JP2022140871A - 画像処理装置および工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】クーラントを使用する工作機械において、工具の鮮明な撮像画像を効率的に取得する。
【解決手段】画像処理装置は、所定の撮像領域を対象として、カメラによる撮像を制御する撮像処理部と、撮像領域における確認用の撮像画像である確認画像の鮮明度に基づいて、工具の形状検出の可否を判定する鮮明度判定部を備える。撮像処理部は、確認画像の鮮明度に基づいて形状検出が許可されたことを条件として、工具の形状検出を実行する。
【選択図】図７

Description

本発明は、工作機械の加工室内における撮像技術、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。

主軸頭あるいは刃物台などの工具保持部に工具は固定される。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（特許文献１，２参照）。

特開平１０－１４３２１６号公報 特開２０１７－２１４７２号公報

工具保持部に装着されている使用中の工具について、工具の状態を確認したい場合もある。たとえば、工具がテールストック等の機材に強く接触したときには、工具に破損が生じていないか確認する必要がある。定期的あるいは作業中の任意のタイミングにて工具の摩耗量を確認したい場合もある。

一つの方法として、加工室内にカメラ付きの工具認識領域を設け、工具認識領域に工具を差し込んでカメラで工具を撮像し、工具の状態を撮像画像に基づいて確認する方法が考えられる。

工具およびワークの除熱のために加工室内にはクーラント（切削油）が噴射される。クーラントを停止したあとでも、工具認識領域には霧状になったクーラント（以下、「ミストクーラント」とよぶ）がしばらくは残留するため、ミストクーラントが十分になくなったあとで工具を撮像する必要がある。ミストクーラントの濃度（以下、単に「ミスト濃度」とよぶ）が高いときには工具の撮像画像は不鮮明になってしまう。

一つの方法として、クーラントの噴射を停止してから一定の待機時間が経過したあとに工具の状態を確認する方法が考えられる。この場合、待機時間が長すぎると作業効率の低下を招き、待機時間が短すぎると工具の撮像画像が不鮮明なままになってしまう可能性がある。

本発明のある態様における画像処理装置は、所定の撮像領域を対象として、カメラによる撮像を制御する撮像処理部と、撮像領域における確認用の撮像画像である確認画像の鮮明度に基づいて、工具の形状検出の可否を判定する鮮明度判定部と、を備える。
撮像処理部は、確認画像の鮮明度に基づいて形状検出が許可されたことを条件として、工具の形状検出を実行する。

本発明のある態様における工作機械は、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、工具によりワークを加工する加工制御部と、所定の撮像領域を対象として、カメラによる撮像を制御する撮像処理部と、撮像領域における確認用の撮像画像である確認画像の鮮明度に基づいて、工具の形状検出の可否を判定する鮮明度判定部と、を備える。
撮像処理部は、確認画像の鮮明度に基づいて形状検出が許可されたことを条件として、工具の形状検出を実行する。

本発明によれば、クーラントを使用する工作機械において、工具の鮮明な撮像画像を効率的に取得しやすくなる。

工作機械の外観図である。 工作機械の内部を示す図である。 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各機構の側断面図である。 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。 鮮明度の変化にともなう確認画像の変化を示す図である。 工具検査時の部分画像を示す。 工具の工具形状データを示す図である。 工具検査の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、主軸に取り付けられる工具１０２により切削される。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および工具検査が実行される。工具認識領域２１０の構成については次の図３，図４に関連して更に詳述する。

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。ユーザは、ドア２０４を開口して、ワークの取り付けおよび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、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。

操作盤２０６は工作機械１００の一部として形成されてもよいし、工作機械１００から着脱可能かつ運搬可能に構成されてもよい。

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

本実施形態における工作機械１００は、金属製のワークを加工する。摩擦熱を除去するため、加工中においては、カバー２０２の上部にあるクーラントノズル（後述）からワークおよび工具１０２に対してクーラントが噴射される。クーラントは、除熱のほか、切削部分における潤滑および洗浄の役割も担う。クーラントは不溶性切削油または水溶性切削油のいずれであってもよい。工作機械１００は、台座部分にクーラントタンク２０８を備える。クーラントはクーラントタンク２０８からポンプで汲み上げられてクーラントノズルから加工領域２００内に噴射される。

