(57)【要約】【課題】切削液が供給されている加工中の工具を視認可能に撮影することができる撮像装置を提供する。【解決手段】切削液が供給された状態の工具を撮影する撮影部と、前記工具を異なる角度から照射する複数の光源と、前記切削液のノズル吐出角度、及び吐出圧または流量に基づいて、前記切削液の流れ表面のプロファイルを推定する切削液プロファイル推定部と、前記複数の光源の中から、前記流れ表面に当たる領域で、照射光の光軸の方向が前記流れ表面に対して最も垂直に近くなる前記光源を選択する光源選択部と、を備え、前記光源選択部で選択された前記光源から照射光が出射された状態で、前記撮影部が撮影を行うことを特徴とする撮像装置を提供する。【選択図】図３
2020142317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削液が供給された状態の工具を撮影する撮影部と、
前記工具を異なる角度から照射する複数の光源と、
前記切削液のノズル吐出角度、及び吐出圧または流量に基づいて、前記切削液の流れ表面のプロファイルを推定する切削液プロファイル推定部と、
前記複数の光源の中から、前記流れ表面に当たる領域で、照射光の光軸の方向が前記流れ表面に対して最も垂直に近くなる前記光源を選択する光源選択部と、
を備え、
前記光源選択部で選択された前記光源から照射光が出射された状態で、前記撮影部が撮影を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
切削液が供給された状態の工具を撮影する撮影部と、
前記工具を照射する光源と、
前記切削液のノズル吐出角度、及び吐出圧または流量に基づいて、前記切削液の流れ表面のプロファイルを推定する切削液プロファイル推定部と、
前記切削液の流れ表面に当たる領域で、照射光の光軸の方向が前記流れ表面に対して最も垂直に近くなる前記光源の配置を決定する光源位置選択部と、
を備え、
前記光源位置選択部で決定された配置に配置された前記光源により照射光が出射された状態で、前記撮影部が撮影を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
前記撮影部により撮影された複数の画像を繋ぎ合わせて、被撮像物の画像を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮影部により撮影された複数の画像を積算して、被撮像物の画像を形成することを特徴とする請求項１から３の何れか1項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮影部により撮影された画像の信号を、前記切削液単体を前記撮影部により撮影して得られた基準信号により補正することを特徴とする請求項１から４の何れか1項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記光源によりパルス状の光を出射し、該パルス状の光が出射されたときに、前記撮影部が撮影を行うことを特徴とするこる請求項１から５の何れか１項に撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置、特に、機械加工中の工具を撮影する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械においてワークを加工する際、高速で作動する工具の動きを監視することは、適正な加工や加工時の安全性を確保する点において非常に重要である。しかしながら、ワークを加工する際、切削液を加工部に供給されるので、特に、透明度が低い切削液を使用すると、加工中に工具が見えづらくなる。そのため、例えば、切削液を工具に供給している間は、予め準備していた仮想の画像データを用いて、加工中の工具の動きを監視する監視装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−６１６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された監視装置は、切削液を工具に供給している間は、仮想の画像データを用いているため、工具の正確な動作や工具の不測の異常動作を検知することが困難である。
【０００５】
そのため、本発明の目的は、切削液が供給されている加工中の工具を視認可能に撮影することができる撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る撮像装置は、
切削液が供給された状態の工具を撮影する撮影部と、
前記工具を異なる角度から照射する複数の光源と、
前記切削液のノズル吐出角度、及び吐出圧または流量に基づいて、前記切削液の流れ表面のプロファイルを推定する切削液プロファイル推定部と、
前記複数の光源の中から、前記流れ表面に当たる領域で、照射光の光軸の方向が前記流れ表面に対して最も垂直に近くなる前記光源を選択する光源選択部と、
を備え、
前記光源選択部で選択された前記光源から照射光が出射された状態で、前記撮影部が撮影を行う。
【０００７】
本発明のその他の態様に係る撮像装置は、
切削液が供給された状態の工具を撮影する撮影部と、
