KR20000065123A

KR20000065123A - 공작기계의공구이상검출방법및장치

Info

Publication number: KR20000065123A
Application number: KR1019980708719A
Authority: KR
Inventors: 요시아키 쿠로다
Original assignee: 안자키 사토루; 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1997-04-23
Publication date: 2000-11-06
Also published as: US6249599B1; WO1997040959A1

Abstract

적어도 1개의 스로어웨이 팁이 설치된 공구를 사용해서 작업물을 절삭 가공하는 공작 기계에 있어서, 상기 공구의 팁(C1, C2…Cn)을 촬상 수단으로 촬영하고, 얻어진 화상에 각각 다른 화상 처리를 실시해서 팁 절삭날 끝부분에 설정된 검사영역의 휘도값 분포 데이터를 얻음과 동시에, 얻어진 휘도값 분포 데이터를 화상간 연산 처리해서 상기 검사 영역의 결함부(Cc)의 휘도값만을 추출하여 이 휘도값으로 팁(C1, C2…Cn)의 이상을 검출하도록 한 것으로, 팁(C)의 절삭날이 흑화되어 있거나 오물이 부착되어 있어도 팁(C)의 이상을 확실하게 검출할 수 있다.

Description

공작 기계의 공구 이상 검출 방법 및 장치

종래의 다수의 스로어웨이 팁을 가지는 절삭공구에서는, 팁 1개라도 결손되거나 이상 마모되면, 작업물 절삭 가공중에 진동이 발생해서 정밀도 높은 가공을 할 수 없게 되거나, 다른 정상 팁에 과부하가 가해져서 정상적인 팁도 결손 또는 이상 마모를 일으키는 등 문제가 발생한다.

따라서, 종래에는 절삭가공 중에 발생한 팁 결손 등과 같은 이상을 검출하는 검출 방법과 검출 장치가 여러 가지 제안되어 실용화되고 있다.

예를들어 특개소 61-111877호 공보나 특공평 1-33299호 공보에서는 절삭가공중에 절삭날이 결손되었을 때 발생하는 진동을 검출해서 절삭 공구의 이상을 검출하는 「절삭날 결손 검출기」, 「절삭공구의 이상 검출 방법」이 제안되어 있다.

또, 특개소 61-252051호 공보에서는 광섬유형 광전 스위치가 검출한 절삭날로부터의 신호와, 절삭날 부착 위치 검출 회로로부터의 신호에 의해 결손된 절삭날을 광학적으로 검출하는 「절삭날 결손 검출 장치」가 제안되어 있다.

그리고, 특개평 6-39685호 공보에서는 광센서나 TV 카메라 등의 촬상 수단을 이용해서 절삭날의 마모와 손상을 검출하는 「절삭 공구의 공구 손상 검출장치」가 제안되어 있다.

상기 특개소 61-111877호 공보, 특공평 1-33299호 공보와 같이 절삭날의 결손 또는 마모로 인해 발생한 진동으로 절삭날의 이상을 검출하도록 하는 이상 검출방법 및 이상 검출 장치에서는, 마무리 가공과 같이 절삭량이 작은 경우, 절삭날이 결손되더라도 진동을 거의 발생시키지 않기 때문에 절삭날의 이상을 검출하기가 어렵다는 문제가 있다.

또, 턴 브로치(turn broach)와 같이 절삭날이 복수 열 설치된 절삭공구에서는, 절삭날의 이상으로 인해 발생하는 진동이 중첩되기 때문에, 어느 열에 있는 절삭날에 이상이 발생했는지를 특정시킬 수가 없다.

따라서, 이상을 검출했을 경우, 수 백개나 되는 절삭날 속에서 결손된 절삭날을 눈으로 직접 확인해서 찾아내어야 하므로, 결손된 절삭날을 찾아내는데 많은 노력을 필요로 한다.

한편, 특개소 61-252051호 공보, 특개평 6-39685호 공보와 같이 광섬유형 광전 스위치나 촬상 수단에 의해 광학적으로 절삭날의 이상을 검출하는 이상 검출 장치에서는, 아주 작은 절삭날의 이상을 검출하기가 곤란하기 때문에 검출 정밀도가 낮다. 그리고, 절삭날의 반사광을 검출하는 장치에서는, 절삭 가공중에 발생하는 열에 의해 절삭날의 표면이 산화 흑색화되면, 광 반사율이 현저히 저하되어 이상을 검출할 수 없게 되는 문제점이 있다.

또, 촬상 수단을 사용해서 각 팁의 영상을 찍고, 이것을 화상 처리해서 각 팁의 이상을 판정하도록 한 것도 있지만, 이 방법에서는, 작업물 가공중에 기계 전체가 발열에 따른 열적 왜곡의 영향을 받거나, 메인티넌스(maintenance)를 위해 촬상 수단이나 공구를 떼어낸 후 다시 부착했을 경우에 발생하는 부착 위치 변위 등의 영향으로 인해 화면상의 위치에 변화가 생겨 정확한 이상 검출을 할 수 없게 된다.

종래에는 촬상 수단에 의해 찍힌 팁의 영상을 패턴 매칭 처리해서 팁이 화면상의 어느 위치에 있는지를 위치 인식하는데, 상술한 바와 같이 절삭 가공중에 발생하는 열에 의해 절삭날이 산화 흑색화되면 다음과 같은 문제가 발생한다.

통상적으로 이러한 팁(C)은 전체가 금색 등으로 착색되어 있고, 절삭가공을 하면 절삭시 발생하는 열에 의해 절삭날 끝의 일부가 도 1A 에 도시한 바와 같이 산화 흑색화된다.

