JP2012091260A - Imaging type tool measurement device and measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像式工具測定装置および測定方法に関し、特に撮像環境の劣化を検出し、工具寸法を高精度に測定できるように撮像条件を自動的に調整したり、画像を補正するようにした、撮像式工具測定装置および測定方法に関するものである。 The present invention relates to an imaging tool measurement apparatus and measurement method, and more particularly, to detect deterioration of an imaging environment and automatically adjust imaging conditions or correct an image so that tool dimensions can be measured with high accuracy. The present invention relates to an imaging tool measuring apparatus and a measuring method.
工作機械の分野では加工精度に対する要求は年々高くなっており、近時ではサブミクロンのオーダの加工精度が要求されることも珍しくなくなっている。こうした加工精度の向上を目指して、NC工作機械においては、高速回転中の工具の刃先位置の変位を正確に測定するために、撮像素子(例えばCCD)を使用した撮像装置が用いられている。
ここでは、主軸に装着される工具を撮像して、画像処理を行い、工具の刃先の位置測定、工具の長さ、径等の形状、寸法の測定、工具の振れの測定、刃先の観察等を行うようにしており、視野内への刃先の進入の判断に関しては逐次、フレーム信号毎処理を行うことから、処理が遅くなり、刃先の進入検出ができずにSKIP信号を出力できない(SKIPが遅い)場合があり、工具Tの先端がワークに衝突する虞がある。SKIP信号とは、刃先の進入動作指令を中断させる信号のことであり、SKIP信号が出力されると刃先を進入させる送り軸の動きが停止する。
また、これらの測定は画像信号に基づくことから、視野の汚れ、照明輝度等、撮像環境に左右されやすく、この結果、測定ができず、手動調整が必要となる場合も多い。
In the field of machine tools, the demand for machining accuracy is increasing year by year, and recently, it is not uncommon to require machining accuracy on the order of submicrons. In order to improve such processing accuracy, NC machine tools use an imaging device using an imaging device (for example, a CCD) in order to accurately measure the displacement of the cutting edge position of a tool during high-speed rotation.
Here, the tool mounted on the spindle is imaged, image processing is performed, the position of the cutting edge of the tool is measured, the shape and dimensions of the tool, such as the length and diameter, the measurement of the tool runout, the observation of the cutting edge, etc. Since the determination of the approach of the blade edge into the field of view is performed sequentially for each frame signal, the processing is slowed down, the blade edge entry cannot be detected and the SKIP signal cannot be output (SKIP is The tip of the tool T may collide with the workpiece. The SKIP signal is a signal that interrupts the blade tip entry operation command. When the SKIP signal is output, the movement of the feed shaft that causes the blade tip to enter is stopped.
In addition, since these measurements are based on image signals, they are easily affected by the imaging environment such as dirt on the visual field and illumination luminance. As a result, measurement is not possible and manual adjustment is often required.
従来、CCDカメラによる、撮像対象の画像データを用いて、形状認識や、寸法計測を行う場合、撮像対象の外側輪郭が明確に判るエッジ強調の高コントラストの撮像データが得られる撮像対象の照明装置が開示されている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, when shape recognition or dimension measurement is performed using image data of an imaging target by a CCD camera, an imaging target illumination device capable of obtaining edge-enhanced high-contrast imaging data in which the outer contour of the imaging target is clearly understood Is disclosed (for example, see Patent Document 1).
また、加工を進めていくうち、加工部位では、切り粉や切削油などの飛散によって工具を始め、ワークなどに付着し、撮像環境が悪化しても、その工具に付着した切り粉や切削油等の異物に影響されない、工具自体の外形の特徴を得ることで、高精度に工具の形状を検査できるようにする装置が開示されている(特許文献2参照)。 In addition, as the machining progresses, even at the processing site, chips and cutting oil that adheres to the tool even if the imaging environment deteriorates, starting with tools and workpieces due to scattering of cutting chips and cutting oil, etc. An apparatus is disclosed in which the shape of a tool can be inspected with high accuracy by obtaining features of the outer shape of the tool itself that are not affected by foreign matters such as the above (see Patent Document 2).
