(57)【要約】【課題】機械内部にカメラを備えた工作機械の変形や部品の摩耗などによる故障を予防するための自己診断方法及び当該診断により検出した変形やガタによる加工精度の低下を補正する方法を得る。【解決手段】機械の運転時間やワーク加工数が登録した間隔に達したとき、回転台や送り台と機械内部に設けられたカメラを計測位置に移動し、画像を取得し、画像から検出対象箇所の位置を検出し、その本来あるべき位置からの偏倚を検出する。これらの操作を複数回繰り返すことにより、複数の偏倚量を求め、テーブルや送り台の各制御軸方向の補正値を演算して制御器に設定されている補正値を更新する。検出ないし演算した複数の偏倚量相互ないし補正値相互の差がしきい値を超えているときは警告を発して機械を停止する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械内部の画像を取得するカメラを備え、制御器は加工プログラムに従って生成される指令値を設定されている補正値で補正して加工に用いる移動台ないし回転台の各駆動装置を動作させることによりワークの連続加工を行う工作機械の機械精度の自己診断方法において、前記カメラで定期的に前記移動台ないし回転台の同一箇所を撮影して取得した画像から機械の偏倚量の変化を検出し、制御器に設定したしきい値を超えたときに警告を発することを特徴とする、工作機械の自己診断方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法で検出した偏倚量が前記しきい値を超えていないことを条件として、当該偏倚量の変化に基づいて、前記移動台ないし回転台に対する動作指令の補正値の設定ないし更新を行うことを特徴とする、工作機械における機械精度の補正方法。
【請求項３】
前記カメラで前記移動台ないし回転台の同一箇所を複数回撮影して取得した複数の画像のそれぞれから機械の偏倚量を検出し、検出した複数の偏倚量のばらつきが制御器に設定したしきい値を超えたときに警告を発することを特徴とする、請求項１記載の工作機械の自己診断方法。
【請求項４】
前記移動台ないし回転台を停止した状態で前記複数の画像を取得する、請求項３記載の工作機械の自己診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械の変形や部品の摩耗などによる故障を予防するための自己診断方法及び当該診断により検出した変形やガタによる加工精度の低下を補正する方法に関するもので、特に、機械内部にカメラを備えた工作機械における上記方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械には、機械に搬入された素材の姿勢を検出したり、機械動作を監視する目的で、機械内部に素材や加工部を撮影するカメラを備えたものが実用されている。
【０００３】
図７及び図８は、素材の搬入姿勢を検出するカメラを備えたガラス板の周縁加工装置の例を模式的に示した図で、図７は、テレビ受像器のディスプレイパネルに用いるような大型のガラス基板の周縁加工装置の例であり、図８は、携帯端末のディスプレイパネルに用いるような小型ないし中型のガラス基板の周縁研削装置の例である。
【０００４】
図７に示した装置は、テーブル１２上に固定したガラス基板ｗを図のＹ方向に移動しながらテーブル１２の両側に配置した砥石３、３でワークのＹ方向の両側辺ｅ、ｅの加工を行う装置である。この周縁加工装置では、装置に設置した２台のカメラ５、５でワークｗの角又は角部付近に付したマークｍ１、ｍ２、ｍ３を読み取って、テーブル１２上でのワークｗの位置及び角度の偏倚（ずれ）を検出し、検出した偏倚量に基づいて、テーブル１２の回転角や工具３の切り込み方向（図のＸ方向）の位置指令を補正している。各側の砥石３とカメラ５は、それぞれの側に設けたＸ方向送り台２１、２１に搭載されており、カメラ５で検出されたＸ方向の偏倚量がそのまま砥石３のＸ方向の位置の補正値となる。
【０００５】
