JP2021163107A - 数値制御装置と数値制御装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な被削材の画像情報を取得できる数値制御装置と数値制御装置の制御方法を提供する。【解決手段】カメラモジュールは、主軸に対して着脱可能である。カメラモジュールは、カメラ、Ｋ軸、Ｋ軸アクチュエータを備える。Ｋ軸は、カメラをＳ軸に対して直交する軸である。Ｋ軸アクチュエータは、カメラをＫ軸回りに回転する。ＣＰＵは、アクチュエータを制御してカメラをＫ軸回りに回動する（Ｓ１１３）。ＣＰＵは、主軸、テーブル、カメラモジュールに対して目標位置を指令し、目標位置に到達したタイミングで撮像を実行する（Ｓ１１５）。【選択図】図５

Description

本発明は、数値制御装置と数値制御装置の制御方法に関する。

特許文献１は、被加工物を撮影可能な工作機械を開示する。工作機械は、回転主軸の工具取り付け部に撮像装置を取り付ける。工作機械は、撮像装置と共に回転主軸を被加工物に対して相対移動して、被加工物を撮影する。

特開２００１−５９７０５号公報

上記工作機械では、撮像装置の向きを固定して被加工物の撮影を実行するので、撮像装置と被削材との間で死角が生じ、所望の画像を撮像できない場合がある。故に、工作機械は、正確な被加工物の画像情報を取得できない可能性があった。

本発明の目的は、正確な被削材の画像情報を取得できる数値制御装置と数値制御装置の制御方法を提供することである。

請求項１の数値制御装置は、工具又は撮像装置を装着する主軸と、被削材を固定したテーブルと、前記主軸が延びる第一方向に前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動し、且つ前記第一方向に直交する第二方向に、前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動する移動機構を備えた工作機械を制御する数値制御装置において、前記撮像装置は前記被削材を撮影する撮像素子と、前記撮像素子を前記主軸の回転軸に対して直交する回転軸である撮像回転軸と、前記撮像素子を前記撮像回転軸回りに回転させる駆動機構とを備え、前記第一方向に前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動する第１軸制御部と、前記第二方向に前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動する第２軸制御部と、前記主軸を回転する第３軸制御部と、前記駆動機構を制御して前記撮像素子を前記撮像回転軸回りに回動する第４軸制御部と、前記第１軸制御部、前記第２軸制御部、前記第３軸制御部、前記第４軸制御部に対して目標位置を指令し、前記目標位置に到達したタイミングで撮像を実行する撮像制御部とを備えたことを特徴とする。故に、数値制御装置は、正確な被削材の画像情報を取得できる。

請求項２の数値制御装置の前記撮像装置は、バッテリー電源とワイヤレス通信機構とを備え、前記第４軸制御部は、前記ワイヤレス通信機構による通信制御により、前記撮像素子を回動し、前記撮像制御部は、前記ワイヤレス通信機構による通信制御により、前記撮像素子の撮像タイミングを制御してもよい。故に、数値制御装置は、ワイヤレス通信機構により、ワイヤレスでカメラ３８を制御できる。

請求項３の数値制御装置は、工具マガジンに装着された前記撮像装置を前記主軸に装着して撮像を行い、撮像終了後に前記主軸に装着した前記撮像装置を前記主軸から取り外し、前記工具マガジンに格納してもよい。数値制御装置は、撮像装置の装着、取り外し、及び格納を自動で実行可能である。

請求項４の数値制御装置の前記撮像制御部は、前記第１軸制御部、前記第２軸制御部、前記第３軸制御部、前記第４軸制御部が協調動作するように位置決め指令を行い、前記テーブル上に固定した前記被削材を、互いに異なる複数の位置から撮像してもよい。故に、数値制御装置は、合計５軸での協調動作により、撮像範囲を広く設定できる。

請求項５の数値制御装置は、前記撮像制御部が撮像した前記被削材の前記複数の画像から、前記被削材の三次元データを構成する第一構成部を備えてもよい。故に、数値制御装置は、被削材の三次元データを構成できる。

請求項６の数値制御装置は、前記第一構成部が構成した前記被削材の前記三次元データに基づき、加工後の前記被削材の加工精度、加工不良の有無、バリの有無を推定する第一推定部を備えてもよい。故に、数値制御装置は、加工精度、加工不良の有無、バリの有無を推定できる。

請求項７の数値制御装置は、前記撮像制御部が撮像した前記被削材の複数の画像に基づき、前記被削材の加工面の面粗さを推定する第二推定部を備えてもよい。故に、数値制御装置は、複数の画像に基づき、被削材３の加工面の粗さを推定できる。

請求項８の数値制御装置は、加工面の面粗さの判定結果を入力する為の入力装置と、複数の画像に基づき前記面粗さを判断する教師有り学習による機械学習器とを備え、前記機械学習器は、前記入力装置により入力した前記面粗さの前記判定結果に基づき、前記加工面の撮像画像と前記面粗さとの関係を学習してもよい。故に、数値制御装置は、機械学習器を用いて、撮像画像と面粗さとの関係を学習できる。