절삭날 끝이 흑색화된 팁(C)의 영상을 촬상 수단으로 찍어서 팁(C)의 절삭날 끝부분에 검사 영역을 설정했을 경우, 검사 영역에는 금색의 정상부(Ca)와 흑화부(Cb)가 혼재하게 된다.

또 검사영역 내의 흑화부(Cb)에 절삭날 결손 등과 같은 결함부(Cc)가 발생하면, 결함부(Cc)에서는 팁(C)의 바탕금속(raw metal)이 노출되므로, 검사 영역의 휘도값 분포가 도 1B 와 같이 되어 결함부(Cc)는 정상부(Ca)와 비슷한 휘도값을 나타낸다.

촬상시의 조명을 약조명으로 했을 경우, 문턱값을 도 1B 의 T1 위치로 설정해서 이상을 판정하면, 문턱값(T1)보다 높은 휘도값을 나타내는 정상부(Ca)도 이상으로 판정되어 버려서 공구의 이상을 정확하게 판정할 수 없게 된다.

이러한 문제점을 방지하기 위해 문턱값을 도 1B 의 T2 위치로 설정하면, 정상부(Ca)를 이상으로 판정하는 일은 없지만, 결함부(Cc)의 문턱값(T2)을 넘는 휘도값의 추출 화소수가 대폭으로 줄어든다. 그 결과, 조명 변동이나 절삭날 끝에 부착된 오염물 등에 의해 휘도값에 흩어짐이 발생해서 검사영역에 결함부(Cc)가 발생해도 결함부(Cc)를 인식하지 못하는 등, 검출 정밀도가 현저히 저하되는 문제점이 있다.

본발명은 이러한 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 팁의 검사 영역에 발생한 절삭날 결손 등의 이상을 정밀하게 검출할 수 있게 한 공작 기계의 공구 이상 검출방법, 및 팁 영상과 함께 찍힌 기준 마커에 의해 각 팁의 위치를 정확하게 인식할 수 있는 공작 기계의 공구 이상 검출 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본발명은 적어도 1개의 절삭날(스로어웨이 팁(throw away tip))을 가지는 절삭공구를 사용해서 작업물을 가공하는 공작 기계의 공구 이상 검출 방법 및 장치에 관한 것이다.

본발명은 다음과 같은 상세한 설명 및 본발명의 실시예를 도시한 첨부 도면에 의해 보다 잘 이해될 것이다. 첨부 도면에 도시한 실시예는 발명을 특정짓기 위한 것이 아니라, 단순히 설명 및 이해를 돕기 위한 것이다.

도 1A 및 도 1B 는 종래의 화상 처리의 문제점를 설명하는 설명도이다.

도 2 는 본발명의 실시형태가 되는 공구 이상 검출 방법을 채용한 공작 기계의 측면도이다.

도 3 은 본발명의 실시형태가 되는 공구 이상 검출 방법을 채용한 공작 기계의 일부 절개 상면도이다.

도 4 는 본발명의 실시형태가 되는 공작 기계의 공구 이상 검출 방법을 실시하는 공구 이상 검출 장치의 구성도이다.

도 5 는 본발명의 실시형태가 되는 공작 기계의 공구 이상 검출 방법의 공정을 나타낸 플로우챠트이다.

도 6A 및 도 6B 는 본발명의 실시형태가 되는 공작 기계의 공구 이상 검출 방법의 작용 설명도이다.

도 7 은 본발명의 실시형태가 되는 공작 기계의 공구 이상 검출 방법의 작용설명도이다.

도 8 은 본발명의 실시형태가 되는 공작 기계에 사용하는 공구의 세그먼트를 도시한 측면도이다.

도 9 는 도 8 의 Ⅸ 방향에서 본 도면이다.

도 10 은 도 9 의 X원 내를 확대 도시한 확대도이다.

도 11 은 도 10 의 XI-XI 선에 따른 단면도이다.

도 12 는 본발명의 실시형태가 되는 공작기계의 공구 이상 검출 장치의 작용 설명도이다.

도 13 은 본발명의 실시형태가 되는 공작 기계의 공구 이상 검출 장치의 작용을 나타낸 플로우챠트이다.

상기 목적을 달성하기 위한 청구항 1에 기재한 발명은, 적어도 1개의 스로어웨이 팁이 설치된 공구를 사용해서 작업물을 절삭 가공하는 공작 기계에 있어서, 상기 공구의 팁을 촬상 수단으로 촬영하고, 얻어진 화상에 다른 화상 처리를 실시해서 팁 절삭날 끝부분에 설정된 검사영역의 휘도값 분포 데이터를 얻음과 동시에, 얻어진 휘도값 분포 데이터를 화상간 연산 처리해서 상기 검사 영역의 결함부의 휘도값만을 추출하여 이 휘도값으로 팁의 이상을 검출하도록 한 것이다.

청구항 2에 기재한 발명은 서로 다른 화상 처리의 일방을 1차 미분 처리로 한 것이다.

청구항 3에 기재한 발명은 서로 다른 화상처리의 일방을 1차 미분처리, 그리고 타방을 평균화처리로 한 것이다.

상기 방법에 의해, 작업물 절삭중 발생한 열에 의해 팁 절삭날 끝부분이 산화 흑색화되어 절삭날 끝에 설정된 검사 영역에 정상부와 흑화부가 혼재되더라도, 결함부 주변에서는 농도 분포가 급격히 변화하고, 흑화부와 정상부에서는 농도 분포가 완만하게 변화하는 것을 이용해서 화상간 연산처리를 수행함으로써 흑화부 및 정상부의 휘도값을 대략 0으로, 그리고 결함부의 휘도값만을 추출할 수 있으므로, 흑화부에 발생한 결함도 정확하게 검출할 수 있다.

