JP6998486B1 - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械が備える撮像部に対する汚れ付着を防止する。【解決手段】工作機械は、所定の撮像領域内で工具を撮像する撮像部と、撮像領域内で工具を保持可能な工具保持部と、工具による機械加工が実行される加工領域と撮像領域との間に設けられ、開放状態と閉鎖状態とを移動可能なシャッタと、撮像部の受光面を覆うカバーと、撮像部の受光面とカバーとの間に流体を流しパージするパージ機構と、を有し、(i)パージ機構によるパージが行われた後に、(ii)シャッタを移動させ、(iii)シャッタ移動開始後にカバーを移動させる。【選択図】図７

Description

本発明は、工作機械が備える撮像部に対する汚れ付着の防止技術に関する。

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。

工具は主軸あるいは刃物台などの工具保持部に固定される。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１参照）。

特開２０１６－２１８５５０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。

一つの方法として、加工室内に撮像領域を設け、撮像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。この場合、使用直後の工具にはワークの切り屑やクーラントなどが付着しているため、カメラが工具の付着物で汚れてしまう可能性がある。

そこで、本開示は、請求項に記載する技術を提供するものである。

本発明によれば、工作機械が備える撮像部に対する汚れ付着を防止することができる。

工作機械の外観図である。 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工具、カメラおよび照明装置の位置関係を示す模式図である。 工具認識領域における各機構の側断面図である。 エアーの流れを示す断面図である。 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。 工具検査を実行するときの処理過程を示すフローチャートである。 測定処理の処理過程を示すフローチャートである。 変形例１における工具格納部の内部構成を表す側面図である。 変形例１における工具格納部内の構成を模式的に表す斜視図である。 工作機械の実装例における工具認識領域の斜視図である。 工作機械の実装例における工具認識領域の側面図である。 工作機械の実装例における工具認識領域の側面図である。

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、別の保持部である主軸に取り付けられる工具１０２により切削される。ワークを保持する保持部１０４は駆動機構により回転駆動される。

工具認識領域２１０は、撮像領域の例である。工具１０２が工具認識領域２１０内に挿入されたとき、上方の照明装置１０８は工具１０２を照明し、下方のカメラ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２，図３，図４に関連して後述する。

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。作業者は、ドア２０４を開口して、加工領域２００へのワークの取り付けおよび加工領域２００からの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。

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。

図２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３，図４に関連して後述）。

シャッタ３００は、工具認識領域２１０を閉鎖する可動式の仕切板（カバーの一種）である。ワークの加工時においては、工具認識領域２１０はシャッタ３００により閉鎖される。加工中の加工領域２００においては、ワークと工具１０２との摩擦熱を除去するための冷却液である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、シャッタ３００により工具認識領域２１０を閉鎖することで、クーラントや切屑等が工具認識領域２１０内に入り込むのを防止する。このように、シャッタ３００は、工具１０２による機械加工が実行される加工領域２００と、撮像領域である工具認識領域２１０との間に設けられ、開放状態と閉鎖状態とを移動可能である。

測定コマンド等により工具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。次に、主軸は、工具認識領域２１０の手前の所定位置（以下、「待機位置」とよぶ）に工具１０２を移動させ、待機位置にて工具１０２を高速回転させる。工具１０２を高速回転させることにより、工具１０２に付着しているクーラントおよび切り屑（以下、まとめて「付着物」とよぶ）を振り落とす。以下、待機位置において付着物を除去するために工具１０２を高速回転させることを「清掃回転」とよぶ。

清掃回転後にシャッタ３００が開口し、工具を工具認識領域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。工具１０２を工具認識領域２１０に差し込んで工具１０２の形状を検査することを「工具検査」とよぶ。

なお、加工領域２００は工具認識領域２１０を経由して工具格納部１３０につながっている。つまり、工具格納部１３０と加工領域２００との間に工具認識領域２１０の部屋があり、そこで工具１０２の撮像が行われる。ただし、工具交換を行うときには、主軸を工具認識領域２１０の奥深くに差し込む。工具検査だけでなく、工具交換のときにも工具は工具認識領域２１０を通過するので、通過前に同様にして清掃回転を実行する。

保持部１０４の横にはエアノズル３０２が設置される。エアノズル３０２は、空気を噴射させる。主軸をエアノズル３０２の付近に移動させ、エアノズル３０２から空気を噴射させることで工具１０２の付着物を排除することもできる。以下、付着物を除去するためにエアノズル３０２から工具１０２に空気を噴射することを「清掃噴射」とよぶ。