図２は、工作機械１００の内部を示す図である。
工具１０２は、主軸頭１１６に取り付けられる。主軸頭１１６の上部はカバー２０２により遮蔽される。カバー２０２の側面には複数の室内カメラ２１６が取り付けられる。室内カメラ２１６により加工時の様子が撮像される。作業者は操作盤２０６あるいは画像処理装置１１０により加工の様子を確認できる。

カバー２０２の天井には複数のクーラントノズル２１２が設置される。クーラントノズル２１２は配管、バルブおよびポンプ等を介してクーラントタンク２０８と連通する。ポンプが駆動されることにより、クーラントノズル２１２から加工領域２００内にクーラントが噴射される。また、クーラントノズル２１２は回転可能に形成されており、クーラントノズル２１２を回転させることでクーラントの噴射方向が制御される。ワークの加工により生じた切屑はクーラントにより洗い流され、回収機構（図示せず）に回収される。

図３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４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、クーラントノズル２１２から大量の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、主軸頭１１６は工具１０２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、主軸頭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４は、工具認識領域２１０における各機構の側断面図である。
工具１０２は、カメラ１０６と照明装置１０８の中間に挿入される。カメラ１０６の側部には上方から工具１０２を照らすための副照明装置３０８も設置される。カメラ１０６の横にはカメラ１０６の受光面を覆うための第１シャッター３０４が設置される。照明装置１０８の横には照明装置１０８の発光面を覆うための第２シャッター３０６が設置される。以下、第１シャッター３０４および第２シャッター３０６をまとめていうときには「内部シャッター」とよぶ。

第１シャッター３０４および第２シャッター３０６は、Ｚ軸を回転軸として回転駆動される。第１シャッター３０４および第２シャッター３０６を回転駆動させることにより、カメラ１０６の受光面および照明装置１０８の発光面の開口および閉鎖が可能となる。

工具検査を開始するときには、第１シャッター３０４および第２シャッター３０６の双方が同時に開放される。工具検査を終了するときには、第１シャッター３０４および第２シャッター３０６は順番に閉鎖される。工具登録の開始時および終了時についても同様である。

本実施形態におけるカメラ１０６の撮像領域は工具１０２に比べると小さいので、１回の撮像により工具１０２を撮像することはんできない。このため、主軸頭１１６を動かすことで撮像領域に対して工具１０２を相対移動させ、工具１０２の複数箇所を撮像することで工具全体の撮像画像が取得される。なお、カメラ１０６の撮像領域が十分に大きいときには１回の撮像により工具１０２全体を撮像してもよい。

図５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、加工制御装置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装置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、加工制御装置１２２からの指示にしたがって主軸頭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、加工制御装置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、加工制御装置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、主軸頭１１６にある工具１０２と取り出した工具１０２を交換する。

操作制御装置１２０は、シャッター制御部３２０を含む。シャッター制御部３２０は、外部カバー３００および内部シャッター（第１シャッター３０４および第２シャッター３０６）を開閉させる。

加工装置１２４は、クーラントノズル２１２とクーラントタンク２０８を含む。加工制御装置１２２は、クーラント制御部３２２を含む。クーラント制御部３２２は、クーラントタンク２０８が内蔵するポンプを制御することにより、クーラントノズル２１２からのクーラントの噴射と停止を制御する。また、クーラント制御部３２２はクーラントノズル２１２を回転させることでクーラントの噴射方向も制御する。

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。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。

図６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）および各種コンピュータ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および加工制御装置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、通信部４００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、作業者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４００は、操作制御装置１２０との通信を担当する。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、通信部４００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、マウス、キーボード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、表示部１３８を含む。表示部１３８は、各種画像を画面表示させる。

