(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御装置で制御される工作機械の工具に装着された複数の工具チップの摩耗、欠け落ちあるいはその両者によって生じる欠損を、視覚センサ手段を用いて、前記工具を工作機械に取付けた状態で検査する工具チップ欠損検査システムにおいて、
前記制御装置は、前記工具に装着された複数の工具チップが予め定められた検査位置に順次来るように前記工具の並進位置並びに回転位置を位置決め制御する手段を有し、
前記視覚センサ手段は、前記検査位置にある工具チップについて所定の方向からセンシングを行ない、欠損の大きさを表わす指標のデータを取得することを特徴とする、前記工具チップ欠損検査システム。
【請求項２】
制御装置で制御される工作機械の工具に装着された複数の工具チップの摩耗、欠け落ちあるいはその両者によって生じる欠損を、視覚センサ手段を用いて、前記工具を工作機械に取付けた状態で検査する工具チップ欠損検査システムにおいて、
該工具チップ欠損検査システムには、前記工具の使用積算時間を検知する使用積算時間検知手段が具備されるとともに、
前記制御装置は、前記使用積算時間検知手段の出力に基づいて、前記工具に装着された複数の工具チップが予め定められた検査位置に順次来るように前記工具の並進位置並びに回転位置を位置決め制御する手段を有し、
前記視覚センサは、前記検査位置にある工具チップについて所定の方向からセンシングを行ない、欠損の大きさを表わす指標のデータを取得することを特徴とする、前記工具チップ欠損検査システム。
【請求項３】
前記視覚センサ手段は、前記検査位置にある工具チップを所定の方向から撮影するカメラ手段と、前記カメラ手段による前記撮影によって取得された画像を解析して前記撮影された工具チップの前記欠損の大きさを表わす指標のデータを取得する手段を備えている、請求項１または請求項２に記載された前記工具チップ欠損検査システム。
【請求項４】
前記欠損の大きさを表わす指標のデータを予め定められた判定基準と比較して工具チップ交換の必要性を判定する手段と、
前記判定の結果が前記工具チップの交換必要性に対応するものである場合に所定のメッセージを報知する手段を更に備えている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載された工具チップ欠損検査システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械で使用する工具に装着されて使用された工具チップに生じる摩耗や欠け落ち等の欠損を視覚センサを用いて検査するためのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばフライス盤、旋盤あるいはマシニングセンタのような工作機械に装着された工具チップ（以下適宜、単に「チップ」とも言う。）は、長時間使用や硬いワークの加工により許容限度を越えた摩耗や欠け落ち（以下、単に「摩耗」あるいは「欠け落ち」とも言う。）等の欠損が発生する。このような劣化を起したチップをそのまま使用し続ければ、当然、加工不良の原因となる。
【０００３】
チップの欠損による加工不良を防ぐ最も簡単な方法は、加工時間、回数等を目安にしてチップを定期的に交換するというものである。しかし、加工時間や回数等から実際に許容度を越えた摩耗や欠け落ちの発生時点を正確に予測することは容易ではない。従って、交換周期を短くすれば加工不良の発生を回避出来る確率は高まるが、欠損を生じていないチップを交換してしまう可能性も大きくなる。逆に、交換周期を長くすると加工不良が発生する確率が高まってしまう。
【０００４】
そこで、チップに実際に欠損が生じているか否かを接触式の検査装置によって検査することが提案されているが、接触式の検査装置は高価であり、接触式であるために検査に時間を要するという問題点がある。また、チップに欠損が生ずると工作機械の軸のトルクに異常が現れ易いことを利用してチップの欠損を検出する方法もあるが、摩耗や欠け落ちの大きさとトルクの異常との関係が一定ではなく、信頼性の高い欠損検出を行ない難い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の基本的な目的は、フライス盤、旋盤、マシニングセンタのような工作機械に装着されたチップの許容限度を越えた摩耗や欠け落ち等の欠損の発生を非接触で迅速・確実に検出することが出来るチップ欠損検査システムを提供し、上記従来技術の問題点を解決することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の工具チップ欠損検査システムは、工具チップの摩耗、欠け落ちあるいはその両者によって生じる欠損を、視覚センサ手段を用いて、前記工具を工作機械に取付けたまま視覚センサを用いて検査できるようにしたものである。
【０００７】
そのために、本発明においては、工作機械を制御する制御装置に、工具に装着された複数の工具チップが予め定められた検査位置に順次来るように前記工具の並進位置並びに回転位置を位置決め制御する手段を具備させるとともに、視覚センサにより、検査位置にある工具チップについて所定の方向からセンシングを行ない、欠損の大きさを表わす指標のデータを取得する。
【０００８】
