JP2007240207A - 工具検査装置と工具検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工具の刃先に使用するチップなどのワークを、形状により種別毎に各々高い精度で区分けし、区分けされたワークの不良品検査等も可能な工具検査装置と工具検査方法を提供する。
【解決手段】工具の刃先に用いるチップであるワーク１２を支持する支持部１８と、ワーク１２を照らすリング照明２０と、リング照明２０の照明光をワーク１２へ乱反射して照明可能に形成された反射面１６を備える。リング照明２０及び反射面１６により照明されたワーク１２を撮像可能に形成されたカメラ２４と、カメラ２４により撮像された画像を表示する表示装置３２と、カメラ２４により撮像されたワーク１２のシルエット像を画像処理する画像処理装置２８とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、工具の刃先に取り付けるスローアウェイチップなどのチップ状工具の形状を検査する工具検査装置と工具検査方法に関する。

工具の刃先を形成するチップには、適宜に厚みを有する略菱形や略正方形、又は略正三角形等に形成され、形状や寸法により膨大な組み合わせがあり、極めて多くの品種が存在する。また、工具の刃先製品には、切りくずの排出促進のためのチップブレーカに代表されるような切削機能確保のため固有の形状に形成されているものもある。さらに、粉体焼結製法によって作られる製品が多く、形状寸法に数１０μｍ程度の誤差を有することもある。そして、チップを製造した際には、品種毎にチップの不良品を区別して抽出する他に、品種毎に仕分けする必要がある。このため、従来、目視により、不良品の抽出並びに品種の仕分けが行われていた。

また、精細部品の微細な欠陥の検査は、目視による検査の他に、画像処理による検査も一般に知られている。例えば、特許文献１では、ドリルの刃先の先端をリング照明で照らし、側方からも側方照明で照らして、刃先撮像カメラ、及び側方撮像カメラにより各々撮像した画像から形状検査する装置が開示されている。また、特許文献２では、棒状切削工具の切れ刃面の欠陥検査を、拡散照明により照明し、照明された切れ刃面をテレビカメラにより撮影して、画像を取り入れて処理し、欠陥を検出する装置が開示されている。
特開平１１−２８５９１０号公報 特開２００１−２６４０３２号公報

上記従来の方法では、目視により種別毎の仕分け及び不良品の抽出が行われているため、形状が一部のみ微妙に違う多種類の製品では、微細な欠けや変形などを有する不良品や異品種の区分けが難しいものであった。そのため、仕分けの際に異品種を混入させたり、不良品を見落としたりすることがあった。

また、特許文献１に開示されている工具の刃先の検査装置では、ドリルの刃先の欠けなど、ドリル刃の形状の検査に使用するものであって、工具に取り付ける切削用のチップの検査については開示されていない。特許文献２に開示された装置も、棒状切削工具の切れ刃面の形状を検査する装置であって、工具に取り付ける切削用のチップの検査について開示されていない。

そのほか、画像処理を行う場合、正確に撮像された画像が必要であるが、機械的に支持されたワークなどは、その姿勢にバラツキが生じ、常時同じ姿勢で撮像された画像を得ることができない問題があった。

この発明は、上記従来技術の問題に鑑みて成されたもので、工具の刃先に使用するチップなどのワークを、形状により種別毎に各々高い精度で区分けし、区分けされたワークの不良品検査等も可能な工具検査装置と工具検査方法を提供することを目的とする。

この発明は、工具の刃先に用いるチップであるワークの形状を検査する工具検査装置であって、前記ワークを支持する支持部と、前記ワークを照らす照明装置と、前記照明装置の照明光を前記ワークへ乱反射して照明可能に形成された反射面と、前記照明装置及び反射面により照明された前記ワークを撮像可能に形成されたカメラと、前記カメラにより撮像された画像を表示する表示装置と、前記カメラにより撮像された前記ワークのシルエット像を画像処理する画像処理装置とを備えた工具検査装置である。前記照明装置は、前記ワークの周囲から照明可能なリング照明である。

またこの発明は、ワークを支持する支持部と、前記ワークを照らす照明装置と、前記照明装置の照明光を前記ワークへ乱反射して照明可能に形成された反射面と、前記照明装置及び反射面により照明された前記ワークを撮像可能に形成されたカメラと、前記カメラにより撮像された画像を表示する表示装置と、前記カメラにより撮像された前記ワークの輪郭画像であるシルエット像を画像処理する画像処理装置とを備え、前記支持部により支持された前記ワークは、前記照明装置と、前記反射面により反射させた反射光により照らしだされ、反射光に照らし出された前記ワークのシルエット像を前記カメラにより撮像し、その撮像画像を前記画像処理装置に取り込み、シルエット像の重心位置を検出し、規準位置とのズレを補正し、前記シルエット像を画像処理により形状検査する工具検査方法である。