請求項９の数値制御装置の前記撮像制御部は、前記テーブル、及び、前記被削材を前記テーブルに固定する為の冶具の撮像を更に実行し、前記撮像制御部が撮像した前記テーブルの複数の画像に基づき、前記テーブルの三次元データを構成する第二構成部と、前記撮像制御部が撮像した前記冶具の複数の画像に基づき、前記冶具の三次元データを構成する第三構成部と、前記第一構成部が構成した前記被削材の前記三次元データと前記第二構成部が構成した前記テーブルの前記三次元データと前記第三構成部が構成した前記冶具の前記三次元データに基づき、前記主軸の移動時、前記被削材、前記テーブル、及び前記冶具の何れかに前記主軸が衝突するか否かを判断する判断部とを備えてもよい。故に、数値制御装置は、主軸を実際に移動する前に、テーブル、冶具への主軸の衝突可能性を判断できる。

請求項１０の数値制御装置の制御方法は、工具又は撮像装置を装着する主軸と、被削材を固定したテーブルと、前記主軸が延びる第一方向に前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動し、且つ前記第一方向に直交する第二方向に、前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動する移動機構を備えた工作機械を制御する数値制御装置の制御方法において、前記撮像装置は前記被削材を撮影する撮像素子と、前記撮像素子を前記主軸の回転軸に対して直交する回転軸である撮像回転軸と、前記撮像素子を前記撮像回転軸回りに回転させる駆動機構とを備え、前記第一方向に前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動する第１軸制御ステップと、前記第二方向に前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動する第２軸制御ステップと、前記主軸を回転する第３軸制御ステップと、前記駆動機構を制御して前記撮像素子を前記撮像回転軸回りに回動する第４軸制御ステップと、前記第１軸制御ステップ、前記第２軸制御ステップ、前記第３軸制御ステップ、前記第４軸制御ステップに対して目標位置を指令し、前記目標位置に到達したタイミングで撮像を実行する撮像制御ステップとを備えたことを特徴とする。故に数値制御装置は上記ステップを実行することにより、請求項１に記載の数値制御装置と同じ効果を得ることができる。

工作機械１の正面図。 （a）は、カメラモジュール３９が被削材３を撮像する撮像位置を示す側面図であり、（ｂ）はカメラモジュール３９が移動する円周パスＰを示す平面図。 工作機械１の電気的構成を表すブロック図。 主処理の流れ図。 三次元計測処理の流れ図。

本発明の実施形態を説明する。以下説明は、図中に矢印で示す左右、前後、上下を使用する。工作機械１の左右方向、前後方向、上下方向は夫々工作機械１のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向である。図１に示す工作機械１は主軸９に装着した工具４を回転し、テーブル１３上面に保持した被削材３に切削加工を施す。

図１、図２を参照し工作機械１の構造を説明する。工作機械１は、基台２、コラム５、主軸ヘッド７、主軸９、工作台装置１０、自動工具交換装置２０、制御箱６、操作パネル１５（図３参照）等を備える。基台２は金属製の略直方体状である。コラム５は基台２上部後方に固定する。主軸ヘッド７はコラム５前面に沿ってＺ軸方向に移動可能に設ける。主軸ヘッド７は内部に主軸９を回転可能に支持する。主軸モータ５１（図３参照）は主軸ヘッド７に設け、主軸９を回転駆動する。主軸ヘッド７はコラム５前面に設けたＺ軸移動機構（図示略）をＺ軸モータ５２（図３参照）が駆動し、Ｚ軸方向に移動する。工作台装置１０はテーブル１３を備える。工作台装置１０は、Ｘ軸モータ５３（図３参照）及びＹ軸モータ５４（図３参照）を駆動することで、テーブル１３をＸ軸方向とＹ軸方向に移動する。

自動工具交換装置２０は、主軸ヘッド７の前側に設け、円盤型の工具マガジン２１を備える。工具マガジン２１は外周に複数の工具（図１では省略）を放射状に保持し、工具交換指令が指示する工具４を工具交換位置に位置決めする。工具交換指令は加工プログラムで指令する。工具交換位置は工具マガジン２１の最下部位置である。自動工具交換装置２０は主軸９に装着する工具４と工具交換位置にある工具とを入れ替え交換する。

制御箱６は、数値制御装置２９(図３参照）を格納する。数値制御装置２９は、工作機械１に設けた主軸モータ５１、Ｚ軸モータ５２、Ｘ軸モータ５３、Ｙ軸モータ５４（図３参照）を夫々制御し、テーブル１３上に冶具１３Ａ（図２参照）で保持した被削材３と主軸９に装着した工具４を相対移動して各種加工を被削材３に施す。各種加工とは、例えばドリル、タップ等を用いた穴空け加工、エンドミル、フライス等を用いた側面加工等である。

操作パネル１５は、工作機械１を覆うカバー（図示略）の外壁に設ける。操作パネル１５は入力装置１５Ａと表示装置１５Ｂを備える（図３参照）。入力装置１５Ａは各種情報、操作指示等の入力を受け付け、数値制御装置２９に出力する。表示装置１５Ｂは数値制御装置２９からの指令に基づき、各種画面を表示する。

