JP7134372B1 - 撮像装置および工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化を図りつつ、ロバストな処理が可能な画像を撮像する撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、工具Ｔｘを支持する工具支持部２２と、工具支持部２２に支持される工具Ｔｘに光を照射する光源５２と、工具支持部２２に支持される工具Ｔｘに対して光源５２と反対側に位置する投影部３０と、光源５２から照射される光により投影部３０に投影される工具の投影像を撮像する撮像部５０と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、工具を撮像する撮像装置に関する。

工作機械には、回転するワークに対して工具を移動させるターニングセンタ、回転する工具をワークに対して移動させるマシニングセンタ、およびこれらの機能を複合的に備える複合加工機などがある。工作機械には、ＡＴＣ（Automatic Tool Changer）と呼ばれる工具交換装置が備えられ、機械加工の過程で複数種の工具を交換しながらワークが所望の形状に加工される。ＡＴＣは、工具収容部（マガジン等）と工具保持部（主軸等）との間で工具交換を実行する。

このような工作機械では、使用後の工具に欠損や折損あるいは切屑の巻き付きなどの異常があった場合、その工具（以下「不良工具」ともいう）をそのまま次回の加工に使用することはできない。このため、工具の使用前後に刃形状を撮像する撮像装置を設け、その使用前後の撮像画像に基づいて不良工具であるか否かを判定する技術が提案されている（特許文献１）。

工具検査においては、例えば工具の一方の側から照明をあて、他方の側に設置された撮像部で工具を撮像する。透過照明を利用することにより工具のシルエットを映し出し、そのシルエットに基づいて工具の輪郭を特定する。正常な輪郭形状が得られない場合、不良工具であると判定できる。

特開２０１５－１３１３５７号公報

このような撮像装置では、工具を挟んで光軸上の両側に光源と撮像部をそれぞれ配置する必要がある。しかも、撮像部としてのカメラと工具との距離（ワーキングディスタンス：以下「ＷＤ」と表記する）を確保する必要がある。このため、撮像装置を構成する撮像部と光源との距離が大きくなり、工作機械における設置スペース上の問題が生じる可能性がある。この点、透過照明とはせずに照明をあてた工具そのものを撮像する、つまり明視野で撮像した工具表面の画像を処理することも考えられる。しかし、その場合には画像情報が多くなり、ロバストな処理が難しくなる。

本発明のある態様は撮像装置である。この撮像装置は、工具を支持する工具支持部と、工具支持部に支持される工具に光を照射する光源と、工具支持部に支持される工具に対して光源と反対側に位置する投影部と、光源から照射される光により投影部に投影される工具の投影像を撮像する撮像部と、を備える。

本発明によれば、省スペース化を図りつつ、ロバストな処理が可能な画像を撮像する撮像装置を提供できる。

実施形態に係る工作機械の外観を表す斜視図である。 工具収容装置の内部構成を表す側面図である。 収容室内の構成を模式的に表す斜視図である。 収容室と加工室との境界部周辺を模式的に表す正面図である。 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。 対象工具の撮像方法を模式的に表す図である。 対象工具の撮像方法を模式的に表す図である。 対象工具の撮像方法を模式的に表す図である。 実際の撮像画像および画像処理の例を示す。 実際の撮像画像および画像処理の例を示す。 工具形状データ取得処理を表すフローチャートである。 工具検査処理を表すフローチャートである。 変形例に係る対象工具の撮像方法を模式的に表す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態の工作機械は、工具を適宜交換しながらワークを所望の形状に加工するマシニングセンタとして構成されている。

図１は、実施形態に係る工作機械の外観を表す斜視図である。工作機械１を正面からみて前後方向，左右方向，上下方向を、それぞれＺ軸方向，Ｘ軸方向，Ｙ軸方向とする。
工作機械１は、加工装置２および工具収容装置４を備える。これらの装置を覆うようにカバー６（装置筐体）が設けられる。カバー６の内方には、正面から向かって右側に加工室８が設けられ、左側に収容室１０が設けられる。加工室８において加工装置２による機械加工が行われる。収容室１０においては、工具収容装置４により複数の工具が収容され、また、図示しないＡＴＣによる工具交換が行われる（詳細後述）。

カバー６の右側面には操作盤１２が設けられている。操作盤１２には画像処理装置１４が接続される。ユーザは、画像処理装置１４により工作機械１の作業状況を遠隔監視できる。画像処理装置１４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。変形例においては、画像処理装置を加工室８の内部装置として構成してもよい。

