JP6717875B2 - 数値制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械を制御する数値制御装置に関する。

従来、切削工具の切削点（加工中に切削工具とワークが接触する点）に切削液を当てるために、切削工具が取り付けられた主軸の近傍に噴射ノズルを備える工作機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。噴射ノズルは切削工具の長さや径に応じて角度を調整する必要があるところ、特許文献１の工作機械では、複数の切削工具毎に冷媒流量や噴射ノズルの傾斜角度とその時の冷媒の噴射経路との関係データを予め実験により求めておき、複数の切削工具の中から任意の切削工具が呼び出された場合に、その切削工具に関する上記関係データを参照することで、噴射ノズルの角度を調整する。

特開２０１６−１５０３９９号公報

しかしながら、特許文献１の工作機械では、冷媒が切削点に当たるように噴射ノズルを目的位置に配置させる制御を行うものであり、冷媒が切削点に直接当たるか否かを検出するものではない。そのため、より直接的且つ確実な手法として、切削液が切削点に当たるか否かを判定可能な装置が求められる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、切削液が切削点に当たるか否かを直接的に判定可能な数値制御装置を提供することにある。

（１） 本発明に係る数値制御装置（例えば、後述する数値制御装置１０）は、視覚センサ（例えば、後述するビジョンセンサ５）により、噴射ノズル（例えば、後述する噴射ノズル３）から切削点（例えば、後述する切削点Ｐ）に向けて噴射された切削液（例えば、後述する切削液Ｆ）を撮影することで取得した画像データに基づいて、前記切削液が前記切削点に当たるか否かの判定を行う判定部（例えば、後述する判定部１７）と、前記判定部の判定結果に基づいて、前記噴射ノズルの位置及び姿勢を制御するノズル制御装置（例えば、後述するノズル制御装置４）に指令を出す指令部（例えば、後述する指令部１８）と、を備える、数値制御装置である。

（２） （１）の数値制御装置において、前記判定部は、前記画像データから抽出された前記切削液の経路の形状に基づいて前記判定を行ってもよい。

（３） （１）の数値制御装置において、前記判定部は、パターンマッチングによって前記判定を行ってもよい。

（４） （１）の数値制御装置において、前記判定部は、機械学習によって前記判定を行ってもよい。

本発明によれば、切削液が切削点に当たるか否かを直接的に判定可能な数値制御装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る数値制御装置を備える工作機械の構成を示す概略図である。 切削液が切削点に当たっていない時にビジョンセンサが取得した画像データの模式図である。 切削液が切削点に当たっている時にビジョンセンサが取得した画像データの模式図である。 切削液が切削点に当たるか否かの判定方法の変形例を示す図である。 切削液が切削点に当たるか否かの判定方法の変形例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図１、図２Ａ及び図２Ｂを用いて、数値制御装置１０を備える工作機械１の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る数値制御装置１０を備える工作機械１の構成を示す概略図である。図２Ａは、切削液Ｆが切削点Ｐに当たっていない時にビジョンセンサ５が取得した画像データの模式図である。図２Ｂは、切削液Ｆが切削点Ｐに当たっている時にビジョンセンサ５が取得した画像データの模式図である。

図１に示す工作機械１は、ワーク（図示省略）の加工時に、切削工具Ｔの切削点Ｐ、具体的には切削工具Ｔの先端部分であって加工中にワークと接触する点に、切削液Ｆを当てる。これにより、切削工具Ｔとワークとの摩擦の軽減や冷却等の効果が得られ、円滑な切削加工が可能となる。

より詳しくは、本実施形態に係る工作機械１は、ワークを切削加工する前の状態、すなわち切削工具Ｔがワークに接近する前でワークから離隔しており、後述の主軸２が回転していない状態で、切削液が切削点Ｐに当たるように噴射ノズル３の位置及び姿勢（本実施形態では噴射ノズルの角度）を制御する。そして、切削液が切削点Ｐに当たっているか否かを、ビジョンセンサ５が取得した画像データに基づいて判定する。本実施形態に係る工作機械１では、切削液が切削点Ｐに実際に当たるか否かを判定する点に特徴がある。この判定については、後段で詳述する。当たっていると判定された後、切削工具Ｔと噴射ノズル３との相対位置を保ちながら、ワークに切削工具Ｔを当接させ、切削加工を実行する。