検査の時期を合理的に選択するために、工具の使用積算時間を検知する使用積算時間検知手段を設け、使用積算時間検知手段の出力に基づいて、工具に装着された工具チップが予め定められた検査位置に来るように工具の並進位置並びに回転位置を制御しても良い。
【０００９】
典型的な発明の形態に従えば、視覚センサ手段は、検査位置にある工具チップを所定の方向から撮影するカメラ手段と、カメラ手段による前記撮影によって取得された画像を解析して前記撮影された工具チップの前記欠損の大きさを表わす指標のデータを取得する手段を備えたものとされる。
【００１０】
欠損の大きさを表わす指標のデータは、システム内部で予め定められた判定基準と比較し、工具チップ交換の必要性を自動的に判定されることが好ましい。判定の結果が前記工具チップの交換必要性に対応するものである場合に所定のメッセージを報知する手段を更に設ければ、オペレータにチップ交換を促すことが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の工具チップ欠損検査システムにおいては、工具チップを装着した工具を工作機械に取り付けたままで検査する形態を採用する。なお、工作機械から工具を取り外してその工具に装着されたチップを検査する形態についても参考例として説明しておく。
【００１８】
［実施形態］
図１は、本発明に従った実施形態に係るシステムの全体構成を模式的に示した要部ブロック図である。システムには、フライス盤本体部ＦＭ、フライス盤制御装置ＦＣＬ並びにチップの検査を行なう視覚センサＶＳが含まれる。フライス盤制御装置ＦＣＬはＣＮＣを主要部とする周知のもので、通信インターフェイスを介して視覚センサＶＳの画像処理装置ＩＰに接続されている。
【００１９】
フライス盤制御装置ＦＣＬのＣＮＣは、ＣＰＵ、メモリ、ワークテーブルあるいは工具の並進位置を制御するＸＹＺ軸、並びに工具を回転させる主軸を駆動するディジタルサーボ回路を備えている。ＣＮＣのメモリには、システム全体を制御するプログラム、加工プログラムの他、工具の稼働時間の積算値を記憶するタイマレジスタが設定されている。
視覚センサＶＳの画像処理装置ＩＰは、ＣＰＵ、フレームメモリ、データメモリ、画像処理プロセッサ、プログラムメモリ、通信インターフェイス、汎用インターフェイス等を有する周知のもので、カメラインターフェイスを介してカメラＣＭに接続される一方、通信インターフェイスを介して上述のフライス盤制御装置ＦＣＬに通信回線で接続されている。
【００２０】
また、カメラＣＭによる工具チップの撮影時に欠損部を陰影できわだたせるために照明装置ＩＬが汎用インターフェイスを介して接続されている。カメラＣＭはフライス盤本体部ＦＭの適所に設置される。工具チップ検査時には、照明装置ＩＬが点灯され、カメラＣＭはフラ所定の方向から工具チップの撮影を行なう。画像処理装置ＩＰは撮影画像を取り込んで解析し、欠損の大きさを表わす指標データを作成し、チップ交換の必要性の有無を判定し、モニタＭＯ上に結果を所定のメッセージで表示する。
【００２１】
後述するように、これら一連の動作は、画像処理装置ＩＰのＣＰＵがプログラムメモリに予め格納された検査プログラムに従って各部を制御することで、実行される。工具チップ検査は定期検査の一つとして行なっても良いが、フライス盤制御装置ＦＣＬの上記工具稼働時間積算機能を利用して、工具チップ交換後の稼働時間積算値が基準値に達する毎にモニタＭＯ上に要検査のメッセージで表示することでオペレータに要検査時期の到来を報知しても良い。また、要検査時期の到来時には加工停止を待って検査プログラムを自動的に起動させ、オペレータの指令入力がなくとも工具チップの検査が行なわれるようにしても良い。
【００２２】
図２には、カメラＣＭの設置態様を、フライス盤本体部ＦＭの概要並びにコンソールＣＳの外観とともに示した。図の左下部に示したコンソールＣＳは、フライス盤本体部ＦＭと制御装置ＦＣＬを収容するもので、加工時に切削屑、切削油あるいは冷却水などが飛散するのを防止する役割も果している。コンソールＣＳの正面には開閉自ドアＤＲが設けられており、開閉自ドアＤＲを開放することで、フライス盤本体部ＦＭの任意個所にアクセス出来るようになっている。従って、工具チップに欠損が見いだされた際のチップ交換も、開閉自ドアＤＲを開放して行なわれる。
【００２３】
コンソールＣＳの正面には更に、開閉自ドアＤＲと並んでコントロールパネルＣＴＬＰが設けられおり、その背後にフライス盤制御装置ＦＣＬ（図示省略）が埋め込まれている。なお、視覚センサＶＳの画像処理装置ＩＰの図示も省略したが、コンソールＣＳ内に収容する設計を採用しても良い。
【００２４】
コンソールＣＳ内に収容されているフライス盤本体部ＦＭは、概観を図示されているように周知のもので、ドアＤＲに近い側にワークテーブル用ヘッドＷＴＨが設けられ、ドアＤＲから遠い側に主軸ヘッドＳＰＨが設けられる。ワークテーブル用ヘッドＷＴＨはワークテーブルＷＴを搭載し、これをＸＹ軸上で移動させ、位置決めするものである。ワークテーブルＷＴのＸＹ位置は、フライス盤制御装置ＦＣＬのＣＮＣで加工プログラムに従って制御される。
【００２５】
