(57)【要約】  先端部に工具（５）を装着するようにした主軸（４）と、複数の工具を保持する工具マガジン（４１）と、工具マガジンと回転主軸との間で工具を交換する工具交換アーム（４３）と、ワークを取り付けるテーブル（１４）とを備え、加工プログラムに従って、主軸とテーブルとを相対移動させてワークを加工する工作機械（１）が、工具ホルダに装着した工具を撮像する撮像装置（２４）と、加工プログラムと、ワーク、工具および工作機械の形状データとを用いて、加工前に加工をシミュレーションして、少なくとも工具とワークとの干渉の有無を確認する干渉チェック装置（１１０）とを備え、干渉チェック装置から工具の形状データを取得し、取得した工具の形状データから二次元工具モデルを生成し、該二次元工具モデルと、撮像装置で撮像した工具の画像とを比較し、二次元工具モデルと画像データとずれ量が所定のしきい値以上の場合に工具が不正であると判定するようにした。
2020012569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に工具を装着するようにした主軸と、複数の工具を保持する工具マガジンと、工具マガジンと回転主軸との間で工具を交換する工具交換アームと、ワークを取り付けるテーブルとを備え、加工プログラムに従って、主軸とテーブルとを相対移動させてワークを加工する工作機械システムにおいて、
工具ホルダに装着した工具を工具ホルダと共に撮像する撮像装置と、
加工プログラムと、ワーク、工具および工作機械の形状データとを用いて、加工前に加工をシミュレーションして、少なくとも工具とワークとの干渉の有無を確認する干渉チェック装置と、
干渉チェック装置から工具ホルダに装着した工具の形状データを取得し、取得した工具の形状データから二次元工具モデルを生成し、該二次元工具モデルと、撮像装置で撮像した工具の画像とを比較し、二次元工具モデルと画像データとずれ量が所定のしきい値以上の場合に工具が不正であると判定する制御装置と、
を具備することを特徴とした工作機械システム。
【請求項２】
工具ホルダはゲージラインを有しており、撮像装置が生成した工具の画像は工具を保持する部分であるホルダ部と、工具において工具ホルダから突出した部分である工具部とを有し、干渉チェック部から出力される工具の形状データの工具ホルダはゲージラインを有した工具ホルダであって、二次元工具モデルは、工具ホルダに装着した工具と該工具ホルダとを平面に投影した二次元モデルであって、工具を保持する工具ホルダの部分であるホルダ部と、工具において工具ホルダから突出した部分である工具部とを有しており、
制御装置は、ゲージラインから工具の先端までの軸方向の長さである工具長と、工具部の直径と、ホルダ部の直径とに関して、二次元工具モデルと画像データとを比較する請求項１に記載の工作機械システム。
【請求項３】
撮像装置は、工具マガジンを収容した工具収容室内に配置されており、工具が静止している間に撮像するようにした請求項１に記載の工作機械システム。
【請求項４】
先端部に工具を装着するようにした回転主軸と、複数の工具を保持する工具マガジンと、工具マガジンと回転主軸との間で工具を交換する工具交換アームと、ワークを取り付けるテーブルとを備え、加工プログラムに従って、主軸とテーブルとを相対移動させてワークを加工する工作機械システムの工具マガジンに正しい工具が装着されているか否かを判定する工具の判定方法において、
工具ホルダに装着した工具を撮像し、
加工プログラムと、ワーク、工具および工作機械の形状データとを用いて、加工前に加工をシミュレーションして少なくとも工具とワークとの干渉の有無を確認する干渉チェック装置から工具ホルダに装着した工具の形状データを取得し、
取得した工具の形状データから二次元工具モデルを生成し、
該二次元工具モデルと、撮像装置で撮像した工具の画像とを比較し、
二次元工具モデルと画像データとずれ量が所定のしきい値以上の場合に工具が不正であると判定することを含むことを特徴とした工具の判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具マガジンに間違った或いは不正な工具が保持されている或いは間違った工具番号またはポット番号が付与されているか否かを判定できるようにした工作機械システムおよび判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の工具を保持する工具マガジンと、該工具マガジンと主軸との間で工具を交換する工具交換装置とを備えた工作機械システムでは、オペレータが、加工に使用する工具を目視により逐一確認しながら、工具マガジンの指定されたポットに装着している。その際、正しい工具が、正しい工具番号またはポット番号を割り当てて工具マガジンに装着されていなければ、ＮＣ加工プログラムに従ったワークの加工ができないばかりか、工具とワークまたは工作機械とが衝突または干渉して、工具、ワーク、工作機械を損傷してしまう。【０００３】
