JP2022117545A

JP2022117545A - 画像処理装置および工作機械

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Publication number: JP2022117545A
Application number: JP2021014082A
Authority: JP
Inventors: 純一窪田; Junichi Kubota
Original assignee: DMG Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2041-02-01
Also published as: JP7061701B1; WO2022163459A1

Abstract

【課題】工具の刃長を確認する。【解決手段】画像処理装置は、工具の撮像画像から、工具の外形を示す工具形状データを形成する形状再現部と、工具形状データから、工具の刃部を特定する刃部特定部と、工具形状データとともに、工具の刃部の終端位置を示す境界線を表示させる形状表示部と、を備える。【選択図】図１２

Description

本発明は、工作機械における工具の状態を確認する技術、に関する。

工作機械は、ワークを所望の形状に切削加工する装置や、金属粉末などを積層してワークを作る装置がある。切削加工する工作機械には、回転するワークに切削用の工具を当てることでワークを加工するターニングセンタと、回転する工具をワークに当てることでワークを加工するマシニングセンタ、これらの機能を複合的に備える複合加工機などがある。

工具は主軸あるいは刃物台などの工具保持部に固定される。工作機械は、あらかじ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。

工具は、ワークに接触してこれを切削する刃部と、工具保持部への固定のためのシャンク部を含む。たとえば、刃部の長さ（以下、「刃長」とよぶ）が８５ミリメートルの工具の場合、工具先端から８５ミリメートルまではワークに接触させることができるが、先端から８５ミリメートルを超える部分（シャンク部）をワークに接触させてはならない。したがって、工作機械には、あらかじめ工具ごとに刃長を登録しておく必要がある（特許文献１参照）。

特開２０１６－２１８５５０号公報

一般的には、作業者が工具メーカーのウェブサイトから工具の仕様書をダウンロードし、仕様書に記載される刃長を工作機械に数値入力することで、工具ごとの刃長を登録することが多い。しかし、このような登録方法は、作業負担が大きく、また、入力ミスを防ぐための確認負担も大きい。

一つの方法として、工具をカメラで撮像し、撮像画像を画像認識することにより刃長を自動検出する方法が考えられる。しかし、画像認識によって常に正しい刃長が求められるとは限らない。また、刃長が８５ミリメートルであっても、安全のため、５ミリメートル程度のマージンをとって、工具先端から８０ミリメートルまでしかワークに接触させたくない場合もある。このように、同一工具であっても、刃長の設定値は作業者によって異なる場合がある。

本発明のある態様における画像処理装置は、工具の撮像画像から、工具の外形を示す工具形状データを形成する形状再現部と、工具形状データから、工具の刃部を特定する刃部特定部と、工具形状データとともに、工具の刃部の終端位置を示す境界線を表示させる形状表示部と、を備える。

本発明の別の態様における画像処理装置は、工具の撮像画像から、工具の外形を示す工具形状データを形成する形状再現部と、工具形状データと、工具形状データ上における第１の位置に境界線と、工具形状データにおける工具先端位置から第１の位置までの距離と、を同一画面上に表示させる形状表示部と、を備える。
形状表示部は、境界線の位置の変更を指示する操作を受け付けたとき、境界線を第１の位置とは異なる第２の位置に表示させる。

本発明のある態様における工作機械は、所定の工具認識領域に固定され、工具認識領域に挿入された工具を撮像するカメラと、工具を装着可能な工具保持部と、加工プログラムにしたがって工具保持部を制御し、工具によりワークを加工する加工制御部と、工具の撮像画像から工具の外形位置を示す複数のエッジ点を検出し、複数のエッジ点に基づいて工具の外形を示す工具形状データを形成する形状再現部と、工具形状データから、工具の刃部を特定する刃部特定部と、工具形状データとともに、工具の刃部の終端位置を示す境界線を表示させる形状表示部と、を含む。

本発明によれば、工具の刃長を確認しやすくなる。

工作機械の外観図である。工具認識領域の周辺斜視図である。工具認識領域における工具、カメラおよび照明装置の位置関係を示す模式図である。工作機械および画像処理装置のハードウェア構成図である。画像処理装置の機能ブロック図である。工具と撮像領域の位置関係を示す模式図である。工具と部分画像の関係を示す模式図である。工具の外形を画像認識するときの部分画像を示す。エッジ点画像を示す図である。工具形状データを示す第１図である。工具形状データを示す第２図である。ある工具の側面図である。工具確認画面の画面図である。工具登録の処理過程を示すフローチャートである。図１４のＳ１８における刃長調整処理の詳細な処理過程を示すフローチャートである。

