(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の工具を収容する工具収容装置であって、
工具を待機状態で支持する工具支持部と、
作動領域内において前記工具支持部で待機している工具を取り外して工具を搬送する工具搬送部と、
前記工具を照らす照明部と、
画像から工具の複数のエッジを検出し、前記画像における工具の長手方向と直交する方向の２つのエッジから中間点を算出し、前記中間点を結んだ線を前記工具の工具線とし、算出された工具線と、前記工具と同一の工具について予め記憶している工具線と、に基づいて、撮像環境に関する判定処理を実行するための画像を撮像し、かつ、前記工具を撮像する撮像部と、
を備え、
前記撮像部および前記照明部が、前記工具支持部に支持される工具の上方に配置され、かつ、前記工具搬送部の作動領域の上方に配置され、
前記判定処理に基づいて、前記撮像部が工具検査処理のための撮像を実行する、工具収容装置。
【請求項２】
請求項１に記載の工具収容装置と、
前記工具収容装置に収容された工具を用いてワークを加工する加工装置と、
前記工具収容装置と前記加工装置との隔壁に設けられた開口を開閉する開閉機構と、
前記工具搬送部として、前記開口が開放された状態で前記工具収容装置と前記加工装置との間で工具交換を実行する工具交換部と、
を備え、
前記工具の撮像が前記工具収容装置にて行われる、工作機械。
【請求項３】
撮像された画像に基づいて前記工具の状態を判定する判定処理部と、
前記工具の状態が所定の判定基準を満たさない場合にその旨を報知する報知部と、
をさらに備える、請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記判定処理部は、前記工具の画像と、前記工具と同一の工具について予め取得した参照画像とに基づいて前記工具の状態を判定する、請求項３に記載の工作機械。
【請求項５】
前記判定処理部は、前記工具交換部による交換直後の使用済工具の画像と、前記使用済工具と同一の工具について撮像された交換直前の使用前工具の画像とに基づいて、前記使用済工具の状態を判定する、請求項４に記載の工作機械。
【請求項６】
請求項１に記載の工具収容装置の前記撮像部の撮像を制御する撮像処理部と、
撮像された画像に基づいて前記工具の状態を判定する判定処理部と、
を備え、
前記判定処理部は、前記撮像部により撮像された画像から複数のエッジを検出し、前記画像における工具の長手方向と直交する方向の２つのエッジから中間点を算出し、前記中間点を結んだ線を前記工具の工具線とし、算出された工具線と、前記工具と同一の工具について予め記憶している工具線とに基づいて、撮像環境に関する判定処理を実行する、画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械における工具の検査技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械には、回転するワークに対して工具を移動させるターニングセンタ、回転する工具をワークに対して移動させるマシニングセンタ、およびこれらの機能を複合的に備える複合加工機などがある。工作機械には、ＡＴＣ（Automatic Tool Changer）と呼ばれる工具交換装置が備えられ、機械加工の過程で複数種の工具を交換しながらワークが所望の形状に加工される。ＡＴＣは、工具収容部（マガジン等）と工具保持部（主軸等）との間で工具交換を実行する。
【０００３】
このような工作機械では、使用後の工具に欠損や折損あるいは切屑の巻き付きなどの異常があった場合、その工具（以下「不良工具」ともいう）をそのまま次回の加工に使用することはできない。このため、工具の使用前後に刃形状をカメラにより撮像し、その使用前後の撮像画像に基づいて不良工具であるか否かを判定する技術が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１３１３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような工具検査は一般に、照明装置により工具を照らしながら撮像した画像に基づいて行われる。カメラと照明装置とが工具に対してちょうど反対側に配置されることで、カメラは、工具の輪郭位置を把握しやすい、コントラストの高い撮像画像を取得できる。すなわち、工具とその背景とのコントラストの差から工具の輪郭を抽出し、工具形状データを生成する。このとき取得された工具形状に基づいて不良工具であるか否かを判定できる。
【０００６】