図２は、工具収容装置４の内部構成を表す側面図である。本図は工作機械１の左側面図に対応するが、説明の便宜上、カバー６の左側面を取り除いた状態を示す。また、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。

工具収容装置４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Ｔを収納可能に構成されている。各ポット２２が工具Ｔ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Ｔをその前端位置（図２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Ｔ（「対象工具Ｔｘ」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と加工室８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Ｔｘ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。収容室１０にはＡＴＣ３４が設けられる。ＡＴＣ３４は、収容室１０にて待機状態で保持される工具Ｔと、加工室８にて工具主軸（図示せず）に保持される工具Ｔ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Ｔｘ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Ｔｘには、工具交換直前の使用前工具Ｔｐ（後述）と、工具交換直後の使用後工具Ｔｕ（後述）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Ｔｐの画像と使用後工具Ｔｕの画像を撮像する。それら使用前工具Ｔｐの画像と使用後工具Ｔｕの画像との対比に基づいて、使用後工具Ｔｕの状態（不良工具であるか否か等）を判定する。

図３は、収容室１０内の構成を模式的に表す斜視図である。図４は、収容室１０と加工室８との境界部周辺を模式的に表す正面図である。
図３に示すように、対象工具Ｔｘ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Ｔｘの長手方向に駆動され、開口２８を開閉する。なお、対象工具Ｔｘの「長手方向」は、収容室１０にて対象工具Ｔｘを支持するポット２２の軸線に沿った方向であり「Ｚ軸方向」に対応する。対象工具Ｔｘの「短手方向」は、長手方向と直角をなす方向であり「Ｘ軸方向」や「Ｙ軸方向」を含む。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。

図４にも示すように、対象工具Ｔｘとシャッタ３０との間の空間にＡＴＣ３４が配設されている。ＡＴＣ３４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４０を有する。把持部４０は、固定爪４２と可動爪４４を含む。可動爪４４を駆動することにより把持部４０による把持動作を実現できる。

ＡＴＣ３４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。

ＡＴＣ３４の非作動時には、図４に示すように、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ＡＴＣ３４が収容室１０に収まるようにしている。ＡＴＣ３４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Ｔｐが待機し、他方の側（加工室８側）で使用後工具Ｔｕが待機する。このとき、シャッタ３０が開放される。

ＡＴＣ３４が作動すると、アーム３８が回転することで一対の把持部４０がそれぞれ使用前工具Ｔｐ、使用後工具Ｔｕ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および工具主軸３７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ＡＴＣ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Ｔｘの保持位置のやや上方に撮像部５０および光源５２が配置される。撮像部５０は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）などのイメージセンサ（撮像素子）を備えるカメラである。撮像部５０は、約１００万画素（１２２４×１０２４）の解像度を有し、１秒間に最大８０枚の撮像画像を取得可能である。

光源５２は、指向性の高いラインレーザ光（以下、単に「レーザ光」ともいう）を出力するレーザ出力部５４を有する（詳細後述）。光源５２は、ポット２２に支持される対象工具Ｔｘに対してシャッタ３０とは反対側に位置する。シャッタ３０は、光源５２から照射されるレーザ光による対象工具Ｔｘの投影が映し出される「投影部」として機能する。撮像部５０は、対象工具Ｔｘに対してシャッタ３０とは反対側に位置し、シャッタ３０に映し出される対象工具Ｔｘの投影像を撮像する。

ポット２２に支持される対象工具Ｔｘとシャッタ３０との間にＡＴＣ３４が位置する。このため、光源５２は、レーザ光の照射によって対象工具Ｔｘの投影とＡＴＣ３４の投影とが重ならないように配置されている。本実施形態では、光源５２が対象工具Ｔｘのやや斜め上方に配置されている。一方、撮像部５０についても、その画角において対象工具Ｔｘの投影像と対象工具Ｔｘそのものの画像とが重ならないように配置されている。本実施形態では、撮像部５０が光源５２および対象工具Ｔｘよりも上方に配置されている。

対象工具Ｔｘの撮像対象部Ｔａ（図３参照）の投影を一画面に収めることができるよう、撮像部５０とシャッタ３０との距離（ワーキングディスタンス：以下「ＷＤ」とも表記する）が設定されている。なお、撮像対象部Ｔａは、対象工具Ｔｘ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Ｔｘにおいて少なくとも刃元から刃先までを含むように撮像対象部Ｔａが設定されている。変形例においては、ポット２２に支持される対象工具Ｔｘの基端から刃先までを撮像対象部Ｔａとしてもよい。

