JP2019067080A - 工作機械の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】時間を要せず簡単かつ正確に工具モデルを作成可能な工作機械の制御装置を提供すること。【解決手段】工作機械の制御装置１００が、回転工具の刃部の呼び径と呼び長さとを予め記憶する記憶部１０８と、撮像装置１２６に対して撮像命令を出力する撮像命令部１０２と、記憶部に記憶された呼び径と呼び長さから工具の刃部モデルデータを生成する刃部モデル生成部と、撮像装置で撮像された画像から工具シャンク・ホルダモデルデータを生成する工具シャンク・ホルダモデル生成部と、刃部モデルデータと、工具シャンク・ホルダモデルデータとから、回転工具のモデルデータを作成するモデル作成部１０６とを具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、切りくずや回転工具の溝形状の影響を受けることなく、回転工具を撮像した画像データから回転工具のモデルデータを容易に生成できるようにした工作機械の制御装置に関する。
近時の数値制御工作機械では、工作機械の仮想３次元モデルを生成して、工作機械の動作に同期させて仮想３次元モデルをシミュレート動作させているものがある。特許文献１には、工具測定手段を用いて加工工具の寸法を測定して位置を特定し、測定した寸法に基づいて仮想３次元モデル中の加工工具の寸法を補正するとともに、特定した位置に基づいて仮想３次元モデル中の工作機械上における加工工具の位置を補正するようにした工作機械が記載されている。
特開２００９−０８０５１７号公報
特許文献１の発明では、回転砥石の外周面と端面に外周面検知ピンと端面検知ピンを接触させて、回転砥石の外径と厚さを測定する方法が記載されているが、この測定方法では、回転工具の外周面に弦巻線状に延びる溝が形成されているドリルやエンドミルのような工具を測定することができない。
また、特許文献１には、工具としてドリルをレーザビームを用いて測定する方法も記載されているが、側面形状または外周面形状が複雑なドリルのような工具の外径や長さをレーザビームを用いて測定することは時間を要する作業である。そのため、こうした工具測定方法は、１つのワークを加工するために、工具交換装置を用いて次々と工具を交換しながら複数の工具を用いるようなマシニングセンタで採用することはできない。
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、時間を要せず簡単かつ正確に工具モデルを作成可能な工作機械の制御装置を提供することを目的としている。
上述の目的を達成するために、本発明によれば、回転工具を撮像する撮像装置を備え、撮像した回転工具の画像データと回転工具のモデルデータとを参照して制御を行う工作機械の制御装置において、回転工具の刃部の呼び径と呼び長さとを予め記憶する記憶部と、前記撮像装置に対して撮像命令を出力する撮像命令部と、前記記憶部に記憶された呼び径と呼び長さから工具の刃部モデルデータを生成する刃部モデル生成部と、前記撮像装置で撮像された画像から工具シャンク・ホルダモデルデータを生成する工具シャンク・ホルダモデル生成部と、前記刃部モデルデータと、工具シャンク・ホルダモデルデータとから、回転工具のモデルデータを作成するモデル作成部とを具備する工作機械の制御装置が提供される。
本発明によれば、比較的単純な形状の工具シャンクと工具ホルダの部分については撮像した回転工具の画像データに基づき工具シャンク・ホルダモデルデータを生成し、複雑な形状の刃部については画像データからではなく、記憶部に予め記憶させた回転工具の刃部の呼び径と呼び長さから刃部モデルデータを生成し、両者を結合して回転工具のモデルデータを生成するようにしたので、時間を要せず簡単かつ精度良く回転工具のモデルデータを生成可能となる。こうして生成された回転工具のモデルデータは、例えば、加工前に或いは加工中に回転工具とワークとの干渉をシミュレーションするために用いることができる。
本発明による工作機械の制御装置のブロック図である。 本発明を適用する工作機械の略示正面図である。 工具形状測定装置の概略断面図である。 工具形状測定装置の概略正面図である。 撮像装置で撮像した画像の一例を示す図である。 第２の本実施形態による工作機械の略示断面図である。 工具ホルダに保持された回転工具を撮像して得られた二値画像（ａ）と、該二値画像を回転体に変換して得られる回転工具の工具モデル（ｂ）を示す略図である。 図７の回転工具の刃部の部分を拡大して示す二値画像（ａ）と、該二値画像を回転体に変換して得られる工具モデル（ｂ）と、刃部の呼び径、呼び長さに基づいて生成した刃部モデル（ｃ）を示す略図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
