特開 2022-117544 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】P2022117544

(43)【公開日】2022-08-12

(54)【発明の名称】工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/24 20060101AFI20220804BHJP

   B23Q 17/09 20060101ALI20220804BHJP

【ＦＩ】

B23Q17/24 Z

B23Q17/09 Z

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021014081

(22)【出願日】2021-02-01

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-02-01

(71)【出願人】

【識別番号】000146847

【氏名又は名称】ＤＭＧ森精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002273

【氏名又は名称】特許業務法人インターブレイン

(72)【発明者】

【氏名】窪田 純一

【テーマコード（参考）】

3C029

【Ｆターム（参考）】

3C029EE20

(57)【要約】

【課題】工具の付着物を除去する。
【解決手段】工作機械は、所定の撮像領域に固定され、撮像領域に挿入された工具を撮像するカメラと、工具を装着可能な工具保持部と、加工プログラムにしたがって工具保持部を制御し、工具によりワークを加工する加工制御部を備える。加工制御部は、工具の撮像に際して、工具を回転させたあとに工具を撮像領域に移動させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の撮像領域が撮像可能に固定され、前記撮像領域に位置する工具を撮像するカメラと、
工具を装着可能な工具保持部と、
加工プログラムにしたがって前記工具保持部を制御し、前記工具によりワークを加工する加工制御部と、を備え、
前記加工制御部は、前記工具の撮像に際して、前記工具を回転させたあとに前記工具を前記撮像領域に移動させる、工作機械。

【請求項2】

前記加工制御部は、前記工具の撮像に際して、工具が撮像される際に工具が位置する撮像位置とは異なる、工具の所定の待機位置に前記工具保持部を移動させ、前記待機位置において前記工具を所定の回転速度以上の速度により回転させたあと、前記工具を前記撮像領域に移動させる、請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

前記工具の回転中においては前記撮像領域および前記待機位置の間のシャッタを閉鎖し、前記工具の回転終了後に前記シャッタを開放するカバー制御部、を更に備え、
前記加工制御部は、前記シャッタの開放後に、前記工具を前記撮像領域に移動させる、請求項２に記載の工作機械。

【請求項4】

前記カメラのレンズを覆う第１カバー、を更に備え、
前記カバー制御部は、前記工具の回転終了後に前記シャッタが開放された後、前記第１カバーを開口させる、請求項３に記載の工作機械。

【請求項5】

前記カメラと前記工具を相対移動させる際、撮像範囲において前記工具の先端が検出されたとき、前記工具の最初の部分画像を撮像し、前記工具の相対移動にともなって前記工具の複数の部分画像を撮像する、請求項１に記載の工作機械。

【請求項6】

前記加工制御部は、前記加工プログラムにおいて所定の測定コマンドを実行するときに前記工具を前記撮像領域に移動させ、
前記加工プログラムにおいて、前記工具の撮像前における前記工具の回転運動を明示的に指示するコマンドが含まれない場合であっても、前記加工制御部は前記測定コマンドを実行するときには前記工具を回転させた上で前記工具を前記撮像領域に移動させる、請求項１から５のいずれかに記載の工作機械。

【請求項7】

前記工具の撮像画像から前記工具の外形位置を示す複数のエッジ点を検出し、前記複数のエッジ点に基づいて前記工具の外形を示す工具形状データを形成する工具確認部、を更に備える、請求項１から６のいずれかに記載の工作機械。

【請求項8】

前記加工制御部は、前記工具を前記撮像領域に挿入したときに前記工具を回転させ、
前記工具確認部は、複数の回転角それぞれに対応して複数の撮像画像を取得し、前記複数の撮像画像それぞれからエッジ点を検出し、前記複数の回転角それぞれに対応して検出された複数のエッジ点に基づいて前記工具形状データを３次元の点群データとして形成する、請求項７に記載の工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械における工具の状態を確認する技術、に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械は、ワークを所望の形状に切削加工する装置や、金属粉末などを積層してワークを作る装置がある。切削加工する工作機械には、回転するワークに切削用の工具を当てることでワークを加工するターニングセンタと、回転する工具をワークに当てることでワークを加工するマシニングセンタ、これらの機能を複合的に備える複合加工機などがある。

【0003】

工具は主軸あるいは刃物台などの工具保持部に固定される。工作機械は、あらかじめ用意された加工プログラムにしたがって、工具を交換しつつ、工具保持部を動かしながらワークを加工する（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－２１８５５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

工具保持部に装着されている使用中の工具について、工具の状態を確認したい場合もある。たとえば、工具がテールストック等の機材に強く接触したときには、工具に破損が生じていないか確認する必要がある。

