JP2005324262A - 工作機械における工具管理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の工具の作業者による工具マガジンへの工具格納位置確認作業を不要にして、工具マガジンへの工具の保管作業を迅速かつ確実に行う工作機械における工具管理装置を提供する。
【解決手段】正規工具を撮像して第１の工具画像データ記憶手段に記憶する。第１の工具画像データに関連する工具番号を含む工具管理情報を第１の工具管理情報記憶手段に記憶する。使用する複数の工具を加工順序を考慮しないで、工具マガジンにランダムに装着し、その工具を撮像して、第２の工具画像データ記憶手段に記憶する。第２の工具画像データを、第１の工具画像データと照合して、一致する場合に第１の工具画像データの工具番号を含む工具管理情報を第２の工具画像データの工具管理情報として設定する。加工プログラムを解析して、総加工時間が最短になるように工具マガジン内の工具の保管位置の組み替えを行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工具マガジンの複数の把持具に把持された工具を工具交換動作により主軸装置の主軸に装着して、前記工具によりワークの加工を行うようにした工作機械における工具管理装置に関する。

工具マガジン及び工具交換装置を備えた工作機械においては、予め加工プログラムに設定された各種工具の加工順序に従って、実際に使用される複数の工具を作業者が、工具番号や工具の種類を目視確認して、工具マガジンの第１〜第ｎ番の各把持具に手作業によって順次装着するようになっている。第１〜第ｎ番の各把持具に装着する工具の保管順序は、工具交換装置による工具の交換動作時間が最短になるように配慮されている。

ところが、従来の工作機械の工具管理装置は、ワークの加工に必要な複数の工具を工具マガジンの各把持具に把持する前に、作業者が加工作業パターンに従って、工具長さ寸法の調整や工具を工具マガジンのどの把持具に格納するかあるいは工具の摩耗状態を目視確認していたので、工具マガジンの各把持具に対する工具の保管作業が非常に面倒で、作業能率を低下させるばかりでなく、保管順序を間違える虞があるという問題があった。

本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、複数の工具の作業者による目視確認作業を不要にして、工具マガジンへの工具の保管作業を迅速かつ確実に行うことができる工作機械における工具管理装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、工具マガジンの複数の把持具に把持された工具を工具交換動作により主軸に装着して、前記工具によりワークの加工を行うようにした工作機械において、工具番号、工具種類及び工具長さを含む工具管理情報を用いて、ワークの加工動作を設定した加工プログラムデータを記憶する加工プログラムデータ記憶手段と、第１の撮像手段により正規工具を撮像して得られた複数の正規工具画像データを第１の工具画像データとして記憶する第１の工具画像データ記憶手段と、上記第１の工具画像データのそれぞれの前記工具管理情報を記憶する第１の工具管理情報記憶手段と、前記工具マガジンに保管された工具を撮像する第２の撮像手段と、上記第２の撮像手段により撮像された工具画像データを第２の工具画像データとして記憶する第２の工具画像データ記憶手段と、上記第２の撮像手段により撮像された第２の工具画像データを、前記第１の工具画像データ記憶手段に記憶された複数の第１の工具画像データと照合して、第１の工具画像データと一致する第２の工具画像データの工具管理情報を、第２の工具画像データの工具管理情報として取得して記憶する第２の工具管理情報記憶手段と、前記第２の工具画像データ及びその工具管理情報と、前記加工プログラムに設定された複数の工具の加工順序とに基づいて、工具マガジン内の複数の工具の保管位置を組み替える保管位置組替手段とを備えたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記保管位置組替手段は、前記加工プログラムに用いられる複数の工具の工具番号を順次抽出して、工具マガジン内に有るか否かを判定するために各工具番号に対応する工具が第２の工具管理情報記憶手段に記憶されているか否かを判定する工具有無判定手段と、上記工具有無判定手段により工具が無いと判定された場合に、工具補充の報知を行う工具補充報知指令手段とを備えていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記保管位置組替手段は、前記加工プログラムに用いられる各工具による許容される複数の加工作業パターンのそれぞれの総加工時間を算出する総加工時間算出手段と、総加工時間算出手段により算出された各加工作業パターンの各総加工時間のうち最も総加工時間の短い加工作業パターンの加工順序に工具マガジン内の工具を並べ替えて保管位置を設定する最適保管位置データ設定手段とを備えていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、主軸に装着された工具を撮像する第３の撮像手段と、上記第３の撮像手段により撮像された主軸工具画像データを第３の工具画像データとして記憶する第３の工具画像データ記憶手段と、撮像された第３の工具画像データを、前記第１の工具画像データ記憶手段に記憶された正規工具に関する第１の工具画像データと照合して、画像データの相違により主軸に装着された工具の破損状態又は摩耗状態を判定する主軸装着工具状態判定手段とを備えていることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記第１の撮像手段は、主軸に対する正規工具の取付姿勢を撮像する機能を備え、前記第３の撮像手段により撮像された第３の工具画像データを、第１の撮像手段により撮像された第１の工具画像データと照合して、主軸に対する工具ホルダ及び工具の取付姿勢の良否を判定する取付姿勢良否判定手段とを備えていることを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記第３の撮像手段による第３の工具画像データは、主軸を回転させて複数回撮像され、前記取付姿勢良否判定手段は、撮像された全ての第３の工具画像データを、前記第１の工具画像データと照合するように構成されていることを要旨とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項において、第２の工具画像データにより工具の長さ寸法、径寸法又は幅寸法の寸法データを算定し、これらの寸法データのうち少なくとも長さ寸法データと、第１の工具管理情報記憶手段に記憶された正規工具の長さ寸法、径寸法又は幅寸法のうち少なくとも長さ寸法データとを比較し、該長さ寸法データの差に基づいて主軸の送り量を補正する送り量補正演算手段を備えていることを要旨とする。