主軸ヘッドＳＰＨは工具（ミル）１を装着した主軸（スピンドル）ＳＰをＺ軸駆動機構上に設けた主軸ユニットＳＰＵを搭載し、これをＸＹ軸上で移動させ、位置決めするものである。加工時にフライス盤制御装置ＦＣＬのＣＮＣが加工プログラムに従って主軸ユニットＳＰＵのＸＹＺ位置と主軸（スピンドル）ＳＰの回転速度を制御する点は従来と同様であるが、本実施形態では更に、工具チップの検査時に、ＣＮＣにより主軸ユニットＳＰＵのＸＹＺ位置（並進位置）と主軸（スピンドル）ＳＰの回転位置が検査位置に位置決めされる。
【００２６】
ミル１は、拡大図を併記したように、複数の工具チップ３を装着した状態でＹ軸周りで回転する主軸ＳＰにチャックを用いて取り付けられている。カメラＣＭ及び付属の照明装置ＩＬは、図示されているように、Ｘ軸方向の視線を持つ姿勢で主軸ユニットＳＰＵの動作領域の側方に相当する位置に設置される。検査時の主軸ユニットＳＰＵのＸＹＺ位置（並進位置）は、照明装置ＩＬの照明の下でカメラＣＭによるミル１のチップ装着部の撮影に適した位置として予めフライス盤制御装置ＦＣＬに教示される。
【００２７】
また、検査時の主軸ＳＰの回転位置は、検査対象とされるチップ３がカメラＣＭによって良好に撮影される位置（本例では視線正面位置）として、上述の並進位置とともに予めフライス盤制御装置ＦＣＬに教示される。複数（Ｎ個）の工具チップ３を順次検査する場合には、主軸ＳＰの回転位置について、それら工具チップ３の各々をカメラＣＭの視線正面位置に来たらしめる複数（Ｎ個）の回転位置が教示される。なお、検査位置におけるカメラＣＭと検査対象工具チップ３の間の距離は、その工具チップ３の画像（後述図３参照）が視野内に多少の余裕をもって収まる程度であることが好ましい。
【００２８】
図３は一つの検査位置に位置決めされた工具（ミル）１のチップ３について、カメラＣＭで撮影される画像を表わしている。チップ３を正面から見るとほぼ長方形をなしており、加工時間の累積に伴って、１つのエッジ部ＥＧから摩耗が徐々に進行し、凹部Ａが形成される。摩耗に欠けが加わることもある。このようにして形成された凹部Ａは、カメラＣＭにより相対的に暗い部分として撮影される。照明装置ＩＬによる照明方向を工夫すれば、凹部Ａをより明瞭な陰影部として強調して撮影することが出来る。
【００２９】
工具チップ３の交換必要性は、本実施形態では凹部Ａの拡がりをＹ軸方向の拡がりＬとＺ軸方向の拡がりＤで認識し、ＬとＤを交換必要性を判断するための指標データとして採用する。判断論理としては、ＬとＤに各々許容値Ｌ0 とＤ0 を予め設定しておき、検出されたＬとＤの少なくとも一方がＬ0 あるいはＤ0 を越えていたら交換必要性ありと判断する論理を採用する。なお、交換必要性を判断するための論理には種々の変形があり得ることは言うまでもない。例えば、Ｌ＋ＤあるいはＬ2 ＋Ｄ2 に許容値を設けるなどが考えられる。
【００３０】
次に、以上のシステム構成・機能を用いて実行される検査手順と関連処理の概要について図４のフローチャートを参照して説明する。
フライス盤制御装置ＦＣＬのＣＰＵは、例えば１つのワークの加工が完了する毎に内部に設定された加工時間積算タイマレジスタの値をチェックし、要検査時期が到来したか否かを判断する（ステップＵ１）。もし要検査時期が到来していなければ、チップ検査は不要なので処理を終了する。要検査時期が到来していれば、チップ検査が必要なのでステップＵ２以下へ進む。
【００３１】
ステップＵ２でフライス盤制御装置ＦＣＬのＣＰＵは、ＣＮＣによりＸＹＺ軸を移動させ、主軸ユニットＳＰＵをＸＹＺ位置（並進位置）に関して位置決めする。更にステップＵ３では、主軸ＳＰを回転させ主軸ＳＰの回転位置をｉ番目の検査位置に位置決めする。ｉはチップ番号に対応する指標である。なお、ここでは総計ｎ本のチップが工具（ミル）１に装着されているものとする。
【００３２】
ｉ番目のチップに対する検査のための位置決めが完了したら、画像処理装置ＩＰに検査指令を送信する（ステップＵ４）。検査指令を受信した画像処理装置ＩＰのＣＰＵは、ステップＵ５で照明装置ＩＬを点灯する（既に点灯済みであれば点灯維持も可）。次いでカメラＣＭに撮影指令を送りｉ番目のチップ画像（図３参照）を画像処理装置ＩＰのフレームメモリに取り込み（ステップＵ６）、画像解析プログラムを起動して画像処理プロセッサによる画像解析を行い、ｉ番目のチップについて欠損の大きさを表わす指標データＤi 、Ｌi を求めて記憶する（ステップＵ７）。
【００３３】
続いて、指標ｉの値と予め設定されたチップ総数ｎとの大小関係から未検査チップの存否をチェックする（ステップＵ８）。未検査チップがあれば指標ｉを１アップして（ステップＵ９）、ステップＵ３へ戻り、主軸ＳＰの回転位置を次のチップの検査位置に位置決めする。以下、ステップＵ４〜ステップＵ９を未検査チップがなくなるまで繰り返す。
【００３４】
未検査チップがなくなったらステップＵ８からステップＵ１０へ進み、記憶されている指標データＤ1 〜Ｄn 、Ｌ1 〜Ｌn について、予め設定された指標Ｄの許容値Ｄ0 、指標Ｌの許容値Ｌ0 との大小関係をチェックする。もし、すべてのチップにについてＤi がＤ0 以下（あるいは未満）であり、且つ、Ｌi がＬ0 以下（あるいは未満）であれば、交換不要と判断してモニタＭＯの画面上あるいは音声等の報知手段を用いて交換不要のメッセージを出力して（ステップＵ１１）処理を終了する。
【００３５】