特許文献１には、こうした問題を解決するために、撮影装置によって撮影された工具の画像を画像処理して、画像データから工具の特徴量を抽出、演算し、抽出、演算された工具の特徴量データと、該工具についてのマスタデータとを照合することにより、撮影された工具がＮＣ装置により指定された工具と一致するか否かを認識するようにした工具の自動照合認識装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平06-134638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１に記載の工具の自動照合認識装置では、マスタデータは工具それ自体の寸法データであり、また画像データから抽出された工具の特徴量も当該工具それ自体の特徴的形状に関連した寸法である。従って、工具が加工プログラムに記載されている正しい工具ホルダに装着されていなければ、加工プログラムに従った適正な加工を行うことができず、また工具とワークまたは工作機械との衝突または干渉を防止することもできない。【０００６】
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、工具マガジンに装着されている工具が間違えているか否か、或いは、工具が損傷しているか否かを確実に判定できるようにした工作機械システムおよび工具の判定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、先端部に工具を装着するようにした主軸と、複数の工具を保持する工具マガジンと、工具マガジンと回転主軸との間で工具を交換する工具交換アームと、ワークを取り付けるテーブルとを備え、加工プログラムに従って、主軸とテーブルとを相対移動させてワークを加工する工作機械システムにおいて、工具ホルダに装着した工具を工具ホルダと共に撮像する撮像装置と、加工プログラムと、ワーク、工具および工作機械の形状データとを用いて、加工前に加工をシミュレーションして、少なくとも工具とワークとの干渉の有無を確認する干渉チェック装置と、干渉チェック装置から工具ホルダに装着した工具の形状データを取得し、取得した工具の形状データから二次元工具モデルを生成し、該二次元工具モデルと、撮像装置で撮像した工具の画像とを比較し、二次元工具モデルと画像データとずれ量が所定のしきい値以上の場合に工具が不正であると判定する制御装置とを具備する工作機械システムが提供される。【０００８】
更に、本発明によれば、先端部に工具を装着するようにした回転主軸と、複数の工具を保持する工具マガジンと、工具マガジンと回転主軸との間で工具を交換する工具交換アームと、ワークを取り付けるテーブルとを備え、加工プログラムに従って、主軸とテーブルとを相対移動させてワークを加工する工作機械システムの工具マガジンに正しい工具が装着されているか否かを判定する工具の判定方法において、工具ホルダに装着した工具を撮像し、加工プログラムと、ワーク、工具および工作機械の形状データとを用いて、加工前に加工をシミュレーションして少なくとも工具とワークとの干渉の有無を確認する干渉チェック装置から工具ホルダに装着した工具の形状データを取得し、取得した工具の形状データから二次元工具モデルを生成し、該二次元工具モデルと、撮像装置で撮像した工具の画像とを比較し、二次元工具モデルと画像データとずれ量が所定のしきい値以上の場合に工具が不正であると判定するようにした工具の判定方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、工具を工具ホルダに装着した状態で撮像して得られた画像データと、干渉チェック部からの工具ホルダに工具を装着した状態の工具の形状データから生成された二次元工具モデルとを比較するようにしたので、工具マガジンに装着されている工具が、干渉チェックを受けた加工プログラムに記載されている正しい工具であるか否か、或いは、工具が損傷しているか否かを確実に判定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】制御装置のブロック図と共に示す本発明の実施形態による工作機械システムの概略断面図である。