本発明によれば、工具マガジンの第１〜第ｎ番の把持具にランダムに保管された複数の工具が、第２の撮像手段によって順次撮像され、この第２の工具画像データと、第１の工具画像データ記憶手段に記憶された複数の正規工具に関する第１の工具画像データとが照合される。そして、第２の工具画像データと一致する第１の工具画像データの工具情報を、第２の工具画像データの工具情報として取り込んで記憶する。さらに、保管位置組替手段によって前記第２の工具画像データ及びその工具管理情報と、前記加工プログラムに設定された複数の工具の加工順序とに基づいて、工具マガジンに保管されている複数の工具の保管位置が組み替えられる。従って、本発明は、複数の工具の作業者による目視確認作業を不要にして、工具マガジンへの工具の保管作業を迅速かつ確実に行うことができる。

以下、本発明を具体化した工作機械における工具管理装置の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図６は工作機械の正面を表す。本実施形態では、工具交換アームを持たずに、工具交換動作の際には、主軸の動作により工具マガジンの回転動作に合わせて、直接に工具を交換する構成の工作機械を示す。ベッド１１の上面には、Ｚ軸案内レール１２を介して、Ｚ軸テーブル１３がＺ軸方向（紙面直交方向）の往復動可能に支持されている。前記Ｚ軸テーブル１３の上面には、Ｘ軸案内レール１４が左右（Ｘ軸）方向に支持され、このＸ軸案内レール１４には、Ｘ軸コラム１５がＸ軸方向の往復動可能に装着されている。このＸ軸コラム１５の前面には、上下方向にＹ軸案内レール１６が敷設され、このＹ軸案内レール１６には、Ｙ軸サドル１７がＹ軸方向の往復動可能に装着されている。前記Ｙ軸サドル１７には、主軸装置１８が装着され、この主軸装置１８の主軸１９には、工具２０を取り付けた工具ホルダ２１が取り外し可能に装着されている。

前記ベッド１１の上面には、支持枠体２２が装着され、この支持枠体２２の上面には、工具マガジン２６が装着されている。この工具マガジン２６は、前記支持枠体２２の上面に支持台を介して固定された支持軸２３と、この支持軸２３に往復回転可能に支持された円盤状なす取付板２４と、この取付板２４の外周部に装着された工具ホルダ２１を把持する第１〜第ｎの把持具２５ａ，２５ｂ・・・２５ｎ−１，２５ｎとによって構成されている。

前記工具マガジン２６の第１〜第ｎの把持具２５ａ・・・２５ｎに把持された工具２０及び工具ホルダ２１は、工具交換動作によって、前記主軸装置１８の主軸１９に装着されるようになっている。この実施形態では、前記主軸装置１８のＸ，Ｙ，Ｚの３軸駆動機構２８（図８参照）と、工具マガジン２６の把持具２５ａ・・・２５ｎを旋回するサーボモータよりなる旋回機構２９（図８参照）とに前記工具交換動作の機能を付与している。そして、旋回機構２９により例えば第１の把持具２５ａを工具交換位置Ｐ１に旋回移動した状態で、３軸駆動機構２８により主軸装置１８をＸ，Ｙ軸方向に移動して前記工具交換位置Ｐ１に停止し、主軸１９をＺ軸方向に往復移動することにより主軸１９への工具ホルダ２１の取り付け又は取り外しが行われ、工具２０の交換が可能になっている。

