(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像する撮像手段と、
上記撮像手段は被写体として切削工具を撮像し、上記切削工具における任意の基準位置から切削線交点位置までの突出量について、上記撮像手段の画像データに基づく現在データ及びその直前データを照合する照合手段と、
上記照合手段の照合結果に基づき上記切削工具への異物の有無を判断すると共に、上記異物あり判断直後の加工処理後における現在データ及びその直前データの照合結果に基づき上記異物が上記加工処理時に取除かれる狭義の異物または上記加工処理時に取除かれない溶着物かを判断する判断手段と、
上記判断手段の判断結果に基づき加工処理の続行または停止を制御する制御手段と、
を備える切削機械。
【請求項２】
請求項１に記載の切削機械において、演算手段は、上記異物あり判断直後の加工処理後に撮像して画像処理で演算される上記切削工具の突出量に基づいて、その加工処理直前に撮像して画像処理で演算される上記切削工具の突出量と比較演算する切削機械。
【請求項３】
被写体として切削工具を撮像することにより、上記切削工具における任意の基準位置から切削線交点位置までの突出量について撮像した画像データに基づく現在データ及びその直前データを照合し、
この照合結果に基づき上記切削工具への異物の有無を判断すると共に、上記異物あり判断直後の加工処理後における現在データ及びその直前データの照合結果に基づき上記異物が上記加工処理時に取除かれる狭義の異物または上記加工処理時に取除かれない溶着物かを判断し、この判断結果に基づき加工処理の続行または停止を制御する切削機械の加工処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体たとえば切削工具を画像認識しその変形（溶着し膨張するなどを含む概念）に基づく加工処理を制御する切削機械およびその加工処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、加工熱や環境の温度変化によっても計測誤差が生じなく、しかも工具の刃先形状や磨耗量、加工物の寸法などをも計測することができる刃先位置計測装置が開示されている。具体的には、数値制御の基準となる加工基準点に対して位置決めされた計測基準面が基準ピースに形成され、計測基準面と工具の刃先との輪郭がカメラによって捕らえられる。捕らえられた輪郭は電気的な画像情報として画像メモリに記憶され、相対位置演算回路は画像情報に基づいて加工基準点および刃先間の相対距離を演算する。即ち、特許文献１では、熱などによる部位の変位の影響を受けずに相対位置を計測できる。
【０００３】
そして、特許文献１の一実施例において、数値制御装置には加工基準点と工具の刃先との間でそれらの相対距離を計測する刃先位置計測装置が設けられている。この刃先位置計測装置は、加工基準点に対する相対位置が予め決められている計測基準面を持つ基準ピースと、計測基準面および刃先の輪郭を画像として捕らえるカメラと、メインプロセッサとを備える。基準ピースは、主軸のチャックに保持される（段落番号「００１５」および図１参照）。
【０００４】
また、特許文献２には、受光手段により受光された工具に係る平行光線の幅を測定し、工具の回転角と測定値との関係から工具の外形形状を求めるものである（要約参照）。そして、特許文献２では、工具に係る平行光線の幅を測定し、工具の回転角と測定値との関係から工具の外形形状を求めるので、変形箇所の特定や変形の程度の検出が可能である。なお、特許文献２では、工具の外形形状を容易に求めることができるので、作業時間も短時間ですみ、自動化も可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２５３９７９号公報
【特許文献２】特開平４−２３２４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
切削機械では、切粉等の異物が、切削工具に付着することがある。この異物の中には、切削時（加工処理時と同義）に例えばクーラント液の流動または切削時の摩擦力などによって取除かれる異物（以下、「狭義の異物」ともいう）と，溶着し膨張する場合（この膨張する異物を「溶着物」ともいう）がある。即ち、この溶着物は、切削工具のすくい面に溶着するので、切削時にも取除かれない。
【０００７】
狭義の異物として、図１６に示すような例えば２μｍ程度（図１６では「△Ｄ１」と記する）の異物が、切削工具に溶着すること無く、クーラント液などによって取除かれる。この場合、異物の先端の位置を切削線と誤認し（図１６では「誤認される切削線」と記する）、切削工具の本来あるべき切削線（図１６では「本来の切削線」と記する）を無視する。即ち、切削時に取除かれる狭義の異物では、その異物を含む切削工具の形状に基づく画像処理で「誤認される切削線」を認識するので、被加工物であるワークを△Ｄ１×２の差分をもって加工する。例えば、切削機械における内径加工では、その内径が差分２×△Ｄ１径小に加工される。
【０００８】
一方、切削時に例えばクーラント液などによっても取除かれない溶着物たとえば△Ｄ１と同様な溶着物の場合、ワークの切削面が粗くなったり又は寸法が変わるので、このような溶着物を出来る限り早期に検出し除去する必要がある。即ち、上述した溶着物では、切削加工に支障が生じるので、切削機械を直ちに停止させる必要がある。ここで、図１５に示す切削線はＸ方向の切削線を示す他に、Ｚ方向（Ｘ方向切削線に対する９０度方向の）切削線も、図示する。
【０００９】