図１は、工作機械１００の外観図である。
本実施形態における工作機械１００は、加工領域２００内に配置されるワークを加工する複合加工機である。ワークは保持部１０４に固定され、別の保持部である主軸に取り付けられる工具１０２により切削される。ワークを保持する保持部１０４は駆動機構により回転駆動される。

工具１０２が工具認識領域２１０内に挿入されたとき、下方の照明装置１０８は工具１０２を照明し、上方のカメラ１０６は工具１０２を撮像する。このときの撮像画像に基づいて後述の工具登録が実行される。工具認識領域２１０の構成については次の図２，図３に関連して後述する。

工作機械１００は、外部を遮断するカバー２０２を備える。カバー２０２は、ドア２０４を備える。作業者は、ドア２０４を開口して、加工領域２００へのワークの取り付けおよび加工領域２００からのワークの取り出しを行う。操作盤２０６は、作業者から、工作機械１００に対する各種操作を受け付ける。

操作盤２０６は、画像処理装置１１０と接続される。作業者は、画像処理装置１１０により工作機械１００の作業状況を遠隔監視できる。本実施形態においては、工作機械１００本体と画像処理装置１１０は有線ケーブルを介して接続される。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。画像処理装置１１０は、工作機械１００の内部、たとえば、操作盤２０６の内部装置として形成されてもよい。

工具格納部１３０は、複数の工具１０２を格納する。工具格納部１３０に格納される複数の工具１０２から工具交換部（後述）により工具１０２を取得し、これを主軸に装着する。加工領域２００は工具認識領域２１０を経由して工具格納部１３０につながる。したがって、工具交換を行うときには、主軸を工具認識領域２１０の奥深くに差し込む。

図１に示すように、水平方向にＸ軸とＹ軸、垂直方向にＺ軸を設定するものとする。Ｙ軸方向は、主軸およびワークの軸方向に対応する。

図２は、工具認識領域２１０の周辺斜視図である。
加工領域２００の一部に、工具認識領域２１０が形成される。具体的には、ワークを固定する保持部１０４の上方に工具認識領域２１０（空間）が形成される。工具認識領域２１０は、カメラ１０６および照明装置１０８を含む（図３に関連して後述）。

外部カバー３００は、工具認識領域２１０を閉鎖する可動式の仕切板（シャッター）である。ワークの加工時においては、工具認識領域２１０は外部カバー３００により閉鎖される。加工中の加工領域２００においては、ワークと工具１０２との摩擦熱を除去するための冷却液であるクーラントが噴射される。また、加工領域２００内ではワークの切り屑も飛散する。このため、外部カバー３００により工具認識領域２１０を閉鎖することで、クーラント等が工具認識領域２１０内に入り込むのを防止する。

加工プログラム中の測定コマンド等により工具１０２の検査を指示されたとき、工作機械１００はワークの加工を中止する。このとき、工作機械１００は、クーラントの噴射も中止させる。外部カバー３００が開口し、主軸は工具を工具認識領域２１０に進入させる。工具認識領域２１０に挿入された工具１０２をカメラ１０６で撮像することにより、工具形状を確認する。以下、加工中における工具１０２の検査を「工具検査」とよぶ。

新規に工具１０２を登録するときにも、工具認識領域２１０において工具形状の画像認識が行われる（後述）。以下、工具１０２を新規登録することを「工具登録」とよぶ。工具登録のときにも外部カバー３００は開口し、主軸１１６が登録対象の工具１０２を工具認識領域２１０に挿入することで画像処理装置１１０は工具形状の確認を行う。

図３は、工具認識領域２１０における工具１０２、カメラ１０６および照明装置１０８の位置関係を示す模式図である。
工具１０２は、ワークの加工に利用される刃部１１２と、主軸１１６のホルダ１１８に固定される部位であるシャンク部１１４を含む。主軸１１６は、工具１０２を保持しつつ、回転および移動可能に構成される。また、保持部でもある主軸１１６は、保持している工具を回転させることもできる。

カメラ１０６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。カメラ１０６は、主軸１１６に取り付けられた工具１０２を上（Ｚ軸方向）から撮像する。カメラ１０６は工具認識領域２１０に固定される。主軸１１６がＹ軸を軸心として工具１０２を回転させることにより、カメラ１０６は複数方向から工具１０２を撮像できる。また、主軸１１６が工具１０２を水平方向（ＸＹ方向）に動かすことにより、カメラ１０６は工具１０２の複数箇所を撮像できる。