이에 따라 팁 절삭날 끝이 열에 의해 흑화되거나 오염물이 부착되어 있더라도, 팁 절삭날 끝에 발생한 작은 이상도 확실하게 검출할 수 있어 팁의 이상으로 인한 불량 작업물의 발생을 미연에 방지할 수 있고, 팁의 이상으로 인해 발생하는 진동과 소음을 줄일 수 있으므로 작업 환경의 개선을 꾀할 수 있다.

또, 팁 1개가 파손되었기 때문에 다음 팁의 절삭범위가 커짐으로써 발생하는 절삭 부스러기의 비대화를 방지할 수 있으므로, 절삭 부스러기의 처리가 용이해 지고, 비대화된 절삭 부스러기가 작업물에 붙어서 팁을 더 파손시키는 등의 문제도 해소할 수 있다.

청구항 4에 기재한 발명은, 적어도 1개의 스로어웨이 팁이 설치된 공구를 사용해서 작업물을 절삭 가공하는 공작 기계에 있어서, 상기 공구의 팁 및 팁 근방에 미리 설치된 적어도 1개의 기준 마커를 촬영하는 촬상 수단과, 미리 등록된 팁 등록 패턴 및 기준 마커와 상기 촬상 수단이 촬영한 팁 및 기준 마커의 영상을 패턴 매칭 처리해서 팁 등록 패턴 중에서 해당하는 팁 패턴을 선택하는 수단과, 선택된 팁 패턴의 기준 마커와 촬상 수단이 촬영한 기준 마커의 위치로 검사 영역을 설정하는 수단과, 설정된 검사 영역의 영상을 화상처리해서 마모, 결손의 정도를 판정하여 팁의 이상을 검출하는 이상 검출 수단으로 구성된 것이다.

상기 구성에 의해 팁의 이상이 검출되면, 공작 기계를 비상 정지시킴으로써 다른 정상적인 팁이 차례차례로 파손되는 문제를 해소할 수 있다.

또, 절삭 가공중에 발생한 열에 의해 팁의 절삭날 끝부분이 흑색화되어도, 팁 근방에 설치된 기준 마커와 팁 등록 패턴의 기준 마커의 위치로 검출 영역을 정확하게 설정할 수 있으므로, 팁 절삭날 끝부분의 변색이나 오염 등의 영향을 받지않고 절삭날 끝의 이상을 검출할 수 있다.

이에 따라 팁의 절삭날 끝에 발생한 작은 이상도 확실하게 검출할 수 있으므로, 팁 이상으로 인한 불량 작업물의 발생을 미연에 방지할 수 있고, 동시에 팁 이상으로 인해 발생하는 진동이나 소음을 줄일 수 있으므로 작업 환경의 개선을 꾀할 수 있게 된다.

그리고, 팁 1개가 파손되었기 때문에 다음 팁의 절삭대가 커짐으로써 발생하는 절삭 부스러기의 비대화를 방지할 수 있으므로, 절삭 처리가 용이해지고, 비대화된 절삭 찌끼기가 작업물에 붙어서 팁을 더 파손시키는 등의 문제도 해소할 수 있다.

청구항 5에 기재한 발명은, 팁 근방에 설치된 기준 마커에 부착된 절삭 부스러기 등을 청소하는 청소 수단을 설치한 것이다.

상기 구성에 의해, 절삭 가공중에 발생한 절삭 부스러기 등이 기준 마커에 부착되더라도 청소 수단으로 청소할 수 있으므로 부착된 절삭 부스러기 등에 의해 기준 마커의 위치가 불명확해지는 등의 문제점을 해소할 수 있다.

청구항 6의 발명은, 팁 근방에 설치된 기준 마커를 공구 표면에서 요입시켜서 형성한 것이다.

상기 구성에 의해, 절삭중에 발생한 절삭 부스러기 등으로 인해 기준 마커가 소거되거나 마모되거나 하지 않으므로, 신뢰성도 향상된다.

본발명의 공구 이상 검출 방법을 턴 브로치와 같은 공작기계에 실시한 실시형태를 도 2-도 13을 참조해서 상세히 설명한다. 도 2 는 본발명의 방법을 실시하는 공구 이상 검출 장치가 설치된 턴 브로치의 측면도, 도 3 은 평면도, 도 4 는 공작 기계의 공구 이상 검출 장치를 도시한 구성도, 도 5, 도 6 및 도 7 은 작용 설명도이다. 도 8 은 턴 브로치 커터를 구성하는 세그먼트의 측면도, 도 9 는 도 8의 Ⅸ방향에서 본 도면, 도 10 은 도 9의 X원 내를 확대 도시한 확대도, 도 11 은 도 10 의 XI-XI선에 따른 확대 단면도, 도 12, 도 13 은 작용설명도이다.

도 2 및 도 3 에 있어서 (1)은 턴 브로치 본체로, 베드(1a) 상에 좌우 방향으로 이간되어 한 쌍의 워크 헤드(work head)(2)가 설치되어 있다.

이들 워크 헤드(2)의 대향면에는 가공할 작업물(3)의 양단을 지지하는 척(chuck)(4)이 설치되어 있고, 척(4)이 부착된 주축(5)의 단부에는 무단벨트(endless belt)(6)를 통해 작업물 구동모터(7)가 접속되어 있어서, 이 작업물 구동모터(7)에 의해 주축(5) 및 척(4)을 통해 작업물(3)이 도 2 의 화살표 A방향으로 회전되게 된다.

또, 상기 베드(1a) 상에는 작업물(3)의 장축방향과 직교하는 방향으로 이동 가능한 한 쌍의 슬라이드(8)가 좌우로 이간되어 설치되어 있다.

이들 슬라이드(8)의 하방에는 이동 방향과 평행한 방향으로 볼 나사로 이루어진 이송 나사축(9)이 각각 회전 가능하게 설치되어 있고, 이들 이송 나사축(9)에 각 슬라이드(8)의 하면에 설치된 너트부재(10)가 나사결합되어 있다.

