JP2014008588A - Machine tool with workpiece diameter measurement function - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a machine tool with a workpiece diameter measurement function whose degree of freedom on installation of a machine top workpiece-measuring device is high, which can be installed regardless of a type of the machine tool, can accurately and quickly measure a workpiece diameter on the machine top, and can be manufactured inexpensively.SOLUTION: A machine tool is provided with a machine top workpiece diameter-measuring device 3. The machine top workpiece diameter-measuring device 3 comprises: a surface movement amount sensor 4 which measures a surface movement amount caused by main shaft rotation of a peripheral surface of a workpiece W supported by a main shaft 1; a rotation position sensor 5; and workpiece diameter calculation means 6 for calculating a diameter of the workpiece W by dividing the measured surface movement amount by a rotational angle. The surface movement amount sensor 4 has: photographing means 7 for photographing the surface of the work W; and surface movement amount calculation means 8 for calculating the surface movement amount by processing a photographed image. The photographing means 7 is installed on a cutter rest 15.

Description

この発明は、旋盤等の工作機械であって、加工されたワークの外周面や内周面等のワーク径を機上で計測するワーク径計測機能付き工作機械に関する。   The present invention relates to a machine tool such as a lathe and having a workpiece diameter measuring function for measuring workpiece diameters such as an outer peripheral surface and an inner peripheral surface of a processed workpiece on the machine.

精密部品の機械加工工程では、工作機械上でワークの計測を行い、その部品、さらに次の部品の加工において工具位置を補正し、精度を向上させる方法がしばしば適用される。図21に示す例では、旋盤による円筒形状加工後に、刃物台72上の工具をタッチセンサ73に交換し、主軸71に支持されたワークWのX軸方向(切込み方向)の直径位置の2点にタッチセンサ73を接触させ、その2点でのX軸位置から直径を計測している(例えば、特許文献1)。   In the machining process for precision parts, a method is often used in which a workpiece is measured on a machine tool, the tool position is corrected in the machining of the part and the next part, and the accuracy is improved. In the example shown in FIG. 21, the tool on the tool post 72 is exchanged for the touch sensor 73 after machining the cylindrical shape with a lathe, and the diameter position in the X-axis direction (cutting direction) of the workpiece W supported by the spindle 71 is two points. The touch sensor 73 is contacted with each other, and the diameter is measured from the X-axis positions at the two points (for example, Patent Document 1).

なお、円筒状ワークの直径計測装置として、ワークにローラを接触させて周長を図り、周長と回転角との計測結果から径を演算で求めるローラ接触式の計測装置が提案されている(例えば、特許文献2,3)。
また、強化プラスチック複合管等の回転体の外径計測装置として、レーザドップラ測長計等の非接触型の周長計測手段を用い、被計測材と周長計測手段とを相対回転させながら、周長および回転角を計測し、被計測材の平均外径を求める装置が提案されている(特許文献4)。
As a diameter measuring device for a cylindrical workpiece, a roller contact type measuring device has been proposed in which a roller is brought into contact with the workpiece to obtain a circumference, and a diameter is calculated from a measurement result of the circumference and a rotation angle ( For example, Patent Documents 2 and 3).
In addition, as an outer diameter measuring device for a rotating body such as a reinforced plastic composite tube, a non-contact type circumference measuring means such as a laser Doppler length meter is used, and while rotating the measured material and the circumference measuring means relative to each other, the circumference is measured. An apparatus for measuring the length and the rotation angle and obtaining the average outer diameter of the material to be measured has been proposed (Patent Document 4).

特開平11−33880号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-33880 特開平11−183157公報JP 11-183157 A 特開平3−170001号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-170001 特開2000−263379号公報JP 2000-263379 A

従来のタッチセンサによる計測(特許文献1等)は、設置の自由度が低く、また計測時間が長くなるという問題がある。具体的には、旋盤のX軸(切込み方向)の可動範囲は、通常、ワークに対して加工する側には広いが、その反対側には狭いため、大きな径を計測するには、大きな治具が必要となる。特許文献1の例では、主軸に支持されたワークの両側を、刃物台に取付けられたタッチセンサで計測するようにしているが、このような刃物台の可動範囲が広い旋盤は、一般的ではなく、限られた仕様の旋盤となる。
また、従来のタッチセンサによる計測では、Z軸(主軸軸心方向)方向に長いワークのチャックに近い位置を計測するにも、大きな突き出しの治具が必要となり、その場合には逆にチャックから遠い位置を計測することが困難になる。さらに、心押し台を利用する場合は、ワークの軸心を横切ることができず、旋盤の加工のために備えられた動作可能範囲を利用して計測することができない。
しかも、タッチセンサは、静止したワークに対して、ゆっくりと接触させる必要があるため、計測には比較的時間を要する。
The conventional measurement using a touch sensor (Patent Document 1, etc.) has a problem that the degree of freedom of installation is low and the measurement time is long. Specifically, the movable range of the X-axis (cutting direction) of the lathe is usually wide on the side to be machined with respect to the workpiece, but is narrow on the opposite side. Tools are required. In the example of Patent Document 1, both sides of the work supported by the spindle are measured by a touch sensor attached to the tool post. A lathe with such a wide movable range of the tool post is generally not used. Not a lathe with limited specifications.
In addition, the conventional touch sensor measurement requires a large protruding jig to measure the position of the workpiece that is long in the Z-axis (main axis direction) direction. It becomes difficult to measure a distant position. Furthermore, when a tailstock is used, the axis of the workpiece cannot be crossed, and measurement cannot be performed using the operable range provided for lathe machining.
Moreover, since the touch sensor needs to be brought into contact with a stationary workpiece slowly, it takes a relatively long time for measurement.

従来のローラ接触式の計測装置は、ワークの片方に接触させる点で、設置の自由度はタッチセンサ式に比べて高い。しかし、ローラとワーク間の接触面間の滑り等による誤差の発生が懸念され、高精度な検出が難しい。しかも、接触式であるため、ワークに対してローラをゆっくりと接触させる必要があり、これも計測には比較的時間を要する。   The conventional roller contact type measuring device is higher in the degree of freedom of installation than the touch sensor type in that it makes contact with one of the workpieces. However, there is concern about the occurrence of errors due to slippage between the contact surfaces between the roller and the workpiece, making it difficult to detect with high accuracy. And since it is a contact type, it is necessary to make a roller contact slowly with respect to a workpiece | work, and this also requires comparatively time for a measurement.

上記従来の非接触型の周長計測手段を用いた計測装置は、レーザドップラ測長計を用いており、測長センサとワークとの間の距離を一定に保つ必要がある。この距離を一定に保つ手段として、ワークに接するローラを有する倣い機構が例示されているが、倣い機構をワークに接触させるために、接触式の計測装置と同じく、ローラをゆっくりと接触させる必要があり、これも計測には比較的時間を要する。しかも、レーザドップラ測長計は特殊な測長計であり、コスト高となる。   The conventional measuring apparatus using the non-contact type circumference measuring means uses a laser Doppler length meter, and it is necessary to keep the distance between the length measuring sensor and the workpiece constant. As a means for keeping this distance constant, a copying mechanism having a roller in contact with the workpiece is illustrated, but in order to bring the copying mechanism into contact with the workpiece, it is necessary to make the roller contact slowly as in the contact-type measuring device. Yes, this also takes a relatively long time to measure. Moreover, the laser Doppler length meter is a special length meter, which increases the cost.

この発明の目的は、計測装置の設置上の自由度が高く、工作機械の形式を選ばずに設置でき、かつ機上で精度良く、短時間でワーク径が計測でき、また一般的な機器で構成できて低コストで製作できるワーク径計測機能付き工作機械を提供することである。
この発明の他の目的は、焦点合わせの誤差によって結像倍率に変化が生じず、高精度に表面移動量を計測できるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、工作機械の特徴を利用して少ない計算量で精度良くワークの径を計測可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、鮮明な画像を得て、ワークの径をより精度良く計測できるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、撮影手段の光軸が被撮影面に対して傾きを生じる取付誤差に対して、その傾き誤差の検出を可能にし、また傾き誤差を補正してワークの径をより一層精度良く計測できるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、ワークの径の計測を利用して、熱変位補正を精度良く行えるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、熱変位を除いた加工力による変位と摩耗による刃先後退量の和が求められるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、ワークまたは主軸の中心の位置と傾き成分、およびワークのたわみ成分を検出して、加工時の工具移動の補正が行えるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、刃物台の動きを利用して撮影手段の動作を可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、加工を行いながら計測可能とすることである。
The object of the present invention is to provide a high degree of freedom in installation of the measuring device, can be installed regardless of the type of machine tool, and can accurately measure the workpiece diameter in a short time on the machine. The object is to provide a machine tool with a workpiece diameter measuring function that can be configured and manufactured at low cost.
Another object of the present invention is to make it possible to measure the amount of surface movement with high accuracy without causing a change in imaging magnification due to an error in focusing.
Still another object of the present invention is to make it possible to accurately measure the diameter of a workpiece with a small amount of calculation using the features of a machine tool.
Still another object of the present invention is to obtain a clear image and to measure the diameter of the workpiece with higher accuracy.
Still another object of the present invention is to make it possible to detect an inclination error with respect to an installation error in which the optical axis of the photographing means is inclined with respect to the surface to be imaged, and to correct the inclination error to reduce the diameter of the workpiece. It is to enable measurement with higher accuracy.
Still another object of the present invention is to perform thermal displacement correction with high accuracy using measurement of the diameter of a workpiece.
Still another object of the present invention is to obtain the sum of displacement due to machining force excluding thermal displacement and the amount of retraction of the blade edge due to wear.
Still another object of the present invention is to detect the position and tilt component of the center of the workpiece or the spindle and the deflection component of the workpiece so that the tool movement can be corrected during machining.
Still another object of the present invention is to enable the operation of the photographing means using the movement of the tool post.
Still another object of the present invention is to enable measurement while processing.

この発明のワーク径計測機能付き工作機械は、ワーク(W)を支持して回転させる主軸(1)と、この主軸(1)で支持されたワーク(W)の周面を加工する加工手段(2)と、前記主軸(1)に支持された前記ワーク(W)の径(D,R)を計測するワーク径機上計測装置(3)とを備える。
前記ワーク径機上計測装置(3)は、前記主軸(1)に支持されたワーク(3)の周面の主軸回転による表面移動量(L)を計測する表面移動量センサ(4)と、前記ワーク(W)の回転角(θ)を検出する回転位置センサ(5)と、前記表面移動量センサ(4)で計測された表面移動量(L)を、この表面移動量(L)の範囲を移動する間に前記回転位置センサ(5)で計測された回転角(θ)で除することによってワーク(W)の径を計算するワーク径計算手段(6)とを備える。
前記表面移動量センサ(4)は、前記ワーク(W)の表面を撮影する撮影手段(7)と、撮影された画像を処理して表面移動量を計算する表面移動量計算手段(8)とでなる。前記撮影手段(7)は、テレセントリック光学系を有することが好ましい。
なお、前記ワークの周面は、外周面であっても内周面であっても良い。また、計測するワークの径は、直径であっても、半径であっても良い。
The machine tool with a workpiece diameter measuring function of the present invention comprises a spindle (1) for supporting and rotating a workpiece (W), and a machining means for machining the peripheral surface of the workpiece (W) supported by the spindle (1) ( 2) and a workpiece diameter on-machine measuring device (3) for measuring the diameter (D, R) of the workpiece (W) supported by the spindle (1).
The workpiece diameter on-machine measuring device (3) includes a surface movement amount sensor (4) for measuring a surface movement amount (L) due to rotation of the spindle of the peripheral surface of the work (3) supported by the spindle (1); The rotational position sensor (5) for detecting the rotational angle (θ) of the workpiece (W), and the surface movement amount (L) measured by the surface movement amount sensor (4) are calculated as the surface movement amount (L). Workpiece diameter calculating means (6) for calculating the diameter of the workpiece (W) by dividing by the rotation angle (θ) measured by the rotation position sensor (5) while moving the range.
The surface movement amount sensor (4) includes a photographing means (7) for photographing the surface of the work (W), a surface movement amount calculating means (8) for processing the photographed image and calculating a surface movement amount. It becomes. The photographing means (7) preferably has a telecentric optical system.
The peripheral surface of the workpiece may be an outer peripheral surface or an inner peripheral surface. Moreover, the diameter of the workpiece to be measured may be a diameter or a radius.