カメラ１０６に対向するように、下部には照明装置１０８が固定される。照明装置１０８は工具１０２を下から照明する。照明装置１０８による透過照明により、カメラ１０６は、工具１０２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。

ユーザは、工具登録に際しては、操作盤２０６において工具登録モードに設定し、主軸１１６に新規の工具１０２を取り付ける。次に、任意の工具ＩＤを入力する。主軸１１６は工具１０２を移動・回転させ、固定されたカメラ１０６は工具１０２をさまざまな位置および方向から自動的に撮像する。カメラ１０６により得られた多数の撮像画像から、工具形状が認識され、工具ＩＤと工具形状データが対応づけて登録される。このような制御方法により、工具１０２ごとに、工具形状データを自動的に工具ＩＤに対応づけて登録できる。工具形状データは、点群のデータであり、二次元データあるいは三次元データとして形成される（後述）。

また、加工中あるいは加工後の工具１０２について工具検査を実行するときにも、主軸１１６は工具１０２を工具認識領域２１０に進入させる。工具登録時と同様、主軸１１６は工具１０２を移動・回転させ、カメラ１０６は工具１０２をさまざまな位置および方向から自動的に撮像する。カメラ１０６により得られた多数の撮像画像から、工具形状が認識される。

本実施形態におけるカメラ１０６は約１００万画素（１２２４×１０２４）の解像度を有する。撮像範囲は３００ミリメートル×３００ミリメートル程度である。また、カメラ１０６は１秒間に最大８０枚の撮像画像を取得可能である。

図４は、工作機械１００および画像処理装置１１０のハードウェア構成図である。
工作機械１００は、操作制御装置１２０、加工制御部１２２、加工装置１２４、工具交換部１２６および工具格納部１３０を含む。数値制御装置として機能する加工制御部１２２は、加工プログラムにしたがって加工装置１２４に制御信号を送信する。加工装置１２４は、加工制御部１２２からの指示にしたがって主軸１１６を動かしてワークを加工する。

操作制御装置１２０は、操作盤２０６を含み、加工制御部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）に対応する。工具交換部１２６は、加工制御部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１１６にある工具と工具格納部１３０から取り出した工具を交換する。

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。上述したように、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。あるいは、画像処理装置１１０を含めた全体を「工作機械１００」と称してもよい。

図５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。

なお、操作制御装置１２０および加工制御部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。

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およびデータ格納部１４４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。ユーザインタフェース処理部１４０は操作制御装置１２０との通信も行う。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およびデータ格納部１４４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、入力部１４６および出力部１４８を含む。
入力部１４６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。入力結果は操作制御装置１２０に送信される。出力部１４８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１４８は、形状表示部３０２を含む。形状表示部３０２は、工具形状データを画面表示させる。あるいは、形状表示部３０２は、工具形状データを操作盤２０６等の他の装置に送信してもよい。

データ処理部１４２は、工具確認部１５２、刃部特定部１５４、刃長特定部１５６、形状再現部１５８および形状登録部１６０を含む。
工具確認部１５２は、カメラ１０６を制御し、工具認識領域２１０における工具１０２の形状認識処理を実行する。形状再現部１５８は、撮像画像に基づいて工具１０２の三次元形状を示すデータである工具形状データを生成する。

刃部特定部１５４は、撮像画像に基づいて工具１０２のうち刃部１１２に該当する領域を特定する。刃長特定部１５６は、工具１０２の刃長を特定する。以下、刃長特定部１５６により特定された刃長のことを「検出刃長」とよぶ。形状登録部１６０は、工具ＩＤと工具形状データおよび刃長を対応づけてデータ格納部１４４に登録する。以下、データ格納部１４４に正式に登録される刃長のことを「登録刃長」とよぶ。検出刃長はそのまま登録されてもよいし、作業者は検出刃長を調整した上で登録してもよい（後述）。

図６は、工具１０２と撮像領域１７０の位置関係を示す模式図である。
撮像領域１７０は、カメラ１０６の受光面直下に位置する。カメラ１０６は撮像領域１７０の範囲内にある物体を撮像する。加工制御部１２２は、主軸１１６を動かすことで工具１０２を撮像領域１７０に挿入する。撮像領域１７０は工具１０２に比べると小さいため、一度に工具１０２全体を撮像することはできない。

撮像領域１７０を大きくするためにカメラ１０６のレンズを大きくした場合、カメラ１０６のコストアップにつながる。また、工具認識領域２１０に大きなカメラ１０６を設置した場合、加工領域２００のスペースが圧迫されるため好ましくない。このため、本実施形態においては、比較的小さなカメラ１０６により、工具１０２を複数回に分けて撮像し、複数の撮像画像に基づいて工具１０２全体の形状を認識する方式を採用している。
以下、カメラ１０６により工具１０２の一部を撮像した撮像画像のことを「部分画像」とよぶ。

