JP2010099781A - 切削工具検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】 カメラにより撮像した切削工具のチップの画像を常に高精度に処理して切削工具の検査を正確に行うことができる切削工具検査システムを提供する。
【解決手段】 切削工具検査システム３０は、チップＣに接近した検査位置に位置決めした基準マークＭ及びチップＣをカメラ５４により同一視野で撮像して該チップＣの状態を検査しており、チップＣの画像処理を基準マークＭを基準にして行っている。そして、基準マークロッド４０を工作物を取り付ける例えば主軸台１０に取り付けているので、カメラ５４が熱等の影響により検査位置からズレたり撮像方向が傾斜しても基準マークＭには直接影響しない。このため、従来のようにカメラの位置や方向を高精度に調整する必要がなく、画像処理精度を常に高レベルな状態に維持して切削工具の検査を正確に行うことができ、該切削工具による切削加工精度を向上させることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、工作機械に備えられた切削工具を撮像して該切削工具の状態、例えば折損や摩耗等を検査する切削工具検査システムに関する。

従来、旋盤、フライス盤、ターニングセンタ等の工作機械に装着された切削工具の状態、例えばチップの折損や磨耗等を検査する場合、工作機械の加工ゾーンに機械式のレバー型変位センサを配置し、切削加工の前後や合間にチップをレバー先端に接触させレバーの変位を測定して検査している。しかし、１回の接触ではチップの一面のみしか検査できないため、多面形状のチップを検査するには少なくとも２回接触させる必要があり検査時間がかかっていた。また、チップをレバー先端に接触させる速度が高速であると衝撃によりチップやレバー先端が破損するおそれがあるため、低速度で接触させなければならず検査時間がかかっていた。また、工作機械の加工ゾーン内には切削加工により発生する切削粉等が飛散するが、レバーを変位させる可動部に切削粉等が入り込むと可動が阻害されて変位測定精度が低下する場合があるため、頻繁にメンテナンスを行う必要があり手間がかかっていた。また、機械式のレバー型変位センサでは変位測定精度が数十μｍであるため、検査精度の向上に限界があった。

このような問題を解消する切削工具検査システムとして、カメラを用いて切削工具のチップ先端を撮像し、その画像をコンピュータを用いて画像処理してチップの状態を検査するシステムがある。例えば、特許文献１には、切削工具のチップが予め定められた検査位置に来るように切削工具の並進位置及び回転位置を制御し、検査位置にあるチップを所定の方向から撮影し、その画像を解析してチップの欠損の大きさを表わす指標のデータを取得する。そして、その指標データをシステム内部で予め定められた判定基準と比較し、チップの交換の必要性を自動的に判定する切削工具検査システムが開示されている。また、特許文献２には、切削工具を回転あるいは移動させてチップの状態をカメラにより複数撮像し、複数の画像の中から焦点が合った画像を選択的に用いて検査を行う切削工具検査システムが開示されている。

これらの切削工具検査システムによれば、カメラを用いて多面形状のチップ全体を一度に撮像し画像処理して検査することができるので、上記レバー型変位センサを用いて多面形状のチップを数度に亘って低速度で接触させ変位を測定して検査するよりも検査時間を短縮させることができる。また、機械式のレバー型変位センサは変位測定のための可動部が必要であるが、光学式のカメラはそのような機械式の可動部を必要としないため、カメラを工作機械の加工ゾーン内に設置しても切削加工により発生して飛散する切削粉等の影響を受け難く、メンテナンス作業を簡略化することができる。また、光学式のカメラでは解像度を高めることにより数ミクロンもしくはそれ以下の高精度で検査することができる。
特開平１０−９６６１６号公報（段落０００７，０００９、図１，２） 特開２００１−２２７３１２号公報（段落００１１、図１）

上述したカメラを用いた切削工具検査システムでは、切削加工中はカメラが切削工具等と干渉しないようにカメラを検査位置から退避位置へ移動させ、その後にカメラを退避位置から検査位置へ復帰させている。このとき、高精度な画像処理を行うために常にカメラを一定の検査位置にて一定の撮像方向に向けて復帰させる必要がある。しかし、例えば切削加工中においてカメラ自体やカメラの保持ブラケットが熱等により変位した場合は、切削加工後にカメラを復帰させても検査位置からズレたり撮像方向が傾斜してしまうことがある。このような場合、切削加工前に撮像したチップの画像と切削加工後に撮像したチップの画像との間に誤差が生じて画像処理精度が低下する。この誤差は特にカメラとチップとの撮像距離が大きいほど幾何学的に拡大されるため、そのときの画像処理精度は大幅に低下する。また、工作機械の加工ゾーン内には切削加工により発生する切削粉や切削剤等が飛散するが、切削粉や切削剤等がカメラに付着したときは切削加工後に撮像したチップの画像が不鮮明となることがあり画像処理精度が低下する。

本発明は、カメラにより撮像した切削工具の画像を常に高精度に処理して切削工具の検査を正確に行うことができる切削工具検査システムを提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、工作機械に備えられた切削工具を撮像して該切削工具の状態を検査する切削工具検査システムにおいて、前記切削工具の輪郭位置を求める基準となる基準マークを有する基準マーク装置と、前記基準マーク及び前記切削工具を撮像するカメラを有するカメラ装置と、を備え、前記切削工具に接近した検査位置に位置決めした前記基準マーク及び前記切削工具を前記カメラにより同一視野で撮像して該切削工具の状態を検査することである。

