JP6900561B1 - 工作機械、情報処理方法、および情報処理プログラム - Google Patents

工作機械、情報処理方法、および情報処理プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】工具の摩耗部分をより正確に特定するための技術を提供する。【解決手段】工作機械は、工具134を装着することが可能な主軸と、主軸に装着されている工具134を撮影するためのカメラと、工作機械を制御するための制御部とを備える。制御部は、カメラから、工具134を表わす第1画像IM1を取得する処理と、工作機械によるワークの加工条件と、予め設定されている範囲情報との少なくとも一方に基づいて、第1画像IM1内において、工具の摩耗部分R1を表わす範囲を特定する処理とを実行する。【選択図】図6

Description

本開示は、工作機械で用いられる工具の摩耗部分を特定するための技術に関する。
工作機械内の工具の摩耗が進むと様々な問題が生じる。たとえば、所望の加工精度が得られなかったり、工具が破損したりする。これらの問題に対処するために、工具の摩耗の度合いを推定するための技術が開発されている。当該技術に関し、特開2017−49656号公報(特許文献1)は、工具の画像を用いて工具の摩耗の度合いを推定することが可能な工作機械を開示している。
特開2017−49656号公報
工具の摩耗の度合いの推定精度を改善するためには、画像に写る工具の摩耗箇所を正確に特定することが重要である。また、画像に写る工具の摩耗箇所を正確に特定することができれば、工具の摩耗箇所を拡大して作業者に提示することもできる。したがって、工具の摩耗部分をより正確に特定するための技術が望まれている。特許文献1に開示される技術は、工具の摩耗箇所を特定するためのものではない。
本開示の一例では、工作機械は、工具を装着することが可能な主軸と、上記主軸に装着されている工具を撮影するためのカメラと、上記工作機械を制御するための制御部とを備える。上記制御部は、上記カメラから、上記工具を表わす第1画像を取得する処理と、上記工作機械によるワークの加工条件と、予め設定されている範囲情報との少なくとも一方に基づいて、上記第1画像内において、上記工具の摩耗部分を表わす範囲を特定する処理とを実行する。
本開示の一例では、上記工作機械は、さらに、表示部を備える。上記制御部は、上記第1画像から、上記摩耗部分を表わす部分画像を切り取る処理と、上記部分画像を上記表示部に表示する処理とを実行する。
本開示の一例では、上記制御部は、さらに、上記部分画像に加えて、上記第1画像を上記表示部に表示する処理を含む。
本開示の一例では、上記制御部は、さらに、上記第1画像を取得した後に、上記カメラから、上記工具を表わす第2画像を新たに取得する処理と、上記第1画像について特定された上記範囲を、上記第2画像内における上記工具の摩耗部分を表わす範囲として特定する処理とを含む。
本開示の一例では、上記工作機械は、さらに、上記主軸を回転駆動するための回転駆動部と、上記主軸の位置を変化させるための位置駆動部とを備える。上記制御部は、上記位置駆動部を制御して予め定められた位置に上記主軸を駆動することで、上記カメラの視野に上記工具を含める処理と、上記主軸が上記予め定められた位置にあるときに上記回転駆動部を制御して予め定められた第1角度に上記主軸を回転駆動し、上記カメラから上記第1画像を取得する処理と、上記主軸が上記予め定められた位置にあるときに上記回転駆動部を制御して予め定められた第2角度に上記主軸を回転駆動し、上記カメラから上記第2画像を取得する処理とを実行する。
本開示の一例では、上記工作機械は、さらに、上記主軸を回転駆動するための回転駆動部と、上記主軸の位置を変化させるための位置駆動部とを備える。上記加工条件は、上記主軸の軸方向における、上記工具による上記ワークの切込み幅と、上記主軸の進行方向と上記軸方向との両方に直交する方向における、上記工具による上記ワークの切込み幅との少なくとも一方を含む。
本開示の一例では、上記制御部は、上記第1画像に基づいて特定された上記範囲に向けて、上記カメラの画角を現在よりも小さくする処理を実行する。
本開示の他の例では、工作機械における情報処理方法が提供される。上記工作機械は、工具を装着することが可能な主軸と、上記主軸に装着されている工具を撮影するためのカメラとを備える。上記情報処理方法は、上記カメラから、上記工具を表わす画像を取得するステップと、上記工作機械によるワークの加工条件と、予め設定されている範囲情報との少なくとも一方に基づいて、上記画像内において、上記工具の摩耗部分を表わす範囲を特定するステップとを備える。
本開示の他の例では、工作機械における情報処理プログラムが提供される。上記工作機械は、工具を装着することが可能な主軸と、上記主軸に装着されている工具を撮影するためのカメラとを備える。上記情報処理プログラムは、上記工作機械に、上記カメラから、上記工具を表わす画像を取得するステップと、上記工作機械によるワークの加工条件と、予め設定されている範囲情報との少なくとも一方に基づいて、上記画像内において、上記工具の摩耗部分を表わす範囲を特定するステップとを実行させる。
本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
工作機械の外観を示す図である。 工作機械における駆動機構の構成例を示す図である。 工作機械の機能構成の一例を示す図である。 工作機械の撮影機構の一例を示す図である。 工具によるワークの切削態様の一例を示す図である。 工具画像から部分画像を切り取る過程を示す図である。 切り取られた部分画像の表示例を示す図である。 操作盤のハードウェア構成の一例を示す図である。 CNC(Computerized Numerical Control)ユニットのハードウェア構成の一例を示す図である。 情報処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 工具画像から摩耗部分を特定する処理の流れを示すフローチャートである。 工具画像から特定した摩耗部分を他の工具画像に流用している様子を示す図である。 変形例2に従う工作機械の機能構成の一例を示す図である。 ユーザインタフェースの一例である設定画面を示す図である。 変形例3に従う工作機械の機能構成の一例を示す図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下で説明される各実施の形態および各変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。
<A.工作機械100の構成>
