JP2023049228A

JP2023049228A - 工作機械用装置

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Publication number: JP2023049228A
Application number: JP2021158848A
Authority: JP
Inventors: 誠太郎高城; Seitaro Takagi; 一之山本; Kazuyuki Yamamoto; 隆志井上; Takashi Inoue; 絢一郎奥野; Junichiro Okuno
Original assignee: DMG Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2021-09-29
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2023-04-10
Anticipated expiration: 2041-09-29
Also published as: EP4392840A1; WO2023054614A1; CN118202312A; JP7157860B1

Abstract

【課題】カメラなどの高機能デバイスを有する工作機械に着脱可能な工作機械用装置を円滑に動作させることを可能にする。【解決手段】工作機械用装置は、工作機械の取付部に着脱可能に取り付けられる工作機械用装置であって、ＯＳの起動処理を行うプロセッサと、所定の機能を備える機能部において、ＯＳ上で動作するアプリケーションからの指示を受け付ける機能部と、プロセッサと機能部とに向けて電力を送るシステム電源部と、を備える。【選択図】図７

Description

この発明は、工作機械に着脱可能な工作機械用装置等に関する。

工作機械には、工具を主軸に取り付けワークを加工する機械、複数の工具をタレットに取り付けワークを回転させて加工する機械、材料をレーザで溶かしながら加工する付加加工の機械、これらを複合的に備えた複合加工機などがある。

近年、加工だけではなく、工作機械にカメラを取り付け、ワークを観察するなど工作機械で実行できる機能が増えている。これらの機能を実現するために、工作機械に着脱可能な工作機械用装置の開発が行われている（特許文献１）。

特許第６６５６７０７号公報

特許文献１では、工作機械に着脱可能な工作機械用装置として工作機械用カメラが開示されている。このような工作機械用装置の内蔵カメラなどの機能は高度化しており、その機能を発揮させるための制御も単純ではない。したがって、カメラなどの高機能デバイスを動作させるとともに、その高機能デバイスを制御する手段を動作させる必要がある。

また、特許文献１では、工作機械用カメラ内にバッテリを内蔵しているため、工作機械用カメラが大型化しやすいという課題がある。これに対して、工作機械の工具を取り付ける取付部を介して電力供給を受けるようにすれば、工作機械用装置を小型化することができる。ただし、その方式では、工作機械用装置を工作機械に装着する都度、起動しなければならないことになる。

ワークを加工し、その加工結果を計測する手順を繰り返すことを考えれば、工作機械用装置の起動に要する時間は短い方がよい。起動時間が短ければ、全体の工程が早く終わるからである。そのため、起動の動作を含めて、工作機械用装置のカメラなどの高機能デバイスとその制御手段の動作を円滑に行う仕組みが求められる。

そこで、本発明は、請求項に記載の装置等を提供するものである。

本発明によれば、カメラなどの高機能デバイスを有する工作機械に着脱可能な工作機械用装置を円滑に動作させることが可能になる。

工作機械に着脱可能かつ回転可能な工作機械用装置の一例の斜視図である。主軸と工作機械用装置の取り付け機構および回転機構に関する断面図である。工作機械用装置内の配線、電気部品および光学部品に関する断面図である。工作システムの形態１の構成図である。工作システムの形態２の構成図である。工作機械用装置の起動に要する時間の概要を示す図である。電気回路基板の構成図である。電源ＯＮ直後の電力の流れを示す図である。組み込みプログラムの構成図である。ソフトウェア起動後の電力の流れと信号の流れを示す図である。カメラへの電力供給を停止するときの電力の流れと信号の流れを示す図である。変形例１における電気回路基板の構成図である。変形例２における電気回路基板の構成図である。工作機械の外観図である。

以下に、図面を参照して実施形態に係る工作機械に着脱可能かつ回転可能な工作機械用装置および工作機械について説明する。以下の説明では、同一の構成について、同一の符号を付して説明する。

図１は、工作機械に着脱可能かつ回転可能な工作機械用装置６００の一例の斜視図である。
（工作機械用装置６００の概要）
工作機械用装置６００は、工作機械の取付部に着脱可能かつ回転可能に取り付けられて、上述のように所定機能を発揮する装置である。この例における工作機械用装置６００は、工作機械に装着されてワークの撮像に使用される画像プローブである。工作機械用装置６００は、後述するように工作機械とコネクタで電気的に接続されるので、有線による給電および通信が可能である。

工作機械用装置６００は、取付部である主軸側にシャンク２０２を有する。シャンク２０２を工作機械であるマシニングセンタの主軸１０６に嵌めることによって、工作機械用装置６００が主軸１００に取り付けられる。取り付け方法は、工具の場合と同様である。工作機械の工具交換装置が把持部２０４をつかんで、工作機械用装置６００を移動させ、主軸１０６に取り付けることも可能である。

（主軸１００の概要）
主軸１００は、工作機械用装置６００が取り付けられる「工作機械の取付部」の例である。工作機械がターニングセンタの場合には、タレットが「工作機械の取付部」に相当する。タレットに工作機械用装置６００を取り付けて、ワークを撮像するようにしてもよい。また、複合加工機において、工作機械用装置６００を取り付けるようにしてもよい。いずれの場合も、工作機械用装置６００は、「工作機械の取付部」に着脱可能かつ回転可能に取り付けられる。