図３は、工具認識領域２１０における工具１０２、カメラ１０６および照明装置１０８の位置関係を示す模式図である。
工具１０２は、ワークの加工に利用される刃部１１２と、主軸１１６のホルダ１１８に固定される部位であるシャンク部１１４を含む。主軸１１６は、工具１０２を保持しつつ、回転および移動可能に構成される。また、保持部でもある主軸１１６は、保持している工具を回転させることもできる。この例のようにマシニングセンタの場合には、主軸１１６が「撮像領域内で工具を保持可能な工具保持部」に相当する。ターニングセンタの場合には、刃物台が「撮像領域内で工具を保持可能な工具保持部」に相当する。

カメラ１０６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。カメラ１０６は、主軸１１６に取り付けられた工具１０２を下（Ｘ軸方向）から撮像する。カメラ１０６は工具認識領域２１０に固定される。主軸１１６がＺ軸を軸心として工具１０２を回転させることにより、複数方向から工具１０２を撮像できる。また、主軸１１６が工具１０２を水平方向（ＹＺ方向）に動かすことにより、工具１０２の複数箇所を撮像できる。

カメラ１０６に対向するように、上部には照明装置１０８が固定される。照明装置１０８は工具１０２を上から照明する。照明装置１０８による透過照明により、カメラ１０６は、工具１０２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。

ユーザは、工具１０２を新規登録するときには、操作盤２０６において工具登録モードに設定し、主軸１１６に新規の工具１０２を取り付ける。次に、任意の工具ＩＤを入力する。主軸１１６は工具１０２を移動・回転させ、固定されたカメラ１０６は工具１０２をさまざまな位置および方向から自動的に撮像する。カメラ１０６により得られた多数の撮像画像から、工具形状が認識され、工具ＩＤと工具形状が対応づけて登録される。このような制御方法により、工具１０２ごとに、工具形状を自動的に工具ＩＤに対応づけて登録できる。以下、新規登録時において認識される工具１０２の形状を「登録形状」とよぶ。工具形状データは、二次元データあるいは三次元データとして形成される。

また、加工中あるいは加工後の工具１０２について工具検査を実行するときにも、主軸１１６は工具１０２を工具認識領域２１０に進入させる。新規登録時と同様、主軸１１６は工具１０２を移動・回転させ、カメラ１０６は工具１０２をさまざまな位置および方向から自動的に撮像する。カメラ１０６により得られた多数の撮像画像から、工具形状が認識される。以下、検査時において認識される工具１０２の形状を「検査形状」とよぶ。作業者は、登録形状（初期状態）と検査形状を比較することにより、工具１０２の摩耗度、欠損の有無を判定する。

図３に示すように、シャッタ３００は、工具認識領域２１０を囲む上側壁部３４０と下側壁部３４２の内側に設けられている。シャッタ３００を上側壁部３４０と下側壁部３４２の外側に設けてもよい。シャッタ３００は、Ｘ軸方向（上下方向）に移動可能である。シャッタ３００ａが下側に位置する状態で、上側壁部３４０と下側壁部３４２の間の口が開いている（開放状態）。工具１０２が工具認識領域２１０へ入っていないときにシャッタ３００ｂが上方に移動すると、上側壁部３４０と下側壁部３４２の間の口が閉じられる（閉鎖状態）。このように、シャッタ３００を上下に移動させれば、シャッタ３００に付着したクーラントの落下（飛散）を防ぐことができる。なお、図２の例では、シャッタ３００が上側に位置する状態で、上側壁部３４０と下側壁部３４２の間の口が開いている（開放状態）。工具１０２が工具認識領域２１０へ入っていないときにシャッタ３００が下方に移動すると、上側壁部３４０と下側壁部３４２の間の口が閉じられる（閉鎖状態）。シャッタ３００をＹ軸方向（横方向）に移動可能とし、シャッタ３００をＹ軸方向（横方向）に移動させることによって、開放状態と閉鎖状態を移動させてもよい。また、シャッタ３００をＸ軸方向（上下方向）およびＹ軸方向（横方向）に移動可能とし、シャッタ３００をＸ軸方向（上下方向）とＹ軸方向（横方向）に同時に移動させることによって、開放状態と閉鎖状態を移動させてもよい。

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の側部には下方から工具１０２を照らすための照明装置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カバー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カバー３０６が設置される。以下、第１カバー３０４および第２カバー３０６をまとめていうときには「内部カバー」とよぶ。

第１カバー３０４は、Ｚ軸を回転軸として回転可能に取り付けられ、回転駆動される。第１カバー３０４に連結する第１シリンダ３０５は、たとえば内蔵しているソレノイドの動作によって伸縮する。第１シリンダ３０５が伸びた状態で第１カバー３０４がカメラ１０６の受光面を閉鎖し、第１シリンダ３０５が縮んだ状態で第１カバー３０４がカメラ１０６の受光面を開放する。