図３に戻り、収容室１０には、光源５２を対象工具Ｔｘの長手方向に移動させるための光源駆動機構５６が設けられている。光源駆動機構５６は、送り機構５７およびこれを駆動するサーボモータ５８を含む。送り機構５７は、本実施形態ではリニアガイドを有するねじ送り機構であるが、エアシリンダその他の送り機構であってもよい。光源駆動機構５６は、光源５２（レーザ出力部５４）を駆動してラインレーザ光を対象工具Ｔｘの長手方向に走査させる（詳細後述）。

図４に示したように、工具主軸３７の回転軸Ｌt、ＡＴＣ３４の回転軸Ｌｘ、シャッタ３０の移動方向、光源５２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Ｔｘの長手方向は、互いに平行（いずれもＺ方向）に設計されている。

なお、図３および図４においては図示を省略するが、ＡＴＣ３４の本体３６、開閉機構３２、光源駆動機構５６、撮像部５０等の各構造体が、収容室１０内の壁面や梁など構造体に安定に固定されていることは言うまでもない。

図５は、工作機械１および画像処理装置１４のハードウェア構成図である。
工作機械１は、上述の加工装置２、工具収容装置４、ＡＴＣ３４のほか、加工制御装置６０および操作制御装置６２を含む。加工制御装置６０は、数値制御装置として機能し、加工プログラムにしたがって加工装置２に制御信号を出力する。加工装置２は、加工制御装置６０からの指示にしたがって工具主軸３７を駆動してワークを加工する。上述した光源５２および撮像部５０は、工作機械１における撮像装置を構成する。画像処理装置１４は、撮像部５０が撮像した撮像画像を処理する。

操作制御装置６２は、操作盤１２を含み、加工制御装置６０を制御する。ＡＴＣ３４は、加工制御装置６０からの交換指示にしたがって工具収容装置４から工具を取り出し、工具主軸に保持される使用後工具Ｔｕと、工具収容装置４から取り出した使用前工具Ｔｐとを交換する。

画像処理装置１４は、主として、工具形状認識等の画像処理を行う。上述のように、画像処理装置１４は操作制御装置６２の一部として構成されてもよい。

図６は、画像処理装置１４の機能ブロック図である。
画像処理装置１４の各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および各種補助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６２および加工制御装置６０の各構成要素も、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により実現されてもよい。操作制御装置６２および加工制御装置６０は、画像処理装置１４とは別個の装置として構成されてもよい。

画像処理装置１４は、ユーザインタフェース処理部７０、データ処理部７２、データ格納部７４および通信部７６を含む。
ユーザインタフェース処理部７０は、ユーザ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７６は、操作制御装置６２との通信を担当する。データ処理部７２は、ユーザインタフェース処理部７０により取得されたデータおよびデータ格納部７４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７２は、ユーザインタフェース処理部７０、データ格納部７４および通信部７６のインタフェースとしても機能する。データ格納部７４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７０は、入力部８０および出力部８２を含む。
入力部８０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。出力部８２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８２は、表示部８４を含む。表示部８４は、撮像画像の表示、画像処理に伴う表示、ユーザに各種事象の発生を報知するための表示などをする。

通信部７６は、操作制御装置６２からデータを受信する受信部１１０と、操作制御装置６２にデータおよびコマンドを送信する送信部１１２を含む。

データ処理部７２は、移動制御部９０、撮像処理部９２、形状再現部９４、表示制御部９５、工具管理部９６および判定処理部９８を含む。
移動制御部９０は、開閉機構３２を駆動制御してシャッタ３０の開閉を制御し、また、光源駆動機構５６を駆動して光源５２の移動を制御する。撮像処理部９２は、撮像部５０を制御し、シャッタ３０に映し出される対象工具Ｔｘの投影を撮像させる。形状再現部９４は、撮像画像に基づいて対象工具Ｔｘの形状を示すデータである「工具形状データ」を生成する。表示制御部９５は、表示部８４の表示を制御する。工具管理部９６は、対象工具Ｔｘごとに工具ＩＤと工具形状データとを対応づけてデータ格納部７４に登録する。