この構成によると、主軸(1)でワーク(W)を回転させながら、表面移動量センサ(4)でワーク(W)の周面の表面移動量を計測する。この計測の間に回転した主軸(1)の回転角(θ)、すなわちワーク(W)の回転角(θ)を前記回転位置センサ(5)で計測する。ワーク径計算手段(6)は、この計測した表面移動量を回転角(θ)で除することによってワーク(W)の径(D,R)を計算する。この計算値がワーク(W)の径の計測値となる。
このワーク径機上計測装置(3)は、表面移動量センサ(4)を用いるため、ワーク(W)の直径上の片側に表面移動量センサ(4)を位置させて計測でき、ワーク軸心を挟む両側に移動させて計測する必要がない。このため、治具類の交換等を必要とすることなく、加工した形状のどの位置の径も計測可能であり、ワーク(W)の大きさや心押し台の有無に計測の可否が左右されることもない。回転位置センサ(5)は、主軸(1)の回転を検出するセンサであるため、配置上の問題が生じず、また工作機械として主軸(1)の回転制御に用いられているエンコーダ等を利用することも可能である。これらのため、ワーク径機上計測装置(3)の工作機械への設置上の自由度が高く、工作機械の形式を選ばずに設置することができる。
According to this configuration, the surface movement amount of the peripheral surface of the workpiece (W) is measured by the surface movement amount sensor (4) while the workpiece (W) is rotated by the spindle (1). The rotational angle (θ) of the spindle (1) rotated during this measurement, that is, the rotational angle (θ) of the workpiece (W) is measured by the rotational position sensor (5). The workpiece diameter calculation means (6) calculates the diameter (D, R) of the workpiece (W) by dividing the measured surface movement amount by the rotation angle (θ). This calculated value becomes the measured value of the diameter of the workpiece (W).
Since the workpiece diameter on-machine measuring device (3) uses the surface movement amount sensor (4), the workpiece movement center can be measured by positioning the surface movement amount sensor (4) on one side on the diameter of the workpiece (W). There is no need to move to both sides of the measurement. For this reason, the diameter of any position of the machined shape can be measured without requiring replacement of jigs and the like, and the availability of measurement depends on the size of the workpiece (W) and the presence or absence of a tailstock. There is nothing. Since the rotational position sensor (5) is a sensor for detecting the rotation of the main shaft (1), there is no problem in arrangement, and an encoder used for controlling the rotation of the main shaft (1) as a machine tool is used. It is also possible to do. For these reasons, the workpiece diameter measuring device (3) has a high degree of freedom in installation on the machine tool, and can be installed regardless of the type of the machine tool.

表面移動量センサ(4)は、ワーク(W)の表面を撮影する撮影手段(7)と、撮影された画像を処理して表面移動量(L)を計算する表面移動量計算手段(8)とで構成されるため、非接触で計測でき、また表面移動量と回転角(θ)とで径を計測するため、計測時にワーク(W)の回転を停止する必要がない。撮影手段(7)とワーク表面間の距離は、撮影手段(7)の光学系の種類によっては画像の倍率変化に影響し、表面移動量(L)や径(D,R)の計算結果に影響する。しかし、撮影手段(7)では、テレセントリック光学系を持つものなど、撮影手段(7)とワーク表面間の距離が倍率に影響しないものがある。また、焦点位置を観測しながら撮影すること、または画像処理の工夫等によっても、倍率の変化を回避できる。このため、撮影手段(7)とワーク表面間の距離を正確に保つための倣い装置等を用いることなく、完全に非接触で撮影手段(7)による適切な撮影が行える。完全非接触のため、接触式に比べて撮影手段(7)をワーク表面に比較的に高速で近づけることができる。このように、計測時にワークの回転を停止する必要がなく、かつ完全非接触のために比較的に高速で近づけることができ、また倍率変化の影響も殆ど無くせるため、精度良く、短時間でワーク径(D,R)が計測できる。
撮影手段(7)は、画素数が多い高精度のものが、量産により安価に販売されており、そのような一般的なものが使用でき、回転位置センサ(5)も一般的なものが使用できるため、高価な特殊品が不要で、このワーク径機上計測装置(3)を安価に製造できる。
The surface movement amount sensor (4) includes a photographing means (7) for photographing the surface of the work (W), and a surface movement amount calculating means (8) for processing the photographed image and calculating the surface movement amount (L). Therefore, it is possible to measure without contact, and the diameter is measured by the surface movement amount and the rotation angle (θ), so that it is not necessary to stop the rotation of the workpiece (W) during measurement. The distance between the photographing means (7) and the work surface affects the change in magnification of the image depending on the type of the optical system of the photographing means (7), and the calculation result of the surface movement amount (L) and the diameter (D, R). Affect. However, some photographing means (7), such as those having a telecentric optical system, do not affect the magnification by the distance between the photographing means (7) and the workpiece surface. The change in magnification can also be avoided by taking a picture while observing the focal position, or by devising image processing. For this reason, it is possible to perform appropriate photographing by the photographing means (7) completely without contact without using a copying apparatus or the like for accurately maintaining the distance between the photographing means (7) and the workpiece surface. Because of complete non-contact, the photographing means (7) can be brought closer to the workpiece surface at a relatively high speed as compared with the contact type. In this way, it is not necessary to stop the rotation of the workpiece during measurement, and it can be approached at a relatively high speed for complete non-contact, and the influence of the change in magnification can be almost eliminated. The workpiece diameter (D, R) can be measured.
As the photographing means (7), a high-precision one having a large number of pixels is sold at a low price by mass production. Such a general one can be used, and a general rotational position sensor (5) is also used. Therefore, an expensive special product is unnecessary, and the workpiece diameter measuring device (3) can be manufactured at a low cost.

テレセントリック光学系は、主光線が像焦点(または物体焦点)を通るように配置した光学系であるため、焦点合わせの誤差によって結像倍率に変化が生じない。そのため、前記撮影手段(7)にテレセントリック光学系を用いると、高精度に表面移動量を計測できる。   Since the telecentric optical system is an optical system arranged so that the principal ray passes through the image focus (or object focus), the imaging magnification does not change due to focusing error. Therefore, when a telecentric optical system is used for the photographing means (7), the surface movement amount can be measured with high accuracy.

この発明において、前記表面移動量センサ(4)の前記表面移動量計算手段(8)は、前記撮影手段(7)で一定撮影間隔毎に撮影された連続するそれぞれ2枚の画像を対比して、この2枚の画像間で移動したワーク(W)の周面の移動量である画像間表面移動量(ΔL)を求める画像処理、およびこの各画像間表面移動量(ΔL)を加算することにより、ワーク(W)の径の計算に用いる表面移動量(L)を求める加算処理を行う。前記画像処理では、与えられたワーク(W)の径(D,R)の予測値と、前記ワーク(D,R)の回転速度と、前記撮影手段(7)による撮影間隔とから求まる画像間表面移動量(ΔL)の推定移動量を用い、対比する前記2枚の画像のうち、前記推定移動量に対応する位置の近傍でのみ対比して、定められた一致度の評価値を計算することで前記画像間表面移動量(ΔL)を計測するものであっても良い。   In the present invention, the surface movement amount calculation means (8) of the surface movement amount sensor (4) compares two consecutive images photographed at a certain photographing interval by the photographing means (7). , Image processing for determining the inter-image surface movement amount (ΔL), which is the movement amount of the peripheral surface of the workpiece (W) moved between the two images, and adding the inter-image surface movement amount (ΔL). Thus, an addition process for obtaining the surface movement amount (L) used for calculating the diameter of the workpiece (W) is performed. In the image processing, an interval between images obtained from a predicted value of the diameter (D, R) of a given work (W), a rotation speed of the work (D, R), and a photographing interval by the photographing means (7). Using the estimated movement amount of the surface movement amount (ΔL), among the two images to be compared, the comparison value is calculated only in the vicinity of the position corresponding to the estimated movement amount, and the evaluation value of the determined degree of coincidence is calculated. Thus, the inter-image surface movement amount (ΔL) may be measured.

表面移動量計算方法として、連続する2枚の画像を対比し、一致度の評価値を計算して2枚の画像間での表面移動量を求める画像処理は、平面上の移動距離の光学的計測による計算手法として一般的に行われている。しかし、一般的に行われている手法は、画像の全域について総当たり的に対比する処理を行うため、演算量が多くて演算に時間がかかる。機上計測では、演算時間が長いと工作機械の稼働率、サイクルタイムに影響するため、演算時間を極力短くする必要がある。これにつき、上記の構成による画像処理では、与えられたワーク(W)の径(D,R)の予測値と、前記ワーク(W)の回転速度と、前記撮影手段(7)による撮影間隔とから求まる画像間表面距離の推定移動量を用い、対比する前記2枚の画像のうち、前記推定移動量に対応する位置の近傍でのみ対比するため、演算量を飛躍的に削減でき、高速に表面移動量を計算で推定することができる。すなわち、工作機械で加工されたワーク(W)は、目標の径が既知であるため、加工誤差が零である場合の、対比する2枚の画像間の表面移動量が計算できる。そのため加工誤差が零である場合の移動量を推定移動量として、この推定移動量に対応する位置の、予想される誤差分に応じた近傍でのみ対比することで、2枚の画像間での表面移動量を求めることができる。
なお、従来の2枚の画像間での表面移動量を求める一般的な画像処理は、平面上での移動量の計算であるのに対して、この発明では周面、すなわち円筒面上の移動量を求める処理となるが、撮影間隔に応じた微小距離だけ離れた画像間の計算であるため、円筒面上の移動量であっても、平面上の移動量と同様に計算することができる。この多角形の辺の和と円の周長との差は一般に非常に小さいが、この幾何学的な補正(変換)は少ない計算量で可能であり、補正してより正確に径の計測を行うこともできる。
As the surface movement amount calculation method, image processing for comparing two consecutive images and calculating the evaluation value of the degree of coincidence to obtain the surface movement amount between the two images is performed by optically calculating the movement distance on the plane. Generally used as a calculation method by measurement. However, generally used methods perform a brute force process for the entire area of the image, so the amount of calculation is large and the calculation takes time. In on-machine measurement, if the calculation time is long, it affects the operating rate and cycle time of the machine tool, so it is necessary to shorten the calculation time as much as possible. In this regard, in the image processing with the above-described configuration, the predicted value of the diameter (D, R) of the given work (W), the rotation speed of the work (W), and the photographing interval by the photographing means (7) Using the estimated movement amount of the inter-image surface distance obtained from the above, the comparison is made only in the vicinity of the position corresponding to the estimated movement amount of the two images to be compared. The amount of surface movement can be estimated by calculation. That is, since the target diameter of the workpiece (W) machined by the machine tool is known, the amount of surface movement between the two images to be compared can be calculated when the machining error is zero. Therefore, the amount of movement when the processing error is zero is taken as the estimated amount of movement, and the position corresponding to this estimated amount of movement is compared only in the vicinity corresponding to the expected error, so that the difference between the two images The amount of surface movement can be determined.
The general image processing for obtaining the amount of surface movement between two conventional images is calculation of the amount of movement on a plane, whereas in the present invention, movement on a circumferential surface, that is, a cylindrical surface. Although it is a process for obtaining the amount, since it is a calculation between images separated by a minute distance according to the shooting interval, even a movement amount on a cylindrical surface can be calculated in the same manner as a movement amount on a plane. . The difference between the sum of the sides of the polygon and the circumference of the circle is generally very small, but this geometric correction (transformation) can be done with a small amount of calculation, and it can be corrected to more accurately measure the diameter. It can also be done.

この発明において、前記撮影手段(7)の画像が最も鮮明になる、前記撮影手段(7)と前記ワークの表面間のギャップを求める処理であるフォーカス検知を行うフォーカス検知手段(10)、および前記画像が最も鮮明になる前記ギャップとなる位置へ前記撮影手段(7)を移動させるフォーカス調整手段(58)を設けても良い。
テレセントリック光学系を有する場合は、焦点ずれでの倍率変化は殆どないため、フォーカス検知は必ずしも必要ではない。しかし、テレセントリック光学系を用いても焦点が合わない場合は画像がぼやけるため、2枚の画像の一致度を求めて画像間表面移動量を求めるにつき、高精度に求められないことがある。フォーカス検知を行って鮮明な画像を撮影することで、より一層高精度に画像間表面移動量(ΔL)を求め、ワーク(W)の径の計算に用いる表面移動量(L)を求めることができる。
フォーカス検知は、次に説明する傾き補正に、より効果的に利用できる。また、フォーカス検知によって、撮影手段(7)とワーク(W)の表面間の画像が最も鮮明になるギャップが分かれば、そのギャップとワークの径の計測値とを用いて、工作機械の運転における種々の補正を精度良く行うことができる。
In this invention, the focus detection means (10) for performing focus detection, which is a process for obtaining a gap between the imaging means (7) and the surface of the workpiece, in which the image of the imaging means (7) becomes the clearest, and the A focus adjusting means (58) for moving the photographing means (7) to a position where the gap becomes the clearest image may be provided.
When a telecentric optical system is provided, focus detection is not always necessary because there is almost no change in magnification due to defocus. However, even if a telecentric optical system is used, if the image is not focused, the image is blurred. Therefore, when the degree of coincidence between the two images is obtained and the inter-image surface movement amount is obtained, it may not be obtained with high accuracy. By capturing a clear image by performing focus detection, the surface movement amount (ΔL) between images can be obtained with higher accuracy, and the surface movement amount (L) used for calculating the diameter of the workpiece (W) can be obtained. it can.
Focus detection can be used more effectively for tilt correction described below. Also, if the gap between the imaging means (7) and the surface of the workpiece (W) is clearest by the focus detection, the gap and the measured value of the workpiece diameter are used to determine the gap in the operation of the machine tool. Various corrections can be performed with high accuracy.

