JPH08197383A - 切削工具の切屑付着検知方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 切削工具における切屑付着の判定を高速度に
正確に行う切屑付着検知方法を提供すること。 【構成】 切削工具を含む撮像空間を、その切削工具の
使用前と使用後に各々所定の撮像位置にて撮像手段によ
り撮像し、工具使用前の撮像による画像データから工具
画像エリアに基づく切屑付着検知対象外エリアをマスキ
ングする要領で切屑付着検知対象エリアとして設定記憶
し、工具使用後の撮像による画像データのうち切屑付着
検知対象エリアに対応する画像データのみを切屑付着検
知対象の画像データとし、この画像データにのみ注目し
て切屑付着検知対象エリアにおける切屑の有無を判別
し、この切屑有無の判別結果より切削工具に切屑が付着
しているか否かを検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種切削加工機械にて
使用される切削工具の切屑付着検知方法および装置に関
し、特に画像処理技術を使用して切削工具に切屑が付着
しているか否かを自動的に検知する方法および装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像処理技術を使用して切削工具に切屑
が付着しているか否かを検知する装置として、特開平３
−２２８５４３号に示されている切屑付着監視装置が知
られている。この切屑付着監視装置は、切削動作の終了
後に工具（バイト）を撮像するテレビカメラと、テレビ
カメラによる撮像によって得られる画像データを処理す
る画像処理回路とを使用し、テレビカメラによる撮像画
像データと画像メモリに格納されている基準画像データ
とを比較して両画像データの差分を抽出演算し、その差
分の画像データの画素数を計数し、その計数値が予め設
定された規定値を超えていれば、切屑が工具に付着して
いると判定する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の切屑付着監視装
置においては、撮像画像データと基準画像データとの差
分の抽出は、撮像画像データと基準画像データとの比較
を一フレーム分の全画素について行うため、その演算処
理に時間が掛かる。

【０００４】またこの切屑付着監視装置においては、撮
像画像データにおける工具画像エリアと基準画像データ
における工具画像エリアとが、完全に同一で、しかも同
一位置であることが前提条件になり、さもないと、工具
画像部分も切屑を示すことになる差分の画像データとし
て抽出され、切屑付着の判定が正確に行われない。

【０００５】このことに対してテレビカメラによる工具
の画像データは、特に反射像の撮像の場合、工具表面の
切削液の付着状態などにより変動するから、実際には撮
像画像データにおける工具画像エリアを基準画像データ
における工具画像エリアと完全に同一で、しかも同一位
置であるものとして取得することが難しい。

【０００６】本発明は、上述の如き問題点に着目してな
されたものであり、高速度で、またテレビカメラなどの
撮像手段による工具の画像データが工具表面の切削液の
付着状態などにより変動しても切屑付着の判定を正確に
行う切屑付着検知方法および装置を提供することを目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的を達成す
るために、本発明による切削工具の切屑付着検知方法
は、所定の撮像位置にて撮像手段により使用前の切削工
具を含む所定の撮像空間を撮像する使用前撮像プロセス
と、前記使用前撮像プロセスにて得られた画像データよ
り前記撮像空間を切削工具が占める工具画像エリアに基
づいて切屑付着検知対象外エリアを設定し、それ以外の
エリアを切屑付着検知対象エリアとして設定し、当該切
屑付着検知対象エリアを記憶する切屑付着検知対象エリ
ア設定記憶プロセスと、所定の撮像位置にて撮像手段に
より使用後の切削工具を含む所定の撮像空間を撮像する
使用後撮像プロセスと、前記使用後撮像プロセスにて得
られた画像データのうち、前記切屑付着検知対象エリア
設定記憶プロセスにて設定記憶された切屑付着検知対象
エリアに対応する画像データのみを切屑付着検知対象の
画像データとし、当該画像データより前記切屑付着検知
対象エリアにおける切屑の有無を判別する切屑有無判別
プロセスとを有し、前記切屑有無判別プロセスによる切
屑有無の判別結果より切削工具に切屑が付着しているか
否かを検知することを特徴としている。

【０００８】本発明による切削工具の切屑付着検知方法
においては、前記切屑付着検知対象外エリアは前記工具
画像エリアの外側に所定幅のオフセットエリアを付加し
たものであることを詳細な特徴としている。

