームロボット１の加工領域の範囲内であれば、厳密に位置合わせする必要はない。この設置状態か或いはその前に、ユーザは、クレイモデルＭに対してへらや型等を用いて手を加えつつデザインを行う（ハンドワーク）。このデザインは、通常、デザインＣＡＤ等により大まかには決定されているので、まず決定済みのデザインに係るクレイモデルＭを作成し、このクレイモデルＭに対してハンドワークを加えることになる。そして、曲面形状取得部５１は、クレイモデルＭのうち、カメラ２によりハンドワークを加えた側の形状を撮影する（ステップＳ１）。
【００３０】
カメラ２により撮影した画像データはＣＡＤ／ＣＡＭ装置５に送られ、図４に示すような点群データとして取得される（ステップＳ２）。なお、ここでは点群データを取得する方法として立体視できるカメラ２を用いたが、タッチプローブによりクレイモデルＭの表面の多数の地点を測定することで取得するようにしても良い。しかしながら、処理速度が速いこと、軟質のクレイに接触しないのでプローブの押し痕をつけないことから、立体視できるカメラ２により点群データを取得するのが好ましい。
【００３１】
次に、取得した点群データを反転処理する（ステップＳ３）。点群データは、３次元のＸ，Ｙ，Ｚ座標で表現されており、反転の基準面を入力することで簡単に反転処理の計算を行うことができる。続いて、反転した点群データを複数の三角パッチからなるＳＴＬデータに変換する（ステップＳ４）。図５に、ＳＴＬデータに変換した三角パッチにより曲面を表現した場合を示す。点群データから三角パッチを生成することは、通常のＣＡＤ装置において採られる手法であり、この三角パッチの集合体によりクレイモデルの曲面形状が表現される。こうして得られた反転形状は、クレイモデルＭのハンドワーク側の反対側に相当する。なお、反転形状を生成する場合、最初に取得した点群データの状態でＳＴＬデータを生成し、このＳＴＬデータを反転させることで生成するようにしても良い。
【００３２】
次に、多軸アームロボット１とクレイモデルＭとの設置位置のキャリブレーションを行う（ステップＳ５）。キャリブレーションの手順については、後述する。続いて、加工パスの生成に先立ち、加工条件の設定を行う（ステップＳ６）。例えば加工に用いる工具、加工方法、加工領域、加工パラメータ等の設定である。勿論、加工に必要なデータは、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の補助記憶装置または外部記憶装置に記憶してある。
【００３３】
加工条件の設定が終了したら、反転形状のＳＴＬデータに基づいてＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の加工パス生成部５４がクレイモデルＭの加工パスを生成する（ステップＳ７）。図６は、生成した加工パスの一例を示す説明図である。また、加工パスを実行する際の多軸アームロボット１の軌道データを生成する（ステップＳ８）。即ち、ハンドワーク側と反対側を多軸アームロボット１のみで且つロボット自体が移動することなく加工を行うので、クレイモデルＭの形状によってはアームが干渉する場合があり、それ故にアームの干渉を防止するような軌道を生成する必要がある。例えば加工対象であるクレイモデルＭの状態に応じて、当該クレイモデルＭの加工部分に対するアプローチの方法を加工前に予め決定しておき、実際の加工時に最適のアプローチを選択するようにする。また、アウェイの軌跡についてもアプローチ軌跡と同じ軌跡を選択するか、或いは加工後の形状に基づいて自動生成するようにしても良い。
【００３４】
生成した加工パスは、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５からコンピュータ装置６に送られ、コンピュータ装置６は加工パスに従って多軸アームロボット１のロボット言語に基づいて指令を出す。ドライバユニット７は、コンピュータ装置６の指令に従い、多軸アームロボット１を駆動し、クレイモデルＭの加工を行う（ステップＳ９）。多軸アームロボット１によりハンドワーク側と反対側を加工することで、クレイモデルＭはハンドワーク形状を反対側に転写した状態となる。また、この転写した状態で表示手段５０により表示した３次元画像と同一の形状となり、ユーザは実物大のクレイモデルＭを実際に認識できる。
【００３５】
なお、上記説明ではドリルによる切削用の加工パスを生成したが、肉盛り用の加工パスを別途生成して、肉盛り加工を行うこともできる。肉盛り加工を行う場合は、肉盛り加工用のヘッドを多軸アームロボット１の先端に設置するようにする。肉盛り加工用のヘッドについては後述する。
【００３６】
次に、ユーザは、実際に加工した後のクレイモデルＭを参照して、デザイン作業を終了するか否かを決定する（ステップＳ１０）。リデザインを行う必要がある場合は、再びハンドワークによりクレイモデルＭの片側の成形を行う（ステップＳ１１）。このハンドワークによりクレイモデルＭのハンドワーク側の形状が変更されることになるので、上記ステップＳ１〜ステップＳ９を再び実行し、ハンドワーク形状の反転形状を転写する。