まず、図1を参照して、工作機械100の構成について説明する。図1は、工作機械100の外観を示す図である。
工作機械100は、ワークの加工機である。一例として、工作機械100は、ワークの除去加工(SM(Subtractive manufacturing)加工)を行う工作機械である。あるいは、工作機械100は、ワークの付加加工(AM(Additive manufacturing)加工)を行う工作機械であってもよい。また、工作機械100は、立形のマシニングセンタや横形のマシニングセンタやターニングセンタであってもよい。あるいは、工作機械100は、旋盤であってもよいし、その他の切削機械や研削機械であってもよい。さらに、工作機械は、これらを複合した複合機であってもよい。
工作機械100には、操作盤20が設けられている。操作盤20は、加工に関する各種情報を表示するためのディスプレイ205と、工作機械100に対する各種操作を受け付ける操作キー206とを含む。
工作機械100は、加工エリアAR1と、工具エリアAR2とを有する。加工エリアAR1および工具エリアAR2のそれぞれは、カバーによって区画化されている。加工エリアAR1には、主軸頭130が設けられている。工具エリアAR2には、ATC160と、マガジン170とが設けられている。マガジン170は、ワークの加工に用いられる種々の工具を収納する。マガジン170に収納されている工具は、加工エリアAR1と工具エリアAR2との間の仕切に設けられているドアDを介して主軸頭130に取り付けられる。ドアDは、スライド式のドアであり、モータなどの駆動源により開閉される。
<B.工作機械100の駆動機構>
次に、図2を参照して、工作機械100における各種の駆動機構について説明する。図2は、工作機械100における駆動機構の構成例を示す図である。
図2に示されるように、工作機械100は、制御部50と、位置駆動部110Bと、回転駆動部110Aと、主軸頭130と、撮影部140とを含む。
本明細書でいう「制御部50」とは、工作機械100を制御する装置を意味する。制御部50の装置構成は、任意である。制御部50は、単体の制御ユニットで構成されてもよいし、複数の制御ユニットで構成されてもよい。図2の例では、制御部50は、操作盤20と、CNCユニット30と、情報処理装置40とで構成されている。
操作盤20およびCNCユニット30は、たとえば、通信経路NW1(たとえば、無線LAN、有線LAN、フィールドネットワークなど)を介して互いに通信を行う。CNCユニット30および情報処理装置40は、たとえば、通信経路NW2(たとえば、無線LAN、有線LAN、フィールドネットワークなど)を介して互いに通信を行う。
CNCユニット30は、加工開始指令を受けたことに基づいて、予め設計されている加工プログラムの実行を開始する。当該加工プログラムは、たとえば、NC(Numerical Control)プログラムで記述されている。CNCユニット30は、当該加工プログラムに従って、回転駆動部110Aおよび位置駆動部110Bを制御し、主軸頭130を駆動する。
情報処理装置40は、汎用のコンピュータである。一例として、情報処理装置40は、デスクトップ型のコンピュータであってもよいし、ノート型のコンピュータであってもよいし、タブレット端末であってもよい。情報処理装置40には、画像処理プログラムがインストールされており、撮影部140から取得した画像に対して種々の画像処理を実行する。
主軸頭130は、主軸筒131と、主軸132とを含む。主軸132は、主軸筒131により回転可能に支持されている。主軸132にはマガジン170から選択された一の工具134が装着される。工具134は、主軸132と連動して回転する。
回転駆動部110Aは、主軸132の角度を変えるための駆動機構である。一例として、回転駆動部110Aは、X軸方向を回転軸中心とした回転方向(A軸)、Y軸方向を回転軸中心とした回転方向(B軸)、および、Z軸方向を回転軸中心とした回転方向(C軸)の少なくとも1つの角度を調整する。回転駆動部110Aの装置構成は、任意である。回転駆動部110Aは、単体の駆動ユニットで構成されてもよいし、複数の駆動ユニットで構成されてもよい。図2の例では、回転駆動部110Aは、サーボドライバ111B、111Cで構成されている。
位置駆動部110Bは、主軸132の位置を変えるための駆動機構である。一例として、位置駆動部110Bは、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の少なくとも1つの位置を調整する。位置駆動部110Bの装置構成は、任意である。位置駆動部110Bは、単体の駆動ユニットで構成されてもよいし、複数の駆動ユニットで構成されてもよい。図2の例では、位置駆動部110Bは、サーボドライバ111X〜111Zで構成されている。
サーボドライバ111Bは、CNCユニット30から目標回転速度の入力を逐次的に受け、B軸方向に主軸頭130を回転駆動するためのサーボモータ(図示しない)を制御する。
より具体的には、サーボドライバ111Bは、当該サーボモータの回転角度を検知するためのエンコーダ(図示しない)のフィードバック信号から当該サーボモータの実回転速度を算出し、当該実回転速度が目標回転速度よりも小さい場合には当該サーボモータの回転速度を上げ、当該実回転速度が目標回転速度よりも大きい場合には当該サーボモータの回転速度を下げる。このように、サーボドライバ111Bは、当該サーボモータの回転速度のフィードバックを逐次的に受けながら当該サーボモータの回転速度を目標回転速度に近付ける。これにより、サーボドライバ111Bは、B軸方向における主軸頭130の回転速度を調整する。
サーボドライバ111Cは、CNCユニット30から目標回転速度の入力を逐次的に受け、C軸方向に主軸132を回転駆動するためのサーボモータ(図示しない)を制御する。
より具体的には、サーボドライバ111Cは、当該サーボモータの回転角度を検知するためのエンコーダ(図示しない)のフィードバック信号から当該サーボモータの実回転速度を算出し、当該実回転速度が目標回転速度よりも小さい場合には当該サーボモータの回転速度を上げ、当該実回転速度が目標回転速度よりも大きい場合には当該サーボモータの回転速度を下げる。このように、サーボドライバ111Cは、当該サーボモータの回転速度のフィードバックを逐次的に受けながら当該サーボモータの回転速度を目標回転速度に近付ける。これにより、サーボドライバ111Cは、C軸方向における主軸132の回転速度を調整する。