特許文献１または特許文献２において、変形箇所の特定や変形の程度の検出をし得るが、狭義の異物または溶着物の有無を画像認識する方法が開示されていないので、切削に支障があるか否かを検出し得ない。特に、特許文献２では、光センサ又はカメラ等で認識する際、その方向によっては溶着物か否かを認識できない場合がある。
【００１０】
本発明は、切削工具に付着する異物の種類を認識して円滑且つ効率良く加工処理し得る切削機械およびその加工処理方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る切削機械は、被写体を撮像する撮像手段と、上記撮像手段は被写体として切削工具を撮像し、上記切削工具における任意の基準位置から切削線交点位置までの突出量について、上記撮像手段の画像データに基づく現在データ及びその直前データを照合する照合手段と、上記照合手段の照合結果に基づき上記切削工具への異物の有無を判断すると共に、上記異物あり判断直後後の加工処理における現在データ及びその直前データの照合結果に基づき上記異物が上記加工処理時に取除かれる狭義の異物または上記加工処理時に取除かれない溶着物かを判断する判断手段と、上記判断手段の判断結果に基づき加工処理の続行または停止を制御する制御手段と、を備える。
【００１２】
この場合、演算手段が上記異物あり判断直後の加工処理後に撮像して画像処理で演算される上記切削工具の突出量に基づいて、その加工処理直前に撮像して画像処理で演算される上記切削工具の突出量と比較演算するようにしても良い。ここで、Ｘ方向切削線またはＺ方向切削線（単に、切削線ともいう）は，バイトの輪郭曲線（チップ先端曲線）の接線となる重要な位置を求めるものである。また、切削線交点位置は、Ｘ方向切削線およびＺ方向切削線が交差する切削線の交点位置である。更に、異物（広義の異物と同義）は、加工処理時に取除かれる狭義の異物または加工処理時に取除かれない溶着物の両者を含む。
【００１３】
そして、上記切削工具を撮像する際には、上記撮像手段の位置誤差を測定するためワーク保持用のチャックに配置される基準ゲージと、上記基準ゲージの熱変位量の基準となり且つ上記チャックに一端が固定され自由端が上記基準ゲージに対応するように配置される基準体とを対応させ、対応する上記基準ゲージ及び上記基準体の上記自由端を上記撮像手段の被写体として上記撮像手段における同一の撮像領域内に撮像させても良い。また、照合手段は、記録手段に予め記録されている上記突出量についての直前データを、上記突出量についての現在データと照合させるようにしても良い。
【００１４】
また、本発明に係る切削機械の加工処理方法は、被写体として切削工具を撮像することにより、上記切削工具における任意の基準位置から切削線交点位置までの突出量について撮像した画像データに基づく現在データ及びその直前データを照合し、この照合結果に基づき上記切削工具への異物の有無を判断すると共に、上記異物あり判断直後の加工処理後における現在データ及びその直前データの照合結果に基づき上記異物が上記加工処理時に取除かれる狭義の異物または上記加工処理時に取除かれない溶着物かを判断し、この判断結果に基づき加工処理の続行または停止を制御する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る切削機械およびその加工処理方法では、上述した照合結果に基づき切削工具へ付着した異物の有無を判断すると共に、異物あり判断直後の加工処理後における現在データ及びその直前データの照合結果に基づき異物が狭義の異物または溶着物かを判断するので、この判断結果に基づき制御手段が加工処理の続行または停止を制御する。即ち、狭義の異物の場合、加工処理時に取除かれるので、制御手段は加工処理を続行する。一方、溶着物の場合、加工処理時に取除かれないので、制御手段は加工処理を停止させる。
【００１６】
本発明に係る切削機械およびその加工処理方法において、異物を検出した後に、加工処理し再度の画像処理をするので、上述した突出量の比較値で比較すれば狭義の異物または溶着物を明確に区別し得る。即ち、本発明に係る切削機械およびその加工処理方法によれば、切削工具に広義の異物が付着しても、その付着毎に切削機械の運転を停止させ手作業で切削工具を清掃する手間を省けると共に、例えば異物除去用のブラッシング装置などを不要できる。従って、本発明に係る切削機械およびその加工処理方法によれば、狭義の異物または溶着物を識別し得るので、円滑かつ効率良く切削機械の運転を続行できる。
【００１７】
本発明に係る切削機械において、演算手段が異物あり判断直後の加工処理後に撮像して画像処理で演算される上記切削工具の突出量に基づいて、その加工処理直前に撮像して画像処理で演算される上記切削工具の突出量と比較演算する場合、磨耗あるいは熱変位とは別に、判断手段は狭義の異物が付着していないものとして所謂みなし加工処理する。そのため、本発明に係る切削機械によれば、狭義の異物がみなし加工処理時に取除かれるので、許容範囲内の加工品を製造し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る実施例１の単軸タイプのターレット旋盤を示す正面図である。
【図２】図１に示すターレット旋盤の主要部を示す側面図である。
【図３】図２に示す撮像装置に関する図であり、（Ａ）はその撮像装置の端面図、（Ｂ）はそのシャッターの平面図である。
【図４】図３（Ａ）に示す撮像装置が隔壁に配置されている状態を示す端面図である。
【図５】図３に示すカメラでバイトまたは基準ゲージとインバー体とをカメラ視野に収めて撮像する時の位置関係を説明する図である。
