JP2022123919A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像部を大きくしなくても、工具長によらず工具の形状検出を十分な精度で行えるようにする。【解決手段】工具収容装置４は、複数の工具を収容する。工具収容装置４は、工具Ｔｘを撮像する撮像部５０と、撮像部５０を移動させるための移動機構５４と、工具Ｔｘを搬送する工具搬送部（ＡＴＣ）３４と、を備える。工具収容装置４は、工具Ｔｘの長手方向に撮像部５０を移動させ、工具Ｔｘを撮像する。【選択図】図３

Description

本発明は、工作機械における工具の検査技術に関する。

工作機械には、回転するワークに対して工具を移動させるターニングセンタ、回転する工具をワークに対して移動させるマシニングセンタ、およびこれらの機能を複合的に備える複合加工機などがある。工作機械には、ＡＴＣ（Automatic Tool Changer）と呼ばれる工具交換装置が備えられ、機械加工の過程で複数種の工具を交換しながらワークが所望の形状に加工される。ＡＴＣは、工具収容部（マガジン等）と工具保持部（主軸等）との間で工具交換を実行する。

このような工作機械では、使用後の工具に欠損や折損あるいは切屑の巻き付きなどの異常があった場合、その工具（以下「不良工具」ともいう）をそのまま次回の加工に使用することはできない。このため、工具の使用前後に刃形状をカメラにより撮像し、その使用前後の撮像画像に基づいて不良工具であるか否かを判定する技術が提案されている（特許文献１）。

特開２０１５－１３１３５７号公報

ところで、工具の撮像対象部（例えば刃元から刃先まで）を一画面に収めるためには、カメラと工具との距離（ワーキングディスタンス：以下「ＷＤ」と表記する）をある程度大きくとる必要がある。しかし、ＷＤを大きくすると、１画素あたりの撮像長さが大きくなり、細かな形状検出が困難となる。この点、ＷＤが大きくても画素数の大きいカメラを採用することで画像の品質を確保できるが、コストが嵩む。

一方、ＷＤを小さく抑えるために例えば広角レンズを使用することが考えられる。しかし、広角レンズは１画素あたりの撮像長さが大きく、細い形状の検出が困難であり、また画像端部に近づくほど歪みが大きくなるなどの懸念もある。

本発明のある態様は、複数の工具を収容する工具収容装置である。この工具収容装置は、工具を撮像する撮像部と、撮像部を移動させるための移動機構と、工具を搬送する工具搬送部と、を備え、工具の長手方向に撮像部を移動させ、工具を撮像する。

本発明の別の態様は工作機械である。この工作機械は、上記工具収容装置と、撮像された画像に基づいて所定の判定処理を実行する判定処理部と、撮像された画像を記憶する画像データ格納部と、を備える。撮像部は、交換直後の使用済工具の画像を撮像する。判定処理部は、使用済工具の画像と、使用済工具と同一の工具について予め取得した参照画像とに基づいて使用済工具の状態を判定する。

本発明によれば、撮像部を大きくしなくても、工具長によらず工具の形状検出を十分な精度で行うことができる。

実施形態に係る工作機械の外観を表す斜視図である。 工具収容装置の内部構成を表す側面図である。 収容室内の構成を模式的に表す斜視図である。 収容室と加工室との境界部周辺を模式的に表す正面図である。 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。 対象工具の撮像方法を表す図である。 使用前工具形状データ取得処理の処理過程を表すフローチャートである。 工具検査処理の処理過程を表すフローチャートである。 変形例１に係る対象工具の撮像方法を表す図である。 変形例２に係る収容室内の構成を模式的に表す斜視図である。 変形例３に係る工具形状の検出方法を表す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態の工作機械は、工具を適宜交換しながらワークを所望の形状に加工するマシニングセンタとして構成されている。

図１は、実施形態に係る工作機械の外観を表す斜視図である。工作機械１を正面からみて前後方向，左右方向，上下方向を、それぞれＺ軸方向，Ｘ軸方向，Ｙ軸方向とする。
工作機械１は、加工装置２および工具収容装置４を備える。これらの装置を覆うようにカバー６（装置筐体）が設けられる。カバー６の内方には、正面から向かって右側に加工室８が設けられ、左側に収容室１０が設けられる。加工室８において加工装置２による機械加工が行われる。収容室１０においては、工具収容装置４により複数の工具が収容され、また、図示しないＡＴＣによる工具交換が行われる（詳細後述）。

カバー６の右側面には操作盤１２が設けられている。加工室８には画像処理装置１４が接続される。ユーザは、画像処理装置１４により工作機械１の作業状況を遠隔監視できる。画像処理装置１４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。変形例においては、画像処理装置を加工室８の内部装置として構成してもよい。

図２は、工具収容装置４の内部構成を表す側面図である。本図は工作機械１の左側面図に対応するが、説明の便宜上、カバー６の左側面を取り除いた状態を示す。また、マガジン（後述）の一部が部分的に切り欠かれて表示されている。

