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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Verschleißbetrag-Messvorrichtung oder ein Verschleißbetrag-Messverfahren zum Messen eines Verschleißbetrags eines Werkzeugs.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Als ein Verfahren zum Messen eines Verschleißbetrags einer Schneidkante eines Schleifwerkzeugs oder dergleichen ist ein Verfahren des Berechnens des Verschleißbetrags bekannt, indem ein Bild der Schneidkante aufgenommen wird und diese Bilddaten analysiert werden.
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Patentliteratur 1 offenbart, dass eine Kamera an einer einer Schneidkante zugewandten Position angeordnet ist, wobei die Schneidkante durch eine koaxiale Epi-Beleuchtung oder eine kleine Ringbeleuchtung beleuchtet wird, und ein Verschleißbetrag der Schneidkante aus Bilddaten gemessen wird, die durch eine Aufnahme eines Bildes der Schneidkante in diesem Zustand erhalten werden. Patentliteratur 1 offenbart ebenfalls, dass der Verschleißbetrag durch Binarisierung oder Multivaluierung der Bilddaten gemessen wird, um eine Verschleißbreite einer Flankenfläche der Schneidkante zu erhalten.
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Patentliteratur 2 offenbart ein Verfahren des Extrahierens einer als eine Referenz während eines Messens eines Verschleißbetrags fungierenden Schneidkantenkonturlinie aus einem Bild einer Schneidkante eines Werkzeugs. Die Schneidkantenkonturlinie wird insbesondere wie folgt extrahiert. Als erstes werden drei oder mehr Extraktionslinien, die eine Schneidkantenrichtung kreuzen, aus dem Bild der Schneidkante des Werkzeugs extrahiert. Als nächstes werden Linienpixeldaten von den Extraktionslinien differenziert, um Grenzkandidatenpunkte zwischen der Werkzeugschneidkante und einem Hintergrund zu erhalten, und eine Kombination von Punkten auf einer überwiegend geraden Linie wird aus Kombinationen von Grenzkandidatenpunkten ausgewählt, um eine Leitlinie der Schneidkante zu erhalten. Als nächstes wird ein Differenzialbild der Schneidkante des Werkzeugs erlangt. Die Differenzialrichtung ist die Schneidkantenrichtung. Als nächstes werden nahe der Leitlinie Pixel in dem Differenzialbild, die einen großen Differenzialwert aufweisen, extrahiert und verbunden, um die Schneidkanten kontrolliert zu extrahieren.
- Patentliteratur 1: JP-A-H08-257876
- Patentliteratur 2: JP-A-H11-351835
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ZUSAMMENFASSUNG
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In Patentliteratur 1 ist eine Verschleißoberfläche jedoch dunkler als eine normale Oberfläche und es ist schwierig nur die Verschleißoberfläche selektiv zu erfassen. Aus diesem Grund ist es nicht einfach den Verschleißbetrag mit dem Verfahren gemäß Patentliteratur 1 automatisch zu messen.
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Wenn es gewünscht ist den Verschleißbetrag automatisch zu messen, ist es in Patentliteratur 2 gegeben der Tatsache denkbar den Verschleißbetrag zu erfassen, dass eine Verschleißoberfläche etwas dunkler als eine normale Oberfläche in dem Bild der Werkzeugschneidkante ist. Eine Grenze zwischen der Verschleißoberfläche und der normalen Oberfläche ist jedoch nicht eindeutig und die Schneidkantenkonturlinie, die als die Referenz zur Messung des Verschleißbetrags fungiert, wird nicht immer gefunden. Aus diesem Grund ist es schwierig den Verschleißbetrag akkurat zu erfassen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist das Bereitstellen einer Verschleißbetrag-Messvorrichtung und eines Verschleißbetrag-Messverfahrens, die in der Lage sind einen Verschleißbetrag einer Schneidkante eines Werkzeugs akkurat zu messen.
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In einem Beispiel der Offenbarung ist eine Verschleißbetrag-Messvorrichtung bereitgestellt, die umfasst: Eine lichtemittierende Einheit, die dazu eingerichtet ist, um Licht auf ein zu messendes Objekt zu emittieren, das eine Verschleißoberfläche aufweist; eine Abbildungseinheit, die dazu eingerichtet ist, um ein Bild des zu messenden Objekts zu erhalten; und eine Berechnungseinheit, die dazu eingerichtet ist, um einen Verschleißbetrag zu berechnen, indem die Verschleißoberfläche des zu messenden Objekts aus dem Bild spezifiziert wird, das von der Abbildungseinheit erhalten wird, wobei eine Positionsbeziehung zwischen der lichtemittierende Einheit, der Abbildungseinheit, und dem zu messenden Objekt derart eingestellt ist, dass, wenn ein zu messendes Stellvertreterobjekt, das eine Verschleißoberfläche aufweist, anstelle des zu messenden Objekts angeordnet ist, die lichtemittierende Einheit und die Abbildungseinheit eine spiegelnde Reflexionsbeziehung relativ zu der Verschleißoberfläche des zu messenden Stellvertreterobjekts aufweisen, und wobei die Berechnungseinheit den Verschleißbetrag berechnet, indem die Verschleißoberflächen auf der Grundlage eines Unterschiedes in der Helligkeit des Bildes spezifiziert wird.
