WO2022259582A1 - 工作機械 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a technology for preventing dirt from adhering to an imaging unit provided in a machine tool.
  • Machine tools include devices that cut workpieces into desired shapes and devices that create workpieces by laminating metal powder.
  • Machine tools for cutting include a turning center that processes the workpiece by applying a cutting tool to the rotating workpiece, and a machining center that processes the workpiece by applying a rotating tool to the workpiece. These functions are combined. There are multi-tasking machines equipped with
  • the tool is fixed to the tool holder such as the spindle or tool post.
  • a machine tool processes a workpiece while exchanging tools and moving a tool holder according to a machining program prepared in advance (see Patent Document 1).
  • One possible method is to set up an imaging area in the machining chamber, insert the tool into the imaging area, capture an image of the tool with a camera, and check the state of the tool based on the captured image.
  • the camera will become dirty with the attachments of the tool because chips, coolant, etc. of the work are attached to the tool immediately after use.
  • FIG. 1 is an external view of a machine tool; FIG. It is a peripheral perspective view of a tool recognition area.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the positional relationship among a tool, a camera, and a lighting device in a tool recognition area; FIG. 4 is a side cross-sectional view of each mechanism in the tool recognition area; It is a sectional view showing the flow of air.
  • 1 is a hardware configuration diagram of a machine tool and an image processing device;
  • FIG. 4 is a flow chart showing a process when performing tool inspection; 4 is a flow chart showing the process of measurement processing.
  • FIG. 8 is a side view showing the internal configuration of a tool storage section in Modification 1;
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing the configuration inside the tool storage unit in Modification 1;
  • FIG. 4 is a perspective view of a tool recognition area in an example implementation of a machine tool
  • FIG. 11 is a side view of a tool recognition area in an example implementation of a machine tool
  • FIG. 11 is a side view of a tool recognition area in an example implementation of a machine tool
  • FIG. 4 is a front view schematically showing the periphery of a boundary between a storage chamber and a processing area
  • It is a side view which shows the movable range of a tool exchange part, and the movable range of a 1st cover.
  • FIG. 1 is an external view of a machine tool 100.
  • FIG. A machine tool 100 according to the present embodiment is a multitasking machine that processes a work placed within a processing area 200 .
  • a workpiece is fixed to a holder 104 and cut by a tool 102 attached to a main shaft, which is another holder.
  • a holding portion 104 that holds a work is rotationally driven by a driving mechanism.
  • the tool recognition area 210 is an example of an imaging area.
  • the upper illumination device 108 illuminates the tool 102 and the lower camera 106 images the tool 102 .
  • Tool inspection is executed based on the captured image at this time.
  • the configuration of the tool recognition area 210 will be described later in connection with FIGS. 2, 3 and 4 below.
  • the machine tool 100 has a cover 202 that blocks the outside.
  • Cover 202 includes door 204 .
  • An operator opens the door 204 to attach a work to the processing area 200 and take out the work from the processing area 200 .
  • the operation panel 206 receives various operations for the machine tool 100 from the operator.
  • the operation panel 206 is connected to the image processing device 110 .
  • a worker can remotely monitor the working status of the machine tool 100 using the image processing device 110 .
  • the main body of the machine tool 100 and the image processing device 110 are connected via a wired cable.
  • Image processing device 110 may be formed as an internal device of machine tool 100 , for example, operation panel 206 .
  • the tool storage unit 130 stores a plurality of tools 102.
  • a tool changer (to be described later) acquires a tool 102 from a plurality of tools 102 stored in the tool storage 130 and mounts it on the spindle.
  • the Y-axis and Z-axis are set in the horizontal direction
  • the X-axis is set in the vertical direction.
  • the Z-axis direction corresponds to the axial direction of the spindle and the work.
  • FIG. 2 is a peripheral perspective view of the tool recognition area 210.
  • FIG. A tool recognition area 210 is formed in a part of the machining area 200 . Specifically, a tool recognition area 210 (space) is formed above the holding portion 104 that fixes the workpiece. Tool recognition area 210 includes camera 106 and lighting device 108 (discussed below with respect to FIGS. 3 and 4).
  • the shutter 300 is a movable partition plate (a kind of cover) that closes the tool recognition area 210 .
  • the tool recognition area 210 is closed by the shutter 300 during machining of the workpiece.
  • a coolant is injected to remove frictional heat between the workpiece and the tool 102 .
  • chips of the workpiece also scatter within the machining area 200 . Therefore, the tool recognition area 210 is closed by the shutter 300 to prevent coolant, chips, and the like from entering the tool recognition area 210 .
  • the shutter 300 is provided between the machining area 200 where machining is performed by the tool 102 and the tool recognition area 210, which is an imaging area, and is movable between an open state and a closed state.
  • the machine tool 100 stops machining the workpiece. At this time, the machine tool 100 also stops injection of coolant.
  • the spindle moves the tool 102 to a predetermined position (hereinafter referred to as "standby position") in front of the tool recognition area 210, and rotates the tool 102 at the standby position at high speed.
  • the coolant and chips adhering to the tool 102 hereinafter collectively referred to as "deposits" are shaken off.
  • rotating the tool 102 at a high speed to remove deposits at the standby position will be referred to as "cleaning rotation”.
  • the shutter 300 is opened, allowing the tool to enter the tool recognition area 210.
  • the shape of the tool is confirmed. Inspecting the shape of the tool 102 by inserting the tool 102 into the tool recognition area 210 is called "tool inspection”.
  • the machining area 200 is connected to the tool storage section 130 via the tool recognition area 210.
  • the tool recognition area 210 there is a room for the tool recognition area 210 between the tool storage section 130 and the machining area 200, and the tool 102 is imaged there.
  • the spindle is inserted deep into the tool recognition area 210 . Since the tool passes through the tool recognition area 210 not only during tool inspection but also during tool replacement, the cleaning rotation is similarly performed before passing.
  • An air nozzle 302 is installed beside the holding portion 104 .
  • the air nozzle 302 jets air. It is also possible to remove deposits on the tool 102 by moving the spindle to the vicinity of the air nozzle 302 and injecting air from the air nozzle 302 .
  • jetting air from the air nozzle 302 to the tool 102 to remove deposits will be referred to as "cleaning jet”.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the positional relationship among the tool 102, the camera 106 and the illumination device 108 in the tool recognition area 210.
  • the tool 102 includes a blade portion 112 that is used for machining a workpiece, and a shank portion 114 that is a portion fixed to a holder 118 of a spindle 116 .
  • the spindle 116 is configured to be rotatable and movable while holding the tool 102 .
  • the spindle 116 which is also a holding part, can also rotate the tool held.
  • the main shaft 116 corresponds to "a tool holding section capable of holding a tool within an imaging area”.
  • the tool post corresponds to "a tool holder capable of holding a tool within the imaging area”.
  • the camera 106 includes an image sensor (imaging element) such as CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) or CCD (Charge-Coupled Device).
  • the camera 106 images the tool 102 attached to the spindle 116 from below (in the X-axis direction).
  • Camera 106 is fixed in tool recognition area 210 .
  • the tool 102 can be imaged from multiple directions. Further, by moving the tool 102 in the horizontal direction (YZ direction) with the spindle 116, it is possible to image a plurality of locations of the tool 102.
  • a lighting device 108 is fixed at the top so as to face the camera 106 .
  • a lighting device 108 illuminates the tool 102 from above. Transmitted illumination by the illumination device 108 allows the camera 106 to acquire a high-contrast captured image that facilitates grasping the contour position of the tool 102 .
  • Tool shape data is formed as two-dimensional data or three-dimensional data.
  • the spindle 116 causes the tool 102 to enter the tool recognition area 210 when performing tool inspection for the tool 102 during machining or after machining.
  • the spindle 116 moves and rotates the tool 102, and the camera 106 automatically captures images of the tool 102 from various positions and directions.
  • a tool shape is recognized from a large number of captured images obtained by the camera 106 .
  • the shape of the tool 102 recognized during inspection will be referred to as an "inspection shape".
  • the operator determines the degree of wear of the tool 102 and the presence/absence of chipping.
  • the shutter 300 is provided inside the upper wall portion 340 and the lower wall portion 342 surrounding the tool recognition area 210 .
  • the shutters 300 may be provided on the outside of the upper wall 340 and lower wall 342 .
  • the shutter 300 is movable in the X-axis direction (vertical direction).
  • the opening between the upper wall portion 340 and the lower wall portion 342 is open (open state) when the shutter 300a is positioned on the lower side.
  • the opening between the upper wall portion 340 and the lower wall portion 342 is closed (closed state).
  • the opening between the upper wall portion 340 and the lower wall portion 342 is open (open state) when the shutter 300 is positioned on the upper side.
  • the opening between the upper wall 340 and the lower wall 342 is closed (closed state).
  • the shutter 300 may be movable in the Y-axis direction (horizontal direction), and by moving the shutter 300 in the Y-axis direction (horizontal direction), the open state and the closed state may be changed.
  • FIG. 4 is a side sectional view of each mechanism in the tool recognition area 210.
  • FIG. Tool 102 is inserted intermediate camera 106 and illumination device 108 .
  • a lighting device 308 is also installed on the side of the camera 106 to illuminate the tool 102 from below.
  • a first cover 304 is installed next to the camera 106 to cover the light receiving surface of the camera 106 .
  • a second cover 306 for covering the light emitting surface of the lighting device 108 is installed next to the lighting device 108 .
  • first cover 304 and the second cover 306 are collectively referred to, they will be referred to as "inner covers”.
  • the first cover 304 is rotatably mounted around the Z-axis and driven to rotate.
  • a first cylinder 305 connected to the first cover 304 expands and contracts, for example, by operating a built-in solenoid.
  • the first cover 304 closes the light receiving surface of the camera 106 when the first cylinder 305 is extended, and the first cover 304 opens the light receiving surface of the camera 106 when the first cylinder 305 is retracted.
  • the second cover 306 is rotatably mounted around the Z-axis and driven to rotate.
  • a second cylinder 307 connected to the second cover 306 expands and contracts by operation of a built-in solenoid, for example.