前記画像処理は、前記シルエット像の角部の形状を所定の基準値と比較して前記ワークの品種を判別するものである。

この発明の工具検査装置と工具検査方法によれば、リング照明等の照明装置により照らし出されたチップなどのワークの画像を、高い精度で取り込み可能に形成され、画像処理により形状の違いが容易且つ正確に区分けできるものである。そして、区分けされた品種毎に、不良品の検出等も画像処理により正確にできるものである。

以下、この発明の工具検査装置と工具検査方法の一実施形態について、図１〜図４を基にして説明する。この実施形態の工具検査装置１０と検査方法は、切削などに使用する工具へ取り付けるチップなどのワーク１２の形状検査に使用されるものである。この工具検査装置１０は、図１に示すように、乱反射可能に粗面に形成された反射面１６が上面に形成され、図示しない固定具により基盤等に固定された反射板１４が設けられている。反射面１６の中央には、検査対象であるワーク１２を支持可能に図示しないチャックを端部に備えた支持部１８が立設されている。この支持部１６のチャックには、例えば適宜に厚みを有する略正方形に形成されたワーク１２が載置される。

このワーク１２の上方には、リング照明２０が、反射面１６と平行に、図示しない固定具により取り付けられている。また、リング照明２０は、中央開口部２２の中心と同軸位置上に、ワーク１２が位置するように設けられている。リング照明２０の上方には、中央開口部２２の中心と同軸位置上に、リング照明２０の照明及び反射光により照らされたワーク１２を撮像可能に、ＣＣＤカメラ等のカメラ２４が図示しない固定具により取り付けられている。そして、カメラ２４には撮像した画像情報を伝送する信号ケーブル２６が接続され、信号ケーブル２６の一方はパソコンなどから成る画像処理装置２８に接続されている。画像処理装置２８には、映像ケーブル３０を介して表示装置３２が接続されている。

次に、この実施形態の処理動作について説明する。まず、支持部１８の図示しないチャックに、例えば切削工具等のスローアウェイチップなどのワーク１２を支持させる。そして、上方からリング照明２０により適宜な照度により照射すると、照射光は同時に下方の反射面１６に反射して乱反射光となり、下方からもワーク１２が照らし出される。このとき、ワーク１２の輪郭画像であるシルエット像がカメラ２４に撮像されて、画像処理装置２８に画像データとして取り込まれる。取り込まれた画像データは画像処理により検査され判定処理される。また、このとき、撮像した画像は、表示装置３２に表示されている。

次に、この実施形態の検査方法について説明する。カメラ２４から取り込んだ画像データが、例えば図３（ａ）に示す略正方形の形状のワーク１２の場合には、まず、得られたシルエット像と、基準とするシルエット像（画像処理装置２８に画像データとして前もって取得・登録済み）との相関マッチングをとり、２像間の相関度の高さを見ることで形状と外寸のおおまかな検査を行う。ここでは、微妙な差異までは判別できないが、形状や外寸が異なるワークであれば相関値が大きく低下するので、容易にかつ高速に異品種判別できる。

次に、ワーク座標補正のために重心位置を検出する。重心位置の検出は、取得したシルエットから直接行う。この処理は、公知の画像処理プログラムにより行うもので、まず、重心位置ｇを検出して、ワーク１２のシルエット像の各辺に接する直線３４の交点座標を算出する。これにより、支持部１８に支持させた際の重心位置ｇのズレを補正して、シルエット像の正確な画像データを得る。

続いて、このシルエット像の重心位置ｇを通る対角線ｈ上で、シルエット像の対角の角部１２ａ間の寸法Ｌ１と、同じく重心位置ｇ上を通過し、直線３４の交点を結ぶ対角線ｈの交点間距離Ｌ２から、ワーク１２の角部１２ａの曲率半径Ｒの寸法または面取りの長さを表すＣ寸法を算出する。算出したＲ寸法またはＣ寸法から、あらかじめ有する品種毎の画像データと照合し、異品種の判別が行われる。

ここで、判定に用いるデータとなるＲ寸法の算出方法について説明する。例えば図３（ａ）からＲ寸法を算出する場合、図３（ｂ）に示すように、直線３４の交点をＡ、交点Ａと対向するワーク１２の角部１２ａの頂点との距離Ｂは（Ｌ２−Ｌ１）／２となる。さらに、ワーク１２の角部１２ａの曲率半径Ｒの中心座標をＯとする。すると、距離ＡＯは次式（１）のように表される。また、交点Ａの交差角度θは、次式（２）で表される。