しかし、機械加工に用いられた後に交換された工具は、通常、クーラントが付着しており、工具交換時等にそのクーラントが飛散あるいは滴ることで検査環境を汚染する可能性がある。カメラのレンズや背景がクーラントにより汚染されると、工具形状の正確な検出に支障をきたす可能性がある。照明装置が汚染された場合も同様である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、複数の工具を収容する工具収容装置である。工具収容装置は、工具を待機状態で支持する工具支持部と、工具を照らす照明部と、工具を撮像する撮像部と、を備える。撮像部および照明部が、工具支持部に支持される工具の上方に配置される。
【０００８】
本発明の別の態様は工作機械である。工作機械は、上記工具収容装置と、その工具収容装置に収容された工具を用いてワークを加工する加工装置と、工具収容装置と加工装置との隔壁に設けられた開口を開閉する開閉機構と、開口が開放された状態で工具収容装置と加工装置との間で工具交換を実行する工具交換部と、を備る。工具の撮像が工具収容装置にて行われる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、工具の形状検出のために撮像される画像の品質低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る工作機械の外観を表す斜視図である。
【図２】工具収容装置の内部構成を表す側面図である。
【図３】収容室内の構成を模式的に表す斜視図である。
【図４】収容室と加工室との境界部周辺を模式的に表す正面図である。
【図５】対象工具を撮像するための構成を模式的に表す側面図である。
【図６】工作機械および画像処理装置のハードウェア構成図である。
【図７】画像処理装置の機能ブロック図である。
【図８】カメラによる工具の撮像画像の例を示す。
【図９】カメラによる工具の撮像画像の例を示す。
【図１０】実施形態における工具形状の検出方法を表す図である。
【図１１】使用前工具形状データ取得処理の過程を表すフローチャートである。
【図１２】工具検査処理の処理過程を表すフローチャートである。
【図１３】変形例に係る収容室内の構成を模式的に表す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態の工作機械は、工具を適宜交換しながらワークを所望の形状に加工するマシニングセンタとして構成されている。
【００１２】
図１は、実施形態に係る工作機械の外観を表す斜視図である。工作機械１を正面からみて前後方向，左右方向，上下方向を、それぞれＺ軸方向，Ｘ軸方向，Ｙ軸方向とする。
工作機械１は、加工装置２および工具収容装置４を備える。これらの装置を覆うようにカバー６（装置筐体）が設けられる。カバー６の内方には、正面から向かって右側に加工室８が設けられ、左側に収容室１０が設けられる。加工室８において加工装置２による機械加工が行われる。収容室１０においては、工具収容装置４により複数の工具が収容され、また、図示しないＡＴＣによる工具交換が行われる（詳細後述）。
【００１３】
カバー６の右側面には操作盤１２が設けられている。加工室８には画像処理装置１４が接続される。ユーザは、画像処理装置１４により工作機械１の作業状況を遠隔監視できる。画像処理装置１４は、一般的なラップトップＰＣ（Personal Computer）あるいはタブレット・コンピュータであってもよい。変形例においては、画像処理装置を加工室８の内部装置として構成してもよい。
【００１４】
図２は、工具収容装置４の内部構成を表す側面図である。本図は工作機械１の左側面図に対応するが、説明の便宜上、カバー６の左側面を取り除いた状態を示す。また、マガジン（後述）の一部が部分的に切り欠かれて表示されている。
【００１５】
工具収容装置４は、円盤式のマガジン２０を有する。マガジン２０の外周面に沿って複数のポット２２が配設され、それぞれ工具Ｔを収納可能に構成されている。各ポット２２が工具Ｔを同軸状に支持し、複数の工具がマガジン２０の回転軸２４を中心に放射状に支持されている。変形例においては、チェーン式その他のマガジンを採用してもよい。
【００１６】
マガジン２０は、回転軸２４を中心に回転し、交換対象となる工具Ｔをその前端位置（図２における右端位置）において水平に支持する。すなわち、マガジン２０のポット２２は、収容室１０において交換対象となる工具Ｔ（「対象工具Ｔｘ」ともいう）を待機状態で支持する「工具支持部」として機能する。
【００１７】
