ホーム > 特許ランキング > 株式会社ニイガタマシンテクノ
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-09
(45)【発行日】2024-02-20
(54)【発明の名称】工作機械の切屑検出装置
(51)【国際特許分類】
B23Q 17/09 20060101AFI20240213BHJP
G05B 19/18 20060101ALI20240213BHJP
B23Q 17/24 20060101ALI20240213BHJP
B23Q 3/155 20060101ALI20240213BHJP
【ＦＩ】
B23Q17/09 Z
G05B19/18 W
B23Q17/24 Z
B23Q3/155 G
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020027519
(22)【出願日】2020-02-20
(65)【公開番号】P2021130177
(43)【公開日】2021-09-09
【審査請求日】2022-11-29
(73)【特許権者】
【識別番号】303024138
【氏名又は名称】株式会社ニイガタマシンテクノ
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100167553
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 久典
(72)【発明者】
【氏名】池田 直弘
【審査官】中川 康文
(56)【参考文献】
【文献】特開平０８－１９７３８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－１５０４０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－０８５５８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－１７０１０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／０５６２６４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平１０－２２７６２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１１６７００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１６６６１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０３０９１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０８０８４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０３５７６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０４２０６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－１４６８５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－２２９９２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭６０－１８６１５４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００９９３７１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００５／０２２２７０５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１５／１０４９４５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０８－１９７３８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－２２８５４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０２４４５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】独国特許出願公開第１０２０１６１１９９７３（ＤＥ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｑ ３／１５５－３／１５７
Ｂ２３Ｑ １１／００－１３／００
Ｂ２３Ｑ １７／００－２３／００
Ｇ０５Ｂ １９／１８－１９／４１６
Ｇ０６Ｔ １／００
Ｇ０６Ｔ ７／００
Ｇ０１Ｎ ２１／０３－２１／１５
Ｇ０１Ｎ ２１／８４－２１／９５８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
工具を格納する工具マガジンと前記工具を装着してワークを切削する主軸との間で前記工具を交換して切削可能な工作機械において、前記工具を照射する第1光源と、
前記第1光源で照射された前記工具を撮像する第一撮像手段と、
前記第１光源と異なる角度から前記工具を照射する第２光源と、
前記第２光源で照射された前記工具を前記第一撮像手段と異なる角度で撮像する第二撮像手段と、
前記工具の工具径及び工具長の情報に基づいて、前記第一撮像手段及び第二撮像手段で撮影した切削前後の前記工具の撮影画像を対比して切屑付着の有無を判定する切屑付着判定手段と、
を備え、
前記切屑付着判定手段は、前記第一撮像手段及び第二撮像手段で撮像した撮影画像を碁盤の目状に区分けした複数の画像認識区画から選択した切削前後の前記工具を含む前記画像認識区画同士を対比して切屑付着の有無を判定することを特徴とする工作機械の切屑検出装置。
【請求項2】
前記第一撮像手段及び第二撮像手段による前記工具の撮影位置は、切削前後の前記工具を前記工具マガジンの工具ポットに収納した割り出し位置である請求項１に記載された工作機械の切屑検出装置。
【請求項3】
前記第一撮像手段及び第二撮像手段による前記工具の撮影位置は、前記工具マガジンと前記主軸との間で前記工具を交換可能な工具チェンジャに保持された切削前後の工具の待機位置である請求項１に記載された工作機械の切屑検出装置。
【請求項4】
前記画像認識区画は前記工具における工具長方向の先端部、付け根部、前記先端部及び付け根部の中間部が選択されている請求項１に記載された工作機械の切屑検出装置。
【請求項5】
前記画像認識区画は前記工具の径方向外側に離間した位置が選択されている請求項１または４に記載された工作機械の切屑検出装置。
【請求項6】
前記主軸の近傍には前記主軸に装着された工具の付着物を吹き飛ばすエア噴射ノズルが設置されている請求項１から５のいずれか１項に記載された工作機械の切屑検出装置。
【請求項7】
前記第一撮像手段及び第二撮像手段は、前記主軸を備えた加工室と仕切られた工具マガジンを備えた工具収納室に設置されている請求項１から６のいずれか１項に記載された工作機械の切屑検出装置。
【請求項8】