前記工具を照射する光源と、
前記切削液のノズル吐出角度、及び吐出圧または流量に基づいて、前記切削液の流れ表面のプロファイルを推定する切削液プロファイル推定部と、
前記切削液の流れ表面に当たる領域で、照射光の光軸の方向が前記流れ表面に対して最も垂直に近くなる前記光源の配置を決定する光源位置選択部と、
を備え、
前記光源位置選択部で決定された配置に配置された前記光源により照射光が出射された状態で、前記撮影部が撮影を行う。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように構成された撮像装置は、切削液が供給されている加工中の工具を視認可能に撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】工作機械に設置された本発明の第１実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る撮像装置、及び、該撮像装置が設置された工作機械の加工領域の模式的斜視図である。
【図３】切削液が吐出している状態でワークを機械加工している工具を撮影する、本発明の第１実施形態に係る撮像装置、及び、該撮像装置が設置された工作機械の加工領域模式的斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る撮像装置の制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図４における工具位置確認処理の一例である工具位置確認サブルーチンを示すフローチャートである。
【図６】工作機械に設置された本発明の第２実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】切削液が吐出している状態でワークを機械加工している工具を撮影する、本発明の第２実施形態に係る撮像装置、及び、該撮像装置が設置された工作機械の加工領域の模式的斜視図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る撮像装置の制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】図８における工具位置確認処理の一例である工具位置確認サブルーチン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】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための実施形態や実施例を説明する。なお、以下に説明する撮像装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。
各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態や実施例に分けて示す場合があるが、異なる実施形態や実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後述の実施形態や実施例では、前述と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態や実施例ごとには逐次言及しないものとする。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合もある。
【００１１】
１．第１実施形態
図１から図３を参照して、本実施形態に係る撮像装置１、及び、撮像装置１が設置されている工作機械１００について説明する。図１は、工作機械に設置された本発明の第１実施形態に係る撮像装置１の概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１、及び、該撮像装置１が設置された工作機械１００の加工領域の模式的斜視図である。図３は、切削液１１４が吐出している状態でワーク１１２を機械加工している工具１１０を撮影する、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１、及び、該撮像装置１が設置された工作機械１００の加工領域の模式的斜視図である。
【００１２】
本実施形態に係る撮像装置１は、工作機械１００に設置されて使用される。
【００１３】
最初に、工作機械１００について説明する。
工作機械１００は、基台１０４と、工具主軸１０６と、切削液供給ノズル１０８とを備える。工具主軸１０６には、工具１１０が取り付けられている。工作機械１００は、工作機械制御部１０２を備え、工作機械制御部１０２の制御により、基台１０４に配置されたワーク１１２を工具１１０によって所望の形状に機械加工する。工具主軸１０６は、工作機械制御部１０２によって、ｘ軸方向（例えば、横方向）、ｙ軸方向（例えば、縦方向）及びｚ軸方向（例えば、高さ方向）の動きが制御される。切削液供給ノズル１０８は、例えば、工具主軸１０６に取り付けられており、ワーク１１２が機械加工されている間、ワーク１１２と工具１１０とに切削液１１４を吹き付けるように供給する。切削液１１４は、機械加工により熱を帯びる工具１１０及びワーク１１２を冷却するために用いられる。切削液１１４は、例えば、不水溶性切削油、水溶性エマルジョン、水溶性ソリューションが用いられる。