상기 각 이송나사축(9)의 후측 단부에는 베드(1a)의 후면에 부착된 베벨기어상자(12)내의 베벨기어(12a)가 고정장착되어 있다.

상기 각 베벨기어 상자(12) 내에는 이송나사축(9)과 직교하는 방향으로 구동축(13)이 관통되어 있어서, 이 구동축(13)에 고정장착된 베벨기어(12b)가 상기 베벨기어(12a)에 맞물려짐과 동시에, 구동축(13)의 일단에는 슬라이드 구동 모터(14)가 접속되어 있어서, 상기 슬라이드 구동모터(14)에 의해 구동축(13) 및 베벨 기어(12b, 12a)를 통해 이송나사축(9)을 회전시키는 것으로 좌우 슬라이드(8)를 동기시켜서 워크 헤드(2)의 접촉/이간 방향으로 이동할 수 있게 된다.

그리고, 상기 각 슬라이드(8)의 상면에 커터 헤드(16)가 각각 설치되어 있다.

상기 각 커터 헤드(16) 내에는 워크 헤드(2)의 주축(5)과 평행한 방향으로 회전축(17)이 회전 가능하게 지지되어 있고, 이들 회전축(17)의 서로 대향하는 단부 사이에 드럼형 브로치 커터(18)가 탈착 가능하게 부착되어 있다.

또, 일방의 회전축(17)의 타단에는 감속기(19)를 통해 브로치 커터 구동 모터(20)가 접속되어 있어서, 작업물 가공시 상기 브로치 커터 구동 모터(20)에 의해 브로치 커터(18)가 도 2 의 화살표 b 방향으로 대략 1회전되도록 이루어져 있고, 타방의 회전축(17)의 타단에는 회전축(17)의 회전각을 검출하는 엔코더 등의 회전각 검출 수단(21)이 접속되어 있다.

한편, 상기 브로치 커터(18)는, 도 4 에 도시한 바와 같이 원주 방향으로 복수 분할된 세그먼트(18a)를 축방향으로 복수열 연결한 구조로, 각 세그먼트(18a)의 외주는 회전 중심(O)에 대해 점점 직경이 확대되는 편심 구조로 되어 있다.

그리고, 가장 외경이 작은 세그먼트(18a)의 외주면에서부터 차례대로 복수의 애벌가공용 팁(C1, C2, C3…)이 도 9 에서와 같이 지그재그로 배치되어 세그먼트(18a)에 대해 착탈 가능하게 부착되어 있고, 세그먼트(18a)의 외경이 커짐에 따라 중간 마무리용 팁, 마무리용 팁(…Cn)이 차례대로 부착되어 있어서, 브로치 커터(18)가 대략 1회전하는 동안 작업물(3)의 애벌가공에서 마무리 가공까지 모두 수행할 수 있게 된다.

또, 상기 각 팁(C1, C2…Cn)의 근방에는 적어도 1곳에 기준 마커(M)가 설치되어 있다.

도 10 은 팁(C) 근방에 기준 마커(M1, M2)를 2개 설치한 예를 도시한 것으로, 일방의 기준 마커(M1)는 세그먼트(18a)의 팁 부착 기준면(X, Y)의 교점(Z)으로부터 횡방향으로 거리 L1, 종방향으로 거리 L2만큼 이간된 팁(C)의 하방 위치에 설치되고, 타방의 기준 마커(M2)는 팁 부착 기준면(X, Y)의 교점(Z)으로부터 횡방향으로 거리 L3, 종방향으로 거리 L4만큼 이간되어 팁(C)의 측방에 설치되어 있다.

그리고, 이들 기준 마커(M1, M2)는, 절삭 가공시 발생된 절삭 부스러기 등에 의해 소거되거나 손상되어 인식할 수 없게 되는 것을 방지하기 위해, 도 11 에서와 같이 세그먼트(18a)의 표면에서 요입되어 형성되어 있다.

도 10 의 실시형태에서는 기준 마커(M1, M2)를 원형으로 만들었지만, 3각형이나 4각형 등으로 만들어 그 형상으로 방향성을 특정지을 수 있도록 하면 1곳에만 설치해도 된다.

또, 기준 마커(M1, M2)를 청소하기 위해, 에어 블로우(air blow) 등의 기준 마커 청소 수단을 기준 마커(M1, M2)가 통과하는 위치의 근방에 설치할 수도 있다.

또, 상기 브로치 커터(18)를 사이에 두고 작업물(3)과 반대측 위치에 촬상 수단(23)과 에어 커튼 형성 수단(24)이 설치되어 있다.

상기 촬상 수단(23)은 예를들어 CCD 카메라로 구성되어 있고, 도 3 에서와 같이 브로치 커터(18)의 각 팁 열(18₁, 18₂…18n)마다 복수대가 부착대(25) 상에 고정되어 있다.

그리고, 이들 촬상 수단(23)에 의해 촬영된 각 팁 열(18₁, 18₂…18n)의 각 팁(C1, C2…Cn)의 영상은, 후술하는 제어 수단(30)의 화상처리장치(32)에 입력된다.

상기 브로치 커터(18)의 외주에 설치된 각 팁(C1, C2…Cn)은 전술한 바와 같이 브로치 커터(18)의 회전 중심(O)에 대해 애벌가공용 팁에서 마무리 가공 팁 쪽으로 갈수록 점차적으로 직경이 커지도록 편심되어 있다.

따라서, 촬상 수단(23)의 렌즈(23a)의 초점을 예를들어 미리 애벌가공 팁(C1, C2…)에 맞추어 두면, 브로치 커터(18)의 회전에 따라 촬상 수단(23) 렌즈(23a)의 초점이 변위되어 선명한 영상을 얻을 수 없게 된다.