請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記基準マーク装置は、工作物を取り付ける部材に取り付けられていることである。
請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１又は２において、前記基準マーク装置は、前記切削工具により前記工作物を加工する加工ゾーンから隔離された隔離ゾーン内の退避位置と前記加工ゾーン内の前記検査位置との間で移動可能に構成されていることである。
請求項４に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜３の何れか一項において、前記カメラ装置は、前記切削工具により前記工作物を加工する加工ゾーンから隔離された隔離ゾーン内の退避位置と前記加工ゾーン内の前記検査位置との間で移動可能に構成されていることである。

請求項５に記載の発明の構成上の特徴は、請求項４において、前記基準マーク装置及び前記カメラ装置は、同一の駆動装置により移動可能に構成されていることである。
請求項６に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜５の何れか一項において、前記基準マークを清浄するマーク清浄手段及び前記カメラを清浄するカメラ清浄手段の少なくとも一方を備えていることである。
請求項７に記載の発明の構成上の特徴は、請求項６において、前記マーク清浄手段及び前記カメラ清浄手段は、流体を前記基準マーク及び前記カメラにそれぞれ噴き付ける流体噴射手段を備えていることである。

請求項８に記載の発明の構成上の特徴は、請求項６又は７において、前記マーク清浄手段及び前記カメラ清浄手段は、前記切削工具により前記工作物を加工する加工ゾーンから隔離された隔離ゾーン内に配置されていることである。
請求項９に記載の発明の構成上の特徴は、請求項８において、前記マーク清浄手段及び前記カメラ清浄手段は、前記基準マーク装置及び前記カメラ装置の隔離ゾーン出入口に配置され、前記基準マーク装置及び前記カメラ装置の移動により自動的に清浄動作することである。
請求項１０に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜９の何れか一項において、前記基準マーク装置及び前記カメラ装置の少なくとも一方は、気体を前記基準マーク及び前記カメラの少なくとも一方に噴き付ける気体噴射手段を備えていることである。

請求項１１に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜１０の何れか一項において、前記基準マークは前記カメラの視野内の周囲に複数配置されており、全部の前記基準マークの重心と所定の一部の前記基準マークの重心との差のベクトルを予め求めておき、前記切削工具が前記カメラの視野内に在るために全部の前記基準マークを認識できないときに、認識可能な前記基準マークの中から前記一部の基準マークを選択して当該重心を求め、対応する前記差のベクトルにより全部の前記基準マークの重心を求め、もしくは前記基準マークの夫々から全部の前記基準マークの重心までの補正ベクトルを予め求めておき、前記切削工具が前記カメラの視野内に在るために全部の前記基準マークを認識できないときに、認識可能な前記基準マークに対応する前記補正ベクトルにより各重心を求めて平均化することにより全部の前記基準マークの重心を求めることである。

請求項１に係る発明によれば、切削工具の輪郭位置を求める基準となる基準マークを有する基準マーク装置を備え、切削工具に接近した検査位置に位置決めした基準マーク及び切削工具をカメラにより同一視野で撮像して該切削工具の状態を検査している。従来の切削工具の画像処理はカメラを基準にして行われるため、カメラを一定の検査位置に高精度に位置決めしたり一定の撮像方向に高精度に向ける必要があった。しかし、本発明の切削工具の画像処理は切削工具に接近した基準マークを基準にして行われる。即ち、基準マークから切削工具の検査位置までの距離は、基準マークからカメラまでの距離よりも極めて小さくなるように設定されているため、カメラが水平方向（Ｚ軸方向）に変位しても該変位は検査において無視することができる。このため、従来のようにカメラの位置や方向を高精度に調整する必要がなく、画像処理精度を常に高レベルな状態に維持して切削工具の検査を正確に行うことができ、該切削工具による切削加工精度を向上させることができる。

請求項２に係る発明によれば、基準マーク装置を工作物を取り付ける部材、例えば旋盤では主軸台やベッド、フライス盤ではワークスライドやジグ本体に取り付けているので、カメラが熱等の影響により検査位置からズレたり撮像方向が傾斜しても基準マークには直接影響せず、画像処理精度を常に高レベルな状態に維持して切削工具の検査を正確に行うことができ、該切削工具による切削加工精度を向上させることができる。更に、切削工具を取り付けるＸ，Ｚスライド等が変位したときは、該変位を上記画像処理結果に基づいて補正してフィードバックできるので、画像処理精度を更に高レベルな状態に維持して切削工具の検査をより正確に行うことができ、該切削工具による切削加工精度を更に向上させることができる。

請求項３に係る発明によれば、切削工具により工作物を加工する加工ゾーンから隔離された隔離ゾーン内の退避位置と加工ゾーン内の検査位置との間で基準マーク装置を移動させるようにしているので、加工ゾーン内において切削加工により発生して飛散する切削粉や切削剤等が基準マークに付着することを防止することができる。これにより、切削加工後の基準マークの画像を鮮明に撮像することができ、切削工具の検査を正確に行って該切削工具による切削加工精度を向上させることができる。

請求項４に係る発明によれば、切削工具により工作物を加工する加工ゾーンから隔離された隔離ゾーン内の退避位置と加工ゾーン内の検査位置との間でカメラ装置を移動させるようにしているので、加工ゾーン内において切削加工により発生して飛散する切削粉や切削剤等がカメラに付着することを防止することができる。これにより、切削加工後の基準マーク及び切削工具の画像を鮮明に撮像することができ、切削工具の検査を正確に行って該切削工具による切削加工精度を向上させることができる。