次に、図７によって、正規工具２０及び工具ホルダ２１の工具画像データを撮像するための第１の撮像手段３０について説明する。
この第１の撮像手段３０は、基盤３１の上面に取り付けられ、かつ、前記工具ホルダ２１の下端部を嵌合する支持台３２を備えている。この支持台３２は、前記主軸１９の取付け形状とほぼ同様に構成され、工具ホルダ２１の本体２１ａの下端面に設けたテーパ部２１ｂを嵌合する嵌合孔３２ａを備え、その支持台３２の上端面３２ｂに対して、工具ホルダ２１の本体２１ａの下面が接触されている。

前記基盤３１の上面には、支持台３２から水平方向に所定距離を隔てた状態で、ブラケット３３が立設され、そのブラケット３３には、第１のカメラ３４が上下方向及び前後方向の位置調節可能に装着されている。前記第１のカメラ３４によって、支持台３２に対する工具２０及び工具ホルダ２１の取付状態が正規工具の第１の工具画像データとして撮像されるようになっている。この実施形態では、主軸１９に工具２０を正常に装着した状態と同様の主軸装着工具画像データを撮像するようになっている。

図６に示すように、前記工具マガジン２６の回転中心部に固定された支持軸２３には、前記第１〜第ｎ番の把持具２５ａ，２５ｂ・・・２５ｎ−１，２５ｎに装着された工具２０及び工具ホルダ２１を撮像するための第２の撮像手段としての第２のカメラ３５が回転可能に装着されている。この第２のカメラ３５の指向方向を順次変更することによって、工具マガジン２６のいずれか一つの把持具に収納された工具２０及び工具ホルダ２１を第２の工具画像データとして順次撮像するようになっている。

前記支持枠体２２の右側部には、前記主軸装置１８の主軸１９に装着された工具２０及び工具ホルダ２１を撮像するための第３の撮像手段としての第３のカメラ３６が装着されている。この第３のカメラ３６によって、主軸１９に装着された工具２０及び工具ホルダ２１を第３の工具画像データとして撮像するようになっている。

次に、図８に基づいて、工作機械の各種の動作を制御するための制御システムの構成について説明する。
制御装置４１は、各種の動作を制御するとともに、各種のデータを演算する中央演算処理装置４２を備えている。この中央演算処理装置４２にはリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４３と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４４が接続されている。又、前記中央演算処理装置４２には、入出力装置４５を介して、前記第１のカメラ３４、第２のカメラ３５及び第３のカメラ３６が接続されている。又、入出力装置４５には、例えばキーボードあるいはマウス等の各種データを入力するための入力装置４６が接続されている。さらに、前記中央演算処理装置４２には、入出力装置４７を介して、報知手段としての表示装置４８が接続されている。入出力装置４７には、前記３軸駆動機構２８及び旋回機構２９が接続されている。

前記ＲＯＭ４３には、前記第１のカメラ３４によって、撮像された正規工具画像データを第１の工具画像データとして記憶するための第１の工具画像データ記憶手段５１が設けられている。又、ＲＯＭ４３には正規工具の工具管理情報を記憶するための第１の工具管理情報記憶手段５２が設けられるとともに、ワークの加工プログラムデータ記憶手段５３が設けられている。前記第１の工具画像データ記憶手段５１及び第１の工具管理情報記憶手段５２には、図４に示すような各種の工具画像データ及び工具管理情報がデータテーブルとして記憶されている。工具管理情報として、工具番号（例えば、１，２，３…ｎ）、工具の種類（例えばドリル、タップ、フライス…等）、工具径、工具長さ、回転数及び送り速度等がある。

前記ＲＡＭ４４には、第２のカメラ３５によって撮像された第２の工具画像データを記憶するための第２の工具画像データ記憶手段５５が設けられるとともに、第２の工具画像データと対応するそれぞれの工具管理情報を記憶するための第２の工具管理情報記憶手段５６が設けられている。この第２の工具画像データ記憶手段５５及び第２の工具管理情報記憶手段５６には、図５に示すような工具マガジンに保管されている工具の画像及びそれに関する各種の工具管理情報が記憶されるようになっている。すなわち、左から順に、工具マガジン２６の把持具番号、各把持具に保管された工具の画像データ、工具番号、工具の種類、工具径、工具長さ、工具長補正、回転数、送り速度等がデータテーブルとして記憶されるようになっている。

