JP2005324300A - 極細工作具の測定装置、及びその測定装置を用いた基準位置設定装置及び傾き測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工機械の極細工作具を撮影して得られる画像からその撮影方向と平行となる軸における極細工作具の位置の捕捉を可能とする測定装置を提供することである。
【解決手段】 加工機械１００の極細工作具１４１のエッジ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３０２、３０３と、該撮影手段にて得られた画像信号を多階調画像データに変換する画像データ生成手段３５０と、前記多階調画像データに基づいて前記極細工作具のエッジ部分の当該エッジ部分を横切る方向における画像ボケ量を生成する画像ボケ量生成手段３５０とを有し、前記画像ボケ量を前記撮影手段の撮影方向と平行な軸方向における前記極細工作具の位置に係る測定情報とするように構成される。
【選択図】 図２

Description

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、及びその測定装置を用いた基準位置設定装置及び傾き測定装置に関する。

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。このように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位置の正確な捕捉が必要である。

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の水平面（Ｘ−Ｙ平面）内の例えばＸ軸方向の位置を捕捉する場合、この測定装置では、図９に示すように、Ｘ軸上の所定位置を通ってＹ軸に平行に進むレーザビーム光２０に対してドリル１０を進入させる。そして、レーザビーム光２０がドリル１０にて遮断されたことを受光素子にて検出したときに検出信号が加工機械に送られる。加工機械は、この位置検出信号を入力したときの制御位置（Ｘ軸方向位置）をドリル１０のＸ軸方向の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の位置を基準（原点）にしてドリル１０の位置制御を精度良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、前述したような装置では、レーザビーム２０と垂直となる軸におけるドリル１０の位置を捕捉することは可能であるが、レーザビーム２０と平行となる軸におけるドリル１０の位置を捕捉することができない。このことは、ドリル１０をカメラ等の撮影手段にて撮影した場合であっても、同様であり、画面に平行な方向でのドリル１０の位置の捕捉は可能ではあっても、画面に垂直な方向のドリル１０の位置を捕捉することはできない。

このため、水平面内の２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）に対してドリル１０の位置を捕捉する場合、水平面内で互いに垂直となる２軸のそれぞれに平行となる光学軸（レーザビーム、撮影方向）を有する２セットの測定装置が必要になる。このように２セットの測定装置を用いる場合、測定装置間での光学系の調整が必要となり、その調整に時間がかかると共に、２セットの測定装置を設置するスペースを加工機械におけるドリル１０の移動範囲内に確保しなければならない。

本発明は、前述したような従来の測定装置の欠点を解決するためになされたもので、加工機械の極細工作具を撮影して得られる画像からその撮影方向と平行となる軸における極細工作具の位置の捕捉を可能とする測定装置を提供するものである。

本発明に係る測定装置は、加工機械の極細工作具のエッジ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多階調画像データに変換する画像データ生成手段と、前記多階調画像データに基づいて前記極細工作具のエッジ部分の当該エッジ部分を横切る方向における画像ボケ量を生成する画像ボケ量生成手段とを有し、前記画像ボケ量を前記撮影手段の撮影方向と平行な軸方向における前記極細工作具の位置に係る測定情報とするように構成される。

このような測定装置によれば、極細工作具を撮影して得られる多階調画像データに基づいて当該極細工作具のエッジ部分の当該エッジ部分を横切る方向における画像ボケ量が撮影方向と平行な軸方向における前記極細工作具の位置に係る測定情報として得られる。

撮影方向と平行となる水平面内の軸上の所定位置にフォーカス面が設定された撮影手段にて加工機械の極細工作具を撮影して得られた多階調画像データから得られる前記画像ボケ量は、前記フォーカス面からの撮影方向におけるズレ量、即ち、撮影方向と平行な軸方向における前記極細工作具の位置に係る測定情報となる。