前記フォーカス検知手段(10)は、フォーカス検知の対象とする画像につき、ワーク(W)の周方向に並ぶ複数の領域に分割して各分割画像(Fg,Ff)について前記フォーカス検知をそれぞれ行い、これら複数の分割画像(Fg,Ff)につき計測された前記ギャップの差を検出する周方向傾き誤差検出部(11)を有するものとしても良い。
前記撮影手段(7)は、その支持体への取付誤差等により、光軸(Q)がワークの直径を成す線からずれる心高誤差(Δh)、または光軸(Q)がワーク表面の被撮影面に垂直な線に対して傾く誤差により、計測誤差を生じることがある。これにつき、上記のようにフォーカス検知を、ワーク周方向に並ぶ複数の分割画像(Fg,Ff)に分割してそれぞれ行えば、これら複数の分割画像(Fg,Ff)につき計測されたギャップの差から、心高誤差または傾き誤差が生じていることが分かる。この誤差ができるだけ零になるように、撮影手段(7)の取付位置や取付角度を調整すれば、前記心高誤差,傾き誤差を無くし、または小さくすることができる。また、調整することなく、あるいは調整しても残る誤差につき、次のように補正を行うこともできる。
The focus detection means (10) divides a target image for focus detection into a plurality of regions arranged in the circumferential direction of the work (W) and performs the focus detection for each of the divided images (Fg, Ff), It is good also as what has the circumferential direction inclination error detection part (11) which detects the difference of the said gap measured about these some divided images (Fg, Ff).
The photographing means (7) has a center-of-center error (Δh) where the optical axis (Q) deviates from the line forming the diameter of the workpiece due to an attachment error to the support or the like, or the optical axis (Q) is covered by the workpiece surface. A measurement error may occur due to an error tilted with respect to a line perpendicular to the imaging surface. In this regard, if the focus detection is divided into a plurality of divided images (Fg, Ff) arranged in the circumferential direction of the workpiece as described above, the difference between the gaps measured for the plurality of divided images (Fg, Ff). From this, it can be seen that a cardiac error or tilt error has occurred. By adjusting the mounting position and the mounting angle of the photographing means (7) so that this error becomes as small as possible, the center height error and the tilt error can be eliminated or reduced. Further, it is possible to perform correction as follows for errors remaining without adjustment or after adjustment.

すなわち、前記フォーカス検知手段(10)は、前記表面移動量計算手段(8)の計算した表面移動量につき、前記周方向傾き誤差検出部(11)が検出した前記ギャップの差によって、前記撮影手段(7)の光軸(Q)が、ワーク軸心(O)に垂直な面内で前記ワーク(W)の被撮影面に垂直でないことに起因する計測誤差を補正する誤差補正部(12)を有するものとしても良い。
前記複数の分割画像(Fg,Ff)の前記ギャップの差が分かれば、このギャップの差と、複数の分割画像の中心間距離とから、撮影手段(7)の光軸(Q)が被計測面に垂直でないことに起因する計測誤差に対して、表面移動量(L)を正しく補正することができる。
That is, the focus detection unit (10) is configured to determine the photographing unit based on the gap difference detected by the circumferential inclination error detection unit (11) for the surface movement amount calculated by the surface movement amount calculation unit (8). An error correction unit (12) that corrects a measurement error caused by the optical axis (Q) of (7) being not perpendicular to the surface to be imaged of the workpiece (W) within a plane perpendicular to the workpiece axis (O). It is good also as what has.
If the gap difference between the plurality of divided images (Fg, Ff) is known, the optical axis (Q) of the photographing means (7) is measured from the gap difference and the distance between the centers of the plurality of divided images. The surface movement amount (L) can be correctly corrected for a measurement error caused by being not perpendicular to the surface.

この発明において、前記撮影手段(7)が前記加工手段(2)を構成する刃物台(15)に取付けられ、前記フォーカス検知手段(10)を設けた場合に、前記ワーク径計算手段(6)の計算したワーク(W)の径(R)と、前記フォーカス検知手段(10)がフォーカスが合うと検知したX軸位置(x1 )とを監視し、この監視したワークの径(R)とX軸位置(x1 )、および想定したワークの径(R0 )とフォーカスが合うと想定したX軸位置(x0)とから、前記ワーク(W)の軸心(O)と前記撮影手段(7)の切り込み方向の相対熱変位を監視する相対熱変位監視手段(54)と、この監視した相対熱変位を用いて前記加工手段(2)の工具移動量の熱変位補正を行う熱変位補正手段(55)を設けても良い。上記の想定したワークの径(R0 )は、目標寸法であって既知である。フォーカスが合うと想定したX軸位置(x0)は、ワークの径の目標寸法と、撮影手段(7)が有する固有の焦点距離とによって定まる値であり、既知である。フォーカス検知手段(10)がフォーカスが合うと検知したX軸位置(x1 )は、フォーカス検知により得た画像が最も鮮明になる位置である。なお、X軸位置(x1)の監視は、例えば、X軸サーボモータ(37)に設けられたエンコーダ等の位置検出器の検出値を監視することで行う。   In the present invention, when the photographing means (7) is attached to a tool post (15) constituting the processing means (2) and the focus detection means (10) is provided, the workpiece diameter calculating means (6) The calculated diameter (R) of the workpiece (W) and the X-axis position (x1) detected when the focus detection means (10) is in focus are monitored. The diameter (R) and X of the monitored workpiece are monitored. From the axis position (x1) and the X-axis position (x0) assumed to be in focus with the assumed workpiece diameter (R0), the axis (O) of the workpiece (W) and the imaging means (7) Relative thermal displacement monitoring means (54) for monitoring the relative thermal displacement in the cutting direction, and thermal displacement correction means (55) for correcting the thermal displacement of the tool movement amount of the machining means (2) using the monitored relative thermal displacement. ) May be provided. The assumed workpiece diameter (R0) is the target dimension and is known. The X-axis position (x0) that is assumed to be in focus is a value determined by the target dimension of the workpiece diameter and the intrinsic focal length of the photographing means (7), and is known. The X-axis position (x1) detected when the focus detection means (10) is in focus is the position where the image obtained by focus detection becomes the clearest. The X-axis position (x1) is monitored by, for example, monitoring the detection value of a position detector such as an encoder provided in the X-axis servomotor (37).

前記ワーク径計算手段(6)の計算した加工済みのワーク(W)の径(R)と、目標径である想定したワークの径(R0 )との誤差には、加工時における熱変位(ΔT)と、加工力による工具−ワーク間の相対変位および摩耗による刃先後退量の和(ΔF)が含まれる。しかし、前記撮影手段(7)が刃物台(15)に取付けられていると、フォーカス検知手段(10)がフォーカスが合うと検知したX軸位置(x1 )とフォーカスが合うと想定したX軸位置(x0)との誤差は、前記刃先後退量の和となり、熱変位は含まない。(加工と測定の間の時間は十分に短くすることができ、その間の熱変位の変化は無視することができるものとする。)
すなわち、主軸(1)に対して熱変位を生じた刃物台(15)に撮影手段(7)が載っているため、フォーカスが合うと検知したX軸位置(x1 )の値は、熱変位(ΔT)を含まない値として検知される。前記撮影手段(7)による撮影時には工具(16)の刃先がワーク(W)に接していないため、工具−ワーク間変位や摩耗による誤差は発生しない。
このように、計算したワーク(W)の径(R)と想定したワークの径(R0 )との誤差(R −R0)には熱変位(ΔT)と刃先後退量の和(ΔF)とが含まれるが、フォーカスが合うと検知したX軸位置(x1 )と想定したX軸位置(x0)との誤差(x1 −x0)の値は熱変位は含まない値であるため、両者の差(x1 −x0)−(R −R0)を取ることで、前記切り込み方向の相対熱変位(ΔT)が求められる。前記相対熱変位監視手段(54)は、この計算を行う。(なお、参照符号は、簡明のために半径値で示した場合につき付したが、直径値で計算しても良い。)
これにより、旋盤等の工作機械にとって最も重要な切込み方向の相対熱変位(ΔT)を監視することも可能となる。この監視により、旋削加工において最も重要なワーク(W)の径について、長時間の電源オフ時からの運転開始等にも、暖気運転等の無駄を省き、常に計測精度に近い加工精度まで補正することが可能となる。
熱変位補正は、フォーカス検知で得られる値を用いずに、ワーク(W)の径(D,R)の計測値のみからでも行うこともできるが、前記撮影手段(7)が刃物台(15)に取付けられている場合、前記フォーカス検知で得られる値を用いることで、ワーク(W)の径(D,R)を求めるために計測したときの撮影手段(7)の位置となる刃物台(15)の位置が精度良く分かる。そのため、前記ギャップを用いることで、より一層精度良く補正することができる。
The error between the diameter (R) of the processed workpiece (W) calculated by the workpiece diameter calculation means (6) and the assumed workpiece diameter (R0), which is the target diameter, includes thermal displacement (ΔT during processing). ) And the sum (ΔF) of the tool-work relative displacement due to the machining force and the cutting edge retraction amount due to wear. However, if the photographing means (7) is attached to the tool post (15), the X axis position (x1) detected when the focus detection means (10) is in focus and the X axis position assumed to be in focus. The error from (x0) is the sum of the retraction amounts of the cutting edge and does not include thermal displacement. (The time between processing and measurement can be made sufficiently short, and the change in thermal displacement during that time can be ignored.)
That is, since the photographing means (7) is placed on the tool post (15) that has caused thermal displacement with respect to the main shaft (1), the value of the X-axis position (x1) detected when the focus is achieved is the thermal displacement ( It is detected as a value not including (ΔT). Since the cutting edge of the tool (16) is not in contact with the workpiece (W) at the time of photographing by the photographing means (7), an error due to tool-workpiece displacement or wear does not occur.
Thus, the error (R-R0) between the calculated workpiece (W) diameter (R) and the assumed workpiece diameter (R0) includes the thermal displacement (ΔT) and the sum of the blade tip retraction amount (ΔF). Although the value of the error (x1 -x0) between the detected X-axis position (x1) and the assumed X-axis position (x0) when it is in focus is a value that does not include thermal displacement, the difference between the two ( By taking x1−x0) − (R−R0), the relative thermal displacement (ΔT) in the cutting direction is obtained. The relative thermal displacement monitoring means (54) performs this calculation. (Note that the reference numerals are given for the case of the radius values for the sake of clarity, but they may be calculated by the diameter values.)
This also makes it possible to monitor the relative thermal displacement (ΔT) in the cutting direction, which is most important for a machine tool such as a lathe. With this monitoring, the workpiece (W) diameter, which is the most important in turning, is corrected to machining accuracy that is always close to measurement accuracy by eliminating wasteful operations such as warm-up operation even when starting operation after long-time power-off. It becomes possible.
The thermal displacement correction can be performed only from the measured value of the diameter (D, R) of the workpiece (W) without using the value obtained by the focus detection. ), The tool post serving as the position of the photographing means (7) when measured to obtain the diameter (D, R) of the workpiece (W) by using the value obtained by the focus detection. The position of (15) is known with high accuracy. For this reason, the gap can be used for more accurate correction.

この発明において、前記撮影手段(7)が前記加工手段(2)を構成する刃物台(15)に取付けられ、前記フォーカス検知手段(10)を設けた場合に、前記フォーカス検知手段(10)がフォーカスが合うと検知したX軸位置(x1 )を監視し、この監視したX軸位置(x1)、およびフォーカスが合うと想定したX軸位置(x0 )を用い、熱変位を除いた加工力による相対変位と、摩耗による刃先後退量の和(ΔF)を求める力学的相対変位監視手段(56)を設けても良い。上記の加工力による相対変位は、工具(16)がワーク(W)に押し付けられることによる工具(16)とワーク(W)、および工作機械の各部の変形による相対変位である。
上述のように、撮影手段(7)による撮影時には工具(16)の刃先がワーク(W)に接していないため、工具(16)の変形や摩耗による誤差は発生しない。撮影手段(7)が刃物台(15)に取付けられていると、フォーカス検知手段(10)がフォーカスが合うと検知したX軸位置(x1 )とフォーカスが合うと想定したX軸位置(x0)との誤差は、熱変位は含まず、前記刃先後退量の和(ΔF)となる。力学的相対変位監視手段(56)は、このような計算により、熱変位を除いた加工力による相対変位と、摩耗による刃先後退量の和(ΔF)を求める。
In the present invention, when the photographing means (7) is attached to a tool post (15) constituting the processing means (2) and the focus detection means (10) is provided, the focus detection means (10) The X-axis position (x1) detected when the focus is achieved is monitored, and the monitored X-axis position (x1) and the X-axis position (x0) assumed to be in focus are used to determine the machining force excluding the thermal displacement. Mechanical relative displacement monitoring means (56) for obtaining the sum (ΔF) of the relative displacement and the retraction amount of the cutting edge due to wear may be provided. The relative displacement due to the machining force is a relative displacement caused by deformation of the tool (16) and the workpiece (W) and each part of the machine tool caused by pressing the tool (16) against the workpiece (W).
As described above, since the cutting edge of the tool (16) is not in contact with the workpiece (W) at the time of photographing by the photographing means (7), an error due to deformation or wear of the tool (16) does not occur. When the photographing means (7) is attached to the tool post (15), the X-axis position (x0) assumed to be in focus with the X-axis position (x1) detected when the focus detection means (10) is in focus. The error is not including thermal displacement and is the sum (ΔF) of the amount of retraction of the cutting edge. The mechanical relative displacement monitoring means (56) obtains the sum (ΔF) of the relative displacement by the machining force excluding the thermal displacement and the cutting edge retraction amount due to wear by such calculation.

