JP2013002810A - 研削工具の砥面検査システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カメラ6により砥石3の砥面を撮像してそのライン画像データを取り込み、各ライン画像データに対し砥粒抽出処理部123により複数種のフィルタリング処理を行うことで上記ライン画像データから砥粒切れ刃候補の画像を抽出する。そして、砥粒解析処理部124の制御の下で、上記抽出された各砥粒切れ刃候補の画像から、砥面全域における各砥粒切れ刃候補の重心の座標と、凸多角形近似データ及び円形度と、内部欠損及び外部欠損と、面積及び欠損度と、すくい角側の稜線形状をそれぞれ算出または検出する。そして、この得られた解析パラメータをもとに、砥石3の幅方向における砥粒分布ヒストグラムと、砥石3の砥面全域における砥粒の分布状態を表す三次元マップを生成する。
【選択図】図4
Description
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、砥粒の状態を新たな解析パラメータを用いてより詳しく解析し、これにより砥面の状態をさらに正確に検査できるようにした研削工具の砥面検査システム及び方法を提供することにある。
すなわちこの発明によれば、砥粒の状態を新たな複数の解析パラメータを用いてより詳しく解析でき、これにより砥面の状態をさらに正確に検査することができる研削工具の砥面検査システム及び方法を提供することができる。
[一実施形態]
(構成)
図1は、この発明の一実施形態を示す砥面検査システムの全体構成を示す図であり、図中1,2はXYテーブルを示している。このXYテーブル1,2はX軸駆動部21及びY軸駆動部22を有している。これらのX軸駆動部21及びY軸駆動部22は後述する制御装置10の制御の下で駆動され、XYテーブル1,2上に固定された被検査工具としての砥石3をXY方向、つまり水平方向に移動させる。
すなわち、制御装置10は入出力インタフェースユニット11と、制御ユニット12と、記憶ユニット13とを備えている。入出力インタフェースユニット11は、先に述べたXYZ各軸の駆動部21〜23及びカメラ6との間で制御信号や画像データの入出力処理を行うと共に、入力デバイス24及び出力デバイス25との間で入力データ及び出力データの入出力処理を行う。
(1) 砥面全域における各砥粒切れ刃候補の重心の座標(X,Y,Z各軸)を算出する処理。
(2) 凸多角形近似及び円形度を算出する処理。
(3) 内部欠損及び外部欠損を検出する処理。
(4) 面積及び欠損度を算出する処理。
(5) 砥面の回転方向に対するすくい角側の稜線形状を検出する処理。
そして砥粒解析処理部124は、上記求められた各解析パラメータのデータを上記砥粒解析結果記憶部133に記憶させる処理を行う。
次に、以上のように構成された砥面状体検査システムの動作を、制御装置10の制御手順に従い説明する。図5は、制御装置10による制御手順とその処理内容を示すフローチャートである。
(1)検査用パラメータの初期設定
制御装置10において、制御ユニット12は先ずステップS11において、検査者が入力デバイス24を操作して入力した検査用パラメータを入出力インタフェースユニット11を介して取り込み、この検査用パラメータを制御ユニット10内の制御用メモリに格納する。
検査に先立ち、検査者は検査対象の砥石3をXYテーブル1,2上の所定の位置にセットする。そして、この砥石3のセット完了後に入力デバイス24から検査開始指示を入力する。
制御ユニット12は、ステップS12により検査開始指示の入力を監視している。そして、この状態で検査開始指示の入力を検出すると、XYZ駆動制御部121の制御の下で、先ずステップS13によりXY各軸の駆動部21,22を駆動制御して、砥石3の砥面の最初の検査対象領域がカメラ6の直下になるように位置を初期設定する。また、それと共にZ軸駆動部23を駆動して、砥石3の砥面に対するカメラ6の光軸方向の位置、つまり焦点位置を初期設定する。このとき、焦点の初期位置は、砥粒3の先端部(頂部)より十分にカメラ6寄りの位置となるように設定する。
