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(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】P2023004512
(43)【公開日】2023-01-17
(54)【発明の名称】撮像ユニットおよび工作機械
(51)【国際特許分類】
B23Q 17/09 20060101AFI20230110BHJP
B23Q 17/24 20060101ALI20230110BHJP
【ＦＩ】
B23Q17/09 C
B23Q17/24 Z
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021106228
(22)【出願日】2021-06-28
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2021-12-15
(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】弁理士法人インターブレイン
(72)【発明者】
【氏名】重兼 晃人
(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）】
3C029DD04
3C029DD20
3C029EE20
(57)【要約】
【課題】カメラが加工室に設置されてもクーラントによる汚染を抑制する。
【解決手段】ある態様の撮像ユニットは、所定の撮像領域にある工具を撮像するためのカメラと、カメラと対向配置される照明部と、カメラと照明部とが結合した結合状態とカメラと照明部とが離れた離間状態との間で、照明部およびカメラの少なくとも一方を移動させる案内をするガイド機構と、を備える。離間状態において、カメラと照明部との間に撮像領域がある。
【選択図】図２
【解決手段】ある態様の撮像ユニットは、所定の撮像領域にある工具を撮像するためのカメラと、カメラと対向配置される照明部と、カメラと照明部とが結合した結合状態とカメラと照明部とが離れた離間状態との間で、照明部およびカメラの少なくとも一方を移動させる案内をするガイド機構と、を備える。離間状態において、カメラと照明部との間に撮像領域がある。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
工作機械に設置される撮像ユニットであって、
所定の撮像領域にある工具を撮像するためのカメラと、
前記カメラと対向配置される照明部と、
前記カメラと前記照明部とが結合した結合状態と前記カメラと前記照明部とが離れた離間状態との間で、前記照明部および前記カメラの少なくとも一方を移動させる案内をするガイド機構と、
を備え、
前記離間状態において、前記カメラと前記照明部との間に前記撮像領域がある、撮像ユニット。
所定の撮像領域にある工具を撮像するためのカメラと、
前記カメラと対向配置される照明部と、
前記カメラと前記照明部とが結合した結合状態と前記カメラと前記照明部とが離れた離間状態との間で、前記照明部および前記カメラの少なくとも一方を移動させる案内をするガイド機構と、
を備え、
前記離間状態において、前記カメラと前記照明部との間に前記撮像領域がある、撮像ユニット。
【請求項2】
前記カメラおよび前記照明部が、結合の際に嵌合する嵌合構造を有し、
前記嵌合構造は、
前記カメラのレンズの前方において前記カメラのカバーにおける前記照明部との対向面に形成され、前記カメラの光軸を中心に同心状に形成された第１環状凹凸部と、
前記照明部のカバーにおける前記カメラとの対向面に形成され、前記照明部の光軸を中心に同心状に形成された第２環状凹凸部と、
を含み、
前記第１環状凹凸部と前記第２環状凹凸部とが互いに相補形状を有し、入れ子状態で嵌合する、請求項１に記載の撮像ユニット。
前記嵌合構造は、
前記カメラのレンズの前方において前記カメラのカバーにおける前記照明部との対向面に形成され、前記カメラの光軸を中心に同心状に形成された第１環状凹凸部と、
前記照明部のカバーにおける前記カメラとの対向面に形成され、前記照明部の光軸を中心に同心状に形成された第２環状凹凸部と、
を含み、
前記第１環状凹凸部と前記第２環状凹凸部とが互いに相補形状を有し、入れ子状態で嵌合する、請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項3】
前記カメラおよび前記照明部を支持するベース部材を備え、
前記照明部および前記カメラの少なくとも一方が、前記ベース部材にスライド可能に支持される、請求項１又２に記載の撮像ユニット。
前記照明部および前記カメラの少なくとも一方が、前記ベース部材にスライド可能に支持される、請求項１又２に記載の撮像ユニット。
【請求項4】
工具の形状を撮像する撮像ユニットを備える工作機械であって、
前記撮像ユニットは、
所定の撮像領域にある工具を撮像するためのカメラと、
前記カメラと対向配置される照明部と、
前記カメラと前記照明部とが結合した結合状態と前記カメラと前記照明部とが離れた離間状態との間で、前記照明部および前記カメラの少なくとも一方を移動させる案内をするガイド機構と、
を備え、
前記離間状態において、前記カメラと前記照明部との間に前記撮像領域がある、工作機械。
