特開 2020-78833 撮影装置及び工作機械

(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】特開2020-78833(P2020-78833A)

(43)【公開日】2020年5月28日

(54)【発明の名称】撮影装置及び工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/24 20060101AFI20200501BHJP

   G05B 19/18 20060101ALI20200501BHJP

【ＦＩ】

   B23Q17/24 Z

   G05B19/18 W

   B23Q17/24 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-212075(P2018-212075)

(22)【出願日】2018年11月12日

(71)【出願人】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】手塚 淳一

【テーマコード（参考）】

3C029

3C269

【Ｆターム（参考）】

3C029CC00

3C029CC10

3C269AB01

3C269BB11

3C269CC02

3C269JJ09

3C269MN16

(57)【要約】

【課題】移動する対象物を画面上の中心に位置させた状態で且つ最適なサイズで撮影できる撮影装置を提供すること。
【解決手段】撮影装置３０は、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３２と、前記対象物の画像を撮影する撮影部３１と、前記第１座標値及び撮影部３１の位置情報となる第２座標値に基づいて、撮影部３１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撮影部３１との間の距離を算出する方向・距離算出部３３と、撮影部３１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３４と、撮影部３１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３５と、を備え、移動する前記対象物に対して、撮影部３１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。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、を備え、
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2】

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3】

請求項２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拡大率を取得する拡大率取得部を備え、
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する、
撮影装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の撮影装置を備える工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮影装置及びこれを備える工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械を用いた切削加工として、主軸ヘッドを移動させながら、主軸の先端に装着された工具によりワークの切削を行う加工が行われている。このような切削加工において、不良品や機械の不具合が発生した原因を分析するため、工具がワークを切削している状況をカメラで撮影する手法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平４−３１０１０６号公報

【特許文献2】特開平４−１７００３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記従来技術では、カメラの撮影方向や撮影倍率が固定されているため、主軸ヘッドの移動した位置によっては、撮影の対象物となる工具が撮影画面の端に映ったり、撮影画面から外れたりすることがある。また、主軸ヘッドが移動したときに、工具とカメラとの間の距離が変動することにより、画面上における工具のサイズが過大になったり、過小になったりすることがある。

【0005】

本発明の目的は、移動する対象物を画面上の中心に位置させた状態で且つ最適なサイズで撮影できる撮影装置及び工作機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１） 本発明は、移動する対象物（例えば、後述する工具１６）の位置情報となる第１座標値を取得する座標値取得部（例えば、後述する情報取得部３２）と、前記対象物の画像を撮影する撮影部（例えば、後述するカメラ３１）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（例えば、後述する方向・距離算出部３３）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（例えば、後述する姿勢制御部３４）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（例えば、後述する撮影倍率設定部３５）と、を備え、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（例えば、後述する撮影装置３０）に関する。

【0007】

（２） （１）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（例えば、後述する情報取得部３２）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座標値を変更するようにしてもよい。

【0008】

（３） （２）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拡大率を取得する拡大率取得部（例えば、後述する情報取得部３２）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てもよい。

【0009】

（４） また、本発明は、（１）から（３）までのいずれかの撮影装置を備える工作機械（例えば、後述する工作機械１）に関する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、移動する対象物を画面上の中心に位置させた状態で且つ最適なサイズで撮影できる撮影装置及び工作機械を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態における工作機械１の構成を示す概念図である。

【図2】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。

【図3】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】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】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】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6A】工具の形状と撮影倍率との関係を説明する図である。

【図6B】工具の形状と撮影倍率との関係を説明する図である。

【図6C】工具の形状と撮影倍率との関係を説明する図である。

【図7】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。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係る撮影装置及び工作機械の実施形態について説明する。
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。

【0013】

図１は、本実施形態における工作機械１の構成を示す概念図である。
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。

【0014】

図１に示すように、本実施形態の工作機械１は、工作機械本体１０と、数値制御装置２０と、撮影装置３０と、を備える。
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。