また、本発明に係る測定装置は、前記画像ボケ量生成手段が、前記エッジ部分を横切る前記方向に前記多階調画像データを走査して第一の画素濃度値の位置から該第一の画素濃度値より低い第二の画素濃度値の位置までの距離に基づいて前記画像ボケ量を生成する構成とすることができる。

このような構成により、画像のエッジ部分を横切る方向における画像ボケ量を容易に数値化することができる。

また、本発明に係る測定装置は、前記第一の画素濃度値が、最大濃度に対応した値とした構成とすることができる。

このような構成により、画像ボケ量を数値化するに際してのダイナミックレンジを比較的大きくとることができるようになる。

更に、本発明に係る測定装置は、前記第二の画素濃度値が、最小濃度に対応した値とした構成とすることができる。

このような構成により、画像ボケ量を数値化するに際してのダイナミックレンジを比較的大きくとることができるようになる。

本発明に係る基準位置設定装置は、前述したいずれかの測定装置を備え、前記撮影手段の撮影方向に平行となる軸方向における前記極細工作具の基準位置を設定する基準位置設定装置であって、前記加工機械が前記軸方向に前記極細工作具をステップ的に移動させる過程の各ステップにおいて前記画像ボケ量生成手段にて得られる画像ボケ量の最小量を検出する最小画像ボケ量検出手段と、前記画像ボケ量の最小量が検出された際の前記加工機械での前記極細工作具の前記軸方向における位置を指定する位置指定情報を生成する位置指定手段と、前記位置指定情報を前記極細工作具の前記軸方向における基準位置を指定する情報として前記工作機械に通知する通知手段とを備えた構成となる。

このような構成により、加工機械が測定装置における撮影手段の撮影方向と平行な軸方向に極細工作具をステップ的に移動させる過程の各ステップにおいて、測定装置は、前述したように、極細工作具の多階調画像データに基づいてそのエッジ部分の画像ボケ量を測定情報として生成する。そして、その画像ボケ量が最小となる際の前記極細工作具の前記軸方向における位置を指定する位置指定情報が加工機械に通知される。この位置指定情報により、加工機械は、前記軸方向において位置制御すべき極細工作具の当該軸方向における位置を捕捉することができるようになる。

また、本発明に係る基準位置設定装置は、前記位置指定手段が、前記加工機械が前記極細工作具をステップ的に移動させる際に前記極細工作具が停止する毎にその停止位置を表す設定位置情報を前記加工機械から取得する位置取得手段を有し、前記画像ボケ量の最小量が検出された際に前記位置取得手段にて取得された設定位置情報を前記位置指定情報とするようにした構成とすることができる。

このような構成により、極細工作具の多階調画像データに基づいて得られるそのエッジ部分の画像ボケ量が最小となる際に加工機械から取得された設定位置情報が位置指定情報として前記加工機械に通知される。

更に、本発明に係る基準位置設定装置は、前記位置指定手段が、前記極細工作具をステップ的に移動させる過程でそのステップ数をカウントするカウント手段を有し、前記画像ボケ量の最小量が検出された際の前記カウント値を前記位置指定情報とするようにした構成とすることができる。

このような構成により、極細工作具の多階調画像データに基づいて得られるそのエッジ部分の画像ボケ量が最小となる際にカウント手段から得られるカウント値が位置指定情報として加工機械に通知される。前記カウント値は、加工機械において前記極細工作具をステップ的に移動させる際のステップの順番を表しており、前記カウント値（位置指定情報）の通知を受けた加工機械は、そのカウント値にて表される順番のステップにおける極細工作具の設定位置を基準位置として捕捉することができる。