＜カメラモジュール３９＞
カメラモジュール３９（図２、図３参照）は、バッテリー電源３７、カメラ３８、ワイヤレス通信機構１１、Ｋ軸アクチュエータ６５、シャンク部（図示略）等を備える。カメラモジュール３９は、バッテリー電源３７で駆動する。カメラ３８は、撮像対象の画像を取得する。ワイヤレス通信機構１１は、無線により数値制御装置２９から受信した指令に基づき、カメラ３８及びＫ軸アクチュエータ６５を制御する。シャンク部は、カメラモジュール３９の上部にある。

カメラモジュール３９は、未使用時、工具マガジン２１に格納している。カメラモジュール３９は、自動工具交換装置２０により、主軸９に着脱可能である。自動工具交換装置２０は、交換指示を受け付けると、カメラモジュール３９を主軸９に取り付ける。該時、カメラモジュール３９のシャンク部は主軸９の装着穴（図示略）に装着し、保持される。

図２に示す如く、カメラモジュール３９は、主軸９に取り付けるので、Ｚ軸方向に移動する。カメラ３８は、主軸モータ５１の回転角度の制御により、主軸９と共にＳ軸回りに回転する。Ｓ軸は主軸９の回転軸である。カメラ３８は、Ｋ軸アクチュエータ６５によりＫ軸を中心として、Ｚ軸方向に交わる方向に回動可能である。つまり、カメラモジュール３９は、テーブル１３及びテーブル１３に固定した被削材３等に対して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｓ軸、Ｋ軸の合計５軸の方向に協調動作することで相対移動可能である。

図３を参照し、数値制御装置２９と工作機械１の電気的構成を説明する。数値制御装置２９と工作機械１は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、記憶装置３４、インタフェイス３５、駆動回路５１Ａ〜５５Ａ、画像解析装置４１、機械学習器４５等を備える。ＣＰＵ３１は数値制御装置２９を統括制御する。ＲＯＭ３２は、主プログラムを含む各種プログラム、被削材３の三次元形状の設計値を示すＣＡＤデータ等を記憶する。主プログラムは、後述する主処理（図４参照）、三次元計測処理（図５参照）等を実行する。主処理は、三次元計測処理により構成した撮像対象の三次元モデル（以下、「三次元データ」という。）の各種解析等を実行する。

ＲＡＭ３３は、各種情報を一時的に記憶する。記憶装置３４は不揮発性であり、加工プログラム、各種情報を記憶する。ＣＰＵ３１は作業者が操作パネル１５の入力装置１５Ａで入力した加工プログラムに加え、外部入力で読み込んだ加工プログラム等を記憶装置３４に記憶できる。

駆動回路５１Ａは主軸モータ５１とエンコーダ５１Ｂに接続する。駆動回路５２ＡはＺ軸モータ５２とエンコーダ５２Ｂに接続する。駆動回路５３ＡはＸ軸モータ５３とエンコーダ５３Ｂに接続する。駆動回路５４ＡはＹ軸モータ５４とエンコーダ５４Ｂに接続する。駆動回路５５Ａは工具マガジン２１を駆動するマガジンモータ５５とエンコーダ５５Ｂに接続する。主軸モータ５１、Ｚ軸モータ５２、Ｘ軸モータ５３、Ｙ軸モータ５４、マガジンモータ５５は何れもサーボモータである。

駆動回路５１Ａ〜５５ＡはＣＰＵ３１から回転指令等を受け、対応する各モータ５１〜５５にトルク指令に基づく駆動電流を夫々出力する。駆動回路５１Ａ〜５５Ａはエンコーダ５１Ｂ〜５５Ｂからフィードバック信号を受け、位置と速度等のフィードバック制御を行う。インタフェイス３５は駆動回路５１Ａ〜５５Ａ、操作パネル１５に夫々接続する。従って、ＣＰＵ３１は、主軸９のＺ軸方向の座標値、Ｓ軸回りの回転座標値を、エンコーダ５１Ｂ、５２Ｂのフィードバック信号から取得できる。ＣＰＵ３１は、テーブル１３の座標値をエンコーダ５３Ｂ、５４Ｂのフィードバック信号から取得できる。

カメラモジュール３９は、ワイヤレス通信機構１１により、インタフェイス３５を介してＣＰＵ３１と無線通信を実行する。ＣＰＵ３１は、無線通信により、カメラ３８の電源のオンオフ、Ｋ軸アクチュエータ６５による撮像位置（図２（a）参照）の調整及び撮像タイミングの制御等が可能である。また、カメラ３８は、ワイヤレス通信機構１１により、取得した撮像対象の画像データをＣＰＵ３１に送信可能である。駆動回路６５Ａは、ＣＰＵ３１からの回転指令を、ワイヤレス通信機構１１を通して受け、Ｋ軸アクチュエータ６５にトルク指令に基づく駆動電流を夫々出力する。駆動回路６５Ａはエンコーダ６５Ｂからフィードバック信号を受け、位置と速度等のフィードバック制御を行う。インタフェイス３５はワイヤレス通信機構１１を介して駆動回路６５Ａに接続する。従って、ＣＰＵ３１は、Ｋ軸アクチュエータ６５の回転座標値を、エンコーダ６５Ｂのフィードバック信号から取得できる。