通信部４００は、操作制御装置１２０からデータを受信する受信部４０４と、操作制御装置１２０にデータおよびコマンドを送信する送信部４０６を含む。

データ処理部１４２は、鮮明度判定部１５０、撮像処理部１５２および形状再現部１５４を含む。
撮像処理部１５２は、工具認識領域２１０のカメラ１０６を制御して工具１０２を撮像させる。また、撮像処理部１５２は室内カメラ２１６（図２）も制御する。加工制御装置１２２は主軸頭１１６をカメラ１０６の直下に移動させ、撮像処理部１５２は工具１０２を撮像する。撮像処理部１５２から加工制御装置１２２に主軸頭１１６の移動方向を指示することもできる。鮮明度判定部１５０は、カメラ１０６による撮像画像の鮮明度を判定する。ここでいう鮮明度は、工具認識領域２１０におけるミスト濃度を示す指標値である（詳細後述）。形状再現部１５４は、工具１０２の撮像画像に基づいて工具形状データを生成する。

図７は、鮮明度の変化にともなう確認画像の変化を示す図である。
工具検査の前に、鮮明度判定部１５０は撮像画像に基づいて鮮明度を計算し、工具検査の実行可否を判定する。以下、鮮明度判定部１５０によるミスト濃度の確認処理のことを「ミスト確認処理」とよぶ。

工具検査に際して、まず、クーラント制御部３２２はクーラントの噴射を停止する。ミストクーラントは既知のミストコレクターにより加工領域２００から排出されるが、ミストクーラントが十分に加工室内から除去されるまでには時間がかかる。したがって、クーラントの噴射を停止したあとも、加工領域２００内にはミストクーラントがしばらく残留する。クーラント噴射の停止後、所定時間が経過したあと、シャッター制御部３２０は外部カバー３００を開放し、続いて内部シャッター（第１シャッター３０４および第２シャッター３０６）を開放する。このとき、加工領域２００内に滞留しているミストクーラントの一部が工具認識領域２１０内にも入り込む。

撮像処理部１５２は主軸頭１１６に指示して、工具１０２を工具認識領域２１０に進入させる。撮像処理部１５２は、工具１０２の先端がカメラ１０６の撮像領域に入る位置において工具１０２を含めて撮像を実行する。以下、このときの撮像画像を「確認画像」とよぶ。

鮮明度判定部１５０は、確認画像に基づいて、工具認識領域２１０におけるミスト濃度を鮮明度として指標化する。具体的には、鮮明度判定部１５０は確認画像に含まれる各画素を基準となる輝度（以下、「基準輝度」とよぶ）に基づいて、基準輝度以上の輝度を有する明るい画素（以下、「明画素」とよぶ）と基準輝度未満の輝度を有する暗い画素（以下、「暗画素」とよぶ）に分類する。次に、鮮明度判定部１５０は明画素群の平均輝度値として「明輝度値」を算出し、暗画素群の平均輝度値として「暗輝度値」を算出する。鮮明度判定部１５０は、明輝度値と暗輝度値の差分値を計算し、これを「０～１００」の範囲で正規化することにより「鮮明度」を算出する。

ミスト濃度が高いときには、いいかえれば、工具認識領域２１０内におけるミストクーラントの残留量が多いときには、確認画像は全体的に明るくなるため鮮明度は小さくなる。一方、ミスト濃度が低いときには、工具１０２に対応する画素が暗くなるため、明輝度値と暗輝度値の差分である鮮明度は大きくなる。残留ミストクーラントはミストコレクターにより少しずつ除去されるため、時間経過とともに確認画像の鮮明度は高くなる。

図７においては、一番左にある確認画像の鮮明度は「２０」である。詳細は後述するが、撮像処理部１５２は定期的に確認画像を取得する。図７は、鮮明度「２０」から「５０」までの確認画像の変化を示す。