第２カバー３０６は、Ｚ軸を回転軸として回転可能に取り付けられ、回転駆動される。第２カバー３０６に連結する第２シリンダ３０７は、たとえば内蔵しているソレノイドの動作によって伸縮する。第２シリンダ３０７が伸びた状態で第２カバー３０６が照明装置１０８の発光面を閉鎖し、第１シリンダ３０５が縮んだ状態で第２カバー３０６が照明装置１０８の発光面を開放する。

工作機械１００は、パージ機構４００を有する。パージ機構４００は、流体（この例では、圧縮空気）を送り出すポンプ４０２と、流体（この例では、圧縮空気）をカメラ１０６、照明装置１０８および照明装置３０８に送りこむパイプ４０４を含む。以下では、圧縮空気を用いたエアーパージの例を示す。

図５は、エアーの流れを示す断面図である。
エアーパージの仕組みについて説明する。カメラ１０６内部には、イメージセンサ４１２とレンズ部品４１０が設けられている。カメラ１０６内部に流入した空気は、イメージセンサ４１２とレンズ部品４１０の脇を通ってカメラ１０６の受光面の方へ流れ、カメラ１０６の受光面付近の隙間から外部へ放出される。このような空気の流れによってカメラ１０６内部の不純物（クーラントのミストなど）を排出させる。このとき、受光面付近の隙間から放出される空気がカメラ１０６の受光面と閉じた第１カバー３０４との間に流れるので、カメラ１０６の受光面と第１カバー３０４の覆い面の付着物（汚れ）を除去する。第１カバー３０４が開いているときには、受光面に付着物（汚れ）を近づけない。このように、カメラ１０６の受光面と第１カバー３０４との間に流体を流すことによって、パージが行われる。

照明装置３０８についても同様に、照明装置３０８内部に流れ込んだ空気が、照明装置３０８の発光面付近から排出される。これにより、照明装置３０８内部の不純物（クーラントのミストなど）を排出させ、照明装置３０８の発光面の付着物（汚れ）を除去する。さらに、照明装置１０８についても同様に、照明装置１０８内部に流れ込んだ空気が、照明装置１０８の発光面付近から排出される。これにより、照明装置１０８内部の不純物（クーラントのミストなど）を排出させ、照明装置１０８の発光面と第２カバー３０６の覆い面の付着物（汚れ）を除去する。

カメラ１０６、照明装置３０８や照明装置１０８などの機器内で流体が流れる空間や機器から流体を流し出す排出口もパージ機構４００の一部である。この例における圧縮空気は、パージするために流される流体の例である。パージするために流される流体として、空気以外の気体を用いてもよいし、液体を用いてもよい。

図６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、加工制御部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部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、加工制御部１２２からの指示にしたがって主軸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、加工制御部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、加工制御部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１１６にある工具と取り出した工具を交換する。

操作制御装置１２０は、カバー制御部３２０を含む。カバー制御部３２０は、シャッタ３００（カバーの一種）および内部カバー（第１カバー３０４および第２カバー３０６）を開閉させる。エアーパージ制御部３３０は、ポンプ４０２を動作させて圧縮空気を送り込むエアーパージの制御を行う。エアーパージ制御部３３０は、流体を送り込むパージの制御を行うパージ制御部の例である。

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。

画像処理装置１１０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入力部と、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、各種データを格納するデータ格納部、各種演算処理を行うデータ処理部、および操作制御装置１２０との通信処理を行う通信部を有する。データ処理部は、撮像画像に基づいて工具１０２の三次元形状を示すデータ（工具形状データ）を生成し、工具検査を実行する工具確認部を含む。この例では、比較的小さなカメラ１０６により、工具１０２を複数回に分けて撮像し、複数の撮像画像に基づいて工具１０２全体の形状を認識する方式を採用している。以下、カメラ１０６により工具１０２の一部を撮像した撮像画像のことを「部分画像」とよぶ。

図７は、工具検査を実行するときの処理過程を示すフローチャートである。
加工プログラムにおいて、所定の測定コマンドＭＸが検出されたとき、図７に示す処理が開始される。なお、干渉が発生したとき、作業者が操作盤２０６または画像処理装置１１０から測定指示を入力したときにも工具検査は実行される。

