JP2007268646A

JP2007268646A - 工作具の画像取得装置

Info

Publication number: JP2007268646A
Application number: JP2006096446A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hasegawa; 浩幸長谷川
Original assignee: J NET KK; J-NET KK
Current assignee: J NET KK; J-NET KK
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】潤滑油や切粉等が漂う雰囲気中であってもより鮮明な画像を得ることができる工作具の画像取得装置を提供することである。
【解決手段】レンズ３２を介して加工機械の工作具１４０を撮影して画像信号を生成する撮影ユニット（３２、３３）を有し、撮影ユニット（３２、３３）にて得られた画像信号に基づいて所定の画像処理を行なって前記工作具についての画像データを生成するようにした工作具の画像取得装置であって、レンズ３２の光軸Ａｏｘを囲むように配列された複数の噴出口２１、２２、２３、２４からレンズ３２の前方に向けて前記光軸Ａｏｘを巻き込むように気体を噴出させる気体噴出機構を有する構成となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、加工機械にセットされたドリル、エンドミル等の工作具の形状を表す画像を得るための工作具の画像取得装置に関する。

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。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、そのドリルの磨耗状態の管理や制御原点位置の管理等を精度良く行なうことが重要である。

従来、ドリル等の工作具の先端部分を撮影して得られた画像に基づいてその工作具の磨耗状態の管理や制御原点位置の管理を行なうことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような技術によれば、ドリル等の工作具の先端部分を撮影して得られた画像からその工作具の形状がより正確に判定することができ、また、その先端の位置がその撮影範囲内でより正確に判定することができるので、工作具の磨耗状態の管理や制御原点位置の管理をより精度良く行なうことができるようになる。
特開２００５−８８１７６号公報

ところで、加工機械が稼動している際に、定期的または不定期的にその工作具の画像を取得し、その画像から工作具の状態を判定することが要望されている。しかし、このような場合、工作具にて被加工物を加工するために潤滑油が使用され、また、切粉が発生することから、工作具の撮影ユニットのレンズにそれらが付着して鮮明な画像を得ることの妨げとなってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、潤滑油や切粉等が漂う雰囲気中であってもより鮮明な画像を得ることができる工作具の画像取得装置を提供するものである。

本発明に係る工作具の画像取得装置は、レンズを介して加工機械の工作具を撮影して画像信号を生成する撮影ユニットを有し、該撮影ユニットにて得られた画像信号に基づいて所定の画像処理を行なって前記工作具についての画像データを生成するようにした工作具の画像取得装置であって、前記レンズの光軸を囲むように配列された複数の噴出口から前記レンズの前方に向けて前記光軸を巻き込むように気体を噴出させる気体噴出機構を有する構成となる。

このような構成により、レンズの光軸を囲むように配列された複数の噴出口から前記レンズの前方に向けて前記光軸を巻き込むように気体が噴出されるようになるので、前記レンズの前方には光軸を巻き込むような渦状の気流が発生するようになる。この渦状の気流によって微粒体（潤滑油等のような液体、切粉のような固体を含む）が光軸から遠ざかるように排除され得る。

また、本発明に係る工作具の画像取得装置において、前記複数の噴出口は、等角度間隔にて前記光軸を囲むように配列されている構成とすることができる。

このような構成により、レンズの前方により均一的な渦状の気流が発生し得る。このため、レンズに対する微粒体の付着を均一的に防止することができるようになる。

また、本発明に係る工作具の画像取得装置において、前記撮影ユニットは筐体内に収容され、前記レンズの前方に配置されるようにレンズフードが前記筐体の外面に固定され、前記複数の噴出口は、前記レンズフード内に形成された構成とすることができる。

このような構成により、レンズフード内にレンズの光軸を巻き込む渦状の気流が発生するようになるので、外部に飛散している微粒対がレンズフード内に進入し難くなり、レンズに対する微粒体の付着をより的確に防止することができるようになる。

更に、本発明に係る工作具の画像取得装置において、前記筐体は密封構造となり、前記筐体に供給される気体が前記レンズフードに形成された前記複数の噴出口に導かれるように構成することができる。

このような構成により、筐体内を気体が流れるようになるので、該筐体内に収容された撮影ユニットが冷却されつつレンズフードに形成された複数の噴出口から気体が噴出するようになる。

