JP7160602B2 - Tool identification device and tool identification system - Google Patents
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Description
本発明は、工具識別装置及び工具識別システムに関する。 The present invention relates to a tool identification device and a tool identification system.
生産システムにおいて、管理下にある複数の工作機械に取り付けられている工具を一元管理すると、例えば生産計画を立てる時に、いずれの工作機械でどの様な加工を行うことができるのかを把握できたり、工具のメンテナンス状態を管理できたりする等、さまざまな面で利便性がある。このように工具情報を生産システムで一元管理する場合、いずれの工具がいずれの工作機械の工具マガジンやタレットが備えるいずれのポットに取り付けられているか、という工具セット状況を何らかの形で設定する必要がある。 In a production system, if you centrally manage the tools attached to multiple machine tools under your control, you can understand what kind of machining can be done with which machine tool, for example, when making a production plan. It is convenient in various aspects, such as being able to manage the maintenance status of tools. When tool information is centrally managed in a production system in this way, it is necessary to set the tool set status in some way, such as which tool is attached to which pot of which tool magazine or turret of which machine tool. be.
一般に、工場において用いられる工具は、工場全体での工具管理に利用される工具固有のIDである工具IDを用いて管理する。即ち、生産システムにおいて、管理下にある複数の工作機械の工具マガジンやタレットに取り付けられている工具を一元管理するためには、工具を管理している工具データベースに登録される工具IDと、数値制御装置(CNC)上で用いられる工具情報とが1対1の関係をなすように関連付ける必要がある。 In general, tools used in a factory are managed using a tool ID, which is a tool-specific ID used for tool management throughout the factory. That is, in a production system, in order to centrally manage tools attached to tool magazines and turrets of a plurality of machine tools under management, a tool ID registered in a tool database that manages tools and a numerical value Tool information used on the control device (CNC) must be associated so as to have a one-to-one relationship.
工作機械の工具マガジンやタレットに取付けられた工具と、工具データベース上の工具IDとを関連付ける方法として、例えばオペレータが手入力で、工作機械の工具マガジンやタレットに取り付けられた工具と、工具IDとを関連付ける事が考えられる。このようにする場合、オペレータは加工指示書や生産管理部門の指示に基づいて、工具を工作機械の工具マガジンやタレットに取り付けて、数値制御装置が必要とする工具情報を入力するか、あるいは、オペレータは手入力で、工具IDと、その工具をセットした工作機械の識別情報及び取り付け先のポット番号を、工具データベースに通知することになる(例えば、特許文献1等)。 As a method of associating the tools attached to the tool magazine or turret of the machine tool with the tool IDs on the tool database, for example, the operator manually inputs the tools attached to the tool magazine or turret of the machine tool and the tool IDs. can be associated with In this case, the operator attaches the tool to the tool magazine or turret of the machine tool based on the machining instruction sheet or instructions from the production control department, and inputs the tool information required by the numerical controller, or The operator manually notifies the tool database of the tool ID, the identification information of the machine tool in which the tool is set, and the pot number of the installation destination (for example, Patent Document 1, etc.).
また、工作機械の工具マガジンやタレットに取付けられた工具と、工具データベース上の工具IDとを関連付ける他の方法として、工場によっては工具に工具IDを二次元コード等で印字して管理している場合もあるので、この様な管理方法を取っている場合には、工具を工作機械の工具マガジンやタレットに取り付ける際に、工具に印字された工具IDを読取り、読み取った工具IDを工作機械の識別情報及び取り付け先のポット番号と共に工具データベースに通知することで工具IDとだけ工作機械の工具マガジンやタレットに取り付けられた工具と、工具IDとを関連付けることができる(例えば、特許文献2等)。
As another method for associating the tools attached to the tool magazine or turret of the machine tool with the tool IDs in the tool database, some factories print the tool IDs as two-dimensional codes and manage them. Therefore, if such a management method is adopted, the tool ID printed on the tool is read when the tool is attached to the tool magazine or turret of the machine tool, and the read tool ID is transferred to the machine tool. By notifying the tool database together with the identification information and the pot number of the attachment destination, it is possible to associate the tool ID with the tool attached to the tool magazine or turret of the machine tool only with the tool ID (for example,
しかしながら、オペレータが手入力で工作機械の工具マガジンやタレットに取り付けられた工具と工具IDとを関連付ける方法では、入力作業が煩わしいという問題や、オペレータによる入力ミスが発生する可能性があるという問題が生じる。
また、工具に印字された工具IDを読み取る方法では、工場は工具に二次元コード等で表現された工具IDを生成及び印字するための設備を用意する必要がありコスト面での問題が生じる。また、工具に印字された工具IDは工具使用過程の磨耗で読取不能になる可能性があり、また、関連付けの作業は、取り付け位置の誤り等による関連付けミスを無くすために、工作機械の工具マガジンやタレットに工具を取り付けた状態で行われることが望ましいが、取り付ける工具をポットに取り付けた状態では印字された工具IDが工具ホルダや刃物台の影に隠れて読み取れなくなる場合も多いため、適確に工作機械に取り付けられた工具と工具IDとの関連付けが行える作業手順の構築が困難である。
However, in a method in which an operator manually associates a tool attached to a tool magazine or a turret of a machine tool with a tool ID, there are problems in that the input work is troublesome and that there is a possibility that the operator may make an input error. occur.
In addition, in the method of reading the tool ID printed on the tool, the factory needs to prepare equipment for generating and printing the tool ID represented by a two-dimensional code or the like on the tool, which causes a cost problem. In addition, the tool ID printed on the tool may become unreadable due to wear during use of the tool. It is desirable to do this with the tool attached to the turret or the turret. However, it is difficult to construct a work procedure that can associate a tool attached to a machine tool with a tool ID.
そこで本発明の目的は、工作機械に取り付けられた工具を自動乃至半自動で識別することを可能とする工具識別装置及び工具識別システムを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a tool identification device and a tool identification system capable of automatically or semi-automatically identifying a tool attached to a machine tool.