本発明に係る傾き測定装置は、前述したいずれかの測定装置を備え、前記極細工作具の前記軸方向における傾きを測定する傾き測定装置であって、前記測定装置にて生成される前記極細工作具のエッジ部分の当該エッジ部分を第一の位置にて横切る方向における第一の画像ボケ量を取得する第一の画像ボケ量取得手段と、前記測定装置にて生成される前記極細工作具のエッジ部分の当該エッジ部分を第二の位置にて横切る前記方向における第二の画像ボケ量を取得する第二の画像ボケ量取得手段と、前記第一の画像ボケ量と前記第二の画像ボケ量とに基づいて前記極細工作具の前記軸方向における傾きに係る情報を生成する傾き情報生成手段とを有する構成となる。

このような構成により、測定装置は、前述したように、極細工作具の多階調画像データに基づいてそのエッジ部分の当該エッジ部分を第一の位置にて横切る方向における第一の画像ボケ量を測定情報として生成し、また、当該エッジ部分を第二の位置にて横切る方向における第二の画像ボケ量を測定情報として生成する。画像ボケ量は、撮影手段にて設定されたフォーカス面からの撮影方向における極細工作具のズレ量を表しており、前記第一の画像ボケ量と前記第二の画像ボケ量との差異は、前記フォーカス面からの撮影方向における極細工作具の前記第一の位置でのズレ量と前記第二の位置でのズレ量との差異に相当する。このことから、前記第一の画像ボケ量と前記第二の画像ボケ量とに基づいて前記極細工作具の前記軸方向における傾きに係る情報が生成される。

また、本発明に係る傾き測定装置は、前記傾き情報生成手段が、前記第一の画像ボケ量と前記第二の画像ボケ量とに基づいて前記極細工作具の前記軸方向における傾きが所定の傾き以下であるか否かを判定する判定手段を有し、前記判定手段にて得られる判定結果を前記極細工作具の前記軸方向における傾きに係る情報として生成する構成とすることができる。

このような構成により、極細工作具の前記軸方向における傾きが許容される傾き以下であるか否かを表す情報を生成することができるようになる。

本発明に係る測定装置によれば、極細工作具を撮影して得られる多階調画像データに基づいて当該極細工作具のエッジ部分の当該エッジ部分を横切る方向における画像ボケ量が撮影方向と平行な軸方向における前記極細工作具の位置に係る測定情報として得られるので、その測定情報からその撮影方向と平行となる軸における極細工作具の位置の捕捉が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

本発明の実施の一形態に係る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１４２がチャッキングされ、チャッキング部１４２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軸方向に平行に）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。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）のＸ軸に平行となるように基台１１０にセットされ、レンズユニット３０２は、その光軸が前記Ｘ軸と平行となるようにセットされている。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。ＣＣＤカメラ３０３は、高解像度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、その平行光線をバックライトとしたドリル本体１４１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３０３の受光面に結像される。そして、ドリル本体１４１のエッジ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３０３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、ドリル本体１４１のＸ軸方向（ＣＣＤカメラ３０３の撮影方向）についての測定処理を実行する。

図３において、処理ユニット３５０は、加工機械１００に対して測定モードの指示制御信号を出力する（Ｓ１）。この指示制御信号により、加工機械１００は、自機に備える位置制御機構により、ドリル本体１４１が光源装置３０１とレンズユニット３０２との間の所定の測定位置にセットされるようにドリルチャック１３０を移動させる。前記測定位置は、図５に示すように、光源装置３０１からの平行光線をバックライトとしたドリル本体１４１の影に対応した画像部分Ｉdを含む所定視野範囲Ｅvの画像がレンズユニット３０２によりＣＣＤカメラ３０３の受光面に結像される位置として予め定められた位置である。

このようにＣＣＤカメラ３０３の受光面にドリル本体１４１の画像部分Ｉdを含む画像が結像された状態で、ＣＣＤカメラ３０３から前記画像に対応したピクセル単位の輝度信号（画像信号）が出力される。処理ユニット３５０は、ＣＣＤカメラ３０３からの輝度信号をピクセル単位の多階調画像データ（例えば、２５６階調）に変換し、その多階調画像データを所定のメモリ上に展開する。このようにしてドリル本体１４１の画像を取り込んだ処理ユニット３５０は、初期設定処理を実行する（Ｓ２）。