画像解析装置４１は、撮像対象の三次元データの構成を実行する。機械学習器４５は、加工後の被削材３の画像データと、入力装置１５Ａから入力された被削材３の面粗さとの関係を学習する。なお、面粗さは、別途被削材を面粗さ計等で測定するものとする。

＜三次元データの構成＞
画像解析装置４１は、複数の画像を取得した場合に、一例として、ＳＦＭ（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｒｏｍ Ｍｏｔｉｏｎ）を用いて、撮像対象の三次元データを生成可能である。ＳＦＭでは、カメラ３８で撮像した複数の画像とエンコーダ５１Ｂ、５２Ｂ、５３Ｂ、５４Ｂ、５５Ｂ、６５Ｂのフィードバック情報を用いて、同一地点に対する夫々の画像の視差から撮像対象物全体の三次元点群データを生成する。ＳＦＭ処理した三次元点群データは、相対的な位置関係の情報であり、形状が既知であるテーブル１３の上面等と対応づけることで、絶対座標を定義する。画像解析装置４１は、被削材３に加えて、冶具１３Ａ、テーブル１３上の切屑等の三次元データを生成可能である。

＜衝突解析処理＞
数値制御装置２９は、被削材３の加工前に衝突解析処理を実行する。衝突解析処理では、数値制御装置２９は、例えばテーブル１３、冶具１３Ａ等に主軸９が衝突するかを解析する。数値制御装置２９は、構成した三次元データが示す工作機械１の内部を加工プログラムに基づき主軸９を移動した場合の主軸９の移動経路をシミュレーションし、主軸９が被削材３、冶具１３Ａ、テーブル１３等に衝突するかを解析する。

＜加工精度、加工不良、バリの推定＞
画像解析装置４１は、例えば構成した被削材３の三次元データに基づき、被削材３の加工精度、加工不良の有無、バリの有無等を推定する。加工精度の推定では、画像解析装置４１は、加工後の被削材３の三次元データと、設計値であるＣＡＤデータとの比較を行うことで加工精度を推定する。つまり、画像解析装置４１は、理想的な三次元データに対して、どの程度ずれが生じているのかを推定する。

バリの有無の判定では、画像解析装置４１は、被削材３の三次元データのエッジから輪郭を抽出し、ＣＡＤデータ上の輪郭線との差が大きい部分をバリとして検出する。加工不良の推定では、画像解析装置４１は、ＣＡＤデータを基準として、三次元データにおける面やエッジの位置が公差から外れた場合に、加工不良が発生したと推定する。一方、公差内である場合は、数値制御装置２９は、被削材３が正常に加工したと推定する。

＜面粗さの判定＞
機械学習器４５は、カメラモジュール３９により撮像した撮像画像を利用した面粗さの解析が可能である。機械学習器４５は、面粗さの判定について機械学習を行う。機械学習器４５は、教師あり学習を実施する。教師あり学習では、作業者は、入力装置１５Ａを用いて、教師データ、すなわち面粗さの測定結果のデータを加工後の被削材３の複数の画像データと組になるように大量に機械学習器４５に入力する。機械学習器４５は、入力したデータの組から含まれる特徴を学習し、複数の画像データから面粗さを判定し、出力するようになる。

＜主処理＞
図４を参照し、主処理について説明する。作業者が工作機械１に電源を投入すると、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２に記憶した主プログラムを読み出し、主処理を実行する。主処理を実行すると、ＣＰＵ３１は、記憶装置３４に記憶した加工プログラムのうち、作業者が選択した加工プログラムを受け付けたか否か判断する（Ｓ１）。

加工プログラムを受け付けていないと判断した場合（Ｓ１：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、処理を戻し、加工プログラムを受け付けるまで待機する。作業者は、入力装置１５Ａを操作することで、加工プログラムを入力し、決定ボタン（図示略）を押す。この場合、ＣＰＵ３１は、加工プログラムを受け付けたと判断し（Ｓ１：ＹＥＳ）、処理をＳ３に進めて、三次元計測処理を実行する（Ｓ３）。

＜三次元計測処理＞
ＣＰＵ３１は、円周パスＰの半径Ｒ（図２（ｂ）参照）、高さＨ（図２（ａ）参照）、撮像対象の重心位置である中心座標Ｐｃ（ｘ、ｙ、ｚ）、撮像枚数を受け付けたか否か判断する（Ｓ１０１）。撮影条件を受け付けていないと判断した場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、処理を戻して待機する。例えば、作業者は、入力装置１５Ａを用いて、円周パスＰの半径Ｒ、高さＨ、撮像対象の中心座標Ｐｃ、撮像枚数を入力する（Ｓ１０１：ＹＥＳ）。該時、ＣＰＵ３１は、入力した円周パスＰの経路長を撮像枚数で分割し、例えば目標位置Ｐ１〜Ｐｎ（図２（ｂ）参照）として記憶装置３４に保存する（Ｓ１０３）。

