JPH06134638A

JPH06134638A - 工具の自動照合認識装置

Info

Publication number: JPH06134638A
Application number: JP28792792A
Authority: JP
Inventors: Seido Koda; 盛堂幸田; Yoshihiko Ishida; 佳彦石田
Original assignee: Osaka Kiko Co Ltd
Current assignee: Osaka Kiko Co Ltd
Priority date: 1992-10-26
Filing date: 1992-10-26
Publication date: 1994-05-17

Abstract

(57)【要約】【目的】マガジン１への工具Ｔの装着ミスを自動的か
つ事前的に発見することができ、しかも、高精度な工具
Ｔの自動計測、自動補正を達成することができる装置を
提供する。【構成】撮影された工具Ｔ１の像は、画像情報として
撮影装置５からパソコン８の画像処理部８ａに転送され
る。この画像情報は、画像処理部８ａにおいて処理され
た後、工具特徴量演算部８ｂに送られる。工具特徴量演
算部８ｂは、この画像データから工具Ｔ１の特徴量を抽
出・演算する。そして、照合認識部８ｃにおいて、工具
特徴量演算部８ｂにて抽出・演算した工具Ｔ１の特徴量
データと、工具Ｔ１についてのマスタデータＰ１とを照
合することにより、撮影された工具Ｔ１がＮＣ装置３に
より指定された工具Ｔ１と一致するか否かを認識する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動工具交換機構を有
する工作機械において、マガジンに装着された工具を自
動的に照合認識するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動工具交換機構を有する工作機械、い
わゆるマシニングセンタにおいて、マガジンに装着され
る工具の照合認識は、従来人間の目視によりなされてい
た。すなわち、ＮＣ加工プログラムに記述されたデータ
に基づき、ドリル、バイト、タップ、エンドミル等の多
種多様な工具を目視により逐一確認しながら、マガジン
の指定されたポットに装着していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】マガジンへの工具の装
着は、工具本数が少ない場合は良いにしても、工具本数
が多くなると、逐一確認しながらの装着作業は大変な労
力と注意力を要するものである。しかも、装着される工
具は多種多様で、かつ、それぞれに固有の寸法（工具
長、工具径等）を有するものであるから、尚更である。
つまり、単に指定された種類の工具を指定された位置に
装着すれば良いというのではなく、固有の寸法によって
も区別される工具を指定された位置に間違いなく装着し
なければならないのである。そのため、装着ミスも生じ
易い。

【０００４】また、従来、工具の装着ミスの検出・発見
は、通常、誤って装着された工具による加工が実際に開
始された段階で、切削抵抗等を測定することによりなさ
れているのが実状であり、事前的な検出・発見のための
システム開発は未だ不十分な状況にある。勿論、装着ミ
スの加工前の発見等を目的とした種々の装置、検出プロ
グラムが従来より存在する。これらの大部分はツールプ
リセッタやタッチセンサを利用する方式である。例え
ば、工具を主軸に装着した時点で、工具とタッチセンサ
との間に送りを与え、タッチセンサを工具の測定部位に
徐々に接触させてその寸法計測を行なうといった具合で
ある。この種の検出装置等において問題点が指摘される
とすれば、まず、検出プログラムを実行するために加工
プログラムを中断する必要があるということである（つ
まり、検出に要する時間が総加工時間に含まれてしま
う。）。つぎに、検出プログラムが複雑で、その実行自
体にかなりの時間を要するということである。これらの
ことは、加工時間の増大、加工効率の低下につながる。

【０００５】ところで、上述したように、装着される工
具はそれぞれに固有の寸法（工具長、工具径等）を有す
るから、加工を行なう際には、この固有の寸法に基づい
てＮＣ加工プログラムを実行させる必要がある。これ
は、一般に次にようにして行なわれている。まず、マガ
ジンに装着する前に、予め各工具についてその寸法を測
定し、この測定値からその工具の補正量を求める。次
に、この補正量を補正番号に関連づけて工具メモリに登
録しておく。そして、ＮＣ装置から補正番号の指令を受
け取った段階で、工具メモリからその補正番号に対応し
た補正量（補正データ）をＮＣ装置に送り、ＮＣ加工プ
ログラムの座標系を補正データに基づいて修正するので
ある。必要があれば、工具を再度測定し直し、補正量を
修正して再登録する。以上より明らかなように、一般に
行なわれている工具寸法の計測・補正は、加工前に測定
した工具寸法を基準とするものであり、加工中に生じた
工具損耗量は考慮されていない。そのため、特に加工を
長時間連続して行なうような場合等には、その間に生じ
た工具の損耗により、ワークの加工精度が確保されない
可能性がある。一方、工具寸法の自動計測・自動補正を
可能にした種々の装置も開発されているが、その大部分
は上述したタッチセンサ等を利用したものであり、上述
したのと同様の問題点が指摘される。