この初期設定処理では、図６に示すように、メモリ上に展開された多階調画像データにて表されるドリル本体１４１に対応した画像部分Ｉdのエッジ部分を横切る走査ラインＬsの位置が設定され、加工機械１００が認識している前記測定位置が初期設定位置Ｘosとして加工機械１００から取得される。この初期設定位置Ｘosは、位置レジスタＸoにセットされる。また、カウンタｎが初期値０に設定される。

メモリ上に展開された前記多階調画像データにて表されるドリル本体１４１の画像部分Ｉdは、図６に示すように、コア画像部Ｉdsと、コア画像部Ｉdsの周囲に位置する周辺画像部Ｉdfにて構成される。コア画像部Ｉdsは、最大階調値（例えば、２５５）となるピクセルにて構成され、周辺画像部Ｉdfは、最大階調値より小さい階調値となるピクセルにて構成される。そして、ドリル本体１４１に相当する画像部分Ｉdにおける周辺画像部Ｉdfの更に外側に最小階調値（例えば、０）となるピクセルにて構成された背景部が位置する。前記周辺画像部Ｉdfは、ドリル本体１４１の影に対応した画像部分Ｉdのボケ領域として捉えることが可能であり、その周辺画像部Ｉdfの前記走査ラインＬs上での幅により前記画像部分Ｉdのボケ量を数値化することができる。即ち、処理ユニット３５０は、前記測定位置（Ｘos）にセットされたドリル本体１４１の画像部分Ｉdのエッジ部分における前記走査ラインＬs上での最大階調値（例えば、２５５）のピクセルから最小階調値（例えば、０）のピクセルまでの間のピクセル数をボケ量Δｆos（測定値）として算出する。このボケ量Δｆosは、測定値レジスタΔｆminにセットされる。

前述したように初期設定処理（Ｓ２）が終了すると、処理ユニット３５０は、正方向の設定を行なって（Ｓ３）、カウンタｎを＋１だけインクリメントし（Ｓ４）、ドリル本体１４１を正方向へのステップ移動させる指示制御信号を加工機械１００に送る（Ｓ５）。加工機械１００は、前記指示制御信号に従って、ドリル本体１４１をＸ軸の正方向に所定距離だけステップ移動させる。そして、加工機械１００は、そのステップ移動後の設定位置Ｘｎを処理ユニット３５０に送る。

処理ユニット３５０は、加工機械１００から設定位置Ｘｎを取得すると（Ｓ６）、その時点で、ＣＣＤカメラ３０３からの輝度信号に基づいた多階調画像データＩnを取り込む（Ｓ７）。そして、処理ユニット３５０は、前記多階調画像データＩnにおけるドリル本体１４１の画像部分Ｉdのエッジ部分における前記走査ラインＬs上での最大階調値のピクセルから最小階調値のピクセルまでの間のピクセル数を測定値Δｆｎとして算出する（Ｓ８、Ｓ９）。

レンズユニット３０２とＣＣＤカメラ３０３とを含む光学系（撮影手段）において、レンズユニット３０３の特性で定まるＸ軸上のフォーカス面の位置にドリル本体１４１が設置されると、ドリル本体１４１の画像部分Ｉdが正確にＣＣＤカメラ３０３の受光面に結像される。このことから、ドリル本体１４１の画像部分Ｉdのボケ量、即ち前記測定値Δｆnは、ドリル本体１４１のＸ軸方向における前記フォーカス面からのズレ量を表す。

処理ユニット３５０は、前記測定値Δｆnを算出すると、その測定値Δｆnが測定値レジスタΔｆminにセットされた測定値より小さいか否かを判定する（Ｓ１０）。前記測定値Δｆnが測定値レジスタΔｆminにセットされた測定値より小さいとの判定がなされると（Ｓ１０でＹＥＳ）、処理ユニット３５０は、その測定値Δｆnを測定レジスタΔｆminにセットし（Ｓ１１）、加工機械１００から取得した前記設定位置Ｘnを位置レジスタＸoにセットする（Ｓ１２）。