前記撮像ユニットは、
所定の撮像領域にある工具を撮像するためのカメラと、
前記カメラと対向配置される照明部と、
前記カメラと前記照明部とが結合した結合状態と前記カメラと前記照明部とが離れた離間状態との間で、前記照明部および前記カメラの少なくとも一方を移動させる案内をするガイド機構と、
を備え、
前記離間状態において、前記カメラと前記照明部との間に前記撮像領域がある、工作機械。
【請求項5】
上面にワークが固定されるテーブルを備え、
前記撮像ユニットが、前記テーブルの上面に固定される、請求項４に記載の工作機械。
前記撮像ユニットが、前記テーブルの上面に固定される、請求項４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、工作機械において工具形状を撮像する撮像ユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械には、回転するワークに対して工具を移動させるターニングセンタ、回転する工具をワークに対して移動させるマシニングセンタ、およびこれらの機能を複合的に備える複合加工機などがある。工具主軸あるいは刃物台などの工具保持部に工具は固定される。工作機械は、予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。
【0003】
このような工作機械では、工具に欠損や折損などの異常があった場合、あるいは工具の摩耗が許容量を超えた場合、その工具（以下「不良工具」ともいう）を使用することはできない。このため、工具の使用に際して刃形状をカメラにより撮像し、その撮像画像に基づいて不良工具であるか否かを検査する技術が提案されている（特許文献１）。
【0004】
工具検査は一般に、照明部により工具を照らしながら撮像した画像に基づいて行われる。カメラと照明部とが工具に対してちょうど反対側に配置されることで、カメラは、工具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。すなわち、工具とその背景とのコントラストの差から工具の輪郭を抽出し、工具形状データを生成する。このとき取得された工具形状に基づいて不良工具であるか否かを判定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１５－１３１３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
工作機械によっては、工具検査が加工室で行われるものがある。しかし、加工室内では、加工中における工具およびワークの除熱のためにクーラント（切削油）が噴射されるため、カメラのレンズがそのクーラントによって汚染されないようにしなければならない。また、クーラントの停止後も、霧状になったクーラント（「ミストクーラント」とよぶ）がしばらくは残留するため、ミストクーラントによる汚染も防ぐ必要がある。さらに、照明の汚染も防止できるのが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明のある態様は、工作機械に設置される撮像ユニットである。この撮像ユニットは、所定の撮像領域にある工具を撮像するためのカメラと、カメラと対向配置される照明部と、カメラと照明部とが結合した結合状態とカメラと照明部とが離れた離間状態との間で、照明部およびカメラの少なくとも一方を移動させる案内をするガイド機構と、を備える。離間状態において、カメラと照明部との間に撮像領域がある。
【0008】
本発明の別の態様は、工具の形状を撮像する撮像ユニットを備える工作機械である。撮像ユニットは、所定の撮像領域にある工具を撮像するためのカメラと、カメラと対向配置される照明部と、カメラと照明部とが結合した結合状態とカメラと照明部とが離れた離間状態との間で、照明部およびカメラの少なくとも一方を移動させる案内をするガイド機構と、を備える。離間状態において、カメラと照明部との間に撮像領域がある。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、カメラが加工室に設置されてもクーラントによる汚染を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施形態に係る工作機械の概略構成を表す斜視図である。
【図2】撮像ユニットの外観を表す図である。
【図3】撮像ユニットの矢視断面図である。
【図4】撮像ユニットの作動を表す図である。
【図5】カメラと照明部との結合状態を示す撮像ユニットの矢視断面図である。
【図7】工作機械のハードウェア構成図である。
【図8】画像処理装置の機能ブロック図である。
【図9】工具検査処理の処理過程を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、実施形態に係る工作機械の概略構成を表す斜視図である。なおここでは、工作機械１を正面からみて左右方向，前後方向，上下方向を、それぞれＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向とする。