（機能ユニット４００の概要）
工作機械用装置６００は、取付部に取り付けられた際の取り付け側と反対の反対側に機能ユニット４００を備える。機能ユニット４００は、所定機能を発揮させる機能部が内蔵されている。機能部は、所定機能（例えば、撮像、タッチ計測、レーザスキャンなど）を実行可能な部のことである。この例における工作機械用装置６００の場合には、カメラが内蔵されている。なお、工作機械用装置６００は、図１で示されていない連結部を有するが、連結部については図２に関連して後述する。

主軸１０６が回転軸を中心として０度から３６０度の範囲で回転すると、一緒に、シャンク部２００、連結部３００、機能ユニット４００とが回転し、固定部５００は回転しない。これにより、機能ユニット４００は、光軸を中心として０度から３６０度の範囲で向きを変えることができる。つまり、０度から３６０度の範囲で向きを変えて撮像できる。なお、主軸１０６の回転軸は、円柱形の主軸１０６における中心線である。機能ユニット４００の光軸は、主軸１０６の回転軸の延長線と一致する。

（固定部５００の概要）
工作機械用装置６００は、固定部５００を備える。固定部５００は、主軸１００（「工作機械の取付部」の例）に対して固定して取り付けられる。したがって、主軸１０６が回転したときに、固定部５００は、シャンク部２００と連結部３００とを有する回転部６０１と一緒には回転しない。固定部５００の円筒部５０２は、回転部６０１が回転できるように支持するハウジングとして機能する。そのため、固定部５００は、回転部６０１の回転軸に沿ってみた場合に、回転部６０１を囲むように配置されている。

（係止ブロック１０８の概要）
主軸１００の固定部５００は、円筒部５０２の側面から突き出た延長部５０８を有する。延長部５０８は、主軸１００の前カバー１０２から突き出た係止ブロック１０８に係止される（係わり合わせて止められる）。係止ブロック１０８は、主軸１００において回転しない部材である。係止ブロック１０８を、固定部、非回転部あるいは係止部と言ってもよい。延長部５０８と係止ブロック１０８によって、固定部５００の共回りが阻止される。つまり、固定部５００は、主軸１００（「工作機械の取付部」の例）に対して固定して取り付けられる。係止の手段については、図２に関連して説明する。

また、係止ブロック１０８と延長部５０８には、電気的な接点手段が設けられる。この接点手段によって、信号線および電力線が確保される。接点手段については、図２に関連して説明する。なお、この例における通信および電力供給は、ＰｏＥ（Power over Ethernet）の規格に従うものとする。ＰｏＥには、Ｅｔｈｅｒｎｅｔをベースとして、電力の供給を行える仕様が定められている。Ｅｔｈｅｒｎｅｔとは、有線ＬＡＮ（Local Area Network）の標準の一種である。

（回転部位と非回転部位）
回転可能な部位と回転しない部位について整理しておく。主軸１０６の回転に伴って、工作機械用装置６００のシャンク２０２と把持部２０４と機能ユニット４００は、回転する。また、後述する工作機械用装置６００の連結部（図２参照）も回転する。シャンク２０２と把持部２０４と連結部と機能ユニット４００のそれぞれ回転軸は、主軸１０６の回転軸の延長線と一致する。一方、工作機械の前カバー１０２とハウジング１０４と係止ブロック１０８、工作機械用装置６００の固定部５００（円筒部５０２と延長部５０８）は、回転しない。

図２は、主軸１００と工作機械用装置６００の取り付け機構および回転機構に関する断面図である。
主に、取り付け機構および回転機構を示し、電気的な構成および光学的な構成については省略している。工作機械用装置６００内の配線、電気部品および光学部品などについては、図３に関連して後述する。

（主軸１００の構成）
主軸１０６は、ハウジング１０４によって回転可能に支持され、サーボモーターの駆動によって回転する。前カバー１０２は、主軸１００の前端部に設けられ、ハウジング１０４を覆っている。主軸１０６の前端は、前カバー１０２の穴から出ている。サーボモーターで主軸１０６を所定の回転角度に回転させることによって、機能ユニット４００を所定の回転角度に合わせることができる。

（回転部６０１）
工作機械用装置６００は、シャンク部２００と連結部３００からなる回転部６０１を備える。回転部６０１は、主軸１００（「工作機械の取付部」の例）に対して回転可能に取り付けられる。また、回転部６０１には、機能ユニット４００が取り付けられている。したがって、機能ユニット４００は、回転部６０１の回転とともに回転部６０１の回転方向と同じ方向に回転する。

具体的には、シャンク部２００は、主軸１０６に固定されるシャンク２０２と工具交換装置につかまれる把持部２０４を備えている。連結部３００は、工具ホルダ取付ボルト３０２によってシャンク部２００に固定されている。連結部３００は、固定部５００の内側で、回転するように支持されている。

機能ユニット４００は、ボルト４０２によって連結部３００に固定されている。したがって、機能ユニット４００は、回転部６０１に対して着脱可能である。ボルト４０２よる固定方法以外の方法として、メカ機構のはめ込み機構によって機能ユニット４００を着脱できるようにしてもよい。なお、連結部３００は、機能ユニット４００と接する面に第３コネクタ３４０を有し、機能ユニット４００は、第３コネクタ３４０と対峙する位置に第４コネクタ４４０を有する。機能ユニット４００を連結部３００に固定すると、第３コネクタ３４０と第４コネクタ４４０が接合する。第３コネクタ３４０と第４コネクタ４４０は、いずれもＥｔｈｅｒｎｅｔ用のコネクタである。第３コネクタ３４０と第４コネクタ４４０として、スプリングコネクタを用いてもよい。但し、接点パーツは、この例に限定されない。