【０００９】また上述の如き目的を達成するために、本
発明による切削工具の切屑付着検知装置は、所定の撮像
位置にて切削工具を含む所定の撮像空間を切削工具の使
用前と使用後とで撮像する撮像手段と、前記撮像手段に
よる切削工具の使用前の画像データより前記撮像空間を
切削工具が占める工具画像エリアに基づいて切屑付着検
知対象外エリアを設定し、それ以外のエリアを切屑付着
検知対象エリアとして設定する切屑付着検知対象エリア
設定手段と、前記切屑付着検知対象エリア設定手段によ
り設定された切屑付着検知対象エリアを記憶する切屑付
着検知対象エリア記憶手段と、前記撮像手段による切削
工具の使用後の画像データのうち、前記切屑付着検知対
象エリア設定記憶手段に記憶された切屑付着検知対象エ
リアに対応する画像データのみを切屑付着検知対象画像
データとし、当該画像データより前記切屑付着検知対象
エリアにおける切屑の有無を判別する切屑有無判別手段
とを有していることを特徴としている。

【００１０】本発明による切削工具の切屑付着検知装置
においては、前記切屑付着検知対象エリア設定手段は前
記工具画像エリアの外側に所定幅のオフセットエリアを
付加して前記切屑付着検知対象外エリアを設定すること
を詳細な特徴としている。

【００１１】

【作用】先ず、切削工具の使用前に所定の撮像位置にて
撮像手段により使用前の切削工具を含む所定の撮像空間
を撮像し、その撮像による画像データより撮像空間を切
削工具が占める工具画像エリアに基づいて切屑付着検知
対象外エリアを設定し、それ以外のエリアを切屑付着検
知対象エリアとして設定し、これを記憶する。この切屑
付着検知対象エリアの記述は、その領域を各画素のメモ
リアドレスをもって特定するものである。

【００１２】切削工具の使用後に所定の撮像位置にて撮
像手段により使用後の切削工具を含む所定の撮像空間を
撮像し、その撮像による画像データのうち切屑付着検知
対象エリアに対応する画像データのみを切屑付着検知対
象の画像データとし、この画像データにのみ注目して切
屑付着検知対象エリアにおける切屑の有無を判別し、こ
の切屑有無の判別結果より切削工具に切屑が付着してい
るか否かを検知する。

【００１３】この切屑の有無判定は、反射光による撮像
において、撮像空間の背景が背景板などによって無反射
面に設定されていれば、切屑付着検知対象エリアに存在
する反射像を示す画像データを全て切屑として認識すれ
ばよく、使用前の切削工具を含む撮像空間の画像データ
と使用後の切削工具を含む撮像空間の画像データとの差
分を抽出演算する必要がない。

【００１４】切屑付着検知対象外エリアが、切削工具が
占める工具画像エリアの外側に所定幅のオフセットエリ
アを付加したものであることにより、切削工具の使用前
と使用後の画像データに、工具表面に付着した切削液な
どによって相違があっても、これを排除して切削工具に
切屑が付着しているか否かを検知する。

【００１５】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００１６】図１は本発明による切削工具の切屑付着検
知装置の一実施例を示している。図１において、符号１
はターニングマシンなどの切削加工用の工作機械を、符
号３は工作機械１に付随して設けられる自動工具交換装
置のツールマガジンを各々示している。自動工具交換装
置は、工作機械１の主軸（図示省略）に装着されている
使用済みの切削工具Ｔを工具交換アーム５によって主軸
より取り外してツールマガジン３に格納し、次に使用す
る切削工具Ｔを工具交換アーム５によってツールマガジ
ン３がより取り出して工作機械１の主軸に装着する。

【００１７】工具交換アーム５による切削工具Ｔのツー
ルマガジン３に対する工具出し入れ準備位置の前方に
は、この工具出し入れ準備位置へ向けて照明器７とＣＣ
Ｄカメラ９とが配置されている。照明器７は工具出し入
れ準備位置を照明し、ＣＣＤカメラ９は工具出し入れ準
備位置に画定される撮像空間を反射光をもって撮像す
る。この撮像空間は、図３に符号Ｆにより示されている
ように、ＣＣＤカメラ９の視野範囲により決定され、座
標位置を特定される。この撮像空間Ｆの背部には撮像空
間Ｆの全域に亙って黒色による無反射背景板１１を配置
することができる。

