JPH106184A - スローアウェイ工具自動認識方法およびスローアウェイ工具のチップ飛散防止方法およびチップ交換時期自動認識方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具がスローアウェイ工具であるか否かの識
別を自動的に行うこと。 【解決手段】 工具をＣＣＤカメラ１１によって撮像
し、工具の画像データよりスローアウェイチップ取付け
ねじの画像の有無をスローアウェイ工具識別手段１７に
よって判別し、スローアウェイチップ取付けねじ画像の
存在により、スローアウェイ工具であると自動認識す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スローアウェイ
工具自動認識方法およびスローアウェイ工具のチップ飛
散防止方法およびチップ交換チップ時期自動認識方法に
関し、特に画像処理技術を応用してスローアウェイ工具
の存在を自動認識し、また自動認識されたスローアウェ
イ工具についてチップの飛散を防止する方法およびチッ
プの交換時期を自動認識する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チップ取付方式の工具であるスローアウ
ェイ工具は、高速回転数で使用されると、チップが飛散
する虞れがあるから、スローアウェイ工具を使用する場
合には工具回転数をチップ飛散回転数以下に制限しなけ
ればならない。

【０００３】自動工具交換装置（ＡＴＣ）付きの工作機
械などで複数種類の工具を使用する場合には、工具マガ
シンに対する工具の格納ミス、あるいは加工プログラム
の作成ミスなどによりスローアウェイ工具がチップ飛散
回転数以上で使用される可能があるから、加工開始前に
使用工具がスローアウェイ工具であるか否かの識別する
必要がある。

【０００４】従来、工具がスローアウェイ工具であるか
否かの識別は、作業者の目視により行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、工具がスローア
ウェイ工具であるか否かの識別は、作業者の目視により
行われているから、作業者の負担が多く、経済的な無人
化運転を阻害し、しかも、その識別の確実性、信頼性に
関して問題がある。

【０００６】また工具がスローアウェイ工具であるか否
かの識別が自動化できないために、工具がスローアウェ
イ工具である場合に、チップ飛散防止制御を自動的に行
ったり、チップ交換時期を自動的に認識することができ
ない。

【０００７】この発明は、上述の如き問題点に着目して
なされたものであり、工具がスローアウェイ工具である
か否かの識別を自動的に行うスローアウェイ工具自動認
識方法およびスローアウェイ工具自動認識のもとにスロ
ーアウェイ工具のチップの飛散を防止する方法およびチ
ップの交換時期を自動認識する方法を提供することを目
的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１によるスローアウェイ工具自動認識方法
は、工具を撮像し、工具の画像データよりスローアウェ
イチップ取付けねじの画像の有無を判別し、スローアウ
ェイチップ取付けねじ画像の存在により撮像した工具が
スローアウェイ工具であることを自動認識するものであ
る。

【０００９】また上述の目的を達成するために、請求項
２によるスローアウェイ工具自動認識方法は、工具に光
線を照射し、工具ホディとスローアウェイチップとの輝
度の違いを利用してスローアウェイチップに相当する高
輝度領域の有無を判別し、高輝度領域の存在により撮像
した工具がスローアウェイ工具であることを自動認識す
るものである。

【００１０】また上述の目的を達成するために、請求項
３によるスローアウェイ工具自動認識方法は工具を撮像
し、工具ホディとスローアウェイチップとの色の違いを
利用して工具の画像データよりスローアウェイチップの
画像領域に相当するチップ色領域の有無を判別し、チッ
プ色領域の存在により撮像した工具がスローアウェイ工
具であることを自動認識するものである。

【００１１】請求項４によるスローアウェイ工具自動認
識方法は、請求項３または４に記載のスローアウェイ工
具自動認識方法において、前記高輝度領域あるいは前記
チップ色領域内にスローアウェイチップ取付けねじの画
像が存在するか否を判別し、前記高輝度領域あるいは前
記チップ色領域内にスローアウェイチップ取付けねじ画
像が存在すれば、ねじ止め式スローアウェイ工具である
と自動認識し、前記高輝度領域あるいは前記チップ色領
域内にスローアウェイチップ取付けねじ画像が存在しな
ければ、挟み込み式スローアウェイ工具であると自動認
識するものである。