工具収容装置４は、円盤式のマガジン２０を有する。マガジン２０の外周面に沿って複数のポット２２が配設され、それぞれ工具Ｔを収納可能に構成されている。各ポット２２が工具Ｔを同軸状に支持し、複数の工具がマガジン２０の回転軸２４を中心に放射状に支持されている。変形例においては、チェーン式その他のマガジンを採用してもよい。

マガジン２０は、回転軸２４を中心に回転し、交換対象となる工具Ｔをその前端位置（図２における右端位置）において水平に支持する。すなわち、マガジン２０のポット２２は、収容室１０において交換対象となる工具Ｔ（「対象工具Ｔｘ」ともいう）を待機状態で支持する「工具支持部」として機能する。

収容室１０と加工室８とを仕切る隔壁２６には開口２８が設けられ、開口２８を開閉するためのシャッタ３０が配設されている。シャッタ３０およびその駆動機構３２が、開口２８を開閉する「開閉機構」として機能する。収容室１０にはＡＴＣ３４が設けられる。ＡＴＣ３４は、収容室１０にて待機状態で保持される工具Ｔ（「使用前工具Ｔｐ」ともいう）と、加工室８にて工具主軸（図示せず）に保持される工具Ｔ（「使用済工具Ｔｕ」ともいう）とを交換する。工具交換は、シャッタ３０が開放された状態で行われる。

対象工具Ｔｘは、収容室１０において交換対象として水平に支持される。対象工具Ｔｘには、工具交換直前の使用前工具Ｔｐと、工具交換直後の使用済工具Ｔｕが含まれる。本実施形態では、同一の工具について使用前工具Ｔｐの画像と使用済工具Ｔｕの画像を撮像する。それら使用前工具Ｔｐの画像と使用済工具Ｔｕの画像との対比に基づいて、使用済工具Ｔｕの状態（不良工具であるか否か等）を判定する。その詳細については後述する。

図３は、収容室１０内の構成を模式的に表す斜視図である。図４は、収容室１０と加工室８との境界部周辺を模式的に表す正面図である。
図３に示すように、対象工具Ｔｘは、収容室１０において水平に支持される。シャッタ３０は、図示略の駆動機構（例えばねじ送り機構）により対象工具Ｔｘと平行に駆動され、開口２８を開閉する。

図４にも示すように、対象工具Ｔｘとシャッタ３０との間の空間にＡＴＣ３４が配設されている。ＡＴＣ３４は、モータを内蔵する本体３６と、モータの回転軸に取り付けられたアーム３８を備える。アーム３８は、回転軸に対して対称な形状を有し、その両端にそれぞれ把持部４０を有する。把持部４０は、固定爪４２と可動爪４４を含む。可動爪４４を駆動することにより把持部４０による把持動作を実現できる。

ＡＴＣ３４には、アーム３８を軸線方向へ移動させる並進機構と、アーム３８を軸線周りに回転させる回転機構が設けられる。モータには、並進機構を駆動する第１モータと、回転機構を駆動する第２モータとが含まれる。このような機構そのものは公知であるため、その詳細な説明については省略する。

ＡＴＣ３４の非作動時には、図４に示すように、アーム３８の長手方向を上下に向けた状態となる。それにより、シャッタ３０が閉じた状態でＡＴＣ３４が収容室１０に収まるようにしている。ＡＴＣ３４の作動時には、アーム３８の軸線を挟んで一方の側（収容室１０側）で使用前工具Ｔｐが待機し、他方の側（加工室８側）で使用済工具Ｔｕが待機する。このとき、シャッタ３０が開放される。

ＡＴＣ３４が作動すると、アーム３８が回転することで一対の把持部４０がそれぞれ使用前工具Ｔｐ、使用済工具Ｔｕを把持する。このとき、アーム３８は、一時的に開口２８を跨ぐことになる。さらに並進機構および回転機構が駆動されることで、ポット２２および工具主軸３５に対して工具の離脱および装着がなされ、工具交換が実現される。このようなＡＴＣの作動そのものは公知であるため、その詳細な説明については省略する。

対象工具Ｔｘの保持位置の上方にカメラ５０が配置され、下方に照明装置５２が配置される。カメラ５０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。本実施形態におけるカメラ５０は約１００万画素（１２２４×１０２４）の解像度を有する。また、カメラ５０は１秒間に最大８０枚の撮像画像を取得可能である。

照明装置５２は「照明部」として機能し、下方から対象工具Ｔｘを照らす。カメラ５０は「撮像部」として機能し、上方から対象工具Ｔｘを撮像する。このようにカメラ５０と照明装置５２とが対象工具Ｔｘに対してちょうど反対側に配置される。照明装置５２による透過照明により、カメラ５０は、工具Ｔ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。