前記第１光源と前記第２光源は色相が相違している請求項１から７のいずれか１項に記載された工作機械の切屑検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、切削加工時に主軸に装着した切削工具に切屑が付着することを工具交換時に検出することのできる工作機械の切屑検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、自動工具交換装置を備えた工作機械では、工具マガジンの工具ポットに装着された工具の中から切削に必要な切削工具（以下、単に工具という）を検出する。そして、工具マガジンの割り出し位置で該当する工具を工具チェンジャによってピックアップして主軸に装着し、切削後に工具ポットに戻している。工具によってワークを切削する際、工具に切屑が付着したり絡まったりすることがある。
工具に切屑が付着等しているとワークを傷つけたり工具が折れたりすることがある。また、切屑が付着等した工具を工具マガジンに収納した際に隣の工具に絡まったり、工具マガジンの移動時に工具が落下したりすることがある。これらの不具合を回避するために、工具に付着した切屑の有無を検出してその工具で次の切削をしないようにすることが必要である。
工具に切屑が付着等しているとワークを傷つけたり工具が折れたりすることがある。また、切屑が付着等した工具を工具マガジンに収納した際に隣の工具に絡まったり、工具マガジンの移動時に工具が落下したりすることがある。これらの不具合を回避するために、工具に付着した切屑の有無を検出してその工具で次の切削をしないようにすることが必要である。
【0003】
工具に切屑が付着したことを検出する手段として例えば次の技術が提案されている。例えば特許文献１に記載された切屑付着検知方法では、切屑付着検知対象外エリアと切屑付着検知エリアを設定して切屑付着検知エリア内で切屑付着の有無を光学的に検知している。切屑付着対象外エリアは切削工具の外側のオフセット幅をエリアとする。
工具使用後の撮像による画像データのうち切屑付着検知エリアに対応する画像データのみを切屑付着検知対象の画像データとして切屑の有無を判別し、この判別結果により切削工具に切屑が付着しているか否かを検知する。切屑付着有無の判定は背景を無反射の背景板として反射像を全て切屑として認識するとしている。
工具使用後の撮像による画像データのうち切屑付着検知エリアに対応する画像データのみを切屑付着検知対象の画像データとして切屑の有無を判別し、この判別結果により切削工具に切屑が付着しているか否かを検知する。切屑付着有無の判定は背景を無反射の背景板として反射像を全て切屑として認識するとしている。
【0004】
また、特許文献２に記載された加工屑検出装置では、工作機械の加工室内における加工屑の有無を検出して清掃機構による清掃を行うものである。切屑の検出に際してラインレーザ光が切屑に当たって乱反射することによる断続的な反射光を撮像ユニットで検査画像として取得し、ラインレーザ光の像に基づいて画像処理部で加工屑の有無を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平８－１９７３８３号公報
【文献】特開２０１９－３０９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献１に記載の切屑付着検知装置では、切削工具の外側に設定されたオフセット幅の外側へ突出する切屑の検出が対象であり、切削工具の輪郭内でカメラに向かって飛び出す方向の切屑は検知できなかった。また、切削工具に付着する切屑はいろいろな形態になるため、１方向からの撮影では切削工具の裏に隠れた切屑を検知できなかった。しかも、特許文献１では、反射像を対象とするため無反射板が必要であり、カメラは工具出し入れ準備位置近傍で撮影するため噴霧状の切削液や切粉の粉塵等による画像の汚れが生じるという問題がある。
【0007】
また、特許文献２に記載された加工屑検出装置は、ラインレーザ光による一方向からの撮影に基づく画像解析を行うものであるため、工具に付着する切屑の方向や向きによっては切屑を検出できなかった。また、切削液や粉塵が舞う加工室内でカメラによる撮影を行うため、カメラに保護ガラス板があったとしても汚れが付着するため安定した撮影は困難である。
【0008】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、従来、検出できなかった工具に付着した切屑を効率よく検出できるようにした工作機械の切屑検出装置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】
本発明に係る工作機械の切屑検出装置は、工具を格納する工具マガジンと工具を装着してワークを切削する主軸との間で工具を交換して切削可能な工作機械において、工具を照射する第1光源と、第1光源で照射された工具を撮像する第一撮像手段と、第１光源と異なる角度から工具を照射する第２光源と、第２光源で照射された工具を第一撮像手段と異なる角度で撮像する第二撮像手段と、工具の工具径及び工具長の情報に基づいて、第一撮像手段及び第二撮像手段で撮像した切削前後の工具の撮影画像を対比して切屑付着の有無を判定する切屑付着判定手段と、を備え、前記切屑付着判定手段は、前記第一撮像手段及び第二撮像手段で撮像した撮影画像を碁盤の目状に区分けした複数の画像認識区画から選択した切削前後の前記工具を含む前記画像認識区画同士を対比して切屑付着の有無を判定することを特徴とする。
また、本発明に係る工作機械の切屑検出装置は、工具を格納する工具マガジンと工具を装着してワークを切削する主軸との間で工具を交換して切削可能な工作機械において、工具を照射する第1光源と、第1光源で照射された工具を撮像する第一撮像手段と、第１光源と異なる角度から工具を照射する第２光源と、第２光源で照射された工具を第一撮像手段と異なる角度で撮像する第二撮像手段と、工具の工具径及び工具長の情報に基づいて、第一撮像手段及び第二撮像手段で撮像した切削前後の工具の撮影画像を対比して切屑付着の有無を判定する切屑付着判定手段と、を備えたことが好ましい。
本発明によれば、第一撮像手段及び第二撮像手段で異なる角度から撮像した切削前後の工具の撮影画像を切屑付着判定手段で対比することで、切削後の工具に付着する切屑を検出して切屑付着の有無を判定することができる。そのため、一方の撮像手段では撮像できない工具の裏面に付着したり工具輪郭内で突出したりする切屑を、撮影角度の異なる第一撮像手段及び第二撮像手段によって判別することができる。
また、本発明に係る工作機械の切屑検出装置は、工具を格納する工具マガジンと工具を装着してワークを切削する主軸との間で工具を交換して切削可能な工作機械において、工具を照射する第1光源と、第1光源で照射された工具を撮像する第一撮像手段と、第１光源と異なる角度から工具を照射する第２光源と、第２光源で照射された工具を第一撮像手段と異なる角度で撮像する第二撮像手段と、工具の工具径及び工具長の情報に基づいて、第一撮像手段及び第二撮像手段で撮像した切削前後の工具の撮影画像を対比して切屑付着の有無を判定する切屑付着判定手段と、を備えたことが好ましい。
本発明によれば、第一撮像手段及び第二撮像手段で異なる角度から撮像した切削前後の工具の撮影画像を切屑付着判定手段で対比することで、切削後の工具に付着する切屑を検出して切屑付着の有無を判定することができる。そのため、一方の撮像手段では撮像できない工具の裏面に付着したり工具輪郭内で突出したりする切屑を、撮影角度の異なる第一撮像手段及び第二撮像手段によって判別することができる。
【0010】
また、切屑付着判定手段は、第一撮像手段及び第二撮像手段で撮像した撮影画像を碁盤の目状に区分けした複数の画像認識区画から選択した工具周囲の切削前後の画像認識区画同士を対比して切屑付着の有無を判定することが好ましい。
第一撮像手段及び第二撮像手段で撮像した工具の撮影画像を碁盤の目状に仕切った多数の画像認識区画から工具周囲のいくつかの画像認識区画を選択することで、切削前後の撮影画像を対比して工具から突出する切屑の輪郭によって切屑の有無を判別できるため高速に判定できる。