図８に示した装置は、ワークｗを固定したテーブル１２の鉛直軸Ｐ回りの回転角θと、テーブル中心Ｐに向けて図のＸ方向に接近及び離隔する工具３の移動量ｘとを関連付けて制御すること（以下、「コンタリング方式」と言う。）により、ワークｗに自由形状の周縁加工を行う装置である。この周縁加工装置では、テーブルを回転させるか又はカメラ５を図の紙面直角方向に移動させることにより、工具３をＸ方向に移動させる横送り台２１に搭載した１個のカメラ５でテーブル１２上に置かれたワークｗの複数箇所の角を検出することで、テーブル１２上でのワークｗの位置及び角度の偏倚を検出し、検出した偏倚量に基づいて、テーブル１２の回転角や工具３のＸ軸方向の位置指令を補正している。
【０００６】
また、旋盤などの金属加工機械においても、機内にカメラを設置して当該カメラで撮影した画像を制御盤のディスプレイに表示することにより、手動操作でテスト加工を行う際などのオペレータによる機械の動作確認を容易にした装置が提案されている。
【０００７】
機械は、運転に伴う発熱や環境温度の変化によって熱変形する。工作機械では、機械の部分的な熱変形やワークと機械の熱変形の差によって加工誤差が生じる。また、機械は長年の使用により、摺動部の摩耗や軸受の損傷などにより、ガタが生ずる。このガタもまた工作機械の加工精度を低下させ、不良品を発生する原因となる。不良品が発生したときは、その原因を追及するために機械精度の測定が行われる。また、そのような不良品の発生を未然に防ぐためには、定期的に機械精度の測定を行う必要がある。
【０００８】
部材の摩耗等による工作機械の加工精度の低下は、刃物台などの直線移動部材の位置決め精度の低下と、主軸や旋回テーブルなどの回転部材の回転位置決め精度の低下が主な要因である。直線移動部材の精度の計測は、図９に示すように、所定位置に位置決めした直線移動部材５１の実際の位置をダイヤルケージや接触センサ５２で検出することにより行っており、回転部材の回転角の精度は、図１０に示すように、回転部材５３に多面鏡５４を取り付け、各反射面５５がオートコリメータ５６などの光学測定器に向いたときの投射光と反射光のずれにより計測している。
【０００９】
すなわち、機械の各部材の移動軸や回転軸について、それらの精度を計測するのに必要な測定器を所定の箇所に取り付け、部材のあるべき位置と実際の位置との偏倚量の測定値から当該部材の駆動源（サーボモータなど）に与える指令値を補正する補正値（補正パラメータ）を求めて制御器に設定することにより、所望の加工精度が維持されるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１３−０３５０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
工作機械の精度低下を認識しないまま機械を使用し続けて不良品を発生すると、多大な損失を招くことになるので、定期的に機械精度を測定して機械の精度低下や熱変形に対応する補正値を設定することにより、加工精度の維持を図ることは極めて重要である。
【００１２】
しかし、不良品の発生を確実に防止しようとすると、頻繁に機械精度の確認（測定）を行わねばならず、従来の機械精度の測定方法では長時間機械を停止して測定を行う必要があり、測定のための作業負担も大きかった。すなわち、測定のためには機械を停止して、機械が備えている複数の移動部材や回転部材について、その移動方向毎にピックテスタやオートコリメータなどの測定器を取り付けて計測する必要があり、高額の測定器が必要であるほか、高度な測定技術と多大な作業時間を必要とする。そして、この測定の間、ワークの加工作業が停止するので、生産性も低下するなど、経済的負担及び計測作業者の作業負担が大きいという問題があった。
【００１３】