先ず、図２〜図４を参照すると、本発明を適用する工作機械は、加工プログラムに基づいて自動的に工具とワークとを相対的に移動させて加工を行う数値制御式である。工作機械１は横形マシニングセンタである。工作機械１は、工具とワークとをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸に沿って相対移動させる送り装置を備える。送り装置は、複数の移動軸の方向に被駆動物を移動させる。
工作機械１は基台となるベッド１２を備える。ベッド１２の上面には、水平左右方向であるＸ軸方向に延設されたＸ軸ガイドレール１９が固定されている。Ｘ軸ガイドレール１９の上面には、コラム１６が配置されている。コラム１６は、矢印８６に示す様に、Ｘ軸ガイドレール１９に沿って移動可能に形成されている。コラム１６の前面には、上下方向であるＹ軸方向に延設されたＹ軸ガイドレール２０が固定されている。主軸ヘッド３はＹ軸ガイドレール２０に支持されている。主軸ヘッド３は、矢印８５に示す様に、Ｙ軸ガイドレール２０に沿って移動可能に形成されている。
また、ベッド１２の上面には、水平前後方向であるＺ軸方向に延設されたＺ軸ガイドレール１８が固定されている。Ｚ軸ガイドレール１８の上面には、テーブル１４が配置されている。ワークは、パレット１５を介してテーブル１４に固定される。テーブル１４は、Ｚ軸ガイドレール１８に沿ってＺ軸方向に移動可能に形成されている。
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各送り装置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）、該ボールねじの一端に連結されたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸サーボモータ（図示せず）、コラム１６、主軸ヘッド３、テーブル１４に取付けられ前記ボールねじに係合するナット（図示せず）を含むことができる。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の座標位置を測定するために、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々にデジタルスケール（図示せず）のような測定装置が設けられている。
主軸ヘッド３は、主軸４を水平前後方向に延びる回転軸線を中心として回転可能に支持している。主軸４の先端には、ワークを加工する回転工具５が取り付けられている。主軸ヘッド３には、主軸４を回転駆動するサーボモータ（図示せず）が内蔵されている。
工作機械１は、回転工具５がＸ軸方向およびＹ軸方向に移動し、ワークがＺ軸方向に移動する。なお、送り装置としては、この形態に限られず、任意の装置でワークに対して工具を相対移動させることができる。また、工作機械としては、直線送り軸の他に、所定の軸線の周りに回転する回転送り軸を有していてもよい。
工作機械１は、自動的に工具を交換する工具交換装置４０を備える。工作機械１は、ワークを加工する加工室６１と工具を保管する工具収容室６２とを備える。加工室１および工具収容室６２は、スプラッシュガード５４により囲まれている。また、加工室６１と工具収容室６２とは、隔壁５１により隔離されている。ベッド１２、コラム１６および主軸ヘッド３等は加工室６１の内部に配置されている。工具交換装置４０は、工具収容室６２の内部に配置されている。隔壁５１には、加工室６１と工具収容室６２との間で工具を移動するための開口部５１ａが形成されている。また、隔壁５１には、開口部５１ａを開閉するためのシャッター５２が配置されている。シャッター５２は隔壁５１に支持されている。
工作機械１はシャッター５２を駆動するモータを含む。シャッター５２は、隔壁５１に対して移動可能に形成されている。本実施形態のシャッター５２はＺ軸方向に移動可能に形成されている。シャッター５２が移動して開口が形成されることにより、開口部５１ａを通して回転工具５の移動を行うことができる。
工具交換装置４０は、複数の回転工具５を保管する工具マガジン４１と、工具マガジン４１と主軸４との間で工具を移送する移送装置とを含む。本実施形態の工具マガジン４１は、円板状に形成された基材の周りに工具ホルダ４５を介して回転工具５を保持するように形成されている。工具交換装置４０は、工具マガジン４１を回転させるモータを含む。工具マガジン４１は矢印８７に示すように回転する。
移送装置は、工具シフタ４４および工具交換アーム４３を含む。工具シフタ４４は、工具マガジン４１と工具の待機位置との間で工具を移動させる。工具シフタ４４は、矢印８８に示す方向に移動することにより、工具マガジン４１から回転工具５を取り外したり工具マガジン４１に回転工具５と取り付けたりする。工具交換アーム４３は、棒状に形成されている。工具交換アーム４３は、両側の端部に回転工具５を保持する保持部４３ａを有する。工具交換装置４０は、工具交換アーム４３を回転させるモータを含む。工具交換アーム４３は、矢印８９に示す様に、Ｚ軸方向に延びる回転軸の周りに回転可能に形成されている。