【図６】図１に示すターレット旋盤のブロック図である。
【図７】図５に示すターレット旋盤におけるＮＣテーブルの循環ベクトルを求める際の説明図である。
【図８】他のターレット旋盤におけるＮＣテーブルの循環ベクトルを求める際の説明図である。
【図９】図１に示すターレット旋盤に係るバイト画像処理モードに関するフローチャート図である。
【図１０】切削工具における任意の基準位置で切削線交点位置を求める際の説明図である。
【図１１】刃先全体の全体テンプレートを示す図である。
【図１２】刃先の先端部分を除いた部分テンプレートを示す図である。
【図１３】孔マーク付き切削工具を示す図である。
【図１４】孔マーク付き切削工具における切削線交点位置を求める際の説明図である。
【図１５】切削工具に異物が付着した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について、具体化した一実施例およびその変形例を併せて説明する。
【実施例１】
【００２０】
以下、図１乃至図１４に基づいて、本発明の一実施形態である切削機械およびその加工処理方法について説明する。なお、実施例１の切削機械であるＮＣ旋盤は、単軸タイプのターレット旋盤（以下、単に旋盤という）Ｓとして説明する。
【００２１】
（旋盤Ｓの概略構成）
図１に示すように、旋盤Ｓ内には、軸線がＺ軸方向（水平方向）と平行になるように固定された主軸台１０と、Ｚ軸方向に平行な方向及びＺ軸方向と直交し垂直方向に対し６０度後方に傾斜したＸ軸方向に平行な方向に移動可能なターレット装置２０とが対向するように配置されている。主軸台１０には、主軸１１がＺ軸方向と平行な軸線の回りに回転可能に支持されている。主軸１１は、図示しない主軸駆動モータによって回転駆動されるようになっている。主軸１１のターレット装置２０側の先端部には、被加工物であるワークＷを把持するチャック１２が取り付けられている。このような構成の主軸台１０及び主軸駆動モータは、ベッド１３上に配置されている。
【００２２】
ターレット装置２０には、取付台であるターレット刃物台（以下、単に刃物台という）２１がＺ軸方向と平行な軸線の回りに回転割出し可能に設けられている。刃物台２１上には、複数の切削工具２５，２６（図５参照）が円周上等角度間隔に取り付けられている。また、刃物台２１の所定位置（切削工具の装着位置の一つ）には、図示しないターレットゲージ（具体的な構成は、特願２００９−３８１８５号の明細書を参照）が配置されている。このような構成のターレット装置２０は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向へスライド可能に配置されている。なお、ターレット装置２０は、図６に示すＮＣテーブル５０のＮＣモータ５２によってボールねじ機構（図示省略）を介して移動する。即ち、ターレット装置２０は、固定配置された主軸台１０に対して移動する。一方、刃物台２１は、図６に示すターレットモータ５４によって回転駆動する。
【００２３】
図１に示すように、旋盤Ｓ内には、主軸台１０とターレット装置２０を覆うカバー１４が設けられ、カバー１４内には、主軸台１０側とターレット装置２０側と仕切る隔壁１５が設けられている。この隔壁１５は、刃物台２１上の図５に示す切削工具２５，２６によってチャック１２に把持されたワークＷの外周または端面などを切削加工する際に、飛散する切削粉や切削液などが主軸台１０などに付着しないようにするために設けられている。即ち、この隔壁１５で仕切られた主軸台１０側が隔離ゾーンＳ１となっており、ターレット装置２０側が加工ゾーンＳ２となっている。
【００２４】
主軸１１は隔壁１５に設けられた孔から加工ゾーンＳ２側に突き出され、その主軸１１の先端にチャック１２が取り付けられている。図２及び図５に示すように、チャック１２の外周から若干突出するように配置される基準ゲージ１８は、後述する撮像装置２７の位置誤差を測定するものであり、内径加工バイト２５と外径加工バイト２６の両方に共通して使用する。この基準ゲージ１８は、切粉などによる磨耗を防止するため、熱処理済みの鋼で成形される。なお、基準ゲージ１８はチャック１２の外周面からの突出量が小さいので、チャック１２が回転する際の基準ゲージ１８の回転範囲が少ない。また、基準ゲージ１８をチャック１２に固定しているので、撮像する際の位置合わせが容易となる。
【００２５】
（撮像装置２７に関する構成）
図１及び図２に示すように、旋盤Ｓ内には、撮像装置２７が隔離ゾーンＳ１と加工ゾーンＳ２との間をスライド可能に配置されている（図４参照）。この撮像装置２７は、被写体となる切削工具（以下、バイトともいう）２５，２６の例えば図５に示すチップ２５Ａ，２６Ａ（バイト等のチップでない切削工具のときは刃先）などを撮像する。即ち、撮像装置２７は、チップ２５Ａ，２６Ａなどを撮像する際には加工ゾーンＳ２側へスライドし、撮像が終了すると隔離ゾーンＳ１側へスライドする。なお、撮像装置２７で撮像した画像データは、図６に示すＣＰＵ６０へ出力するように構成されている。そして、ＣＰＵ６０は、チップ２５Ａ，２６Ａの変位などを照合・演算し、それらの結果に基づいて切削工具の加工位置を補正したり、加工処理を制御する。
【００２６】
図３（Ａ）に示すように、撮像装置２７の筐体２７Ａは撮像スペース（レンズ室ともいう）２８Ａ及び防塵スペース（シャッタ室ともいう）２８Ｂに区画されている。具体的には、角筒状の筐体２７Ａのレンズ室２８Ａには、例えば５００万画素のカメラ（撮像素子であるＣＣＤ３０Ａを含む）３０と，撮像レンズ体２９と，フルミラー３１Ａと，ハーフミラー３１Ｂとが収納されている。