【図２】工具の判定方法のフローチャートである。
【図３】工具ホルダに保持された工具を撮像して得られた二値画像（ａ）と、工具形状データから生成された工具ホルダに装着した工具の二次元工具モデル（ｂ）を示す略図である。
【図４】図３（ａ）の二値画像の工具部を拡大して示す二値画像（ａ）と、図３（ｂ）の二次元工具モデルの工具部を拡大して示す略図（ｂ）である。
【図５】工具形状データから生成された工具ホルダに装着した工具の二次元工具モデルの他の例を示す略図である。
【図６】表示部に表示されるしきい値の編集画面またはダイアログボックスを示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
先ず、図２において、本発明を適用する工作機械システムは、加工プログラムに基づいて自動的に工具とワークＷとを相対的に移動させて加工を行う数値制御式の工作機械１を具備している。工作機械１は横形マシニングセンタである。工作機械１は、工具とワークＷとをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸に沿って相対移動させる送り装置を備える。送り装置は、複数の移動軸の方向に被駆動物を移動させる。
【００１２】
工作機械１は基台となるベッド１２を備える。ベッド１２の上面には、水平左右方向であるＸ軸方向に延設されたＸ軸ガイドレール１９が固定されている。Ｘ軸ガイドレール１９の上面には、コラム１６が配置されている。コラム１６は、矢印８６に示す様に、Ｘ軸ガイドレール１９に沿って移動可能に形成されている。コラム１６の前面には、上下方向であるＹ軸方向に延設されたＹ軸ガイドレール２０が固定されている。主軸ヘッド３はＹ軸ガイドレール２０に支持されている。主軸ヘッド３は、矢印８５に示す様に、Ｙ軸ガイドレール２０に沿って移動可能に形成されている。
【００１３】
また、ベッド１２の上面には、水平前後方向であるＺ軸方向に延設されたＺ軸ガイドレール１８が固定されている。Ｚ軸ガイドレール１８の上面には、テーブル１４が配置されている。ワークＷは、パレット１５を介してテーブル１４に固定される。テーブル１４は、Ｚ軸ガイドレール１８に沿ってＺ軸方向に移動可能に形成されている。
【００１４】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各送り装置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に延設されたボールねじ（図示せず）、該ボールねじの一端に連結されたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸サーボモータ（図示せず）、コラム１６、主軸ヘッド３、テーブル１４に取付けられ前記ボールねじに係合するナット（図示せず）を含むことができる。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の座標位置を測定するために、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々にデジタルスケール（図示せず）のような測定装置が設けられている。
【００１５】
主軸ヘッド３は、主軸４を水平前後方向に延びる回転軸線を中心として回転可能に支持している。主軸４の先端には、ワークＷを加工する工具５が取り付けられている。主軸ヘッド３には、主軸４を回転駆動するサーボモータ（図示せず）が内蔵されている。工具５は、ボールエンドミル、スクエアエンドミル、正面フライス、タッピングツール或いはドリルのような、その軸線を中心として回転対称である或いは回転体形状を有している。
【００１６】
工作機械１は、工具５がＸ軸方向およびＹ軸方向に移動し、ワークＷがＺ軸方向に移動する。なお、送り装置としては、この形態に限られず、任意の装置でワークに対して工具を相対移動させることができる。また、工作機械としては、直線送り軸の他に、所定の軸線の周りに回転する回転送り軸を有していてもよい。
【００１７】