  • the second cover 306 closes the light emitting surface of the lighting device 108 when the second cylinder 307 is extended, and opens the light emitting surface of the lighting device 108 when the second cylinder 307 is contracted.
  • the machine tool 100 has a purge mechanism 400.
  • Purge mechanism 400 includes a pump 402 that delivers fluid (compressed air in this example) and a pipe 404 that delivers fluid (compressed air in this example) to camera 106 , illuminator 108 and illuminator 308 .
  • An example of air purging using compressed air is shown below.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the flow of air.
  • An image sensor 412 and a lens component 410 are provided inside the camera 106 .
  • the air that has flowed into the camera 106 flows through the side of the image sensor 412 and the lens component 410 toward the light-receiving surface of the camera 106 and is released to the outside through the gap near the light-receiving surface of the camera 106 .
  • Impurities (coolant mist, etc.) inside the camera 106 are discharged by this air flow.
  • the air released from the gap near the light receiving surface flows between the light receiving surface of the camera 106 and the closed first cover 304, so that the adherents ( dirt).
  • the first cover 304 is open, the light-receiving surface is kept away from deposits (dirt).
  • purging is accomplished by flowing fluid between the light receiving surface of the camera 106 and the first cover 304 .
  • the air that has flowed into the interior of the lighting device 308 is discharged from the vicinity of the light emitting surface of the lighting device 308.
  • impurities (such as coolant mist) inside the lighting device 308 are discharged, and deposits (dirt) on the light emitting surface of the lighting device 308 are removed.
  • the air that has flowed into the interior of the lighting device 108 is discharged from the vicinity of the light emitting surface of the lighting device 108 .
  • impurities (such as coolant mist) inside the lighting device 108 are discharged, and deposits (dirt) on the light emitting surface of the lighting device 108 and the cover surface of the second cover 306 are removed.
  • a space through which the fluid flows in equipment such as the camera 106 , the lighting device 308 , and the lighting device 108 , and an outlet through which the fluid flows out of the equipment are also part of the purge mechanism 400 .
  • Compressed air in this example is an example of a fluid that is flowed to purge.
  • a gas other than air may be used as the fluid to be flowed for purging, or a liquid may be used.
  • FIG. 6 is a hardware configuration diagram of the machine tool 100 and the image processing device 110.
  • Machine tool 100 includes an operation controller 120 , a machining controller 122 , a machining device 124 , a tool changer 126 and a tool storage 130 .
  • a machining control unit 122 functioning as a numerical controller transmits a control signal to the machining device 124 according to a machining program.
  • the processing device 124 moves the spindle 116 according to instructions from the processing control unit 122 to process the workpiece.
  • the operation control device 120 includes an operation panel 206 and controls the processing control section 122 .
  • the tool storage section 130 stores tools.
  • the tool changer 126 corresponds to a so-called ATC (Automatic Tool Changer).
  • the tool exchange unit 126 takes out a tool from the tool storage unit 130 according to an exchange instruction from the machining control unit 122, and exchanges the tool on the spindle 116 with the taken out tool.
  • the operation control device 120 includes a cover control section 320.
  • Cover control unit 320 opens and closes shutter 300 (a type of cover) and internal covers (first cover 304 and second cover 306).
  • the air purge control unit 330 controls air purge by operating the pump 402 to send compressed air.
  • the air purge control section 330 is an example of a purge control section that controls the purge that feeds the fluid.
  • the image processing device 110 mainly performs image processing such as tool shape recognition. As mentioned above, the image processing device 110 may be configured as part of the operation control device 120 .
  • the image processing device 110 may be a general laptop PC (Personal Computer) or tablet computer.
  • the image processing apparatus 110 has an input unit that receives input from the user via a hard device such as a touch panel or a steering wheel, an output unit that provides various information to the user via image display or audio output, and stores various data. It has a data storage unit, a data processing unit that performs various types of arithmetic processing, and a communication unit that performs communication processing with the operation control device 120 .
  • the data processing unit generates data (tool shape data) representing the three-dimensional shape of the tool 102 based on the captured image, and includes a tool confirmation unit that performs tool inspection.
  • a relatively small camera 106 captures images of the tool 102 a plurality of times, and the overall shape of the tool 102 is recognized based on the captured images.
  • the captured image obtained by capturing a part of the tool 102 with the camera 106 will be referred to as a "partial image”.
  • FIG. 7 is a flow chart showing the process when performing tool inspection.
  • a predetermined measurement command MX is detected in the machining program
  • the processing shown in FIG. 7 is started.
  • Tool inspection is also executed when an operator inputs a measurement instruction from the operation panel 206 or the image processing device 110 when interference occurs.
  • the machining control unit 122 stops the spindle 116 and interrupts machining of the workpiece (S10).
  • the air purge control unit 330 activates the pump 402 to start air purge (S11). Since it takes some time until the compressed air is sent stably, the pump 402 is started at an early stage. However, the pump 402 may be activated at another timing as long as it is before opening (opening) the shutter. The pump 402 may be started after the movement (S12) of the main shaft 116, which will be described later, or after the cleaning rotation.
  • the machining control unit 122 moves the spindle 116 to the standby position in front of the tool recognition area 210 (S12). At this time, cover controller 320 closes shutter 300 . The spindle 116 is temporarily stopped at the standby position, and the machining control unit 122 executes cleaning rotation (S14). A cleaning rotation removes deposits from the tool 102 . After the cleaning rotation ends, the processing control unit 122 notifies the operation control device 120 of the end of cleaning, and the measurement process starts (S20). Details of the measurement process will be described later with reference to FIG. 8 below.
  • FIG. 8 is a flow chart showing the process of measurement processing.
  • the cover control unit 320 starts the operation of opening (opening) the shutter 300 (S22).
  • the cover control section 320 slows down the opening of the shutter 300 as much as possible. More preferably, the cover controller 320 opens the shutter 300 just before the tool 102 contacts the shutter 300 in the tool recognition area 210 . Opening the shutter 300 allows the spindle 116 (tool 102 ) to enter the tool recognition area 210 .
  • the cover controller 320 opens the inner covers (the first cover 304 and the second cover 306) (S24). The inner cover may be opened during the opening operation of the shutter 300 or after the shutter 300 is completely opened. By opening the inner cover, the tool 102 can be imaged in the tool recognition area 210 . Opening the inner cover corresponds to movement of the cover.
  • the first cover 304 and the second cover 306 may be opened (opened) at the same time, but it is desirable to open the upper cover first. This is because, when the upper cover is opened, there is a risk that the deposits will fall.
  • the cover control unit 320 since the second cover 306 is on the upper side, the cover control unit 320 opens the second cover 306 first.
  • the cover control unit 320 opens the first cover 304 after waiting for the time required for the attached matter to fall. Therefore, the operations are performed in the order of opening the shutter 300, opening the second cover 306, opening the first cover 304, imaging, closing the first cover 304, closing the second cover 306, and closing the shutter 300.
  • the cover control section 320 When the opening (opening) of the shutter and the inner cover is completed, the cover control section 320 notifies the processing control section 122 of the completion of cover opening.
  • the machining control unit 122 moves the spindle 116 and inserts the tool 102 into the tool recognition area 210 (S26).
  • the machining control unit 122 sets the spindle rotation angle (S28). After setting the spindle rotation angle, the machining control unit 122 moves the spindle 116 in the YZ directions, and the tool confirmation unit 152 acquires a plurality of partial images to recognize the shape of the tool 102 (S30). In the shape recognition process, the contour of the tool 102 is specified as point sequence data at the set spindle rotation angle. If there remains an unset main shaft rotation angle (N in S32), the process returns to S28 and the next rotation angle (eg, 12 degrees) is set. When the shape recognition processing is executed for all 30 types of spindle rotation angles (Y in S32), the tool confirmation unit 152 generates tool shape data ( inspection shape) is generated (S34).
  • the image processing device 110 displays the inspection shape and registered shape on the screen, and the operator determines whether or not the tool needs to be changed (S36). Note that the necessity of tool replacement may be determined automatically by the image processing device 110 through image recognition instead of the operator's visual determination.
  • the image processing device 110 includes a tool determination section (not shown). Specifically, when the degree of similarity between the registered shape and the inspection shape, particularly the degree of similarity of the outline, is equal to or less than a predetermined value, the tool determination unit determines that the tool 102 is damaged. is determined to be a defective tool. For example, when the ratio (B/A) between the blade length A detected from the registered shape and the blade length B detected from the inspection shape is equal to or less than a predetermined value, the tool determination unit determines that the tool 102 is chipped. can be determined.
  • the image processing device 110 instructs the tool changer 126 to change the tool via the processing control unit 122 (S38). If the tool 102 is normal (Y of S36), the tool 102 is continued to be used without tool replacement.
  • the machining control unit 122 retracts the tool 102 from the tool recognition area 210 (S40). After the evacuation is completed, the processing control unit 122 notifies the operation control device 120 of the evacuation completion.
  • the cover control section 320 of the operation control device 120 first closes the inner cover (S42). Subsequently, the cover controller 320 closes the shutter 300 (S44). Furthermore, the air purge control unit 330 stops the pump 402 to terminate the air purge.
  • deposits may be removed from the tool 102 with a cleaning jet.
  • the air purge control unit 330 starts air purge before opening (opening) the shutter. For example, when the measurement command MX is detected, the air purge control section 330 starts air purge. After that, the machining control unit 122 stops the spindle 116 to interrupt the machining of the workpiece. Next, the machining control unit 122 moves the main shaft 116 in front of the air nozzle 302 . After pausing spindle 116 , air nozzle 302 injects air against tool 102 . A jet of air blows deposits off the tool 102 . After the cleaning injection, the machining control unit 122 moves the spindle 116 to the front of the tool recognition area 210 . The processing control unit 122 notifies the operation control device 120 of the end of cleaning, and the measurement process is started. The measurement process is as described above.
  • Modification 1 In the embodiment, an example in which the tool recognition area 210 for imaging the tool 102 is provided between the tool storage section 130 and the machining area 200 is shown.
  • the tool storage section of Modification 1 includes an imaging section and a movable section (eg, a pot of a magazine) that is movable when exchanging tools. Therefore, the tool storage can be traded as a single machine.