본발명의 실시형태에서는 이러한 문제점를 방지하기 위해, 브로치 커터(18)의 회전에 동기시켜 부착대(25)를 브로치 커터(18)의 접촉/이간 방향으로 이동시킴으로써 각 팁(C1, C2…Cn)에서부터 촬상 수단(23)의 렌즈(23a)까지의 거리(L)가 항상 일정해지도록 제어하는 초점 조정 수단(27)을 가지고 있다.

즉, 상기 초점 조정 수단(27)은 각 슬라이드(8, 8) 사이에 가로걸쳐져 있고, 브로치 커터(18)의 접촉/이간 방향으로 이동 가능한 상기 부착대(25)를 가지고 있으며, 이 부착대(25)의 하방에는 부착대(25)의 이동 방향으로 볼나사로 이루어진 이송 나사축(26)이 회전 가능하게 지지되어 있다.

이 이송나사축(26)에는 부착대(25) 바닥부에 설치된 너트부재(25a)가 나사결합되어 있고, 이송나사축(26)의 일단측에는 베드(1a)의 후면에 부착된 초점 조정 모터(28)가 접속되어 있어서, 이 초점 조정모터(28)에 의해 이송 나사축(26)을 회전시킴으로써 상기 부착대(25)가 브로치 커터(18)의 접촉/이간 방향으로 이동할 수 있게 된다.

그리고, 상기 초점 조정 모터(28)는 제어 수단(30)에 의해 제어되도록 이루어져 있다.

상기 제어 수단(30)은 턴 브로치를 제어하는 NC 장치(31)와, 촬상 수단(23)이 촬영한 영상을 화상 처리하는 화상 처리 장치(32)로 이루어지고, 화상 처리 장치(32)에는 미리 여러가지 방향, 형상을 가지는 팁 등록 패턴(P1, P2…Pn)이 등록되어 있어서 이들 팁 등록 패턴(P1, P2…Pn)과 상기 촬상 수단(23)이 촬영한 각 팁(C1, C2…Cn)과의 패턴 매칭 처리를 실시함으로써 팁 등록 패턴(P1, P2…Pn)에 합치된 팁 위치를 검출하고, 그리고 절삭날 끝 부분에 설정된 후술하는 검사영역중의 농도분포로 문턱값을 설정해서 2치화처리함으로써 각 팁(C1, C2…Cn)의 이상을 판정하게 된다. 판정 결과는 NC 장치(31)로 출력되어 NC 장치(31) 표시 수단(33)에 표시함과 동시에, 필요에 따라 턴 브로치를 비상정지시키게 된다.

또, NC 장치(31)에는 브로치 커터(18)의 회전각을 검출하는 회전각 검출수단(21)에서 출력된 신호도 입력되어 있어서, 이 회전각 검출 수단(2)으로부터의 신호를 기준으로 제어신호를 증폭기(34)를 통해 초점 조정 모터(28)로 출력함으로써, 각 팁(C1, C2…Cn)에서부터 촬상수단(23) 렌즈(23a)까지의 거리(L)가 항상 일정해지도록 초점 조정 모터(28)가 제어되게 된다.

한편, 상기 에어 커튼 형성 수단(24)은 부착대(25)의 상면에 세워진 대략 역 L자형을 이루는 한 쌍의 지지부재(36)의 선단 사이에 헤더(24a)가 설치되어 있다.

상기 헤더(24a)의 하면에는 각 촬상 수단(23)마다 노즐(24b)이 설치되어 있어서, 이들 노즐(24b)에서 촬상 수단(23)의 렌즈(23a) 전방으로 상방에서 에어가 분출된다. 이와 더불어, 상기 헤더(24a)의 일단측은 에어 공급관(37)을 통해 도시하지 않은 에어 공급원에 접속되어 있다.

다음으로, 상기 구성된 공작 기계의 공구 이상 검출 장치에 따른 공구 이상 검출 방법을 도 5 에 도시한 플로우챠트 및 도 6, 도 7 에 도시한 작용 설명도를 참조해서 설명한다.

브로치 커터(18)로 가공하는 작업물(3)은, 워크 헤드(2)의 각 척(4)에 양단이 지지되고, 작업물 구동모터(7)에 의해 도 2 의 화살표 A방향으로 회전된다.

또, 브로치 커터(18)는 각 커터 헤드(8)의 회전축(17) 사이에 장착되고, 브로치 커터 구동모터(20)에 의해 도 2 의 화살표 B 방향으로 대략 1회전되고, 브로치 커터(18)의 외주면에 설치된 복수의 팁 열(18₁, 18₂…18n)에서 작업물(3)의 각 저널(3a)이 동시에 가공된다.

한편, 작업물(3) 가공 개시와 동시에 브로치 커터(18)의 회전각이 회전각 검출 수단(21)에 의해 검출되어, 회전각 검출 수단(21)에서 펄스 신호가 NC 장치(31)로 입력된다.

NC 장치(31)는 도 5 의 스텝 S1에서 회전각 검출 수단(21)으로부터 입력되는 펄스 신호를 카운트하고, 스텝 S2에서 미리 등록된 팁 위치 등록 데이터(Cn)와 카운트 수(Pn)를 비교한다.

팁 위치 등록 데이터는 브로치 커터(18)마다 다른 팁(C1, C2…Cn)의 위치를 브로치 커터(18)마다 미리 등록한 것으로, 현재 가공에 사용하고 있는 브로치 커터(18)의 팁 위치 등록 데이터가 불러내져서 카운트 수(Pn)와 비교된다.