図１は、実施形態に係る工作機械の概略構成を表す斜視図である。なおここでは、工作機械１を正面からみて左右方向，前後方向，上下方向を、それぞれＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向とする。
【0012】
工作機械１は、縦型のマシニングセンタであり、加工装置２を備える。加工装置２を覆うように図示しない筐体が設けられ、その筐体内に加工室４が形成される。その筐体の側面には操作盤が設けられている。加工装置２は、ベッド１０と、ベッド１０に立設されたコラム１２と、コラム１２に対して上下に移動自在に設けられた主軸頭１４と、ベッド１０上に前後左右に移動自在に設けられたテーブル１６を備える。主軸頭１４は、主軸１８を回転可能に支持する。
【0013】
コラム１２の前面にガイドレール２０が設けられ、主軸頭１４がＺ軸方向に移動可能に支持される。主軸頭１４の移動は、図示略の送り機構とそれを駆動するサーボモータにより実現される。この送り機構は、例えばボールねじを用いたねじ送り機構である。
【0014】
主軸頭１４は、Ｚ軸方向の軸線Ｌを有し、その軸線Ｌを中心に主軸１８を回転可能に支持する。主軸頭１４には、主軸１８を回転駆動するための図示略のスピンドルモータが設けられている。主軸１８は、工具ホルダ２２に保持された工具Ｔを同軸状に取り付け可能である。主軸１８は、主軸頭１４が駆動されることによりＺ軸方向に移動自在である。
【0015】
一方、ベッド１０の上面にガイドレール２４が設けられ、サドル２６がＹ軸方向に移動可能に支持される。サドル２６の上面にガイドレール２８が設けられ、テーブル１６がＸ軸方向に移動可能に支持される。サドル２６およびテーブル１６の移動は、それぞれ図示略の送り機構とそれを駆動するサーボモータにより実現される。この送り機構は、例えばボールねじを用いたねじ送り機構である。
【0016】
テーブル１６には、図示略の治具を介してワークＷが固定される。ワークＷは、サドル２６およびテーブル１６が駆動されることによりＸ軸方向およびＹ軸方向に移動自在である。すなわち、以上の構成により、ワークＷと工具Ｔとの相対位置を三次元的に調整することができる。
【0017】
テーブル１６には、また、所定の治具を介して撮像ユニット３０が固定される。撮像ユニット３０は、工具検査を行うためのカメラ３２および照明部３４を含む。カメラ３２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。本実施形態におけるカメラ３２は約１７０万画素（１２２４×１０２４）の解像度を有する。また、カメラ３２は１秒間に最大８０枚の撮像画像を取得可能である。
【0018】
カメラ３２は、その光軸がテーブル１６の上面と平行となるように配置される。照明部３４は、カメラ３２と対向配置され、その光軸がカメラの光軸と一致するように配置される。照明部３４による透過照明により、カメラ３２は、工具Ｔ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。
【0019】
カメラ３２と照明部３４との間に検査領域Ｓが設けられる。工具検査の際には、主軸頭１４が移動され、工具Ｔの先端部が検査領域Ｓにセットされる。そして、刃先の欠損や折損などの異常の有無、つまり不良工具であるか否かが検査される（詳細後述）。
【0020】
【0021】
図２（Ａ）に示すように、撮像ユニット３０は、ベース部材３６にカメラ３２および照明部３４を組み付けて構成される。ベース部材３６は、テーブル１６の上面に固定されるベース３８と、ベース３８上に設けられたガイド部４０を含む。ベース３８は、撮像ユニット３０をテーブル１６に固定するための治具としても機能する。ガイド部４０には、照明部３４の駆動をガイドするガイド機構（後述）が設けられている。ガイド部４０は、そのガイド機構の駆動部がある空間と、検査領域Ｓとを隔離する隔壁４２を有する。
【0022】
ベース３８は、カメラ３２が載置される態様で固定され、その載置領域から外れた部分が大きく切り欠かれた構造を有する。隔壁４２には、シャッタ４４がスライド可能に支持されている。そのシャッタ４４の側面から突出する支持部４６に照明部３４が固定されている。照明部３４は、その光軸がシャッタ４４と平行となるように支持され、シャッタ４４と一体に移動する。隔壁４２には、検査領域Ｓの近傍に開口４８が設けられている。シャッタ４４の作動により開口４８が開閉される。なお、変形例においては、開口４８を省略してもよい。
【0023】
図示のようにカメラ３２と照明部３４とが離間した状態において、検査領域Ｓが形成される。工具Ｔの三次元形状を計測するために、検査領域Ｓにおける工具Ｔの配置（Ｘ－Ｙ平面における位置）は複数選択可能とされている（二点鎖線参照）。テーブル１６の移動によりその位置を変更できる。
【0024】
図３は、撮像ユニット３０の矢視断面図である。具体的には、カメラ３２の光軸を含む高さ位置の断面を上方からみた図を示す。
カメラ３２は、光学機構を収容する本体５０と、本体５０の前端部を閉止するように組み付けられたレンズユニット５２を有する。レンズユニット５２は、レンズ５４を保持する。レンズユニット５２および本体５０の前端部を覆うようにカバー５６が取り付けられている。本実施形態において、カバー５６はアルミニウム合金からなる。カバー５６は段付円筒形状をなし、その前端部にシール構造５８を有する（詳細後述）。
