零件加工支援系统及方法与流程

本发明涉及一种用于支援零件的加工作业的零件加工支援系统及方法。

背景技术：

近年来，随着产品的复杂化，即使在零件单体中确保加工精度，也会在组装过程中使组装误差累积，其结果为，有无法在现场进行组装的情况。该情况尤其容易在大型产品中产生。

在因组装误差导致无法在现场进行组装的情况下，必须为了修正而使零件移动到加工工厂，并在修正后再次移动到组装工厂。在为大型产品的零件的情况下，由于该零件的重量大，所以，必须使用起重机等而使该零件移动，用于该作业的作业时间、工时巨大。

以往，为了确保构成产品的各个零件的加工精度，有如下方法：利用三维扫描仪获取加工后的零件的三维形状数据，并将该三维形状数据与该零件的cad(computeraideddesign，计算机辅助设计)数据进行比较，确认相对于该零件的设计值的偏差。

另外，在专利文献1中记载有如下技术：利用三维扫描仪对包装对象的物品获取数据，并基于所获取的三维形状数据自动设计应配置在包装盒的内部的支撑用包装材料。

背景技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2007-164257号公报

技术实现要素：

[发明要解决的问题]

然而，将利用三维扫描仪所获取的零件的三维形状数据与cad数据进行比较的以往的方法虽然在确保各个零件的加工精度方面有效，但无法确认实际组装零件时的组装误差。

另外，专利文献1记载的技术也不能确认将已加工的各个零件组装时的组装误差。

本发明是鉴于所述以往技术的问题点而完成，其目的在于提供一种能够在零件的实际组装作业之前确认组装误差的零件加工支援系统及方法。

[解决问题的技术手段]

为解决所述问题，本发明的第1形态是一种零件加工支援系统，其特征在于用于支援零件的加工作业，且具备：三维测量机构，用于获取与所述零件相关的三维测量数据；显示机构，用于基于所述三维测量数据而显示所述零件；及虚拟组装机构，用于将通过所述显示机构显示的所述零件在所述显示机构上虚拟地组装。

本发明的第2形态根据第1形态，其特征在于，在所述零件设置着用于获取利用所述虚拟组装机构进行虚拟组装时的基准位置的辅具，且所述三维测量数据包含与所述辅具相关的数据。

本发明的第3形态根据第2形态，其特征在于，所述辅具以在形成在所述零件的孔的轴线上延伸的方式设置。

本发明的第4形态根据第2形态，其特征在于，所述辅具具有通过所述三维测量机构测量的3个平面。

本发明的第5形态根据第1至第4中的任一形态，其特征在于，所述三维测量数据通过不同种类的2个以上的所述三维测量机构所获取。

本发明的第6形态根据第5形态，其特征在于，通过所述不同种类的2个以上的三维测量机构所获取的所述三维测量数据包含与共通的测定部位相关的数据。

本发明的第7形态根据第1至第6中的任一形态，其特征在于，所述虚拟组装机构以如下方式构成，即，在将通过所述显示机构显示的所述零件在所述显示机构上虚拟地组装时，利用设为理想状态的设计信息实施所述零件的位置对准。

本发明的第8形态根据第1至第7中的任一形态，其特征在于，所述虚拟组装机构以如下方式构成，即，在将通过所述显示机构显示的所述零件在所述显示机构上虚拟地组装时，利用与所述零件相关的一部分数据实施虚拟组装。

为解决所述问题，本发明的第9形态是一种零件加工支援方法，其特征在于用于支援零件的加工作业，且具备：数据获取步骤，获取与所述零件相关的三维测量数据；显示步骤，基于所述三维测量数据而将所述零件显示在显示机构；及虚拟组装步骤，在所述显示机构上虚拟地组装所述零件。