【００１８】ＣＣＤカメラ９は、切削工具Ｔを含む撮像
空間Ｆを切削工具Ｔの使用前と使用後とで各々反射光を
もって同一条件で撮像し、その撮像により得られるアナ
ログ映像信号を信号変換部１３へ出力する。信号変換部
１３は、ＣＣＤカメラ９よりのアナログ映像信号をＣＣ
Ｄカメラ９の分解能により決まる各画素毎にディジタル
信号に変換し、このディジタル信号を二値化してディジ
タル画像データを生成する。信号変換部１３が出力する
ディジタル画像データは各画素毎に固有のメモリアドレ
スをもってフレームメモリ１５に格納される。

【００１９】フレームメモリ１５には切屑付着検知対象
エリア設定部１７が接続されている。切屑付着検知対象
エリア設定部１７は、図３に示されているように、ＣＣ
Ｄカメラ９による切削工具Ｔの使用前のディジタル画像
データより撮像空間Ｆにおいて切削工具Ｔが占めるエリ
アを工具画像エリアＡとして画像解析技術によって抽出
し、この工具画像エリアＡに基づいて切屑付着検知対象
外エリアＢを設定し、それ以外のエリアを切屑付着検知
対象エリアＣとして設定する。

【００２０】切屑付着検知対象エリア設定部１７にはオ
フセット量設定部１９が接続されており、オフセット量
設定部１９は、オフセット量をパラメータ設定し、その
情報を切屑付着検知対象エリア設定部１７へ出力する。

【００２１】これにより切屑付着検知対象エリア設定部
１７は、切屑付着検知対象外エリアＢを、工具画像エリ
アＡの全輪郭に対してパラメータ設定されるオフセット
量により決まる所定幅のオフセットエリアｓを工具画像
エリアＡの外側に付加したものとして設定する。

【００２２】オフセット量設定部１９には切屑付着検知
対象エリア記憶部２１が接続されている。切屑付着検知
対象エリア記憶部２１は、ＲＡＭなどにより構成され、
切屑付着検知対象エリア部１７によって設定された切屑
付着検知対象エリアを記憶する。切屑付着検知対象エリ
ア記憶部２１における切屑付着検知対象エリアの記述
は、その領域をフレームメモリ１５における各画素のメ
モリアドレスをもって行われ、このメモリアドレスをも
って切屑付着検知対象エリアを特定する。

【００２３】またフレームメモリ１５には切屑有無判別
部２３が接続されている。切屑有無判別部２３はＣＣＤ
カメラ９による切削工具Ｔの使用後の撮像空間Ｆ全体の
ディジタル画像データより切屑付着検知対象エリア設定
記憶部２１に記憶されている切屑付着検知対象エリアＣ
に対応するディジタル画像データのみを切屑付着検知対
象のディジタル画像データとし、このディジタル画像デ
ータについて各画素毎に信号値を走査検索する。

【００２４】ここでディジタル画像データが、無反射背
景板１１による無反射の背景面を捉えている場合に
は、”０”となり、それ以外、即ち反射光による画像を
捉えている場合には、”１”となると、すれば、信号値
が”１”を示すディジタル画像データを単純に走査検索
する。

【００２５】この信号値”１”によるディジタル画像デ
ータの領域が連続した所定面積以上であれば、あるいは
所定値以上に連続していれば、それを切屑であると判定
し、切屑付着検知信号を出力する。

【００２６】次に図２に示されているパッド図と図３、
図４の説明図とを参照して本発明による切削工具の切屑
付着検知方法を上述の切屑付着検知装置を使用して実施
する場合の実施例を説明する。

【００２７】先ず、使用前撮像プロセスとして、自動工
具交換装置の工具交換アーム５によって新しい切削工具
Ｔを工作機械１にセットするに際し（ステップ１０）、
切削工具Ｔを工具出し入れ準備位置に位置させ（ステッ
プ２０）、ＣＣＤカメラ５により使用前の切削工具Ｔを
含む撮像空間Ｆを図３（ａ）に示されているように撮像
する（ステップ３０）。