なお、刃先後退量の和(ΔF)には、加工力による相対変位と、摩耗による刃先後退量とが含まれるが、摩耗による刃先後退量は加工時間によって次第に大きくなるのに対して、加工力による相対変位は、刃先の摩耗に伴う変化を除いて経時的な変化がない。そのため、刃先後退量の和(ΔF)の変化を時間軸上で統計的に処理することにより、加工力による変位と、摩耗による刃先後退量とを分離して検出することが可能である(単に、新しい工具に交換した時点からの差分を刃先後退量としてもよい)。力学的相対変位監視手段(56)は、このような処理で加工力による相対変位と、摩耗による刃先後退量とを分離して検出する機能を有するものとしても良い。
なお、加工する前に、チャック部分や加工する前のワークを測定すると、その直径にはあまり意味がない(加工前のワーク径を知ることもできる)が、その際に求められる熱変位分を補正すると一つ目のワークから加工精度が高まる。
また、同じワークを量産し続ける場合、2つ目のワークからは、ワーク径のみを用いて補正すれば、すべてが補正されて加工精度が高まる。しかし、この加工誤差=補正すべき量は、熱変位だけによって生じるのではなく、ワーク・工具・工作機械構造の変形、工具の刃先位置の設定誤差や摩耗による後退、サーボの位置決め誤差などが積み重なって生じる。従って、異なる加工条件で加工力が変わったり、ワーク形状が変わったり、使用する工具が変わったり、加工位置が変わったりすると、熱変位以外は大きく変わる可能性がある。しかし、熱変位は短時間ではあまり変化しないため、前回と異なる加工をする際には、前回の加工のワーク径の誤差を用いるのではなく、熱変位分のみを補正する方が適切となる。以上のように、最初の一つ目の加工の際、あるいは加工条件などが変わる際などに熱変位補正が有効になる。
The sum (ΔF) of the cutting edge retraction amount includes the relative displacement due to the machining force and the cutting edge retraction amount due to wear, but the cutting edge retraction amount due to wear gradually increases with the machining time, whereas the machining force The relative displacement due to does not change with time except for the change caused by the wear of the blade edge. Therefore, by statistically processing the change in the sum (ΔF) of the cutting edge retraction amount on the time axis, it is possible to separately detect the displacement due to the processing force and the cutting edge retraction amount due to wear (simply) The difference from the time when the tool is replaced with a new tool may be used as the cutting edge retraction amount). The mechanical relative displacement monitoring means (56) may have a function of separately detecting the relative displacement due to the machining force and the amount of retraction of the blade edge due to wear by such processing.
If the chuck part or workpiece before machining is measured before machining, the diameter has little meaning (you can know the workpiece diameter before machining), but the thermal displacement required at that time is If corrected, the machining accuracy increases from the first workpiece.
In addition, when the same workpiece is continuously mass-produced, if the workpiece is corrected using only the workpiece diameter from the second workpiece, everything is corrected and the machining accuracy is increased. However, this amount of machining error = the amount to be corrected is not only caused by thermal displacement, but also due to deformation of workpiece / tool / machine tool structure, setting error of tool tip position, retraction due to wear, servo positioning error, etc. Arises. Therefore, if the machining force changes under different machining conditions, the workpiece shape changes, the tool used changes, or the machining position changes, there is a possibility that the changes other than the thermal displacement will change greatly. However, since the thermal displacement does not change much in a short time, it is more appropriate to correct only the thermal displacement rather than using the workpiece diameter error of the previous machining when machining different from the previous machining. As described above, the thermal displacement correction is effective when the first machining is performed or when machining conditions are changed.

この発明において、前記ワーク径機上計測装置(3)による計測とフォーカス検知を、前記ワーク(W)の軸方向の複数箇所で行わせ、これら複数箇所のワーク(W)の径とフォーカスが合うと検知したX軸位置(x1 )から、刃物台(15)に対するワーク(W)または主軸の中心の位置と傾き成分、およびワークのたわみ成分を検出する多点計測手段(57)を設けても良い。
工作機械の持つ組立誤差や熱変形等で加工手段(2)における主軸軸心方向(Z軸方向)の案内が微妙に斜めになっている場合があるが、多点計測によりワーク(W)または主軸の中心の位置と傾き成分、およびワークのたわみ成分を検出することで、前記組立誤差や熱変形等に対して、Z軸送りの動作に切込み方向の動作を加えるなどして補正を行い、高精度に加工することができる。
In this invention, measurement and focus detection by the workpiece diameter on-machine measuring device (3) are performed at a plurality of locations in the axial direction of the workpiece (W), and the diameters of the workpieces (W) at these locations are in focus. A multipoint measuring means (57) for detecting the position and inclination component of the center of the workpiece (W) or the spindle relative to the tool post (15) and the deflection component of the workpiece from the detected X-axis position (x1). good.
Although there are cases where the guide in the spindle axis direction (Z-axis direction) in the machining means (2) is slightly inclined due to assembly errors or thermal deformation of the machine tool, the workpiece (W) or By detecting the center position and tilt component of the spindle and the deflection component of the workpiece, the assembly error, thermal deformation, etc. are corrected by adding an operation in the cutting direction to the Z-axis feed operation, It can be processed with high accuracy.

この発明において、前記撮影手段(7)は、前記加工手段(2)を構成する刃物台(15)が有する複数の工具ステーション(15a)の一つに取付けても良い。
このように刃物台(15)に撮影手段(7)を取付けることで、刃物台(15)を移動させる機構を利用して、前記撮影手段(7)をワークに対して計測のために近づけたり退避させたりする相対移動を行わせることができる。特に、工具ステーション(15a)の一つに取付けた場合は、工具(16)で加工する場合と類似の動作や制御によって計測が行える。また、熱変位補正を行う際に、工具ステーションの熱変位も含めて補正することができる。このように刃物台に撮影手段(7)を取付ける場合に、従来のタッチセンサによる直径方向両端の2点計測では、ワーク(W)の軸心(O)を横切ることができず、適用できる工作機械の仕様が制限されるが、この発明は表面移動量(L)の検出によるため、ワーク(W)の加工箇所と反対側を計測する必要がなくて、適用できる工作機械の仕様の制限が無くなる。
In this invention, you may attach the said imaging | photography means (7) to one of the some tool station (15a) which the tool post (15) which comprises the said process means (2) has.
By attaching the photographing means (7) to the tool post (15) in this way, the photographing means (7) can be brought close to the workpiece for measurement using a mechanism for moving the tool post (15). Relative movement such as retraction can be performed. In particular, when it is attached to one of the tool stations (15a), measurement can be performed by operations and controls similar to those when machining with the tool (16). Moreover, when performing thermal displacement correction, it can correct | amend including the thermal displacement of a tool station. In this way, when the photographing means (7) is attached to the tool post, the two-point measurement at both ends in the diametrical direction by the conventional touch sensor cannot be applied across the axis (O) of the workpiece (W) and can be applied. Although the specification of the machine is limited, the present invention is based on the detection of the amount of surface movement (L), so there is no need to measure the side opposite to the machining location of the workpiece (W), and the specification of the applicable machine tool is limited. Disappear.

前記撮影手段(7)は、前記加工手段を構成する刃物台における工具が取付けられた工具ステーションに、加工時にワークの加工している周面を撮影可能に取付けても良い。
このように、加工する工具と同じ工具ステーションに撮影手段(7)が取付けられていると、加工しながら、その加工のための工具の移動を利用して撮影手段(7)による撮影が行え、加工中にワークの径の計測が行える。そのため、専用の計測サイクルが不要となり、稼働率が向上する。また、リアルタイムで補正が可能となるため、次のワークの加工に補正を加えるのではなく、加工中のワークの径を補正することが可能となる(短い時間遅れは伴う)。
The photographing means (7) may be attached to a tool station to which a tool in a tool post constituting the processing means is attached so that the peripheral surface processed by the workpiece during processing can be photographed.
Thus, when the imaging means (7) is attached to the same tool station as the tool to be processed, the imaging means (7) can perform imaging while using the movement of the tool for processing, The workpiece diameter can be measured during machining. This eliminates the need for a dedicated measurement cycle and improves the operating rate. Further, since correction can be performed in real time, it is possible to correct the diameter of the workpiece being processed instead of correcting the next workpiece (with a short time delay).

なお、前記撮影手段(7)は、必ずしも刃物台(15)に取付けなくても良く、例えば、工作機械のベッド(31)やフレーム上に設置された計測専用の可動台等に設置しても良い。   The photographing means (7) does not necessarily have to be attached to the tool post (15). For example, the photographing means (7) may be installed on a bed (31) of a machine tool or a movable stand dedicated to measurement installed on a frame. good.

この発明のワーク径計測機能付き工作機械は、ワークを支持して回転させる主軸と、この主軸で支持されたワークの周面を加工する加工手段と、前記主軸に支持された前記ワークの径を計測するワーク径機上計測装置とを備え、前記ワーク径機上計測装置は、前記主軸に支持されたワークのワーク径計測対象部における周面の主軸回転による表面移動量を計測する表面移動量センサと、前記ワークの回転角を検出する回転位置センサと、前記表面移動量センサで計測された表面移動量を、この計測の間に前記回転位置センサで計測された回転角で除することによってワークの径を計算するワーク径計算手段とを備え、前記表面移動量センサは、前記ワークの表面を撮影する撮影手段と、撮影された画像を処理して表面移動量を計算する表面移動量計算手段とでなるため、ワーク径機上計測装置の設置上の自由度が高く、工作機械の形式を選ばずに設置でき、かつ機上で精度良く、短時間でワーク径が計測でき、また一般的な機器で構成できて低コストで製作できる。   The machine tool with a workpiece diameter measuring function according to the present invention includes a spindle that supports and rotates a workpiece, a processing means that processes a peripheral surface of the workpiece supported by the spindle, and a diameter of the workpiece supported by the spindle. A workpiece diameter measuring device for measuring the workpiece diameter, and the workpiece diameter measuring device measures the amount of surface movement due to the spindle rotation of the peripheral surface of the workpiece diameter measurement target portion of the workpiece supported by the spindle. By dividing the sensor, the rotational position sensor for detecting the rotational angle of the workpiece, and the surface movement amount measured by the surface movement amount sensor by the rotation angle measured by the rotational position sensor during this measurement. A workpiece diameter calculating means for calculating a workpiece diameter, wherein the surface movement amount sensor is a photographing means for photographing the surface of the workpiece, and a surface movement for processing the photographed image to calculate the surface movement amount. Because it is a quantity calculation means, it has a high degree of freedom in installing the workpiece diameter measuring device, can be installed regardless of the type of machine tool, and can accurately measure the workpiece diameter in a short time on the machine, Moreover, it can be constructed with general equipment and can be manufactured at low cost.