それ以外の場合、即ちいずれかのチップについてＤi がＤ0 以下（あるいは未満）またはＬi がＬ0 以下（あるいは未満）であれば、交換不要と判断してモニタＭＯの画面上あるいは音声等の報知手段を併せて交換の必要性と交換されるべきチップの番号を知らせるメッセージを出力して（ステップＵ１２）処理を終了する。
【００３６】
［参考例］
次に、図５以下を参照して参考例について説明する。図５は、参考例に係るシステムの全体構成を模式的に示した要部ブロック図である。システムには、フライス盤＃１〜＃３、ロボット＃１〜＃３、ロボット＃１の走行軸ＲＬ、ロボット＃１のための交換用ハンドが用意されたハンド交換機構、未加工ワークが供給される未加工ワーク供給部ＷＳ１、加工済みワークが収容される加工済みワーク収容部ＷＳ２、フライス盤＃１〜＃３のための交換用チップが用意されたチップ交換ラックＣＨ、チップの検査と交換のためのチップ検査交換作業台ＴＢ、チップの検査を行なう視覚センサＶＳが含まれる。
【００３７】
［１］システム要部の概略説明
（１）フライス盤＃１〜＃３；周知のように、フライス盤は加工用のチップ（以下、単に「チップ」と言う。）を装着したミルと呼ばれる工具を回転させて金属ワークの切削加工を行なう工作機械で、ロボット＃１の走行軸ＲＬに沿って何台か（ここでは３台）が整列配備される（図５）。
【００３８】
図６は、各フライス盤で使用されるミルの外観とともに摩耗したチップの外観を拡大併記したものである。同図に示したように、全体を符号１で指示したミルは、テーパ部１ａとヘッド１ｂを有している。ミル１は、テーパ部１ａをフライス盤本体側のスピンドル（図示略）に装着することによりフライス盤に取り付けられる。ミル１の取付姿勢は、テーパ部１ａとスピンドルに対で設けられたキー溝によって精密に規制される。
【００３９】
ヘッド１ｂは歯車状の形状をなし、複数（本例では８個）の凸部２の一角に固定用ボルト４を用いて各々チップ３が装着される。拡大併記したように、チップ３は逃げ面６とすくい面７を有し、すくい面７には固定用ボルト４を通すボルト穴５が設けられている。未使用のチップ３は直方体形状、三角柱形状などの形状を有しているが、使用を重ねるうちに摩耗部８が生じて来る。
【００４０】
図示されているように、摩耗部８はヘッド２の先端側から逃げ面６とすくい面７の交線９に沿った部分をえぐり取るように形成される。この時、えぐり取られる幅は逃げ面６の方がすくい面７に比べて広くなる性質がある（ｄ＞ｄ’）。また、場合によっては、摩耗部８の一部が砕けて欠け落ち部８ａが生じることもある。
【００４１】
各フライス盤＃１〜＃３は、フライス盤制御装置（後述図５０符号ＦＣＬ＃１〜ＦＣＬ＃３参照）に接続されている。フライス盤制御装置は周知のもので、動作プログラムに従って、スピンドル軸を所定の回転速度で回転させる機能、スピンドル軸の位置決めする機能、工具毎の使用時間積算機能等を備えている。従って、所定周期で工具検査時期の到来を知らせる信号をシステムに出力することが出来る。また、その信号に応じてチップ検査のためにスピンドルの回転を停止させる際に、ヘッド１ａが予め定められた所定の方向を向くように動作プログラムで指示するすることが出来る。
【００４２】
（２）ロボット＃１；通常時には、走行軸ＲＬを利用して各フライス盤＃１〜＃３、未加工ワーク供給部ＷＳ１、加工済みワーク収容部ＷＳ２にアクセスして、フライス盤＃１〜＃３に対するワークのローディング／アンローディングを行なう。フライス盤＃１〜＃３のいずれかにチップ検査時期が到来した場合には、ハンド交換機構Ｈにアクセスしてハンドをミル把持用のものに交換して、当該フライス盤＃１のスピンドルからミル１を取り外し、チップ検査作業台ＴＢ上へ移送して固定する。ワークのローディング／アンローディングの再開時には、ハンド交換機構Ｈに再度アクセスしてハンドをワーク把持用のものに戻す。
【００４３】
図７は、ミル１がチップ検査作業台ＴＢ上の治具ＪＧに固定される様子を描いた模式図である。同図に示したように、ロボット＃１は走行軸ＲＬ上を走行してチップ検査作業台ＴＢに接近し、ミル把持用のハンドＨＤに把持したミル１のテーパ部１ａを治具ＪＧの取付穴ＨＬに嵌着する。ミル１を所定の姿勢で固定するために、取付穴ＨＬ内にはスピンドルに設けたものと同様のキー溝が設けられている。治具ＪＧは、チャックの開閉を行なう機能を有している。
【００４４】
（３）ロボット＃２及びロボット＃３；ロボット＃２は、チップ検査作業台ＴＢ上の治具ＪＧに固定されたミル１について、チップ洗浄とチップ交換を行なうためのロボットである。一方、ロボット＃３はチップ検査を行なうためのストラクチャライトをチップに投光するためのロボットである。図８は、ロボット＃２，＃３の作業状況を説明する模式図である。同図に示したように、ロボット＃２の手先にはエアガンＡＧと小型のナットランナＮＲが装着されている。
【００４５】
エアガンＡＧは、チップ検査に先だってチップ３に向けて圧搾空気を噴出し、チップ３の洗浄を行なう。また、ナットランナＮＲはチップ３の交換時にチップ固定用のナット４（図６参照）の締め付け／緩めの作業を行なう。エアガンＡＧとナットランナＮＲの動作は、ロボット＃２を制御するロボット制御装置（後述図１０符号ＲＣＬ＃２参照）によって制御される。
【００４６】
