WO1997040959A1

WO1997040959A1 - Procede et appareil pour la detection d'un defaut d'outil dans une machine-outil

Info

Publication number: WO1997040959A1
Application number: PCT/JP1997/001407
Authority: WO
Inventors: Yoshiaki Kuroda
Original assignee: Komatsu Ltd.
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1997-04-23
Publication date: 1997-11-06
Also published as: US6249599B1; KR20000065123A

Description

明細書工作機械の工具異常検出方法および装置技術分野

この発明は少なくとも 1個の刃（スローァウェイチップ）を有する切削工具を使用してワークを加工する工作機械の工具異常検出方法および装置に関する。背景技術

従来多数のスローアウエイチップを有する切削工具においては、チップの 1個でも欠損したり異常摩耗すると、ワークの切削加工中に振動が発生して精度の高い加工ができなくなったり、他の正常なチップに過負荷が加わって、正常なチップも欠損したり、異常摩耗を起すなどの不具合が発生する。

このため、従来から切削加工中に発生したチップの欠損などの異常を検出する検出方法や検出装置が種々提案され、また実用化されている。

例えば特開昭 6 1 - 1 1 1 8 7 7号公報や、特公平 1 一 3 3 2 9 9号公報では、切削加工中に刃が欠損した際に発生する振動を検出して、切削工具の異常を検出する「刃欠検出器」や、「切削工具の異常検出方法」が提案されている。

また特開昭 6 1 - 2 5 2 0 5 1号公報では、光ファイバ付光電スィツチが検出した刃からの信号と、刃取付け位置検出回路からの信号により欠損した刃を光学的に検出する「刃欠検出装置」が提案されている。

さらに特開平 6— 3 9 6 8 5号公報では、光センサや T Vカメラなどの撮像手段を用いて刃の摩耗や損傷を検出する「切削工具のェ具損傷検出装置」が提案されている。

上記特開昭 6 1— 1 1 1 8 7 7号公報や、特公平 1 一 3 3 2 9 9 号公報のように刃の欠損や摩耗により発生した振動から刃の異常を検出するようにした異常検出方法や異常検出装置では、仕上げ加工のように切削量が小さい場合、刃が欠損しても振動をほとんど発生することがないため、刃の異常を検出するのは困難である不具合がある。

またターンブローチのように刃が複数列に亘つて設けられた切削工具では、刃の異常により発生する振動が重畳するため、どの列の刃に異常が発生したのかを特定することができない。

このため異常を検出した場合、数 1 0 0個もある刃の中から欠損した刃を目視により見付け出さなければならないため、欠損した刃の特定に多くの工数を要する不具合がある。

一方特開昭 6 1 - 2 5 2 0 5 1号公報や、特開平 6— 3 9 6 8 5 号公報のように光ファイバ付光電スィツチや撮像手段により光学的に刃の異常を検出する異常検出装置では、微小な刃の異常を検出することが困難であるため、検出精度が低いと共に、刃からの反射光を検出するものでは、切削加工中に発生する熱により刃の表面が酸化黒色化すると、光の反射率が著じるしく低下するため、異常が検出できなくなる不具合がある。

また撮像手段を使用して各チップの映像を取込み、これを画像処理して各チップの異常を判定するようにしたものもあるが、この方法では、ワーク加工中に機械全体が発熱による熱歪の影響を受けたり、メンテナンスのために撮像手段や、工具を取外した後、再び取付けた場合に生じる取付位置のずれなどの影響で、画面上の位置にずれが生じて、正確な異常検出ができなくなる。

このため、従来では撮像手段により取込まれたチップの映像をパターンマッチング処理して、チップが画面上のどの位置にあるかを位置認識しているが、上述したように切削加工中に発生する熱により刃の表面が酸化黒色化すると、次のような不具合が発生する。

通常この種のチップ Cは全体が金色などに着色されていて、切削加工を行うと、切削時発生する熱により刃先の一部が図 1 Aに示すように酸化黒色化される。

この刃先が黒化されたチップ Cの映像を撮像手段で取込んで、チップ Cの刃先部分に検査領域を設定した場合、検査領域には、金色の正常部 C aと黒化部 C bが混在することになる。

また検査領域内の黒化部 C bに刃欠などの欠陥部 C cが発生すると、欠陥部 C cはチップ Cの地金が露出するため、検査領域の輝度値分布は図 1 Bに示すようになり、欠陥部 C cは正常部 C aと同様な輝度値を示す。

いま撮影時の照明を弱照明とした場合、しきい値を図 1 Bの T 1位置に設定して異常を判定すると、このしきい値 T 1より高い輝度値を示す正常部 C aも異常と判定されてしまい、工具の異常を正確に判定できなくなる不具合が発生する。