図３に戻り、対象工具Ｔｘの上方には、カメラ５０を対象工具Ｔｘの長手方向に移動させるための移動機構５４が設けられている。移動機構５４は、ガイドレール５６およびエアシリンダ５８を含む。ガイドレール５６は、対象工具Ｔｘの軸線と平行に延在し、カメラ５０が摺動可能に取り付けられている。エアシリンダ５８のロッドの先端にカメラ５０が固定されている。エアシリンダ５８は、カメラ５０をガイドレール５６に沿って往復駆動する。

図４にも示すように、ガイドレール５６の伸長方向と、工具交換の待機位置における対象工具Ｔｘの長手方向とは平行である。また、ガイドレール５６の伸長方向と、ＡＴＣ３４の回転軸Ｌｘとは平行である。これらガイドレール５６の伸長方向、工具交換の待機位置における対象工具Ｔｘの長手方向、およびＡＴＣ３４の回転軸Ｌｘは、いずれもＺ軸に対して平行に設計されている。

カメラ５０は、対象工具Ｔｘを上方（Ｙ軸方向）から撮像する。対象工具Ｔｘが長く、カメラ５０の画角に収まらない場合であっても、カメラ５０が移動しながら対象工具Ｔｘの撮像対象部を複数回に分けて撮像できる。なお、「撮像対象部」は、対象工具Ｔｘが不良工具となっているか否かを判定するために検査が必要な部分（「検査対象部」ともいう）を意味し、予め設定される。本実施形態では、対象工具Ｔｘにおいてポット２２に支持される基端から刃先までを撮像対象部としている。変形例においては、刃元から刃先までを撮像対象部としてもよい。

本実施形態では、カメラ５０が複数回移動しながらの撮像をした後にシャッタ３０が開方向に移動し、工具交換が行われる。変形例においては、カメラ５０が待機位置（図３に示す位置）で１回目の撮像をした後、カメラ５０の移動が開始されるようにしてもよい。カメラ５０が２回目の撮像をする前にシャッタ３０が開方向への移動を開始してもよい。カメラ５０が移動を停止して２回目の撮像をする際にシャッタ３０が動いていてもよい。

他の変形例においても、カメラ５０が待機位置（図３に示す位置）で１回目の撮像をした後、カメラ５０の移動が開始されるようにしてもよい。カメラ５０が２回目の撮像をする前にシャッタ３０が開方向への移動を開始してもよい。そして、カメラ５０が移動を停止して２回目の撮像をする際にシャッタ３０も一時停止してもよい。

なお、図３および図４においては図示を省略するが、ＡＴＣ３４の本体３６、ガイドレール５６、エアシリンダ５８、照明装置５２等の各構造体が、収容室１０内の壁面や梁など構造体に安定に固定されていることは言うまでもない。

図５は、工作機械１および画像処理装置１４のハードウェア構成図である。
工作機械１は、上述の加工装置２、工具収容装置４、ＡＴＣ３４のほか、加工制御装置６０および操作制御装置６２を含む。加工制御装置６０は、数値制御装置として機能し、加工プログラムにしたがって加工装置２に制御信号を出力する。加工装置２は、加工制御装置６０からの指示にしたがって工具主軸（図示せず）を駆動してワークを加工する。

操作制御装置６２は、操作盤１２を含み、加工制御装置６０を制御する。ＡＴＣ３４は、加工制御装置６０からの交換指示にしたがって工具収容装置４から工具を取り出し、工具主軸に保持される使用済工具Ｔｕと、工具収容装置４から取り出した使用前工具Ｔｐとを交換する。

画像処理装置１４は、主として、工具形状認識等の画像処理を行う。上述のように、画像処理装置１４は操作制御装置６２の一部として構成されてもよい。あるいは、画像処理装置１４を含めた全体を「工作機械１」と称してもよい。

図６は、画像処理装置１４の機能ブロック図である。
画像処理装置１４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６２および加工制御装置６０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１４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１４は、ユーザインタフェース処理部７０、データ処理部７２、データ格納部７４および通信部７６を含む。
ユーザインタフェース処理部７０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。通信部７６は、操作制御装置６２との通信を担当する。データ処理部７２は、ユーザインタフェース処理部７０により取得されたデータおよびデータ格納部７４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７２は、ユーザインタフェース処理部７０、データ格納部７４および通信部７６のインタフェースとしても機能する。データ格納部７４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７０は、入力部８０および出力部８２を含む。
入力部８０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。出力部８２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８２は、報知部８４を含む。報知部８４は、交換対象となる工具の異常（不良工具が検出されたこと）など、所定の異常条件が成立したときにユーザに各種事象の発生を報知する（詳細後述）。

通信部７６は、操作制御装置６２からデータを受信する受信部１１０と、操作制御装置６２にデータおよびコマンドを送信する送信部１１２を含む。

データ処理部７２は、移動制御部９０、撮像処理部９２、形状再現部９４、工具管理部９６および判定処理部９８を含む。
移動制御部９０は、移動機構５４を駆動制御してカメラ５０の移動を制御する。撮像処理部９２は、カメラ５０を制御して対象工具Ｔｘを撮像させる。形状再現部９４は、撮像画像に基づいて対象工具Ｔｘの形状を示すデータである「工具形状データ」を生成する。工具管理部９６は、対象工具Ｔｘごとに工具ＩＤと工具形状データとを対応づけてデータ格納部７４に登録する。