この発明は、ワークの連続加工中に、その加工を行っている工作機械の移動部材や回転部材、特に加工精度に大きく影響する虞のある移動部材や回転部材の位置決め精度を計測して、必要に応じて制御器に登録される補正値を変更しながら連続加工を継続することができ、更にそれらの部材を支持する軸受や駆動系の損傷による故障の発生を予知することも可能な工作機械を得ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明は、機械内部の画像を取得するカメラ５を備え、制御器４は加工プログラムに従って生成される指令値を設定されている補正値で補正して各駆動装置を動作させることによりワークの連続加工を行う工作機械において、前記カメラ５を用いて定期的に移動台２１ないし回転台１２の同一部位を撮影して取得した画像から機械の偏倚量の変化を測定することを特徴とする機械の自己診断方法、及び、その診断結果に基づいて、当該移動台ないし回転台に対する動作指令の補正値の設定ないし変更を行うことを特徴とする補正値の自動設定方法を提供することにより、上記課題を解決したものである。
【００１５】
制御器４は、自己診断プログラム並びにカメラ５を撮像対象となる移動台ないし回転台の所定箇所に位置決めする位置決め手段、画像を取得する画像取得手段、取得画像から所定箇所の現実の位置を検出する位置検出手段、当該検出した位置と制御器に登録ないし記憶した本来の位置との偏倚を演算する演算手段を備え、更に、演算した偏倚からテーブルや送り台の各制御軸方向の補正値を演算する補正値演算手段、及び演算した補正値を制御器の所定の記憶領域に記憶する補正値設定手段を備える。
【００１６】
自己診断プログラムは、機械の運転時間やワーク加工数が制御器に予め登録した自己診断間隔に達した後の加工動作終了時に呼び出される。自己診断プログラムは、前記位置決め手段によりテーブルその他の回転台や送り台とカメラを計測位置に移動し、画像取得手段で当該位置でカメラの画像を取得し、位置検出手段により当該画像から検出対象箇所の位置を検出し、偏倚演算手段により検出対象箇所の本来あるべき位置からの偏倚を検出する。これらの操作を複数回繰り返すことにより、複数の偏倚量を求める。そして、これらの偏倚からテーブルや送り台の各制御軸方向の補正値を演算して制御器に設定されている補正値を新しく演算した補正値に更新する。
【００１７】
上記の手順において、検出ないし演算した複数の偏倚量相互ないし補正値相互の差が予め登録したしきい値を超えているときは警告を発して、必要な場合には連続加工を終了して機械を停止する。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の自己診断方法によれば、オペレータの管理や作業を全く必要とせずに機械精度の低下による不良品の発生の虞が事前に検知されるため、不良品の発生を未然に防止でき、更に、機械故障に繋がる虞のある機械のガタや変形を検知したときに警告を発することにより、機械故障を事前に防止することができる。
【００１９】
また、機械内部に設けられているカメラを用い、診断のタイミング及び計測動作、更に計測結果の判定までがプログラム動作で行われるため、オペレータの熟練を必要とせずに誰でも現状の機械精度を把握することができる。
【００２０】
また、機械の偏倚を測定するための高額な測定器を用意する必要がなく、計測に用いるカメラは、ワークの位置決め確認や加工精度計測用のカメラを併用でき、計測作業のために長い時間機械を停止させることもないので、計測に要する費用や機械稼働のロスを大幅に軽減できる。
【００２１】
また、この発明の補正値の自動設定方法によれば、上記の自己診断法による効果が発揮されるほか、補正値の算出ミスや入力ミスなどの人為的ミスを防止することができ、補正値が自動的に変更されて連続運転を継続することができるので、高い加工精度を維持できると共に、機械稼働率の向上による生産性の向上とオペレータの作業負担の軽減を図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】周縁加工装置の側面図
【図２】図１の装置の主要な機器配置を示す平面図
【図３】コンタリング方式の加工を示す説明図
【図４】取得したカメラの画像の例を示す図
【図５】連続加工手順を示すフローチャート
【図６】自己診断及び補正値の設定手順を示すフローチャート
