(57)【要約】【課題】ワークを治具に取り付ける前に治具に付着している異物を検知する技術を提供する。【解決手段】工作機械は、ワークを固定するための治具と、上記治具に固定された上記ワークを加工するための工具と、上記治具を撮影するためのカメラと、上記工作機械を制御するための制御装置とを備える。上記制御装置は、上記治具に上記ワークが取り付けられていない間に上記カメラに撮影指示を出力することで上記治具を表わす画像を上記カメラから取得し、上記画像に基づいて、上記治具に付着している異物を検知する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械であって、
ワークを固定するための治具と、
前記治具に固定された前記ワークを加工するための工具と、
前記治具を撮影するためのカメラと、
前記工作機械を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記治具に前記ワークが取り付けられていない間に前記カメラに撮影指示を出力することで前記治具を表わす画像を前記カメラから取得し、
前記画像に基づいて、前記治具に付着している異物を検知する、工作機械。
【請求項２】
前記工作機械は、加工対象のワークを前記工作機械内に搬入するとともに、加工済みのワークを前記工作機械外に搬出するための搬送装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記搬送装置が加工済みのワークを前記工作機械外に搬出してから、前記搬送装置が新たな加工対象のワークを前記工作機械内に搬入するまでの間の所定のタイミングにおいて、前記カメラに前記撮影指示を出力する、請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記制御装置は、前記異物を検知したことに基づいて、前記搬送装置によるワークの搬送を停止する、請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記工作機械は、前記治具にエアーを吹き付けるためのエアー吹付部をさらに備え、
前記制御装置は、前記異物を検知したことに基づいて、前記エアー吹付部にエアーを吹き付けさせる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項５】
前記工作機械は、ディスプレイをさらに備え、
前記制御装置は、前記異物を検知したことに基づいて、前記画像を前記ディスプレイに表示するとともに、当該画像内において前記異物の場所を表わす、請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項６】
工作機械内における異物を検知するための異物検知方法であって、
前記工作機械は、
ワークを固定するための治具と、
前記治具に固定された前記ワークを加工するための工具と、
前記治具を撮影するためのカメラとを備え、
前記異物検知方法は、
前記治具に前記ワークが取り付けられていない間に前記カメラに撮影指示を出力することで前記治具を表わす画像を前記カメラから取得するステップと、
前記画像に基づいて、前記治具に付着している異物を検知するステップとを備える、異物検知方法。
【請求項７】
工作機械内における異物を検知するための異物検知プログラムであって、
前記工作機械は、
ワークを固定するための治具と、
前記治具に固定された前記ワークを加工するための工具と、
前記治具を撮影するためのカメラとを備え、
前記異物検知プログラムは、前記工作機械に、
前記治具に前記ワークが取り付けられていない間に前記カメラに撮影指示を出力することで前記治具を表わす画像を前記カメラから取得するステップと、
前記画像に基づいて、前記治具に付着している異物を検知するステップとを実行させる、異物検知プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、工作機械で用いられる治具に付着する異物を検知するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ワークの自動搬送機能を備えた工作機械が普及している。当該工作機械は、ワークの搬送装置と、ワークの加工機とで構成される。
【０００３】
搬送装置は、加工対象のワークを加工機に搬入する。加工機に搬入されたワークは、加工機内の治具にクランプされる。その後、加工機は、予め設計された加工プログラムに従って、ワークの加工を開始する。加工が完了すると、搬送装置は、加工機からワークを搬出する。ワークの搬出が完了すると、搬送装置は、次の加工対象のワークを加工機に搬入する。このような搬入処理と搬出処理とが繰り返されることで、ワークが順次自動的に加工される。
【０００４】
ワークを加工する際には、ワークは、治具に正しくクランプされていなければならない。ワークのクランプ状態を監視するための技術に関し、特許第５０４９９７６号公報（特許文献１）は、治具に固定されたワークを撮影して得られた画像に基づいて、ワークのクランプ状態を監視する工作機械を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５０４９９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
加工機がワークを加工する過程で、切り屑などの様々な異物が治具に付着する。異物が治具に付着している状態でワークが治具にクランプされると、ワークは、治具に正しく固定されない。また、治具やワークが異物によって傷付けられる可能性もある。
【０００７】
特許文献１開示される技術では、ワークが治具に固定された後に、ワークのクランプ状態が判別される。そのため、異物が治具に付着している状態で、ワークが治具に取り付けられてしまう可能性がある。したがって、ワークを治具に取り付ける前に治具に付着している異物を検知することが望まれている。
【０００８】