本実施形態においては、確認画像を一定時間、たとえば、数ミリ秒ごとに取得し、確認画像が取得されるごとに、鮮明度判定部１５０は鮮明度を算出する。鮮明度判定部１５０は、確認画像の鮮明度の計算後、鮮明度の変化率（以下、「鮮明度変化率」とよぶ）を計算する。たとえば、１枚目の確認画像の鮮明度が「２０」、２枚目の確認画像の鮮明率が「２５」のときには、鮮明度変化率は５（＝２５－２０）となる。１枚目の確認画像を取得してから２枚目の確認画像を取得するまでの時間が１００ミリ秒であれば、この鮮明度変化率は単位時間（１００ミリ秒）あたりの鮮明度の上昇率を意味する。

鮮明度判定部１５０は、鮮明度変化率が所定の閾値Ｔ１未満となったとき、工具検査の実行を許可する。鮮明度変化率が小さいとは、ミスト濃度の時間減少率が低下していることを意味する。これは、これ以上ミスト確認処理に時間をかけても鮮明度の大きな改善は見込めない状況にあることを意味する。また、ミスト濃度の時間減少率が低下しているとは、ミスト濃度はすでに十分に低下している可能性が高い。鮮明度変化率が閾値Ｔ１未満となったとき、撮像処理部１５２は工具１０２を工具認識領域２１０で移動させながら、工具１０２の輪郭を撮像することにより後述の工具検査を実行する。

図８は、工具検査時の部分画像２９０を示す。
ミスト確認処理のあと、工具検査が実行される。部分画像２９０は、カメラ１０６の撮像領域に対応し、工具１０２の一部を含む撮像画像である。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。撮像処理部１５２は、Ｙ軸負方向に走査線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）の境界に位置するエッジ点を検出する。撮像処理部１５２は、走査線１８０ａを一定のピッチにてずらしながら、複数のエッジ点を検出する。

同様にして、撮像処理部１５２は、Ｚ軸正方向に走査線１８０ｂを設定し、暗領域１８２から明領域１８４の境界に位置するエッジ点を検出する。撮像処理部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を検出する。

更に、撮像処理部１５２は、Ｚ軸負方向に走査線１８０ｃを設定し、暗領域１８２から明領域１８４の境界に位置するエッジ点を検出する。撮像処理部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を検出する。複数のエッジ点により、工具１０２の輪郭を示す点列データが得られる。点列データにより、工具形状を検出することができる。

図９は、工具１０２の工具形状データを示す図である。
撮像処理部１５２は、工具１０２のＺ軸中心とした主軸頭１１６の回転角（以下、「主軸回転角」とよぶ）を設定し、そのあと、工具１０２をＺ軸正方向に移動させつつ、工具１０２をＹ軸方向にも移動させる。主軸頭１１６の撮像領域において部分画像２９０を取得し、部分画像２９０からエッジ点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２９０が取得される。次に、撮像処理部１５２は工具１０２を１２度回転させ、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（＝３６０÷１２）の主軸回転角設定により合計外部カバー３００枚の部分画像２９０を取得できる。形状再現部１５４は各部分画像２９０の点列データを総合することにより、図９に示す工具形状データ、すなわち、工具１０２の立体形状を示す点列データを生成する。作業者は、工具形状データを確認することで工具１０２の欠損の有無あるいは摩耗量を確認できる。

図１０は、工具検査の処理過程を示すフローチャートである。
測定コマンドの入力を契機として工具検査は実行される。測定コマンドは加工プログラムのコードとして記載されてもよいし、作業者により操作盤２０６または画像処理装置１１０から手動で入力されてもよい。測定コマンドを指定されたとき、クーラント制御部３２２はクーラントの噴射を停止させる。このとき、ミストコレクターによるミストクーラントの除去も開始する。停止から所定の待機時間が経過したあと、シャッター制御部３２０はまず外部カバー３００を開放する（Ｓ１０）。続いて、シャッター制御部３２０は内部シャッターを開放する（Ｓ１２）。このとき、ミストクーラントの排出は続いているものの、加工領域２００内になお滞留しているミストクーラントの一部が工具認識領域２１０にも流れ込む。撮像処理部１５２は、加工制御装置１２２に指示して、主軸頭１１６を工具認識領域２１０に移動させる（Ｓ１４）。