この発明において、前記撮影手段にテレセントリック光学系を用いた場合は、焦点合わせの誤差によって結像倍率に変化が生じず、高精度に表面移動量を計測できる。
この発明において、ワークの径の予測値、回転速度、撮影間隔から求まる画像間表面移動量の推定移動量を用い、対比する2枚の画像のうち、推定移動量に対応する位置の近傍でのみ対比するようにした場合は、工作機械の特徴を利用して少ない計算量で精度良くワークの径を計測することができる。
この発明において、フォーカス検知を行うようにした場合は、鮮明な画像を得て、ワークの径をより精度良く計測できる。
この発明において、画像をワークの周方向に並ぶ複数の領域に分割してフォーカス検知をそれぞれ行うようにした場合は、撮影手段の光軸が被撮影面に対して傾きを生じる取付誤差に対して、その傾き誤差の検出が行える。
その誤差の誤差補正部を設けた場合は、傾き誤差を補正してワークの径をより一層精度良く加工することができる。
計測したワークの径とフォーカス検知のギャップとを監視する相対変位監視手段、およびその熱変位補正手段を設けた場合は、ワーク径の計測を利用して、熱変位補正を精度良く行うことができる。
前記ワーク径機上計測装置による計測とフォーカス検知を、前記ワークの軸方向の複数箇所で行わせ、これら複数箇所のワークの径とギャップの計測値から、ワークまたは主軸の中心の位置と傾き成分、およびワークのたわみ成分を検出する多点計測手段を設けた場合は、ワークまたは主軸の中心の位置と傾き成分、およびワークのたわみ成分を検出して、加工時の工具移動の補正を行うことができる。
前記撮影手段を刃物台の工具ステーションの一つに取付けた場合は、刃物台の動きを利用して撮影手段の動作が可能となる。
刃物台の同じ工具ステーションに工具と前記撮影手段を取付けた場合は、加工を行いながら計測することができる。
In the present invention, when a telecentric optical system is used as the photographing means, the imaging magnification does not change due to a focusing error, and the amount of surface movement can be measured with high accuracy.
In this invention, the estimated movement amount of the inter-image surface movement amount obtained from the predicted value of the workpiece diameter, the rotation speed, and the imaging interval is used, and only in the vicinity of the position corresponding to the estimated movement amount among the two images to be compared. In contrast, the diameter of the workpiece can be accurately measured with a small amount of calculation by utilizing the features of the machine tool.
In the present invention, when focus detection is performed, a clear image can be obtained and the diameter of the workpiece can be measured with higher accuracy.
In this invention, when the image is divided into a plurality of regions arranged in the circumferential direction of the workpiece and the focus detection is performed respectively, the mounting error in which the optical axis of the imaging unit is inclined with respect to the imaging surface The tilt error can be detected.
When an error correction unit for the error is provided, the tilt error can be corrected and the workpiece diameter can be processed with higher accuracy.
When the relative displacement monitoring means for monitoring the measured workpiece diameter and the focus detection gap and the thermal displacement correction means are provided, the thermal displacement correction can be performed with high accuracy using the measurement of the workpiece diameter. .
Measurement and focus detection by the workpiece diameter on-machine measuring device are performed at a plurality of positions in the axial direction of the workpiece, and the position and inclination components of the center of the workpiece or the spindle from the measured values of the workpiece diameter and gap at the plurality of locations. If there is a multi-point measuring means that detects the deflection component of the workpiece, the center position and tilt component of the workpiece or the spindle and the deflection component of the workpiece are detected to correct the tool movement during machining. Can do.
When the photographing means is attached to one of the tool stations of the tool post, the photographing means can be operated using the movement of the tool post.
When the tool and the photographing means are attached to the same tool station on the tool post, measurement can be performed while processing.

この発明の一実施形態にかかるワーク径計測機能付き工作機械の主軸、刃物台、および撮影手段を示す平面図と各処理手段のブロック図とを組み合わせた説明図である。It is explanatory drawing which combined the top view of the spindle with a workpiece diameter measurement function concerning one Embodiment of this invention, a tool post, and the imaging | photography means, and the block diagram of each processing means. 同主軸、刃物台、および撮影手段の正面図である。It is a front view of the same spindle, a tool post, and an imaging means. 同ワーク径計測機能付き工作機械の主軸、刃物台、および撮影手段を示す平面図と工作機械の制御系,計測系のブロック図とを組み合わせた説明図である。It is explanatory drawing which combined the top view and the block diagram of the control system of a machine tool, and a measurement system which show the main axis | shaft of a machine tool with the workpiece diameter measurement function, a tool post, and an imaging | photography means. 同工作機械の工作機械本体の正面図である。It is a front view of the machine tool main body of the machine tool. 同工作機械の工作機械本体の平面図である。It is a top view of the machine tool main body of the machine tool. 同ワーク径計測機能付き工作機械による表面移動量計測の概念を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the concept of the surface movement amount measurement by the machine tool with the workpiece diameter measurement function. 同工作機械の表面移動量計算手段による画像処理の説明図である。It is explanatory drawing of the image processing by the surface movement amount calculation means of the machine tool. 同工作機械の表面移動量計算手段による画像処理の概念の説明図である。It is explanatory drawing of the concept of the image processing by the surface movement amount calculation means of the machine tool. 同表面移動量計算手段の手法による画像処理の実験・計算例の画像および画像処理結果の説明図である。It is explanatory drawing of the image of the experiment and calculation example of image processing by the method of the same surface movement amount calculation means, and an image processing result. 同ワーク径機上計測装置によるフォーカス検知の説明図である。It is explanatory drawing of the focus detection by the same work diameter machine measuring device. 同フォーカス検知の手法を確認する試験の画像の試験例である。It is a test example of the image of the test which confirms the method of the same focus detection. 同工作機械のフォーカス検知手段による処理の説明図である。It is explanatory drawing of the process by the focus detection means of the machine tool. 同工作機械のフォーカス検知手段による周方向傾き誤差検出の説明図である。It is explanatory drawing of the circumferential direction inclination error detection by the focus detection means of the machine tool. 同周方向傾き誤差検出の結果による誤差補正の説明図ある。It is explanatory drawing of the error correction by the result of the same direction inclination error detection. 同周方向傾き誤差検出の対象となる誤差発生形態の説明図である。It is explanatory drawing of the error generation | occurrence | production form used as the object of the same direction inclination error detection. 同工作機械における長さ方向傾き誤差検出の対象の説明図である。It is explanatory drawing of the object of the length direction inclination error detection in the machine tool. 同工作機械における熱変位、刃先後退量の和、フォーカス検知のX軸位置などの関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows relationships, such as the thermal displacement in the same machine tool, the sum of the amount of retraction of a blade edge, and the X-axis position of focus detection. 同工作機械における多点計測の説明図である。It is explanatory drawing of the multipoint measurement in the machine tool. 同工作機械における撮影手段の取付形態の変形例の平面図である。It is a top view of the modification of the attachment form of the imaging | photography means in the machine tool. 同工作機械における撮影手段の取付形態の他の変形例の平面図である。It is a top view of the other modification of the attachment form of the imaging | photography means in the machine tool. 従来例の説明図である。It is explanatory drawing of a prior art example.

この発明の実施形態を図面と共に説明する。このワーク径計測機能付き工作機械は、ワークWを支持して回転させる主軸1と、この主軸1で支持されたワークWの周面を加工する加工手段2とを備えた旋盤等の工作機械において、主軸1に支持されたワークWの径を計測するワーク径機上計測装置3を設けて構成される。計測するワークWの径は、直径であっても半径であっても良い。また、計測するワークWの径は、図示の例ではワークWの外周面の径であるが、内周面の径の計測にも適用できる。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This machine tool with a workpiece diameter measuring function is a machine tool such as a lathe provided with a spindle 1 that supports and rotates a workpiece W and a processing means 2 that processes a peripheral surface of the workpiece W supported by the spindle 1. The workpiece diameter measuring device 3 is provided to measure the diameter of the workpiece W supported by the spindle 1. The diameter of the workpiece W to be measured may be a diameter or a radius. Further, the diameter of the workpiece W to be measured is the diameter of the outer peripheral surface of the workpiece W in the illustrated example, but it can also be applied to the measurement of the inner peripheral surface diameter.

ワーク径機上計測装置3は、ワークWの周面の主軸回転による表面移動量を計測する表面移動量センサ4と、ワークWの回転角を検出する回転位置センサ5と、表面移動量センサ4で計測された表面移動量を、この表面移動量の計測の間に前記回転位置センサ5で計測された回転角で除することによってワークWの径を計算するワーク径計算手段6とを備える。表面移動量センサ4は、ワークの表面を撮影する撮影手段7と、撮影された画像を処理して表面移動量を計算する表面移動量計算手段8とでなる。   The workpiece diameter measuring device 3 includes a surface movement amount sensor 4 that measures a surface movement amount due to rotation of the spindle on the peripheral surface of the workpiece W, a rotational position sensor 5 that detects a rotation angle of the workpiece W, and a surface movement amount sensor 4. And a workpiece diameter calculating means 6 for calculating the diameter of the workpiece W by dividing the surface movement amount measured in step 1 by the rotation angle measured by the rotational position sensor 5 during the measurement of the surface movement amount. The surface movement amount sensor 4 includes an imaging unit 7 that images the surface of the workpiece, and a surface movement amount calculation unit 8 that processes the captured image and calculates the surface movement amount.

図4,図5は、この工作機械における工作機械本体30の正面図および平面図をそれぞれ示す。工作機械は、工作機械本体30と、工作機械本体30を制御する制御装置50とからなる。工作機械本体30はタレット型の旋盤からなる。ベッド31上に主軸台32を介して前記主軸1が支持され、主軸1の主軸頭に、ワークWを把持するチャック14が設けられている。主軸1は、サーボモータ等からなる主軸モータ33に直結され、または伝達機構(図示せず)を介して連結され、回転駆動される。主軸モータ33に、前記回転位置センサ5が設けられている。回転位置センサ5は、光学式のロータリエンコーダ等からなる。回転位置センサ5は、主軸1に対して直接に設けても良い。   4 and 5 respectively show a front view and a plan view of the machine tool main body 30 in this machine tool. The machine tool includes a machine tool main body 30 and a control device 50 that controls the machine tool main body 30. The machine tool body 30 is a turret type lathe. The spindle 1 is supported on a bed 31 via a spindle stock 32, and a chuck 14 for gripping a workpiece W is provided at the spindle head of the spindle 1. The main shaft 1 is directly connected to a main shaft motor 33 made of a servo motor or the like, or connected via a transmission mechanism (not shown) and is driven to rotate. The spindle motor 33 is provided with the rotational position sensor 5. The rotational position sensor 5 includes an optical rotary encoder or the like. The rotational position sensor 5 may be provided directly with respect to the main shaft 1.

加工手段2は、刃物台15と、この刃物台に取付けられた工具16とでなる。刃物台15は、正面形状が多角形状のタレット型であり、外周の各平面部分からなる各工具ステーション15aに工具16が取付けられる。工具16は、バイト16aとこのバイト16aを保持したバイトホルダ16bとでなる。各工具ステーション15aに取付けられる工具16のうちのいずれかは、ドリル等の回転工具であっても良い。刃物台15の工具ステーション15aの一つに、工具16に代えて前記撮影手段7が取付けられる。撮影手段7は、撮影手段支持部材17を介して工具ステーション15aに取付けられる。なお、各図において、工具16は一部のものだけを図示し、残りのものは図示を省略している。   The processing means 2 includes a tool post 15 and a tool 16 attached to the tool post. The tool post 15 is a turret type whose front shape is a polygonal shape, and a tool 16 is attached to each tool station 15a composed of each plane portion on the outer periphery. The tool 16 includes a cutting tool 16a and a cutting tool holder 16b that holds the cutting tool 16a. Any of the tools 16 attached to each tool station 15a may be a rotary tool such as a drill. The photographing means 7 is attached to one of the tool stations 15 a of the tool post 15 instead of the tool 16. The photographing means 7 is attached to the tool station 15 a via the photographing means support member 17. In each figure, only a part of the tool 16 is shown, and the remaining parts are not shown.

上記タレット型の刃物台15は、送り台34の上側送り台部34bに、タレット軸35を介して割出回転可能に搭載されている。送り台34は、送り台ベース34aと上側送り台部34bとからなり、送り台ベース34aは、ベッド31上にX軸案内36を介して、主軸軸心方向(Z軸方向)と直交する水平方向(X軸方向)に進退自在に設置されている。なお、X軸およびZ軸に直交する方向がY軸方向である。上側送り台部34bは、送り台ベース34a上にZ軸案内(図示せず)を介して主軸軸心方向(Z軸方向)に進退自在に搭載されている。送り台ベース34aはX軸サーボモータ37により、送りねじ機構38を介して進退駆動される。上側送り台部34bは、Z軸サーボモータ39により、送りねじ機構40を介して進退駆動される。これら送り台ベース34aおよび上側送り台部34bの進退移動により、刃物台15が直交2軸方向に移動する。また、上側送り台部34bに搭載された割出用モータ41により、刃物台15の旋回割出が行われる。   The turret-type tool post 15 is mounted on the upper feed base 34b of the feed base 34 via a turret shaft 35 so as to be indexed and rotated. The feed table 34 includes a feed table base 34a and an upper feed table portion 34b. The feed table base 34a is disposed on the bed 31 via an X-axis guide 36 and is perpendicular to the main shaft axis direction (Z-axis direction). It is installed so that it can freely advance and retract in the direction (X-axis direction). The direction orthogonal to the X axis and the Z axis is the Y axis direction. The upper feed base 34b is mounted on the feed base 34a so as to be able to advance and retreat in the main shaft axis direction (Z-axis direction) via a Z-axis guide (not shown). The feed base 34 a is driven forward and backward by an X-axis servo motor 37 via a feed screw mechanism 38. The upper feed base 34 b is driven forward and backward by the Z-axis servomotor 39 via the feed screw mechanism 40. As the feed base 34a and the upper feed base 34b move forward and backward, the tool post 15 moves in two orthogonal axes. Further, the indexing motor 41 mounted on the upper feed base 34b performs the turning indexing of the tool post 15.

図3は、工作機械の制御系およびワーク径機上計測装置3の概念構成を示す。工作機械制御装置50は、工作機械本体30の全体を制御する装置であり、コンピュータ式の数値制御装置およびプログラマブルコントローラからなる。工作機械制御装置50は、CPU(中央処理装置)およびメモリ等で構成される演算制御部51と、記憶装置(図示せず)とを有し、制御プログラム52を演算制御部51で実行して工作機械本体30の各部の制御を行う。   FIG. 3 shows a conceptual configuration of the machine tool control system and the workpiece diameter measuring device 3. The machine tool control device 50 is a device that controls the entire machine tool main body 30, and includes a computer-type numerical control device and a programmable controller. The machine tool control device 50 includes an arithmetic control unit 51 including a CPU (central processing unit) and a memory, and a storage device (not shown). The arithmetic control unit 51 executes a control program 52. Each part of the machine tool main body 30 is controlled.