本開示は上述のような問題点を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、ワークを治具に取り付ける前に治具に付着している異物を検知することができる工作機械を提供することである。他の局面における目的は、ワークを治具に取り付ける前に治具に付着している異物を検知することができる異物検知方法を提供することである。他の局面における目的は、ワークを治具に取り付ける前に治具に付着している異物を検知することができる異物検知プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一例では、工作機械は、ワークを固定するための治具と、上記治具に固定された上記ワークを加工するための工具と、上記治具を撮影するためのカメラと、上記工作機械を制御するための制御装置とを備える。上記制御装置は、上記治具に上記ワークが取り付けられていない間に上記カメラに撮影指示を出力することで上記治具を表わす画像を上記カメラから取得し、上記画像に基づいて、上記治具に付着している異物を検知する。
【００１０】
本開示の一例では、上記工作機械は、加工対象のワークを上記工作機械内に搬入するとともに、加工済みのワークを上記工作機械外に搬出するための搬送装置をさらに備える。上記制御装置は、上記搬送装置が加工済みのワークを上記工作機械外に搬出してから、上記搬送装置が新たな加工対象のワークを上記工作機械内に搬入するまでの間の所定のタイミングにおいて、上記カメラに上記撮影指示を出力する。
【００１１】
本開示の一例では、上記制御装置は、上記異物を検知したことに基づいて、上記搬送装置によるワークの搬送を停止する。
【００１２】
本開示の一例では、上記工作機械は、上記治具にエアーを吹き付けるためのエアー吹付部をさらに備える。上記制御装置は、上記異物を検知したことに基づいて、上記エアー吹付部にエアーを吹き付けさせる。
【００１３】
本開示の一例では、上記工作機械は、ディスプレイをさらに備える。上記制御装置は、上記異物を検知したことに基づいて、上記画像を上記ディスプレイに表示するとともに、当該画像内において上記異物の場所を表わす。
【００１４】
本開示の他の例では、工作機械内における異物を検知するための異物検知方法が提供される。上記工作機械は、ワークを固定するための治具と、上記治具に固定された上記ワークを加工するための工具と、上記治具を撮影するためのカメラとを備える。上記異物検知方法は、上記治具に上記ワークが取り付けられていない間に上記カメラに撮影指示を出力することで上記治具を表わす画像を上記カメラから取得するステップと、上記画像に基づいて、上記治具に付着している異物を検知するステップとを備える。
【００１５】
本開示の他の例では、工作機械内における異物を検知するための異物検知プログラムが提供される。上記工作機械は、ワークを固定するための治具と、上記治具に固定された上記ワークを加工するための工具と、上記治具を撮影するためのカメラとを備える。上記異物検知プログラムは、上記工作機械に、上記治具に上記ワークが取り付けられていない間に上記カメラに撮影指示を出力することで上記治具を表わす画像を上記カメラから取得するステップと、上記画像に基づいて、上記治具に付着している異物を検知するステップとを実行させる。
【発明の効果】
【００１６】
ある局面において、ワークを治具に取り付ける前に治具に付着している異物を検知することができる。
【００１７】
本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態に従う工作機械の外観を示す図である。
【図２】実施の形態に従う加工機の内部構造の一例を示す図である。
【図３】実施の形態に従う加工機内の様子を時系列に示す図である。
【図４】実施の形態に従う搬送装置によるワークの搬送過程の一例を示す図である。
【図５】実施の形態に従う加工機の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。
【図６】実施の形態に従う加工機の機能構成の一例を示す図である。
【図７】異物検知処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下で説明される各実施の形態および各変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。
【００２０】
＜Ａ．工作機械１０＞
図１を参照して、工作機械１０について説明する。図１は、工作機械１０の外観を示す図である。
【００２１】
図１に示されるように、工作機械１０は、ワークの加工機１００と、加工に関する各種情報を表示するためのディスプレイ１３０と、工作機械１０に対する各種操作を受け付ける入力デバイス１３１と、ワークの搬送装置２００とを含む。
【００２２】
本明細書でいう「搬送装置」とは、ワークを搬送する機能を備えた種々の装置を包含する概念である。以下では、搬送装置２００の一例として、４〜７軸駆動の多関節ロボットを例に挙げて説明を行うが、搬送装置２００は、多関節ロボットに限定されない。一例として、搬送装置２００は、２〜３軸駆動の直交ロボット（オートローダ）であってもよいし、ワークを搭載するパレットを予め定められたスケジュールに従って加工機１００に自動搬送するパレット搬送システムであってもよい。
【００２３】
搬送装置２００は、加工対象のワークを加工機１００に搬入する。加工機１００に搬入されたワークは、加工機１００内にある後述の治具７０（図２参照）にクランプされる。その後、加工機１００は、予め設計された加工プログラムに従って、ワークの加工を開始する。加工が完了すると、搬送装置２００は、加工機１００からワークを搬出する。ワークの搬出が完了すると、搬送装置２００は、次の加工対象のワークを加工機１００に搬入する。このような搬入処理と搬出処理とが繰り返されることで、ワークが順次自動的に加工される。
【００２４】
＜Ｂ．加工機１００の内部構造＞