  • the machine can be traded as a machine having an imaging section and a movable section that moves when performing a tool change. In this case, the machine becomes a tool inspection device that inspects the tool by taking an image of the tool, and the moving part stores the next tool in order to replace it with the tool to be imaged, and is placed in a replacement position where the operator can easily work.
  • the modified example is an example in which the shutter 30 can slide horizontally to switch between the open state and the closed state. Therefore, as shown in FIGS. 9 and 10, the shutter can slide in the left-right direction to create an open state and a closed state. Further, the movement direction of the shutter 30 of the modified example is parallel to the rotation axis of the tool changer for exchanging tools. Therefore, it is a machine tool that replaces tools with respect to a tool spindle that has an axis in the horizontal direction.
  • FIG. 9 is a side view showing the internal configuration of the tool storage section 130 in Modification 1.
  • FIG. A part of the magazine (described later) is partially cut out and displayed.
  • the tool storage section 130 has a disc-type magazine 20 .
  • a plurality of pots 22 are arranged along the outer peripheral surface of the magazine 20, and are configured to be capable of accommodating tools 102 therein.
  • Each pot 22 coaxially supports a tool 102 , and a plurality of tools are radially supported around the rotating shaft 24 of the magazine 20 .
  • a chain type or other magazine may be employed.
  • the magazine 20 rotates around a rotating shaft 24 and horizontally supports the tool 102 to be replaced at its front end position (right end position in FIG. 9). That is, the pot 22 of the magazine 20 functions as a "tool holder” that supports the tool 102 to be replaced (also referred to as “target tool 102x”) in the storage chamber 10 in a standby state.
  • An opening 28 is provided in the partition wall 26 that partitions the storage chamber 10 and the processing area 200, and a shutter 30 for opening and closing the opening 28 is provided. Further, an opening/closing mechanism 32 is provided for opening and closing the opening 28 by moving the shutter 30 in the longitudinal direction of the target tool 102x. The opening/closing mechanism 32 allows the shutter 30 to move between an open state and a closed state.
  • a tool changer 126 is provided in the storage chamber 10 .
  • the tool changer 126 includes a tool 102 held in a standby state in the storage chamber 10 (also referred to as a "before-use tool 102p") and a tool 102 held on the spindle 116 in the machining area 200 (a "used tool 102u"). ”). Tool exchange is performed in a state in which the shutter 30 is open.
  • the target tool 102x is horizontally supported as a replacement target in the storage chamber 10.
  • the target tool 102x includes a used tool 102p immediately before tool replacement and a used tool 102u immediately after tool replacement.
  • an image of the tool before use 102p and an image of the used tool 102u are captured for the same tool. Based on the comparison between the image of the tool before use 102p and the image of the used tool 102u, the state of the used tool 102u (whether it is a defective tool, etc.) is determined.
  • the figure shows a movable range 500 of the magazine 20 in which the tools 102 are stored.
  • the movable range 500 of the magazine 20 illustrated here includes the area through which the tools 102 pass due to the rotational movement of the magazine 20 .
  • a camera 106 is fixed to the bottom of the shutter 30, as will be described later with reference to FIG. Also, a first cover 304 is provided to cover the light receiving surface of the camera 106 .
  • the opening and closing mechanism of the first cover 304 will be described later with reference to FIG. 14, but the movable range 504 of the first cover 304 is shown in the drawing.
  • a tool changer 126 including an arm 38 is arranged in the space between the target tool 102x and the shutter 30.
  • a movable range 502 of the tool exchange section 126 is shown. The operation of the tool changer 126 will be described later.
  • the movable range 504 of the first cover 304 does not overlap with the movable range 502 of the tool exchange section 126. Also, the movable range 504 of the first cover 304 does not overlap with the movable range 500 of the magazine 20 .
  • FIG. 10 is a perspective view schematically showing the configuration inside the storage chamber 10 in Modification 1.
  • FIG. 14 is a front view schematically showing the periphery of the boundary between the storage chamber 10 and the processing area 200.
  • the target tool 102x is horizontally supported in the storage chamber 10.
  • the shutter 30 is driven in the longitudinal direction of the target tool 102 x by the opening/closing mechanism 32 to open and close the opening 28 .
  • the opening/closing mechanism 32 includes a screw feed mechanism 33 and a servomotor 35 that drives it.
  • a tool changer 126 is arranged in the space between the target tool 102x and the shutter 30.
  • the tool changer 126 includes a main body 36 containing a motor and an arm 38 attached to the rotating shaft of the motor.
  • the arm 38 has a symmetrical shape with respect to the axis of rotation, and has grips 40 at both ends thereof.
  • the grasping portion 40 includes fixed claws 42 and movable claws 44 . By driving the movable claws 44, the gripping operation of the gripping portion 40 can be realized.
  • the tool changer 126 is provided with a translation mechanism that moves the arm 38 in the axial direction and a rotation mechanism that rotates the arm 38 around the axis.
  • the motors include a first motor that drives the translation mechanism and a second motor that drives the rotation mechanism. Since such a mechanism itself is publicly known, a detailed description thereof will be omitted.
  • the longitudinal direction of the arm 38 is oriented vertically. Thereby, the tool changer 126 is accommodated in the storage chamber 10 with the shutter 30 closed.
  • the tool changer 126 is actuated, the tool 102p before use waits on one side (accommodation chamber 10 side) of the axis of the arm 38, and the used tool 102u waits on the other side (processing area 200 side). .
  • the shutter 30 is opened.
  • the arm 38 rotates so that the pair of grasping sections grasp the pre-use tool 102p and the used tool 102u, respectively. At this time, the arm 38 temporarily straddles the opening 28 .
  • the tool changer 126 moves the arm 38 in the negative direction of the Z-axis, the pre-use tool 102p is detached from the pot 22 and the used tool 102u is detached from the spindle 116. As shown in FIG. Next, the tool changer 126 rotates the arm 38 by 180 degrees to replace the used tool 102p with the used tool 102u.
  • the used tool 102u is attached to the pot 22 and the pre-use tool 102p is attached to the spindle 116 by moving the arm 38 in the positive direction of the Z-axis by the tool changer 126 .
  • the tool changer 126 By driving the translation mechanism and the rotation mechanism in this way, the tool is detached from and attached to the pot 22 and the main shaft 116, and tool exchange is realized. Since the operation of the tool changer 126 itself is known, a detailed description thereof will be omitted.
  • a lighting device 108 is arranged above the holding position of the target tool 102x, and a camera 106 is arranged below.
  • the illumination device 108 functions as an "illumination section” and illuminates the target tool 102x from obliquely above.
  • the camera 106 functions as an “imaging unit” and captures an image of the target tool 102x obliquely below.
  • a camera 106 and an illumination device 108 are arranged on opposite sides of the target tool 102x. Transmitted illumination by the illumination device 108 allows the camera 106 to acquire a high-contrast captured image that facilitates grasping the contour position of the tool 102 .
  • the camera 106 is fixed to the bottom of the shutter 30.
  • a pipe 404 is connected to the camera 106 .
  • a light receiving surface of the camera 106 can be covered by a first cover 304 .
  • the lighting device 108 can be covered with a second cover 306 .
  • the first cover 304 is rotatably mounted around the Z axis and driven to rotate.
  • a first cylinder 305 connected to the first cover 304 expands and contracts, for example, by operating a built-in solenoid. It is assumed that the first cylinder 305 is connected and fixed to a portion of the shutter 30 .
  • the first cover 304 closes the light receiving surface of the camera 106 when the first cylinder 305 is extended, and the first cover 304 opens the light receiving surface of the camera 106 when the first cylinder 305 is retracted. That is, the first cover 304 can move between an open state in which the light receiving surface of the camera 106 is opened and a closed state in which the light receiving surface is closed. Also, the lighting device 108 may be air purged. The air purge mechanism is also the same as in the embodiment.
  • the imaging target portion means a portion (also referred to as "inspection target portion") that needs to be inspected in order to determine whether or not the target tool 102x is a defective tool, and is set in advance.
  • the area from the base end supported by the pot 22 to the cutting edge of the target tool 102x is taken as the imaging target portion.
  • only part of the target tool 102 may be the inspection target portion.
  • the area from the base of the blade to the tip of the blade may be the imaging target portion, or only the tip of the blade may be the imaging target portion.
  • the rotation axis Lt of the spindle 116, the rotation axis Lx of the tool changer 126, the movement direction of the shutter 30, and the longitudinal direction of the target tool 102x at the tool change standby position are parallel to each other (all parallel to the Z axis). Designed.
  • the main body 36 of the tool exchange section 126, the opening/closing mechanism 32, the lighting device 108, and other structures are stably fixed to the wall surface, beams, and other structures inside the tool storage section 130.
  • the camera 106 may be fixed to a structure such as a wall surface or a beam inside the storage chamber 10 instead of being fixed to the shutter 30 .
  • the first cylinder 305 is not fixed to the shutter 30 either, but is fixed to a structure such as a wall surface or a beam inside the housing chamber 10 .
  • the mechanism regarding the air purge of the camera 106 and the mechanism regarding the first cover 304 are the same as in the embodiment.
  • FIG. 10 shows the movable range 502 due to the rotational movement and translational movement of the tool changer 126 during tool exchange.
  • the disk-shaped space on the main body 36 side indicates the passage area of the arm 38 when gripping the pre-use tool 102p and the used tool 102u.
  • a disk-shaped space on the tip side indicates a passage area of the arm 38 when exchanging the used tool 102p and the used tool 102u.
  • the movable range 502 of the tool exchange section 126 also includes the range in which the rotating shaft of the tool exchange section 126 moves.
  • FIG. 10 and 14 show a movable range 500 of the magazine 20 in which the tools 102 are stored, a movable range 502 of the tool exchange section 126, and a movable range 504 of the first cover 304.
  • FIG. 14 viewed from the Z-axis direction (the rotation axis Lt of the main shaft 116, the rotation axis Lx of the tool changer 126, the movement direction of the shutter 30, and the longitudinal direction of the target tool 102x at the tool change standby position)
  • the movable range 504 of the first cover 304 is below (-X direction) the movable range 502 of the tool changer 126, and the two ranges do not overlap.