【0006】

一つの方法として、加工室内に撮像領域を設け、撮像領域に工具を差し込んでカメラで工具を撮像し、工具の状態を撮像画像に基づいて確認する方法が考えられる。

【0007】

この場合、使用中の工具をそのまま撮像領域に挿入することは望ましくない。使用直後の工具にはワークの切り屑やクーラントなどが付着しているため、撮像領域が工具の付着物で汚れてしまう可能性がある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のある態様における工作機械は、所定の撮像領域が撮像可能に固定され、撮像領域に位置する工具を撮像するカメラと、工具を装着可能な工具保持部と、加工プログラムにしたがって工具保持部を制御し、工具によりワークを加工する加工制御部と、を備える。
加工制御部は、工具の撮像に際して、工具を回転させたあとに工具を撮像領域に移動させる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、工具の状態を適切に確認しやすくなる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】工作機械の外観図である。

【図2】工具認識領域の周辺斜視図である。

【図3】工具認識領域における工具、カメラおよび照明装置の位置関係を示す模式図である。

【図4】工具認識領域における各機構の側断面図である。

【図5】工作機械および画像処理装置のハードウェア構成図である。

【図6】画像処理装置の機能ブロック図である。

【図7】工具と撮像領域の位置関係を示す模式図である。

【図8】工具と部分画像の関係を示す模式図である。

【図9】工具の外形を画像認識するときの部分画像を示す。

【図10】エッジ点画像を示す図である。

【図11】工具の工具形状データを示す図である。

【図12】清掃回転をした上で工具検査を実行するときの処理過程を示すフローチャートである。

【図13】図１２のＳ２０における測定処理の処理過程を示すフローチャートである。

【図14】空気噴射をした上で工具検査を実行するときの処理過程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】

【0011】

図１は、工作機械１００の外観図である。
本実施形態における工作機械１００は、加工領域２００内に配置されるワークを加工する複合加工機である。ワークは保持部１０４に固定され、別の保持部である主軸に取り付けられる工具１０２により切削される。ワークを保持する保持部１０４は駆動機構により回転駆動される。

【0012】

工具認識領域２１０には撮像領域（後述）が設定される。工具１０２が工具認識領域２１０内に挿入されたとき、下方の照明装置１０８は工具１０２を照明し、上方のカメラ１０６は工具１０２を撮像する。このときの撮像画像に基づいて後述の工具検査が実行される。工具認識領域２１０の構成については次の図２，図３，図４に関連して後述する。

【0013】

工作機械１００は、外部を遮断するカバー２０２を備える。カバー２０２は、ドア２０４を備える。作業者は、ドア２０４を開口して、加工領域２００へのワークの取り付けおよび加工領域２００からのワークの取り出しを行う。操作盤２０６は、作業者から、工作機械１００に対する各種操作を受け付ける。

【0014】

操作盤２０６は、画像処理装置１１０と接続される。作業者は、画像処理装置１１０により工作機械１００の作業状況を遠隔監視できる。本実施形態においては、工作機械１００本体と画像処理装置１１０は有線ケーブルを介して接続される。画像処理装置１１０は、工作機械１００の内部、たとえば、操作盤２０６の内部装置として形成されてもよい。

【0015】

工具格納部１３０は、複数の工具１０２を格納する。工具格納部１３０に格納される複数の工具１０２から工具交換部（後述）により工具１０２を取得し、これを主軸に装着する。なお、図１に示すように、水平方向にＸ軸とＹ軸、垂直方向にＺ軸を設定するものとする。Ｙ軸方向は、主軸およびワークの軸方向に対応する。

【0016】

図２は、工具認識領域２１０の周辺斜視図である。
加工領域２００の一部に、工具認識領域２１０が形成される。具体的には、ワークを固定する保持部１０４の上方に工具認識領域２１０（空間）が形成される。工具認識領域２１０は、カメラ１０６および照明装置１０８を含む（図３，図４に関連して後述）。

【0017】

外部カバー３００は、工具認識領域２１０を閉鎖する可動式の仕切板（シャッター）である。ワークの加工時においては、工具認識領域２１０は外部カバー３００により閉鎖される。加工中の加工領域２００においては、ワークと工具１０２との摩擦熱を除去するための冷却液であるクーラントが噴射される。また、加工領域２００内ではワークの切り屑も飛散する。このため、外部カバー３００により工具認識領域２１０を閉鎖することで、クーラント等が工具認識領域２１０内に入り込むのを防止する。

【0018】

測定コマンド等により工具検査を指示されたとき、工作機械１００はワークの加工を中止する。このとき、工作機械１００は、クーラントの噴射も中止させる。次に、主軸は、工具認識領域２１０の手前の所定位置（以下、「待機位置」とよぶ）に工具１０２を移動させ、待機位置にて工具１０２を高速回転させる。工具１０２を高速回転させることにより、工具１０２に付着しているクーラントおよび切り屑（以下、まとめて「付着物」とよぶ）を振り落とす。以下、待機位置において付着物を除去するために工具１０２を高速回転させることを「清掃回転」とよぶ。

【0019】

清掃回転の速度および回数は任意に設定可能である。作業者または工作機械１００の設計者は、工具１０２の付着物を落とす上で充分な速度および回数として適切な数値を実験により求めてもよい。清掃回転の回転速度は、後述の工具検査時における工具１０２の回転速度よりも大きいことが望ましい。清掃回転の回転速度は、少なくとも、１分間に１回転以上（１ｒｐｍ以上）、５００～２０００ｒｐｍの範囲内であることが望ましい。