測定コマンドＭＸを検出したとき、加工制御部１２２は主軸１１６を停止させ、ワークの加工を中断する（Ｓ１０）。次に、エアーパージ制御部３３０は、ポンプ４０２を起動させてエアーパージを開始させる（Ｓ１１）。圧縮空気が安定的に送り込まれるようになるまで多少時間がかかるので、早い段階でポンプ４０２を起動させる。ただし、シャッタを開口（開放）する前であれば、別のタイミングでポンプ４０２を起動させてもよい。後述する主軸１１６の移動（Ｓ１２）の後にポンプ４０２を起動させてもよいし、清掃回転の後にポンプ４０２を起動させてもよい。

続いて、加工制御部１２２は主軸１１６を工具認識領域２１０の手前の待機位置に移動させる（Ｓ１２）。このとき、カバー制御部３２０はシャッタ３００を閉鎖している。主軸１１６を待機位置に一時停止させ、加工制御部１２２は清掃回転を実行する（Ｓ１４）。清掃回転により、工具１０２から付着物を除去する。清掃回転の終了後、加工制御部１２２は操作制御装置１２０に清掃終了を通知し、測定処理が開始される（Ｓ２０）。測定処理の詳細は、次の、図８に関連して後述する。

図８は、測定処理の処理過程を示すフローチャートである。
清掃回転の終了後、カバー制御部３２０はシャッタ３００の開口（開放）の動作を開始させる（Ｓ２２）。付着物あるいは加工室を浮遊するミストが工具認識領域２１０に入り込むのを防ぐため、カバー制御部３２０はシャッタ３００の開口をできるだけ遅くすることが望ましい。より好ましくは、工具１０２が工具認識領域２１０のシャッタ３００に接触する寸前に、カバー制御部３２０はシャッタ３００を開口する。シャッタ３００が開口することにより、主軸１１６（工具１０２）は工具認識領域２１０に進入可能となる。続いて、シャッタ３００が開口の動作を始めた後に、カバー制御部３２０は内部カバー（第１カバー３０４および第２カバー３０６）を開口する（Ｓ２４）。シャッタ３００が開口動作を行っている途中あるいは完全に開口した後に、内部カバーを開口させてもよい。内部カバーを開口することにより、工具認識領域２１０において工具１０２を撮像可能となる。内部カバーの開口動作は、カバーの移動に相当する。

第１カバー３０４および第２カバー３０６は、同時に開口（開放）してもよいが、上側のカバーを先に開口をすることが望ましい。上側のカバーを開口したときに、付着物が落下するおそれがあるからである。この例では、第２カバー３０６が上側にあるので、カバー制御部３２０は第２カバー３０６を先に開口させる。付着物の落下にかかる時間を待って、カバー制御部３２０は第１カバー３０４を開口させる。したがって、シャッタ３００の開放、第２カバー３０６の開放、第１カバー３０４の開放、撮像、第１カバー３０４の閉鎖、第２カバー３０６の閉鎖、シャッタ３００の閉鎖の順番に動作することになる。このようにすれば、第２カバー３０６から落下した付着物がカメラ１０６の受光面に再付着することを防げる。なお、カメラ１０６が上側にある場合には、同様の理由から第１カバー３０４を先に開口させ、後で第２カバー３０６を開口させることが望ましい。このようにすれば、第１カバー３０４から落下した付着物が照明装置１０８の発光面に再付着することを防げる。

シャッタおよび内部カバーの開口（開放）が完了したとき、カバー制御部３２０はカバー開口完了を加工制御部１２２に通知する。加工制御部１２２は主軸１１６を移動させ工具１０２を工具認識領域２１０に挿入する（Ｓ２６）。

加工制御部１２２は、主軸回転角を設定する（Ｓ２８）。主軸回転角の設定後、加工制御部１２２は主軸１１６をＹＺ方向に動かし、工具確認部１５２は複数の部分画像を取得することにより工具１０２の形状認識を行う（Ｓ３０）。形状認識処理では、設定された主軸回転角において、工具１０２の輪郭が点列データとして特定される。未設定の主軸回転角が残っているときには（Ｓ３２のＮ）、処理はＳ２８に戻り次の回転角（例：１２度）が設定される。全３０種類の主軸回転角について形状認識処理を実行したときには（Ｓ３２のＹ）、工具確認部１５２は複数の主軸回転角について得られた点列データから工具１０２の立体形状を示す工具形状データ（検査形状）を生成する（Ｓ３４）。

画像処理装置１１０は、検査形状と登録形状を画面表示させ、作業者は工具交換の要否を判断する（Ｓ３６）。なお、工具交換の要否は、作業者の目視判断ではなく、画像処理装置１１０が画像認識により自動的に判断してもよい。この場合、画像処理装置１１０は、工具判定部（不図示）を備える。具体的には、工具判定部は、登録形状と検査形状の類似度、特に、輪郭の類似度が所定値以下となっているとき、工具１０２に欠損が発生している、いいかえれば、工具１０２は不良工具になっていると判定する。たとえば、登録形状から検出される刃長Ａと検査形状から検出される刃長Ｂの比率（Ｂ／Ａ）が所定値以下となっているとき、工具判定部は工具１０２に欠損が生じていると判定してもよい。