  • the first cover 304 is outside the movable range 500 of the magazine 20 . 14, from the Z-axis direction (the rotation axis Lt of the spindle 116, the rotation axis Lx of the tool changer 126, the movement direction of the shutter 30, and the longitudinal direction of the target tool 102x at the tool change standby position)
  • the movable range 504 of the first cover 304 is closer to the processing chamber (+Y direction) than the movable range 500 of the magazine 20, and the two ranges do not overlap. Therefore, in the open state of the first cover 304, the first cover 304 is outside the movable range 500 of the magazine 20 in which the tools 102 are stored.
  • the tool-storing pots of the magazine 20 in which the tools 102 are stored and the tool exchange section 126 correspond to a movable section that moves when the tool is exchanged. Therefore, the first cover 304 is outside the movable range of these movable parts when the first cover 304 is open.
  • FIG. 9 and 10 show the state in which the shutter 30 is closed. That is, the opening/closing mechanism 32 brings the shutter 30 closer to the positive direction of the Z-axis than the movable range of the shutter 30 .
  • the camera 106 can photograph the unused tool 102p before replacement and the used tool 102u after replacement from diagonally below as shown in FIG. In that case, the first cover 304 and the second cover 306 are opened, and then the camera 106 images the tool 102 .
  • the opening/closing mechanism 32 stops the shutter 30 .
  • the cover control unit 320 opens (opens) the first cover 304 .
  • the camera 106 captures an image of the cutting edge of the pre-use tool 102p.
  • the cover control unit 320 temporarily closes the first cover 304 .
  • the opening/closing mechanism 32 fully opens the shutter 30, the prohibition of tool exchange is released, and tool exchange is performed.
  • the used tool 102u is horizontally held in the standby state in the tool storage section 130 prior to tool storage after tool replacement. Then, the opening/closing mechanism 32 starts to move the fully open shutter 30 in the closing direction.
  • the opening/closing mechanism 32 stops the shutter 30 and the cover control section 320 opens (opens) the first cover 304 . Then, the camera 106 takes an image of the cutting edge of the used tool 102u. After imaging, the cover control section 320 closes the first cover 304 . Then, the opening/closing mechanism 32 moves the shutter 30 further in the closing direction. When the shutter 30 is closed, the air purge control section 330 stops the pump 402 to end the air purge. Then, if the used tool 102u is normal, it is stored in the magazine 20. FIG.
  • the air purge is started with the shutter 30 closed, the first cover 304 is opened (opened), and the camera 106 images the pre-use tool 102p. Then, the cover control unit 320 temporarily closes the first cover 304 . After that, the opening/closing mechanism 32 fully opens the shutter 30, and the tool is changed.
  • the opening/closing mechanism 32 closes the shutter 30 and opens (opens) the first cover 304 . Then, the camera 106 takes an image of the used tool 102u. After imaging, the cover control unit 320 closes the first cover 304, and the air purge control unit 330 stops the pump 402 to end the air purge. Then, if the used tool 102u is normal, it is stored in the magazine 20. FIG.
  • FIG. 11 is a perspective view of tool recognition area 210 in an example implementation of machine tool 100 .
  • the camera 106 images the tool 102 from below.
  • the illumination device 108 illuminates the imaged tool 102 from above.
  • a camera 106 is an image capturing unit that captures an image of a tool.
  • the first cover 304 is described below in connection with FIGS. 12 and 13. FIG.
  • FIG. 12 and 13 are side views of the tool recognition area 210 in the implementation example of the machine tool 100.
  • FIG. Both show the state of the tool recognition area 210 viewed from the axial direction of the work spindle 105 .
  • a work spindle 105 is rotatably supported by a headstock 170 , and a camera 106 is fixed to the headstock 170 .
  • An arm 172 that supports the illumination device 108 is provided above the headstock 170 .
  • an imaging target portion (portion to be imaged for inspection) of the tool 102 is arranged in the inspection area 212 .
  • the illumination device 108 and the second cover 306 emit light at an inclination angle ⁇ such that they have a positional relationship that does not overlap the camera 106.
  • the axis L2 is tilted (see the two-dot chain line parallel to the vertical line L1 in the figure). By inclining the optical axis L2, the tool 102 is moved to a position away from the arm 172 fixing the illumination device 108, so it is possible to image the tool 102 having a large tool diameter.
  • the first cover 304 is a sliding shutter. It moves in the positive direction of the Z axis to close the light receiving surface of the camera 106 and moves in the negative direction of the Z axis to open the light receiving surface of the camera 106 .
  • the first cover 304 protects the lens surface 426 of the camera 106 from dripping of coolant and dropping of chips during automatic exchange of the tool 102 . Therefore, coolant does not enter the camera 106 and chips are not caught.
  • the sliding first cover 304 can move between an open state in which the light receiving surface of the camera 106 is opened and a closed state in which the light receiving surface is closed.
  • a plurality of air blow devices 420 are used.
  • the air blow device 420 removes chips deposited on the first cover 304 by blowing air.
  • the air blow of the air blow device 420 also removes chips near the opening of the camera 106 .
  • the air blow device 422 blows off the coolant dripping from the tool 102 during imaging with air blown from the flat nozzle 424 .
  • the coolant may adhere to the flat nozzle 424 and the accumulated coolant may drop.
  • the air blow device 425 blows off coolant adhering to the flat nozzle 424 .
  • a gutter 427 catches coolant dripping from the flat nozzle 424 onto the lens surface 426 . This prevents the lens surface 426 from being exposed to the coolant.
  • Contamination of the lens surface 426 by coolant mist is prevented by an air purge that sends compressed air into the gap between the first cover 304 and the lens surface 426 .
  • Air wraps around the camera 106 from the side to the front as illustrated by the arrows and escapes in the Z-axis direction.
  • FIG. 15 is a side view showing a movable range 502 of the tool changer 126 and a movable range 504 of the first cover 304.
  • FIG. A movable range 502 of the tool changer 126 shown in this figure indicates a region through which the arm 172 passes as the arm 172 rotates. Since the first cover 304 slides along the Z-axis (see FIG. 11), the movable range 504 of the first cover 304 in this figure matches the cross-sectional area of the first cover 304 . As shown in FIG.
  • the movable range 504 of the first cover 304 is the movable range of the tool changing section 126 . It is below (-X direction) the range 502 and the two ranges do not overlap. Therefore, the first cover 304 is outside the movable range 502 of the tool exchange section 126 when the first cover 304 is in the open state (the state in which the image capturing section can capture an image).
  • a first cover 304 may be provided on the side of a frame (housing) that includes the camera 106 .
  • the camera 106 is housed in the frame, and the first cover 304 is attached to the frame.
  • the structure in which the first cover 304 is rotated to cover the light receiving surface of the camera 106 is the same as in the embodiment.
  • the cleaning rotation and cleaning jet may be omitted. Alternatively, both cleaning rotation and cleaning jetting may be performed.
  • deposits on the tool 102 are removed by rotating the spindle 116 before tool inspection.
  • deposits on the tool 102 may be removed by vibrating the spindle 116 prior to tool inspection.
  • the processing shown in FIGS. 7 and 8 may be executed by a tool inspection program separately from the machining program that controls the machining of the workpiece by the tool 102.
  • the machining program may include both a cutting program (cutting control algorithm) that instructs cutting of the workpiece and a tool inspection program (tool inspection algorithm).
  • the air purge operation is performed when the shutter 300 is opened, it is possible to prevent impurities such as coolant and chips entering from the processing area from adhering to the light receiving surface of the camera 106. Moreover, since the first cover 304 is opened after the shutter 300 is started to move, the time during which the light receiving surface of the camera 106 is exposed and impurities may adhere can be shortened.
  • Air purge is performed as shown in S11 of FIG. After that, as described in S22 of FIG. 8, after the cleaning rotation ends, the cover control unit 320 starts the operation of opening (opening) the shutter 300 (magazine shutter). As described in S24 of FIG. 8, after the shutter 300 starts the opening operation, the cover control unit 320 opens the inner cover (the first cover 304 and the second cover 306. At this time, the cover control unit 320 , the second cover 306 (lighting shutter) is first opened, and then the first cover 304 (camera shutter) is opened, followed by tool insertion and rotation angle setting, as described in S30 of FIG. , the tool confirmation unit 152 obtains a plurality of partial images to recognize the shape of the tool 102.
  • cover control unit 320 closes the inner covers (first cover 304 and second cover 306) after the imaging.
  • first cover 304 camera shutter
  • second cover 306 illumination shutter
  • the machine tool 100 is shown as an example of a machine. You may apply the technique shown to.