【００１４】
次に、本実施形態に係る撮像装置１について説明する。
本実施形態に係る撮像装置１は、工作機械１００に設置して使用される。撮像装置１は、複数の光源１１と、撮影部４と、制御部２とを備えている。制御部２は、工作機械制御部１０２と電気的に接続され、工作機械制御部１０２からの信号に応じて、撮影部４の作動制御と、複数の光源１１の照射に関する制御と、撮影部４で撮影された画像の処理とを行う。
以下に、撮像装置１についての詳細を説明する。
【００１５】
（撮影部）
撮影部４は、カメラから構成され、工作機械１００に固定して設置されており、工具１１０、特に工具１１０の刃先を撮影する。撮影部４の撮影領域は、機械加工中の工具１１０の全移動範囲に及ぶ。本実施形態では、撮影部４として１つのカメラが工作機械１００に設置されているが、複数のカメラを用いてもよい。この場合、複数のカメラの各撮影領域をつなぎ合わせることで、機械加工を行っている工具１１０の全移動範囲を撮影してもよい。撮影部４として、例えば、ＣＣＤ、ＭＯＳをはじめとする任意の撮像素子を有する装置が用いられる。
【００１６】
（光源）
複数の光源１１はそれぞれ、工作機械１００に固定して設置されている。複数の光源１１の全照射領域は、機械加工を行っている工具１１０、特に工具１１０の刃先の全移動範囲に及ぶ。複数の光源１１を構成する各光源１０は、それぞれの光軸Ａの方向が異なるように配置されている。複数の光源１１はさらに、切削液供給ノズル１０８から出射される切削液１１４が飛散する範囲外に配置される。つまり、複数の光源１１は、切削液供給ノズル１０８から切削液１１４が吐出されているとき、切削液１１４を介して、機械加工中の工具１１０に異なる角度から光を照射するように、工作機械１００に設置されている。
光源１０は、例えばＬＥＤやＬＤを用いることができる。
【００１７】
（制御部）
制御部２は、撮影制御部６と、画像処理部８と、切削液プロファイル推定部１２と、光源選択部１４と、光源制御部１６とを含んでいる。制御部２の切削液プロファイル推定部１２及び光源選択部１４は、工作機械制御部１０２からの情報を受け取り得る。制御部２の各部はまた、各部間でも、情報の授受を行い得る。
切削液プロファイル推定部１２と、光源選択部１４と、光源制御部１６とは、切削液１１４を供給された状態で機械加工を行っている工具１１０の鮮明な画像を取得するために、複数の光源１１の中から「適切な光源」を選択し、該適切な光源の点消灯制御をする。
撮影制御部６は、機械加工中の工具１１０を撮影するために撮影部４の作動制御を行う。
画像処理部８は、撮影部４が撮影した画像から工具１１０の鮮明な画像を取得するために、撮影部４が撮影した画像の処理を行う。
以下、特に図１を参照しながら、各部の機能について詳細に説明する。
【００１８】
（切削液プロファイル推定部）
切削液プロファイル推定部１２は、工作機械制御部１０２からの切削液１１４に関する情報に基づいて、切削液の流れ表面１１６のプロファイルを推定し、該プロファイルから流れ表面１１６を画定する接線Ｌを推定する。工作機械制御部１０２から伝達される切削液に関する情報は、例えば、使用される切削液の切削液供給ノズル１０８から吐出する角度、吐出圧（又は流量）である。切削液プロファイル推定部１２は、これらの情報をパラメータとして、流体解析により切削液の流れ表面１１６のプロファイルを推定する。流体解析のパラメータとしてはさらに、切削液１１４の温度及び切削液１１４の温度に依拠する切削液１１４の粘度を用いることもできる。
【００１９】
（光源選択部）
光源選択部１４は、切削液プロファイル推定部１２により推定されたプロファイルと、工作機械制御部１０２から伝達される工具１１０の位置情報とに基づいて、複数の光源１１の中から「適切な光源」を選択する。加工開始位置情報は、例えば、工具１１０の刃先のｘ−ｙ−ｚ座標位置である。
【００２０】
ここで、「適切な光源」について説明する。
加工中の工具１１０は、切削液１１４を供給されているため、複数の光源１１を構成する各光源１０から出射された光は、切削液の流れ表面１１６で屈折する。各光源１０、それぞれの光軸Ａの方向が異なるように配置されているため、各光源１０から出射された光は、流れ表面１１６へ入射する角度が異なる。従って、各光源１０から出射された光の流れ表面１１６での屈折角度も異なり、各光源１０から出射された光は、異なる照射角度で工具１１０を照射する。つまり、流れ表面１１６への光の入射角度によって、切削液１１４への光の透過率が異なる。この光の入射角度と屈折について注目すると、切削液の流れ表面１１６の接線Ｌに垂直に入射する光は、ほぼ屈折せずに切削液１１４内に入射することは明らかである。そのため、工具１１０を照射領域に含む光源であって、切削液の流れ表面１１６の接線Ｌに対して光軸Ａが垂直である光源が、最も高い透過率で切削液１１４を透過し、最も高い照射程度で工具１１０を照射する。従って、工具１１０を照射領域に含む光源であって、切削液の流れ表面１１６に対して光軸Ａが垂直である光源を用いて、加工中の工具１１０を撮影することが望ましい。