ＣＰＵ３１は、自動工具交換装置２０を用いて、カメラモジュール３９を主軸９に取り付ける（Ｓ１０５）。ＣＰＵ３１は、Ｚ軸方向において、設定した円周パスＰの高さＨまで主軸９を下降する（Ｓ１０７）。ＣＰＵ３１は、記憶装置３４に記憶した目標位置Ｐ１〜Ｐｎのうち、例えば、カメラモジュール３９が撮像対象の座標から、円周パスＰの半径ＲだけＹ方向にオフセットした目標位置Ｐ１（図２（ｂ）参照）に相対的に位置するように、テーブル１３を移動する（Ｓ１０９）。

ＣＰＵ３１は、主軸モータ５１を駆動することで、主軸９のＳ軸回りの角度Ｐｒ（図２（ｂ）参照）を制御する（Ｓ１１１）。該時、カメラモジュール３９は、テーブル１３を上面から見た時にＰｃ（ｘ、ｙ、ｚ）を向く方向（図２（ｂ）参照）まで主軸９と共に回転する。ＣＰＵ３１は、Ｋ軸アクチュエータ６５により角度Ｐｏｎ（図２（ａ）参照）を制御することで、テーブル１３を側面から見た時にカメラ３８が被削材３の中心座標Ｐｃ（ｘ、ｙ、ｚ）を向く撮像位置（図２（ａ）参照）となるように、カメラ３８の向きを調整する（Ｓ１１３）。つまり、ＣＰＵ３１は、Ｓ軸、Ｋ軸回りにカメラ３８の向きを調整し、カメラ３８が撮像対象の中心座標Ｐｃ（ｘ、ｙ、ｚ）を向くように制御する。

ＣＰＵ３１は、カメラモジュール３９が被削材３の中心座標Ｐｃ（ｘ、ｙ、ｚ）を向いた撮像位置で、カメラ３８を制御して被削材３の画像を撮像する（Ｓ１１５）。ＣＰＵ３１は、撮像した画像データを、現在の主軸９の座標値（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｓ軸、Ｋ軸）と共に記憶装置３４に保存する（Ｓ１１７）。

ＣＰＵ３１は、被削材３の画像を全ての円周パスＰ上の目標位置Ｐ１〜Ｐｎでの撮像が完了したか否かを判断する（Ｓ１１９）。全ての目標位置Ｐ１〜Ｐｎでの撮像が完了していないと判断した場合（Ｓ１１９：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、処理をＳ１０９に戻して、例えば、次の目標位置Ｐ２へ移動する。ＣＰＵ３１は、Ｓ１０９〜Ｓ１１５の処理を実行して、移動した目標位置Ｐ２で被削材３の撮像を実行する。撮像した画像データを各座標値と共に記憶装置３４に記憶する（Ｓ１１７）。ＣＰＵ３１は、全ての目標位置Ｐ１〜Ｐｎでの撮像が完了する迄、Ｓ１０９〜Ｓ１１９の処理を繰り返す。

全ての目標位置Ｐ１〜Ｐｎでの撮像が完了したと判断した場合（Ｓ１１９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、画像解析装置４１により、撮像した複数の画像データと対応する各座標値に基づき、撮像した被削材３の三次元データを構成する（Ｓ１２１）。ＣＰＵ３１は処理をＳ３に戻す。

ＣＰＵ３１は、全ての撮像対象を計測したか否かを判断する（Ｓ５）。撮像対象は、例えば加工前の被削材３、テーブル１３、及び冶具１３Ａである。全ての計測対象を計測していないと判断した場合（Ｓ５：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、次の撮像対象について三次元計測処理を実行する（Ｓ３）。ＣＰＵ３１は、テーブル１３、冶具１３Ａについて、三次元計測処理を夫々実行する（Ｓ３）。つまり、ＣＰＵ３１は、Ｓ１０１〜１２１の処理を実行して、テーブル１３、冶具１３Ａの三次元データを夫々構成する。

全ての撮像対象を計測したと判断した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、構成した工作機械１の内部の三次元データ及び加工プログラムに基づき、主軸９の衝突解析処理を実行する（Ｓ７）。ＣＰＵ３１は、加工プログラムにおける主軸９の移動経路をシミュレーションし、加工プログラムの運転中に主軸９が被削材３、冶具１３Ａ、テーブル１３等に衝突するか否かを判断する（Ｓ９）。主軸９が被削材３、冶具１３Ａ、テーブル１３等に衝突すると判断した場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、処理をＳ２５に進めて、例えば表示装置１５Ｂに、「主軸が衝突します」等の表示する（Ｓ２５）。ＣＰＵ３１は、処理を終了する。該時、作業者は、表示内容に基づき主軸９の移動経路の条件等を再度設定し直す。故にＣＰＵ３１は、主軸９の衝突による故障を未然に防止できる。