本発明の工具識別装置は、工作機械の工具マガジンやタレットに工具を取り付けた際に、ロボットビジョン等の撮像装置で取り付けた工具自体を撮像し、撮像した結果として得られた画像データを解析することにより、取り付けられた工具を特定することで、上記課題を解決する。本発明の工具識別装置は、撮像して得られた画像データに写っている工具の概形から工具の種類を識別した上で、それぞれの工具の種類毎に設定されている該工具の特徴を示す形状特徴項目を当該画像から取得し、取得した工具の形状特徴項目と、工具データベースに登録されている各工具の形状特徴項目とを照合し、最も尤度が高い工具を工作機械にセットされた工具であると特定する。本発明の工具識別装置は、特定した工具の工具IDと、工作機械の識別情報及び取り付け先のポット番号を自動的に関連付けるようにしても良いし、オペレータに対して登録候補として工具の情報を提供し、オペレータの操作に基づいて工作機械の識別情報及び取り付け先のポット番号を自動的に関連付けるようにしても良い。 When a tool is attached to a tool magazine or turret of a machine tool, the tool identification device of the present invention captures an image of the attached tool itself with an imaging device such as a robot vision, and analyzes the image data obtained as a result of the imaging. By specifying the attached tool, the above problem is solved. The tool identification device of the present invention identifies the type of tool from the general shape of the tool reflected in the image data obtained by imaging, and then identifies the features of the tool set for each type of tool. The shape feature item shown in the image is acquired from the image, and the acquired shape feature item of the tool is compared with the shape feature item of each tool registered in the tool database, and the tool with the highest likelihood is set on the machine tool. identified as a tool with The tool identification device of the present invention may automatically associate the tool ID of the specified tool with the identification information of the machine tool and the pot number of the installation destination, or provide the operator with information on the tool as a registration candidate. may be provided, and the identification information of the machine tool and the pot number of the installation destination may be automatically associated based on the operator's operation.
そして、本発明の一態様は、工具の種類毎に、該工具の種類の概略形状と、該工具の種類に属する工具を特定するための工具寸法特徴項目が定義された工具仕様データベース、及び、工具毎に、該工具を一意に識別可能な工具IDと、少なくとも該工具の種類に応じた前記工具寸法特徴項目の工具寸法特徴量が関連付けられた工具管理データが記憶された工具データベースと通信可能に接続され、工作機械に取り付けられた少なくとも1つの工具を識別する工具識別装置において、前記工作機械に取り付けられた識別対象工具の画像を撮像した画像データを取得する工具画像取得部と、前記工具仕様データベースに記憶された工具の種類毎に定義された工具の種類の概略形状を参照し、前記画像データから前記識別対象工具の形状を認識することにより該識別対象工具の工具の種類を識別する工具種類識別部と、前記工具仕様データベースを参照して、前記識別対象工具の工具の種類に対応する工具寸法特徴項目を特定し、特定した工具寸法特徴項目に係る前記識別対象工具の工具寸法特徴量を前記画像データから測定する工具寸法特徴量測定部と、前記工具寸法特徴量測定部が測定した工具寸法特徴量を前記工具データベースと照合し、前記工具データベースに登録されたそれぞれの工具について、前記識別対象工具が当該工具である尤度を算出する照合部と、を備え、前記照合部により算出された尤度に基づいて、前記識別対象工具が前記工具データベースに登録されたいずれの工具であるのかを識別し、前記照合部は、前記工具データベース上に尤度の高い情報が無い場合、工具種類識別部が識別した識別された前記識別対象工具の工具の種類及び工具寸法特徴量測定部が測定した前記識別対象工具の工具寸法特徴量を前記工具データベースに登録する、工具識別装置である。 And, one aspect of the present invention is a tool specification database in which, for each tool type, a schematic shape of the tool type and a tool dimension feature item for specifying a tool belonging to the tool type are defined; Communicable with a tool database storing tool management data in which a tool ID that uniquely identifies the tool and at least the tool dimension feature amount of the tool dimension feature item corresponding to the type of the tool are associated for each tool. A tool identification device for identifying at least one tool attached to a machine tool, a tool image acquisition unit configured to acquire image data obtained by capturing an image of an identification target tool attached to the machine tool; The tool type of the identification target tool is identified by referring to the rough shape of the tool type defined for each tool type stored in the specification database and recognizing the shape of the identification target tool from the image data. With reference to the tool type identification unit and the tool specification database, a tool dimension feature item corresponding to the tool type of the identification target tool is specified, and the tool dimension feature of the identification target tool related to the specified tool dimension feature item. A tool dimension feature amount measurement unit that measures the amount from the image data, and the tool dimension feature amount measured by the tool dimension feature amount measurement unit is compared with the tool database, and for each tool registered in the tool database, a matching unit that calculates a likelihood that the identification target tool is the tool, and based on the likelihood calculated by the matching unit, the identification target tool is any tool registered in the tool database. If there is no information with high likelihood in the tool database, the collation unit determines the tool type of the identified identification target tool identified by the tool type identification unit and the tool dimension feature amount measurement unit Registers the measured tool dimension feature amount of the identification target tool in the tool database .