収容室１０と加工室８とを仕切る隔壁２６には開口２８が設けられ、開口２８を開閉するためのシャッタ３０が配設されている。また、シャッタ３０を対象工具Ｔｘの長手方向に移動させて開口２８を開閉する開閉機構３２が設けられている。開閉機構３２は、図示略のねじ送り機構およびこれを駆動するサーボモータを含む。収容室１０にはＡＴＣ３４が設けられる。ＡＴＣ３４は、収容室１０にて待機状態で保持される工具Ｔ（「使用前工具Ｔｐ」ともいう）と、加工室８にて工具主軸（図示せず）に保持される工具Ｔ（「使用済工具Ｔｕ」ともいう）とを交換する。工具交換は、シャッタ３０が開放された状態で行われる。
【００１８】
対象工具Ｔｘは、収容室１０において交換対象として水平に支持される。対象工具Ｔｘには、工具交換直前の使用前工具Ｔｐと、工具交換直後の使用済工具Ｔｕが含まれる。本実施形態では、同一の工具について使用前工具Ｔｐの画像と使用済工具Ｔｕの画像を撮像する。それら使用前工具Ｔｐの画像と使用済工具Ｔｕの画像との対比に基づいて、使用済工具Ｔｕの状態（不良工具であるか否か等）を判定する。その詳細については後述する。
【００１９】
図３は、収容室１０内の構成を模式的に表す斜視図である。図４は、収容室１０と加工室８との境界部周辺を模式的に表す正面図である。図５は、収容室１０において対象工具Ｔｘを撮像するための構成を模式的に表す側面図である。
【００２０】
図３に示すように、対象工具Ｔｘは、収容室１０において水平に支持される。シャッタ３０は、開閉機構３２（図２参照）により対象工具Ｔｘの長手方向に駆動され、開口２８を開閉する。なお、対象工具Ｔｘの「長手方向」は、収容室１０にて対象工具Ｔｘを支持するポット２２の軸線に沿った方向であり「Ｚ軸方向」に対応する。対象工具Ｔｘの「短手方向」は、長手方向と直角をなす方向であり「Ｘ軸方向」や「Ｙ軸方向」を含む。
【００２１】
図４にも示すように、対象工具Ｔｘとシャッタ３０との間の空間にＡＴＣ３４が配設されている。ＡＴＣ３４は、モータを内蔵する本体３６と、モータの回転軸に取り付けられたアーム３８を備える。アーム３８は、回転軸に対して対称な形状を有し、その両端にそれぞれ把持部４０を有する。把持部４０は、固定爪４２と可動爪４４を含む。可動爪４４を駆動することにより把持部４０による把持動作を実現できる。
【００２２】
ＡＴＣ３４には、アーム３８を軸線方向へ移動させる並進機構と、アーム３８を軸線周りに回転させる回転機構が設けられる。モータには、並進機構を駆動する第１モータと、回転機構を駆動する第２モータとが含まれる。このような機構そのものは公知であるため、その詳細な説明については省略する。
【００２３】
ＡＴＣ３４の非作動時には、図４に示すように、アーム３８の長手方向を上下に向けた状態となる。それにより、シャッタ３０が閉じた状態でＡＴＣ３４が収容室１０に収まるようにしている。ＡＴＣ３４の作動時には、アーム３８の軸線を挟んで一方の側（収容室１０側）で使用前工具Ｔｐが待機し、他方の側（加工室８側）で使用済工具Ｔｕが待機する。このとき、シャッタ３０が開放される。
【００２４】
ＡＴＣ３４が作動すると、アーム３８が回転することで一対の把持部４０がそれぞれ使用前工具Ｔｐ、使用済工具Ｔｕを把持する。このとき、アーム３８は、一時的に開口２８を跨ぐことになる。さらに並進機構および回転機構が駆動されることで、ポット２２および工具主軸３７に対して工具の離脱および装着がなされ、工具交換が実現される。このようなＡＴＣの作動そのものは公知であるため、その詳細な説明については省略する。
【００２５】
工具主軸３７の回転軸Ｌt、ＡＴＣ３４の回転軸Ｌｘ、シャッタ３０の移動方向、および工具交換の待機位置における対象工具Ｔｘの長手方向は、互いに平行（いずれもＺ軸に対して平行）に設計されている。
【００２６】
図５にも示すように、対象工具Ｔｘの上方にカメラ５０および照明装置５２が配設されている。それにより、対象工具Ｔｘにおけるカメラ５０側を明るくし、対象工具Ｔｘの背景を暗くする。カメラ５０と照明装置５２のこのような配置により、対象工具Ｔｘから飛散するクーラントが両者に付着し難くなる。それにより、両者のメンテナンス頻度を低減できるようにしている。
【００２７】
カメラ５０は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）などのイメージセンサ（撮像素子）を備える。本実施形態におけるカメラ５０は約１００万画素（１２２４×１０２４）の解像度を有する。また、カメラ５０は１秒間に最大８０枚の撮像画像を取得可能である。
【００２８】