本发明的第10形态根据第9形态，其特征在于，在所述零件设置用于获取所述虚拟组装步骤中的虚拟组装时的基准位置的辅具，且所述三维测量数据包含与所述辅具相关的数据。

本发明的第11形态根据第10形态，其特征在于，将所述辅具以在形成在所述零件的孔的轴线上延伸的方式设置。

本发明的第12形态根据第10形态，其特征在于，所述辅具具有通过所述三维测量机构测量的3个平面。

本发明的第13形态根据第9至第12中的任一形态，其特征在于，通过不同种类的2个以上的三维测量机构获取所述三维测量数据。

本发明的第14形态根据第13形态，其特征在于，通过所述不同种类的2个以上的三维测量机构所获取的所述三维测量数据包含与共通的测定部位相关的数据。

本发明的第15形态根据第9至第14中的任一形态，其特征在于，在所述虚拟组装步骤中，在所述显示机构上虚拟地组装所述零件时，利用设为理想状态的设计信息实施所述零件的位置对准。

本发明的第16形态根据第9至第14中的任一形态，其特征在于，在所述虚拟组装步骤中，在所述显示机构上虚拟地组装所述零件时，利用与所述零件相关的一部分数据实施虚拟组装。

[发明的效果]

根据本发明的零件加工支援系统及方法，能够在零件的实际组装作业之前确认组装误差。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的零件加工支援系统的概略构成的框图。

图2是将图1所示的零件加工支援系统的概略构成与测定对象物一同表示的示意图。

图3是用于说明使用图1所示的零件加工支援系统的零件加工支援方法的示意图。

图4是用于说明使用图1所示的零件加工支援系统的零件加工支援方法的另一示意图。

图5是用于说明位置对准用辅具的一变化例的示意图。

图6是将图5所示的位置对准用辅具放大表示的示意图。

图7是用于说明图5及图6所示的位置对准用辅具的使用方法的示意图。

图8是用于说明图5及图6所示的位置对准用辅具的使用方法的另一示意图。

图9是用于说明在图1所示的实施方式中利用设计信息(理想状态)实施位置对准的方法的图。

图10是用于说明在图1所示的实施方式中在虚拟组装时仅利用一部分数据的方法的示意图。

图11是用于说明在图1所示的实施方式中在虚拟组装时仅利用一部分数据的方法的另一示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式的零件加工支援系统及零件加工支援方法进行说明。

如图1及图2所示，本实施方式的零件加工支援系统1具备用于获取与构成产品的零件相关的三维测量数据的三维测量机构2。三维测量机构2中包含固定式三维扫描仪3及手持式三维扫描仪4。

利用各三维扫描仪3、4所获取的三维形状数据以在线或离线方式传送到计算机(pc，personalcomputer，个人计算机)5。另外，利用三维扫描仪3、4获取的三维形状数据是与测定对象物的形状相关的数据。

计算机5构成有：显示机构6，用于基于利用固定式三维扫描仪3及手持式三维扫描仪4所获取的三维测量数据，显示作为测量对象物的零件p；及虚拟组装机构7，用于将通过显示机构6显示的多个零件p在显示机构6上虚拟地组装。

另外，固定式三维扫描仪3以置于地板面等的状态使用，能够快速地获取数据，但必须确保与测量对象物相距一定的距离。另一方面，手持式三维扫描仪4能够一边由作业者挪动一边自由自在地获取数据，但如果测定对象物变大，那么相应地需要较长的时间。

因此，在本实施方式的零件加工支援系统1中，考虑各三维扫描仪3、4的所述特性，例如，利用固定式三维扫描仪3对零件p的侧面及上表面进行测量。另一方面，手持式三维扫描仪4对受高度限制而无法利用固定式三维扫描仪3测量的零件p的下表面进行测量。

而且，将利用各三维扫描仪3、4所获取的三维形状数据传送到计算机5，将利用两扫描仪3、4所获取的数据结合而作为一个零件数据进行处理。

此处，为了将利用固定式三维扫描仪3所获取的三维形状数据与利用手持式三维扫描仪4所获取的三维形状顺利地结合，而使要结合的数据彼此包含共通的部分。具体来说，通过手持式三维扫描仪4，额外测量本来的测量对象物即零件p以外的共通的测定部位、例如图2所示的零件p的支承物8或地板面9。

