JP2005088176A - 極細工作具の測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工機械における極細工作具の位置制御原点の決定、その径及び回転ぶれの検出を精度良く行なうことを可能にする。
【解決手段】加工機械１００の極細工作具１４１の先端部分を含む所定視野範囲を撮影して画像信号を生成する撮影手段３００と、該画像信号を２値画像データに変換する画像データ生成手段（Ｓ２）と、該２値画像データをメモリに展開し、該２値画像データを処理する画像処理手段とを有し、前記画像処理手段は、前記所定視野範囲における所定座標軸方向での所定位置を仮想原点として設定し、該仮想原点を設定した旨を前記加工機械に通知する仮想原点設定手段（Ｓ５、Ｓ６）と、前記所定軸方向における２値画像データの変化位置に基づいて前記極細工作具の先端位置を検出する先端位置検出手段（Ｓ７）と、前記仮想原点と前記先端位置との差分を演算して、該差分を前記加工機械に通知する位置差分検出手段（Ｓ８）とを有する構成となる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、本発明は、加工機械にセットされたドリル、エンドミル等の極細工作具の測定装置に関する。

近年、直径１０μm〜１００μm程度の穴を公差数μmの精度で加工することのできる穴あけ加工機械が実現されている（例えば、非特許文献１参照）。また、この加工機械におけるドリルの位置合わせの分解能も１μm以下を実現している。このような加工機械では、穴あけ加工に用いるドリルが極細（１０μm〜１００μm径）となるため、ドリルがワークに衝突してしまうと容易に破損してしまう。このため、ドリル先端の位置（Ｚ軸（高さ）方向の位置）を正確に制御することが重要である。加工機械におけるドリルの位置合わせの分解能は十分であることから、ドリル先端の正確な位置制御を行なうためには、加工機械における座標系でのドリル先端位置の正確な捕捉が必要である。また、加工精度を維持するためには、そのドリルの直径、及び回転時のドリルのぶれを監視する必要がある。

このような要求に対して、従来、レーザ光を用いた測定装置がある。加工機械における座標系でのドリル先端位置を捕捉する場合、この測定装置では、図１０に示すように、加工機械の基台（Ｘ−Ｙ平面）から所定高さの位置（Ｚ方向位置）を前記基台に平行となるように進むレーザビーム光２０に対してドリル１０の先端部を進入させる。そして、レーザビーム光２０がドリル１０の先端部分にて遮断されたことを受光素子にて検出したときにその検出信号が加工機械に送られる。加工機械は、この検出信号を入力したときの制御位置（Ｚ軸方向位置）をドリル１０の先端位置として捕捉する。以後、加工機械は、自機の座標系において前述したように捕捉したドリル１０の先端位置を基準（原点）にしてドリル１０の先端位置の位置制御を精度よく行なうことができる。
日刊工業新聞社 日刊工業新聞平成１５年６月２６日付け記事

しかし、前述したようなレーザビーム光２０を用いた測定装置では、レーザビーム光２０の断面が真円ではなく、縦方向ａ、横方向ｂとなる楕円であること、迷光２２が存在すること、レーザビーム光２０の光軸内のパワー分布が不規則であること、ドリル１０のＸ−Ｙ方向（横方向）のずれによりドリル１０の先端部によるレーザビーム光２０に対する遮光条件が変わることなど、からドリル１０の先端位置を十分正確に捕捉することができないことから、加工機械でのドリル１０の位置制御における原点を十分正確に設定することができない。

例えば、直径５０μmのドリル１０に対して縦方向ａ＝３０μm、横方向ｂ＝１５μmの楕円となるレーザビーム光２０を用いて測定した場合、ドリル１０の先端の捕捉位置は１００μmのバラつきが生じた（１００回の繰り返し測定）。従って、従来、前述したように、数μmの精度でドリル１０の先端位置を捕捉する場合、経験豊かな作業者の勘に基づいた手作業により微調整を行なうことしかできなかった。

本発明は、前述したような従来の測定装置の問題を解決するためになされたものであって、加工機械における極細工作具の位置制御原点の決定、その径及び回転ぶれの検出を更に精度良く行なうことのできる測定装置を提供するものである。