第一撮像手段及び第二撮像手段で撮像した工具の撮影画像を碁盤の目状に仕切った多数の画像認識区画から工具周囲のいくつかの画像認識区画を選択することで、切削前後の撮影画像を対比して工具から突出する切屑の輪郭によって切屑の有無を判別できるため高速に判定できる。
【0011】
また、第一撮像手段及び第二撮像手段による工具の撮影位置は、切削前後の工具を工具マガジンの工具ポットに収納した割り出し位置であることが好ましい。
工具マガジンの割り出し位置で切削前後の工具を撮影することで、工具に切屑が付着している場合には工具ポットに収納し、次の切削時には予備の工具を使用することができる。
工具マガジンの割り出し位置で切削前後の工具を撮影することで、工具に切屑が付着している場合には工具ポットに収納し、次の切削時には予備の工具を使用することができる。
【0012】
また、第一撮像手段及び第二撮像手段による工具の撮影位置は、前記工具マガジンと前記主軸との間で前記工具を交換可能な工具チェンジャに保持された切削前後の工具の待機位置であってもよい。
工具マガジンから引き出した切削前の工具と切削後の工具とをそれぞれ待機位置で撮影して対比することで、工具マガジンへ収納する前の工具について切屑付着の有無を判別することができる。そのため、工具に切屑が付着し突出している場合には、切削後の工具を工具マガジンの工具ポットに収納することを中止したり、退避用の工具ポットに収納させて隣りの工具に切屑が干渉しないようにすることができる。
工具マガジンから引き出した切削前の工具と切削後の工具とをそれぞれ待機位置で撮影して対比することで、工具マガジンへ収納する前の工具について切屑付着の有無を判別することができる。そのため、工具に切屑が付着し突出している場合には、切削後の工具を工具マガジンの工具ポットに収納することを中止したり、退避用の工具ポットに収納させて隣りの工具に切屑が干渉しないようにすることができる。
【0013】
また、画像認識区画は工具における工具長方向の先端部、付け根部、前記先端部及び付け根部の中間部が選択されていることが好ましい。
工具の輪郭における工具長方向の先端部、付け根部、中間部の画像認識区画を選択すると切屑の付着を検出し易いので、少ない数の画像認識区画で効率的且つ高速に切屑の付着の有無を判定できる。
工具の輪郭における工具長方向の先端部、付け根部、中間部の画像認識区画を選択すると切屑の付着を検出し易いので、少ない数の画像認識区画で効率的且つ高速に切屑の付着の有無を判定できる。
【0014】
また、画像認識区画は工具の径方向外側に離間した位置が選択されていてもよい。
工具に切屑が絡みつく径方向の範囲が大きくても画像認識区画で判定して切屑の付着範囲を認識できる。
工具に切屑が絡みつく径方向の範囲が大きくても画像認識区画で判定して切屑の付着範囲を認識できる。
【0015】
また、主軸の近傍には主軸に装着された工具の付着物を吹き飛ばすエア噴射ノズルが設置されていてもよい。
工具の付着物として切削液や切粉や付着の軽い切屑等が付着していてもエア噴射ノズルで吹き飛ばすことができるため、切屑の有無を第一撮像手段及び第二撮像手段によって精度良く判定できる。
工具の付着物として切削液や切粉や付着の軽い切屑等が付着していてもエア噴射ノズルで吹き飛ばすことができるため、切屑の有無を第一撮像手段及び第二撮像手段によって精度良く判定できる。
【0016】
また、第一撮像手段及び第二撮像手段は、主軸を備えた加工室と仕切られた工具マガジンを備えた工具収納室に設置されていることが好ましい。
第一撮像手段及び第二撮像手段を、主軸を備えた加工室と仕切られた工具収納室に設置して切屑の検出を行うことで、第一撮像手段や第二撮像手段が切屑や切削液や切粉等で汚れることを防止できる。
第一撮像手段及び第二撮像手段を、主軸を備えた加工室と仕切られた工具収納室に設置して切屑の検出を行うことで、第一撮像手段や第二撮像手段が切屑や切削液や切粉等で汚れることを防止できる。
【0017】
第１光源と第２光源は色相が相違していてもよい。
第一撮像手段及び第二撮像手段によって工具を撮像する際、透過光による工具に付着した切屑の画像と乱反射光による切屑の画像を異なる色相で同時に判別することができる。
第一撮像手段及び第二撮像手段によって工具を撮像する際、透過光による工具に付着した切屑の画像と乱反射光による切屑の画像を異なる色相で同時に判別することができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明に係る工作機械の切屑検出装置によれば、工具に付着する切屑を複数の方向から撮影して複数の画像認識区画で切屑付着の有無を検出するため、従来検出できなかった方向に付着する切屑も確実に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の第一実施形態による工作機械の切屑検出装置の要部構成図である。
【図2】工具マガジンの工具割り出し位置と第一カメラ及び第１光源、第二カメラ及び第２光源との関係を示す図である。
【図3】割り出し位置の工具ポットと主軸との間で工具をスイングする工程と待機位置を説明する平面図である。
【図4】回転軸線上で主軸に工具が装着された状態の図である。
【図5】割り出し位置にある工具と第一カメラ及び第１光源との位置関係を示す図である。
【図6】割り出し位置にある工具と第一カメラ及び第１光源、第二カメラ及び第２光源との位置関係を示す図である。
【図7】第一カメラ及び第１光源、第二カメラ及び第２光源と制御部のブロック図とを示す図である。
【図8】主軸に装着された工具に切屑が絡まった状態の撮影画像の図である。
【図10】工作機械の切屑検出装置による切屑検出方法を示すフローチャートである。
【図11】第二実施形態による切屑検出装置に用いるＵ軸機能を備えた主軸の側面図である。
【図12】工具チェンジャによる工具の待機位置と第一カメラ及び第１光源、第二カメラ及び第２光源との関係を示す図である。
【図13】Ｕ軸機能を備えた主軸に装着した工具に切屑が絡まった状態の撮影画像の図である。
【図15】Ｕ軸機能を備えた主軸の工具に切屑が大きく絡まった撮影画像における画像認識区画を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施形態による工作機械の切屑検出装置について添付図面により説明する。まず、本発明の第一実施形態による工作機械の切屑検出装置を図１乃至図１０により説明する。
図１は第一実施形態による工作機械１を示すものである。本実施形態による工作機械１は、例えば横形の工作機械１が用いられている。この工作機械１は、ベース３と、ベース３上の前部に設けられていてＸ軸方向に移動可能なテーブル４と、ベース３上の後部に設けられていてＺ軸方向に移動可能なコラム５と、コラム５に支持されてＹ軸方向に移動可能な主軸ヘッド６とを備えている。主軸ヘッド６には後述するようにＵ軸機能を備えた主軸８が設置されている。
図１は第一実施形態による工作機械１を示すものである。本実施形態による工作機械１は、例えば横形の工作機械１が用いられている。この工作機械１は、ベース３と、ベース３上の前部に設けられていてＸ軸方向に移動可能なテーブル４と、ベース３上の後部に設けられていてＺ軸方向に移動可能なコラム５と、コラム５に支持されてＹ軸方向に移動可能な主軸ヘッド６とを備えている。主軸ヘッド６には後述するようにＵ軸機能を備えた主軸８が設置されている。
【0021】