以下のＳ１６～Ｓ２０までの処理が上述のミスト確認処理に対応する。
工具１０２を撮像領域まで移動させたあと、撮像処理部１５２はカメラ１０６を制御して確認画像を撮像する（Ｓ１６）。鮮明度判定部１５０は確認画像の鮮明度を計算する（Ｓ１８）。鮮明度判定部１５０は、前回撮像の確認画像の鮮明度と今回撮像の確認画像の鮮明度に基づいて鮮明度変化率を計算する（Ｓ２０）。鮮明度変化率が閾値Ｔ１以上のとき、あるいは、１回目の確認画像のときには（Ｓ２０のＮ）、処理はＳ１６に戻り、所定時間の経過後に撮像処理部１５２は再び確認画像を撮像する。

鮮明度変化率が閾値Ｔ１未満のとき（Ｓ２０のＹ）、すなわち、前回の確認画像と今回の確認画像それぞれの鮮明度があまり変化していないときには、鮮明度判定部１５０は工具形状検出を許可する。撮像処理部１５２は、図８に関連して説明したように、主軸頭１１６を移動させながら点列データを生成することで工具形状を検出する（Ｓ２２）。このとき、撮像処理部１５２はカメラ１０６を１２度ずつ回転させることで、３０種類の主軸回転角それぞれについて点列データを取得する。形状再現部１５４は、Ｓ２２において得られた点列データに基づいて図９に示した工具形状データを生成する。表示部１３８は工具形状データを画面表示させる。

［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。
本実施形態における工作機械１００によれば、鮮明度判定部１５０は確認画像の鮮明度に基づいてミスト濃度を指標化できる。ミスト濃度が高いときには鮮明度が低くなり、ミスト濃度が低いときには鮮明度が高くなる。鮮明度判定部１５０は工具認識領域２１０におけるミスト濃度に応じて工具検査を実行可能なタイミングを調節できる。このため、ミスト濃度が低いときには比較的早期に工具検査を実行可能となる。また、鮮明度判定部１５０は、ミスト濃度が高いときには十分にミスト確認に時間をかけた上で適切なタイミングにて工具検査の実行を許可する。

工具認識領域２１０におけるカメラ１０６および照明装置１０８は工具検査および工具登録のために用意される装置である。鮮明度判定部１５０はこれらの装置をつかって確認画像を画像処理することにより鮮明度を計算する。本実施形態においては、ミストクーラントの濃度を計測するために追加のセンサを用意する必要がない。

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、確認画像を繰り返し撮像し、鮮明度変化率が閾値Ｔ１未満となったときに工具検査を実行可能と判定するとして説明した。変形例として、鮮明度判定部１５０は確認画像を繰り返し撮像し、確認画像の鮮明度が所定の閾値Ｔ２以上、たとえば、５０以上となったときに工具検査を許可するとしてもよい。

鮮明度判定部１５０は、鮮明度変化率が閾値Ｔ１未満となり、かつ、最新の確認画像の鮮明度が閾値Ｔ２以上となることを条件として工具検査を許可するとしてもよい。

鮮明度判定部１５０は、ミスト濃度が十分に小さいときの鮮明度に基づいて上述の閾値Ｔ２を設定してもよい。たとえば、ミスト濃度がゼロに近いと想定される工具登録時において、撮像処理部１５２はカメラ１０６を工具認識領域２１０に移動させ、撮像画像を取得する。以下、このときの撮像画像を「基準画像」とよぶ。鮮明度判定部１５０は基準画像の鮮明度ＣＳを計算しておく。基準画像の撮像時においてはミストクーラントの影響はほとんどないので鮮明度ＣＳは想定可能な最大値に近い値になることが想定される。