【００３７】
ここで、ハンドワークにより修正した部分が一部である場合、当該部分のみの加工パスを生成するようにしてもよい。即ち、図８のフローチャートに示すように、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５によりハンドワークで形成した形状と、前回のハンドワークで形成した形状とを点群データとして比較し（ステップＳ１２）、リデザインした今回のハンドワークにより修正した部分を抽出する（ステップＳ１３）。より具体的には、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５の曲面形状取得部５１により今回修正したクレイモデルの形状を点群データとして取得し、今回の修正形状の点群データと前回の形状の点群データとを逐次比較し（比較部５６）、異なるデータを抽出する。そして、データを反転してＳＴＬデータを生成し、このＳＴＬデータで表現された反転形状に基づいて加工パスを生成する。このときキャリブレーションの必要性および加工条件設定に変更があるか否か判断する（ステップＳ１４）。
【００３８】
このように処理することで、余分な加工パスを生成して無駄にクレイモデルＭの表面をトレースするのを防止できるから、リデザイン時の反転形状の加工時間を短縮できる。特に、クレイモデルＭの製作は何度もリデザインを行うのが常であるから、係る処理方法が加工時間の短縮には極めて好適である。
【００３９】
以上のように、ハンドワークにより形成した形状を取得してこれを反転させ、その反転形状の加工パスに基づいてハンドワーク側と反対側を転写加工するようにすれば、作業時間を極めて短縮でき、形状転写の高度の技能を作業者に要求する必要がなく、正確な転写加工が可能になる。
【００４０】
また、上記実施の形態では、加工対象物であるクレイモデルを動かすことなく、ハンドワーク側から形状を取得し、その反転形状をハンドワーク側と反対側から転写加工しているが、図９に示すように、クレイモデルＭを回転テーブル８に載せ、ハンドワーク側でクレイモデルＭをデザインし且つ形状を取得した後、回転テーブル８を１８０度回転させ、ハンドワーク側から反転形状の転写加工を行うようにしてもよい。この場合、カメラ２と多軸アームロボット１は、ハンドワーク側に設置する。
【００４１】
また、多軸アームロボット１は、移動用のパレット８１に設置してレール８２に沿って移動できるようにするのが好ましい。その際、回転テーブル８は、太鼓形状とするのが好ましい。回転テーブル８の辺部分８ａを以って多軸アームロボット１をクレイモデルＭに近接できる。
【００４２】
さらに、上記回転テーブル８には、回転角度の位置決め装置８３を設けるのが更に好ましい。位置決め装置８３は、例えば回転テーブル８の側面に設けた角度の目盛８４と、回転テーブル８を固定するクランプ装置８５とから構成してもよい。回転角度の位置決めを行うことで、クレイモデルＭを回転させた場合に多軸アームロボット１との相対位置を校正するためのキャリブレーションを行う必要がなくなる。また、クレイモデルＭのハンドワークと反対側を加工する場合において、クレイモデルＭを動かすときは、回転テーブル８以外の移動手段を採用できる。例えば円弧状のレール上でテーブルを動かすようにしてもよい（図示省略）。
【００４３】
この場合、カメラ２は、多軸アームロボット１の先端に取り付けることもできる。このようにすれば、カメラ２の設置台を省略できる。また、クレイモデルＭの形状が複雑な場合でも、カメラ２のアングルを自由に変更できるので、ハンドワークによる形状を完全に取得できる。
【００４４】
上記肉盛り装置９は、図１０の（ａ）に示すように、先端からクレイを出す肉盛りヘッド９１と、肉盛り用のクレイを搬送する搬送管９２と、クレイを溜めておくタンク９３とを有する。クレイは、タンク９３内に乾燥した粉末の状態で貯留されている。搬送管９２の端部にはポンプ９４が設けられ、係るポンプ９４によりタンク９３から肉盛りヘッド９１まで粉末状のクレイが強制的に搬送される。また、図１０（ｂ）に示すように、肉盛りヘッド９１は一時的に乾燥粉末のクレイを溜める貯留部９５を備え、更に貯留部９５に水を導入する水供給装置９６を備える。また、貯留部９５には、簡易の撹拌インペラが設けられており（図示省略）、粉末状のクレイを貯留部９５に溜めた状態で、水供給装置９６から貯留部９５内に水を入れ、クレイがある程度の流動状態となったとき、肉盛りヘッド９１の先端ノズル９７からポンプ等の図示しない繰り出し手段により繰り出す。
【００４５】
なお、肉盛り装置９は、上記構成に限定されない。即ち、多軸アームロボット１の先端に肉盛りヘッド９１から流動状態としたクレイを加工対象であるクレイモデルＭの表面に被着させることができれば、どのような構成を用いてもよい。また、樹脂材料によりモデルを製作する場合は、樹脂粉末を溶融させるヒーター等を肉盛りヘッド９１内に設け、溶融した樹脂を肉盛りヘッド９１から繰り出すようにすればよい。更に、肉盛りヘッドを溶射ガンのような構成とし、加熱した樹脂をモデル表面に溶射するようにしてもよい。