照明装置５２は「照明部」として機能し、本実施形態では３つの照明装置５２ａ〜５２ｃを含む（これらを特に区別しない場合には、単に「照明装置５２」と称す）。照明装置５２ａが最も高位置に配置され、対象工具Ｔｘをその基端側斜め上方から照らす。照明装置５２ｂは、対象工具Ｔｘをその先端側斜め上方から照らす。照明装置５２ｃは、照明装置５２ｂよりもやや低位置に配置され、対象工具Ｔｘをその基端側やや上方から照らす。なお、変形例においては、比較的大きな単一の照明装置５２を設け、対象工具Ｔｘを上方から照らしてもよい。２つあるいは４つ以上の照明装置５２を対象工具Ｔｘの上方に配設してもよい。
【００２９】
カメラ５０は「撮像部」として機能し、上方（Ｙ軸方向）から対象工具Ｔｘを撮像する。カメラ５０は、照明装置５２ａよりも上方に配置され、対象工具Ｔｘの長手方向中央寄りに位置する。すなわち、カメラ５０は、対象工具Ｔｘの長手方向（Ｘ方向）に対し、照明装置５２ａと照明装置５２ｂとの中間に位置する。
【００３０】
カメラ５０が対象工具Ｔｘの撮像対象部を一画面に収めることができるよう、カメラ５０と対象工具Ｔｘとの距離（ワーキングディスタンス：以下「ＷＤ」とも表記する）が設定されている。なお、「撮像対象部」は、対象工具Ｔｘが不良工具となっているか否かを判定するために検査が必要な部分（「検査対象部」ともいう）を意味し、予め設定される。本実施形態では、対象工具Ｔｘにおいてポット２２に支持される基端から刃先までを検査対象部Ｔａとしている。変形例においては、刃元から刃先までを撮像対象部としてもよい。
【００３１】
図５において、一点鎖線はカメラ５０の画角に入る領域（「撮像領域Ｓ」ともいう）を示す。二点鎖線は照明により撮像画像のコントラストが良好となる領域を示す。上述のように、対象工具Ｔｘにおいてポット２２に支持される基端から刃先までを撮像対象部Ｔａとしている。照明装置５２を複数配置したことで、撮像対象部Ｔａの全体にわたりコントラストが良好な画像を得ることができる。
【００３２】
なお、図２〜図５においては図示を省略するが、ＡＴＣ３４の本体３６、開閉機構３２、カメラ５０、照明装置５２等の各構造体が、収容室１０内の壁面や梁など構造体に安定に固定されていることは言うまでもない。
【００３３】
図６は、工作機械１および画像処理装置１４のハードウェア構成図である。
工作機械１は、上述の加工装置２、工具収容装置４、ＡＴＣ３４のほか、加工制御装置６０および操作制御装置６２を含む。加工制御装置６０は、数値制御装置として機能し、加工プログラムにしたがって加工装置２に制御信号を出力する。加工装置２は、加工制御装置６０からの指示にしたがって工具主軸（図示せず）を駆動してワークを加工する。
【００３４】
操作制御装置６２は、操作盤１２を含み、加工制御装置６０を制御する。ＡＴＣ３４は、加工制御装置６０からの交換指示にしたがって工具収容装置４から工具を取り出し、工具主軸に保持される使用済工具Ｔｕと、工具収容装置４から取り出した使用前工具Ｔｐとを交換する。
【００３５】
画像処理装置１４は、主として、工具形状認識等の画像処理を行う。上述のように、画像処理装置１４は操作制御装置６２の一部として構成されてもよい。あるいは、画像処理装置１４を含めた全体を「工作機械１」と称してもよい。
【００３６】
図７は、画像処理装置１４の機能ブロック図である。
画像処理装置１４の各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および各種補助プロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、それらの上位層に位置する各種アプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。
【００３７】
なお、操作制御装置６２および加工制御装置６０も、プロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され演算器に処理命令を供給するソフトウェアやプログラムを画像処理装置１４とは別個のオペレーティングシステム上で実現される形態でもよい。
【００３８】
画像処理装置１４は、ユーザインタフェース処理部７０、データ処理部７２、データ格納部７４および通信部７６を含む。
ユーザインタフェース処理部７０は、ユーザからの操作を受け付けるほか、画像表示や音声出力など、ユーザインタフェースに関する処理を担当する。通信部７６は、操作制御装置６２との通信を担当する。データ処理部７２は、ユーザインタフェース処理部７０により取得されたデータおよびデータ格納部７４に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部７２は、ユーザインタフェース処理部７０、データ格納部７４および通信部７６のインタフェースとしても機能する。データ格納部７４は、各種プログラムと設定データを格納する。