本発明に係る極細工作具の測定装置は、加工機械の極細工作具の先端部分を含む所定視野範囲を撮影して画像信号を生成する撮影手段と、該撮影手段にて得られた画像信号を２値画像データに変換する画像データ生成手段と、該画像データ生成手段にて生成された２値画像データを所定のメモリに展開し、該２値画像データを処理する画像処理手段とを有し、前記画像処理手段は、前記メモリ上での前記所定視野範囲における所定座標軸方向での所定位置を仮想原点として設定し、該仮想原点を設定した旨を前記加工機械に通知する仮想原点設定手段と、前記所定軸方向における２値画像データの変化位置に基づいて前記極細工作具の前記所定軸方向における先端位置を検出する先端位置検出手段と、前記仮想原点と前記先端位置検出手段にて検出された先端位置との差分を演算して、該差分を前記加工機械に通知する位置差分検出手段とを有する構成となる。

このような構成により、仮想原点設定の通知を受けた加工機械は、その時点での極細工作具の所定座標軸方向における制御位置を仮想原点として認識することができる。そして、加工機械は、更に、前記仮想原点と前記極細工作具の前記所定座標軸方向における先端位置との差分の通知を受けると、前記仮想原点として認識した制御位置にその差分を加味して得られる制御位置を前記極細工作具の前記所定軸方向における位置制御の原点として認識することができる。

前記仮想原点、前記先端位置及びそれらの差分は、メモリ上に展開される２値画像データからピクセル（画素）の分解能をもって決定され得る。高倍率及び高解像度の撮影手段を用いることにより、その視野範囲及び解像度に応じて１ピクセル（画素）当たりの長さを数μm以下にすることができる。従って、前記仮想原点の位置、先端位置及びそれらの差分を数μm以下の分解能をもって決定することができることとなる。

また、本発明に係る極細工作具の測定装置は、加工機械の極細工作具の先端部分を含む所定視野範囲を撮影して画像信号を生成する撮影手段と、該撮影手段にて得られた画像信号を２値画像データに変換する画像データ生成手段と、該画像データ生成手段にて生成された２値画像データを所定のメモリに展開し、該２値画像データを処理する画像処理手段とを有し、前記画像処理手段は、前記メモリ上での前記所定視野範囲における所定座標軸方向での所定位置を仮想原点として設定し、該仮想原点を設定した旨を前記加工機械に通知する仮想原点設定手段と、前記所定軸方向における２値画像データの変化位置に基づいて前記極細工作具の前記所定軸方向における先端位置を検出する先端位置検出手段と、前記加工機械にて前記極細工作具を前記所定軸方向に移動させる過程で、前記先端位置検出手段にて検出される先端位置が前記仮想原点に一致したか否かを判定する判定手段と、前記先端位置が前記仮想原点に一致したとの判定が前記判定手段にてなされたときに、その旨を前記加工機械に通知する原点検出手段とを有する構成となる。

このような構成により、仮想原点設定の通知を受けた加工機械は、その時点での極細工作具の所定座標軸方向における制御位置を仮想原点として認識することができる。そして、加工機械は、更に、極細工作具の先端位置が前記仮想原点に一致したとの通知を受けると、前記仮想原点として認識した制御位置から更に前記極細工作具を所定軸方向に移動させた位置制御位置を前記極細工作具の先端位置として捕捉することができ、その制御位置を前記極細工作具の位置制御の原点として認識することができる。

この場合も、前記仮想原点及び前記先端位置は、メモリ上に展開される２値画像データからピクセル（画素）の分解能をもって決定することができる。高倍率及び高解像度の撮影手段を用いることにより、その視野範囲及び解像度に応じて１ピクセル（画素）当たりの長さを数μm以下にすることができる。従って、前記仮想原点の位置及び先端位置を数μm以下の分解能をもって決定することができることとなる。

更に、本発明に係る極細工作具の測定装置は、前記仮想原点設定手段が、メモリ上に展開される２値画像データから得られる前記極細工作具の画像部分の形状に基づいて、該画像部分の近傍位置を仮想原点として決定する構成とすることができる。

このような構成により、２値画像データから得られる極細工作具の画像部分の近傍に仮想原点が設定されることから、メモリ上において前記極細工作具の先端位置と仮想原点との距離を極力小さくすることができる。従って、仮想原点と先端位置との差分に係る測定誤差を小さくすることができ、また、前記先端位置と仮想原点との一致判定を効率的に行うことができることとなる。

本発明に係る極細工作具の測定装置は、加工機械において回転される極細工作具の所定部分を含む所定視野範囲を撮影して画像信号を生成する撮影手段と、該撮影手段にて得られた画像信号を２値画像データに変換する画像データ生成手段と、該画像データ生成手段にて生成された画像データを所定のメモリに展開し、該２値画像データを処理する画像処理手段とを有し、前記画像処理手段は、前記極細工作具の回転軸に垂直な方向における前記２値画像データの変化位置に基づいて前記極細工作具の前記回転軸に垂直な方向における幅を検出する幅検出手段を有する構成となる。