【００１２】また上述の目的を達成するために、請求項
５によるスローアウェイ工具のチップ飛散防止方法は、
請求項１〜４に記載のスローアウェイ工具自動認識方法
によってスローアウェイ工具の存在を自動認識し、スロ
ーアウェイ工具についてはチップ飛散回転数以下で使用
されるように工具回転数を制限する処理を行うものであ
る。

【００１３】請求項６によるスローアウェイ工具のチッ
プ飛散防止方法は、請求項４に記載のスローアウェイ工
具自動認識方法によってスローアウェイ工具がねじ止め
式であるか挟み込み式であるかを自動識別し、挟み込み
式のスローアウェイ工具とねじ止め式のスローアウェイ
工具とでチップ飛散回転数を個別に設定し、いずれのス
ローアウェイ工具についてもチップ飛散回転数以下で使
用されるように工具回転数を制限する処理を行うもので
ある。

【００１４】また上述の目的を達成するために、請求項
７によるスローアウェイ工具のチップ交換時期自動認識
方法は、請求項１〜４に記載のスローアウェイ工具自動
認識方法によってスローアウェイ工具の存在を自動認識
し、スローアウェイ工具については使用回数を計数ある
いは使用時間を計り、使用回数あるいは使用時間が所定
値に達すれば、そのスローアウェイ工具の継続使用を禁
止する処理を行い、チップ交換の時期が到来したことを
自動認識するものである。

【００１５】請求項８によるスローアウェイ工具のチッ
プ交換時期自動認識方法は、請求項７に記載のスローア
ウェイ工具のチップ交換時期自動認識方法において、使
用回数あるいは使用時間が所定値に達する以前に、チッ
プの健全性が損なわれたことが検出されれば、この健全
性喪失検出時の使用回数あるいは使用時間を参照して前
記所定値を更新するものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面を用いて詳細に説明する。

【００１７】図１はこの発明によるスローアウェイ工具
自動認識方法およびスローアウェイ工具のチップ飛散防
止方法およびチップ交換時期自動認識方法の実施に使用
されるＡＴＣ付きＮＣ工作機械の一つの実施の形態を示
している。図１において、１は工具Ｔを交換可能に取り
付けられる主軸３を有する工作機械を、５は工具Ｔを出
し入れ可能に格納する工具マガシンを、７は自動工具交
換装置の工具交換アームを各々示しており、工具交換ア
ーム７は、工具交換位置Ａにて工具マガシン５より工具
Ｔを取出してこれを主軸３に対する工具Ｔの取付位置Ｂ
へ移送し、工具Ｔを主軸３に装着する。

【００１８】工具Ｔには、図２（ａ）に示されているよ
うなねじ止め式スローアウェイ工具と、図２（ｂ）に示
されているような挟み込み式スローアウェイ工具とがあ
る。ねじ止め式スローアウェイ工具では、チップｃがチ
ップ自身を貫通するボルト孔に挿入されたチップ貫通ね
じｅによって工具ホディｂに固定されている。挟み込み
式スローアウェイ工具では、チップｃがロケータ締付ね
じｆによって工具ホディｂに固定されるロケータｒによ
って位置決めされ、押え駒締付ねじｇによって工具ホデ
ィｂに固定される押え駒ｐによって挟み込み式に工具ホ
ディｂに固定されている。