図７は、工具１０２と部分画像の関係を示す模式図である。
工具登録時において、加工制御部１２２は、工具１０２（主軸１１６）をＹ軸負方向に一定速度にて移動させる。工具確認部１５２は撮像領域１７０を常時監視する。撮像領域１７０におけるライブビュー画像はカメラ１０６から画像処理装置１１０に伝送される。工具確認部１５２は撮像領域１７０（ライブビュー画像）において刃部１１２の先端が検出されたとき、カメラ１０６に撮像画像（部分画像）の取得を指示する。カメラ１０６は、指示を受けたとき１枚目の部分画像を取得してメモリに固定する。図７においては、最初に部分画像Ｐ１が取得される。

次に、加工制御部１２２は工具１０２（主軸１１６）をＹ軸負方向に更に動かす。このとき、工具１０２の輪郭が撮像領域１７０から外れないように、加工制御部１２２は主軸１１６をＸ軸負方向にも少し動かす。工具確認部１５２は、操作制御装置１２０に対して工具１０２の移動方向および移動量を指示する。移動後、工具確認部１５２はカメラ１０６に部分画像の取得を指示し、カメラ１０６は２枚目の部分画像Ｐ２をメモリに保存する。このように、加工制御部１２２は主軸１１６を左右（Ｘ方向）に適度に移動させつつ、主軸１１６をＹ軸負方向に少しずつ移動させる。

工具確認部１５２は主軸１１６の移動に合わせてカメラ１０６に撮像（部分画像の取得）を指示し、部分画像Ｐ１～Ｐ８が取得される。複数の部分画像Ｐ１～Ｐ８に基づいて、工具確認部１５２は工具１０２の輪郭を特定し、形状再現部１５８は工具形状データを生成する。

なお、同一種類であるが製造ロットが異なる工具１０２に交換する場合には、工具１０２の刃部１１２の状態のみを確認するだけで十分な場合もある。たとえば、ある種類の工具１０２Ａについて工具登録したあと、同種類の別の工具１０２Ｂについて工具登録する場合を想定する。このとき、工具確認部１５２は、工具１０２Ｂについて、部分画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を撮像する。刃部特定部１５４は、部分画像が取得されるごとに、工具１０２における刃部１１２とシャンク部１１４の境界線を探す。図７においては、部分画像Ｐ３が取得されたとき、刃部特定部１５４は刃部１１２とシャンク部１１４の境界線を検出できる（図１１も参照）。したがって、この場合には、部分画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のみを取得し、部分画像Ｐ４以降は撮影する必要はない。

刃長特定部１５６は、部分画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に基づいて、刃部１１２の刃長（検出刃長）を検出すればよい。工具１０２Ａの工具登録または工具検査のときに、工具１０２Ａの形状は解析済みであるため、このときの解析データを流用することにより、同型の工具１０２Ｂの刃長検出を短時間で実行できる。

工具１０２Ａの工具登録を行うとき、工具１０２Ａについては部分画像Ｐ１～Ｐ８を撮像することにより、工具１０２Ａの刃部１１２だけでなくシャンク部１１４の工具形状も認識できる。形状再現部１５８は、工具１０２Ａの工具形状データ（後述）をデータ格納部１４４に登録しておく。次に、同タイプの工具１０２Ｂの工具登録あるいは工具検査をするときには、データ格納部１４４に登録されている工具１０２Ａの工具形状データの一部（特に、シャンク部１１４の該当部分のデータ）を流用すればよい。このような制御方法によれば、工具１０２Ｂの工具形状データの生成にともなう処理負荷を低減し、処理時間を短縮できる。

図８は、工具１０２の外形を画像認識するときの部分画像２９０を示す。図９は、エッジ点画像１９０を示す図である。
部分画像２９０には、照明装置１０８により下方から映し出された工具１０２のシルエットが表示される。工具確認部１５２は、Ｘ軸正方向に走査線１８０ａを設定し、暗領域１８２（工具１０２が存在するシルエット領域）から明領域１８４（工具１０２が存在しない領域）の境界に位置する点をエッジ点１９２として検出する。工具確認部１５２は、走査線１８０ａを一定のピッチにてずらしながら、複数のエッジ点１９２を検出する。