【００２１】
しかしながら、流れ表面１１６は複雑な形状であり、また、設置される光源の数及び光源の設置位置は、設置空間の寸法、構造設計上の理由等から制限される。そのため、光軸Ａが切削液の流れ表面１１６に対して垂直な光源１０を常に用いることは困難である。以上のことから、本実施形態では、「適切な光源」を、工具１１０を照射領域に含む光源のうち、切削液の流れ表面１１６に対して光軸が最も垂直に近くなる光源と定義する。
【００２２】
光源選択部１４は、切削液プロファイル推定部１２により推定されたプロファイルと、工作機械制御部１０２から伝達される工具１１０の位置情報とに基づいて、複数の光源１１の中から以上のように定義された「適切な光源」を選択する。
【００２３】
（光源制御部）
光源制御部１６は、複数の光源１１の中から光源選択部１４によって選択された「適切な光源」を点灯させる。工具１１０の位置が加工に伴い移動すると、複数の光源１１の中から選択される「適切な光源」も変わり得る。そのため、光源制御部１６は、工具１１０の移動に伴い変更される「適切な光源」に応じて、各光源１０の点消灯を制御する。
【００２４】
（撮影制御部）
撮影制御部６は、撮影部４による撮影の開始／停止を制御する。複数のカメラが設置されている場合、撮影制御部６は、工作機械制御部１０２からの工具１１０の位置情報に基づいて、複数のカメラの中から、工具１１０を撮影領域に含むカメラを選出し、該カメラに撮影を実施させる。
【００２５】
（画像処理部）
本実施形態において、画像処理部８は、撮影部４が撮影した画像に、積算フィルタによる画像処理、及び／又は、カラーミキサによる画像処理を施す。
【００２６】
＜積算フィルタによる画像処理＞
画像処理部８は、撮影部４により撮影された連続する複数の画像を積算し、不規則及び／又は不連続に撮影された被撮像要素（被撮像物）を取り除く。具体的には、画像処理部８は、例えば、フレーム差分法を用いて、撮影部４により撮影された連続するｎ枚（ｎ≧２）の画像のｉ番目（ｉ≧１）と（ｉ＋１）番目の画像の差分を算出し、該差分を取り除く。
【００２７】
＜カラーミキサによる画像処理＞
画像処理部８は、撮影部４により撮影された画像の信号（観測信号）を、予め取得された、切削液１１４単体を撮影して得られた信号（基準信号）により補正する。
例を挙げて具体的に説明すると、切削液１１４単体を撮影部４で撮影した画像の色に関する信号（基準信号）が、Ｒ１＝ａ、Ｇ１＝ｂ、Ｂ１＝ｃであり、工具１１０単体を同一の光源と同一のカメラを用いて撮影した画像の色に関する信号が、Ｒ２＝ｄ、Ｇ２＝ｅ、Ｂ２＝ｆであるとする。このとき、ワーク１１２が工具１１０で機械加工されている間に、切削液１１４を介して工具１１０を撮影した画像の色に関する信号（観測信号）は、Ｒ３＝ａｄ、Ｇ３＝ｂｅ、Ｂ３＝ｃｆとなる。この観測信号Ｒ３、Ｇ３、Ｂ３を、基準信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１によって補正して、補正信号Ｒ４＝Ｒ３／Ｒ１、Ｇ４＝Ｇ３／Ｇ１、Ｂ４＝Ｂ３／Ｂ１を得る。これにより、切削液１１４を介して工具１１０を撮影した画像から切削液１１４による要素が取り除かれる。また、基準信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１の信号強度は、切削液１１４の流量、切削液の種類（透明度）等により変化し得る。そのため、切削液１１４単体の基準信号Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１の強度は、切削液供給ノズル１０８から吐出する切削液１１４の角度、吐出圧又は流量等をパラメータとした、切削液プロファイル推定部１２による流体解析によって推定してもよい。流体解析のパラメータとしてはさらに、切削液１１４の温度及び切削液１１４の温度に依拠する切削液１１４の粘度を用いてもよい。
【００２８】
次に、図４及び図５を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置１の制御フローの一例を説明する。図４は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置の制御処理の一例を示すフローチャートである。図５は、図４における工具位置確認処理の一例である工具位置確認サブルーチンを示すフローチャートである。
図４のフローチャートにおいて、まず、切削液１１４の供給が開始されるか否かを判断する（ステップＳ２）。切削液１１４の供給が開始されたか否かは、工作機械制御部１０２からの信号に基づいて判断される。この判断で、供給開始ではない（ＮＯ）と判別したときは、ステップＳ２の判断処理を繰り返す。つまり、使用者から供給開始の指示があるまで待機状態になっている。ステップＳ２の判断で、供給開始（ＹＥＳ）と判別したときは、次に、切削液プロファイル推定部１２が、切削液の流れ表面１１６のプロファイルを推定し、該プロファイルから流れ表面を画定する接線Ｌを推定する（ステップＳ４）。
【００２９】