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Die Verschleißbetrag-Messvorrichtung kann ferner eine Sichtwinkelanpassungseinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, um eine Steuerung durchzuführen, um einen Sichtwinkel der lichtemittierenden Einheit relativ zu dem zu messenden Objekt und dem zu messenden Stellvertreterobjekt zu verringern. Die Positionsbeziehung zwischen der lichtemittierenden Einheit, der Abbildungseinheit, und dem zu messenden Objekt wird wie oben beschrieben einfach eingestellt.
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Die Verschleißbetrag-Messvorrichtung kann ferner eine Vielzahl von lichtemittierenden Einheiten umfassen, die die lichtemittierende Einheit umfasst. In einer Verschleißbetrag-Messvorrichtung kann für jede der lichtemittierenden Einheiten die Positionsbeziehung zwischen der lichtemittieren Einheit, der Abbildungseinheit, und dem zu messenden Objekt derart eingestellt werden, dass, wenn das zu messende Stellvertreterobjekt, das die Verschleißoberfläche aufweist, anstelle des zu messenden Objekts platziert ist, die lichtemittierende Einheit und die Abbildungseinheit eine spiegelnde Reflexionsbeziehung relativ zu der Verschleißoberfläche des zu messenden Stellvertreterobjekts aufweisen. Ferner können Lichteinfallswinkel der Vielzahl von lichtemittierenden Einheiten relativ zu der Verschleißoberfläche des zu messenden Stellvertreterobjekts voneinander verschieden sein. Konsequenterweise kann die Verschleißoberfläche akkurat spezifiziert werden, selbst wenn die Verschleißoberflächen eine Vielzahl von Winkeln aufweist.
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In einem anderen Beispiel der Offenbarung ist ein Verschleißbetrag-Messverfahren bereitgestellt zum Berechnen eines Verschleißbetrags durch Emittieren von Licht auf ein zu messendes Objekt, das eine Verschleißoberfläche aufweist, Erhalten eines Bildes des zu messenden Objekts, und Spezifizieren der Verschleißoberfläche des zu messenden Objekts aus dem durch die Bildaufnahme erlangten Bildes, wobei das Verschleißbetrag-Messverfahren umfasst: Einstellen einer Lichtemittierungsrichtung und einer Abbildungsrichtung, um eine spiegelnde Reflexionsbeziehung relativ zu der Verschleißoberfläche des zu messenden Stellvertreterobjekts aufzuweisen; und Berechnen des Verschleißbetrags durch Spezifizieren der Verschleißoberfläche auf der Grundlage eines Unterschiedes in einer Helligkeit des Bildes.
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Bei dem Verschleißbetrag-Messverfahren kann das Einstellen der Lichtemittierungsrichtung und der Abbildungsrichtung zum Aufweisen des spiegelnden Reflexionsbeziehung relativ zu der Verschleißoberfläche des zu messenden Stellvertreterobjekts ein Durchführen einer Anpassung der Lichtemittierungsrichtung und der Abbildungsrichtung umfassen, um es der Verschleißoberfläche des zu messenden Stellvertreterobjekts zu ermöglichen hell abgebildet zu werden, wobei die Anpassung wiederholt wird, während ein Sichtwinkel von zu emittierendem Licht allmählich verringert wird.
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Bei dem Verschleißbetrag-Messverfahren kann Licht aus einer Vielzahl von Richtungen auf das zu messende Objekt emittiert werden, und für jede Vielzahl von Richtungen können die Lichtemittierungsrichtung und die Abbildungsrichtung eingestellt werden, um die spiegelnde Reflexionsbeziehung relativ zu der Verschleißoberfläche des zu messenden Stellvertreterobjekts aufzuweisen, wenn das zu messende Stellvertreterobjekt, das die Verschleißoberfläche aufweist, anstelle des zu messenden Objekts angeordnet ist. Ferner können Lichteinfallswinkel aus der Vielzahl von Richtungen relativ zu der Verschleißoberfläche des zu messenden Stellvertreterobjekts voneinander verschieden sein. Konsequenterweise kann die Verschleißoberfläche akkurat spezifiziert werden, selbst wenn die Verschleißoberfläche eine Vielzahl von Winkeln aufweist.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich eine Verschleißoberfläche eines zu messenden Objekts akkurat zu spezifizieren und einen Verschleißbetrag automatisch zu messen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Konfiguration einer Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
- 2 zeigt eine Konfiguration einer Sichtwinkelanpassungseinheit 6.
- 3 zeigt eine Anordnungsbeziehung zwischen einer Lichtquelle 1, einer Kamera 2, und einem Stellvertreterwerkzeug 7.
- 4 zeigt ein Beispiel eines abgenutzten Werkzeugs 4.
- 5A und 5B zeigen Fotografien einer Schneidkante einer abgenutzten Schaftfräse.
- 6 zeigt eine Konfiguration einer Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
- 7A bis 7D zeigen schematisch Zustände nahe einer Verschleißoberfläche, wenn eine Schneidkante eines abgenutzten Wälzfräser abgebildet ist.