以上の撮像処理は、砥面のすべての検査対象領域について焦点位置別のライン画像データが得られた時点で終了となる(ステップS16)。
上記撮像処理が終了すると制御ユニット12は、次にステップS17により砥粒抽出処理部123を起動し、この砥粒抽出処理部123の制御の下で、上記撮像画像記憶部131に記憶された各ライン画像データから研削に関与する砥粒32の候補となる画像を抽出するための処理を以下のように実行する。図6はその抽出処理の手順と処理内容を示すフローチャートである。
すなわち、上記撮像画像記憶部131からライン画像データを順次読み出し、この読み出された各ライン画像データに対し先ずステップS21により平滑化処理を行う。平滑化処理は、画像の輝度値を平らに滑らかにする処理であり、画像中のノイズを除去するために行われる。図9(a)は上記読み出された原画像の一例を、また図9(b)は平滑化フィルタ処理後の画像の一例とその輝度分布を示す図である。
次に砥粒抽出処理部123は、ステップS22において、上記平滑化及び色フィルタリング処理後のライン画像データに対し、検出誤差に影響がでない程度に画素を減らす処理を行う。この処理はそれ以降の画像処理に対する制御ユニット11のデータ処理量を減らして処理時間を短縮するためのものである。なお、制御ユニット11のCPUの処理能力が十分に高ければ、必ずしも実行しなくてもよい。
続いて砥粒抽出処理部123は、ステップS23において、上記縮小処理後のライン画像データに対し、砥粒32部分のエッジを検出するための処理を行う。このエッジ検出処理にはLogフィルタが使用される。Logフィルタは、ガウシアンフィルタとラプラシアンフィルタを組み合わせたもので、ガウシアンフィルタにより平滑化した後、ラプラシアンフィルタにより2次微分と同様の処理を行い、これにより値が+から−に変化するゼロ交差点をエッジとして検出する。そして、このLogフィルタにより処理された後の画像データAをステップS24で制御ユニット11内のメモリに一旦保存する。図9(c)はこのLogフィルタ処理後の画像の一例とその輝度分布を示す図である。
次に砥粒抽出処理部123は、ステップS25,S26において、上記Logフィルタにより処理された後のライン画像データに対し、砥粒32部分の範囲を強調するための処理を行う。この実施形態で検査対象とする砥石は、図3に例示したように砥石基材31上に砥粒32を独立して突設させているため、その画像は黒いリング内に砥粒32が存在するものとなります。そこで、このリングの範囲を最大値フィルタ及び最小値フィルタにより強調する。そして、この最大値フィルタ及び最小値フィルタにより処理された後の画像データBをステップS27で制御ユニット11内のメモリに一旦保存する。図9(d),(e)はそれぞれ最大値フィルタ及び最小値フィルタによりフィルタリング処理された後の画像の一例とその輝度分布を示している。
続いて砥粒抽出処理部123は、ステップS28において、上記Logフィルタ処理後の画像データAと、上記最大値フィルタ及び最小値フィルタによりフィルタリング処理された後の画像データBを読み出し、これらの画像データA,Bをもとに砥粒切れ刃候補の絞り込み及び抽出処理を行う。
砥粒抽出処理部123は、上記絞り込まれた砥粒切れ刃候補の画像の各々に対しステップS29によりラベリング処理を行い、このラベリング処理により発行された砥粒識別番号に関連付けて上記絞り込まれた砥粒切れ刃候補の画像データを、ステップS30により砥粒抽出結果記憶部132に一旦記憶させる。
砥粒抽出処理部123は、最後に、上記絞り込まれた砥粒切れ刃候補の画像がカメラ6の合焦点領域内に存在するか否かを判断するために、上記絞り込まれた砥粒切れ刃候補の画像について輪郭抽出処理を行う。そして、この輪郭抽出処理により抽出された輪郭の円形度を求め、この円形度が予め設定されたしきい値Th2以上であるか否かを判定する。また、上記抽出された輪郭の形状を予め記憶されている砥粒の基本形状と比較することにより輪郭一致度を求め、この輪郭一致度をしきい値Th3と比較して、輪郭一致度がしきい値Th3以上となる砥粒切れ刃候補の画像を最終的に砥粒切れ刃候補の画像として抽出する。そして、この抽出された砥粒切れ刃候補の画像データを砥粒抽出結果記憶部132に記憶させる。