本実施形態による工作機械１は、工具マガジン１０に装着された複数の工具Ｔのいずれかを割り出し位置Ｗで選択的に取り出して主軸８に装着する自動工具交換装置７と、切削前後で割り出し位置Ｗの工具ポット１１にそれぞれ装着した工具Ｔの撮影画像から切屑を検出する切屑検出装置２とを備えている。
テーブル４の上面の中央には、ワーク(図示せず)を取り付けたパレットＰが自動交換可能に載置されている。ワークは、主軸ヘッド６に設けられた主軸８の中ぐりスピンドルに装着された工具Ｔで加工させられる。パレットＰには、テーブル４がパレット交換位置に移動したときに、テーブル４上の加工済みワークと段取りテーブル上の新しいワークとを互いに入れ替える、従来周知の２面式自動パレット交換装置が設けられている。
テーブル４の上面の中央には、ワーク(図示せず)を取り付けたパレットＰが自動交換可能に載置されている。ワークは、主軸ヘッド６に設けられた主軸８の中ぐりスピンドルに装着された工具Ｔで加工させられる。パレットＰには、テーブル４がパレット交換位置に移動したときに、テーブル４上の加工済みワークと段取りテーブル上の新しいワークとを互いに入れ替える、従来周知の２面式自動パレット交換装置が設けられている。
【0022】
図４において、本実施形態による工作機械１では、主軸８に装着された工具Ｔを主軸８の回転軸線Ｏと同軸に位置決めして回転切削するため、通常の主軸８と同じ切削加工を行える。なお、本実施形態による工作機械１では、図１１に示すように、主軸８をＵ軸機能付きとして回転軸線Ｏに直交する主軸面上の径方向に移動させて保持することができる。この場合には、工具Ｔは回転軸線Ｏを中心にリング状に旋回加工するため、切削工具としてワークの穴径加工やテーパ穴加工等を行える。
【0023】
図１において、コラム５の側方には多種の工具Ｔをそれぞれ格納する複数の工具ポット１１を配列させた工具マガジン１０を備えている。工具ポット１１には工具Ｔの主軸８に装着される装着部分が工具ポット１１内に嵌合保持され、工具Ｔの刃先及び工具本体部分が外部に露出している。工具マガジン１０は、図２に示すように、工具ポット１１が例えば略Ｕ字状に配列されて複数のホイール１２を介して旋回可能なチェーン式の無端ベルト状に形成されている。
複数のホイール１２のいずれかに駆動モータＭ１が連結されて工具マガジン１０を自動的に周回可能としている。工具マガジン１０に収納された複数の工具Ｔは予めその種類(工具長及び工具径を含む)が登録されており、主軸８に装着された工具Ｔの切削の手順に応じて次に使用すべき工具Ｔを割り出し位置Ｗに移動させて取り外し可能に位置決めできる。
複数のホイール１２のいずれかに駆動モータＭ１が連結されて工具マガジン１０を自動的に周回可能としている。工具マガジン１０に収納された複数の工具Ｔは予めその種類(工具長及び工具径を含む)が登録されており、主軸８に装着された工具Ｔの切削の手順に応じて次に使用すべき工具Ｔを割り出し位置Ｗに移動させて取り外し可能に位置決めできる。
【0024】
図３において、工具マガジン１０と主軸８との間には、工具Ｔを交換可能な自動工具交換用（ＡＴＣ）の工具チェンジャ１８が設けられている。工具チェンジャ１８は水平旋回可能であり、旋回方向の両端部に工具ポット１１との間で工具Ｔを受け渡す第一グリッパアーム１５と主軸８で切削に用いた使用済み工具Ｔを受け渡す第二グリッパアーム１６とが設けられている。
【0025】
図３に示すように、工具チェンジャ１８は工具マガジン１０の割り出し位置Ｗと主軸８との間で、スイング駆動装置１４によって水平面内をスイング(旋回)して角度を工具ポット１１と同一の方向と直交する方向（主軸８と平行な方向）との間で９０度向きを変えることができる。更に、工具チェンジャ１８は左右方向のスライド移動及び１８０度水平回転させることができる。
即ち、割り出し位置Ｗにある工具ポット１１から次に使用する工具Ｔを第一グリッパアーム１５で把持して引き出し、工具チェンジャ１８を９０度旋回して角度を切り換え可能である。しかも、スイング途中の角度４５度の待機位置Ｖで停止して工具Ｔを保持可能である。
即ち、割り出し位置Ｗにある工具ポット１１から次に使用する工具Ｔを第一グリッパアーム１５で把持して引き出し、工具チェンジャ１８を９０度旋回して角度を切り換え可能である。しかも、スイング途中の角度４５度の待機位置Ｖで停止して工具Ｔを保持可能である。
【0026】
そして、工具チェンジャ１８を９０度スイングさせた後、水平方向にスライドさせて、第二グリッパアーム１６で主軸８に装着された使用(切削)済み工具Ｔを把持して抜き差し方向に引き出す。工具チェンジャ１８を水平方向に１８０度回転させて再び抜き差し方向に差し込むことで、第一グリッパアーム１５で把持された切削前の工具Ｔを主軸８に装着する。第二グリッパアーム１６で把持した切削済み工具Ｔは工具チェンジャ１８を水平移動させた後、９０度旋回させて水平に保持することで割り出し位置Ｗの工具ポット１１に収納可能になる。工具チェンジャ１８はスイング駆動装置１４によって、このような工具交換作業を繰り返して行う。
図３において、主軸８の近傍には使用済み工具Ｔにエアを噴射するエア噴射ノズル２１が設置されている。切削後の工具Ｔには切削液(クーラント)や切粉や切屑が付着しており、この切削液や切粉をエア噴射ノズル２１のエアで吹き飛ばすことができる。また、工具Ｔに軽く付着した切屑もエアで吹き飛ばすことができる。
図３において、主軸８の近傍には使用済み工具Ｔにエアを噴射するエア噴射ノズル２１が設置されている。切削後の工具Ｔには切削液(クーラント)や切粉や切屑が付着しており、この切削液や切粉をエア噴射ノズル２１のエアで吹き飛ばすことができる。また、工具Ｔに軽く付着した切屑もエアで吹き飛ばすことができる。
【0027】
図１に示す工作機械１において、主軸８と工具マガジン１０との間には、工具チェンジャ１８の下方側に仕切り板２３が設置され、仕切り板２３の上方には開閉可能なシャッター２４が設置されている。工具Ｔによるワークの切削加工時にはシャッター２４を閉鎖することで、主軸８等を備えた加工室２５と工具マガジン１０を備えた工具収納室２６とに仕切ることができる。シャッター２４を閉鎖させた状態で工具チェンジャ１８は例えば加工室２５内に保持され、スイング駆動装置１４は工具収納室２６内に保持される。
工具交換時にはシャッター２４を開放させて工具チェンジャ１８を工具収納室２６内まで水平方向に旋回可能としている。シャッター２４の閉鎖状態において加工室２５内で工具Ｔによる切削加工を行うことで、切屑や切粉、切削液等が工具収納室２６内に飛散することを阻止できる。
工具交換時にはシャッター２４を開放させて工具チェンジャ１８を工具収納室２６内まで水平方向に旋回可能としている。シャッター２４の閉鎖状態において加工室２５内で工具Ｔによる切削加工を行うことで、切屑や切粉、切削液等が工具収納室２６内に飛散することを阻止できる。
【0028】
次に、工具Ｔに付着する切屑を検出するための撮影装置を備えた切屑検出装置２について説明する。
図２及び図５に示す工具マガジン１０において、工具マガジン１０の内側には割り出し位置Ｗにある工具Ｔを照射する第１光源２８が設置され、割り出し位置Ｗにある工具Ｔを挟んで第１光源２８に対向する位置には第一カメラ２９が第一撮像手段として設置されている。第一カメラ２９は工具マガジン１０の外側に位置している。第一カメラ２９では、図５に示すように、第１光源２８と反対側における工具Ｔの半面（以下、これを表面Ｔａという）を透過光として撮影可能であるが、第１光源２８側の半面(以下、裏面Ｔｂという)は死角になり、この部分の切屑は撮影できない。
また、第１光源２８の周囲には保護カバー２８ａが設置され、後述する第二カメラ３２に照射光が直接入射しないように設定されている。同様に第一カメラ２９の周囲にも保護カバー２９ａが配設され、後述する第２光源３１の照射光が直接入射しないようになっている。