請求項５に係る発明によれば、基準マーク装置及びカメラ装置を同一の駆動装置により移動させるようにしているので、各装置に駆動装置を備える場合と比較して装置コストの上昇を抑えることができる。
請求項６に係る発明によれば、基準マークを清浄するマーク清浄手段及びカメラを清浄するカメラ清浄手段の少なくとも一方を備えているので、加工ゾーン内において切削加工により発生して飛散する切削粉や切削剤等が基準マークやカメラに付着しても払拭することができる。これにより、切削加工後の基準マーク及び切削工具の画像を鮮明に撮像することができ、切削工具の検査を正確に行って該切削工具による切削加工精度を向上させることができる。

請求項７に係る発明によれば、流体を基準マーク及びカメラにそれぞれ噴き付ける流体噴射手段をマーク清浄手段及びカメラ清浄手段に備えているので、加工ゾーン内において切削加工により発生して飛散する切削粉や切削剤等が基準マークやカメラに付着しても容易に流し落とすことができる。これにより、切削加工後の基準マーク及び切削工具の画像を鮮明に撮像することができ、切削工具の検査を正確に行って該切削工具による切削加工精度を向上させることができる。また、マーク清浄手段により基準マークを清浄する際の摩擦抵抗やカメラ清浄手段によりカメラを清浄する際の摩擦抵抗を低減することができるので、マーク清浄手段及び基準マーク並びにカメラ清浄手段及びカメラの傷付き等を防止して長寿命化させることができる。

請求項８に係る発明によれば、マーク清浄手段及びカメラ清浄手段を切削工具により工作物を加工する加工ゾーンから隔離された隔離ゾーン内に配置しているので、加工ゾーン内において切削加工により発生して飛散する切削粉や切削剤等がマーク清浄手段及びカメラ清浄手段に付着してしまうことを防止することができる。これにより、基準マーク及びカメラを常に清浄された状態にしておくことができる。
請求項９に係る発明によれば、マーク清浄手段及びカメラ清浄手段を基準マーク装置及びカメラ装置の隔離ゾーン出入口に配置し、基準マーク装置及びカメラ装置の移動により自動的に清浄動作できるようにしているので、独立して動作するマーク清浄手段及びカメラ清浄手段を備える場合と比較して装置コストの上昇を抑えることができる。

請求項１０に係る発明によれば、気体を基準マーク及びカメラの少なくとも一方に噴き付ける基体噴射手段を基準マーク装置及びカメラ装置の少なくとも一方に備えているので、加工ゾーン内において切削加工により発生して飛散する切削粉や切削剤等が基準マークやカメラに付着しても容易に噴き落とすことができる。これにより、切削加工後の基準マーク及び切削工具の画像を鮮明に撮像することができ、切削工具の検査を正確に行って該切削工具による切削加工精度を向上させることができる。

請求項１１に係る発明によれば、基準マークをカメラの視野内の周囲に複数配置しておき、切削工具がカメラの視野内に在るために全部の基準マークを認識できないときに、認識可能な基準マークのみで全部の基準マークの重心を求めるようにしている。これにより、切削工具の輪郭位置を常に高精度に求めることができるので、切削工具の検査を正確に行って該切削工具による切削加工精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、タレット旋盤１内には、軸線がＺ軸方向（水平方向）と平行になるように固定された主軸台１０と、Ｚ軸方向に平行な方向及びＺ軸方向と直交し垂直方向に対し６０度後方に傾斜したＸ軸方向に平行な方向に移動可能なタレット装置２０とが対向配置されている。主軸台１０には、主軸１１がＺ軸方向と平行な軸線の回りに回転可能に支持されている。主軸１１は、図略の主軸駆動モータによって回転駆動されるようになっている。主軸１１のタレット装置２０側の先端部には、工作物Ｗを把持するチャック１２が取り付けられている。このような構成の主軸台１０及び主軸駆動モータは、ベッド１３上に固設されている。

タレット装置２０には、タレット刃物台２１がＺ軸方向と平行な軸線の回りに回転割出し可能に設けられている。タレット刃物台２１上には、複数の切削工具Ｔが円周上等角度間隔に取り付けられている。このような構成のタレット装置２０は、Ｘ軸スライド２２に装着されている。Ｘ軸スライド２２は、Ｚ軸スライド２３上にＸ軸方向と平行な方向に移動可能に装架され、図略のＸ軸サーボモータにより図略のボールねじ機構を介して移動されるようになっている。Ｚ軸スライド２３は、ベッド２４上にＺ軸方向と平行な方向に移動可能に装架され、図略のＺ軸サーボモータにより図略のボールねじ機構を介して移動されるようになっている。

タレット旋盤１内には、主軸台１０とタレット装置２０を覆うカバー２が設けられ、カバー２内には、主軸台１０側とタレット装置２０側と仕切る隔壁２ｃが設けられている。固定配置された主軸台１０に対してタレット装置２０が移動し、タレット刃物台２１上の切削工具Ｔによってチャック１２に把持された工作物Ｗの外周及び端面等を切削加工するが、このとき発生して飛散する切削粉や切削液等が主軸台１０等に付着しないように上記隔壁２ｃが設けられている。即ち、この隔壁２ｃで仕切られた主軸台１０側が隔離ゾーン３となっており、タレット装置２０側が加工ゾーン４となっている。なお、主軸１１は隔壁２ｃに設けられた穴から加工ゾーン４側に突き出され、その主軸１１の先端にチャック１２が取り付けられている。