(1) 砥粒の最外面の全面が研削に関与するもの。すなわち、砥粒の頂部全体が切れ刃として機能するもの(図21(a))。
(2) 砥粒の最外面の一部が研削に関与するもの。すなわち、砥粒の頂部の一部のみが切れ刃として機能するもの(図21(b))。
(3) 砥粒の最外面の全面が研削に関与しないもの。すなわち、砥粒の頂部全体が切れ刃として機能しないもの(図21(c))。
上記砥粒抽出処理が終了すると、制御ユニット11は次にステップS18により砥粒解析処理部124を起動し、この砥粒解析処理部124の制御の下で、上記抽出された各砥粒切れ刃候補に対し以下のように砥粒解析処理を実行する。図10はその処理手順と処理内容を示すフローチャートである。
すなわち、砥粒解析処理部124は、先ずステップS31において各砥粒切れ刃候補の画像の重心をX、Y、Zの各軸について計算し、この計算された重心の値を砥石3の砥面全域における当該砥粒切れ刃候補の位置を表す座標情報として、砥粒解析結果記憶部133に記憶させる。
砥粒解析処理部124は、次にステップS32により、各砥粒切れ刃候補の画像の各々についてその突出部(角)を直線で結ぶいわゆる凸多角形近似を行う。またそれと共に、上記各砥粒切れ刃候補の画像の円形度を算出する。円形度は、砥粒切れ刃候補の形状がどれだけ円に近いかを表す形状の解析パラメータであり、砥粒切れ刃候補の面積をS、周囲長をLとしたとき、
円形度=4πS/L2
として計算できる。
砥粒解析処理部124は、続いてステップS33,S34において、上記凸多角形近似された画像から砥粒頂部の内部欠損及び外部欠損を検出する処理を行う。内部欠損は、凸多角形近似された画像内で正反射していない領域として検出される。外部欠損は、上記凸多角形近似された画像の辺に隣接した正反射していない領域として検出される。そして、この内部欠損及び外部欠損の検出データは、砥粒解析結果記憶部133に記憶される。図11(e)にこの内部欠損及び外部欠損の検出結果の一例を示す。
砥粒解析処理部124は、続いてステップS35において、上記凸多角形近似された画像の面積St と、この凸多角形近似された画像の面積Stから上記内部欠損及び外部欠損の面積を差し引いた面積Sj を算出する。また、この面積の算出結果から欠損度を算出する。欠損度は、
欠損度=1−(Sj /St )
として算出される。そして、この算出された各面積Sj 、St 及び欠損度は、砥粒解析結果記憶部133に記憶される。
すなわち、砥粒切れ刃候補の最外面における画像の輝度又は白色度は、図21に例示したように最外面に面していない部位に比べて高くなる。そこで、最外面における画像の輝度又は白色度と、最外面に面していない部位の画像の輝度又は白色度との間にしきい値を設定し、画像の輝度又は白色度がこのしきい値以上の砥粒切れ刃候補を再抽出する。さらに、この再抽出された砥粒切れ刃候補の画像について、上記しきい値以上の輝度又は白色度を有する部位の外形の面積を上記凸多角形近似等の手法で算出すると共に、この凸多角形近似された画像内の内部欠損及び外部欠損部分をその輝度又は白色度に応じて検出してその面積を算出する。そして、上記凸多角形近似により算出された面積から、上記内部欠損及び外部欠損部分の面積を差し引くことにより、実際に研削に関与する切れ刃部分の面積Sj ′を算出し直す。この再計算された砥粒切れ刃候補の切れ刃部分の面積Sj ′も砥粒解析結果記憶部133に記憶される。
砥粒解析処理部124は、続いてステップS36において、上記凸多角形近似された画像と、事前に検査用パラメータとして設定された砥石3の回転方向の情報とをもとに、砥面の回転方向に対する上記砥粒切れ刃候補のすくい角側の稜線形状を検出する。例えば、砥石3の回転方向が図12に示すように設定されていれば、凸多角形近似された各砥粒切れ刃候補についてすくい角側の稜線形状は同図に示す辺33として検出される。そして、この検出された砥粒切れ刃候補のすくい角側の稜線形状を表す画像データは、砥粒解析結果記憶部133に記憶される。図11(d)はこの検出されたすくい角側の稜線形状を表す画像データの一例を示すものである。
