JP6697501B2 - 工作システム - Google Patents

Description

本発明は、工作システムに関する。

下記特許文献１には、工作機械と、周辺機器と、工作機械および周辺機器を連動させて動作させる数値制御装置とを備えた工作システムが開示されている。この工作システムの数値制御装置は、加工プログラムと、工作機械に用いられている工具やワーク、チャック等のアイテムの形状データとに基づいて、工作機械内におけるアイテムの配置データを出力する。周辺機器は、このアイテム配置データに基づいて、周辺機器の動作が工作機械内で駆動するアイテムと干渉しないタイミングに周辺機器の動作を開始するようにしている。

特開２０１６−０９１１４２号公報

しかし上記特許文献１の場合、予め工具等のアイテムの形状データがメモリに記憶されているため、例えば加工対象物の加工により工具が摩耗した場合等、実際の工具とメモリに記憶された形状データとが異なる形状となってしまう場合が想定される。

そこで、本発明は、３次元形状を精度よく簡易に生成し得る工作システムを提供することを目的とする。

本発明の態様は、工作機械と、前記工作機械の一部の３次元形状を生成する３次元形状生成装置とを備える工作システムであって、前記工作機械は、工具が取り付けられる主軸と、加工対象物を支持するテーブルと、前記主軸と前記テーブルとを移動させるための移動機構を駆動するモータと、前記主軸側を撮像するため前記主軸に対して前記テーブルとともに相対移動するように設けられ、または、前記テーブル側を撮像するため前記テーブルに対して前記主軸とともに相対移動するように設けられたカメラと、を有し、前記３次元形状生成装置は、前記主軸に対する前記テーブルの位置である相対位置が第１の相対位置のときに前記カメラから第１の画像を取得し、前記相対位置が前記第１の相対位置とは異なる第２の相対位置のときに前記カメラから第２の画像を取得する画像取得部と、前記第１の画像と、前記第２の画像と、前記第１の相対位置と前記第２の相対位置との間における第１の相対距離とに基づいて、少なくとも１つの被写体の３次元形状を生成する形状生成部と、を有する。

本発明によれば、主軸に対してテーブルとともに相対移動するカメラ、または、テーブルに対して主軸とともに相対移動するように設けられたカメラを用いるため、当該相対移動しないカメラを用いる場合に比べて被写体の３次元形状を精度よく生成できる。また、２つのカメラを用いて被写体の３次元形状を生成する場合に比べて簡易に３次元形状を生成することができる。

本実施の形態の工作システムを示す概略図である。 本実施の形態の３次元形状生成装置の構成を示すブロック図である。 画像取得の様子を示す概念図である。 ３次元形状の比較結果を例示する概念図である。 本実施の形態の工作システムの３次元形状生成処理手順を示すフローチャートである。 加工前形状生成処理の処理手順を示すフローチャートである。 推定処理の処理手順を示すフローチャートである。 変形例１の工作システムを示す概略図である。 変形例１の３次元形状生成装置の構成を示すブロック図である。 ３次元形状の比較結果を例示する概念図である。 カメラレンズに加工液が付着している様子を示す図である。 変形例７の工作システムを示す図である。

本発明に係る工作システムについて、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

図１は、工作システム１０を示す概略図である。工作システム１０は、工作機械１２と、３次元形状生成装置１４とを備える。工作機械１２は、工作機械本体１６と、工作機械本体１６を制御する制御装置１８とを有し、制御装置１８と３次元形状生成装置１４とは、互いに無線または有線で通信することで各種の情報を授受する。

工作機械本体１６は、主軸２０に取り付けられた工具２２により図示しない加工対象物（ワーク、被加工物）を加工する。工作機械本体１６は、主軸２０と、主軸２０を支持する主軸頭２４と、主軸頭２４をＺ方向および−Ｚ方向（上下方向）に移動させるコラム２６と、主軸２０の下方（−Ｚ方向）側に配置され、加工対象物を支持するテーブル２８と、テーブル２８をＸ方向およびＹ方向に移動させるテーブル駆動部３０とを備える。Ｘ方向、Ｙ方向、および、Ｚ方向は、理想上は互いに直交しているものとする。なお、−Ｚ方向を重力が働く方向とする。

工具２２は、主軸２０に着脱可能な工具ホルダ３２を介して主軸２０に取り付けられる。工具ホルダ３２は、ハイドロチャック等の防振機構を有していてもよい。工具ホルダ３２を介して主軸２０に取り付けられる工具２２はその長手方向が主軸２０に沿っており、主軸２０と工具２２とは一緒に回転する。工具２２としては、例えば、ヘール工具、ドリル、エンドミル、フライス等が挙げられる。

工作機械本体１６は、主軸２０に取り付けられる工具２２を自動工具交換装置３４により交換可能なマシニングセンタとして構成されている。自動工具交換装置３４は、各々が工具ホルダ３２に保持された複数の工具２２を収納（保持）可能なツールマガジン３６を有する。

主軸頭２４には、コラム２６に対して主軸頭２４をＺ方向と平行するＺ軸方向に移動させるための図示しないＺ軸用の移動機構と、Ｚ軸用の移動機構を駆動するＺ軸用のモータとが少なくとも設けられる。Ｚ軸用の移動機構は、Ｚ軸用のモータの回転運動を直進運動に変換して主軸頭２４に伝達する動力変換機構（ボールネジおよびナット等）を有する。主軸頭２４がＺ方向に沿って移動されることによりその主軸頭２４に支持される主軸２０もＺ方向に沿って移動し、主軸２０に取り付けられる工具２２もＺ方向に沿って移動する。