【0020】

工具検査時における工具１０２の１回転分の撮影時間は、１秒より長い。そのため、工具の１回転分の画像を撮影する場合は、工具１０２の回転数は６０ｒｐｍ未満に設定される。工具１０２を所定の回転速度以上の速度により清掃回転させる場合の「所定の回転速度」の一例としては、工具１０２の１回転分の撮影時間に相当する工具１０２の回転速度よりも大きな回転速度である。この場合は、少なくとも清掃回転の回転速度は６０ｒｐｍ以上であればよい。工具１０２を回転させずに工具１０２の長手方向の画像を撮影する場合であっても、少なくとも清掃回転の回転速度が６０ｒｐｍ以上で工具１０２を回転させて工具１０２に付着したクーラントなどを除去すると一定の効果がある。なお、本実施形態においては、清掃回転の回転速度は１０００ｒｐｍであるとする。

【0021】

清掃回転後に外部カバー３００が開口し、工具を工具認識領域２１０に進入させる。工具認識領域２１０に挿入された工具１０２をカメラ１０６で撮像することにより、工具形状を確認する。工具１０２を工具認識領域２１０に差し込んで工具１０２の形状を検査することを「工具検査」とよぶ。工具検査の詳細は後述する。

【0022】

なお、加工領域２００は工具認識領域２１０を経由して工具格納部１３０につながっている。したがって、工具交換を行うときには、主軸を工具認識領域２１０の奥深くに差し込む。工具検査だけでなく、工具交換のときにも工具は工具認識領域２１０を通過するので、通過前に同様にして清掃回転を実行する。

【0023】

保持部１０４の横にはエアノズル３０２が設置される。エアノズル３０２は、空気を噴射させる。主軸をエアノズル３０２の付近に移動させ、エアノズル３０２から空気を噴射させることで工具１０２の付着物を排除することもできる。以下、付着物を除去するためにエアノズル３０２から工具１０２に空気を噴射することを「清掃噴射」とよぶ。本実施形態においては清掃回転を中心として説明するが、図１４に関連して清掃噴射についても言及する。

【0024】

図３は、工具認識領域２１０における工具１０２、カメラ１０６および照明装置１０８の位置関係を示す模式図である。
工具１０２は、ワークの加工に利用される刃部１１２と、主軸１１６のホルダ１１８に固定される部位であるシャンク部１１４を含む。主軸１１６は、工具１０２を保持しつつ、回転および移動可能に構成される。また、保持部でもある主軸１１６は、保持している工具を回転させることもできる。

【0025】

カメラ１０６は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）などのイメージセンサ（撮像素子）を備える。カメラ１０６は、主軸１１６に取り付けられた工具１０２を上（Ｚ軸方向）から撮像する。カメラ１０６は工具認識領域２１０に固定される。主軸１１６がＹ軸を軸心として工具１０２を回転させることにより、複数方向から工具１０２を撮像できる。また、主軸１１６が工具１０２を水平方向（ＸＹ方向）に動かすことにより、工具１０２の複数箇所を撮像できる。

【0026】

カメラ１０６に対向するように、下部には照明装置１０８が固定される。照明装置１０８は工具１０２を下から照明する。照明装置１０８による透過照明により、カメラ１０６は、工具１０２の輪郭位置を把握しやすい、コントラストの高い撮像画像を取得できる。

【0027】

ユーザは、工具１０２を新規登録するときには、操作盤２０６において工具登録モードに設定し、主軸１１６に新規の工具１０２を取り付ける。次に、任意の工具ＩＤを入力する。主軸１１６は工具１０２を移動・回転させ、固定されたカメラ１０６は工具１０２をさまざまな位置および方向から自動的に撮像する。カメラ１０６により得られた多数の撮像画像から、工具形状が認識され、工具ＩＤと工具形状が対応づけて登録される。このような制御方法により、工具１０２ごとに、工具形状を自動的に工具ＩＤに対応づけて登録できる。以下、新規登録時において認識される工具１０２の形状を「登録形状」とよぶ。工具形状データは、二次元データあるいは三次元データとして形成される。

【0028】

また、加工中あるいは加工後の工具１０２について工具検査を実行するときにも、主軸１１６は工具１０２を工具認識領域２１０に進入させる。新規登録時と同様、主軸１１６は工具１０２を移動・回転させ、カメラ１０６は工具１０２をさまざまな位置および方向から自動的に撮像する。カメラ１０６により得られた多数の撮像画像から、工具形状が認識される。以下、検査時において認識される工具１０２の形状を「検査形状」とよぶ。作業者は、登録形状（初期状態）と検査形状を比較することにより、工具１０２の摩耗度、欠損の有無を判定する。

【0029】

本実施形態におけるカメラ１０６は約１００万画素（１２２４×１０２４）の解像度を有する。撮像範囲は３００ミリメートル×３００ミリメートル程度である。また、カメラ１０６は１秒間に最大８０枚の撮像画像を取得可能である。