このような構成により、極細工作具が回転している状態で得られた２値画像データから前記極細工作具の回転軸に垂直な方向における幅を検出することができる。

メモリ上における前記２値画像データの変化位置はピクセル（画素）の分解能をもって決定することができる。高倍率及び高解像度の撮像手段を用いることにより、その視野範囲及び解像度に応じて１ピクセル（画素）当たりの長さを数μm以下にすることができる。従って、前記極細工作具の幅を数μm以下の分解能をもって検出することができることとなる。

また、本発明に係る極細工作具の測定装置は、加工機械において回転される極細工作具の所定部分を含む所定視野範囲を撮影して画像信号を生成する撮影手段と、該撮影手段にて得られた画像信号を２値画像データに変換する画像データ生成手段と、該画像データ生成手段にて生成された２値画像データを所定のメモリに展開し、該２値画像データを処理する画像処理手段とを有し、前記画像処理手段は、前記極細工作具の回転軸に垂直な方向における前記２値画像データの変化位置に基づいて回転軸の位置を検出する回転位置検出手段と、複数のタイミングで得られた複数の２値画像データから前記回転位置検出手段にて検出された複数の回転軸の位置の変化範囲を検出する回転ぶれ検出手段とを有する構成となる。

このような構成により、極細工作具が回転している状態で得られた複数の２値画像データから回転軸の位置が複数検出され、その複数得られた回転軸の位置の変化範囲から極細工作具の回転ぶれを検出することができる。

この場合も、メモリ上に展開される２値画像データの変化位置はピクセル（画素）の分解能をもって決定することができるので、前記回転ぶれについてもそのピクセル（画素）の分解能をもって検出することができることとなる。

更に、本発明に係る極細工作具の測定装置は、前記撮影手段が、前記極細工作具の先端部分または所定部分に対して平行光線を照射する光源と、前記平行光線をバックライトとした前記極細工作具の先端部分または所定部分の影を撮影して前記画像信号を生成するカメラ手段とを有する構成とすることができる。

このような構成により、極細工作具の先端部分または所定部分の影に対応した画像部分を含む２値画像データを得ることができる。そして、その２値画像データの変化位置が前記画像部分の縁となることから、その変化位置に基づいて前記極細工作具の先端位置、幅、回転軸の位置を検出することが可能となる。

本発明に係る極細工作具の測定装置によれば、メモリに展開された極細工作具の先端部分または所定部分に対応した画像部分を含む２値画像データからピクセル（画素）の分解能をもって、前記極細工作具の先端位置、幅、及び回転軸の位置を検出することができるので、加工機械における極細工作具の位置制御原点の決定、径及び回転ぶれの検出を更に精度良く行なうことのできる測定装置を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

本発明に係る極細工作具の測定装置が適用される加工機械の概略構成は、図１に示すようになっている。

図１において、この加工機械１００は、穴あけ加工機であり、基台１１０上にＸ軸方向、Ｙ軸方向で移動自在となるワークテーブル１２０が設けられている。ワークテーブル１２０の上方には、回転及び上下動可能となるドリルチャック１３０が設けられている。ドリルチャック１３０によりドリル１４０のチャッキング部１４１がチャッキングされ、チャッキング部１４１に続くドリル本体１４１がワーキングテーブル１２０に対して垂直に（Z軸方向に水平に）セットされる。ワーキングテーブル１２０上には、被加工体となるワーク２００がセットされており、チャッキング１３０を回転させながら下降させることにより、ドリル本体１４１がワーク２００に対して穴あけ加工を行なう。ドリル本体１４１の直径は、例えば、５０μmであり、ワーク２００に対して５０μmの穴あけ加工がなされる。

基台１１０上の所定位置には、測定ユニット３００が設置されている。測定ユニット３００は、図２に示すように構成されている。

図２において、この測定ユニット３００は、高輝度LEDにて平行光線を出力する光源装置３０１、レンズユニット３０２、ＣＣＤカメラ３０３、コネクタ３０４及びカメラケーブル３０５を備えている。レンズユニット３０２は、高倍率のレンズ系で構成され、ＣＣＤカメラ３０３の受光面に対して例えば、４４８μm×３８８μmの視野範囲の画像を結像させる。光源装置３０１は、出力される平行光線がワークテーブル１２０の面（Ｘ−Ｙ平面）に平行となるように基台１１０上にセットされる。ＣＣＤカメラ３０３は、高解像度のＣＣＤを備え、例えば、１０２４×７６０ピクセル（画素）の解像度を有する。ＣＣＤカメラ３０３は、受光面に結像される前記視野範囲の画像に対応した画像信号を出力する。この画像信号は、ピクセル（画素）毎の多階調（例えば、２５６階調）輝度信号となる。