その後、処理ユニット３５０は、カウンタｎを＋１だけインクリメントし（Ｓ４）、ドリル本体１４１を更にステップ移動させるために正方向へのステップ移動の指示制御信号を加工機械１００に送る（Ｓ５）。そして、処理ユニット３５０は、前述したのと同様の手順に従って、加工機械１００からのステップ移動後の設定位置Ｘnの取得（Ｓ６）、ドリル本体１４１の画像部分Ｉdを含む多階調画像データの取り込み（Ｓ７）、走査ラインＬs上での多階調画像データの走査及びボケ量の測定（Ｓ８）及びそのボケ量に対応した測定値Δｆnの算出（Ｓ９）を行ない、その測定値Δｆnが測定値レジスタΔｆminにセットされた測定値より小さいか否かを判定する（Ｓ１０）。

前記測定値Δfｎが測定レジスタΔｆminにセットされた測定値より大きいと判定されると（Ｓ１０でＮＯ）、処理ユニット３５０は、更に、前記測定値Δｆnが予め定めた最大ズレ基準値Δｆmaxより大きくなるか否かを判定する（Ｓ１３）。ここで、前記測定値Δｆnが前記最大ズレ基準値Δｆmax以下である場合（Ｓ１３でＮＯ）、処理ユニット３５０は、カウンタｎを＋１インクリメントし（Ｓ４）、ドリル本体１４１を更にステップ移動をさせるために正方向へのステップ移動の指示制御信号を加工機械１００に送る（Ｓ５）。そして、前述したのと同様の手順（Ｓ６乃至Ｓ１０）に従った処理を実行する。

処理ユニット３５０にて前述した処理が繰り返し実行される過程で、加工機械１００は、当初測定位置（初期設定位置Ｘos）に位置づけたドリル本体１４１をＸ軸の正方向にステップ的に移動させる。その過程で、最小となる測定値Δｆnが測定値レジスタΔｆminに維持されると共に、その最小となる測定値Δfｎが得られた際のドリル本体１４１の設定位置Ｘnが位置レジスタＸｏに維持される。そして、測定値ｆnが前記最大ズレ基準値ｆmaxを超えたとの判定がなされると（Ｓ１３でＹＥＳ）、処理ユニット３５０は、図４に示すように、正方向の設定がなされているか、または、負方向の設定がなされているかを判定する（Ｓ１４）。前述したように正方向の設定がなされている場合（Ｓ１４で正方向）、処理ユニット３５０は、初期位置復帰の指示制御信号を加工機械１００に送り（Ｓ１５）、前記正方向の設定を負方向の設定に切り替え（Ｓ１６）、カウンタｎを＋１だけインクリメントする（Ｓ１７）。前記初期位置復帰の指示制御信号により加工機械１００は、前記測定位置として認識している初期設定位置Ｘosにドリル本体１４１を位置づける。

その後、処理ユニット３５０は、図３に示す処理に戻り、加工機械１００からの前記初期設定位置Ｘosの取得（Ｓ６）、ドリル本体１４１の画像部分Ｉdを含む多階調画像データの取り込み（Ｓ７）、走査ラインＬs上での多階調画像データの走査及びボケ量の測定（Ｓ８）及びそのボケ量に対応した測定値Δｆnの算出（Ｓ９）を行なう。以後、処理ユニット３５０は、前述した処理（Ｓ１１、Ｓ１２、または、Ｓ１３、及びＳ４〜Ｓ１０）を繰り返し実行する。その過程で、加工機械１００は、処理ユニット３５０からの指示制御信号（Ｓ５）に基づいてドリル本体１４１をＸ軸の負方向にステップ的に移動させる。そして、ドリル本体１４１の画像部分Ｉdのボケ量に対応した測定値Δｆnが測定値レジスタΔｆminに設定された測定値より小さい場合に（Ｓ１０でＹＥＳ）、その測定値Δｆnが測定値レジスタΔｆminに設定される（Ｓ１１）と共に、その測定値Δｆnが得られた際に加工機械１００から取得された設定位置Ｘnが位置レジスタXｏにセットされる（Ｓ１２）。