かかる不具合を防止するため、しきい値を図 1 Bの T 2の位置に設定すると、正常部 C aを異常と判定することはなくなるが、欠陥部 C cのしきい値 T 2を越える輝度値の抽出画素数が大幅に少なくなり、その結果照明変動や刃先に付着した汚れなどにより輝度値にバラツキが発生して、検査領域に欠陥部 C cが発生しても、欠陥部 C cが認識できないなど、検出精度が著じるしく低下する不具合があった。

この発明はかかる不具合を解消するためになされたもので、チップの検査領域に発生した刃欠などの異常が精度よく検出できるようにした工作機械の工具異常検出方法およびチップの映像と共に取り込んだ基準マーカにより各チップの位置の認識が精度よく行えるェ作機械の工具異常検出装置を提供することを目的とするものである。発明の開示

上記目的を達成するため請求項 1記載の発明は、少なくとも 1個のスローアウエイチップが設けられた工具を使用してワークを切削加工する工作機械において、上記工具のチップを撮像手段で撮影し、得られた画像に異なる画像処理を施して、チップ刃先部に設定された検査領域の輝度値分布データを得ると共に、得られた輝度値分布デ一夕を画像間演算処理することにより、上記検査領域の欠陥部の輝度値のみを取出し、この輝度値よりチップの異常を検出するようにしたものである。

請求項 2記載の発明は、異なる画像処理の一方を 1次微分処理としたものである。

請求項 3記載の発明は、異なる画像処理の一方を 1次微分処理、そして他方を平均化処理としたものである。

上記方法によりワーク切削中発生した熱によりチップ刃先が酸化黒色化して、刃先に設定された検査領域に正常部と黒化部が混在しても、欠陥部周辺は濃度分布が急激に変化し、黒化部と正常部は濃度分布が緩やかに変化することを利用して、画像間演算処理を行うことにより、黒化部及び正常の輝度値ほぼ 0に、そして欠陥部のみの輝度値を取出すことができるため、黒化部に発生した欠陥でも精度よく検出することができる。

これによつてチップ刃先が熱により黒化したり、汚れが付着していても、チップ刃先に発生した小さな異常も確実に検出することができるため、チップの異常による不良ワークの発生が未然に防止できると共に、チップの異常により発生する振動や騒音を低減することができるため、作業環境の改善が図れるようになる。

またチップの 1個が破損したために、次のチップの切削代が大きくなることにより生じる切粉の肥大化が防止できるため、切粉の処理が容易になると共に、肥大化した切粉がワークにからまってチップの破損がさらに進むなどの不具合も解消することできる。

請求項 4の発明は、少なくとも 1個のスローァウェイチップが設けられた工具を使用してワークを切削加工する工作機械において、上記工具のチップ及びチップ近傍に予め設けられた少なくとも 1個の基準マ一力を撮影する撮像手段と、予め登録されたチップ登録パターン及び基準マーカと、上記撮像手段が撮影したチップ及び基準マーカの映像をパターンマッチング処理することにより、チップ登録パターンの中から該当するチップパ夕一ンを選択する手段と、選択されたチップパターンの基準マ一力と撮像手段が撮影した基準マーカの位置により、検査領域を設定する手段と、設定された検査領域の映像を画像処理して、摩耗、欠損の程度を判定することによりチップの異常を検出する異常検出手段とより構成したものである。上記構成によりチップの異常を検出したら、工作機械を非常停止させることにより、他の正常なチップが次々と破損される不具合を解消することができる。

また切削加工中発生した熱によりチップの刃先が黒色化しても、チップ近傍に設けられた基準マーカと、チップ登録パターンの基準マーカの位置から検出領域が正確に設定できることから、チップ刃先の変色や汚れなどの影響を受けることなく刃先の異常を検出することができる。

これによつてチップの刃先に発生した小さな異常も確実に検出することができるため、チップの異常による不良ワークの発生が未然に防止できると共に、チップの異常により発生する振動や騒音を低減することができるため、作業環境の改善が図れるようになる。

さらにチップの 1個が破損したために、次のチップの切削代が大きくなることにより生じる切粉の肥大化が防止できるため、切粉の処理が容易になると共に、肥大化した切粉がワークにからまってチッブの破損がさらに進むなどの不具合も解消することができる。

請求項 5の発明は、チップ近傍に設けられた基準マ一力に付着した切粉などを清掃する清掃手段を設けたものである。

上記構成により、切削加工中に発生した切粉などが基準マーカに付着しても、清掃手段により清掃することができるため、付着した切粉などにより基準マーカの位置が不明となるなどの不具合を解消することができる。

請求項 6の発明は、チップ近傍に設けられた基準マーカを、工具の表面より凹入させることにより形成したものである。

上記構成により、切削中に発生した切粉などにより基準マーカが消去されたり、摩耗されることがないため、信頼性も向上する。図面の簡単な説明

この発明は、以下の詳細な説明及びこの発明の実施例を示す添付図面により、より良く理解されるものとなろう。なお、添付図面に示す実施例は、発明を特定することを意図するものではなく、単に説明及び理解を容易とするものである。