- 8 zeigt eine Definition eines Sichtwinkels.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Hier im Folgenden sind spezifische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben, jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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1 zeigt eine Konfiguration einer Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung, die einen Verschleißbetrag einer Schneidkante des Werkzeugs 4 misst. Wie in 1 gezeigt umfasst die Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Lichtquelle 1, die Kamera 2, und eine Berechnungseinheit 3. Die Lichtquelle 1 entspricht einer lichtemittierenden Einheit der vorliegenden Offenbarung und die Kamera 2 entspricht einer Abbildungseinheit der vorliegenden Offenbarung. Das Werkzeug 4, das ein zu messendes Objekt ist, ist auf einer Plattform 5 angeordnet und ist drehbar und linear beweglich gelagert. Eine Position und eine Orientierung (Winkel) des Werkzeugs 4 sind durch die Plattform 5 angepasst, sodass Licht aus der Lichtquelle 1 auf die Schneidkante des Werkzeugs 4 emittiert wird.
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4 zeigt einen Zustand der abgenutzten Schneidkante des Werkzeugs 4. Wie in 4 gezeigt, wird eine Verschleißoberfläche 4a aufgrund eines Verschleißes der Schneidkante verursacht. In 4 zeigt eine gepunktete Linie eine Schneidkantenkammlinie vor einem Verschleiß. Die Verschleißoberfläche 4a weist einen Winkel auf, der sich von denen von anderen Oberflächen unterscheidet, die die Schneidkante ausbilden, wie beispielsweise einer Flankenfläche und einer Schneidfläche. Bei der Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Verschleißbetrag berechnet, indem ein Bereich der Verschleißoberfläche 4a durch eine Bildverarbeitung spezifiziert wird. Ein in der vorliegenden Spezifikation beschriebener Verschleiß umfasst nicht nur einen Verschleiß der Schneidkante des Werkzeugs 4, sondern ebenfalls einen durch Zerspanung, Deformation, und dergleichen verursachten Verschleiß, was einen unterschiedlichen Zustand einer Form zu der einer ursprünglichen Form bedeutet.
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Die Lichtquelle 1 ist eine Vorrichtung, die Licht auf die Schneidkante des Werkzeugs 4 emittiert. Die Wellenlänge des Lichts der Lichtquelle 1 ist willkürlich, solange es von dem Werkzeug 4 reflektiert werden kann und von der Kamera 2 aufgenommen werden kann. Licht, dessen Lichtemittierungsoberfläche 8 eine angemessene Größe aufweist, wird als das Licht der Lichtquelle 1 verwendet. Beispielsweise wird eine Lichtquelle mit einem Sichtwinkel von 5° oder mehr und 15° oder weniger als die Lichtquelle 1 verwendet. Solange der Sichtwinkel in dem Bereich liegt, kann der Verschleißbetrag des Werkzeugs 4 relativ genau gemessen werden. Hierbei, wie in 8 gezeigt, ist der Sichtwinkel der Lichtquelle 1 relativ zu dem Werkzeug 4 als ein Sichtwinkel zwischen L1 und L2 definiert, wobei L1 eine Mittelachse der Lichtemittierungsoberfläche 8 der Lichtquelle 1 ist, P ein Schnittpunkt von L1 und dem Werkzeug 4 ist, und L2 eine durchgezogene Linie ist, die einen Endabschnitt der Lichtemittierungsoberfläche 8 und den Punkt P verbindet. Der Sichtwinkel der Lichtquelle 1 relativ zu dem Stellvertreterwerkzeug 7, das später beschrieben ist, ist auf die gleiche Art und Weise definiert.
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Die Sichtwinkelanpassungseinheit 6 ist nahe einer lichtemittierenden Seite der Lichtquelle 1 bereitgestellt. Die Sichtwinkelanpassungseinheit 6 ist eine Vorrichtung, die eine Steuerung durchführt, um den Sichtwinkel von Licht, das von der Lichtquelle 1 emittiert wird, relativ zu dem Werkzeug 4 und dem Stellvertreterwerkzeug 7 zu verringern. Die Sichtwinkelanpassungseinheit 6 wird verwendet, um eine Positionsbeziehung zwischen der Lichtquelle 1, der Kamera 2, und dem Werkzeug 4 anzupassen, was später beschrieben ist.
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Zum Beispiel, wie in 2 gezeigt, ist die Sichtwinkelanpassungseinheit 6 eine Vorrichtung, die den Sichtwinkel durch Bedecken eines Vorsprungs der Lichtquelle 1 mit einem Zylinder 11 anpasst, dessen Öffnung einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der der lichtemittierenden Oberfläche ist. Die Sichtwinkelanpassungseinheit 6 kann ebenfalls eine Blende sein.
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Ein Minimalwert des Sichtwinkels der Lichtquelle 1 kann 2° oder weniger betragen, angepasst durch die Sichtwinkelanpassungseinheit 6. Das macht es einfach die Positionsbeziehung zwischen der Lichtquelle 1, der Kamera 2, und dem später beschriebenen Werkzeug 4 anzupassen.