一方、ロボット＃３の手先にはストラクチャライトユニットＳＵが装着されている。ストラクチャライトユニットＳＵは視覚センサＶＳ（図５参照）の投光／撮影部を構成するもので、ストラクチャライト投光用の窓１１を通してストラクチャライトＳＬを検査対象のチップ３へ向けて投光し、ストラクチャライトＳＬが投影されたチップ３を撮影用の窓２１を通して撮影する。
【００４７】
図９は、（ａ）ストラクチャライトユニットＳＵの要部構造と（ｂ）ストラクチャライトの形成方法を例示した模式図である。図９（ａ）に示されたストラクチャライトユニッＳＵは、ストラクチャライトＳＬとしてスリット光を投光するもので、投光部はレーザ発振器１２、円柱レンズ１３、偏向ミラーを備えたガルバノメータ１４及び投光窓１１を備え、撮影部はＣＣＤカメラ２０及び撮影窓２１を備えている。図９（ｂ）に示したように、レーザ発振器１２から出射されたレーザビームは円柱レンズ１３によってスリット光ＳＬに変換される。スリット光ＳＬは、高速駆動が可能なガルバノメータ１４で投光方向を指示する指令値に従って所定の方向に偏向され、投光窓１１から投光される。なお、ガルバノメータ１４を含むスリット光投光部及びカメラ２０のキャリブレーションは完了しているものとする。
【００４８】
ロボット＃３の動作並びにストラクチャライトユニットＳＵ各部（カメラ、レーザ発振器、ガルバノメータ等）の動作は、画像処理装置を内蔵する型のロボット制御装置によって制御される。図１０はその構成及び他の要素との接続関係の概略を要部ブロック図で例示したものである。
【００４９】
ロボット＃３のロボット制御装置ＲＣＬ＃３は、システム全体のメインの制御装置に相当し、同図に示したように、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵと言う）５１を有している。ＣＰＵ５１には、ＲＯＭからなるメモリ５２、ＲＡＭからなるメモリ５３、不揮発性メモリ５４、液晶ディスプレイを備えた教示操作盤５５、ロボットの各軸を制御するためのデジタルサーボ回路５６、ストラクチャライトユニット用インターフェイス６１、画像処理プロセッサ６２、モニタインターフェイス６３、フレームメモリ６４、プログラムメモリ６５、データメモリ６６及び通信インターフェイス６７がバス５８を介して接続されている。
デジタルサーボ回路５６は、ロボット＃３の各軸を制御するために、サーボアンプ５７を介してロボット＃３の機構部に接続されている。また、ストラクチャライトユニット用インターフェイス６１には前述のストラクチャライトユニットＳＵが接続され、モニタインターフェイス６３には例えばＣＲＴからなるモニタＭＯが接続されている。そして、後述する一連の作業に関連した指令やデータの授受を行なうために、通信インターフェイス６７にロボット制御装置ＲＣＬ＃１，ＲＣＬ＃２、フライス盤制御装置ＦＣＬ＃１〜ＦＣＬ＃３等の外部装置（各外部装置に装備された通信インターフェイス）が接続されている。そしてこれら各制御装置ＲＣＬ＃１，ＲＣＬ＃２，ＦＣＬ＃１〜ＦＣＬ＃３間は、各々に装備された通信インターフェイスを介して相互に接続されている。
【００５０】
ＲＯＭ５２には、ＣＰＵ５１がロボット＃３、ロボット制御装置ＲＣＬ＃３自身の制御及び外部装置との入出力の制御等を行なうための諸プログラムが格納されている。ＲＡＭ５３はデ−タの一時記憶や演算の為に利用されるメモリである。不揮発性メモリ５４には、ロボット３３や外部装置の動作を規定した動作プログラムのデータや関連設定値等が格納される。
【００５１】
ストラクチャライトユニット用インターフェイス６１は、ストラクチャライトユニットＳＵの各部を制御するための指令の授受やカメラ２０（図９（ａ）参照）で撮影された画像の取り込みに用いられる。取り込まれた画像はグレイスケールに変換後、一旦フレームメモリ６４に格納される。フレームメモリ６４に格納された画像はモニタＭＯ上に表示することが出来るようになっている。
【００５２】
プログラムメモリ６５には、画像処理プロセッサ６２を利用した画像処理と解析を行なうためのプログラムが格納され、データメモリ６６には画像処理と解析に関連した設定データ等が格納される。本参考例では、特に、チップの摩耗と欠け落ちの検査のための処理を定めたプログラムデータと関連設定データがこれら格納データに含まれている。なお、検査処理の内容は後述する。
【００５３】
また、ロボット制御装置ＲＣＬ＃１，ＲＣＬ＃２の要部構成と機能も本ロボット制御装置ＲＣＬ＃３と同様且つ周知であるから詳しい説明は省略する。但し、ロボット制御装置ＲＣＬ＃１の制御対象には走行軸ＲＬが含まれており、ロボット制御装置ＲＣＬ＃２の制御対象にはエアガンＡＧとナットランナＮＲが含まれている。フライス盤制御装置ＦＣＬ＃１〜ＦＣＬ＃３についても、その構成と機能は周知であるから詳しい説明は省略する。
次に、以上のシステム構成・機能を用いて実行される作業手順の概要について箇条書き形式で順を追って述べる。ここで説明するシーケンスは、シーケンスに含まれる動作に関連する制御装置に教示されたプログラムに従って実行される。後述するチップ検査の動作を除き、これら動作のための処理については周知の事項なので、その詳細は省略する。
【００５４】
［２］作業手順
（１）チップ検査が行なわれない通常作業時には、ロボット＃１が、走行軸ＲＬを使って移動を繰り返しながら各フライス盤＃１〜＃３に対する未加工ワークのローディングと加工済みワークのアンローディングを繰り返す。