【００１９】工作機械１にはＮＣ装置９が接続されてお
り、ＮＣ装置９により主軸３の回転数、工具交換の指令
が行われる。

【００２０】工具交換位置Ａの工具Ｔを撮像するＣＣＤ
カメラ１１が設けられている。

【００２１】ＣＣＤカメラ１１には画像変換部１３が接
続されており、画像変換部１３は、ＣＣＤカメラ１１が
出力するアナログ画像信号をディジタル画像信号に変換
し、そのディジタル画像信号を二値化して工具画像デー
タとしてフレームメモリ１５に格納する。ＣＣＤカメラ
１１は、スローアウェイ工具自動認識のために、工具Ｔ
の刃物部分を抜粋撮像することができ、また工具径計測
のために工具Ｔの概ね全体を撮像することもできる。

【００２２】スローアウェイ工具識別手段１７は、フレ
ームメモリ１１より画像データ、特に刃物部分の画像デ
ータを取り込んでエッジ抽出し、この画像データより刃
物部分にスローアウェイチップ取付けねじがある否か判
別し、スローアウェイチップ取付けねじ画像の存在によ
り工具交換位置Ａに位置している工具Ｔがスローアウェ
イ工具であることを自動認識する。

【００２３】ここでのスローアウェイチップ取付けねじ
は、チップ貫通ねじｅ、ロケータ締付ねじｆ、押え駒締
付ねじｇなどであり、スローアウェイチップ取付けねじ
画像の有無判別は、エッジ抽出された刃物部分の画像デ
ータをスキャンし、パターンマッチング法、特徴値比較
法等の公知の形状認識手法により、図３（ａ）〜（ｃ）
に示されているような、ねじの頭部パターンの画像の有
無を判別により行うことができる。

【００２４】一般に、工具ホディｂは黒染めであり、ス
ローアウェイチップｃはコーティング仕上げ或いは金属
仕上色であるから、スローアウェイチップｃの輝度は工
具ホディｂの輝度より遥かに高い。

【００２５】このことに鑑み、スローアウェイ工具識別
手段１７は、工具ホディｂとスローアウェイチップｃと
の輝度の違いを利用して工具の画像データよりスローア
ウェイチップの画像領域に相当する高輝度領域の有無を
判別し、高輝度領域の存在により工具交換位置Ａに位置
している工具Ｔがスローアウェイ工具であることを自動
認識することもできる。この場合、光線を工具Ｔに対し
てスキャンさせ、反射率の違いによってスローアウェイ
チップに相当する高輝度領域の有無を判別することがで
きる。

【００２６】またスローアウェイ工具識別手段１７は、
工具ホディｂとスローアウェイチップｃとの色の違いを
利用して工具Ｔの画像データよりスローアウェイチップ
ｃの画像領域に相当するチップ色領域の有無を判別し、
チップ色領域の存在により工具交換位置Ａに位置してい
る工具Ｔがスローアウェイ工具であることを自動認識す
ることもできる。

【００２７】これらの場合、更に高輝度領域あるいはチ
ップ色領域内にスローアウェイチップ取付けねじの画像
が存在するか否を判別し、高輝度領域あるいはチップ色
領域内にスローアウェイチップ取付けねじ画像が存在す
れば、ねじ止め式スローアウェイ工具であると自動認識
し、高輝度領域あるいはチップ色領域内にスローアウェ
イチップ取付けねじ画像が存在しなければ、挟み込み式
スローアウェイ工具であると自動認識することができ
る。

【００２８】スローアウェイ工具識別手段１７によって
工具交換位置Ａに位置している工具Ｔがスローアウェイ
工具であると識別された場合には、刃先径演算手段１９
がフレームメモリ１３よりＣＣＤカメラ１１による工具
Ｔの画像データを取り込み、その画像データより工具
（スローアウェイ工具）Ｔの刃先径を演算により計測す
る。刃先径演算コンピュータ１３により計測された工具
Ｔの刃先径は危険回転数検出手段２１へ送信される。

【００２９】危険回転数検出手段２１は、刃先径演算手
段１９により計測された刃先径よりチップ飛散の危険回
転数を検出する。この危険回転数は、スローアウェイ工
具におけるスローアウェイチップｃの取付法、即ちねじ
止め式であるか、挟み込み式であるかの違いや、締結力
とスローアウェイチップに作用する遠心力あるいはチッ
プ取付部の周速に基づいて決まるチップ飛散回転数に使
用する工作機械固有の安全率を掛けたものであり、演算
あるいは予め準備されたデータテーブルより危険回転数
のデータを読み出すことによって取得することができ
る。