判定処理部９８は、対象工具Ｔｘの撮像画像に基づき、あるいは、工具形状データに基づいて、対象工具Ｔｘに欠損や折損あるいは切屑の巻き付きなどの異常が生じていないか（不良工具であるか否か）を判定する。判定処理部９８が対象工具Ｔｘの異常が判定されたとき、表示制御部９５は、ユーザにその旨を報知するためのアラート画面を表示部８４に表示させる。判定処理部９８は、操作制御装置６２にその旨を操作盤１２に表示させるよう指示してもよい。使用後工具Ｔｕが不良工具であると判定された場合、工具管理部９６は、その不良工具であるとの情報を工具ＩＤに対応づけ、工具情報としてデータ格納部７４に登録する。

データ格納部７４は、工具情報格納部１００および形状データ格納部１０２を含む。工具情報格納部１００は、マガジン２０に収納される各工具Ｔの情報（工具情報）を工具ＩＤに対応づけて格納する。工具情報には、例えば工具の種類や形状、大きさ、長さなどの情報が含まれる。さらに、累計使用時間や累計使用回数などの情報を含めてもよい。データ格納部７４はまた、撮像画像を一時記憶する。

工具情報格納部１００は、工具交換がなされるごとに工具情報を更新する。上述のように対象工具Ｔｘが不良工具であると判定された場合には、工具情報としてその旨を追加する。工具管理部９６は、その判定以降、不良工具にかかる工具Ｔの使用、つまりＡＴＣ３４により使用前工具Ｔｐとして工具交換することを禁止する。

形状データ格納部１０２は、形状再現部９４が生成した工具形状データを工具ＩＤに対応づけて格納する。本実施形態では、工具交換前後に工具形状データが作成される。このため、各対象工具Ｔｘについて、使用前工具Ｔｐの工具形状データ（以下「使用前工具形状データ」ともいう）と、使用後工具Ｔｕの工具形状データ（以下「使用後工具形状データ」ともいう）とが、工具ＩＤに対応づけて記憶される。判定処理部９８は、同一の工具について使用前工具形状データと使用後工具形状データとを比較することで、使用後工具Ｔｕが不良工具であるか否かを判定できる。

次に、工具の撮像方法について説明する。
図７～図９は、対象工具Ｔｘの撮像方法を模式的に表す図である。図９（Ａ）～（Ｃ）は、光源５２の移動過程を対象工具Ｔｘの上方からみた様子を示す。

図７に示すように、光源駆動機構５６は、対象工具Ｔｘと平行に延びるガイドレール５９を有する。光源５２は、ガイドレール５９にガイドされつつ、送り機構５７によって対象工具Ｔｘの長手方向に駆動される。レーザ出力部５４からは、３列のラインレーザｌａ，ｌｂ、ｌｃが互いに平行に対象工具Ｔｘの短手方向に出力される。これらのレーザ光が対象工具Ｔｘに照射されることで、シャッタ３０にその投影が映し出されることになる。

図８に示すように、シャッタ３０に映し出される対象工具Ｔｘの投影像を撮像部５０により撮像する。そのため、光源５２および撮像部５０を対象工具Ｔｘに対してシャッタ３０とは反対側に配置する。対象工具Ｔｘの直径（工具径）をｄ、光源５２から対象工具Ｔｘまでの距離をＬ１、対象工具Ｔｘから投影までの距離をＬ２とすると、シャッタ３０における対象工具Ｔｘの影の高さｈ＝ｄ×Ｌ２／Ｌ１となる。撮像部５０には、対象工具Ｔｘの撮像対象部についてその投影像が画角に入るようＷＤが設定されている。

図中に破線で示す撮像部５０は、透過照明により対象工具Ｔｘのシルエットを撮像する場合の構成例（比較例）を示す。比較例における撮像部５０のＷＤは本実施形態と同じであるとする。この比較例を採用した場合、撮像装置の設置スペースとして、少なくともＬ２＋Ｌ３の長さを要することとなり、本実施形態と比較して大きくなる。言い換えれば、本実施形態により比較例よりも省スペースを図ることができる。

対象工具Ｔｘの画像処理に際しては、図９（Ａ）～（Ｃ）に示すように、光源５２を対象工具Ｔｘの長手方向に移動させつつ、撮像部５０による撮像を連続的に実行する（連写する）。撮像部５０の位置は固定されたままである。３列のレーザ光の指向性が高いため、瞬間的には３列の投影が撮像されることになるが、光源５２を移動しながら連写するため、その３列の隙間も後続の撮像で投影として得られることとなる（破線参照）。すなわち、撮像対象部Ｔａの全域にわたって投影像が得られる。