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Die Kamera 2 ist eine Vorrichtung, die von der Schneidkante des Werkzeugs 4 reflektiertes Licht durch eine Linse sammelt und dann ein Bild unter Verwendung eines Abbildungssensors aufnimmt, wie beispielsweise eines CCD, um digitale Bilddaten zu erhalten.
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Die Positionsbeziehung zwischen der Lichtquelle 1, der Kamera 2, und dem Werkzeug 4 ist derart eingestellt, dass die Lichtquelle 1 und die Kamera 2 eine spiegelnde Reflexionsbeziehung relativ zu einer Verschleißoberfläche 7a des Stellvertreterwerkzeugs 7 aufweisen, wenn das Stellvertreterwerkzeug 7 anstelle des Werkzeugs 4 (siehe 3) platziert wird. Das heißt, die Lichtquelle 1 und die Kamera 2 sind derart angeordnet, dass ein Winkel, der durch eine Lichtemittierungsrichtung der Lichtquelle 1 relativ zu der Verschleißoberfläche 7a ausgebildet ist, gleich einem Winkel ist, der durch eine Abbildungsrichtung der Kamera 2 relativ zu der Verschleißoberfläche 7a ausgebildet ist. Hier ist das Stellvertreterwerkzeug 7 ein Werkzeug, dessen Schneidkante durch ein Verfahren wie beispielsweise einem tatsächlichen Verwenden abgenutzt ist, dieselbe Art von Werkzeug wie das Werkzeug 4. Eine Position, ein Bereich, und ein Winkel der Verschleißoberfläche 7a sind bekannt. Die Verschleißoberfläche 7a, die durch einen Verschleiß der Schneidkante verursacht wird, weist einen Winkel auf, der unterschiedlich zu denen von anderen Oberflächen ist, die die Schneidkante (zum Beispiel einer Schneidfläche oder einer Flankenfläche) ausbilden.
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Die Lichtquelle 1 und die Kamera 2 weisen nicht notwendigerweise eine strikt spiegelnde Reflexionsbeziehung relativ zu der Verschleißoberfläche 7a des Stellvertreterwerkzeugs 7 auf, und eine kleine Abweichung von der spiegelnden Reflexionsbeziehung ist erlaubt, solange die Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 akkurat spezifiziert werden kann. Beispielsweise kann 0,9 ≤ (02/01) ≤ 1,1 erfüllt sein, wobei 01 der Winkel ist, der durch die Lichtemittierungsrichtung aus der Lichtquelle 1 relativ zu der Verschleißoberfläche 7a ausgebildet ist, und 02 der Winkel ist, der durch eine Lichtempfangsrichtung der Kamera 2 relativ zu der Verschleißoberfläche 7a ausgebildet ist.
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Wenn es eine Winkelvariation auf der Verschleißoberfläche 7a des Stellvertreterwerkzeugs 7 gibt, wird die spiegelnde Reflexionsbeziehung zwischen der Lichtquelle 1 und der Kamera 2 relativ zu der Verschleißoberfläche 7a des Stellvertreterwerkzeugs 7 nicht einheitlich bestimmt. In solch einem Fall kann die spiegelnde Reflexionsbeziehung in nur einem Abschnitt der Verschleißoberfläche 7a etabliert sein. Insbesondere kann ein Gebiet, das eine spiegelnde Reflexion erfüllt, so breit wie möglich sein.
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Weil eine Positionsbeziehung zwischen der Lichtquelle 1, der Kamera 2, und dem Stellvertreterwerkzeug 7 wie oben beschrieben eingestellt ist, ist die Positionsbeziehung zwischen der Lichtquelle 1, der Kamera 2, und dem Werkzeug 4 derart eingestellt, dass die Lichtquelle 1 und die Kamera 2 eine spiegelnde Reflexionsbeziehung oder näherungsweise eine spiegelnde Reflexionsbeziehung relativ zu der Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 aufweisen. Beispielsweise ist die Positionsbeziehung zwischen der Lichtquelle 1, der Kamera 2, und dem Werkzeug 4 derart eingestellt, dass eine Lichtintensität von der Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 90% oder mehr relativ zu einer Lichtintensität von der Verschleißoberfläche 7a beträgt, wenn die Lichtquelle 1 und die Kamera 2 eine spiegelnde Reflexionsbeziehung relativ zu der Verschleißoberfläche 7a und dem Stellvertreterwerkzeug 7 aufweisen.
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Die Berechnungseinheit 3 ist mit der Kamera 2 verbunden und digitale Bilddaten der Schneidkante des Werkzeugs 4, die durch die Kamera 2 abgebildet wird, werden in die Berechnungseinheit 3 eingegeben. Die Berechnungseinheit 3 berechnet den Verschleißbetrag aus den Bilddaten. Die Berechnungseinheit 3 ist beispielsweise durch ein auf einem Computer installiertes Anwendungsprogramm implementiert. Der Verschleißbetrag ist beispielsweise als ein Maximalwert einer Breite einer Verschleißoberfläche in einer Richtung orthogonal zu einer Schneidkantenkammlinie vor einem Verschleiß definiert. Alternativ kann der Verschleißbetrag als ein verringertes Volumen oder eine verringerte Masse aufgrund eines Verschleißes definiert sein.