（固定部５００）
工作機械用装置６００は、円筒部５０２と延長部５０８からなる固定部５００を備える。固定部５００の円筒部５０２は、第１ベアリング５０４と第２ベアリング５０６によって、連結部３００を回転可能に支持する。つまり、円筒部５０２は、機械要素として、回転する連結部３００を収容するハウジングに相当する。

固定部５００の延長部５０８には、円筒形の位置決め部５１０が設けられている。位置決め部５１０は、主軸１００の係止ブロック１０８に形成されている非回転部位１１０にはまり、装着時のガイドの役割を果たすと共に、固定部５００が回転しないように固定する。また、係止ブロック１０８は、延長部５０８と接する面に第１コネクタ１２０を有し、延長部５０８は、第１コネクタ１２０と対峙する位置に第２コネクタ５２０を有し、位置決め部５１０を非回転部位１１０に挿入すると、第１コネクタ１２０と第２コネクタ５２０が接合する。第２コネクタ５２０は、主軸１００から電気を受ける。第１コネクタ１２０と第２コネクタ５２０は、いずれもＥｔｈｅｒｎｅｔ用のコネクタである。第１コネクタ１２０と第２コネクタ５２０として、スプリングコネクタを用いてもよい。但し、接点パーツは、この例に限定されない。

主軸１０６が回転すると、回転部６０１（シャンク部２００と連結部３００）と機能ユニット４００が一体として回転するが、係止ブロック１０８に係止されている固定部５００は、回転しない。

図３は、工作機械用装置６００内の配線、電気部品および光学部品に関する断面図である。
（配線の概要）
Ｅｔｈｅｒｎｅｔによる通信およびＰｏＥによる給電のための配線として、ＥｔｈｅｒｎｅｔケーブルとＥｔｈｅｒｎｅｔコネクタが使用される。ＥｔｈｅｒｎｅｔケーブルとＥｔｈｅｒｎｅｔコネクタの仕様は、規格として定められている。上述したように、第１コネクタ１２０、第２コネクタ５２０、第３コネクタ３４０および第４コネクタ４４０は、いずれもＥｔｈｅｒｎｅｔ用のコネクタであって、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブルに接続している。第１コネクタ１２０、第２コネクタ５２０、第３コネクタ３４０および第４コネクタ４４０として、スプリングコネクタを用いてもよい。但し、接点パーツは、この例に限定されない。

本実施形態の第２コネクタ５２０は、８本の接点ピンを備えたオスのコネクタである。第１コネクタ１２０は、８個の接点穴を備えたメスのコネクタである。工作機械用装置６００が工具交換装置によって主軸１００に近づけられるとき、第２コネクタ５２０と第１コネクタ１２０は、各接点ピンが各接点穴にはまるように接近する。工作機械用装置６００が主軸１００に装着されると、第２コネクタ５２０と第１コネクタ１２０は連結する。ここでは、８ピンのコネクタの例を示すが、９以上のピン数のコネクタを用いてもよいし、７以下のピン数のコネクタを用いてもよい。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ通信及びＰｏＥは、最低限４線で実現可能であるので、４以上のピン数のコネクタを採用することができる。たとえば、４ピンのコネクタを用いてもよい。

工作機械側の第１コネクタ１２０がメスのコネクタであれば、金屑などの異物が引っ掛かりにくいという面がある。ただし、オスとメスの関係が逆でもよい。つまり、第２コネクタ５２０が、８個の接点穴を備えたメスのコネクタであり、第１コネクタ１２０が、８本の接点ピンを備えたオスのコネクタであってもよい。接点ピンと接点穴は、電力端子と通信端子の機能を備える。

第３コネクタ３４０と第４コネクタ４４０は、どちらがオスでどちらがメスでもよい。但し、接点ピンと接点穴の数は、第１コネクタ１２０および第２コネクタ５２０と同様である。また、接点ピンと接点穴は、電力端子と通信端子の機能を備える。

この配線によって、主軸１００と機能ユニット４００が電気的に接続することになる。主軸１００は、ＰｏＥにおける給電機器である。ＰｏＥにおける給電機器を、ＰＳＥ（Power sourcing equipment）という。機能ユニット４００は、ＰｏＥにおける受電機器である。ＰｏＥにおける受電機器を、ＰＤ（Powered device）という。

Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル１２２は、係止ブロック１０８の内部を通って第１コネクタ１２０に接続している。第１コネクタ１２０と接合する第２コネクタ５２０に接続するＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２は、配線路５２４、ケーブル収容部５２６を通って連結部３００の内部へつながる。

（ケーブル収容部５２６）
固定部５００は、ケーブル収容部５２６を備える。ケーブル収容部５２６は、第２コネクタ５２０と電気回路基板４４４を結ぶ配線の経路中にある。ケーブル収容部５２６は、固定部５００における回転部６０１との境に回転部６０１の回転軸を中心とする環状空間を形成する。ケーブル収容部５２６は、複数周巻かれたＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２を収容する。Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２の複数の周回に、余裕も持たせている。つまり、ケーブル収容部５２６では、回転部６０１の回転角に応じて、複数周巻かれたケーブル５２２の形状を変えられるように、隙間が開けられている。

