(57)【要約】【課題】実際の加工で使用する工具のみを実際に取付けられる工具の形状で検査することを可能とした数値制御装置を提供すること。【解決手段】本発明の、自動工具交換装置と撮影手段を備えた工作機械を制御する数値制御装置１は、工具番号に対して、少なくとも工具の形状と、工具の寸法に係るデータとを関連付けて成る工具管理データを記憶する工具管理データ記憶部と、ＮＣプログラム内の工具交換指令に基づいて自動工具交換装置を制御して工具の交換を実行する工具交換指令実行手段と、交換された工具の工具画像を撮影して取得する工具画像取得手段と、工具画像を解析して交換された工具の形状および寸法を算出する交換後工具データ算出手段と、交換された工具の形状および寸法と、工具管理データ記憶部に記憶されている工具の形状および寸法と、を照合する照合手段と、照合手段による照合の結果を画面に表示する表示手段と、を備える。【選択図】図３
2016218550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動工具交換装置と工具の画像を撮影するための撮影手段とを備えた工作機械をＮＣプログラムに基づいてワークを加工するための制御をする数値制御装置において、
工具番号に対して、少なくとも工具の形状と、工具の寸法に係るデータとを関連付けて成る工具管理データを記憶する工具管理データ記憶部と、
前記ＮＣプログラム内の工具交換指令のみを検索し、前記工具交換指令に基づいて前記自動工具交換装置を制御して工具の交換を実行する工具交換指令実行手段と、
前記工具交換指令実行手段により工具が交換される度に前記撮影手段を制御し前記工作機械の工具取付箇所に取付けられた状態の工具の工具画像を撮影し、前記工具画像を取得する工具画像取得手段と、
前記工具画像を解析して前記工具の形状および寸法を算出する工具データ算出手段と、
前記工具データ算出手段が算出した前記工具の形状および寸法と、前記工具管理データ記憶部に記憶されている前記工具交換指令により指令された工具番号に関連付けられた工具の形状および寸法と、を照合する照合手段と、
前記照合手段による照合の結果を画面に表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項２】
前記撮影手段は、前記工作機械の工具交換位置周辺の前記工具を撮像可能な位置に固定されており、
前記工具画像取得手段は、前記撮影手段を制御して前記工具の画像を撮影する、
ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
【請求項３】
前記撮影手段は、ロボットに取り付けられており、
前記工具画像取得手段は、前記ロボットを制御することにより前記撮影手段を前記工作機械の工具交換位置周辺の前記工具を撮影可能な位置に移動し、前記撮影手段を制御して前記工具の画像を撮影する、
ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数値制御装置に関し、特に実際の加工で使用する工具のみを実際に取付けられる工具の形状で検査することを可能とした数値制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の工具マガジンやタレットに取付ける工具に間違いがないか確認するには、工具に貼付けられたバーコードやＩＣタグの識別情報や工具プリセッタで入力したデータと、予め準備した工具管理データを照合確認している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
工具確認のためのその他の従来技術として、例えば特許文献２には、工作機械における自動工具交換装置（ＡＴＣ）に備えた複数の工具の画像データを得るための視覚センサと、この視覚センサによって得た各工具の画像データに基いて各工具の工具番号、形状、寸法を工具データとして格納するデータバンクと、このデータバンクに格納された工具データとＮＣデータ作成装置が管理する工具データとを比較して工具の確認作業を行う当該ＮＣデータ作成装置と、を備えてなることを特徴とする工作機械の工具管理システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−００１２７０号公報
【特許文献２】特公平０６−０６１６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に開示される技術では、加工に必要な工具であるかどうかに関係なく、自動工具交換装置（ＡＴＣ）に取り付けられている全ての工具に対して取り付けが正しいかを確認するため、確認作業に時間がかかっていた。また、ＮＣ装置に工具交換をさせるための指令を作成するためには、別途ＮＣデータ作成装置を用意する必要があるという問題があった。
【０００６】