待機位置は、工具交換アーム４３と工具シフタ４４との間で工具を交換することができる位置である。つまり、工具交換アーム４３は、工具を把持していない一端において、待機位置で工具を保持する工具シフタ４４から工具を受け取り、また、工具を把持している一端において、待機位置で待機する空の工具シフタ４４に工具を受け渡す。
回転工具５を交換する場合には、加工室６１では、主軸ヘッド３が回転工具５の交換するための所定の位置まで移動する。工具交換アーム４３が回転したときに保持部４３ａにより主軸４に取り付けられた回転工具５を保持できる位置まで主軸ヘッド３を移動する。主軸４には加工を終えた回転工具５が取り付けられている。工具収容室６２では、工具マガジン４１は、次に使用する回転工具５が工具シフタ４４に保持される位置まで回転する。工具シフタ４４は、次に使用する回転工具５を工具マガジン４１から待機位置まで移動する。
次に、シャッター５２が開いて工具交換アーム４３が回転する。工具交換アーム４３は、工具シフタ４４に保持されていた回転工具５および主軸４に取り付けられていた回転工具５を保持する。更に、工具交換アーム４３が回転することにより、次に使用する回転工具５を主軸４に取り付けて、加工が終了した回転工具５を工具シフタ４４に取り付ける。工具シフタ４４は、加工が終了した回転工具５を工具マガジン４１に戻す。
このように工具交換装置４０は、主軸４に取り付けられている回転工具５を工具マガジン４１に移動することができる。また、工具交換装置４０は、工具マガジン４１に保管されている回転工具５を主軸４に移動することができる。回転工具５の交換が終了した後には、工具交換アーム４３は初期の状態まで回転する。シャッター５２が閉じた後に、加工室６１では次の加工が開始される。
なお、工具交換装置としては、上記の形態に限られず、主軸に取り付けられた工具と工具マガジンに保管されている工具とを交換可能に形成されていればよい。
図２に、本実施形態における工具形状測定装置の概略断面図を示す。図３に、本実施形態における工具形状測定装置の概略正面図を示す。図２〜図４では、工具シフタ４４に保持されている回転工具５が待機位置に配置されている状態を示している。図２〜図４を参照して、工作機械１は、回転工具５を撮像することにより工具の形状を測定する工具形状測定装置２４を備える。工具形状測定装置２４は、撮像式の装置である。また、工具形状測定装置２４は、回転工具５を撮像した画像において、回転工具５の背景が明るくなる一方で回転工具５が暗くなるバックライト方式である。
撮像装置は、工具収容室６２の内部において、予め定められた撮像位置に配置された回転工具５を撮像する。撮像装置はカメラ２５を含む。カメラ２５は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等の撮像した画像の画像処理が可能な任意のカメラを採用することができる。本実施形態のカメラ２５は、回転工具５が待機位置に配置されている時に回転工具５を撮像するように配置されている。なお、撮像位置としては待機位置に限られず、任意の位置に設定することができる。撮影装置は、たとえば、加工が完了した直後の工具を撮影することができる。または、撮影装置は、次に使用する工具を撮影することができる。
本実施形態のシャッター５２は、カメラ２５から待機位置に配置された回転工具５に向かう方向において、工具に対してカメラ２５の反対側に配置された反射体として機能する。シャッター５２は、カメラ２５から見た時に回転工具５の後側に配置されている。カメラ２５は、待機位置にて回転工具５を撮像したときに、画像の工具の背景のほぼ全体がシャッター５２になる位置に配置されている。シャッター５２は、カメラ２５と待機位置に配置された回転工具５とを結ぶ直線に交差する位置に配置されている。回転工具５は、シャッター５２とカメラ２５との間に配置される。
シャッター５２は、光を反射する反射面５２ａを有する。反射面５２ａは、光を散乱するように形成されている。本実施形態では、シャッター５２の面積が最大になる面積最大面のうち、工具収容室６２の内部に向く表面が反射面５２ａに相当する。本実施形態のシャッター５２では、反射面５２ａは塗装されている。
反射体としては、この形態に限られず、入射する光の少なくとも一部を散乱するように形成されていればよい。すなわち、反射体は、入射した光のほぼ全てを一つの方向に反射する鏡面特性を有していなければ、どのような部材でもよい。たとえば、反射体は、表面が塗装されておらずに、金属の表面が露出していてもよい。また、反射体としては、任意の材質にて形成することができる。反射体の表面を塗装する場合にも任意の色を採用することができる。特に、種々の塗装のうち、工作機械の板金カバーの内壁面に使われる明るい灰色のような、明度の高いつや消しの塗装が有効であった。