この構成の工作機械において、前記ワーク径機上計測装置3の一部としてセンサ側処理手段9が設けられ、かつこのワーク径機上計測装置3の計測結果を利用し、または動作させる手段として、機械側処理手段53が設けられている。撮影手段7を工具16に変えて主軸1に対向させるように刃物台15を割り出す制御、および撮影手段7をワークWに対して移動させる制御は、例えば制御プログラム52に計測用のサブプログラム等として設けておく。センサ側処理手段9は、工作機械制御装置50とは独立して設けられたマイクロコンピュータ等の演算処理装置に設けられものであっても、また工作機械制御装置50と同じコンピュータや同じ回路基盤上に設けられたものであっても良い。機械側処理手段53は、図示の例では工作機械制御装置50の一部として設けられた例を示しているが、その一部が工作機械制御装置50とは独立して設けられていても良い。   In the machine tool configured as described above, a sensor side processing unit 9 is provided as a part of the workpiece diameter on-machine measuring device 3, and the measurement result of the workpiece diameter on-machine measuring device 3 is used or operated as a means. Machine side processing means 53 is provided. Control for indexing the tool post 15 so that the photographing means 7 is changed to the tool 16 so as to face the spindle 1 and control for moving the photographing means 7 with respect to the workpiece W are performed as a subprogram for measurement in the control program 52, for example. Keep it. The sensor side processing means 9 may be provided in an arithmetic processing device such as a microcomputer provided independently of the machine tool control device 50, or on the same computer or the same circuit board as the machine tool control device 50. It may be provided. In the illustrated example, the machine side processing unit 53 is provided as a part of the machine tool control device 50, but a part thereof may be provided independently of the machine tool control device 50. .

センサ側処理手段9に、前記ワーク径計算手段6と、表面移動量演算手段8とが設けられ、さらにフォーカス検知手段10が設けられている。フォーカス検知手段10は、後に説明する周方向傾き誤差検出部11、誤差補正部12、および長さ方向傾き誤差検出部13を有している。
機械側処理手段53には、後に説明するフォーカス調整手段58、相対変位監視手段54、熱変位補正手段55、力学的相対変位監視手段56、および多点計測手段57が設けられている。
The sensor-side processing means 9 is provided with the workpiece diameter calculating means 6 and the surface movement amount calculating means 8, and further a focus detecting means 10 is provided. The focus detection unit 10 includes a circumferential direction inclination error detection unit 11, an error correction unit 12, and a length direction inclination error detection unit 13 which will be described later.
The machine side processing means 53 is provided with a focus adjusting means 58, a relative displacement monitoring means 54, a thermal displacement correcting means 55, a mechanical relative displacement monitoring means 56, and a multipoint measuring means 57, which will be described later.

ワーク径機上計測装置3の各部につき、具体的に説明する。ワーク径計算手段6は、図6に概念を示すように、表面移動量センサ4で計測された表面移動量Lを、この計測の間に前記回転位置センサ5で計測された回転角θで除することによってワークWの半径Rを計算する。計測値として直径Dを出力する場合は、計算された半径の2倍の値を出力する。表面移動量を計測する回転角θは、360°未満でも可能であるが、360°以上、例えば360°の整数倍とすることが、精度確保の上で好ましい。   Each part of the workpiece diameter measuring device 3 will be specifically described. As shown in FIG. 6, the workpiece diameter calculation means 6 divides the surface movement amount L measured by the surface movement amount sensor 4 by the rotation angle θ measured by the rotational position sensor 5 during this measurement. By doing so, the radius R of the workpiece W is calculated. When the diameter D is output as a measurement value, a value twice the calculated radius is output. The rotation angle θ for measuring the amount of movement of the surface can be less than 360 °, but is preferably 360 ° or more, for example, an integral multiple of 360 °, from the viewpoint of ensuring accuracy.

撮影手段7は、CCDカメラ等の、撮影した画像のデータを縦横のマトリクス状に並ぶピクセルのデータとして出力するカメラであって、撮影する画像を拡大する光学系を内蔵している。撮影手段7の光学系は、被撮影面に対する位置が焦点位置から前後しても、一定した倍率の画像が得られる光学系が望ましく、テレセントリック系の光学系が用いられている。撮影手段7は、光軸QがワークWの軸心、すなわち主軸1の軸心Oと直交するX軸方向となるように、刃物台15(図1)に設置する。   The photographing unit 7 is a camera such as a CCD camera that outputs captured image data as pixel data arranged in a vertical and horizontal matrix, and includes an optical system for enlarging the captured image. The optical system of the photographing means 7 is desirably an optical system that can obtain an image with a constant magnification even when the position relative to the surface to be photographed is around the focal position, and a telecentric optical system is used. The photographing means 7 is installed on the tool post 15 (FIG. 1) so that the optical axis Q is in the X-axis direction orthogonal to the axis W of the workpiece W, that is, the axis O of the main shaft 1.

撮影手段7の付近または中には、撮影する面を照らす照明具60(図1(B))を設ける。照明具60の照明光は、レーザ光とすることが、撮影される画像に特徴のある模様(スペックルパターン)が生じやすいことから好ましい。照明具60は、撮影手段支持部材17に取付けても良く、また撮影手段7であるカメラに取付けても良い。照明具60の照射方向は、撮影手段7の光軸に対して斜め方向または平行方向(一致も含む)とする。レーザ光を照明することにより、スペックルパターンが生じて、撮影する面が表面粗さの小さい平滑面であっても、表面移動量を求めるための画像処理に必要な表面各部の性状の違いが認識できる画像として撮影できる。撮影手段7と照明具60とを並べる方向は、Y軸方向としても、またZ軸方向としても、その間としても、あるいは並べずに撮影手段の中を通して光を照射しても良い。   A lighting tool 60 (FIG. 1B) for illuminating the surface to be photographed is provided near or in the photographing means 7. The illumination light of the illuminating device 60 is preferably laser light because a pattern (speckle pattern) characteristic of the captured image is likely to be generated. The illumination tool 60 may be attached to the photographing means support member 17 or may be attached to a camera that is the photographing means 7. The irradiation direction of the illuminating device 60 is assumed to be oblique or parallel (including coincidence) with respect to the optical axis of the photographing means 7. Even though the speckle pattern is generated by illuminating the laser beam and the surface to be imaged is a smooth surface with a small surface roughness, there are differences in the properties of each part of the surface necessary for image processing for determining the amount of surface movement. It can be taken as a recognizable image. The direction in which the photographing unit 7 and the illumination tool 60 are arranged may be the Y-axis direction, the Z-axis direction, or between them, or may be irradiated through the photographing unit without being arranged.

表面移動量演算手段8は、概略を説明すれば、撮影手段7で一定撮影間隔毎に撮影された、例えば図8のように連続する2枚の画像G1,G2を対比して、この2枚の画像G1,G2間の画像間表面移動量ΔLを求める画像処理と、この各画像間表面移動量ΔLを加算することにより、ワークWの径の計算に用いる表面移動量Lを求める加算処理とでなる。   To explain the outline, the surface movement amount calculation means 8 compares the two images G1 and G2 taken at regular intervals, for example, as shown in FIG. Image processing for obtaining the inter-image surface movement amount ΔL between the images G1 and G2, and the addition processing for obtaining the surface movement amount L used for calculating the diameter of the workpiece W by adding the inter-image surface movement amount ΔL. It becomes.

図8は概念的な説明図であるが、上記のようにレーザ光を照明すると、ワーク表面が平滑な面であっても、微細な違いが撮影され、画像G1,G2中に特徴部分Ga〜Gcが現れる。この特徴部分Ga〜Gcの移動を検出することによって、画像間での被撮影面の移動距離である画像間表面移動量ΔLが分かる。なお、実際には画像の特徴部分は画像の全体に無数に生じる。同図において、1点鎖線で示す範囲は、ワーク表面の同じエリアを示す。画像G2に破線で付した範囲は、同画像G2上に1点鎖線で示したエリアの移動前の位置を示す。   FIG. 8 is a conceptual explanatory diagram, but when the laser light is illuminated as described above, even if the workpiece surface is a smooth surface, a fine difference is photographed, and the characteristic portions Ga to G in the images G1 and G2 are captured. Gc appears. By detecting the movement of the characteristic portions Ga to Gc, the inter-image surface movement amount ΔL that is the movement distance of the imaging surface between the images can be obtained. Actually, an infinite number of characteristic portions of the image are generated in the entire image. In the figure, the range indicated by the one-dot chain line indicates the same area on the workpiece surface. A range indicated by a broken line in the image G2 indicates a position before movement of an area indicated by a one-dot chain line on the image G2.

具体的には図7(A)に、符号<1>,<2>,<3>で画像を撮影順に示すように、例えば、常に、一つ前の画像と約半分、同じ範囲を撮影する。同図において、同じハッチングで示す範囲が、同じ範囲となる画像部分である。なお、例えば3分の2を重ねれば、半分に比べて能率は悪くなるが精度は向上する。ワークの直径Dの予測値は、加工仕上がり寸法として既知であるから、そのワーク径の予測値と回転速度とから、一つ前の画像と約半分が同じ範囲となる撮影間隔が求まり、その撮影間隔で撮影すれば良い。撮影装置7の撮影間隔に応じて、ワーク回転速度を調整して、約半分の画像が同じ範囲となるようにしても良い。ワーク径計算手段6によるワーク径の予測値の認識については、入力操作手段(図示せず)から入力しても、制御プログラム52から取り込むようにしても良い。   Specifically, in FIG. 7A, for example, images are always photographed in the same range, approximately half of the previous image, as indicated by reference numerals <1>, <2>, and <3> in order of photographing. . In the figure, the range indicated by the same hatching is an image portion having the same range. For example, if two-thirds are overlapped, the efficiency will be worse than half, but the accuracy will be improved. Since the predicted value of the workpiece diameter D is known as the finished size of the workpiece, the shooting interval in which about half of the previous image is in the same range as the previous image is obtained from the predicted value of the workpiece diameter and the rotation speed. Shoot at intervals. Depending on the photographing interval of the photographing device 7, the work rotation speed may be adjusted so that about half of the images fall within the same range. The recognition of the predicted value of the workpiece diameter by the workpiece diameter calculation means 6 may be input from an input operation means (not shown) or may be taken in from the control program 52.

このように撮影した移動前後の各2枚の画像の間で、その同じ範囲とした移動前後の画像部分(それぞれ参照画像g,対象画像fと称す)の比較を行う。同図(B)のように、移動後の画像である対象画像fについては、例えば予想される誤差分となる周囲の数ピクセル分を除いた対象画像f′を生成する(なお、予想される誤差分は、ワークWの周方向については主に後述の推定移動量に対する誤差分である。ワークWの長さ方向についての予想される誤差分は、撮影装置の光軸回りの取り付け誤差で生じる誤差分であり、極僅かであるため、1ピクセル程度、または零としても良い)。この対象画像f′を、移動前の参照画像g上で、微小距離ずつ、例えば1ピクセル分ずつ移動させ、各移動時の参照画像gに対する対象画像f′の一致度を、定められた一致度評価値により求める。このようにして、評価値の行列(1方向に求める場合はベクトル)を求める。この一致評価値のピークを検出し、ピークとなるときの画像移動量を算出する。画像の1ピクセルと実際の被撮影面の寸法関係は既知であるので、画像移動量からワークWの表面移動量が求まる。さらに、1ピクセル以下の高分解能で移動量を算出する場合には、後述するように、ピークとなる位置を中心として1ピクセルずつ移動した近傍位置での評価値も利用して補間することができる。   A comparison is made between the two images taken before and after the image taken in this way before and after the movement within the same range (referred to as a reference image g and a target image f, respectively). As shown in FIG. 5B, for the target image f that is the image after movement, for example, the target image f ′ is generated by removing the surrounding pixels that are the expected error (this is expected). The error is mainly an error with respect to an estimated movement amount described later in the circumferential direction of the workpiece W. The expected error in the length direction of the workpiece W is caused by an attachment error around the optical axis of the photographing apparatus. Since it is an error and is very small, it may be about one pixel or zero). The target image f ′ is moved on the reference image g before movement by a minute distance, for example, by one pixel, and the degree of coincidence of the target image f ′ with respect to the reference image g at the time of each movement is determined as a predetermined degree of coincidence. Determined by evaluation value. In this way, a matrix of evaluation values (a vector in the case of obtaining in one direction) is obtained. The peak of the coincidence evaluation value is detected, and the amount of image movement when the peak is reached is calculated. Since the dimensional relationship between one pixel of the image and the actual surface to be imaged is known, the surface movement amount of the workpiece W can be obtained from the image movement amount. Further, when the movement amount is calculated with a high resolution of 1 pixel or less, as will be described later, interpolation can be performed by using evaluation values at neighboring positions moved by one pixel from the peak position as a center. .