また、主軸頭２４には、加工時に工具２２に向けて切削液を吐出するクーラントノズル３７が設けられる。主軸頭２４の内部には、図示しないスピンドルモータが設けられており、このスピンドルモータの駆動によってＺ方向と平行なＺ軸周りに主軸２０が回転する。主軸２０がＺ軸周りに回転することによりその主軸２０に取り付けられる工具２２もＺ軸周りに回転する。

テーブル２８の上面には、Ｘ方向に直線状に延びたロック溝３８がＹ方向に沿って所定の間隔をあけて複数形成されている。加工対象物は、図示しない固定治具を介してテーブル２８に固定される。固定治具は、ロック溝３８を利用してテーブル２８の上面に加工対象物を固定できるように構成されている。

テーブル駆動部３０は、テーブル２８をＸ方向およびＹ方向に移動させるものであり、台座４０に支持されている。テーブル駆動部３０は、Ｙ軸スライド部４２、サドル４４、および、Ｘ軸スライド部４６を有する。サドル４４は、Ｙ軸スライド部４２を介して台座４０に対してＹ方向に移動可能に支持されている。テーブル２８は、Ｘ軸スライド部４６を介してサドル４４に対してＸ方向に移動可能に支持されている。

サドル４４には、台座４０に対してサドル４４をＹ方向と平行するＹ軸方向に移動させるための図示しないＹ軸用の移動機構と、Ｙ軸用の移動機構を駆動するＹ軸用のモータとが少なくとも設けられる。Ｙ軸用の移動機構は、Ｙ軸用のモータの回転運動を直進運動に変換してサドル４４に伝達する動力変換機構（ボールネジおよびナット等）を有する。

テーブル２８にも、同様に、サドル４４に対してテーブル２８をＸ方向と平行するＸ軸方向に移動させるための図示しないＸ軸用の移動機構と、Ｘ軸用の移動機構を駆動するＸ軸用のモータとが少なくとも設けられる。Ｘ軸用の移動機構は、Ｘ軸用のモータの回転運動を直進運動に変換してテーブル２８に伝達する動力変換機構（ボールネジおよびナット等）を有する。

工作機械本体１６には、カメラ５０が設けられている。カメラ５０は、主軸２０側を撮像するためのものであり、主軸２０に対してテーブル２８とともに相対移動するように設けられる。本実施の形態では、カメラ５０は、テーブル２８の上面側に設けられており、工具２２、工具ホルダ３２、主軸２０、クーラントノズル３７および主軸頭２４を被写体として撮像する。

制御装置１８は、プロセッサ、メモリおよびキーボード等の入力部を少なくとも有する。制御装置１８は、入力部から加工対象物を加工すべき加工指令を受けると、メモリに保持されたプログラムに基づいて、加工前モード、加工モードおよび加工後モードを順次実行する。

すなわち、制御装置１８は、加工前モードでは、Ｘ軸用のモータ、Ｙ軸用のモータおよびＺ軸用のモータを個別に制御することで、所定の開始位置から所定の終了位置まで移動するように、主軸２０とテーブル２８とを相対移動させる。また、制御装置１８は、この相対移動に応じた主軸２０に対するテーブル２８の位置（相対位置）を示す位置情報を３次元形状生成装置１４に出力する。

制御装置１８は、所定の終了位置まで相対移動させ終わると、３次元形状生成装置１４から、加工前の３次元形状の生成の成否を示す信号を受けるまで待機する。ここで、制御装置１８は、３次元形状生成装置１４から失敗信号を受けた場合、再び所定の開始位置から所定の終了位置まで主軸２０とテーブル２８とを相対移動させるとともに、位置情報を３次元形状生成装置１４に出力する。

一方、制御装置１８は、３次元形状生成装置１４から成功信号を受けた場合、加工モードに移行する。制御装置１８は、加工モードでは、Ｘ軸用のモータ、Ｙ軸用のモータおよびＺ軸用のモータを個別に制御することで、主軸２０に取り付けられた工具２２でテーブル２８に支持された加工対象物を指定形状に加工するように、主軸２０とテーブル２８とを相対移動させる。

制御装置１８は、加工対象物の加工が終了すると、加工後モードに移行する。制御装置１８は、加工後モードでは、Ｘ軸用のモータ、Ｙ軸用のモータおよびＺ軸用のモータを個別に制御することで、加工前モードと同じ開始位置から終了位置まで、主軸２０とテーブル２８とを相対移動させる。また、制御装置１８は、この相対移動に応じた位置情報を３次元形状生成装置１４に出力する。

制御装置１８は、所定の終了位置まで相対移動させ終わると、３次元形状生成装置１４から、加工後の３次元形状の生成の成否を示す信号を受けるまで待機する。ここで、制御装置１８は、３次元形状生成装置１４から失敗信号を受けた場合、再び所定の開始位置から所定の終了位置まで主軸２０とテーブル２８とを相対移動させるとともに、位置情報を３次元形状生成装置１４に出力する。

一方、制御装置１８は、３次元形状生成装置１４から成功信号を受けた場合、主軸２０とテーブル２８とを相対移動させて、当該主軸２０およびテーブル２８を初期位置に戻す。なお、制御装置１８は、加工後モードを終了するまでに、３次元形状生成装置１４から異常信号を受けた場合には、その異常信号を受けたときに実行していたモードを終了し、主軸２０およびテーブル２８を初期位置に戻す。