工具形状測定装置２４は、シャッター５２に向けて光を照射する光源としての照明装置２６を備える。本実施形態の照明装置２６は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明である。シャッター５２は、反射面５２ａにおいて光を散乱するために、照明装置２６にて照射された光の一部がカメラ２５に向かう。このように、本実施形態の工具形状測定装置２４は、直接的に回転工具５を照らす直接照明方式ではなく、反射した拡散反射光にて回転工具５を照らす間接照明方式を採用している。照明装置２６は、シャッター５２の反射面５２ａにて反射される拡散反射光により、工具の背景よりも工具が暗くなる画像が撮像されるように配置されている。
図２を参照して、カメラ２５から待機位置に配置されている回転工具５をシャッター５２に投影したときに、投影領域ＰＲを定めることができる。また、照明装置２６にてシャッター５２を照らしたときに主に光が当たる照射領域ＬＲを定めることができる。照射領域ＬＲは、投影領域ＰＲを内部に含むように大きいことが好ましい。
図５に、本実施形態における撮像装置にて工具を撮像したときの画像の例を示す。図５に示す例では、工具に対応するプローブ６を用いている。工具を撮像した時に、工具の部分は全体が黒くなる。これに対して、工具の背景は反射体の拡散反射光により、明るくなる。このように、撮像装置は、工具の背景よりも工具が暗くなる画像を撮像する。例えば、照明装置が発光する光の色が白の場合には、工具の背景が白くなり、工具は黒くなる。制御装置は、このような画像を用いて工具の形状を算出することができる。
ここで、工具を直接的に照らす方法では、工具の全体が明るい状態にて工具が撮像される。ところが、工具を直接的に照らすと、工具の一部分にて光が強く反射する場合がある。この結果、工具の一部分が明るくなってしまい、工具の全体の形状がぼけてしまう場合がある。これに対して、本実施形態のバックライト方式では工具の部分が暗くなる。工具の一部分が明るくなることはないために、工具の形状を精度良く測定することができる。
図３、４を参照して、照明装置２６は、カメラ２５にて撮像された工具の全体が黒くなる輝度を有することが好ましい。すなわち、照明装置２６は、工具の全体が黒くなる輝度を発生する明るい光源であることが好ましい。この構成により、撮像した画像における工具の形状が明確になり、より正確に工具の形状を測定することができる。
更に、工具形状測定装置２４は、シャッター５２により反射した拡散反射光により撮像を行っている。工作機械１を駆動すると、シャッター５２の反射面５２ａに、細かい切り屑、摺動部に供給した潤滑油、またはクーラント等の異物が付着する場合がある。ところが、細かい切り屑等の異物は表面で光を反射するために反射体の一部として機能する。このため、工具の背景に異物が写りにくいという特徴を有する。すなわち、工具形状測定装置２４は、切り屑等が影になって工具の背景に黒い物体が写ることを低減することができる。この結果、正確に工具の形状を測定することができる。
工具形状測定装置２４は、光を反射する反射体がシャッター５２により構成されている。シャッター５２は、工具を交換する時に、矢印９０に示す方向に移動する（図３参照）。シャッター５２の反射面５２ａに大きな異物が付着した場合でも、シャッター５２が移動すると共に大きな異物が落下する。このために、撮像した画像の工具の背景に異物が写ることを抑制できる。
また、本実施形態のシャッター５２は、反射面５２ａが鉛直方向に延びている。すなわち、シャッター５２は直立した状態にて隔壁５１に支持されている。このために、シャッター５２の反射面５２ａに異物が付着しても、重力の作用で異物が落下しやすいという特性を有する。このように、反射体は、反射面が直立するように配置されることが好ましい。
さらに、工具形状測定装置２４は、シャッター５２の反射面５２ａに接触し、反射面５２ａに付着する異物を除去するように形成された除去部材としてのブラシ２８を備える。ブラシ２８は、棒状に形成されている。ブラシ２８は、矢印９０に示すシャッター５２の移動方向に対して垂直な方向に延びている。ブラシ２８は、Ｙ軸方向に延びている。ブラシ２８の長さは、シャッター５２のＹ軸方向の長さよりも長くなっている。ブラシ２８は、シャッター５２の移動方向に垂直な方向において、シャッター５２の一方の端部から他方の端部まで接触する長さを有する。
主軸４に装着された回転工具５と、工具マガジン４１に保管された回転工具５とを交換する時に、シャッター５２が矢印９０に示す方向に移動するとともに、ブラシ２８はシャッター５２の反射面５２ａに摺動して異物を除去する。このように、ブラシ２８を設けることにより、異物を除去するためだけに専用のブラシ駆動機構を備えなくても、シャッター５２の反射面５２ａに付着する異物を除去することができる。特に、ブラシ２８は、大きな異物を除去することができる。