図 1 A及び図 1 Bは、従来の画像処理の不具合を説明する説明図である。

図 2は、この発明の実施の形態になる工具異常検出方法を採用した工作機械の側面図である。

図 3は、この発明の実施の形態になる工具異常検出方法を採用した工作機械の一部切欠上面図である。

図 4は、この発明の実施の形態になる工作機械の工具異常検出方法を実施する工具異常検出装置の構成図である。

図 5は、この発明の実施の形態になる工作機械の工具異常検出方法の工程を示すフロ一チヤ一卜である。

図 6 A及び図 6 Bは、この発明の実施の形態になる工作機械のェ具異常検出方法の作用説明図である。

図 7は、この発明の実施の形態になる工作機械の工具異常検出方法の作用説明図である。

図 8は、この発明の実施の形態になる工作機械に使用する工具のセグメントを示す側面図である。

図 9は，図 8の I X方向からの矢視図である。

図 1 0は、図 9の X円内の拡大図である。図 1 1は、図 1 0の X I— X I線に沿う断面図である。

図 1 2は、この発明の実施の形態になる工作機械の工具異常検出装置の作用説明図である。

図 1 3は、この発明の実施の形態になる工作機械の工具異常検出装置の作用を示すフローチャートである。発明を実施するための最良の形態

この発明の工具異常検出方法をターンブローチのような工作機械に実施した実施の形態を図 2以下に示す図面を参照して詳述する。図 2はこの発明の方法を実施する工具異常検出装置が設けられたターンブローチの側面図、図 3は同平面図、図 4は工作機械の工具異常検出装置を示す構成図、図 5、図 6および図 7は作用説明図である。図 8はターンブローチ力ッ夕を構成するセグメン卜の側面図、図 9は図 8の IX方向からの矢視図、図 1 0は図 9の X円内の拡大図、図 1 1は図 1 0の XI— X I線に沿う拡大断面図、図 1 2以下は作用説明図である。

図 2及び図 3において、 1は夕一ンブローチ本体で、ベッド l a上に、左右方向に離間して一対のワークへッド 2が設けられている。これらワークヘッド 2の対向面には、加工するワーク 3の両端を把持するチャック 4が設けられていると共に、チャック 4の取付けられた主軸 5の端部は無端ベルト 6を介してワーク駆動モータ 7が接続されていて、このワーク駆動モー夕 7により主軸 5及びチヤック 4を介してワーク 3が図 2の矢印 A方向へ回転されるようになつている。

また上記べッド 1 a上にはワーク 3の長手方向と直交する方向に移動自在な一対のスライド 8が左右に離間して設けられている。

これらスライド 8の下方には移動方向と平行する方向にボールねじょりなる送りねじ軸 9がそれぞれ回転自在に設けられていて、これら送りねじ軸 9に各スライド 8の下面に設けられたナット部材 1 0が螺合されている。

上記各送りねじ軸 9の後側端部には、べッド 1 aの後面に取付けられたべベルギヤボックス 1 2内のベベルギヤ 1 2 aが固着されている。

上記各べベルギヤボックス 1 2内には送りねじ軸 9と直交する方向に駆動軸 1 3が貫通されていて、この駆動軸 1 3に固着されたべベルギヤ 1 2 bが上記べベルギヤ 1 2 aに嚙合されていると共に、駆動軸 1 3の一端にはスライド駆動モー夕 1 4が接続されていて、このスライド駆動モー夕 1 4により駆動軸 1 3及びべベルギヤ 1 2 b , 1 2 aを介して送りねじ軸 9を回転させることにより、左右スライド 8を同期させてワークヘッド 2の接離方向へ移動できるようになっている。

そして上記各スライド 8の上面にカツ夕へッド 1 6がそれぞれ設置されている。

上記各力ッ夕ヘッド 1 6内には、ワークヘッド 2の主軸 5と平行する方向に回転軸 1 7が回転自在に支承されていて、これら回転軸 1 7の互に対向する端部間に、ドラム状のブローチカツ夕 1 8が着脱自在に取付けられている。

また一方の回転軸 1 7の他端には、減速機 1 9を介してブローチ力ッ夕駆動モ一夕 2 0が接続されていて、ワーク加工時このブローチカッ夕駆動モータ 2 0によりプロ一チカッ夕 1 8が図 2の矢印 b 方向へほぼ 1回転されるようになっていると共に、他方の回転軸 1 7の他端には、回転軸 1 7の回転角を検出するエンコーダなどの回転角検出手段 2 1が接続されている。

一方上記ブローチカツ夕 1 8は、図 4に示すように円周方向に複数分割されたセグメント 1 8 aを軸方向に複数列連結した構造で、各セグメント 1 8 aの外周は回転中心 Oに対して順次径が拡大する偏心搆造となっている。