鮮明度判定部１５０は、この基準画像の鮮明度ＣＳに基づいて閾値Ｔ２を設定してもよい。たとえば、鮮明度判定部１５０は、閾値Ｔ２＝ｋ×鮮明度ＣＳ（ｋは０．０～１．０の範囲で設定される任意の定数）という計算式により、閾値Ｔ２を決定してもよい。閾値Ｔ２が大きすぎるときにはミスト確認に時間がかかりすぎてしまう。一方、閾値Ｔ２が小さすぎるときにはミスト濃度が高いにも関わらず工具検査が拙速に行われてしまう可能性がある。鮮明度判定部１５０はミストクーラントの影響がほとんどないときの鮮明度ＣＳを基準として閾値Ｔ２を決定することにより、ミスト確認の時間を抑制しつつ、合理的なタイミングにて工具検査を開始することができる。

鮮明度判定部１５０は、工具登録に限らず、工作機械１００の電源をオンして加工を開始するときに基準画像を取得し、基準画像の鮮明度ＣＳを求めるとしてもよい。

本実施形態においては２回以上、確認画像を撮像し、各確認画像の鮮明度から鮮明度変化率を計算し、そのあとに工具検査のための撮像を行うとして説明した。変形例として、最後に許可判定をしたときの確認画像をそのまま工具検査に利用してもよい。たとえば、１回目からｎ回目まで確認画像の鮮明度計算を繰り返し、ｎ枚目の確認画像において鮮明度変化率が閾値Ｔ１未満となったとする。このとき、撮像処理部１５２はｎ枚目の確認画像をそのまま工具検査のための部分画像２９０として再利用し、エッジ点の検出を行ってもよい。その後は、撮像処理部１５２は主軸頭１１６を移動させながら工具１０２の各部を撮像することにより、複数の部分画像２９０を取得し、複数の部分画像２９０に基づいて点列データを取得してもよい。

撮像処理部１５２は、ミスト確認に際して、工具１０２が工具認識領域２１０に挿入されたあと工具１０２を動画撮影してもよい。撮像処理部１５２は、動画像から一定間隔にて静止画像を抽出し、この静止画像の鮮明度に基づいて工具検査の可否を判定してもよい。

鮮明度判定部１５０は、（１）コントラスト（２）エッジ変化量（３）全体輝度の３要件の組み合わせにより鮮明度を判定してもよい。
鮮明度判定部１５０は、上述したように明輝度値と暗輝度値の差分値である「コントラスト」、すなわち、明領域と暗領域を対比したときの輝度の差分に基づいて鮮明度を計算してもよい（以下、「第１鮮明度」とよぶ）。上述したように、ミスト濃度が低いほど第１鮮明度は大きくなる。

このほか鮮明度判定部１５０は、確認画像においても図８に示したようにエッジ点を検出し、エッジ付近における輝度値の変化量に基づいて鮮明度を計算してもよい（以下、「第２鮮明度」とよぶ）。具体的には、Ｙ方向の走査線１８０ａを想定したとき、鮮明度判定部１５０は、エッジ点の左側の画素Ｐ１（例：暗画素）と右側の画素Ｐ２（例：明画素）それぞれの輝度値を算出する。次に、鮮明度判定部１５０は画素Ｐ１の輝度値と画素Ｐ２の輝度値の差分値を算出する。ミスト濃度が高いときには確認画像は全体的に白くなりエッジ点付近での輝度変化が小さくなる。鮮明度判定部１５０は複数のエッジ点それぞれについて差分値を計算し、複数の差分値の平均値を第２鮮明度として算出してもよい。ミスト濃度が低いほど第２鮮明度は大きくなる。

鮮明度判定部１５０は、確認画像の全画素または所定箇所にある複数の画素それぞれの輝度値に基づいて全体輝度としての鮮明度を計算してもよい（以下、「第３鮮明度」とよぶ）。ミスト濃度が高いときには各画素の輝度は全体的に高くなる。したがって、鮮明度判定部１５０は第３鮮明度に基づいて工具検査の可否を判定してもよい。