【0030】

図４は、工具認識領域２１０における各機構の側断面図である。
工具１０２は、カメラ１０６と照明装置１０８の中間に挿入される。カメラ１０６の側部には上方から工具１０２を照らすための照明装置３０８も設置される。カメラ１０６の横にはカメラ１０６の受光面を覆うための第１カバー３０４が設置される。照明装置１０８の横には照明装置１０８の発光面を覆うための第２カバー３０６が設置される。以下、第１カバー３０４および第２カバー３０６をまとめていうときには「内部カバー」とよぶ。

【0031】

第１カバー３０４および第２カバー３０６は、Ｙ軸を回転軸として回転駆動される。第１カバー３０４および第２カバー３０６を回転駆動させることにより、カメラ１０６および照明装置１０８の開口および閉鎖が可能となる。

【0032】

図５は、工作機械１００および画像処理装置１１０のハードウェア構成図である。
工作機械１００は、操作制御装置１２０、加工制御部１２２、加工装置１２４、工具交換部１２６および工具格納部１３０を含む。数値制御装置として機能する加工制御部１２２は、加工プログラムにしたがって加工装置１２４に制御信号を送信する。加工装置１２４は、加工制御部１２２からの指示にしたがって主軸１１６を動かしてワークを加工する。

【0033】

操作制御装置１２０は、操作盤２０６を含み、加工制御部１２２を制御する。工具格納部１３０は工具を格納する。工具交換部１２６は、いわゆるＡＴＣ（Automatic Tool Changer）に対応する。工具交換部１２６は、加工制御部１２２からの交換指示にしたがって、工具格納部１３０から工具を取り出し、主軸１１６にある工具と取り出した工具を交換する。

【0034】

操作制御装置１２０は、カバー制御部３２０を含む。カバー制御部３２０は、外部カバー３００および内部カバー（第１カバー３０４および第２カバー３０６）を開閉させる。

【0035】

画像処理装置１１０は、主として、工具形状認識等の画像処理を行う。上述したように、画像処理装置１１０は操作制御装置１２０の一部として構成されてもよい。画像処理装置１１０は、一般的なラップトップＰＣ（Personal Computer）あるいはタブレット・コンピュータであってもよい。

【0036】

図６は、画像処理装置１１０の機能ブロック図である。
画像処理装置１１０の各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および各種補助プロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、それらの上位層に位置する各種アプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。

【0037】

なお、操作制御装置１２０および加工制御部１２２も、プロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され演算器に処理命令を供給するソフトウェアやプログラムを画像処理装置１１０とは別個のオペレーティングシステム上で実現される形態でもよい。

【0038】

画像処理装置１１０は、ユーザインタフェース処理部１４０、データ処理部１４２およびデータ格納部１４４を含む。
ユーザインタフェース処理部１４０は、ユーザからの操作を受け付けるほか、画像表示や音声出力など、ユーザインタフェースに関する処理を担当する。データ処理部１４２は、ユーザインタフェース処理部１４０により取得されたデータおよびデータ格納部１４４に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部１４２は、ユーザインタフェース処理部１４０およびデータ格納部１４４のインタフェースとしても機能する。データ格納部１４４は、各種プログラムと設定データを格納する。

【0039】

ユーザインタフェース処理部１４０は、入力部１４６および出力部１４８を含む。
入力部１４６は、タッチパネルあるいはハンドル等のハードデバイスを介してユーザからの入力を受け付ける。出力部１４８は、画像表示あるいは音声出力を介して、ユーザに各種情報を提供する。

【0040】

データ処理部１４２は、工具確認部１５２を含む。工具確認部１５２は、工具検査を実行する。工具確認部１５２は、撮像画像に基づいて工具１０２の三次元形状を示すデータ（工具形状データ）を生成する。

【0041】

図７は、工具１０２と撮像領域１７０の位置関係を示す模式図である。
撮像領域１７０は、カメラ１０６の受光面直下に位置する。カメラ１０６は撮像領域１７０の範囲内にある物体を撮像する。加工制御部１２２は、主軸１１６を動かすことで工具１０２を撮像領域１７０に挿入する。撮像領域１７０は工具１０２に比べると小さいため、一度に工具１０２全体を撮像することはできない。

【0042】

撮像領域１７０を大きくするためにカメラ１０６のレンズを大きくした場合、カメラ１０６のコストアップにつながる。また、工具認識領域２１０に大きなカメラ１０６を設置した場合、加工領域２００のスペースが圧迫されるため好ましくない。このため、本実施形態においては、比較的小さなカメラ１０６により、工具１０２を複数回に分けて撮像し、複数の撮像画像に基づいて工具１０２全体の形状を認識する方式を採用している。
以下、カメラ１０６により工具１０２の一部を撮像した撮像画像のことを「部分画像」とよぶ。