【0015】

＜工作機械本体１０＞
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。

【0016】

主軸ヘッド１２は、主軸１１を回転させる駆動機構である。主軸ヘッド１２は、主軸１１に回転力を付与する主軸モータ２２０等（図２参照）を備える。主軸モータ２２０は、例えば、主軸１１に取り付けられた回転工具により切削加工を行う場合、連続的に高速回転するスピンドルモータとして機能する。図示していないが、主軸ヘッド１２には、主軸１１に取り付けられた工具ホルダを自動的に交換する工具交換装置が設けられている。工具ホルダの交換は、シーケンスプログラムに基づいて自動的に実行される。

【0017】

コラム１３は、主軸ヘッド１２を上下方向（Ｚ軸方向）に移動自在に支持する部分である。コラム１３は、主軸ヘッド１２を上下方向に移動させる昇降機構（不図示）を備える。この昇降機構には、主軸ヘッド１２を、コラム１３に対して上下方向に移動させるためのＺ軸モータ２２６、エンコーダ２２７（図２参照）等が設けられている。昇降機構の動作は、Ｚ軸モータ制御部２１７（後述）により制御される。なお、主軸ヘッド１２は、上下方向（Ｚ軸方向）には移動するが、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）には移動しない。

【0018】

ベース部１４は、コラム１３及び昇降機構（不図示）を支持する部分である。また、ベース部１４は、ワークテーブル１５を支持する。
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。

【0019】

＜数値制御装置２０＞
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。

【0020】

図２に示すように、数値制御装置２０は、プロセッサ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、ＳＲＡＭ２０４、ＰＭＣ２０５、Ｉ／Ｏユニット２０６、表示部２０７、表示制御部２０８、操作入力部２０９、入力制御部２１０を備える。また、数値制御装置２０は、スピンドル制御部２１１、スピンドルアンプ２１２、Ｘ軸モータ制御部２１３、サーボアンプ２１４、Ｙ軸モータ制御部２１５、サーボアンプ２１６、Ｚ軸モータ制御部２１７、サーボアンプ２１８を備える。数値制御装置２０において、上記各部が直接的又は間接的にバス２１９を介して相互に電気的に接続されている。また、数値制御装置２０には、主軸モータ２２０、ポジションコーダ２２１、Ｘ軸モータ２２２、エンコーダ２２３、Ｙ軸モータ２２４、エンコーダ２２５、Ｚ軸モータ２２６、エンコーダ２２７が電気的に接続されている。

【0021】

プロセッサ（ＣＰＵ）２０１は、ＲＯＭ２０２に格納されたシステムプログラムを読み出し、そのシステムプログラムに従って数値制御装置２０の全体を制御する。
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。

【0022】

ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）２０５は、数値制御装置２０に内蔵されたシーケンスプログラムで定められた順序、加工条件等に従って工作機械本体１０を制御する。ＰＭＣ２０５は、シーケンスプログラムにより変換された各種信号を、Ｉ／Ｏユニット２０６を介して撮影装置３０及び外部装置（不図示）に出力する。また、ＰＭＣ２０５は、オペレータが操作入力部２０９から入力した信号を取得し、所定の信号処理を施した後、プロセッサ２０１へ受け渡す。

【0023】

表示部２０７は、各種データ、設定内容、オペレーションの状態等を表示可能なディスプレイ装置である。表示制御部２０８は、表示部２０７の表示内容を制御する。操作入力部２０９は、オペレータが各種の設定データ、数値データ、動作指示等を入力可能な装置である。操作入力部２０９は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等（不図示）により構成される。入力制御部２１０は、操作入力部２０９から入力されたデータ、指示等を取得して、ＲＡＭ２０３等に格納する。

【0024】

スピンドル制御部２１１は、主軸１１の回転を制御する。スピンドル制御部２１１は、プロセッサ２０１からの主軸回転指令を受けて、スピンドルアンプ２１２にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ２１２は、スピンドル速度信号に指令された回転速度で主軸モータ２２０を駆動する。ポジションコーダ２２１は、主軸モータ２２０の回転に同期した帰還パルスをスピンドル制御部２１１に出力する。スピンドル制御部２１１は、ポジションコーダ２２１から出力された帰還パルスに基づいて、主軸モータ２２０の速度のフィードバック制御を行う。