図１０および図１１は、実際の撮像画像および画像処理の例を示す。図１０（Ａ）～（Ｅ）は、順次得られる撮像画像（部分画像）を示す。図１１（Ａ）は、部分画像を合成した全体画像を示す。図１１（Ｂ）は、画像処理におけるエッジ検出を示す。

撮像処理部９２は、連続的に得られる複数の撮像画像について、レーザ光による対象工具Ｔｘの投影部分、つまり明暗の境界が存在する領域Ｒを部分画像として抽出する（図１０（Ａ）～（Ｅ））。そして、それらの部分画像をつなげて合成し、全体画像Ｐを生成する（図１１（Ａ））。撮像処理部９２は、さらに全体画像Ｐにおける対象工具Ｔｘの短手方向に走査線を設定し、全体画像Ｐにおける暗領域と明領域との境界に位置する点をエッジ点として検出する。撮像処理部９２は、走査線を一定のピッチにてＴｘの長手方向にずらしながら複数のエッジ点を検出し、これらのエッジ点をつなぐことで対象工具Ｔｘの輪郭を特定する（図１１（Ｂ））。形状再現部９４は、特定された輪郭に基づいて工具形状データを生成する。本実施形態では、これらの画像処理を使用後工具Ｔｕおよび使用前工具Ｔｐの双方について実行する。

判定処理部９８は、同一の工具について使用前工具形状データと使用後工具形状データとを比較する。判定処理部９８は、使用前工具形状と使用後工具形状の類似度、特に、輪郭の類似度が所定値以下となっているとき、対象工具Ｔｘに欠損等が発生している、つまり対象工具Ｔｘが不良工具になっていると判定する。このとき、表示部８４は、ユーザに不良工具が検出されたことを示すアラート画面を表示させる。あるいは、ブザー音などの音声を発生させてもよい。

図１２は、工具形状データ取得処理を表すフローチャートである。
本処理は、工具交換に先立ち、使用前工具Ｔｐが収容室１０において待機状態で水平に保持されたことを契機に実行される。このとき、シャッタ３０は閉状態であり、光源５２は待機位置にある。なお、ここでいう「待機位置」とは、対象工具Ｔｘの長手方向基端寄りの停止位置であり、撮像対象部Ｔａの投影の一端（図９における左端）が含まれるよう予め設定される。

撮像処理部９２は、本処理に先立って予め定める工具交換禁止フラグをオンにする（Ｓ１０）。使用前工具Ｔｐの撮像中にＡＴＣ３４による工具交換がなされることを禁止するものである。続いて、移動制御部９０が光源５２の工具刃先方向への移動を開始させるとともに（Ｓ１２）、撮像処理部９２が撮像部５０による撮像（連写）を開始する（Ｓ１４）。このとき取得される複数の画像は、工具使用前画像として記憶される。

そして、光源５２が移動停止位置に到達すると（Ｓ１６のＹ）、移動制御部９０が光源５２の移動を停止させるとともに（Ｓ１８）、撮像処理部９２が撮像部５０による撮像を停止する（Ｓ２０）。なお、ここでいう「移動停止位置」とは、対象工具Ｔｘの長手方向先端寄りの停止位置であり、撮像対象部Ｔａの投影の他端（図９における右端）が含まれるよう予め設定される。撮像処理部９２は、工具交換禁止フラグをオフにする（Ｓ２２）。この撮像完了をもって、ＡＴＣ３４による工具交換を許可するものである。言い換えれば、工具交換禁止フラグがオンにされている間に使用前工具Ｔｐに対する撮像処理が実行される。

撮像処理部９２は、上述した複数の工具使用前画像のそれぞれから明暗の境界が存在する部分画像を抽出して合成する（Ｓ２４）。それにより全体画像Ｐが生成される（図１１（Ａ）参照）。形状再現部９４は、全体画像Ｐに基づいて使用前工具形状データを生成する（Ｓ２６）。工具管理部９６は、この使用前工具形状データを工具ＩＤに対応づけて形状データ格納部１０２に格納させる（Ｓ２８）。この使用前工具形状データは、後述する工具検査のために使用される。