（巻付部３０４）
連結部３００は、掴持部３０６を有する巻付部３０４を備える。ケーブル収容部５２６から連結部３００の内部へつながるＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２の途中箇所が、連結部３００の掴持部３０６に掴持される（つかんだ状態で保持される）。掴持部３０６は、ケーブル収容部５２６と一体の環状空間を形成する巻付部３０４内に設けられており、回転部６０１の一部として回転する。これにより、掴持部３０６は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２の途中箇所を円状に移動させるように働く。掴持部３０６に固定されているＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル５２２の先は、巻付部３０４から前方向につながる配線路３２４を通って、連結部３００の端面に設けられた第３コネクタ３４０に接続している。

第３コネクタ３４０と接合する第４コネクタ４４０に接続しているＥｔｈｅｒｎｅｔケーブル４４２は、配線路４２４を通って電気回路基板４４４につながる。Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル４４２に含まれる各伝送線は、電気回路基板４４４内の電源通信分離回路（図７参照）に接続する。

（光学部品）
機能ユニット４００は、光学部品として、カメラ４４６とレンズ４４８を有する。カメラ４４６は、受光を映像化するイメージセンサ（例えば、ＣＭＯＳ）を備え、撮像する機能を有する。カメラ４４６は、所定の機能を備える機能部において、ＯＳ上で動作するアプリケーションからの指示を受け付ける機能部の例である。ＯＳ上で動作するアプリケーションからの指示については、後述する。レンズ４４８は、たとえばテレセントリックレンズである。機能ユニット４００の先端には、ボルト４５２によってレンズカバー４５０が取り付けられている。機能ユニット４００には、さらに同軸落射照明４５４とリング照明４５６が設けられている。同軸落射照明４５４とリング照明４５６のいずれか一方または両方が撮像の際に発光する。電気回路基板４４４、カメラ４４６、レンズ４４８、同軸落射照明４５４、リング照明４５６は、ＰｏＥで供給される電力によって動作する。このように、機能ユニット４００の一例としては、撮像素子（ＣＭＯＳ）とレンズとを含むカメラユニットである。

（工作システム）
図４は、工作システムの形態１の構成図である。
工作機械用装置６００を用いた工作システムの構成について説明する。工作機械８００は、加工部８２０、工具交換装置８５０、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）８６０および数値制御装置８８０を有する。加工部８２０は、ワークの加工を行う。加工部８２０は、工具あるいは工作機械用装置６００が取り付けられる取付部８２２と、軸を回転させるサーボモーターなどの駆動部８２４とを含む。工作機械８００がマシニングセンタの場合、主軸１００が取付部８２２に相当し、主軸１００を回転させるサーボモーターが駆動部８２４に相当する。マシニングセンタの駆動部８２４は、工作機械用装置６００が取り付けられた取付部８２２（主軸１００）を移動させる動作も行う。工作機械８００がターニングセンタの場合、タレットが取付部８２２に相当し、ワークを取り付けられた回転軸を回転させるサーボモーターの他に、タレットを移動させる駆動部８２４を有する。ターニングセンタの駆動部８２４は、工作機械用装置６００が取り付けられた取付部８２２（タレット）を移動させる動作を行う。数値制御装置８８０は、ＮＣプログラムを実行して、ＮＣプログラムで指定されたコードに従って工作機械８００の加工部８２０を動作させる。また、数値制御装置８８０は、ＮＣプログラムの実行過程で、工具や工作機械用装置６００の交換指示なども行う。加工部８２０は、取付部８２２に取り付けられる多数の工具および工作機械用装置６００を収納可能なツールマガジンを含む。

取付部８２２に取り付けられている工具や工作機械用装置６００を交換する場合に、数値制御装置８８０は、ＰＬＣ８６０に工具交換の指令を送る。ＰＬＣ８６０は、工具交換の指令を受けると、その指令に従って工具交換装置８５０を制御して、主軸１００に装着されている工具と工具交換装置８５０のツールマガジンに格納されている工具を交換させる。この例で、工作機械用装置６００は工具と同様に、工具交換装置８５０によって取付部８２２に装着されあるいは取り外される。

情報処理装置７００は、工作機械８００と通信線を介して接続している。さらに、情報処理装置７００は、工作機械用装置６００と通信可能である。有線通信を行う場合には、取付部８２２の内部を通る通信線によって、情報処理装置７００と工作機械用装置６００が接続される。情報処理装置７００と工作機械用装置６００の間で、無線ＬＡＮなどの無線通信を行うようにしてもよい。工作機械用装置６００からの撮像画像は、取付部８２２から情報処理装置７００に有線通信で送信される。または、工作機械用装置６００からの撮像画像は、情報処理装置７００に無線通信で送信されてもよい。

図５は、工作システムの形態２の構成図である。
情報処理装置７００は、工作機械８００内に設けられてもよい。情報処理装置７００は、工作機械８００に付属する操作盤でもよい。