光源装置３０１とレンズユニット３０２との間にドリル本体１４１の先端部分が位置づけられた状態で光源装置３０１からの平行光線が出力されると、その平行光線をバックライトとしたドリル本体１４１の先端部分の影（外形形状を表す）に対応した画像部分を含む前記視野範囲の画像がＣＣＤカメラ３０２の受光面に結像される。そして、ドリル本体１４１の先端部分を含む前記結像画像に対応した画像信号がＣＣＤカメラ３０２からコネクタ３０４及びカメラケーブル３０５を介して処理ユニット３５０に供給される。処理ユニット３５０は、その画像信号を処理して、加工機械１００に対して所定の信号及びデータを送る。

処理ユニット３５０は、図３に示す手順に従って処理を実行する。

光源装置３０１とレンズユニット３０２との間にドリル本体１４１の先端部分が位置づけられた状態で光源装置３０１から平行光線が出力されると（バックライト点灯：Ｓ１）、処理ユニット３５０は、ＣＣＤカメラ３０３からの画像信号に基づいてドリル本体１４１のドリル２値画像捕捉処理を行なう。このドリル２値画像捕捉処理では、ＣＣＤカメラ３０３からのピクセル毎の多階調輝度信号（画像信号）が所定の閾値で２値化されてピクセル毎の２値画像データに変換され、その２値画像データが内部メモリに展開される。その結果、図４に示すように、光源装置３０１からの平行光線（バックライト）にて得られるドリル本体１４１先端部分の影に対応した画像部分Ｉ_Dを視野範囲Ｅ_Vの他の画像部分から区別して表す２値画像データがメモリ上に展開される。これにより、測定ユニット３００は、ドリル本体１４１の２値画像を捕捉することとなる。

前記ドリル２値画像捕捉処理が終了すると、処理ユニット３５０は、前記メモリ上に展開された２値画像データに基づいて、図５に示すように、その２値画像Ｉ_D化されたドリル本体１４１の先端部分の先端角αを演算することが可能であるか否かを判定し（Ｓ３）、可能である場合には（Ｓ３でＹＥＳ）、その先端角αを演算する。次いで、処理ユニット３５０は、その演算された先端角αに合わせてドリル本体１４１の先端に沿った仮想ラインＡ１、Ａ２を設定し（Ｓ４）、その仮想ラインＡ１、Ａ２の交点のＺ軸方向の座標値を仮想原点Ｃとして演算する（Ｓ５）。その結果、２値画像Ｉ_D化されたドリル本体１４１の先端部分の極めて近傍に仮想原点Ｃが設定されることとなる。処理ユニット３５０は、この時点で、仮想原点Ｃの決定信号を加工機械１００に送る（Ｓ６）。この仮想原点Ｃの決定信号を受信した加工機械１００は、その時点で、自機におけるドリル１４０のＺ軸方向の制御位置を仮想原点として認識する。

次いで、処理ユニット３５０は、前記仮想ラインＡ１、Ａ２に挟まれたドリル本体１４１に対応する画像部分Ｉ_Dに対してＺ軸方向に１ピクセルずつずらしながらライン走査（図５における破線参照）を実行する（ラインセンサスキャン：Ｓ７）。このライン走査の過程で、処理ユニット３５０は、Ｚ軸方向において２値画像データが変化した位置（例えば、黒レベルから白レベル）の１ピクセル前の位置Ｂ（最下端位置）を先端位置として検出し、前記仮想原点Ｃとその検出した先端位置Ｂとの差分値を補正値として演算する（Ｓ８）。処理ユニット３５０は、その差分値を原点補正値として加工機械１００に供給する（Ｓ９）。その後、光源装置３０１からの平行光線の出力が停止（バックライト消灯）され（Ｓ１０）、処理が終了する。

前記差分値を処理ユニット１００から入力した加工機械１００は、前述したように仮想原点として認識したドリル１４０の制御位置に対してその差分値を加味（加算、または、減算）することにより得られるＺ軸方向の制御位置をドリル１４０の位置制御の原点として認識する。その後、加工機械１００は、その認識した原点を基準にしてドリル１４０のＺ軸方向の位置制御を行なう。