そしてもつとも外径の小さいセグメント 1 8 aの外周面から順に、荒加工用の複数のチップ C 1, C 2, C3…が図 9に示すように千鳥状に配置されてセグメント 1 8 aに対して着脱自在に取付けられていると共に、セグメント 1 8 aの外径が大きくなるのに従い中仕上げ用のチップ、仕上げ用チップ… C nが順番に取付けられていて、ブローチ力ッ夕 1 8がほぼ 1回転する間に、ワーク 3の荒加工から仕上げ加工までが行えるようになつている。

また上記各チップ C l， C2"'C nの近傍には、少なくとも 1個所に基準マーカ Mが設けられている。

図 1 0はチップ Cの近傍に基準マーカ Ml， M2を 2個所設けた例を示すもので、一方の基準マーカ Mlは、セグメント 1 8 aのチップ取付け基準面 X， Yの交点 Zより横方向へ距離 L l、縦方向へ距離 L2離間したチップ Cの下方位置に設けられ、他方の基準マーカ M2 は、チップ取付け基準面 X， Yの交点 Zより横方向へ距離 L 3 、縦方向へ距離 L4 離間してチップ Cの側方に設けられている。そしてこれら基準マーカ Ml, M2は、切削加工時発生した切粉などにより消去されたり、損傷されて認識できなくなるのを防止するため、図 1 1 に示すように、セグメント 1 8 aの表面より凹入されて形成されている。

なお図 1 0の実施形態では、基準マーカ M l， M 2を円形にしたが、 3角形や 4角形などにして、その形状から方向性が特定できるようにすれば、 1個所に設けるだけでもよい。

また基準マーカ M l， M 2を清掃するため、エアプロ一などの基準マーカ清掃手段を、基準マーカ M l , M 2が通過する位置の近傍に設置してもよい。

また上記ブローチ力ッタ 1 8を挟んでワーク 3と反対側の位置に、撮像手段 2 3とエアカーテン形成手段 2 4が設けられている。

上記撮像手段 2 3は、例えば C C Dカメラより構成されていて、図 3に示すようにブローチカツ夕 1 8の各チップ列 1 8 1 8 2 … 1 8 n毎に複数台が取付け台 2 5上に固定されている。

そしてこれら撮像手段 2 3により撮影された各チップ列 1 8い 1 8 ₂ ··· 1 8 nの各チップ C 1， C 2 - C nの映像は、後述する制御手段 3 0の画像処理装置 3 2へ入力されるようになっている。

上記ブローチ力ッタ 1 8の外周に設けられた各チップ C 1 , C 2 … C nは、前述したようにブローチカツ夕 1 8の回転中心 Oに対して荒加工用チップより仕上げ加工チップに行くに従い、順次径が大きくなるよう偏心されている。

このため撮像手段 2 3のレンズ 2 3 aの焦点を例えば予め荒加工チップ C l， C 2 に合せておくと、ブローチカツ夕 1 8の回転に伴レ、撮像手段 2 3のレンズ 2 3 aの焦点がずれて、鮮明な映像が得られなくなる。

この発明の実施の形態では、かかる不具合を防止するため、ブローチカツ夕 1 8の回転に同期させて取付け台 2 5をブローチカツ夕 1 8の接離方向へ移動させることにより、各チップ C l， C1…（ nから撮像手段 2 3のレンズ 2 3 aまでの距離 Lが常に一定となるように制御する焦点調整手段 2 7を有している。

すなわち上記焦点調整手段 2 7は、各スライド 8、 8間に横架されて、ブローチカツ夕 1 8の接離方向へ移動自在な上記取付け台 2 5を有していて、この取付け台 2 5の下方には、取付け台 2 5の移動方向にボールねじょりなる送りねじ軸 2 6が回転自在に支承されている。

この送りねじ軸 2 6には、取付け台 2 5の底部に設けられたナツト部材 2 5 aが螺合されていると共に、送りねじ軸 2 6の一端側には、べッド 1 aの後面に取付けられた焦点調整モー夕 2 8が接続されていて、この焦点調整モー夕 2 8により送りねじ軸 2 6を回転することにより、上記取付け台 2 5がブローチ力ッ夕 1 8の接離方向へ移動できるようになつている。