由于利用固定式三维扫描仪所获取的三维形状数据中包含与零件p的支承物8或地板面9相关的数据，所以，能够将两扫描仪3、4的三维测量数据彼此利用共通的数据而顺利地结合。由此，能够减轻将固定式扫描仪3的数据与手持式扫描仪4的数据结合时的计算机5的负荷。

另外，在本实施方式中，组合使用固定式三维扫描仪3与手持式三维扫描仪4，但三维测量机构2的组合并不限定于此，可将测定精度等互不相同的2种以上的三维测量机构2组合。

另外，在本实施方式中，如图2所示，在测量对象的零件p的螺栓孔pa，以在螺栓孔pa的轴线上延伸的方式设置着圆柱状辅具10。该圆柱状辅具10用于获取利用虚拟组装机构7进行虚拟组装时的螺栓孔pa的基准位置，设置在测量对象的多个零件p中的至少1个。而且，三维测量机构2以包含圆柱状辅具10的部分的方式对零件p进行测量。也就是说，利用三维测量机构2所获取的三维测量数据包含与圆柱状辅具10相关的数据。

接下来，参照地对使用所述零件加工支援系统1支援零件p的加工作业的零件加工支援方法进行说明。

首先，使用所述三维测量机构2，获取与多个零件p相关的三维测量数据(数据获取步骤)。将所获取的三维测量数据传送到计算机5，并基于三维测量数据将多个零件p显示在显示机构6(显示步骤)。

另外，如上所述，在本实施方式的零件加工支援系统1中，利用固定式三维扫描仪3及手持式三维扫描仪4对零件p进行测量，并将利用两扫描仪3、4所获取的三维测量数据彼此利用与共通的测量部位相关的数据而结合。

图3表示显示在计算机5的显示机构6上的多个(本例中为3个)零件p1、p2、p3。各零件p1、p2、p3是例如直径超过10m的大型零件。各零件p1、p2、p3呈具有中央开口的厚壁圆板状，且在圆周方向上形成着多个插通用于将零件彼此连接的螺栓的螺栓孔pa。

为了使用三维测量机构2确实地获取零件p1、p2、p3的螺栓孔pa的轴的数据，而如图2所示，使用圆柱状辅具10。也就是说，通过利用三维测量机构2对以在螺栓孔pa的轴线上延伸的方式配置的圆柱状辅具10进行测量，能够确实地获取螺栓孔pa的轴的数据。如果能够特定出螺栓孔pa的轴，那么删除辅具部分的三维形状数据，由此，获得已获取螺栓孔pa的轴的零件数据。

实际组装3个零件p1、p2、p3时，使各零件的接合面pb彼此抵接，并且将各零件的螺栓孔pa彼此轴对准，利用插通于螺栓孔pa的螺栓将零件彼此连接。

在本实施方式的零件加工支援方法中，将多个零件p1、p2、p3在计算机5的显示机构6上虚拟地组装(虚拟组装步骤)。

然后，如图4所示，例如以零件p的中心轴为基准虚拟地组装零件p，在显示机构6上确认零件p的接合面pb彼此的干涉的有无、螺栓孔pa彼此的轴偏移的状态、或零件p彼此的外形的偏移情况等。由此，不用实际组装零件p便可事先确认已将多个零件p组装时的组装误差。

在通过计算机5的显示机构6上的虚拟组装确认到无法容许的组装误差的情况下，在将零件p搬送到现场之前，在工厂实施修正加工。由此，能够在现场的实际组装之前将组装误差控制在容许范围内，从而能够确实地避免现场的组装作业的故障。

尤其是，在大型产品的情况下，用于将零件p从现场送回到工厂的作业负担大，另外，也有产品过大而根本无法在工厂实施试组装的情况，因此，将现场的组装作业的故障防患于未然的优点大。