【0043】

図８は、工具１０２と部分画像の関係を示す模式図である。
工具登録時において、加工制御部１２２は、工具１０２（主軸１１６）をＹ軸負方向に一定速度にて移動させる。工具確認部１５２は撮像領域１７０を常時監視する。撮像領域１７０におけるライブビュー画像はカメラ１０６から画像処理装置１１０に伝送される。工具確認部１５２は撮像領域１７０（ライブビュー画像）において刃部１１２の先端が検出されたとき、カメラ１０６に撮像画像（部分画像）の取得を指示する。カメラ１０６は、指示を受けたとき１枚目の部分画像を取得してメモリに固定する。図８においては、最初に部分画像Ｐ１が取得される。

【0044】

次に、加工制御部１２２は工具１０２（主軸１１６）をＹ軸負方向に更に動かす。このとき、工具１０２の輪郭が撮像領域１７０から外れないように、加工制御部１２２は主軸１１６をＸ軸負方向にも少し動かす。工具確認部１５２は、操作制御装置１２０に対して工具１０２の移動方向および移動量を指示する。移動後、工具確認部１５２はカメラ１０６に部分画像の取得を指示し、カメラ１０６は２枚目の部分画像Ｐ２をメモリに保存する。このように、加工制御部１２２は主軸１１６を左右（Ｘ方向）に適度に移動させつつ、主軸１１６をＹ軸負方向に少しずつ移動させる。

【0045】

工具確認部１５２は主軸１１６の移動に合わせてカメラ１０６に撮像（部分画像の取得）を指示し、部分画像Ｐ１～Ｐ８が取得される。複数の部分画像Ｐ１～Ｐ８に基づいて、工具確認部１５２は工具１０２の輪郭、すなわち、工具１０２の工具形状データ（登録形状と検査形状）を生成する。

【0046】

図９は、工具１０２の外形を画像認識するときの部分画像２９０を示す。図１０は、エッジ点画像１９０を示す図である。
部分画像２９０には、照明装置１０８により下方から映し出された工具１０２のシルエットが表示される。工具確認部１５２は、Ｘ軸正方向に走査線１８０ａを設定し、暗領域１８２（工具１０２が存在するシルエット領域）から明領域１８４（工具１０２が存在しない領域）の境界に位置する点をエッジ点１９２として検出する。工具確認部１５２は、走査線１８０ａを一定のピッチにてずらしながら、複数のエッジ点１９２を検出する。

【0047】

同様にして、工具確認部１５２は、Ｙ軸負方向に走査線１８０ｂを設定し、暗領域１８２から明領域１８４の境界に位置するエッジ点１９２を検出する。工具確認部１５２は、走査線１８０ｂを一定のピッチにてずらしながら複数のエッジ点１９２を検出する。

【0048】

更に、工具確認部１５２は、Ｙ軸正方向に走査線１８０ｃを設定し、暗領域１８２から明領域１８４の境界に位置するエッジ点１９２を検出する。工具確認部１５２は、走査線１８０ｃを一定のピッチにてずらしながら複数のエッジ点１９２を検出する。

【0049】

このように、３方向から走査線１８０ａ、走査線１８０ｂ、走査線１８０ｃを設定することにより複数のエッジ点１９２を検出し、図１０に示すエッジ点画像１９０を取得する。エッジ点画像１９０に含まれる複数のエッジ点１９２により、工具１０２の輪郭を示す点列データが得られる。本実施形態においては、部分画像１枚あたりの画像認識に要する処理時間は２００～２５０ミリ秒程度である。

【0050】

図１１は、工具１０２の工具形状データを示す図である。
以下、主軸１１６の回転角のことを「主軸回転角」とよぶ。本実施形態においては、工具認識領域２１０において、工具１０２を１２度ずつ回転させることにより、合計３０種類の角度（＝３６０÷１２）について工具１０２の撮像を行う。

【0051】

加工制御部１２２は、工具１０２のＹ軸中心とした主軸回転角を設定し、そのあと、工具１０２をＹ軸負方向に移動させつつ、エッジ角度に基づいて工具１０２をＸ軸方向にも移動させる。工具確認部１５２は撮像領域１７０において部分画像２９０を取得し、部分画像２９０からエッジ点１９２を検出することにより、工具１０２の外形が特定される。１つの主軸回転角につき複数枚の部分画像が取得される。次に、工具確認部１５２は工具１０２を１２度回転させ、次の主軸回転角について同様の処理を行う。

【0052】

１つの主軸回転角あたり１０枚の部分画像２９０を取得するとすれば、３０種類の主軸回転角設定により合計３００枚の部分画像２９０を取得できる。これらの部分画像２９０からはエッジ点画像１９０に示した点列データが得られる。工具確認部１５２は各部分画像２９０の点列データを総合することにより、図１１に示す工具形状データ、すなわち、工具１０２の立体形状を示す点列データを生成する。以下、工具１０２の部分画像から、図１１に示す工具形状データを生成する処理のことを「形状認識処理」とよぶ。