サーボドライバ111Xは、CNCユニット30から目標位置の入力を逐次的に受け、サーボモータ(図示しない)を制御する。当該サーボモータは、主軸頭130が取り付けられている移動体をボールネジ(図示しない)を介して送り駆動し、X軸方向の任意の位置に主軸頭130を移動する。サーボドライバ111Xによる当該サーボモータの制御方法は、サーボドライバ111B、111Cと同様であるので、その説明については繰り返さない。
サーボドライバ111Yは、CNCユニット30から目標位置の入力を逐次的に受け、サーボモータ(図示しない)を制御する。当該サーボモータは、主軸頭130が取り付けられている移動体をボールネジ(図示しない)を介して送り駆動し、Y軸方向の任意の位置に主軸132を移動する。サーボドライバ111Yによる当該サーボモータの制御方法は、サーボドライバ111B、111Cと同様であるので、その説明については繰り返さない。
サーボドライバ111Zは、CNCユニット30から目標位置の入力を逐次的に受け、サーボモータ(図示しない)を制御する。当該サーボモータは、主軸頭130が取り付けられている移動体をボールネジ(図示しない)を介して送り駆動し、Z軸方向の任意の位置に主軸132を移動する。サーボドライバ111Zによる当該サーボモータの制御方法は、サーボドライバ111B、111Cと同様であるので、その説明については繰り返さない。
なお、上述では、回転駆動部110Aがサーボドライバで構成されている例について説明を行ったが、回転駆動部110Aは、その他のモータドライバで構成されてもよい。一例として、回転駆動部110Aは、ステッピングモータ用の1つ以上のモータドライバで構成されてもよい。同様に、位置駆動部110Bは、ステッピングモータ用の1つ以上のモータドライバで構成されてもよい。
<C.工作機械100の機能構成>
図3〜図7を参照して、工作機械100の機能構成について説明する。図3は、工作機械100の機能構成の一例を示す図である。
工作機械100は、機能構成として、主軸制御部52と、画像取得部54と、特定部56と、切り取り部58と、表示制御部60とを含む。以下では、これらの機能構成について順に説明する。
なお、各機能構成の配置は、任意である。一例として、図3に示される機能構成の全ては、上述の操作盤20(図2参照)に実装されてもよいし、上述のCNCユニット30(図2参照)に実装されてもよいし、上述の情報処理装置40(図2参照)に実装されてもよい。あるいは、図3に示される機能構成の一部が操作盤20に実装され、残りの機能構成の一部がCNCユニット30に実装され、残りの機能構成が情報処理装置40に実装されてもよい。あるいは、図3に示される機能構成の一部は、サーバーなどの外部装置に実装されてもよいし、専用のハードウェアに実装されてもよい。
(C1.主軸制御部52)
まず、図4を参照して、図3に示される主軸制御部52の機能について説明する。
主軸制御部52は、たとえば、CNCユニット30(図2参照)に実装される。主軸制御部52は、主軸頭130の駆動部110の制御を担う。駆動部110は、たとえば、回転駆動部110A(図2参照)と、位置駆動部110B(図2参照)とを含む。
図4は、工作機械100の撮影機構の一例を示す図である。図4の例では、主軸頭130が加工エリアAR1に設けられており、撮影部140および光源145,147が工具エリアAR2に設けられている。撮影部140は、カメラ141と、対物レンズ142とで構成されている。
光源145は、たとえば、リング照明であり、対物レンズ142を囲うように設置される。光源145は、カメラ141の撮影視野CR内にある物体に光を照射する。当該物体からの反射光は、対物レンズ142に入射する。これにより、工具134を表わす工具画像がカメラ141から得られる。
光源147は、対物レンズ142および光源145に対向するように設けられる。光源147は、カメラ141の撮影視野CR内にある物体に撮影方向の反対側から光を照射する。その結果、光源147から照射された光は、カメラ141の撮影視野CRに含まれる物体に遮られ、当該物体に遮られなかった光がカメラ141に入射する。これにより、影絵を表わす工具画像がカメラ141から得られる。
主軸制御部52は、工具134の交換指令を受け付けたことに基づいて、位置駆動部110Bを制御し、予め定められた位置に主軸頭130を移動する。主軸頭130が当該予め定められた位置に移動されることで、工具134がカメラ141の撮影視野CRに含まれる。このとき、カメラ141の撮影視野CRには、工具134のみが含まれていてもよいし、主軸132および工具134の両方が含まれていてもよい。
好ましくは、主軸制御部52は、さらに、回転駆動部110Aを制御することで予め定められた回転角度に主軸132を回転する。これにより、カメラ141は、予め定められた方向から工具134の表面を撮影する。
(C2.画像取得部54)
引き続き図4を参照して、図3に示される画像取得部54の機能について説明する。画像取得部54は、たとえば、情報処理装置40(図2参照)に実装される。
画像取得部54は、主軸制御部52による主軸頭130の駆動が完了したことに基づいて、カメラ141に撮影指示を出力する。これにより、画像取得部54は、工具134を写した工具画像IM1をカメラ141から取得する。
典型的には、画像取得部54は、光源145をオンにし、かつ光源147をオフにした状態でカメラ141に撮影指示を出力し、工具画像IM1を取得する。これにより、カメラ方向から工具を照らした状態で工具画像IM1が得られる。
あるいは、画像取得部54は、光源145をオフにし、かつ光源147をオンにした状態でカメラ141に撮影指示を出力し、工具134のシルエット画像を工具画像IM1として取得してもよい。
(C3.特定部56)
次に、図5および図6を参照して、図3に示される特定部56の機能について説明する。特定部56は、たとえば、情報処理装置40(図2参照)に実装される。
特定部56は、工作機械100によるワークの加工条件に基づいて、工具画像IM1(第1画像)内において、工具の摩耗部分を表わす範囲を特定する。ここで「加工条件」とは、工具の摩耗部分を特定することが可能な種々の加工パラメータを意味する。典型的には、当該加工パラメータは、ワークの加工時に工具がワークに接触する部分を特定することが可能な加工パラメータである。
図5を参照して、上記加工条件一例について説明する。図5は、工具134によるワークWの切削態様の一例を示す図である。
図5には、エンドミルとしての工具134が示されている。工具134は、その側面に複数の刃を有し、回転しながらワークWに接触することでワークWを切削する。より具体的には、工具134は、切込み幅Apの1段目の切削部分を切込み幅Aeごとに順次切削する。次に、工具134は、切込み幅Apの2段目の切削部分を切込み幅Aeごとに順次切削する。このような切削が繰り返されることで、ワークWは、任意の形状に切削される。