次に、図２を参照して、図１に示される加工機１００について説明する。図２は、加工機１００の内部構造の一例を示す図である。
【００２５】
図２には、マシニングセンタとしての加工機１００が示されている。以下では、マシニングセンタとしての加工機１００について説明するが、加工機１００は、マシニングセンタに限定されない。たとえば、加工機１００は、旋盤であってもよいし、その他の切削機械や研削機械であってもよい。また、加工機１００は、ワークが鉛直方向に取り付けられる縦形のマシニングセンタであってもよいし、ワークが水平方向に取り付けられる横形のマシニングセンタであってもよい。
【００２６】
加工機１００は、その内部に、主軸頭２１を有する。主軸頭２１は、主軸２２と、ハウジング２３とで構成されている。主軸２２は、ハウジング２３の内部に配置されている。主軸２２には、被加工物であるワークを加工するための工具が装着される。図２の例では、エンドミルとしての工具３２が主軸２２に装着されている。
【００２７】
主軸頭２１は、ボールねじ２５に沿ってＺ軸方向に駆動可能に構成されている。ボールねじ２５にはサーボモータなどの駆動機構が接続されている。当該駆動機構は、ボールねじ２５を駆動することで主軸頭２１を移動させ、Ｚ軸方向の任意の位置に主軸頭２１を移動する。
【００２８】
また、主軸２２にはサーボモータなどの駆動機構が接続される。当該駆動機構は、Ｚ軸方向（鉛直方向）に平行な中心軸ＡＸ１を中心に主軸２２を回転駆動する。その結果、主軸２２に装着された工具３２は、主軸２２の回転に伴って中心軸ＡＸ１を中心に回転する。なお、加工機１００が旋盤である場合には、主軸２２には、ワークが装着される。この場合、主軸２２の回転に伴って、主軸２２に装着されたワークが回転する。
【００２９】
加工機１００は、自動工具交換装置（ＡＴＣ：Automatic Tool Changer）３０をさらに有する。自動工具交換装置３０は、マガジン３１と、押出し機構３３と、アーム３６とで構成されている。マガジン３１は、ワークを加工するための種々の工具３２を収容するための装置である。マガジン３１は、複数の工具保持部３４と、スプロケット３５とで構成されている。
【００３０】
工具保持部３４は、種々の工具３２を保持可能なように構成されている。複数の工具保持部３４は、スプロケット３５の周囲に環状に配列されている。スプロケット３５は、モータ駆動により、Ｘ軸に平行な中心軸ＡＸ２を中心に回転可能に設けられている。スプロケット３５の回転に伴って、複数の工具保持部３４が中心軸ＡＸ２を中心に回転移動する。
【００３１】
自動工具交換装置３０は、工具の交換命令を受けたことに基づいて、マガジン３１から装着対象の工具３２を抜き取り、当該工具３２を主軸２２に装着する。より具体的には、自動工具交換装置３０は、目的の工具３２を保持する工具保持部３４を押出し機構３３の前に移動する。次に、押出し機構３３は、アーム３６による交換位置に向けて目的の工具３２を押し出す。その後、アーム３６は、目的の工具３２を工具保持部３４から抜き取るとともに、現在装着されている工具３２を主軸２２から抜き取る。その後、アーム３６は、これらの工具３２を保持した状態で半回転し、目的の工具３２を主軸２２に装着するとともに、元の工具３２を工具保持部３４に収容する。これにより、工具３２の交換が行われる。
【００３２】
加工機１００は、加工対象のワークをＸＹ平面上で移動するための移動機構５０をさらに有する。移動機構５０は、ガイド５１，５３と、ボールねじ５２，５４と、ワークを保持するためのテーブル５５（ワーク保持部）とで構成されている。テーブル５５には、パレット（図示しない）を介して治具７０が固定される。治具７０は、加工対象のワークを固定する。
【００３３】
ガイド５１は、Ｙ軸に対して平行に設置されている。ガイド５３は、ガイド５１上に設けられており、Ｘ軸に対して平行に設置されている。ガイド５３は、ガイド５１に沿って駆動可能に構成されている。テーブル５５は、ガイド５３上に設けられており、ガイド５３に沿って駆動可能に構成されている。
【００３４】
ボールねじ５２にはサーボモータなどの駆動機構が接続されている。当該駆動機構は、ボールねじ５２を駆動することでガイド５３をガイド５１に沿って移動し、Ｙ軸方向の任意の位置にガイド５３を移動する。同様に、ボールねじ５４にもサーボモータなどの駆動機構が接続されている。当該駆動機構は、ボールねじ５４を駆動することでテーブル５５をガイド５３に沿って移動し、Ｘ軸方向の任意の位置にテーブル５５を移動する。すなわち、加工機１００は、ボールねじ５２，５４のそれぞれに接続される駆動機構を協働して制御することで、ＸＹ平面上の任意の位置にテーブル５５を移動する。これにより、加工機１００は、テーブル５５上で保持されるワークをＸＹ平面上で移動させながら加工を行うことができる。
【００３５】
＜Ｃ．異物検知処理＞
図３を参照して、治具７０に付着している異物の検知処理について説明する。図３は、加工機１００内の様子を時系列に示す図である。
【００３６】
図３に示されるように、加工機１００内には、カメラ１０９が設置される。カメラ１０９は、治具７０の一部または全部を撮影するように設置される。換言すれば、カメラ１０９の視野には、治具７０の一部または全部が含まれる。
【００３７】
カメラ１０９は、加工機１００内で固定されていてもよいし、移動可能に構成されてもよい。図３の例では、固定式のカメラ１０９が示されている。カメラ１０９が固定式の場合、カメラ１０９は、不動の物体（たとえば、天井や壁など）に固定される。カメラ１０９が移動式の場合、カメラ１０９は、移動機構（たとえば、主軸２２の非回転部分など）に固定される。
【００３８】
加工機１００がワークを加工する際、切り屑などの様々な異物が治具７０に付着する。異物が治具７０に付着している状態でワークがクランプされると、ワークは、治具７０に正しく固定されない。また、異物が治具７０に付着している状態でワークが治具７０にクランプされると、治具７０やワークが異物によって傷付けられる可能性もある。
【００３９】