예를들어, 본실시형태의 경우, 제 1 팁(C1)은 2.3°, 제 2 팁(C2)은 4.5°, 그리고 맨 마지막 팁(Cn)은 310°로 설정되어 있다.

스텝 S2에서 카운트 수(Pn)가 제 1 팁(C1)의 위치 등록 데이터(C1)와 일치하면, 스텝 S3에서 트리거 발생회로에서 트리거펄스가 촬상 수단(23)으로 출력되고, 스텝 S4에서 촬상 수단(23)의 셔터가 개방되어 제 1 팁(C1)이 쵤영된다.

촬상 수단(23)에 의해 촬영된 제 1 팁(C1)의 영상은 스텝 S5에서 화상 처리 장치(32)에 입력된 후, 스텝 S6에서 화상 처리가 이루어진다.

화상 처리는, 먼저 스텝 S6에서 미리 등록되어 있던 팁 등록 패턴(P1, P2…Pn)과 화상 처리 장치(32)에 입력된 제 1팁(C1) 영상과의 패턴 매칭처리를 한다.

팁 등록 패턴(P1, P2…Pn)은 여러가지 방향, 형상을 가지는 각 팁(C1, C2…Cn)의 영상을 미리 패턴으로서 등록받은 것으로, 등록된 팁 등록 패턴(P1, P2…Pn) 중에서 패턴 매칭 처리에 의해 촬상 수단(23)이 촬영한 제 1 팁(C1) 영상과 합치되는 팁 등록 패턴(P1, P2…Pn)이 선택된다.

그리고 스텝 S7에서, 선택된 팁 등록 패턴(P1, P2…Pn)과 제 1 팁(C1) 영상의 위치 맞춤, 검사 영역의 설정이 이루어진다.

상기 검사 영역의 설정은, 작업물(3)의 가공으로 인해 발생하는 팁(C1, C2…Cn)의 결손이나 마모가 팁(C1, C2…Cn)의 선단에 집중되므로, 통상 팁(C1, C2…Cn)의 선단 영역이 설정된다.

스텝 S7에서 검사 영역의 설정이 완료되면, 설정된 검사 영역의 농도 분포 데이터 처리가 수행된 후 얻어진 농도 분포 데이터로 문턱값을 구하고, 이 문턱값을 기준으로 2치화처리를 해서 이상을 판정하는데, 전술한 바와 같이 종래의 방법에서는 검사영역에 정상부(Ca)와 흑화부(Cb)가 혼재되어 있으면 흑화부(Cb)에 발생한 결함부(Cc)가 거의 동일한 휘도값을 나타내어 이상을 검출하기가 곤란해진다.

그래서 본발명에서는 도 5의 스텝 S8에서 각각 다른 2종류의 화상 처리를 해서 결함부(Cc)의 휘도값만을 추출하고, 얻어진 휘도값에 따라 이상을 판정한다.

즉, 팁(C)의 절삭날 끝에서 발생한 절삭날 결손 등과 같은 결함부(Cc)의 주변에서는 농도(휘도값) 분포가 도 1B 에서와 같이 급격하게 변화하는 데 반해, 정상부(Ca)와 흑화부(Cb) 사이에서는 비교적 완만하게 변화한다.

이것을 이용해서 다른 화상 처리에 의해 얻어진 휘도값을 화상간 연산해서 정상부(Ca) 및 흑화부(Cb)의 휘도값을 대략 0으로 만들어 결함부(Cc)의 휘도값만을 추출하도록 한 것이다.

즉, 도 5 에 도시한 플로우챠트의 스텝 S7에서 팁 등록 패턴(P1)과 제 1 팁(C1)의 위치 맞춤, 검사 영역의 설정이 완료되면, 스텝 S8에서 각각 다른 화상 처리 I과 화상 처리 Ⅱ를 실행한다.

화상 처리 I, Ⅱ 중 일방 I은 예를들어 검사영역의 화상을 1차 미분처리하는 것으로, 이에 따라 도 6A 에서와 같이 급격한 농도 변화가 있는 부분의 휘도값이 남겨지게 된다.

또, 타방의 화상 처리 Ⅱ는 검사 영역의 화상을 평균화처리해서 도 7 에서와 같이 인접한 8 화소의 평균값으로 치환시킨 것으로, 이들 화상 처리 I, Ⅱ로 얻어진 휘도값 분포를 근거로 스텝 S9에서 화상간 연산을 한다.

이에 따라 도 6B 에서와 같이, 정상부(Ca) 및 흑화부(Cb)의 휘도값은 대략 0이 되고, 결함부(Cc)만 휘도값을 추출할 수 있게 된다.

얻어진 휘도값 분포 데이터는 스텝 S10에서 농도 분포 데이터 처리가 행해진 다음, 스텝 S11에서 문턱값이 설정되고, 스텝 S12에서 이 문턱값을 기준으로 2치화처리가 이루어진다.

그리고 스텝 S13에서 2치화된 농도 분포 데이터로부터 화소수(In)가 추출되고, 이 화소수(In)와 미리 등록되어 있던 판정 기준이 스텝 S14에서 비교되어 이상 판정이 이루어진다.

미리 등록된 판정 기준은 미리 설정된 기준값(F1, F2)과 추출 화소수(In)를 비교하여 다음과 같은 기준으로 정상, 이상을 판정한다.

In < F1 : 이상 없음(정상), F1 ≤ In ≤ F2 : 공구 수명, 공구 교환 지시, F2 < In : 공구 이상, 기계 비상 정지.

스텝 S14의 판정 결과는 스텝 S15에서 NC 장치(31)로 보내져서 NC 장치(31) 표시 수단(33)에 표시됨과 동시에, F2 < In인 경우에는 공구에 이상이 생겼다고 판정해서 스텝 S16에서 턴 브로치를 비상정지시킨다.