３次元形状生成装置１４は、３次元形状生成モードおよび推定モードとを有する。３次元形状生成装置１４は、３次元形状生成モードでは、加工対象物を加工する前に制御装置１８から供給される位置情報と、カメラ５０の撮像結果とに基づいて３次元形状（以下、加工前形状と称する）を生成し、生成した加工前形状を記憶保持する。

また、３次元形状生成装置１４は、３次元形状生成モードでは、加工対象物を加工した後に制御装置１８から供給される位置情報と、カメラ５０の撮像結果とに基づいて３次元形状（以下、加工後形状と称する）を生成し、生成した加工後形状を記憶保持する。

３次元形状生成装置１４は、推定モードでは、加工前形状と、加工後形状とに基づいて、カメラ５０で撮像された被写体の状態を推定し、推定した状態を報知させる。

図２は、３次元形状生成装置１４の構成を示すブロック図である。３次元形状生成装置１４は、画像取得部６０、形状生成部６２、記憶部６４、形状比較部６６、状態推定部６８および報知部７０を有する。

この３次元形状生成装置１４では、３次元形状生成モードのときには画像取得部６０および形状生成部６２が動作し、推定モードのときには形状比較部６６、状態推定部６８および報知部７０が動作する。

画像取得部６０は、加工前または加工後に制御装置１８から供給される位置情報に基づいて、カメラ５０から画像を取得する。図３は、画像取得の様子を示す概念図である。なお、簡単にするため、図３は、主軸２０に対してテーブル２８をＸ−Ｙ方向（水平方向）に沿って相対移動させた場合を示している。

画像取得部６０は、制御装置１８から位置情報を受けた場合、その位置情報に基づいて、主軸２０に対するテーブル２８の位置（相対位置）が第１の相対位置にあるときにカメラ５０から第１の画像を取得する（図３の破線参照）。

また、画像取得部６０は、位置情報に基づいて、主軸２０に対するテーブル２８の位置（相対位置）が第１の相対位置とは異なる第２の相対位置にあるときにカメラ５０から第２の画像を取得する（図３の実線参照）。画像取得部６０は、第１の画像および第２の画像を取得すると、取得した第１の画像および第２の画像と、第１の相対位置および第２の相対位置とを形状生成部６２に出力する。なお、第１の相対位置および第２の相対位置は、加工前と加工後とでは同じ相対位置である。

形状生成部６２は、主軸２０側における少なくとも１つの被写体の３次元形状を生成する。この被写体は、少なくとも工具２２を含み、当該工具２２の他に、例えば、工具ホルダ３２、主軸２０、クーラントノズル３７および主軸頭２４を含む。

具体的に形状生成部６２は、画像取得部６０から第１の画像および第２の画像と、第１の相対位置および第２の相対位置とを受けた場合、被写体の３次元形状を生成する。

すなわち、形状生成部６２は、第１の相対位置および第２の相対位置との間における第１の相対距離Ｄ（図３参照）を求める。この第１の相対距離Ｄは、第１の相対位置から第２の相対位置まで主軸２０に対してテーブル２８を相対移動させた移動距離（移動量）ではなく、当該第１の相対位置と第２の相対位置との間の最短の距離である。

また、形状生成部６２は、第１の画像および第２の画像の一方に含まれる被写体の少なくとも輪郭上の複数の点を特徴点として決定し、決定した特徴点に対応する対応特徴点を、第１の画像および第２の画像の他方から検出する。

形状生成部６２は、第１の相対距離Ｄ、複数の特徴点および対応特徴点を取得すると、これら第１の相対距離Ｄ、複数の特徴点および対応特徴点に基づいて、３次元形状（加工前形状または加工後形状）を生成する。なお、具体的な生成手法については、周知の手法を用いることができる。

ここで、形状生成部６２は、３次元形状（加工前形状または加工後形状）の生成を成功した場合は成功信号を生成し、生成した成功信号を制御装置１８に出力する。また、形状生成部６２は、３次元形状（加工前形状または加工後形状）の生成を成功した場合は、その成功した３次元形状（加工前形状または加工後形状）を記憶部６４に記憶する。

これに対し、形状生成部６２は、３次元形状（加工前形状または加工後形状）の生成を失敗した場合は失敗信号を生成し、生成した失敗信号を制御装置１８に出力する。また、形状生成部６２は、３次元形状（加工前形状または加工後形状）の生成を失敗した場合は、３次元形状（加工前形状または加工後形状）の生成をリトライする。

すなわち、形状生成部６２は、第１の相対距離Ｄとは異なる相対距離である第２の相対距離Ｄ´に変更し、変更した第２の相対距離Ｄ´となる第１の画像および第２の画像を画像取得部６０に再取得させる。具体的には、３次元形状（加工前形状または加工後形状）の生成を失敗したときの第１の相対距離Ｄが増減され、その増減された第２の相対距離Ｄ´が画像取得部６０に通知される。画像取得部６０では、カメラ５０から第１の画像を取得したときの第１の相対位置と、カメラ５０から第２の画像を取得したときの第２の相対位置との間における相対距離が、増減された第２の相対距離Ｄ´となるように、当該第１の画像および第２の画像が再取得され、形状生成部６２に出力される。

形状生成部６２は、画像取得部６０で再取得された第１の画像および第２の画像を受けると、その第１の画像および第２の画像と、変更した第２の相対距離Ｄ´とに基づいて、加工前形状の生成をリトライする。形状生成部６２は、所定の回数だけ３次元形状（加工前形状または加工後形状）の生成をリトライしても、当該３次元形状の生成を成功しなかった場合は、異常信号を生成し、生成した異常信号を制御装置１８および報知部７０に出力する。