【図７】大型ガラス板の周縁加工装置の例を示す模式的な斜視図
【図８】小型ないし中型ガラス板の周縁加工装置の例を示す模式的な斜視図
【図９】移動台の位置計測の従来例を示す模式図
【図１０】回転台の回転角計測の従来例を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、コンタリング方式の周縁加工装置を例にして、この発明の実施形態を説明する。図はこの種の周縁加工装置の一例を示す図で、特許文献１で提案している装置であり、図１は側面図、図２は要部の機器配置を示す平面図である。
【００２４】
図において、１はワーク軸である。ワーク軸１は、鉛直方向の中空の回転軸で、上端にテーブル１２が設けられており、加工されるワーク（ガラス板）ｗは、テーブル１２の上面に水平姿勢で保持される。テーブル１２の上面には、ワーク軸１の中空孔を通して負圧が供給されており、ワークｗは、下面を真空吸着されてテーブル１２に固定される。ワーク軸１の下端には、主軸モータ（サーボモータ）１５が連結されており、当該主軸モータ１５は、サーボアンプ４１を介して制御器４に接続され、制御器４の指令によってワーク軸１の回転角が制御されている。
【００２５】
ワーク軸１の上方には、横送り台２１が設けられている。横送り台２１は、図示しない水平方向の横ガイドに移動自在に案内され、横送りモータ（サーボモータ）２３で回転駆動される横送りねじ２４に螺合している。横送りモータ２３は、制御器４に接続されており、横送り台２１の移動位置が制御器４によって制御されている。
【００２６】
横送り台２１には、縦送り台２５が設けられている。縦送り台２５は、横送り台２１に固定した鉛直方向の縦ガイドに移動自在に装着され、縦送りモータ２６で回転駆動される縦送りねじ２７に螺合している。
【００２７】
縦送り台２５には、鉛直方向の砥石軸３１が軸支され、この砥石軸の下端に砥石３が装着されている。砥石軸３１の上端は、歯付ベルト３３を介して砥石駆動モータ３４に連結されている。図の装置は、砥石軸が１本であるが、複数本の砥石軸を設けて径や形状の異なる複数種の砥石を装着可能な装置も多く用いられている。
【００２８】
ワーク軸１の軸心及び砥石軸３１の軸心は、横送り台２１の移動方向と平行な同一鉛直面ｓ上に位置している。図３に示したように、コンタリング方式では、制御器４で横送り台２１の移動量（＝砥石３の移動量）ｘとワーク軸１の回転角θとを関連付けて制御することにより、所望の平面形状の周縁加工を行う。
【００２９】
横送り台２１の定位置には、テーブル１２上に搬入されたワークの画像を取得するためのカメラ５が設けられている。このカメラ５は、図２に示すように、その光軸が前記鉛直面ｓを通る位置に設けられている。
【００３０】
テーブル１２の角部Ａ、Ｂの上面には、それぞれマークａ、ｂが刻設されている。テーブル１２上でのこのマークａ、ｂの位置は分かっているから、テーブル１２を回転してマークａ、ｂを前記鉛直面ｓに位置させたときのワーク軸１の原点角度からの回転角と、鉛直面ｓ上に位置したマークにカメラ５の光軸を一致させるときの横送り台の移動位置は、演算によって求めることができる。
【００３１】
そこで、制御器４で横送りモータ２３と主軸モータ１５を回転して、マークａをカメラ５の光軸の位置に位置決めし、カメラ５で角部Ａの画像を取得する。図４は、カメラが取得した画像の例を示した図である。取得した画像からマークａの画像中心からの位置を検出することができる。次に、テーブル１２を１８０度回転し、要すれば横送り台２１を移動して、マークｂをカメラ５の光軸の位置に位置決めし、カメラ５で角部Ｂの画像を取得する。
【００３２】
このようにして取得した画像上のマークａ、ｂのカメラ光軸からの偏倚を計測することにより、テーブル１２の回転角の誤差（初期位置からのずれ）及び横送り台２１の位置決め誤差を計測することができる。また、テーブル１２及び横送り台２１を反対方向から回転及び移動してマークａ、ｂをカメラ５の光軸に一致させて同様な計測を行うことにより、反対方向から計測したときの誤差と最初に計測したときの誤差との差により、摩耗などにより生じた機械のガタを計測することができる。