（工作機械用装置６００の起動時間）
工作機械用装置６００は、取付部８２２に装着されてから、電力の供給を受けて起動の動作を開始する。たとえば、ワークの加工結果を撮像して計測するために、工具交換装置８５０で自動的に工作機械用装置６００を装着する場合、あるいは手動で工具交換装置８５０を装着する場合に、工作機械用装置６００の起動に要する時間を短くして、撮像と計測のサイクルタイムを少しでも短くすることが望まれる。

図６は、工作機械用装置６００の起動に要する時間の概要を示す図である。
工作機械用装置６００の起動時間は、ＣＰＵで動作するソフトウェアの起動時間とカメラ４４６の起動時間を含む。従来の方式では、ソフトウェアを起動させた後に、ソフトウェア制御でカメラ４４６の電源をＯＮにして、カメラ４４６を起動させるようになっている。基本的に、カメラ４４６の電源をソフトウェアで制御する考え方を取っているからである。ソフトウェアでカメラ４４６の電源を制御すれば、カメラ４４６を使用しない間に電源をＯＦＦにして電力消費を抑えることができる。また、カメラ４４６の動作が不調になったときに、カメラ４４６の電源を一旦切って、再起動させることによって、カメラ４４６を復旧させることができる。

図６の上段に、従来方式による起動の時間を示す。先にソフトウェアが起動される。ソフトウェアの起動時間の大半は、ＯＳの起動時間である。ＯＳが、たとえばＬｉｎｕｘ（登録商標）であれば、ソフトウェアの起動におよそ２０秒かかる。その後に、ソフトウェアが制御して、カメラ４４６の電源をＯＮにしてカメラ４４６が起動する。カメラ４４６の起動が開始されるのは、電力供給が開始されてからおよそ２０秒後である。カメラ４４６の電源がＯＮになってから、カメラ４４６の起動が完了するまでにおよそ１秒かかる。したがって、工作機械用装置６００の起動時間は、全体としておよそ２１秒かかることになる。

工作機械用装置６００の起動時間の短縮のために、２つの改善策を提案する。まず、１つ目の改善策として、リアルタイムＯＳを採用する。リアルタイムＯＳは、Ｌｉｎｕｘのような汎用ＯＳに比べて機能的には限定されるが、その分プログラムサイズが小さく起動時間が短い。リアルタイムＯＳであれば、起動時間を０．５秒程度に短縮できる。リアルタイムＯＳとしては、たとえばＩＴＲＯＮ（Industrial TRON）が想定される。リアルタイムＯＳは、タスクの優先度に応じてタスクの動作時間を割り当てる方式を採用している。汎用ＯＳはラウンドロビン方式であり、タスクへの時間割り当ての仕方でリアルタイムＯＳと異なる。図６の中段に示すように、リアルタイムＯＳを使用すれば、ソフトウェアの起動がおよそ０．５秒で済み、電力供給の開始から０．５秒後にカメラ４４６を起動できるようになる。工作機械用装置６００の起動時間は、全体としておよそ１．５秒に縮まる。

２つ目の改善策として、ハードウェアの制御でカメラ４４６の電源をＯＮにしてカメラ４４６を起動させるようにする。カメラ４４６は、所定の電力を得ると自動的に起動を開始する仕組みになっている。したがって、ソフトウェアの指示が無くても、カメラ４４６の電源をＯＮにすれば起動を開始できる。図６の下段に示すように、ＣＰＵがソフトウェアを起動させている間に、並行してカメラ４４６を起動させる。このようにすれば、電力供給の開始時点からカメラ４４６を起動できる。工作機械用装置６００の起動時間は、全体としておよそ１秒になる。ソフトウェア起動の完了を待たずにカメラ４４６の起動を開始できるようにする。なお、ソフトウェアが起動した後は、ソフトウェアでカメラ４４６の電源を制御できる仕組みも設ける。つまり、ソフトウェアによるカメラ４４６の電源制御機能も持たせる。

（電気回路基板４４４の構成）
図７は、電気回路基板４４４の構成図である。
この図では、電源用の電流を流す電源線を太線で示し、通信用の信号電流を流す信号線を細線で示している。電源通信分離回路４８０は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル４４２と連結している。Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル４４２に含まれる導線の本数は、上述したＥｔｈｅｒｎｅｔコネクタにおけるピン数と一致する。この例では、導線の本数は８本であるが、９本以上でもよいし、７本以下でもよい。たとえば、４本でもよい。電源通信分離回路４８０は、ＰｏＥの規格に従って、電源用の電流とＥｔｈｅｒｎｅｔ通信用の信号電流とを分ける。電源通信分離回路４８０は、ＰＤモジュールともよばれる。

電源用の４８Ｖの電流は、システム電源部４８２へ送られる。システム電源部４８２は、電力を使用する電気回路又は電気装置に合わせた電圧に変換する電圧変換回路である。この例では、メイン回路４７０の電源となる電流と、カメラ４４６の電源となる電流を供給する。メイン回路４７０の電源は、ＣＰＵ４７２の電源になる。カメラ４４６の電源は、５Ｖである。このように、システム電源部４８２は、プロセッサの例であるＣＰＵ４７２と、機能部の例であるカメラ４４６に向けて電力を送る。