しかしながら、前者の特許文献1における装置では、光源の配置を工夫してエッジ強調の高コントラスト撮像データを得るとしても、コントラストやエッジの鮮明度を検出して、これらを基に、撮像環境に影響を与える要素を自動調整するということを開示するものではない。
一方、後者の特許文献2における工具検査装置においても、撮像環境が悪化しても、その工具に付着した切り粉や切削油等の異物に影響されない、工具自体の外形の特徴を得ることで、高精度に工具の形状を検査できるとしても、その撮像環境の悪化の影響を補正するように、撮像環境に影響を与える要素を自動調整するということは何ら示唆されるものではない。
However, in the former device disclosed in
On the other hand, even in the tool inspection apparatus of the
本発明は、以上のような課題を改善するために提案されたものであって、撮像式工具測定装置および測定方法において、加工時における種々の撮像条件を検出して、所望の撮像条件が得られるように、少なくとも撮像条件要素の一つを自動的に調整したり画像を補正するようにした、撮像式工具測定装置および測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in order to improve the above-described problems. In the imaging tool measurement apparatus and measurement method, various imaging conditions at the time of machining are detected to obtain desired imaging conditions. Therefore, an object of the present invention is to provide an imaging type tool measuring apparatus and a measuring method which automatically adjust at least one of imaging condition elements and correct an image.
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明では、工具を撮像する撮像部と、該撮像部からの撮像信号を画像処理する信号処理・制御部とを有し、工具の寸法を測定する撮像式工具測定装置において、信号処理・制御部は、撮像部からの撮像信号、または撮像信号を画像処理した信号に基づいて撮像環境・条件を検出する撮像環境・条件検出部と、撮像環境・条件検出部の情報を基に、撮像条件を判断し、調整指令を導出する撮像条件判断・調整指令部と、撮像条件判断・調整指令部からの調整指令信号により、撮像部の撮像要素の撮像条件を調整する調整手段と、を具備することを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the invention according to
これにより、撮像部からの撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号に基づいて、撮像環境・条件を把握することができる。
次いで、撮像環境・条件にかかる信号から、撮像条件判断・調整指令部により撮像の適正条件を決定して調整指令信号を導出し、かかる調整指令信号により、撮像条件(例えば照明手段、主軸制御手段、シャッター制御手段)を調整する調整信号を出力し、好適に撮像環境・条件を調整することができる。
Thereby, an imaging environment / condition can be grasped based on an imaging signal from the imaging unit or a signal obtained by performing image processing on the imaging signal.
Next, an imaging condition determination / adjustment command unit determines an appropriate imaging condition from a signal related to the imaging environment / conditions to derive an adjustment command signal, and the adjustment command signal determines the imaging condition (for example, illumination means, spindle control means) The adjustment signal for adjusting the shutter control means) is output, and the imaging environment / conditions can be suitably adjusted.
請求項2記載の発明では、撮像環境・条件検出部は、画像のコントラスト、エッジの鮮明度、露光値、主軸の回転数の全て又は任意の複数個又は1個を検出対象とする。 According to the second aspect of the present invention, the imaging environment / condition detecting unit detects all or any plurality or one of image contrast, edge sharpness, exposure value, and spindle rotation speed.
これにより、信号処理・制御部は、多種の撮像環境・条件を把握することができ、測定装置の撮像環境調整に寄与することができる。 Thereby, the signal processing / control unit can grasp various imaging environments and conditions, and can contribute to the adjustment of the imaging environment of the measuring apparatus.
請求項3記載の発明では、撮像条件判断・調整指令部は、撮像環境・条件検出部の検出情報及び過去の撮像時の画像コントラスト、エッジの鮮明度、露光値、主軸の回転数の少なくとも一つの条件データから、撮像条件としての照明輝度、シャッター速度、サンプリング時間の適正値、及び主軸回転数の少なくとも一つを判断する。 According to a third aspect of the present invention, the imaging condition determination / adjustment command unit includes at least one of detection information of the imaging environment / condition detection unit and image contrast at the time of past imaging, edge sharpness, exposure value, and spindle rotation speed. From the two condition data, at least one of the illumination brightness, the shutter speed, the appropriate value of the sampling time, and the spindle speed as the imaging condition is determined.
これにより、撮像環境、清浄時(基準となる時)、測定時の適時、あるいは測定後の撮像環境を比較判断することができる。 Thereby, it is possible to compare and judge the imaging environment, the time of cleaning (when serving as a reference), the timely time of measurement, or the imaging environment after measurement.
請求項4記載の発明では、調整手段は、撮像条件判断・調整指令部に基づく適正値に適合すべく、撮像条件としての照明輝度、シャッター速度、サンプリング時間の適正値、及び主軸回転数の少なくとも一つを調整する。 In the invention according to claim 4, the adjusting means is adapted to an appropriate value based on the imaging condition determination / adjustment command unit, and at least of the illumination brightness, the shutter speed, the appropriate value of the sampling time, and the spindle rotation speed as the imaging condition. Adjust one.
これにより、撮像部の撮像環境調整に寄与することができる。ここで、主軸回転数は加工条件によって適正値が決められているが、何らかのタイミングでうまく撮像できないとき、加工に悪影響を与えない範囲で主軸回転数を微調整するものである。 Thereby, it can contribute to the imaging environment adjustment of an imaging part. Here, an appropriate value is determined for the spindle rotational speed depending on the machining conditions, but when the image cannot be captured well at some timing, the spindle rotational speed is finely adjusted within a range that does not adversely affect the machining.