なお、前述した処理において、ドリル本体１４１の先端の破損、磨耗などで、前記２値画像I_D化されたドリル本体１４１の先端角αの演算が不可能であるとの判定がなされると（Ｓ３でＮＯ）、処理ユニット３５０は、所定の異常信号を出力して処理を終了する。例えば、この異常信号に基づいた警報等により、加工機械１００の作業者は、ドリル１４０の異常を知ることができる。

前述したような測定ユニット３００及び処理ユニット３５０（測定装置）では、前記仮想原点Ｃ、先端位置Ｂ及びそれらの差分値が、メモリ上に展開される２値画像データからピクセル（画素）の分解能をもって決定されることとなる。レンズユニット３０２による視野範囲が、例えば、４４８μm×３８８μmであり、ＣＣＤカメラ３０３の解像度が、例えば、１０２４×７６０ピクセルとなることから、メモリ上の縦方向（Ｚ軸方向）における１ピクセル当たりの長さは、０．４９５μmとなる。従って、この場合、前記仮想原点C、ドリル本体１４１の先端位置Ｂ及びそれらの差分値は、０．４９５μmの分解能をもって決定することができる。その結果、前記差分値に基づいて加工機械１００は、ドリル本体１４１の位置制御の原点をより正確に認識することができる。

なお、図３に示す手順に従った処理において、仮想原点Ｃは、図５に示すように、ドリル本体１４１の画像部分Ｉ_Dの仮想ラインＡ１、Ａ２の交点をＺ軸方向の仮想原点Ｃとしたが、この仮想原点Ｃは、視野範囲に対応した画像中におけるＺ方向の任意の位置に設定することができる。ただし、前記仮想ラインＡ１、Ａ２の交点を仮想原点Ｃとした場合、ドリル本体１４１の先端部分に対応した２値画像部分Ｉ_Dの近傍に仮想原点Ｃが設定されるので、その先端位置Ｂと仮想原点Ｃとの差分値が比較的小さい値となり、その誤差も小さくすることができる。また、その先端位置Ｂを仮想原点Ｃに位置づける場合のドリル１４０の移動量も小さくなることから、その先端位置Ｂを仮想原点Ｃに効率的に位置づけることができる。

加工機械１００において、前述したように認識した原点を基準にして１４０の位置制御がなされ、ワーク２００に対する穴あけ加工が行なわれる。その加工中の適当なタイミングで、ドリル本体１４１の先端位置の捕捉処理が行なわれる。これにより、ドリル本体１４１の先端が磨耗しても、ドリル１４０の位置制御の原点を常に正確に把握することができることとなる。この加工中における捕捉処理は、図３に示す手順に従ってもよいが、例えば、図６に示す手順に従って処理ユニット３５０が実行する。

図６において、光源装置３０１とレンズユニット３０２との間にドリル本体１４１の先端部分が位置づけられた状態で光源装置３１０から平行光線が出力されると（Ｓ２１）、処理ユニット３５０は、前述した処理（図３のＳ２参照）と同様に、ＣＣＤカメラ３０３から供給される画像信号を２値画像データに変換して内部メモリに展開する（ドリル２値画像捕捉処理：Ｓ２２）。その後、処理ユニット３５０は、前記メモリ上に展開された２値画像データに基づいて、２値画像Ｉ_D化されたドリル本体１４１の先端部分の先端角αを演算することが可能であるか否かを判定し（Ｓ２３）、可能である場合には（Ｓ２３でＹＥＳ）、その先端角αを演算する。そして、処理ユニット３５０は、その先端角αに合わせてドリル本体１４１の先端に沿った仮想ラインＡ１、Ａ２を設定し（図５参照）、それら仮想ラインＡ１、Ａ２に挟まれたドリル本体１４１に対応する画像部分Ｉ_Dに対してＺ軸方向に１ピクセルずつずらしながらライン走査（図５における破線参照）を実行する（Ｓ２４）。このライン走査の過程で、Ｚ軸方向において２値画像データが変化する位置の１ピクセル前の位置Ｂが先端位置として検出される（Ｓ２５）。

処理ユニット３５０は、このようにして検出されたドリル本体１４１の先端位置Ｂが前述したようにして設定された（図３におけるＳ５参照）仮想原点Ｃに一致するか否かを判定する（Ｓ２６）。それらが一致しない場合（Ｓ２６でＮＯ）、加工機械１００により、例えば、位置制御における単位距離だけドリル１４０を移動（上昇または下降）させる。そして、その状態で、再度ドリル２値画像捕捉の処理を行なって（Ｓ２２）、ドリル本体１４１の先端位置Ｂの検出を行なう（Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５）。このような処理を繰り返し実行する過程で、検出されたドリル本体１４１の先端位置Ｂが前記仮想原点Ｃに一致したとの判定（Ｓ２６でＹＥＳ）がなされると、測定装置３００は、原点一致信号を加工機械１００に出力する（Ｓ２７）。その後、光源装置３０１からの平行光線の出力が停止（バックライト消灯）され（Ｓ２８）、処理が終了する。