【０００６】本発明は、上記問題点に鑑み提案されたも
ので、その主たる目的は、マガジンへの工具の装着ミス
を自動的かつ事前的に発見することができ、しかも、高
精度な工具の自動計測、自動補正を達成することができ
る装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の工具の自動照合
認識装置は、マガジンに装着された工具の像を撮影する
ための撮影装置と、この撮影装置により撮影された工具
の画像情報を処理するための画像処理部と、マガジンに
装着される各工具についてのマスタデータが予め登録さ
れたマスタデータ登録部と、画像処理部により処理され
た画像データとマスタデータとを照合するための照合認
識部とを備え、加工に必要な工具についてのマスタデー
タと撮影された工具の画像データとをそれぞれ照合認識
部に送り、照合認識部にて両データを照合することによ
り、撮影された工具を認識するものである。

【０００８】

【作用】撮影された工具の画像情報は撮影装置から画像
処理部に転送され、画像処理部において処理される。画
像処理部で処理された画像データは照合認識部に送られ
る。同時に、加工に必要な工具についてのマスタデータ
が照合認識部に送られる。そして、照合認識部にて両デ
ータを照合し、撮影された工具を認識する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１０】図１は、この実施例に係わる工具の自動照
合認識装置の全体構成を示す。マシニングセンタ（図示
省略）のマガジン１には複数の工具Ｔ（工具番号Ｔ１、
Ｔ２、・・・、Ｔｎ）が装着されている。これら工具Ｔ
については、予め、その特徴量を測定・算出し、これを
工具番号（Ｔ１、Ｔ２、・・・、Ｔｎ）に関連づけ、マ
スタデータＰ（Ｐ１、Ｐ２、・・・Ｐｎ）としてマスタ
データ登録部２に登録してある。ここで、特徴量とは工
具Ｔを照合認識する際の基準とする寸法をいい、図２に
示すような、工具長Ｌ、工具径ｄ、あるいは面積、周囲
長、幅など、さらにはこれらの２次元的または３次元的
組合せ量等から適宜選択する。この実施例では、ＮＣ加
工プログラムに記述されたデータに基づき、マガジン１
の指定されたポットに指定された工具Ｔを人手により装
着してある。ＮＣ加工プログラムは、マシニングセンタ
のＮＣ装置３に記憶されている。マガジン１はＮＣ装置
３からの指令により、加工に必要な工具Ｔが工具側定位
置４にくるように割出し駆動される。そして、工具側定
位置４に達した工具Ｔは、前工具による加工が完了した
後、自動工具交換装置により前工具に代えて主軸（いず
れも図示省略）に装着される。

【００１１】この実施例では、固体イメージセンサ例え
ばＣＣＤカメラ、スチルビデオカメラ等の撮影装置５を
マガジン１の工具側定位置４に向けて固定配置すると共
に、蛍光灯等の照明装置６を、工具側定位置４を挟み撮
影装置５に対向させて固定配置してある。そして、照明
装置６により拡散板７を介して工具Ｔを背後から照明
し、工具Ｔの背光による工具パターンを撮影装置５によ
り撮影する構成にしてある。工具Ｔの背光を撮影（背光
撮影）するのは、直接光を撮影（撮影対象物の表面に照
明光をあて、その反射光を撮影装置により撮影する撮影
手段）するのに比べ、工具Ｔの表面状態の相違等による
反射率の変動・バラツキ、乱反射といった不安定要因が
なく、安定した画像データを得ることができるためであ
る。また、照明装置６からの照明光を拡散板７を介して
撮影するのは、照明装置６の照明ムラ等の不安定要因を
除去するためである。拡散板７としては、すりガラス、
アクリル板などを用いると良い。