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Abstract

工作機械は、所定の撮像領域内で工具を撮像する撮像部と、撮像領域内で工具を保持可能な工具保持部と、工具による機械加工が実行される加工領域と撮像領域との間に設けられ、開放状態と閉鎖状態とを移動可能なシャッタと、撮像部の受光面を覆うカバーと、撮像部の受光面とカバーとの間に流体を流しパージするパージ機構と、を有し、(i)パージ機構によるパージが行われた後に、(ii)シャッタを移動させ、(iii)シャッタ移動開始後にカバーを移動させる。

Description

工作機械
 本発明は、工作機械が備える撮像部に対する汚れ付着の防止技術に関する。
 工作機械は、ワークを所望の形状に切削加工する装置や、金属粉末などを積層してワークを作る装置がある。切削加工する工作機械には、回転するワークに切削用の工具を当てることでワークを加工するターニングセンタと、回転する工具をワークに当てることでワークを加工するマシニングセンタ、これらの機能を複合的に備える複合加工機などがある。
 工具は主軸あるいは刃物台などの工具保持部に固定される。工作機械は、あらかじめ用意された加工プログラムにしたがって、工具を交換しつつ、工具保持部を動かしながらワークを加工する(特許文献1参照)。
特開2016-218550号公報
 工具保持部に装着されている使用中の工具について、工具の状態を確認したい場合もある。
 一つの方法として、加工室内に撮像領域を設け、撮像領域に工具を差し込んでカメラで工具を撮像し、工具の状態を撮像画像に基づいて確認する方法が考えられる。この場合、使用直後の工具にはワークの切り屑やクーラントなどが付着しているため、カメラが工具の付着物で汚れてしまう可能性がある。
 そこで、本開示は、請求項に記載する技術を提供するものである。
 本発明によれば、機械が備える撮像部に対する汚れ付着を防止することができる。
工作機械の外観図である。 工具認識領域の周辺斜視図である。 工具認識領域における工具、カメラおよび照明装置の位置関係を示す模式図である。 工具認識領域における各機構の側断面図である。 エアーの流れを示す断面図である。 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。 工具検査を実行するときの処理過程を示すフローチャートである。 測定処理の処理過程を示すフローチャートである。 変形例1における工具格納部の内部構成を表す側面図である。 変形例1における工具格納部内の構成を模式的に表す斜視図である。 工作機械の実装例における工具認識領域の斜視図である。 工作機械の実装例における工具認識領域の側面図である。 工作機械の実装例における工具認識領域の側面図である。 収容室と加工領域との境界部周辺を模式的に表す正面図である。 工具交換部の可動範囲と第1カバーの可動範囲を示す側面図である。
 図1は、工作機械100の外観図である。
 本実施形態における工作機械100は、加工領域200内に配置されるワークを加工する複合加工機である。ワークは保持部104に固定され、別の保持部である主軸に取り付けられる工具102により切削される。ワークを保持する保持部104は駆動機構により回転駆動される。
 工具認識領域210は、撮像領域の例である。工具102が工具認識領域210内に挿入されたとき、上方の照明装置108は工具102を照明し、下方のカメラ106は工具102を撮像する。このときの撮像画像に基づいて工具検査が実行される。工具認識領域210の構成については次の図2,図3,図4に関連して後述する。
 工作機械100は、外部を遮断するカバー202を備える。カバー202は、ドア204を備える。作業者は、ドア204を開口して、加工領域200へのワークの取り付けおよび加工領域200からのワークの取り出しを行う。操作盤206は、作業者から、工作機械100に対する各種操作を受け付ける。
 操作盤206は、画像処理装置110と接続される。作業者は、画像処理装置110により工作機械100の作業状況を遠隔監視できる。本実施形態においては、工作機械100本体と画像処理装置110は有線ケーブルを介して接続される。画像処理装置110は、工作機械100の内部、たとえば、操作盤206の内部装置として形成されてもよい。
 工具格納部130は、複数の工具102を格納する。工具格納部130に格納される複数の工具102から工具交換部(後述)により工具102を取得し、これを主軸に装着する。なお、図1に示すように、水平方向にY軸とZ軸、垂直方向にX軸を設定するものとする。Z軸方向は、主軸およびワークの軸方向に対応する。
 図2は、工具認識領域210の周辺斜視図である。
 加工領域200の一部に、工具認識領域210が形成される。具体的には、ワークを固定する保持部104の上方に工具認識領域210(空間)が形成される。工具認識領域210は、カメラ106および照明装置108を含む(図3,図4に関連して後述)。
 シャッタ300は、工具認識領域210を閉鎖する可動式の仕切板(カバーの一種)である。ワークの加工時においては、工具認識領域210はシャッタ300により閉鎖される。加工中の加工領域200においては、ワークと工具102との摩擦熱を除去するための冷却液であるクーラントが噴射される。また、加工領域200内ではワークの切り屑も飛散する。このため、シャッタ300により工具認識領域210を閉鎖することで、クーラントや切屑等が工具認識領域210内に入り込むのを防止する。このように、シャッタ300は、工具102による機械加工が実行される加工領域200と、撮像領域である工具認識領域210との間に設けられ、開放状態と閉鎖状態とを移動可能である。
 測定コマンド等により工具検査を指示されたとき、工作機械100はワークの加工を中止する。このとき、工作機械100は、クーラントの噴射も中止させる。次に、主軸は、工具認識領域210の手前の所定位置(以下、「待機位置」とよぶ)に工具102を移動させ、待機位置にて工具102を高速回転させる。工具102を高速回転させることにより、工具102に付着しているクーラントおよび切り屑(以下、まとめて「付着物」とよぶ)を振り落とす。以下、待機位置において付着物を除去するために工具102を高速回転させることを「清掃回転」とよぶ。
 清掃回転後にシャッタ300が開口し、工具を工具認識領域210に進入させる。工具認識領域210に挿入された工具102をカメラ106で撮像することにより、工具形状を確認する。工具102を工具認識領域210に差し込んで工具102の形状を検査することを「工具検査」とよぶ。
 なお、加工領域200は工具認識領域210を経由して工具格納部130につながっている。つまり、工具格納部130と加工領域200との間に工具認識領域210の部屋があり、そこで工具102の撮像が行われる。ただし、工具交換を行うときには、主軸を工具認識領域210の奥深くに差し込む。工具検査だけでなく、工具交換のときにも工具は工具認識領域210を通過するので、通過前に同様にして清掃回転を実行する。
 保持部104の横にはエアノズル302が設置される。エアノズル302は、空気を噴射させる。主軸をエアノズル302の付近に移動させ、エアノズル302から空気を噴射させることで工具102の付着物を排除することもできる。以下、付着物を除去するためにエアノズル302から工具102に空気を噴射することを「清掃噴射」とよぶ。
 図3は、工具認識領域210における工具102、カメラ106および照明装置108の位置関係を示す模式図である。
 工具102は、ワークの加工に利用される刃部112と、主軸116のホルダ118に固定される部位であるシャンク部114を含む。主軸116は、工具102を保持しつつ、回転および移動可能に構成される。また、保持部でもある主軸116は、保持している工具を回転させることもできる。この例のようにマシニングセンタの場合には、主軸116が「撮像領域内で工具を保持可能な工具保持部」に相当する。ターニングセンタの場合には、刃物台が「撮像領域内で工具を保持可能な工具保持部」に相当する。
 カメラ106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。カメラ106は、主軸116に取り付けられた工具102を下(X軸方向)から撮像する。カメラ106は工具認識領域210に固定される。主軸116がZ軸を軸心として工具102を回転させることにより、複数方向から工具102を撮像できる。また、主軸116が工具102を水平方向(YZ方向)に動かすことにより、工具102の複数箇所を撮像できる。
 カメラ106に対向するように、上部には照明装置108が固定される。照明装置108は工具102を上から照明する。照明装置108による透過照明により、カメラ106は、工具102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。
 ユーザは、工具102を新規登録するときには、操作盤206において工具登録モードに設定し、主軸116に新規の工具102を取り付ける。次に、任意の工具IDを入力する。主軸116は工具102を移動・回転させ、固定されたカメラ106は工具102をさまざまな位置および方向から自動的に撮像する。カメラ106により得られた多数の撮像画像から、工具形状が認識され、工具IDと工具形状が対応づけて登録される。このような制御方法により、工具102ごとに、工具形状を自動的に工具IDに対応づけて登録できる。以下、新規登録時において認識される工具102の形状を「登録形状」とよぶ。工具形状データは、二次元データあるいは三次元データとして形成される。
 また、加工中あるいは加工後の工具102について工具検査を実行するときにも、主軸116は工具102を工具認識領域210に進入させる。新規登録時と同様、主軸116は工具102を移動・回転させ、カメラ106は工具102をさまざまな位置および方向から自動的に撮像する。カメラ106により得られた多数の撮像画像から、工具形状が認識される。以下、検査時において認識される工具102の形状を「検査形状」とよぶ。作業者は、登録形状(初期状態)と検査形状を比較することにより、工具102の摩耗度、欠損の有無を判定する。
 図3に示すように、シャッタ300は、工具認識領域210を囲む上側壁部340と下側壁部342の内側に設けられている。シャッタ300を上側壁部340と下側壁部342の外側に設けてもよい。シャッタ300は、X軸方向(上下方向)に移動可能である。シャッタ300aが下側に位置する状態で、上側壁部340と下側壁部342の間の口が開いている(開放状態)。工具102が工具認識領域210へ入っていないときにシャッタ300bが上方に移動すると、上側壁部340と下側壁部342の間の口が閉じられる(閉鎖状態)。このように、シャッタ300を上下に移動させれば、シャッタ300に付着したクーラントの落下(飛散)を防ぐことができる。なお、図2の例では、シャッタ300が上側に位置する状態で、上側壁部340と下側壁部342の間の口が開いている(開放状態)。工具102が工具認識領域210へ入っていないときにシャッタ300が下方に移動すると、上側壁部340と下側壁部342の間の口が閉じられる(閉鎖状態)。シャッタ300をY軸方向(横方向)に移動可能とし、シャッタ300をY軸方向(横方向)に移動させることによって、開放状態と閉鎖状態を移動させてもよい。また、シャッタ300をX軸方向(上下方向)およびY軸方向(横方向)に移動可能とし、シャッタ300をX軸方向(上下方向)とY軸方向(横方向)に同時に移動させることによって、開放状態と閉鎖状態を移動させてもよい。
 図4は、工具認識領域210における各機構の側断面図である。
 工具102は、カメラ106と照明装置108の中間に挿入される。カメラ106の側部には下方から工具102を照らすための照明装置308も設置される。カメラ106の横にはカメラ106の受光面を覆うための第1カバー304が設置される。照明装置108の横には照明装置108の発光面を覆うための第2カバー306が設置される。以下、第1カバー304および第2カバー306をまとめていうときには「内部カバー」とよぶ。