工作機械１は、自動的に工具を交換する工具交換装置４０を備える。工作機械１は、ワークＷを加工する加工室６１と工具５を保管する工具収容室６２とを備える。加工室６１および工具収容室６２は、スプラッシュガード５４により囲まれている。また、加工室６１と工具収容室６２とは、隔壁５１により隔離されている。ベッド１２、コラム１６および主軸ヘッド３等は加工室６１の内部に配置されている。工具交換装置４０は、工具収容室６２の内部に配置されている。隔壁５１には、加工室６１と工具収容室６２との間で工具５を移動するための開口部５１ａが形成されている。また、隔壁５１には、開口部５１ａを開閉するためのシャッター５２が配置されている。シャッター５２は隔壁５１に支持されている。
【００１８】
工作機械１はシャッター５２を駆動するモータを含む。シャッター５２は、隔壁５１に対して移動可能に形成されている。本実施形態のシャッター５２はＺ軸方向に移動可能に形成されている。シャッター５２が移動して開口が形成されることにより、開口部５１ａを通して工具５の移動を行うことができる。
【００１９】
工具交換装置４０は、複数の工具５を保管する工具マガジン４１と、工具マガジン４１と主軸４との間で工具５を移送する移送装置とを含む。本実施形態の工具マガジン４１は、円板状に形成された基材の周りに工具ホルダ４５を介して工具５を保持するように形成されている。工具交換装置４０は、工具マガジン４１を回転させるモータを含む。工具マガジン４１は矢印８７に示すように回転する。
【００２０】
移送装置は、工具シフタ４４および工具交換アーム４３を含む。工具シフタ４４は、工具マガジン４１と工具の待機位置との間で工具ホルダ４５に装着された工具５を工具ホルダ４５と共に移動する。工具シフタ４４は、矢印８８に示す方向に移動することにより、工具マガジン４１から工具５を取り外したり工具マガジン４１に工具５と取り付けたりする。工具交換アーム４３は、棒状に形成されている。工具交換アーム４３は、両側の端部に工具５を保持する保持部４３ａを有する。工具交換装置４０は、工具交換アーム４３を回転させるモータを含む。工具交換アーム４３は、矢印８９に示す様に、Ｚ軸方向に延びる回転軸の周りに回転可能に形成されている。
【００２１】
待機位置は、工具交換アーム４３と工具シフタ４４との間で工具を交換することができる位置である。つまり、工具交換アーム４３は、工具５を把持していない一端において、待機位置で工具を保持する工具シフタ４４から工具を受け取り、また、工具５を把持している一端において、待機位置で待機する空の工具シフタ４４に工具５を受け渡す。
【００２２】
工具５を交換する場合には、加工室６１では、主軸ヘッド３が工具５の交換するための所定の位置まで移動する。工具交換アーム４３が回転したときに保持部４３ａにより主軸４に取り付けられた工具５を保持できる位置まで主軸ヘッド３を移動する。主軸４には加工を終えた工具５が取り付けられている。工具収容室６２では、工具マガジン４１は、次に使用する工具５が工具シフタ４４に保持される位置まで回転する。工具シフタ４４は、次に使用する工具５を工具マガジン４１から待機位置まで移動する。
【００２３】
次に、シャッター５２が開いて工具交換アーム４３が回転する。工具交換アーム４３は、工具シフタ４４に保持されていた工具５および主軸４に取り付けられていた工具５を保持する。更に、工具交換アーム４３が回転することにより、次に使用する工具５を主軸４に取り付けて、加工が終了した工具５を工具シフタ４４に取り付ける。工具シフタ４４は、加工が終了した工具５を工具マガジン４１に戻す。
【００２４】
このように工具交換装置４０は、主軸４に取り付けられている工具５を工具マガジン４１に移動することができる。また、工具交換装置４０は、工具マガジン４１に保管されている工具５を主軸４に移動することができる。工具５の交換が終了した後には、工具交換アーム４３は初期の状態まで回転する。シャッター５２が閉じた後に、加工室６１では次の加工が開始される。
【００２５】
なお、工具交換装置としては、上記の形態に限られず、主軸に取り付けられた工具と工具マガジンに保管されている工具とを交換可能に形成されていればよい。
【００２６】