更に、タレット旋盤１内には、切削工具Ｔの例えばチップ（ハイス等のチップでない切削工具のときは刃先）を撮像して該チップの状態を検査する切削工具検査システム３０が設けられている。この切削工具検査システム３０は、チップの輪郭位置を求める基準となる基準マークを有する基準マークロッド（基準マーク装置）４０と、この基準マーク及びチップを撮像するカメラを有するカメラロッド（カメラ装置）５０とを備えている。切削工具検査システム３０は、Ｚ軸方向と平行方向に移動可能なように主軸台１０に取り付けられている。なお、切削工具検査システム３０は、工作物を取り付ける部材であれば主軸台１０の他にベッド１３に取り付けるようにしても良い。

この切削工具検査システム３０について更に詳述すると、図３に示すように、基準マークロッド４０が下側に、カメラロッド５０が上側に位置すると共に、基準マークロッド４０及びカメラロッド５０の長手方向がＺ軸方向と平行に、かつ基準マーク部４０ａ及びカメラ部５０ａが右方向を向くように配置されている。そして、基準マークロッド４０とカメラロッド５０の各左端部側の対向側面間が連結部材３２により連結され、基準マークロッド４０の左端部が駆動装置３３を介して主軸台１０に取り付けられている。

駆動装置３３は、油圧シリンダもしくは空圧シリンダ等を備え、基準マークロッド４０及びカメラロッド５０は、駆動装置３３によりＺ軸方向と平行方向に移動可能となっている。切削加工時は隔壁２ｃに設けられた出入口２ａ，２ｂのシャッタ３１ａ，３１ｂが閉じて、基準マークロッド４０及びカメラロッド５０は隔離ゾーン３内の退避位置に位置しており、検査時はシャッタ３１ａ，３１ｂが開いて、基準マーク部４０ａ及びカメラ部５０ａが出入口２ａ，２ｂから加工ゾーン４側に突き出て検査位置に位置するようになっている。このシャッタ３１ａ，３１ｂにより切削加工時に発生して飛散する切削粉や切削液等の出入口２ａ，２ｂから隔離ゾーン３内への侵入を防止することができる。

基準マークロッド４０は、図３に示すように突起が無い丸みのある直方体状に形成されている。これにより、隔離ゾーン３と加工ゾーン４との間の出入をスムーズに行うことができる。特に加工ゾーン４から隔離ゾーン３へ戻るときに引っ掛かりを無くすことにより、切削粉や切削液等の隔離ゾーン３内への侵入を防止することができる。基準マークロッド４０の基準マーク部４０ａの上側面には、基準マークがインクにより印刷もしくはエッチング等により刻印された透明ガラス製のゲージ４１が埋設されている。

このゲージ４１の下面側には発光体４２が配置され、ゲージ４１の上面には透明ガラス製の防護体４３が配置されている。発光体４２は、発熱によるゲージ４１の熱歪を小さくするために撮像時のみ点灯するようになっている。なお、発光体４２の配線は基準マークロッド４０内を通されている。防護体４３は、防護体４３の表面が基準マークロッド４０の表面と面一となるように、かつ傷付き等により光透過性が低下したときに簡易に交換可能なように、嵌め込み等により基準マークロッド４０に取り付けられている。そして、防護体４３と基準マークロッド４０の境界は、シール部材によりシールされて基準マークロッド４０内は水密に保たれている。

更に、図４に示すように、基準マークロッド４０の防護体４３両側には、気体、例えばエアーを防護体４３の表面に向けて噴射し、防護体４３の表面に付着している切削粉や切削液等を吹き飛ばして清掃するエアー噴射ノズル（気体噴射手段）４４が設けられている。エアー噴射ノズル４４は、板状に形成されて基準マークロッド４０の防護体４３両側にネジ止めされており、防護体４３の押さえも兼ねている。防護体４３両側に配置されたエアー噴射ノズル４４の対向面には、エアー噴射ノズル４４の内部に形成されたエアー流通路４４ｂに連通するエアー噴出口４４ａが横並びに３つ穿孔されている。エアー流通路４４ｂは、主軸台１０側に配置された図略のエアーポンプから基準マークロッド４０の内部を通る図略のエアー配管と接続されている。

なお、下側に配置されたエアー噴射ノズル４４のエアー噴出口４４ａの形成面は３０度の傾斜面に形成されているが、これは基準マークロッド４０が垂直方向に対し６０度後方に傾斜して配置されているため、エアー噴出口４４ａの形成面から切削粉や切削液等を落下させ易くするためである。即ち、エアー噴出口４４ａの形成面を垂直面に形成すると、該形成面に切削粉や切削液等が溜まるおそれがあるためである。なお、エアー噴出口４４ａの形成面にさらに当該形成面に対し垂直方向にエアーを噴射するエアー噴出口を形成し、もしくはエアー噴出口４４ａを当該形成面に対し垂直方向にもエアーを噴射するように形成することにより、検査時に上方に位置する切削工具のチップにもエアーを噴射して、チップの表面に付着している切削粉や切削液等を吹き飛ばして清掃することができる。