又、前記ランダムアクセスメモリ４４には第３のカメラ３６によって撮像された主軸工具画像データを第３の工具画像データとして記憶するための第３の工具画像データ記憶手段５７が設けられている。

前記中央演算処理装置４２には、工具マガジン２６内の工具２０の保管位置データ組替演算手段６１が設けられている。
この保管位置データ組替演算手段６１について説明すると、この保管位置データ組替演算手段６１は、工具有無判定手段６２と、工具補充報知指令手段６３と、総加工時間算出手段６４及び最適保管位置データ設定手段６５とによって構成されている。この実施形態では、前記保管位置データ組替演算手段６１により組み替えられた保管位置データに基づいて、制御装置４１から前記３軸駆動機構２８及び旋回機構２９に交換動作信号が出力されて、工具マガジンにランダムに保管されていた工具が適正加工順に並べ替えられるようになっている。従って、この実施形態では、制御装置４１、保管位置データ組替演算手段６１及び前記３軸駆動機構２８等によって工具マガジン２６の工具２０の保管位置組替手段が構成されている。

前記中央演算処理装置４２には、主軸装着工具状態判定手段６６が設けられ、主軸１９に装着された工具２０の破損あるいは摩耗状態を判定するようになっている。前記中央演算処理装置４２には主軸１９に対する工具ホルダ２１及び工具２０の取付姿勢の良否を判定するための取付姿勢良否判定手段６７が設けられている。又、中央演算処理装置４２には、主軸の送り量を補正するための送り量補正演算手段６８が設けられている。この送り量補正演算手段６８は、第２の工具画像データにより工具２０の長さ寸法データを算定し、この寸法データと、第１の工具管理情報記憶手段５２に記憶された正規工具２０の長さ寸法データとを比較し、その長さ寸法データの差、つまり工具長補正値に基づいて主軸１９の送り量を補正するようにしている。

次に、前記のように構成した工作機械の工具管理装置の動作について説明する。
最初に、図１に示すフローチャートに基づいて、工具マガジン２６内の工具２０の組み替え動作の概要を説明する。

図７に示す第１の撮像手段３０の第１のカメラ３４によって、工具２０、工具ホルダ２１及び支持台３２を撮像して、その画像データを図８に示すＲＯＭ４３の第１の工具画像データ記憶手段５１に記憶する。この撮像作業は、ワークの加工作業に使用される全ての工具について行われる。そして、各工具の工具番号１，２，３，…ｎの工具画像データが、図４に示すように第１の工具画像データ記憶手段５１に記憶される。（図１のステップＳ１参照）各工具の前述した工具管理情報は、図８に示す入力装置４６を用いて、作業者によって、ＲＯＭ４３の第１の工具管理情報記憶手段５２に記憶される。（図１のステップＳ２参照）
次に、作業者によって、図８の入力装置４６が操作されることにより、ワークの加工プログラムが工具２０の工具番号を用いて設定され、この加工プログラムデータが、加工プログラムデータ記憶手段５３に記憶される。図４には、加工プログラムデータのうちの使用する工具の加工順序のみが表示されている。（図１のステップＳ３参照）この加工順序は、例えば、使用する工具が全部で四個の場合に、工具番号１，３，５，６に対し、加工順序として「３，１，２，４」に設定されている。

この実施形態では、前述した一連の加工プログラムに用いられる四つの実際に使用される工具の他に、別の加工プログラムに用いられる多数の工具が作業者によって、図６に示す工具マガジン２６の第１〜第ｎの把持具２５ａ〜２５ｎのいずれかの把持具に対し順番を全く考慮しないで、ランダムに装着される。（図１のステップＳ４参照）
次に、ランダムに収容された四つの工具を含む全ての工具が、図６に示す第２のカメラ３５によって、順次撮像される。この撮像作業は、固定位置にある支持軸２３に装着された第２のカメラ３５が原点位置では第１の把持具２５ａを指向しているので、第１の把持具２５ａに収納された工具２０及び工具ホルダ２１が撮像されて、この把持具番号「１」の工具画像データが第２の工具画像データとしてＲＡＭ４４の第２の工具画像データ記憶手段５５に記憶される。その後、第２のカメラ３５を支持軸２３上で原点位置から間欠的に回動して撮像方向を変更することにより第２の把持具２５ｂから第ｎ番目の把持具２５ｎの工具２０及び工具ホルダ２１について撮像が行われる。このようにして、図５に示すように各把持具２５ａ・・・２５ｎに装着された全ての工具２０の有無と、把持具番号「１」…「ｎ」の工具２０の画像データが記憶される。（図１のステップＳ５参照）なお、把持具２５ａ・・・２５ｎに工具２０が把持されていない場合には、撮像は行われず、工具２０「無し」の信号が、第２の工具画像データ記憶手段５５に送信され、無画像データとして記憶される。