図１３は、工具検査処理を表すフローチャートである。
本処理は、工具交換後の工具収納に先立ち、収容室１０において使用後工具Ｔｕが待機状態で水平に保持されたことを契機に実行される。このとき、シャッタ３０は閉状態であり、光源５２は上述した移動停止位置にある。

まず、移動制御部９０が光源５２の工具基端方向への移動を開始させるとともに（Ｓ３０）、撮像処理部９２が撮像部５０による撮像（連写）を開始する（Ｓ３２）。このとき取得される複数の画像は、工具使用後画像として記憶される。

そして、光源５２が上述した待機位置に到達すると（Ｓ３４のＹ）、移動制御部９０が光源５２の移動を停止させるとともに（Ｓ３６）、撮像処理部９２が撮像部５０による撮像を停止する（Ｓ３８）。撮像処理部９２は、複数の工具使用後画像のそれぞれから明暗の境界が存在する部分画像を抽出して合成する（Ｓ４０）。それにより全体画像Ｐが生成される。形状再現部９４は、全体画像Ｐに基づいて使用後工具形状データを生成する（Ｓ４２）。工具管理部９６は、この使用後工具形状データを工具ＩＤに対応づけて形状データ格納部１０２に一時記憶する（Ｓ４４）。

判定処理部９８は、この使用後工具形状データと工具ＩＤが同じ使用前工具形状データを読み出し（Ｓ４６）、それらの工具形状データを比較する（Ｓ４８）。すなわち、同一の工具について使用前工具形状と使用後工具形状とを比較する。このとき、使用後工具形状と使用前工具形状との類似度が所定値以下の不良工具であれば（Ｓ５０のＹ）、表示部８４にその旨を報知させる（Ｓ５２）。すなわち、表示部８４がアラート画面を表示させる。不良工具でなければ（Ｓ５０のＮ）、Ｓ５２の処理をスキップする。

本実施形態では、工具交換後に不良工具と判定された使用後工具Ｔｕについてもマガジン２０に収納するが、所定のメンテナンスが行われるまでその工具を使用禁止とする。その工具が使用禁止であるとの情報は工具ＩＤに対応づけて記憶される。

工具には一般に、その品質を確保するために使用回数や使用時間（「品質保証パラメータ」ともいう）の上限値が決められている。その品質保証パラメータが上限値を超えた工具は使用禁止とされ、別途用意されマガジン２０に収納された同種の工具（サブ工具）が使用される。それにより、加工装置２による量産プロセスを阻害しないようにする。本実施形態では、品質保証パラメータが上限値を超えなくとも、不良工具が検出された場合には、該当する工具を使用禁止として管理しつつサブ工具を使用する。

以上、実施形態に基づいて工作機械１について説明した。
本実施形態では、対象工具Ｔｘに対して光源５２とは反対側にあるシャッタ３０を投影部とした。そして、撮像部５０が、光源５２から照射される光によりシャッタ３０に投影される対象工具Ｔｘの投影像を撮像するようにした。この配置関係により、撮像部５０が比較的大きなＷＤを有していたとしても、光源５２の光軸方向に大きなスペースを要しない。また、投影像を処理するため、処理対象となる画像情報を少なく抑えることができる。すなわち、本実施形態によれば、撮像装置において省スペース化を図りつつ、ロバストな画像処理を実現できる。

また、複数列のラインレーザ光を走査させながら対象工具Ｔｘを連写し、複数列の投影像を連続的に取得する。このため、カメラのシャッタ開閉動作時間において瞬間的に撮像できない部分があっても、複数列の画像間で補完できる。言い換えれば、複数の部分画像によってその補完ができるように複数列のラインレーザ光の間隔、光源５２の移動速度、撮像部５０の連写速度との関係が設定されている。そのため、部分画像の合成により、対象工具Ｔｘの投影像について欠落部分のない全体画像を得ることができる。

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。

［変形例］
図１４は、変形例に係る対象工具Ｔｘの撮像方法を模式的に表す図である。
本変形例では、光源５２は対象工具Ｔｘに対してシャッタ３０とは反対側に配置されているものの、撮像部５０は対象工具Ｔｘに対してシャッタ３０と同じ側に配置される。光源５２のＷＤの大きさによっては、このような配置構成を採用してもよい。このような構成であっても、透過照明を用いる撮像装置（比較例）と比較して（図８の破線部参照）、省スペース化を実現できる。