上記加工条件は、図5に示される切込み幅Ap,Aeの少なくとも一方を含む。切込み幅Apは、主軸132の軸方向における、工具134によるワークWの加工幅を表わす。切込み幅Aeは、主軸132の進行方向と当該軸方向との両方に直交する方向における、工具134によるワークWの加工幅を表わす。切込み幅Ap,Aeは、ワークWと工具134との接触部分に係る加工パラメータであるので、工具134の摩耗部分を特定するための指標となる。
切込み幅Ap,Aeは、たとえば、ワークWの加工プログラム内に規定されている。特定部56は、加工プログラムから切込み幅Ap,Aeを取得し、当該切込み幅Ap,Aeの少なくとも一方に基づいて、工具画像IM1内において、工具の摩耗部分を特定する。
図6を参照して、工具画像IM1から摩耗部分を特定する方法の一例について説明する。図6は、工具画像IM1から部分画像IM2を切り取る過程を示す図である。
まず、特定部56は、所定の画像処理を実行することで、工具画像IM1内から工具部分TRをサーチする。工具部分TRのサーチ処理には、既存の種々の画像処理が用いられる。一例として、工具部分TRは、学習済みモデルを用いて認識される。学習済みモデルは、学習用データセットを用いた学習処理により予め生成されている。学習用データセットは、工具が写っている複数の学習用画像を含む。各学習用画像には、工具が写っているか否かを示すラベル(あるいは、工具の種別を示すラベル)が関連付けられる。学習済みモデルの内部パラメータは、このような学習用データセットを用いた学習処理により予め最適化されている。
学習済みモデルを生成するための学習手法には、種々の機械学習アルゴリズムが採用され得る。一例として、当該機械学習アルゴリズムとして、ディープラーニング、コンボリューションニューラルネットワーク(CNN)、全層畳み込みニューラルネットワーク(FCN)、サポートベクターマシンなどが採用される。
特定部56は、所定の矩形領域を工具画像IM1上でずらしながら当該矩形領域内の部分画像を学習済モデルに順次入力する。その結果、当該学習済モデルは、入力された部分画像に工具が含まれている確率を出力する。特定部56は、当該確率が所定値を超えた部分画像の位置を工具部分TRとして認識する。
なお、工具部分TRのサーチ方法は、学習済モデルを用いた上述の方法に限定されず、ルールベースに基づく画像処理が採用されてもよい。一例として、特定部56は、基準の工具画像を予め保持しておき、当該基準の工具画像を工具画像IM1内で走査することで、工具画像IM1内の各領域について基準の工具画像との類似度を算出する。そして、特定部56は、当該類似度が所定値を超えた領域を工具部分TRとして認識する。
次に、特定部56は、認識した工具部分TRである先端部分EDから幅W1の範囲を摩耗部分R1として特定する。幅W1は、切込み幅Apに所定の倍率を乗算することで算出される。当該倍率は、カメラ141と主軸132(または工具134)との間の位置関係に基づいて決められる。
摩耗部分R1の幅W2の長さは、任意である。典型的には、幅W2の長さは、主軸132の軸方向の直交方向における、工具部分TRの幅以上である。
特定された摩耗部分R1は、たとえば、基準点の座標値と、幅W1と、幅W2とで規定される。当該基準点は、たとえば、摩耗部分R1の角点または摩耗部分R1の中心点である。特定された摩耗部分R1は、切り取り部58に出力される。
なお、上述では、切込み幅Apから摩耗部分R1を特定する例について説明を行ったが、摩耗部分R1は、切込み幅Aeから特定されてもよい。工具が不動であり、ワークが回転する場合には、切込み幅Ae,Apに当たる工具部分がワークと接触する。この場合には、特定部56は、切込み幅Aeまたは切込み幅Apから摩耗部分R1を特定できる。
(C4.切り取り部58)
引き続き図6を参照して、図3に示される切り取り部58の機能について説明する。切り取り部58は、たとえば、情報処理装置40(図2参照)に実装される。
切り取り部58は、上述の特定部56によって特定された摩耗部分R1に基づいて、工具画像IM1(第1画像)から部分画像IM2を切り取る。部分画像IM2は、工具画像IM1の一部分に相当する。部分画像IM2は、表示制御部60に出力される。
(C5.表示制御部60)
次に、図7を参照して、図3に示される表示制御部60の機能について説明する。図7は、切り取り部58によって切り取られた部分画像IMの表示例を示す図である。
表示制御部60は、たとえば、情報処理装置40(図2参照)に実装される。表示制御部60は、切り取り部58によって切り取られた部分画像IM2を情報処理装置40のディスプレイ407(表示部)に表示する。これにより、作業者は、工具の摩耗状態を詳細に確認することができ、工具交換が必要なのか否かなどを容易に判断することができる。
好ましくは、表示制御部60は、部分画像IM2に加えて、工具画像IM1をさらにディスプレイ407に表示する。好ましくは、部分画像IM2の表示サイズは、工具画像IM1の表示サイズよりも大きい。工具画像IM1および部分画像IM2の両方が表示されることで、作業者は、工具の摩耗部分の状態だけでなく、工具全体の状態も確認することができる。
好ましくは、表示制御部60は、摩耗部分R1を表わす範囲を工具画像IM1に重畳表示する。これにより、作業者は、工具全体のどの箇所が摩耗しているのかを一見して把握することができる。
なお、上述では、工具画像IM1および部分画像IM2の両方がディスプレイ407に表示されている例について説明を行ったが、工具画像IM1は、必ずしも表示されなくてもよい。
また、工具画像IM1および部分画像IM2の表示先は、情報処理装置40のディスプレイ407に限定されない。一例として、工具画像IM1および部分画像IM2は、操作盤20のディスプレイ205に表示されてもよい。
<D.操作盤20のハードウェア構成>
次に、図8を参照して、図2に示される操作盤20のハードウェア構成について説明する。図8は、操作盤20のハードウェア構成の一例を示す図である。
操作盤20は、制御回路201と、ROM(Read Only Memory)202と、RAM(Random Access Memory)203と、通信インターフェイス204と、ディスプレイ205と、操作キー206と、補助記憶装置220とを含む。これらのコンポーネントは、内部バスB2に接続される。