【００２８】使用前撮像プロセスが終了すれば、切屑付
着検知対象エリア設定記憶プロセスとして、切屑付着検
知対象エリア設定部１７により、図３（ｂ）に示されて
いるように、使用前撮像によるディジタル画像データよ
り撮像空間Ｆを切削工具Ｔが占める工具画像エリアＡを
抽出し、その工具画像エリアＡの外側にオフセットエリ
アｓを付加し、Ａ＋ｓの全エリアを切屑付着検知対象外
エリアＢとして設定し、図３（ｃ）に示されているよう
に、マスキングする要領で、それ以外のエリアを切屑付
着検知対象エリアＣとして設定する（ステップ４０）。

【００２９】そして切屑付着検知対象エリアＣを各画素
のメモリアドレスをもって切屑付着検知対象エリア記憶
部２１に記憶する（ステップ５０）。

【００３０】工具出し入れ準備位置に位置している切削
工具ＴはＣＣＤカメラ５による撮像が完了すれば、直ち
に工具交換アーム５によって工作機械１にセットし（ス
テップ６０）、その切削工具Ｔによる切削加工を開始す
ることができる。

【００３１】上述の切削工具Ｔによる切削加工が完了す
ると、使用後撮像プロセスとして、その切削工具Ｔを自
動工具交換装置の工具交換アーム５によってツールマガ
ジン３に戻すに際し（ステップ７０）、切削工具Ｔを再
び工具出し入れ準備位置に位置させ（ステップ８０）、
ＣＣＤカメラ５により使用後の切削工具Ｔを含む撮像空
間Ｆを図４（ａ）に示されているように撮像する（ステ
ップ９０）。

【００３２】この後に、切屑有無判別プロセスとして、
切屑有無判別部２３により、ＣＣＤカメラ９による切削
工具Ｔの使用後の撮像空間Ｆ全体のディジタル画像デー
タより切屑付着検知対象エリア設定記憶部２１に記憶さ
れている切屑付着検知対象エリアＣに対応する画像デー
タのみを、図４（ｂ）に示されているように、切屑付着
検知対象のディジタル画像データとして抽出し、このデ
ィジタル画像データについて各画素毎に信号値を走査検
索する。

【００３３】上述のように、ディジタル画像データが、
無反射背景板１１による無反射の背景面の捉えている場
合には、”０”となり、それ以外、即ち反射光による画
像を捉えている場合には、”１”となると、すれば、信
号値が”１”を示すディジタル画像データを単純に走査
検索し、信号値が”１”によるディジタル画像データの
領域が連続した所定面積以上であれば、あるいは所定値
以上に連続していれば、それを切屑であると判定し、切
屑付着検知信号を出力する（ステップ１００）。

【００３４】上述のような判定処理により、切削工具Ｔ
の使用前と使用後の画像データに、工具表面に付着した
切削液などによって相違があっても、これを排除して切
削工具Ｔに切屑が付着しているか否かが確実に検知され
る。

【００３５】なお、切屑付着検知対象エリア設定部１
７、オフセット量設定部１９、切屑有無判別部２３は、
マイクロコンピュータのソフトウェア処理、あるいは専
用の画像処理装置のいずれによって具現されてもよい。

【００３６】以上に於ては、本発明を特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
による切削工具の切屑付着検知方法および装置によれ
ば、切削工具を含む撮像空間を、その切削工具の使用前
と使用後に各々所定の撮像位置にてＣＣＤカメラ等によ
る撮像手段により撮像し、工具使用前の撮像による画像
データから工具画像エリアに基づく切屑付着検知対象外
エリアをマスキングする要領で切屑付着検知対象エリア
として設定記憶し、工具使用後の撮像による画像データ
のうち切屑付着検知対象エリアに対応する画像データの
みを切屑付着検知対象の画像データとし、この画像デー
タにのみ注目して切屑付着検知対象エリアにおける切屑
の有無を判別し、この切屑有無の判別結果より切削工具
に切屑が付着しているか否かを検知するから、切屑付着
の検知が、撮像画像データと基準画像データとの差分比
較を一フレーム分の全画素について行うことなく、演算
処理負荷を大きくすることなく高速度に、また多くのデ
ータメモリ容量を必要とすることなく行うことができる
ようになる。