請求項5記載の発明では、工具の撮像信号を画像処理して工具の寸法を測定する撮像式工具測定方法において、工具の撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号に基づいて撮像環境・条件を検出し、撮像環境・条件にかかる情報を基に、撮像条件を判断して、調整指令を導出し、該調整指令信号により、撮像条件を調整することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an imaging tool measuring method for measuring a tool size by performing image processing on a tool imaging signal, based on a tool imaging signal or a signal obtained by performing image processing on the imaging signal. It is characterized in that the conditions are detected, the imaging conditions are determined based on information relating to the imaging environment and conditions, an adjustment command is derived, and the imaging conditions are adjusted by the adjustment command signal.
これにより、撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号に基づいて、撮像環境・条件を把握することができる。
次いで、撮像環境・条件にかかる信号から、撮像の適正条件を決定して調整指令信号を導出し、かかる調整指令信号により、撮像条件を調整することができる。
Accordingly, it is possible to grasp the imaging environment / condition based on the imaging signal or a signal obtained by performing image processing on the imaging signal.
Next, it is possible to determine an appropriate imaging condition by deriving an adjustment command signal from a signal related to the imaging environment / condition, and to adjust the imaging condition based on the adjustment command signal.
請求項6記載の発明では、工具の撮像環境が清浄時の画像のコントラスト、エッジの鮮明度、露光値、主軸の回転数の少なくとも一つを取得し、判断して撮像条件としての照明輝度、シャッター速度、サンプリング時間の適正値、及び主軸回転数の少なくとも一つを予め定め、撮像環境清浄時における撮像環境・条件として記憶し、その後側定時の適時における撮像環境・条件を検出して撮像環境清浄時における撮像環境・条件と比較することで、撮像環境の変化を判断し、前記撮像条件を調整する。 In the invention of claim 6, at least one of the contrast of the image when the imaging environment of the tool is clean, the sharpness of the edge, the exposure value, and the number of rotations of the spindle is acquired, and the illumination brightness as the imaging condition is determined. Predetermine at least one of shutter speed, appropriate value for sampling time, and spindle speed and store it as the imaging environment / condition when the imaging environment is clean. By comparing with the imaging environment / conditions at the time of cleaning, a change in the imaging environment is determined, and the imaging conditions are adjusted.
これにより、撮像環境清浄時、またその後側定時の適時において、撮像環境・条件を比較判断し、調整を行うので、撮像式工具測定装置を常時、撮像環境・条件を良好な環境、状態に補正することができる。 As a result, the imaging environment / conditions are compared and determined and adjusted when the imaging environment is clean and at a later time, so the imaging tool measurement device is always adjusted to a good environment and condition. can do.
さらに請求項7記載の発明では、撮像環境清浄時の撮像視野のみの撮像画像を予め記憶し、その後の測定による使用を経て、該測定後の撮像視野のみの撮像画像を検出し、撮像環境清浄時の撮像視野のみの撮像画像と測定後の撮像視野のみの撮像画像との差分画像を撮像レンズ面及び照明部の汚れ付着として判断し、差分画像を以降の撮像時の視野像から削除する。 According to the seventh aspect of the present invention, the captured image of only the imaging field of view at the time of cleaning the imaging environment is stored in advance, and the captured image of only the imaging field of view after the measurement is detected, and the imaging environment is cleaned. The difference image between the captured image with only the imaging field at the time and the captured image with only the imaging field after the measurement is determined as dirt adhesion on the imaging lens surface and the illumination unit, and the difference image is deleted from the field image at the subsequent imaging.
これにより、撮像対象がない状態の撮像環境清浄時に記憶した撮像視野のみの撮像画像を、またその後の測定による使用を経て、取得した撮像視野のみの撮像画像との差分画像を撮像レンズ面及び照明部の汚れ付着として判断し、差分画像を以降の撮像時の視野像から削除するので、撮像式工具測定装置は常時、誤差のない高精度な測定に寄与することができる。 As a result, the picked-up image of only the picked-up visual field stored at the time of cleaning the picking-up environment in the absence of the picked-up object, and the difference image with the picked-up image of the picked-up image pick-up only through the subsequent measurement are used for the imaging lens surface and illumination Since the difference image is deleted from the field image at the time of subsequent imaging, the imaging-type tool measuring device can always contribute to highly accurate measurement with no error.
本発明によれば、自動化に対応した高精度、高信頼性の撮像式工具測定装置、方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the highly accurate and reliable imaging type tool measuring apparatus and method corresponding to automation can be provided.