本発明の他の態様は、工具の種類毎に、該工具の種類の概略形状と、該工具の種類に属する工具を特定するための工具寸法特徴項目が定義された工具仕様データベース、及び、工具毎に、該工具を一意に識別可能な工具IDと、少なくとも該工具の種類に応じた前記工具寸法特徴項目の工具寸法特徴量が関連付けられた工具管理データが記憶された工具データベースと、前記工具仕様データベース及び前記工具データベースと通信可能に接続された工具識別装置を備えた工具識別システムにおいて、前記工具識別装置は、前記工作機械に取り付けられた識別対象工具の画像を撮像した画像データを取得する工具画像取得部と、前記工具仕様データベースに記憶された工具の種類毎に定義された工具の種類の概略形状を参照し、前記画像データから前記識別対象工具の形状を認識することにより該識別対象工具の工具の種類を識別する工具種類識別部と、前記工具仕様データベースを参照して、前記識別対象工具の工具の種類に対応する工具寸法特徴項目を特定し、特定した工具寸法特徴項目に係る前記識別対象工具の工具寸法特徴量を前記画像データから測定する工具寸法特徴量測定部と、を備え、前記工具識別システムは、前記工具識別装置と通信可能に接続され、前記工具寸法特徴量測定部が測定した工具寸法特徴量を前記工具データベースと照合し、前記工具データベースに登録されたそれぞれの工具について、前記識別対象工具が当該工具である尤度を算出する照合部を備え、前記照合部により算出された尤度に基づいて、前記識別対象工具が前記工具データベースに登録されたいずれの工具であるのかを識別し、前記照合部は、前記工具データベース上に尤度の高い情報が無い場合、工具種類識別部が識別した識別された前記識別対象工具の工具の種類及び工具寸法特徴量測定部が測定した前記識別対象工具の工具寸法特徴量を前記工具データベースに登録する、工具識別システムである。 Another aspect of the present invention is a tool specification database in which, for each tool type, an outline shape of the tool type and a tool dimension feature item for specifying a tool belonging to the tool type are defined; a tool database storing tool management data associated with a tool ID capable of uniquely identifying the tool and at least the tool dimension feature amount of the tool dimension feature item corresponding to the type of the tool; In a tool identification system comprising a tool identification device communicably connected to a specification database and the tool database, the tool identification device acquires image data of an image of a tool to be identified attached to the machine tool. A tool image acquisition unit refers to a rough shape of a tool type defined for each tool type stored in the tool specification database, and recognizes the shape of the identification target tool from the image data, thereby determining the identification target tool. A tool type identification unit that identifies the type of tool, and with reference to the tool specification database, specify a tool dimension feature item corresponding to the tool type of the identification target tool, and determine the specified tool dimension feature item. a tool dimension feature quantity measurement unit that measures a tool dimension feature quantity of the identification target tool from the image data; a matching unit that compares the tool dimension feature amount measured by the unit with the tool database, and calculates the likelihood that the identification target tool is the tool for each tool registered in the tool database; Based on the likelihood calculated from a tool identification system for registering in the tool database the tool type of the identified identification target tool identified by the tool type identification unit and the tool dimension feature amount of the identification target tool measured by the tool dimension feature amount measurement unit ; be.
本発明により、オペレータが工具ID等を調べて手入力で工具の設定をする手間を省くことができ、オペレータの手入力による入力ミスを減らすことができるようになる。また、二次元コード等を用いて工具IDを工具に印字する従来技術と比べて、コードを生成、印字する設備を設ける必要がなく、磨耗などにより読み取り不能になる恐れがなくなる。更に、主として工具の刃先側の工具寸法特徴量が把握できれば工具の識別が可能となるので、ポットや刃物台等を気にせずに工具の識別ができるようになる。更に、工作機械に取り付けた工具の工具データベースに対する登録が自動化できるので、生産システムに管理下にある工作機械の工具取付状況を把握させることができ、いずれの工作機械でどのような加工が可能であるのか生産システム上で管理可能となり、生産計画実行が自動化できる。 According to the present invention, it is possible to save the operator from having to check the tool ID or the like and manually set the tool, and reduce input errors due to manual input by the operator. In addition, compared to the conventional technology in which a tool ID is printed on a tool using a two-dimensional code or the like, there is no need to provide equipment for generating and printing the code, and there is no fear of becoming unreadable due to wear and the like. Furthermore, since the tool can be identified mainly by grasping the tool dimension feature amount on the cutting edge side of the tool, the tool can be identified without worrying about the pot, the tool post, and the like. Furthermore, since the registration of tools attached to machine tools in the tool database can be automated, it is possible to let the production system grasp the tool attachment status of machine tools under its control, and what kind of machining is possible with any machine tool. It can be managed on the production system, and the execution of the production plan can be automated.
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図1は第1実施形態による工具識別装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。工具識別装置1は、例えば工作機械を制御する制御装置や、該制御装置に併設されたパソコン、該制御装置に有線/無線のネットワークで接続されたセルコンピュータ、ホストコンピュータ、エッジサーバ、クラウドサーバ等のコンピュータとして実装することができる。本実施形態では、工具識別装置1を、工作機械を制御する制御装置上に実装した場合の例を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic hardware configuration diagram showing essential parts of the tool identification device according to the first embodiment. The tool identification device 1 is, for example, a control device that controls a machine tool, a personal computer attached to the control device, a cell computer connected to the control device via a wired/wireless network, a host computer, an edge server, a cloud server, or the like. can be implemented as a computer of This embodiment shows an example in which the tool identification device 1 is mounted on a control device that controls a machine tool.