距離ＡＯ＝Ｒ＋（Ｌ２−Ｌ１）／２・・・（１）
Ｓｉｎ(θ／２)＝Ｒ／距離ＡＯ・・・（２）
そして、式（１）及び式（２）より、次式（３）によりシルエット像から算出したθ及びＬ２−Ｌ１を用いてＲ寸法が算出される。

Ｒ（１／Ｓｉｎ(θ／２)−１）＝（Ｌ２−Ｌ１）／２・・・（３）
また、図３（ｃ）に示すように、ワーク１２の形状が略正三角形の場合では、まず、ワーク１２のシルエット像から、三辺に接する直線３４の交点座標を算出する。次に、任意の交点位置から対辺の中点に引いた中線ｅの長さＬ４を算出し、その線上のワーク寸法Ｌ３を算出する。すると、次式（４）によりＲ寸法が算出される。

Ｒ（１／Ｓｉｎ(θ／２)−１）＝Ｌ４−Ｌ３・・・（４）
このように画像処理による形状検査の判別方法は、図４に示すように、まず、ワーク１２のシルエット像の各辺に接する直線３４から交点座標を算出する（Ｓ１）。続いて、シルエット像の対角線寸法Ｌ１と対角交点距離Ｌ２からＲ寸法またはＣ寸法を算出する（Ｓ２）。そして、算出したＲ寸法またはＣ寸法を所定の基準値と比較し、基準値と一致または所定の誤差の範囲内であるか否かを判断して、異品種の判別を行う（Ｓ３）ものである。

この実施形態の工具検査装置１０と検査方法によれば、リング照明２０の照明が乱反射した反射光によるワーク１２のシルエット像を、カメラ２４が撮像する。その画像データを画像処理装置２８が取り込んで、上記の通り、ワーク１２の位置ズレを補正して、画像処理により高い精度で微妙な形状の違いも検出され、正確に異品種の区分けを可能とするものである。

なお、この発明の工具検査装置と工具検査方法は上記実施形態に限定されるものではなく、上方の照明装置はリング状でなくても良く、リング照明、及び反射板の大きさ、形状、照度は、支持部に支持された検査対象のワークに合わせて適宜設定可能である。また、大きなワークを撮像する際、分割して画像データを取り込んで画像処理装置により合成して１つの画像データとしても良い。さらに、各部材の形状や素材など適宜変更可能である。

この発明の一実施形態の工具検査装置を示す概略構成図である。 この実施形態の工具検査装置を示す部分概略側面図である。 この実施形態の工具検査方法におけるチップの重心位置を示す略正方形のチップの模式図（ａ）と、図３（ａ）の部分拡大図（ｂ）と、略正三角形のチップの模式図（ｃ）である。 この実施形態の検査方法の画像処理の工程を示すフロー図である。

符号の説明

１０ 工具検査装置
１２ ワーク
１６ 反射面
１８ 支持部
２０ リング照明
２４ カメラ
２８ 画像処理装置
３２ 表示装置

Claims (4)

1. 工具の刃先に用いるチップであるワークの形状を検査する工具検査装置において、前記ワークを支持する支持部と、前記ワークを照らす照明装置と、前記照明装置の照明光を前記ワークへ乱反射して照明可能に形成された反射面と、前記照明装置及び反射面により照明された前記ワークを撮像可能に形成されたカメラと、前記カメラにより撮像された画像を表示する表示装置と、前記カメラにより撮像された前記ワークのシルエット像を画像処理する画像処理装置とを備えたことを特徴とする工具検査装置。
2. 前記照明装置は、前記ワークの周囲から照明可能なリング照明である請求項１記載の工具検査装置。
3. ワークを支持する支持部と、前記ワークを照らす照明装置と、前記照明装置の照明光を前記ワークへ乱反射して照明可能に形成された反射面と、前記照明装置及び反射面により照明された前記ワークを撮像可能に形成されたカメラと、前記カメラにより撮像された画像を表示する表示装置と、前記カメラにより撮像された前記ワークの輪郭画像を画像処理する画像処理装置とを備え、前記支持部により支持された前記ワークは、前記照明装置と、前記反射面により反射させた反射光により照らしだされ、反射光に照らし出された前記ワークのシルエット像を前記カメラにより撮像し、その撮像画像を前記画像処理装置に取り込み、シルエット像の重心位置を検出し、規準位置とのズレを補正し、前記シルエット像を画像処理により形状検査することを特徴とする工具検査方法。
4. 前記画像処理は、前記シルエット像の角部の形状を所定の基準値と比較して前記ワークの品種を判別するものである請求項３記載の工具検査方法。
   
   

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