 第1カバー304は、Z軸を回転軸として回転可能に取り付けられ、回転駆動される。第1カバー304に連結する第1シリンダ305は、たとえば内蔵しているソレノイドの動作によって伸縮する。第1シリンダ305が伸びた状態で第1カバー304がカメラ106の受光面を閉鎖し、第1シリンダ305が縮んだ状態で第1カバー304がカメラ106の受光面を開放する。
 第2カバー306は、Z軸を回転軸として回転可能に取り付けられ、回転駆動される。第2カバー306に連結する第2シリンダ307は、たとえば内蔵しているソレノイドの動作によって伸縮する。第2シリンダ307が伸びた状態で第2カバー306が照明装置108の発光面を閉鎖し、第2シリンダ307が縮んだ状態で第2カバー306が照明装置108の発光面を開放する。
 工作機械100は、パージ機構400を有する。パージ機構400は、流体(この例では、圧縮空気)を送り出すポンプ402と、流体(この例では、圧縮空気)をカメラ106、照明装置108および照明装置308に送りこむパイプ404を含む。以下では、圧縮空気を用いたエアーパージの例を示す。
 図5は、エアーの流れを示す断面図である。
 エアーパージの仕組みについて説明する。カメラ106内部には、イメージセンサ412とレンズ部品410が設けられている。カメラ106内部に流入した空気は、イメージセンサ412とレンズ部品410の脇を通ってカメラ106の受光面の方へ流れ、カメラ106の受光面付近の隙間から外部へ放出される。このような空気の流れによってカメラ106内部の不純物(クーラントのミストなど)を排出させる。このとき、受光面付近の隙間から放出される空気がカメラ106の受光面と閉じた第1カバー304との間に流れるので、カメラ106の受光面と第1カバー304の覆い面の付着物(汚れ)を除去する。第1カバー304が開いているときには、受光面に付着物(汚れ)を近づけない。このように、カメラ106の受光面と第1カバー304との間に流体を流すことによって、パージが行われる。
 照明装置308についても同様に、照明装置308内部に流れ込んだ空気が、照明装置308の発光面付近から排出される。これにより、照明装置308内部の不純物(クーラントのミストなど)を排出させ、照明装置308の発光面の付着物(汚れ)を除去する。さらに、照明装置108についても同様に、照明装置108内部に流れ込んだ空気が、照明装置108の発光面付近から排出される。これにより、照明装置108内部の不純物(クーラントのミストなど)を排出させ、照明装置108の発光面と第2カバー306の覆い面の付着物(汚れ)を除去する。
 カメラ106、照明装置308や照明装置108などの機器内で流体が流れる空間や機器から流体を流し出す排出口もパージ機構400の一部である。この例における圧縮空気は、パージするために流される流体の例である。パージするために流される流体として、空気以外の気体を用いてもよいし、液体を用いてもよい。
 図6は、工作機械100および画像処理装置110のハードウェア構成図である。
 工作機械100は、操作制御装置120、加工制御部122、加工装置124、工具交換部126および工具格納部130を含む。数値制御装置として機能する加工制御部122は、加工プログラムにしたがって加工装置124に制御信号を送信する。加工装置124は、加工制御部122からの指示にしたがって主軸116を動かしてワークを加工する。
 操作制御装置120は、操作盤206を含み、加工制御部122を制御する。工具格納部130は工具を格納する。工具交換部126は、いわゆるATC(Automatic Tool Changer)に対応する。工具交換部126は、加工制御部122からの交換指示にしたがって、工具格納部130から工具を取り出し、主軸116にある工具と取り出した工具を交換する。
 操作制御装置120は、カバー制御部320を含む。カバー制御部320は、シャッタ300(カバーの一種)および内部カバー(第1カバー304および第2カバー306)を開閉させる。エアーパージ制御部330は、ポンプ402を動作させて圧縮空気を送り込むエアーパージの制御を行う。エアーパージ制御部330は、流体を送り込むパージの制御を行うパージ制御部の例である。
 画像処理装置110は、主として、工具形状認識等の画像処理を行う。上述したように、画像処理装置110は操作制御装置120の一部として構成されてもよい。画像処理装置110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。
 画像処理装置110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入力部と、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、各種データを格納するデータ格納部、各種演算処理を行うデータ処理部、および操作制御装置120との通信処理を行う通信部を有する。データ処理部は、撮像画像に基づいて工具102の三次元形状を示すデータ(工具形状データ)を生成し、工具検査を実行する工具確認部を含む。この例では、比較的小さなカメラ106により、工具102を複数回に分けて撮像し、複数の撮像画像に基づいて工具102全体の形状を認識する方式を採用している。以下、カメラ106により工具102の一部を撮像した撮像画像のことを「部分画像」とよぶ。
 図7は、工具検査を実行するときの処理過程を示すフローチャートである。
 加工プログラムにおいて、所定の測定コマンドMXが検出されたとき、図7に示す処理が開始される。なお、干渉が発生したとき、作業者が操作盤206または画像処理装置110から測定指示を入力したときにも工具検査は実行される。
 測定コマンドMXを検出したとき、加工制御部122は主軸116を停止させ、ワークの加工を中断する(S10)。次に、エアーパージ制御部330は、ポンプ402を起動させてエアーパージを開始させる(S11)。圧縮空気が安定的に送り込まれるようになるまで多少時間がかかるので、早い段階でポンプ402を起動させる。ただし、シャッタを開口(開放)する前であれば、別のタイミングでポンプ402を起動させてもよい。後述する主軸116の移動(S12)の後にポンプ402を起動させてもよいし、清掃回転の後にポンプ402を起動させてもよい。
 続いて、加工制御部122は主軸116を工具認識領域210の手前の待機位置に移動させる(S12)。このとき、カバー制御部320はシャッタ300を閉鎖している。主軸116を待機位置に一時停止させ、加工制御部122は清掃回転を実行する(S14)。清掃回転により、工具102から付着物を除去する。清掃回転の終了後、加工制御部122は操作制御装置120に清掃終了を通知し、測定処理が開始される(S20)。測定処理の詳細は、次の、図8に関連して後述する。
 図8は、測定処理の処理過程を示すフローチャートである。
 清掃回転の終了後、カバー制御部320はシャッタ300の開口(開放)の動作を開始させる(S22)。付着物あるいは加工室を浮遊するミストが工具認識領域210に入り込むのを防ぐため、カバー制御部320はシャッタ300の開口をできるだけ遅くすることが望ましい。より好ましくは、工具102が工具認識領域210のシャッタ300に接触する寸前に、カバー制御部320はシャッタ300を開口する。シャッタ300が開口することにより、主軸116(工具102)は工具認識領域210に進入可能となる。続いて、シャッタ300が開口の動作を始めた後に、カバー制御部320は内部カバー(第1カバー304および第2カバー306)を開口する(S24)。シャッタ300が開口動作を行っている途中あるいは完全に開口した後に、内部カバーを開口させてもよい。内部カバーを開口することにより、工具認識領域210において工具102を撮像可能となる。内部カバーの開口動作は、カバーの移動に相当する。
 第1カバー304および第2カバー306は、同時に開口(開放)してもよいが、上側のカバーを先に開口をすることが望ましい。上側のカバーを開口したときに、付着物が落下するおそれがあるからである。この例では、第2カバー306が上側にあるので、カバー制御部320は第2カバー306を先に開口させる。付着物の落下にかかる時間を待って、カバー制御部320は第1カバー304を開口させる。したがって、シャッタ300の開放、第2カバー306の開放、第1カバー304の開放、撮像、第1カバー304の閉鎖、第2カバー306の閉鎖、シャッタ300の閉鎖の順番に動作することになる。このようにすれば、第2カバー306から落下した付着物がカメラ106の受光面に再付着することを防げる。なお、カメラ106が上側にある場合には、同様の理由から第1カバー304を先に開口させ、後で第2カバー306を開口させることが望ましい。このようにすれば、第1カバー304から落下した付着物が照明装置108の発光面に再付着することを防げる。
 シャッタおよび内部カバーの開口(開放)が完了したとき、カバー制御部320はカバー開口完了を加工制御部122に通知する。加工制御部122は主軸116を移動させ工具102を工具認識領域210に挿入する(S26)。
 加工制御部122は、主軸回転角を設定する(S28)。主軸回転角の設定後、加工制御部122は主軸116をYZ方向に動かし、工具確認部152は複数の部分画像を取得することにより工具102の形状認識を行う(S30)。形状認識処理では、設定された主軸回転角において、工具102の輪郭が点列データとして特定される。未設定の主軸回転角が残っているときには(S32のN)、処理はS28に戻り次の回転角(例:12度)が設定される。全30種類の主軸回転角について形状認識処理を実行したときには(S32のY)、工具確認部152は複数の主軸回転角について得られた点列データから工具102の立体形状を示す工具形状データ(検査形状)を生成する(S34)。
 画像処理装置110は、検査形状と登録形状を画面表示させ、作業者は工具交換の要否を判断する(S36)。なお、工具交換の要否は、作業者の目視判断ではなく、画像処理装置110が画像認識により自動的に判断してもよい。この場合、画像処理装置110は、工具判定部(不図示)を備える。具体的には、工具判定部は、登録形状と検査形状の類似度、特に、輪郭の類似度が所定値以下となっているとき、工具102に欠損が発生している、いいかえれば、工具102は不良工具になっていると判定する。たとえば、登録形状から検出される刃長Aと検査形状から検出される刃長Bの比率(B/A)が所定値以下となっているとき、工具判定部は工具102に欠損が生じていると判定してもよい。
 工具102が不良工具であれば(S36のN)、画像処理装置110は加工制御部122を介して工具交換部126に工具交換を指示する(S38)。工具102が正常であれば(S36のY)、工具交換をすることなく工具102を継続使用する。加工制御部122は、工具102を工具認識領域210から退避させる(S40)。退避完了後、加工制御部122は操作制御装置120に退避完了を通知する。操作制御装置120のカバー制御部320は、まず、内部カバーを閉鎖する(S42)。続いて、カバー制御部320はシャッタ300を閉鎖する(S44)。さらに、エアーパージ制御部330は、ポンプ402を停止させてエアーパージを終了させる。
 別の方法として、清掃噴射により工具102から付着物を除去してもよい。この方法でも、シャッタの開口(開放)を始める前に、エアーパージ制御部330は、エアーパージを開始させる。たとえば、測定コマンドMXを検出したときに、エアーパージ制御部330は、エアーパージを開始させる。その後、加工制御部122は主軸116を停止させ、ワークの加工を中断する。次に、加工制御部122は主軸116をエアノズル302の手前に移動させる。主軸116を一時停止させた後で、エアノズル302は工具102に対して空気を噴射する。空気を噴射することにより、工具102から付着物を吹き飛ばす。清掃噴射後、加工制御部122は主軸116を工具認識領域210の手前に移動させる。加工制御部122は操作制御装置120に清掃終了を通知し、測定処理が開始される。測定処理は、上述のとおりである。
[変形例1]
 実施形態は、工具格納部130と加工領域200との間に工具102の撮像を行う工具認識領域210を設ける例を示したが、工具格納部130を含む収容室内で工具102の撮像を行うようにしてもよい。
 変形例1の工具格納部は、撮像部と工具交換を行う際に可動する可動部(例:マガジンのポット)とを備える。そのため、工具格納部が単体の機械として取引可能である。