異物を除去するための除去部材は、ブラシに限られず、反射面に付着する異物を除去する任意の部材を採用することができる。例えば、除去部材として、ゴムで形成されたリップシールを採用することができる。リップシールは棒状に延びるゴム板を有する。シャッターの移動とともに、ゴム板が反射面に摺動することにより、シャッターの反射面に付着した異物を除去することができる。
照明装置２６は、ＬＥＤ照明の他にも任意の照明を採用することができる。照明装置２６としてＬＥＤ照明を採用することにより、短時間で輝度を高くすることができる。このため撮像に必要な時間を短くすることができる。また、ＬＥＤ照明は、他の照明装置に比べて照明装置を小型にすることができる。
照明装置２６は、切り屑などが付着しにくい位置に配置されることが好ましい。例えば、照明装置２６は、背面が工具マガジン４１に対向するように配置されることが好ましい。または、照明装置２６は、光を発する表面に付着する異物を除去する装置を含むことが好ましい。異物を除去する装置としては、例えば洗浄液を照明装置２６の表面に噴射する装置を例示することができる。また、カメラ２５は、撮像を行う時の回転工具５の撮像位置よりも高い位置に配置されることが好ましい。加工室内で回転工具５に付着した異物が撮像位置の付近で回転工具５から落下する虞があるが、この構成により、カメラ２５のレンズの表面に異物が付着することを抑制できる。また、反射体は、回転工具５の撮像位置よりも低い位置に配置されており、回転工具５から落下した異物が付着しても、前述のように、撮像装置は回転工具５を良好に撮像することができる。
第２の本実施形態による工作機械を図６に示す。図６は、工具収容室６２の部分の概略断面図である。工作機械７は工具形状測定装置３１を備える。工具形状測定装置３１の反射体は、工具収容室６２の底部に配置されたオイルパン５３から構成されている。オイルパン５３は、板状に形成されている。オイルパン５３は、工具収容室６２に配置された装置から落下する切り屑、潤滑油、およびクーラント等の異物を表面で受けて、所定の位置に流す機能を有する。工具形状測定装置３１は、待機位置に配置された回転工具５を鉛直方向の上側から撮像するようにカメラ２５が配置されている。工具形状測定装置３１では、オイルパン５３の上面が光を反射する反射面５３ａになる。照明装置２６は、回転工具５の背景が明るくなるように、オイルパン５３の反射面５３ａの一部を照射している。
オイルパン５３の反射面５３ａには、クーラント等の液体が流れる。液体は、表面にて光を散乱する特性を有する。このために、光が当たる照射領域ＬＲに液体が存在していても、この液体は工具の背景に写りにくいという特性を有する。この結果、オイルパン５３の表面に液体が流れた場合にも工具を良好に撮像することができる。なお、前述のように、本実施形態では反射光を用いて撮像しているために、小さな異物についての影響も抑制することができる。
また、工作機械７は、オイルパン５３の反射面５３ａに洗浄液を流す洗浄液供給装置を備える。洗浄液供給装置は、洗浄液ノズル２９を含む。洗浄液ノズル２９から供給された洗浄液は、矢印９２に示すように、オイルパン５３の勾配により流れる。洗浄液は、反射面５３ａを洗浄する。このために、オイルパン５３の反射面５３ａに残存する大きな異物も除去することができる。なお、洗浄液供給装置が配置されている場合には、オイルパン５３の反射面５３ａに付着した異物を除去する除去部材は配置されていなくてもよい。
また、工具形状測定装置３１は複数の照明装置２６を備える。光源は、互いに異なる位置に配置された第１の光源と第２の光源とを有する。複数の照明装置２６が配置されていることにより、複数の方向から反射体を照射することができる。この結果、大きな異物の影が生じることを抑制できる。画像において、工具の背景に黒い物体が写ることを抑制できる。或いは、複数の照明装置２６を配置することにより、画像の工具の背景を明るくすることができて、画像において工具の背景に生じる色むら等を抑制することができる。この結果、正確に工具の形状を測定することができる。その他の構成、作用および効果は、第１の工作機械と同様であるのでここでは説明を繰り返さない。
本実施形態の工作機械１は工作機械１を制御する制御装置を備える。ここで、図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態による制御装置のブロック図が示されている。制御装置１００は、工作機械１の送り装置を制御するＮＣ装置および工具マガジン４１、工具シフタ４４、工具交換装置４０および工具形状測定装置２４を制御する機械制御装置から形成することができ、例えば、バスを介して互いに接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ハードディスクやソリッドステートドライブ（Solid State Drive, SSD）のようなのような電子データの格納装置等を含んで構成することができる。