カメラ３２は、光学機構を収容する本体５０と、本体５０の前端部を閉止するように組み付けられたレンズユニット５２を有する。レンズユニット５２は、レンズ５４を保持する。レンズユニット５２および本体５０の前端部を覆うようにカバー５６が取り付けられている。本実施形態において、カバー５６はアルミニウム合金からなる。カバー５６は段付円筒形状をなし、その前端部にシール構造５８を有する（詳細後述）。
【0025】
一方、照明部３４は、光学機構を収容する本体６０と、本体６０の前端部を閉止するように組み付けられたレンズユニット６２と、レンズユニット６２を覆うように組み付けられたカバーユニット６４を備える。レンズユニット６２は、レンズ６６を保持する。カバーユニット６４は、内側カバー６８と外側カバー７０を含む二重構造を有する。本実施形態において、内側カバー６８および外側カバー７０はアルミニウム合金からなる。カバーユニット６４は段付円筒形状をなし、その前端部にシール構造７２を有する（詳細後述）。照明部３４の光軸Ｌ１は、カメラ３２の光軸Ｌ２と一致する。
【0026】
ガイド部４０には、照明部３４を光軸Ｌ１の方向に移動させるためのガイド機構７４が設けられている。ガイド機構７４は、ガイドレール７６およびエアシリンダ７８を含む。ガイドレール７６は、カメラ３２および照明部３４の各光軸と平行に延在し、作動体８０が摺動可能に取り付けられている。エアシリンダ７８のロッド７９の先端に作動体８０が固定され、作動体８０に支持部４６が固定されている。このような構成により、エアシリンダ７８は、照明部３４を光軸Ｌ１に沿って往復駆動する。
【0027】
なお、ガイド部４０には、撮像ユニット３０と後述する画像処理装置１１０（図７参照）とを接続するためのケーブル（通信ライン）や、エアシリンダ７８にエアを供給するための配管（チューブ）などが配設されている。
【0028】
図４は、撮像ユニット３０の作動を表す図である。図４（Ａ）はカメラ３２と照明部３４との離間状態を示し、図４（Ｂ）はカメラ３２と照明部３４との結合状態を示す。図５は、カメラ３２と照明部３４との結合状態を示す撮像ユニット３０の矢視断面図である。
【0029】
図４（Ａ）に示すように、工具検査の際には、ガイド機構７４が照明部３４を開位置に移動させ、カメラ３２と照明部３４とが離間状態となる。それにより、カメラ３２と照明部３４との間に検査領域Ｓ（「撮像領域」に対応する）が形成される（図２参照）。
【0030】
一方、図４（Ｂ）に示すように、工具検査を行わないときには、ガイド機構７４が照明部３４を閉位置に移動させ、カメラ３２と照明部３４とが結合状態となる。このとき、図５にも示すように、照明部３４の外側カバー７０がカメラ３２のカバー５６の前端部にオーバラップする態様で結合する。シール構造５８，シール構造７２の協働により、カメラ３２と照明部３４との間のシール性が確保される。それにより、カメラ３２および照明部３４の各レンズが外部環境から保護される。すなわち、加工中に飛散するクーラントによってレンズが汚染されることが防止又は抑制される。また、このときシャッタ４４により開口４８が閉じられる。
【0031】
【0032】
図６（Ａ）に示すように、カメラ３２のカバー５６は、前端部に外径が一段小径化された環状嵌合部８２を有する。カバー５６の前面には、レンズ５４を露出させる開口端８４と環状嵌合部８２との間に環状の凹状嵌合部８６が形成されている。環状嵌合部８２は、開口端８４よりも前方に延出している。
【0033】
このような構成により、カバー５６は、レンズ５４の前方において照明部３４との対向面に光軸Ｌ２を中心に同心状に形成される環状凹凸部（第１環状凹凸部）を有する。凹状嵌合部８６には、シール用のＶリング８８（シールリング）が嵌着されている。シール構造５８は、その環状凹凸部とＶリング８８により実現される。
【0034】
なお、本体５０とカバー５６との間のシールは、本体５０の外周面に嵌着されたＯリング９０（シールリング）により確保されている。レンズユニット５２と本体５０との間のシールは、レンズユニット５２の外周面に嵌着されたＯリング９２（シールリング）により確保されている。
【0035】
一方、照明部３４のカバーユニット６４は、内側カバー６８が外側カバー７０に同軸状に組み付けられている。外側カバー７０は、内側カバー６８よりも前方に延出している。内側カバー６８の前端面には、レンズ６６を露出させる開口端９４の径方向外側に環状の凹状嵌合部９６が設けられている。内側カバー６８の外周面には環状溝９８が形成されている。
【0036】
このような構成により、カバーユニット６４は、レンズ６６の前方においてカメラ３２との対向面に光軸Ｌ１を中心に同心状に形成される環状凹凸部（第２環状凹凸部）を有する。凹状嵌合部９６には、シール用のＶリング１００（シールリング）が嵌着されている。シール構造７２は、その環状凹凸部とＶリング１００により実現される。
【0037】
なお、内側カバー６８と外側カバー７０との間のシールは、内側カバー６８の外周面に嵌着されたＯリング１０２（シールリング）により確保されている。本体６０とカバーユニット６４との間のシールは、本体６０の前端面に嵌着されたＯリング１０４（シールリング）により確保されている。