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Als nächstes ist ein Verfahren zum Berechnen des Verschleißbetrags der Schneidkante des Werkzeugs 4 unter Verwendung der Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Bei der Vorbereitung zur Messung des Verschleißbetrags des Werkzeugs 4 wird das Stellvertreterwerkzeug 7 auf der Plattform 5 anstelle des Werkzeugs 4 platziert und die Anordnung der Lichtquelle 1 wird angepasst. Als erstes werden eine Position und eine Orientierung der Kamera 2 fixiert, und eine Position und eine Orientierung des Stellvertreterwerkzeugs 7 werden durch die Plattform 5 derart angepasst, dass die Schneidkante des Stellvertreterwerkzeugs 7 in der Lichtempfangsrichtung der Kamera 2 lokalisiert ist. Die Orientierung der Kamera 2 kann derart fixiert sein, dass eine Oberfläche (beispielsweise eine Schneidoberfläche), die eine Schneidkantenkammlinie umfasst, parallel zu der Lichtempfangsrichtung der Kamera 2 ist, um eine Schätzung der Schneidkantenkammlinie des Werkzeugs 4 in dem nachfolgenden Schritt zu erleichtern. Als nächstes wird Licht aus der Lichtquelle 1 auf die Schneidkante des Stellvertreterwerkzeugs 7 emittiert. Der Sichtwinkel des Lichts der Lichtquelle 1 wird maximiert. Das heißt, der Sichtwinkel ist in einem Zustand, in dem die Sichtwinkelanpassungseinheit 6 den Sichtwinkel nicht anpasst. Dann wird die Schneidkante des Stellvertreterwerkzeugs 7 durch die Kamera 2 abgebildet. Hier werden eine Position und eine Orientierung der Lichtquelle 1 grob bestimmt, sodass die Verschleißoberfläche 7a der Schneidkante des Stellvertreterwerkzeugs 7 heller als andere Oberflächen ist, die Schneidkanten ausbilden.
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Als nächstes verringert die Sichtwinkelanpassungseinheit 6 leicht den Sichtwinkeln des Lichts der Lichtquelle 1. Dann wird die Schneidkante des Stellvertreterwerkzeugs 7 durch die Kamera 2 abgebildet. Die Position und die Orientierung der Lichtquelle 1 werden wieder angepasst, sodass die Verschleißoberfläche der Schneidkante des Stellvertreterwerkzeugs heller als andere Oberflächen ist.
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Die Position und die Orientierung der Lichtquelle 1 werden wiederholt angepasst, während der Sichtwinkel des Lichts von der Lichtquelle 1 durch die Sichtwinkelanpassungseinheit 6 allmählich verringert wird, und schließlich die Position und die Orientierung der Lichtquelle 1 an einen Zustand angepasst sind, indem der Sichtwinkel der Lichtquelle 1 durch die Sichtwinkelanpassungseinheit 6 minimiert ist. Demnach kann eine Anordnungsbeziehung zwischen der Lichtquelle 1 und der Kamera 2 relativ zu der Verschleißoberfläche 7a des Stellvertreterwerkzeugs 7 einfach auf eine spiegelnde Reflexionsbeziehung relativ zu der Verschleißoberfläche 7a des Stellvertreterwerkzeugs 7 eingestellt werden.
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Obwohl die Position und die Orientierung der Kamera 2 fixiert sind und nur die Position und die Orientierung der Lichtquelle 1 in dem ersten Ausführungsbeispiel angepasst werden, können die Position und der Winkel der Lichtquelle 1 fixiert sein und nur die Position des Winkels der Kamera 2 kann angepasst werden. Die Positionen und Winkel von sowohl der Lichtquelle 1 als auch der Kamera 2 können angepasst werden.
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Die Anordnungsbeziehung zwischen der Lichtquelle 1, der Kamera 2, und dem Stellvertreterwerkzeug 7 wird nicht notwendigerweise durch Verwendung der Sichtwinkelanpassungseinheit 6 wie oben beschrieben angepasst, und die Anordnungsbeziehung zwischen der Lichtquelle 1 und der Kamera 2 relativ zu der Verschleißoberfläche 7a des Stellvertreterwerkzeugs 7 kann durch jedes Verfahren angepasst werden, solange die Lichtquelle 1 und die Kamera 2 eine spiegelnde Reflexionsbeziehung relativ zu der Verschleißoberfläche 7a des Stellvertreterwerkzeugs 7 aufweisen.
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Als nächstes wird das Stellvertreterwerkzeug 7 von der Plattform 5 entfernt und das Werkzeug 4 zum tatsächlichen Messen des Verschleißbetrags wird auf der Plattform 5 angeordnet. Zu dieser Zeit sind die Position und die Orientierung des Werkzeugs 4 auf die gleiche Art und Weise wie die des Stellvertreterwerkzeugs 7 eingestellt. Die Positionen und Orientierungen der Lichtquelle 1 und der Kamera 2 wird nicht geändert. Daher weisen die Lichtquelle 1 und die Kamera 2 eine spiegelnde Reflexionsbeziehung oder eine annähernd spiegelnde Reflexionsbeziehung relativ zu der Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 auf.