次に、第２の工具画像データ記憶手段５５に記憶された複数の第２の工具画像データのいずれか一つの画像データと、第１の工具画像データ記憶手段５１に記憶された複数の第１の工具画像データとを順次照合して、第１の工具画像データと一致する第２の工具画像データの工具管理情報の工具番号を取得する。そして、図５に示す第２の工具管理情報記憶手段５６の工具番号の記憶エリアに例えば「５，２，３，４，６，１・・・ｎ」というように記憶する。（図１のステップＳ６参照）
次に、前述した加工プログラムを解析して、ワークの一連の加工作業に用いる工具２０の加工順序、つまり前述した工具番号「３，５，１，６」となるように工具２０の保管位置データを組み替える。（図１のステップＳ７参照）
最後に、組み換えられた工具２０の保管位置データに基づいて、工具マガジン２６内の工具２０が工具交換動作によって、自動的に組み換えられ、把持具番号「１，２，３，４」に対し、工具番号「３，５，１，６」の順になるように工具２０が並べ替えられて、ワークの加工作業に備えられる。前記工具番号「３，５，１，６」の四つの工具以外の工具は、使用されないので、第５の把持具２５ｅ〜第ｎの把持具のいずれかに順番を考慮することなく適当に移し替えられる。

次に、図２に基づいて、さらに詳しい工具マガジン２６の工具２０の組み替え動作について説明する。
図２のステップＳ１において、加工プログラムデータ記憶手段５３に記憶されたワークの加工プログラムを読み出して解析する。ステップＳ２においてワークの加工プログラムの工具２０を加工順序に従って抽出する。ステップＳ３において、抽出された工具２０の工具番号と同じ工具番号の工具２０が工具マガジン２６内に有るか否かを照合する。そして、ステップＳ４において工具マガジン２６内に対応する工具２０が有ると判断された場合には、ステップＳ５において、総加工時間算出手段６４によって、工具マガジン内の工具搬送時間、工具交換時間を含む総加工時間が算出される。この実施形態では、図６に示すように工具マガジン２６が専用の工具交換装置を持たないので、工具搬送時間は工具マガジンの割り出し時間のみとして捉えられるが、後述する図９の別の実施形態では工具交換装置７１を備えているので、工具ローダ７３による工具の搬送時間が考慮される。

次に、ステップＳ６において、中央演算処理装置４２によって、総加工時間が所定加工時間以内か否かが判断され、ＮＯの場合には、ステップＳ７において最適保管位置データ設定手段６５によって、最短加工時間になるように、保管位置データが算出される。次に、ステップＳ８において、工具２０の並べ替えが行われる。

一方、ステップＳ４において、ＮＯと判断された場合には、ステップＳ９において、工具補充報知指令手段６３から工具補充の報知指令が表示装置４８に出力され作業者に報知され、ステップＳ１０において、作業者による不足工具の補充が行われ、ステップＳ４に戻る。又、ステップＳ６において、ＹＥＳと判断された場合には、工具マガジン２６内の工具の並べ替えは不要であるため終了となる。

次に、図３に基づいて、実際のワークの加工作業途中に行われる各種の動作について説明する。
図３のステップＳ１において、工具交換動作によって主軸１９に工具マガジン２６内の工具２０が装着され、ステップＳ２において、図６に示す第３のカメラ３６によって、主軸１９、工具２０及び工具ホルダ２１が撮像され、その工具装着画像データが第３の工具画像データとして、第３の工具画像データ記憶手段５７に記憶される。次に、ステップＳ３において第３の工具画像データが第１の工具画像データ記憶手段５１に記憶された第１の工具画像データと照合される。そして、ステップＳ４において、主軸１９に工具２０が正常に装着されているか否かが取付姿勢良否判定手段６７によって判定され、ＹＥＳの場合には、ステップＳ５においてワークの加工が開始される。反対にＮＯの場合には、ステップＳ６において、作業者によって、工具２０が取り外され、主軸１９の先端面がエアーブローされて清掃され、ステップＳ１に戻る。