【0038】
以上の構成において、カバー５６の環状凹凸部（第１環状凹凸部）と、カバーユニット６４の環状凹凸部（第２環状凹凸部）とにより、カメラ３２と照明部３４との嵌合構造が実現される。これらの環状凹凸部は、互いに相補形状を有する。
【0039】
すなわち、図６（Ｂ）に示すように、照明部３４を閉方向に移動させると、カバー５６の環状凹凸部と、カバーユニット６４の環状凹凸部とが入れ子状態で嵌合する。図６（Ｃ）に示すように、外側カバー７０の前端面がカバー５６の前面（環状嵌合部８２の基端面）に当接することで結合が完了する。
【0040】
このとき、Ｖリング１００がカバー５６の前端面（開口端面）に密着し、Ｖリング８８が内側カバー６８の前端面に密着する。また、嵌合状態にある外側カバー７０と環状嵌合部８２との間隙、環状嵌合部８２と内側カバー６８との間隙が、各カバーの内側に向けて拡大と縮小を繰り返すいわゆるラビリンス構造が実現される。このため、シール構造５８、７２による良好なシール性能が実現される。
【0041】
このラビリンス構造において、内側のラビリンスは、各カバーユニットの外周部端面よりも奥まったところに配置されている。Ｖリングについても同様である。すなわち、カメラ３２に関し、環状凹凸部の内側凸部の前端面（開口端８４が位置する端面）は、カバー５６の内方、つまり環状嵌合部８２の前端面よりも軸線方向後方に位置する。Ｖリング８８も環状嵌合部８２の前端面よりも軸線方向後方に位置する。同様に照明部３４に関し、環状凹凸部の内側凸部の前端面（内側カバー６８の前端面、開口端９４が位置する端面）は、外側カバー７０の前端面よりも軸線方向後方に位置する。Ｖリング１００も外側カバー７０の前端面よりも軸線方向後方に位置する。
【0042】
また、カメラ３２の光学機構（レンズ５４などの保護ガラスも含む）は、カメラ３２の外周部端面よりも内側に配置される。すなわち、光学機構は、環状嵌合部８２の前端面よりも軸線方向後方に位置する。同様に、照明部３４の光学機構（レンズ６６などの保護ガラスも含む）は、照明部３４の外周部端面よりも内側に配置される。すなわち、光学機構は、外側カバー７０の前端面よりも軸線方向後方に位置する。
【0043】
なお、図示を省略するが、カメラ３２および照明部３４は、常時エアパージがなされており、外部からのミストの侵入が防止されている。すなわち、シャッタ４４の開閉状態にかかわらず、カメラ３２および照明部３４のそれぞれにおいて、レンズ（保護ガラス）の付近から、最内側のＶリングよりも中心領域に向けて、パージエアを噴出するパージ機構が設けられている。それにより、シャッタ４４の開状態においてもカメラ３２や照明部３４の保護ガラスにミストが付着しないようにされている。
【0044】
図７は、工作機械１のハードウェア構成図である。
工作機械１は、操作制御装置１２０、加工制御装置１２２、加工装置２、工具交換部１２６および工具格納部１３０を含む。工作機械１には、工具検査を実行するための画像処理装置１１０が通信可能に接続される。なお、画像処理装置１１０を工作機械１の一部としてもよい。
工作機械１は、操作制御装置１２０、加工制御装置１２２、加工装置２、工具交換部１２６および工具格納部１３０を含む。工作機械１には、工具検査を実行するための画像処理装置１１０が通信可能に接続される。なお、画像処理装置１１０を工作機械１の一部としてもよい。
【0045】
数値制御装置として機能する加工制御装置１２２は、加工プログラムにしたがって加工装置２に制御信号を送信する。加工装置２は、加工制御装置１２２からの指示にしたがって主軸１８（主軸頭１４）およびテーブル１６を動かしてワークを加工する。
【0046】
操作制御装置１２０は、図示略の操作盤を含み、加工制御装置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）に対応し、加工室４の外側に設けられている。工具交換部１２６は、加工制御装置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１８にある工具と取り出した工具を交換する。
【0047】
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。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。
【0048】
図８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。
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。
【0049】
なお、操作制御装置１２０および加工制御装置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。
【0050】
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、データ格納部１４４および通信部１４６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。通信部１４６は、操作制御装置１２０との通信を担当する。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、データ格納部１４４および通信部１４６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。