以下、本発明にかかる撮像式工具測定装置について、システム構成の具体的な一例を挙げ、詳細に説明する。
図1に、本発明にかかる撮像式工具測定装置10を、NCフライス盤やマシニングセンタ等のNC工作機械1に組み込んだところを示す。
NC工作機械1は、ベース2上にXY軸方向に縦横移動可能なテーブル3と、テーブル3に直交するZ軸方向にコラム4上に、昇降可能に主軸5が配置されている。かかる主軸5には、工具Tが装着されている。そして、かかる工具Tを挟んで、工具Tを撮像対象として撮像を行って、工具寸法測定等を行う、撮像式工具測定装置10が搭載されている。
Hereinafter, the imaging-type tool measuring apparatus according to the present invention will be described in detail with a specific example of the system configuration.
FIG. 1 shows a state in which an imaging
The
図2に、撮像式工具測定装置10のシステム構成図を示す。なお、このNC工作機械1は、数値制御により工具Tを装着した主軸5とワーク(図示省略)を固定したテーブル3との間で、相対移動を行わせ、ワークを加工するものである。
In FIG. 2, the system block diagram of the imaging type
この撮像式工具測定装置10は、かかるNC工作機械1のテーブル3に搭載されたハウジング11に撮像部12が組み込まれ、撮像部12による画像信号を所定の信号処理を施して、後述する判断、演算を行い、各種処理信号、指令信号を発する信号処理・制御部13に画像データを送出する構成としている。
撮像式工具測定装置10は、主軸5に装着された工具Tに対し、撮像部12による画像信号を取得し、該画像信号に対し、信号処理・制御部13において、所定の信号処理を施して、後述する判断、演算を行い、各種処理信号、指令信号を発して、撮像環境を決定する種々の構成手段に対応する調整指令信号をそれぞれ送出し、撮像環境を調整するようにしている。
This imaging type
The imaging-type
撮像部12は、撮像対象である工具Tを照明する光源Lと、コンデンサーレンズ14を介して平行光線として工具Tを通過した光線を、撮像レンズ群15を通過させると共に、受光面に結像した像を電気信号に変換する撮像素子16とを備え、撮像素子16により取得された電気信号をデジタルデータに変換して後述する信号処理・制御部13に送出するA/D変換器17を備えている。
工具Tは、ドリル、ボールエンドミル、フラットエンドミル等様々な形状のものを想定している。
撮像レンズ群15は、工具Tを通過した光線を、撮像レンズ群15を通過させることで、後述する撮像素子16に全体が結像されるように光束を調整するためのもので、光軸を一致させるように配置した、それぞれ所定倍率の凸レンズ、凹レンズ等の組合せで構成される。
撮像素子16は、二次元のCCDイメージセンサであり、入射した画像に係る光信号から電気信号を生起するもので、アナログ信号として取り出される。
The
The tool T assumes various shapes such as a drill, a ball end mill, and a flat end mill.
The
The
以上のような撮像部12において、撮像レンズ群15から撮像素子16に至る光路中において、結像光線を1/2は光路に沿って透過させて、撮像素子16に入射させる一方、残余の結像光線は、光路に直交方向に偏光させて工具Tの刃先進入を検出するためのビームスプリッタ18(以下、ハーフミラー18)が介設されている。
すなわち、刃先進入検出部としては、図示は省略するが例えば、撮像部12において、撮像レンズ群15から撮像素子16に至る光路中に介設されたハーフミラー18からは、結像光線の1/2を光路に直交方向に偏光させた画像光を線状に線状変換するシリンダレンズと、シリンダレンズからの線状に線状変換された画像信号から、線状の電気信号に変換するラインセンサを具備する。工具Tが画像取得範囲に入っていくことにより、ラインセンサによって、濃淡の画像信号として捉えてSKIP信号をCNC工作機械動作制御部に出力して、工作機械を停止させる設定である。
In the
That is, although not shown in the drawing as the blade edge detection unit, for example, in the
また刃先進入検出部は、次のような構成も可能である。すなわち、刃先進入検出部は、撮像される画像を結像前に光学経路からハーフミラー18により分離された画像を、絞り部材を通過させてスポット状に絞り込み、集光レンズを通してさらに点状に集光させて、フォトトランジスタに入射させるようにしている。フォトトランジスタは、点状の入射光が一定以上の光の強さになったか否かを感知することでオンオフし、工具の有無検出手段に送出して、フォトトランジスタのオンオフ信号により、工具Tの進入の有無を捉えることができ、SKIP信号生成手段によりSKIP信号を発生させ、SKIP信号をCNC工作機械動作制御部に出力して、工作機械の工具進入動作を停止させることができる。
Moreover, the following configuration is also possible for a blade edge | tip approach detection part. In other words, the blade edge entry detection unit narrows the image separated by the
さらには、刃先進入検出部は、ハーフミラー18を用いずとも、加工部2における視野内に、非接触型検出手段である、レーザー検出手段、あるいは近接センサを配設して、工具が進入するのを検出することもできる。
Further, the blade edge detection unit is not contacted with the
そして、信号処理・制御部13について、全体構成を概説的に説明する。