【0025】

Ｘ軸モータ制御部２１３は、ワークテーブル１５の左右方向（Ｘ軸方向）の移動を制御する。Ｘ軸モータ制御部２１３は、プロセッサ２０１からの移動指令量を受けて、サーボアンプ２１４にトルク指令値を出力する。サーボアンプ２１４は、Ｘ軸モータ制御部２１３から出力されたトルク指令値に従って、Ｘ軸モータ２２２に駆動電流を供給する。エンコーダ２２３は、Ｘ軸モータ２２２の位置、速度を検出して、Ｘ軸モータ制御部２１３に位置・速度フィードバック信号を出力する。Ｘ軸モータ制御部２１３は、エンコーダ２２３から出力された位置・速度フィードバック信号に基づいて、Ｘ軸モータ２２２の位置、速度のフィードバック制御を行う。このフィードバック制御により、ワークテーブル１５の左右方向（Ｘ軸方向）の位置が調整される。

【0026】

Ｙ軸モータ制御部２１５は、ワークテーブル１５の前後方向（Ｙ軸方向）の移動を制御する。Ｙ軸モータ制御部２１５がＹ軸モータ２２４の動作を制御するプロセスは、上述したＸ軸モータ制御部２１３と同じであるため、説明を省略する。Ｙ軸モータ制御部２１５によりＹ軸モータ２２４の位置、速度のフィードバック制御が行われることにより、ワークテーブル１５の前後方向（Ｙ軸方向）の位置が調整される。

【0027】

Ｚ軸モータ制御部２１７は、主軸ヘッド１２の昇降機構（不図示）において、主軸ヘッド１２の上下方向（Ｚ軸方向）の移動を制御する。Ｚ軸モータ制御部２１７が主軸ヘッド１２に設けられたＺ軸モータ２２６の動作を制御するプロセスは、上述したＸ軸モータ制御部２１３と同じであるため、説明を省略する。Ｚ軸モータ制御部２１７によりＺ軸モータ２２６の位置、速度のフィードバック制御が行われることにより、主軸ヘッド１２の上下方向（Ｚ軸方向）の位置が調整される。

【0028】

＜撮影装置３０＞
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。

【0029】

カメラ３１は、主軸１１に装着された工具１６（対象物）がワークＷを加工する画像を撮影する装置（ビデオカメラ）である。カメラ３１（後述）の撮影倍率は、ズーム倍率を調節することにより変更できる。カメラ３１は、ＸＹＺ軸方向の中心位置（後述する基準点Ａ３）が固定された状態で、姿勢制御部３４（後述）により姿勢が制御される。カメラ３１の姿勢が制御されることにより、カメラ３１の光軸の方向が調整される。カメラ３１で撮影された画像（動画像）は、撮影装置３０の本体を介して数値制御装置２０に送信され、ＲＡＭ２０３（図２参照）に格納される。なお、カメラ３１は、静止画像を撮影する装置（スチルカメラ）であってもよい。

【0030】

情報取得部３２は、座標値、工具番号（識別番号）、工具番号に対応付けられた各種の情報を取得する。
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。

【0031】

前述したように、主軸ヘッド１２は、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）には移動しない。そのため、工作機械１の平面視において、工具１６のＸ軸座標値Ｘｔ及びＹ軸座標値Ｙｔは、固定値（０，０）となる。一方、Ｚ軸座標値Ｚｔは、主軸ヘッド１２が上下方向（Ｚ軸方向）に移動したり、工具１６が交換されたりすることにより変化する。例えば、工具１６が交換されると、その工具１６の長さＬに応じて、工具１６（先端部Ｔ）のＺ軸方向の位置が変化する。
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。