【００４６】
また、図１１に示すように、多軸アームロボット１の先端にハンド１０１を設け、このハンド１０１により各種の加工工具や肉盛りヘッド、カメラ等を選択して把持し、加工を行うようにしてもよい。具体的には、符号１０３がドリルヘッド、符号１０４がカメラヘッド、符号１０５が肉盛りヘッド、符号１０６が塗装ヘッドである。ドリルヘッド１０３や肉盛りヘッド１０４は、近傍に設置したストッカにストックしておく。ハンド１０１は、ハンド１０１に設けたモータまたはシリンダー等のアクチュエータにより動作し、コンピュータ装置の命令により制御される。一方、加工工具１１等には、ハンド１０１により把持するための把持部１０２が設けられている。ハンド１０１は、各ヘッドの把持部１０２を把持固定し、加工を行う。
【００４７】
次に、クレイモデルＭに色彩を施す場合、この色彩を反対形状に転写するのは、切削加工の場合と同様に極めて手間のかかる作業である。この発明では、ハンドワーク形状に着色した場合、カメラ２によりハンドワーク側の色を取得し、この着色位置を反転させて反転着色情報を取得し、当該反転着色情報に基づいてクレイモデルＭの反対形状を着色するようにしても良い（図示省略）。これらの処理は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５、コンピュータ装置６により行う。また、着色作業は、多軸アームロボット１の先端で把持する塗装ヘッド１０６により行うことができる。より具体的には、反転形状のＳＴＬデータに基づき、塗装に必要な加工条件を設定し、塗装用の加工パスを生成する。そして、この加工パスに従い多軸アームロボット１を制御し、先端に把持した塗装ヘッド１０６により自動的に塗装を行う。このようにすれば、クレイモデルＭに着色する必要がある場合でも、クレイモデルＭの半分に着色を行うことで残りの半分を自動的に着色できるから、作業時間を短縮でき、且つ色を正確に転写できる。
【００４８】
また、多軸アームロボット先端のドリルヘッド１０３と肉盛りヘッド１０５とを併用した場合は、次のような加工が可能である。図１２は、工具と肉盛りヘッドとを併用した場合の加工例を示す説明図である。クレイモデル（同図（ａ））のハンドワーク側に対し、切削および肉盛りをハンドワークで行うことで所定のリデザインを施した場合（同図（ｂ））、ハンドワークの形状ＨＤをカメラ２で取得して、上記同様にこれを点群データとして取得する。次に、当該新しく取得した点群データを反転して、前回の点群データ（前回の加工時に反転して得た点群データ）とを比較し、切削部分および肉盛り部分を抽出する（同図（ｃ））。例えば（ｃ）に示すように、Ａ部分を切削部分、Ｂ部分を肉盛り部分として抽出する（実際には３次元的に抽出する）。
【００４９】
そして、抽出した各部分の点群データからＳＴＬデータを生成し、所定の加工条件を設定した後、加工パスを生成する。多軸アームロボットの先端には、図１１で示したように、ドリルヘッド１０３と肉盛りヘッド１０５とを選択的に用いることができるハンド１０１が設けられており、このハンド１０１によりドリルヘッド１０３を把持し、或いは肉盛りヘッド１０５に持ち替えて加工を行う。即ち、前記切削部分Ａはドリルヘッド１０３により、前記肉盛り部分Ｂは肉盛りヘッド１０５により加工を施し、ハンドワーク側の反転形状を転写する（同図（ｄ））。なお、肉盛りにより寸法精度が著しく低下する場合は、一旦肉盛りを施した後に切削加工を行うようにするのが好ましい。このようにすれば、ハンドワークによるリデザインを自由に行え、且つそのハンドワーク形状の反転形状を正確かつ短時間に転写加工できる。実際のデザインの現場では、切削し過ぎた部分にクレイを追加して再び切削を行うケースが頻繁に起こり得るので、ドリルヘッド１０３と肉盛りヘッド１０５との併用はクレイモデルＭの製作に好適なものとなる。
【００５０】
次に、多軸アームロボットとクレイモデルとの位置関係についてキャリブレーションを行う。第一の方法として、多軸アームロボット１の先端にタッチプローブを設け（ハンドにより把持してもよい）、一方、クレイモデルＭの設置台の特定位置にクレイモデルＭの座標系の基準となる基準点を設ける。多軸アームロボット１は、この基準点をタッチプローブにより触ることでクレイモデルＭに対する位置関係を取得する。そして、マッチング法により多軸アームロボット１の座標系をクレイモデルＭの座標系にマッチングさせる。
このようにすれば、簡単な計算により多軸アームロボット１とクレイモデルＭとの位置関係のキャリブレーションが行える。
【００５１】
第二の方法として、３次元測定器によりクレイモデルＭの基準点を計測し、多軸アームロボット１の先端に設けたタッチプローブにより同じ基準点を計測し、クレイモデルＭと多軸アームロボット１の位置関係を取得し、この双方の位置ずれを算出する。算出した位置ずれは、多軸アームロボット１の座標系に対してキャリブレーションデータとして付加される。このようにすれば、多軸アームロボット１の座標系を基準としてクレイモデルＭを設置する必要があったが、クレイモデルＭを移動させることなく加工を続行できる。このため、加工後のクレイモデルＭにゆがみや歪が生じない。