【００３０】危険回転数検出手段２１によって検出され
た危険回転数は工具チップ飛散防止指令出力部２３に入
力される。工具チップ飛散防止指令出力部２３は、危険
回転数検出手段１５より入力した危険回転数と工具回転
数との比較し、工具回転数が危険回転数を超えないよう
に工具回転数を制御する指令をＮＣ装置９へ出力する。

【００３１】工具チップ飛散防止指令出力部２３による
工具回転数制御指令の出力の仕方は二つある。

【００３２】その一つは、主軸回転開始前の段階で、Ｎ
Ｃ装置９が実行する加工プログラムに記述されている主
軸回転数をＮＣ装置９より工具チップ飛散防止指令出力
部２１に取り込み、これと危険回転数とを比較し、加工
プログラムに記述されている主軸回転数（指令値）が前
記危険回転数を超える場合には、主軸の回転を禁止し、
アラーム出力を行う指令をＮＣ装置９へ送信するもので
ある。これによりスローアウェイ工具については、チッ
プ飛散回転数以下で使用されるように工具回転数を制限
する処理が行われたことになる。

【００３３】この場合には、主軸回転数指令値が危険回
転数を超えると判断されれば、主軸３の回転が行われ
ず、このことをオペレータに警告するためにＮＣ装置９
のコンソールモニタにアラーム出力が行われ、工具回転
数が危険回転数を超えることが未然に回避される。

【００３４】他の一つは、主軸回転数センサ２３によっ
て主軸３の回転数を検出し、検出した主軸回転数を工具
チップ飛散防止指令出力部２１に取り込み、主軸回転数
が危険回転数に到達すれば、それ以上の主軸回転数の増
加を禁止あるいは主軸の回転を停止し、アラーム出力を
行う指令をＮＣ装置９へ送信するものである。これによ
りスローアウェイ工具については、チップ飛散回転数以
下で使用されるように工具回転数を制限する処理が行わ
れたことになる。

【００３５】この場合には、主軸３の回転下で、即ち主
軸回転開始後において、主軸回転数が危険回転数に到達
すれば、それ以上の主軸回転数の増加が禁止あるいは主
軸３の回転が停止され、このことをオペレータに警告す
るためにＮＣ装置９のコンソールモニタにアラーム出力
が行われ、工具回転数が危険回転数を超えることが回避
される。

【００３６】またスローアウェイ工具識別手段１７によ
って工具交換位置Ａに位置している工具Ｔがスローアウ
ェイ工具であると識別された場合には、ＮＣ装置９は、
そのスローアウェイ工具の使用回数を計数あるいは使用
時間を計り、使用回数あるいは使用時間が所定値に達す
れば、そのスローアウェイ工具の継続使用を禁止する処
理を行い、チップ交換の時期が到来したことを示すメッ
セージ表示あるいはアラーム出力を行う。

【００３７】例えば、スローアウェイ工具を使用して同
じ加工を長時間繰り返す場合には、チップ交換時期とし
て、オペレータ入力により使用回数を”２”とする。こ
れによりＮＣ装置９は、２回目の加工が終了し、３回目
の加工が開始されるまでにチップを交換することをアラ
ームあるいは表示によりオヘレータに知らせ、リセット
されるまで、そのスローアウェイ工具による加工を禁止
する。

【００３８】なお、使用回数あるいは使用時間が所定値
に達する以前に、摩耗、チッピング等によりチップの健
全性が損なわれたことが検出されれば、このことを示す
メッセージ表示あるいはアラーム出力を行い、この健全
性喪失検出時の使用回数あるいは使用時間を参照してチ
ップ交換時期を示す所定値を安全率を見込んで更新す
る。例えば、２回目の加工の途中で、チッピングが検出
されれば、チップ交換時期を示す使用回数は”１”に自
動更新される。