工具１０２が不良工具であれば（Ｓ３６のＮ）、画像処理装置１１０は加工制御部１２２を介して工具交換部１２６に工具交換を指示する（Ｓ３８）。工具１０２が正常であれば（Ｓ３６のＹ）、工具交換をすることなく工具１０２を継続使用する。加工制御部１２２は、工具１０２を工具認識領域２１０から退避させる（Ｓ４０）。退避完了後、加工制御部１２２は操作制御装置１２０に退避完了を通知する。操作制御装置１２０のカバー制御部３２０は、まず、内部カバーを閉鎖する（Ｓ４２）。続いて、カバー制御部３２０はシャッタ３００を閉鎖する（Ｓ４４）。さらに、エアーパージ制御部３３０は、ポンプ４０２を停止させてエアーパージを終了させる。

別の方法として、清掃噴射により工具１０２から付着物を除去してもよい。この方法でも、シャッタの開口（開放）を始める前に、エアーパージ制御部３３０は、エアーパージを開始させる。たとえば、測定コマンドＭＸを検出したときに、エアーパージ制御部３３０は、エアーパージを開始させる。その後、加工制御部１２２は主軸１１６を停止させ、ワークの加工を中断する。次に、加工制御部１２２は主軸１１６をエアノズル３０２の手前に移動させる。主軸１１６を一時停止させた後で、エアノズル３０２は工具１０２に対して空気を噴射する。空気を噴射することにより、工具１０２から付着物を吹き飛ばす。清掃噴射後、加工制御部１２２は主軸１１６を工具認識領域２１０の手前に移動させる。加工制御部１２２は操作制御装置１２０に清掃終了を通知し、測定処理が開始される。測定処理は、上述のとおりである。

［変形例１］
工具格納部１３０と加工領域２００との間に工具１０２の撮像を行う工具認識領域２１０を設ける例を示したが、工具格納部１３０の収容室１０内で工具１０２の撮像を行うようにしてもよい。

図９は、変形例１における工具格納部１３０の内部構成を表す側面図である。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。

工具格納部１３０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１０２を収納可能に構成されている。各ポット２２が工具１０２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１０２をその前端位置（図９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１０２（「対象工具１０２ｘ」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と加工領域２００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。また、シャッタ３０を対象工具１０２ｘの長手方向に移動させて開口２８を開閉する開閉機構３２が設けられている。開閉機構３２は、シャッタ３０を開放状態と閉鎖状態で移動可能にする。収容室１０には工具交換部１２６が設けられる。工具交換部１２６は、収容室１０にて待機状態で保持される工具１０２（「使用前工具１０２ｐ」ともいう）と、加工領域２００にて主軸１１６に保持される工具１０２（「使用済工具１０２ｕ」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１０２ｘ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１０２ｘには、工具交換直前の使用前工具１０２ｐと、工具交換直後の使用済工具１０２ｕ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１０２ｐの画像と使用済工具１０２ｕの画像を撮像する。それら使用前工具１０２ｐの画像と使用済工具１０２ｕの画像との対比に基づいて、使用済工具１０２ｕの状態（不良工具であるか否か等）を判定する。

図１０は、変形例１における収容室１０内の構成を模式的に表す斜視図である。
図１０に示すように、対象工具１０２ｘは、収容室１０において水平に支持される。シャッタ３０は、開閉機構３２により対象工具１０２ｘの長手方向に駆動され、開口２８を開閉する。開閉機構３２は、ねじ送り機構３３およびこれを駆動するサーボモータ３５を含む。

対象工具１０２ｘとシャッタ３０との間の空間に工具交換部１２６が配設されている。工具交換部１２６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を有する。

工具交換部１２６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。

工具交換部１２６の非作動時には、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が閉じた状態で工具交換部１２６が収容室１０に収まるようにしている。工具交換部１２６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１０２ｐが待機し、他方の側（加工領域２００側）で使用済工具１０２ｕが待機する。このとき、シャッタ３０が開放される。

工具交換部１２６が作動すると、アーム３８が回転することで一対の把持部がそれぞれ使用前工具１０２ｐ、使用済工具１０２ｕ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および主軸１１６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。このような工具交換部１２６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１０２ｘの保持位置の上方に照明装置１０８が配置され、下方にカメラ１０６が配置される。