【００３３】
なお、テーブル１２にマークａ、ｂを刻設しない場合であっても、画像上におけるテーブルの周縁の線の交点からテーブル１２の角を検出することができる。この場合には、テーブル１２の対象とする角Ａ、Ｂがあるべき位置に光軸Ｃｏを位置決めしたカメラ５でテーブルの角部Ａの画像を取得し、次にテーブル１２を１８０度回転して角部Ｂの画像を取得する。取得した画像には、テーブルの縁の映像として直交する２本の線分が写っているから、この２本の交点の画像上での座標を取得できる。
【００３４】
上記のようにして取得したマークａ、ｂないし角Ａ、Ｂの頂点の位置を比較することにより、次のような内容の機械状態の自己診断及びその計測結果に基づく補正処理を行うことができる。
（１）機械の使用開始時及びその後の制御器に予め登録した機械稼働時間や加工個数毎に、テーブルのＸ及びＹ方向のずれ量を比較し、熱偏倚の状況を確認する。また、ずれ量を基に、熱偏倚のずれを補正する補正値を制御器に自動で設定する。
（２）テーブル及び横送り台を停止した状態で同一箇所を複数回撮影し、それらの画像におけるマークａ、ｂや角Ａ、Ｂの頂点の位置を比較することにより、機械振動の状態を確認することができる。比較した位置のばらつきが予め登録したしきい値より大きいときは、例えば横送り台の駆動系に生じた遊びの増大などが考えられるので、警告を発してオペレータに注意を促す。
（３）テーブルを同じ角度に繰り返し位置決めして同一箇所を撮影し、それらの画像におけるマークａ、ｂや角Ａ、Ｂの頂点の位置を比較することにより、テーブルを支持している主軸ベアリングなどのテーブル支持系や主軸モータなどの駆動系の異常を検出することができ、異常と判定されたときに警告を発する。
【００３５】
次に図５及び６を参照して、上述した装置におけるこの発明の自己診断及び機械精度の補正方法を説明する。まず、連続加工を開始するに先立って、制御器４に運転時間を計時するタイマを設け、自己診断を実施する時間間隔と許容されるガタ（遊び）の許容値とを設定しておく。
【００３６】
連続加工手順を示す図５において、加工が開始されると、制御器４は、搬入搬出装置からのワーク搬入完了信号を待つ。ワークが搬入されたら、例えば特許文献１に記載された手順でテーブル１２上に搬入されたワークｗの位置ずれを検出し、当該検出された位置ずれに基づいてワーク１個毎に当該ワークの位置ずれによる補正値を演算して制御器に設定する。そして、テーブル上の１個のワークの加工を行い、加工が終了したら終了信号を搬入搬出装置に送ってテーブル１２上からのワークｗの搬出を待つ。ワークが搬出されたら、図６で説明する自己診断プログラムを実行し、制御が戻ったら次のワークがあれば最初に戻って次のワークの搬入を待つ。次のワークがなければ連続加工手順を終了する。
【００３７】
図６は、自己診断プログラムの手順である。この手順には、機械精度の補正手順が含まれている。この手順の実行が開始されると、まず制御器４に設けた運転時間タイマで計時されている運転時間が自己診断を実行する時間間隔に達しているかどうかが判断され（ステップ６１）、達していなければ直ちに終了して連続加工手順に戻る。自己診断の時間間隔に達している場合には、予め登録されている角度にテーブル１２を回転させると共に、予め登録されている位置に横送り台２１を移動して第１のマークａをカメラ５の光軸上に位置させる（ステップ６２）。そして、カメラ５の画像を取得し（ステップ６３）、取得した画像からマークａを検出してその本来の位置（光軸中心）からの偏倚を検出する（ステップ６４）。次にテーブルを１８０度回転し、カメラの画像を取得することによってマークｂを検出して、そのあるべき位置からの偏倚を検出する（ステップ６５〜６８）。この２つのマークａ、ｂの偏倚からテーブルの回転角の偏倚と、テーブル中心と横送り台２１とのＸ方向（横送り台の送り方向）とこれに直交するＹ方向の偏倚を演算できるが、Ｙ方向の偏倚が加工精度に及ぼす影響は小さいので、テーブル角度と横送り台の位置偏倚を補正するための第１の補正値を求めて記憶する（ステップ６９）。