そして上記焦点調整モータ 2 8は、制御手段 3 0により制御されるようになっている。

上記制御手段 3 0は、ターンブローチを制御する N C装置 3 1 と、撮像手段 2 3が撮影した映像を画像処理する画像処理装箧 3 2よりなり、画像処理装置 3 2には予め種々の向きや形状のチップ登録パターン P I , P … P nが登録されていて、これらチップ登録パターン Pし P 2〜 P nと、上記撮像手段 2 3が撮影した各チップ C 1, C 2… C nとのパターンマツチング処理を行うことにより、チップ登録パターン P I , P 2〜 P nに合致したチップ位置を検出し、さらに刃先部分に設定された後述する検査領域中の濃度分布からしきい値を設定して 2値化処理を行うことにより、各チップ Cし C 2 … C nの異常を判定するようになっており、判定結果は N C装置 3 1へ出力されて、 N C装置 3 1の表示手段 3 3へ表示すると共に、必要に応じて夕一ンブローチを非常停止させるようになつている。

また N C装置 3 1にはブローチカツ夕 1 8の回転角を検出する回転角検出手段 2 1からの信号も入力されていて、この回転角検出手段 2 1からの信号を基に制御信号を増幅器 3 4を介して焦点調整モー夕 2 8へ出力することにより、各チップ C I , C 2 C nから撮像手段 2 3のレンズ 2 3 aまでの距離 Lが常に一定となるように焦点調整モー夕 2 8が制御されるようになっている。

一方上記エアカーテン形成手段 2 4は、取付け台 2 5の上面より立設されたほぼ逆 L字形をなす一対の支持部材 3 6の先端間にへッダ 2 4 aが横架されている。

上記ヘッダ 2 4 aの下面には、各撮像手段 2 3毎にノズル 2 4 b が設けられていて、これらノズル 2 4 bより撮像手段 2 3のレンズ 2 3 a前方に、上方よりエアが噴出されると共に、上記ヘッダ 2 4 aの一端側はエア供給管 3 7を介して図示しないエア供給源に接続されている。

次に上記構成された工作機械の工具異常検出装置による工具異常検出方法を、図 5に示すフローチャート及び図 6 , 図 7に示す作用説明図も混えて説明する。

ブローチカツ夕 1 8で加工するワーク 3は、ワークへッド 2の各チャック 4に両端が把持されて、ワーク駆動モータ 7により図 2の矢印 A方向へ回転される。

またブローチ力ッタ 1 8は各力ッ夕へッド 8の回転軸 1 7間に装着されて、ブローチカツ夕駆動モー夕 2 0により図 2の矢印 B方向へほぼ 1回転され、ブローチ力ッタ 1 8の外周面に設けられた複数のチップ列 1 8 ,， 1 82 -- 1 8 nでヮ一ク 3の各ジャーナル 3 a力同時に加工される。

一方ワーク 3の加工開始とともに、ブローチカツ夕 1 8の回転角が回転角検出手段 2 1で検出されて、回転角検出手段 2 1よりパルス信号が NC装置 3 1へ入力される。

NC装置 3 1は図 5のステップ S 1で、回転角検出手段 2 1より入力されるパルス信号をカウントし、ステップ S 2で予め登録されたチップ位置登録データ C nとカウント数 P nを比較する。

チップ位置登録データは、ブローチカツ夕 1 8毎に異なるチップ C1 , C2-C nの位置をブローチ力ッ夕 1 8毎に予め登録したもので、現在加工に使用しているブローチ力ッ夕 1 8のチップ位置登録デー夕が呼び出されて、カウント数 P nと比較されるようになっている。例えばこの実施の形態の場合、第 1のチップ C 1は 2. 3 ° 、第 2 のチップ C2は 4. 5 ° 、そして最終チップ C nは 3 1 0 ° に設定されている。

ステップ S 2でカウント数 P nが第 1のチップ C 1の位置登録データ C 1と一致すると、ステップ S 3でトリガ発生回路よりトリガパルスが撮像手段 2 3へ出力され、ステップ S 4で撮像手段 2 3 のシャツ夕が開放されて、第 1のチップ C1が撮影される。

撮像手段 2 3で撮影された第 1のチップ C1の映像は、ステップ S 5で画像処理装置 3 2へ取込まれた後、ステツプ S 6で画像処理が行われる。

画像処理は、まずステップ S 6で予め登録されているチップ登録パターン PI, P 2·'· P nと、画像処理装置 3 2に取込まれた第 1のチップ CIの映像とのパターンマッチング処理を行う。

チップ登録パターン P l， P2〜 Pnは、種々の向き、形状の各チップ Cl， C2， … Cnの映像を予めパターンとして登録されたもので、登録されたチップ登録パターン P 1， Ρ2〜 Ρπの中からパターンマッチング処理により、撮像手段 2 3が撮影した第 1のチップ C1の映像と合致するチップ登録パターン Ρ1， Ρ2···Ρηが選択される。

そしてステップ S 7で、選択されたチップ登録パターン Ρ 1， Ρ 2 —Ρηと第 1のチップ C 1の映像の位置合せと検査領域の設定が行われる。

この検査領域の設定は、ワーク 3の加工により生じるチップ C 1 ， C2— C ηの欠損や摩耗はチップ Cl， C2 C nの先端に集中することから、通常チップ CI, C2"'Cnの先端領域が設定される。