次に、ステップＳ４で推定されたプロファイル及び工具１１０の切削開始位置情報に基づいて、光源選択部１４が適切な光源を選択する（ステップＳ６）。切削開始位置情報は、工作機械制御部１０２から、例えば、ｘ−ｙ−ｚ座標情報として送られる。
【００３０】
次に、光源制御部１６が、ステップＳ６で選択された適切な光源を点灯させる（ステップＳ８）。
【００３１】
次に、撮影制御部６が、光源制御部１６から適切な光源の点灯が完了した信号を受けると、撮影部４に工具１１０の撮影を開始させる（ステップＳ１０）。撮影部４によって撮影が開始されると、撮影された画像が画像処理部８に送られる（ステップＳ１２）。
【００３２】
次に、工具１１０によるワーク１１２の加工が開始されるか否かを判断する（ステップＳ１４）。加工開始は、工作機械制御部１０２からの加工開始信号を受信したか否かによって判断される。この判断で、加工開始ではない（ＮＯ）と判別したときは、ステップＳ１４の判断処理を繰り返す。ステップＳ１４の判断で、加工開始（ＹＥＳ）と判別したときは、次に、工具１１０の位置確認が行われる（ステップＳ１５）。
【００３３】
ステップＳ１５で行われる工具１１０の位置確認は、加工作業に伴い移動する工具１１０に対して、常に適切な光源を点灯させるために実施される。
図５の工具位置確認サブルーチンに示すように、工作機械制御部１０２からの工具１１０の位置情報に基づいて、光源選択部１４は、点灯選択されている光源が適切な光源か否か判断する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４の判断で適切な光源ではない（ＮＯ）と判別したときは、光源選択部１４は、既に推定されているプロファイルと、工作機械制御部１０２から伝達される工具１１０の位置情報とに基づいて、複数の光源１１の中から適切な光源を選択し（ステップＳ２６）、光源制御部１６により該光源を点灯して（ステップＳ２８）、本サブルーチンを終了する。このとき、以前に点灯していた光源は消灯される。ステップＳ２４で適切な光源が点灯している（ＹＥＳ）と判別した場合、そのまま本サブルーチンを終了する。メインルーチンに戻り、次に、工具１１０によるワーク１１２の加工が終了したか否かが判断される（ステップＳ１６）。
【００３４】
ステップＳ１６で加工が終了したか否かは、工作機械制御部１０２からの加工終了信号を受信したか否かで判断される。ステップＳ１６で加工が終了していない（ＮＯ）と判断した場合、ステップＳ１４からステップＳ１６が繰り返される。つまり、加工が終了するまで、常に適切な光源を選択して点灯する制御が行われる。ステップＳ１６で加工が終了した（ＹＥＳ）と判断した場合、撮影制御部６によって撮影部４の撮影が終了される（ステップＳ１８）。
【００３５】
次に、光源制御部１６によって、点灯させられていた適切な光源が消灯される（ステップＳ２０）。工作機械側では、切削液の供給が停止される。
【００３６】
以上のように構成された撮像装置１は、
切削液１１４が供給された状態の工具１１０を撮影する撮影部と、
前記工具１１０を異なる角度から照射する複数の光源１１と、
前記切削液１１４のノズル吐出角度、及び吐出圧または流量に基づいて、前記切削液の流れ表面１１６のプロファイルを推定する切削液プロファイル推定部１２と、
前記複数の光源１１の中から、前記流れ表面１１６に当たる領域で、照射光の光軸Ａの方向が前記流れ表面１１６に対して最も垂直に近くなる前記光源１０を選択する光源選択部１４と、を備え、
前記光源選択部１４で選択された前記光源１０から照射光が出射された状態で、前記撮影部が撮影を行うことを特徴とする。
【００３７】
（効果）
このように構成された撮像装置１は、切削液の流れ表面１１６のプロファイルを推定し、工具１１０を照射領域に含む光源であって、切削液の流れ表面１１６に対して光軸が最も垂直に近くなる適切な光源を選択して、該光源から光が出射された状態で工具１１０の撮影を行う。これにより、選択された適切な光源から出射された光が、切削液１１４を高い透過率で透過して工具１１０を照射するので、撮影部４により工具１１０の鮮明な画像を取得することができる。従って、加工中の工具１１０が不透明な切削液１１４で覆われていても、工具１１０を撮影することができる。よって、切削液が供給されている加工中の工具１１０を視認可能に撮影する撮像装置１を提供できる。
【００３８】
また、このように構成された撮像装置１は、撮影領域が異なる複数のカメラを備え、各カメラの撮影画像を繋ぎあわせて使用してもよい。これにより、各カメラの撮影範囲が工具１１０の加工中の全移動範囲よりも狭くても、工具１１０の加工中の全移動領域を撮影することができる。
【００３９】
また、このように構成された撮像装置１は、撮影部４により撮影された連続する複数の画像を積算し、不連続及び／又は不規則な被撮像要素を取り除いている。これにより、例えば、切削液１１４のスプラッシュ等、不連続及び／又は不規則に存在位置が変化する被撮像要素を画像から取り除くことができる。
【００４０】
また、このように構成された撮像装置１は、撮影部４により撮影された画像の信号を、切削液１１４単体を撮影して得られた基準信号により補正する。これにより、切削液１１４を介して工具１１０を撮影した画像から切削液１１４の除去補正が行われ、補正前の画像より工具１１０が明示された画像を得ることができる。