カメラロッド５０も、図３に示すように突起が無い丸みのある直方体状に形成されている。これにより、隔離ゾーン３と加工ゾーン４との間の出入をスムーズに行うことができる。特に加工ゾーン４から隔離ゾーン３へ戻るときに引っ掛かりを無くすことにより、切削粉や切削液等の隔離ゾーン３内への侵入を防止することができる。カメラロッド５０のカメラ部５０ａの下側面には、透明ガラス製の防護体５１が埋設されている。カメラ部５０ａの内部であって防護体５１の上方には、反射ミラー５２がＸ軸方向に対し左回りに４５度傾斜して配置され、カメラ部５０ａの内部であって反射ミラー５２の左方には、集光用のレンズ５３を備えたＣＣＤ等のカメラ５４が配置されている。防護体５１は、防護体５１の表面がカメラロッド５０の表面と面一となるように、かつ傷付き等により光透過性が低下したときに簡易に交換可能なように、嵌め込み等によりカメラロッド５０に取り付けられている。そして、防護体５１とカメラロッド５０の境界は、シール部材によりシールされてカメラロッド５０内は水密に保たれている。

更に、図５に示すように、カメラロッド５０の防護体５１両側には、気体、例えばエアーを防護体５１の表面に向けて噴射し、防護体５１の表面に付着している切削粉や切削液等を吹き飛ばして清掃するエアー噴射ノズル（気体噴射手段）５５が設けられている。エアー噴射ノズル５５は、板状に形成されてカメラロッド５０の防護体５１両側にネジ止めされており、防護体５１の押さえも兼ねている。防護体５１両側に配置されたエアー噴射ノズル５５の対向面には、エアー噴射ノズル５５の内部に形成されたエアー流通路５５ｂに連通するエアー噴出口５５ａが横並びに３つ穿孔されている。エアー流通路５５ｂは、主軸台１０側に配置された前述のエアーポンプからカメラロッド５０の内部を通る図略のエアー配管と接続されている。なお、エアー噴射ノズル４４，５５は、何れか一方のみ設けるようにしても良い。

図３に示すように、隔壁２ｃの出入口２ａ，２ｂ近傍であって隔離ゾーン３側の壁面には、特に基準マークロッド４０の防護体４３の表面及びカメラロッド５０の防護体５１の表面を清浄する基準マーク用ブラシ（マーク清浄手段）６１及びカメラ用ブラシ（カメラ清浄手段）６２と、各ブラシ６１，６２による清浄時に流体、例えば水又はエアーを含む水を噴き付ける水噴射ノズル（流体噴射手段）６３が固定配置されている。水噴射ノズル６３は、棒状に形成されて内部に形成された水流通路６３ｃと連通する水噴出口６３ａ，６３ｂが両端に穿孔されている。水流通路６３ｃは、主軸台１０側に配置された図略のポンプから延びる配管と接続されている。基準マーク用ブラシ６１及びカメラ用ブラシ６２は、毛先が基準マークロッド４０の上側面及びカメラロッド５０の下側面と摺接するように水噴射ノズル６３の水噴出口６３ａ，６３ｂ近傍に取り付けられているため、基準マークロッド４０及びカメラロッド５０が隔離ゾーン３と加工ゾーン４との間を移動する度に、防護体４３の表面及び防護体５１の表面を自動的に清浄することができる。なお、基準マーク用ブラシ６１及びカメラ用ブラシ６２は、何れか一方のみ設けるようにしても良い。

このような構成の切削工具検査システム３０により切削工具のチップを検査する場合、隔壁２ｃの出入口２ａ，２ｂのシャッタ３１ａ，３１ｂが開いて、基準マークロッド４０の基準マーク部４０ａ及びカメラロッド５０のカメラ部５０ａが出入口２ａ，２ｂから加工ゾーン４側に突き出て所定の検査位置に位置する。続いて、基準マークロッド４０及びカメラロッド５０のエアー噴射ノズル４４，５５がエアーを防護体５１，４３の表面に向けて噴射して防護体４３，５１の表面を清掃する。そして、切削工具のチップが基準マークロッド４０のゲージ４１の上方の所定の検査位置に位置するようにタレット装置２０が移動する。このときの基準マーク部４０ａ（ゲージ４１）からチップの検査位置までの距離は、基準マーク部４０ａ（ゲージ４１）からカメラ部５０ａ（カメラ５４）までの距離よりも極めて小さくなるように設定されているため、カメラ部５０ａ（カメラ５４）が水平方向（Ｚ軸方向）に変位しても該変位は検査において無視することができる。以上により検査の準備が完了するので続いて検査を開始する。

基準マーク部４０ａの発光体４２で発光した光は、ゲージ４１と防護体４３を透過してカメラ部５０ａに照射され、カメラ部５０ａの防護体５１を透過した光は、反射ミラー５２で９０度反射されレンズ５３で集光されてカメラ５４に達する。これにより、ゲージ４１に記された基準マークと共に切削工具のチップを同一視野で撮像することができるので、当該画像をコンピュータにより処理してチップの状態を検査する。なお、反射ミラー５２からの画像は左右が反転しているが、ソフトウエア処理により元の状態に戻すようにする。

検査終了後、切削工具のチップが基準マークロッド４０のゲージ４１の上方の所定の検査位置から切削加工開始位置に位置するようにタレット装置２０が移動する。そして、基準マークロッド４０の基準マーク部４０ａ及びカメラロッド５０のカメラ部５０ａが出入口２ａ，２ｂから隔離ゾーン３側に引込んで所定の退避位置に位置し、隔壁２ｃの出入口２ａ，２ｂのシャッタ３１ａ，３１ｂが閉じる。なお、退避位置移動動作前に基準マークロッド４０及びカメラロッド５０のエアー噴射ノズル４４，５５がエアーを防護体５１，４３の表面に向けて噴射して防護体４３，５１の表面を清掃するようにしても良い。