照明装置１０８は「照明部」として機能し、対象工具１０２ｘを斜め上方から照らす。カメラ１０６は「撮像部」として機能し、斜め下方から対象工具１０２ｘを撮像する。カメラ１０６と照明装置１０８とが対象工具１０２ｘに対して反対側に配置される。照明装置１０８による透過照明により、カメラ１０６は、工具１０２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。

カメラ１０６は、シャッタ３０の下部に固定されている。カメラ１０６には、パイプ４０４が連結されている。カメラ１０６の受光面は、第１カバー３０４によって覆うことができる。照明装置１０８は、第２カバー３０６で覆うことができる。第１カバー３０４と第２カバー３０６の形状は実施形態の場合と異なるが、シリンダによって開閉される機構は実施形態の場合と同様である。また、照明装置１０８についても、エアーパージを行うようにしてもよい。エアーパージの仕組みも実施形態の場合と同様である。

対象工具１０２ｘが長く、カメラ１０６の画角に収まらない場合であっても、カメラ１０６がシャッタ３０とともに移動しながら対象工具１０２ｘ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１０２ｘ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１０２ｘ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、対象工具１０２の一部のみを検査対象部としてもよい。たとえば、刃元から刃先までを撮像対象部としてもよいし、刃先だけを撮像対象部としてもよい。

主軸１１６の回転軸、工具交換部１２６の回転軸、シャッタ３０の移動方向、および工具交換の待機位置における対象工具１０２ｘの長手方向は、互いに平行（いずれもＺ軸に対して平行）に設計されている。

なお、図示を省略するが、工具交換部１２６の本体３６、開閉機構３２、照明装置１０８等の各構造体が、工具格納部１３０内の壁面や梁など構造体に安定に固定されている。カメラ１０６は、シャッタ３０を固定されずに、収容室１０内の壁面や梁など構造体に固定させてもよい。カメラ１０６を構造体に固定させる構造の場合、カメラ１０６のエアーパージに関する機構および第１カバー３０４に関する機構は、実施形態の場合と同様である。

変形例１において工具検査のために撮像を行う場合の動作について説明する。ここでは、刃先だけを撮像対象部とするものとする。まず、工具交換を禁止し、エアーパージ制御部３３０が、ポンプ４０２を起動させてエアーパージを開始させる。そして、開閉機構３２がシャッタ３０を開方向へ移動させる動作を開始する。

カメラ１０６が刃先を撮像する位置に達すると、開閉機構３２はシャッタ３０を停止させる。カバー制御部３２０は第１カバー３０４を開口（開放）させる。そして、カメラ１０６により使用前工具１０２ｐの刃先が撮像される。撮像後に、カバー制御部３２０は、一旦第１カバー３０４を閉鎖させる。そして、開閉機構３２がシャッタ３０を全開させ、工具交換の禁止が解除され、工具交換が行われる。

工具交換後の工具収納に先立ち、工具格納部１３０において使用済工具１０２ｕが待機状態で水平に保持される。そして、開閉機構３２は、全開状態であるシャッタ３０を閉方向へ移動させる動作を開始する。

カメラ１０６が刃先を撮像する位置に達すると、開閉機構３２はシャッタ３０を停止させ、カバー制御部３２０は第１カバー３０４を開口（開放）させる。そして、カメラ１０６により使用済工具１０２ｕの刃先を撮像する。撮像後に、カバー制御部３２０は、第１カバー３０４を閉鎖させる。そして、開閉機構３２がシャッタ３０をさらに閉方向に移動させる。シャッタ３０が閉じられると、エアーパージ制御部３３０は、ポンプ４０２を停止させてエアーパージを終了させる。そして、使用済工具１０２ｕが正常であれば、マガジン２０に収納される。

カメラ１０６を構造体に固定させる構造の場合には、シャッタ３０が閉じた状態で、エアーパージを開始し、第１カバー３０４を開口（開放）させてカメラ１０６によって使用前工具１０２ｐを撮像する。そして、カバー制御部３２０は、一旦第１カバー３０４を閉鎖させる。その後、開閉機構３２がシャッタ３０を全開にして、工具交換が行われる。

工具交換が済むと、開閉機構３２がシャッタ３０を閉じ、第１カバー３０４を開口（開放）させる。そして、カメラ１０６により使用済工具１０２ｕを撮像する。撮像後に、カバー制御部３２０は、第１カバー３０４を閉鎖させ、エアーパージ制御部３３０は、ポンプ４０２を停止させてエアーパージを終了させる。そして、使用済工具１０２ｕが正常であれば、マガジン２０に収納される。

［実装例］
図１１は、工作機械１００の実装例における工具認識領域２１０の斜視図である。
実施形態で説明したように、カメラ１０６で下方から工具１０２を撮像する。照明装置１０８は、撮像される工具１０２の上方から光を当てる。