図２及び図５に示す工具マガジン１０において、工具マガジン１０の内側には割り出し位置Ｗにある工具Ｔを照射する第１光源２８が設置され、割り出し位置Ｗにある工具Ｔを挟んで第１光源２８に対向する位置には第一カメラ２９が第一撮像手段として設置されている。第一カメラ２９は工具マガジン１０の外側に位置している。第一カメラ２９では、図５に示すように、第１光源２８と反対側における工具Ｔの半面（以下、これを表面Ｔａという）を透過光として撮影可能であるが、第１光源２８側の半面(以下、裏面Ｔｂという)は死角になり、この部分の切屑は撮影できない。
また、第１光源２８の周囲には保護カバー２８ａが設置され、後述する第二カメラ３２に照射光が直接入射しないように設定されている。同様に第一カメラ２９の周囲にも保護カバー２９ａが配設され、後述する第２光源３１の照射光が直接入射しないようになっている。
【0029】
図２及び図６において、工具マガジン１０の外側には第１光源２８と第一カメラ２９の光路に交差する方向であって工具マガジン１０の外側に第２光源３１が設置されている。第２光源３１の光は第１光源２８の光と色相が相違するものとする。この第２光源３１からの照射光は第一カメラ２９で撮影できない割り出し位置Ｗの工具Ｔの裏面Ｔｂ側を照射可能であり、しかも第一カメラ２９に直接照明光が入射しないように保護カバー３１ａで遮蔽されている。
第２光源３１に対して工具Ｔを挟んで対向する位置には第二カメラ３２が第二撮像手段として設置されている。第二カメラ３２も第１光源２８から照射光が直接入射しないように保護カバー３２ａによって遮蔽されている。第二カメラ３２には第２光源３１と反対側の工具Ｔの表面について透過光として撮影可能である。
第２光源３１に対して工具Ｔを挟んで対向する位置には第二カメラ３２が第二撮像手段として設置されている。第二カメラ３２も第１光源２８から照射光が直接入射しないように保護カバー３２ａによって遮蔽されている。第二カメラ３２には第２光源３１と反対側の工具Ｔの表面について透過光として撮影可能である。
【0030】
また、第１光源２８から照射される工具Ｔの裏面Ｔｂでの反射光は第二カメラ３２では受光できず、工具Ｔの裏面Ｔｂに付着した切屑での乱反射光のみが第二カメラ３２に入射可能である。また、第１光源２８の光が第一カメラ２９に到達しない工具Ｔの裏面Ｔｂの切屑について、色相の相違する第２光源３１からの照射光の切屑での乱反射光が第一カメラ２９に入射可能である。そのため、第２光源３１は第一カメラ２９側に寄った位置(９０度より小さい角度位置)に設置されている。
そのため、第一カメラ２９では、第１光源２８の透過光と第２光源３１の色相の異なる乱反射光が受光可能であり、第二カメラ３２では、第２光源３１の透過光と第１光源２８の色相の異なる乱反射光が受光可能である。各乱反射光は透過光と色相が相違するため、分離して切屑の有無を判定することができる。
そのため、第一カメラ２９では、第１光源２８の透過光と第２光源３１の色相の異なる乱反射光が受光可能であり、第二カメラ３２では、第２光源３１の透過光と第１光源２８の色相の異なる乱反射光が受光可能である。各乱反射光は透過光と色相が相違するため、分離して切屑の有無を判定することができる。
【0031】
第一カメラ２９と第二カメラ３２は割り出し位置Ｗの工具Ｔに対して略９０度の角度で配置されているため、工具Ｔの全周を撮影できるものではないが、工具Ｔに付着して工具Ｔの輪郭から外側に突出する切屑を透過光や乱反射光によってほぼ全周に亘って検出できる。
第１光源２８と第２光源３１は後述する制御部３４における照明点灯手段３５によって点灯と消灯がそれぞれ切り換え制御される。また、第一カメラ２９と第二カメラ３２は制御部３４におけるカメラ制御手段３６によって撮影と撮影中止とがそれぞれ切り換え制御される。
第１光源２８と第２光源３１は後述する制御部３４における照明点灯手段３５によって点灯と消灯がそれぞれ切り換え制御される。また、第一カメラ２９と第二カメラ３２は制御部３４におけるカメラ制御手段３６によって撮影と撮影中止とがそれぞれ切り換え制御される。
【0032】
工作機械１の自動工具交換装置７と切屑検出装置２は、図７に示す制御部３４によって駆動を制御される。制御部３４において、自動工具交換装置７は工具マガジン駆動手段３９と工具交換手段４０とを備えている。工具マガジン駆動手段３９は、工具マガジン１０を駆動させて次にワークの切削加工に用いる工具Ｔを割り出し位置Ｗに移動させるものである。工具交換手段４０は、スイング駆動装置１４によって工具チェンジャ１８を駆動させて割り出し位置Ｗにある切削前の工具Ｔを工具ポット１１から取り外して主軸８に取り付けると共に、切削済みの工具Ｔを主軸８から取り外して所定の割り出し位置Ｗに移動させて工具ポット１１に装着するものである。
【0033】
制御部３４は、主軸８で使用した切削済み工具Ｔを工具チェンジャ１８で取り外して工具マガジン１０の割り出し位置Ｗにある所定の工具ポット１１に装着された状態を検出して切屑検出指令を出力する切屑検出指令手段４１を有している。また、切屑検出装置２は、切屑検出指令に基づいて第一カメラ２９及び第二カメラ３２で撮像した工具Ｔの各撮影画像データに基づいて工具Ｔに切屑付着の有無を判定する切屑付着判定手段４２を備えている。
制御部３４は、更に工具マガジン１０における各工具Ｔの工具径データ及び工具長データ等の工具情報を記憶しておき、切屑検出指令に基づいて必要な工具情報を切屑付着判定手段４２に出力する工具情報記憶手段４３と、切屑付着判定手段４２で工具Ｔに切屑が付着されたことを判別するとアラーム処理するアラーム処理手段４４とを備えている。
制御部３４は、更に工具マガジン１０における各工具Ｔの工具径データ及び工具長データ等の工具情報を記憶しておき、切屑検出指令に基づいて必要な工具情報を切屑付着判定手段４２に出力する工具情報記憶手段４３と、切屑付着判定手段４２で工具Ｔに切屑が付着されたことを判別するとアラーム処理するアラーム処理手段４４とを備えている。
【0034】
次に、切屑付着判定手段４２における切削済みの工具Ｔに付着する切屑の有無を判定する手法について説明する。先ず、工具Ｔの切削前の画像を第一カメラ２９及び第二カメラ３２によって割り出し位置Ｗで撮影しておく。次に、工具Ｔを主軸８の回転軸線Ｏと同軸に装着して回転切削する場合、例えば図８に示すように、発生した切屑ｋは工具Ｔの刃先の周囲に絡まって付着する。これらの画像は第一カメラ２９及び第二カメラ３２で撮像した各画像を合成した撮影画像Ｍとして処理するが、個別の撮影画像Ｍとして処理してもよい。
図８に示す工具Ｔの画像は、工具情報記憶手段４３から入力した工具径及び工具長のデータを読み込んでこれらに基づいて補正した割り出し位置Ｗにおける撮影画像Ｍとして画面内に表示されている。この撮影画像Ｍはカラーでも多色でも二色でもよく、工具Ｔは割り出し位置Ｗで工具ポット１１内に収納されている。
図８に示す工具Ｔの画像は、工具情報記憶手段４３から入力した工具径及び工具長のデータを読み込んでこれらに基づいて補正した割り出し位置Ｗにおける撮影画像Ｍとして画面内に表示されている。この撮影画像Ｍはカラーでも多色でも二色でもよく、工具Ｔは割り出し位置Ｗで工具ポット１１内に収納されている。
【0035】