判定処理部９８は、対象工具Ｔｘの撮像画像に基づき、あるいは、工具形状データに基づいて、対象工具Ｔｘに欠損や折損あるいは切屑の巻き付きなどの異常が生じていないか（不良工具であるか否か）を判定する。判定処理部９８が対象工具Ｔｘの異常が判定されたとき、報知部８４がユーザにその旨を報知する。判定処理部９８は、操作制御装置６２にその旨を操作盤１２に表示させるよう指示してもよい。使用済工具Ｔｕが不良工具であると判定された場合、工具管理部９６は、その不良工具であるとの情報を工具ＩＤに対応づけ、工具情報としてデータ格納部７４に登録する。

データ格納部７４は、工具情報格納部１００および形状データ格納部１０２を含む。工具情報格納部１００は、マガジン２０に収納される各工具Ｔの情報（工具情報）を工具ＩＤに対応づけて格納する。工具情報には、例えば工具の種類や形状、大きさ、長さなどの情報が含まれる。さらに、累計使用時間や累計使用回数などの情報を含めてもよい。データ格納部７４はまた、撮像画像を一時記憶する。

工具情報格納部１００は、工具交換がなされるごとに工具情報を更新する。上述のように対象工具Ｔｘが不良工具であると判定された場合には、工具情報としてその旨を追加する。工具管理部９６は、その判定以降、不良工具にかかる工具Ｔの使用、つまりＡＴＣ３４により使用前工具Ｔｐとして工具交換することを禁止する。

形状データ格納部１０２は、形状再現部９４が生成した工具形状データを工具ＩＤに対応づけて格納する。本実施形態では、工具交換前後に工具形状データが作成される。このため、各対象工具Ｔｘについて、使用前工具Ｔｐの工具形状データ（以下「使用前工具形状データ」ともいう）と、使用済工具Ｔｕの工具形状データ（以下「使用済工具形状データ」ともいう）とが、工具ＩＤに対応づけて記憶される。判定処理部９８は、同一の工具について使用前工具形状データと使用済工具形状データとを比較することで、使用済工具Ｔｕが不良工具であるか否かを判定できる。

次に、工具の撮像方法について説明する。
図７は、対象工具Ｔｘの撮像方法を表す図である。図７（Ａ）はカメラ５０の移動前の状態を示し、図７（Ｂ）はカメラ５０の移動後の状態を示す。各図の上段は側面視を示し、下段は平面視を示す。図中の二点鎖線はカメラ５０の画角に入る領域を示す。

本実施形態では、所定のＷＤを有する比較的小さなカメラ５０を使用する。一方、上述のように、対象工具Ｔｘにおいてポット２２に支持される基端から刃先までを撮像対象部Ｔａとしている。このため、図７（Ａ）に示すように、対象工具Ｔｘがある程度大きくなると、撮像対象部Ｔａを撮像領域Ｓに収めることができず、所望の画像が得られない。そこで、カメラ５０により大きなレンズや広角レンズを用いることも考えられるが、既に述べたようにコスト上昇や細かな形状検出が困難といった懸念がある。

そこで本実施形態では、移動機構５４によりカメラ５０を移動させ、対象工具Ｔｘを複数回に分けて撮像し、複数の撮像画像に基づいて撮像対象部Ｔａ全体の形状を認識する方式を採用している。以下、カメラ５０により対象工具Ｔｘの一部を撮像した撮像画像のことを「部分画像」とよぶ。撮像処理部９２は、カメラ５０が移動されるとき、その移動前後および移動過程の少なくとも一方において対象工具Ｔｘの画像を複数回撮像し、複数枚の部分画像を取得する。

具体的には、移動機構５４の作動起点で撮像し（図７（Ａ））、さらに移動機構５４の作動中間点又は作動終点にて撮像する（図７（Ｂ））。なお、ここでいう「作動起点」はエアシリンダ５８の収縮状態に対応し、「作動中間点」および「作動終点」はエアシリンダ５８の伸長状態に対応する。「作動中間点」はカメラ５０の一時停止点であってもよいし、移動通過点であってもよい。ブレのない画像を取得するためには一時停止点とするのが好ましい。「作動終点」はカメラ５０の移動限界点（エアシリンダ５８の伸長限界に対応）である。なお、カメラ５０の露光時間を絞ることで、作動中間点にて一時停止することなく撮像してもよい。

図７の例では、移動機構５４の作動起点で１回撮像し（図７（Ａ））、移動機構５４の作動終点にてもう１回撮像している（図７（Ｂ））。このとき取得される２つの撮像画像うち１つ目の画像が部分画像Ｐ１であり、２つ目の画像が部分画像Ｐ２である。前後の撮像間でのカメラ５０の移動量が撮像領域Ｓの長さよりも小さいため、部分画像Ｐ１と部分画像Ｐ２は部分的にオーバラップする（オーバラップ部Ｌ：破線領域参照）。