工作機械１は、工具５を撮像する撮像装置２４を備える。撮像装置２４は、工具５を撮像した画像において、工具５の背景が明るくなる一方で工具５が暗くなるバックライト方式である。撮像装置２４は、工具収容室６２の内部において、予め定められた撮像位置に配置された工具５を撮像する。撮像装置２４はカメラ２５を含む。カメラ２５は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等の撮像した画像の画像処理が可能な任意のカメラを採用することができる。本実施形態のカメラ２５は、工具５が待機位置に配置されている時に工具５を撮像するように配置されている。なお、撮像位置としては待機位置に限られず、任意の位置に設定することができる。本実施形態では、工具５が撮像装置で撮像されるとき、該工具５は工具ホルダ４５に装着されている。
【００２７】
本実施形態のシャッター５２は、カメラ２５から待機位置に配置された工具５に向かう方向において、工具５に対してカメラ２５の反対側に配置された反射面として機能する。シャッター５２は、カメラ２５から見た時に工具５の後側に配置されている。カメラ２５は、待機位置にて工具５を撮像したときに、画像の工具の背景のほぼ全体がシャッター５２になる位置に配置されている。シャッター５２は、カメラ２５と待機位置に配置された工具５とを結ぶ直線に交差する位置に配置されている。工具５は、シャッター５２とカメラ２５との間に配置される。
【００２８】
シャッター５２は、光を反射する反射面を有する。反射面は、光を散乱するように形成されている。本実施形態では、シャッター５２において工具収容室６２の内部に向く表面が反射面に相当する。本実施形態のシャッター５２では、反射面は塗装されている。反射面としては、この形態に限られず、入射する光の少なくとも一部を散乱するように形成されていればよい。すなわち、反射面は、入射した光のほぼ全てを一つの方向に反射する鏡面特性を有していなければ、どのような材料であってもよい。たとえば、反射面は、表面が塗装されておらずに、金属の表面が露出していてもよい。
【００２９】
撮像装置２４は、シャッター５２に向けて光を照射する光源としての照明装置２６を備える。本実施形態の照明装置２６は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明である。シャッター５２は、反射面において光を散乱するために、照明装置２６にて照射された光の一部がカメラ２５に向かう。このように、本実施形態の撮像装置２４は、直接的に工具５を照らす直接照明方式ではなく、反射した拡散反射光にて工具５を照らす間接照明方式を採用している。照明装置２６は、シャッター５２の反射面にて反射される拡散反射光により、工具５の背景よりも工具５が暗くなる画像が撮像されるように配置されている。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、工具５を撮像した時に、該工具５に相当する部分は全体が黒くなる。これに対して、背景は反射面の拡散反射光により、明るくなる。このように、撮像装置２４は、背景よりも工具５の部分が暗くなる画像を撮像する。例えば、照明装置が発光する光の色が白の場合には、背景が白くなり、工具５の部分は黒くなる。後述する制御装置１００は、このような画像を用いて工具５の形状を算出することができる。
【００３１】
照明装置２６は、カメラ２５にて撮像された工具５の部分の全体が黒くなる輝度を有することが好ましい。すなわち、照明装置２６は、工具５の部分の全体が黒くなる輝度を発生する明るい光源であることが好ましい。この構成により、撮像した画像における工具５の形状が明確になり、より正確に工具５の形状を測定することができる。
【００３２】
照明装置２６は、ＬＥＤ照明の他にも任意の照明を採用することができる。照明装置２６としてＬＥＤ照明を採用することにより、短時間で輝度を高くすることができる。このため撮像に必要な時間を短くすることができる。また、ＬＥＤ照明は、他の照明装置に比べて照明装置を小型にすることができる。
【００３３】
光源として、複数の照明装置を備えていてもよい。例えば、光源は、互いに異なる位置に配置された第１と第２の照明装置を有する。複数の照明装置を配置することにより、複数の方向から反射面を照射することができる。この結果、大きな異物の影が生じることを抑制できる。画像において、工具の背景に黒い物体が写ることを抑制できる。或いは、複数の照明装置を配置することにより、画像の工具の背景を明るくすることができて、画像において工具の背景に生じる色むら等を抑制することができる。この結果、正確に工具の形状を測定することができる。
【００３４】