【００３８】
次にテーブル１２と横送り台２１とを反対方向から移動して同様な操作によりマークａとｂの画像を取得して、前記と同様に第２の補正値を演算する（ステップ７０〜７７）。そして、第１と第２の補正値の差が登録された遊びの許容値より大きいときは、これを制御器に対する補正値の設定によって解消することは困難なので、警告を発して運転を停止する。もし、第１と第２の補正値の差が許容値以下であれば、それらの補正値の平均値を現在補正値として設定し（ステップ７８）、運転時間タイマをリセットして連続加工手順に戻る。
【００３９】
上記の実施例に示した装置及び手順は、テーブルの回転と工具のＸ方向のみの移動によってワークの加工を行うものであるが、工具をＸ、Ｙ方向に移動して加工を行う装置では、テーブル上に設定した一箇所をカメラで撮影した画像からＸ、Ｙ両方向の偏倚を検出することにより、経時変化や熱偏差による工具とテーブルの相対位置関係の変化を検出して、自動でこれらの偏倚を補正するための補正値を制御器に設定する。
【００４０】
また、上記の自己診断手順におけるステップ６３や６６で機械を停止させたまま同一箇所を複数回撮影して、それら相互の画像の偏倚を検出することにより、機械振動の確認を行うことが可能で、その複数回の画像における対象物の画像の位置に設定された許容値を超えるばらつきがあるときは、何らかの異常が発生しているとして警告を発するようにすることができる。
【００４１】
また、上記の自己診断手順におけるステップ６２〜６７を繰り返して複数の画像を取得し、その画像相互の対象物の位置のばらつきを確認することができる。このばらつきが大きいときは、例えば主軸モータ１５を含む主軸の駆動系や主軸を軸支している軸受、あるいは横送り台２１の駆動系に異常が発生していると考えられるので、このような場合にもそのばらつきの量が予め設定された許容値を超えているときは、警告を発して機械の点検を促すこともできる。
【００４２】
上記実施例で説明した工作機械は、コンタリング方式によるガラス板の周縁加工装置であるが、図７に示した装置や工具を２次元平面上で移動して加工を行うマシニングセンタのような機械にもこの発明の方法を採用することができる。特に、カメラが工具の切り込み方向に送る送り台に搭載されている機械においては、カメラと工具との相対位置関係が変化せず、検出された偏倚量をそのまま当該方向の補正値とすることができるので、この発明の方法が特に有効である。
【００４３】
以上のように、この発明の方法によれば、既存の装置に検出器や計測器を追加設置することなく、制御器に自己診断プログラムと各種の許容値を登録して連続加工中に適時自己診断プログラムを呼び出すことのみによって機械精度の診断とそれぞれの時点における機械の熱偏倚などに応じた補正値を設定することが可能になり、更に自己診断プログラムで複数の画像を取得してそれらを相互比較することによって機械の異常や故障を発見することができ、不良品の発生を防止することができるばかりでなく、機械の摩耗や故障を初期段階で発見することができるという効果がある。
【符号の説明】
【００４４】
１  ワーク軸
３  砥石
４  制御器
５  カメラ
12  テーブル
15  主軸モータ
21  横送り台
23  送り装置（横送りモータ）
A,B  テーブルの角部
a,b  角部に刻設したマーク
Ｐ  テーブルの中心
ｗ  ワーク
【図１】
2014226754.tif 000003
【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】
2014226754.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014226754.tif 000011
【図１０】
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