【００３９】
ユーザインタフェース処理部７０は、入力部８０および出力部８２を含む。
入力部８０は、タッチパネルあるいはハンドル等のハードデバイスを介してユーザからの入力を受け付ける。出力部８２は、画像表示あるいは音声出力を介して、ユーザに各種情報を提供する。出力部８２は、報知部８４を含む。報知部８４は、交換対象となる工具の異常（不良工具が検出されたこと）など、所定の異常条件が成立したときにユーザに各種事象の発生を報知する（詳細後述）。
【００４０】
通信部７６は、操作制御装置６２からデータを受信する受信部１１０と、操作制御装置６２にデータおよびコマンドを送信する送信部１１２を含む。
【００４１】
データ処理部７２は、移動制御部９０、撮像処理部９２、形状再現部９４、工具管理部９６および判定処理部９８を含む。
移動制御部９０は、開閉機構３２を駆動制御してシャッタ３０の開閉（移動）を制御する。撮像処理部９２は、カメラ５０を制御して対象工具Ｔｘを撮像させる。形状再現部９４は、撮像画像に基づいて対象工具Ｔｘの形状を示すデータである「工具形状データ」を生成する。工具管理部９６は、対象工具Ｔｘごとに工具ＩＤと工具形状データとを対応づけてデータ格納部７４に登録する。
【００４２】
判定処理部９８は、対象工具Ｔｘの撮像画像に基づき、あるいは、工具形状データに基づいて、対象工具Ｔｘに欠損や折損あるいは切屑の巻き付きなどの異常が生じていないか（不良工具であるか否か）を判定する。判定処理部９８が対象工具Ｔｘの異常が判定されたとき、報知部８４がユーザにその旨を報知する。判定処理部９８は、操作制御装置６２にその旨を操作盤１２に表示させるよう指示してもよい。使用済工具Ｔｕが不良工具であると判定された場合、工具管理部９６は、その不良工具であるとの情報を工具ＩＤに対応づけ、工具情報としてデータ格納部７４に登録する。
【００４３】
データ格納部７４は、工具情報格納部１００および形状データ格納部１０２を含む。工具情報格納部１００は、マガジン２０に収納される各工具Ｔの情報（工具情報）を工具ＩＤに対応づけて格納する。工具情報には、例えば工具の種類や形状、大きさ、長さなどの情報が含まれる。さらに、累計使用時間や累計使用回数などの情報を含めてもよい。データ格納部７４はまた、撮像画像を一時記憶する。
【００４４】
工具情報格納部１００は、工具交換がなされるごとに工具情報を更新する。上述のように対象工具Ｔｘが不良工具であると判定された場合には、工具情報としてその旨を追加する。工具管理部９６は、その判定以降、不良工具にかかる工具Ｔの使用、つまりＡＴＣ３４により使用前工具Ｔｐとして工具交換することを禁止する。
【００４５】
形状データ格納部１０２は、形状再現部９４が生成した工具形状データを工具ＩＤに対応づけて格納する。本実施形態では、工具交換前後に工具形状データが作成される。このため、各対象工具Ｔｘについて、使用前工具Ｔｐの工具形状データ（以下「使用前工具形状データ」ともいう）と、使用済工具Ｔｕの工具形状データ（以下「使用済工具形状データ」ともいう）とが、工具ＩＤに対応づけて記憶される。判定処理部９８は、同一の工具について使用前工具形状データと使用済工具形状データとを比較することで、使用済工具Ｔｕが不良工具であるか否かを判定できる。
【００４６】
次に、工具の検査方法について説明する。
図８および図９は、カメラ５０による工具の撮像画像の例を示す。図８は、対象工具Ｔｘの背景（つまり収容室１０における対象工具Ｔｘの下方）が清浄な場合に得られる画像を示す。図９は、対象工具Ｔｘの背景が清浄でない場合に得られる画像を示す。各図において（Ａ）は撮像画像を示し、（Ｂ）は撮像画像に基づいて特定される工具形状を示す。
【００４７】
撮像処理部９２は、撮像画像に基づいて対象工具Ｔｘ（撮像対象部Ｔａ）の輪郭を特定する。図８（Ａ）に示すように、対象工具Ｔｘの背景が清浄な場合、撮像対象部Ｔａとその背景とのコントラストが大きい。撮像処理部９２は、Ｘ軸方向に走査線を設定し、撮像画像における暗領域と明領域との境界に位置する点をエッジ点として検出する。撮像処理部９２は、走査線を一定のピッチにてずらしながら複数のエッジ点を検出し、これらのエッジ点をつなぐことで対象工具Ｔｘの輪郭を特定する。図８（Ｂ）に示すように、背景が清浄であれば工具形状が鮮明に表れる。形状再現部９４は、特定された輪郭に基づいて工具形状データを生成する。
【００４８】