工作機械システムは、更に、工作機械１を制御する制御装置１００を備えている。制御装置１００は、例えば、バスを介して互いに接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ハードディスクやソリッドステートドライブ（Solid State Drive, SSD）のような電子データの格納装置および関連するソフトウェアを含んで構成することができる。
【００３５】
制御装置１００は、判定部１０２、機械制御部１０８、表示部１１４および入力部１１６を主要な構成要素として具備している。判定部１０２は、比較部１０４および記憶部１０６を含む。機械制御部１０８は、干渉チェック部１１０および記憶部１１２を含む。機械制御部１０８は、工作機械１の送り装置を制御するＮＣ装置および工具マガジン４１、工具シフタ４４、工具交換装置４０および撮像装置２４を制御する機械制御装置から形成することができる。
【００３６】
本実施形態では、機械制御部１０８の干渉チェック部１１０は、工作機械１のためのＮＣ装置または機械制御装置上で実行されるシミュレータソフトウェアによって構成することができる。機械制御部１０８の記憶部１１２には、ワークＷを加工するための加工プログラム、加工に用いる工具５と該工具５を装着する工具ホルダ４５とを含んだ工具の形状データ、加工すべきワークＷの形状データおよび工作機械１の形状データが入力、格納される。
【００３７】
干渉チェック部１１０は、実際の加工に先立って、記憶部１１２から加工プログラム、工具の形状データ、ワークの形状データおよび工作機械１の形状データを読み出し、加工プログラムに従ったワークの加工のシミュレーションを行い、該シミュレーションにおいて、工具５がワークＷや工作機械１と干渉するか否かが判定される。
【００３８】
判定部１０２は、機械制御部１０８を構成要素するＮＣ装置や機械制御装置とは独立のＣＰＵおよび格納装置を備えることもできるが、ソフトウェア的にＮＣ装置および／または機械制御装置の一部として構成してもよい。
【００３９】
判定部１０２の比較部１０４は、撮像装置２４のカメラ２５が撮像した工具５の画像データを撮像装置２４から受け取る。撮像装置２４からの工具５の画像データは、撮像した工具５に割り当てられた工具番号または該工具５を装着する工具マガジン４１の工具ポット（図示せず）のポット番号に関連付けられている。
【００４０】
比較部１０４は、また、干渉チェック部１１０から工具の形状データを受け取る。干渉チェック部１１０からの工具の形状データは、関連する工具に割り当てられた工具番号または該工具を装着する工具マガジンの工具ポット（図示せず）のポット番号に関連付けられている。干渉チェック部１１０からの工具５の形状データに関連付けられている工具番号またはポット番号は、干渉チェック部１１０が加工のシミュレーションを行ったときの加工プログラムに記載されている。
【００４１】
記憶部１０６には、後述するしきい値が格納されている。しきい値は、例えば入力部１１６から入力することができる。表示部１１４は、判定部１０２における判定結果や、干渉チェック部１１０におけるシミュレーション結果を表示する。表示部１１４は、液晶ディスプレイやタッチパネルとすることができる。入力部１１６は、例えば工作機械１の操作パネル上に設けられている各種釦、入力キー（図示せず）等から形成することができる。表示部１１４をタッチパネルで形成する場合には、表示部１１４は入力部１１６の一部を構成する。入力部１１６は、LANのような通信ネットワーク（図示せず）で接続されたパーソナルコンピュータ（図示せず）やサーバー（図示せず）としてもよい。
【００４２】
以下、図２に示すフローチャートを参照して、本実施形態の作用を説明する。
工作機械１のオペレータが工具マガジン４１に工具５を装着した後、制御装置１００の機械制御部１０８からの工具撮像指令によって、工具５が撮像位置へ移送される（ステップＳ１０）。次いで、既述したように、工具５が撮像される（ステップＳ１２）。
【００４３】
得られた工具５の画像データが、該工具５の工具番号または工具マガジン４１内で工具５が装着されている工具ポットのポット番号と共に判定部１０２の比較部１０４へ出力される。比較部１０４は、工具番号またはポット番号に対応した工具５の形状データを干渉チェック部１１０から受け取る。比較部１０４は、後述のように、受け取った画像データを工具形状データと比較する（ステップＳ１４）。