［その他の変形例］
上記実施形態では、レーザ出力部５４から３列のラインレーザ光を出力する構成を例示したが、２列でも４列以上でもよい。複数列のラインレーザ光を出力し、複数列の投影像が得られればよい。画像処理部は、撮像された複数列の投影像の全てを合成することで、全体画像を生成できる。

上記実施形態では、光源駆動機構５６を送り機構５７で構成し、レーザ出力部５４を対象工具Ｔｘの長手方向に移動させてラインレーザ光を走査させつつ対象工具Ｔｘを撮像する構成を例示した。変形例においては、光源駆動機構をいわゆる首振り機構とし、レーザ出力部５４を所定の回転軸を中心に回動させることで、ラインレーザ光を対象工具Ｔｘの長手方向に走査させるようにしてもよい。

上記実施形態では、レーザ出力部５４を対象工具Ｔｘの長手方向に移動させてラインレーザ光を走査させつつ対象工具Ｔｘを連写する、つまり複数回撮像する構成を例示した。変形例においては、カメラの露光時間を長くして１回撮像してもよい。ただし、複数回撮像を行ほうが、コントラストの面ではメリットがある。上記変形例のように光源駆動機構を首振り機構とする場合も同様である。

上記実施形態では、工具の長さ情報は、工具ＩＤに対応づけて工具情報格納部１００に格納されている。そこで、移動制御部９０は、対象工具Ｔｘに対応する工具情報を読み出し、その工具長さに応じて光源５２の移動量を変更してもよい。すなわち、対象工具Ｔｘの長さに応じて移動停止位置がそれぞれ設定されてもよい。

上記実施形態では、判定処理部９８が対象工具Ｔｘの不良を判定する構成を例示した。変形例においては、使用前工具Ｔｐおよび使用後工具Ｔｕについて形状再現部９４が生成した工具形状データを、表示部８４により対比可能に描画表示させてもよい。ユーザがそれら使用前後の工具形状を目視により比較することで対象工具Ｔｘが不良工具であるか否かを判定してもよい。

上記実施形態では、各対象工具Ｔｘについて工具交換前後（つまり機械加工の前後）において撮像を行い、工具形状データを生成した。そして、それぞれの工具について使用前工具形状データと使用後工具形状データとを比較することで、欠損等の異常がないかどうかを判定した。変形例においては、工具形状データ（工具輪郭データ）を生成することなく、工具画像そのものを使用して不良工具の判定処理を行ってもよい。すなわち、各対象工具Ｔｘについて使用前工具画像と使用後工具画像とを比較することで、使用後工具Ｔｕが不良工具であるか否かを判定してもよい。

上記実施形態では、各対象工具Ｔｘを機械加工の直前および直後で撮像し、それらの画像に基づいて使用後工具Ｔｕの状態（不良工具であるか否か）を判定した。つまり、使用直前の撮像画像を「参照画像」として判定の基準に用いる例を示した。変形例においては、工具の初回使用開始前の工具登録時に基本データとして参照画像を格納してもよい。

上記実施形態では、図８に示したように、撮像部５０および光源５２を対象工具Ｔｘの上方に配置した。変形例においては、撮像部５０および光源５２の一方を対象工具Ｔｘの上方に配置し、他方を対象工具Ｔｘの下方に配置してもよい。あるいは、光源５２を対象工具Ｔｘと同等の高さに配置し、撮像部５０を対象工具Ｔｘの上方又は下方に配置してもよい。対象工具Ｔｘが撮像部５０による投影像の撮像に干渉しなければよい。

上記実施形態では、可動体であるシャッタ３０を「投影部」としたが、装置に固定され可動しないオイルの垂れを防止するオイルパン、仕切り板、側壁、側面カバーなどを「投影部」として対象工具Ｔｘを投影させてもよい。あるいは、可動部であるロボットアームの平面部を「投影部」として対象工具Ｔｘを投影させてもよい。工具の摩耗などを検知するために工具のエッジの検出を精度よく行うためには、投影部における工具の影が映る部分は平面であることが好ましい。切り屑の巻き付き検知や工具の折損検知などで撮像装置を用いる場合は、曲面に影を投影する形でも十分検知できる。