ここで、切削工具のチップを画像処理により検査する場合、切削工具のチップは様々な角度からカメラの視野に侵入してくるため、例えば視野の中心に基準マークを形成したときは該基準マークがチップにより隠されて画像処理不可となったり、チップの画像を十分に取り込むことができないことがある。このため、基準マークの画像とチップの画像を別々に取り込む必要があり、検査が長時間掛かっていた。

本実施形態の基準マークロッド４０の基準マーク部４０ａに備えられたゲージ４１は、図６に示すように、透明ガラスにより四角形状に形成されており、外周内側に沿って２８個の基準マークＭがインクにより印刷もしくはエッチング等により刻印されている。そして、基準マークＭの内側に形成される図示一点鎖線で囲まれた四角形状のエリアが、切削工具のチップを全体的に検査するときに用いる総合測定エリアＡＡであり、更にその内側に形成される図示二点鎖線で囲まれた四角形状のエリアが、切削工具のチップの先端を検査するときに用いる刃先測定エリアＡＣである。このようなゲージ４１に形成された複数の基準マークＭがカメラ５４の視野に取り込まれるため、切削工具のチップが様々な角度からカメラ５４の視野に侵入しても基準マークＭの画像とチップの画像を一括で取り込んで以下で説明する第１の方法又は第２の方法により画像処理することができる。

第１の方法は、先ず、２８個の基準マークＭをグループ分けする。例えば、ゲージ４１の左辺に沿って形成されている７個の基準マークＭとゲージ４１の下辺に沿って形成されている８個（角の１個は重複しているため除外）の基準マークＭを第１グループとする。ゲージ４１の左辺に沿って形成されている７個の基準マークＭとゲージ４１の上辺に沿って形成されている８個（角の１個は重複しているため除外）の基準マークＭを第２グループとする。ゲージ４１の右辺に沿って形成されている７個の基準マークＭとゲージ４１の上辺に沿って形成されている８個（角の１個は重複しているため除外）の基準マークＭを第３グループとする。ゲージ４１の右辺に沿って形成されている７個の基準マークＭとゲージ４１の下辺に沿って形成されている８個（角の１個は重複しているため除外）の基準マークＭを第４グループとする。そして、２８個全部の基準マークＭの重心Ｇを求めると共に、各グループの基準マークＭの重心Ｇ１〜Ｇ４を求め、重心Ｇと重心Ｇ１〜Ｇ４との差のベクトルＶ１〜Ｖ４を求めてコンピュータのメモリに格納しておく。

次に、切削工具のチップの検査においてチップがカメラ５４の視野に侵入して、例えば第３グループの基準マークＭを認識することができないときは、第１グループの基準マークＭが認識可能であるため、そのときの第１グループの基準マークＭの重心ｇ１を求める。そして、第１グループの基準マークＭに対応する差のベクトルＶ１をコンピュータのメモリから読み出し、先に求めた第１グループの基準マークＭの重心ｇ１と読み出した第１グループの基準マークＭに対応する差のベクトルＶ１とから全部の基準マークＭの重心ｇを求める。そして、この重心ｇを用いてチップの輪郭位置（エッジ及びノーズＲ）を求めてチップの折損や摩耗等を検査する。

第２の方法は、先ず、２８個の基準マークＭの夫々（Ｍ１〜Ｍ２８とする）から２８個全部の基準マークＭの重心Ｇまでの補正ベクトルｖ１〜ｖ２８を求めてコンピュータのメモリに格納しておく。次に、切削工具のチップの検査においてチップがカメラ５４の視野に侵入して、例えば基準マークＭ１〜Ｍ８を認識することができないときは、認識可能な残りの基準マークＭ９〜Ｍ２８に対応する補正ベクトルｖ９〜ｖ２８により各重心ｇ９〜ｇ２８を求めてそれらの平均値を求める。そして、求めた平均値を全部の基準マークＭの重心ｇ０とし、この重心ｇ０を用いてチップの輪郭位置（エッジ及びノーズＲ）を求めてチップの折損や摩耗等を検査する。
以上の各方法によれば、基準マークＭと切削工具のチップの関係は変化しないので、基準マークロッド４０の基準マーク部４０ａが所定の検査位置に停止した際にその停止位置にズレが生じても、そのときの基準マークＭの重心ｇ又はｇ０の絶対位置から求まる切削工具のチップの輪郭位置にズレは生じない。よって、切削加工前の切削工具のチップの輪郭位置と切削加工後の切削工具のチップの輪郭位置とを比較することにより、チップの折損や摩耗等を高精度に検査することができる。

チップのエッジは、シークラインを用いて求めることができる。このシークラインとは、２次元仮想画面内に設定された長さと傾きが自由な線分で、その線方向の中心位置に対するエッジの位置を求めるものである。図７（Ａ）に示すように、複数のシークラインＬａを設定することによりチップＣのエッジを求める。使用前後のチップＣのエッジを求めてパターンマッチングし、各エッジの位置が設定値以上に異なっている場合はチップＣの折損（構成歯先の場合は異常）と判断する。