【００４４】
図３、４を参照すると、図３（ａ）は撮像装置２４（カメラ２５）で撮像した工具の二値画像２００を示しており、図４（ａ）は、二値画像２００の工具部の拡大図である。図３（ｂ）は、干渉チェック部１１０からの工具形状データに基づいて比較部１０４が生成した二次元工具モデル２１０を示しており、図４（ｂ）は二次元工具モデル２１０の工具部の拡大図である。
【００４５】
工具の二値画像２００は、工具ホルダから突出した工具の部分（工具部）２０２と、該工具を保持する工具ホルダの部分（ホルダ部）２０４とを含む。工具部２０２は、工具のシャンクの部分２０６と、切れ刃が形成されている刃部の部分２０８とを含んでいる。
【００４６】
比較部１０４は、画像データから、工具ホルダのゲージラインから工具の先端までの軸方向の長さである工具長Ｌ0′、工具部２０２の軸方向の長さＬT′および直径ＤT′、および、ホルダ部２０４の軸方向の長さＬH′および直径ＤH′を測定することができる。測定方法は、例えば、カメラ２５とシャッター５２までの距離が既知であることから、画像データの１画素あたりの長さが演算により求められるので、工具部２０２の軸方向の長さＬT′および直径ＤT′、および、ホルダ部２０４の軸方向の長さＬH′に相当する画素数をカウントすることにより各々の長さを求めることができる。
【００４７】
二次元工具モデル２１０は、工具部２１２と、ホルダ部２１４とを含み、工具部２１２は、工具のシャンクの部分２１６と、切れ刃が形成されている刃部の部分２１８とを含んでいる。工具形状データは、工具ホルダのゲージラインから工具の先端までの軸方向の長さである工具長Ｌ0、工具ホルダから突出した工具の部分である工具部２１２の軸方向の長さＬTおよび直径ＤT、および、ホルダ部２１４の軸方向の長さＬHおよび直径ＤHを含むことができる。
【００４８】
比較部１０４は、画像データから得られた工具の寸法を工具データの寸法と比較する。より具体的には、比較部１０４は、少なくとも、(1)画像データから得られた工具長Ｌ0′と工具形状データの工具長Ｌ0との差分Δ1＝Ｌ0′−Ｌ0（ステップＳ１６）、(2)画像データから得られた工具部２０２の直径ＤT′と工具形状データの直径ＤTとの差分Δ2＝ＤT′−ＤT（ステップＳ１８）、および、(3)画像データから得られたホルダ部２０４の直径ＤH′と工具形状データの直径ＤHとの差分Δ3＝直径ＤH′−ＤH（ステップＳ２０）を演算する。
【００４９】
比較部１０４は、更に、差分Δ1、Δ2およびΔ3を工具長に関するしきい値、工具部の直径に関するしきい値およびホルダ部の直径に関するしきい値とそれぞれ比較し（ステップＳ２２）、差分Δ1、Δ2およびΔ3の全てがしきい値よりも小さいとき（ステップＳ２２でYESの場合）、画像データから得られた工具５の形状が、干渉チェック部１１０から得られた工具形状データに基づいて得られた二次元工具モデルの形状と一致していると判定される（ステップＳ２４）。差分Δ1、Δ2およびΔ3のうち１つでもしきい値と等しいか或いはしきい値より大きい場合（ステップＳ２２でNOの場合）、画像データから得られた工具５の形状が二次元工具モデルの形状と一致しておらず、当該工具は不良工具であると判定される（ステップＳ２６）。不良工具は、工具、工具ホルダ、工具番号またはポット番号が間違っている場合、或いは、損傷した工具が工具ホルダに装着されている場合を含む。制御装置１００は、警告音のような音声的警告を、或いは、表示部１１４に警告を表示するなどの視覚的警告を発する（ステップＳ２８）と共に、当該工具の工具交換を禁止する、或いは、当該工具による加工を禁止する。
【００５０】
こうして、正しい工具が正しい工具番号またはポット番号が付与されて工具マガジン４１に保持されているか否かを検査することが可能となる。上述の工具の検査プロセスは、オペレータが工具５を工具マガジン４１に装着または挿入したとき、或いは、加工開始前に工具マガジン４１が保持する全ての工具５を一括して行うことができる。
【００５１】
記憶部１０６に格納されているしきい値は、差分Δ1、Δ2およびΔ3の全てに対して１つの値とすることもできるが、差分Δ1、Δ2およびΔ3の各々について別々の値とすることもができる。また、記憶部１０６内のしきい値は固定の値としたり、或いはオペレータが入力部１１６から編集できるようにしてもよい。図６を参照すると、表示部１１４に表示されるしきい値の編集画面またはダイアログボックス１１８が示されている。編集画面１１８には、差分Δ1、Δ2およびΔ3の各々に対するしきい値を入力するための入力ボックス１２０、１２２、１２４を含む。入力ボックス１２０、１２２、１２４の各々は、しきい値のプラスの値とマイナスの値とを別々に入力することができるようになっている。