このハーフミラー３１Ｂは、撮像レンズ体２９及びフルミラー３１Ａの間に配置されており、入射する被写体光を一部反射し一部投下するミラーである。
【００２７】
上述したフルミラー３１Ａとハーフミラー３１Ｂは、それぞれの撮像光学系のカメラ視野が同一サイズとなるように配設している。即ち、それぞれの被写体を交互に撮像できるように、フルミラー３１Ａ及びハーフミラー３１Ｂは配設されている。例えばフルミラー３１Ａで図３（Ａ）の２点鎖線に示す被写体（チップ）２３Ａを撮像する際にはハーフミラー３１Ｂの光路を遮断し、ハーフミラー３１Ｂで被写体（チップ）２４Ａを撮像する際にはフルミラー３１Ａの光路を遮断するように構成している。
【００２８】
従って、カメラ３０の撮像レンズ体２９と２つの被写体（例えばバイト２３，２４など）との間の光路を一対のミラー３１Ａ及び３１Ｂでそれぞれ直角に屈曲させ、１つの視野領域（撮像領域と同義）の範囲で被写体を撮像する。そして、図３に示すように、１つの視野領域で例えばバイト２３のチップ２３Ａを先ず撮像し、且つ上記撮像後に１つの視野領域でバイト２４のチップ２４Ａを引続き撮像する。なお、視野領域は、５００万画素のカメラを用いた場合において、短辺は１７ｍｍ（２０００画素）、長辺は２１．５ｍｍ（２５００画素）となっている。
【００２９】
レンズ室２８Ａ及びシャッター室２８Ｂの間には、焦点合わせレンズ３３がフルミラー３１Ａに対応する光路上に、透明の防護ガラス３４がハーフミラー３１Ｂに対応する光路上にそれぞれ配置されている。ここで、焦点合わせレンズ３３は、２系列の焦点距離ＬＡ（例えば１００ｍｍ）を合わせるものである。なお、撮像スペースは、常時所定気圧たとえば＋０．０５ＭＰａに保持されている。
【００３０】
また、レンズ室２８Ａ及びシャッター室２８Ｂの間には孔２７Ｂが形成されており、この孔２７Ｂからシャッター室２８Ｂへ圧縮空気（以下、エアーともいう）が送られる。即ち、常時シャッター室２８Ｂは、レンズ室２８Ａよりも低い加圧状態たとえば＋０．１１ＭＰａに加圧されている。従って、シャッター室２８Ｂが加圧されているので、クーラント液または切粉などが、シャッター室２８Ｂへ流入するのを防止する。なお、レンズ室２８Ａには図示しないエアー接続口が配置されており、このエアー接続口およびコンプレッサ（図示省略）の間はコンプレッサで生成されるエアーを供給するエアー通路となっている。そして、エアーをレンズ室２８Ａへ常に噴出し続ける。
【００３１】
シャッター室２８Ｂの焦点合わせレンズ３３及び防護ガラス３４に対向する部位には、開口２７Ｃ及び２７Ｄがそれぞれ形成されている。切換手段であるシャッター３８及び３９は、筐体２７Ａとその支持片２７Ｅ間にスライド可能に配置されており、開口２７Ｃまたは２７Ｄを開閉する。即ち、上述した光路を遮断するシャッター３８または３９は、上述したエアー通路のエアーを用いて、スライドするように構成されている。また、支持片２７Ｅには、開口２７Ｆ及び２７Ｇが、開口２７Ｃ及び２７Ｄに対向するように形成されている。
【００３２】
図３（Ｂ）に示すように、シャッター３８はその平面形状が帯状となっており、シャッター３９はその平面形状が略Ｌ字状となっている。そして、シャッター３８及び３９は、開口２７Ｇ及び２７Ｆに対向するように移動し、開口２７Ｃ及び２７Ｄを開閉する。即ち、シャッター３８及び３９は、それぞれの光路を開放し、図３に示す被写体となる切削工具２４のチップ２４Ａ（図面では２点鎖線で示す）をカメラ３０で撮像する。
【００３３】
シャッター３８及び３９は、クーラント液または切粉などがシャッター室２８Ｂへ流入するのを防止するために、閉止している。また、シャッター３８及び３９は、常には閉止しており、且つ同時に光路を開放しない。図１及び図２に示すように、撮像装置２７の各ミラー３１Ａ及び３１Ｂ（図３参照）に対向する光路上の位置には、照明用の光源４３及び４４がそれぞれ配置されている。これらの光源４３及び４４は、例えば発光ＬＥＤなどで構成されている。
【００３４】
（撮像装置２７のスライド機構に関する概略構成）
図１及び図４に示すように、撮像装置２７は、隔壁１５の所定箇所に配置されており、図示しないスライド機構（例えばエアー通路のエアーで作動するシリンダ等）が連結されている。そのため、上述したように撮像装置２７は、隔離ゾーンＳ１と加工ゾーンＳ２との間をスライドし、切削加工直前には加工ゾーンＳ２から隔離ゾーンＳ１へ後退する。撮像装置２７を後退させる理由は、切削加工のターレット装置２０に搭載するバイト等との干渉を防止すると共に、撮像装置２７が切削作業中における作業者の視覚障害を回避し作業性を向上させるためである。
【００３５】
また、図４に示すように、撮像装置２７と隔壁１５との間には、合成樹脂製（例えばウレタンゴム製）のシールカバー４０が配置されている。即ち、撮像装置２７は、シールカバー４０に嵌め込まれる状態で保持されている。このシールカバー４０には、スライド時の撮像装置２７が加工ゾーン内の切粉を挟んだりするのを防止すると共に、クーラント液が隔離ゾーンＳ１内へ滲み込むのを防止するものである。更に、撮像装置２７の回りを囲うような導口４０Ａが開口されている。そして、エアーは図示しないエアー通路から導口４０Ａへ送出し（図４の矢印参照）、撮像装置２７とシールカバー４０との隙間からエアーが吹き出るようになっている（図４の太線矢印参照）。
【００３６】
（チャックに関する概略構成）