そこで、加工機１００は、治具７０にワークが取り付けられていない間にカメラ１０９に撮影指示を出力することで治具７０を表わす画像（以下、「治具画像」ともいう。）をカメラ１０９から取得する。その後、加工機１００は、取得した治具画像に基づいて、治具７０に付着している異物を検知する。これにより、加工機１００は、ワークが治具７０に取り付けられる前に、治具７０に付着している異物を検知することができる。
【００４０】
以下、図３を参照して、カメラ１０９の撮影タイミングについてさらに詳細に説明する。
【００４１】
タイミングＴ１において、治具７０に取り付けられているワークＷＡの加工が加工機１００において完了したとする。このことに基づいて、搬送装置２００は、加工済みのワークＷＡを加工機１００から搬出する。
【００４２】
タイミングＴ２において、ワークＷＡの搬出処理が完了したとする。このことに基づいて、加工機１００は、カメラ１０９に撮影指示を出力する。カメラ１０９は、当該撮影指示を受けたことに基づいて、ワークが取り付けられていない空の治具７０を撮影する。これにより、加工機１００は、空の治具７０を表わす治具画像をカメラ１０９から取得する。その後、加工機１００は、取得した治具画像に基づいて、治具７０に付着している異物を検知する。
【００４３】
異物が検知されなかった場合、加工機１００は、搬送装置２００に対して、次の加工対象のワークＷ２を搬入することを許可する。異物が検知された場合、加工機１００は、予め定められた異常対処処理を実行する。異常対処処理の一例として、加工機１００は、エアーブロー１１０（エアー吹付部）からエアーを出力させ、治具７０に付着する異物を除去する。異常対処処理の詳細については後述する。
【００４４】
タイミングＴ３では、異物が検知されなかったとする。この場合、加工機１００は、次の加工対象のワークＷ２を搬入することを許可する。このことに基づいて、搬送装置２００は、次の加工対象のワークＷ２を加工機１００に搬入する。搬入されたワークＷ２は、治具７０にクランプされる。その後、加工機１００は、予め設計された加工プログラムに従って、ワークＷ２を加工する。加工が完了すると、上記タイミングＴ１で説明した搬出処理が再び実行される。
【００４５】
以上のように、加工機１００は、搬送装置２００が加工済みのワークＷ１を加工機１００外に搬出してから、搬送装置２００が新たな加工対象のワークＷ２を加工機１００内に搬入するまでの間の所定のタイミングにおいて、カメラ１０９に撮影指示を出力する。当該タイミングは、たとえば、ワークＷ１の搬出が完了してから所定時間後（たとえば、１〜３秒後）である。これにより、異物検知処理がワークの搬出の度に実行され、次の加工対象のワークが加工機１００に搬入される前に異物が検知される。
【００４６】
なお、上述では、ワークが搬送装置２００によって搬送される例を挙げて説明を行ったが、搬送装置２００は、治具７０に付着した異物を検知する上で必須の構成ではない。一例として、ワークを治具７０に取り付ける作業は、作業者によって行われてもよい。このような場合でも、治具７０にワークが取り付けられていない間に、カメラ１０９が治具７０を撮影しさえすれば、本実施の形態に従う異物検知処理の趣旨を逸脱するものではない。
【００４７】
＜Ｄ．搬送装置２００によるワークの搬送過程＞
次に、図４を参照して、搬送装置２００によるワークの搬送過程について説明する。図４は、搬送装置２００によるワークの搬送過程の一例を示す図である。
【００４８】
搬送装置２００は、たとえば、基台２０１上に複数のアーム２０３Ａ〜２０３Ｅが連結された多関節ロボットである。複数のアーム２０３Ａ〜２０３Ｅの各連結部には回転軸が含まれており、アーム２０３Ａ〜２０３Ｅの各々は、回転軸の周りを回転可能に構成される。アーム２０３Ｅの一端には把持機構２０５Ａが連結され、アーム２０３Ｅの他端には把持機構２０５Ｂが連結される。把持機構２０５Ａ，２０５Ｂは、アーム２０３Ｅに連動して回転する。
【００４９】
把持機構２０５Ａは、加工前のワークＷ１を把持し、把持機構２０５Ｂは、加工済みのワークＷ２を把持する。より具体的には、あるタイミングにおいて、把持機構２０５Ａは、何も把持しておらず、把持機構２０５Ｂは、加工済みのワークＷ２を把持しているとする。このとき、まず、把持機構２０５Ａは、箱２１０にある加工前のワークＷ１のいずれかを把持する。次に、把持機構２０５Ａおよび把持機構２０５Ｂは、アーム２０３Ｄを回転中心として半回転する。その後、把持機構２０５Ｂは、加工済みのワークＷ２を箱２１０に置く。
【００５０】
次に、搬送装置２００は、アーム２０３Ａ〜２０３Ｅを加工機１００の方向に駆動する。そして、何も把持していない把持機構２０５Ｂは、加工機１００にある加工済みのワークＷ２を把持する。次に、把持機構２０５Ａおよび把持機構２０５Ｂは、アーム２０３Ｄを回転中心として半回転する。その後、把持機構２０５Ａは、把持している加工前のワークＷ１を加工機１００に置く。
【００５１】
以上のような搬送処理を繰り返すことで、加工前のワークＷ１が把持機構２０５Ａによって加工機１００に順次搬入されるとともに、加工済みのワークＷ２が把持機構２０５Ｂによって加工機１００から順次搬出される。
【００５２】
＜Ｅ．加工機１００のハードウェア構成＞
図５を参照して、加工機１００のハードウェア構成の一例について説明する。図５は、加工機１００の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。
【００５３】
加工機１００は、主軸２２と、ボールねじ２５，５２，５４と、制御装置１０１と、ＲＯＭ１０２と、ＲＡＭ１０３と、通信インターフェイス１０４と、表示インターフェイス１０５と、入力インターフェイス１０８と、カメラ１０９と、エアーブロー１１０と、サーボドライバ１１１Ａ〜１１１Ｄと、サーボモータ１１２Ａ〜１１２Ｄと、エンコーダ１１３Ａ〜１１３Ｄと、記憶装置１２０とを含む。
【００５４】