【0053】

図１２は、清掃回転をした上で工具検査を実行するときの処理過程を示すフローチャートである。
加工プログラムにおいて、所定の測定コマンドＭＸが検出されたとき、図１２に示す処理が開始される。なお、干渉が発生したとき、作業者が操作盤２０６または画像処理装置１１０から測定指示を入力したときにも工具検査は実行される。

【0054】

測定コマンドＭＸを検出したとき、加工制御部１２２は主軸１１６を停止させ、ワークの加工を中断する（Ｓ１０）。次に、加工制御部１２２は主軸１１６を工具認識領域２１０の手前の待機位置に移動させる（Ｓ１２）。このとき、カバー制御部３２０は外部カバー３００を閉鎖している。主軸１１６を待機位置に一時停止させ、加工制御部１２２は清掃回転を実行する（Ｓ１４）。清掃回転により、工具１０２から付着物を除去する。清掃回転の終了後、加工制御部１２２は操作制御装置１２０に清掃終了を通知し、測定処理が開始される（Ｓ２０）。測定処理の詳細は、次の、図１３に関連して後述する。

【0055】

図１３は、図１２のＳ２０における測定処理の処理過程を示すフローチャートである。
清掃回転の終了後、カバー制御部３２０は外部カバー３００を開口させる（Ｓ２２）。付着物あるいは加工室を浮遊するミストが工具認識領域２１０に入り込むのを防ぐため、カバー制御部３２０は外部カバー３００の開口をできるだけ遅くすることが望ましい。より好ましくは、工具１０２が工具認識領域２１０の外部カバー３００に接触する寸前に、カバー制御部３２０は外部カバー３００を開口する。外部カバー３００が開口することにより、主軸１１６（工具１０２）は工具認識領域２１０に進入可能となる。続いて、カバー制御部３２０は内部カバー（第１カバー３０４および第２カバー３０６）を開口する（Ｓ２４）。内部カバーを開口することにより、工具認識領域２１０において工具１０２を撮像可能となる。

【0056】

外部カバーおよび内部カバーの開口が完了したとき、カバー制御部３２０はカバー開口完了を加工制御部１２２に通知する。加工制御部１２２は主軸１１６を移動させ工具１０２を工具認識領域２１０に挿入する（Ｓ２６）。

【0057】

加工制御部１２２は、主軸回転角を設定する（Ｓ２８）。主軸回転角の設定後、加工制御部１２２は主軸１１６をＸＹ方向に動かし、工具確認部１５２は複数の部分画像を取得することにより工具１０２の形状認識を行う（Ｓ３０）。形状認識処理では、設定された主軸回転角において、工具１０２の輪郭が点列データとして特定される。未設定の主軸回転角が残っているときには（Ｓ３２のＮ）、処理はＳ２８に戻り次の回転角（例：１２度）が設定される。全３０種類の主軸回転角について形状認識処理を実行したときには（Ｓ３２のＹ）、工具確認部１５２は複数の主軸回転角について得られた点列データから工具１０２の立体形状を示す工具形状データ（検査形状）を生成する（Ｓ３４）。

【0058】

画像処理装置１１０は、検査形状と登録形状を画面表示させ、作業者は工具交換の要否を判断する（Ｓ３６）。なお、工具交換の要否は、作業者の目視判断ではなく、画像処理装置１１０が画像認識により自動的に判断してもよい。この場合、画像処理装置１１０は、工具判定部（不図示）を備える。具体的には、工具判定部は、登録形状と検査形状の類似度、特に、輪郭の類似度が所定値以下となっているとき、工具１０２に欠損が発生している、いいかえれば、工具１０２は不良工具になっていると判定する。たとえば、登録形状から検出される刃長Ａと検査形状から検出される刃長Ｂの比率（Ｂ／Ａ）が所定値以下となっているとき、工具判定部は工具１０２に欠損が生じていると判定してもよい。

【0059】

工具１０２が不良工具であれば（Ｓ３６のＮ）、画像処理装置１１０は加工制御部１２２を介して工具交換部１２６に工具交換を指示する（Ｓ３８）。工具１０２が正常であれば（Ｓ３６のＹ）、工具交換をすることなく工具１０２を継続使用する。加工制御部１２２は、工具１０２を工具認識領域２１０から退避させる（Ｓ４０）。退避完了後、加工制御部１２２は操作制御装置１２０に退避完了を通知する。操作制御装置１２０のカバー制御部３２０は、まず、内部カバーを閉鎖する（Ｓ４２）。続いて、カバー制御部３２０は外部カバー３００を閉鎖する（Ｓ４４）。

【0060】

別の方法として、清掃噴射により工具１０２から付着物を除去してもよい。清掃噴射により工具１０２から付着物を除去する場合について図１４に関連して説明する。

【0061】

図１４は、空気噴射をした上で工具検査を実行するときの処理過程を示すフローチャートである。
測定コマンドＭＸを検出したとき、加工制御部１２２は主軸１１６を停止させ、ワークの加工を中断する（Ｓ５０）。次に、加工制御部１２２は主軸１１６をエアノズル３０２の手前に移動させる（Ｓ５２）。主軸１１６を一時停止させ、エアノズル３０２は工具１０２に対して空気を噴射する（Ｓ５４）。空気を噴射することにより、工具１０２から付着物を吹き飛ばす。清掃噴射後、加工制御部１２２は主軸１１６を工具認識領域２１０の手前に移動させる（Ｓ５６）。加工制御部１２２は操作制御装置１２０に清掃終了を通知し、測定処理が開始される（Ｓ２０）。測定処理の詳細は、図１３に関連して説明した方法と同様である。