カメラ４４６の伝送インターフェースとして、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）を使用するものとする。カメラ４４６の電源となる電流は、スイッチＩＣ４８４を介してカメラ４４６のＶＢＵＳ端子（電源端子）に流れる。スイッチＩＣ４８４は、５Ｖの電源電流を通電させ、あるいは切断させるスイッチとして動作する。ＥＮＡＢＬＥ端子に入力される制御信号がＨｉｇｈであれば、スイッチＩＣ４８４はＯＮになり、ＩＮ端子とＯＵＴ端子を接続して、電源電流を通電させる。反対に、ＥＮＡＢＬＥ端子に入力される制御信号がＬｏｗであれば、スイッチＩＣ４８４はＯＦＦになり、ＩＮ端子とＯＵＴ端子を接続させず、電源電流を遮断させる。カメラ４４６は、ＶＢＵＳ端子で電源電流による５Ｖの電圧を検出すると、自動的に起動動作を開始する。つまり、カメラ４４６を例とする機能部は、電力を受けると起動動作を開始する。カメラ４４６のＧＮＤ端子は、基準電位を得る。カメラ４４６は、所定の機能を備える機能部において、ＯＳ上で動作するアプリケーションからの指示を受け付ける機能部の例である。具体的には、カメラ４４６は、撮像機能を備える。また、カメラ４４６は、ＯＳ上で動作するアプリケーションからの撮像指示を受けて、ワークなどの撮像を行う。

電源通信分離回路４８０から送出されるＥｔｈｅｒｎｅｔ通信用の信号は、イーサネット物理層回路４８６を介してＭＩＩ信号として、ＣＰＵ４７２に伝送される。ＣＰＵ４７２から外部装置（たとえば、情報処理装置７００）に出力される信号についても、逆の流れでイーサネット物理層回路４８６を介して電源通信分離回路４８０から送り出される。つまり、電源通信分離回路４８０とイーサネット物理層回路４８６によって、ＣＰＵ４７２は外部装置（たとえば、情報処理装置７００）と双方向の通信を行うことができる。

メイン回路４７０は、ＣＰＵ４７２とメモリ４７４を含む。メモリ４７４は、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）を用いた不揮発性記憶領域と、たとえばＲＡＭ（Random Access Memory）を用いた揮発性記憶領域を含む。ＣＰＵ４７２は、メモリ４７４の不揮発性記憶領域に記憶されているソフトウェア（以下、「組み込みプログラム」という）を実行する。組み込みプログラムについては、図９に関連して後述する。ＣＰＵ４７２は、メイン回路４７０の電源が得られると、メモリ４７４に記憶されているソフトウェアの起動処理を行う。メイン回路４７０に電力が与えられソフトウェアの起動処理が行われるとき、同時にカメラ４４６への電力供給が行われる。つまり、システム電源部４８２は、ＯＳ（リアルタイムＯＳ）の起動処理と並行して機能部（カメラ４４６）へ電力を供給する。

ＣＰＵ４７２は、Ｄ－とＤ＋の信号線を介してカメラ４４６と接続している。Ｄ－とＤ＋の信号線を使用して、ＣＰＵ４７２はカメラ４４６へ撮影などの指示を送り、カメラ４４６から撮像画像のデータを受け取る。撮像画像のデータは、一旦メモリ４７４に蓄えられ、イーサネット物理層回路４８６と電源通信分離回路４８０を介して外部装置（たとえば、情報処理装置７００）へ送られる。

以下で、動作の段階を追って電力の流れと信号の流れについて説明する。

（電源ＯＮ直後）
図８は、電源ＯＮ直後の電力の流れを示す図である。
工作機械用装置６００が取付部８２２に装着されて電力を得られるようになると、システム電源がＯＮになる。具体的には、システム電源部４８２は、電源通信分離回路４８０から電力を受けて、カメラ４４６用の電力とメイン回路４７０用の電力を供給する。メイン回路４７０用の電力が供給されると、ＣＰＵ４７２は、ソフトウェアの起動を開始する。つまり、ＣＰＵ４７２を例とするプロセッサは、システム電源部４８２から電力を受けるとＯＳ（リアルタイムＯＳ）の起動処理を行う。

この段階で、ＣＰＵ４７２は、スイッチＩＣ４８４のＥＮＡＢＬＥ端子への制御信号を出さない。プルアップ抵抗４８８の働きによりＥＮＡＢＬＥ端子にＨｉｇｈの制御信号が入力される。したがって、スイッチＩＣ４８４がＯＮになり、スイッチＩＣ４８４のＩＮ端子に入力されるカメラ４４６用の電源電流がＯＵＴ端子から出力され、カメラ４４６のＶＢＵＳ端子に入力される。そして、カメラ４４６は、自動的に起動を開始する。つまり、システム電源部４８２は、ＯＳ（リアルタイムＯＳ）の起動処理と並行してカメラ４４６（機能部の例）へ電力を供給し、カメラ４４６（機能部の例）は、電力を受けると起動動作を開始する。

（組み込みプログラム）
図９は、組み込みプログラムの構成図である。
ここで、ソフトウェアの起動によって実行可能となる組み込みプログラムについて説明する。組み込みプログラムは、メモリ４７４に記憶されており、ＣＰＵ４７２で実行される。最下層のハードウェア９００より上位にあるブートローダー９０２、ＯＳ９０４、デバイスドライバ９０６、ミドルウェア９０８およびアプリケーション９１０が、組み込みプログラムに相当する。組み込みプログラムはいずれもメモリ４７４の不揮発性記憶領域に記憶されている。したがって、組み込みプログラムは、電力が無くても消えずに保持される。