【００３９】以上に於ては、この発明を特定の実施の形
態について詳細に説明したが、この発明は、これに限定
されるものではなく、この発明の範囲内にて種々の実施
の形態が可能であることは当業者にとって明らかであろ
う。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項
１によるスローアウェイ工具自動認識方法によれば、工
具の画像データにスローアウェイチップ取付けねじ画像
が存在か否かによって、その工具がスローアウェイ工具
であるか否かを識別するから、作業者に負担を掛けるこ
となく、しかも確実に高い信頼性をもってスローアウェ
イ工具を自動認識することができる。

【００４１】請求項２によるスローアウェイ工具自動認
識方法によれば、工具ホディとスローアウェイチップと
の輝度の違いを利用してスローアウェイチップに相当す
る高輝度領域が存在か否かによって、その工具がスロー
アウェイ工具であるか否かを識別するから、作業者に負
担を掛けることなく、しかも確実に高い信頼性をもって
スローアウェイ工具を自動認識することができる。

【００４２】請求項３によるスローアウェイ工具自動認
識方法によれば、工具ホディとスローアウェイチップと
の色の違いを利用して工具の画像データよりスローアウ
ェイチップの画像領域に相当するチップ色領域が存在か
否かによって、その工具がスローアウェイ工具であるか
否かを識別するから、作業者に負担を掛けることなく、
しかも確実に高い信頼性をもってスローアウェイ工具を
自動認識することができる。

【００４３】請求項４によるスローアウェイ工具自動認
識方法によれば、高輝度領域あるいはチップ色領域内に
スローアウェイチップ取付けねじの画像が存在するか否
の判別により、スローアウェイ工具の自動認識におい
て、それがねじ止め式スローアウェイ工具であるか、挟
み込み式スローアウェイ工具であるかまで自動認識す
る。

【００４４】請求項５によるスローアウェイ工具のチッ
プ飛散防止方法によれば、スローアウェイ工具であるこ
とが自動認識されると、そのスローアウェイ工具がチッ
プ飛散回転数以下で使用されるように工具回転数を制限
する処理を行うから、スローアウェイ工具におけるチッ
プ飛散が未然に回避される。

【００４５】請求項６によるスローアウェイ工具のチッ
プ飛散防止方法によれば、スローアウェイ工具がねじ止
め式であるか挟み込み式であるかの自動識別に基づい
て、挟み込み式のスローアウェイ工具とねじ止め式のス
ローアウェイ工具とでチップ飛散回転数を個別に設定
し、いずれのスローアウェイ工具についてもチップ飛散
回転数以下で使用されるように工具回転数を制限する処
理を行うから、スローアウェイ工具におけるチップ飛散
が未然に回避される。

【００４６】請求項７によるスローアウェイ工具のチッ
プ交換時期自動認識方法によれば、スローアウェイ工具
であることが自動認識されると、そのスローアウェイ工
具の使用回数を計数あるいは使用時間を計り、使用回数
あるいは使用時間が所定値に達すれば、そのスローアウ
ェイ工具の継続使用を禁止する処理を行うから、チップ
交換の時期が到来したことが自動認識される。

【００４７】請求項８によるスローアウェイ工具のチッ
プ交換時期自動認識方法によれば、使用回数あるいは使
用時間が所定値に達する以前に、チップの健全性が損な
われたことが検出されれば、この健全性喪失検出時の使
用回数あるいは使用時間を参照して前記所定値を更新す
るから、チップ交換の時期が到来したことの自動認識が
より一層的確に行われるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるスローアウェイ工具自動認識方
法およびスローアウェイ工具のチップ飛散防止方法およ
びチップ交換時期自動認識方法の実施に使用されるＡＴ
Ｃ付きＮＣ工作機械の一つの実施の形態を示すブロック
線図である。