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Der Sichtwinkel der Lichtquelle 1 wird durch die Sichtwinkelanpassungseinheit 6 angemessen angepasst. Allgemein weist die Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 eine Winkelvariation auf, und der Bereich der Verschleißoberfläche 4a wird berechnet, um schmaler als ein tatsächlicher Bereich zu sein, wenn der Sichtwinkel der Lichtquelle 1 minimiert wird. Als Folge davon kann der Bereich der Verschleißoberfläche 4a nicht ausreichend spezifiziert sein. In solch einem Fall kann der Bereich der Verschleißoberfläche 4a durch ein angemessenes Anpassen des Sichtwinkels der Lichtquelle 1 durch die Sichtwinkelanpassungseinheit 6 ausreichend spezifiziert werden. Der maximale Sichtwinkel (der Sichtwinkel der Lichtquelle 1) kann verwendet werden, ohne den Sichtwinkel durch die Sichtwinkelanpassungseinheit 6 zu steuern.
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Als nächstes wird die Schneidkante des Werkzeugs 4 durch die Kamera 2 abgebildet und ihre Bilddaten werden einer Bildverarbeitung durch die Berechnungseinheit 3 unterworfen, um die Verschleißoberfläche 4a zu berechnen.
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Weil die Positionsbeziehung zwischen der Lichtquelle 1, der Kamera 2, und dem Stellvertreterwerkzeug 7 derart eingestellt ist, dass die Lichtquelle 1 und die Kamera 2 eine spiegelnde Reflexionsbeziehung relativ zu der Verschleißoberfläche 7a des Stellvertreterwerkzeugs 7 aufweisen, ist hier ebenfalls die Positionsbeziehung zwischen der Lichtquelle 1, der Kamera 2, und dem Werkzeug 4 derart eingestellt, dass die Lichtquelle 1 und die Kamera 2 eine spiegelnde Reflexionsbeziehung oder eine annähernd spiegelnde Reflexionsbeziehung relativ zu der Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 aufweisen.
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Daher wird ein Großteil des Lichts von der Lichtquelle 1 durch die Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 reflektiert und zu der Kamera 2 emittiert, und die Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 wird hell abgebildet. Andererseits wird Licht, das von anderen Oberflächen (Nicht-Verschleißoberflächen, beispielsweise der Schneidfläche oder der Flankenflächen), die die Schneidkante des Werkzeugs 4 ausbilden, nicht zu der Kamera 2 emittiert und die anderen Oberflächen werden dunkel abgebildet. Daher wird die Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 ausreichend heller als die anderen Oberflächen abgebildet.
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Somit kann die Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 durch Extrahieren eines Unterschiedes in einer Helligkeit der Bilddaten durch einfache Bildverarbeitung identifiziert werden und der Verschleißbetrag kann automatisch gemessen werden.
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Beispielsweise kann eine Grenzlinie der Verschleißoberfläche 4a durch Extrahieren eine Grenzlinie des Unterschiedes in der Helligkeit durch eine Bildverarbeitung, wie beispielsweise einer Differenzierung, identifiziert werden und demnach kann die Verschleißoberfläche 4a identifiziert werden. Dann wird die Schneidkantenkammlinie vor einem Verschleiß durch ein Fitten, bzw. Einpassen einer durchgezogenen Linie geschätzt und der Verschleißbetrag kann als ein Maximalwert der Breite der Verschleißoberflächen 4a in der Richtung orthogonal zu der Schneidkantenkammlinie berechnet werden. Es ist ebenfalls möglich einen Oberflächenzustand der Verschleißoberfläche 4a durch Messen einer Leuchtdichteverteilung oder dergleichen in der Verschleißoberfläche 4a zu messen.
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Wenn der Sichtwinkel der Lichtquelle 1 durch die Sichtwinkelanpassungseinheit 6 verringert wird, kann der Bereich der Verschleißoberflächen 4a spezifiziert werden, um aufgrund der Winkelvariation der Verschleißoberfläche 4a schmaler als der tatsächliche Bereich zu sein. Daher kann eine Änderung in dem Bereich der Verschleißoberfläche 4a durch ein allmähliches Vergrößern des Sichtwinkels der Lichtquelle 1 durch die Sichtwinkelanpassungseinheit 6 berechnet werden, und die Verschleißoberfläche 4a, wenn die Änderung in der Verschleißoberfläche 4a konstant ist, kann als der tatsächliche Bereich der Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 spezifiziert werden.
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Gemäß der Verschleißbetrag-Messvorrichtung aus dem ersten Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben, kann die Verschleißoberfläche 4a, die durch einen Verschleiß der Schneidkante des Werkzeugs 4 verursacht wird, derart abgebildet werden, um heller als andere Oberflächen zu sein, und kann durch eine einfache Bildverarbeitung identifiziert werden. Somit kann der Verschleißbetrag des Werkzeugs 4 mit hoher Genauigkeit automatisch gemessen werden.
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Als nächstes ist ein Ergebnis eines Abbildens eines Verschleißteils des Werkzeugs 4 unter Verwendung der Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Das Werkzeug 4 und das Stellvertreterwerkzeug 7 sind Schaftfräsen.