【００４１】
２．第２実施形態
次に、図６及び図７を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る撮像装置２０１を説明する。図６は、工作機械に設置された本発明の第２実施形態に係る撮像装置２０１の概略構成を示すブロック図である。図７は、切削液１１４が供給されている状態でワーク１１２を機械加工している工具１１０を撮影する、本発明の第２実施形態に係る撮像装置２０１、及び、該撮像装置２０１が設置された工作機械１００の加工領域の模式的斜視図である。
第２実施形態に係る撮像装置２０１は、１つの光源２１０を備え、光源２１０を移動及び回転させるアクチュエータ１８及び回転部２１０ａを備えている点で第１施形態に係る撮像装置１と異なる。アクチュエータ１８及び回転部２１０ａは、光源制御部２１６によって制御される。それゆえ、図６及び図７において、第１実施形態に係る撮像装置１に用いる部材と同一の部材には、同一符号を付す。また、以下には、第１実施形態に係る撮像装置１と異なる点である光源２１０、アクチュエータ１８、光源位置選択部２１４、光源制御部２１６及び、撮像装置２０１の制御フローについて詳細を説明する。
【００４２】
（光源）
第２実施形態に係る撮像装置２０１は、１つの光源２１０を備える。
光源２１０は、例えば、工作機械１００に取り付けられたレール１１８上に配置されており、工作機械１００内の所定の範囲を自在に移動する。所定の範囲を自在に移動可能な光源２１０はさらに、光軸Ａの延在方向を変える回転部２１０ａを備える。光源２１０は、加工中の工具１１０、特に工具１１０の刃先の移動範囲を照射する。光源２１０はさらに、切削液供給ノズル１０８から出射される切削液１１４が飛散する範囲外を移動する。つまり、光源２１０は、切削液供給ノズル１０８から切削液１１４が放出されているとき、切削液１１４を介して、加工中の工具１１０に異なる角度から光を照射する。
光源２１０は、例えばＬＥＤやＬＤを用いることができる。
【００４３】
（アクチュエータ）
アクチュエータ１８は、光源２１０を所定の範囲内（例えば、レール１１８の一端から他端の間）で移動させる。アクチュエータ１８は、光源制御部２１６によって駆動制御される。アクチュエータ１８として、例えば、電動モータ、電動シリンダ、油（空）圧モータ、油（空）圧シリンダ等を用いることができる。
回転部２１０ａも、光源制御部２１６によって駆動制御される。回転部２１０ａにも、光源２１０を回転させる電動モータ、油（空）圧モータ等が備えられている。
【００４４】
（光源位置選択部）
光源位置選択部２１４は、切削液プロファイル推定部１２により推定された切削液の流れ表面１１６のプロファイルと、工作機械制御部１０２から伝達される工具１１０の位置情報とに基づいて、光源２１０の「適切な配置」を選択する。工具１１０の位置情報は、例えば、工具１１０の刃先のｘ−ｙ−ｚ座標位置である。
【００４５】
ここで、「適切な配置」について説明する。
まず、既に説明したように、切削液１１４を供給されている加工中の工具１１０を鮮明に撮影するためには、工具１１０を照射領域に含む光源であって、切削液の流れ表面１１６に対して光軸Ａが垂直である光源を用いて、工具１１０を撮影することが望ましい。
しかしながら、流れ表面１１６は、複雑な形状であり、かつ、光源２１０の移動範囲及び回転部２１０ａの回転範囲は、光源２１０及び回転部２１０ａの設置空間の寸法、構造設計上の理由等から制限される。そのため、光源２１０の移動及び回転による照射可能な範囲に、工具１１０を照射領域に含み、かつ、切削液の流れ表面１１６に対して光軸Ａが垂直になる配置状態が含まれる場合は、切削液の流れ表面１１６に対して垂直に光を入射させて工具１１０を照射する位置に光源２１０を配置することができる。一方、光源２１０の移動及び回転による照射可能な範囲に、工具１１０を照射領域に含み、かつ、切削液の流れ表面１１６に対して光軸Ａが垂直になる配置状態が含まれない場合は、切削液の流れ表面１１６に対して垂直に光を入射させて工具１１０を照射する位置に光源２１０を配置することができない。以上のことから、本実施形態では、「適切な配置」を、工具１１０を照射領域に含む配置であって、切削液の流れ表面１１６に対して光軸Ａが最も垂直に近くなる配置（光源２１０の位置及び照射方向）と定義する。
【００４６】
光源位置選択部２１４は、切削液プロファイル推定部１２により推定されたプロファイルと、工作機械制御部１０２から伝達される工具１１０の位置情報とに基づいて、以上のように定義された、光源２１０の「適切な配置」を選択する。
【００４７】
（光源制御部）
光源制御部２１６は、光源位置選択部２１４により選出された「適切な配置」に光源２１０を移動させる。工具１１０の位置が加工に伴い移動する、光源２１０の「適切な配置」も変わり得る。そのため、光源制御部２１６は、工具１１０の移動に伴い変更される「適切な配置」に応じて、光源２１０を移動させる。
【００４８】