なお、撮影手段7による撮影は、被写体に対する画像の倍率が一定となるように行う必要があるが、前記のようにテレセントリック系等の光学系を用いているため、撮影手段7のワークWの表面に対する位置が焦点位置から多少ずれても一定の倍率で撮影できる。テレセントリック光学系は、主光線が像焦点(または物体焦点)を通るように配置した光学系であるため、焦点合わせの誤差によって結像倍率に変化が生じない。そのため、撮影手段7にテレセントリック光学系を用いると、高精度に表面移動量を計測できる。なお、一定の倍率で撮影できる高精度の焦点調整手段、または画像処理の補正手段等を用いれば、必ずしもテレセントリック光学系を用いなくても良い。   The photographing by the photographing means 7 needs to be performed so that the magnification of the image with respect to the subject is constant. However, since the optical system such as the telecentric system is used as described above, the surface of the work W of the photographing means 7 is used. Even if the position with respect to is slightly deviated from the focal position, it is possible to photograph at a constant magnification. Since the telecentric optical system is an optical system arranged so that the principal ray passes through the image focus (or object focus), the imaging magnification does not change due to focusing error. Therefore, when a telecentric optical system is used for the photographing means 7, the surface movement amount can be measured with high accuracy. Note that the telecentric optical system does not necessarily have to be used if a high-precision focus adjustment unit capable of photographing at a constant magnification or a correction unit for image processing is used.

画像一致度の評価値としては、輝度差の絶対値の総和RSAD(SAD:Sum of Absolute Difference)、または輝度差の2乗の総和RSSD(SSD:Sum of Squared Difference )、または相互相関係数RCC(CC:Correlation Coefficient )が採用できる。
SAD 、RSSD 、RCCは、それぞれ次式の値である。
As an evaluation value of the degree of image coincidence, the sum of absolute values of luminance differences R SAD (SAD: Sum of Absolute Difference), or the sum of squares of luminance differences R SSD (SSD: Sum of Squared Difference), or a mutual relationship The number R CC (CC: Correlation Coefficient) can be employed.
R SAD , R SSD , and R CC are values of the following equations, respectively.

Figure 2014008588
Figure 2014008588

上式において、f(i,j)は、対象画像fのi列,j行のピクセルの輝度、g(i,j)は、参照画像gのi列,j行のピクセルの輝度である。   In the above equation, f (i, j) is the luminance of the pixels in the i-th column and j-th row of the target image f, and g (i, j) is the luminance of the pixels in the i-th column and j-th row of the reference image g.

なお、評価値の補間方法としては、折れ線(1次)近似による方法、放物線(2次)近似による方法、および4次方程式による方法等が採用できる。折れ線近似による方法は、複数の評価値を折れ線で繋いでその折れ線上で補間する値を求める方法である。放物線近似による方法は、3点の評価値を繋ぐ放物線上で、または4点以上の評価値に最もフィットする放物線を最小二乗法により求めその上で補間する値を求める方法である。4次方程式による方法は、同様に5点以上の評価により4次多項式を求め、その4次多項式の極大値をとる座標を補間による推定値とする方法である。   As an evaluation value interpolation method, a method based on a polygonal line (primary) approximation, a method based on a parabolic (secondary) approximation, a method based on a quaternary equation, or the like can be adopted. The method based on the broken line approximation is a method for obtaining a value to be interpolated on a broken line by connecting a plurality of evaluation values with a broken line. The parabolic approximation method is a method for obtaining a parabola that best fits evaluation values of four or more points on a parabola connecting three evaluation values, or obtaining a value to be interpolated on the parabola. Similarly, the method using a quartic equation is a method in which a quartic polynomial is obtained by evaluating five or more points, and coordinates that take the maximum value of the quartic polynomial are used as estimated values by interpolation.

図9は実験・計算例を示す。同図(A)は移動前の画像を、同図(B)は下へ150μm移動させた移動後の画像を示す。同図(C)は画像処理の結果の例であり、評価値は上記輝度差の絶対値の総和RSAD である。
同図(C)に示すように、ピークが顕著に表れており、画像が一致する移動量が明確に分かる。
FIG. 9 shows an example of experiment and calculation. FIG. 4A shows an image before movement, and FIG. 4B shows an image after movement after moving 150 μm downward. FIG. 6C shows an example of the result of image processing, and the evaluation value is the total sum R SAD of the absolute values of the luminance differences.
As shown in FIG. 5C, the peak appears prominently, and the amount of movement with which the images match can be clearly seen.

図9は、撮影した前後の画像のうちの同じ撮影範囲の全てのデータを用いて計算した例であるが、ワーク径の予測値が既知であり、画像の移動量が予測できるため、実際にはこのようにx,y方向に大きな範囲で走査して多くの評価値を求める必要はなく、図7と共に前述したように、加工誤差が予想される数ピクセルの範囲内でのみ評価値を算出すれば良い。
すなわち、入力されたワークの径の予測値と、前記ワークの回転速度と、前記撮影手段7による撮影間隔とから求まる画像間表面移動量の推定移動量を用い、対比する前記2枚の画像のうち、前記推定移動量に対応する位置の近傍でのみ対比して、定められた一致度の評価値を計算することで前記画像間表面移動量ΔLを計測する。
FIG. 9 is an example calculated using all the data in the same shooting range among the images before and after the shooting, but since the predicted value of the workpiece diameter is known and the amount of movement of the image can be predicted, In this way, it is not necessary to scan a large range in the x and y directions to obtain a large number of evaluation values. As described above with reference to FIG. 7, the evaluation values are calculated only within a range of several pixels where a processing error is expected. Just do it.
That is, using the estimated movement amount of the surface movement amount between images obtained from the input predicted value of the workpiece diameter, the rotation speed of the workpiece, and the photographing interval by the photographing means 7, the two images to be compared are compared. Among them, the inter-image surface movement amount ΔL is measured by calculating an evaluation value of a predetermined degree of coincidence only in the vicinity of the position corresponding to the estimated movement amount.

次に、フォーカス検知手段10(図3)によるギャップ計測につき説明する。図10に示すように、撮影手段7をワークWの撮影ポイントWpの被撮影面に対して遠近移動させたときに、撮影手段7と被撮影面との間のギャップHの変化によって、撮影手段7の撮影した画像がぼやけたり、鮮明になったりする。鮮明の程度によって各画素間の濃度変化値が変わる。   Next, gap measurement by the focus detection means 10 (FIG. 3) will be described. As shown in FIG. 10, when the photographing means 7 is moved in the distance from the photographing surface of the photographing point Wp of the work W, the photographing means is changed by the change in the gap H between the photographing means 7 and the photographing surface. The photographed image of 7 is blurred or clear. The density change value between the pixels changes depending on the degree of sharpness.

フォーカス検知手段10は、刃物台15のX軸方向移動により撮影手段3をワークWの被撮影面に近づけたときの、このような濃度変化値の変化をフォーカス検知部10aにより検出し、最も濃度変化値の高い位置を計測する。   The focus detection means 10 detects such a change in density change value when the imaging means 3 is brought close to the surface to be imaged of the workpiece W by the movement of the tool post 15 in the X-axis direction, and detects the most density. Measure the position where the change value is high.

図11は、試験装置(図示せず)よる試験例の画像を示す。この試験では撮影対象物の被撮影面が平面であるが、被撮影面に垂直な方向をZ軸方向としている。この試験例では、同図(A)の焦点が合った位置(Z軸の値が0μm)から、同図(B)のように6μm離れると画像がぼやけ、同図(C)のように8μm離れると、画像が全く不鮮明となる。このように、ギャップによって画像の濃度変化に変化が生じる。この濃度変化は、濃度値の微分(差分)で検出することができる。   FIG. 11 shows an image of a test example by a test apparatus (not shown). In this test, the surface to be imaged of the object to be imaged is a flat surface, but the direction perpendicular to the surface to be imaged is the Z-axis direction. In this test example, the image is blurred when it is 6 μm away from the in-focus position (Z-axis value is 0 μm) as shown in FIG. 6B, and 8 μm as shown in FIG. If you leave, the image will be totally blurred. In this way, a change occurs in the density change of the image due to the gap. This change in density can be detected by differentiation (difference) in the density value.

このフォーカス検知の処理方法と計算例を、図12と共に説明する。同図(A)に示した3つの撮影画像は、焦点があった画像GA(左の画像)、焦点が少しずれた画像GB(中央の画像)、焦点がずれた画像GC(右の画像)である。各画像GA,GB,GCの濃度は、同図(B)に示すように焦点があった画像GAでは濃度変化が大きく、焦点がずれるほど濃度変化が小さい。濃度変化は、同図(C)に示すような分布となり、その平均値は焦点がずれるほど小さくなる。この濃度変化の平均(濃度変化率)を評価値として、被撮影面と撮影手段7とのギャップの値(移動距離)で示すと、同図(D)の濃度変化率曲線のようにピークを示す。このピークを示すギャップの値が焦点距離、すなわち最も画像が鮮明となるギャップとなる。   This focus detection processing method and calculation example will be described with reference to FIG. The three captured images shown in FIG. 6A are a focused image GA (left image), a slightly defocused image GB (center image), and a defocused image GC (right image). It is. As shown in FIG. 5B, the density of each image GA, GB, GC is large in the focused image GA, and the density change is small as the focus is shifted. The density change has a distribution as shown in FIG. 5C, and the average value becomes smaller as the focus is shifted. When the average (density change rate) of this density change is used as an evaluation value and expressed as a gap value (movement distance) between the imaging surface and the imaging means 7, a peak appears as in the density change rate curve of FIG. Show. The value of the gap indicating this peak is the focal length, that is, the gap where the image is the clearest.

同図の処理方法は、次式による焦点検出の評価値RAAD の計算で行える。

Figure 2014008588
The processing method shown in the figure can be performed by calculating the focus detection evaluation value R AAD according to the following equation.
Figure 2014008588

上記焦点検出の評価値RAAD (図12(D)では濃度変化率)は、横i番目、縦j番目のピクセルの濃淡値f(i,j)の隣との差分を全ピクセルで平均したものである。この他の方法として、フーリエ変換を利用しても良い。   The focus detection evaluation value RAAD (density change rate in FIG. 12D) is obtained by averaging the difference between the gray value f (i, j) of the horizontal i-th pixel and vertical j-th pixel for all pixels. It is. As another method, Fourier transform may be used.

フォーカス検知部10a(図3)は、具体的には、上記の焦点検出の評価値RAAD を求める処理によって、焦点位置となるギャップを検知する。   Specifically, the focus detection unit 10a (FIG. 3) detects the gap serving as the focus position by the process of obtaining the focus detection evaluation value RAAD.

図3のフォーカス調整手段58は、刃物台15のX方向移動によって撮影手段3をワークWに近づけるときに、目標位置(焦点が合うとして設定した位置)に達する手前の検出開始位置から、フォーカス検知手段10が出力する焦点検出の評価値を監視し、評価値が下がり始めると近づけ動作を止め、その位置で、または評価値が最も高い位置に戻して撮影手段3による撮影を開始させる。すなわち、目標位置の手前から焦点検出の評価値を監視すると、次第に評価値が高くなり、焦点位置で評価値が最も高くなり、焦点位置を過ぎると評価値が下がるので、その焦点位置または焦点位置付近で撮影手段3を位置させて撮影を行う。目標位置からどの程度手前となる位置から焦点検出の評価値を監視するかは、工作機械の精度等に応じて適宜定める。   The focus adjusting means 58 in FIG. 3 detects the focus from the detection start position before reaching the target position (position set as in focus) when the photographing means 3 is brought close to the work W by moving the tool post 15 in the X direction. The evaluation value for focus detection output by the means 10 is monitored, and when the evaluation value starts to drop, the operation is stopped and the photographing by the photographing means 3 is started at that position or the position where the evaluation value is the highest. That is, if the evaluation value of focus detection is monitored from before the target position, the evaluation value gradually increases, the evaluation value is highest at the focal position, and the evaluation value decreases after the focal position. Photographing is performed with the photographing means 3 positioned in the vicinity. How far before the target position the focus detection evaluation value is monitored is appropriately determined according to the accuracy of the machine tool.

周方向傾き誤差検出部11(図3)につき説明する。周方向傾き誤差検出部11は、撮影手段17の光軸Qが、ワーク軸心O(Z軸)に垂直な面内で、ワークWの被撮影面に対し垂直でない誤差を検出する手段である。光軸Qが、ワーク軸心O(Z軸)に垂直な面内で、ワークWの被撮影面に対して傾く形態として、図15(A),(B)に示す2つの形態がある。同図(A)は、撮影手段17の光軸QがY軸方向にずれる心高誤差を生じている場合であり、この場合は、心高の誤差Δhによって、撮影ポイントの被撮影面が傾くことになる。同図(B)は、被撮影面の心高は正しいが、光軸Qが傾いている場合である。これら図15(A),(B)の2つの形態が複合して生じる場合もある。   The circumferential inclination error detection unit 11 (FIG. 3) will be described. The circumferential direction inclination error detection unit 11 is a means for detecting an error in which the optical axis Q of the photographing means 17 is not perpendicular to the surface to be photographed of the work W in a plane perpendicular to the work axis O (Z axis). . There are two forms shown in FIGS. 15A and 15B as the form in which the optical axis Q is inclined with respect to the surface to be photographed of the work W in a plane perpendicular to the work axis O (Z axis). FIG. 6A shows a case where a center height error is generated in which the optical axis Q of the photographing means 17 is shifted in the Y-axis direction. It will be. FIG. 5B shows a case where the center of the surface to be imaged is correct but the optical axis Q is inclined. These two forms of FIGS. 15A and 15B may occur in combination.