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5A und 5B sind Fotografien von der abgenutzten Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4.5A zeigt einen Fall, bei dem die Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 unter Verwendung der Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel abgebildet wird, in dem die Lichtquelle 1, die Kamera 2, und das Stellvertreterwerkzeug 7 eine spiegelnde Reflexionsanordnung aufweisen und 5B zeigt einen Fall, bei dem die Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 abgebildet wird, indem die Lichtquelle 1, die Kamera 2, und das Stellvertreterwerkzeug 7 keine spiegelnde Reflexionsanordnung aufweisen.
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Wie in 5A gezeigt, weil die Lichtquelle 1 und die Kamera 2 eine Positionsbeziehung von spiegelnder Reflexion oder annähernd spiegelnder Reflexion relativ zu der Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 aufweisen, wird die Verschleißoberfläche 4a heller als die anderen Oberflächen abgebildet, die die Schneidkante ausbilden. Somit kann der Bereich der Verschleißoberfläche 4a durch einfache Bildverarbeitung spezifiziert werden und eine automatische Messung des Verschleißbetrags kann implementiert werden.
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In 5B andererseits, weil die Lichtquelle 1 und die Kamera 2 keine spiegelnde Reflexionsanordnung relativ zu der Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 aufweisen, werden die anderen Oberflächen, die die Schneidkante ausbilden, heller als die Verschleißoberfläche 4a abgebildet und es ist schwierig die Verschleißoberfläche 4a zu spezifizieren.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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6 zeigt eine Konfiguration einer Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Wie in 6 gezeigt, umfasst die Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zwei Lichtquellen 1 in der Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und die Sichtwinkelanpassungseinheit 6 ist nahe der lichtemittierenden Seite von jeder der zwei Lichtquellen bereitgestellt. Andere Konfigurationen sind die gleichen wie die der Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die zwei Lichtquellen 1 werden hier im Folgenden als die Lichtquellen 1A, 1B bezeichnet.
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Positionsbeziehungen zwischen den Lichtquellen 1A, 1B, der Kamera 2, und dem Werkzeug 4 sind für jede der Lichtquellen 1A, 1B die gleichen, wie die des ersten Ausführungsbeispiels. Das heißt, die Anordnungsbeziehung zwischen der Lichtquelle 1A, der Kamera 2, und dem Werkzeug 4 ist derart eingestellt, dass die Lichtquelle 1A und die Kamera 2 eine spiegelnde Reflexionsanordnung relativ zu der Verschleißoberfläche 7a des Stellvertreterwerkzeugs 7 aufweisen, wenn das Stellvertreterwerkzeug 7 anstelle des Werkzeugs 4 angeordnet ist. Die Anordnungsbeziehung zwischen der Lichtquelle 1B, der Kamera 2, und dem Werkzeug 4 ist derart eingestellt, dass die Lichtquelle 1B und die Kamera 2 eine spiegelnde Reflexionsanordnung relativ zu der Verschleißoberfläche 7a des Stellvertreterwerkzeugs 7 aufweisen, wenn das Stellvertreterwerkzeug7 anstelle des Werkzeugs 4 angeordnet ist. Ferner ist ein Lichteinfallswinkel von der Lichtquelle 1A relativ zu der Verschleißoberfläche 7a des Stellvertreterwerkzeugs 7 unterschiedlich zu einem Lichteinfallswinkel von der Lichtquelle 1B. Alternativ können Einfallsoberflächen voneinander verschieden sein.
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Gemäß der Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 durch einfache Bildverarbeitung identifiziert werden und ein Verschleißbetrag des Werkzeugs 4 kann akkurat mit hoher Genauigkeit gemessen werden, ähnlich zu der Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Weil der Lichteinfallswinkel der Lichtquelle 1A relativ zu der Verschleißoberfläche 7a des Stellvertreterwerkzeugs 7 unterschiedlich zu dem Lichteinfallswinkel der Lichtquelle 1B ist, kann ein Bereich der Verschleißoberfläche 4a genau gemessen werden, selbst wenn die Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 eine Vielzahl von Oberflächen mit unterschiedlichen Winkeln aufweist.
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Obwohl die Anzahl von Lichtquellen 1 in der Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zwei beträgt, können drei oder mehr Lichtquellen verwendet werden. In diesem Fall können Lichteinfallswinkel der Lichtquellen 1 relativ zu der Verschleißoberfläche 7a des Stellvertreterwerkzeugs 7 voneinander verschieden sein. Es kann jedoch schwierig sein die Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 derart abzubilden, um ausreichend heller als andere Oberflächen zu sein, wenn die Anzahl der Lichtquellen 1 zu groß ist. Daher kann die Anzahl der Lichtquellen 1 drei oder weniger sein.
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Als nächstes ist ein Ergebnis eines Abbildens eines Verschleißteils des Werkzeugs 4 unter Verwendung der Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. Das Werkzeug 4 und das Stellvertreterwerkzeug 7 sind Wälzfräsen.