本実施形態による工具識別装置1が備えるCPU11は、工具識別装置1を全体的に制御するプロセッサである。CPU11は、ROM12に格納されたシステム・プログラムをバス20を介して読み出し、該システム・プログラムに従って工具識別装置1全体を制御する。RAM13には一時的な計算データや表示データ、図示しない入力部を介してオペレータが入力した各種データ等が一時的に格納される。
The
不揮発性メモリ14は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたメモリやSSD等で構成され、工具識別装置1の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ14には、インタフェース15を介して外部機器72から読み込まれた制御用プログラムや表示器/MDIユニット70を介して入力された制御用プログラム、工具識別装置1の各部や工作機械、センサ等から取得された各種データが記憶される。不揮発性メモリ14に記憶された制御用プログラムや各種データは、実行時/利用時にはRAM13に展開されても良い。また、ROM12には、公知の解析プログラムなどの各種のシステム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。
The
インタフェース15は、工具識別装置1とUSB装置等の外部機器72と接続するためのインタフェースである。外部機器72側からは制御用プログラムや各種パラメータ等が読み込まれる。また、工具識別装置1内で編集した制御用プログラムや各種パラメータ等は、外部機器72を介して外部記憶手段に記憶させることができる。PMC(プログラマブル・マシン・コントローラ)16は、工具識別装置1に内蔵されたシーケンス・プログラムで工作機械及び該工作機械の周辺装置(例えば、工具交換装置や、ロボット等のアクチュエータ、工作機械に取付けられているセンサ等)にI/Oユニット17を介して信号を出力し制御する。また、工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチや周辺装置等の信号を受け、必要な信号処理をした後、CPU11に渡す。
The
表示器/MDIユニット70はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インタフェース18は表示器/MDIユニット70のキーボードからの指令,データを受けてCPU11に渡す。インタフェース19は各軸を手動で駆動させる際に用いる手動パルス発生器等を備えた操作盤71に接続されている。
The display/
インタフェース21は、工具識別装置1を有線/無線のネットワーク7と接続するためのインタフェースである。ネットワーク7には、後述するデータベースサーバ8や、工場内に設置された工作機械を制御する制御装置や、セルコンピュータ、エッジコンピュータ、ホストコンピュータ等のコンピュータ等が接続され、ネットワーク7を介した情報のやり取りを相互に行っている。
The
工作機械が備える軸を制御するための軸制御回路30はCPU11からの軸の移動指令量を受けて、軸の指令をサーボアンプ40に出力する。サーボアンプ40はこの指令を受けて、工作機械が備える軸を移動させるサーボモータ50を駆動する。軸のサーボモータ50は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路30にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図1のハードウェア構成図では軸制御回路30、サーボアンプ40、サーボモータ50は1つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる工作機械に備えられた軸の数だけ用意される。
An
スピンドル制御回路60は、主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ61にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ61はこのスピンドル速度信号を受けて、工作機械のスピンドルモータ62を指令された回転速度で回転させ、工具を駆動する。スピンドルモータ62にはポジションコーダ63が結合され、ポジションコーダ63が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはCPU11によって読み取られる。
A
データベースサーバ8は、工場での工具管理に利用される工具データベースが動作するサーバコンピュータである。データベースサーバ8が備えるCPU81は、データベースサーバ8を全体的に制御するプロセッサである。CPU81は、ROM82に格納されたシステム・プログラムをバス90を介して読み出し、該システム・プログラムに従ってデータベースサーバ8全体を制御する。RAM83には一時的な計算データや表示データ、入力装置92を介してオペレータが入力した各種データ等が一時的に格納される。
The
不揮発性メモリ84は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたメモリやSSD、HDD等で構成され、データベースサーバ8の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ84には、データベースサーバ8を工具データベースとして動作させるデータベースシステムプログラムや、工具データベースに登録された工具に係るデータ等が記憶される。不揮発性メモリ84に記憶されたデータベースシステムプログラムや各種データは、実行時/利用時にはRAM83に展開されても良い。また、ROM82には、公知の解析プログラムなどの各種のシステム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。
The
表示装置91には、データベースシステムプログラム等が実行された結果として得られたデータ等がインタフェース87を介して出力されて表示される。また、キーボードやポインティングデバイス等から構成される入力装置92は、作業者による操作に基づく指令,データ等を受けて、インタフェース88を介してCPU81に渡す。
Data obtained as a result of executing the database system program or the like is output to the
インタフェース89は、データベースサーバ8を有線/無線のネットワーク7と接続するためのインタフェースである。ネットワーク7には、工具識別装置1や、工場内に設置された工作機械を制御する制御装置や、セルコンピュータ、エッジコンピュータ、ホストコンピュータ、CAD/CAM装置等のコンピュータ、MES(Manufacturing Execution System:製造実行システム)等のシステムが接続され、ネットワーク7を介した情報のやり取りを相互に行っている。
The
図2は、本実施形態による工具識別装置1の概略的な機能ブロック図である。図2に示した各機能ブロックは、図1に示した工具識別装置1が備えるCPU11が、システム・プログラムを実行し、工具識別装置1の各部の動作を制御することにより実現される。
FIG. 2 is a schematic functional block diagram of the tool identification device 1 according to this embodiment. Each functional block shown in FIG. 2 is realized by the
本実施形態の工具識別装置1は、工具画像取得部100、工具種類識別部110、工具寸法特徴量測定部120、照合部130、表示部140を備える。また、データベースサーバ8には、工場内で使用されるそれぞれの工具の各情報(工具を識別する工具ID、工具名、工具メーカ名、工具寸法特徴量、工具が取り付けられた工作機械の識別情報、工具が取り付けられたポット番号等)を含む工具管理データが登録された工具データベース200と、工具の種類毎に概略形状や工具寸法特徴項目等を含む工具仕様データが登録された工具仕様データベース210とが用意されている。
The tool identification device 1 of this embodiment includes a tool
工具画像取得部100は、撮像装置4が、オペレータにより工具交換装置3に対して取り付けられた工具(識別対象工具)を撮像して得られた該識別対象工具の画像データを取得する機能手段である。撮像装置4は、例えばCCD等の撮像素子を有する電子カメラや、撮像対象物を3次元的に撮像可能なロボットビジョン等の3次元カメラであって良い。撮像装置4は、例えば図示しないロボットのハンドに取り付けられ、該ロボットにより識別対象となる工具を撮像する撮像位置に移動され、該工具を撮像して得られた画像データを工具識別装置1へと出力する。撮像装置4は、例えば工具交換装置3の近傍のいずれかの位置に固定的に設置され、工具交換装置3が備える所定の位置のポットに取り付けられた工具を撮像して画像データを出力するようにしても良い。撮像装置4による対象物の撮像に係る制御は、工具識別装置1がプログラムを実行することにより行うようにしても良いし、撮像装置4がロボットに取り付けられている場合には該ロボットを制御するロボットコントローラから撮像の制御をするようにしても良い。また、オペレータによる操作盤からの指令や、他の装置からの指令により撮像の制御を行うようにしても良い。