チップのノーズＲも、シークラインを用いて求めることができる。先ず、図７（Ｂ）に示すように、下方に向かう複数のシークラインＬｂを所定間隔で設定し、輝度の極大値（暗から明に変化する点）が最下点となるシークラインＬｂｍを求めてＸ方向切削線とする。同様に、図７（Ｃ）に示すように、左方に向かう複数のシークラインＬｃを所定間隔で設定し、輝度の極大値（暗から明に変化する点）が最左点となるシークラインＬｃｍを求めてＺ方向切削線とする。次に、図７（Ｄ）に示すように、Ｘ方向切削線Ｌｂｍと、このＸ方向切削線Ｌｂｍに平行であってＺ方向切削線ＬｃｍのエッジＥｃを通る線Ｌｂｐとの距離Ｒｚを求める。同様に、Ｚ方向切削線Ｌｃｍと、このＺ方向切削線Ｌｃｍに平行であってＸ方向切削線ＬｂｍのエッジＥｂを通る線Ｌｃｐとの距離Ｒｘを求める。そして、距離Ｒｚと距離Ｒｘのうち、大きい方をノーズＲに設定する。使用後のチップＣのノーズＲが使用前のチップＣのノーズＲよりも設定値以上になっている場合はチップＣの摩耗と判断する。

なお、ゲージ４１には複数の基準マークＭを形成したが、例えば図８に示すように、３重の同心円状の基準マークｍをゲージ４１の中心に形成しても良い。このように基準マークｍを可能な限り大きく形成しているので、チップにより隠されて画像処理不可となる事態を低減することができる。更に、同心円間の隙間を形成しているので、カメラの視界の妨げとなることを低減することができる。また、基準マークＭの画像とチップＣの画像を一括で取り込んでいるが、基準マークＭ又は基準マークｍの画像とチップＣの画像を別々に取り込んでも良い。

以上のように、本実施の形態の切削工具検査システム３０によれば、チップＣに接近した検査位置に位置決めした基準マークＭ及びチップＣをカメラ５４により同一視野で撮像して該チップＣの状態を検査しており、チップＣの画像処理を基準マークＭを基準にして行っている。そして、基準マークロッド４０を工作物を取り付ける例えば主軸台１０に取り付けているので、カメラ５４が熱等の影響により検査位置からズレたり撮像方向が傾斜しても基準マークＭには直接影響しない。このため、従来のようにカメラの位置や方向を高精度に調整する必要がなく、画像処理精度を常に高レベルな状態に維持して切削工具の検査を正確に行うことができ、該切削工具による切削加工精度を向上させることができる。更に、主軸台１０以外の例えば切削工具を取り付けるＸ軸，Ｚ軸スライド２２，２３等が変位したときは、該変位を上記画像処理結果に基づいて補正してフィードバックできる。このため、画像処理精度を常に高レベルな状態に維持して切削工具の検査をより正確に行うことができ、該切削工具による切削加工精度を更に向上させることができる。検査タイミングとしては、切削工具のチップ（刃物）を交換（段取り替え）する毎に画像処理して補正し、もしくは切削工具のチップ（刃物）を工程の変更で割り出す度に画像処理して補正する。

なお、上述した実施の形態では、切削工具検査システム３０をＸ軸方向が垂直方向に対し６０度後方に傾斜した構成の旋盤に適用する場合を説明したが、Ｘ軸方向が垂直方向を向いた構成の旋盤であっても同様に適用することができる。また、旋盤以外の例えばフライス盤にも適用することができる。この場合、切削工具検査システム３０は、工作物を取り付けるワークスライドやジグ本体に垂直方向に移動可能なように取り付ける。そして、隔壁を水平に設け、隔壁の下方を隔離ゾーン、隔壁の上方を加工ゾーンとし、この隔壁に対し出入可能なように構成する。

また、上述した実施の形態では、カメラロッド５０に備えるレンズ５３として一般的なレンズを用いたが、テレセントリックレンズを用いても良い。このテレセントリックレンズによれば、基準マーク部４０ａ（ゲージ４１）からカメラ部５０ａ（カメラ５４）までの距離（Ｘ軸方向）の影響を無くすことができると共に、カメラ部５０ａ（カメラ５４）の水平変位（Ｚ軸方向）の影響を無くすことができる。

また、上述した実施の形態では、基準マークロッド４０の防護体４３の表面及びカメラロッド５０の防護体５１の表面を清浄するブラシを備えたが、ゴムによりスクレーパ状に形成したものを備えるようにしても良い。また、基準マーク用ブラシ６１及びカメラ用ブラシ６２は、基準マークロッド４０の防護体４３側の側面及びカメラロッド５０の防護体５１側の側面を清浄するように配置したが、基準マークロッド４０の全側面及びカメラロッド５０の全側面を清浄可能なように例えば４箇所に配置しても良い。

また、基準マーク用ブラシ６１及びカメラ用ブラシ６２と、水噴射ノズル６３を隔壁２ｃに固定配置するように構成したが、図９に示すような構成としても良い。即ち、基準マーク用水噴射ノズル７１は、右端部に基準マーク用ブラシ７２を備え、左端部は主軸台１０に回転自在に取り付けられ、略中央部に基準マークロッド４０側に付勢するバネ７３が取り付けられた構成とする。カメラ用水噴射ノズル７４は、右端部にカメラ用ブラシ７５を備え、左端部は主軸台１０に回転自在に取り付けられ、略中央部にカメラロッド５０側に付勢するバネ７６が取り付けられた構成とする。このような構成によっても、基準マークロッド４０及びカメラロッド５０が隔離ゾーン３と加工ゾーン４との間を移動する度に、防護体４３の表面及び防護体５１の表面を自動的に清浄することができる。

また、上述した実施の形態では、基準マークロッド４０及びカメラロッド５０をＸ軸方向に並設したが、更に１組の基準マークロッド４０及びカメラロッド５０をＸ軸方向に並設することにより、切削工具のチップを３次元で検査することが可能となる。また、Ｘ軸方向及びＺ軸方向と直交するＹ軸方向にも移動可能なタレット装置を備えた旋盤のときは、切削工具のチップの一方向を検査した後、タレット装置２０を９０度回転させた後又は同時にＹ軸方向に移動させることにより、先の一方向から９０度回転させた方向の切削工具のチップを検査することにより３次元で検査することが可能となる。なお、フライス盤の場合は工具の回転が可能であるため３次元で検査することができる。