前記ステップＳ５の後に、ステップＳ７においてワークの加工が終了すると、ステップＳ８において主軸１９に装着された工具２０が第３のカメラ３６によって撮像され、第１の工具画像データ記憶手段５１に記憶された第１の工具画像データと、撮像された第３の工具画像データとが照合される。そして、ステップＳ９において、主軸装着工具状態判定手段６６によって、工具２０が異常であるか否かの判断が行われ、ＹＥＳの場合には、ステップＳ１０において作業者による工具２０の交換が行われ、ステップＳ８に戻る。反対に、ステップＳ９においてＮＯと判断された場合には、ステップＳ１１において、全加工が終了したか否かが判断され、ＹＥＳの場合には終了となり、ＮＯの場合には、ステップＳ１２において次の工具交換が行われ、ステップＳ１に戻る。

上記実施形態の工作機械における工具管理装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、図７に示す第１の撮像手段３０の第１のカメラ３４によって、正規工具２０及び工具ホルダ２１及び支持台３２を撮像してその画像を第１の工具画像データとして第１の工具画像データ記憶手段５１に記憶する。又、工具マガジン２６の把持具２５ａ〜２５ｎに対し一連のワークの加工作業に使用される複数の工具２０をランダムに装着し、各工具２０を順次第２のカメラ３５によって撮像し、第２の工具画像データ記憶手段５５に記憶する。そして、撮像された第２の工具画像データと、第１の工具画像データとを照合して、撮像された第２の工具画像データと一致する第１の工具画像データが存在する場合に、その画像データの工具番号を第２の工具画像データの工具２０に設定して、第２の工具管理情報記憶手段５６に記憶する。さらに、工具マガジン２６内に保管された工具２０を、加工プログラムの一連のワークの加工作業に用いられる工具２０の加工順序に従って、組み替えるように構成した。このため、作業者がワークの一連の加工に用いられる工具２０の工具番号及び種類を目視確認することなく、工具マガジン２６の把持具２５ａ〜２５ｎにランダムに工具を装着すればよいので、工具２０の保管作業を迅速かつ確実に行うことができる。

（２）上記実施形態では、加工プログラムに用いられる複数の工具２０の工具番号を順次抽出して、各工具番号に対応する工具２０が前記工具マガジン２６内に有るか否かを判定する工具有無判定手段６２と、工具有無判定手段６２により工具２０が無いと判定された場合に、工具補充の報知を行う工具補充報知指令手段６３とを備えている。このため、工具２０が無い場合に、工具補充を作業者に容易に報知することができる。

（３）上記実施形態では、加工プログラムに用いられる各工具２０による許容される複数の加工作業パターンのそれぞれの総加工時間を算出する総加工時間算出手段６４と、総加工時間算出手段６４により算出された各加工作業パターンの各総加工時間のうち最も総加工時間の短い加工作業パターンの加工順序に並び替えて工具マガジン２６内の工具２０の保管位置データを設定する最適保管位置データ設定手段６５とを備えている。このため、総加工時間が最も短くなる加工作業パターンに適した工具２０の最適保管位置データを容易に設定することができる。

（４）上記実施形態では、主軸装着工具状態判定手段６６によって、正規工具に関する第１の工具画像データと、撮像された第３の工具画像データとを照合して、画像データの相違により主軸装着工具の破損状態又は摩耗状態を判定するようにした。このため、主軸装着工具の破損状態又は摩耗状態を容易に判定することができる。

（５）上記実施形態では、取付姿勢良否判定手段６７により第３のカメラ３６により撮像された第３の工具画像データと、正規工具に関する第１の工具画像データとを照合して主軸１９に対する工具ホルダ２１及び工具２０の取付姿勢の良否を判定するようにした。このため、主軸１９に対する工具ホルダ２１及び工具２０の取付姿勢を容易に判定することができる。

（６）上記実施形態では、中央演算処理装置４２に主軸の送り量を補正するための送り量補正演算手段６８を設け、第２の工具画像データにより工具２０の長さ寸法を算定し、この寸法データと、第１の工具管理情報記憶手段５２に記憶された正規工具２０の長さ寸法とを比較し、その寸法データの差に基づいて主軸１９の送り量を補正するようにした。このため、作業者による工具２０の長さ寸法の補正が不要となり、主軸１９の送り量を容易に補正することができる。