同様にして、工具確認部１５２は、Ｙ軸負方向に走査線１８０ｂを設定し、暗領域１８２から明領域１８４への境界に位置するエッジ点１９２を検出する。工具確認部１５２は、走査線１８０ｂを一定のピッチにてずらしながら複数のエッジ点１９２を検出する。

更に、工具確認部１５２は、Ｙ軸正方向に走査線１８０ｃを設定し、暗領域１８２から明領域１８４への境界に位置するエッジ点１９２を検出する。工具確認部１５２は、走査線１８０ｃを一定のピッチにてずらしながら複数のエッジ点１９２を検出する。

このように、３方向から走査線１８０ａ、走査線１８０ｂ、走査線１８０ｃを設定することにより複数のエッジ点１９２を検出し、図９に示すエッジ点画像１９０を取得する。エッジ点画像１９０に含まれる複数のエッジ点１９２により、工具１０２の輪郭を示す点列データが得られる。本実施形態においては、部分画像１枚あたりの画像認識に要する処理時間は２００～２５０ミリ秒程度である。

図１０は、工具形状データを示す第１図である。
以下、主軸１１６の回転角のことを「主軸回転角」とよぶ。本実施形態においては、工具認識領域２１０において、工具１０２を１２度ずつ回転させることにより、合計３０種類の角度（＝３６０÷１２）について工具１０２の撮像を行う。

加工制御部１２２は、工具１０２のＹ軸中心とした主軸回転角を設定し、そのあと、工具１０２をＹ軸負方向に移動させつつ、工具１０２をＸ軸方向にも移動させる。工具確認部１５２は撮像領域１７０において部分画像２９０を取得し、部分画像２９０からエッジ点１９２を検出することにより、工具１０２の外形が特定される。１つの主軸回転角につき複数枚の部分画像が取得される。次に、加工制御部１２２は工具１０２を１２度回転させ、工具確認部１５２は次の主軸回転角について同様の処理を行う。

１つの主軸回転角あたり１０枚の部分画像２９０を取得するとすれば、３０種類の主軸回転角設定により合計３００枚の部分画像２９０を取得できる。これらの部分画像２９０からはエッジ点画像１９０に示した点列データが得られる。形状再現部１５８は各部分画像２９０の点列データを総合することにより、図１０に示す工具形状データ、すなわち、工具１０２の三次元形状を示す点列データを生成する。以下、工具１０２の部分画像から、図１０に示す工具形状データを生成する処理のことを「形状認識処理」とよぶ。

図１１は、工具形状データを示す第２図である。
図１１に示す工具形状データにおける境界線１２８は、刃部１１２とシャンク部１１４の境界を示す。上述したように、工具１０２Ａについて刃部１１２およびシャンク部１１４の工具形状データが得られているときには、工具１０２Ｂについては刃部１１２のみを測定し、刃部１１２の工具形状データを生成し、これに工具１０２Ａのシャンク部１１４の工具形状データを組み合わせることで刃部１１２全体の工具形状データを生成するとしてもよい。

図１２は、ある工具１０２の側面図である。
工具１０２の形状はさまざまであるが、上述したように、ワークを切削するための領域であってワークと接触することを想定される部分である刃部１１２と、主軸１１６と接続するための領域であってワークと接触することが想定されない部分であるシャンク部１１４を含む点においては共通する。図１２に示す境界線１２８は、刃部１１２とシャンク部１１４の境目を示す。

工具１０２の先端点Ｒ１から境界線１２８までの長さが「刃長Ｌ」である。刃部特定部１５４は、撮像画像から境界線１２８の位置を検出する。境界線１２８の求め方は任意である。本実施形態において、刃部特定部１５４は刃部１１２の外形のうち、工具１０２の中心線Ｃ１からの半径方向の距離がもっとも大きくなる点のうち、先端点Ｒ１から最も遠い端点Ｒ２を境界線１２８の位置座標として算出する。

刃部１１２は刃の存在により外形に「うねり」を生じる。一方、シャンク部１１４は刃がないため円筒形状となる。このため、刃部１１２の「うねりの頂点」、すなわち、中心線Ｃ１からの半径方向の距離がもっとも大きくなる端点を検出することで、境界線１２８を求めることができる。

刃長特定部１５６は、工具１０２の撮像画像に基づいて、先端点Ｒ１から境界線１２８までの距離である刃長Ｌ（検出刃長）を算出する。

図１３は、工具確認画面１７６の画面図である。
形状再現部１５８は、点群データとして工具形状データを生成する。形状表示部３０２は生成された工具形状データを工具確認画面１７６に表示させる。形状表示部３０２は、検出刃長を境界線１２８とともに表示させる。図１３においては、検出刃長は８３．５ミリメートルである。作業者は、工具形状データとともに、工具形状データに重ねて表示される境界線１２８および検出刃長を工具確認画面１７６にて確認する。