前記原点一致信号を入力した加工機械１００は、その時点でのドリル１４０の制御位置が前述したように測定ユニット３００において設定された仮想原点Ｃに対応する点として認識された原点（図３におけるＳ８、Ｓ９参照）になったことを認識し、その制御位置をＺ軸方向のドリル１４０の位置制御原点として認識する。以後、加工機械１００は、その認識した原点を基準にしてドリル１４０のＺ軸方向の位置制御を行なう。

このように、その加工中の適当なタイミングで、ドリル本体１４１の先端位置の捕捉を行なって、その捕捉された先端位置に基づいて加工機械１００におけるドリル１４０の位置制御の原点が更新されるので、加工中にドリル本体１４１が磨耗しても、その磨耗量に応じて更新される原点を基準にしてドリル１４０の位置制御がなされることとなる。従って、加工機械１００ではドリル１４０の位置制御をより精度良く行なうことができる。そして、この場合も、前記仮想原点Ｃ及び先端位置Ｂが、メモリ上に展開される２値画像データからピクセル（画素）の分解能をもって決定されることとなることから、前述した場合（図３の処理参照）と同様に、それら仮想原点Ｃと先端位置Ｂとの一致をもって加工機械１００にて認識される位置制御原点はより精度の良いものとなる。

前述した処理（図３に示す手順に従った処理または図６に示す手順に従った処理）を実行する際に、処理ユニット３５０は、ドリル１４０を回転させて、ドリル本体１４１の径及びその回転ぶれを検出することができる。その処理は、例えば、図７に示す手順に従って行なわれる。

図７において、処理ユニット３５０は、カウンタＮをゼロに初期設定し後（Ｓ３１）に、回転するドリル本体１４１の先端部分の２値画像Ｉ_Dを捕捉する（Ｓ３２）。これにより、ドリル本体１４１の先端部分に対応した画像部分Ｉ_Dを含む２値画像データが内部メモリに展開される。この状態で、処理ユニット３５０は、例えば、図５に示すラインＬでのライン走査を行い、２画像データの変化点の位置Ｘ１_N（左端位置）、Ｘ２_N（右端位置）を検出する（Ｓ３３）。処理ユニット３５０は、その検出した左端位置Ｘ１_Nが最小値Ｘ１minより小さいか否かを判定し（Ｓ３４）、小さい場合（Ｓ３４でＹＥＳ）にはその検出された左端位置Ｘ１_Nを最小値Ｘ１minとして設定する（Ｓ３５）。次いで、処理ユニット３５０は、前記検出した右端位置Ｘ２_Nが最大値Ｘ２maxより大きいか否かを判定し（Ｓ３６）、大きい場合（Ｓ３６でＹＥＳ）にはその検出された右端位置Ｘ２_Nを最大値Ｘ２maxとして設定する（Ｓ４）。なお、左端位置Ｘ１_Nが最小値Ｘ１min以上である場合（Ｓ３４でＮＯ）、右端位置Ｘ２_Nが最大値Ｘ２max以下である場合（Ｓ３６でＮＯ）、特に処理を行なわない。

更に、処理ユニット３５０は、ドリル本体１４１の中心位置ＸC_Nを
ＸC_N＝（Ｘ２_N−Ｘ１_N）／２
に従って演算する（Ｓ３８）。処理ユニット３５０は、その中心位置ＸC_Nが最小値XCminより小さいか否かを判定し（Ｓ３９）、小さい場合（Ｓ３９でＹＥＳ）にはその中心位置ＸC_Nを最小値XＣminとして設定する（Ｓ４０）。また、処理ユニット３５０は、その中心位置ＸC_Nが最大値XＣmaxより大きいか否かを判定し（Ｓ４１）、大きい場合（Ｓ４１でＹＥＳ）にはその中心位置ＸCNを最大値XＣmaxとして設定する（Ｓ４２）。なお、前記中心位置ＸC_Nが前記最小値ＸCmin以上で前記最大値Ｘmaxの間の範囲内にある場合（Ｓ３９でＮＯ、Ｓ４１でＮＯ）、処理ユニット３５０は特に処理を行なわない。