図５に示すように、チャック１２の外周側には、基準体であるインバー体４７が、上述した基準ゲージ１８に対向するように配置されている。即ち、インバー体４７の先端４７Ａと基準ゲージ１８とバイト２６のチップ２６Ａとが、撮像装置２７の視野領域に収めて撮像（一望視と同義）できるように、インバー体４７及び基準ゲージ１８並びにバイト２６が配置される。なお、バイト２６は、チップ検出時に撮像装置２７の一望視Ａエリア（図中では「Ａ枠」という）または一望視Ｂエリア（図中では「Ｂ枠」という）内の所定位置に移動するように予め設定されている。
【００３７】
インバー体４７は、旋盤Ｓ（図１参照）を構成する熱処理済み鋼と比較して熱膨張率が小さい材料（例えば不変鋼であるインバー又は熱膨張率が鉄の２倍であるアルミニウム等）を用いて、例えば角柱状に形成している。そして、インバー体４７は、その一端を図示しない締結部材（ボルトなど）で固定している。そのため、飛び出し防止用のストッパ（図示省略）は、インバー体４７の自由端４７Ａ側にインバー体４７と若干離間した状態で配置されている。なお、振動防止用のカウンタウエイト７２は、インバー体４７の配置場所の反対側に配置している。
【００３８】
（旋盤Ｓの制御系に関する構成）
旋盤Ｓ（図１参照）は、図６に示すように、ＣＰＵ６０と、不揮発性メモリであるＲＯＭ６２，ＲＡＭ６４と、ＮＣテーブル５０に配置されるモータドライバ５１，ＮＣモータ５２と、ターレット装置２０に配置されるモータドライバ５３，ターレットモータ５４と、操作部５６と、表示部５７と、ブザー５８と、を備える。照合手段，判断手段，制御手段および補正手段であるＣＰＵ６０は、旋盤Ｓの全体的な動作を司り、たとえば操作部５６に配置される操作キーが操作された場合に、その操作に基づく処理を行う。また、ＣＰＵ６０には位置検出手段および撮像手段の一部を構成する一対のカメラ３０がそれぞれ接続されており、カメラ３０で撮像された画像データがＣＰＵ６０へそれぞれ入力される。
【００３９】
ＲＯＭ６２は旋盤Ｓに各種の処理を制御するプログラムを記録し、そのプログラムによって旋盤Ｓが制御される。記録手段であるＲＡＭ６４は各種データの読み書き用の記録域たとえば画像データ領域６５を有し、この画像データ領域６５に画像データ等が記録される。モータ５２または５４は、ＣＰＵ６０の駆動信号に基づき、モータドライバ５１または５３を介して回転する。表示手段である表示部５７は、カメラ３０で撮像される画像データなどを表示する。警告手段であるブザーは、警告音を出力する。
【００４０】
（本実施例の作用）
先ず、チップ検出時において、図５に示すように、基準ゲージ１８及びインバー体４７並びにバイト２６のチップ２６Ａを、撮像装置２７のカメラ３０（図３Ａ参照）の一望視Ａエリアに収めて撮像する場合は、基準ゲージ１８とバイト２６の刃先２６Ａの上面の高さを同一高さとして行なう。また、チップ検出時には、図４に示すように、撮像装置２７を隔離ゾーンＳ１から加工ゾーンＳ２へスライドさせると共に、図１に示す光源４３を発光させる。
【００４１】
そして、図５に示すバイト２６のチップ２６Ａを検出する場合、撮像位置（図４の破線で示す状態）の撮像装置２７は、図３に示すように、シャッター３８をスライドさせハーフミラー３１Ｂ側の光路を開放する。なお、シャッター３９側の光路を遮断しているので、ハーフミラー３１Ｂは一望視Ａエリアの被写体光をカメラ３０へ反射させる。カメラ３０は、図５に示すように一望視Ａエリア内に位置する被写体であるインバー体４７の自由端４７Ａと基準ゲージ１８とバイト２６のチップ２６Ａを撮像する。
【００４２】
（バイトに係る画像取込位置の初期データを取得する手順）
図７に基づき、バイト２６がテスト材９０を所定位置で切削する際のベクトルＷＬにおける、ＮＣテーブル５０（図６参照）のベクトルＭ（「循環ベクトル」と同義）を演算する手順について説明する。この初期ベクトルデータ設定モードは、図１に示す旋盤Ｓにおける機械製造時の調整工程（初期化時）または切削工具２５（２６を含む）を新規に取付け或いは交換する毎に行う処理である。
【００４３】
そして、キャリブレーションサイクル時において、図６に示すＣＰＵ６０は、変動するベクトルＭ（図７参照）などを演算する。ここで、キャリブレーションサイクルは、切削の精度を所定水準に維持する補償値を得るため、図１に示す旋盤Ｓの稼動時に切削毎に或いは強制的に所定間隔（所定ワーク数の切削後又は所定時間）を設けて検査を行うことである。即ち、キャリブレーションサイクルは、旋盤Ｓの運転が開始した後に行う検査である。なお、図７または図８中のベクトルを表す記号Ｍなどは、ＮＣテーブル５０のスライド方向（Ｘ方向またはＺ方向）における二次元ベクトルである。
【００４４】
まず、初期ベクトルデータ設定モードでは、図７に示すテスト材９０を用いて、バイト２６を手動でカメラ３０（図３Ａ参照）の一望視Ａエリア内に移動させる。バイト２６が一望視Ａエリア内へ移動していない場合には、画像処理を行い、図７に示す一望視Ａエリア中心との差すなわちオフセット値をＣＰＵ６０（図６参照）は演算する。ＣＰＵ６０は、オフセット値が許容範囲内（例えば１００μｍ以内）か否かを判断し、許容範囲外であればバイト２６を許容範囲内になるよう移動させる。この処理は、バイト２６が許容範囲内に収まるまで続けられる。
【００４５】
そして、図７に示すように、許容範囲内（その時の一望視Ａエリア中心におけるチップ２６Ａのベクトル値をＣとする）であれば、ＣＰＵ６０は、画像認識に基づきチップ２６Ａの先端に対する基準ゲージ１８のベクトル値Ｅを演算する。引続き、ＣＰＵ６０は、基準ゲージ１８に対するテスト材９０の原点のベクトル値Ｆを演算する。なお、ベクトル値Ｆは、初期化時に求める固定値である。
【００４６】