【００３８】また切屑付着検知対象外エリアが、切削工
具が占める工具画像エリアの外側に所定幅のオフセット
エリアを付加したものであることにより、切削工具の使
用前と使用後の画像データに、工具表面に付着した切削
液などによって相違があっても、これを排除して切削工
具に切屑が付着しているか否かを正確に検知できるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による切削工具の切屑付着検知装置の一
実施例を示すブロック線図である。

【図２】本発明による切削工具の切屑付着検知方法の実
施例を示すパッド図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明による切削工具の切屑
付着検知方法における切屑付着検知対象エリアの設定要
領を示す説明図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）は本発明による切削工具の切屑
付着検知方法における切屑付着検知対象のディジタル画
像データの抽出要領を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 工作機械 ３ ツールマガジン ５ 工具交換アーム ７ 照明器 ９ ＣＣＤカメラ １１ 無反射背景板 １３ 信号変換部 １５ フレームメモリ １７ 切屑付着検知対象エリア設定部 １９ オフセット量設定部 ２１ 切屑付着検知対象エリア記憶部 ２３ 切屑有無判別部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 萩原 弘 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の撮像位置にて撮像手段により使用
   前の切削工具を含む所定の撮像空間を撮像する使用前撮
   像プロセスと、 前記使用前撮像プロセスにて得られた画像データより前
   記撮像空間を切削工具が占める工具画像エリアに基づい
   て切屑付着検知対象外エリアを設定し、それ以外のエリ
   アを切屑付着検知対象エリアとして設定し、当該切屑付
   着検知対象エリアを記憶する切屑付着検知対象エリア設
   定記憶プロセスと、 所定の撮像位置にて撮像手段により使用後の切削工具を
   含む所定の撮像空間を撮像する使用後撮像プロセスと、 前記使用後撮像プロセスにて得られた画像データのう
   ち、前記切屑付着検知対象エリア設定記憶プロセスにて
   設定記憶された切屑付着検知対象エリアに対応する画像
   データのみを切屑付着検知対象の画像データとし、当該
   画像データより前記切屑付着検知対象エリアにおける切
   屑の有無を判別する切屑有無判別プロセスとを有し、 前記切屑有無判別プロセスによる切屑有無の判別結果よ
   り切削工具に切屑が付着しているか否かを検知すること
   を特徴とする切削工具の切屑付着検知方法。
2. 【請求項２】 前記切屑付着検知対象外エリアは前記工
   具画像エリアの外側に所定幅のオフセットエリアを付加
   したものであることを特徴とする請求項１に記載の切削
   工具の切屑付着検知方法。
3. 【請求項３】 所定の撮像位置にて切削工具を含む所定
   の撮像空間を切削工具の使用前と使用後とで撮像する撮
   像手段と、 前記撮像手段による切削工具の使用前の画像データより
   前記撮像空間を切削工具が占める工具画像エリアに基づ
   いて切屑付着検知対象外エリアを設定し、それ以外のエ
   リアを切屑付着検知対象エリアとして設定する切屑付着
   検知対象エリア設定手段と、 前記切屑付着検知対象エリア設定手段により設定された
   切屑付着検知対象エリアを記憶する切屑付着検知対象エ
   リア記憶手段と、 前記撮像手段による切削工具の使用後の画像データのう
   ち、前記切屑付着検知対象エリア設定記憶手段に記憶さ
   れた切屑付着検知対象エリアに対応する画像データのみ
   を切屑付着検知対象の画像データとし、当該画像データ
   より前記切屑付着検知対象エリアにおける切屑の有無を
   判別する切屑有無判別手段と、 を有していることを特徴とする切削工具の切屑付着検知
   装置。
4. 【請求項４】 前記切屑付着検知対象エリア設定手段は
   前記工具画像エリアの外側に所定幅のオフセットエリア
   を付加して前記切屑付着検知対象外エリアを設定するこ
   とを特徴とする請求項３に記載の切削工具の切屑付着検
   知装置。