The tool
工具種類識別部110は、工具画像取得部100が取得した画像データから識別対象工具の工具形状を認識することで、該識別対象工具の工具の種類を識別する機能手段である。工具種類識別部110は、工具仕様データベース210に記憶されている工具の種類毎の概略形状と工具画像取得部100が取得した画像データとの間で一般化ハフ変換、RANSAC、ICPアルゴリズム等の公知のパターンマッチング処理を実行し、該画像データに撮像されている識別対象工具が最も一致度が高かった概略形状に対応する工具の種類であると識別する。なお、一般に工具が工具交換装置3のポットに取り付けられている場合、工具の根元の部分はポットに隠れて見えなくなる。そのため、公知のパターンマッチング処理の中でも、部分的なマッチングに優れたアルゴリズムを採用すると好適である。
The tool
図3は、工具仕様データベースに登録されている工具仕様データの例を示す図である。なお、図3の例では、工具仕様データとして工具の種類と概略形状、工具寸法特徴項目が示されているが、工具仕様データにはその他も工具の仕様に係るデータが含まれていても良い。工具仕様データベースには、少なくとも工具の種類と、概略形状と、工具寸法特徴項目とが関連付けられた工具仕様データが、それぞれの工具の種類毎に登録されている。ここで、工具の種類は、例えば穴あけ工具、ねじ切り工具、エンドミル工具等のように、同種の加工を行うための類似した形状を持つ工具毎にまとめられる。また、概略形状は、同じ工具の種類に属する工具の一般的な形状を示すものであり、工具寸法特徴項目は、同じ工具の種類に属する工具の違いを特定するための特徴的な工具寸法の項目を示すものである。例えば、図3に示した例では、穴あけ工具に属する工具は、図に示されるような概略形状に類似した形状をしており、それぞれの工具寸法特徴項目(穴あけ工具の場合、DC:切削径,SIG:先端角,PL:先端と肩部寸法差、LCF:フルート長さ,LH:ヘッド長さ,OAL:全長,LF:機能長さ,DCON:接続径の7項目)の特徴量が異なることが工具仕様データにより示されている。 FIG. 3 is a diagram showing an example of tool specification data registered in the tool specification database. In the example of FIG. 3, the tool specification data includes the tool type, outline shape, and tool dimension feature items, but the tool specification data may include other data related to tool specifications. . In the tool specification database, tool specification data in which at least a tool type, a rough shape, and a tool dimension feature item are associated is registered for each tool type. Here, the types of tools are grouped together for each tool having a similar shape for performing the same type of processing, such as drilling tools, threading tools, end mill tools, and the like. Also, the general shape indicates the general shape of tools belonging to the same tool type, and the tool dimension feature item is the characteristic tool dimension for specifying the difference between tools belonging to the same tool type. It shows the item. For example, in the example shown in FIG. 3, the tools belonging to the drilling tool have a shape similar to the schematic shape shown in the figure, and each tool dimension characteristic item (in the case of a drilling tool, DC: cutting diameter , SIG: tip angle, PL: tip and shoulder dimensional difference, LCF: flute length, LH: head length, OAL: total length, LF: functional length, DCON: connection diameter. This is indicated by the tool specification data.
工具仕様データの工具の種類毎の概略形状と工具寸法特徴項目は、例えばISO13399等の工具の表現に関する規格等を参考にして定めるようにしても良く、また、同じ種類の工具で工具の概略形状が異なるものがある場合には、工具の種類をさらに細分化しても良い。また、工具仕様データにおける概略形状は、工具の種類に属する工具の概略形状を示す画像データとして定義してもよいが、工具種類識別部110によるパターンマッチング処理に適したモデルパターン(例えば、特徴点の集合)として定義しても良く、その場合、工具の種類に属する工具の工具寸法特徴項目についてはモデルパターンのデータとの関係により定義すれば良い。例えば、工具の概略形状のモデルパターンを特徴点の集合で表現している場合には、(例えば、DCは特徴点aと特徴点bの距離、SIGは特徴点cと特徴点dを結んだ線分と、特徴点cと特徴点eを結んだ線分の成す角度といったように)それぞれの特徴点との関係により工具寸法特徴項目を定義するようにしても良い。 The outline shape and tool dimension feature items for each type of tool in the tool specification data may be determined with reference to standards related to tool expression such as ISO 13399, for example. If there are different types of tools, the types of tools may be further subdivided. In addition, the rough shape in the tool specification data may be defined as image data representing the rough shape of a tool belonging to the tool type, but a model pattern (for example, feature point ), in which case the tool dimension characteristic items of tools belonging to the tool type may be defined based on the relationship with model pattern data. For example, when the model pattern of the rough shape of the tool is represented by a set of feature points, (for example, DC is the distance between feature points a and b, and SIG is the distance between feature points c and d. The tool dimension characteristic items may be defined according to the relationship between the respective characteristic points, such as the angle between the line segment and the line segment connecting the characteristic points c and e.