ＣＰＵ４７２がＯＳ９０４を起動するときに、ブートローダー９０２の処理が行われる。ブートローダー９０２は、ＯＳ９０４をメモリ４７４の揮発性記憶領域にロードする。ＯＳ９０４は、たとえばＩＴＲＯＮなどのリアルタイムＯＳである。ＯＳ９０４のロードとともに、デバイスドライバ９０６もメモリ４７４の揮発性記憶領域にロードされる。デバイスドライバ９０６は、たとえば、ＵＳＢドライバ、ＬＡＮドライバおよびＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）ドライバなどである。ＯＳ９０４の起動が完了すると、ミドルウェア９０８とアプリケーション９１０の実行が可能になる。ミドルウェア９０８は、ＯＳ９０４の起動完了後に起動され、メモリ４７４の揮発性記憶領域にロードされる。ミドルウェア９０８は、たとえばＴＣＰ（Transmission Control Protocol）／ＩＰ（Internet Protocol）の制御ソフトウェアやＷｅｂサーバ／クライアント機能モジュールなどである。さらに、アプリケーション９１０も起動され、メモリ４７４の揮発性記憶領域にロードされる。アプリケーション９１０は、たとえば、常駐する遠隔撮影のエージェントである。アプリケーション９１０は、ＯＳ９０４、デバイスドライバ９０６およびミドルウェア９０８と連携して動作する。

アプリケーション９１０は、外部装置（たとえば、情報処理装置７００）からコマンドを受けて処理を行う。アプリケーション９１０は、主に撮像処理と画像送信処理を担う。遠隔操作による撮影であるので、汎用のデジタルカメラのようなシャッタの操作は必要ない。また、汎用のデジタルカメラとは異なり、外部装置（たとえば、情報処理装置７００）へ撮像画像を送信するようになっている。情報処理装置７００は、アプリケーション９１０による遠隔撮像の機能を利用して、ワークや切屑の撮像画像を得ることが可能となる。これらの組み込みプログラムによって、高速起動、高信頼性、セキュリティ対応や拡張性などを実現する。

（ソフトウェア起動後）
図１０は、ソフトウェア起動後の電力の流れと信号の流れを示す図である。
ソフトウェアの起動が完了すると、組み込みプログラムの動作が可能になる。アプリケーション９１０の処理によって、ＣＰＵ４７２は、情報処理装置７００とカメラ４４６との通信を行える状態になる。情報処理装置７００から撮像コマンドを受ければ、ＣＰＵ４７２は、アプリケーション９１０の処理によって、カメラ４４６に撮像を指示する。所定の機能として撮影機能を備えるカメラ４４６（機能部の例）に、ＯＳ９０４上で動作するアプリケーション９１０から撮像指示が送られると、カメラ４４６は撮像指示を受けて撮影を行う。ＣＰＵ４７２は、アプリケーション９１０の処理によって、カメラ４４６から撮像画像のデータを取得して、メモリ４７４に蓄える。そして、ＣＰＵ４７２は、アプリケーション９１０の処理によって、撮像画像のデータを外部装置（たとえば、情報処理装置７００）へ送信する。このとき、カメラ４４６が正常に動作していれば、ＣＰＵ４７２は、スイッチＩＣ４８４のＥＮＡＢＬＥ端子への制御信号を操作しない。したがって、プルアップ抵抗４８８の働きによりＥＮＡＢＬＥ端子へ制御信号はＨｉｇｈのままで、カメラ４４６への電力供給が継続される。

（カメラへの電力供給停止）
図１１は、カメラへの電力供給を停止するときの電力の流れと信号の流れを示す図である。
カメラ４４６が正常に動作しなくなった場合、たとえばカメラから応答がなくなった場合に、ＣＰＵ４７２は、アプリケーション９１０の処理によって、一旦カメラ４４６への電源を切る。つまり、カメラ４４６への電力供給が停止される。具体的には、ＣＰＵ４７２は、スイッチＩＣ４８４のＥＮＡＢＬＥ端子へＬｏｗの制御信号を送る。これにより、スイッチＩＣ４８４がＯＦＦとなり、カメラ４４６への電源電流が流れなくなる。

カメラ４４６への電源を切ってから数秒程度待って、ＣＰＵ４７２は、アプリケーション９１０の処理によって、カメラ４４６への電力供給を再開させる。具体的には、ＣＰＵ４７２は、スイッチＩＣ４８４のＥＮＡＢＬＥ端子へＨｉｇｈの制御信号を送る。これにより、スイッチＩＣ４８４がＯＮとなり、カメラ４４６への電源電流が流れる。カメラ４４６（機能部の例）は、電力を受けると起動動作を開始する。このように、電源再投入でカメラ４４６を再起動させることによって、カメラ４４６が正常に動作するように復旧させることができる。
これまでの説明のように、起動時間などの待ち時間を短縮できるため、その時間に使用すべきエネルギーが削減され省エネにもなる。