【００５２】
（実施の形態２）
図１３は、この発明の実施の形態２に係るモデル加工システムを示す構成図である。このモデル加工システム２００は、自動車のクレイモデルＭＣのような大型のものに適したものであり、多軸アームロボット１を一箇所に固定した場合の加工領域では不足しているとき、多軸アームロボット１をクレイモデルＭＣに沿って敷設したレール２０１上を移動させることで加工領域の拡大を図るものである。多軸アームロボット１は、レール２０１上を移動するテーブル２０２上に設置される。レール２０１上の移動は、直動装置により行う。直動装置は、例えばテーブル２０２にモータおよび減速機を設け、回転軸にギアを設け、レール２０１に設けたラックとかみ合うようにして構成できる（図示省略）。
【００５３】
テーブル２０２の位置は、センサーにより検出するようにしても良いが、テーブル２０２にクランプ装置を設けると共にレール２０１の特定複数位置にマークをつけ、当該テーブル２０２を任意のマークに合わせて固定するようにするのが経済的である。この他、センサーを用いず、機械的にテーブル２０２を位置決めできる機構であれば、マークとクランプ装置の組み合わせ以外であっても良い。しかしながら、機械的に位置決めした場合でも、多軸アームロボット１の位置をＣＡＤ／ＣＡＭ装置５が認識する必要がある。例えばユーザが位置を入力するか、または、リミットスイッチのような接触型あるいは超音波センサーのような非接触型のスイッチを各所定位置に設置しておき、このスイッチの出力によりＣＡＤ／ＣＡＭ装置５に位置情報が入力されるようにしても良い。
【００５４】
また、同図では、レール２０１が直線的に配置されているが、クレイモデルＭＣの周囲に沿って湾曲しても良い（図示省略）。このように、多軸アームロボット１をレール上で移動させることで、簡単な構成により加工領域を拡大できる。
【００５５】
（実施の形態３）
図１４は、この発明の実施の形態３に係るモデル加工システムを示す構成図である。このモデル加工システム３００は、遠隔地のモデル加工システム１００Ａ，１００Ｂ同士を通信回線３０１により接続した構成である。このモデル加工システム３００では、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ａを構成するコンピュータのモデムその他のＤＣＥ（データ回線終端装置）３０２が、電話回線や、ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネット等の通信回線３０１を介して、他のＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ｂを構成するコンピュータのＤＣＥ３０２と接続されている。各モデル加工システム１００Ａ，１００Ｂは、上記実施の形態１または２に記載のものと略同じ構成である。
【００５６】
図１５は、モデル加工システムの動作を示すフローチャートである。まず、地点Ａに存在するモデル加工システム１００Ａ側において、ユーザがハンドワークによりクレイモデルＭＡを成形する（ステップＳ３１）。そして、このクレイモデルＭＡのハンドワーク側の形状をカメラ２Ａにより取得し（ステップＳ３２）、この画像データを圧縮する（ステップＳ３３）。圧縮した画像は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５ＡのＤＣＥ３０２により変調され、例えばインターネット３０１を介して、別の場所である地点Ｂに存在するクレイ加工システム１００Ｂのコンピュータに送信される。画像データを受信したコンピュータでは、圧縮したクレイモデルＭＡの画像データを解凍し（ステップＳ３４）、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ｂの記憶装置に一旦記憶し、当該形状を点群データとして取得する（ステップＳ３５）。
【００５７】
次に、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ｂでは、この点群データを反転してハンドワーク側のクレイモデルＭＢの全体形状を生成し、当該点群データをＳＴＬデータに変換する（ステップＳ３６，Ｓ３７）。これにより、遠隔地においてハンドワークで成形したクレイモデルＭＡの全体形状を三角パッチにより表現する。次に、地点Ｂのクレイ加工システム１００ＢのＣＡＤ／ＣＡＭ装置５は、ハンドワークを施していない未加工のクレイと、多軸アームロボット１とのキャリブレーションを行い（ステップＳ３８）、加工条件の設定を行う（ステップＳ３９）。続いて、クレイモデルＭＢの全体形状を加工するための加工パスを生成し（ステップＳ４０）、多軸アームロボット１の先端の工具により、クレイモデルＭＢの加工を行う（ステップＳ４１）。これにより、地点Ａのハンドワーク形状を反映した、全体形状のクレイモデルＭＡを地点Ｂにおいて再現成形できる。
【００５８】