上記砥粒解析処理によりすべての砥粒切れ刃候補についての解析処理が終了すると、制御ユニット12は次にステップS19により砥粒分布ヒストグラム生成処理部125を起動し、この砥粒分布ヒストグラム生成処理部125の制御の下で、以下のように砥粒分布ヒストグラムの生成処理を実行する。
上記砥粒解析処理によりすべての砥粒切れ刃候補についての解析処理が終了すると、制御ユニット12は次にステップS20により三次元マップ生成処理部126を起動し、この三次元マップ生成処理部126の制御の下で、以下のように砥面の三次元マップを生成する。
以上詳述したようにこの実施形態では、XYZ駆動制御部121及び撮像制御部122の制御の下でカメラ6により砥石3の砥面を撮像してそのライン画像データを取り込み、各ライン画像データに対し砥粒抽出処理部123により予め用意された複数のフィルタリング処理を行うことで上記ライン画像データから砥粒切れ刃候補の画像を抽出する。そして、砥粒解析処理部124の制御の下で、上記抽出された各砥粒切れ刃候補の画像から、砥面全域における各砥粒切れ刃候補の重心の座標と、凸多角形近似データ及び円形度と、内部欠損及び外部欠損と、面積及び欠損度と、すくい角側の稜線形状をそれぞれ算出又は検出する。そして、この得られた解析パラメータをもとに、砥石3の幅方向における砥粒分布ヒストグラムと、砥石3の砥面全域における砥粒の分布状態を表す三次元マップを生成するようにしている。
(1) 砥石3の砥面全域に渡ってその画像データを自動的に取得することが可能となる。その際、ラインカメラの機能を用いて検査対象領域の画像を複数のライン画像データとして得るようにしているので、エリアカメラを用いて1枚の画像データとして得る場合に比べて画像データの取得に要する時間を大幅に短縮し、これにより検査の高速化を図ることが可能となる。しかも、ライン画像データを得る際に、各ラインL1〜L6間にJIS規格により規定される砥粒の平均径より少し広い値に設定したオーバラップ幅Lw を設定しているので、各ラインL1〜L6間に位置する砥粒を漏れなく撮像することが可能となる。
なお、この発明は上記一実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態ではリング状円盤型砥石を例にとって説明したが、円筒の周面に砥粒を散設した円筒状砥石にもこの発明は適用可能である。要するに、砥石の種類や形状については如何なるものであってもよい。
Claims (12)
- 工具基体の砥粒を散設した面を砥面とし、当該砥面と工作物とを相対的に移動させることにより工作物を研削加工する研削工具の、前記砥面の状態を検査する砥面検査システムにおいて、
前記砥面に対向して配置され、前記砥面を撮像してその画像データを出力する撮像装置と、
前記研削工具と前記撮像装置とを相対的に移動可能に支持する支持装置と、
前記撮像装置及び支持装置に接続された制御装置と
を具備し、
前記制御装置は、
前記支持装置を制御して前記研削工具と前記撮像装置とを相対的に移動させることにより、前記撮像装置による前記砥面の撮像対象領域を可変設定する撮像対象領域設定手段と、
前記設定された砥面の撮像対象領域について前記撮像装置が撮像した画像データを取り込んで記憶する画像取得手段と、
前記記憶された画像データから複数の砥粒切れ刃候補となる画像を抽出する抽出手段と、
前記抽出された砥粒切れ刃候補となる各画像をもとに、当該砥粒切れ刃候補の研削に関与する切れ刃部分の面積と、当該切れ刃部分の画像のうち前記砥面の移動方向に対し前面側となるすくい角側稜線部分の形状のうちの少なくとも一方を算出する第1の解析処理手段と、