制御回路201は、たとえば、少なくとも1つの集積回路によって構成される。集積回路は、たとえば、少なくとも1つのCPU(Central Processing Unit)、少なくとも1つのGPU(Graphics Processing Unit)、少なくとも1つのASIC(Application Specific Integrated Circuit)、少なくとも1つのFPGA(Field Programmable Gate Array)、またはそれらの組み合わせなどによって構成され得る。
制御回路201は、情報処理プログラム222などの各種プログラムを実行することで操作盤20の動作を制御する。情報処理プログラム222は、操作盤20を制御するための命令を規定している。制御回路201は、情報処理プログラム222の実行命令を受け付けたことに基づいて、補助記憶装置220またはROM202からRAM203に情報処理プログラム222を読み出す。RAM203は、ワーキングメモリとして機能し、情報処理プログラム222の実行に必要な各種データを一時的に格納する。
通信インターフェイス204は、LAN(Local Area Network)ケーブル、WLAN、またはBluetooth(登録商標)などを用いた通信を実現するための通信ユニットである。一例として、操作盤20は、通信インターフェイス204を介して、CNCユニット30などの外部機器との通信を実現する。
ディスプレイ205は、たとえば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、またはその他の表示機器である。ディスプレイ205は、制御回路201などからの指令に従って、ディスプレイ205に対して、画像を表示するための画像信号を送出する。ディスプレイ205は、たとえば、タッチパネルで構成されており、工作機械100に対する各種操作をタッチ操作で受け付ける。
操作キー206は、複数のハードウェアキーで構成され、操作盤20に対する各種のユーザ操作を受け付ける。押下されたキーに応じた信号が制御回路201に出力される。
補助記憶装置220は、たとえば、ハードディスクやフラッシュメモリなどの記憶媒体である。補助記憶装置220は、情報処理プログラム222などを格納する。情報処理プログラム222の格納場所は、補助記憶装置220に限定されず、制御回路201の記憶領域(たとえば、キャッシュメモリ)、ROM202、RAM203、外部機器(たとえば、サーバー)などに格納されていてもよい。
なお、情報処理プログラム222は、単体のプログラムとしてではなく、任意のプログラムの一部に組み込まれて提供されてもよい。この場合、本実施の形態に従う各種の処理は、任意のプログラムと協働して実現される。このような一部のモジュールを含まないプログラムであっても、本実施の形態に従う情報処理プログラム222の趣旨を逸脱するものではない。さらに、情報処理プログラム222によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェアによって実現されてもよい。さらに、少なくとも1つのサーバーが情報処理プログラム222の処理の一部を実行する所謂クラウドサービスのような形態で操作盤20が構成されてもよい。
<E.CNCユニット30のハードウェア構成>
次に、図9を参照して、図2に示されるCNCユニット30のハードウェア構成について説明する。図9は、CNCユニット30のハードウェア構成の一例を示す図である。
CNCユニット30は、制御回路301と、ROM302と、RAM303と、通信インターフェイス304,305と、フィールドバスコントローラ306と、補助記憶装置320とを含む。これらのコンポーネントは、内部バスB3に接続される。
制御回路301は、たとえば、少なくとも1つの集積回路によって構成される。集積回路は、たとえば、少なくとも1つのCPU、少なくとも1つのGPU、少なくとも1つのASIC、少なくとも1つのFPGA、またはそれらの組み合わせなどによって構成され得る。
制御回路301は、情報処理プログラム322や加工プログラム323などの各種プログラムを実行することでCNCユニット30の動作を制御する。制御回路301は、情報処理プログラム322の実行命令を受け付けたことに基づいて、ROM302からRAM303に情報処理プログラム322を読み出す。RAM303は、ワーキングメモリとして機能し、情報処理プログラム322の実行に必要な各種データを一時的に格納する。
通信インターフェイス304,305には、LAN、WLAN、またはBluetoothなどを用いた通信を実現するための通信ユニットである。CNCユニット30は、通信インターフェイス304を介して外部機器(たとえば、操作盤20)とデータをやり取りする。また、CNCユニット30は、通信インターフェイス305を介して外部機器(たとえば、情報処理装置40)とデータをやり取りする。
フィールドバスコントローラ306は、フィールドバスに接続される各種ユニットとの通信を実現するための通信ユニットである。当該フィールドバスに接続されるユニットの一例として、上述の回転駆動部110A(図2参照)や上述の位置駆動部110B(図2参照)などが挙げられる。
補助記憶装置320は、たとえば、ハードディスクやフラッシュメモリなどの記憶媒体である。補助記憶装置320は、情報処理プログラム322、加工プログラム323、および工具情報326などを格納する。
情報処理プログラム322には、上述の図3に示される各種機能構成の一部または全部を実現するためのプログラムが規定されている。加工プログラム323には、ワークの加工を実現するためのプログラムや、当該プログラムによって参照される加工条件324などが規定されている。加工条件324は、たとえば、上述の切込み幅Ap,Ae(図5参照)などを含む。工具情報326には、たとえば、工具長および工具径などの工具に関する各種情報が工具種別に規定される。
情報処理プログラム322、加工プログラム323、および工具情報326の格納場所は、補助記憶装置320に限定されず、制御回路301の記憶領域(たとえば、キャッシュメモリ)、ROM302、RAM303、外部機器(たとえば、サーバー)などに格納されていてもよい。
なお、情報処理プログラム322は、単体のプログラムとしてではなく、任意のプログラムの一部に組み込まれて提供されてもよい。この場合、本実施の形態に従う各種の処理は、任意のプログラムと協働して実現される。このような一部のモジュールを含まないプログラムであっても、本実施の形態に従う情報処理プログラム322の趣旨を逸脱するものではない。さらに、情報処理プログラム322によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェアによって実現されてもよい。さらに、少なくとも1つのサーバーが情報処理プログラム322の処理の一部を実行する所謂クラウドサービスのような形態でCNCユニット30が構成されてもよい。