形状再現部１５８は、工具長（先端点Ｒ１から主軸１１６までの距離）および工具径（工具１０２の直径）を画像認識により算出してもよい。図１３においては、形状表示部３０２は工具長および工具径も表示しているが、工具長および工具径の表示は必須ではない。

工具確認画面１７６には、再測定ボタン１７２および確定ボタン１７４が表示される。作業者は、刃長を再測定したいときには再測定ボタン１７２をタッチする。入力部１４６が再測定ボタン１７２のタッチを検出したとき、刃部特定部１５４は撮像画像に基づいて境界線１２８を再検出する。刃長特定部１５６は、撮像画像ではなく、工具形状データ（点群データ）に基づいて境界線１２８を検出してもよい。境界線１２８の再検出後、刃長特定部１５６は刃長を再計算する。

作業者は、工具確認画面１７６に示される境界線１２８が適切であると判断したときには、確定ボタン１７４をタッチする。確定ボタン１７４がタッチされたとき、形状登録部１６０は、工具ＩＤ、工具形状データおよび確定時の刃長を対応づけてデータ格納部１４４に登録する。

作業者は、マウス等の入力デバイス、あるいは、指による画面タッチにより、ドラッグ・アンド・ドロップ方式にて、工具確認画面１７６における境界線１２８の位置を上下に移動させることもできる。境界線１２８を移動させると、形状表示部３０２は境界線１２８の位置に応じて刃長の表示を変更する。境界線１２８を移動させたあと確定ボタン１７４をタッチすることにより、調整後の刃長が工具ＩＤに対応づけて登録される。

刃部特定部１５４は、画像認識により刃部１１２を特定する。画像認識の場合、常に適切な位置に境界線１２８が検出されるとは限らない。たとえば、工具１０２の仕様書においては真の刃長Ｌは８５ミリメートルであるとして登録されていたとする。このとき、作業者は境界線１２８を上方に少し移動させることで検出刃長と真の刃長Ｌのずれを補正してもよい。仕様書に基づいて真の刃長値を数値入力するよりも、境界線１２８をマウスで動かして検出刃長を微調整する方が、刃長設定にともなう作業負担は軽減される。

作業者は工具確認画面１７６において工具形状データ、検出刃長および境界線１２８をまとめて視認できる。検出刃長が妥当であっても、刃部１１２の一部をワークと接触不可能とすることで、余裕をもたせたい場合もある。たとえば、検出刃長が８３．５ミリメートルのとき、登録刃長を８０ミリメートルとすれば、刃部１１２の根元（シャンク部１１４側）はワークと接触しなくなるため、シャンク部１１４がワークと接触するリスクをいっそう減らすことができる。

図１３においては、作業者は、検出刃長Ｌ＝８３．５ミリメートルの位置に初期表示される境界線１２８を下方に移動させている。境界線１２８を移動させることにより、形状表示部３０２は、移動後の境界線１２８に対応する刃長値を表示させる。たとえば、移動後の境界線１２８から工具１０２の先端点Ｒ１までの距離が６０ミリメートルであったとする。この状態で、確定ボタン１７４をタッチすることにより、登録刃長を６０ミリメートルに設定できる。設定後は、移動後の境界線１２８の位置、いいかえれば、工具１０２の先端点Ｒ１から６０ミリメートルまでの範囲が「刃部１１２」とみなした上で、工具１０２の摩耗度判定あるいは折損判定等の各種検査が実行される。

図１４は、工具登録の処理過程を示すフローチャートである。
工具登録は、ユーザが工具ＩＤを入力したあとに実行される。工具登録時には、外部カバー３００は開口される。主軸１１６に登録対象の工具１０２が取り付けられ、ユーザは工具ＩＤを入力したとき、工具確認部１５２は主軸１１６の回転角（例：０度）を設定する（Ｓ１０）。

主軸回転角の設定後、加工制御部１２２は主軸１１６をＸＹ方向に動かし、工具確認部１５２は複数の部分画像を取得することにより形状認識処理を実行する（Ｓ１２）。形状認識処理では、設定された主軸回転角において、工具１０２の輪郭が点列データとして特定される。未設定の主軸回転角が残っているときには（Ｓ１４のＮ）、処理はＳ１０に戻り次の回転角（例：１２度）が設定される。