次に、この発明の別の実施形態を、図９に基づいて説明する。
この実施形態の工作機械は、図９に示すように、主軸装置１８と工具マガジン２６との間に、専用の工具交換装置７１を装着している。前記工具交換装置７１は、前記主軸装置１８の上方において、旋回可能に、かつ主軸１９の軸方向に移動可能に装着された工具交換アーム７２と工具ローダ７３を備えている。前記工具交換アーム７２の第１把持具７４により主軸装置１８に装着された使用済みの工具２０を工具交換位置Ｐ１において取り外すようにしている。又、工具受渡し位置Ｐ２において、工具交換アーム７２の第２把持具７５により工具マガジン２６から搬送された新工具２０を受け取り、これを工具交換位置Ｐ１に移動して主軸１９に装着するようにしている。工具マガジン２６内の工具２０は、前記工具ローダ７３により工具交換アーム７２の第２把持具７５に搬送したり、該第２把持具７５に把持された使用済み工具２０を工具マガジン２６へ搬送したりする。（詳細な構成は例えば特開平１０−３４４７５号公報参照）
前記工具マガジン２６は、水平方向に装着され、主軸装置１８に近い側の第１〜第ｎの把持具２５ａ〜２５ｎに工具２０が収容可能になっていて、主軸装置１８に近い方の把持具から順に工具２０が保管される。

この実施形態の工作機械においては、ワークの加工中に次に使用される工具２０を、次の加工作業の準備のため、工具マガジン２６から工具受渡し位置Ｐ２へ搬送しておく場合には、可能な限り現在加工中の加工時間内に、次の工具２０の移動を終えるように工具２０を工具マガジン２６内に格納する必要がある。このため、ワークの加工時間と、次の工具２０を工具マガジン２６から工具ローダ７３によって工具受渡し位置Ｐ２の第２把持具７５へ搬送する搬送時間とを図８に示す中央演算処理装置４２により比較する。そして、ワークの加工時間内に工具２０を工具マガジン２６から工具受渡し位置Ｐ２にある第２把持具７５に搬送できることも考慮して、総加工時間算出手段６４により総加工時間を算出して最短時間となるように工具マガジン２６の各把持具への工具２０の組み替えを行う。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○前記第３のカメラ３６による第３の工具画像データは、主軸１９を回転させて複数回撮像されるように構成し、前記取付姿勢良否判定手段６７は、撮像された全ての第３の工具画像データと前記第１の工具画像データとを照合するように構成してもよい。

この別例は、主軸１９に対する工具ホルダ２１及び工具２０の取付姿勢を精度よく判定することができる。
○第３のカメラ３６を省略して、第２のカメラ３５により工具マガジン２６と主軸１９の両方を撮影できるようにその都度向きを変えて、撮影するようにしてもよい。

○第２のカメラ３５を省略して、第３のカメラ３６により工具マガジン２６の工具と、主軸１９の工具を選択的に撮影できるように、第３のカメラ３６の装着位置を切り換え可能に構成してもよい。

○送り量補正演算手段６８によって、工具長補正値以外に、工具径補正値、あるいは工具幅補正値等の工具に関する各種の寸法のうち少なくとも工具長を含む補正値を演算するようにしてもよい。

この発明の工作機械の工具ホルダの工具管理装置の動作を説明するフローチャート。 同じく工具管理装置の動作を説明するためのフローチャート。 同じく工具管理装置の動作の説明するためのフローチャート。 第１の工具画像データ記憶手段及び第１の工具管理情報記憶手段に記憶された各種データを示す説明図。 第２の工具画像データ記憶手段及び第２の工具管理情報記憶手段に記憶された各種データを示す説明図。 工作機械の略体正断面図。 第１の撮像手段を示す正面図。 工作機械の制御システムのブロック回路図。 この発明の別の実施形態の工作機械の正面図。

符号の説明

１８…主軸装置、１９…主軸、２０…工具、２１…工具ホルダ、２５ａ〜２５ｎ…第１〜第ｎの把持具、２６…工具マガジン、３０…第１の撮像手段、５１…第１の工具画像データ記憶手段、５２…第１の工具管理情報記憶手段、５３…加工プログラムデータ記憶手段、５５…第２の工具画像データ記憶手段、５６…第２の工具管理情報記憶手段、５７…第３の工具画像データ記憶手段、６１…保管位置データ組替演算手段、６２…工具有無判定手段、６３…工具補充報知指令手段、６４…総加工時間算出手段、６５…最適保管位置データ設定手段、６６…主軸装着工具状態判定手段、６７…取付姿勢良否判定手段、６８…送り量補正演算手段。