【００１２】図１は、ＮＣ装置３により指定された工具
Ｔ１が、マガジン１により工具側定位置４まで送られて
きた状態を示している。工具側定位置４に達した工具Ｔ
１は、撮影装置５により撮影される。撮影された工具Ｔ
１の像は、画像情報として撮影装置５から情報処理装置
例えばパソコン８の画像処理部８ａに転送され、以下に
説明する処理フローに従って処理される。尚、パソコン
８内の情報は、モニタテレビ９のディスプレイ上に表示
することができる。まず、図３に模式的示すように、工
具側定位置４に工具Ｔ１がない場合の原画像（同図ａ）
から、工具Ｔ１がある場合の原画像（同図ｂ）を差し引
く、いわゆる差画像処理を行なうことにより、工具Ｔ１
部分のみを抽出した画像（同図ｃ）を求める。そして、
この画像データを画像処理部８ａにおいて２値化処理等
の画像処理をした後、この画像データから工具Ｔ１の特
徴量を抽出・演算する。この処理は、パソコン８の工具
特徴量演算部８ｂにて行なう。工具特徴量演算部８ｂ
は、画像データから所定位置での画素数を計数して特徴
量を抽出・演算する。この抽出・演算された工具Ｔ１の
特徴量データは、パソコン８の照合認識部８ｃに送られ
一旦格納される。これと併行して、ＮＣ装置３は、マス
タデータ登録部２に工具番号Ｔ１を指定し、予め測定し
登録しておいた工具Ｔ１についてのマスタデータＰ１を
呼び出し、これを照合認識部８ｃに転送させる。そし
て、照合認識部８ｃにおいて、工具特徴量演算部８ｂに
て抽出・演算した工具Ｔ１の特徴量データと、工具Ｔ１
についてのマスタデータＰ１とを照合することにより、
撮影された工具Ｔ１がＮＣ装置３により指定された工具
Ｔ１と一致するか否かを認識するのである。この認識結
果は、照合認識部８ｃからＮＣ装置３に送られる。ＮＣ
装置３はこの認識結果に基づいて、加工を続行させる否
かを決定し、両者が一致する場合はそのまま加工を続行
させ、一致しない場合は加工を中断させる。尚、照合認
識は、この実施例の場合、工具Ｔの特徴量を抽出して行
なういわゆる特徴抽出法を採用しているが、各画素又は
複数画素のマトリックスごとに行なういわゆるパターン
マッチング法、その他いわゆる最小距離など、公知の画
像パターン認識技術を採用することにより行なうことが
できる。

【００１３】以上のように、この照合認識装置は、マシ
ニングセンタのマガジン１に装着された工具Ｔと、ＮＣ
装置３により指定された工具Ｔとの一致・不一致を自動
的に照合認識することができるので、従来の人間の目視
による確認に比べ、工具Ｔの装着ミスの発見が確実であ
り、しかも、その工具による加工前に発見することがで
きるという特徴を有する。

【００１４】尚、この実施例では、ＮＣ加工プログラム
に記述されたデータに基づき、マガジン１の指定された
ポットに指定された工具Ｔを装着するようにしてある
が、このことは必ずしも必須ではない。例えば、ＮＣ加
工プログラムに記述された工具Ｔを全くアトランダムに
マガジン１に装着し、この照合認識装置を利用して、加
工に必要な工具Ｔ（ＮＣ装置３から工具番号を指定され
た工具Ｔ）の呼び出しと、照合認識とを同時に行なうこ
ともできる。この場合、工具Ｔはアトランダムに装着さ
れているから、ＮＣ装置３は、必要とする工具Ｔがマガ
ジン１のどのポットに装着されているかを特定し得な
い。そこで、マガジン１の割出し駆動を利用して、工具
Ｔを順次に工具側定位置４に送り、順次に送られてくる
各工具Ｔを逐一撮影装置５で撮影し、これを上述した処
理フローで逐次処理することとする。そして、ＮＣ装置
３により工具番号を指定された工具Ｔと、現在撮影され
ている工具Ｔとが一致した時点でマガジン１の駆動を止
めるのである。以上により、加工に必要な工具Ｔの呼び
出しと照合認識とを同時に行なうことができる。前述し
たように、マガジン１の指定されたポットに指定された
工具を装着する作業は大変手間のかかるものであるが、
以上の手段を採用することにより、装着作業を著しく簡
単化することが可能になる。