全３０種類の主軸回転角について形状認識処理を実行したときには（Ｓ１４のＹ）、形状再現部１５８は複数の主軸回転角について得られた点列データから工具１０２の立体形状を示す工具形状データを生成する（Ｓ１６）。工具形状データに基づく刃長調整処理を実行したあと（Ｓ１８）、形状登録部１６０は、工具ＩＤと工具形状データ、刃長（登録刃長）を対応づけてデータ格納部１４４に登録する（Ｓ１８）。

図１５は、図１４のＳ１８における刃長調整処理の詳細な処理過程を示すフローチャートである。
刃部特定部１５４は、得られた撮像画像から、刃部１１２を特定する（Ｓ３０）。刃長特定部１５６は、刃長を計測する（Ｓ３２）。形状表示部３０２は工具形状データおよび境界線１２８、検出刃長を工具確認画面１７６に表示させる（Ｓ３４）。作業者は工具確認画面１７６において境界線１２８を調整する（Ｓ３６）。調整後の刃長がこの工具１０２の刃長として登録される。

［総括］
以上、実施形態に基づいて工作機械１００について説明した。
本実施形態によれば、工具登録に際して、工具認識領域２１０において工具形状データおよび刃長が自動的に計測される。刃長計測後、形状表示部３０２は工具確認画面１７６において工具形状データに境界線１２８を重ねて表示させる。また、形状表示部３０２は、検出刃長を数値表示させる。作業者は工具確認画面１７６において、刃部特定部１５４が適切な位置に境界線１２８を設定しているかを視覚的に確認できる。

作業者は、境界線１２８をマウスのドラッグにより動かすことができる。直観的なユーザインタフェースにより、工具形状データを見ながら登録刃長を微調整できる。また、検出刃長は数値表示されるため、工具１０２の仕様書における真の刃長との詳細な比較も可能となる。

工具登録において工具１０２の刃長を数値入力するとすれば、特に、数十から数百の工具１０２について、仕様書を確認しながら刃長を入力するとすれば、作業者の負担は非常に大きくなってしまう。刃部特定部１５４により刃部１１２の自動検出によれば、刃長の設定にともなう作業負担が大きく軽減される。また、作業者には、刃長特定部１５６による検出刃長の適否を工具確認画面１７６で確認し、境界線１２８を工具形状データと見比べながら修正する機会が与えられるため、不適切な刃長が登録されるリスクを低減できる。したがって、本実施形態における画像処理装置１１０によれば、刃長の登録にともなう作業負担軽減と、登録刃長の正確性を両立させることができる。

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。

［変形例］
本実施形態においては、比較的小さな撮像領域１７０に工具１０２を位置合わせし、工具１０２を複数回撮像することで工具１０２全体の撮像画像を取得するとして説明した。変形例として、工具登録に際し、より撮像領域１７０の広い広角のカメラ１０６により、工具１０２全体をまとめて撮像するとしてもよい。

図１３に示した工具確認画面１７６は、画像処理装置１１０の画面に表示されてもよいし、操作盤２０６の画面に表示されてもよい。画像処理装置１１０において部分画像から工具形状データの生成を行い、画像処理装置１１０は工具形状データを操作盤２０６に送信することで、操作盤２０６に工具確認画面１７６を表示させるとしてもよい。工具確認画面１７６は、画像処理装置１１０および操作盤２０６の双方において同時に表示されてもよい。すなわち、図５の形状表示部３０２は、画像処理装置１１０の画面表示に限らず、操作盤２０６等の他の表示装置に画面データを提供してもよい。

操作盤２０６は、画像処理装置１１０の諸機能、たとえば、工具確認部１５２、刃部特定部１５４、刃長特定部１５６、形状再現部１５８、形状登録部１６０を備えてもよい。この場合には、操作盤２０６は、工具確認画面１７６の画面表示だけではなく、部分画像から工具形状データの生成、刃長等の検出等の他の処理も実行してもよい。刃長等の工具１０２に関する各種データも、画像処理装置１１０ではなく、工作機械１００の記憶装置に保存されるとしてもよい。また、操作盤２０６あるいは画像処理装置１１０は、イントラネット等の通信回線を介して、他の装置に工具１０２に関連する各種データを送信し、他の装置あるいは他のデータベースにおいて工具関連データを保存するとしてもよい。

本実施形態においては、工具１０２に関する各種データは画像処理装置１１０のデータ格納部１４４に保存されるものとして説明した。変形例として、工具１０２に関する各種データは工作機械１００が内蔵する不揮発性メモリ（図示せず）、たとえば、操作盤２０６が内蔵する記憶装置に保存されてもよい。