主軸９が被削材３、冶具１３Ａ、テーブル１３等に衝突しないと判断した場合（Ｓ９：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、所定の加工条件に基づき、被削材３の加工を開始する（Ｓ１１）。ＣＰＵ３１は、被削材３の加工が完了したか否かを判断する（Ｓ１３）。加工が完了していないと判断した場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、被削材３の加工を引き続き実行する。被削材３の加工が完了したと判断した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、撮像対象の三次元計測処理を実行する（Ｓ１５）。撮像対象は、例えば、加工後の被削材３である。ＣＰＵ３１は、Ｓ１０１〜Ｓ１２１の処理を実行して、加工後の被削材３の三次元データを構成する。

ＣＰＵ３１は、全ての撮像対象を計測したか否かを判断する（Ｓ１７）。例えば、ＣＰＵ３１は、被削材３の画像が計測済みかを判断する。撮像対象の三次データを計測していないと判断した場合（Ｓ１７：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は、例えば、計測していない撮像対象の三次元データの構成を実行する（Ｓ１５）。該時、ＣＰＵ３１は、Ｓ１０１〜Ｓ１２１の処理を実行して、工作機械１の内部の三次元データを取得する。

撮影対象を計測したと判断した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は、画像解析装置４１により、加工後の被削材３の三次元データを解析する（Ｓ１９）。該時、ＣＰＵ３１は、加工後の被削材３の加工精度、加工不良の有無、バリの有無を推定する。ＣＰＵ３１は、三次元を構成する元の画像データを、機械学習器４５が解析することで、被削材３の加工面の面粗さを推定する（Ｓ２１）。

ＣＰＵ３１は、三次元データの解析結果である加工精度、加工不良の有無、バリの有無の解析結果、及び、画像データの解析結果である面粗さの解析結果を表示装置１５Ｂに表示する（Ｓ２５）。ＣＰＵ３１は処理を終了する。

＜作用効果＞
以上説明の如く、カメラモジュール３９は、カメラ３８、Ｋ軸、Ｋ軸アクチュエータ６５を備える。カメラ３８は、被削材３を撮影する。Ｋ軸は、Ｓ軸に対して直交する。Ｋ軸アクチュエータ６５は、カメラ３８をＫ軸に回転する。ＣＰＵ３１は、Ｋ軸アクチュエータ６５を制御してカメラ３８をＫ軸回りに回動する。ＣＰＵ３１は、主軸９、テーブル１３、カメラモジュール３９に対して目標位置Ｐ１〜Ｐｎを指令し、目標位置Ｐ１〜Ｐｎに到達したタイミングで撮像を実行する。故に、ＣＰＵ３１は、正確な被削材３の画像情報を取得できる。

カメラモジュール３９は、バッテリー電源３７とワイヤレス通信機構１１とを備える。ＣＰＵ３１は、ワイヤレス通信機構１１による通信制御により、カメラ３８の撮像位置を回動する。ＣＰＵ３１は、ワイヤレス通信機構１１による通信制御により、カメラ３８の撮像タイミングを制御する。該時、ＣＰＵ３１は、ワイヤレス通信機構１１により、ワイヤレスでカメラ３８を操作できる。

ＣＰＵ３１は、工具マガジン２１に格納したカメラモジュール３９を主軸９に装着して撮像を行う。ＣＰＵ３１は、撮像終了後に主軸９に装着したカメラモジュール３９を主軸９から取り外し、工具マガジン２１に格納する。該時、ＣＰＵ３１は、必要に応じてカメラモジュール３９の装着、取り外し、及び格納を自動で実行可能である。

ＣＰＵ３１は、Ｚ軸、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｓ軸、Ｋ軸を調整する協調動作による位置決めを実行する。ＣＰＵ３１は、テーブル１３上に固定した被削材３を、互いに異なる複数の撮像位置から撮像する。故に、ＣＰＵ３１は、合計５軸での協調動作により、撮像範囲を広く設定できる。

ＣＰＵ３１は、撮像した被削材３の複数の画像から、被削材３の三次元データを構成する。故に、ＣＰＵ３１は、被削材３の三次元データを構成できる。

ＣＰＵ３１は、被削材３の三次元データに基づき、加工後の被削材３の加工精度、加工不良の有無、バリの有無を推定する。故に、ＣＰＵ３１は、加工精度、加工不良の有無、バリの有無を推定できる。

ＣＰＵ３１は、撮影した被削材３の複数の画像に基づき、被削材３の加工面の面粗さを推定する。故に、ＣＰＵ３１は、複数の画像に基づき、被削材３の加工面の面粗さを推定できる。

機械学習器４５は、入力装置１５Ａから加工面の面粗さの判定結果を取得する。機械学習器４５は、複数の画像に基づき面粗さを判断する教師有り学習を実行する。機械学習器４５は、入力装置１５Ａにより入力した面粗さの判定結果に基づき、加工面の撮像画像と面粗さとの関係を学習する。故に、数値制御装置２９は、人工知能を用いて、加工面と面粗さの関係を学習できる。