信号処理・制御部13は、撮像素子16が取得した電気信号をA/D変換器17により変換してなるデジタルデータを取り込んで、周知の前処理を行う画像前処理部20を具備する。すなわち画像前処理部20では、シェーディング補正、ノイズリダクション、ホワイトバランス、輪郭補正、コントラスト調整を行い、画像表示手段21に逐次出力して、リアルタイムに画像を表示したり、後述する撮像環境・条件検出部に送り込んだり、画像の記憶制御により画像を逐次、フレームメモリ22に書き込んだりしている。
そして、フレームメモリ22に書き込まれたデータは、順次、視野汚れ検出部23と工具測定・演算部24とに送られ、様々な要因に起因する視野の汚れを検出したり、高速回転する工具Tの測定を行い、測定結果を出力するようにしている。
The overall configuration of the signal processing /
The signal processing /
The data written in the
主軸の回転と各軸方向の移動によって加工を行うワーク周囲の雰囲気は、加工に伴って飛散する切削油のミストや切り粉が充満したりして、周壁に付着したり、光学系の表面に付着して、汚れが生じ、高精度、高信頼性の測定の妨げとなるため、視野汚れ検出部23では、その汚れ度合いを把握して、補正値を導出して工具測定・演算部24に送出する。すなわち、視野汚れ検出部23では、フレームメモリ22からのデータにより、視野画像を取得する視野画像取得手段と、取得された画像を記憶する視野画像記憶手段と、視野画像記憶手段から視野汚れ画像を抽出する、視野汚れ画像抽出手段と、視野汚れ画像を記憶する視野汚れ画像記憶手段とを具備する。なお、視野画像取得手段と視野汚れ画像抽出手段とは、視野汚れ検出制御手段の制御指令により、それぞれ取得動作、画像抽出動作を実行する。
The atmosphere around the workpiece that is machined by rotating the spindle and moving in the direction of each axis is filled with cutting oil mist and chips scattered during machining, and adheres to the peripheral wall or on the surface of the optical system. The contamination is generated and hinders measurement with high accuracy and high reliability. Therefore, the visual field
工具測定・演算部24は、フレームメモリ22からのデータと、視野汚れ検出部23の視野汚れ画像記憶手段のデータを読み出して、視野汚れ画像を除去する視野汚れ画像除去手段を備え、視野汚れ画像除去手段を経て得られたデータから、工具Tの輪郭を抽出するステップと、形状を認識するステップとを順次実行し、刃先位置演算、工具径演算、高回転の工具の振れを導出する振れ演算を実行し、測定結果として出力するようにしている。
The tool measurement /
また、信号処理・制御部13は、撮像環境・条件検出部25を具備する。
撮像環境・条件検出部25は、撮像部12からの撮像信号、または撮像信号を画像処理した信号に基づいて撮像環境・条件を検出するもので、詳細は後述するが、画像のコントラスト、エッジの鮮明度、露光度合い、主軸の回転数の全て又は任意の複数個又は1個を検出対象としている。
撮像環境・条件検出部25は、画像前処理部20におけるコントラスト調整後の画像信号の電圧値と適正コントラスト値記憶手段26(基準電圧値)との比較によってコントラスト判定(濃淡度合い)を行い、詳細は後述するが撮像環境・条件の検出信号として撮像条件判断・調整指令部27に送出するようになっている。
The signal processing /
The imaging environment /
The imaging environment /
撮像環境・条件検出部25は、検出対象として工具を装着した主軸5の回転数を検出する。主軸5の回転数は撮像部12の撮像環境を決定する要素の一つである。すなわち、工具Tの回転数により撮像される工具Tの画像信号が変動し、それに伴って撮像環境としての照明輝度の度合いに影響を与えるからである。
主軸5は、主軸制御手段28により、回転制御がなされるが、撮像環境・条件検出部25は、この主軸制御手段28から、主軸回転数検出手段29により主軸の回転数を検出して、撮像環境・条件の検出信号として撮像条件判断・調整指令部27に送出するようになっている。
The imaging environment /
The spindle 5 is controlled to rotate by the spindle control means 28, but the imaging environment /
また、撮像環境・条件検出部25は、撮像部12の撮像環境を決定する要素の一つであり、エッジの鮮明度を検出対象としている。撮像環境・条件検出部25は、フレームメモリ22からのデータ、すなわち工具Tの画像信号からエッジの鮮明度(例えば工具Tの輪郭の画像データ階調度)を判定して、撮像環境・条件の検出信号として撮像条件判断・調整指令部27に送出するようになっている。
The imaging environment /
さらに、撮像環境・条件検出部25は、撮像部12の撮像環境を決定する要素の一つであり、露光度合いを検出対象としている。撮像環境・条件検出部25は、撮像素子16が取得した電気信号をA/D変換器17により変換してなるデジタルデータから、露光検出を行い、適正露光値記憶手段30を基に、露光判定を行い、撮像環境・条件の信号として撮像条件判断・調整指令部27に送出するようになっている。
Furthermore, the imaging environment /
そして、撮像条件判断・調整指令部27では、以上のような撮像環境・条件にかかる信号を基に、適宜、撮像部12が高精度な工具Tの画像データが得られる所望の撮像環境にあるのかどうかを判断し、そのような撮像環境にない場合は、所望の撮像環境に補正するように、撮像部12の撮像環境を決定する要素に調整指令を発し、撮像条件の調整動作を行わせているのである。
In the imaging condition determination /
例えば、撮像部12の撮像環境を決定する要素としての光源Lに対しては、撮像条件判断・調整指令部27は、所定の照明調整手段31(調光回路)を制御して輝度を調整する。