 同様に、撮像部と工具交換を行う際に可動する可動部とを有する機械としても取引可能である。この場合、機械は、工具を撮像して検査する工具検査装置になり、可動部は、撮像する工具と交換するために、次の工具を収納した状態で作業者の作業のしやすい交換位置に移動するポットになる。
 さらに、変形例は、シャッタ30が水平方向にスライド移動して開放状態と閉鎖状態とを切り替えることができる例である。そのため、図9や図10に示すようにシャッタが左右方向にスライドし開放状態と閉鎖状態を作ることができる。
 また、変形例のシャッタ30の移動方向は、工具を交換する工具交換部の回転軸と平行になっている。そのため、水平方向に軸がある工具主軸に対して工具を交換する工作機械である。
 図9は、変形例1における工具格納部130の内部構成を表す側面図である。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。
 工具格納部130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102を収納可能に構成されている。各ポット22が工具102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。
 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102をその前端位置(図9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102(「対象工具102x」ともいう)を待機状態で支持する「工具保持部」として機能する。
 収容室10と加工領域200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102x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、シャッタ30を開放状態と閉鎖状態で移動可能にする。収容室10には工具交換部126が設けられる。工具交換部126は、収容室10にて待機状態で保持される工具102(「使用前工具102p」ともいう)と、加工領域200にて主軸116に保持される工具102(「使用済工具102u」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。
 対象工具102x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102xには、工具交換直前の使用前工具102pと、工具交換直後の使用済工具102u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102pの画像と使用済工具102uの画像を撮像する。それら使用前工具102pの画像と使用済工具102uの画像との対比に基づいて、使用済工具102uの状態(不良工具であるか否か等)を判定する。
 図中に、工具102が格納されたマガジン20の可動範囲500を示した。ここで図示したマガジン20の可動範囲500は、マガジン20の回転動作によって工具102が通過する領域を含んでいる。
 図10に関連して後述するように、シャッタ30の下部にはカメラ106が固定されている。また、カメラ106の受光面を覆う第1カバー304が設けられている。第1カバー304の開閉機構については、図14に関連して後述するが、図中に、第1カバー304の可動範囲504を示した。
 図10に関連して後述するように、対象工具102xとシャッタ30との間の空間には、アーム38を含む工具交換部126が配設されている。図中に、工具交換部126の可動範囲502を示した。工具交換部126の動作については、後述する。
 第1カバー304の可動範囲504は、工具交換部126の可動範囲502と重ならない。また、第1カバー304の可動範囲504は、マガジン20の可動範囲500と重ならない。これらの点については、図14に関連して後述する。
 図10は、変形例1における収容室10内の構成を模式的に表す斜視図である。図14は、収容室10と加工領域200との境界部周辺を模式的に表す正面図である。
 図10に示すように、対象工具102x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により対象工具102xの長手方向に駆動され、開口28を開閉する。開閉機構32は、ねじ送り機構33およびこれを駆動するサーボモータ35を含む。
 対象工具102xとシャッタ30との間の空間に工具交換部126が配設されている。工具交換部126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。図14に示すように、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。
 工具交換部126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。
 工具交換部126の非作動時には、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が閉じた状態で工具交換部126が収容室10に収まるようにしている。工具交換部126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102pが待機し、他方の側(加工領域200側)で使用済工具102uが待機する。このとき、シャッタ30が開放される。
 工具交換部126が作動すると、アーム38が回転することで一対の把持部がそれぞれ使用前工具102p、使用済工具102u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。工具交換部126がアーム38をZ軸の負方向へ移動させることによって、使用前工具102pがポット22から離脱し、使用済工具102uが主軸116から離脱する。次に、工具交換部126がアーム38を180度回転させることによって、使用前工具102pと使用済工具102uが入れ替わる。そして、工具交換部126がアーム38をZ軸の正方向へ移動させることによって、使用済工具102uがポット22へ装着され、使用前工具102pが主軸116へ装着される。このように、並進機構および回転機構が駆動されることで、ポット22および主軸116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。このような工具交換部126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。
 対象工具102xの保持位置の上方に照明装置108が配置され、下方にカメラ106が配置される。
 照明装置108は「照明部」として機能し、対象工具102xを斜め上方から照らす。カメラ106は「撮像部」として機能し、斜め下方から対象工具102xを撮像する。カメラ106と照明装置108とが対象工具102xに対して反対側に配置される。照明装置108による透過照明により、カメラ106は、工具102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。
 カメラ106は、シャッタ30の下部に固定されている。カメラ106には、パイプ404が連結されている。カメラ106の受光面は、第1カバー304によって覆うことができる。照明装置108は、第2カバー306で覆うことができる。第1カバー304と第2カバー306の形状は実施形態の場合と異なるが、シリンダによって開閉される機構は実施形態の場合と同様である。図14に示すように、第1カバー304は、Z軸を回転軸として回転可能に取り付けられ、回転駆動される。第1カバー304に連結する第1シリンダ305は、たとえば内蔵しているソレノイドの動作によって伸縮する。第1シリンダ305は、シャッタ30の一部に連結し固定されているものとする。第1シリンダ305が伸びた状態で第1カバー304がカメラ106の受光面を閉鎖し、第1シリンダ305が縮んだ状態で第1カバー304がカメラ106の受光面を開放する。つまり、第1カバー304は、カメラ106の受光面を開放する開状態と受光面を閉じる閉状態とに移動可能である。また、照明装置108についても、エアーパージを行うようにしてもよい。エアーパージの仕組みも実施形態の場合と同様である。
 対象工具102xが長く、カメラ106の画角に収まらない場合であっても、カメラ106がシャッタ30とともに移動しながら対象工具102xの撮像対象部を複数回に分けて撮像できる。なお、「撮像対象部」は、対象工具102x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102x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としている。変形例においては、対象工具102の一部のみを検査対象部としてもよい。たとえば、刃元から刃先までを撮像対象部としてもよいし、刃先だけを撮像対象部としてもよい。
 主軸116の回転軸Lt、工具交換部126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102x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。
 なお、図示を省略するが、工具交換部126の本体36、開閉機構32、照明装置108等の各構造体が、工具格納部130内の壁面や梁など構造体に安定に固定されている。カメラ106は、シャッタ30に固定されずに、収容室10内の壁面や梁など構造体に固定させてもよい。その場合には、第1シリンダ305も、シャッタ30に固定されずに、収容室10内の壁面や梁など構造体に固定させる。カメラ106を構造体に固定させる構造の場合、カメラ106のエアーパージに関する機構および第1カバー304に関する機構は、実施形態の場合と同様である。
 図10に、工具交換時の工具交換部126の回転動作と並進動作による可動範囲502を示した。工具交換部126の可動範囲502のうち、本体36側の円盤状の空間は、使用前工具102pおよび使用済工具102uを把持するときのアーム38の通過領域を示している。また、工具交換部126の可動範囲502のうち、先端側の円盤状の空間は、使用前工具102pと使用済工具102uの入れ替えをするときのアーム38の通過領域を示している。工具交換部126の回転軸が移動する範囲も、工具交換部126の可動範囲502に含まれる。
 図10と図14に、工具102が格納されたマガジン20の可動範囲500と、工具交換部126の可動範囲502と、第1カバー304の可動範囲504とを示した。図14に示したようにZ軸方向(主軸116の回転軸Lt、工具交換部126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102xの長手方向)から見た場合に、第1カバー304の可動範囲504は、工具交換部126の可動範囲502よりも下方(-X方向)にあり、両範囲は重なっていない。したがって、第1カバー304の開状態において、第1カバー304は、マガジン20の可動範囲500の外にある。また、図14に示したようにZ軸方向(主軸116の回転軸Lt、工具交換部126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102xの長手方向)から見た場合に、第1カバー304の可動範囲504は、マガジン20の可動範囲500よりも加工室側(+Y方向)にあり、両範囲は重なっていない。したがって、第1カバー304の開状態において、第1カバー304は、工具102が格納されたマガジン20の可動範囲500の外にある。この例で、工具102が格納されたマガジン20の工具を収納するポットと工具交換部126とは、工具交換を行う際に可動する可動部に相当する。したがって、第1カバー304は、第1カバー304の開状態において、これらの可動部の可動範囲外にある。