（２）ロボット＃１によるワークローディングを受けたフライス盤＃１〜＃３は、所属のフライス盤制御装置ＦＣＬ＃１〜ＦＣＬ＃３に教示された加工プログラムに従って切削加工を実行し、各ツール毎に加工実行時間を積算する。
【００５５】
（３）一つのワークの加工が終了し、ロボット＃１によるワークアンローディングを受けたフライス盤＃１〜＃３に所属するフライス盤制御装置ＦＣＬ＃１〜ＦＣＬ＃３は、ツールの加工実行時間積算値をチェックし、予め設定された制限時間を越えていた場合にはロボット＃１のロボット制御装置ＲＣＬ＃１に要検査信号を関連データ（送信を行なったフライス盤、要検査ツールを特定するデータなど）と共に送る。なお、ミルを取り付けたスピンドルは教示された回転位置で停止するので、停止時のミルの姿勢（向き）は毎回一定となる。
【００５６】
（４）これを受信したロボット制御装置ＲＣＬ＃１は、ロボット＃１のハンドをミル用のハンドＨＤ（図７参照）に交換させてから、送信を行なったフライス盤の前に移動させる。
【００５７】
（５）ロボット制御装置ＲＣＬ＃１は、ロボット＃１のハンドＨＤをフライス盤内に進入させ、停止状態にある要検査ミル１をつかむ。この時のミル１の姿勢（向き）は一定であるから、ミル１は一定の姿勢でハンドＨＤにつかまれる。
（６）ロボット制御装置ＲＣＬ＃１は、当該フライス盤の制御装置にミル１のつかみ動作の完了信号を送る。これを受信したフライス盤の制御装置は、ミル１を固定しているスピンドルのチャックを緩め、ミル１の拘束を解く。
【００５８】
（７）ロボット制御装置ＲＣＬ＃１は、ロボット＃１にミル１をフライス盤から取り外し、ミル１を把持した状態でチップ検査作業台ＴＢの前に移動させる（図７参照）。
（８）ロボット制御装置ＲＣＬ＃１は、ロボット＃１にミル１をチップ検査作業台ＴＢの治具ＪＧへ装着させ、チャック閉信号を出力して治具ＪＧにミル１をクランプさせる。
【００５９】
（９）ロボット制御装置ＲＣＬ＃１は、ロボット＃１をチップ検査作業台ＴＢから離れさせ、ロボット制御装置ＲＣＬ＃２にミル固定完了信号を送る。そして、再びハンドをワーク用に交換して、ミル検査のために停止中でないフライス盤に対する通常のワークローディング作業に復帰する。
【００６０】
（１０）これを受信したロボット制御装置ＲＣＬ＃２は、ロボット＃２をミル１のまわりで移動させながら、ミル１に装着されているチップ３に付着している切粉等をエアガンＡＧを用いて除去する（洗浄作業）。
【００６１】
（１１）洗浄作業を完了したら、ロボット制御装置ＲＣＬ＃２はロボット＃２のアームをミル１から遠ざけ（チップ検査時にロボット＃３との干渉を避けるため）、洗浄完了信号をロボット制御装置ＲＣＬ＃３に送る。
（１２）これを受信したロボット制御装置ＲＣＬ＃３は、視覚センサを用いて全チップ３の検査を行なう。チップ検査は、予め教示された各チップ検査用の検査位置（一般に、チップ個数と同数個教示される。）へのロボット移動と視覚センサによるチップ検査を繰り返す形態で行なわれる。個々のチップ検査の手順と処理については、次の［３］で述べる。
【００６２】
（１３）ロボット制御装置ＲＣＬ＃３は、全チップの検査結果（全要交換チップのミル上の装着アドレスを特定するデータ）をロボット制御装置ＲＣＬ＃２に送る。
（１４）これを受信したロボット制御装置ＲＣＬ＃２は、要交換チップが一つでもあれば、ロボット＃２を予め教示されたチップ交換プログラムと要交換チップのミル上の装着アドレスを特定するデータに基づいてチップ交換を行なう。ロボットを用いたチップの自動交換は周知なので詳しくは述べないが、概略次の動作手順で行なわれる。
１．要交換チップに対応した交換位置へのロボット移動
２．ナットランナＮＲによる要交換チップの固定ボルト（図６参照）の弛緩
３．要交換チップ取り外し
４．チップ交換ラックＣＨへのロボット移動と要交換チップ解放／新チップの把持
５．要交換チップに対応した交換位置へのロボット移動
６．新交換チップのミル１への装着（要交換チップが装着されていた位置へ装着）
７．ナットランナＮＲによる新交換チップの固定ボルトの緊締
８．ミル１からの退避
（１５）ロボット制御装置ＲＣＬ＃２は、交換作業の完了あるいは要交換チップ不存在確認を表わす信号をロボット制御装置ＲＣＬ＃１に送る。
（１６）これを受信したロボット制御装置ＲＣＬ＃１は、ロボット＃１の通常作業を中断させ、ハンドを再度ミル用に交換させる。
【００６３】
（１７）ロボット制御装置ＲＣＬ＃１は、チャック開信号を出力し、治具ＪＧにチャックを開いてミル１のクランプを解除させる。
【００６４】
（１８）ロボット制御装置ＲＣＬ＃１は、ロボット＃１に治具ＪＧからのミル１の取り外しを行なわせる。
【００６５】
（１９）ロボット制御装置ＲＣＬ＃１は、ロボット＃１をミル１を取り外されていたフライス盤の前に移動させ、前述とは逆の手順でミル１をそのフライス盤＃に装着する。
［３］チップ検査の手順と処理
上記（１２）に記したように、チップ検査の作業は、予め教示された各チップ検査用の検査位置へロボット＃３を順次移動させ、各検査位置で１個づつのチップ検査を行なうという態様で実行される。そこで、本項では、（１）チップ検査のための視覚センサの準備と、（２）チップ検査の開始から終了までの手順と処理について、図１１（ストラクチャライトの投光状態の説明図）、図１２（投光部のキャリブレーションの説明図）、図１３（検査方式の説明図）並びに図１４（処理の概要を記したフローチャート）を参照図に加えて述べる。