図８に示す工具Ｔの撮影画像Ｍを、図９に示すように、撮像範囲に基づいて予め設定された単位の画像認識区画ｍ毎に仕切って縦横方向に配列した画像認識区画群で区分けしている。この図において、１単位の画像認識区画ｍは四方に隣接する画像認識区画ｍと僅かにオーバーラップして隙間なく配列されていることが好ましい。図９に示す処理画像において、工具Ｔの周囲全体における画像認識区画ｍ群をピックアップして切屑ｋの有無を判定すると高精度な判定が可能であるが、処理に時間がかかる。そのため、工具Ｔの上下で先端部、付け根部、そして中間部の画像認識区画ｍを例えば６個選択して切屑ｋの有無を判断するものとした。選択した６個の画像認識区画ｍは網目部で示す区画である。また、中間部の画像認識区画ｍは中央に設置できないので工具Ｔの上下でその前後に振り分けて配置した。
【0036】
そして、選択した６個の画像認識区画ｍ内の画像において、切削前の工具Ｔの径方向と長さ方向の最大値と撮像した物体の面積をそれぞれ算出して記憶しておき、これを切削加工後の６個の画像認識区画ｍによる工具Ｔの画像と比較する。そして、切削後の工具Ｔの画像面積が切削前のものより大きい場合に切屑が付着したと認定する。
なお、工具Ｔの先端部、付け根部、そして中間部の画像認識区画ｍを選択したのはいずれかに切屑ｋが付着する可能性が高いところを選択したためである。なお、選択する画像認識区画ｍの数は６個に限らない。工具Ｔの周囲全体の画像認識区画ｍを選択すればより高精度であるが、演算する画像認識区画ｍ数が増大するので検出速度が低下し、効率が悪くなる。画像認識区画ｍの数を減少させれば検出速度は増加するが検出精度が低下する。そのため、切屑ｋの検出精度と検出速度とのバランスによって高精度で効率よく検出できる画像認識区画ｍの数と場所を適宜選択できる。
なお、工具Ｔの先端部、付け根部、そして中間部の画像認識区画ｍを選択したのはいずれかに切屑ｋが付着する可能性が高いところを選択したためである。なお、選択する画像認識区画ｍの数は６個に限らない。工具Ｔの周囲全体の画像認識区画ｍを選択すればより高精度であるが、演算する画像認識区画ｍ数が増大するので検出速度が低下し、効率が悪くなる。画像認識区画ｍの数を減少させれば検出速度は増加するが検出精度が低下する。そのため、切屑ｋの検出精度と検出速度とのバランスによって高精度で効率よく検出できる画像認識区画ｍの数と場所を適宜選択できる。
【0037】
本第一実施形態による工作機械１の切屑検出装置２は上述した構成を有しており、次に切屑検出方法について図１０に示すフローチャートに沿って説明する。
工作機械１において、主軸８に装着された工具Ｔによってテーブル４のパレットＰに装着されたワークを切削加工する。加工終了後、工具マガジン１０に装着された複数種の工具Ｔから次に使用する工具Ｔの番号(種類)を制御部３４に読み込む(Ｓ１＝ステップ１、以下同じ)。これにより、制御部３４の工具情報記憶手段４３から次の工具Ｔの工具長及び工具径を、工具長補正値及び工具径補正値として切屑付着判定手段４２に読み込む（Ｓ２）。一方、工具マガジン１０では次に使用する工具Ｔの工具ポット１１を割り出し位置Ｗに位置決めさせるべく工具マガジン１０を周回移動させる（Ｓ３）。
工作機械１において、主軸８に装着された工具Ｔによってテーブル４のパレットＰに装着されたワークを切削加工する。加工終了後、工具マガジン１０に装着された複数種の工具Ｔから次に使用する工具Ｔの番号(種類)を制御部３４に読み込む(Ｓ１＝ステップ１、以下同じ)。これにより、制御部３４の工具情報記憶手段４３から次の工具Ｔの工具長及び工具径を、工具長補正値及び工具径補正値として切屑付着判定手段４２に読み込む（Ｓ２）。一方、工具マガジン１０では次に使用する工具Ｔの工具ポット１１を割り出し位置Ｗに位置決めさせるべく工具マガジン１０を周回移動させる（Ｓ３）。
【0038】
そして、割り出し位置Ｗに保持された使用前の次の工具Ｔを色相の異なる第１光源２８及び第２光源３１で照射して、第一カメラ２９及び第二カメラ３２で撮像する（Ｓ４）。図５及び図６に示すように、第一カメラ２９では工具Ｔの表面Ｔａと第２光源３１で乱反射した裏面Ｔｂに付着し突出する切屑を撮像し、第二カメラ３２では第２光源３１による工具Ｔの裏面Ｔｂの一部と第１光源２８で乱反射した裏面Ｔｂに付着して突出する切屑を撮像する。
第一カメラ２９及び第二カメラ３２で撮影された各画像に基づいて合成された撮影画像Ｍにおける工具Ｔの像を区画した多数の画像認識区画ｍを碁盤の目状に設定する（Ｓ５）。各画像認識区画ｍにおける次の工具Ｔの切削前の画像の最大長、最大径、そして面積を演算して記憶する（Ｓ６）。
第一カメラ２９及び第二カメラ３２で撮影された各画像に基づいて合成された撮影画像Ｍにおける工具Ｔの像を区画した多数の画像認識区画ｍを碁盤の目状に設定する（Ｓ５）。各画像認識区画ｍにおける次の工具Ｔの切削前の画像の最大長、最大径、そして面積を演算して記憶する（Ｓ６）。
【0039】
次の工具Ｔは工具チェンジャ１８の第一グリッパアーム１５で把持されて工具ポット１１から引き出され、スイング駆動装置１４によって９０度旋回させられ、更に水平移動することで、第二グリッパアーム１６で主軸８に装着された使用済みの工具Ｔを把持する。工具チェンジャ１８によって切削済みの工具Ｔは主軸８から引き出され、工具チェンジャ１８を１８０度水平回転させて次の工具Ｔを主軸８に装着する。
切削済みの工具Ｔを主軸８から引き出す処理に先立って、エア噴射ノズル２１で工具Ｔにエアを噴射することによって切削液や切粉や付着の軽い切屑等の付着物を吹き飛ばすことができる。そのため、第一カメラ２９及び第二カメラ３２による切屑付着画像を安定化させることができる。なお、エア噴射は連続して行うよりも間欠的に噴射することがより好ましい。
切削済みの工具Ｔを主軸８から引き出す処理に先立って、エア噴射ノズル２１で工具Ｔにエアを噴射することによって切削液や切粉や付着の軽い切屑等の付着物を吹き飛ばすことができる。そのため、第一カメラ２９及び第二カメラ３２による切屑付着画像を安定化させることができる。なお、エア噴射は連続して行うよりも間欠的に噴射することがより好ましい。
【0040】
そして、工具チェンジャ１８の第二グリッパアーム１６に把持された使用済み工具Ｔは水平移動させられ、更に９０度スイングさせた後に割り出し位置Ｗにある所定の工具ポット１１に装着することで位置決めする（Ｓ７）。この状態で切削済み工具Ｔは切刃部及び工具本体の部分が露出しており、その表面に切屑が付着していることがある。この切削済みの工具Ｔについて第一カメラ２９及び第二カメラ３２で撮影する。
【0041】
第一カメラ２９では工具Ｔの表面Ｔａを第１光源２８の透過光で撮影できるが裏面Ｔｂに付着した切屑は撮影できない。第２光源３１の照射光のうち裏面Ｔｂに付着し突出する切屑の乱反射光を受光して第一カメラ２９で一部撮影できる。また、第二カメラ３２では第２光源３１による透過光で工具Ｔの裏面Ｔｂを撮影し、更に第１光源２８の乱反射光で裏面Ｔｂに付着し突出した切屑の乱反射光を受光して一部撮影できる。第一カメラ２９には第１光源２８の透過光による工具Ｔの輪郭外に突出する切屑の光と影が撮影され、これと同時に色相の異なる第２光源３１による裏面Ｔｂから突出する切屑の乱反射光が受光される。第２光源３１の乱反射光による画像は第１光源２８の画像と色相が相違するので分離して判定できる。
【0042】
切屑付着判定手段４２では、第一カメラ２９及び第二カメラ３２の画像から撮影画像Ｍを読み取り、各画像認識区画ｍを読み込む（Ｓ９）。そして、各画像認識区画ｍから使用済み工具Ｔの最大長、最大径、面積をそれぞれ演算によって求める（Ｓ１０）。次いで、この切削済み工具Ｔについて切削前に割り出し位置Ｗで検出した各画像認識区画ｍの演算値を読み込んで（Ｓ１１）、切削前後の各画像認識区画ｍの演算値を対比して切削後の工具Ｔの面に切屑が付着したか否かの判定を行う（Ｓ１２）。
【0043】