処理ユニット３５０は、このような処理を繰り返し実行する過程で、得られた測定値Δｆnが前記最大ズレ基準値Δｆmaxを超えたとの判定を行なうと（Ｓ１３でＹＥＳ）、図４に示すように、再度、正方向の設定がなされているか、または、負方向の設定がなされているかを判定する（Ｓ１４）。前述したように負方向の設定がなされている場合（Ｓ１４で負方向）、処理ユニット３５０は、その時点で位置レジスタＸoにセットされている設定位置Ｘnを、基準位置を指定するための位置指定情報として、加工機械１００に対して出力し（Ｓ１８）、処理を終了させる。

前記位置レジスタＸoにセットされている設定位置Ｘnは、ドリル本体１４１の画像部分Ｉdのボケ量に相当する前記測定値Δｆnが最小の値となる際のドリル本体１４１の設定位置である。即ち、前記位置レジスタＸoにセットされている設定位置Ｘnは、レンズユニット３０２とＣＣＤカメラ３０３とを含む光学系において、レンズユニット３０３の特性で定まるＸ軸上のフォーカス面の位置に最も近い位置にドリル本体１４１が位置づけられた際の当該設定位置である。加工機械１００は、このような設定位置Ｘnにより、ドリル本体１４１のＸ軸方向における位置を捕捉することができる。

また、このような測定ユニット３００によれば、ＣＣＤカメラ３０３の撮影方向（Ｘ軸方向）におけるドリル本体１４１の位置の捕捉が可能となるが、更に、ドリル本体１４１を撮影した画像（図５参照）から、水平面においてその撮影方向（Ｘ軸方向）に直行する方向（Ｙ軸）におけるドリル本体１４１の位置を捕捉することは、画面（Ｅv）内におけるドリル本体１４１の画像部分Ｉdの横方向位置に基づいて公知の手法により可能となる。従って、前述した測定ユニット３００によれば、水平面内で直行する２軸（Ｘ軸及びＹ軸）におけるドリル本体１４１の位置捕捉が可能となる。

なお、前述した処理（図３及び図４）におけるステップＳ１２において、設定位置Ｘnを位置レジスタＸoにセットすることに代えて、カウンタ値ｎを所定のレジスタにセットするようにしてもよい。この場合、測定値Δｆnが測定値レジスタΔｆminにセットされた測定値より小さいとの判定がなされたときに（Ｓ１０でＹＥＳ）、その測定値Δｆnが測定値レジスタΔｆminにセットされる（Ｓ１１）共に、カウンタ値ｎがレジスタにセットされる（Ｓ１２）。そして、処理が終了した時点で、前記レジスタにセットされたカウンタ値ｎが位置指定情報として加工機械１００に対して出力される（Ｓ１８）。

前記カウンタ値ｎは、加工機械１００によるドリル本体１４１のステップ移動の順番を表している。従って、このカウンタ値ｎを取得した加工機械１００は、ｎ番目のステップ移動にてドリル本体１４１を位置づけた際の設定位置Ｘnを認識することができ、その設定位置Ｘｎにより、ドリル本体１４１のＸ軸方向における位置を捕捉することができる。

次に、前述した測定ユニット３００での他の処理例について説明する。この処理例では、前述した測定値Δｆに基づいてドリル本体１４１のＸ軸方向の傾きに係る情報が得られる。