【００６６】
（１）視覚センサの準備
１．チップ検査台ＴＢに摩耗チップの見本を装着したミルを固定し、ロボット＃３を移動させ、図８に示したような態勢をとらせる。
２．ロボット制御装置ＲＣＬ＃３の教示操作盤５５を操作し、ストラクチャライトユニットＳＵのレーザ発振器１２を点灯する。そして、ガルバノメータ１４に種々の指令値を与えながら投光方向を調整し、チップ検査に適した投光方向を表わすパラメータを設定する。投光方向の角度間隔が広すぎる（あるいは投光本数が少なすぎる）と高い検出精度が得難いので、低下しないような範囲で適当な間隔をもった適当な投光本数が設計的に選択されることが好ましい。
【００６７】
ここでは、図１１に示したように、主として逃げ面６をカバーするように計１１本のスリット光１０１〜１１１が投光されるようなパラメータを設定する。パラメータは、例えば、投光方向の中心を表わす指令値、間隔、投光本数である。
【００６８】
投光に際して逃げ面６を重視する理由は、図６に関連して述べたように、摩耗部８が逃げ面６の方がすくい面７に比べて幅広くえぐられる性質があり、これを確実に検出することが好ましいからである。
【００６９】
３．カメラ２０とガルバノメータ１４を含む投光部のキャリブレーションについては、前述した通り、周知の手法により完了済みとする。一応極く簡単に述べておくと、カメラ２０のキャリブレーションにはドットパターンを用いてカメラ座標系上の位置と視線方向を表わすパラメータとの対応を求める方法が知られている。また、投光部のキャリブレーションを行なうには、例えば図１２に示したような手法が用いられる。
【００７０】
即ち、ロボット＃３に設定済みのワーク座標系Σw 上で位置が既知の２つの平面ＰＬ１，ＰＬ２上に順次同じスリット光ＳＬを投光し、得られた輝線Ｌ１，Ｌ２をキャリブレーション済みのカメラ２０で撮影する。得られた画像をロボット制御装置ＲＣＬ＃３で解析すれば、各輝線Ｌ１，Ｌ２の３次元位置が求められる。なぜならば、平面ＰＬ１，ＰＬ２が既知で輝線Ｌ１，Ｌ２上の任意の各２点Ｇ１〜Ｇ４の視線方向が各々判り、従ってそれらの４点Ｇ１〜Ｇ４の３次元位置が判る。これら４点Ｇ１〜Ｇ４の乗る平面を計算すれば、その時のガルバノメータに与えた指令値に対応するスリット光ＳＬの平面が求められる。
【００７１】
なお、上記２．で設定された指令値（１１個）のすべてに関してこのようなキャリブレーションを行ないスリット光ＳＬを表わすパラメータを記憶しておけば、測定時に補間近似を行なう必要がないので、より有利である。
【００７２】
（２）検査の実行
図１４のフローチャートに記したように、ロボット制御装置ＲＣＬ＃３のＣＰＵ５１は、洗浄完了信号をロボット制御装置ＲＣＬ＃２から受信したら（ステップＳ１でイエス）、教示された最初の検査位置へロボット＃３を移動させる（ステップＳ２）。そして、ストラクチャライトユニットＳＵの投光部を起動し、スリット光のチップ３上への投光と、カメラ２０による撮影を繰り返し、計１１回づつの投光と撮影によって輝線１１本分の画像（１１フレーム）を取得する（ステップＳ３〜ステップＳ４）。
【００７３】
カメラ２０は逃げ面６にほぼ正対するように検査位置が教示されているので、計１１回行なわれるスリット光の投光によって形成される輝線パターンをまとめて示せば、図１３（ａ）または図１３（ｂ）のようになる。図１３（ａ）は摩耗部８のみのケース、図１３（ｂ）は摩耗部８と欠け落ち部８ａが併存しているケースを表わしている。
【００７４】
次に、ステップＳ３〜ステップＳ４の繰り返しで取得された画像から摩耗／欠け落ち量を計測するために、先ず、輝線１０１〜１１１の一部または全部の直線部分（摩耗部８、欠け落ち部８ａ以外の部分）上の適宜個数の点（Ａ１〜Ａ８で例示）の３次元位置を計算し、逃げ面６の乗っている平面（平面を記述するパラメータ値）を求める（ステップＳ５）。
【００７５】
次いで、摩耗／欠け落ちが発生する側（すくい面７に続く側；画面右側）の端点Ｑ１〜Ｑ１１（またはＱ１’〜Ｑ１１’）の内、屈曲点Ｐ１〜Ｐ６（またはＰ１’〜Ｐ６’）を持たない輝線１０７〜１１１の端点Ｑ７〜Ｑ１１（またはＱ７’〜Ｑ１１’）の３次元位置を計算し、逃げ面６とすくい面７との交線に相当する直線９（直線９を記述するパラメータ値）を求める（ステップＳ６）。
【００７６】
輝線１０１〜１１１を構成するすべての点の内、ステップＳ５で求めた平面（逃げ面６）上になく、且つ、最も上記直線９から離れた点を求め、摩耗／欠け落ち量の測定点とする（ステップＳ７）。ステップＳ５で求めた平面（逃げ面６）上にないという条件は、その平面との距離を微小しきい値と比較することで判定出来る。こうして選ばれた測定点は、図１３（ａ）のようなケースではＰ１（より正確に言えば、上記微小しきい値分摩耗部８内へ下った点）、図１３（ｂ）のようなケースではＰ２’（より正確に言えば、上記微小しきい値分欠け落ち部８ａ内へ下った点）となる。
【００７７】