【００１５】また、工具Ｔを撮影する位置は工具側定位
置４に限らず、工具Ｔの撮影が可能な任意の位置で良
い。

【００１６】次に、この自動照合認識装置を、工具寸法
の自動計測および自動補正に応用する場合について説明
する。前述したように、予め測定して求めた工具寸法に
基づいて、ＮＣ加工プログラムに補正を与えることは従
来より行なわれているが、この時に必要とされる補正量
は工具の種類によって異なる。例えば、ドリルであれば
工具長、中ぐり棒であれば刃先半径等についての補正量
が必要になる。人間が測定する場合には、ドリルと中ぐ
り棒とを暗黙のうちに識別して測定を行なっていると言
える。そのため、この測定を自動で行なおうとすれば、
まず工具の種類を識別する必要がある。この自動照合認
識装置は、マガジン１に装着された工具Ｔと、ＮＣ装置
３により指定された工具Ｔとの一致・不一致を自動的に
照合認識する際に、工具Ｔの特徴量を抽出演算している
ので、この特徴量データを補正データとしてそのまま照
合認識部８ｃからＮＣ装置３に転送することにより、工
具寸法の自動計測および自動補正を容易に行なうことが
できる。この自動計測、自動補正は工具Ｔの加工を行な
う直前の状態に基づくものであり、損耗量をも含んだも
のであるから、この補正量を基準にすることにより、よ
り高精度な補正を行なうことができる。また、工具特徴
量演算部８ｂにより計測した工具寸法から損耗量を算出
し、この損耗量を予め設定したしきい値と照合すること
により、工具の折損を検出するといったシステムを容易
に構築することもできる。この場合、しきい値を超えな
い場合は上記補正を実行させ、しきい値を超えた場合
は、工具不良をＮＣ装置３に出力するようにする。尚、
自動計測・自動補正プログラムは、加工プログラムと並
列実行させることができるため、従来装置のように加工
時間の増大、加工効率の低下といった弊害を生じさせる
ことがない。

【００１７】あるいは、マスタデータＰに工具Ｔの種類
を識別するデータを加えて照合認識部８ｃに送ることに
より、工具Ｔの種類を識別させることが容易に可能とな
る。工具の種類が識別されると、図４に示す処理フロー
によって、自動計測・自動補正を行なわせることができ
る。まず、照合認識部８ｃにより認識された工具Ｔの種
類は、識別信号としてパソコン８の計測部８ｄに送られ
る。同時に、画像処理部８ａから、撮影された工具Ｔの
画像データ（図３ｃの画像データ）が計測部８ｄに送ら
れる。計測部８ｄは、照合認識部８ｃから送られてきた
識別信号（例えば、ドリル）に基づいて抽出すべき工具
寸法を決定し（例えば、工具長Ｌ）、この決定に基づい
て、画像データから所定位置での画素数を計数して所要
の工具寸法（例えば、工具長Ｌ）を抽出する。これを補
正データとしてＮＣ装置３に転送する。

【００１８】図５に示す実施例は、この自動照合認識装
置を加工条件の自動設定に応用したものである。上述し
た態様により工具Ｔの種類、寸法が自動計測されると、
これに対応した最適加工条件の自動設定が可能になる。
パソコン８の最適加工条件設定部８ｅには、工具Ｔの種
類と寸法により決められた種々の標準的な加工条件が予
め登録されている。工具特徴量演算部８ｂ又は計測部８
ｄにより抽出された工具Ｔの寸法および種類は、この最
適加工条件設定部８ｅに送られる。最適加工条件設定部
８ｅはこの送られてきた工具Ｔの寸法および種類のデー
タに基づいて、予め登録された加工条件の中から最適な
加工条件を選択し、これをＮＣ装置３に転送する。これ
により、その工具Ｔに最適な加工条件が自動的に設定さ
れたことになる。このことは、切削加工の知識がなくと
も加工条件の設定が行なえることを意味し、実用的価値
は大きい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
マガジンに装着された工具と加工に必要な工具との一致
・不一致を主軸装着前に自動的に認識することができる
ので、マガジンへの工具の装着ミスを自動的かつ事前的
に発見することができる。また、画像処理されたデータ
を利用することにより、その工具の加工直前の状態にお
ける工具寸法の自動計測、自動補正を容易に行なうこと
ができるので、より高精度なワーク加工を比較的簡易か
つ安価な装置により実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる自動照合認識装置の全
体構成を示す図である。

【図２】工具の諸寸法を示す図である。

【図３】画像処理手段を模式的に示す図である。

【図４】本発明の他の実施例に係わる処理フローを示す
図である。

【図５】本発明の他の実施例に係わる処理フローを示す
図である。

【符号の説明】

１マガジン２マスタデータ登録部５撮影装置８ａ画像処理部８ｃ照合認識部Ｔ工具（Ｔ１、Ｔ２、・・・、Ｔｎ）Ｐマスタデータ（Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マガジンに装着された工具の像を撮影す
るための撮影装置と、この撮影装置により撮影された工
具の画像情報を処理するための画像処理部と、マガジン
に装着される各工具についてのマスタデータが予め登録
されたマスタデータ登録部と、上記画像処理部により処
理された画像データと上記マスタデータとを照合するた
めの照合認識部とを備え、加工に必要な工具についての
上記マスタデータと撮影された工具の上記画像データと
をそれぞれ上記照合認識部に送り、上記照合認識部にて
両データを照合することにより、撮影された工具を認識
することを特徴とする工具の自動照合認識装置。