これにより、切削前の工具Ｔとの比較により切削後の工具Ｔの工具長、工具径、面積の少なくともいずれかがより大きいと認識された場合、切屑が付着していると判定する。判定に際し、工具Ｔの輪郭から突出している切屑や輪郭内で突出する切屑を判別できる。これらの場合には、アラーム処理手段４４によって表示画面に表示すると共に後処理を行う（Ｓ１３）。後処理に際し、切屑が付着した工具Ｔは元の工具ポット１１に戻されており、次回の切削に際しては工具マガジン１０の別の工具ポット１１に装着された予備の工具Ｔを使用するよう指令を出力する。このような処理を繰り返して行うことで、非接触且つ高速で使用済み工具Ｔに切屑付着の有無を検出できる。
【0044】
上述したように本第一実施形態による工作機械１の切屑検出装置２によれば、加工済みの工具Ｔに切屑が付着した場合に、２方向から第一カメラ２９及び第二カメラ３２によって裏面に隠れた切屑も撮影できて画像処理によって切屑付着の有無を検出することができる。また、第一カメラ２９及び第二カメラ３２による撮像画像に基づく撮影画像Ｍを碁盤の目状に区分けした多数の画像認識区画ｍから、切削前後の工具Ｔの周囲の６個の画像認識区画ｍに基づいて切屑ｋの有無を判定できるため検出時間を短縮できて高速判定できる。
しかも、工具Ｔに巻き付く切屑を検出することで当該工具Ｔは工具ポット１１に収納し、次回には予備の工具Ｔに交換して使用することで連続加工を継続することができ、工作機械１やワークが損傷する不具合を防止することができる。
しかも、工具Ｔに巻き付く切屑を検出することで当該工具Ｔは工具ポット１１に収納し、次回には予備の工具Ｔに交換して使用することで連続加工を継続することができ、工作機械１やワークが損傷する不具合を防止することができる。
【0045】
また、色相の相違する第１光源２８と第２光源３１によって切削前後の工具Ｔを照射することで、工具Ｔの輪郭内に付着する切屑を色の差で別個に画像として検出できる。しかも、画像の撮影に際して透過光と乱反射光の両方を利用するため、切屑を多重判定できて判定精度が高まり、無反射板等の設備が不要である。
また、第一カメラ２９及び第二カメラ３２を加工室２５とシャッター２４で仕切られた工具収納室２６に設置したため、加工時に切削液や切粉、切屑等が飛散して第一カメラ２９や第二カメラ３２に付着して汚れること等を防止できる。
しかも、切削後の工具Ｔはエア噴射ノズル２１で切削液や切粉や付着の軽い切屑等を吹き飛ばすことができるため、第一カメラ２９及び第二カメラ３２による切屑付着画像を安定化することができる。
また、第一カメラ２９及び第二カメラ３２を加工室２５とシャッター２４で仕切られた工具収納室２６に設置したため、加工時に切削液や切粉、切屑等が飛散して第一カメラ２９や第二カメラ３２に付着して汚れること等を防止できる。
しかも、切削後の工具Ｔはエア噴射ノズル２１で切削液や切粉や付着の軽い切屑等を吹き飛ばすことができるため、第一カメラ２９及び第二カメラ３２による切屑付着画像を安定化することができる。
【0046】
なお、本発明による工作機械１の切屑検出装置２は、上述した第一実施形態によるものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能である。以下に、本発明の他の実施形態や変形例等について説明するが、上述した第一実施形態による工作機械１の切屑検出装置２と同一または同様な部材、部品には同一の符号を用いて説明する。
【0047】
次に本発明の第二実施形態による工作機械１の切屑検出装置２Ａについて、図１１～図１４により説明する。
本第二実施形態による工作機械１の切屑検出装置２Ａでは、図１１に示すように、主軸８をＵ軸機能付きとして回転軸線Ｏに対して直交する主軸面上の径方向に適宜距離だけ移動させて保持している。そのため、切削工具(以下、工具という)Ｔは回転軸線Ｏを中心にリング状に旋回加工するため、ワークの大小の穴加工やテーパ穴加工、外径加工等を行える。
通常、旋盤を用いた旋削加工は、ワークを回転させて固定した工具Ｔをワークに当てることで旋削加工を行うが、本実施形態によるＵ軸機能付き主軸８は、ワークを固定すると共に工具Ｔを回転軸線Ｏ周りに旋回させて旋削加工を行う。本第二実施形態による工作機械１の切屑検出装置２Ａはこのように配設した主軸８に装着された工具Ｔを用いている。
本第二実施形態による工作機械１の切屑検出装置２Ａでは、図１１に示すように、主軸８をＵ軸機能付きとして回転軸線Ｏに対して直交する主軸面上の径方向に適宜距離だけ移動させて保持している。そのため、切削工具(以下、工具という)Ｔは回転軸線Ｏを中心にリング状に旋回加工するため、ワークの大小の穴加工やテーパ穴加工、外径加工等を行える。
通常、旋盤を用いた旋削加工は、ワークを回転させて固定した工具Ｔをワークに当てることで旋削加工を行うが、本実施形態によるＵ軸機能付き主軸８は、ワークを固定すると共に工具Ｔを回転軸線Ｏ周りに旋回させて旋削加工を行う。本第二実施形態による工作機械１の切屑検出装置２Ａはこのように配設した主軸８に装着された工具Ｔを用いている。
【0048】
本実施形態による工作機械１の切屑検出装置２Ａでは、工具Ｔの刃先が連続してワークに接しながら切削加工するので、連続的な切屑が発生して工具Ｔに巻き付きやすい。工具Ｔに巻き付いた切屑でワークを傷つけたり工具Ｔを折損させてしまったり、工具マガジン１０の工具ポット１１に収納されて隣りの工具Ｔに絡まったりすることがある。本第二実施形態による工作機械１の切屑検出装置２Ａは、このような課題をも解決できるようにしたものである。
【0049】
本第二実施形態では、工具Ｔを工具マガジン１０の工具ポット１１から工具チェンジャ１８によって引き出して９０度スイングさせて工具Ｔを第一グリッパアーム１５で水平に保持する位置から主軸８に平行な水平位置に変更する(図３参照)。その工程の途中における例えば４５度の傾斜角度に工具Ｔの待機位置Ｖが設定されている。本第二実施形態では切削後の工具Ｔに絡まる切屑ｋの外径が大きくて工具ポット１１に装着できない場合があるので、待機位置Ｖで切削前後の工具Ｔの撮影を行うようにした。
【0050】
図１２は本実施形態による切屑検出装置２Ａを示すものであり、第１光源２８及び第一カメラ２９は例えば第一実施形態と同一位置配置されているが、異なる位置に移動して設置されてもよい。第一カメラ２９によって工具チェンジャ１８に把持された待機位置Ｖにおける工具Ｔの表面Ｔａの撮影を行うことができる。第２光源３１及び第二カメラ３２は待機位置Ｖにおける工具Ｔを挟んで対向する位置に配設されている。この場合、第二カメラ３２は工具マガジン１０の外側に固定され、第２光源３１は工具Ｔを挟んで第二カメラ３２に対向する位置に配設されている。
なお、第１光源２８及び第一カメラ２９と第２光源３１及び第二カメラ３２は、第一実施形態と同様に、待機位置Ｖにおける切削前後の工具Ｔに対して、図６に示す配置と同様に配設されている。そのため、第一カメラ２９及び第二カメラ３２は工具Ｔに対して略９０度の角度位置に配設されている。
なお、第１光源２８及び第一カメラ２９と第２光源３１及び第二カメラ３２は、第一実施形態と同様に、待機位置Ｖにおける切削前後の工具Ｔに対して、図６に示す配置と同様に配設されている。そのため、第一カメラ２９及び第二カメラ３２は工具Ｔに対して略９０度の角度位置に配設されている。
【0051】
本第二実施形態による切屑検出装置２Ａでは、第二カメラ３２は第２光源３１による透過光によって工具Ｔの表面Ｔａを撮影できる。また、第二カメラ３２は第１光源２８の乱反射光によって第２光源３１の影になる部分を乱反射光によって異なる色相で撮影できる。また、第一カメラ２９では第二カメラ３２による撮像範囲の死角になる裏面Ｔｂに付着する切屑を乱反射光によって撮像できる。なお、本実施形態における工具Ｔの表面Ｔａ，裏面Ｔｂは第一実施形態の表面Ｔａ，裏面Ｔｂと位置が相違している。