制御装置１０１は、異物検知プログラム１２２や加工プログラム１２４などの各種プログラムを実行することで加工機１００の動作を制御する。制御装置１０１は、各種プログラムの実行命令を受け付けたことに基づいて、実行対象のプログラムを記憶装置１２０からＲＯＭ１０２に読み出す。ＲＡＭ１０３は、ワーキングメモリとして機能し、各種プログラムの実行に必要な各種データを一時的に格納する。
【００５５】
通信インターフェイス１０４には、ＬＡＮやアンテナなどが接続される。加工機１００は、通信インターフェイス１０４を介して、外部の通信機器との間でデータをやり取りする。外部の通信機器は、たとえば、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、サーバー、その他の通信端末などを含む。典型的には、加工機１００は、ＰＬＣを介して搬送装置２００と通信を行う。
【００５６】
表示インターフェイス１０５は、ディスプレイ１３０などの表示機器と接続され、制御装置１０１などからの指令に従って、ディスプレイ１３０に対して、画像を表示するための画像信号を送出する。ディスプレイ１３０は、たとえば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、またはその他の表示機器である。
【００５７】
入力インターフェイス１０８は、入力デバイス１３１に接続され得る。入力デバイス１３１は、たとえば、ディスプレイ１３０に設けられるタッチパネル、マウス、キーボード、またはユーザ操作を受け付けることが可能なその他の入力機器である。
【００５８】
カメラ１０９は、たとえば、加工機１００内にある治具７０を撮影するように配置される。カメラ１０９は、制御装置１０１からの撮影指示を受けたことに基づいて治具７０を撮影し、治具７０を表わす画像を生成する。生成された画像は、制御装置１０１に出力される。カメラ１０９は、図５に示されるように加工機１００と一体的に構成されてもよいし、加工機１００と別個に構成されてもよい。また、図５の例では、１つのカメラ１０９が示されているが、加工機１００に搭載されるカメラ１０９の数は、任意である。すなわち、加工機１００内に２つ以上のカメラ１０９が搭載されてもよい。２つ以上のカメラ１０９が設置されている場合、カメラ間の視差情報に基づいて、治具７０を表わす三次元画像が生成され得る。
【００５９】
エアーブロー１１０は、たとえば、主軸２２の非回転部分に連結される。エアーブロー１１０のエアー噴出口は、任意の方向に駆動可能に構成される。エアーブロー１１０は、制御装置１０１からの制御指令に従ってエアー噴出口を駆動し、治具７０の任意の箇所にエアーを吹き付ける。
【００６０】
サーボドライバ１１１Ａは、制御装置１０１から目標回転速度（または目標位置）の入力を逐次的に受け、サーボモータ１１２Ａが目標回転速度で回転するようにサーボモータ１１２Ａを制御する。より具体的には、サーボドライバ１１１Ａは、エンコーダ１１３Ａのフィードバック信号からサーボモータ１１２Ａの実回転速度（または実位置）を算出し、当該実回転速度が目標回転速度よりも小さい場合にはサーボモータ１１２Ａの回転速度を上げ、当該実回転速度が目標回転速度よりも大きい場合にはサーボモータ１１２Ａの回転速度を下げる。このように、サーボドライバ１１１Ａは、サーボモータ１１２Ａの回転速度のフィードバックを逐次的に受けながらサーボモータ１１２Ａの回転速度を目標回転速度に近付ける。サーボドライバ１１１Ａは、ボールねじ５４に接続されるテーブル５５（図２参照）をＸ軸方向に沿って移動し、テーブル５５をＸ軸方向の任意の位置に移動する。
【００６１】
同様のモータ制御により、サーボドライバ１１１Ｂは、ボールねじ５２に接続されるガイド５３（図２参照）をＹ軸方向に沿って移動し、ガイド５３上のテーブル５５（図２参照）をＹ軸方向の任意の位置に移動する。同様のモータ制御を行うことにより、サーボドライバ１１１Ｃは、ボールねじ２５に接続される主軸頭２１（図２参照）をＺ軸方向の任意の位置に移動する。同様のモータ制御を行うことにより、サーボドライバ１１１Ｄは、主軸回転速度を制御する。
【００６２】
記憶装置１２０は、たとえば、ハードディスクやフラッシュメモリ（たとえば、ＳＳＤ：Solid State Drive）などの記憶媒体である。記憶装置１２０は、カメラ１０９から得られた画像に基づいて異物検知処理を実行する異物検知プログラム１２２、加工プログラム１２４、および、異物検知処理時に用いられる基準画像１２６などを格納する。加工プログラム１２４は、ワークの加工時における主軸（または工具）の加工経路や、主軸回転速度などの加工条件を規定している。異物検知プログラム１２２、加工プログラム１２４、および基準画像１２６の格納場所は、記憶装置１２０に限定されず、制御装置１０１の記憶領域（たとえば、キャッシュ領域など）、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、外部機器（たとえば、サーバー）などに格納されていてもよい。
【００６３】
なお、異物検知プログラム１２２は、単体のプログラムとしてではなく、任意のプログラムの一部に組み込まれて提供されてもよい。この場合、本実施の形態に従う制御処理は、任意のプログラムと協働して実現される。このような一部のモジュールを含まないプログラムであっても、本実施の形態に従う異物検知プログラム１２２の趣旨を逸脱するものではない。さらに、異物検知プログラム１２２によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェアによって実現されてもよい。さらに、少なくとも１つのサーバーが異物検知プログラム１２２の処理の一部を実行する所謂クラウドサービスのような形態で加工機１００が構成されてもよい。
【００６４】
＜Ｆ．加工機１００の機能構成＞
図６を参照して、加工機１００の制御装置１０１の機能について説明する。図６は、制御装置１０１の機能構成の一例を示す図である。
【００６５】