工具寸法特徴量測定部120は、画像データ内の識別対象工具の画像から工具寸法特徴量を測定する機能手段である。工具寸法特徴量測定部120は、工具種類識別部110が識別対象工具の工具の種類を識別する際に公知のパターンマッチング手法を用いて認識した識別対象工具の画像の形状に基づいて、該識別対象工具が属する工具の種類に対応したそれぞれの工具寸法特徴項目について工具寸法特徴量を測定する。工具寸法特徴量測定部120による長さに係る工具寸法特徴項目の工具寸法特徴量を測定する方法としては、例えば、予め撮像装置4の撮像位置から工具を撮像した場合における1ピクセル分の長さを測定しておき、識別対象工具の画像の工具寸法特徴項目に該当する部分のピクセル数を測定し、それに予め測定しておいた1ピクセル分の長さを乗じることで求めるようにしても良い。また、工具寸法特徴量測定部120による角度に係る工具寸法特徴項目の工具寸法特徴量を測定する方法としては、例えば識別対象工具の画像の工具寸法特徴項目に該当する部分の角度を測定した値を角度に係る工具寸法特徴量とすれば良い。また、撮像装置4として3次元カメラを用いることができる場合には、公知の3次元測定にかかる手法を用いて各工具寸法特徴量を測定するようにしても良い。なお、識別対象工具の画像の中から工具寸法特徴項目に対応する部分を特定する方法としては、例えば、上記したように概略形状を特徴点の集合などのモデルパターンで示している場合には、パターンマッチング処理をした際に特定された識別対象工具の画像内の特徴点を用いて、工具寸法特徴項目に対応する部分を特定すれば良い。
The tool dimension feature
なお、一般に工具が工具交換装置3のポットに取り付けられている場合、工具の根元の部分はポットに隠れて見えなくなる。そのため、穴あけ工具を例とした場合、LFを、OAL、DCON等の工具寸法特徴量を測定することはできないが、工具の先端部近辺の工具寸法特徴量が把握できれば工具の識別は十分可能であるため、この点が問題になることはない。
In general, when the tool is attached to the pot of the
照合部130は、工具寸法特徴量測定部120が測定した識別対象工具の工具寸法特徴量を工具データベース200に登録されたそれぞれの工具に係る工具管理データと照合し、それぞれの工具について識別対象工具が当該工具である尤度を算出する機能手段である。図4は、工具データベース200に登録されている工具管理データの例を示す図である。なお、図4の例では、工具管理データとして工具IDと工具寸法特徴量が示されているが、工具管理データにはその他も工具に係るデータが含まれていても良い。工具データベース200には、少なくとも工具を一意に識別する工具ID(SDRL1,SDRL2,…)と各々の工具の工具寸法特徴量とが関連付けられている工具管理データが登録されている。図4の例では、例えば工具IDがSDRL1で一意に識別される工具は、DC値が1.7mm、LCF値が26.3mm、…という工具寸法特徴量で特徴づけられる穴あけ工具である。照合部130は、工具寸法特徴量測定部120が測定した識別対象工具の工具寸法特徴量と、工具データベース200に登録されているそれぞれの工具の工具寸法特徴量との間で、例えば以下の数1式を用いて偏差量Eを計算し、該偏差量Eが低いものを識別対象工具が当該工具である尤度が高いものとする(例えば、偏差量Eの逆数を尤度として算出するようにしても良い)。なお、数1式においてXmi(i=1,2,…,n)は、識別対象工具の各工具寸法特徴量を、Xci(i=1,2,…,n)は、尤度の計算対象の工具データベース200に登録されている工具の各工具寸法特徴量である。
The
照合部130は、このようにして識別対象工具と工具データベース200に登録されているそれぞれの工具との間で尤度を算出し、例えば、算出した尤度が最も高い工具が識別対象工具(工具交換装置3のポットに取り付けられた工具)であるとして、不揮発性メモリ14上に設けられた工具管理データ記憶領域や、工具データベース200に登録(出力)するようにしても良い。また、照合部130は、例えば、算出した尤度が高い上位の工具を登録候補として、表示部140に対して出力し、これを受けた表示部140が表示器/MDIユニット70に対して工具の登録候補として尤度と共に表示してオペレータに選択を促し、オペレータが選択した工具が識別対象工具(工具交換装置3のポットに取り付けられた工具)であるとして、不揮発性メモリ14上に設けられた工具管理データ記憶領域や、工具データベース200に出力するようにしても良い。
The
図5は、照合部130が実行する照合処理の例を示す図である。例えば、図4に示すように、識別対象工具が穴あけ工具であると識別され、各工具寸法特徴項目が、DC=1.852mm、LCF=27.934mm、LH=30.102mm、PL=0.433mm、SIG=142.3°と測定されたとする(図4では、OAL,LF、DCONについては、ポットに隠れて測定できない為、*としている)。この時、照合部130は、DC,LCF,LH、PL,SIGの各工具寸法特徴項目の工具寸法特徴量について、識別対象工具と、工具データベースに登録されているそれぞれの穴あけ工具SDRL1,SDRL2,SDRL3,SDRL4との間で、数1式を用いて偏差量Eを算出する。そして、照合部130は、工具識別装置1が識別対象工具を自動的に登録するように設定されている場合には、算出された偏差量Eが最も小さいSDRL2(偏差量E=0.0262)が識別対象工具である尤度が最も高いものとして、不揮発性メモリ14上に設けられた工具管理データ記憶領域へ登録し、また、穴あけ工具SDRL2が工具識別装置1が制御している工作機械のポットに取り付けられた旨を工具データベース200へ登録する。また、照合部130は、工具識別装置1が識別対象工具を半自動的に登録するように設定されている場合には、予め定めた所定の閾値以上の尤度(或いは、予め定めた所定の閾値以下の偏差値E)の工具を候補として表示器/MDIユニット70に表示するように表示部140に対して指令し(例えば、図4において偏差値Eが0.02以下の工具を候補とする場合、SDRL2,SDRL3が表示器/MDIユニット70に表示される)、その中からオペレータが選択した工具を、不揮発性メモリ14上に設けられた工具管理データ記憶領域へ登録し、また、選択された工具が工具識別装置1が制御している工作機械のポットに取り付けられた旨を工具データベース200へ登録する。
FIG. 5 is a diagram showing an example of matching processing performed by the
上記構成備えた本実施形態の工具識別装置1では、オペレータが工具ID等を調べて手入力で工具の設定をする手間を省くことができ、オペレータの手入力による入力ミスを減らすことができるようになる。また、二次元コード等を用いて工具IDを工具に印字する従来技術と比べて、コードを生成、印字する設備を設ける必要がなく、磨耗などにより読み取り不能になる恐れがなくなる。更に、主として工具の刃先側の工具寸法特徴量が把握できれば工具の識別が可能となるので、ポットや刃物台等を気にせずに工具の識別ができるようになる。更に、工作機械に取り付けた工具の工具データベース200に対する登録が自動化できるので、生産システムに管理下にある工作機械の工具取付状況を把握させることができ、いずれの工作機械でどのような加工が可能であるのか生産システム上で管理可能となり、生産計画実行が自動化できる。