For example, for the light source L as an element that determines the imaging environment of the
また、工具Tを装着した主軸5に対しては、撮像条件判断・調整指令部27は、主軸制御手段28に回転数を変える調整指令信号を与えて、主軸5の回転数の増減を行う。
For the spindle 5 on which the tool T is mounted, the imaging condition determination /
そして、撮像素子16により取得された電気信号をデジタルデータに変換する、A/D変換器17に対しては、撮像条件判断・調整指令部27はシャッター制御手段32に調整指令を送出することにより、サンプリング時間の適正値を調整してフレームレートを変える。
For the A /
さらには、撮像条件判断・調整指令部27は絞り制御手段33に調整指令信号を与えることで、デジタルデータの変換範囲を変える。
Further, the imaging condition determination /
その他、テーブル上の測定対象である工具Tの位置が撮像範囲からずれているような場合に、測定対象の位置変更手段34に対し、撮像条件判断・調整指令部27は測定装置10を載置したテーブル3をXY方向に移動調整するように調整指令信号を送出する。
In addition, when the position of the tool T as the measurement target on the table is deviated from the imaging range, the imaging condition determination /
また、ワークを固定するテーブル3、ワークなどが加工によって発生する切り粉や切削油等が付着していたり、加工周囲雰囲気が切削油のミストなどが浮遊しているような場合には、撮像条件判断・調整指令部27は、高圧エアーをワーク周囲に噴射するようにエアーブロー制御手段35に、制御指令信号を送出する。
In addition, when the table 3 for fixing the workpiece, the workpiece or the like is attached with chips or cutting oil generated by machining, or the atmosphere around the machining is where the mist of cutting oil is floating, the imaging conditions The judgment /
そして撮像条件判断・調整指令部27は、撮像環境・条件検出部25の情報及び過去の撮像時の画像のコントラスト、エッジの鮮明度、露光値、主軸の回転数の条件データ(撮像環境記憶手段36)から、撮像条件としての照明輝度、シャッター速度、サンプリング時間の適正値、主軸回転数を判断するようにしている。
すなわち、測定動作開始に先立ち、撮像条件判断・調整指令部27は、撮像環境・条件検出部25において撮像環境清浄時の撮像条件としての照明輝度、シャッター速度、サンプリング時間の適正値、及び主軸回転数を予め検出したものを撮像環境記憶手段36に、撮像環境清浄時における撮像環境・条件として記憶し、その後側定時の適時における撮像環境・条件を撮像環境・条件検出部25において検出して、撮像条件判断・調整指令部27が、撮像環境清浄時における撮像環境・条件と比較することで、撮像環境の変化を判断し、撮像条件を調整するようにしている。
The imaging condition determination /
That is, prior to the start of the measurement operation, the imaging condition determination /
さらに撮像環境記憶手段36は、工具Tなど撮像対象がない状態で撮像環境清浄時の撮像視野のみの撮像画像を予め記憶し、その後の測定による使用を経て、撮像対象がない状態での撮像画像を撮像環境・条件検出部25において検出して、撮像条件判断・調整指令部27は、撮像環境清浄時の撮像視野のみの撮像画像と測定後の撮像視野のみの撮像画像との差分画像を撮像レンズ15面及び光源Lの汚れ付着として判断し、差分画像を以降の撮像時の視野像から削除するようにしている。
Furthermore, the imaging environment storage means 36 stores in advance a captured image of only the imaging field of view when the imaging environment is clean, such as the tool T, and after the measurement is used, the captured image without the imaging target is stored. Is detected by the imaging environment /
本測定装置10は、測定動作開始に先立ち、またその後側定時の適時において、さらにはその後の測定による使用を経て、以上のような撮像環境判断、調整を行うので、撮像式工具測定装置10を常時、誤差のない高精度な測定に寄与することができる。
Prior to the start of the measurement operation, the
次に、撮像式工具測定装置10について、図3に示すフローチャートの一例を基に、具体的に撮像環境を調整する手順を説明する。
Next, a procedure for specifically adjusting the imaging environment of the imaging
測定動作開始指令で、NC工作機械1において、主軸5に装着された工具Tを回転駆動させ、Z軸方向に沿って下降指令を出し、テーブル3に固定したワークに向けて下降移動させる。これにより、光源Lから、コンデンサーレンズ14を介して平行光線として入射する視野内に、回転状態の測定対象である工具Tを進入させることができる(STEP1)。
In response to the measurement operation start command, the