撮像処理部９２は、部分画像Ｐ１と部分画像Ｐ２とを、オーバラップ部Ｌを重ねるようにつなぎ合わせることで、撮像対象部Ｔａの全体画像を取得する。オーバラップ部Ｌについては、部分画像Ｐ１および部分画像Ｐ２のいずれか一方（例えばコントラストのより高い方）のものを採用してもよい。撮像処理部９２は、複数の部分画像Ｐ１，Ｐ２に基づいて対象工具Ｔｘ（撮像対象部Ｔａ）の輪郭を特定する。

具体的には、撮像対象部Ｔａの全体画像として、照明装置５２により下方から映し出された対象工具Ｔｘのシルエットが表示される。撮像処理部９２は、Ｘ軸方向に走査線を設定し、暗領域（対象工具Ｔｘが存在するシルエット領域）から明領域（対象工具Ｔｘが存在しない領域）の境界に位置する点をエッジ点として検出する。撮像処理部９２は、走査線を一定のピッチにてずらしながら複数のエッジ点を検出し、これらのエッジ点をつなぐことで対象工具Ｔｘの輪郭を特定する。形状再現部９４は、特定された輪郭に基づいて工具形状データを生成する。

判定処理部９８は、同一の工具について使用前工具形状データと使用済工具形状データとを比較する。判定処理部９８は、使用前工具形状と使用済工具形状の類似度、特に、輪郭の類似度が所定値以下となっているとき、対象工具Ｔｘに欠損等が発生している、つまり対象工具Ｔｘが不良工具になっていると判定する。このとき、報知部８４は、ユーザに不良工具が検出されたことを示すアラート画面を表示させる。あるいは、ブザー音などの音声を発生させてもよい。

図８は、使用前工具形状データ取得処理の処理過程を表すフローチャートである。
本処理は、工具交換に先立ち、使用前工具Ｔｐが収容室１０において待機状態で水平に保持されたことを契機に実行される。このとき、移動機構５４は非作動であり、カメラ５０は待機位置（基準位置）にある。

撮像処理部９２は、カメラ５０により使用前工具Ｔｐを撮像し、部分画像Ｐ１を取得する（Ｓ１０）。続いて、移動制御部９０が移動機構５４を作動させてカメラ５０を次の撮像位置へ移動させる（Ｓ１２）。本実施形態では、移動機構５４としてエアシリンダ５８を採用するため、カメラ５０は一時停止することなくその移動限界点へ移動して停止する。撮像処理部９２は、使用前工具Ｔｐを撮像し、部分画像Ｐ２を取得する（Ｓ１４）。

こうして部分画像Ｐ１，Ｐ２が取得された後、移動制御部９０が移動機構５４を作動させてカメラ５０を待機位置へ戻す（Ｓ１６）。形状再現部９４は、部分画像Ｐ１，Ｐ２に基づいて使用前工具形状データを生成する（Ｓ１８）。工具管理部９６は、この使用前工具形状データを工具ＩＤに対応づけて形状データ格納部１０２に格納させる（Ｓ２０）。この使用前工具形状データは、後述する工具検査のために使用される。なお、使用前工具形状データの作成は、カメラ５０が待機位置へ向かう過程で並行して実行してもよい。

図９は、工具検査処理の処理過程を表すフローチャートである。
本処理は、工具交換後の工具収納に先立ち、収容室１０において使用済工具Ｔｕが待機状態で水平に保持されたことを契機に実行される。このとき、移動機構５４は非作動であり、カメラ５０は待機位置（基準位置）にある。

撮像処理部９２は、カメラ５０により使用済工具Ｔｕを撮像し、部分画像Ｐ１を取得する（Ｓ３０）。続いて、移動制御部９０がカメラ５０を次の撮像位置へ移動させる（Ｓ３２）。撮像処理部９２は、使用済工具Ｔｕを撮像し、部分画像Ｐ２を取得する（Ｓ３４）。その後、移動制御部９０がカメラ５０を待機位置へ戻す（Ｓ３６）。

一方、形状再現部９４は、部分画像Ｐ１，Ｐ２に基づいて使用済工具形状データを生成する（Ｓ３８）。工具管理部９６は、この使用済工具形状データを形状データ格納部１０２に一時記憶する（Ｓ４０）。判定処理部９８は、この使用済工具形状データと工具ＩＤが同じ使用前工具形状データを読み出し、それらの工具形状データを比較する（Ｓ４４）。すなわち、同一の工具について使用前工具形状と使用済工具形状とを比較する（Ｓ４６）。このとき、使用済工具形状と使用前工具形状との類似度が所定値以下の不良工具であれば（Ｓ４６のＹ）、報知部８４にその旨を報知させる（Ｓ４８）。すなわち、報知部８４がアラート画面を表示させる。不良工具でなければ（Ｓ４６のＮ）、Ｓ４８の処理をスキップする。