加工機１００の制御装置１０１は、機能構成として、画像取得部１５２と、異物検知部１５４と、異常対処部１６０とを含む。以下では、これらの機能構成について順に説明する。
【００６６】
（Ｆ１．画像取得部１５２）
画像取得部１５２は、搬送装置２００が加工済みのワークを加工機１００外に搬出してから、搬送装置２００が次の加工対象のワークを加工機１００内に搬入するまでの間の所定のタイミングにおいて、撮影指示をカメラ１０９に出力する。
【００６７】
ワークの搬出完了信号は、たとえば、加工機１００と通信可能に構成されるＰＬＣから出力される。より具体的には、ＰＬＣは、予め設計されている搬送プログラムに従って搬送装置２００を駆動制御する。このとき、ＰＬＣは、搬送プログラムに規定される搬出処理が完了したことに基づいて、画像取得部１５２に搬出完了信号を出力する。
【００６８】
画像取得部１５２は、ＰＬＣから搬出完了信号を受信したことに基づいて、撮影指示をカメラ１０９に出力する。カメラ１０９は、当該撮影指示を受けて治具７０を撮影し、治具画像を生成する。生成された治具画像は、画像取得部１５２に出力される。その後、画像取得部１５２は、カメラ１０９から取得した治具画像を異物検知部１５４に出力する。
【００６９】
（Ｆ２．異物検知部１５４）
次に、異物検知部１５４の機能について説明する。
【００７０】
異物検知部１５４は、画像取得部１５２から出力される治具画像に基づいて、治具７０に付着している異物を検知する。異物の検知手段には、種々の画像処理アルゴリズムが採用され得る。
【００７１】
ある局面において、異物が付着していない治具７０を表わす基準画像１２６（図５参照）が予め準備されている。基準画像１２６は、二次元画像であってもよいし、三次元画像であってもよい。異物検知部１５４は、画像取得部１５２から得られた治具画像を基準画像１２６と比較し、基準画像１２６と治具画像との類似度を算出する。当該類似度の算出手法には、任意のアルゴリズムが採用される。一例として、当該類似度の算出手法として、ＳＳＤ（Sum  of  Squared  Difference)、ＳＡＤ（Sum  of  Absolute  Difference)、ＮＣＣ（Normalized  Cross-Correlation）、またはＺＮＣＣ（Zero-mean Normalized Cross-Correlation）などが採用され得る。
【００７２】
異物検知部１５４は、算出した類似度が所定閾値を上回った場合には、治具７０に異物が付着していないと判断する。一方で、異物検知部１５４は、算出した類似度が所定閾値以下である場合には、治具７０に異物が付着していると判断する。
【００７３】
他の局面において、異物検知部１５４は、学習済みモデルを用いて、治具７０に異物が付着しているか否かを判断する。学習済みモデルは、学習用データセットを用いた学習処理により予め生成されている。学習用データセットには、同種の治具７０を表わす複数の学習用画像が含まれる。各学習用画像には、異物が写っているか否かを示すラベルが関連付けられる。学習済みモデルの内部パラメータは、このような学習用データセットを用いた学習処理により予め最適化されている。
【００７４】
学習済みモデルの学習手法には、種々の学習アルゴリズムが採用され得る。一例として、当該学習アルゴリズムとして、ディープラーニング、コンボリューションニューラルネットワーク（ＣＮＮ）、全層畳み込みニューラルネットワーク（ＦＣＮ）、サポートベクターマシンなどが採用される。
【００７５】
異物検知部１５４は、治具画像から抽出した特徴量を学習済みモデルに入力して、当該学習済みモデルから出力される異常確率に基づいて、治具７０に異物が付着しているか否かを判断する。より具体的には、異物検知部１５４は、学習済みモデルから出力される異常確率が所定閾値を上回った場合には、治具７０に異物が付着していると判断する。一方で、異物検知部１５４は、学習済みモデルから出力される異常確率が所定閾値以下であった場合には、治具７０に異物が付着していないと判断する。
【００７６】
（Ｆ３．異常対処部１６０）
次に、異常対処部１６０の機能について説明する。
【００７７】
異常対処部１６０は、異物検知部１５４によって異物が検知されたことに基づいて、予め定められた異常対処処理を実行する。一例として、異常対処部１６０は、異常対処処理を実現するための機能モジュールとして、搬送停止部１６２と、エアーブロー駆動部１６４と、表示警告部１６６とを含む。
【００７８】
搬送停止部１６２は、異物検知部１５４によって異物が検知されたことに基づいて、搬送装置２００によるワークの搬送を停止する。典型的には、搬送停止部１６２は、搬送装置２００を駆動制御するＰＬＣに停止指令を出力する。ＰＬＣは、当該停止指令を受けて、搬送装置２００の駆動を停止する。これにより、搬送停止部１６２は、次の加工対象のワークの搬入を禁止し、異物が付着した治具７０にワークが取り付けられることを防止することができる。
【００７９】
エアーブロー駆動部１６４は、異物検知部１５４によって異物が検知されたことに基づいて、エアーブロー１１０（エアー吹付部）からエアーを出力させる。これにより、エアーブロー駆動部１６４は、治具７０から異物を除去することができる。
【００８０】
好ましくは、エアーブロー１１０のエアー噴出口は、任意の方向に駆動可能に構成され、エアーブロー駆動部１６４は、エアー噴出口を異物に向けさせた上でエアーを噴出させる。より具体的には、制御装置１０１は、予め定められた変換式に基づいて、治具画像内の異物の座標値をカメラ座標系からワールド座標系に変換し、異物の実位置を特定する。そして、エアーブロー駆動部１６４は、特定した実位置にエアー噴出口を向けさせ、その上でエアーブロー１１０にエアーを噴出させる。これにより、エアーブロー駆動部１６４は、治具７０上の異物をより確実に除去することができる。
【００８１】