<F.情報処理装置40のハードウェア構成>
次に、図10を参照して、図2に示される情報処理装置40のハードウェア構成について説明する。図10は、情報処理装置40のハードウェア構成の一例を示す図である。
情報処理装置40は、制御回路401と、ROM402と、RAM403と、通信インターフェイス404,405と、補助記憶装置420とを含む。これらのコンポーネントは、内部バスB4に接続される。
制御回路401は、たとえば、少なくとも1つの集積回路によって構成される。集積回路は、たとえば、少なくとも1つのCPU、少なくとも1つのGPU、少なくとも1つのASIC、少なくとも1つのFPGA、またはそれらの組み合わせなどによって構成され得る。
制御回路401は、情報処理プログラム422などの各種プログラムを実行することで情報処理装置40の動作を制御する。制御回路401は、各種プログラムの実行命令を受け付けたことに基づいて、補助記憶装置420またはROM402からRAM403に実行対象のプログラムを読み出す。RAM403は、ワーキングメモリとして機能し、プログラムの実行に必要な各種データを一時的に格納する。
通信インターフェイス404には、LAN、WLAN、またはBluetoothなどを用いた通信を実現するための通信ユニットである。情報処理装置40は、通信インターフェイス404を介して外部機器(たとえば、CNCユニット30)とデータをやり取りする。また、情報処理装置40は、通信インターフェイス405を介して外部機器(たとえば、カメラ141)と画像データをやり取りする。
補助記憶装置420は、たとえば、ハードディスクやフラッシュメモリなどの記憶媒体である。補助記憶装置420は、情報処理プログラム422などを格納する。情報処理プログラム422の格納場所は、補助記憶装置420に限定されず、制御回路401の記憶領域(たとえば、キャッシュメモリなど)、ROM402、RAM403、外部機器(たとえば、サーバー)などに格納されていてもよい。
なお、情報処理プログラム422は、単体のプログラムとしてではなく、任意のプログラムの一部に組み込まれて提供されてもよい。この場合、任意のプログラムと協働して本実施の形態に従う処理が実現される。このような一部のモジュールを含まないプログラムであっても、本実施の形態に従う工作機械100の趣旨を逸脱するものではない。さらに、本実施の形態に従う情報処理プログラム422によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェアによって実現されてもよい。さらに、工作機械100とサーバーとが協働して、本実施の形態に従う処理を実現するようにしてもよい。さらに、少なくとも1つのサーバーが本実施の形態に従う処理を実現する、所謂クラウドサービスの形態で情報処理装置40が構成されてもよい。
<G.摩耗部分の特定フロー>
次に、図11を参照して、工作機械100の制御構造について説明する。図11は、工具画像から摩耗部分を特定する処理の流れを示すフローチャートである。
図11に示される処理の一部または全部は、上述の情報処理プログラム222(図8参照)、上述の情報処理プログラム322(図9参照)、または上述の情報処理プログラム422(図10参照)に実装される。他の局面において、図11に示される処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアに実装されてもよい。
ステップS150において、制御部50は、工具の摩耗部分の特定タイミングが到来したか否かを判断する。一例として、当該特定タイミングは、ワークの加工中の所定のタイミング、または、ワークの加工完了後の所定のタイミングなどに到来する。ワークの加工完了後の当該所定のタイミングは、たとえば、マガジン170(図1参照)への使用済みの工具の収納時である。制御部50は、工具の摩耗部分の特定タイミングが到来したと判断した場合(ステップS150においてYES)、制御をステップS152に切り替える。そうでない場合には(ステップS150においてNO)、制御部50は、図11に示される処理を終了する。
ステップS152において、制御部50は、上述の主軸制御部52(図3参照)として機能し、上述の位置駆動部110B(図2参照)を制御する。これにより、制御部50は、予め定められた位置に主軸頭130を移動する。当該予め定められた位置は、たとえば、加工プログラム323に規定されていてもよいし、設定ファイルなどに規定されていてもよい。
ステップS154において、制御部50は、上述の主軸制御部52として機能し、上述の回転駆動部110A(図2参照)を制御する。これにより、制御部50は、主軸132の軸方向を中心とした回転方向において予め定められた回転角度に主軸132を回転駆動し、工具の摩耗部分をカメラ141に向ける。当該予め定められた回転角度は、たとえば、加工プログラム323に規定されていてもよいし、設定ファイルなどに規定されていてもよい。
ステップS156において、制御部50は、上述の画像取得部54(図3参照)機能し、カメラ141(図2参照)に撮影指示を出力する。これにより、制御部50は、カメラ141から工具画像IM1(図6参照)を取得する。
ステップS158において、制御部50は、上述の特定部56(図3参照)として機能し、ステップS156で取得した工具画像IM1内から工具の摩耗部分R1(図6参照)を特定する。特定部56の機能については上述の通りであるので、その説明については繰り返さない。
ステップS160において、制御部50は、上述の切り取り部58(図3参照)として機能し、ステップS158で特定した摩耗部分R1を工具画像IM1から切り出し、部分画像IM2(図6参照)を取得する。
ステップS162において、制御部50は、上述の表示制御部60(図3参照)として機能し、ステップS160で切り出した部分画像IM2をディスプレイ407に表示する。
<H.変形例1>
次に、変形例1に従う工作機械100について説明する。上述の工作機械100は、工具画像IM1から特定した摩耗部分R1に基づいて、工具画像IM1から部分画像IM2を切り出していた。これに対して、本変形例に従う工作機械100は、工具画像IM1から特定した摩耗部分R1を他の工具画像にも流用する。
図12を参照して、さらに詳細に説明する。図12は、工具画像IM1から特定した摩耗部分R1を他の工具画像IM3に流用している様子を示す図である。
上述のように、工作機械100は、予め定められた位置に主軸132を移動し、かつ予め定められた回転角度「θ1」(第1角度)に主軸132を回転させた上でカメラ141に撮影指示を出力する。これにより、工作機械100は、工具134を表す工具画像IM1を取得する。