制御装置１００は、機械動作処理部１０２、指令部１０４、モデル作成部１０６、データ記憶部１０８、干渉シミュレーション部１１０、結果表示部１１２および入力部１１４を主要な構成要素として具備している。指令部１０４は、入力部１１４から制御装置１００に入力されるオペレータの指示に従い、機械動作処理部１０２およびモデル作成部１０６に動作命令およびモデル作成命令を出力する。指令部１０４は、モデル作成部１０６から出力されるモデルデータを干渉シミュレーション部１１０に出力する。入力部１１４は、例えば工作機械１の操作パネル上に設けられている各種釦、入力キーおよびタッチパネル（図示せず）等から形成することができる。
機械動作処理部１０２は、指令部からの動作命令に従い、主軸のサーボモータ１２０、各送り装置のサーボモータ１２２および工具超測定装置１２４に位置決め命令を出力する。機械動作処理部１０２は、更に、工具形状測定装置２４から成る撮像式工具測定装置１２６に撮像命令を出力する撮像命令部として作用する。撮像式工具測定装置１２６は、撮像した画像データをデータ記憶部１０８に出力する。データ記憶部１０８は、前記ＲＡＭやＲＯＭおよび格納装置の所定の格納領域から形成することができる。
データ記憶部１０８には、工具データが各工具に割り当てられた工具番号に関連付けて予め格納されている。工具データは、少なくとも工具マガジン４１に保持されている回転工具５の刃部の呼び径と呼び長さとを含む。刃部の呼び径と呼び長さは、例えば工具のカタログに記載されている数値を用いることができる。或いは、工具マガジン４１に回転工具５を取り付ける前に工作機械の外でツールプリセッタを用いて個々の回転工具５について予め個別に測定して、呼び径、呼び長さとしてもよい。なお、本発明において、刃部の呼び径と呼び長さとは、回転工具５の寸法のうち、ワークを切削する切れ刃が付いている部分の寸法である。刃部の呼び径は、ワークを切削する切れ刃が回転したときの軌跡の外径である。刃部の呼び長さは、回転工具５の回転軸線方向の刃部の長さで、切れ刃が付いていてワークを切削できる部位の長さである。
また、工具データは、工具を保持する工具ホルダを含めた軸方向の長さである工具長（主軸４に装着された回転工具５の先端からゲージラインまでの長さ）を含むことができる。通常、加工プログラム中において工具の軸方向の長さ（工具長）は、ゲージラインと工具の先端との間の長さによって規定されている。工具長は、回転工具５を主軸４の先端に装着した後に、工作機械１の機上または機内で工具超測定装置１２４を用いて、工具マガジン４１に保持されている全ての工具について予め測定して、当該回転工具５の工具番号に関連付けてデータ記憶部１０８に格納しておくことができる。或いは、工具交換の度に工作機械１の機上または機内で工具長を測定してもよい。
工具長を測定する工具超測定装置１２４としては、例えば、中空のハウジングと、該ハウジング内に配設されたコイルばねと、該コイルばねの一方の端部に取付けられハウジングから突出するプローブと、コイルばねの軸方向の変位量を示す電気信号を出力する変位計とを有した接触式の変位センサを用いることができる。こうした変位センサをテーブル１４の適当な場所に配置して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の送り装置を用いて工具長を測定することができる。
また、データ記憶部１０８には、ワークの３次元形状データであるワークモデルデータ、工作機械１の構造を表した機械モデルデータが格納されている。治具を用いてワークをパレットに固定する場合には、治具の３次元形状データを格納するようにできる。
干渉シミュレーション部１１０における干渉シミュレーション結果は結果表示部１１２に表示される。結果表示部１１２は、入力部１１４と同じタッチパネルとすることができる。結果表示部１１２は、入力部１１４とは別のモニター装置、例えば、工作機械１とは別のフロアに配設されたパーソナルコンピュータによって形成してもよい。
以下、図７、８を参照して、本実施形態の作用を説明する。
図７（ａ）は撮像式工具測定装置１２６（工具形状測定装置２４）で撮像した工具の二値画像３００を示している。図７（ｂ）は、二値画像３００に基づいてモデル作成部１０６が作成した工具モデル３１０を示している。二値画像３００は、工具の部分３０２と、該工具を保持する工具ホルダの部分３０４とを含む。工具の部分３０２は、工具のシャンクの部分３０６と、切れ刃が形成されている刃部の部分３０８とを含んでいる。
モデル作成部１０６は、データ記憶部１０８から撮像した回転工具５の画像データを呼び出す。図７（ａ）から理解されるように、回転工具５の画像データにおいて、シャンクに相当する部分３０６と工具ホルダに相当する部分３０４は比較的単純な形状を呈している。これに対して、特に図８（ａ）に示すように、刃部に相当する部分３０８は、工具の側面または外周面に弦巻線状の溝が形成されているために複雑な形状となる。