本発明の実施の形態に係る切削工具検査システムを備えたタレット旋盤を示す正面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は切削工具検査システムの周辺を示す正面図及び側面図である。 切削工具検査システムの正面図である。 切削工具検査システムの基準マークロッドを示す斜視図である。 切削工具検査システムのカメラロッドを示す斜視図である。 基準マークロッドの基準マークが形成されたゲージを示す図である。 （Ａ）は切削工具の検査のためのチップのエッジを求める様子を示す図、（Ｂ）〜（Ｄ）は切削工具の検査のためのチップのノーズＲを求める様子を示す図である。 基準マークロッドの基準マークが形成されたゲージの別形態を示す図である。 基準マーク用ブラシ及びカメラ用ブラシと、水噴射ノズルの別形態を示す図である。

符号の説明

１…本体、２…隔壁、３…隔離ゾーン、４…加工ゾーン、１０…主軸台、２０…タレット装置、３０…切削工具検査システム、３１ａ，３１ｂ…シャッタ、３３…駆動装置、４０…基準マークロッド、４０ａ…基準マーク部、４１…ゲージ、４２…発光体、４３…防護体、４４…エアー噴射ノズル、５０…カメラロッド、５０ａ…カメラ部、５１…防護体、５２…反射ミラー、５３…レンズ、５４…カメラ、５５…エアー噴射ノズル、６１，７２…基準マーク用ブラシ、６２，７５…カメラ用ブラシ、６３…水噴射ノズル、７１…基準マーク用水噴射ノズル、７４…カメラ用水噴射ノズル、Ｍ，ｍ…基準マーク、Ｃ…チップ。

Claims (11)

1. 工作機械に備えられた切削工具を撮像して該切削工具の状態を検査する切削工具検査システムにおいて、
   前記切削工具の輪郭位置を求める基準となる基準マークを有する基準マーク装置と、
   前記基準マーク及び前記切削工具を撮像するカメラを有するカメラ装置と、を備え、
   前記切削工具に接近した検査位置に位置決めした前記基準マーク及び前記切削工具を前記カメラにより同一視野で撮像して該切削工具の状態を検査することを特徴とする切削工具検査システム。
2. 請求項１において、前記基準マーク装置は、工作物を取り付ける部材に取り付けられていることを特徴とする切削工具検査システム。
3. 請求項１又は２において、前記基準マーク装置は、前記切削工具により前記工作物を加工する加工ゾーンから隔離された隔離ゾーン内の退避位置と前記加工ゾーン内の前記検査位置との間で移動可能に構成されていることを特徴とする切削工具検査システム。
4. 請求項１〜３の何れか一項において、前記カメラ装置は、前記切削工具により前記工作物を加工する加工ゾーンから隔離された隔離ゾーン内の退避位置と前記加工ゾーン内の前記検査位置との間で移動可能に構成されていることを特徴とする切削工具検査システム。
5. 請求項４において、前記基準マーク装置及び前記カメラ装置は、同一の駆動装置により移動可能に構成されていることを特徴とする切削工具検査システム。
6. 請求項１〜５の何れか一項において、前記基準マークを清浄するマーク清浄手段及び前記カメラを清浄するカメラ清浄手段の少なくとも一方を備えていることを特徴とする切削工具検査システム。
7. 請求項６において、前記マーク清浄手段及び前記カメラ清浄手段は、流体を前記基準マーク及び前記カメラにそれぞれ噴き付ける流体噴射手段を備えていることを特徴とする切削工具検査システム。
8. 請求項６又は７において、前記マーク清浄手段及び前記カメラ清浄手段は、前記切削工具により前記工作物を加工する加工ゾーンから隔離された隔離ゾーン内に配置されていることを特徴とする切削工具検査システム。
9. 請求項８において、前記マーク清浄手段及び前記カメラ清浄手段は、前記基準マーク装置及び前記カメラ装置の隔離ゾーン出入口に配置され、前記基準マーク装置及び前記カメラ装置の移動により自動的に清浄動作することを特徴とする切削工具検査システム。
10. 請求項１〜９の何れか一項において、前記基準マーク装置及び前記カメラ装置の少なくとも一方は、気体を前記基準マーク及び前記カメラの少なくとも一方に噴き付ける気体噴射手段を備えていることを特徴とする切削工具検査システム。
11. 請求項１〜１０の何れか一項において、前記基準マークは前記カメラの視野内の周囲に複数配置されており、
    全部の前記基準マークの重心と所定の一部の前記基準マークの重心との差のベクトルを予め求めておき、前記切削工具が前記カメラの視野内に在るために全部の前記基準マークを認識できないときに、認識可能な前記基準マークの中から前記一部の基準マークを選択して当該重心を求め、対応する前記差のベクトルにより全部の前記基準マークの重心を求め、
    もしくは前記基準マークの夫々から全部の前記基準マークの重心までの補正ベクトルを予め求めておき、前記切削工具が前記カメラの視野内に在るために全部の前記基準マークを認識できないときに、認識可能な前記基準マークに対応する前記補正ベクトルにより各重心を求めて平均化することにより全部の前記基準マークの重心を求めることを特徴とする切削工具検査システム。

Images