その後、工作機械100は、予め定められた位置に主軸132を固定したまま、主軸132の軸方向を回転中心として主軸132をさらに「Δθ度」回転し、予め定められた角度「θ2」(第2角度)に主軸132を回転駆動する。「Δθ度」は、予め設定されていてもよいし、ユーザによって任意に設定されてもよい。一例として、「Δθ度」は、180度である。その後、工作機械100は、カメラ141に撮影指示を出力し、工具画像IM1とは異なる角度から工具134を表した工具画像IM3を取得する。
次に、工作機械100は、工具画像IM1から特定された摩耗部分R1に基づいて、工具画像IM3内において、工具134の摩耗部分R3を特定する。工具画像IM3の摩耗部分R3は、工具画像IM1の摩耗部分R1と同じ範囲を示す。工具画像IM1から特定された摩耗部分R1が他の工具画像IM3に流用されることで、処理負荷を軽減することができる。
次に、工作機械100は、工具画像IM1から切り出した摩耗部分R1と、工具画像IM1から切り出した摩耗部分R3とを並べて表示する。このとき、工作機械100は、摩耗部分R1と並べて回転角度「θ1」を表示するとともに、摩耗部分R3と並べて回転角度「θ2」を表示する。
なお、上述では、工具画像IM1から特定された摩耗部分R1が工具画像IM3に流用される例について説明を行ったが、当該摩耗部分R1は、さらに多くの工具画像に流用されてもよい。より具体的には、工作機械100は、予め定められた位置で主軸132を固定したまま、主軸132の軸方向を回転中心として主軸132を「Δθ度」ずつ回転し、「Δθ度」の回転が完了する度にカメラ141に撮影指示を出力する。当該「Δθ度」は、たとえば、下記の式(1)に基づいて、算出される。
Δθ=360/N・・・(1)
式(1)に示される「N」は、工具134の刃数を表わす。当該刃数は、たとえば、上述の工具情報326(図9参照)に規定されている。その後、工作機械100は、工具画像IM1から特定された摩耗部分R1を他の工具画像の各々に適用する。
なお、工具画像IM1から特定した摩耗部分R1は、必ずしも、異なる角度から工具134を表わした工具画像IM3に流用される必要はない。一例として、摩耗部分R1は、工具画像IM1とは異なるタイミングにおいて同位置および同角度から工具134を撮影して得られた他の工具画像に流用されてもよい。
<I.変形例2>
次に、変形例2に従う工作機械100について説明する。上述の工作機械100は、工具画像IM1内の摩耗部分R1が自動で特定されていた。これに対して、本変形例に従う工作機械100においては、工具画像IM1内の摩耗部分R1がユーザによって手動で設定される。
図13は、変形例2に従う工作機械100の機能構成の一例を示す図である。図13に示されるように、本変形例に従う工作機械100は、機能構成として、主軸制御部52と、画像取得部54と、特定部56Aと、切り取り部58と、表示制御部60とを含む。本変形例に従う工作機械100は、特定部56の代わりに特定部56Aを備える点で、図3に示される工作機械100の機能構成と異なる。その他の点については上述の通りであるので、以下では、特定部56Aの機能の説明についてのみ行う。
特定部56Aは、たとえば、情報処理装置40(図2参照)に実装される。特定部56Aは、工具画像IM1内において摩耗部分R1を指定するためのユーザインタフェースを提供する。図14は、当該ユーザインタフェースの一例である設定画面UIを示す図である。
設定画面UIは、たとえば、操作盤20のディスプレイ205、または、情報処理装置40のディスプレイ407などに表示される。
設定画面UIは、工具画像IM1の表示領域と、保存ボタンBT1と、キャンセルボタンBT2とを含む。設定画面UIは、表示されている工具画像IM1に対して摩耗部分R1の範囲指定を受け付けるように構成される。一例として、摩耗部分R1は、マウスなどの入力デバイスと連動するポインタPをドラッグ操作することにより指定される。
工具画像IM1上に摩耗部分R1が設定された状態で、保存ボタンBT1が押下されると、工具画像IM1内の摩耗部分R1の範囲情報が工作機械100の記憶装置120に格納される。記憶装置120は、たとえば、上述のROM202,302,402、上述のRAM203,303,403、上述の補助記憶装置220,320,420、または、その他の記憶装置である。
キャンセルボタンBT2が押下されると、工作機械100は、工具画像IM1内の摩耗部分R1の範囲情報を記憶せずに設定画面UIを閉じる。
なお、摩耗部分R1の用途は、上述の通りであるので、その説明については繰り返さない。
<J.変形例3>
次に、図15を参照して、変形例3に従う工作機械100について説明する。上述の工作機械100は、工具画像IM1から部分画像IM2を切り取るために摩耗部分R1を用いていた。これに対して、本変形例に従う工作機械100は、カメラ141の設定パラメータを調整するために摩耗部分R1を用いる。
図15は、変形例3に従う工作機械100の機能構成の一例を示す図である。図15に示されるように、本変形例に従う工作機械100は、機能構成として、主軸制御部52と、画像取得部54と、特定部56と、調整部59とを含む。本変形例に従う工作機械100は、切り取り部58および表示制御部60の代わりに調整部59を備える点で、図3に示される工作機械100の機能構成と異なる。その他の点については上述の通りであるので、以下では、調整部59の機能の説明についてのみ行う。
調整部59は、たとえば、情報処理装置40(図2参照)に実装される。調整部59は、工具画像IM1から特定された摩耗部分R1に基づいて、工具の摩耗部分R1がより拡大されるようにカメラ141の制御パラメータを調整する。調整対象の制御パラメータは、たとえば、カメラ141の画角または焦点距離などの拡大率に係るパラメータである。
一例として、調整部59は、摩耗部分R1に向けて、カメラ141の画角を現在よりも小さくする。異なる言い方をすれば、調整部59は、カメラ141の撮影視野に摩耗部分R1を含んだままカメラ141の画角を現在よりも小さくする。これにより、工具の摩耗部分R1を拡大することができる。
その後の撮影時には、工作機械100は、カメラ141の撮影視野に工具134が含まれるように予め定められた位置に主軸132を制御し、カメラ141に撮影指示を出力する。これにより、摩耗部分R1をより明瞭に表わした工具画像を取得することができる。取得された画像は、たとえば、操作盤20のディスプレイ205、または情報処理装置40のディスプレイ407などに表示される。