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。通信部１４６は、操作制御装置１２０との通信を担当する。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、データ格納部１４４および通信部１４６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。
【0051】
ユーザインタフェース処理部１４０は、入力部１５０および出力部１５２を含む。
入力部１５０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１５２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。出力部１５２は、報知部１５４を含む。報知部１５４は、交換対象となる工具の異常（不良工具が検出されたこと）など、所定の異常条件が成立したときにユーザに各種事象の発生を報知する。
入力部１５０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１５２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。出力部１５２は、報知部１５４を含む。報知部１５４は、交換対象となる工具の異常（不良工具が検出されたこと）など、所定の異常条件が成立したときにユーザに各種事象の発生を報知する。
【0052】
通信部１４６は、操作制御装置１２０からデータを受信する受信部１８０と、操作制御装置１２０にデータおよびコマンドを送信する送信部１８２を含む。
【0053】
データ処理部１４２は、移動制御部１６０、撮像処理部１６２、形状再現部１６４、工具管理部１６６および判定処理部１６８を含む。
移動制御部１６０は、ガイド機構７４を駆動制御して照明部３４の移動を制御する。撮像処理部１６２は、カメラ３２を制御して工具Ｔを撮像させる。形状再現部１６４は、撮像画像に基づいて工具Ｔの形状を示すデータである「工具形状データ」を生成する。工具管理部１６６は、工具Ｔごとに工具ＩＤと工具形状データとを対応づけてデータ格納部１４４に登録する。
移動制御部１６０は、ガイド機構７４を駆動制御して照明部３４の移動を制御する。撮像処理部１６２は、カメラ３２を制御して工具Ｔを撮像させる。形状再現部１６４は、撮像画像に基づいて工具Ｔの形状を示すデータである「工具形状データ」を生成する。工具管理部１６６は、工具Ｔごとに工具ＩＤと工具形状データとを対応づけてデータ格納部１４４に登録する。
【0054】
判定処理部１６８は、工具Ｔの撮像画像に基づき、あるいは、工具形状データに基づいて、工具Ｔに欠損や折損あるいは切屑の巻き付きなどの異常が生じていないか（不良工具であるか否か）を判定する。判定処理部１６８が工具Ｔの異常が判定されたとき、報知部１５４がユーザにその旨を報知する。判定処理部１６８は、操作制御装置１２０にその旨を操作盤に表示させるよう指示してもよい。工具Ｔが不良工具であると判定された場合、工具管理部１６６は、その不良工具であるとの情報を工具ＩＤに対応づけ、工具情報としてデータ格納部１４４に登録する。
【0055】
データ格納部１４４は、工具情報格納部１７０および形状データ格納部１７２を含む。工具情報格納部１７０は、工具格納部１３０に収納される各工具Ｔの情報（工具情報）を工具ＩＤに対応づけて格納する。工具情報には、例えば工具の種類や形状、大きさ、長さなどの情報が含まれる。さらに、累計使用時間や累計使用回数などの情報を含めてもよい。データ格納部１４４はまた、撮像画像を一時記憶する。
【0056】
工具情報格納部１７０は、工具交換がなされるごとに工具情報を更新する。上述のように工具Ｔが不良工具であると判定された場合には、工具情報としてその旨を追加する。工具管理部１６６は、その判定以降、不良工具にかかる工具Ｔの使用、つまり工具交換部１２６により工具交換することを禁止する。
【0057】
形状データ格納部１７２は、形状再現部１６４が生成した工具形状データを工具ＩＤに対応づけて格納する。形状データ格納部１７２は、また、各工具Ｔについて、使用前に登録した工具形状データを「参照データ」として工具ＩＤに対応づけて格納する。判定処理部１６８は、同一の工具について加工に使用後の工具形状データと参照データとを比較することで、工具Ｔが不良工具であるか否かを判定できる。
【0058】
図９は、工具検査処理の処理過程を表すフローチャートである。
工具検査処理においては、まず、加工制御装置１２２が主軸頭１４およびテーブル１６を移動させることで、工具Ｔを待機位置に移動させる（Ｓ１０）。本実施形態において、「待機位置」は検査領域Ｓの直上位置とされている。工具検査開始当初は、カメラ３２と照明部３４とが結合状態にあり、クーラントによる汚染が防止されている。
