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公開番号2025020831
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-13
出願番号2023124436
出願日2023-07-31
発明の名称工具診断システム、工具診断装置、工具診断方法及びプログラム
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類B23Q 17/09 20060101AFI20250205BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】工具診断において手間をかけずに十分な予測精度を持つ学習済モデルを生成する。
【解決手段】工具診断システム100は、工作物14を加工する工作機械1と、工具15の刃部を撮像する撮像装置と、刃部に照明光を照射する照明5と、刃部の画像を画像処理する画像処理部と、画像処理後の刃部の画像、工作機械1の加工条件、工具15及び工作物14の諸元を学習用データとし、工具15の残り工具寿命を学習する機械学習によって学習済モデルを生成するモデル生成部と、学習済モデルに画像処理後の刃部の画像、工作機械1の加工条件、工具15及び工作物14の諸元を入力することで工具15の残り工具寿命を出力する推論部とを備え、画像処理部は加工直前に照明5から照明光を照射して撮像した刃部の画像内の影と、加工直後に照明5から照明光を照射して撮像した刃部の画像内の影を比較することにより、刃部の摩耗痕又は欠けを特定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
工作物を加工する工作機械と、
前記工作機械に取り付けられた工具の刃部を撮像する撮像装置と、
前記工具の刃部に照明光を照射する照明と、
前記工具の刃部の画像を画像処理する画像処理部と、
前記画像処理後の前記工具の刃部の画像、前記工作機械の加工条件、前記工具及び前記工作物の諸元を学習用データとし、前記工具の残り工具寿命を学習する機械学習によって学習済モデルを生成するモデル生成部と、
前記学習済モデルに前記画像処理後の前記工具の刃部の画像、前記工作機械の加工条件、前記工具及び前記工作物の諸元を入力することで、前記工具の残り工具寿命を出力する推論部と、
を備え、
前記画像処理部は、加工直前に前記照明から照明光を照射して撮像した前記工具の刃部の画像内の影と、加工直後に前記照明から照明光を照射して撮像した前記工具の刃部の画像内の影を比較することにより、前記工具の刃部の摩耗痕又は欠けを特定する、
工具診断システム。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記画像処理部は、前記比較により、画像内の影のうち、影の減少した部分を生成した模様を前記工具の刃部の摩耗痕又は欠けとして特定し、前記工具の刃部の摩耗痕又は欠けとして特定された模様の画像を保存又は画像処理によって強調する、
請求項１に記載の工具診断システム。
【請求項３】
前記画像処理部は、前記比較により、画像内の影のうち、影の増加した部分を生成した模様を前記工具の刃部に付着する付着物として特定し、前記付着物として特定された模様の画像を画像処理によって画像内から除去する、
請求項１又は２に記載の工具診断システム。
【請求項４】
前記照明は、前記工具の刃部の逃げ面の法線方向と一致しない方向から照明光を照射する、
請求項１に記載の工具診断システム。
【請求項５】
複数の前記照明を備え、複数の前記照明の各々は、異なる方向から照明光を照射する、
請求項４に記載の工具診断システム。
【請求項６】
前記工具の残り工具寿命と工作物を加工するのに必要な加工回数及び加工距離を比較し、前記工具の残り工具寿命が前記工作物を加工するのに必要な加工回数及び加工距離に対して不足していた場合、工具の交換を促す警報を発令する警報発令部を備える、
請求項１に記載の工具診断システム。
【請求項７】
前記撮像装置を前記工作機械の内部に設けた、
請求項１に記載の工具診断システム。
【請求項８】
前記工具の刃部を洗浄する超音波洗浄機を前記工作機械の内部に設けた、
請求項１に記載の工具診断システム。
【請求項９】
前記工具の刃部を清掃するブラシ又はエアー吐出口を前記工作機械の内部に設けた、
請求項１に記載の工具診断システム。
【請求項１０】
工作物を加工する工作機械の工具の摩耗状態を画像から診断する工具診断装置において、
前記工具の刃部の画像を画像処理する画像処理部と、
前記画像処理後の前記工具の刃部の画像、前記工作機械の加工条件、前記工具及び前記工作物の諸元を学習用データとし、前記工具の残り工具寿命を学習する機械学習によって学習済モデルを生成するモデル生成部と、
前記学習済モデルに前記画像処理後の前記工具の刃部の画像、前記工作機械の加工条件、前記工具及び前記工作物の諸元を入力することで、前記工具の残り工具寿命を出力する推論部と、
を備え、
前記画像処理部は、加工直前に照明光を照射して撮像した前記工具の刃部の画像内の影と、加工直後に照明光を照射して撮像した前記工具の刃部の画像内の影を比較することにより、前記工具の刃部の摩耗痕又は欠けを特定する、