前記第1の解析処理手段により算出された研削に関与する切れ刃部分の面積又はすくい角側稜線部分の形状を表す画像を、前記砥面の移動方向と直交する方向において同じ位置にあるものどうしで砥面全域にわたり加算することにより、砥面の移動方向と直交する方向における砥粒切れ刃候補の分布を表すヒストグラムデータを生成するヒストグラム生成手段と
を備えることを特徴とする研削工具の砥面検査シテスム。 - 前記制御装置は、
前記抽出された砥粒切れ刃候補となる各画像をもとに、前記砥面全域における当該砥粒切れ刃候補となる各画像の位置を算出する第2の解析処理手段と、
前記第1の解析処理手段により算出された研削に関与する切れ刃部分の面積又はすくい角側稜線部分の形状を表す画像をもとに、当該各砥粒切れ刃候補の研削に対する関与の度合いを計算する手段と、
前記第2の解析処理手段により算出された砥粒切れ刃候補となる各画像の位置と、前記計算された各砥粒切れ刃候補の研削に対する関与の度合いをもとに、前記砥面全域における各砥粒切れ刃候補の分布と個々の砥粒切れ刃候補の研削に関与する度合いを表すマップ情報を生成するマップ生成手段と
を、さらに備えることを特徴とする請求項1記載の研削工具の砥面検査システム。 - 前記撮像対象領域設定手段は、前記支持装置を制御して、前記撮像装置による前記砥面の撮像対象ラインの位置を当該ラインと直交する方向に一定の間隔でシフトさせると共に、このシフト動作において各ライン間に予め規定された前記砥粒の平均径より大きな幅を有するオーバラップ領域を設定することを特徴とする請求項1又は2記載の研削工具の砥面検査システム。
- 前記砥面の撮像対象領域を、当該砥面に対し直交する方向から第1の発光色を有する第1の照明光により照明すると共に、前記砥面の撮像対象領域に対し斜め上方から第1の発光色とは異なる第2の発光色を有する第2の照明光により照明する照明装置を、さらに具備し、
前記抽出手段は、前記記憶された画像データから複数の砥粒切れ刃候補となる画像を抽出する際に、前記画像データに対し前記第2の発光色を含む領域と含まない領域との間の信号レベル差を拡大する処理を行う手段を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の研削工具の砥面検査システム。 - 前記第1の解析処理手段は、
前記抽出された複数の砥粒切れ刃候補から、予め設定したしきい値以上の輝度又は白色度を有する画像領域を有する砥粒切れ刃候補を再抽出する手段と、
前記再抽出された砥粒切れ刃候補の画像を多角形近似して得られる多角形の面積を算出する手段と、
前記多角形近似して得られる多角形内に含まれる欠損領域の面積を算出する手段と、
前記算出された多角形の面積から前記算出された欠損領域の面積を引き算することにより、前記砥粒切れ刃候補の研削に関与する切れ刃部分の面積を算出する手段と
を備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の研削工具の砥面検査システム。 - 前記マップ生成手段は、
前記研削に関与する切れ刃部分を有する砥粒を表すマークを、当該砥粒の重心位置に応じて砥面を表す画像上に表示する手段と、
前記多角形近似して得られる多角形の面積に対する、前記研削に関与する切れ刃部分の面積の割合を、砥粒切れ刃候補の研削に対する関与度を表す情報として算出する手段と、
前記算出された関与度を表す情報に応じて、関与度の違いを異なる色で表した表示画像を上記各マークに重ねて表示する手段と
を備えることを特徴とする請求項5に記載の研削工具の砥面検査システム。 - 工具基体の砥粒を散設した面を砥面とし、当該砥面と工作物とを相対的に移動させることにより工作物を研削加工する研削工具の、前記砥面の状態を、前記砥面を撮像してその画像データを出力する撮像装置と、前記研削工具と前記撮像装置とを相対的に移動可能に支持する支持装置と、前記撮像装置及び支持装置に接続された制御装置とを備えるシステムを用いて検査する研削工具の砥面検査方法において、
前記制御装置が、前記支持装置を制御して前記研削工具と前記撮像装置とを相対的に移動させることにより、前記撮像装置による前記砥面の撮像対象領域を可変設定する過程と、
前記制御装置が、前記設定された砥面の撮像対象領域について前記撮像装置が撮像した画像データを取り込んで記憶する過程と、