表示警告部１６６は、異物検知部１５４によって異物が検知されたことに基づいて、治具画像を上述のディスプレイ１３０（図１参照）に表示するとともに、当該治具画像内において異物の場所を表わす。これにより、作業者は、治具７０のどこに異物があるのかを容易に把握することができ、異物を除去しやすくなる。
【００８２】
治具画像内における異物の座標値は、任意の方法で特定され得る。一例として、異物が付着していない治具７０を表わす画像（以下、「背景画像」ともいう。）が予め準備されている。制御装置１０１は、治具画像から背景画像を差分することで背景差分画像を生成する。これにより、治具画像から治具７０を表わす部分が除去され、背景差分画像には異物のみが写っていることになる。制御装置１０１は、背景差分画像に写る異物の座標値に基づいて、治具画像内における異物の座標値を特定する。
【００８３】
好ましくは、表示警告部１６６は、治具画像内に写っている異物を他の部分よりも強調表示する。強調表示の方法は、任意である。一例として、表示警告部１６６は、治具画像内の異物を囲むように、治具画像上に図形（たとえば、丸や四角）を表示する。あるいは、表示警告部１６６は、治具画像内の異物を予め定められた色（たとえば、赤色）で表示する。
【００８４】
好ましくは、表示警告部１６６は、異物が検知された治具の識別情報（たとえば、治具名やＩＤ（Identification）など）を表示する。これにより、作業者は、どの治具に異物が付着しているのかを容易に判別することができる。
【００８５】
＜Ｇ．異物検知処理のフローチャート＞
図７を参照して、異物検知処理のフローについて説明する。図７は、異物検知処理の流れを示すフローチャートである。
【００８６】
図７に示される処理は、加工機１００の制御装置１０１（図５参照）が上述の異物検知プログラム１２２（図５参照）を実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。
【００８７】
ステップＳ１１０において、制御装置１０１は、加工機１００へのワークの搬入が完了したか否かを判断する。制御装置１０１は、加工機１００へのワークの搬入が完了したと判断した場合（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１１２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１１０においてＮＯ）、制御装置１０１は、ステップＳ１１０の処理を再び実行する。
【００８８】
ステップＳ１１２において、制御装置１０１は、予め設計されている加工プログラム１２４（図５参照）に従って、加工機１００に搬入されたワークの加工を開始する。
【００８９】
ステップＳ１２０において、制御装置１０１は、加工機１００によるワークの加工が完了したか否かを判断する。制御装置１０１は、加工機１００によるワークの加工が完了したと判断した場合（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１２２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１２０においてＮＯ）、制御装置１０１は、ステップＳ１２０の処理を再び実行する。
【００９０】
ステップＳ１２２において、制御装置１０１は、加工機１００にあるワークの搬出処理を開始する。
【００９１】
ステップＳ１３０において、制御装置１０１は、加工機１００からのワークの搬出が完了したか否かを判断する。制御装置１０１は、加工機１００からのワークの搬出が完了したと判断した場合（ステップＳ１３０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１３２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１３０においてＮＯ）、制御装置１０１は、ステップＳ１３０の処理を再び実行する。
【００９２】
ステップＳ１３２において、制御装置１０１は、上述の画像取得部１５２（図６参照）として機能し、カメラ１０９に撮影指示を出力する。これにより、制御装置１０１は、ワークが取り付けられていない治具７０を表わす画像（すなわち、治具画像）を取得する。
【００９３】
ステップＳ１３４において、制御装置１０１は、上述の異物検知部１５４（図６参照）として機能し、ステップＳ１３２で得られた治具画像に基づいて、治具７０に付着している異物を検知する。異物検知処理については上述の「Ｆ２．異物検知部１５４」で説明した通りであるので、その説明については繰り返さない。
【００９４】
ステップＳ１４０において、制御装置１０１は、ステップＳ１３４での検知処理で異物が検知されたか否かを判断する。制御装置１０１は、ステップＳ１３４での検知処理で異物が検知されたと判断した場合（ステップＳ１４０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１４２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１４０においてＮＯ）、制御装置１０１は、制御をステップＳ１４４に切り替える。
【００９５】
ステップＳ１４２において、制御装置１０１は、上述の異常対処部１６０（図６参照）として機能し、予め定められた異常対処処理を実行する。異常対処処理については上述の「Ｆ３．異常対処部１６０」で説明した通りであるので、その説明については繰り返さない。
【００９６】
ステップＳ１４４において、制御装置１０１は、次の加工対象のワークを加工機１００に搬入することを許可し、制御をステップＳ１１０に戻す。
【００９７】
＜Ｈ．まとめ＞
以上のようにして、工作機械１０は、治具７０にワークが取り付けられていない間にカメラ１０９に撮影指示を出力することで、ワークを取り付ける前の治具７０を表わす画像（すなわち、治具画像）をカメラ１０９から取得する。そして、加工機１００は、得られた治具画像に基づいて、治具７０に付着している異物を検知する。
【００９８】