工具検査処理においては、まず、加工制御装置１２２が主軸頭１４およびテーブル１６を移動させることで、工具Ｔを待機位置に移動させる（Ｓ１０）。本実施形態において、「待機位置」は検査領域Ｓの直上位置とされている。工具検査開始当初は、カメラ３２と照明部３４とが結合状態にあり、クーラントによる汚染が防止されている。
【0059】
続いて、移動制御部１６０がガイド機構７４を駆動し、照明部３４を開方向に移動させ、カメラ３２から離間させる（Ｓ１２）。そして、照明部３４が予め設定された照明位置に到達すると（Ｓ１４のＹ）、照明部３４の移動を停止させる（Ｓ１６）。こうして検査領域Ｓが開放される。
【0060】
続いて、加工制御装置１２２が主軸頭１４を降下させ、工具Ｔの刃先を検査領域Ｓに移動させる（Ｓ１８）。撮像処理部１６２は、カメラ３２を制御して工具Ｔを撮像する（Ｓ２０）。このとき取得された撮像画像が記憶される。この撮像に際しては、工具Ｔの三次元画像を取得するために複数回の撮像が実行される。
【0061】
工具Ｔの撮像が終了すると（Ｓ２２のＹ）、加工制御装置１２２が主軸頭１４を上昇させ、工具Ｔを待機位置に移動させる（Ｓ２４）。一方、移動制御部１６０がガイド機構７４を駆動し、照明部３４を閉方向に移動させ、カメラ３２に近接させる（Ｓ２６）。そして、照明部３４がカメラ３２と結合する閉止位置に到達すると（Ｓ２８のＹ）、照明部３４の移動を停止させる（Ｓ３０）。こうして再び、カメラ３２および照明部３４のレンズが保護される。
【0062】
形状再現部１６４は、こうして取得された撮像画像に基づいて工具形状データを生成する（Ｓ３２）。工具管理部１６６は、この工具形状データを形状データ格納部１７２に一時記憶する。
【0063】
判定処理部１６８は、この工具形状データと工具ＩＤが同じ参照データを読み出し、それらの工具形状データを比較する（Ｓ３４）。すなわち、同一の工具について工具形状を比較する。このとき、両工具形状の類似度が所定値以下の不良工具であれば（Ｓ３６のＹ）、報知部１５４にその旨を報知させる（Ｓ３８）。すなわち、報知部１５４がアラート画面を表示させる。不良工具でなければ（Ｓ３６のＮ）、Ｓ３８の処理をスキップする。
【0064】
以上、実施形態に基づいて工作機械１について説明した。
本実施形態では、撮像ユニット３０において照明部３４が可動とされ、カメラ３２と照明部３４との結合状態および離間状態を実現可能とした。結合状態においては、照明部３４がカメラ３２の保護カバーとして機能する。離間状態においては、カメラ３２と照明部３４との間に検査領域Ｓ（撮像領域）が開放される。
本実施形態では、撮像ユニット３０において照明部３４が可動とされ、カメラ３２と照明部３４との結合状態および離間状態を実現可能とした。結合状態においては、照明部３４がカメラ３２の保護カバーとして機能する。離間状態においては、カメラ３２と照明部３４との間に検査領域Ｓ（撮像領域）が開放される。
【0065】
本実施形態によれば、カメラ３２と照明部３４とを結合状態とすることにより、カメラ３２が加工室４に設置されてもクーラントによる汚染を防止又は抑制できる。照明部３４の移動が制御され開閉方向に自動で動かされるため、カメラ３２のレンズを保護するためのカバー部材を別途用意する必要もなく、またオペレータによるカバー部材の着脱作業も要しない。このため、工具検査における作業効率が向上する。
【0066】
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。
【0067】
上記実施形態では、撮像ユニット３０においてカメラ３２を固定し、照明部３４を移動させる構成を例示した。変形例においては逆に、照明部３４を固定し、ガイド機構７４によりカメラ３２を移動させる構成としてもよい。あるいは、カメラ３２と照明部３４の双方を移動させる構成としてもよい。その場合、カメラ３２を移動させるためのガイド機構７４を設けることとなる。
【0068】
上記実施形態では、図２に示したように、ベース３８においてカメラ３２の載置領域から外れた部分（照明部３４および検査領域Ｓの下方）が大きく切り欠かれた構造を例示した。変形例においては、照明部３４の下方までベースを延在させる一方、そのベースにおける検査領域Ｓの下方位置に開口部を設けてもよい。その開口部から工具Ｔに付着した切屑を下方に排出できるようにしてもよい。それにより、検査領域Ｓにおける切屑の堆積を抑制できる。
【0069】
上記実施形態では、工作機械１としてマシニングセンタを例示したが、上記工具の検査技術をターニングセンタや複合加工機にも適用できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【0070】
１ 工作機械、２ 加工装置、４ 加工室、１４ 主軸頭、１６ テーブル、１８ 主軸、３０ 撮像ユニット、３２ カメラ、３４ 照明部、３６ ベース部材、４０ ガイド部、４２ 隔壁、４４ シャッタ、５２ レンズユニット、５４ レンズ、５６ カバー、５８ シール構造、６２ レンズユニット、６４ カバーユニット、６６ レンズ、６８ 内側カバー、７０ 外側カバー、７２ シール構造、７４ ガイド機構、７６ ガイドレール、７８ エアシリンダ、８２ 環状嵌合部、８４ 開口端、８６ 凹状嵌合部、８８ Ｖリング、９４ 開口端、９６ 凹状嵌合部、９８ 環状溝、１００ Ｖリング、Ｌ１ 光軸、Ｌ２ 光軸、Ｓ 検査領域、Ｔ 工具、Ｗ ワーク。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【手続補正書】