形状比較部６６は、記憶部６４に記憶された加工前形状と加工後形状とを読み出して比較し、比較結果を状態推定部６８に出力する。状態推定部６８は、形状比較部６６の比較結果に基づいて、加工後形状の状態を推定する。

図４は、３次元形状の比較結果を例示する概念図である。工具２２の形状が加工前形状と加工後形状とで異なっている場合、その異なる部位２２ａが加工前形状と加工後形状との比較結果（差分）として抽出される。

すなわち、状態推定部６８は、工具２２の加工後形状において工具２２の加工前形状にはなかった部位２２ａが現れている場合は、工具２２に切削屑が付着していると推定する。また、状態推定部６８は、工具２２の加工後形状において工具２２の加工前形状にあった部位２２ａが消失している場合は、工具２２が削れていると推定する。状態推定部６８は、加工後形状の状態を推定すると、推定した状態を報知すべきことを示す報知信号を生成し、生成した報知信号を報知部７０に出力する。

報知部７０は、状態推定部６８における推定結果を報知する。具体的に報知部７０は、例えば、加工前形状および加工後形状との双方と、当該加工前形状と加工後形状との比較結果（差分）とを表示器に表示するとともに、状態推定部６８における推定結果を表示する。

また、報知部７０は、形状生成部６２から異常信号を受けた場合には、３次元形状を生成できなかった旨を報知する。具体的に報知部７０は、例えば、３次元形状を生成できなかった旨を表示器に表示する。

なお、報知部７０は、表示器を有していてもよく、外部に設けられる表示器を制御するようにしてもよい。また、報知部７０は、表示器に表示する報知手法とともに他の報知手法を用いて報知するようにしてもよい。

次に、工作システム１０の３次元形状生成処理手順について説明する。図５は、工作システム１０の３次元形状生成処理手順を示すフローチャートである。制御装置１８は、加工指令を受けると、ステップＳ１に進む。ステップＳ１において、制御装置１８は、加工前モードを実行して主軸２０およびテーブル２８を相対移動させ、その相対移動に応じた位置情報を３次元形状生成装置１４に出力する。制御装置１８は、加工前モードを終了するとステップＳ２に進んで、３次元形状生成装置１４から供給される信号を受けるまで待機する。

３次元形状生成装置１４は、制御装置１８から位置情報を受けると、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１において、３次元形状生成装置１４は、加工前形状生成処理を実行する。

ここで、３次元形状生成装置１４は、加工前形状の生成を失敗した場合は、失敗信号を生成して制御装置１８に出力する。制御装置１８は、失敗信号を受けると、ステップＳ１に戻って、再び加工前モードを実行して位置情報を３次元形状生成装置１４に出力する。３次元形状生成装置１４は、位置情報を受けると、ステップＳ１１に戻って再び加工前形状生成処理を実行することで３次元形状の生成をリトライする。

一方、３次元形状生成装置１４は、所定の回数だけ加工前形状の生成をリトライしても、加工前形状の生成を成功できなかった場合は、異常信号を生成して制御装置１８に出力するとともに、３次元形状を生成できない旨を報知し、加工前形状生成処理を終了する。制御装置１８は、異常信号を受けると、主軸２０およびテーブル２８を初期位置に戻し、工作機械本体１６の制御を終了する。

他方、３次元形状生成装置１４は、加工前形状の生成を成功した場合は、成功した加工前形状を記憶部６４に記憶するとともに、成功信号を生成して制御装置１８に出力し、ステップＳ１２に進む。制御装置１８は、成功信号を受けると、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、制御装置１８は、加工モードを実行して主軸２０とテーブル２８とを相対移動させることで、加工対象物を指定形状に加工し、加工し終わると、ステップＳ４に進む。ステップＳ４において、制御装置１８は、加工後モードを実行して主軸２０およびテーブル２８を相対移動させ、その相対移動に応じた位置情報を３次元形状生成装置１４に出力する。制御装置１８は、加工後モードを終了するとステップＳ５に進んで、３次元形状生成装置１４から供給される信号を受けるまで待機する。

３次元形状生成装置１４は、制御装置１８から位置情報を受けると、加工後形状生成処理を実行する。

ここで、３次元形状生成装置１４は、加工後形状の生成を失敗した場合は、失敗信号を生成して制御装置１８に出力する。制御装置１８は、失敗信号を受けると、ステップＳ４に戻って、再び加工後モードを実行して位置情報を３次元形状生成装置１４に出力する。３次元形状生成装置１４は、位置情報を受けると、ステップＳ１２に戻って、位置情報に基づいて、再び加工後形状生成処理を実行することで加工後形状の生成をリトライする。

一方、３次元形状生成装置１４は、所定の回数だけ加工後形状の生成をリトライしても、加工後形状の生成を成功できなかった場合は、異常信号を生成して制御装置１８に出力するとともに、３次元形状を生成できない旨を報知し、加工後形状生成処理を終了する。制御装置１８は、異常信号を受けると、主軸２０およびテーブル２８を初期位置に戻し、工作機械本体１６の制御を終了する。

他方、３次元形状生成装置１４は、加工後形状の生成を成功した場合は、成功した加工後形状を記憶部６４に記憶するとともに、成功信号を生成して制御装置１８に出力し、加工後形状生成処理を終了する。制御装置１８は、成功信号を受けると、主軸２０およびテーブル２８を初期位置に戻し、工作機械本体１６の制御を終了する。

次に、上記の加工前形状生成処理を説明する。なお、上記の加工後形状生成処理は、これから説明する加工前形状生成処理と同様の処理内容であるため、省略する。図６は、加工前形状生成処理の処理手順を示すフローチャートである。