ＣＰＵ３１は、テーブル１３、及び被削材３をテーブル１３に固定する為の冶具１３Ａの撮像を更に実行する。ＣＰＵ３１は、撮像したテーブル１３の複数の画像に基づき、テーブル１３の三次元データを構成する。ＣＰＵ３１は、撮像した冶具１３Ａの複数の画像に基づき、冶具１３Ａの三次元データを構成する。ＣＰＵ３１は、被削材３、テーブル１３、及び冶具１３Ａの三次元データに基づき、主軸９の移動時、被削材３、テーブル１３、及び冶具１３Ａの何れかに主軸９が衝突するか否かを判断する。故に、ＣＰＵ３１は、主軸９を実際に移動する前に、被削材３、テーブル１３、及び冶具１３Ａへの主軸９の衝突可能性を判断できる。

＜変形例＞
本発明は上記実施形態に限らない。上記実施形態の工作機械１は、テーブル１３がＸＹ平面上を移動するテーブルトラバース方式であるが、主軸９がＸＹ平面状を移動するコラムトラバース方式にも適用できる。また、上記実施形態の工作機械１は、主軸９がＺ軸方向に延びる縦型工作機械であるが、本発明は主軸が水平方向に延びる横型工作機械にも適用できる。上記実施形態では、Ｋ軸アクチュエータ６５によりカメラ３８の撮像位置を制御したがこれに限らず、カメラ３８の撮像位置を調整できればよい。カメラモジュール３９は、バッテリー電源３７で駆動せずに外部から電源を供給してもよい。カメラモジュール３９はワイヤレス通信機構１１でＣＰＵ３１と接続するのではなく、有線接続してもよい。カメラモジュール３９は、主軸９に自動工具交換装置２０を用いて自動で着脱したが、工具交換装置以外のロボット装置で着脱してもよい。カメラモジュール３９は、未使用時には工具マガジン２１に格納したがこれに限らず他の格納場所に格納してもよい。

画像解析装置４１は数値制御装置２９の外部、例えば数値制御装置２９とネットワークで接続されたサーバ上で実行してもよい。該時、カメラモジュール３９が撮像した画像データ及び撮像時のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｓ軸、Ｋ軸の座標値、撮像対象の重心位置である中心座標Ｐｃ（ｘ、ｙ、ｚ）は記憶装置３４ではなくサーバ上の記憶装置に保存してよい。

画像解析装置４１は、ＳＦＭを用いての三次元データを解析したが、他の手法を用いて三次元データを取得してもよい。画像解析装置４１は、テーブル１３上に設置され、被削材３を回転可能に保持するインデックステーブルの画像を撮像し、衝突解析処理に使用してもよい。ＣＰＵ３１は、加工プログラムにおける主軸９の移動経路をシミュレーションして衝突解析処理を実施したが、ＣＰＵ３１は主軸９に取り付けた工具の移動経路をシミュレーションして衝突解析処理を実施してもよい。その際、工具のＣＡＤデータを予め記憶装置３４に保存し、衝突解析処理に利用してもよい。画像解析装置４１は、加工前及び加工後に取得した被削材３の三次元データを比較し、被削材３の加工前後の形状の相関を算出してもよい。画像解析装置４１は、保存した複数の被削材３の三次元データから、被削材３のバラつきを算出してもよい。画像解析装置４１が構成した三次元データを用いて、テーブル上の切屑の溜まり具合を監視し、例えば可動式のクーラント吐出装置を用いて切屑を流す処理を実行してもよい。

＜その他＞
Ｚ軸方向は本発明の第一方向の一例である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向は、本発明の第二方向の一例である。工作台装置１０は本発明の移動機構の一例である。Ｓ軸は本発明の主軸の回転軸の一例である。Ｋ軸は、本発明の撮像回転軸の一例である。Ｋ軸アクチュエータ６５は、本発明の駆動機構の一例である。カメラモジュール３９は、本発明の撮像装置の一例である。カメラ３８は、本発明の撮像素子の一例である。Ｓ１０７の処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の第１軸制御部の一例である。Ｓ１０９の処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の第２軸制御部の一例である。Ｓ１１１の処理を実行するＣＰＵ３１は本発明の第３軸制御部の一例である。Ｓ１１３の処理を行うＣＰＵ３１は本発明の第４軸制御部の一例である。Ｓ１１５の処理を行うＣＰＵ３１は本発明の撮像制御部の一例である。

Ｓ１２１の処理を行うＣＰＵ３１は本発明の第一構成部の一例である。Ｓ１２１の処理を行うＣＰＵ３１は本発明の第二構成部の一例である。Ｓ１２１の処理を行うＣＰＵ３１は本発明の第三構成部の一例である。Ｓ９の処理を行うＣＰＵ３１は本発明の判断部の一例である。Ｓ１９の処理を行うＣＰＵ３１は本発明の第一推定部の一例である。Ｓ２１の処理を行うＣＰＵ３１は本発明の第二推定部の一例である

１ ：工作機械
３ ：被削材
９ ：主軸
１０ ：工作台装置
１１ ：ワイヤレス通信機構
１３ ：テーブル
１３Ａ ：冶具
１５Ａ ：入力装置
２０ ：自動工具交換装置
２１ ：工具マガジン
２９ ：数値制御装置
３１ ：ＣＰＵ
３２ ：ＲＯＭ
３４ ：記憶装置
３７ ：バッテリー電源
４１ ：画像解析装置
４５ ：機械学習器
６５ ：Ｋ軸アクチュエータ