更に、特許文献２に開示される技術では、ＮＣデータ作成装置から出力される指令に基づいて自動工具交換装置に取付けられている工具がカメラの位置に位置決めされて工具の画像が取り込まれるが、これは実際に加工に用いられる加工プログラムに即して行われるものではなく、当該工具が加工時に主軸などに取付けられる工具の形状で確認されていないので、工具が工具マガジンから主軸に取り付けられるまでに発生する異常や、工具ホルダに取り付けた際の異常が確認できないという問題があった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、実際の加工で使用する工具のみを実際に取付けられる工具の形状で検査することを可能とした数値制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の請求項１に係る発明は、自動工具交換装置と工具の画像を撮影するための撮影手段とを備えた工作機械をＮＣプログラムに基づいてワークを加工するための制御をする数値制御装置において、工具番号に対して、少なくとも工具の形状と、工具の寸法に係るデータとを関連付けて成る工具管理データを記憶する工具管理データ記憶部と、前記ＮＣプログラム内の工具交換指令のみを検索し、前記工具交換指令に基づいて前記自動工具交換装置を制御して工具の交換を実行する工具交換指令実行手段と、前記工具交換指令実行手段により工具が交換される度に前記撮影手段を制御し前記工作機械の工具取付箇所に取付けられた状態の工具の工具画像を撮影し、前記工具画像を取得する工具画像取得手段と、前記工具画像を解析して前記工具の形状および寸法を算出する工具データ算出手段と、前記工具データ算出手段が算出した前記工具の形状および寸法と、前記工具管理データ記憶部に記憶されている前記工具交換指令により指令された工具番号に関連付けられた工具の形状および寸法と、を照合する照合手段と、前記照合手段による照合の結果を画面に表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする数値制御装置である。
【０００９】
本願の請求項２に係る発明は、前記撮影手段は、前記工作機械の工具交換位置周辺の前記工具を撮像可能な位置に固定されており、前記工具画像取得手段は、前記撮影手段を制御して前記工具の画像を撮影する、ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置である。
【００１０】
本願の請求項３に係る発明は、前記撮影手段は、ロボットに取り付けられており、前記工具画像取得手段は、前記ロボットを制御することにより前記撮影手段を前記工作機械の工具交換位置周辺の前記工具を撮影可能な位置に移動し、前記撮影手段を制御して前記工具の画像を撮影する、ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、実際の加工で使用するＮＣプログラムで工具交換し、実際に選択された工具の形状寸法を検査することで、実際に使用する工具のみを実際に取付けられる工具の形状で確実に検査できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態における数値制御装置と工作機械の概略ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における加工シミュレーション機能の画面の表示例である。
【図３】本発明の実施形態における数値制御装置と工作機械の機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態における工具画像に基づいた工具形状データおよび工具寸法データの算出処理の例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態における照合結果の表示例である。
【図６】本発明の実施形態における数値制御装置上で実行される処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明では、工具交換位置周辺に固定されたカメラ、またはロボットでその位置に移動するカメラを備えた工作機械を制御する数値制御装置に対して、ＮＣプログラム内の工具交換指令のみを検索して実行する手段と、工具交換指令を実行する度に工具の画像を撮影するように前記カメラを制御する手段と、撮影された画像を解析して工具の形状と寸法を算出する手段と、を設け、算出した工具の形状と寸法を、数値制御装置内に記憶されている工具管理データの形状および寸法と照合し、照合結果を表示装置の画面に表示してオペレータに知らせるようにする。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態における数値制御装置と工作機械の概略ブロック図である。本実施形態の数値制御装置１は、ＭＰＵ１０、メモリ１１、記憶装置１２、表示装置１３を備え、また、工作機械２は、主軸２０、工具２１、自動工具交換装置２２、工具マガジン２３、カメラ２４、およびロボット２５を備える。
【００１５】
ＭＰＵ１０は、記憶装置１２に記憶されているシステムプログラムや加工シミュレーション実行プログラムをメモリ１１上に読み出して実行し、実行結果に基づいて数値制御装置１の各部を統御して各種機能を提供する。
【００１６】
本実施形態においては、加工シミュレーション実行プログラムを実行することにより提供される加工シミュレーション機能（ＮＣプログラムの実行による加工状況をグラフィック表示でシミュレーションする機能）の一部に工具の取付け状態をチェックする機能が組込まれている。