判定処理部９８は、同一の工具について使用前工具形状データと使用済工具形状データとを比較する。判定処理部９８は、使用前工具形状と使用済工具形状の類似度、特に、輪郭の類似度が所定値以下となっているとき、対象工具Ｔｘに欠損等が発生している、つまり対象工具Ｔｘが不良工具になっていると判定する。このとき、報知部８４は、ユーザに不良工具が検出されたことを示すアラート画面を表示させる。あるいは、ブザー音などの音声を発生させてもよい。
【００４９】
一方、図９（Ａ）に示すように、対象工具Ｔｘの背景が清浄でない場合、撮像対象部Ｔａとその背景とのコントラストが小さくなる。例えば、対象工具Ｔｘの下方（収容室１０の下面）がクーラントで汚れていたり、切屑が散在していたような場合、照明がこれらにおいて反射して外乱となり、コントラストが不良となることがある。その場合、図９（Ｂ）に示すように、対象工具Ｔｘの輪郭がぼやけ、工具形状が不鮮明となる。このような場合、工具が不良であるか否かを正確に判定することはできない。
【００５０】
そこで、判定処理部９８は、対象工具Ｔｘの検査に先立ってその背景が清浄であるか否かを判定し、正常でなければ、その旨を示しつつメンテナンスを促すアラート画面を表示させる。このアラート画面が表示されると、ユーザは、収容室１０内を清掃する等のしかるべき措置をとる。
【００５１】
図１０は、実施形態における工具形状の検出方法を表す図である。
上述のように、カメラ５０により撮像するＴｘの背景に切屑やクーラント汚れがある場合、それらの乱反射によりＴｘと背景とのコントラストを良好に取得できない場合が想定される。本実施形態では、このコントラストの良否が、工具画像より割り出される工具中心線の形状から判断できることに着目する。なお、この工具中心線は、工具の撮像画像においてＸ軸方向に検出される２つのエッジ点から算出される工具中心点をＺ軸方向の直線に近似した回帰直線として得ることができる。
【００５２】
図１０（Ａ）に示すように、対象工具Ｔｘの背景が清浄であると、画像のコントラストが良好に得られ、上述した撮像画像の暗領域と明領域との境界に位置するエッジ点が直線状につながる。その結果、良好な工具形状データが得られる。このとき、演算される工具中心線Ｃｔは直線状に得られる。
【００５３】
一方、図１０（Ｂ）に示すように、対象工具Ｔｘの背景が汚染されていると、工具の輪郭に沿ってあるべきエッジ点が正確に取得できず、その結果、良好な工具形状データを得ることができない。このとき、演算される工具中心線Ｃｔは直線から大きく外れることとなる。すなわち、演算される工具中心線Ｃｔが、本来の工具中心線Ｃｒから大きくずれている場合、撮像環境が悪いとも言えるため、そのような状態になったときにユーザに対し、収容室１０内の清掃を促すことは有効である。
【００５４】
そこで、図１０（Ｃ）に示すように、キャリブレーション用の工具（「キャリブレーション工具」という）を用意し、予め基準となる工具中心線Ｃｒを取得しておく。判定処理部９８は、対象工具Ｔｘの撮像画像に基づいて工具中心線Ｃｔを演算し、基準の工具中心線Ｃｒと比較する。判定処理部９８は、両工具中心線のずれが所定値以上となった場合、報知部８４のその旨を表すアラート画面を表示させる。ユーザは、このアラート画面の表示に促され、収容室１０内の清掃や照明装置５２のメンテナンスなど、しかるべき措置をとることができる。
【００５５】
図１１は、使用前工具形状データ取得処理の処理過程を表すフローチャートである。
本処理は、工具交換に先立ち、使用前工具Ｔｐが収容室１０において待機状態で水平に保持されたことを契機に実行される。
【００５６】
撮像処理部９２は、カメラ５０により使用前工具Ｔｐを撮像する（Ｓ１０）。続いて、撮像画像に基づいて上述した工具中心線Ｃｔを演算し（Ｓ１２）、キャリブレーション工具の工具中心線Ｃｒと比較する（Ｓ１４）。このとき、両工具中心線のずれが所定値未満であれば（Ｓ１６のＮ）、形状再現部９４は、撮像画像に基づいて使用前工具形状データを生成する（Ｓ１８）。撮像環境が良好であると判断できるため、その撮像画像を用いて工具形状を特定するものである。工具管理部９６は、この使用前工具形状データを工具ＩＤに対応づけて形状データ格納部１０２に格納させる（Ｓ２０）。この使用前工具形状データは、後述する工具検査のために使用される。
【００５７】
一方、両工具中心線のずれが所定値以上であれば（Ｓ１６のＹ）、上述したアラート画面を表示させる（Ｓ２２）。それによりユーザが清掃などのメンテナンスを行った後、再度、本処理（使用前工具形状データ取得処理）が実行されることになる。
【００５８】
図１２は、工具検査処理の処理過程を表すフローチャートである。