Claims (7)

1. 工具マガジンの複数の把持具に把持された工具を工具交換動作により主軸に装着して、前記工具によりワークの加工を行うようにした工作機械において、
   工具番号、工具種類及び工具長さを含む工具管理情報を用いて、ワークの加工動作を設定した加工プログラムデータを記憶する加工プログラムデータ記憶手段と、
   第１の撮像手段により正規工具を撮像して得られた複数の正規工具画像データを第１の工具画像データとして記憶する第１の工具画像データ記憶手段と、
   上記第１の工具画像データのそれぞれの前記工具管理情報を記憶する第１の工具管理情報記憶手段と、
   前記工具マガジンに保管された工具を撮像する第２の撮像手段と、
   上記第２の撮像手段により撮像された工具画像データを第２の工具画像データとして記憶する第２の工具画像データ記憶手段と、
   上記第２の撮像手段により撮像された第２の工具画像データを、前記第１の工具画像データ記憶手段に記憶された複数の第１の工具画像データと照合して、第１の工具画像データと一致する第２の工具画像データの工具管理情報を、第２の工具画像データの工具管理情報として取得して記憶する第２の工具管理情報記憶手段と、
   前記第２の工具画像データ及びその工具管理情報と、前記加工プログラムに設定された複数の工具の加工順序とに基づいて、工具マガジン内の複数の工具の保管位置を組み替える保管位置組替手段と
   を備えたことを特徴とする工作機械における工具管理装置。
2. 請求項１において、前記保管位置組替手段は、前記加工プログラムに用いられる複数の工具の工具番号を順次抽出して、工具マガジン内に有るか否かを判定するために各工具番号に対応する工具が第２の工具管理情報記憶手段に記憶されているか否かを判定する工具有無判定手段と、
   上記工具有無判定手段により工具が無いと判定された場合に、工具補充の報知を行う工具補充報知指令手段と
   を備えていることを特徴とする工作機械における工具管理装置。
3. 請求項１又は２において、前記保管位置組替手段は、前記加工プログラムに用いられる各工具による許容される複数の加工作業パターンのそれぞれの総加工時間を算出する総加工時間算出手段と、
   総加工時間算出手段により算出された各加工作業パターンの各総加工時間のうち最も総加工時間の短い加工作業パターンの加工順序に工具マガジン内の工具を並べ替えて保管位置を設定する最適保管位置データ設定手段と
   を備えていることを特徴とする工作機械における工具管理装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、主軸に装着された工具を撮像する第３の撮像手段と、
   上記第３の撮像手段により撮像された主軸工具画像データを第３の工具画像データとして記憶する第３の工具画像データ記憶手段と、
   撮像された第３の工具画像データを、前記第１の工具画像データ記憶手段に記憶された正規工具に関する第１の工具画像データと照合して、画像データの相違により主軸に装着された工具の破損状態又は摩耗状態を判定する主軸装着工具状態判定手段と
   を備えていることを特徴とする工作機械における工具管理装置。
5. 請求項４において、前記第１の撮像手段は、主軸に対する正規工具の取付姿勢を撮像する機能を備え、前記第３の撮像手段により撮像された第３の工具画像データを、第１の撮像手段により撮像された第１の工具画像データと照合して、主軸に対する工具ホルダ及び工具の取付姿勢の良否を判定する取付姿勢良否判定手段と
   を備えていることを特徴とする工作機械における工具管理装置。
6. 請求項５において、前記第３の撮像手段による第３の工具画像データは、主軸を回転させて複数回撮像され、前記取付姿勢良否判定手段は、撮像された全ての第３の工具画像データを、前記第１の工具画像データと照合するように構成されていることを特徴とする工作機械における工具管理装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、第２の工具画像データにより工具の長さ寸法、径寸法又は幅寸法の寸法データを算定し、これらの寸法データのうち少なくとも長さ寸法データと、第１の工具管理情報記憶手段に記憶された正規工具の長さ寸法、径寸法又は幅寸法のうち少なくとも長さ寸法データとを比較し、該長さ寸法データの差に基づいて主軸の送り量を補正する送り量補正演算手段を備えていることを特徴とする工作機械における工具管理装置。

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