【００１７】
図２は、加工シミュレーション機能の画面の表示例である。図２に示すように、加工シミュレーション機能の画面には、ＮＣプログラム（工具交換指令を含む）と、工具データ（工具番号、工具形状、工具長、工具径）、加工シミュレーションに係る情報（加工形状、工作機械の状態情報など）、および加工シミュレーションの操作ボタンが表示されており、本発明の工具チェックの機能は、図に示す実行開始ボタン「工具チェック」を選択することにより動作する。
【００１８】
本発明の工具チェック機能が実行されると、記憶装置１２に記憶されているＮＣプログラムの行が順次読み出され、読み込んだ行が工具交換指令であった場合に、工作機械２が備える自動工具交換装置２２を制御して指定された工具２１を主軸２０に取付けるように制御し、ロボット２５、カメラ２４などを制御して工具２１の工具画像を撮影して取得する。
【００１９】
そして、取得された工具画像を解析して工具２１の工具形状と寸法を算出し、算出した工具形状と寸法を、記憶装置１２に記憶されている工具管理データ内に登録されている工具形状と寸法とを照合した結果を表示装置１３へと表示する。これらの処理が、ＮＣプログラムの最後の行が読み出されるまで繰り返し実行される。
【００２０】
上述した数値制御装置の動作について、図３に示す本実施形態の数値制御装置１と工作機械２の機能ブロック図を用いて、より詳細に説明する。本実施形態の数値制御装置１は、工具交換指令実行手段１００、工具画像取得手段１１０、工具データ算出手段１２０、照合手段１３０、表示手段１４０を備え、また、工作機械２は、自動工具交換装置２２、および撮影手段２００を備える。なお、数値制御装置１が備える各機能手段は、ＭＰＵ１０が、加工シミュレーションプログラムやシステムプログラム等を実行することにより提供される機能手段である。
【００２１】
工具交換指令実行手段１００は、記憶装置１２に記憶されているＮＣプログラムを順次読み出して当該指令が工具交換指令に該当するかを判定し、読み出した指令が工具交換指令であった場合、工作機械２の主軸２０に取付ける工具を当該指令により指令される工具へと交換するように自動工具交換装置２２を制御する。そして、自動工具交換装置２２による工具の交換が完了すると、工具画像取得手段１１０に対して工具の画像を取得するよう指令する。
【００２２】
工具画像取得手段１１０は、工具交換指令実行手段１００からの指令を受けて、主軸２０に取付けられた工具の工具画像を撮影するように撮影手段２００を制御して撮影された工具画像を取得し、該画像を工具データ算出手段１２０へと出力する。撮影手段２００は、工具交換位置周辺に固定されたカメラ２４単体で構成されていてもよく、また、カメラ２４をロボット２５に取付けておき、ロボット２５を制御することでカメラ２４が工具交換位置周辺に移動できるように構成してもよい。
【００２３】
工具データ算出手段１２０は、工具画像取得手段１１０から受けた工具画像に基づいて、工具形状データと、工具寸法データを算出する。
図４は、工具データ算出手段１２０が実行する工具画像に基づいた工具形状データおよび工具寸法データの算出処理を説明する図である。まず工具データ算出手段１２０は、工具画像取得手段１１０が取得した工具画像に対して色域に基づく二値化などの周知の画像処理を行い工具の輪郭形状を生成する（ステップＳＡ０２）。
【００２４】
次に、工具データ算出手段１２０は、記憶装置１２上に設けられた工具管理データ記憶部２１０を参照し、周知の画像マッチング手法などを用いてステップＳＡ０２で生成した工具の輪郭形状に近い形状の工具の種類を特定する。工具管理データ記憶部２１０には、管理対象となるそれぞれの工具について、工具番号と、工具の形状、工具の寸法、工具の種類等の各種データを関連付けて成る工具管理データが記憶されている。ステップＳＡ０２で生成した工具の輪郭形状に近い形状の工具の種類の特定には、該工具の輪郭形状と、工具管理データ記憶部２１０に記憶されている各工具管理データの工具の形状に係るデータをパターン比較し、最も近い形状をした工具の形状に関連付けられている工具管理データの工具の種類を該工具の種類とする（ステップＳＡ０３）。
【００２５】
更に、工具データ算出手段１２０は、ステップＳＡ０２で生成した工具の輪郭形状から、ステップＳＡ０３で特定した工具の種類に従った工具形状データ、および工具寸法データ（工具径、工具長、先端角度など）を算出する（ステップＳＡ０４）。算出方法については、従来技術（特許第５００１５２１号公報、特開平０８−２４３８８３号公報、特開平０４−３１５５５６号公報）を利用すればよく、例えば、工具径方向または工具長方向の画素数を数え、あらかじめ計算していた係数（倍率）をかけて工具径または工具長を算出する。
そして、工具データ算出手段１２０は、算出された工具形状データおよび工具寸法データを照合手段１３０へと出力する。
【００２６】