本発明に係る工作具の画像取得装置によれば、レンズの前方に光軸を巻き込むような渦状の気流が発生し、この渦状の気流によって潤滑油や切粉等のような微粒体が光軸から遠ざかるように排除され得るようになるので、潤滑油や切粉等の微粒体が漂う雰囲気中であってもレンズの表面にその微粒体が付着し難く、より鮮明な画像を得ることができるようになる。

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画像取得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。

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。

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３１、レンズユニット３２、ＣＣＤカメラ３３、コネクタ３４及びカメラケーブル３５を備えている。レンズユニット３２は、その光軸Ａｏｘがワークテーブル１２０の面（Ｘ−Ｙ面）に平行となるように設置される。また、レンズユニット３２は、高倍率のレンズ系で構成され、ＣＣＤカメラ３３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３１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３３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３３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３１とレンズユニット３２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３１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３２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３２からコネクタ３４及びカメラケーブル３５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、その画像信号に基づいて所定の画像処理を行なってドリル本体１４１についての画像データを生成し、その画像データに基づいた制御信号やデータを加工機械１００に対して送る。

前述した構成の測定ユニット３００において、レンズユニット３２、ＣＣＤカメラ３３、コネクタ３４、カメラケーブル３５及び処理ユニット３５０が画像取得装置に相当する。

前述した光源装置３１、レンズユニット３２、ＣＣＤカメラ３３及びコネクタ３４は、図３に示すような筐体に収容される。

図３において、メイン筐体３１０と光源収容筐体３２０とが連結板３３０によって一体的に連結されている。メイン筐体３１０には、レンズユニット３２及びＣＣＤカメラ３３（撮影ユニット）が収容されている。また、光源収容筐体３２０には、光源装置３１がメイン筐体３１０に向けて平行光線を照射するように収容されている。メイン筐体３１０の光源収容筐体３２０に対向する隔壁３１１には装着孔３１１ａが形成され、その装着孔３１１ａにレンズユニット３２の先端部がＯリング３１２と共に装着されている。このように装着孔３１１ａにＯリング３１２を介してレンズユニット３２の先端部を装着することにより、メイン筐体３１０内の気密性が保持される。

隔壁３１１には装着孔３１１ａを囲むように複数の連通孔３１３ａ、３１３ｂ、・・・が形成されている。隔壁３１１の外面にはレンズユニット３２のレンズ面が露出する装着孔３１１ａ及び複数の連数孔３１３ａ、３１３ｂ、・・・の開口を覆うようにレンズフード３１５がボルト（図示略）によって固定されている。また、メイン筐体３１０の隔壁３１１と逆側の壁にはメイン筐体３１０内に導通するバルブ３１４が設けられており、このバルブ３１４を介してメイン筐体３１０内に気体（例えば、空気）を供給できるようになっている。

レンズフード３１５は、図４に示すように構成されている。なお、図４（ａ）は、レンズフード３１５を前方から見た正面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。

図４において、レンズフード３１５は筒状となり、その周壁にメイン筐体３１０の隔壁３１１との接合面にて開口し、その高さ方向（軸方向）に延びる複数の直通気路１１、１２、１３、１４が形成されている。これら直通気路１１、１２、１３、１４のそれぞれは、レンズフード３１５がメイン筐体３１０の隔壁３１１に固定された状態で（図３参照）、レンズユニット３２の光軸Ａｏｘと平行となり、また、隔壁３１１に形成された複数の連通孔３１３ａ、３１３ｂ、・・・のいずれかとつながる。

また、レンズフード３１５の周壁には、各直通気路１１、１２、１３、１４につながり、当該レンズフード３１５の前方に向けて傾くと共に（図４（ｂ）、（ｃ）参照）、光軸Ａｏｘを囲むように（図４（ａ）参照）傾斜通気路２１、２２、２３、２４が形成されている。各傾斜通気路２１、２２、２３、２４は、レズフード３１５の内空間３１５ａに向けて開口している（以下、この開口を噴出口という）。複数の傾斜通気路２１、２２、２３、２４によってレンズフード３１５の周壁内面に形成された複数の噴出口は等角度間隔にて配列されている。