另外，即使在能够在工厂进行试组装的产品的情况下，通过使用本实施方式的零件加工支援系统1及方法，而不需要在工厂进行试组装，且不需要在实物对准之后再进行修正，从而能够削减时间、工时而缩短产品的交货期。

另外，根据本实施方式，关于将产品的零件p以零件为单位出货的产品，也不需要在工厂内进行试组装。

另外，在组装零件p的对象固定在设备之类的情况下，无法在工厂进行试组装，但通过使用本实施方式的零件加工支援系统1虚拟地进行组装，能够在实际组装之前确认组装误差。

另外，在所述实施方式中，将虚拟组装时的基准设为零件p的中心轴，但组装基准并不限定于此，例如可将零件p的机械加工面设为组装基准。

另外，在所述实施方式中，在螺栓孔pa设置辅具10，但辅具的设置部位并不限定于螺栓孔pa，另外，设置辅具的孔可以是贯通孔，也可以是凹部。另外，辅具的形状并不限定于圆柱状，只要能够获取可特定出孔的轴线的三维形状数据即可。

另外，在所述实施方式中，使用圆柱状辅具10作为位置对准用辅具，但也可代替此或者除此以外另外使用利用如下所述的3个平面的位置对准用辅具。

也就是说，如图5及图6所示，该位置对准用辅具11具备在安装在测量对象的零件p的状态下能够通过三维测量机构2测量的3个平面11a、11b、11c。

例如，如图7所示，零件p的表面存在严重的凹凸的情况或零件p的角部未成为90度的情况(本例中为88度)下，有即使将这些部位设为测量对象，也无法获取充分的精度的测量数据的情况。

因此，如图5及图8所示，在零件p的角部安装位置对准用辅具11，由此，能够在零件p上定义设为测量对象的平面。

另外，作为另一变化例，在所述实施方式中，也可利用设为理想状态的设计信息实施位置对准。

也就是说，如图9所示，使测量数据a1与设计数据b1叠加(s1)。另一方面，使测量数据a2与设计数据b2叠加(s2)。

接着，将已分别叠加的设计数据b1与设计数据b2的信息与测量数据a1、a2组合在一起(s3)。接着，从已完成的数据中删除设计数据而使测量数据保留(s4)。

最后，基于端部或结合部位的测量信息对所保留的测量数据进行微调整(s5)。由于已利用设计信息进行准确度高的位置对准，所以，此处的微调整极小。

另外，作为另一变化例，在所述实施方式中，也可在虚拟组装时仅利用一部分数据。

例如，如图10所示，产品整体由相同形状的多个零件p(本例中为6个)构成的情况下，如图11所示，将零件p的测量数据复制所需个数(本例中为5个)。然后，可通过利用一部分测量数据进行虚拟组装而预测整体的外观，从而确认干涉等。

另外，在欲确认的部位被限定的情况下，也可仅利用测量数据的一部分。在该情况下，考虑多余部分从测量数据中删除或者一开始就不进行测量的方法。

另外，作为另一变化例，作为为了获取虚拟组装时利用的测量数据而使用多个三维测量机构的情况，考虑如下情况。

例如，金属加工面由于光进行漫反射，故难以利用非接触式测量机进行测量。通常，通过涂布探伤剂等防止光进行漫反射便能够进行测量，但必须进行扫除，因此，在该部位存在多个的情况下，作业较为困难。

在如上所述的情况下，考虑对金属加工面使用接触式测量机。此时，为了位置对准，也利用接触式测量机对利用非接触式测量机测量的部位的一部分进行测量。

[符号的说明]

1零件加工支援系统

2三维测量机构

3固定式三维扫描仪

4手持式三维扫描仪

5计算机(pc)

6显示机构

7虚拟组装机构

8零件的支承物

9工厂的地板面

10圆柱状辅具

11具有3个平面的位置对准用辅具

p、p1、p2、p3零件

pa零件的螺栓孔

pb零件的接合面