画像取得部６０は、制御装置１８から位置情報を受けると、ステップＳ２１に進む。ステップＳ２１おいて、画像取得部６０は、位置情報に基づいて、主軸２０に対するテーブル２８の相対位置が第１の相対位置にあるときの第１の画像と、当該相対位置が第２の相対位置にあるときの第２の画像とを取得し、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２において、形状生成部６２は、ステップＳ２１で取得された第１の画像および第２の画像と、第１の画像を取得したときの第１の相対位置と、第２の画像を取得したときの第２の相対位置との間の第１の相対距離Ｄに基づいて加工前形状を生成する。

ここで、形状生成部６２は、加工前形状の生成を成功した場合は、成功信号を生成して制御装置１８に出力し、ステップＳ１２（図５）に進む。これに対し、形状生成部６２は、加工前形状の生成を失敗した場合は、ステップＳ２３に進んで、リトライ数が所定回数を超えているか判断する。

ここで、形状生成部６２は、リトライ数が所定回数を超えていない場合は、失敗信号を生成して制御装置１８に出力し、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４において、形状生成部６２は、ステップＳ２１で第１の画像を取得したときの第１の相対位置と、ステップＳ２１で第２の画像を取得したときの第２の相対位置との第１の相対距離Ｄを第２の相対距離Ｄ´に変更し、ステップＳ２１に戻る。

一方、形状生成部６２は、リトライ数が所定回数を超えている場合は、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５において、形状生成部６２は、異常信号を生成して報知部７０に出力することで、加工前形状を生成できなかった旨を報知させた後、加工前形状生成処理を終了する。

次に、３次元形状生成装置１４の推定処理の手順について説明する。図７は、推定処理の処理手順を示すフローチャートである。３次元形状生成装置１４は、例えば、入力部から推定開始指令を受けたとき、あるいは、加工前形状と加工後形状とを記憶部６４に記憶したときに、ステップＳ３１に進む。

ステップＳ３１において、３次元形状生成装置１４は、記憶部６４に記憶された加工前形状および加工後形状を読み出し、読み出した加工前形状と加工後形状とを比較し、ステップＳ３２に進む。ステップＳ３２において、３次元形状生成装置１４は、ステップＳ３２での比較結果に基づいて、加工後形状の状態を推定し、ステップＳ３３に進んで、推定した状態を報知させた後、推定処理を終了する。

［変形例］
以上、本発明の一例として上記実施の形態が説明されたが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることはもちろんである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

なお、変更または改良を加えた形態の一部は変形例として以下に説明する。ただし、上記実施の形態において説明した構成と同等の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

＜変形例１＞
図８は、変形例１の工作システム１０Ａを示す概略図である。変形例１の工作システム１０Ａでは、上記実施の形態のカメラ５０に代えてカメラ５０Ａが設けられる。このカメラ５０Ａは、テーブル２８側を撮像するためのものであり、テーブル２８に対して主軸２０とともに相対移動するように設けられる。本実施の形態では、カメラ５０Ａは、主軸頭２４の側面側に設けられており、加工対象物、加工対象物をテーブル２８に固定する固定冶具、ロック溝３８およびテーブル２８等を被写体として撮像する。

また、変形例１の工作システム１０Ａの場合、上記実施の形態の３次元形状生成装置１４に代えて３次元形状生成装置１４Ａが設けられる。図９は、３次元形状生成装置１４Ａの構成を示すブロック図である。３次元形状生成装置１４Ａでは、上記実施の形態の形状生成部６２に代えて形状生成部６２Ａが設けられ、上記実施の形態の状態推定部６８に代えて状態推定部６８Ａが設けられる。

形状生成部６２Ａは、テーブル２８側における少なくとも１つの被写体の３次元形状を生成する。この被写体は、少なくとも加工対象物を含み、当該加工対象物の他に、例えば、固定冶具、ロック溝３８およびテーブル２８を含む。

この形状生成部６２Ａでは、上記のように３次元形状の生成対象が異なっているが、当該３次元形状の生成手法については上記実施の形態と同じであるため、その説明は省略する。

状態推定部６８Ａは、形状比較部６６の比較結果に基づいて、加工後形状の状態を推定する。図１０は、３次元形状の比較結果を例示する概念図である。加工対象物Ｗの形状が加工前形状と加工後形状とで異なっている場合、その異なる部位Ｗａが加工前形状と加工後形状との比較結果（差分）として抽出される。

すなわち、状態推定部６８Ａは、加工対象物Ｗの加工後形状において加工対象物Ｗの加工前形状にあった部位が消失している場合は、その消失している部位Ｗａが切削部位であると推定する。また、状態推定部６８Ａは、加工対象物Ｗの加工後形状において加工対象物Ｗの加工前形状にはなかった部位が現れている場合は、加工対象物Ｗに切削屑が付着していると推定する。状態推定部６８Ａは、加工後形状の状態を推定すると、推定した状態を報知すべきことを示す報知信号を生成し、生成した報知信号を報知部７０に出力する。

このように変形例１の工作システム１０Ａによれば、上記実施の形態の工作システム１０と同様に、３次元形状を精度よく簡易に生成することができる。

＜変形例２＞
上記実施の形態では、主軸２０側を撮像するためのカメラ５０がテーブル２８に設けられたが、当該主軸２０に対してテーブル２８とともに相対移動するものであれば、テーブル以外のものに設けられていてもよい。

同様に、変形例１では、テーブル２８側を撮像するためのカメラ５０Ａが主軸頭２４に設けられたが、当該テーブル２８に対して主軸２０とともに相対移動するものであれば、主軸頭２４以外のものであってもよい。