光源Lから、コンデンサーレンズ14を介して平行光線として工具Tを通過した光線は、撮像レンズ群15を通過し、ハーフミラー18を透過して、撮像素子16である二次元のCCDイメージセンサの受光面において結像する。この結像した画像を撮像素子16により電気信号に変換され、この電気信号がA/D変換器17により所定のフレームレートでデジタルデータに変換され、信号処理・制御部13の画像前処理部20に送出される。
Light rays that have passed through the tool T as parallel rays from the light source L via the
信号処理・制御部13は、A/D変換器17から露光値を取得し(STEP2)、露光検出信号を取り出し、撮像環境・条件検出部25に送られ、撮像環境・条件検出部25は、露光値が適正露光値にあるか否かを判定する(STEP3)。かかるSTEP3において、撮像環境・条件検出部25は、適正露光値記憶手段30を基に、露光判定を行い、撮像条件判断・調整指令部27は露光値が適正露光値にあれば、露光上は好ましい撮像環境にあるとして、撮像条件の一つである露光値を調整する手順を終了する。
一方、撮像環境・条件検出部25が露光値が適正露光値にないと判定した場合は、撮像条件判断・調整指令部27は、他の撮像環境・条件を示す信号として、撮像環境・条件検出部25から主軸回転数を取得する他(STEP4)、コントラスト値を取得し(STEP5)、さらに撮像環境・条件検出部25において判定された工具Tの輪郭の鮮明度を、エッジ度合いとして取得する(STEP6)。
The signal processing /
On the other hand, when the imaging environment /
STEP4において、撮像条件判断・調整指令部27は、撮像環境・条件検出部25において主軸回転数検出手段29からの検出信号を基に主軸回転数を取得し、次いで主軸回転数からA/D変換器17においてデジタルデータを取得するためのシャッター速度を決定する(STEP7)。次いで撮像条件判断・調整指令部27は、主軸5の回転数の調整が必要か否かを判定する(STEP8)。回転数の調整が必要であれば、主軸制御手段28に調整指令を出して(STEP9)、主軸5の回転数を調整し、STEP2に戻る。一方、回転数の調整が不要であれば、撮像条件判断・調整指令部27は、その回転数に適合した適正シャッター速度を算定し(STEP10)、シャッター制御手段32へ調整指令を出し(STEP11)、A/D変換器17においてデジタルデータを取得するためのシャッター速度を変え、STEP2に戻る。
In STEP 4, the imaging condition determination /
上述のSTEP5においてコントラスト値を取得する際、撮像環境・条件検出部25は、適正コントラスト値記憶手段26と画像前処理部20からの処理信号とを比較してコントラスト判定をした結果をコントラスト値として、撮像環境・条件を示す信号として、撮像条件判断・調整指令部27に送り、撮像条件判断・調整指令部27はコントラスト値が適正値にあるか否か判定を行う(STEP12)。コントラスト値が適正値にあれば、好ましい撮像環境にあるとして、撮像環境を調整する手順を終了する。一方、コントラスト値が適正値になければ、撮像条件判断・調整指令部27は照明の調整が必要か否かを判定する(STEP13)。
STEP13において、照明の調整が必要であると判定がなされると、撮像条件判断・調整指令部27は、適正な照明強度の算定を行い(STEP14)、照明調整手段31に調整指令を出して(STEP15)光源Lの調整を行い、STEP2に戻る。一方、照明の調整が必要ないと判定した場合は、撮像条件判断・調整指令部27は、撮像条件判断・調整指令部27は、適正絞り値の算定を行い(STEP16)、絞り制御手段33に調整指令信号を与えることで(STEP17)、デジタルデータの変換範囲を変え、STEP2に戻る。
When acquiring the contrast value in STEP 5 described above, the imaging environment /
When it is determined in
そして、上述のSTEP6において、エッジ度合いを取得する際、撮像条件判断・調整指令部27は、撮像環境・条件検出部25からエッジ度合いにかかる信号を撮像環境・条件を示す信号として取り込み、そのエッジ度合い、すなわち、工具T画像の輪郭が鮮明であるかを判定するために適正値にあるか否かで判定を行なう(STEP18)。エッジ度合いが適正値にあれば、好ましい撮像環境にあるとして、撮像条件判断・調整指令部27は撮像条件としてのエッジ度合いを調整する手順を終了する。一方、エッジ度合いが適正値になければ、STEP13に戻り、撮像条件判断・調整指令部27は、照明の調整が必要か否かを判定する。
In STEP 6 described above, when acquiring the edge degree, the imaging condition determination /
以上、説明した撮像環境を調整する手順を、一つ一つ撮像環境・条件を示す信号として取り込み、撮像条件判断・調整指令を、測定動作と並行して繰り返し実行されることで、撮像式工具測定装置10を常時、高精度、且つ高信頼性の測定に寄与することができ、自動化に対応した高精度、高信頼性の撮像式工具測定装置、方法を提供することができる。
なお、上述の撮像環境を調整する手順は一例であり、その他、工作機械の機能、仕様に応じて、適宜、撮像環境を調整する手順を設定できるのは勿論である。また、本実施形態では、ハーフミラー18により分離された画像を用いてSKIP信号を生成させたが、ハーフミラー18を用いずに、撮像素子16で取得した画像を用いてSKIP信号を生成させてもよい。
As described above, the procedure for adjusting the imaging environment described above is captured as a signal indicating the imaging environment / condition one by one, and the imaging condition determination / adjustment command is repeatedly executed in parallel with the measurement operation. The