【0032】

Ｚ軸座標値Ｚｔは、ワークテーブル１５の基準点Ａ１からの高さで表される。図４Ｂに示すように、主軸ヘッド１２の基準点Ａ２おけるＺ軸方向の座標値をＺとし、工具１６の長さをＬとすると、先端部ＴのＺ軸座標値Ｚｔは、Ｚ−Ｌにより求められる。主軸ヘッド１２の座標値Ｚは、情報取得部３２において、主軸ヘッド１２のＺ軸方向の位置情報としてリアルタイムに取得される。

【0033】

情報取得部３２は、長さ情報取得部として、工具１６の工具番号（識別番号）に対応付けられた、工具１６の長さＬを取得する。方向・距離算出部３３（後述）は、情報取得部（長さ情報取得部）３２で取得された工具１６の長さＬに基づいて、第１座標値のＺ軸座標値Ｚｔを変更する。

【0034】

また、情報取得部３２は、拡大率取得部として、工具１６の工具番号（識別番号）に対応付けられた、工具１６の拡大率ｒ０を取得する。
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。

【0035】

方向・距離算出部３３は、工具１６の第１座標値（Ｘ軸座標値Ｘｔ、Ｙ軸座標値Ｙｔ、Ｚ軸座標値Ｚｔ）、及びカメラ３１の位置情報となる第２座標値（Ｘ軸座標値Ｘｃ、Ｙ軸座標値Ｙｃ、Ｚ軸座標値Ｚｃ）に基づいて、カメラ３１と工具１６の先端部とを結ぶ光軸ＯＡの方向及び光軸ＯＡ上における工具１６の先端部Ｔとカメラ３１との間の距離ｄを算出する。

【0036】

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、カメラ３１の基準点Ａ３を示す第２座標値（Ｘ軸座標
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。

【0037】

方向・距離算出部３３は、カメラ３１と工具１６の先端部Ｔとを結ぶ光軸ＯＡの方向を、下記の式（１）により方向ベクトルｍとして算出する。
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。

【0038】

姿勢制御部３４は、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。例えば、図５に示すように、工具１６の先端部ＴがＺ軸座標値Ｚｔ１にある場合、カメラ３１と工具１６の先端部Ｔとを結ぶ光軸ＯＡ１の方向は、式（１）において、Ｘ軸座標値Ｘｃ、Ｙ軸座標値Ｙｃ及びＺ軸座標値Ｚｃにそれぞれ固定値を代入すると共に、Ｚ軸座標値ＺｔにＺｔ１を代入することにより、方向ベクトルｍ１として算出される。

【0039】

姿勢制御部３４において、カメラ３１の姿勢を、光軸ＯＡ１方向と平行となるように制御することにより、カメラ３１で撮影される画像において、画面の中心と工具１６の先端部Ｔとを一致させることができる。姿勢制御部３４によるカメラ３１の姿勢及び後述する撮影倍率の制御は、例えば、１００ｍｓ間隔で行われる。これにより、カメラ３１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連続的に撮影できる。

【0040】

撮影倍率設定部３５は、カメラ３１による工具１６の撮影倍率ｒを、下記の式（３）により算出する。
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。

【0041】

撮影倍率設定部３５は、情報取得部３２により取得された、工具１６の拡大率ｒ０に基づいて撮影倍率ｒを補正する。撮影倍率ｒの補正は、工具１６の工具径、先端形状等に応じて実行される。そのため、工具１６の種類によっては、撮影倍率ｒが補正されないこともある。
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。

【0042】

図６Ａに示す工具１６１と図６Ｂに示す工具１６２は、長さＬが共に同じである。しかし、図６Ｂに示す工具１６２は、先端に円盤状の刃１６２ａが設けられている。そのため、工具１６２を工具１６１と同じ撮影倍率で撮影すると、図６Ｂに示すように、画面上において、工具１６２の画像が過大になる。そこで、撮影倍率設定部３５は、工具１６２について取得された拡大率ｒ０に基づいて撮影倍率ｒを補正する。工具の拡大率ｒ０は、例えば、下記の表１のように設定される。