本実施形態では、工具交換後に不良工具と判定された使用済工具Ｔｕについてもマガジン２０に収納するが、所定のメンテナンスが行われるまでその工具を使用禁止とする。その工具が使用禁止であるとの情報は工具ＩＤに対応づけて記憶される。

工具には一般に、その品質を確保するために使用回数や使用時間（「品質保証パラメータ」ともいう）の上限値が決められている。その品質保証パラメータが上限値を超えた工具は使用禁止とされ、別途用意されマガジン２０に収納された同種の工具（サブ工具）が使用される。それにより、加工装置２による量産プロセスを阻害しないようにする。本実施形態では、品質保証パラメータが上限値を超えなくとも、不良工具が検出された場合には、該当する工具を使用禁止として管理しつつサブ工具を使用する。

以上、実施形態に基づいて工作機械１について説明した。
本実施形態では、工具収容装置４にカメラ５０と移動機構５４を設け、カメラ５０を対象工具Ｔｘの長手方向に移動させて複数回の撮像ができるようにした。このため、カメラ５０として広角レンズを備えたものや、画素数の大きいものを採用しなくとも、長い工具の形状検出が可能となる。すなわち、本実施形態によれば、コストを抑えつつ、工具長によらず工具の形状検出を十分な精度をもって行うことができる。

撮像素子（ＣＭＯＳ）の受光領域を大きくし、レンズなどの光学系で広角にせずに、撮像することも可能であるが、工具の長さと同じ長さの撮像素子が必要になり、結果としてカメラなどの撮像部が大きくなる。撮像素子を大きくするため、撮像部が高価になる。この点、本実施形態によれば、撮像部を大きくしなくても、工具長によらず工具の形状検出を十分な精度で行うことができる。

［変形例］
図１０は、変形例１に係る対象工具Ｔｘの撮像方法を表す図である。図１０（Ａ）は対象工具Ｔｘが短い場合の撮像方法を示し、図１０（Ｂ）は対象工具Ｔｘがより長い場合の撮像方法を示す。

上記実施形態では、対象工具Ｔｘにおける撮像対象部Ｔａの全体画像を２回の撮像で取得する構成を例示した。つまり、対象工具Ｔｘの長さにかかわらず、カメラ５０による撮像回数を複数回とした。このため、対象工具Ｔｘが短い場合には、撮像が空振りとなる可能性がある。本変形例では、対象工具Ｔｘの長さに応じて撮像回数を適宜変更する。

すなわち、撮像処理部９２は、カメラ５０による撮像モードとして、１つの対象工具Ｔｘに対して複数回撮像する第１撮像モードと、１つの対象工具Ｔｘに対して１回の撮像しかしない第２撮像モードを含む。撮像処理部９２は、対象工具Ｔｘの情報を工具情報格納部１００から取得し、その対象工具Ｔｘの情報に基づいて、第１撮像モードまたは第２撮像モードのいずれかの選択を行う。

図１０（Ａ）に示すように、撮像対象部Ｔａがカメラ５０の画角に収まる程度に短い場合、カメラ５０を移動しないようにする。工具の長さ情報は、工具ＩＤに対応づけて工具情報格納部１００に格納されている。移動制御部９０は、対象工具Ｔｘに対応する工具情報を読み出し、その工具長さが第１基準値以下である場合に移動機構５４を作動させないようにする。「第１基準値」は、撮像領域Ｓの長さとしてもよいし、それ以下としてもよい(図７参照)。

逆に、図１０（Ｂ）に示すように、２回の撮像では撮像対象部Ｔａの全体画像を取得できない場合、撮像回数を３回以上とする。移動制御部９０は、対象工具Ｔｘの長さが第２基準値を超える場合、移動機構５４を複数回間欠的に作動させる。撮像処理部９２は、カメラ５０の移動が停止するごとに対象工具Ｔｘを撮像する。「第２基準値」および「撮像回数」は、撮像領域Ｓの長さに基づいて設定してもよい。なお、マガジン２０が収納する工具Ｔの最大長さに基づいてガイドレール５６の長さを設定する。

なお、図１０（Ｂ）に示したように、カメラ５０を間欠的に停止させて撮像する場合、エアシリンダ５８では高精度な位置決め制御が難しい。このため、移動機構として例えばねじ送り機構とそれを駆動するサーボモータを採用してもよい。あるいは、リニアモータを含むリニア駆動装置を採用してもよい。これらねじ送り機構やリニア駆動装置は、カメラ５０を直線方向に往復駆動する「送り装置」として機能する。もちろん、上記実施形態においてもエアシリンダ５８に代えて送り装置を採用してもよい。