このような構造の測定ユニット３００（画像取得装置の一部を含む）では、メイン筐体３１０のバルブ３１４から高圧エアを供給すると、そのエアは、メイン筐体３１０内を流れ、隔壁３１１に形成された複数の連通孔３１３ａ、３１３ｂ、・・・、レンズフード３１５に形成された複数の直通気路１１、１２、１３、１４及び傾斜通気路２１、２２、２３、２４を通ってレンズフード３１５の内空間３１５ａに噴出する。このとき、複数の傾斜通気路２１、２２、２３、２４の噴出口から前方に向けて光軸Ａｏｘを巻き込むようにエアが噴出される（図４における方向ａ１、ａ２、ａ３、ａ４参照）。このため、レンズフード３１５内では、光軸Ａｏｘを巻き込むような渦状の気流が発生し、この渦状の気流によってドリル１４０の周囲に飛散している潤滑油や切粉が光軸から遠ざかるように排除されるようになってレンズフード３１５内に進入し難くなる。その結果、メイン筐体３１０の隔壁３１１に形成された装着孔３１１ａから露出するレンズユニット３２のレンズ面に対する潤滑油や切粉等の付着をより確実に防止することができるようになる。

また、前述した例では、複数の傾斜通気路２１、２２、２３、２４の噴出口がレンズフード３１５の周壁内面に等角度間隔にて配列されているので、レンズフード３１５の内空間３１５ａにおいて、より均一的な渦状の気流が発生し、レンズユニット３２に対する潤滑油や切粉等の付着を均一的に防止することができるようになる。

更に、メイン筐体３１０内を通るエアによって発熱するＣＣＤカメラ３３の冷却も同時に行なうことができるので、エアのより有効な利用が可能となる。なお、レンズフード３１５の複数の傾斜通気路２１、２２、２３、２４に対しては、メイン筐体３１０の外部から別の経路にてエアを供給するこことも可能である。

以上、説明したように、本発明に係る工作具の画像取得装置は、潤滑油や切粉等が漂う雰囲気中であってもより鮮明な画像を得ることができるという効果を有し、加工機械にセットされたドリル、エンドミル等の工作具の形状を表す画像を得るための画像取得装置として有用である。

本発明の実施の一形態に係る工作具の画像取得装置が適用される加工機械の概略構成を示す図である。本発明の実施の一形態に係る工作具の画像取得装置を含む測定ユニットの構成を示す図である。測定ユニットの筐体構造を示す側面図である。筐体に固定されるレンズフードの正面図（ａ）、（ａ）におけるＡ−Ａ矢視図（ｂ）及び（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図（ｃ）である。

符号の説明

１１、１２、１３、１４直通気路
２１、２２、２３、２４傾斜通気路
３１光源装置
３２レンズユニット
３３ＣＣＤカメラ
３４コネクタ
３５カメラケーブル
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
３１０メイン筐体
３１１隔壁
３１１ａ装着孔
３１２Ｏリング
３１３ａ、３１３ｂ連通孔
３１４バルブ
３１５レンズフード
３１５ａ内空間
３２０光源収容筐体
３３０連結板

Claims

レンズを介して加工機械の工作具を撮影して画像信号を生成する撮影ユニットを有し、
該撮影ユニットにて得られた画像信号に基づいて所定の画像処理を行なって前記工作具についての画像データを生成するようにした工作具の画像取得装置であって、
前記レンズの光軸を囲むように配列された複数の噴出口から前記レンズの前方に向けて前記光軸を巻き込むように気体を噴出させる気体噴出機構を有することを特徴とする工作具の画像取得装置。
前記複数の噴出口は、等角度間隔にて前記光軸を囲むように配列されていることを特徴とする請求項１記載の工作具の画像取得装置。
前記撮影ユニットは筐体内に収容され、前記レンズの前方に配置されるようにレンズフードが前記筐体の外面に固定され、
前記複数の噴出口は、前記レンズフード内に形成されたことを特徴とする請求項１または２記載の工作具の画像取得装置。
前記筐体は密封構造となり、
前記筐体に供給される気体が前記レンズフードに形成された前記複数の噴出口に導かれるようになっていることを特徴とする請求項３記載の工作具の画像取得装置。