本処理は、工具交換後の工具収納に先立ち、収容室１０において使用済工具Ｔｕが待機状態で水平に保持されたことを契機に実行される。
【００５９】
撮像処理部９２は、カメラ５０により使用済工具Ｔｕを撮像する（Ｓ３０）。続いて、撮像画像に基づいて上述した工具中心線Ｃｔを演算し（Ｓ３２）、キャリブレーション工具の工具中心線Ｃｒと比較する（Ｓ３４）。このとき、両工具中心線のずれが所定値未満であれば（Ｓ３６のＮ）、形状再現部９４は、撮像画像に基づいて使用済工具形状データを生成する（Ｓ３８）。撮像環境が良好であると判断できるため、その撮像画像を用いて工具形状を特定するものである。
【００６０】
工具管理部９６は、この使用済工具形状データを形状データ格納部１０２に一時記憶する（Ｓ４０）。判定処理部９８は、この使用済工具形状データと工具ＩＤが同じ使用前工具形状データを読み出し、それらの工具形状データを比較する（Ｓ４４）。すなわち、同一の工具について使用前工具形状と使用済工具形状とを比較する（Ｓ４６）。このとき、使用済工具形状と使用前工具形状との類似度が所定値以下の不良工具であれば（Ｓ４６のＹ）、報知部８４にその旨を報知させる（Ｓ４８）。すなわち、報知部８４がアラート画面を表示させる。不良工具でなければ（Ｓ４６のＮ）、Ｓ４８の処理をスキップする。
【００６１】
本実施形態では、工具交換後に不良工具と判定された使用済工具Ｔｕについてもマガジン２０に収納するが、所定のメンテナンスが行われるまでその工具を使用禁止とする。その工具が使用禁止であるとの情報は工具ＩＤに対応づけて記憶される。
【００６２】
工具には一般に、その品質を確保するために使用回数や使用時間（「品質保証パラメータ」ともいう）の上限値が決められている。その品質保証パラメータが上限値を超えた工具は使用禁止とされ、別途用意されマガジン２０に収納された同種の工具（サブ工具）が使用される。それにより、加工装置２による量産プロセスを阻害しないようにする。本実施形態では、品質保証パラメータが上限値を超えなくとも、不良工具が検出された場合には、該当する工具を使用禁止として管理しつつサブ工具を使用する。
【００６３】
一方、両工具中心線のずれが所定値以上であれば（Ｓ３６のＹ）、上述したアラート画面を表示させる（Ｓ５０）。それによりユーザが清掃などのメンテナンスを行った後、再度、本処理（工具検査処理）が実行されることになる。
【００６４】
以上、実施形態に基づいて工作機械１について説明した。
本実施形態では、カメラ５０および照明装置５２が、対象工具Ｔｘの上方に配置される。このため、これらが対象工具Ｔｘに付着したクーラントなどにより汚染される可能性を低減できる。工具の形状検出のために撮像される画像の品質低下が抑制され、工具検査を十分な精度をもって行うことができる。
【００６５】
また、工具検査に先立って撮像環境が良好であるか否かが判定され、良好でなければユーザにメンテナンス等を促す報知がなされる。撮像環境が良好である場合にのみ、工具検査処理への移行がなされる。このため、工具検査を十分な精度をもって行うことができる。本実施形態によれば、工具の形状検出の精度を維持するために撮像環境を整えるといった課題にも対応できる。
【００６６】
［変形例］
図１３は、変形例に係る収容室１０内の構成を模式的に表す斜視図である。
上記実施形態では、撮像部（カメラ５０）を収容室１０の所定位置に固定する構成を例示した。本変形例では、カメラ５０をシャッタ３０とともに対象工具Ｔｘと平行に移動させる。すなわち、収容室１０の対象工具Ｔｘの上方には、カメラ５０を対象工具Ｔｘの長手方向に移動させるための移動機構５４が設けられている。移動機構５４は、ガイドレール５６およびエアシリンダ５８を含む。ガイドレール５６は、対象工具Ｔｘの軸線と平行に延在し、カメラ５０が摺動可能に取り付けられている。エアシリンダ５８のロッドの先端にカメラ５０が固定されている。エアシリンダ５８は、カメラ５０をガイドレール５６に沿って往復駆動する。なお、図示を省略するが、移動機構５４が、収容室１０内の壁面や梁など構造体に安定に固定されていることは言うまでもない。
【００６７】
移動制御部９０は、移動機構５４を駆動制御し、シャッタ３０の開閉動作と連動するようにカメラ５０を対象工具Ｔｘと平行に移動させる。カメラ５０は、対象工具Ｔｘの基端近傍から先端側に向けて移動してもよい。移動機構５４によりカメラ５０を移動させ、対象工具Ｔｘを複数回に分けて撮像し、複数の撮像画像に基づいて撮像対象部Ｔａ全体の形状を特定してもよい。このような構成により、工具長が大きくなっても工具の形状検出を十分な精度で行うことができる。カメラ５０をシャッタ３０と連動させることで、開口２８が開いたときに加工室８に対してカメラ５０をシャッタ３０の裏側に位置させてもよい。それによりカメラ５０の汚染を防止又は抑制できる。なお、エアシリンダ５８に代えてねじ送り機構やリニア駆動装置を採用してもよい。