【提出日】2021-10-28
【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】
工作機械に設置される撮像ユニットであって、
所定の撮像領域にある工具を撮像するためのカメラと、
前記カメラと対向配置される照明部と、
前記カメラと前記照明部とが結合した結合状態と前記カメラと前記照明部とが離れた離間状態との間で、前記照明部および前記カメラの少なくとも一方を移動させる案内をするガイド機構と、
を備え、
前記離間状態において、前記カメラと前記照明部との間に前記撮像領域があり、
前記結合状態において、前記照明部の外側カバーが前記カメラのカバーの前端部にオーバラップする態様で結合する、撮像ユニット。
所定の撮像領域にある工具を撮像するためのカメラと、
前記カメラと対向配置される照明部と、
前記カメラと前記照明部とが結合した結合状態と前記カメラと前記照明部とが離れた離間状態との間で、前記照明部および前記カメラの少なくとも一方を移動させる案内をするガイド機構と、
を備え、
前記離間状態において、前記カメラと前記照明部との間に前記撮像領域があり、
前記結合状態において、前記照明部の外側カバーが前記カメラのカバーの前端部にオーバラップする態様で結合する、撮像ユニット。
【請求項2】
工作機械に設置される撮像ユニットであって、
所定の撮像領域にある工具を撮像するためのカメラと、
前記カメラと対向配置される照明部と、
前記カメラと前記照明部とが結合した結合状態と前記カメラと前記照明部とが離れた離間状態との間で、前記照明部および前記カメラの少なくとも一方を移動させる案内をするガイド機構と、
を備え、
前記離間状態において、前記カメラと前記照明部との間に前記撮像領域があり、
前記カメラおよび前記照明部が、結合の際に嵌合する嵌合構造を有し、
前記嵌合構造は、
前記カメラのレンズの前方において前記カメラのカバーにおける前記照明部との対向面に形成され、前記カメラの光軸を中心に同心状に形成された第１環状凹凸部と、
前記照明部のカバーにおける前記カメラとの対向面に形成され、前記照明部の光軸を中心に同心状に形成された第２環状凹凸部と、
を含み、
前記第１環状凹凸部と前記第２環状凹凸部とが互いに相補形状を有し、入れ子状態で嵌合する、撮像ユニット。
所定の撮像領域にある工具を撮像するためのカメラと、
前記カメラと対向配置される照明部と、
前記カメラと前記照明部とが結合した結合状態と前記カメラと前記照明部とが離れた離間状態との間で、前記照明部および前記カメラの少なくとも一方を移動させる案内をするガイド機構と、
を備え、
前記離間状態において、前記カメラと前記照明部との間に前記撮像領域があり、
前記カメラおよび前記照明部が、結合の際に嵌合する嵌合構造を有し、
前記嵌合構造は、
前記カメラのレンズの前方において前記カメラのカバーにおける前記照明部との対向面に形成され、前記カメラの光軸を中心に同心状に形成された第１環状凹凸部と、
前記照明部のカバーにおける前記カメラとの対向面に形成され、前記照明部の光軸を中心に同心状に形成された第２環状凹凸部と、
を含み、
前記第１環状凹凸部と前記第２環状凹凸部とが互いに相補形状を有し、入れ子状態で嵌合する、撮像ユニット。
【請求項3】
前記カメラおよび前記照明部を支持するベース部材を備え、
前記照明部および前記カメラの少なくとも一方が、前記ベース部材にスライド可能に支持される、請求項１又２に記載の撮像ユニット。
前記照明部および前記カメラの少なくとも一方が、前記ベース部材にスライド可能に支持される、請求項１又２に記載の撮像ユニット。
【請求項4】
工具の形状を撮像する撮像ユニットを備える工作機械であって、
前記撮像ユニットは、
所定の撮像領域にある工具を撮像するためのカメラと、
前記カメラと対向配置される照明部と、
前記カメラと前記照明部とが結合した結合状態と前記カメラと前記照明部とが離れた離間状態との間で、前記照明部および前記カメラの少なくとも一方を移動させる案内をするガイド機構と、
を備え、
前記離間状態において、前記カメラと前記照明部との間に前記撮像領域があり、
前記結合状態において、前記照明部の外側カバーが前記カメラのカバーの前端部にオーバラップする態様で結合する、工作機械。
前記撮像ユニットは、
所定の撮像領域にある工具を撮像するためのカメラと、
前記カメラと対向配置される照明部と、
前記カメラと前記照明部とが結合した結合状態と前記カメラと前記照明部とが離れた離間状態との間で、前記照明部および前記カメラの少なくとも一方を移動させる案内をするガイド機構と、
を備え、
前記離間状態において、前記カメラと前記照明部との間に前記撮像領域があり、
前記結合状態において、前記照明部の外側カバーが前記カメラのカバーの前端部にオーバラップする態様で結合する、工作機械。
【請求項5】
上面にワークが固定されるテーブルを備え、
前記撮像ユニットが、前記テーブルの上面に固定される、請求項４に記載の工作機械。
前記撮像ユニットが、前記テーブルの上面に固定される、請求項４に記載の工作機械。