例えば、図７に示すように、異なる走査ラインＬs1とＬs2とにおいて得られるドリル本体１４１の画像部分Ｉdのボケ量に相当する測定値Δｆ1とΔｆ2とは、ドリル本体１４１が傾いていなければ略同じ値となる。ところが、ドリル本体１４１がＸ軸方向に傾きＧをもっている場合、異なる走査ラインＬs1とＬs2とにおいて得られる前記測定値Δｆ1とΔｆ2とは、その傾きＧに応じた差異を有する。このようなドリル本体１４１のＸ軸方向の傾きＧと、異なる走査ラインＬs1、Ｌs2において得られる前記測定値Δｆ1、Δｆ2との関係から、異なる走査ラインＬs1とＬs2とにおいて得られる測定値Δｆ1とΔｆ2とに基づいてドリル本体１４１のＸ方向の傾きＧに関する情報が得られる。具体的には、図８に示すような処理がなされる。

図８において、加工機械１００がドリル本体１４１を設定位置Ｘoに位置づけた状態で、処理ユニット３５０は、ＣＣＤカメラ３０３からの画像信号に基づいた多階調画像データＩoを取り込む（Ｓ２１）。そして、処理ユニット３５０は、前記多階調画像データにおけるドリル本体１４１の画像部分Iｄの比較的上方に設定された第一の走査ラインＬs1上でのボケ量を測定し（Ｓ２２）、そのボケ量に対応した第一の測定値Δｆ1を算出する（Ｓ２３）。次いで、処理ユニット３５０は、ドリル本体１４１の画像部分Ｉdの比較的下方に設定された第二の走査ラインＬs2上でのボケ量を測定し（Ｓ２４）、そのボケ量に対応した第二の測定値Δｆ2を算出する（Ｓ２５）。

処理ユニット３５０は、前記第一の測定値Δｆ1と前記第二の測定値Δｆ2とを用いて、傾き情報Ｇ（Δｆ1，Δｆ2）を演算する（Ｓ２６）。この演算の手法は、前記第一の測定値Δｆ2と前記第二の測定値Δｆ2との差異が一義的に傾き情報Ｇに反映されるものであれば、特に限定されない。例えば、その演算手法は、前記第一の測定値Δｆ1と前記第二の測定値Δｆ2との差（Δｆ1−Δｆ2）に基づいた傾き情報Ｇを演算するものであっても、前記第一の測定値Δｆ1と前記第二の測定値Δｆ2の比（Δｆ2／Δｆ1）に基づいた傾き情報Ｇを演算するものであってもよい。

処理ユニット３５０は、前記傾き情報（値）Ｇが得られると、その傾き情報Ｇが予め定めた基準値Ｇth以下であるか否かを判定する（Ｓ２７）。そして、その傾き情報Ｇが前記基準値Ｇth以下であれば（Ｓ２７でＹＥＳ）、処理ユニット３５０は、正常判定信号（ＯＫ）を出力し（Ｓ２８）、前記傾き情報Ｇが前記基準値Ｇth以下でなければ（Ｓ２７でＮＯ）、処理ユニット３５０は、異常判定信号（ＮＧ）を出力する。これらの判定出力により、加工機械１００のオペレータは、ドリル１４０がドリルチャック１３０により傾きなくチャッキングされているか否かを判断することができる。

本発明に係る測定装置は、極細工作具を撮影して得られる多階調画像データに基づいて当該極細工作具のエッジ部分の当該エッジ部分を横切る方向における画像ボケ量が撮影方向と平行な軸方向における前記極細工作具の位置に係る測定情報として得られ、その測定情報からその撮影方向と平行となる軸における極細工作具の位置の捕捉が可能となるという効果を有し、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として有用である。