図１１は、変形例２に係る収容室１０内の構成を模式的に表す斜視図である。
上記実施形態では、撮像部（カメラ５０）を移動させる構成を例示した。本変形例では、照明装置５２についても対象工具Ｔｘと平行に移動させる。すなわち、収容室１０には、対象工具Ｔｘの下方には、照明装置５２を対象工具Ｔｘの長手方向に移動させるための移動機構１５４が設けられている。移動機構１５４は、ガイドレール１５６およびエアシリンダ１５８を含む。ガイドレール１５６は、対象工具Ｔｘの軸線と平行に延在し、照明装置５２が摺動可能に取り付けられている。エアシリンダ１５８のロッドの先端に照明装置５２が固定されている。エアシリンダ１５８は、照明装置５２をガイドレール１５６に沿って往復駆動する。

移動制御部９０は、移動機構５４，１５４を制御し、カメラ５０と照明装置５２とを上下方向に対向させながら対象工具Ｔｘと平行に移動させる。このような構成により、撮像対象部Ｔａの全体にわたってコントラストの高い画像を取得できる。なお、本変形例についても、エアシリンダ１５８に代えてねじ送り機構やリニア駆動装置を採用してもよい。

図１２は、変形例３に係る工具形状の検出方法を表す図である。
本変形例では、外乱により工具形状データの品質低下が起こらないよう対処する運用方法を示す。すなわち、カメラにより撮像する工具の背景に切屑やクーラント汚れがある場合、それらの乱反射により工具のシルエットを良好に取得できない場合が想定される。その場合、工具検査において比較対象となる工具形状データとして、正常なデータを取得困難となる。

本変形例では、このシルエットの良否が、例えば工具画像より割り出される工具中心線の形状から判断できることに着目する。なお、この工具中心線は、工具の撮像画像においてＸ軸方向に検出される２つのエッジ点から算出される工具中心点をＺ軸方向の直線に近似した回帰直線として得ることができる。

図１２（Ａ）に示すように、対象工具Ｔｘの背景が清浄であると、画像のコントラストが良好に得られ、上述した撮像画像の暗領域から明領域の境界に位置するエッジ点が直線状につながる。その結果、良好な工具形状データが得られる。このとき、演算される工具中心線Ｃｔは直線状に得られる。

一方、図１２（Ｂ）に示すように、対象工具Ｔｘの背景にクーラントが残っていたり、クーラント汚れなどがある場合、工具の輪郭に沿ってあるべきエッジ点が正確に取得できず、その結果、良好な工具形状データを得ることができない。このとき、演算される工具中心線Ｃｔは直線から大きく外れることとなる。すなわち、演算される工具中心線Ｃｔが、本来の工具中心線Ｃｒから大きくずれている場合、撮像環境が悪いとも言えるため、そのような状態になったときにユーザに対し、収容室１０内の清掃を促すことは有効である。

そこで本変形例では、図１２（Ｃ）に示すように、キャリブレーション用の工具（「キャリブレーション工具」という）を用意し、予め基準となる工具中心線Ｃｒを取得しておく。判定処理部９８は、対象工具Ｔｘの撮像画像に基づいて工具中心線Ｃｔを演算し、基準の工具中心線Ｃｒと比較する。判定処理部９８は、両工具中心線のずれが所定値以上となった場合、報知部８４のその旨を表すアラート画面を表示させる。ユーザは、このアラート画面の表示に促され、収容室１０内の清掃や照明装置５２のメンテナンスなど、しかるべき処置をとることができる。

なお、本変形例は、例えば以下のような技術思想として表現できる。
工具を支持する工具支持部と、
前記工具を照らす照明部と、
前記工具を撮像する撮像部と、
撮像された画像に基づいて所定の判定処理を実行する判定処理部と、
を備え、
前記判定処理部は、前記工具の画像に基づき検出される工具中心線と、前記工具と同一の工具について予め取得した工具中心線とに基づいて、撮像環境に関する判定処理を実行する、工作機械。

本変形例によれば、工具の形状検出の精度を維持するために撮像環境を整えるといった課題に対応できる。

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。

上記実施形態では、判定処理部９８が対象工具Ｔｘが不良工具であるか否かを判定する構成を例示した。変形例においては、使用前工具Ｔｐおよび使用済工具Ｔｕについて形状再現部９４が生成した工具形状データを、出力部８２により対比可能に描画表示させてもよい。ユーザがそれら使用前後の工具形状を目視により比較することで対象工具Ｔｘが不良工具であるか否かを判定してもよい。

上記実施形態では、各対象工具Ｔｘについて工具交換前後（つまり機械加工の前後）において撮像を行い、工具形状データを生成した。そして、それぞれの工具について使用前工具形状データと使用済工具形状データとを比較することで、欠損等の異常がないかどうかを判定した。変形例においては、工具形状データ（工具輪郭データ）を生成することなく、工具画像そのものを使用して不良工具の判定処理を行ってもよい。すなわち、各対象工具Ｔｘについて使用前工具画像と使用済工具画像とを比較することで、使用済工具Ｔｕが不良工具であるか否かを判定してもよい。