With the tool identification device 1 of the present embodiment having the above-described configuration, the operator can save the trouble of checking the tool ID and the like and setting the tool manually, and can reduce input errors due to manual input by the operator. become. In addition, compared to the conventional technology in which a tool ID is printed on a tool using a two-dimensional code or the like, there is no need to provide equipment for generating and printing the code, and there is no fear of becoming unreadable due to wear and the like. Furthermore, since the tool can be identified mainly by grasping the tool dimension feature amount on the cutting edge side of the tool, the tool can be identified without worrying about the pot, the tool post, and the like. Furthermore, since the registration of the tool attached to the machine tool to the
本実施形態の一変形例として、照合部130が、識別対象工具がいずれの工具であるのかの度合いを示す尤度を算出する際に、数1式を用いるだけに留まることなく、2組の数値のセットの間の類似性や偏差量を算出する一般的な統計式を適宜採用するようにしても良い。また、識別対象工具と工具データベース200に登録されている各工具との間の尤度を算出する際に、例えば以下の数2式を用いて、それぞれの工具寸法特徴項目に対して重みai(i=1,2,…,n)を持たせるようにしても良い。例えば、穴あけ工具の例では、先端角SIGや先端と肩部寸法差PL等の値は撮像装置4で撮像した画像データから精度高く測定しにくい場合がある他、工具を使い続けることで磨耗して値が変化する場合も多いので、該工具寸法特徴項目についての重みを他の工具寸法特徴項目に対して重みを減らして、尤度の算出に大きな影響を与えないようにすることで、工具識別精度を向上させることが期待できる。
As a modified example of the present embodiment, when the
本実施形態の他の変形例として、照合部130は、工具データベースに尤度の高い工具が登録されていない場合(例えば、予め定めた閾値よりも高い尤度の工具が無かった場合、又は、予め定めた閾値よりも低い偏差度の工具が無かった場合)、工具種類識別部110が識別した識別対象工具の工具の種類と、工具寸法特徴量測定部120が測定した識別対象工具の工具寸法特徴量を、新たに導入された工具として、不揮発性メモリ14上に設けられた工具管理データ記憶領域や、工具データベース200に登録(出力)するようにしても良い。また、その際に、新たに導入された工具であるか確認する指令を表示部140へと出力し、オペレータの承諾操作を以て不揮発性メモリ14上に設けられた工具管理データ記憶領域や、工具データベース200に登録(出力)するようにしても良い。このように動作させることで、新たな工具を導入するに際して、該工具に係るデータを制御装置としての工具識別装置1や工具データベース200に対して登録し直す手間を省くことが可能となる。
As another modified example of the present embodiment, the
また、このようにして工具データベース200に登録された工具管理データを、加工を実施する工作機械を決定するために利用することが可能となる。例えば、図6に例示されるように、MES9において、加工指示書等により加工の指示を受けた時、当該加工に必要とされる工具を備えた工作機械2を、工具データベース200を参照することにより特定し、加工に必要とされる工具を備えた工作機械の中から、現在加工を実施していない空いている工作機械2や、製造計画全体を最短時間で完了できる工作機械2等を加工を実施する工作機械として決定し、該工作機械2に対して加工指示書等で指示された加工を実施するように指令するようにしても良い。
In addition, the tool management data registered in the
更に、このようにして工具データベース200に登録された工具管理データを、工作機械において実行される加工プログラムの生成に利用することも可能である。例えば、加工を実施する工作機械2が決定された場合において、図7に例示されるように、CAD/CAM装置5において、該工作機械2において加工を実施するための加工プログラムを生成する際に、加工に使用する工具が決定済みである時、工具データベース200を参照して加工実施する工作機械2の工具管理データを取得し、取得した工具管理データに合わせて加工プログラム中の工具指定するコードを生成または修正することができ、オペレータが工具に係る情報をCAD/CAM装置5に対して入力する手間を省くことができる。
Furthermore, it is also possible to use the tool management data registered in the
図8は、第2実施形態による工具識別装置1の概略的な機能ブロック図である。図8に示した各機能ブロックは、図1に示した工具識別装置1が備えるCPU11、データベースサーバ8が備えるCPU81が、それぞれのシステム・プログラムを実行し、工具識別装置1及びデータベースサーバ8の各部の動作を制御することにより実現される。
FIG. 8 is a schematic functional block diagram of the tool identification device 1 according to the second embodiment. Each functional block shown in FIG. 8 is such that the
本実施形態による工具識別装置1は、第1実施形態において工具識別装置1が備えていた照合部130が、データベースサーバ8上に照合部220として実装されたものである。このように構成された第2実施形態による工具識別装置1は、データベースサーバ8が備える照合部220と共に工具識別システム300として動作する。
In the tool identification device 1 according to this embodiment, the
本実施形態による工具識別装置1が備える工具寸法特徴量測定部120は、識別対象工具の工具寸法特徴量を測定した後に、工具種類識別部110が識別した識別対象工具の工具の種類と、測定した工具寸法特徴量とをデータベースサーバ8の照合部220へと送信する。これを受けた照合部220は、第1実施形態の照合部と同様に、工具データベース200に登録された各工具との間で尤度を算出し、算出した尤度に基づいて工具識別装置1の不揮発性メモリ14上に設けられた工具管理データ記憶領域への登録や、工具データベース200への登録を行うようにしても良いし、複数の工具の候補を工具識別装置1の表示部140へと送信し、オペレータに対して工具を選択させ、選択された工具を工具識別装置1の不揮発性メモリ14上に設けられた工具管理データ記憶領域へ登録したり、工具データベース200への登録を行うようにしても良い。
The tool dimension feature
なお、照合部220は、工具識別装置1上や、データベースサーバ8上に設けるに留まることなく、工具識別装置1及びデータベースサーバとネットワーク7を介して通信可能ないずれの装置上に設けるようにしても良い。
The
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
上記した実施形態では、工具識別装置1が制御装置上に実装されたものとして説明しているが、工具識別装置1を制御装置と通信可能なコンピュータ上に実装する場合に、照合部130,220は、算出した尤度が最も高い工具乃至オペレータが選択した工具を、工具データベース200に登録(出力)すると共に、該工具が取り付けられた工作機械を制御する制御装置に対して登録するようにしても良い。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described examples of the embodiments, and can be implemented in various modes by adding appropriate modifications.