また、ＮＣテーブル５０（図６参照）の原点に対する加工時のチップ２６Ａ先端のベクトル値Ｍは、手動でワークＷ（図１参照）におけるテスト材９０を仕上げ切削（切り込み量を少なくして切削）して、初期化時のＮＣテーブル５０の位置データに基づいて得る。更に、初期化時には、ワーク原点に対するワークＷ（図１参照）のベクトル値ＷＬ即ちテスト材９０の切削時に得られる測定値を、例えばマイクロメータなどでテスト材９０の寸法ＷＬ（具体的には図７に示すＷｘ，Ｗｚの値）として得る。
【００４７】
そして、初期化時には、ベクトル値Ｃ，Ｅ，Ｆ，ＷＬをベクトル式（Ｍ＝Ｃ＋Ｅ＋Ｆ＋ＷＬ）へ代入し、ベクトル値Ｍを演算する。ここで、Ｃ値は、初期化時などに移動するＮＣテーブル５０（図６参照）の原点に対する画像認識点でのチップ２６Ａ先端のＮＣ移動量を表す。
【００４８】
即ち、Ｃ値は、チップ２６Ａの切削線交点位置における機械原点からカメラ視野内へのベクトルである。Ｅ値は上記カメラ視野から基準ゲージ１８へのベクトルであり、Ｆ値は基準ゲージ１８からテスト材９０の原点へのベクトルである。Ｗ値はテスト材９０における原点から仕上がり寸法ＷＬへのベクトルであり、Ｍ値はテスト材９０即ちワークの仕上がり寸法ＷＬを加工している時のＮＣテーブル５０のベクトルである。
【００４９】
なお、Ｃ値はバイト毎に異なり、Ｆ値も一台のターレット装置に一つのみ存在する。また、テスト材９０は、直径と端面がそれぞれ一箇所あれば適用できる。更に、各バイトのＣ値およびＭ値を求め、記録媒体たとえば図６に示すＲＡＭ６４にそれぞれ記録する。
【００５０】
一方、キャリブレーションサイクル時には、ＣＰＵ６０がベクトル値ＣおよびＥを演算する。一方、ベクトル値ＦおよびＷＬは、初期化値のデータをそのまま用いる。そして、ベクトル値Ｃ，Ｅ，Ｆ，ＷＬを、Ｍ＝Ｃ＋Ｅ＋Ｆ＋ＷＬに代入してＣＰＵ６０は演算する。演算したＭ値に基づき、ＣＰＵ６０は、図６に示すＮＣテーブル５０を図７に示すＭの場所へ移動させて切削加工させる。
【００５１】
ところで、図８に示すように、切削工具２６を特定位置のカメラ視野に位置させて画像認識処理するシステムの場合、ベクトル値Ｃ０，Ｆ０，ＷＬをベクトル式（Ｍ＝Ｃ０＋Ｆ０＋ＷＬ）へ代入し、ＣＰＵ６０はベクトル値Ｍを演算する。ここで、Ｃ０値は、チップ２６Ａの切削線交点位置における機械原点からカメラ視野内へのベクトルである。Ｆ０値は、上記カメラ視野の特定位置（例えば、一望視Ａエリアなど）からテスト材９０の原点へのベクトルである。なお、ＷＬ値およびＭ値は、上述した通りである。また、カメラ視野の特定位置すなわち一望視Ａエリアは、図８の実線のみならず、２点鎖線に示すような位置であっても良い。
【００５２】
（切削工具における刃具データを取得する手順）
図１０に基づき、切削工具２６における刃具データを取得する手順すなわち任意の刃具基準位置から切削線交点位置までの刃具突出量について、説明する。刃具突出量ＭＭ（突出量は絶対値とする）は、任意の刃具基準位置Ｂから切削線交点位置ＭＯまでの突出する量を表し、刃具突出量ＭＭの絶対値が小さくなった分チップ２６Ａが磨耗した量となる。
【００５３】
ここで、Ｘ方向切削線またはＺ方向切削線（単に切削線ともいう）は，チップ２６Ａの輪郭曲線（チップ先端曲線）の接線となる重要な位置を求めるものである。また、切削線交点位置ＭＯは、Ｘ方向切削線およびＺ方向切削線が交差する切削線の交点位置である。そして、切削線交点位置ＭＯ，刃具基準位置Ｂ，刃具突出量ＭＭの関係式（２次元ベクトル）は、ＭＯ＝Ｂ＋ＭＭであり、ＭＭ＝ＭＯ＋Ｂとなる。なお、刃具基準位置Ｂは、ベクトル方向を簡素化するため、図１０に示すように切削工具２６の内側とする。
【００５４】
本実施形態においては、切削工具２６の磨耗または熱変位などによって起こる切削位置の変化に対応するだけであれば、切削線交点位置ＭＯのみを演算するだけで良い。しかし、本実施形態においては、切削線交点位置ＭＯのほか刃具基準位置Ｂに基づく刃具突出量ＭＭを用いることにより、加工処理時（切削時と同義）に例えばクーラント液の流動または切削時の摩擦力などによって取除かれる異物（以下、単に「狭義の異物」ともいう）または加工処理時に取除かれない異物（以下、単に「溶着物」ともいう）を識別する。
【００５５】
刃具基準位置を決める手段としては、図１０に示すように、刃具基準位置Ｂをチップ２６Ａにおけるノーズの中心付近に設定しても良い。所謂マルチステップ（以下、「ＭＳ」という）アルゴリズムでは、図１１に示すように、チップ２６Ａの輪郭に沿ったシークラインＣＬ群で構成するテンプレートを生成し、パターンマッチングによって刃具基準位置Ｂを求めることができる。この場合、チップ２６Ａ全体にテンプレートを生成するので、チップ２６Ａの位置を正確に求められる。
【００５６】
一方、図１２に示すように、ＭＳアルゴリズムでは、チップ２６Ａにおける刃先以外の部分のシークラインＣＬ群で構成するテンプレートを生成し、パターンマッチングによって刃具基準位置Ｂを求めることができる。この場合、刃先以外の部分にテンプレートを生成するので、刃先に異物が溶着し膨張する場合（この膨張する状態を「構成刃先」または「溶着物」ともいう）でも影響を受けることなく、チップ２６Ａの位置を正確に求められる。ここで、構成刃先とは、例えば１０μｍより大きい異物が切削工具のすくい面に溶着し膨張する状態をいう。
【００５７】
ＭＳパターンマッチングの技法は、被写体の位置認識に適用しているが、これ以外に正規化相関によるパターンマッチング等を用いるようにしても良い。また、この場合、各エッジ認識にＭＳパターンマッチングのテンプレートを構成するシークラインＣＬ（図１１または図１２）を用いているが、これ以外にエッジ検出用のキャリパスライン（シークラインＣＬを変形したもの）などを適用しても良い。