本実施形態においては、工具確認画面１７６において作業者はマウスにより境界線１２８を移動させるとして説明した。マウスに限らず、画像処理装置１１０の表示装置がタッチパネルを備えるときには指またはスタイラスによるスライド操作により境界線１２８を移動させてもよい。このほか、上下ボタンあるいは左右ボタンにより、境界線１２８を移動させてもよい。作業者は、境界線１２８を移動させるだけでなく、工具確認画面１７６において刃長を数値入力してもよい。

本実施形態においては、工具登録を想定して説明した。工具登録時に限らず、加工中または加工後の工具検査においても刃長の確認・修正を行ってもよい。工具１０２の刃部１１２は、摩耗により少しずつ短くなる。このため、所定回数、たとえば、工具１０２を工作機械１００回使用するごとに、工具１０２を工具認識領域２１０に挿入して工具形状データの生成および刃長計測を実行するとしてもよい。このときにも、作業者は工具確認画面１７６を参照して境界線１２８の確認および調整を行ってもよい。

１００工作機械、１０２工具、１０４保持部、１０６カメラ、１０８照明装置、１１０画像処理装置、１１２刃部、１１４シャンク部、１１６主軸、１１８ホルダ、１２０操作制御装置、１２２加工制御部、１２４加工装置、１２６工具交換部、１２８境界線、１３０工具格納部、１４０ユーザインタフェース処理部、１４２データ処理部、１４４データ格納部、１４６入力部、１４８出力部、１５２工具確認部、１５４刃部特定部、１５６刃長特定部、１５８形状再現部、１６０形状登録部、１７０撮像領域、１７２再測定ボタン、１７４確定ボタン、１７６工具確認画面、１８０走査線、１８２暗領域、１８４明領域、１９０エッジ点画像、１９２エッジ点、２００加工領域、２０２カバー、２０４ドア、２０６操作盤、２１０工具認識領域、２９０部分画像、３００外部カバー、３０２形状表示部

Claims

工具の撮像画像から、前記工具の外形を示す工具形状データを形成する形状再現部と、
前記工具形状データから、前記工具の刃部を特定する刃部特定部と、
前記工具形状データとともに、前記工具の刃部の終端位置を示す境界線を表示させる形状表示部と、を備える画像処理装置。
前記刃部の長さである刃長を特定する刃長特定部、を更に備え、
前記形状表示部は、更に、工具長、工具径および前記刃長を数値表示させる、請求項１に記載の画像処理装置。
前記刃長を、前記工具の工具形状データとともに登録する形状登録部と、を更に備える、請求項２に記載の画像処理装置。
ユーザから、前記境界線の調整操作を受け付ける入力部、を更に備え、
前記形状登録部は、前記調整操作にしたがって前記刃長の登録値を変更する、請求項３に記載の画像処理装置。
前記形状再現部は、前記工具の撮像画像から前記工具の外形位置を示す複数のエッジ点を検出し、前記複数のエッジ点に基づいて前記工具形状データを形成する、請求項１から４のいずれかに記載の画像処理装置。
工具の撮像画像から、前記工具の外形を示す工具形状データを形成する形状再現部と、
前記工具形状データと、前記工具形状データ上における第１の位置に境界線と、前記工具形状データにおける工具先端位置から前記第１の位置までの距離と、を同一画面上に表示させる形状表示部と、を備え、
前記形状表示部は、前記境界線の位置の変更を指示する操作を受け付けたとき、前記境界線を前記第１の位置とは異なる第２の位置に表示させる、画像処理装置。
所定の工具認識領域に固定され、前記工具認識領域に挿入された工具を撮像するカメラと、
工具を装着可能な工具保持部と、
加工プログラムにしたがって前記工具保持部を制御し、前記工具によりワークを加工する加工制御部と、
前記工具の撮像画像から前記工具の外形位置を示す複数のエッジ点を検出し、前記複数のエッジ点に基づいて前記工具の外形を示す工具形状データを形成する形状再現部と、
前記工具形状データから、前記工具の刃部を特定する刃部特定部と、
前記工具形状データとともに、前記工具の刃部の終端位置を示す境界線を表示させる形状表示部と、を含む、工作機械。
前記加工制御部は、前記工具を前記工具認識領域に挿入したときに前記工具を回転させ、
前記形状再現部は、複数の回転角それぞれに対応する複数の撮像画像それぞれからエッジ点を検出し、前記複数の回転角それぞれに対応して検出された複数のエッジ点に基づいて前記工具形状データを３次元の点群データとして形成する、請求項７に記載の工作機械。