工作機械１は、主軸２と、噴射ノズル３と、ノズル制御装置４と、ビジョンセンサ５と、数値制御装置１０と、等を備えている。

主軸２は、複数の切削工具Ｔの中から任意の切削工具Ｔを交換可能に取り付ける。主軸２は、数値制御装置１０により制御される。

噴射ノズル３は、主軸２の近傍に設けられ、切削工具Ｔによる切削点Ｐに向けて切削液Ｆを噴射する。この噴射ノズル３は、ノズル制御装置４によって位置及び姿勢（角度θ）が制御される。本実施形態の噴射ノズル３は、上下方向（図２Ａ及び図２Ｂ中のＺ方向）に回動可能に設けられ、切削工具Ｔに対する噴射ノズル３の角度θが制御される（図１参照）。

ノズル制御装置４は、数値制御装置１０からの指令に基づいて、噴射ノズル３の位置及び姿勢を制御して、噴射ノズル３から噴射される切削液Ｆを切削点Ｐに当てる。本実施形態のノズル制御装置４は、噴射ノズル３の上下方向の回動を制御し、切削工具Ｔに対する噴射ノズル３の角度θを制御する（図１参照）。

ビジョンセンサ５は、噴射ノズル３から切削工具Ｔによる切削点Ｐに向けて噴射された切削液Ｆを撮影することで画像データを取得し、その画像データを信号にして数値制御装置１０に入力する。このビジョンセンサ５は、工作機械１に固定されていても、ロボット（図示省略）に取り付けられていてもよい。

数値制御装置（ＣＮＣ）１０は、ＣＰＵ１１と、メモリ１２と、表示部１３と、入力部１４と、インタフェース１５と、バス１６と、等を備えている。

ＣＰＵ１１は、工作機械１を統括的に制御するプロセッサである。このＣＰＵ１１は、バス１６を介して、メモリ（記憶部）１２、表示部１３、入力部１４及びインタフェース１５に接続されている。

メモリ１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び不揮発性メモリ等で構成される。このメモリ１２は、切削点Ｐの位置を位置データとして記憶している。表示部１３は、操作者に対して必要な情報を表示する。入力部１４は、各種指令やデータを入力するためのキーボード等である。インタフェース１５は、外部記憶媒体やホストコンピュータ等に接続されて、各種指令やデータのやり取りを行う。

ＣＰＵ１１は、判定部１７と、指令部１８と、を含んで構成される。

判定部１７は、ビジョンセンサ５が取得した画像データを利用して、切削液Ｆが切削点Ｐに当たるか否かの判定を行い、その判定結果を指令部１８に入力する。判定部１７は、ビジョンセンサ５から信号として入力された画像データから切削液Ｆの経路を抽出し、その切削液Ｆの経路の形状に基づいて、切削液Ｆが切削点Ｐに当たるか否かの判定を行う。

具体的に本実施形態では、判定部１７は、ビジョンセンサ５により取得された画像データにおいて、切削液Ｆの経路のエッジ部分に着目し、パターンマッチングによりかかるエッジ部分を検出する。例えば、判定部１７は、パターンマッチングにより経路のエッジ部分の位置を検出し、切削液Ｆの経路の形状が直線状であることを検出した場合（図２Ａ参照）には、切削液Ｆが切削点Ｐに当たっていないと判定する。

一方、判定部１７は、経路のエッジ部分の位置を検出し、切削液Ｆの経路の形状が直線状ではなく、途中で折れ曲がっている場合や途中で経路が大きく広がって拡散している場合（図２Ｂ参照）には、切削液Ｆが切削点Ｐに当たっていると判定する。

指令部１８は、判定部１７から信号として入力された判定結果に基づいて、ノズル制御装置４に指令を出す。

以上の構成を備える本実施形態に係る数値制御装置１０によれば、以下の効果が奏される。

本実施形態に係る数値制御装置１０によれば、ビジョンセンサ５を導入することで、判定部１７が、切削液Ｆが切削点Ｐに当たるか否かの判定を行い、その判定結果をノズル制御装置４にフィードバックする。そのため、従来よりも直接的且つ確実に、切削液が切削点に当たるか否かを判定できる。