【００５８】
また、刃具基準位置を決める手段としては、図１４に示すように、チップ２６Ａの中心にフィデューシャルマーク９２（図１３参照）を設けるようにしても良い。この場合には、孔マークすなわちフィデューシャルマーク９２用のテンプレートを生成する。そして、図１４に示すように、マーク９２の中心が、刃具基準位置Ｂとなる。その他の切削線交点位置ＭＯおよび刃具突出量ＭＭは、図１０の例と同様である。なお、刃具基準位置Ｂは、任意の箇所に配置されるフィデューシャルマーク９２の中心位置であれば良い。
【００５９】
（バイト画像処理モード）
以下、バイト画像処理モードについて、図９のフローチャートで説明する。ＣＰＵ６０（図６参照）は、ステップ１００において、カメラ３０（図３Ａ参照）が図７に示す一望視Ａエリア（図５も参照）内に位置する被写体である基準ゲージ１８及び基準ゲージ１８に近接するインバー体４７の自由端４７Ａ並びにチップ２６Ａを撮像して画像処理Ｉを行う。ステップ１０２において、ＣＰＵ６０は、画像処理Ｉで演算される刃具突出量ＭＭ（図１０または図１４参照）を、画像処理Ｉの直前に撮像した画像処理Ａで演算される刃具突出量LastＭＭ（即ち、現在データである刃具突出量ＭＭの直前データLastＭＭを意味し、画像処理Ａにおける最後に撮像が成功した刃具突出量ＭＭである）と比較し、これらの刃具突出量ＭＭの比較値が−５μｍより小さいか否かを判断する。
【００６０】
ステップ１０２が肯定の場合すなわち刃具突出量ＭＭの比較値が−５μｍより小さい場合、ステップ１０４において、ＣＰＵ６０は刃具突出量ＭＭの比較値が−５μｍより小さくなっているので、チップ２６Ａ（刃先と同義）が折損（図１５の−△Ｄ２を示すＺ方向切削線を参照）していると判断する。その後は、ステップ１０６で旋盤Ｓの運転を強制的に停止（例えばバイトが交換されるまで切削加工運転禁止等のフェールセーフ処置の実施を含む）させ、ステップ１０８で警告する。具体的には、表示部（図６参照）に警告表示またはブザー５８を作動させて警告音または図示しないスピーカから警告音声を出力させる。作業者は、上記警告によりバイト交換が促される。なお、ステップ１０４において、ＣＰＵ６０が刃先折損と判断する場合は、この折損データをＲＡＭ６４（図６参照）に記録しても良い（即ち、メンテナンス等の際のデータとしても良い）。
【００６１】
ステップ１０２が否定の場合すなわち刃具突出量ＭＭの比較値が−５μｍより大きい場合、ステップ１１０において、ＣＰＵ６０は画像処理Ｉで演算される刃具突出量ＭＭを、画像処理Ａで演算される刃具突出量LastＭＭと比較し、これらの刃具突出量ＭＭの比較値が１０μｍより大きいか否かを判断する。ステップ１１０が肯定の場合すなわち刃具突出量ＭＭの比較値が１０μｍより大きい場合、ステップ１１２において、ＣＰＵ６０は刃具突出量ＭＭの比較値が１０μｍより大きくなっているので、構成刃先であると判断する。即ち、ステップ１１０において、一般的に構成刃先は１０μｍ以上の大きさであるので、後述するステップ１２２での異物と識別し得る。その後は、ステップ１０６で旋盤Ｓの運転を強制的に停止させ、ステップ１０８で警告する。
【００６２】
ステップ１１０が否定の場合すなわち刃具突出量ＭＭの比較値が１０μｍより小さい場合、ステップ１１４において、ＣＰＵ６０は画像処理Ｉで演算される刃具突出量ＭＭを、画像処理Ａで演算される刃具突出量LastＭＭと比較し、これらの刃具突出量ＭＭの比較値が１．５μｍより大きいか否かを判断する。ここで、これらの刃具突出量ＭＭの比較値すなわち閾値を１．５μｍとしたのは、１．５μｍより小さい異物であれば画像処理における誤差であり、また許容範囲内として無視し得るからである。
【００６３】
ステップ１１４が否定の場合すなわち刃具突出量ＭＭの比較値が１．５μｍより小さい場合、ステップ１１６において、ＣＰＵ６０は画像処理Ｉで演算される刃具突出量ＭＭと，刃具基準位置Ｂに基づき切削線交点位置ＭＯ（循環ベクトルと同義）を演算する。ここで、次回の画像処理Ｂにおいて比較対象となる刃具突出量LastＭＭは、画像処理Ｉで演算される刃具突出量ＭＭ（即ち、画像処理Ｉにおける最後に撮像が成功した刃具突出量ＭＭ）となる。
【００６４】
ステップ１１８において、ＣＰＵ６０は、ステップ１１６で演算される切削線交点位置ＭＯに基づき、図１に示すワークＷを切削工具２６（図１０または図１４参照）で加工処理する。その後、ステップ１２０において、ＣＰＵ６０は、画像処理Ｉで演算される刃具突出量ＭＭ（即ち、次回の画像処理Ｂにおいて比較対象となる刃具突出量LastＭＭ）を、ＲＡＭ６４に記録する。
【００６５】
ステップ１１４が肯定の場合すなわち刃具突出量ＭＭの比較値が１．５μｍより大きい場合、ステップ１２２において、ＣＰＵ６０は広義の異物（図１５参照）がチップ２６Ａに付着していると判断する。ここで、広義の異物には、加工処理時に取除かれる狭義の異物または加工処理時に取除かれない溶着物を含む。そして、この溶着物は、例えば１０μｍ〜１．５μｍの異物であり、切削工具のすくい面に溶着し膨張したものである。従って、本実施形態では、後述するステップ１３０における溶着物を、ステップ１１２における構成刃先と区別している。
【００６６】
ステップ１２４において、画像処理Ａで演算される刃具突出量LastＭＭと，画像処理Ｉで演算される刃具基準位置Ｂに基づき切削線交点位置ＭＯ（即ち、循環ベクトルであるＭＯ＝Ｂ＋LastＭＭ）を演算する。ステップ１２６において、ＣＰＵ６０は、ステップ１２４で演算される切削線交点位置ＭＯに基づき、図１に示すワークＷを切削工具２６（図１０または図１４参照）で加工処理する。