＜変形例３＞
上記実施の形態の工作機械１２の制御装置１８は、形状生成部６２で生成された加工前形状または加工後形状から取得される工具２２の工具長および工具径を用いて加工対象物を加工しなかったが、加工するようにしてもよい。

具体的に制御装置１８は、例えば、形状生成部６２で生成された工具２２の加工前形状または加工後形状から取得される工具２２の工具長および工具径に基づいて、主軸２０とテーブル２８とを相対移動させるためのパラメータを補正する。

このように工作機械１２は、形状生成部６２で生成された加工前形状または加工後形状から取得される工具２２の工具長および工具径を用いて加工対象物を加工することで、加工対象物の加工精度を向上させることができる。

なお、工具の工具長および工具径は、３次元形状に基づいて計算して取得することができる。工具の工具長および工具径の計算は、３次元形状生成装置１４で行ってもよく、工作機械１２（制御装置１８）で行ってもよい。

＜変形例４＞
図１１は、カメラレンズに加工液が付着している様子を示す図である。カメラ５０のカメラレンズに加工液が付着している場合、第１の相対位置にあるときの第１の画像ＩＭ１に含まれる加工液の被写体ＳＴ１と、第２の相対位置にあるときの第２の画像ＩＭ２に含まれる加工液の被写体ＳＴ２との位置は概ね同じとなる。

したがって、３次元形状生成装置１４は、第１の相対位置にあるときの第１の画像ＩＭ１と、第２の相対位置にあるときの第２の画像ＩＭ２との間で変化しない被写体ＳＴ１、ＳＴ２があった場合には、カメラ５０のカメラレンズの汚れと認識し、その旨を報知させるようにしてもよい。

なお、変形例１の３次元形状生成装置１４Ａも３次元形状生成装置１４と同様に、第１の画像と第２の画像との間で変化しない被写体があった場合には、カメラ５０Ａのカメラレンズの汚れと認識し、その旨を報知させるようにしてもよい。

＜変形例５＞
上記実施の形態の状態推定部６８は、加工前形状と加工後形状との比較結果（差分）として抽出された部位２２ａがある場合に、工具２２に切削屑が付着している、または、工具２２が削れていると推定した。

しかし、状態推定部６８は、加工前形状と加工後形状との比較結果として抽出された部位２２ａの大きさが所定の閾値以上である場合に、工具２２に切削屑が付着している、または、工具２２が削れていると推定するようにしてもよい。このようにすれば、工具２２に付着する切削屑や、工具２２の削れている箇所が加工に影響を及ぼすことのない程度の大きさである場合に、その旨を報知するといったことを防止することができる。

＜変形例６＞
上記変形例１の３次元形状生成装置１４Ａは、加工対象物Ｗの加工後形状において加工対象物Ｗの加工前形状にあった部位が消失している場合は、その消失している部位が切削部位であると推定して報知した。

しかし、３次元形状生成装置１４Ａは、推定した切削部位の形状と、予め切削部位として指定されている指定形状と類似度を報知させるようにしてもよい。このようにすれば、工作機械１２のメンテナンスや工具２２の取り換える機会をオペレータに与えることができる。

＜変形例７＞
上記実施の形態では、制御装置１８によって所定の開始位置から所定の終了位置に主軸２０とテーブル２８とが相対移動されるまでの間に、画像取得部６０が任意に第１の画像と第２の画像とを取得した。しかし、画像取得部６０は、所定の開始位置にあるときの第１の画像と、所定の終了位置にあるときの第２の画像とを取得するようにしてもよい。このようにする場合、形状生成部６２が３次元形状（加工前形状または加工後形状）をリトライするときには、制御装置１８が第１の相対距離Ｄとは異なる第２の相対距離Ｄ´となるように、所定の開始位置および所定の終了位置の少なくとも一方を変更すればよい。

＜変形例８＞
図１２は、変形例７の工作システム１０Ｂを示す図である。変形例７の工作システム１０Ｂは、複数の工作機械１２を備える点で、上記実施の形態の工作システム１０とは異なる。また、変形例７の工作システム１０Ｂは、３次元形状生成装置１４に代えて、各々の工作機械１２の一部の３次元形状を生成する３次元形状生成装置１４Ｂを備える点で、上記実施の形態の工作システム１０とは異なる。

このように３次元形状生成装置１４Ｂは、各々の工作機械１２の一部の３次元形状を生成することで、各々の工作機械１２の状態や傾向等を管理することができる。

＜変形例９＞
上記実施の形態では、３次元形状生成装置１４が制御装置１８とは異なる装置であったが、制御装置１８であってもよい。つまり、３次元形状生成装置１４の画像取得部６０、形状生成部６２、形状比較部６６、状態推定部６８および報知部７０を制御装置１８が有していてもよい。このようにすれば、３次元形状生成装置１４の筐体等をなくすことができる分、小型化できる。