また、本実施形態に係る数値制御装置１０によれば、切削液が切削点に当たっているのを直接検出するため、切削工具Ｔ毎に噴射ノズル３の角度を予めメモリ１２に記憶しておくことなく、噴射ノズル３の位置や姿勢を調整することができる。さらには、切削工具Ｔと噴射ノズル３との対応関係を予め手動で設定する必要がない。そのため、メモリ１２に記憶されている切削工具Ｔのデータ（長さや径）が変更された場合であっても、切削工具Ｔと噴射ノズル３との対応関係を修正する必要がない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

上記実施形態では、判定部１７が、パターンマッチングにより、画像データから抽出された切削液Ｆの経路のエッジ部分の位置を検出して判定を行う場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、判定部１７が、パターンマッチングによって切削液の経路上の特徴点を検出して判定を行うものであってもよい。あるいは、判定部１７が、パターンマッチングによって切削液の経路全体の形状を検出して判定を行うものであってもよい。この場合、判定部１７は、ビジョンセンサ５から信号として入力された画像データから切削液Ｆの経路全体の形状に相関のある特徴点を抽出し、その特徴点に基づいて判定を行う。すなわち、判定部１７は、画像データから抽出された特徴点と、メモリ１２に記憶されている特徴点と、の類似度によって判定を行う。

ここで、図３Ａ及び図３Ｂは、切削液Ｆが切削点Ｐに当たるか否かの判定方法の変形例を示す図である。より詳しくは、図３Ａは、円柱状の軸部の先端に切削刃を有する切削工具Ｔの切削点Ｐに切削液Ｆが当たっているときの様子を示しており、図３Ｂは、円柱状の軸部の先端に円盤状の切削刃を有する切削工具Ｔの切削点Ｐに切削液Ｆが当たっているときの様子を示している。これら図３Ａ及び図３Ｂに示すように、切削液Ｆの経路を噴射ノズル３から切削点Ｐまでの部分のみ抽出し、切削点Ｐの位置と切削液Ｆの経路のエッジ上の点Ｊ、Ｋの位置とから、切削液Ｆが切削点Ｐに当たっているか否かを判定してもよい。

より詳しくは、噴射ノズル３から切削点Ｐまでの範囲Ｌ（図３Ａ及び図３Ｂ中のＸ方向の範囲Ｌ）にある切削液Ｆのエッジをビジョンセンサにより取得された画像データから抽出し、上方のエッジ上にあるＪ点と下方のエッジ上にあるＫ点の位置及び切削点Ｐの位置を検出する。そして、切削点ＰがＪ点とＫ点の間にある場合には、切削液Ｆが切削点Ｐに当たっていると判定する。一方、切削点ＰがＪ点とＫ点の間にない場合には、切削液Ｆが切削点Ｐに当たっていないと判定する。なおこの方法では、噴射ノズル３が主軸２の中心に向いていることを前提とする。主軸２の中心に向いていない場合にはノズル姿勢を調整しても切削液Ｆが切削点Ｐに当たらないためである。

また例えば、判定部１７が、機械学習によって切削液の経路の形状を検出して判定を行うものであってもよい。機械学習としては、教師あり学習でもよく、教師なし学習でもよい。機械学習によって判定を行う場合、判定部１７は、メモリ１２に予め記憶されている膨大な画像データに基づいて、ビジョンセンサ５により取得した画像データを入力値とし、切削液が切削点に当たっているか否かの判定結果を出力値とする。

１ 工作機械
２ 主軸
３ 噴射ノズル
４ ノズル制御装置
５ ビジョンセンサ
１０ 数値制御装置
１１ ＣＰＵ
１２ メモリ（記憶部）
１３ 表示部
１４ 入力部
１５ インタフェース
１６ バス
１７ 判定部
１８ 指令部
Ｔ 切削工具
Ｐ 切削点
Ｆ 切削液

Claims (2)

1. 視覚センサにより、噴射ノズルから切削点に向けて噴射された切削液を撮影することで取得した画像データに基づいて、前記切削液が前記切削点に当たるか否かの判定を行う判定部と、
   前記判定部の判定結果に基づいて、前記噴射ノズルの位置及び姿勢を制御するノズル制御装置に指令を出す指令部と、を備え、
   前記判定部は、前記画像データのパターンマッチングによって、前記切削液の経路のエッジ部分の位置を検出して前記経路の形状を抽出し、前記経路の形状に基づいて前記判定を行う、数値制御装置。
2. 前記判定部は、機械学習によって前記判定を行う、請求項１に記載の数値制御装置。

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