選ばれた測定点と直線９の距離ｓ（またはｓ’）を摩耗／欠け落ち量を表わす指標として求め（ステップＳ８）、許容される限界を表わす基準値ｓ0 と比較してチップ交換の要／不要を判定し、判定結果を記憶する（ステップＳ９）。更に、最終検査位置でないことを確認し（ステップＳ１０）、次の検査位置へロボット＃３を移動させ（ステップＳ１１）、ステップＳ３へ戻り、次のチップの検査を開始する。以後、ステップＳ３〜ステップＳ１１を繰り返し、最終検査位置におけるチップ検査を終了したら（ステップＳ１０でイエス）、ステップＳ１２へ進み、全チップの検査結果（全要交換チップのミル上の装着アドレスを特定するデータ）をロボット制御装置ＲＣＬ＃２に送る。
【００７８】
なお、上記の実施形態と参考例は、フライス盤のミルに装着されたチップの検査／交換を行なうシステムについて説明されているが、フライス盤を旋盤、ミルをバイトと各々読みかえれば、旋盤のバイトチップの検査／交換を行なうシステムについての同様の記述が得られる。
【００７９】
また、チップの摩耗／欠け落ち量を表わす指標には上述した実施形態で採用したＤ、Ｌ以外にも種々のものが採用可能である。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、フライス盤、旋盤、マシニングセンタのような工作機械に装着されたチップの摩耗や欠け落ちの発生を非接触で自動的に検出することが出来る。工具チップの検査は、工具を工作機械に装着したまま行なうことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係るシステムの全体構成を模式的に示した要部ブロック図である。
【図２】  カメラＣＭの設置態様を、フライス盤本体部ＦＭの概要並びにコンソールＣＳの外観とともに示した図である。
【図３】  一つの検査位置に位置決めされた工具チップについて、カメラで撮影される画像を表わした図である。
【図４】  本発明の実施形態で実行されるチップの摩耗／欠け落ち検査のための処理の概要を記したフローチャートである。
【図５】  参考例に係るシステムの全体構成を模式的に示した要部ブロック図である。
【図６】  参考例で配備されるフライス盤に用いられるミルの外観に、摩耗部が発生したチップを拡大併記したものである。
【図７】  ミルがチップ検査作業台上の治具に固定される様子を描いた模式図である。
【図８】  参考例で配備されるロボット＃２，＃３の作業状況を説明する模式図である。
【図９】  （ａ）ストラクチャライトユニットの要部構造と、（ｂ）ストラクチャライトの形成方法を例示した模式図である。
【図１０】  参考例で配備される画像処理装置内蔵型のロボット制御装置の構成を他の要素との接続関係の概略とともに要部ブロック図で例示したものである。
【図１１】  チップに対するストラクチャライトの投光状態を説明する図である。
【図１２】  投光部のキャリブレーションについて説明する図である。
【図１３】  チップの摩耗／欠け落ちを検査する方式を説明する図で、（ａ）は摩耗部のみのケース、（ｂ）は摩耗部と欠け落ち部が併存しているケースを表わしている。
【図１４】  参考例で実行されるチップの摩耗／欠け落ち検査のための処理の概要を記したフローチャートである。
【符号の説明】
１  工具（ミル）
１ａ  ミルのテーパ部
１ｂ  ミルのヘッド
２  凸部
３  チップ
４  固定用ボルト
５  ボルト穴
６  逃げ面
７  すくい面
８  摩耗部
８ａ  欠け落ち部
９  逃げ面とすくい面の交線
１１  投光窓
１２  レーザ発振器
１３  円柱レンズ
１４  ガルバノメータ
２０、ＣＭ  カメラ
２１  撮影窓
５１  中央演算処理装置（ＣＰＵ）
５２  ＲＯＭメモリ
５３  ＲＡＭメモリ
５４  不揮発性メモリ
５５  教示操作盤
５６  デジタルサーボ回路
５７  サーボアンプ
５８  バス
６１  ストラクチャライトユニット用インターフェイス
６２  画像処理プロセッサ
６３  モニタインターフェイス
６４  フレームメモリ
６５  プログラムメモリ
６６  データメモリ
６７  通信インターフェイス
１０１〜１１１，Ｌ１，Ｌ２  輝線
Ａ１〜Ａ８  輝線の直線部分上の点
ＡＧ  エアガン
ＣＨ  チップ交換ラック
ＤＲ  ドア
ＦＣＬ、ＦＣＬ＃１〜ＦＣＬ＃３  フライス盤制御装置
ＦＭ  フライス盤本体部
Ｇ１，Ｇ２  輝線Ｌ１上の点
Ｇ３，Ｇ４  輝線Ｌ２上の点
Ｈ  ハンド交換機構
ＨＤ  ミル把持用ハンド
ＨＬ  治具の取付穴
ＩＰ  画像処理装置
ＩＬ  照明装置
ＪＧ  治具
ＭＯ  モニタ
ＮＲ  ナットランナ
Ｐ１〜Ｐ６，Ｐ１’〜Ｐ６’      各輝線の屈曲点
ＰＬ１，ＰＬ２  既知の平面
Ｑ１〜Ｑ１１，Ｑ１’〜Ｑ１１’  輝線の摩耗／欠け落ちが発生する側の端点
ＲＣＬ＃１〜ＲＣＬ＃３  ロボット制御装置
ＲＬ  走行軸
ＵＬ  ストラクチャライト（スリット光）
ＳＰ  主軸（スピンドル）
ＳＰＨ  主軸ヘッド
ＳＰＵ  主軸ユニット
ＳＵ  ストラクチャライトユニット
ＴＢ  チップ検査交換作業台
ＶＳ  視覚センサ
ＷＳ１  未加工ワーク供給部
ＷＳ２  加工済みワーク収容部
ＷＴ  ワークテーブル
ＷＴＨ  ワークテーブルヘッド
Σw   ワーク座標系
【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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【図１４】
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