本発明の実施の一形態に係る測定装置が適用される工作機械の概略構成を示す図である。 測定ユニットの構成例を示す図である。 処理ユニットでの処理手順を示すフローチャート（その１）である。 処理ユニットでの処理手順を示すフローチャート（その２）である。 光源装置からの平行光線、ドリル本体、及び画像の関係を示す図である。 ドリル本体の画像部分の詳細構成を示す図である。 ドリル本体の画像部分のボケ量とドリル本体の傾きとの関係を示す図である。 ドリル本体の傾きに関する情報を得るための処理ユニットでの処理手順を示すフローチャートである。 従来の測定装置での位置捕捉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 ドリル本体
１４２ チャッキング部
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 (9)

1. 加工機械の極細工作具のエッジ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多階調画像データに変換する画像データ生成手段と、
   前記多階調画像データに基づいて前記極細工作具のエッジ部分の当該エッジ部分を横切る方向における画像ボケ量を生成する画像ボケ量生成手段とを有し、
   前記画像ボケ量を前記撮影手段の撮影方向と平行な軸方向における前記極細工作具の位置に係る測定情報とする測定装置。
2. 前記画像ボケ量生成手段は、前記エッジ部分を横切る前記方向に前記多階調画像データを走査して第一の画素濃度値の位置から該第一の画素濃度値より低い第二の画素濃度値の位置までの距離に基づいて前記画像ボケ量を生成する請求項１記載の測定装置。
3. 前記第一の画素濃度値は、最大濃度に対応した値とした請求項２記載の測定装置。
4. 前記第二の画素濃度値は、最小濃度に対応した値とした請求項２または３記載の測定装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の測定装置を備え、前記撮影手段の撮影方向に平行となる軸方向における前記極細工作具の基準位置を設定する基準位置設定装置であって、
   前記加工機械が前記軸方向に前記極細工作具をステップ的に移動させる過程の各ステップにおいて前記画像ボケ量生成手段にて得られる画像ボケ量の最小量を検出する最小画像ボケ量検出手段と、
   前記画像ボケ量の最小量が検出された際の前記加工機械での前記極細工作具の前記軸方向における位置を指定する位置指定情報を生成する位置指定手段と、
   前記位置指定情報を前記極細工作具の前記軸方向における基準位置を指定する情報として前記工作機械に通知する通知手段とを備えた基準位置設定装置。
6. 前記位置指定手段は、前記加工機械が前記極細工作具をステップ的に移動させる際に前記極細工作具が停止する毎にその停止位置を表す設定位置情報を前記加工機械から取得する位置取得手段を有し、前記画像ボケ量の最小量が検出された際に前記位置取得手段にて取得された設定位置情報を前記位置指定情報とするようにした請求項５記載の基準位置設定装置。
7. 前記位置指定手段は、前記極細工作具をステップ的に移動させる過程でそのステップ数をカウントするカウント手段を有し、
   前記画像ボケ量の最小量が検出された際の前記カウント値を前記位置指定情報とするようにした請求項５記載の基準位置設定装置。
8. 請求項１乃至４のいずれかに記載の測定装置を備え、前記極細工作具の前記軸方向における傾きを測定する傾き測定装置であって、
   前記測定装置にて生成される前記極細工作具のエッジ部分の当該エッジ部分を第一の位置にて横切る方向における第一の画像ボケ量を取得する第一の画像ボケ量取得手段と、
   前記測定装置にて生成される前記極細工作具のエッジ部分の当該エッジ部分を第二の位置にて横切る前記方向における第二の画像ボケ量を取得する第二の画像ボケ量取得手段と、
   前記第一の画像ボケ量と前記第二の画像ボケ量とに基づいて前記極細工作具の前記軸方向における傾きに係る情報を生成する傾き情報生成手段とを有する傾き測定装置。
9. 前記傾き情報生成手段は、前記第一の画像ボケ量と前記第二の画像ボケ量とに基づいて前記極細工作具の前記軸方向における傾きが所定の傾き以下であるか否かを判定する判定手段を有し、
   前記判定手段にて得られる判定結果を前記極細工作具の前記軸方向における傾きに係る情報として生成する請求項８記載の傾き測定装置。
   
   
   

Images