その後、処理ユニット３５０は、カウンタＮが所定値Ｎoに達したか否かを判定し（Ｓ４３）、達していなければ（Ｓ４３でＮＯ）、カウンタＮを＋１インクリメントして（Ｓ４４）、再度、回転するドリル本体１４１の先端部分の２値画像Ｉ_Dを捕捉する（Ｓ３２）。そして、前述した処理（Ｓ３３〜Ｓ４２）を実行する。その過程で、検出される左端位置Ｘ１_Nの値に応じてその最小値Ｘ１minが、検出される右端位置Ｘ２_Nに応じてその最大値Ｘ２maxが、更に、検出される中心位置ＸC_Nに応じてその最小値ＸCminまたは最大値ＸCmaxがそれぞれ更新される。

上述した処理（Ｓ３２〜Ｓ４４）を繰り返し実行する過程で、カウンタＮが所定値Ｎoに達すると（Ｓ４３でＹＥＳ）、処理ユニット３５０は、前記右端位置の最大値Ｘ２maxと前記左端位置の最小値Ｘ１minとの差（＝Ｘ２max−Ｘ１min）をドリル本体１４１の画像部分ＩDの幅、即ち、ドリル本体１４１の径Ｗとして演算し（Ｓ４５）、前記中心位置の最大値ＸCmaxとその最小値XＣminとの差（＝ＸCmax−ＸCmin）をドリル本体１４１の回転ぶれΔとして演算する（Ｓ４６）。そして、処理ユニット３５０は、前記ドリル１４１の径Ｗと回転ぶれΔとを所定の出力ユニット（例えば、表示ユニット）に出力させる。これにより、作業者は、ドリル本体１４１の磨耗の状態、回転ぶれの状態を知ることができることとなる。

なお、前述した処理おいて設定されるラインＬは、図５に示すものに限られない。ドリル本体１４１の画像部分Ｉ_Dの任意の部分を横切るラインとすることができる。

上述した測定装置（測定ユニット３００及び処理ユニット３５０）の測定対象は、ドリル１４０（ドリル本体１４１）であったが、その測定対象をボールエンドミルとすることができる。

加工機械１００にセットされたボールエンドミルのＺ軸方向における位置制御の原点を設定する場合、図３または図６に示す手順と同様の手順に従ってその原点の設定を行なうことができる。この場合、測定ユニット３５０は、図８に示すように、ボールエンドミル１４３のボール部分に対応した仮想円Ａを設定し、その仮想円ＡのＺ軸方向の最下位置を仮想原点Ｃとして設定することができる。そして、その仮想円Ａの中心位置から下方をライン走査（図８における破線参照）することによりボールエンドミル１４３の先端位置Ｂを検出することができる。前記仮想原点Ｃと検出された先端位置Ｂとに基づいて、前述したのと同様（図３または図６参照）にＺ軸方向における位置制御の原点が設定される。

また、ボールエンドミルが加工機械１００にセットされる場合、横方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）における位置制御の原点を設定する必要がある。この場合も、図３または図６に示す手順と同様の手順に従ってその原点の設定を行なうことができる。例えば、Ｘ軸方向における原点を設定する場合、測定ユニット３５０は、図９に示す湯鬼、ボールエンドミル１４３のボール部分に対応した仮想円Ａを設定し、その仮想円Ａの中心位置を仮想原点Ｃとして設定することができる。そして、その仮想円Ａの中心位置からＸ軸方向に１ピクセル毎にライン走査（図９における破線参照）することにより、ボールエンドミル１４３の右端部Ｂを検出することができる。前記仮想原点Ｃと検出された右端部Ｂとに基づいて、前述したのと同様（図３または図６参照）にＸ軸方向における位置制御の原点が設定される。

以上のように、本発明に係る極細工作具の測定装置は、加工機械における極細工作具の位置制御原点の決定、その径及び回転ぶれの検出を更に精度良く行なうことのできるので、加工機械にセットされたドリル、エンドミル等の極細工作具の測定装置等として有用である。

本発明の実施の形態に係る測定装置が適用される工作機械を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る測定装置における測定ユニットの構成を示す図である。 処理ユニットでの処理の一例を示すフローチャートである。 光源装置からの平行光線、ドリル本体、及び捕捉される２値画像データの関係を示す図である。 ドリル本体の先端部分の画像と、先端位置、仮想原点、走査ラインの関係を示す図である。 処理ユニットでの処理の他の一例を示すフローチャートである。 処理ユニットでの処理の更に他の一例を示すフローチャートである。 ボールエンドミルにおける仮想原点、先端位置、走査ラインの関係を示す図である。 ボールエンドミルにおける仮想原点、右端部位置、走査ラインの関係を示す図である。 従来の測定装置の原理を示す図である。