In the above-described embodiment, the tool identification device 1 is described as being mounted on the control device. Registers (outputs) the tool with the highest calculated likelihood or the tool selected by the operator in the
1 工具識別装置
2 工作機械
3 工具交換装置
4 撮像装置
5 CAD/CAM装置
7 ネットワーク
8 データベースサーバ
9 MES
11 CPU
12 ROM
13 RAM
14 不揮発性メモリ
15,18,19,21 インタフェース
16 PMC
17 I/Oユニット
20 バス
30 軸制御回路
40 サーボアンプ
50 サーボモータ
60 スピンドル制御回路
61 スピンドルアンプ
62 スピンドルモータ
63 ポジションコーダ
70 表示器/MDIユニット
71 操作盤
72 外部機器
81 CPU
82 ROM
83 RAM
84 不揮発性メモリ
87,88,89 インタフェース
91 表示装置
92 入力装置
100 工具画像取得部
110 工具種類識別部
120 工具寸法特徴量測定部
130 照合部
140 表示部
200 工具データベース
210 工具仕様データベース
220 照合部
300 工具識別システム
REFERENCE SIGNS LIST 1
11 CPUs
12 ROMs
13 RAM
14
17 I/
82 ROMs
83 RAM
84
Claims (2)
前記工作機械に取り付けられた識別対象工具の画像を撮像した画像データを取得する工具画像取得部と、
前記工具仕様データベースに記憶された工具の種類毎に定義された工具の種類の概略形状を参照し、前記画像データから前記識別対象工具の形状を認識することにより該識別対象工具の工具の種類を識別する工具種類識別部と、
前記工具仕様データベースを参照して、前記識別対象工具の工具の種類に対応する工具寸法特徴項目を特定し、特定した工具寸法特徴項目に係る前記識別対象工具の工具寸法特徴量を前記画像データから測定する工具寸法特徴量測定部と、
前記工具寸法特徴量測定部が測定した工具寸法特徴量を前記工具データベースと照合し、前記工具データベースに登録されたそれぞれの工具について、前記識別対象工具が当該工具である尤度を算出する照合部と、
を備え、
前記照合部により算出された尤度に基づいて、前記識別対象工具が前記工具データベースに登録されたいずれの工具であるのかを識別し、
前記照合部は、前記工具データベース上に尤度の高い情報が無い場合、工具種類識別部が識別した識別された前記識別対象工具の工具の種類及び工具寸法特徴量測定部が測定した前記識別対象工具の工具寸法特徴量を前記工具データベースに登録する、
工具識別装置。 A tool specification database in which, for each tool type, a rough shape of the tool type and a tool dimension feature item for specifying a tool belonging to the tool type are defined; A tool database is communicatively connected to a tool database storing tool management data in which an identifiable tool ID and a tool dimension feature quantity of at least the tool dimension feature item corresponding to the type of the tool are associated, and is attached to the machine tool. A tool identification device that identifies at least one tool comprising:
a tool image acquisition unit that acquires image data obtained by capturing an image of an identification target tool attached to the machine tool;
By referring to the rough shape of the tool type defined for each tool type stored in the tool specification database and recognizing the shape of the identification target tool from the image data, the tool type of the identification target tool is determined. a tool type identification unit for identifying;
A tool dimension feature item corresponding to the tool type of the identification target tool is specified by referring to the tool specification database, and a tool dimension feature amount of the identification target tool related to the specified tool dimension feature item is obtained from the image data. a tool dimension feature quantity measuring unit to be measured;
A collation unit that collates the tool dimension feature amount measured by the tool dimension feature amount measurement unit with the tool database, and calculates the likelihood that the identification target tool is the tool for each tool registered in the tool database. When,
with
identifying which of the tools registered in the tool database is the identification target tool based on the likelihood calculated by the matching unit ;
When there is no information with a high likelihood on the tool database, the matching unit determines the tool type of the identified identification target tool identified by the tool type identification unit and the identification object measured by the tool dimension feature amount measurement unit. registering the tool dimension feature amount of the tool in the tool database;
Tool identification device.
前記工具識別装置は、The tool identification device
工作機械に取り付けられた識別対象工具の画像を撮像した画像データを取得する工具画像取得部と、a tool image acquisition unit that acquires image data obtained by capturing an image of an identification target tool attached to a machine tool;
前記工具仕様データベースに記憶された工具の種類毎に定義された工具の種類の概略形状を参照し、前記画像データから前記識別対象工具の形状を認識することにより該識別対象工具の工具の種類を識別する工具種類識別部と、By referring to the rough shape of the tool type defined for each tool type stored in the tool specification database and recognizing the shape of the identification target tool from the image data, the tool type of the identification target tool is determined. a tool type identification unit for identifying;
前記工具仕様データベースを参照して、前記識別対象工具の工具の種類に対応する工具寸法特徴項目を特定し、特定した工具寸法特徴項目に係る前記識別対象工具の工具寸法特徴量を前記画像データから測定する工具寸法特徴量測定部と、A tool dimension feature item corresponding to the tool type of the identification target tool is specified by referring to the tool specification database, and a tool dimension feature amount of the identification target tool related to the specified tool dimension feature item is obtained from the image data. a tool dimension feature quantity measuring unit to be measured;
を備え、with
前記工具識別システムは、The tool identification system includes:
前記工具識別装置と通信可能に接続され、前記工具寸法特徴量測定部が測定した工具寸法特徴量を前記工具データベースと照合し、前記工具データベースに登録されたそれぞれの工具について、前記識別対象工具が当該工具である尤度を算出する照合部を備え、The tool dimension feature quantity measured by the tool dimension feature quantity measurement unit, which is communicatively connected to the tool identification device, is collated with the tool database, and for each tool registered in the tool database, the tool to be identified is identified. A matching unit that calculates the likelihood of being the tool,
前記照合部により算出された尤度に基づいて、前記識別対象工具が前記工具データベースに登録されたいずれの工具であるのかを識別し、identifying which of the tools registered in the tool database is the identification target tool based on the likelihood calculated by the matching unit;
前記照合部は、前記工具データベース上に尤度の高い情報が無い場合、工具種類識別部が識別した識別された前記識別対象工具の工具の種類及び工具寸法特徴量測定部が測定した前記識別対象工具の工具寸法特徴量を前記工具データベースに登録する、When there is no information with a high likelihood on the tool database, the matching unit determines the tool type of the identified identification target tool identified by the tool type identification unit and the identification object measured by the tool dimension feature amount measurement unit. registering the tool dimension feature amount of the tool in the tool database;
工具識別システム。Tool identification system.
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