図１２と図１３は、工作機械１００の実装例における工具認識領域２１０の側面図である。いずれも、ワーク主軸１０５の軸線方向から工具認識領域２１０をみた状態を示す。

ワーク主軸１０５は主軸台１７０に回転可能に支持され、その主軸台１７０にカメラ１０６が固定されている。照明装置１０８を支持するアーム１７２は、主軸台１７０の上方に設けられている。工具検査の際には、工具１０２における撮像対象部（検査のために撮像される部分）が検査領域２１２に配置される。鉛直線Ｌ１に沿って見た場合（または、鉛直線Ｌ１の上方から見た場合）、照明装置１０８と第２カバー３０６とが、カメラ１０６と重ならない位置関係を有する程度に傾斜角θで光軸Ｌ２が傾けられる（図中の鉛直線Ｌ１と平行な二点鎖線参照）。光軸Ｌ２を傾斜させることで、照明装置１０８を固定しているアーム１７２から離れた位置に工具１０２を移動させることになるため、工具径が大きい工具１０２を撮像することも可能となる。

第１カバー３０４は、スライド式のシャッタである。Ｚ軸の－方向に移動して、カメラ１０６の受光面を閉じ、Ｚ軸の＋方向に移動してカメラ１０６の受光面を開ける。第１カバー３０４は、工具１０２の自動交換のときのクーラントの滴下や切り屑の落下から、カメラ１０６のレンズ面４２６を守る。したがって、カメラ１０６へのクーラント侵入がなく、切り屑の挟み込みが生じない。

この実測例では、複数のエアブロー装置４２０が用いられる。エアブロー装置４２０は、エアブローによって第１カバー３０４の上に堆積した切り屑を除去する。エアブロー装置４２０のエアブローによって、カメラ１０６の開口部付近の切り屑も除去される。

エアブロー装置４２２は、フラット型ノズル４２４から噴出させる空気によって撮像時に工具１０２から滴下するクーラントを吹き飛ばす。

フラット型ノズル４２４にクーラントが付着し、溜まったクーラントが落下することもある。エアブロー装置４２５は、フラット型ノズル４２４に付着したクーラントを吹き飛ばす。樋４２７は、フラット型ノズル４２４からレンズ面４２６に滴り落ちるクーラントを受け止める。これにより、レンズ面４２６にクーラントがかからないようにする。

第１カバー３０４とレンズ面４２６の隙間に圧縮空気を送り込むエアーパージによって、クーラントのミストによるレンズ面４２６の汚染を防止する。空気は、矢印で図示したように、カメラ１０６の側面から前面に回り込み、Ｚ軸方向に抜ける。

［その他の変形例］
カメラ１０６を包含する枠体（筐体）側に第１カバー３０４を設けるようにしてもよい。カメラ１０６は枠体に収容され、第１カバー３０４は枠体に取り付けられる。第１カバー３０４が回転駆動によって、カメラ１０６の受光面を覆う構造は、実施形態と同様である。

清掃回転と清掃噴射は、省いてもよい。あるいは清掃回転と清掃噴射の両方を行ってもよい。

本実施形態においては、工具検査の前に、主軸１１６を回転させることで工具１０２の付着物を除去するとして説明した。変形例として、工具検査の前に主軸１１６を振動させることで工具１０２の付着物を除去してもよい。

図７および図８に示した処理は、工具１０２によりワークの加工を制御する加工プログラムとは別に、工具検査プログラムにより実行されてもよい。あるいは、加工プログラムは、ワークの切削を指示する切削プログラム（切削制御アルゴリズム）と工具検査プログラム（工具検査アルゴリズム）の双方を含んでもよい。

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。

実施形態と変形例では、シャッタ３００を開く時点でエアーパージの動作が行われているので、加工領域から侵入するクーラントや切屑などの不純物がカメラ１０６の受光面に付着することを防げる。また、シャッタ３００を動かし始めた後に、第１カバー３０４を開くので、カメラ１０６の受光面が露出し不純物が付着する可能性がある時間を短くできる。

上述したシャッタ３００の開放、第２カバー３０６の開放、第１カバー３０４の開放、撮像、第１カバー３０４の閉鎖、第２カバー３０６の閉鎖、シャッタ３００の閉鎖の順番による動作について、改めて説明する。