＜変形例１０＞
上記変形例１〜９を矛盾が生じない範囲で任意に組み合わせてもよい。

［技術的思想］
上記の実施の形態および変形例から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。

工作システム（１０、１０Ａ、１０Ｂ）は、工作機械（１２）と、工作機械（１２）の一部の３次元形状を生成する３次元形状生成装置（１４、１４Ａ、１４Ｂ）とを備えるものである。
工作機械（１２）は、工具（２２）が取り付けられる主軸（２０）と、加工対象物を支持するテーブル（２８）と、主軸（２０）とテーブル（２８）とを移動させるための移動機構を駆動するモータと、主軸（２０）側を撮像するため主軸（２０）に対してテーブル（２８）とともに相対移動するように設けられ、または、テーブル（２８）側を撮像するためテーブル（２８）に対して主軸とともに相対移動するように設けられたカメラ（５０、５０Ａ）と、を有する。
３次元形状生成装置（１４、１４Ａ、１４Ｂ）は、主軸（２０）に対するテーブル（２８）の位置である相対位置が第１の相対位置のときにカメラ（５０、５０Ａ）から第１の画像を取得し、相対位置が第１の相対位置とは異なる第２の相対位置のときにカメラ（５０、５０Ａ）から第２の画像を取得する画像取得部（６０）と、第１の画像と、第２の画像と、第１の相対位置と第２の相対位置との間における第１の相対距離（Ｄ）とに基づいて、少なくとも１つの被写体の３次元形状を生成する形状生成部（６２、６２Ａ）と、を有する。

主軸（２０）に対してテーブル（２８）とともに相対移動するカメラ（５０）、または、テーブル（２８）に対して主軸（２０）とともに相対移動するように設けられたカメラ（５０Ａ）が用いられるため、当該相対移動しないカメラを用いる場合に比べて被写体の３次元形状を精度よく生成することができる。また、２つのカメラを用いて被写体の３次元形状を生成する場合に比べて簡易に３次元形状を生成することができる。

３次元形状生成装置（１４、１４Ａ、１４Ｂ）は、加工対象物を加工する前に形状生成部（６２、６２Ａ）で生成された３次元形状である加工前形状と、加工対象物を加工した後に形状生成部（６２、６２Ａ）で生成された３次元形状である加工後形状とを比較する形状比較部（６６）と、形状比較部（６６）の比較結果に基づいて、加工後の被写体の状態を推定する状態推定部（６８、６８Ａ）と、状態推定部（６８、６８Ａ）で推定された状態を報知する報知部（７０）と、を備えるようにしてもよい。このようにすれば、加工後の被写体の状態を通じて工作機械（１２）の状態等をオペレータに知らせることができる。

カメラ（５０）は、主軸（２０）側を撮像するため主軸（２０）に対してテーブル（２８）とともに相対移動するように設けられたものであり、形状生成部（６２）は、少なくとも工具（２２）の３次元形状を生成し、状態推定部（６８）は、工具（２２）の加工後形状において工具（２２）の加工前形状にはなかった部位（２２ａ）が現れている場合は、工具（２２）に切削屑が付着していると推定し、工具（２２）の加工後形状において工具（２２）の加工前形状にあった部位（２２ａ）が消失している場合は、工具（２２）が削れていると推定するようにしてもよい。このようにすれば、工具（２２）の交換の機会を与えることができ、また工作機械（１２）の状態等を知らせることができる。

カメラ（５０Ａ）は、テーブル（２８）側を撮像するためテーブル（２８）に対して主軸（２０）とともに相対移動するように設けられたものであり、形状生成部（６２Ａ）は、少なくとも加工対象物の３次元形状を生成し、状態推定部（６８Ａ）は、加工対象物の加工後形状において加工対象物の加工前形状にはなかった部位が現れている場合は、加工対象物に切削屑が付着していると推定し、加工対象物の加工後形状において加工対象物の加工前形状にあった部位が消失している場合は、その消失している部位が切削部位であると推定するようにしてもよい。このようにすれば、加工対象物の状態を通じて工作機械（１２）の状態等を知らせることができる。

カメラ（５０）は、主軸（２０）側を撮像するため主軸（２０）に対してテーブル（２８）とともに相対移動するように設けられたものであり、形状生成部（６２）は、少なくとも工具（２２）の３次元形状を生成し、工作機械（１２）は、形状生成部（６２）で生成された工具（２２）の３次元形状から取得される工具（２２）の工具長および工具径を用いて、加工対象物を加工するようにしてもよい。このようにすれば、加工対象物の加工精度を向上させることができる。

形状生成部（６２、６２Ａ）は、３次元形状を生成できなかった場合は、第１の相対距離（Ｄ）とは異なる第２の相対距離（Ｄ´）と、第２の相対距離（Ｄ´）となる第１の相対位置および第２の相対位置のときに画像取得部（６０）で取得された第１の画像および第２の画像とに基づいて、３次元形状の生成をリトライするようにしてもよい。このようにすれば、一時的なエラー等により３次元形状を生成できなくても、そのエラー等の解消後に３次元形状を生成することができる。

工作システム（１０Ｂ）は、複数の工作機械（１２）を有し、３次元形状生成装置（１４Ｂ）は、各々の工作機械（１２）の一部の３次元形状を生成するようにしてもよい。このようにすれば、各々の工作機械（１２）の状態や傾向等を管理することができる。

３次元形状生成装置（１４、１４Ａ）は、工作機械（１２）の制御装置（１８）であってもよい。このようにすれば、３次元形状生成装置（１４、１４Ａ）の筐体等をなくすことができる分、小型化できる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ…工作システム １２…工作機械
１４、１４Ａ、１４Ｂ…３次元形状生成装置 １６…工作機械本体
１８…制御装置 ２０…主軸
２２…工具 ２４…主軸頭
２６…コラム ２８…テーブル
３０…テーブル駆動部 ５０…カメラ
６０…画像取得部 ６２…形状生成部
６４…記憶部 ６６…形状比較部
６８…状態推定部 ７０…報知部

Claims (7)