【0062】

清掃噴射方式の場合、主軸１１６を２回移動させる必要がある（Ｓ５２とＳ５６）。このため、清掃回転方式の方が清掃噴射方式よりも工具検査の時間を短縮できる。工具１０２の付着物が清掃回転では充分に除去できないときには清掃噴射を併用するとしてもよい。

【0063】

上述したように、清掃噴射方式の場合、主軸１１６をエアノズル３０２付近まで移動させる必要があるため、主軸１１６の移動距離が清掃回転方式よりも長くなってしまう。また、清掃回転方式の場合には、主軸１１６を実質的にＹ軸方向だけに移動させるだけで、工具１０２を工具認識領域２１０に進入させることができる。

【0064】

清掃噴射方式の場合、測定コマンドＭＸを実行するときには、
（１）エアノズル３０２の位置に主軸１１６を移動させる。
（２）エアノズル３０２をオンすることで、空気を噴射させる。
（３）工具認識領域２１０の手前まで主軸１１６を移動させる（復帰）。
（４）測定処理（Ｓ２０）を実行する。
という少なくとも４工程が必要となる。これに対して、清掃回転方式の場合には、清掃回転（Ｓ１４）が必要となるが、上述の処理（１）～（３）は不要となる。また、清掃回転方式の場合には、測定コマンドＭＸの一部として清掃回転（Ｓ１４）を自動実行してもよい。

【0065】

［総括］
以上、実施形態に基づいて工作機械１００について説明した。
工具１０２は、加工中に徐々に摩耗する。また、機材との干渉により、工具１０２は加工中に欠損を生じる可能性もある。このため、適宜、工具検査を実行し、不適切な工具１０２は使用禁止にする必要がある。

【0066】

工具検査のときには、工具認識領域２１０が汚れないように、あらかじめ工具１０２の付着物を除去しておく必要がある。本実施形態においては、工具検査の前に清掃回転を実行することにより工具１０２の付着物を簡易な方法にて除去できる。

【0067】

本実施形態においては、測定コマンドＭＸを実行するとき、工具検査の前に清掃回転を自動実行するようにあらかじめ加工制御部１２２に設定されている。したがって、加工プログラムにおいて清掃回転を指示するための専用コマンド、あるいは、主軸１１６を待機位置に移動させるための専用コマンドを記載する必要がない。このため、プログラミングのミスにより汚れた工具１０２がそのまま工具認識領域２１０に挿入されるのを防ぐことができる。

【0068】

また、清掃回転方式は、清掃噴射方式に比べると主軸１１６の移動量が少ないため、工具検査に要する時間を短縮できる。更に、外部カバー３００および内部カバー（第１カバー３０４および第２カバー３０６）により、工具認識領域２１０、カメラ１０６および照明装置１０８を防護することにより、工具認識領域２１０、特に、カメラ１０６と照明装置１０８が付着物により汚れるのを効果的に防ぎやすくなる。

【0069】

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

【0070】

［変形例］
本実施形態においては、工具検査の前に、主軸１１６を回転させることで工具１０２の付着物を除去するとして説明した。変形例として、工具検査の前に主軸１１６を振動させることで工具１０２の付着物を除去するとしてもよい。

【0071】

本実施形態においては、比較的小さな撮像領域１７０に工具１０２を位置合わせし、工具１０２を複数回撮像することで工具１０２全体の撮像画像を取得するとして説明した。変形例として、工具検査に際し、より撮像領域１７０の広い広角のカメラ１０６により、工具１０２全体をまとめて撮像するとしてもよい。

【0072】

清掃回転は、工具１０２によりワークの加工を制御する加工プログラムとは別に、撮像プログラムにより実行されてもよい。あるいは、加工プログラムは、ワークの切削を指示する切削プログラム（切削制御アルゴリズム）と撮像プログラム（撮像制御アルゴリズム）の双方を含んでもよい。撮像プログラム部分の実行時に清掃回転を実行してもよい。加工プログラムとは別に、撮像処理を実行してもよい。ここでいう撮像処理は、たとえば、画像処理装置１１０あるいは操作盤２０６の操作画面に表示される撮像ボタン（不図示）が選択されたときに実行される処理である。この撮像処理に際して、加工制御部１２２は清掃回転を実行するとしてもよい。