図７のＳ１１に示したように、エアーパージが行われる。その後、図８のＳ２２で説明したように、清掃回転の終了後、カバー制御部３２０はシャッタ３００（マガジンシャッタ）の開口（開放）の動作を開始させる。図８のＳ２４で説明したように、シャッタ３００が開放の動作を始めた後に、カバー制御部３２０は内部カバー（第１カバー３０４および第２カバー３０６を開放する。このとき、カバー制御部３２０は、先に第２カバー３０６（照明シャッタ）を開放し、その後で第１カバー３０４（カメラシャッタ）を開放する。続いて、工具の挿入と回転角の設定を経て、図８のＳ３０で説明したように、工具確認部１５２は複数の部分画像を取得することにより工具１０２の形状認識を行う。この処理において、カメラ１０６は、主軸１１６に取り付けられた工具１０２を下（Ｘ軸方向）から撮像する。撮像の後で、図８のＳ４２で説明したように、カバー制御部３２０は、内部カバー（第１カバー３０４および第２カバー３０６）を閉鎖する。このとき、カバー制御部３２０は、先に第１カバー３０４（カメラシャッタ）を閉鎖し、その後で第２カバー３０６（照明シャッタ）を閉鎖する。最後に、図８のＳ４４で説明したように、カバー制御部３２０はシャッタ３００（マガジンシャッタ）を閉鎖する。

１０ 収容室、１２ 操作盤、１４ 画像処理装置、２０ マガジン、２２ ポット、２４ 回転軸、２６ 隔壁、２８ 開口、３０ シャッタ、３２ 開閉機構、３３ ねじ送り機構、３５ サーボモータ、３６ 本体、３８ アーム、１００ 工作機械、１０２ 工具、１０４ 保持部、１０５ ワーク主軸、１０６ カメラ、１０８ 照明装置、１１０ 画像処理装置、１１６ 主軸、１１８ ホルダ、１２０ 操作制御装置、１２２ 加工制御部、１２４ 加工装置、１２６ 工具交換部、１３０ 工具格納部、１７０ 主軸台、１７２ アーム、２００ 加工領域、２０２ カバー、２０４ ドア、２０６ 操作盤、２１０ 工具認識領域、２１２ 検査領域、３００ シャッタ、３０２ エアノズル、３０４ 第１カバー、３０６ 第２カバー、３０８ 照明装置、３２０ カバー制御部、３３０ エアーパージ制御部、４００ パージ機構、４０２ ポンプ、４０４ パイプ、４１０ レンズ部品、４１２ イメージセンサ、４２０ エアブロー装置、４２２ エアブロー装置、４２４ フラット型ノズル、４２５ エアブロー装置、４２６ レンズ面、４２７ 樋、３４０ 上側壁部、３４２ 下側壁部

Claims (4)

1. 所定の撮像領域内で工具を撮像する撮像部と、
   前記撮像領域内で前記工具を保持可能な工具保持部と、
   前記工具による機械加工が実行される加工領域と前記撮像領域との間に設けられ、開放状態と閉鎖状態とを移動可能なシャッタと、
   前記撮像部の受光面を覆うカバーと、
   前記撮像部の前記受光面と前記カバーとの間に流体を流しパージするパージ機構と、を有し、
   (i)前記パージ機構によるパージが行われた後に、(ii)前記シャッタを移動させ、(iii)前記シャッタ移動開始後に前記カバーを移動させる、工作機械。
2. 前記撮像部より上方に設置され、撮像される前記工具に光を当てる照明部と、
   前記照明部の発光面を覆うカバーと、をさらに有し、
   前記シャッタ移動開始後かつ前記撮像部の前記受光面を覆う前記カバーの移動前に、前記照明部の前記発光面を覆う前記カバーを移動させる、請求項１に記載の工作機械。
3. 前記撮像部より下方に設置され、撮像される前記工具に光を当てる照明部と、
   前記照明部の発光面を覆うカバーと、をさらに有し、
   前記撮像部の前記受光面を覆う前記カバーの移動後に、前記照明部の前記発光面を覆う前記カバーを移動させる、請求項１に記載の工作機械。
4. 所定の撮像領域内で工具を撮像する撮像部と、
   前記撮像領域内で前記工具を保持可能な工具保持部と、
   前記工具による機械加工が実行される加工領域と前記撮像領域との間に設けられ、開放状態と閉鎖状態とを移動可能なシャッタと、
   前記撮像部の受光面を覆う第１カバーと、
   前記撮像部より上方に設置され、撮像される前記工具に光を当てる照明部と、
   前記照明部の発光面を覆う第２カバーと、をさらに有し、
   (i)前記シャッタを開放させ、(ii)前記第２カバーを開放させ、(iii)前記第１カバーを開放させ、(iv)前記撮像部に撮像させ、(v)前記第１カバーを閉鎖させ、(vi)前記第２カバーを閉鎖させ、(vii)前記シャッタを閉鎖させる順番に動作を行う工作機械。

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