또, 공작 기계의 공구 이상 검출 장치의 작용을 도 13 에 도시한 플로우챠트 및 도 12 에 도시한 패턴 매칭 처리 화면을 참조해서 설명한다.

NC 장치(31)는 도 9 의 스텝 S1에서 회전각 검출 수단(21)으로부터 입력되는 펄스 신호를 카운트하고, 스텝 S2에서 미리 등록된 팁 위치 등록 데이터(Cn)와 카운트 수(Pn)를 비교한다.

팁 위치 등록 데이터는 브로치 커터(18)마다 다른 팁(C1, C2…Cn)의 위치를 브로치 커터(18)마다 미리 등록한 것으로, 현재 가공에 사용하고 있는 브로치 커터(18)의 팁 위치 등록 데이터가 불러내져서 카운트 수(Pn)와 비교되게 된다.

촬상 수단(23)에 의해 촬영된 제 1 팁(C1)의 영상은, 스텝 S5에서 화상 처리 장치(32)에 입력된 후, 스텝 S6에서 화상 처리가 이루어진다.

화상 처리는, 먼저 스텝 S6에서 미리 등록되어 있던 팁 등록 패턴(P1, P2…Pn)과 화상 처리 장치(32)에 입력된 제 1팁(C1) 영상과의 패턴 매칭처리를 하는데, 화상 처리 장치(32)에 입력된 팁(C1) 영상 그 자체를 패턴으로 해서 패턴 매칭 처리를 하면 다음과 같은 문제가 발생한다.

즉, 미리 화상 처리 장치(32)에 등록되어 있던 팁(C1)의 팁 등록 패턴(P1)이 도 12A 에 대해서 절삭 가공중에 발생한 열에 의해 절삭날 끝부분이 산화 흑색화되었기 때문에 촬상 수단(23)에 의해 촬영된 실제 팁(C1)의 영상이 도 12 B에 도시한 패턴이 되었을 경우, 패턴 매칭 처리(정규화 상관 계산)에 의해 등록 패턴과 실제 화상을 비교하여 팁이 어느 위치에 있는지를 인식할 때 팁(C1)의 흑화부(Cb)와 비흑화부(Ca)의 경계(Cd)를 팁(C1)의 에지로 인식해 버리는 경우가 있다.

그 결과, 검사해야할 절삭날 끝부분의 검사 영역 위치에 도 12B 에서와 같이 변위가 생겨서 정상적인 검사를 할 수 없게 되는 문제가 발생한다.

이러한 문제를 방지하기 위해, 미리 흑화부(Cb)의 발생 패턴을 여러종류 등록해서 이들 패턴과 패턴 매칭 처리를 하는 방법도 있지만, 이 방법에서는 등록 패턴수가 많아지는 만큼 매칭 처리에 많은 시간을 필요로 하므로 1팁 검사에 할당된 시간내에는 처리가 곤란하고 현실적이지 못하다.

본발명은 이러한 문제를 해소하기 위해, 미리 팁(C1, C2…Cn)의 영상과 함께 팁(C1, C2…Cn) 근방에 설치된 기준 마커(M1, M2)도 동시에 입력해서 패턴을 등록하고, 패턴 매칭 처리시 이 등록 패턴과 촬상 수단(23)에 의해 촬영된 팁 영상을 패턴 매칭 처리해서 팁 위치를 인식하게 한 것이다.

즉, 스텝 5에서 촬상 수단(23)에 의해 화상 처리장치(32)에 입력된 팁(C1)과 기준 마커(M1, M2)의 영상은 스텝 6에서 미리 등록된 팁 등록 패턴(P1, P2…Pn)과 패턴 매칭처리되고, 팁 등록 패턴(P1, P2…Pn)과 기준 마커(M1, M2)의 위치로 촬상 수단(23)이 촬영한 제 1 팁(C1)의 영상과 합치되는 팁 영상 패턴(P1)이 선택된다.

그리고 스텝 S7에서, 선택된 팁 등록 패턴(P1)의 기준 마커(M1, M2)와 제 1 팁(C1)의 기준 마커(M1, M2)의 위치 맞춤을 수행하는 것에 의해 검사 영역이 정확히 설정된다.

상기 검사영역의 설정은, 작업물(3)의 가공으로 인해 발생하는 팁(C1, C2…Cn)의 결손이나 마모가 팁(C1, C2…Cn)의 선단에 집중되므로, 통상 팁(C1, C2…Cn)의 선단 영역이 설정된다. 이때, 절삭중에 발생한 열에 의해 검사영역이 산화흑색화되더라도 기준 마커(M1, M2)를 기준으로 위치맞춤하므로 검사영역에 변위가 생기거나 하지 않는다.

스텝 S7에서 검사영역의 설정이 완료되면, 스텝 S8에서 설정된 검사영역의 농도 분포 데이터 처리가 이루어진다.

그후, 스텝 S9에서 문턱값이 설정되고, 스텝 S10에서 문턱값을 기준으로 2치화처리가 이루어져 농도분포 데이터가 2치화된다.

그리고, 스텝 S10에서 2치화된 농도 분포 데이터에서 화소수(In)가 추출되고, 이 화소수(In)와 미리 등록되어 있던 판정 기준이 스텝 S11에서 비교되어 이상 여부가 판정된다.

미리 등록된 판정 기준은 미리 설정된 기준값(F1, F2)과 추출 화소수(In)를비교하여 다음과 같은 기준으로 정상, 이상을 판정한다.

한편, 상기 처리와 동시에, NC 장치(31)는, 회전각 검출 수단(21)으로부터 입력되는 브로치 커터(18)의 회전각에 따라 제어 신호를 증폭기(34)를 통해 초점 조정 모터(28)로 출력한다.