鮮明度判定部１５０は、第１鮮明度、第２鮮明度および第３鮮明度のいずれか１つに基づいて工具検査の可否を判定してもよい。あるいは、第１鮮明度の変化率が閾値Ｔ１未満、第２鮮明度の変化率が所定の閾値Ｔ３以上、のように２種類以上の鮮明度が基準をクリアしたときに工具検査を許可するとしてもよい。また、鮮明度判定部１５０は、第１鮮明度の変化率が閾値Ｔ１未満、第２鮮明度の変化率が所定の閾値Ｔ３以上、第３鮮明度の変化率が所定の閾値Ｔ４未満という３種類の鮮明度が基準をクリアしたときに工具検査を許可するとしてもよい。鮮明度判定部１５０は、第１鮮明度、第２鮮明度および第３鮮明度の変化率ではなく、最新の確認画像における各鮮明度に基づいて工具検査の実行可否を判定してもよい。

鮮明度判定部１５０は、確認画像の全画素ではなく所定領域にある一部の画素を対象として各種の鮮明度を計算してもよい。

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、１１６ 主軸頭、１２０ 操作制御装置、１２２ 加工制御装置、１２４ 加工装置、１２６ 工具交換部、１３０ 工具格納部、１３８ 表示部、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、１５０ 鮮明度判定部、１５２ 撮像処理部、１５４ 形状再現部、１８０ａ 走査線、１８０ｂ 走査線、１８０ｃ 走査線、１８２ 暗領域、１８４ 明領域、２００ 加工領域、２０２ カバー、２０４ ドア、２０６ 操作盤、２０８ クーラントタンク、２１０ 工具認識領域、２１２ クーラントノズル、２１６ 室内カメラ、２９０ 部分画像、３００ 外部カバー、３０４ 第１シャッター、３０６ 第２シャッター、３０８ 副照明装置、３２０ シャッター制御部、３２２ クーラント制御部、４００ 通信部、４０４ 受信部、４０６ 送信部

Claims (7)

1. 所定の撮像領域を対象として、カメラによる撮像を制御する撮像処理部と、
   前記撮像領域における確認用の撮像画像である確認画像の鮮明度に基づいて、工具の形状検出の可否を判定する鮮明度判定部と、を備え、
   前記撮像処理部は、前記確認画像の鮮明度に基づいて形状検出が許可されたことを条件として、前記工具の形状検出を実行する、画像処理装置。
2. 前記鮮明度判定部は、前記確認画像の鮮明度の単位時間あたりの変化率が第１閾値以下となるとき、工具の形状検出を許可する、請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記鮮明度判定部は、前記確認画像の鮮明度が第２閾値以上となるとき、工具の形状検出を許可する、請求項１または２に記載の画像処理装置。
4. 前記撮像処理部は、工作機械においてワークの加工を開始する前に、前記撮像領域の撮像画像である基準画像を撮像し、
   前記鮮明度判定部は、前記基準画像の鮮明度に基づいて前記第２閾値を設定する、請求項３に記載の画像処理装置。
5. 前記撮像処理部は、前記撮像領域において前記工具の一部を含む確認画像を撮像し、
   前記鮮明度判定部は、前記確認画像の輝度に基づいて明領域と暗領域に分割し、前記明領域の輝度と前記暗領域の輝度の差分に基づいて鮮明度を計算する、請求項１から４のいずれかに記載の画像処理装置。
6. 工具の形状検出のための撮像画像に基づいて、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、を更に備える、請求項１から５のいずれかに記載の画像処理装置。
7. 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、工具によりワークを加工する加工制御部と、
   所定の撮像領域を対象として、カメラによる撮像を制御する撮像処理部と、
   前記撮像領域における確認用の撮像画像である確認画像の鮮明度に基づいて、工具の形状検出の可否を判定する鮮明度判定部と、を備え、
   前記撮像処理部は、前記確認画像の鮮明度に基づいて形状検出が許可されたことを条件として、前記工具の形状検出を実行する、工作機械。

Images