［変形例１］
図１２は、変形例１における電気回路基板４４４の構成図である。
実施形態では、Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブルを介して外部から電力を得る例を示したが、バッテリ４９０の電力を利用するようにしてもよい。工作機械用装置６００は、システム電源部４８２に接続するバッテリ４９０を備える。システム電源部４８２は、バッテリ４９０から得られる電圧を変換して、カメラ４４６用の電源電圧とメイン回路４７０用の電源電圧を生成する。そして、システム電源部４８２は、ＣＰＵ４７２（プロセッサの例）とカメラ４４６（機能部の例）とに向けて電力を送る。

実施形態の場合と同様に、ＣＰＵ４７２（プロセッサの例）は、システム電源部４８２から電力を受けるとＯＳ（リアルタイムＯＳ）の起動処理を行う。システム電源部４８２は、ＯＳ（リアルタイムＯＳ）の起動処理と並行してカメラ４４６（機能部の例）へ電力を供給し、カメラ４４６は、電力を受けると起動動作を開始する。

［変形例２］
図１３は、変形例２における電気回路基板４４４の構成図である。
実施形態におけるＥｔｈｅｒｎｅｔケーブルとＥｔｈｅｒｎｅｔコネクタ（第１コネクタ１２０～第４コネクタ４４０）に代えて、電源ケーブル４９２と電源コネクタを用いて、外部電源から電力を得るようにしてもよい。工作機械用装置６００のシステム電源部４８２は、電源ケーブル４９２と接続する。システム電源部４８２は、電源ケーブル４９２と電源コネクタを介して外部電源から得られる電圧を変換して、カメラ４４６用の電源電圧とメイン回路４７０用の電源電圧を生成する。外部電源が交流であれば、システム電源部４８２は、入力した交流を直流に変換して出力する。そして、システム電源部４８２は、ＣＰＵ４７２（プロセッサの例）とカメラ４４６（機能部の例）とに向けて電力を送る。

［その他の変形例］
機能部は、カメラ４４６以外の装置、たとえばレーザースキャナやマイクなどでもよい。また、機能部における通信および電力の伝送インターフェースは、ＵＳＢ以外の伝送インターフェースであってもよい。

図１４は、工作機械の外観図である。
工作機械は、正面に開閉可能なドアを有する。この図は、ドアが開いている状態を示している。工作機械は、操作盤を含む。また、工作機械には、外部装置（情報処理装置７００の一形態）が接続されている。情報処理装置７００は、図示した外部装置の態様に限らない。操作盤が、情報処理装置７００を兼ねてもよい。工作機械に外部装置（情報処理装置７００の一形態）を接続する形態は、一例である。工作機械内に情報処理装置７００の機能が含まれる形態であってもよい。

ドアを開けて工具交換ができる。加工途中で、撮像装置でワークを撮像することができ、撮像画像からワークのエッジや面を特徴点として抽出する使い方がある。たとえば、ドアを閉めた状態で加工を一時停止し、ドアを開けることなく撮像装置でワークを撮像してもよい。さらに、その後に扉を開けることなく、操作盤で工具の補正値を修正し、加工を再開させることができる。また、操作盤で工具の補正値を修正するだけでなく、工具の回転数なども変更することが可能である。

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。

１００主軸、１０２前カバー、１０４ハウジング、１０６主軸、１０８係止ブロック、１１０非回転部位、１２０第１コネクタ、１２２Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル、２００シャンク部、２０２シャンク、２０４把持部、３００連結部、３０２工具ホルダ取付ボルト、３０４巻付部、３０６掴持部、３２４配線路、３４０第３コネクタ、４００機能ユニット、４０２ボルト、４２４配線路、４４０第４コネクタ、４４２Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル、４４４電気回路基板、４４６カメラ、４４８レンズ、４５０レンズカバー、４５２ボルト、４５４同軸落射照明、４５６リング照明、４７０メイン回路、４７２ＣＰＵ、４７４メモリ、４８０電源通信分離回路、４８２システム電源部、４８４スイッチＩＣ、４８６イーサネット物理層回路、４８８プルアップ抵抗、４９０バッテリ、４９２電源ケーブル、５００固定部、５０２円筒部、５０４第１ベアリング、５０６第２ベアリング、５０８延長部、５１０位置決め部、５２０第２コネクタ、５２２Ｅｔｈｅｒｎｅｔケーブル、５２４配線路、５２６ケーブル収容部、６００工作機械用装置、６０１回転部、７００情報処理装置、８００工作機械、８２０加工部、８２２取付部、８２４駆動部、８５０工具交換装置、８６０ＰＬＣ、８８０数値制御装置、９００ハードウェア、９０２ブートローダー、９０４ＯＳ、９０６デバイスドライバ、９０８ミドルウェア、９１０アプリケーション

Claims

工作機械の取付部に着脱可能に取り付けられる工作機械用装置であって、
ＯＳの起動処理を行うプロセッサと、
所定の機能を備える機能部において、前記ＯＳ上で動作するアプリケーションからの指示を受け付ける機能部と、
前記プロセッサと前記機能部とに向けて電力を送るシステム電源部と、を備える、工作機械用装置。
前記ＯＳは、リアルタイムＯＳであって、
前記プロセッサは、前記システム電源部から前記電力を受けると前記リアルタイムＯＳの起動処理を行う、請求項１に記載の工作機械用装置。
前記システム電源部は、前記リアルタイムＯＳの前記起動処理と並行して前記機能部へ前記電力を供給し、
前記機能部は、前記電力を受けると起動動作を開始する、請求項２に記載の工作機械用装置。