上記実施形態では、各対象工具Ｔｘを機械加工の直前および直後で撮像し、それらの画像に基づいて使用済工具Ｔｕの状態（不良工具であるか否か）を判定した。つまり、使用直前の撮像画像を「参照画像」として判定の基準に用いる例を示した。変形例においては、工具の初回使用開始前の工具登録時に基本データとして参照画像を格納してもよい。ただし、照明の状態などの撮像環境を同等にしてより正確な形状検出（形状比較）を行うためには、機械加工の直前の画像と直後の画像とを比較するのが好ましい。

上記変形例１では、工具情報に含まれる工具長さに基づいて移動機構の作動有無を決定する例を示した。他の変形例においては、撮像部（カメラ）を間欠的に移動するごとに工具の先端が検出されたか否かを判定し、その先端が検出されたところで移動を終了してもよい。

上記変形例３では、対象工具について検出された工具中心線と、基準となる工具中心線とを対比し、両工具中心線のずれが所定値以上となった場合に報知処理を行う例を示した。他の変形例においては、基準となる工具中心線を設定することなく、対象工具について検出される工具中心点のばらつき（その回帰直線からのずれの分散値など）が予め定める判定基準値を超えた場合に報知処理を行うようにしてもよい。

上記実施形態では、「工具搬送部」としてＡＴＣ３４を例示したが、工具交換機能を有することなく、加工室と収容室との間で工具を搬送する工具搬送機構を設けてもよい。

上記実施形態では、工作機械１としてマシニングセンタを例示したが、上記工具の検査技術をターニングセンタや複合加工機にも適用できることは言うまでもない。

１ 工作機械、２ 加工装置、４ 工具収容装置、６ カバー、８ 加工室、１０ 収容室、１２ 操作盤、１４ 画像処理装置、２０ マガジン、２２ ポット、２６ 隔壁、３０ シャッタ、３２ 駆動機構、３４ ＡＴＣ、３８ アーム、５０ カメラ、５２ 照明装置、５４ 移動機構、５６ ガイドレール、５８ エアシリンダ、６０ 加工制御装置、６２ 操作制御装置、９０ 移動制御部、９２ 撮像処理部、９４ 形状再現部、９６ 工具管理部、９８ 判定処理部、１００ 工具情報格納部、１０２ 形状データ格納部、１５４ 移動機構、１５６ ガイドレール、１５８ エアシリンダ、Ｐ１ 部分画像、Ｐ２ 部分画像、Ｓ 撮像領域、Ｔ 工具、Ｔａ 撮像対象部、Ｔｐ 使用前工具、Ｔｕ 使用済工具、Ｔｘ 対象工具。

Claims (8)

1. 複数の工具を収容する工具収容装置であって、
   工具を撮像する撮像部と、
   前記撮像部を移動させるための移動機構と、
   工具を搬送する工具搬送部と、
   を備え、
   工具の長手方向に前記撮像部を移動させ、前記工具を撮像する、工具収容装置。
2. 前記移動機構は、
   前記撮像部を直線方向にガイドするガイドレールと、
   前記撮像部を前記ガイドレールに沿って往復駆動するエアシリンダと、
   を含む、請求項１に記載の工具収容装置。
3. 前記移動機構は、
   前記撮像部を直線方向に往復駆動する送り装置と、
   前記送り装置を作動させるモータと、
   を含む、請求項１に記載の工具収容装置。
4. 前記撮像部により工具を撮像させる撮像処理部と、
   工具の情報を格納する工具情報格納部と、
   をさらに備え、
   前記撮像処理部は、
   前記撮像部による撮像モードとして、１つの工具に対して複数回撮像する第１撮像モードと、１つの工具に対して１回の撮像しかしない第２撮像モードと、を含み、
   工具の情報を前記工具情報格納部から取得し、その工具の情報に基づいて、前記第１撮像モードまたは前記第２撮像モードのいずれかの選択を行う、請求項１～３のいずれかに記載の工具収容装置。
5. 前記撮像部は、前記撮像部が移動されるとき、その移動前後および移動過程の少なくとも一方において前記工具の画像を複数回撮像する、請求項１～４のいずれかに記載の工具収容装置。
6. 請求項１～５のいずれかに記載の工具収容装置と、
   撮像された画像に基づいて所定の判定処理を実行する判定処理部と、
   撮像された画像を記憶するデータ格納部と、
   を備え、
   前記撮像部は、交換直後の使用済工具の画像を撮像し、
   前記判定処理部は、前記使用済工具の画像と、前記使用済工具と同一の工具について予め取得した参照画像とに基づいて前記使用済工具の状態を判定する、工作機械。
7. 前記データ格納部は、前記参照画像として、前記使用済工具の使用直前に撮像された画像を記憶する、請求項６に記載の工作機械。
8. 前記工具収容装置に収容されて交換対象となる複数の工具について、その工具の長さ情報を含む所定の工具情報を記憶する工具情報格納部をさらに備え、
   交換対象となる工具の長さ情報に基づき、前記撮像部の移動有無および移動距離の少なくとも一方を設定する、請求項６又は７に記載の工作機械。

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