【0043】

【表1】

【0044】

表１において、工具番号１は、図６Ａの工具１６１に対応する。工具番号２は、図６Ｂの工具１６２に対応する。表１に示す工具番号と拡大率とを対応付けたデータは、ＲＡＭ２０３（図２参照）に保存されている。撮影倍率設定部３５は、表１に示すデータを参照して、工具番号２の拡大率ｒ０として、０．４を取得する。なお、表１に示す工具番号と拡大率とを対応付けたデータは、一例であり、更に多くの工具について工具番号と拡大率とを対応付けたデータが保存されていてもよい。

【0045】

次に、撮影倍率設定部３５は、下記の式（４）により、補正した撮影倍率ｒを算出する。
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。

【0046】

次に、本実施形態の撮影装置３０におけるカメラ３１の姿勢及び撮影倍率の制御について説明する。
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。

【0047】

図７のステップＳ１０１において、情報取得部３２は、工具１６の位置情報となる第１座標値（Ｘ軸座標値Ｘｔ、Ｙ軸座標値Ｙｔ、Ｚ軸座標値Ｚｔ）を取得する。なお、カメラ３１の第２座標値（Ｘ軸座標値Ｘｃ、Ｙ軸座標値Ｙｃ、Ｚ軸座標値Ｚｃ）は、固定値として撮影装置３０の内部メモリ（不図示）に保存されているものとする。

【0048】

ステップＳ１０２において、方向・距離算出部３３は、工具１６が交換されている場合、その工具１６の工具番号に対応付けられた長さＬに基づいて、第１座標値のＺ軸座標値Ｚｔを変更する。工具番号に対応付けられた長さＬは、情報取得部３２により取得される。また、工具１６が交換されていない場合には、本ステップをスキップして、処理はステップＳ１０３へ移行する。

【0049】

ステップＳ１０３において、方向・距離算出部３３は、工具１６の第１座標値及びカメラ３１の第２座標値に基づいて、カメラ３１と工具１６の先端部とを結ぶ光軸ＯＡの方向及び光軸ＯＡ上における工具１６の先端部Ｔとカメラ３１との間の距離ｄを算出する。
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。

【0050】

ステップＳ１０５において、撮影倍率設定部３５は、カメラ３１による工具１６の撮影倍率ｒを算出する。また、撮影倍率設定部３５は、工具１６の拡大率ｒ０に基づいて撮影倍率ｒを補正する。工具１６の拡大率ｒ０は、情報取得部３２により取得される。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。ステップＳ１０５の処理が終了した後、本フローチャートの処理は、終了する。

【0051】

以上説明した本実施形態の撮影装置３０及び工作機械１によれば、例えば、以下のような効果を奏する。
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。

【0052】

本実施形態の撮影装置３０において、カメラ３１の姿勢及び撮影倍率ｒの制御は、工作機械１の加工プログラムとは別のプログラムにより実行される。これによれば、オペレータは、カメラ３１の姿勢及び撮影倍率ｒの制御を、加工プログラムのコマンドにより指示しなくてもよいため、オペレータによる作業の負担を軽減できる。また、本実施形態の撮影装置３０において、カメラ３１の姿勢及び撮影倍率ｒを制御するために、工作機械１の加工プログラムを変更する必要がないので、既存の工作機械にも容易に適用できる。

【0053】

本実施形態の撮影装置３０は、工具番号と対応付けられた長さＬに基づいて、工具１６の座標値（Ｚ軸座標値Ｚｔ）を変更する。そのため、撮影装置３０は、工具１６が交換されることにより、工具１６の長さＬが変化しても、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。

【0054】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内に含まれる。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。

【0055】

（変形形態）
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。

【0056】

実施形態では、撮影装置３０において、一台のカメラを備える例について説明したが、これに限定されない。工作機械本体１０の周囲に複数のカメラを配置し、対象物を撮影する方向に応じてカメラを切り替えるようにしてもよい。
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。

【符号の説明】

【0057】

１：工作機械、１０：工作機械本体、２０：数値制御装置、３０：撮影装置、３１：カメラ、３２：情報取得部（座標値取得部、長さ情報取得部、拡大率取得部）、３３：方向・距離算出部、３４：姿勢制御部、３５：撮影倍率設定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】