Claims (10)

1. 工具又は撮像装置を装着する主軸と、被削材を固定したテーブルと、前記主軸が延びる第一方向に前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動し、且つ前記第一方向に直交する第二方向に、前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動する移動機構を備えた工作機械を制御する数値制御装置において、
   前記撮像装置は前記被削材を撮影する撮像素子と、前記撮像素子を前記主軸の回転軸に対して直交する回転軸である撮像回転軸と、前記撮像素子を前記撮像回転軸回りに回転させる駆動機構とを備え、
   前記第一方向に前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動する第１軸制御部と、
   前記第二方向に前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動する第２軸制御部と、
   前記主軸を回転する第３軸制御部と、
   前記駆動機構を制御して前記撮像素子を前記撮像回転軸回りに回動する第４軸制御部と、
   前記第１軸制御部、前記第２軸制御部、前記第３軸制御部、前記第４軸制御部に対して目標位置を指令し、前記目標位置に到達したタイミングで撮像を実行する撮像制御部と
   を備えたことを特徴とする数値制御装置。
2. 前記撮像装置は、バッテリー電源とワイヤレス通信機構とを備え、
   前記第４軸制御部は、前記ワイヤレス通信機構による通信制御により、前記撮像素子を回動し、
   前記撮像制御部は、前記ワイヤレス通信機構による通信制御により、前記撮像素子の撮像タイミングを制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記数値制御装置は、
   工具マガジンに装着された前記撮像装置を前記主軸に装着して撮像を行い、
   撮像終了後に前記主軸に装着した前記撮像装置を前記主軸から取り外し、前記工具マガジンに格納する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の数値制御装置。
4. 前記撮像制御部は、前記第１軸制御部、前記第２軸制御部、前記第３軸制御部、前記第４軸制御部が協調動作するように位置決め指令を行い、前記テーブル上に固定した前記被削材を、互いに異なる複数の位置から撮像することを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の数値制御装置。
5. 前記撮像制御部が撮像した前記被削材の複数の画像から、前記被削材の三次元データを構成する第一構成部
   を備えたことを特徴とする請求項４に記載の数値制御装置。
6. 前記第一構成部が構成した前記被削材の前記三次元データに基づき、加工後の前記被削材の加工精度、加工不良の有無、バリの有無を推定する第一推定部
   を備えたことを特徴とする請求項５に記載の数値制御装置。
7. 前記撮像制御部が撮像した前記被削材の複数の画像に基づき、前記被削材の加工面の面粗さを推定する第二推定部
   を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の数値制御装置。
8. 加工面の面粗さの判定結果を入力する為の入力装置と、
   複数の画像に基づき前記面粗さを判断する教師有り学習による機械学習器と
   を備え、
   前記機械学習器は、前記入力装置により入力した前記面粗さの前記判定結果に基づき、前記加工面の撮像画像と前記面粗さとの関係を学習する
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の数値制御装置。
9. 前記撮像制御部は、
   前記テーブル、及び、前記被削材を前記テーブルに固定する為の冶具の撮像を更に実行し、
   前記撮像制御部が撮像した前記テーブルの複数の画像に基づき、前記テーブルの三次元データを構成する第二構成部と、
   前記撮像制御部が撮像した前記冶具の複数の画像に基づき、前記冶具の三次元データを構成する第三構成部と、
   前記第一構成部が構成した前記被削材の前記三次元データと前記第二構成部が構成した前記テーブルの前記三次元データと前記第三構成部が構成した前記冶具の前記三次元データに基づき、前記主軸の移動時、前記被削材、前記テーブル、及び前記冶具の何れかに前記主軸が衝突するか否かを判断する判断部と
   を備えたことを特徴とする請求項５に記載の数値制御装置。
10. 工具又は撮像装置を装着する主軸と、被削材を固定したテーブルと、前記主軸が延びる第一方向に前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動し、且つ前記第一方向に直交する第二方向に、前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動する移動機構を備えた工作機械を制御する数値制御装置の制御方法において、
    前記撮像装置は前記被削材を撮影する撮像素子と、前記撮像素子を前記主軸の回転軸に対して直交する回転軸である撮像回転軸と、前記撮像素子を前記撮像回転軸回りに回転させる駆動機構とを備え、
    前記第一方向に前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動する第１軸制御ステップと、
    前記第二方向に前記テーブルに対して前記主軸を相対的に移動する第２軸制御ステップと、
    前記主軸を回転する第３軸制御ステップと、
    前記駆動機構を制御して前記撮像素子を前記撮像回転軸回りに回動する第４軸制御ステップと、
    前記第１軸制御ステップ、前記第２軸制御ステップ、前記第３軸制御ステップ、前記第４軸制御ステップに対して目標位置を指令し、前記目標位置に到達したタイミングで撮像を実行する撮像制御ステップと
    を備えたことを特徴とする数値制御装置の制御方法。

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