符号の説明

１００ 加工機械
１１０ 基台
１２０ ワークテーブル
１３０ ドリルチャック
１４０ ドリル
１４１ チャッキング部
１４２ ドリル本体
１４３ エンドミル本体
２００ ワーク
３００ 測定ユニット
３０１ 光源装置
３０２ レンズユニット
３０３ ＣＣＤカメラ
３０４ コネクタ
３０５ カメラケーブル
３５０ 処理ユニット

Claims (6)

1. 加工機械の極細工作具の先端部分を含む所定視野範囲を撮影して画像信号を生成する撮影手段と、
   該撮影手段にて得られた画像信号を２値画像データに変換する画像データ生成手段と、
   該画像データ生成手段にて生成された２値画像データを所定のメモリに展開し、該２値画像データを処理する画像処理手段とを有し、
   前記画像処理手段は、前記メモリ上での前記所定視野範囲における所定座標軸方向での所定位置を仮想原点として設定し、該仮想原点を設定した旨を前記加工機械に通知する仮想原点設定手段と、
   前記所定軸方向における２値画像データの変化位置に基づいて前記極細工作具の前記所定軸方向における先端位置を検出する先端位置検出手段と、
   前記仮想原点と前記先端位置検出手段にて検出された先端位置との差分を演算して、該差分を前記加工機械に通知する位置差分検出手段とを有することを特徴とする測定装置。
2. 加工機械の極細工作具の先端部分を含む所定視野範囲を撮影して画像信号を生成する撮影手段と、
   該撮影手段にて得られた画像信号を２値画像データに変換する画像データ生成手段と、
   該画像データ生成手段にて生成された２値画像データを所定のメモリに展開し、該２値画像データを処理する画像処理手段とを有し、
   前記画像処理手段は、前記メモリ上での前記所定視野範囲における所定座標軸方向での所定位置を仮想原点として設定し、該仮想原点を設定した旨を前記加工機械に通知する仮想原点設定手段と、
   前記所定軸方向における２値画像データの変化位置に基づいて前記極細工作具の前記所定軸方向における先端位置を検出する先端位置検出手段と、
   前記加工機械にて前記極細工作具を前記所定軸方向に移動させる過程で、前記先端位置検出手段にて検出される先端位置が前記仮想原点に一致したか否かを判定する判定手段と、
   前記先端位置が前記仮想原点に一致したとの判定が前記判定手段にてなされたときに、その旨を前記加工機械に通知する原点検出手段とを有することを特徴とする測定装置。
3. 前記仮想原点設定手段は、メモリ上に展開される２値画像データから得られる前記極細工作具の画像部分の形状に基づいて、該画像部分の近傍位置を仮想原点として決定することを特徴とする請求項１また２記載の測定装置。
4. 加工機械において回転される極細工作具の所定部分を含む所定視野範囲を撮影して画像信号を生成する撮影手段と、
   該撮影手段にて得られた画像信号を２値画像データに変換する画像データ生成手段と、
   該画像データ生成手段にて生成された画像データを所定のメモリに展開し、該２値画像データを処理する画像処理手段とを有し、
   前記画像処理手段は、前記極細工作具の回転軸に垂直な方向における前記２値画像データの変化位置に基づいて前記極細工作具の前記回転軸に垂直な方向における幅を検出する幅検出手段を有することを特徴とする測定装置。
5. 加工機械において回転される極細工作具の所定部分を含む所定視野範囲を撮影して画像信号を生成する撮影手段と、
   該撮影手段にて得られた画像信号を２値画像データに変換する画像データ生成手段と、
   該画像データ生成手段にて生成された２値画像データを所定のメモリに展開し、該２値画像データを処理する画像処理手段とを有し、
   前記画像処理手段は、前記極細工作具の回転軸に垂直な方向における前記２値画像データの変化位置に基づいて回転軸の位置を検出する回転位置検出手段と、
   複数のタイミングで得られた複数の２値画像データから前記回転位置検出手段にて検出された複数の回転軸の位置の変化範囲を検出する回転ぶれ検出手段とを有することを特徴とする測定装置。
6. 前記撮影手段は、前記極細工作具の先端部分または所定部分に対して平行光線を照射する光源と、前記平行光線をバックライトとした前記極細工作具の先端部分または所定部分の影を撮影して前記画像信号を生成するカメラ手段とを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の測定装置。

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