次に、図８及び図９を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置２０１の作動フローの一例を説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係る撮像装置の制御処理の一例を示すフローチャートである。図９は、図８における工具位置確認処理の一例である工具位置確認サブルーチンを示すフローチャートである。
図８のフローチャートにおいて、まず、切削液１１４の供給が開始されるか否かを判断する（ステップＳ２０２）。切削液１１４の供給が開始されたか否かは、工作機械制御部１０２からの信号に基づいて判断される。この判断で、供給開始ではない（ＮＯ）と判別したときは、ステップＳ２０２の判断処理を繰り返す。つまり、使用者から供給開始の指示があるまで待機状態になっている。ステップＳ２０２の判断で、供給開始（ＹＥＳ）と判別したときは、次に、切削液プロファイル推定部１２が、切削液の流れ表面１１６のプロファイルを推定し、該プロファイルから流れ表面１１６を画定する接線Ｌを推定する（ステップＳ２０４）。
【００４９】
次に、ステップＳ２０４で推定されたプロファイル及び工具１１０の切削開始位置情報に基づいて、光源位置選択部２１４が光源２１０の適切な配置（光源２１０の位置及び照射方向）を決定する（ステップＳ２０６）。切削開始位置情報は、工作機械制御部１０２から、例えば、ｘ−ｙ−ｚ座標情報として送られる。
【００５０】
次に、光源制御部２１６が、アクチュエータ１８及び回転部２１０ａを制御して、ステップＳ２０６で決定された適切な配置に光源２１０を移動させ、光源２１０を点灯させる（ステップＳ２０８）。
【００５１】
次に、撮影制御部６が、光源制御部２１６から光源２１０が適切な配置に配置され、点灯が完了した信号を受けると、撮影部４に工具１１０の撮影を開始させる（ステップＳ２１０）。撮影部４によって撮影が開始されると、撮影された画像が画像処理部８に送られる（ステップＳ２１２）。
【００５２】
次に、工具１１０によるワーク１１２の加工が開始されるか否かを判断する（ステップＳ２１４）。加工開始は、工作機械制御部１０２からの加工開始信号を受信したか否かによって判断される。この判断で、加工開始ではない（ＮＯ）と判別したときは、ステップＳ２１４の判断処理を繰り返す。ステップＳ２１４の判断で、加工開始（ＹＥＳ）と判別したときは、次に、工具１１０の位置確認が行われる（ステップＳ２１５）。
【００５３】
ステップＳ１５で行われる工具１１０の位置確認は、加工作業に伴い移動する工具１１０に応じて、光源２１０を常に適切な配置に配置させるために実施される。
図９の工具位置確認サブルーチンに示すように、工作機械制御部１０２からの工具１１０の位置情報に基づいて、光源位置選択部２１４は、光源２１０が適切な配置に配置されているか否か判断する（ステップＳ２２４）。ステップＳ２２４の判断で適切な配置ではない（ＮＯ）と判別したときは、光源位置選択部２１４は、既に推定されているプロファイルと、工作機械制御部１０２から伝達される工具１１０の位置情報とに基づいて、光源２１０の適切な配置を決定し（ステップＳ２２６）、光源制御部２１６により該配置に光源２１０を移動して（ステップＳ２２８）、本サブルーチンを終了する。ステップＳ２２４で光源２１０が適切な配置に配置されている（ＹＥＳ）と判別した場合、そのまま本サブルーチンを終了する。メインルーチンに戻り、次に、工具１１０によるワーク１１２の加工が終了したか否かが判断される（ステップＳ２１６）。
【００５４】
ステップＳ２１６で加工が終了されたか否かは、工作機械制御部１０２からの加工終了信号を受信したか否かによって判断される。ステップＳ２１６で加工が終了していない（ＮＯ）と判断した場合、ステップＳ２１４からステップＳ２１６が繰り返される。つまり、加工が終了するまで、常に適切な光源を選択して点灯する制御が行われる。ステップＳ２１６で加工が終了した（ＹＥＳ）と判断した場合、撮影制御部６によって撮影部４の撮影が終了される（ステップＳ２１８）。工作機械側では、切削液の供給が停止される。
【００５５】
次に、光源制御部２１６によって、光源２１０が消灯される（ステップＳ２２０）。
【００５６】
（効果）
このように構成された撮像装置２０１は、切削液の流れ表面１１６のプロファイルを推定し、工具１１０を照射領域に含む光源２１０の配置であって、切削液の流れ表面１１６に対して光軸Ａが最も垂直に近くなる適切な配置を選択して、該適切な配置に配置された光源２１０から光が出射された状態で工具１１０の撮影を行う。これにより、適切な配置にある光源２１０から出射された光が、切削液１１４を高い透過率で透過して工具１１０を照射するので、撮影部４により工具１１０の鮮明な画像を取得することができる。従って、加工中の工具１１０が不透明な切削液１１４で覆われていても、該工具１１０を撮影することができる。よって、切削液が供給されている加工中の工具１１０を視認可能に撮影する撮像装置２０１を提供できる。
【００５７】