そのため、切削前後の工具Ｔについて、待機位置Ｖで第一カメラ２９及び第二カメラ３２によって工具Ｔのほぼ全周の輪郭から突出する切屑を撮影でき、切屑が付着している場合には確実に撮像できる。
そのため、切削前後の工具Ｔについて、待機位置Ｖで第一カメラ２９及び第二カメラ３２によって工具Ｔのほぼ全周の輪郭から突出する切屑を撮影でき、切屑が付着している場合には確実に撮像できる。
【0052】
本第二実施形態による切屑検出装置２Ａにおいても、第一実施形態と同様に図１０に示すフローチャートに沿って切屑ｋの検出作業を行う。なお、図１３から図１５は工具Ｔに対する切屑ｋの絡みつき範囲の大きさを示すために、仮想的にＵ軸機能付き工具Ｔとして旋回する状態で主軸８に装着したものを示す説明図である。
図１３は主軸８に装着した切削後の工具Ｔを示している。図１３は、回転軸線Ｏを中心に旋回して回転する工具Ｔの刃先と付け根に切屑ｋが絡まって付着した撮影画像Ｍが示されている。この画像は第一カメラ２９及び第二カメラ３２で撮像した各画像を合成した画像として処理される。
図１４に示す工具Ｔの画像は工具情報記憶手段４３から入力した工具径補正値及び工具長補正値のデータを読み込んで補正した待機位置Ｖにおける撮影画像Ｍとして全体画面に表示されている。
図１３は主軸８に装着した切削後の工具Ｔを示している。図１３は、回転軸線Ｏを中心に旋回して回転する工具Ｔの刃先と付け根に切屑ｋが絡まって付着した撮影画像Ｍが示されている。この画像は第一カメラ２９及び第二カメラ３２で撮像した各画像を合成した画像として処理される。
図１４に示す工具Ｔの画像は工具情報記憶手段４３から入力した工具径補正値及び工具長補正値のデータを読み込んで補正した待機位置Ｖにおける撮影画像Ｍとして全体画面に表示されている。
【0053】
図１３に示す切削後の工具Ｔの撮影画像Ｍを、図１４に示すように、予め設定された画像認識区画ｍに基づいて仕切って縦横方向に碁盤の目状に区分けしている。各画像認識区画ｍは四方に隣接する画像認識区画ｍと僅かにオーバーラップして隙間なく配列されている。図１４に示す処理画像において、工具Ｔの先端部、付け根部、そして中間部の画像認識区画ｍを例えば６個選択して切屑ｋの有無を判断するものとした。中間部の画像認識区画ｍは先端部と付け根部の中央にないため、工具Ｔの上下で前後に画像認識区画ｍを設定した。
【0054】
図１４において、工具Ｔの中間と付け根の間の画像認識区画ｍに切屑ｋが位置する場合には検出できないので手動設定で追加の画像認識区画ｍａを設定することで切屑ｋを検出できるようにした。そして、選択した８個の画像認識区画ｍ、ｍａ内の画像において、工具Ｔの径方向と長さ方向の最大値と撮像した物体の面積をそれぞれ算出して記憶しておく。また、切削前における待機位置での工具Ｔの撮影画像Ｍにおける同様な８個の画像認識区画ｍ、ｍａも記憶している。
【0055】
これら切削加工前と切削加工後における工具Ｔの８個の画像認識区画ｍ、ｍａを読み出して、制御部３４における切屑付着判定手段４２で比較して工具Ｔの面積に差があるか否かを判定する。切削後の工具Ｔの面積が大きい場合には、工具Ｔに切屑ｋが付着している旨認定する。切屑付着判定手段４２で切削後の工具Ｔに切屑ｋが付着していると判定した場合には、アラーム処理手段４４によってアラーム処理をする。
この場合、加工後の工具Ｔを所定の工具ポット１１に収納し、次の加工時には予備の工具Ｔを使用するよう指令を出力する。
この場合、加工後の工具Ｔを所定の工具ポット１１に収納し、次の加工時には予備の工具Ｔを使用するよう指令を出力する。
【0056】
なお、工具ＴはＵ軸機能付き主軸８を備えているため、工具Ｔを主軸８に装着した状態で回転軸線Ｏを中心に旋回させてワークを旋削加工すると遠心力によって絡みつく切屑ｋはより大きな外径を以って工具Ｔの旋回方向外側に突出することがある。切屑ｋがこのように工具Ｔの外周側に突出して絡みついた場合、加工後の工具Ｔを工具マガジン１０の工具ポット１１に収納すると隣りの工具Ｔと干渉してしまうおそれがある。この場合、工具マガジン１０の周回作動時に工具ポット１１に収納された工具Ｔが落下する等のトラブルを生じる原因になる。
そのため、この場合には、図１５に示すように、旋回する工具Ｔの旋回径より大きな切屑ｋを判定できる画像認識区画ｍｂを工具長の範囲に亘って自動的に設定することができる。画像認識区画ｍｂは工具Ｔの像から径方向外側に大きく離間した位置に設定されている。
そのため、この場合には、図１５に示すように、旋回する工具Ｔの旋回径より大きな切屑ｋを判定できる画像認識区画ｍｂを工具長の範囲に亘って自動的に設定することができる。画像認識区画ｍｂは工具Ｔの像から径方向外側に大きく離間した位置に設定されている。
【0057】
切屑付着判定手段４２で画像認識区画ｍｂによって工具Ｔに外径のより大きな切屑ｋが付着していることを判定した場合には、加工後の工具Ｔを工具ポット１１に収納せず、アラーム処理手段４４で加工を中止するアラーム処理を行う。或いは、例えば工具マガジン１０における両隣りの工具ポット１１を空にした退避用工具ポットに加工後の工具Ｔを返却し、次の切削加工では予備の工具Ｔを使用するように設定することができる。
【0058】
なお、上述した第一実施形態では、工具Ｔを工具マガジン１０の割り出し位置Ｗにおける工具ポット１１に装着した状態で切削前後の工具Ｔを撮像し、第二実施形態では工具Ｔを割り出し位置Ｗの工具ポット１１から外れたスイング工程の待機位置Ｖで撮像して、切屑付着の有無を判定した。しかし、本発明では、撮影位置は割り出し位置Ｗや待機位置Ｖに限定されない。工具Ｔを切削前後で撮像できればよく、適宜の位置で撮像して切屑付着判定手段４２で切屑付着の有無を判定できればよい。その際、第1光源２８及び第２光源３１、第一カメラ２９及び第二カメラ３２の設置位置は工具マガジン１０内外に限定されることなく、適宜の位置に設置できる。
【0059】
上述した各実施形態では、工作機械１における回転軸線Ｏ上に主軸８を設けた切削加工機やＵ軸機能付き主軸８を備えて切削及び旋削を行う複合加工装置を含む切屑検出装置２、２Ａについて説明した。しかし、本発明による切屑検出装置はワークを設置したテーブル４を回転させることで、工具Ｔによって旋削加工する旋削加工装置にも適用できる。
【符号の説明】
【0060】
１ 工作機械
２、２Ａ 切屑検出装置
７ 自動工具交換装置
８ 主軸
１０ 工具マガジン
１１ 工具ポット
１８ 工具チェンジャ
２１ エア噴射ノズル
２８ 第１光源
２９ 第一カメラ
３１ 第２光源
３２ 第二カメラ
３４ 制御部
４０ 工具交換装置
４１ 切屑検出指令手段
４２ 切屑付着判定手段
４３ 工具情報記憶手段
４４ アラーム処理手段
Ｔ 切削工具、工具
ｋ 切屑
Ｍ 撮影画像
ｍ、ｍａ、ｍｂ 画像認識区画
Ｗ 割り出し位置
Ｖ 待機位置
２、２Ａ 切屑検出装置
７ 自動工具交換装置
８ 主軸
１０ 工具マガジン
１１ 工具ポット
１８ 工具チェンジャ
２１ エア噴射ノズル
２８ 第１光源
２９ 第一カメラ
３１ 第２光源
３２ 第二カメラ
３４ 制御部
４０ 工具交換装置
４１ 切屑検出指令手段
４２ 切屑付着判定手段
４３ 工具情報記憶手段
４４ アラーム処理手段
Ｔ 切削工具、工具
ｋ 切屑
Ｍ 撮影画像
ｍ、ｍａ、ｍｂ 画像認識区画
Ｗ 割り出し位置
Ｖ 待機位置
【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】