【００５２】
上述の例では、工具長、工具部の直径およびホルダ部の直径について、画像データと二次元工具モデルとを比較するようにしているが、これに加えて、工具部の軸方向の長さ、および／または、ホルダ部の軸方向の長さについても、画像データと二次元工具モデルとの間で比較するようにしてもよい。
【００５３】
図５を参照すると、干渉チェック部１１０から受け取った工具の形状データに基づいて比較部１０４が生成する二次元工具モデルの他の例が示されている。図５において、二次元工具モデル３００は工具ホルダの先端部に工具が装着された状態で示されている。二次元工具モデル３００は、工具ホルダから突出した工具の部分である工具部３０２および工具ホルダの部分であるホルダ部３０４を含んでいる。工具ホルダが、図３、４の例よりも比較的複雑な形状で、直径の異なる領域を含んでいる場合には、工具形状データは各々の領域について軸方向の長さと直径とを含んでいる。図５では、ホルダ部３０４は、第１〜第３領域３０６、３０８、３１０を含んでいる例が示されている。
【００５４】
工具形状データは、中心軸線Ｏに沿って工具ホルダのゲージラインから工具の先端までの軸方向の長さである工具長Ｌ0、工具部に関連して、工具ホルダから突出した工具部３０２の軸方向の長さＬTおよび直径ＤT、および、ホルダ部３０４の軸方向の長さＬHを含む。工具形状データは、ホルダ部３０４の直径を含むことができる。
【００５５】
図５に示す例では、工具形状データは、工具ホルダの先端部分である第１領域３０６の軸方向の長さＬH1および直径ＤH1、第１領域３０６に隣接した中間部分である第２領域３０８の軸方向の長さＬH2および直径ＤH2、第２領域３０８に隣接した基端部分である第３領域３１０の軸方向の長さＬH3および直径ＤH3を含むことができる。工具ホルダが、工具交換アーム４３と係合するＶ溝を有している場合には、工具形状データはＶ溝の部分３１２の直径ＤHVを含んでいてもよい。
【００５６】
この例でも、工具長、工具部の直径およびホルダ部の直径に加えて、工具部の軸方向の長さおよび／またはホルダ部の各領域３０６〜３１０における軸方向の長さおよび直径について、画像データと二次元工具モデルとの間で比較するようにしてもよい。
【００５７】
本実施形態によれば、工具を工具ホルダに装着した状態で撮像して得られた画像データと、干渉チェック部１１０からの工具ホルダに工具を装着した状態の工具の形状データから二次元工具モデルを生成し、画像データと二次元工具モデルとを比較するようにしたので、工具マガジンに装着されている工具が、干渉チェックを受けた加工プログラムに記載されている正しい工具であるか否か、或いは、工具が損傷しているか否かを確実に判定できるようになる。
【符号の説明】
【００５８】
１    工作機械
５    工具
２４    撮像装置
２５    カメラ
４０    工具交換装置
４１    工具マガジン
４５    工具ホルダ
６１    加工室
６２    工具収容室
１００    制御装置
１０２    判定部
１０４    比較部
１０６    記憶部
１０８    機械制御部
１１０    干渉チェック部
１１２    記憶部
１１４    表示部
１１６    入力部
１１８    編集画面
１２０    入力ボックス
１２２    入力ボックス
１２４    入力ボックス
２００    二値画像
２０２    工具部
２０４    ホルダ部
２１０    二次元工具モデル
２１２    工具部
２１４    ホルダ部
３００    二次元工具モデル
３０２    工具部
３０４    ホルダ部
３０６    第１領域
３０８    第２領域
３１０    第３領域
【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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【国際調査報告】
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