ステップ S 7で検査領域の設定が完了すると、設定された検査領域の濃度分布データ処理が行われた後、得られた濃度分布データからしきい値を求め、このしきい値を基準に 2値化処理を行って異常の判定を行うが、前述したように従来の方法では、検査領域に正常部 C aと黒化部 Cbが混在していると、黒化部 Cbに発生した欠陥部 Cc がほぼ同じ輝度値を示すため、異常の検出が困難となる。

そこでこの発明では図 5のステップ S 8で異なる 2つの画像処理を行って、欠陥部 Ccの輝度値のみを取出し、得られた輝度値により異常を判定している。

すなわちチップ Cの刃先で発生した刃欠などの欠陥部 C cの周辺は、濃度（輝度値）分布が図 1 Bに示すように急激に変化するのに対して、正常部 Caと黒化部 Cbの間では比較的緩やかに変化する。これを利用して異なる画像処理により得られた輝度値を画像間演算して、正常部 C a及び黒化部 C bの輝度値をほぼ 0にして、欠陥部 C cの輝度値のみを取出すようにしたものである。

すなわち図 5に示すフローチヤ一トのステップ S 7でチップ登録パターン P 1と第 1のチップ C 1の位置合せと、検査領域の設定が完了したら、ステップ S 8で異なる画像処理 I と画像処理 I Iを実行する。

異なる画像処理 I， I 1の一方 Iは例えば検査領域の画像を 1次微分処理するもので、これによつて図 6 Aに示すように急激な濃度変化のある部分の輝度値が残るようになる。

また他方の画像処理 I Iは、検査領域の画像を平均化処理することにより、図 7に示すように近隣 8画素の平均値に置換するようにしたもので、これら画像処理 I， I 1により得られた輝度値分布を基に、ステップ S 9で画像間演算を行う。

これによつて図 6 Bに示すように、正常部 C a及び黒化部 C b の輝度値はほぼ 0となり、欠陥部 C cのみ輝度値を取出すことができるようになる。

得られた輝度値分布データはステップ S 1 0で濃度分布データ処理が行われた後、ステップ S 1 1でしきい値が設定され、ステップ S 1 2でこのしきい値を基準に 2値化処理が行われる。

そしてステップ S 1 3で 2値化された濃度分布データより画素数 I nが抽出されて、この画素数 I nと予め登録されている判定基準がステップ S 1 4で比較されて、異常の判定が行われる。

予め登録された判定基準は、予め設定された基準値 F 1 , F 2と抽出画素数 I nを比較し、次の基準で正常、異常を判定している。 I n<F 1 ：異常なし（正常）、 F 1≤ I n≤ F2 ：工具寿命、工具交換指示、 F2ぐ I n ：工具異常、機械非常停止。

ステップ S 1 4での判定結果は、ステップ S 1 5で NC装置 3 1 へ送られて NC装置 3 1の表示手段 3 3に表示されると共に、 F2 ぐ I nの場合は、工具に異常が生じたと判定してステップ S 1 6で夕一ンブローチを非常停止させる。

また、工作機械の工具異常検出装置の作用を、図 1 3に示すフ口一チヤ一ト及び図 1 2に示すパターンマッチング処理画面も混えて説明する。

ブローチカツ夕 1 8で加工するワーク 3は、ワークヘッド 2の各チャック 4に両端が把持されて、ワーク駆動モー夕 7により図 2の矢印 A方向へ回転される。

またブローチ力ッ夕 1 8は各力ッ夕へッド 8の回転軸 1 7間に装着されて、ブローチ力ッ夕駆動モー夕 2 0により図 2の矢印 B方向へほぼ 1回転され、ブローチカツ夕 1 8の外周面に設けられた複数のチップ列 1 8, ， 1 8₂ … 1 8 nでワーク 3の各ジャーナル 3 a が同時に加工される。

一方ワーク 3の加工開始とともに、ブローチカツタ 1 8の回転角が回転角検出手段 2 1で検出されて、回転角検出手段 2 1よりパルス信号が N C装置 3 1へ入力される。

N C装置 3 1は図 9のステツプ S 1で、回転角検出手段 2 1より入力されるパルス信号をカウン卜し、ステップ S 2で予め登録されたチップ位置登録デ一夕 C nとカウン卜数 P nを比較する。

チップ位置登録デ一夕は、ブローチカツ夕 1 8毎に異なるチップ C 1, C2'"C nの位置をブローチカツ夕 1 8毎に予め登録したもので、現在加工に使用しているブローチ力ッ夕 1 8のチップ位置登録データが呼び出されて、カウント数 P nと比較されるようになっている。

例えばこの実施の形態の場合、第 1のチップ C 1は 2 . 3 ° 、第 2 のチップ C 2は 4 . 5 ° 、そして最終チップ C nは 3 1 0 ° に設定されている。