そこで、モデル作成部１０６、特にモデル作成部１０６内の工具シャンク・ホルダモデル生成部（図示せず）は、先ず、撮像式工具測定装置１２６で撮像した回転工具５の画像データを二値化して回転工具５の二値画像を生成する。次いで、該二値画像の先端からゲージラインまでの工具長に相当する部分を抽出する。更に、抽出した二値画像から刃部の呼び長さに相当する部分を除去し、該二値画像を回転体に変換することによって工具のシャンクの部分３０６と工具ホルダの部分３０４に相当する部分の工具シャンク・ホルダモデル３１２（図７（ｂ））を生成する。
上述のように、刃部に相当する部分３０８は、工具の側面または外周面に弦巻線状の溝が形成されているために複雑な形状となる。従って、こうした画像データを二値化して回転体に変換しても、図８（ｂ）に示すように、途切れ途切れの画像となってしまい、このままでは刃部に相当する部分をモデル化することができない。そこで、本実施形態では、呼び出した回転工具５の刃部の呼び径と呼び長さとに基づいて円柱状または円筒状の刃部モデル３１４を生成する。モデル作成部１０６は、図８（ｃ）に示すように、工具シャンク・ホルダモデル作成部が生成した工具シャンク・ホルダモデル３１２と、刃部モデル生成部が生成した刃部モデル３１４を結合して、回転工具５のモデル３１０を作成する。
作成された回転工具５のモデルデータは、モデル作成部１０６から指令部１０４経由で干渉シミュレーション部１１０へ出力することができる。干渉シミュレーション部１１０は、ワークモデルデータおよび工作機械１の機械モデルデータもデータ記憶部１０８から受け取る。干渉シミュレーション部１１０は、受け取った回転工具５のモデルデータ、ワークモデルデータ、機械モデルデータに基づいて、加工プログラムを仮想的に実行して、回転工具５がワークや工作機械１の一部と干渉しないかどうかシミュレーションを行う。シミュレーション結果は結果表示部１１２に表示される。
このように、本発明によれば、撮像した回転工具５の画像データに基づいて回転工具５のモデルデータを作成するようにしたので、工具マガジン４１に保持されている全ての回転工具５のモデルデータを予め作成してデータ記憶部１０８に記憶させる必要がない。従って、工作機械１が加工すべきワークおよび／または加工プログラムが変更になり、工具マガジン４１が保持する回転工具５を入れ換えたときでも、新たに回転工具５のモデルデータを変更する必要がない。また、回転工具５は工具交換に際して工具収容室６２内の待機位置で待機している間に撮像されるので、加工プロセスを遅滞させることなく、そのモデルデータが作成される。
本発明によれば、撮像した画像データによって回転工具の全体のモデルを作成するのではなく、複雑な形状を有した回転工具の刃部については、刃部の呼び径、呼び長さに基づいて単純な円柱状または円筒状を呈する刃部モデルを生成するようにしたので、安価で低解像度のカメラでも干渉シミュレーションに用いることのできる回転工具のモデルデータを作成することが可能となる。
２４ 工具形状測定装置
２５ カメラ
２６ 照明装置
１００ 制御装置
１０２ 機械動作処理部
１０４ 指令部
１０６ モデル作成部
１０８ 記憶部
１０８ データ記憶部
１１０ 干渉シミュレーション部
１１２ 結果表示部
１１４ 入力部
１２０ サーボモータ
１２２ サーボモータ
１２４ 工具超測定装置
１２６ 撮像式工具測定装置
３００ 二値画像
３１０ 工具モデル
３１２ 工具シャンク・ホルダモデル
３１４ 刃部モデル
工作機械１は、自動的に工具を交換する工具交換装置４０を備える。工作機械１は、ワークを加工する加工室６１と工具を保管する工具収容室６２とを備える。加工室６１および工具収容室６２は、スプラッシュガード５４により囲まれている。また、加工室６１と工具収容室６２とは、隔壁５１により隔離されている。ベッド１２、コラム１６および主軸ヘッド３等は加工室６１の内部に配置されている。工具交換装置４０は、工具収容室６２の内部に配置されている。隔壁５１には、加工室６１と工具収容室６２との間で工具を移動するための開口部５１ａが形成されている。また、隔壁５１には、開口部５１ａを開閉するためのシャッター５２が配置されている。シャッター５２は隔壁５１に支持されている。
図３に、本実施形態における工具形状測定装置の概略断面図を示す。図４に、本実施形態における工具形状測定装置の概略正面図を示す。図２〜図４では、工具シフタ４４に保持されている回転工具５が待機位置に配置されている状態を示している。図２〜図４を参照して、工作機械１は、回転工具５を撮像することにより工具の形状を測定する工具形状測定装置２４を備える。工具形状測定装置２４は、撮像式の装置である。また、工具形状測定装置２４は、回転工具５を撮像した画像において、回転工具５の背景が明るくなる一方で回転工具５が暗くなるバックライト方式である。