これにより、工作機械１０は、ワークが治具７０に取り付けられる前に、治具７０に付着している異物を検知することができる。その結果、工作機械１０は、異物が治具７０に付着した状態でワークが治具７０に取り付けられることを防止することができる。結果として、工作機械１０は、治具７０やワークが異物によって傷付けられることを防止することができる。
【００９９】
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１００】
１０  工作機械、２１  主軸頭、２２  主軸、２３  ハウジング、２５，５２，５４  ボールねじ、３０  自動工具交換装置、３１  マガジン、３２  工具、３３  押出し機構、３４  工具保持部、３５  スプロケット、３６，２０３Ａ，２０３Ｄ，２０３Ｅ  アーム、５０  移動機構、５１，５３  ガイド、５５  テーブル、７０  治具、１００  加工機、１０１  制御装置、１０２  ＲＯＭ、１０３  ＲＡＭ、１０４  通信インターフェイス、１０５  表示インターフェイス、１０８  入力インターフェイス、１０９  カメラ、１１０  エアーブロー、１１１Ａ〜１１１Ｄ  サーボドライバ、１１２Ａ〜１１２Ｄ  サーボモータ、１１３Ａ〜１１３Ｄ  エンコーダ、１２０  記憶装置、１２２  異物検知プログラム、１２４  加工プログラム、１２６  基準画像、１３０  ディスプレイ、１３１  入力デバイス、１５２  画像取得部、１５４  異物検知部、１６０  異常対処部、１６２  搬送停止部、１６４  エアーブロー駆動部、１６６  表示警告部、２００  搬送装置、２０１  基台、２０５Ａ，２０５Ｂ  把持機構、２１０  箱。
【図１】
2020127996.tif 000003
【図２】
2020127996.tif 000004
【図３】
2020127996.tif 000005
【図４】
2020127996.tif 000006
【図５】
2020127996.tif 000007
【図６】
2020127996.tif 000008
【図７】
2020127996.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和2年2月27日(2020.2.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械であって、
ワークを固定するための治具と、
前記治具に固定された前記ワークを加工するための工具と、
前記治具を撮影するためのカメラと、
加工対象のワークを前記工作機械内に搬入するとともに、加工済みのワークを前記工作機械外に搬出するための搬送装置と、
前記工作機械を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記治具に前記ワークが取り付けられていない間に前記カメラに撮影指示を出力することで前記治具を表わす画像を前記カメラから取得し、
前記画像に基づいて、前記治具に付着している異物を検知し、
前記異物が検知されなかったことに基づいて、前記搬送装置によるワークの搬入を許可する、工作機械。
【請求項２】
前記制御装置は、前記搬送装置が加工済みのワークを前記工作機械外に搬出してから、前記搬送装置が新たな加工対象のワークを前記工作機械内に搬入するまでの間の所定のタイミングにおいて、前記カメラに前記撮影指示を出力する、請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記制御装置は、前記異物を検知したことに基づいて、前記搬送装置によるワークの搬送を停止する、請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記工作機械は、前記治具にエアーを吹き付けるためのエアー吹付部をさらに備え、
前記制御装置は、前記異物を検知したことに基づいて、前記エアー吹付部にエアーを吹き付けさせる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項５】
前記工作機械は、ディスプレイをさらに備え、
前記制御装置は、前記異物を検知したことに基づいて、前記画像を前記ディスプレイに表示するとともに、当該画像内において前記異物の場所を表わす、請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項６】
工作機械内における異物を検知するための異物検知方法であって、
前記工作機械は、
ワークを固定するための治具と、
前記治具に固定された前記ワークを加工するための工具と、
前記治具を撮影するためのカメラと、
加工対象のワークを前記工作機械内に搬入するとともに、加工済みのワークを前記工作機械外に搬出するための搬送装置とを備え、
前記異物検知方法は、
前記治具に前記ワークが取り付けられていない間に前記カメラに撮影指示を出力することで前記治具を表わす画像を前記カメラから取得するステップと、
前記画像に基づいて、前記治具に付着している異物を検知するステップと、
前記検知するステップで前記異物が検知されなかったことに基づいて、前記搬送装置によるワークの搬入を許可するステップとを備える、異物検知方法。
【請求項７】
工作機械内における異物を検知するための異物検知プログラムであって、
前記工作機械は、
ワークを固定するための治具と、
前記治具に固定された前記ワークを加工するための工具と、
前記治具を撮影するためのカメラと、
加工対象のワークを前記工作機械内に搬入するとともに、加工済みのワークを前記工作機械外に搬出するための搬送装置とを備え、
前記異物検知プログラムは、前記工作機械に、
前記治具に前記ワークが取り付けられていない間に前記カメラに撮影指示を出力することで前記治具を表わす画像を前記カメラから取得するステップと、
前記画像に基づいて、前記治具に付着している異物を検知するステップと、
前記検知するステップで前記異物が検知されなかったことに基づいて、前記搬送装置によるワークの搬入を許可するステップとを実行させる、異物検知プログラム。