【００６８】
また、工具の近傍に照明装置５２があり、近傍から照明を当てているため、シャッタ３０が動いて開口２８が開き、加工室８内の明かりが入ってきても、加工室８からの明かりが撮像に及ぼす影響が少ない。
【００６９】
なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。
【００７０】
上記実施形態では、判定処理部９８が対象工具Ｔｘが不良工具であるか否かを判定する構成を例示した。変形例においては、使用前工具Ｔｐおよび使用済工具Ｔｕについて形状再現部９４が生成した工具形状データを、出力部８２により対比可能に描画表示させてもよい。ユーザがそれら使用前後の工具形状を目視により比較することで対象工具Ｔｘが不良工具であるか否かを判定してもよい。
【００７１】
上記実施形態では、各対象工具Ｔｘについて工具交換前後（つまり機械加工の前後）において撮像を行い、工具形状データを生成した。そして、それぞれの工具について使用前工具形状データと使用済工具形状データとを比較することで、欠損等の異常がないかどうかを判定した。変形例においては、工具形状データ（工具輪郭データ）を生成することなく、工具画像そのものを使用して不良工具の判定処理を行ってもよい。すなわち、各対象工具Ｔｘについて使用前工具画像と使用済工具画像とを比較することで、使用済工具Ｔｕが不良工具であるか否かを判定してもよい。
【００７２】
上記実施形態では、各対象工具Ｔｘを機械加工の直前および直後で撮像し、それらの画像に基づいて使用済工具Ｔｕの状態（不良工具であるか否か）を判定した。つまり、使用直前の撮像画像を「参照画像」として判定の基準に用いる例を示した。変形例においては、工具の初回使用開始前の工具登録時に基本データとして参照画像を格納してもよい。ただし、照明の状態などの撮像環境を同等にしてより正確な形状検出（形状比較）を行うためには、機械加工の直前の画像と直後の画像とを比較するのが好ましい。
【００７３】
上記実施形態では、対象工具について検出された工具中心線と、基準となる工具中心線とを対比し、両工具中心線のずれが所定値以上となった場合に報知処理を行う例を示した。他の変形例においては、基準となる工具中心線を設定することなく、対象工具について検出される工具中心点のばらつき（その回帰直線からのずれの分散値など）が予め定める判定基準値を超えた場合に報知処理を行うようにしてもよい。
【００７４】
上記実施形態では、「工具搬送部」としてＡＴＣ３４を例示したが、工具交換機能を有することなく、加工室と収容室との間で工具を搬送する工具搬送機構を設けてもよい。
【００７５】
上記実施形態では、工作機械１としてマシニングセンタを例示したが、上記工具の検査技術をターニングセンタや複合加工機にも適用できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７６】
１  工作機械、２  加工装置、４  工具収容装置、６  カバー、８  加工室、１０  収容室、１２  操作盤、１４  画像処理装置、２０  マガジン、２２  ポット、２６  隔壁、３０  シャッタ、３２  開閉機構、３４  ＡＴＣ、３８  アーム、５０  カメラ、５２  照明装置、５４  移動機構、５６  ガイドレール、５８  エアシリンダ、６０  加工制御装置、６２  操作制御装置、９０  移動制御部、９２  撮像処理部、９４  形状再現部、９６  工具管理部、９８  判定処理部、１００  工具情報格納部、１０２  形状データ格納部、Ｐ１  部分画像、Ｐ２  部分画像、Ｓ  撮像領域、Ｔ  工具、Ｔａ  撮像対象部、Ｔｐ  使用前工具、Ｔｕ  使用済工具、Ｔｘ  対象工具。
【要約】      （修正有）【課題】工具の形状検出のために撮像される画像の品質低下を抑制する。【解決手段】工具収容装置４は、工具Ｔｘを待機状態で支持する工具支持部（ポット）２２と、工具Ｔｘを照らす照明部５２と、工具Ｔｘを撮像する撮像部５０と、を備える。撮像部５０および照明部５２が、工具支持部２２に支持される工具Ｔｘの上方に配置される。【選択図】図３【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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