【符号の説明】

【0073】

１００ 工作機械、１０２ 工具、１０４ 保持部、１０６ カメラ、１０８ 照明装置、１１０ 画像処理装置、１１２ 刃部、１１４ シャンク部、１１６ 主軸、１１８ ホルダ、１２０ 操作制御装置、１２２ 加工制御部、１２４ 加工装置、１２６ 工具交換部、１３０ 工具格納部、１４０ ユーザインタフェース処理部、１４２ データ処理部、１４４ データ格納部、１４６ 入力部、１４８ 出力部、１５２ 工具確認部、１７０ 撮像領域、１８０ａ 走査線、１８０ｂ 走査線、１８０ｃ 走査線、１８２ 暗領域、１８４ 明領域、１９０ エッジ点画像、１９２ エッジ点、２００ 加工領域、２０２ カバー、２０４ ドア、２０６ 操作盤、２１０ 工具認識領域、２９０ 部分画像、３００ 外部カバー、３０２ エアノズル、３０４ 第１カバー、３０６ 第２カバー、３０８ 照明装置、３２０ カバー制御部

【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】

【手続補正書】

【提出日】2021-08-25

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の撮像領域が撮像可能に固定され、前記撮像領域に位置する工具を撮像するカメラと、
工具を装着可能な工具保持部と、
加工プログラムにしたがって前記工具保持部を制御し、前記工具によりワークを加工する加工制御部と、を備え、
前記加工制御部は、前記工具の撮像に際して、前記工具を回転させたあとに前記工具を前記撮像領域に移動させ、かつ、
前記カメラと前記工具を相対移動させる際、撮像範囲において前記工具の先端が検出されたとき、前記工具の最初の部分画像を撮像し、前記工具の相対移動にともなって前記工具の複数の部分画像を撮像する、工作機械。

【請求項2】

所定の撮像領域が撮像可能に固定され、前記撮像領域に位置する工具を撮像するカメラと、
工具を装着可能な工具保持部と、
加工プログラムにしたがって前記工具保持部を制御し、前記工具によりワークを加工する加工制御部と、
前記カメラのレンズを覆う第１カバーと、を備え、
前記加工制御部は、前記工具の撮像に際して、工具が撮像される際に工具が位置する撮像位置とは異なる、工具の所定の待機位置に前記工具保持部を移動させ、前記待機位置において前記工具を所定の回転速度以上の速度により回転させたあと、前記工具を前記撮像領域に移動させ、更に、
前記工具の回転中においては前記撮像領域および前記待機位置の間のシャッタを閉鎖し、前記工具の回転終了後に前記シャッタを開放するカバー制御部を備え、
前記カバー制御部は、前記工具の回転終了後に前記シャッタが開放された後、前記第１カバーを開口させ、前記シャッタの開放後に、前記工具を前記撮像領域に移動させる、工作機械。

【請求項3】

所定の撮像領域が撮像可能に固定され、前記撮像領域に位置する工具を撮像するカメラと、
工具を装着可能な工具保持部と、
加工プログラムにしたがって前記工具保持部を制御し、前記工具によりワークを加工する加工制御部と、
前記工具の撮像画像から前記工具の外形位置を示す複数のエッジ点を検出し、前記複数のエッジ点に基づいて前記工具の外形を示す工具形状データを形成する工具確認部と、を備え、
前記加工制御部は、前記工具の撮像に際して、前記工具を回転させたあとに前記工具を前記撮像領域に移動させるとともに、前記工具を前記撮像領域に挿入したときに前記工具を回転させ、
前記工具確認部は、複数の回転角それぞれに対応して複数の撮像画像を取得し、前記複数の撮像画像それぞれからエッジ点を検出し、前記複数の回転角それぞれに対応して検出された複数のエッジ点に基づいて前記工具形状データを３次元の点群データとして形成する、工作機械。

【請求項4】

前記加工制御部は、前記工具の撮像に際して、工具が撮像される際に工具が位置する撮像位置とは異なる、工具の所定の待機位置に前記工具保持部を移動させ、前記待機位置において前記工具を所定の回転速度以上の速度により回転させたあと、前記工具を前記撮像領域に移動させる、請求項１または３に記載の工作機械。

【請求項5】

前記工具の回転中においては前記撮像領域および前記待機位置の間のシャッタを閉鎖し、前記工具の回転終了後に前記シャッタを開放するカバー制御部、を更に備え、
前記加工制御部は、前記シャッタの開放後に、前記工具を前記撮像領域に移動させる、請求項１または３に記載の工作機械。

【請求項6】

前記加工制御部は、前記加工プログラムにおいて所定の測定コマンドを実行するときに前記工具を前記撮像領域に移動させ、
前記加工プログラムにおいて、前記工具の撮像前における前記工具の回転運動を明示的に指示するコマンドが含まれない場合であっても、前記加工制御部は前記測定コマンドを実行するときには前記工具を回転させた上で前記工具を前記撮像領域に移動させる、請求項１から３のいずれかに記載の工作機械。

【請求項7】

前記工具の撮像画像から前記工具の外形位置を示す複数のエッジ点を検出し、前記複数のエッジ点に基づいて前記工具の外形を示す工具形状データを形成する工具確認部、を更に備える、請求項１または２に記載の工作機械。