 図9と図10は、シャッタ30が閉じられている状態を示している。つまり、開閉機構32が、シャッタ30の可動範囲内で最もZ軸の正方向へシャッタ30を寄せている。この状態で、カメラ106は、図14に示すように斜め下方から、交換前の使用前工具102pを撮影し、さらに交換後の使用済工具102uを撮影することができる。その場合には、第1カバー304と第2カバー306を開放させてからカメラ106が工具102を撮像する。上側の第2カバー306を開口したときに付着物が落下し、その付着物が第1カバー304に再付着することがないように、先に第2カバー306を開放してから、第1カバー304を開放することが望ましい。
 変形例1において工具検査のために撮像を行う場合の動作について説明する。ここでは、刃先だけを撮像対象部とするものとする。まず、工具交換を禁止し、エアーパージ制御部330が、ポンプ402を起動させてエアーパージを開始させる。そして、開閉機構32がシャッタ30を開方向へ移動させる動作を開始する。
 カメラ106が刃先を撮像する位置に達すると、開閉機構32はシャッタ30を停止させる。カバー制御部320は第1カバー304を開口(開放)させる。そして、カメラ106により使用前工具102pの刃先が撮像される。撮像後に、カバー制御部320は、一旦第1カバー304を閉鎖させる。そして、開閉機構32がシャッタ30を全開させ、工具交換の禁止が解除され、工具交換が行われる。
 工具交換後の工具収納に先立ち、工具格納部130において使用済工具102uが待機状態で水平に保持される。そして、開閉機構32は、全開状態であるシャッタ30を閉方向へ移動させる動作を開始する。
 カメラ106が刃先を撮像する位置に達すると、開閉機構32はシャッタ30を停止させ、カバー制御部320は第1カバー304を開口(開放)させる。そして、カメラ106により使用済工具102uの刃先を撮像する。撮像後に、カバー制御部320は、第1カバー304を閉鎖させる。そして、開閉機構32がシャッタ30をさらに閉方向に移動させる。シャッタ30が閉じられると、エアーパージ制御部330は、ポンプ402を停止させてエアーパージを終了させる。そして、使用済工具102uが正常であれば、マガジン20に収納される。
 カメラ106を構造体に固定させる構造の場合には、シャッタ30が閉じた状態で、エアーパージを開始し、第1カバー304を開口(開放)させてカメラ106によって使用前工具102pを撮像する。そして、カバー制御部320は、一旦第1カバー304を閉鎖させる。その後、開閉機構32がシャッタ30を全開にして、工具交換が行われる。
 工具交換が済むと、開閉機構32がシャッタ30を閉じ、第1カバー304を開口(開放)させる。そして、カメラ106により使用済工具102uを撮像する。撮像後に、カバー制御部320は、第1カバー304を閉鎖させ、エアーパージ制御部330は、ポンプ402を停止させてエアーパージを終了させる。そして、使用済工具102uが正常であれば、マガジン20に収納される。
[実装例]
 図11は、工作機械100の実装例における工具認識領域210の斜視図である。
 実施形態で説明したように、カメラ106で下方から工具102を撮像する。照明装置108は、撮像される工具102の上方から光を当てる。カメラ106は、工具を撮像する撮像部である。第1カバー304については、図12と図13に関連して後述する。
 図12と図13は、工作機械100の実装例における工具認識領域210の側面図である。いずれも、ワーク主軸105の軸線方向から工具認識領域210をみた状態を示す。
 ワーク主軸105は主軸台170に回転可能に支持され、その主軸台170にカメラ106が固定されている。照明装置108を支持するアーム172は、主軸台170の上方に設けられている。工具検査の際には、工具102における撮像対象部(検査のために撮像される部分)が検査領域212に配置される。鉛直線L1に沿って見た場合(または、鉛直線L1の上方から見た場合)、照明装置108と第2カバー306とが、カメラ106と重ならない位置関係を有する程度に傾斜角θで光軸L2が傾けられる(図中の鉛直線L1と平行な二点鎖線参照)。光軸L2を傾斜させることで、照明装置108を固定しているアーム172から離れた位置に工具102を移動させることになるため、工具径が大きい工具102を撮像することも可能となる。
 第1カバー304は、スライド式のシャッタである。Z軸の正方向に移動して、カメラ106の受光面を閉じ、Z軸の負方向に移動してカメラ106の受光面を開ける。第1カバー304は、工具102の自動交換のときのクーラントの滴下や切り屑の落下から、カメラ106のレンズ面426を守る。したがって、カメラ106へのクーラント侵入がなく、切り屑の挟み込みが生じない。このようにスライド式の第1カバー304は、カメラ106の受光面を開放する開状態と受光面を閉じる閉状態とに移動可能である。
 この実測例では、複数のエアブロー装置420が用いられる。エアブロー装置420は、エアブローによって第1カバー304の上に堆積した切り屑を除去する。エアブロー装置420のエアブローによって、カメラ106の開口部付近の切り屑も除去される。
 エアブロー装置422は、フラット型ノズル424から噴出させる空気によって撮像時に工具102から滴下するクーラントを吹き飛ばす。
 フラット型ノズル424にクーラントが付着し、溜まったクーラントが落下することもある。エアブロー装置425は、フラット型ノズル424に付着したクーラントを吹き飛ばす。樋427は、フラット型ノズル424からレンズ面426に滴り落ちるクーラントを受け止める。これにより、レンズ面426にクーラントがかからないようにする。
 第1カバー304とレンズ面426の隙間に圧縮空気を送り込むエアーパージによって、クーラントのミストによるレンズ面426の汚染を防止する。空気は、矢印で図示したように、カメラ106の側面から前面に回り込み、Z軸方向に抜ける。
 図15は、工具交換部126の可動範囲502と第1カバー304の可動範囲504を示す側面図である。
 この図に示した工具交換部126の可動範囲502は、アーム172の回転によってアーム172が通過する領域を示している。第1カバー304は、Z軸に沿ってスライドするので(図11参照)、この図における第1カバー304の可動範囲504は、第1カバー304の断面の領域と一致する。図15に示したようにZ軸方向(第1カバー304のスライド方向、工具交換部126の回転軸方向)から見た場合に、第1カバー304の可動範囲504は、工具交換部126の可動範囲502よりも下方(-X方向)にあり、両範囲は重なっていない。したがって、第1カバー304の開状態(撮像部において撮像可能な状態)において、第1カバー304は、工具交換部126の可動範囲502の外にある。
[その他の変形例]
 カメラ106を包含する枠体(筐体)側に第1カバー304を設けるようにしてもよい。カメラ106は枠体に収容され、第1カバー304は枠体に取り付けられる。第1カバー304が回転駆動によって、カメラ106の受光面を覆う構造は、実施形態と同様である。
 清掃回転と清掃噴射は、省いてもよい。あるいは清掃回転と清掃噴射の両方を行ってもよい。
 本実施形態においては、工具検査の前に、主軸116を回転させることで工具102の付着物を除去するとして説明した。変形例として、工具検査の前に主軸116を振動させることで工具102の付着物を除去してもよい。
 図7および図8に示した処理は、工具102によりワークの加工を制御する加工プログラムとは別に、工具検査プログラムにより実行されてもよい。あるいは、加工プログラムは、ワークの切削を指示する切削プログラム(切削制御アルゴリズム)と工具検査プログラム(工具検査アルゴリズム)の双方を含んでもよい。
 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。
 実施形態と変形例では、シャッタ300を開く時点でエアーパージの動作が行われているので、加工領域から侵入するクーラントや切屑などの不純物がカメラ106の受光面に付着することを防げる。また、シャッタ300を動かし始めた後に、第1カバー304を開くので、カメラ106の受光面が露出し不純物が付着する可能性がある時間を短くできる。
 上述したシャッタ300の開放、第2カバー306の開放、第1カバー304の開放、撮像、第1カバー304の閉鎖、第2カバー306の閉鎖、シャッタ300の閉鎖の順番による動作について、改めて説明する。
 図7のS11に示したように、エアーパージが行われる。その後、図8のS22で説明したように、清掃回転の終了後、カバー制御部320はシャッタ300(マガジンシャッタ)の開口(開放)の動作を開始させる。図8のS24で説明したように、シャッタ300が開放の動作を始めた後に、カバー制御部320は内部カバー(第1カバー304および第2カバー306を開放する。このとき、カバー制御部320は、先に第2カバー306(照明シャッタ)を開放し、その後で第1カバー304(カメラシャッタ)を開放する。続いて、工具の挿入と回転角の設定を経て、図8のS30で説明したように、工具確認部152は複数の部分画像を取得することにより工具102の形状認識を行う。この処理において、カメラ106は、主軸116に取り付けられた工具102を下(X軸方向)から撮像する。撮像の後で、図8のS42で説明したように、カバー制御部320は、内部カバー(第1カバー304および第2カバー306)を閉鎖する。このとき、カバー制御部320は、先に第1カバー304(カメラシャッタ)を閉鎖し、その後で第2カバー306(照明シャッタ)を閉鎖する。最後に、図8のS44で説明したように、カバー制御部320はシャッタ300(マガジンシャッタ)を閉鎖する。
 実施形態と変形例では、機械の例として工作機械100を示したが、工作機械100以外の機械、たとえば工具を収容する工具収容装置あるいは工具を撮影する工具検査装置などに、実施形態と変形例に示した技術を適用してもよい。

Claims (5)

  1.  所定の撮像領域内で工具を撮像する撮像部と、
     前記撮像領域内で前記工具を保持可能な工具保持部と、
     前記工具による機械加工が実行される加工領域と前記撮像領域との間に設けられ、開放状態と閉鎖状態とを移動可能なシャッタと、
     前記撮像部の受光面を覆うカバーと、
     前記撮像部の前記受光面と前記カバーとの間に流体を流しパージするパージ機構と、を有し、
     (i)前記パージ機構によるパージが行われた後に、(ii)前記シャッタを移動させ、(iii)前記シャッタ移動開始後に前記カバーを移動させる、工作機械。
  2.  前記撮像部より上方に設置され、撮像される前記工具に光を当てる照明部と、
     前記照明部の発光面を覆うカバーと、をさらに有し、
     前記シャッタ移動開始後かつ前記撮像部の前記受光面を覆う前記カバーの移動前に、前記照明部の前記発光面を覆う前記カバーを移動させる、請求項1に記載の工作機械。
  3.  前記撮像部より下方に設置され、撮像される前記工具に光を当てる照明部と、
     前記照明部の発光面を覆うカバーと、をさらに有し、
     前記撮像部の前記受光面を覆う前記カバーの移動後に、前記照明部の前記発光面を覆う前記カバーを移動させる、請求項1に記載の工作機械。
  4.  所定の撮像領域内で工具を撮像する撮像部と、
     前記撮像領域内で前記工具を保持可能な工具保持部と、
     前記工具による機械加工が実行される加工領域と前記撮像領域との間に設けられ、開放状態と閉鎖状態とを移動可能なシャッタと、
     前記撮像部の受光面を覆う第1カバーと、
     前記撮像部より上方に設置され、撮像される前記工具に光を当てる照明部と、
     前記照明部の発光面を覆う第2カバーと、をさらに有し、
     (i)前記シャッタを開放させ、(ii)前記第2カバーを開放させ、(iii)前記第1カバーを開放させ、(iv)前記撮像部に撮像させ、(v)前記第1カバーを閉鎖させ、(vi)前記第2カバーを閉鎖させ、(vii)前記シャッタを閉鎖させる順番に動作を行う工作機械。
  5.  工具交換を行う際に可動する可動部と、
     前記工具を撮像する撮像部と、
     前記撮像部の受光面を開放する開状態と前記受光面を閉じる閉状態とに移動可能なカバーと、を有し、
     前記カバーは、前記カバーの前記開状態において前記可動部の可動範囲外にある、機械。
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