【００６７】
ここで、切削線交点位置ＭＯにおいて画像処理Ｉで演算される刃具突出量ＭＭでは無く、画像処理Ａで演算される刃具突出量LastＭＭを用いるので、画像処理Ｉ後においても、ステップ１２２における異物がチップ２６Ａに付着していないと判断される刃具突出量ＭＭで加工処理する。即ち、本実施形態によれば、磨耗あるいは熱変位とは別に、ＣＰＵ６０は狭義の異物が付着していないものとして所謂みなし加工処理する。そのため、本実施形態によれば、狭義の異物がみなし加工処理時に取除かれるので、許容範囲内の加工品を製造し得る。
【００６８】
ステップ１２８において、ＣＰＵ６０は、カメラ３０が図７に示す一望視Ａエリア内に位置する基準ゲージ１８及び基準ゲージ１８に近接するチップ２６Ａを撮像して画像処理IIを行う。ステップ１３０において、ＣＰＵ６０は、画像処理IIで演算される刃具突出量ＭＭ（図１０または図１４参照）を、画像処理Ｉで演算される刃具突出量ＭＭ（この刃具突出量ＭＭがLastＭＭとなる）と比較し、これらの刃具突出量ＭＭの比較値が１．５μｍより大きいか否かを判断する。即ち、本実施形態では、ステップ１１４において異物を検出した後に、加工処理（ステップ１２６）し再度の画像処理II（ステップ１２８）するので、上記加工処理時に取除かれる狭義の異物または上記加工処理時に取除かれない溶着物をステップ１３０の比較値で比較すれば狭義の異物または溶着物を識別し得る。
【００６９】
ステップ１３０が肯定の場合すなわち刃具突出量ＭＭの比較値が１．５μｍより大きい場合、ＣＰＵ６０は上述した溶着物がチップ２６Ａに溶着していると判断する。そのため、ＣＰＵ６０は、ステップ１０６で旋盤Ｓの運転を強制的に停止させると共に、ステップ１０８で警告する。この場合には、ステップ１２６における加工処理すなわちワークＷ（図１参照）に対する１回分の切削（即ち、加工品）が無駄になる。
【００７０】
一方、ステップ１３０が否定の場合すなわち刃具突出量ＭＭの比較値が１．５μｍより小さい場合、ＣＰＵ６０は上述した狭義の異物がチップ２６Ａから取除かれたと判断する。そのため、ＣＰＵ６０は、ステップ１３２において、画像処理IIで演算される刃具突出量ＭＭ（即ち、次回の画像処理Ｂにおいて比較対象となる刃具突出量LastＭＭ）を、ＲＡＭ６４に記録する。ここで、ステップ１２２乃至ステップ１３２の処理が、複数回（例えば１０回）以上続く場合には、旋盤Ｓの運転を強制的に停止させて警告するようにしても良い。
【００７１】
図９に示すルーチンは、加工処理毎すなわち切削時に毎回行う例である。本実施形態においては、強制的に所定間隔（所定ワーク数の切削後又は所定時間）をもって図９に示すルーチンを行うようにしても良い。なお、ステップ１０２，１１０，１１４及び１３０の閾値は、任意に変更しても良い。また、磨耗あるいは熱変位については、特願２００９−３８１８５号または特願２００９−１９８６０４号の明細書に記載するバイト画像処理モードを行うようにする。
【００７２】
本実施形態においては、ステップ１１４において異物を検出した後に、加工処理（ステップ１２６）し再度の画像処理II（ステップ１２８）をするので、ステップ１３０における比較値で比較すれば上述した狭義の異物または上述した溶着物を明確に区別し得る（ステップ１３０）。即ち、本実施形態によれば、チップ２６Ａに広義の異物が付着しても、その付着毎に旋盤Ｓの運転を停止させ手作業でチップ２６Ａを清掃する手間を省けると共に、異物除去用のブラッシング装置などを不要できる。従って、本実施形態によれば、加工処理時に取除かれる狭義の異物または加工処理時に取除かれない溶着物を識別し得るので、円滑かつ効率良く旋盤Ｓの運転を続行できる。
【００７３】
なお、本発明は実施例１で説明した短軸旋盤に限定されず、例えば２軸正面旋盤またはフライス盤など種々の切削機械（切削工具とワークを相対的に移動させて加工する機械）に適用できる。
【符号の説明】
【００７４】
１２…チャック、１８…基準ゲージ（被写体）、２１…ターレット刃物台（取付台）、２５…内径加工用のバイト（切削工具）、２５Ａ…刃先（被写体）、２６…外径加工用のバイト（切削工具）、２６Ａ…刃先（被写体）、２７…撮像装置（撮像手段）、３０…カメラ、４７…インバー体（基準体）、４７Ａ…インバー体の自由端（被写体）、６０…ＣＰＵ（照合手段，演算手段，制御手段，補正手段）、６２…ＲＯＭ（記憶手段）、６４…ＲＡＭ（記録手段）、９２…フィデューシャルマーク、Ｓ…旋盤（切削機械）、Ｗ…ワーク（被加工物）、Ｂ…任意の刃具基準位置、ＭＯ…切削線交点位置、ＭＭ…刃具突出量
【図１】
0005536486.tif 000002
【図２】
0005536486.tif 000003
【図３】
0005536486.tif 000004
【図４】
0005536486.tif 000005
【図５】
0005536486.tif 000006
【図６】
0005536486.tif 000007
【図７】
0005536486.tif 000008
【図８】
0005536486.tif 000009
【図９】
0005536486.tif 000010
【図１０】
0005536486.tif 000011
【図１１】
0005536486.tif 000012
【図１２】
0005536486.tif 000013
【図１３】
0005536486.tif 000014
【図１４】
0005536486.tif 000015
【図１５】
0005536486.tif 000016