工具形状測定装置２４は、光を反射する反射体がシャッター５２により構成されている。シャッター５２は、工具を交換する時に、矢印９０に示す方向に移動する（図４参照）。シャッター５２の反射面５２ａに大きな異物が付着した場合でも、シャッター５２が移動すると共に大きな異物が落下する。このために、撮像した画像の工具の背景に異物が写ることを抑制できる。
機械動作処理部１０２は、指令部からの動作命令に従い、主軸のサーボモータ１２０、各送り装置のサーボモータ１２２および工具長測定装置１２４に位置決め命令を出力する。機械動作処理部１０２は、更に、工具形状測定装置２４から成る撮像式工具測定装置１２６に撮像命令を出力する撮像命令部として作用する。撮像式工具測定装置１２６は、撮像した画像データをデータ記憶部１０８に出力する。データ記憶部１０８は、前記ＲＡＭやＲＯＭおよび格納装置の所定の格納領域から形成することができる。
また、工具データは、工具を保持する工具ホルダを含めた軸方向の長さである工具長（主軸４に装着された回転工具５の先端からゲージラインまでの長さ）を含むことができる。通常、加工プログラム中において工具の軸方向の長さ（工具長）は、ゲージラインと工具の先端との間の長さによって規定されている。工具長は、回転工具５を主軸４の先端に装着した後に、工作機械１の機上または機内で工具長測定装置１２４を用いて、工具マガジン４１に保持されている全ての工具について予め測定して、当該回転工具５の工具番号に関連付けてデータ記憶部１０８に格納しておくことができる。或いは、工具交換の度に工作機械１の機上または機内で工具長を測定してもよい。
工具長を測定する工具長測定装置１２４としては、例えば、中空のハウジングと、該ハウジング内に配設されたコイルばねと、該コイルばねの一方の端部に取付けられハウジングから突出するプローブと、コイルばねの軸方向の変位量を示す電気信号を出力する変位計とを有した接触式の変位センサを用いることができる。こうした変位センサをテーブル１４の適当な場所に配置して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の送り装置を用いて工具長を測定することができる。
２４ 工具形状測定装置
２５ カメラ
２６ 照明装置
１００ 制御装置
１０２ 機械動作処理部
１０４ 指令部
１０６ モデル作成部
１０８ 記憶部
１０８ データ記憶部
１１０ 干渉シミュレーション部
１１２ 結果表示部
１１４ 入力部
１２０ サーボモータ
１２２ サーボモータ
１２４ 工具長測定装置
１２６ 撮像式工具測定装置
３００ 二値画像
３１０ 工具モデル
３１２ 工具シャンク・ホルダモデル
３１４ 刃部モデル

Claims (5)

  1. 回転工具を撮像する撮像装置を備え、撮像した回転工具の画像データと回転工具のモデルデータとを参照して制御を行う工作機械の制御装置において、
    回転工具の刃部の呼び径と呼び長さとを予め記憶する記憶部と、
    前記撮像装置に対して撮像命令を出力する撮像命令部と、
    前記記憶部に記憶された呼び径と呼び長さから工具の刃部モデルデータを生成する刃部モデル生成部と、
    前記撮像装置で撮像された画像から工具シャンク・ホルダモデルデータを生成する工具シャンク・ホルダモデル生成部と、
    前記刃部モデルデータと、工具シャンク・ホルダモデルデータとから、回転工具のモデルデータを作成するモデル作成部と、
    を具備することを特徴とした工作機械の制御装置。
  2. 前記記憶部は、工作機械の主軸に装着された回転工具の先端からゲージラインまでの軸方向の長さである工具長を記憶しており、前記工具シャンク・ホルダモデル生成部は、前記撮像した工具の画像データから工具長に相当する部分を抽出し、該抽出した画像データから前記回転工具の刃部の呼び長さに相当する部分を除去して工具シャンク・ホルダモデルデータを生成する請求項１に記載の工作機械の制御装置。
  3. 前記モデル作成部が作成したモデルデータを用いて、ワークと回転工具とが干渉するか否かを加工に先立ってシミュレーションする干渉シミュレーション部を更に具備する請求項１に記載の工作機械の制御装置。
  4. 前記工作機械は、複数の回転工具を保持する工具マガジンと、該工具マガジンが保持する回転工具と前記工作機械の主軸に装着されている回転工具とを交換する工具交換装置とを備え、前記撮像装置は、次順の加工工程で使用するために工具交換を待機している回転工具を撮像するようにした請求項１に記載の工作機械の制御装置。
  5. 前記工作機械は、ワークを加工する加工室と、前記工具マガジンが配設されている工具収容室とを備え、前記撮像装置は前記工具収容室内に配置されている請求項２に記載の工作機械の制御装置。
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