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7A bis 7D zeigen schematisch Zustände nahe der Verschleißoberfläche 4a, wenn die abgenutzte Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 abgebildet wird. 7A zeigt eine schematische Ansicht eines Falles, in dem Licht aus der Lichtquelle 1 auf einer linken Seite der zwei Lichtquellen 1 emittiert wird und nicht von der Lichtquelle 1 auf einer rechten Seite emittiert wird, um ein Bild unter Verwendung der Verschleißbetrag-Messvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aufzunehmen. 7B zeigt eine schematische Ansicht eines Falles, in dem Licht von der Lichtquelle 1 auf der rechten Seite emittiert wird und nicht von der Lichtquelle 1 auf der linken Seite emittiert wird, um ein Bild aufzunehmen, was im Gegensatz zu 7A steht. 7C zeigt eine schematische Ansicht eines Falles, in dem Licht von den zwei Lichtquellen 1 emittiert wird, um ein Bild aufzunehmen. 7D zeigt eine schematische Ansicht eines Falles, in dem Licht durch eine koaxiale Ringbeleuchtung anstelle von zwei Lichtquellen 1 emittiert wird.
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Wenn nur Licht von der Lichtquelle 1 auf der linken Seite emittiert wird, ist wie in 7A gezeigt zu sehen, dass ein Gebiet auf einer linken Seite der Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 heller als andere Oberflächen abgebildet ist, aber ein Gebiet auf einer rechten Seite der Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 ist dunkel und die Verschleißoberfläche 4a kann nicht genau identifiziert werden.
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Wenn nur Licht von der Lichtquelle 1 auf der rechten Seite emittiert wird, ist wie in 7B gezeigt zu sehen, dass das Gebiet auf der rechten Seite der Verschleißoberfläche 4a Werkzeugs 4 heller als andere Oberflächen abgebildet ist, aber das Gebiet auf der linken Seite der Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 ist dunkel und die Verschleißoberfläche 4a kann nicht genau identifiziert werden.
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Wenn Licht von sowohl der linken als auch der rechten Lichtquelle 1 emittiert wird, wird die gesamte Verschleißoberfläche 4a, wie in 7C gezeigt, abgebildet und andere Oberflächen der Schneidkante sind dunkel abgebildet. Somit kann die gesamte Verschleißoberfläche 4a durch einfache Bildverarbeitung genau spezifiziert werden und eine automatische Messung des Verschleißbetrags kann implementiert werden.
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Wie in 7D gezeigt, wenn die koaxiale Ringbeleuchtung verwendet wird, wird die Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 dunkel abgebildet und eine vordere Flankenfläche wird hell abgebildet. Somit ist es schwierig die Verschleißoberfläche 4a zu spezifizieren. Das liegt daran, weil wenn die koaxiale Ringbeleuchtung als eine Lichtquelle verwendet wird, die Lichtquelle und die Kamera 2 keine spiegelnde Reflexionsbeziehung relativ zu der Verschleißoberfläche 4a des Werkzeugs 4 aufweisen.
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In den Ausführungsbeispielen ist das zu messende Objekt ein Werkzeug und jedes Werkzeug kann verwendet werden. Die vorliegende Offenbarung kann verwendet werden um einen Verschleißbetrag eines Werkzeugs, das folgendes ausführt, zu messen: Beispielsweise eine Drehbearbeitung, eine Schälbearbeitung, eine Kantenbearbeitung, und eine Bohrbearbeitung. Die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt den Verschleißbetrag eines Werkzeugs zu messen und kann den Verschleißbetrag von jedem abgenutzten Objekt messen. Beispielsweise kann der Verschleißbetrag einer Form bzw. einer Gussform gemessen werden.
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Die Verschleißbetrag-Messvorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann verwendet werden, um den Verschleißbetrag eines Werkzeugs vorherzusagen, einen Ersetzungszeitpunkt eines Werkzeugs zu bestimmen, und einen Oberflächenzustand einer Verschleißoberfläche eines Werkzeugs zu beobachten.
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Eine Verschleißbetrag-Messvorrichtung umfasst: Eine lichtemittierende Einheit, die dazu eingerichtet ist, um Licht auf ein zu messendes Objekt mit einer Verschleißoberfläche zu emittieren; eine Abbildungseinheit, die dazu eingerichtet ist, um ein Bild des Objekts zu erhalten; und eine Berechnungseinheit, die dazu eingerichtet ist, um einen Verschleißbetrag durch Spezifizieren einer Verschleißoberfläche des Objekts aus dem erhaltenen Bild zu berechnen. Eine Positionsbeziehung zwischen der lichtemittierenden Einheit, der Abbildungseinheit, und dem Objekt ist derart eingestellt, dass, wenn ein zu messendes Stellvertreterobjekt mit einer Verschleißoberfläche anstelle des Objekts angeordnet ist, die lichtemittierende Einheit und die Abbildungseinheit eine spiegelnde Reflexionsbeziehung relativ zu der Verschleißoberfläche des Stellvertreterobjekts aufweisen. Die Berechnungseinheit berechnet den Verschleißbetrag durch Spezifizieren der Verschleißoberfläche auf der Grundlage eines Unterschiedes in einer Helligkeit des Bildes.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP H08257876 A [0004]
- JP H11351835 A [0004]