工具診断装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、工具診断システム、工具診断装置、工具診断方法及びプログラムに関するものである。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の工具診断装置では、工具の刃部の画像と、加工条件と、工具及び工作物の諸元を用いて機械学習により学習済モデルを作成し、新たな工具の刃部の画像と、加工条件と、工具及び工作物の諸元を学習済モデルに入力することで、工具の摩耗予測を出力として得ることが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－７０１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような工具診断装置にあっては、工具の刃部の画像に摩耗による模様以外のもの、例えば切粉、切削液などの異物が付着していた場合、それらを摩耗による模様と誤認識してしまい、学習済モデルの予測精度が低下するという問題点があった。さらに、手動により異物を除去することも可能ではあるが、機械学習には数十から数百枚の画像を用いる必要があるため、実際に行うには手間がかかり過ぎるという問題がある。
【０００５】
本開示は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、工具診断において手間をかけずに十分な予測精度を持つ学習済モデルを生成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本開示の工具診断システムは、工作物を加工する工作機械と、工作機械に取り付けられた工具の刃部を撮像する撮像装置と、工具の刃部に照明光を照射する照明と、工具の刃部の画像を画像処理する画像処理部と、画像処理後の工具の刃部の画像、工作機械の加工条件、工具及び工作物の諸元を学習用データとし、工具の残り工具寿命を学習する機械学習によって学習済モデルを生成するモデル生成部と、学習済モデルに画像処理後の工具の刃部の画像、工作機械の加工条件、工具及び工作物の諸元を入力することで、工具の残り工具寿命を出力する推論部と、を備え、画像処理部は、加工直前に照明から照明光を照射して撮像した工具の刃部の画像内の影と、加工直後に照明から照明光を照射して撮像した工具の刃部の画像内の影を比較することにより、工具の刃部の摩耗痕又は欠けを特定する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、加工前後に撮像した画像内の影を比較して工具の摩耗痕又は欠けを特定することにより、工具診断において手間をかけずに十分な予測精度を持つ学習済モデルを生成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の第１の実施の形態に係る工具診断システムの構成を示す図
本開示の第１の実施の形態に係る工具診断装置の構成を示す図
（ａ）は、工具の刃部が工作物を削り取る過程を示す図、（ｂ）は、工具の刃部が工作物を削り取る過程により工具の刃部が摩耗していく過程を示す図
本開示の第１の実施の形態に係る摩耗痕の大きさと残り工具寿命の関係を示すグラフ
（ａ）は、加工直前の工具を工具の回転軸方向から観察した図、（ｂ）は、加工直後の工具を工具の回転軸方向から観察した図
（ａ）は、加工直前の工具の刃部の照明による影を示す図、（ｂ）は、加工直後の工具の刃部の照明による影を示す図、（ｃ）及び（ｄ）は、照明の照射方向を変えた場合に生成される影を示す図
（ａ）は、工具の回転軸方向から見た照明が設置される位置を示す図、（ｂ）は、工具の側面方向から見た照明が設置される位置を示す図
本開示の第１の実施の形態に係る撮像処理の動作を示すフローチャート
本開示の第１の実施の形態に係る画像処理の動作を示すフローチャート
本開示の第１の実施の形態に係る学習部の構成を示す図
本開示の第１の実施の形態に係るニューラルネットワークを示す図
本開示の第１の実施の形態に係る学習処理の動作を示すフローチャート
本開示の第１の実施の形態に係る推論部の構成を示す図
本開示の第１の実施の形態に係る工具交換の判断処理の動作を示すフローチャート
本開示の第１の実施の形態に係る工具診断装置のハードウェア構成を示す図
本開示の第２の実施の形態に係る工具診断システムの構成を示す図
本開示の第３の実施の形態に係る工具診断システムの構成を示す図
本開示の第４の実施の形態に係る工具診断システムの構成を示す図
（ａ）は、加工直前の工具を工具の側面から観察した図、（ｂ）は、加工直後の工具を工具の側面から観察した図
本開示の第５の実施の形態に係る工具診断システムの構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施の形態に係る工具診断システム１００を説明する。各図面においては、同一又は同等の部分に同一の符号を付す。
【００１０】
（第１の実施の形態）
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る工具診断システム１００を示す構成図である。工具診断システム１００は、被加工物を切削加工する工作機械１と、工作機械１に接続され、工作機械の動作を制御する制御装置２と、工作機械１で使用される工具の摩耗状態を診断する工具診断装置３と、工具診断装置３に接続され、工具の状態を撮像する撮像装置であるカメラ４と、工具の刃部に光を照射する照明５と、工具診断装置３に接続され、工作機械１の加工時の状態を検出するセンサ６と、を備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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