なお、上述では、カメラ141の拡大率が調整される例について説明を行ったが、カメラ141のその他の制御パラメータが調整されてもよい。一例として、工作機械100は、工具画像IM1から特定された摩耗部分R1に基づいて、カメラ141の明度に係るパラメータを調整してもよい。
<K.まとめ>
以上のようにして、工作機械100は、ワークの加工条件から特定された摩耗部分R1や、ユーザインタフェース上で設定された摩耗部分R1を用いて、工具の摩耗部分R1をより詳細に表示する。これにより、作業者は、工具の摩耗状態を詳細に確認することができ、工具交換が必要なのか否かなどを容易に判断することができる。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
20 操作盤、30 CNCユニット、40 情報処理装置、50 制御部、52 主軸制御部、54 画像取得部、56,56A 特定部、58 切り取り部、59 調整部
60 表示制御部、100 工作機械、110 駆動部、110A 回転駆動部、110B 位置駆動部、111B,111C,111X,111Y,111Z サーボドライバ、120 記憶装置、130 主軸頭、131 主軸筒、132 主軸、134 工具、140 撮影部、141 カメラ、142 対物レンズ、145,147 光源、160 ATC、170 マガジン、201,301,401 制御回路、202,302,402 ROM、203,303,403 RAM、204,304,305,404,405 通信インターフェイス、205,407 ディスプレイ、206 操作キー、220,320,420 補助記憶装置、222,322,422 情報処理プログラム、306 フィールドバスコントローラ、323 加工プログラム、324 加工条件、326 工具情報。

Claims (6)

  1. 工作機械であって、
    工具を装着することが可能な主軸と、
    前記主軸に装着されている工具を撮影するためのカメラと、
    前記主軸を回転駆動するための回転駆動部と、
    前記主軸の位置を変化させるための位置駆動部と、
    前記工作機械を制御するための制御部とを備え、
    前記制御部は、
    前記位置駆動部を制御して予め定められた位置に前記主軸を駆動することで、前記カメラの視野に前記工具を含める処理と、
    前記主軸が前記予め定められた位置にあるときに前記回転駆動部を制御して予め定められた第1角度に前記主軸を回転駆動し、前記カメラから、前記工具を表わす第1画像を取得する処理と、
    前記工作機械によるワークの加工条件と、予め設定されている範囲情報との少なくとも一方に基づいて、前記第1画像内において、前記工具の摩耗部分を表わす範囲を特定する処理と、
    前記主軸が前記予め定められた位置にあるときに前記回転駆動部を制御して予め定められた第2角度に前記主軸を回転駆動し、前記第1画像を取得した後に、前記カメラから、前記工具を表わす第2画像を取得する処理と、
    前記第1画像について特定された前記範囲を、前記第2画像内における前記工具の摩耗部分を表わす範囲として特定する処理とを実行する、工作機械。
  2. 前記工作機械は、さらに、表示部を備え、
    前記制御部は、
    前記第1画像から、前記摩耗部分を表わす部分画像を切り取る処理と、
    前記部分画像を前記表示部に表示する処理とを実行する、請求項1に記載の工作機械。
  3. 前記制御部は、さらに、前記部分画像に加えて、前記第1画像を前記表示部に表示する処理を実行する、請求項2に記載の工作機械。
  4. 前記制御部は、前記第1画像に基づいて特定された前記範囲に向けて、前記カメラの画角を現在よりも小さくする処理を実行する、請求項1〜のいずれか1項に記載の工作機械。
  5. 工作機械における情報処理方法であって、
    前記工作機械は、
    工具を装着することが可能な主軸と、
    前記主軸に装着されている工具を撮影するためのカメラと、
    前記主軸を回転駆動するための回転駆動部と、
    前記主軸の位置を変化させるための位置駆動部とを備え、
    前記情報処理方法は、
    前記位置駆動部を制御して予め定められた位置に前記主軸を駆動することで、前記カメラの視野に前記工具を含めるステップと、
    前記主軸が前記予め定められた位置にあるときに前記回転駆動部を制御して予め定められた第1角度に前記主軸を回転駆動し、前記カメラから、前記工具を表わす第1画像を取得するステップと、
    前記工作機械によるワークの加工条件と、予め設定されている範囲情報との少なくとも一方に基づいて、前記第1画像内において、前記工具の摩耗部分を表わす範囲を特定するステップと、
    前記主軸が前記予め定められた位置にあるときに前記回転駆動部を制御して予め定められた第2角度に前記主軸を回転駆動し、前記第1画像を取得した後に、前記カメラから、前記工具を表わす第2画像を取得するステップと、
    前記第1画像について特定された前記範囲を、前記第2画像内における前記工具の摩耗部分を表わす範囲として特定するステップとを備える、情報処理方法。
  6. 工作機械における情報処理プログラムであって、
    前記工作機械は、
    工具を装着することが可能な主軸と、
    前記主軸に装着されている工具を撮影するためのカメラと、
    前記主軸を回転駆動するための回転駆動部と、
    前記主軸の位置を変化させるための位置駆動部とを備え、
    前記情報処理プログラムは、前記工作機械に、
    前記位置駆動部を制御して予め定められた位置に前記主軸を駆動することで、前記カメラの視野に前記工具を含めるステップと、
    前記主軸が前記予め定められた位置にあるときに前記回転駆動部を制御して予め定められた第1角度に前記主軸を回転駆動し、前記カメラから、前記工具を表わす第1画像を取得するステップと、
    前記工作機械によるワークの加工条件と、予め設定されている範囲情報との少なくとも一方に基づいて、前記第1画像内において、前記工具の摩耗部分を表わす範囲を特定するステップと、
    前記主軸が前記予め定められた位置にあるときに前記回転駆動部を制御して予め定められた第2角度に前記主軸を回転駆動し、前記第1画像を取得した後に、前記カメラから、前記工具を表わす第2画像を取得するステップと、
    前記第1画像について特定された前記範囲を、前記第2画像内における前記工具の摩耗部分を表わす範囲として特定するステップとを実行させる、情報処理プログラム。
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