ステップ S 2でカウント数 P nが第 1のチップ C 1の位置登録データ C 1と一致すると、ステップ S 3でトリガ発生回路よりトリガパルスが撮像手段 2 3へ出力され、ステップ S 4で撮像手段 2 3 のシャツ夕が開放されて、第 1のチップ C 1 が撮影される。

撮像手段 2 3で撮影された第 1のチップ C 1の映像は、ステップ S 5で画像処理装置 3 2へ取込まれた後、ステップ S 6で画像処理が行われる。

画像処理は、まずステップ S 6で予め登録されているチップ登録パターン P l， P nと、画像処理装置 3 2に取込まれた第 1のチップ C 1の映像とのパターンマッチング処理を行うが、画像処理装置 3 2に取込まれたチップ C 1の映像そのものをパターンとしてパターンマッチング処理を行うと次のような不具合が発生する。

すなわち予め画像処理装置 3 2に登録されているチップ C 1のチップ登録パターン P 1が図 1 2 Aに対して、切削加工中に発生した熱により刃先部分が酸化黒色化されたために、撮像手段 2 3により取込まれた実際のチップ C 1の映像が図 1 2 Bに示すパターンとなった場合、パターンマッチング処理（正規化相関計算）により登録パターンと実際の画像を比較し、チップがどの位置にあるかを認識する際、チップ C 1の黒化部 C bと非黒化部 C aの境界 C dをチップ C 1のエツジと認識してしまうことがある。

その結果検査すべき刃先部分の検査領域の位置に図 1 2 Bに示すようにずれが生じて、正常な検査ができなくなる不具合が発生する。かかる不具合を防止するため、予め黒化部 C bの発生パターンを多種類登録して、これらパターンとパターンマッチング処理を行う方法もあるが、この方法では登録パターン数が多くなる上、マッチング処理に多くの時間を必要として、 1チップの検査に割り当てられた時間内では処理が困難となり、現実的ではない。

この発明はかかる不具合を解消するため、予めチップ C I , C 2 … ！！の映像とともに、チップ C l， C2— C n近傍に設けられた基準マーカ Ml , M2も同時に取込んでパターンを登録し、パターンマッチング処理の際この登録パターンと、撮像手段 2 3により取込まれたチップの映像とをパターンマッチング処理して、チップ位置の認識を行うようにしたものである。

すなわちステップ S 5で撮像手段 2 3により画像処理装置 3 2に取込まれたチップ C 1と基準マーカ IVM， Μ2の映像は、ステップ S 6で予め登録されたチップ登録パターン Pl， Ρ2〜Ρ ηとパターンマッチング処理が行われ、チップ登録パターン Pl， Ρ2〜Ρ ηと基準マーカ Ml, M2の位置から、撮像手段 2 3が撮影した第 1のチッブ C1の映像と合致するチップ登録パターン P1が選択される。

そしてステップ S 7で、選択されたチップ登録パターン P 1の基準マ一力 M l , M2と、第 1 のチップ C 1の基準マーカ Ml , M 2 の位置合せを行うことにより、検査領域が正確に設定される。

この検査領域の設定は、ワーク 3の加工により生じるチップ C 1 , C2 C nの欠損や摩耗はチップ CI , C "C nの先端に集中することから、通常チップ CI， C2— C nの先端領域が設定されると共に、このとき切削中に発生した熱により検査領域が酸化黒色化されていても、基準マ一力 Ml, M2を基準に位置合せを行うため、検査領域にずれが生じることがない。

ステップ S 7で検査領域の設定が完了すると、ステップ S 8へ進んで設定された検査領域の濃度分布データ処理が行われる。

その後ステップ S 9でしきい値が設定されて、ステップ S 1 0でしきい値を基準に 2値化処理が行われ、澳度分布データが 2値化される。

そしてステップ S 1 0で 2値化された濃度分布データより画素数 I nが抽出されて、この画素数 I nと予め登録されている判定基準がステップ S 1 1で比較されて、異常の判定が行なわれる。

予め登録された判定基準は、予め設定された基準値 Fl， F2と抽出画素数 I nを比較し、次の基準で正常、異常を判定している。

I n<F 1 ：異常なし（正常）、 F l≤ I n≤F2 ：工具寿命、工具交換指示、 F2ぐ I n：工具異常、機械非常停止。

ステップ S 1 2での判定結果は、ステップ S 1 3で NC装置 3 1 へ送られて N C装置 3 1の表示手段 3 3に表示されると共に、 F 2 < I nの場合は、工具に異常が生じたと判定してステップ S 1 4でターンブローチを非常停止させる。

一方以上の処理と同時に、 N C装置 3 1は、回転角検出手段 2 1 より入力されるブローチカツ夕 1 8の回転角に応じて制御信号を増幅器 34を介して焦点調整モー夕 2 8へ出力する。