【図２】（ａ）はねじ止め式スローアウェイ工具を示す
斜視図、（ｂ）は挟み込み式スローアウェイ工具を示す
斜視図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）はスローアウェイチップ取付け
ねじの頭部パターンを示す説明図である。

【符号の説明】

１ 工作機械 ３ 主軸 ５ 工具マガシン ７ 工具交換アーム ９ ＮＣ装置 １１ ＣＣＤカメラ １３ 画像変換部 １５ フレームメモリ １７ スローアウェイ工具識別手段 １９ 刃先径演算手段 ２１ 危険回転数検出手段

フロントページの続き (72)発明者 柿島 浩之 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 (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具を撮像し、工具の画像データよりス
   ローアウェイチップ取付けねじの画像の有無を判別し、
   スローアウェイチップ取付けねじ画像の存在により撮像
   した工具がスローアウェイ工具であることを自動認識す
   ることを特徴とするスローアウェイ工具自動認識方法。
2. 【請求項２】 工具に光線を照射し、工具ホディとスロ
   ーアウェイチップとの輝度の違いを利用してスローアウ
   ェイチップに相当する高輝度領域の有無を判別し、高輝
   度領域の存在により撮像した工具がスローアウェイ工具
   であることを自動認識することを特徴とするスローアウ
   ェイ工具自動認識方法。
3. 【請求項３】 工具を撮像し、工具ホディとスローアウ
   ェイチップとの色の違いを利用して工具の画像データよ
   りスローアウェイチップの画像領域に相当するチップ色
   領域の有無を判別し、チップ色領域の存在により撮像し
   た工具がスローアウェイ工具であることを自動認識する
   ことを特徴するスローアウェイ工具自動認識方法。
4. 【請求項４】 前記高輝度領域あるいは前記チップ色領
   域内にスローアウェイチップ取付けねじの画像が存在す
   るか否を判別し、前記高輝度領域あるいは前記チップ色
   領域内にスローアウェイチップ取付けねじ画像が存在す
   れば、ねじ止め式スローアウェイ工具であると自動認識
   し、前記高輝度領域あるいは前記チップ色領域内にスロ
   ーアウェイチップ取付けねじ画像が存在しなければ、挟
   み込み式スローアウェイ工具であると自動認識すること
   を特徴する請求項３または４に記載のスローアウェイ工
   具自動認識方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４に記載のスローアウェイ工
   具自動認識方法によってスローアウェイ工具の存在を自
   動認識し、スローアウェイ工具についてはチップ飛散回
   転数以下で使用されるように工具回転数を制限する処理
   を行うことを特徴とするスローアウェイ工具のチップ飛
   散防止方法。
6. 【請求項６】 請求項４に記載のスローアウェイ工具自
   動認識方法によってスローアウェイ工具がねじ止め式で
   あるか挟み込み式であるかを自動識別し、挟み込み式の
   スローアウェイ工具とねじ止め式のスローアウェイ工具
   とでチップ飛散回転数を個別に設定し、いずれのスロー
   アウェイ工具についてもチップ飛散回転数以下で使用さ
   れるように工具回転数を制限する処理を行うことを特徴
   とするスローアウェイ工具のチップ飛散防止方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜４に記載のスローアウェイ工
   具自動認識方法によってスローアウェイ工具の存在を自
   動認識し、スローアウェイ工具については使用回数を計
   数あるいは使用時間を計り、使用回数あるいは使用時間
   が所定値に達すれば、そのスローアウェイ工具の継続使
   用を禁止する処理を行い、チップ交換の時期が到来した
   ことを自動認識することを特徴とするスローアウェイ工
   具のチップ交換時期自動認識方法。
8. 【請求項８】 使用回数あるいは使用時間が所定値に達
   する以前に、チップの健全性が損なわれたことが検出さ
   れれば、この健全性喪失検出時の使用回数あるいは使用
   時間を参照して前記所定値を更新することを特徴とする
   請求項７に記載のスローアウェイ工具のチップ交換時期
   自動認識方法。