1. 工作機械と、前記工作機械の一部の３次元形状を生成する３次元形状生成装置とを備える工作システムであって、
   前記工作機械は、
   工具が取り付けられる主軸と、
   加工対象物を支持するテーブルと、
   前記主軸と前記テーブルとを移動させるための移動機構を駆動するモータと、
   前記主軸側を撮像するため前記主軸に対して前記テーブルとともに相対移動するように設けられたカメラと、
   を有し、
   前記３次元形状生成装置は、
   前記主軸に対する前記テーブルの位置である相対位置が第１の相対位置のときに前記カメラから第１の画像を取得し、前記相対位置が前記第１の相対位置とは異なる第２の相対位置のときに前記カメラから第２の画像を取得する画像取得部と、
   前記第１の画像と、前記第２の画像と、前記第１の相対位置と前記第２の相対位置との間における第１の相対距離とに基づいて、少なくとも前記工具の３次元形状を生成する形状生成部と、
   を有し、
   前記工作機械は、
   前記形状生成部で生成された前記工具の３次元形状から取得される前記工具の工具長および工具径を用いて、前記加工対象物を加工する、工作システム。
2. 請求項１に記載の工作システムであって、
   前記３次元形状生成装置は、
   前記加工対象物を加工する前に前記形状生成部で生成された前記３次元形状である加工前形状と、前記加工対象物を加工した後に前記形状生成部で生成された前記３次元形状である加工後形状とを比較する形状比較部と、
   前記形状比較部の比較結果に基づいて、加工後の前記工具の状態を推定する状態推定部と、
   前記状態推定部で推定された状態を報知する報知部と、
   を備える、工作システム。
3. 工作機械と、前記工作機械の一部の３次元形状を生成する３次元形状生成装置とを備える工作システムであって、
   前記工作機械は、
   工具が取り付けられる主軸と、
   加工対象物を支持するテーブルと、
   前記主軸と前記テーブルとを移動させるための移動機構を駆動するモータと、
   前記主軸側を撮像するため前記主軸に対して前記テーブルとともに相対移動するように設けられたカメラと、
   を有し、
   前記３次元形状生成装置は、
   前記主軸に対する前記テーブルの位置である相対位置が第１の相対位置のときに前記カメラから第１の画像を取得し、前記相対位置が前記第１の相対位置とは異なる第２の相対位置のときに前記カメラから第２の画像を取得する画像取得部と、
   前記第１の画像と、前記第２の画像と、前記第１の相対位置と前記第２の相対位置との間における第１の相対距離とに基づいて、少なくとも前記工具の３次元形状を生成する形状生成部と、
   前記加工対象物を加工する前に前記形状生成部で生成された前記３次元形状である加工前形状と、前記加工対象物を加工した後に前記形状生成部で生成された前記３次元形状である加工後形状とを比較する形状比較部と、
   前記形状比較部の比較結果に基づいて、加工後の前記工具の状態を推定する状態推定部と、
   前記状態推定部で推定された状態を報知する報知部と、
   を有し、
   前記状態推定部は、前記工具の前記加工後形状において前記工具の前記加工前形状にはなかった部位が現れている場合は、前記工具に切削屑が付着していると推定し、前記工具の前記加工後形状において前記工具の前記加工前形状にあった部位が消失している場合は、前記工具が削れていると推定する、工作システム。
4. 工作機械と、前記工作機械の一部の３次元形状を生成する３次元形状生成装置とを備える工作システムであって、
   前記工作機械は、
   工具が取り付けられる主軸と、
   加工対象物を支持するテーブルと、
   前記主軸と前記テーブルとを移動させるための移動機構を駆動するモータと、
   前記テーブル側を撮像するため前記テーブルに対して前記主軸とともに相対移動するように設けられたカメラと、
   を有し、
   前記３次元形状生成装置は、
   前記主軸に対する前記テーブルの位置である相対位置が第１の相対位置のときに前記カメラから第１の画像を取得し、前記相対位置が前記第１の相対位置とは異なる第２の相対位置のときに前記カメラから第２の画像を取得する画像取得部と、
   前記第１の画像と、前記第２の画像と、前記第１の相対位置と前記第２の相対位置との間における第１の相対距離とに基づいて、少なくとも前記加工対象物の３次元形状を生成する形状生成部と、
   前記加工対象物を加工する前に前記形状生成部で生成された前記３次元形状である加工前形状と、前記加工対象物を加工した後に前記形状生成部で生成された前記３次元形状である加工後形状とを比較する形状比較部と、
   前記形状比較部の比較結果に基づいて、加工後の前記加工対象物の状態を推定する状態推定部と、
   前記状態推定部で推定された状態を報知する報知部と、
   を有し、
   前記状態推定部は、前記加工対象物の前記加工後形状において前記加工対象物の前記加工前形状にはなかった部位が現れている場合は、前記加工対象物に切削屑が付着していると推定し、前記加工対象物の前記加工後形状において前記加工対象物の前記加工前形状にあった部位が消失している場合は、その消失している部位が切削部位であると推定する、工作システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作システムであって、
   前記形状生成部は、前記３次元形状を生成できなかった場合は、前記第１の相対距離とは異なる第２の相対距離と、前記第２の相対距離となる前記第１の相対位置および前記第２の相対位置のときに前記画像取得部で取得された前記第１の画像および前記第２の画像とに基づいて、前記３次元形状の生成をリトライする、工作システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作システムであって、
   前記工作システムは、複数の前記工作機械を有し、
   前記３次元形状生成装置は、各々の前記工作機械の一部の３次元形状を生成する、工作システム。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作システムであって、
   前記３次元形状生成装置は、前記工作機械の制御装置である、工作システム。

Images