前記制御装置が、前記記憶された画像データから複数の砥粒切れ刃候補となる画像を抽出する過程と、
前記制御装置が、前記抽出された砥粒切れ刃候補となる各画像をもとに、当該砥粒切れ刃候補の研削に関与する切れ刃部分の面積と、当該切れ刃部分の画像のうち前記砥面の移動方向に対し前面側となるすくい角側稜線部分の形状とのうちの少なくとも一方を算出する第1の解析処理過程と、
前記制御装置が、前記算出された研削に関与する切れ刃部分の面積又はすくい角側稜線部分の形状を表す画像を、前記砥面の移動方向と直交する方向において同じ位置にあるものどうしで砥面全域にわたり加算することにより、砥面の移動方向と直交する方向における砥粒切れ刃候補の分布を表すヒストグラムデータを生成する過程と
を備えることを特徴とする研削工具の砥面検査方法。 - 前記制御装置が、前記抽出された砥粒切れ刃候補となる各画像をもとに、前記砥面全域における当該砥粒切れ刃候補となる各画像の位置を算出する過程と、
前記制御装置が、前記算出された研削に関与する切れ刃部分の面積又はすくい角側稜線部分の形状を表す画像をもとに、当該各砥粒切れ刃候補の研削に対する関与の度合いを計算する第2の解析処理過程と、
前記制御装置が、前記算出された砥粒切れ刃候補となる各画像の位置と、前記計算された各砥粒切れ刃候補の研削に対する関与の度合いとをもとに、前記砥面全域における各砥粒切れ刃候補の分布と個々の砥粒切れ刃候補の研削に関与する度合いを表すマップ情報を生成する過程と
を、さらに備えることを特徴とする請求項7記載の研削工具の砥面検査方法。 - 前記撮像対象領域を可変設定する過程は、前記支持装置を制御して、前記撮像装置による前記砥面の撮像対象ラインの位置を当該ラインと直交する方向に一定の間隔でシフトさせると共に、このシフト動作において各ライン間に予め規定された前記砥粒の平均径より大きな幅を有するオーバラップ領域を設定することを特徴とする請求項7又は8記載の研削工具の砥面検査方法。
- 前記システムが、前記砥面の撮像対象領域を当該砥面に対し直交する方向から第1の発光色を有する第1の照明光により照明すると共に、前記砥面の撮像対象領域に対し斜め上方から第1の発光色とは異なる第2の発光色を有する第2の照明光により照明する照明装置をさらに具備する場合に、
前記抽出する過程は、前記記憶された画像データから複数の砥粒切れ刃候補となる画像を抽出する際に、前記画像データに対し前記第2の発光色を含む領域と含まない領域との間の信号レベル差を拡大する処理を行うことを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載の研削工具の砥面検査方法。 - 前記第1の解析処理過程は、
前記抽出された複数の砥粒切れ刃候補から、予め設定したしきい値以上の輝度又は白色度を有する画像領域を有する砥粒切れ刃候補を再抽出する過程と、
前記再抽出された砥粒切れ刃候補の画像を多角形近似して得られる多角形の面積を算出する過程と、
前記多角形近似して得られる多角形内に含まれる欠損領域の面積を算出する過程と、
前記算出された多角形の面積から前記算出された欠損領域の面積を引き算することにより、前記砥粒切れ刃候補の研削に関与する切れ刃部分の面積を算出する過程と
を備えることを特徴とする請求項7乃至10のいずれかに記載の研削工具の砥面検査方法。 - 前記マップ情報を生成する過程は、
前記研削に関与する切れ刃部分を有する砥粒を表すマークを、当該砥粒の重心位置に応じて砥面を表す画像上に表示する過程と、
前記多角形近似して得られる多角形の面積に対する、前記研削に関与する切れ刃部分の面積の割合を、砥粒切れ刃候補の研削に対する関与度を表す情報として算出する過程と、
前記算出された関与度を表す情報に応じて、関与度の違いを異なる色で表した表示画像を上記各マークに重ねて表示する過程と
を備えることを特徴とする請求項11記載の研削工具の砥面検査方法。
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