また、このように構成された撮像装置２０１は、光源２１０は、工作機械１００内で移動及び回転自在に設置されている。これにより、光源２１０は、移動及び回転可能な範囲内で、わずかな移動及び回転が可能になり、切削液の流れ表面１１６に対する光軸Ａの角度の微調整が可能になる。つまり、本実施形態に係る撮像装置２０１は、切削液の流れ表面１１６に対して限り無く垂直に近くなる光源の配置の設定を実現し得る。従って、撮像装置２０１は、切削液１１４を介して撮影された、機械加工中の工具１１０の鮮明な画像を取得することができる。
【００５８】
（変形例）
上記の実施形態では、撮影部４のカメラは固定して配置されていたがこれに限られるものではない。例えば、工具１１０の移動に伴い、カメラを移動させてもよい。これにより、カメラの撮影範囲が工具１１０の移動範囲より狭い場合でも、１台のカメラで工具１１０を撮影し続けることが可能になる。
【００５９】
また、複数の光源１１を構成する各光源１０及び光源２１０から出射される光はパルス状の光であってもよい。さらに、パルス光の出射タイミングと撮影部４の撮影タイミングとは一致させられていてもよい。これにより、瞬間的な強い光を利用して工具１１０の撮影をすることができるので、工具１１０をより鮮明に示す画像を得ることができる。
【００６０】
また、上記の実施形態では、切削液プロファイル推定部１２による切削液の流れ表面１１６のプロファイルの推定は、流体解析を用いたが、これに限られるものではない。例えば、以下のような機械学習装置４００を用いて切削液の流れ表面１１６のプロファイルを推定することもできる。なお、以下の説明において、実施形態１及び実施形態２に用いられる構成要素と実質同一の構成要素には、実施形態１及び実施形態２で使用された符号と同一の符号を付している。
【００６１】
（機械学習装置）
機械学習装置４００は、機械加工時の工作機械１００の周囲環境データＡ１、及び、使用者によって選択された切削液に関するデータＡ２、使用者によって選択された切削液供給ノズルに関するデータＡ３を変数Ａとして取得する入力データ部４０２と、撮影部４によって撮影された、加工中の工具１１０を覆う切削液の流れ表面１１６のプロファイルデータＢを有する学習部４０４とを備える。
【００６２】
周囲環境データＡ１は、例えば、工作機械１００に、又は、工作機械１００の近傍に取り付けられた温度センサ及び湿度センサにより取得される温度、湿度である。
切削液に関するデータＡ２は、例えば、切削液１１４の粘度、吐出圧（又は流量）である。
切削液供給ノズルに関するデータＡ３は、例えば、ノズル１０８の吐出角度である。
切削液の流れ表面のプロファイルデータＢは、撮影部４によって撮影された、加工中の工具１１０に供給される切削液１１４の画像データを流体解析して得ることができる。
【００６３】
（学習フェーズ）
学習部４０４は、機械学習と称される任意のアルゴリズムに従って、切削液の流れ表面１１６のプロファイルデータＢと入力データ部４０２が取得した変数Ａとを用いて、変数Ａの変化による切削液の流れ表面１１６のプロファイルの変化との関係を学習する。
【００６４】
このような学習フェーズを経た機械学習装置４００は、変数Ａが入力されると、切削液の流れ表面１１６のプロファイルを出力する。
【００６５】
（利用フェーズ）
撮像装置３０１は、上記の学習フェーズを経た機械学習装置４００を備え、機械学習装置４００の出力データ（切削液の流れ表面１１６のプロファイル）に基づいて、切削液プロファイル推定部３１２に切削液の流れ表面１１６を画定する接線Ｌを推定させるように構成される。また、撮像装置３０１は、加工を実施する時の変数Ａ及び切削液の流れ表面１１６のプロファイルデータＢを用いて、機械学習装置４００の利用と同時に学習部４０４に学習を実施させてもよい。
【００６６】
（効果）
このように構成された撮像装置３０１は、加工中の切削液の流れ表面１１６のプロファイルを、加工時の実際の温度、湿度等の周囲環境に応じて推定することができるので、流体解析による流れ表面１１６のプロファイルよりも高い精度のプロファイルを取得することができる。その結果、撮像装置３０１は、切削液１１４を介して撮影された、加工中の工具１１０の鮮明な画像を取得することができる。また、撮像装置３０１は、機械学習装置４００の利用と同時に学習部４０４に学習を実施させることで、学習部４０４の出力データの精度の向上を図ることができる。
【００６７】
本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。
【符号の説明】
【００６８】
１、２０１  撮像装置
２、２０２  制御部
４  撮影部
６  撮影制御部
８  画像処理部
１０  光源
１１  複数の光源
１２  切削液プロファイル推定部
１４、  光源選択部
１６、２１６  光源制御部
１８  アクチュエータ
１００  工作機械
１０２  工作機械制御部
１０４  基台
１０６  工具主軸
１０８  切削液供給ノズル
１１０  工具
１１２  ワーク
１１４  切削液
１１６  切削液の流れ表面
１１８  レール
２１０  光源
２１０ａ  回転部
２１４  光源位置選択部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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