焦点調整モータ 28は NC装置 3 1より入力される制御信号により送りねじ軸 26を回転して取付け台 2 5を前進し、回転されるブローチカツ夕 1 8の各チップ C l， C 2〜 C nから撮像手段 2 3のレンズ 2 3 aまでの距離 Lが常に一定となるよう制御する。

これによつてブローチカツタ 1 8の外周面の各チップ C 2 …じ nが回転中心 Oに対して偏心していても、撮像手段 2 3の焦点がずれることないため、常に鮮明な各チップ C I , C 2〜C nの映像が得られるようになる。

またワーク 3の加工中はエアカーテン形成手段 2 4のノズル 2 4 bより噴出されるエアにより、撮像手段 2 3のレンズ 2 3 aの前方にエアカーテン 2 4 cが形成されるので、加工中発生した切粉や発煙、切削油の飛沫、などが撮像手段 2 3のレンズ 2 3 aに付着することがないため、各チップ C l， C 2 C nに発生した欠損などの異常が常に精度よく検出できると共に、ワーク 3の切削位置とブローチカッ夕 1 8を挟んで反対側に撮像手段 2 3を設置したことから、切削中大きな切粉が発生しても、切粉により撮像手段 2 3が破損される心配もない。

なお上記実施の形態ではそれぞれ異なる画像処理 I ， I Iの一方を 1次微分処理、そして他方を平均化処理としたが、一方を最大値処理、他方を最小値処理としてもよく、または一方を 1次微分処理、他方を最小値処理としてもよい。

また上記実施の形態では、撮像手段 2 3の焦点調整手段 2 7 を、焦点調整モ一夕 2 8により回転されるねじ軸 2 6に取付け台 2 5に設けたナット部材 2 5 aを螺合させて、取付け台 2 5をブローチカツ夕 1 8の接離方向へ移動させるように構成したが、送りねじ軸 2 6の代りにカム機構などを使用して取付け台 2 5をブローチカツ夕 1 8の接離方向へ移動させるようにしてもよいと共に、自動焦点調整機能を有する撮像手段 2 3を使用すれば、取付け台 2 5を固定した状態で焦点調整が可能であり、ブローチカツ夕 1 8の外周面に設けられた各チップ C l， C 2— C nが回転中心 Oに対して偏心していても、鮮明な映像が得られるようになる。

さらに上記実施の形態では、夕一ンブローチに実施した場合について説明したが、チップを有する工具を使用する工作機械全般に適用できることは勿論である。

Claims

請求の範囲

1.少なくとも 1個のスローアウエイチップが設けられた工具を使用してワークを切削加工する工作機械において、上記工具のチップ CI, C2 C nを撮像手段 2 3で撮影し、得られた画像に異なる画像処理を施して、チップ刃先部に設定された検査領域の輝度値分布データを得ると共に、得られた輝度値分布データを画像間演算処理することにより、上記検査領域の欠陥部 Ccの輝度値のみを取出し、この輝度値よりチップ C 1, C2'"C nの異常を検出することを特徴とする工作機械の工具異常検出方法。

2.異なる画像処理の一方を 1次微分処理としてなる請求項 1記載の工作機械の工具異常検出方法。

3.異なる画像処理の一方を 1次微分処理、そして他方を平均化処理としてなる請求項 1記載の工作機械の工具異常検出方法。

4.少なくとも 1個のスローアウエイチップが設けられた工具を使用してワークを切削加工する工作機械において、上記工具のチップ Cl， C 2·'· C n及びチップ近傍に予め設けられた少なくとも 1個の基準マーカ Ml、 M2を撮影する撮像手段 2 3と、予め登録されたチップ登録パターン P1, Ρ2···Ρ n及び基準マーカ Ml, M2と、上記撮像手段 23が撮影したチップ CI, C 2··· C n及び基準マーカ Ml ， M2の映像をパターンマッチング処理することにより、チップ登録パターン P 1， P2-P nの中から該当するチップパターンを選択する手段と、選択されたチップパターン P 1， Ρ2··'Ρ ηの基準マ一力 Ml, M2と撮像手段 2 3が撮影した基準マーカ Ml, M2の位置により、検査領域を設定する手段と、設定された検査領域の映像を画像処理して、摩耗、欠損の程度を判定することによりチップ ci，

C2 C nの異常を検出する異常検出手段とを具備したことを特徴とする工作機械の工具異常検出装置。

5.チップ CI, C2〜C n近傍に設けられた基準マーカ Ml， M2 に付着した切粉などを清掃する清掃手段を設けてなる請求項 4記載の工作機械の工具異常検出装置。

6.チップ Cl， C2〜C n近傍に設けられた基準マーカ Ml, M2 を、工具の表面より凹入させることにより形成してなる請求項 4記載の工作機械の工具異常検出装置。