上記実施形態では、「表示部」を画像処理装置１４に設ける例を示した。変形例においては、工作機械１の操作盤１２の表示画面を「表示部」としてもよい。

上記実施形態では詳細に述べなかったが、ラインレーザ光は、対象工具Ｔｘは配置される室内の照明とは波長が異なるものでよい。レーザ出力部５４がバンドパスフィルタ機能を有し、特定の波長を有するラインレーザ光を出力してもよい。ラインレーザ光は、可視光でもよいし、紫外線や赤外線でもよい。

上記実施形態では、マガジン２０のポット２２を「工具支持部」とし、収容室１０において対象工具Ｔｘを待機状態で支持する構成を例示した。変形例においては、ＡＴＣ３４（より詳細にはアーム３８）を「工具支持部」として機能させてもよい。すなわち、ＡＴＣにより工具交換前又は工具交換後の対象工具を支持した状態で、光源５２の移動および撮像部５０による撮像処理を行ってもよい。

上記実施形態では、「工具搬送部」としてＡＴＣ３４を例示したが、工具交換機能を有することなく、加工室と収容室との間で工具を搬送する工具搬送機構を設けてもよい。

上記実施形態では、工作機械１としてマシニングセンタを例示したが、上記工具の検査技術をターニングセンタや複合加工機にも適用できることは言うまでもない。

上記実施形態では、撮像装置が工作機械１である例を示したが、これに限定されない。例えば、撮像装置は工具収容装置であってもよい（図５参照）。工具収容装置が撮像装置である場合は、例えば、工具収容装置を構成する側壁などが投影部になる。

上記実施形態では述べなかったが、撮像装置（図８参照）において、ＷＤが小さい場合、撮像部５０（実線参照）とシャッタ３０との距離が、比較例における撮像部５０（破線参照）とシャッタ３０との距離Ｌ３よりも短くてもよい。

また、対象工具Ｔｘの中心と光源５２とを結ぶ直線と、前記直線と交わる投影部の交点と撮像部５０とを結ぶ直線と、がなす角が、５°から１５°の範囲であるとよい。さらに、撮像部５０が光源５２の光照射領域（図８における点線の内側）に位置してもよい。

１ 工作機械、２ 加工装置、４ 工具収容装置、８ 加工室、１０ 収容室、１２ 操作盤、１４ 画像処理装置、２０ マガジン、２８ 開口、３０ シャッタ、３２ 開閉機構、３４ ＡＴＣ、３７ 工具主軸、５０ 撮像部、５２ 光源、５４ レーザ出力部、５６ 光源駆動機構、５７ 送り機構、５８ サーボモータ、５９ ガイドレール、６０ 加工制御装置、６２ 操作制御装置、７０ ユーザインタフェース処理部、７２ データ処理部、７４ データ格納部、７６ 通信部、９０ 移動制御部、９２ 撮像処理部、９４ 形状再現部、９６ 工具管理部、９８ 判定処理部、Ｐ 全体画像、ＰＣ ラップトップ、Ｒ 領域、Ｔ 工具、Ｔａ 撮像対象部、Ｔｐ 使用前工具、Ｔｕ 使用後工具、Ｔｘ 対象工具。

Claims (5)

1. 工具を支持する工具支持部と、
   前記工具支持部に支持される工具に光を照射する光源と、
   前記工具支持部に支持される工具に対して前記光源と反対側に位置する投影部と、
   前記光源から照射される光により前記投影部に投影される前記工具の投影像を撮像する撮像部と、を備える、撮像装置。
2. 前記光源として、ラインレーザ光を出力するレーザ出力部と、
   前記レーザ出力部を駆動して前記ラインレーザ光を前記工具の長手方向に走査させる光源駆動機構と、
   を備え、
   前記撮像部は、前記ラインレーザ光の走査とともに前記投影像を撮像する、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記光源駆動機構が、前記レーザ出力部を前記工具の長手方向に移動させ、
   前記撮像部は、前記レーザ出力部の移動とともに前記投影像を撮像する、請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記投影像が処理されて得られた前記工具の形状を表示する表示部を備え、
   前記表示部は、撮像された複数の投影像を合成して得られる全体画像を前記工具の形状として表示する、請求項２又は３に記載の撮像装置。
5. 工具を支持する工具支持部と、
   前記工具支持部に支持される工具に光を照射する光源と、
   前記工具支持部に支持される工具に対して前記光源と反対側に位置する投影部と、
   前記光源から照射される光により前記投影部に投影される前記工具の投影像を撮像する撮像部と、を備える、工作機械。

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