また、地点ＢのＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ｂにおいて成形した反転形状を地点ＡのＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ａに戻すようにしても良い（ステップＳ４２）。地点ＢのＣＡＤ／ＣＡＭ装置５では、この反転形状の加工パスからクレイモデルＭに転写加工を行う（ステップＳ４３）。また、地点ＡのＣＡＤ／ＣＡＭ装置５側でも反転形状の加工パスを生成し、クレイモデルＭの転写加工を行うようにしても良い。
【００５９】
次に、地点Ｂのリデザインを地点Ａのクレイ加工システムに反映することもできる。まず、地点Ｂにおいて、クレイモデル全体を検討し、当該クレイモデルにハンドワークを施す（ステップＳ４４）。地点Ｂのクレイ加工システムでは、ハンドワークを施した形状をカメラ２により撮影し、この画像データを圧縮する（ステップＳ４５，Ｓ４６）。圧縮した画像は、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５ＢのＤＣＥ３０２Ｂにより変調され、例えばインターネット３０１を介して、地点Ａに存在するクレイ加工システム１００Ａのコンピュータに送信される。画像データを受信したコンピュータでは、圧縮したクレイモデルの画像データを解凍し（ステップＳ４７）、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５Ａの記憶装置に一旦記憶し、当該形状を点群データとして取得する（ステップＳ４８）。この後の処理は、上記ステップＳ３６〜ステップＳ４１と同様の処理となる。
【００６０】
以上から、このクレイ加工システム３００では、通信手段により遠隔地のクレイ加工システム１００Ａ，１００Ｂ同士を接続し、相互のデザインをクレイモデルＭＡ，ＭＢに反映しながら作業できる。このため、デザイナー等が特定の地点に集合する必要がない。例えば、海外に設置したクレイ加工システム１００Ａと国内に設置したクレイ加工システム１００Ｂとを接続することで、世界規模で共同デザイン開発が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように本発明に係わるモデル加工方法およびモデル加工システムは、曲面形状を機械加工して作成し、さらに塗装処理をして彩色を施した三次元の軟質加工物を、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置等を利用して自動的に製作する手段として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】この発明の実施の形態１に係るモデル加工システムを示す構成図である。
【図２】図１に示したモデル加工システムのＣＡＤ／ＣＡＭ装置を示すブロック図である。
【図３】このモデル加工システムの動作を示すフローチャートである。
【図４】点群データの一例を示す概念図である。
【図５】ＳＴＬデータの一例を示す概念図である。
【図６】加工パスの一例を示す概念図である。
【図７】多軸アームロボットの先端に設けた加工軸の簡略構成図である。
【図８】このモデル加工システムの動作の変形例を示すフローチャートである。
【図９】このモデル加工システムの変形例を示す説明図である。
【図１０】肉盛り装置の一例を示す構成図である。
【図１１】ハンドによりドリルヘッド等を選択的に把持する場合の説明図である。
【図１２】工具と肉盛りヘッドとを併用した場合の加工例を示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態２に係るモデル加工システムを示す構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態３に係るモデル加工システムを示す構成図である。
【図１５】モデル加工システムの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１００ モデル加工システム１ 多軸アームロボット２ カメラ３ ３次元ＣＡＤ装置４ ＣＡＭ装置５ ＣＡＤ／ＣＡＭ装置６ コンピュータ装置７ ドライブユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分形状と色とをカメラで取得する、形状と色との取得ステップと、
前記形状と色との取得ステップで取得した前記軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて、反転着色情報を取得する反転着色情報取得ステップと、
前記反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成ステップと、
前記塗装用の加工パス生成ステップで生成した前記塗装用の加工パスに従って前記軟質加工物の別部分を、多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより塗装を行う着色ステップと、
を有することを特徴とするモデル加工方法。
【請求項２】
モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一側面の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得ステップと、
前記形状と色との取得ステップで取得した前記軟質加工物の形状を表す点群データから、ＳＴＬデータを取得する曲面形状取得ステップと、
前記ＳＴＬデータにより表現した曲面を反転して反転形状のＳＴＬデータを生成する反転ステップと、
前記形状と色との取得ステップ取得した前記軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する、反転着色情報取得ステップと、
前記反転形状のＳＴＬデータと前記反転着色情報に基づき、塗装に必要な加工条件を設定し、塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成ステップと、
前記塗装用の加工パス生成ステップで生成した前記塗装用の加工パスに従って前記軟質加工物の反対側面を多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより塗装を行う着色ステップと、
を有することを特徴とするモデル加工方法。
【請求項３】
モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得手段と、
前記形状と色との取得手段で取得した前記軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する、反転着色情報取得手段と、
前記反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成手段と、
前記塗装用の加工パス生成手段で生成した前記塗装用の加工パスに従って前記軟質加工物の別部分を、先端の塗装ヘッドにより塗装を行う多軸アームロボットと、
を有することを特徴とするモデル加工システム。
【請求項４】
モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一側面の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得手段と、
前記形状と色との取得手段で取得した前記軟質加工物の形状を点群データにより取得し、当該点群データからＳＴＬデータを取得する曲面形状取得手段と、
前記ＳＴＬデータにより表現した曲面を反転して反転形状のＳＴＬデータを取得する反転手段と、
前記形状と色との取得手段で取得した前記軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する、反転着色情報取得手段と、
前記反転形状のＳＴＬデータと前記反転着色情報に基づき、塗装に必要な加工条件を設定し、塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成手段と、
前記塗装用の加工パス生成手段で生成した前記塗装用の加工パスに従って前記軟質加工物の反対側面を、先端の塗装ヘッドにより塗装を行う多軸アームロボットと、
を有することを特徴とするモデル加工システム。
【請求項５】
モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得手段と、
前記形状と色との取得手段で取得した前記軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する反転着色情報取得手段と、
前記反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成手段と、
前記カメラを先端に選択して把持して形状と色とを取得可能とすると共に、前記塗装用の加工パス生成手段で生成した前記塗装用の加工パスに従って前記軟質加工物の別部分を、先端に選択して把持した塗装ヘッドにより塗装するように構成した多軸アームロボットと、
前記多軸アームロボットと前記軟質加工物とを相対移動させる移動手段と、
を有することを特徴とするモデル加工システム。
【請求項１】
モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分形状と色とをカメラで取得する、形状と色との取得ステップと、
前記形状と色との取得ステップで取得した前記軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて、反転着色情報を取得する反転着色情報取得ステップと、
前記反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成ステップと、
前記塗装用の加工パス生成ステップで生成した前記塗装用の加工パスに従って前記軟質加工物の別部分を、多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより塗装を行う着色ステップと、
を有することを特徴とするモデル加工方法。
【請求項２】
モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一側面の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得ステップと、
前記形状と色との取得ステップで取得した前記軟質加工物の形状を表す点群データから、ＳＴＬデータを取得する曲面形状取得ステップと、
前記ＳＴＬデータにより表現した曲面を反転して反転形状のＳＴＬデータを生成する反転ステップと、
前記形状と色との取得ステップ取得した前記軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する、反転着色情報取得ステップと、
前記反転形状のＳＴＬデータと前記反転着色情報に基づき、塗装に必要な加工条件を設定し、塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成ステップと、
前記塗装用の加工パス生成ステップで生成した前記塗装用の加工パスに従って前記軟質加工物の反対側面を多軸アームロボット先端の塗装ヘッドにより塗装を行う着色ステップと、
を有することを特徴とするモデル加工方法。
【請求項３】
モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得手段と、
前記形状と色との取得手段で取得した前記軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する、反転着色情報取得手段と、
前記反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成手段と、
前記塗装用の加工パス生成手段で生成した前記塗装用の加工パスに従って前記軟質加工物の別部分を、先端の塗装ヘッドにより塗装を行う多軸アームロボットと、
を有することを特徴とするモデル加工システム。
【請求項４】
モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一側面の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得手段と、
前記形状と色との取得手段で取得した前記軟質加工物の形状を点群データにより取得し、当該点群データからＳＴＬデータを取得する曲面形状取得手段と、
前記ＳＴＬデータにより表現した曲面を反転して反転形状のＳＴＬデータを取得する反転手段と、
前記形状と色との取得手段で取得した前記軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する、反転着色情報取得手段と、
前記反転形状のＳＴＬデータと前記反転着色情報に基づき、塗装に必要な加工条件を設定し、塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成手段と、
前記塗装用の加工パス生成手段で生成した前記塗装用の加工パスに従って前記軟質加工物の反対側面を、先端の塗装ヘッドにより塗装を行う多軸アームロボットと、
を有することを特徴とするモデル加工システム。
【請求項５】
モデルの素材である色彩を施した、クレイ、樹脂その他の軟質加工物のハンドワークにより加工した一部分の形状と色とをカメラで取得する形状と色との取得手段と、
前記形状と色との取得手段で取得した前記軟質加工物の形状に対応した着色位置のデータを反転させて反転着色情報を取得する反転着色情報取得手段と、
前記反転着色情報に対応した塗装用の加工パスを生成する、塗装用の加工パス生成手段と、
前記カメラを先端に選択して把持して形状と色とを取得可能とすると共に、前記塗装用の加工パス生成手段で生成した前記塗装用の加工パスに従って前記軟質加工物の別部分を、先端に選択して把持した塗装ヘッドにより塗装するように構成した多軸アームロボットと、
前記多軸アームロボットと前記軟質加工物とを相対移動させる移動手段と、
を有することを特徴とするモデル加工システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−２２０１２８（Ｐ２００７−２２０１２８Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６２０１３（Ｐ２００７−６２０１３）
【出願日】平成１９年３月１２日（２００７．３．１２）
【分割の表示】特願２００２−１７９０３０（Ｐ２００２−１７９０３０）の分割
【原出願日】平成１４年６月１９日（２００２．６．１９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１２日（２００７．３．１２）
【分割の表示】特願２００２−１７９０３０（Ｐ２００２−１７９０３０）の分割
【原出願日】平成１４年６月１９日（２００２．６．１９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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