Note that the above-described procedure for adjusting the imaging environment is an example, and it is a matter of course that the procedure for adjusting the imaging environment can be set as appropriate according to the function and specification of the machine tool. In the present embodiment, the SKIP signal is generated using the image separated by the
1 NC工作機械
2 ベース
3 テーブル
4 コラム
5 主軸
10 撮像式工具測定装置
11 ハウジング
12 撮像部
13 信号処理・制御部
14 コンデンサーレンズ
15 撮像レンズ群
16 撮像素子
17 A/D変換器
18 ハーフミラー
20 画像前処理部
21 画像表示手段
22 フレームメモリ
23 視野汚れ検出部
24 工具測定・演算部
25 撮像環境・条件検出部
26 適正コントラスト値記憶手段
27 撮像条件判断・調整指令部
28 主軸制御手段
29 主軸回転数検出手段
30 適正露光値記憶手段
31 照明調整手段
32 シャッター制御手段
33 絞り制御手段
34 測定対象の位置変更手段
35 エアーブロー制御手段
36 撮像環境記憶手段
T 工具
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記信号処理・制御部は、前記撮像部からの撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号に基づいて撮像環境・条件を検出する撮像環境・条件検出部と、
前記撮像環境・条件検出部の情報を基に、撮像条件を判断し、調整指令を導出する撮像条件判断・調整指令部と、
前記撮像条件判断・調整指令部からの調整指令信号により、前記撮像部の撮像要素の撮像条件を調整する調整手段と、
を具備することを特徴とする撮像式工具測定装置。 In an imaging-type tool measuring device that has an imaging unit that images a tool, and a signal processing / control unit that performs image processing on an imaging signal from the imaging unit, and measures the dimensions of the tool,
The signal processing / control unit includes an imaging environment / condition detection unit that detects an imaging environment / condition based on an imaging signal from the imaging unit or a signal obtained by performing image processing on the imaging signal;
Based on information of the imaging environment / condition detection unit, an imaging condition determination / adjustment command unit that determines an imaging condition and derives an adjustment command;
An adjustment unit that adjusts an imaging condition of an imaging element of the imaging unit according to an adjustment command signal from the imaging condition determination / adjustment command unit;
An imaging-type tool measuring device comprising:
前記工具の撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号に基づいて撮像環境・条件を検出し、
前記撮像環境・条件にかかる情報を基に、撮像条件を判断して、調整指令を導出し、
該調整指令信号により、前記撮像条件を調整することを特徴とする撮像式工具測定方法。 In an imaging tool measuring method for measuring the dimensions of a tool by performing image processing on the imaging signal of the tool,
An imaging environment / condition is detected based on an imaging signal of the tool or a signal obtained by performing image processing on the imaging signal,
Based on the information related to the imaging environment and conditions, determine the imaging conditions, derive an adjustment command,
An imaging type tool measuring method, wherein the imaging condition is adjusted by the adjustment command signal.
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