초점 조정 모터(28)는 NC 장치(31)로부터 입력되는 제어 신호에 따라 이송 나사축(26)을 회전시켜 부착대(25)를 전진시키고, 회전되는 브로치 커터(18)의 각 팁(C1, C2…Cn)에서 촬상 수단(23) 렌즈(23a)까지의 거리(L)가 항상 일정해지도록 제어한다.

이에 따라, 브로치 커터(18)의 외주면에 있는 각 팁(C1, C2…Cn)이 회전 중심(O)에 대해 편심되어 있어도 촬상 수단(23)의 초점이 변위되거나 하지 않으므로, 항상 선명한 각 팁(C1, C2…Cn)의 영상을 얻을 수 있게 된다.

또, 작업물(3) 가공중에는 에어 커튼 형성수단(24)의 노즐(24b)에서 분출되는 에어에 의해 촬상 수단(23) 렌즈(23a)의 전방에 에어커튼(24c)이 형성되므로, 가공중 발생한 절삭 부스러기나 연기, 절삭유의 비말(splash) 등이 촬상 수단(23)의 렌즈(23a)에 부착되지 않는다. 따라서, 각 팁(C1, C2…Cn)에 발생한 결손 등의 이상을 항상 정밀하게 검출할 수 있다. 이와 더불어, 브로치 커터(18)을 사이에 두고 작업물(3) 절삭 위치와 반대측에 촬상 수단(23)을 설치하므로, 절삭 중 커다란 절삭 부스러기가 발생하더라도 절삭 부스러기에 의해 촬상 수단(23)이 파괴될 염려가 없다.

상기 실시형태에서는 각각 다른 화상 처리 I, Ⅱ의 일방을 1차 미분 처리, 그리고 타방을 평균화 처리로 했지만, 일방을 최대값 처리, 타방을 최소값 처리로 할 수도 있고, 일방을 1차 미분 처리, 타방을 최소값 처리로 할 수도 있다.

또, 상기 실시형태에서는 촬상 수단(23)의 초점 조정수단(27)을, 초점 조정 모터(28)에 의해 회전되는 나사축(26)에 부착대(25)에 설치한 너트 부재(25a)를 나사결합시켜서 부착대(25)를 브로치 커터(18)의 접근/이간 방향으로 이동시키도록 구성했지만, 이송 나사축(26) 대신에 캠기구 등을 사용해서 부착대(25)를 브로치 커터(18)의 접근/이간 방향으로 이동시키도록 할 수도 있다. 그리고, 자동 초점 조정 기능을 가지는 촬상 수단(23)을 사용하면, 부착대(25)를 고정시킨 상태에서 초점 조정이 가능하고, 브로치 커터(18)의 외주면에 설치된 각 팁(C1, C2…Cn)이 회전 중심(O)에 대해 편심되어 있어도 선명한 영상을 얻을 수 있게 된다.

더욱이 상기 실시형태에서는 턴 브로치에 실시한 경우를 설명했지만, 팁을 가지는 공구를 사용하는 공작 기계 전반에 적용할 수 있음은 물론이다.

Claims

적어도 1개의 스로어웨이 팁이 설치된 공구를 사용해서 작업물을 절삭 가공하는 공작 기계에 있어서, 상기 공구의 팁(C1, C2…Cn)을 촬상 수단으로 촬영하고, 얻어진 화상에 다른 화상처리를 실시해서 팁 절삭날 끝부분에 설정된 검사영역의 휘도값 분포 데이터를 얻음과 동시에, 얻어진 휘도값 분포 데이터를 화상간 연산 처리해서, 상기 검사 영역의 결함부(Cc)의 휘도값만을 추출하여 이 휘도값으로 팁(C1, C2…Cn)의 이상을 검출하도록 한 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 이상 검출 방법.
제 1 항에 있어서,

다른 화상처리의 일방을 1차 미분처리로 해서 이루어지는 공작 기계의 공구 이상 검출 방법.
제 1 항에 있어서,

다른 화상처리의 일방을 1차 미분처리, 그리고 타방을 평균화처리로 해서 이루어지는 공작 기계의 공구 이상 검출 방법.
적어도 1개의 스로어웨이 팁이 설치된 공구를 사용해서 작업물을 절삭 가공하는 공작 기계에 있어서, 상기 공구의 팁(C1, C2…Cn) 및 팁 근방에 미리 형성된 적어도 1개의 기준 마커(M1, M2)를 촬영하는 촬상 수단과, 미리 등록된 팁 등록 패턴(P1, P2…Pn)및 기준 마커(M1, M2)와 상기 촬상 수단(23)이 촬영한 팁(C1, C2…Cn) 및 기준 마커(M1, M2)의 영상을 패턴 매칭 처리해서 팁 등록 패턴(P1, P2…Pn) 중에서 해당하는 팁 패턴을 선택하는 수단과, 선택된 팁 패턴(P1, P2…Pn)의 기준 마커(M1, M2)와 촬상 수단(23)이 촬영한 기준 마커(M1, M2)의 위치로 검사 영역을 설정하는 수단과, 설정된 검사 영역의 영상을 화상처리해서 마모, 결손의 정도를 판정하여 팁(C1, C2…Cn)의 이상을 검출하는 이상 검출 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 이상 검출 장치.
제 4 항에 있어서,

팁(C1, C2…Cn) 근방에 설치된 기준 마커(M1, M2)에 부착된 절삭 부스러기 등을 청소하는 청소 수단을 설치해서 이루어지는 공작 기계의 공구 이상 검출 장치.
제 4 항에 있어서,

팁(C1, C2…Cn) 근방에 설치된 기준 마커(M1, M2)를 공구 표면에서 요입시켜서 형성하는 공작 기계의 공구 이상 검출 장치.