照合手段１３０は、工具管理データ記憶部２１０から現在選択されている工具番号（工具交換指令実行手段１００がＮＣプログラムから読み出した工具交換指令により指令される工具番号）の工具形状（工具の種類）と寸法とを読出し、工具データ算出手段１２０から受けた工具形状データおよび工具寸法データとを照合し、照合結果を表示手段１４０へと出力する。照合処理においては、例えば、双方の工具形状が一致し、かつ、工具寸法同士の誤差が予め設定されている所定の値以下（例えば、誤差が５％以下など）である場合に、交換された工具が管理されている工具と一致すると判定され、双方の工具形状が一致しない場合、または、工具寸法同士の誤差が予め設定されている所定の値以上である場合に、交換された工具が管理されている工具と一致していないと判定する。
【００２７】
表示手段１４０は、照合手段１３０から受けた照合結果を表示装置１３に対して作業者が把握できるように表示する。図５は照合結果の表示例である。
図５に示した例では、工具番号００１２の工具については、主軸２０に取付けられた工具の工具画像から算出された工具形状データおよび工具寸法データについて、工具管理データ記憶部２１０に記憶された工具番号００１２の工具管理データと、工具の形状が一致し、かつ、各工具寸法の誤差が所定の値の範囲内であるため、照合結果が「ＯＫ」と表示される。一方で、工具番号００１６の工具については、主軸２０に取付けられた工具の工具画像から算出された工具形状データおよび工具寸法データについて、工具管理データ記憶部２１０に記憶された工具番号００１６の工具管理データと、工具の形状は一致しているものの、各工具寸法の誤差が所定の値以上であるため、照合結果が「ＮＧ」と表示される。
【００２８】
図６は、本実施形態の数値制御装置１上で実行される処理のフローチャートである。
●［ステップＳＢ０１］加工シミュレーション機能を起動すると、数値制御装置１内の「加工シミュレーション実行プログラム」が開始され、図２の画面が表示される。ここで本発明を実行するために画面上（図２）の「工具チェック」ボタンを押す。
●［ステップＳＢ０２］記憶装置１２から「ＮＣプログラム」の未読データ部の１行を数値制御装置１内のメモリ１１へ読み込む。
●［ステップＳＢ０３］ＮＣプログラムが終了したか否かを判定する。ＮＣプログラムが終了していない場合にはステップＳＢ０４へ進み、ＮＣプログラムが終了した場合には本機能を終了する。
【００２９】
●［ステップＳＢ０４］ステップＳＢ０２で読み込んだ行が工具交換指令（例えば、図２のＮＣプログラム内Ｔ１２Ｍ０６）であるか否かを判定する。工具交換指令である場合にはステップＳＢ０５へ進み、そうでない場合にはステップＳＢ０２へ戻る。
●［ステップＳＢ０５］工具交換指令を実行する。カメラ２４がロボット２５に取り付けられている場合は、同時にロボット２５へ指令を出してカメラ２４を工具交換位置へ移動する。
●［ステップＳＢ０６］カメラ２４から工具２１の画像を数値制御装置１内のメモリ１１へ取り込む。
【００３０】
●［ステップＳＢ０７］工具画像を処理して輪郭形状を生成する。
●［ステップＳＢ０８］ステップＳＢ０７で生成した工具画像の輪郭形状と工具管理データ記憶部２１０内に登録されている各工具管理データの工具形状のパターンを比較し、最も近い形状を探して工具の種類を判定する。
●［ステップＳＢ０９］輪郭形状から工具の種類に従った工具形状データおよび工具寸法データ（工具径、工具長、先端角度など）を算出する。
【００３１】
●［ステップＳＢ１０］工具管理データ記憶部２１０に保存されている工具管理データの中から、現在選択されている工具番号の工具形状データ（工具の種類）および工具寸法データを数値制御装置１内のメモリ１１に読み込む。
●［ステップＳＢ１１］ステップＳＢ０８、ステップＳＢ０９で工具画像から算出された工具形状データおよび工具寸法データと、ステップＳＢ１０で工具管理データ記憶部２１０から読み出した工具形状データおよび工具寸法データと、を照合する。
●［ステップＳＢ１２］表示装置１３上にステップＳＢ１１での照合結果を表示し、ステップＳＢ０２へ戻る。
【００３２】
このように本実施形態の数値制御装置１では、実際に加工に用いられる加工プログラムに記載されている工具交換指令を順次実行して主軸２０に取付けられた状態の工具２１の工具画像を取得し、工具管理データとの照合を行うため、必要な工具のみに対して無駄なく工具のチェックを行うことができ、また、実際に取付けられる工具の形状で確実に検査をすることができる。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  数値制御装置
２  工作機械
１０  ＭＰＵ
１１  メモリ
１２  記憶装置
１３  表示装置
２０  主軸
２１  工具
２２  自動工具交換装置
２３  工具マガジン
２４  カメラ
２５  ロボット
１００  工具交換指令実行手段
１１０  工具画像取得手段
１２０  工具データ算出手段
１３０  照合手段
１４０  表示手段
２００  撮影手段
【図１】
2016218550.tif 000003
【図２】
2016218550.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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