周方向傾き誤差検出部11は、上記のような傾きを検出する処理として、図13に示すように、フォーカス検知の対象とする画像Fにつき、ワーク径方向に並ぶ2つの領域の分割画像に分割して、それぞれ焦点検出(ギャップ計測)を行い、各分割画像Fg,Ff毎の焦点位置(ギャップ)を出力する。2つの分割画像Fg,Ffは、撮影した全体画像Fに対して、同図のように残り部分Fcが生じるように分割しても良い。2つの分割画像Fg,Ffに分割するについては、例えば図7と共に前述した一つ前の画像と約半分を同じ範囲として撮影するように分割した領域を利用しても良く、さらに3つ以上の分割画像を利用しても良い。   As shown in FIG. 13, the circumferential inclination error detection unit 11 divides the image F that is a target of focus detection into divided images of two regions arranged in the workpiece radial direction as processing for detecting the inclination as described above. Then, focus detection (gap measurement) is performed, and the focus position (gap) for each of the divided images Fg and Ff is output. The two divided images Fg and Ff may be divided so that the remaining portion Fc is generated as shown in FIG. For the division into two divided images Fg and Ff, for example, a divided area may be used so that about half of the previous image described above with reference to FIG. Divided images may be used.

この周方向傾き誤差検出部11の検出した2つの領域の焦点距離(ギャップ)は、例えば工作機械の操作盤(図示せず)の表示装置の画面に出力しても良い。その場合、2つのギャップが等しくなるように、撮影手段7の心高、または取付角度、またはその両方を調整し、その後の表面移動距離の計測のための撮影を傾きなく行うことができる。   The focal lengths (gap) of the two areas detected by the circumferential direction inclination error detection unit 11 may be output to a screen of a display device of an operation panel (not shown) of a machine tool, for example. In that case, the height of the imaging means 7 and / or the mounting angle of the imaging means 7 can be adjusted so that the two gaps are equal, and the subsequent imaging for measuring the surface movement distance can be performed without inclination.

誤差補正部12は、周方向傾き誤差検出部11の検出した2つの分割画像Fg,Ffのギャップの差g (図14)と、2つの分割画像Fg,Ffの中心間距離l を用い、表面移動計測値を、次式により補正する。 The error correction unit 12 uses the gap difference g d (FIG. 14) between the two divided images Fg and Ff detected by the circumferential inclination error detection unit 11 and the center distance l C between the two divided images Fg and Ff. The surface movement measurement value is corrected by the following equation.

Figure 2014008588
Figure 2014008588

図14と共に説明すると、仮に撮影手段7の光軸方向Qに垂直な方向の移動量を2つの分割画像の中心間距離lcとすれば、これが画像から計測される移動量であるが、本当(接線方向)の移動量は、同図の傾いた辺の移動量であり、√(gd 2 +lc 2 )となる。撮影間隔が異なり実際の移動量がlcでない場合であっても補正の比率は同じであるため、上記の式のように、補正することで、正しい表面移動量Lが求められる。
なお、誤差補正部12は、表面移動量Lの補正の機能に加え、この実施形態では、フォーカス調整手段58による撮影手段7の位置の調整や後述の熱変位補正などに用いるギャップの値を補正する機能を有するものとしている。
後述の熱変位補正などの補正に用いるX方向相対熱変位は、主軸の軸心と刃物台との間の相対的なX方向の変位であり、次式による計算で求められる。
X方向相対熱変位ΔT=フォーカス時のX軸値の誤差(x1 −x0)−ワーク半径測定値の誤差(R −R0)
ここで、X方向相対熱変位は主軸とタレットが離れる向きを正としている。このX方向相対熱変位の分、X軸指令値を補正する(減らす)ことで、初めて加工するワークや、ワークの形状が変更される場合、休憩などの機械停止の後に、より高精度で加工が可能になる。
Referring to FIG. 14, if the amount of movement of the photographing unit 7 in the direction perpendicular to the optical axis direction Q is the distance l c between the centers of the two divided images, this is the amount of movement measured from the image. The amount of movement in the tangential direction is the amount of movement of the inclined side in the figure, and is √ (gd 2 + lc 2 ). Even when the photographing interval is different and the actual movement amount is not lc, the correction ratio is the same. Therefore, the correct surface movement amount L can be obtained by performing correction as in the above equation.
In addition to the function of correcting the surface movement amount L, the error correction unit 12 corrects the gap value used for the adjustment of the position of the photographing unit 7 by the focus adjustment unit 58 and the thermal displacement correction described later in this embodiment. It has the function to do.
The X direction relative thermal displacement used for correction such as thermal displacement correction described later is a relative displacement in the X direction between the axis of the spindle and the tool rest, and is obtained by calculation using the following equation.
X direction relative thermal displacement ΔT = X axis value error during focusing (x1−x0) −Work radius measurement error (R−R0)
Here, the X-direction relative thermal displacement is positive in the direction in which the main shaft and the turret are separated. When the workpiece to be machined for the first time or the shape of the workpiece is changed by correcting (decreasing) the X-axis relative thermal displacement, machining with higher accuracy after a machine stop such as a break Is possible.

上記の傾き誤差は、ワーク軸心(Z軸)に垂直な面内での傾き誤差であるが、撮影手段7の光軸Qがワーク軸心に垂直な面に対して傾いている場合がある。すなわち、光軸QがワークWの長さ方向に傾いていることがある。前述のワーク軸心(Z軸)に垂直な面内での傾きはワーク断面の円上での傾きのために、心高の誤差も生じ、僅かな取付誤差であっても被撮影面に対する光軸Qの角度の誤差が大きくなるのに対し、ワーク長さ方向に対する傾きは取付誤差の影響が小さい。しかし、ワーク長さ方向に対する傾きについても誤差を減らすように調整すると、より精度良く移動量が求められる。   The tilt error is a tilt error in a plane perpendicular to the workpiece axis (Z-axis), but the optical axis Q of the photographing unit 7 may be tilted with respect to a plane perpendicular to the workpiece axis. . That is, the optical axis Q may be inclined in the length direction of the workpiece W. The inclination in the plane perpendicular to the workpiece axis (Z-axis) described above is caused by the inclination of the workpiece cross section on a circle. While the error of the angle of the axis Q is large, the inclination with respect to the workpiece length direction is less affected by the mounting error. However, if the inclination with respect to the workpiece length direction is adjusted so as to reduce the error, the movement amount can be obtained with higher accuracy.

図3の長さ方向傾き誤差検出部13は、このようなワーク長さ方向に対する光軸Qの傾きによる誤差を検出する手段である。この長さ方向傾き誤差検出部13は、具体的には、図17に示すように、撮影した画像Fを、ワークWの長さ方向(Z軸方向)に並ぶ2つの領域の分割画像Fg,Ffに分割し、それぞれの分割画像Fg,Ffのギャップを出力する。各分割画像Fg,Ffのギャップは、上記と同様に操作盤の表示装置の画面に出力しても良い。両分割画像Fg,Ffのギャップが等しくなるように、撮影手段7の取付角度を調整すれば、長さ方向の光軸Qの傾きを無くせる。   The length direction inclination error detection unit 13 in FIG. 3 is means for detecting an error due to the inclination of the optical axis Q with respect to the workpiece length direction. Specifically, as shown in FIG. 17, the length direction inclination error detection unit 13 divides a captured image F into two divided images Fg, which are arranged in the length direction (Z-axis direction) of the workpiece W. The image is divided into Ff, and the gap between the divided images Fg and Ff is output. The gap between the divided images Fg and Ff may be output to the screen of the display device of the operation panel as described above. If the mounting angle of the photographing means 7 is adjusted so that the gap between the two divided images Fg and Ff is equal, the inclination of the optical axis Q in the length direction can be eliminated.

図3の工作機械制御装置50における相対熱変位監視手段54は、前記ワーク径計算手段6の計算したワークWの径Rと、前記フォーカス検知手段10がフォーカスが合うと検知したX軸位置x1 (図17)とを監視し、この監視したワークの径RとX軸位置x1 、および想定したワークの径R0 とフォーカスが合うと想定したX軸位置x0 とから、前記ワークWの軸心Oと前記撮影手段7の切り込み方向Xの相対熱変位(工作機械の主軸の軸心と刃物台の間の相対熱変位に概ね一致する)ΔTを監視する。X軸位置x1の監視は、例えば、X軸サーボモータ37に設けられたエンコーダ等の位置検出器の検出値を監視することで行う。
熱変位補正手段55は、相対熱変位監視手段54でこの監視した相対熱変位を用いて前記加工手段2の工具移動量の熱変位補正を行う。具体的には、熱変位補正手段55は、制御プログラム52を実行して刃物台15を切込み方向(X軸方向)へ移動させるX軸制御部51aにおいて、熱変位補正を行う。
The relative thermal displacement monitoring means 54 in the machine tool control device 50 of FIG. 3 detects the workpiece R diameter R calculated by the workpiece diameter calculating means 6 and the X axis position x1 (when detected by the focus detecting means 10). 17), and the axis O of the workpiece W is determined from the monitored workpiece diameter R and X-axis position x1, and the assumed workpiece diameter R0 and the X-axis position x0 assumed to be in focus. The relative thermal displacement of the photographing means 7 in the cutting direction X (which generally corresponds to the relative thermal displacement between the axis of the spindle of the machine tool and the tool rest) is monitored. The X-axis position x1 is monitored by, for example, monitoring the detection value of a position detector such as an encoder provided in the X-axis servomotor 37.
The thermal displacement correction means 55 performs thermal displacement correction of the tool movement amount of the machining means 2 using the relative thermal displacement monitored by the relative thermal displacement monitoring means 54. Specifically, the thermal displacement correction means 55 performs the thermal displacement correction in the X-axis control unit 51a that executes the control program 52 and moves the tool post 15 in the cutting direction (X-axis direction).

力学的相対変位監視手段56は、前記フォーカス検知手段10がフォーカスが合うと検知したX軸位置x1 を監視し、この監視したX軸位置x1、およびフォーカスが合うと想定したX軸位置x0 を用い、熱変位を除いた加工力による変位と、摩耗による刃先後退量(刃先位置の設定誤差を含む)の和ΔFを求める。   The mechanical relative displacement monitoring means 56 monitors the X axis position x1 detected when the focus detection means 10 is in focus, and uses the monitored X axis position x1 and the X axis position x0 assumed to be in focus. Then, the sum ΔF of the displacement due to the processing force excluding the thermal displacement and the amount of retraction of the blade edge due to wear (including the setting error of the blade edge position) is obtained.

図17と共に、前記相対熱変位監視手段54および力学的相対変位監視手段56の行う処理を説明する。同図では、主軸1と刃物台15との相対変位となる熱変位を、計測時の主軸1の軸心Oが、理想時(熱変位が生じていない状態)の主軸軸心O0 に対して変位した図として示している。換言すれば、同図は刃物台15の位置を基準として主軸の熱変位を示している。計測時は、ワークWの加工の直後であり、工作機械の温度変化は緩やかであるため、計測時と加工時との熱変位は同じとして考える。同図において、ハッチングを付した部分は、理想時のワークWの形状を示す。
同図からわかるように、計算したワークの径Rには、熱変位ΔTと、刃先後退量の和ΔF(加工力による工具−ワーク間の相対変位および摩耗による刃先後退量)が含まれる。計測時にフォーカス検知手段10がフォーカスが合うと検知したX軸位置x1 は、計測時のワークWの表面から、フォーカスが合うギャップH0だけ離れた位置である。この検知したX軸位置x1 の値には、前記撮影手段7が刃物台15に取付けられているため、熱変位ΔTが含まれない。
一方、撮影手段7による撮影時には工具16の刃先がワークWに接していないため、加工力による工具16の変位(ワークに対する相対的なもの)や工具の摩耗による誤差は発生しない。そのため、フォーカスが合うと検知したX軸位置x1 とフォーカスが合うと想定したX軸位置x0 との誤差(x0 −x1)は、前記刃先後退量の和となり、熱変位は含まない。
上記の想定したワークWの径R0 は、目標寸法であって既知である。フォーカスが合うと想定したX軸位置x0 は、ワークWの径の目標寸法R0 と、フォーカスが合うギャップH0 を加算した値であり、このギャップH0 は、撮影手段7が持つ焦点距離によって定まる値であり、一定であって、既知である。例えば、ギャップH0 は、工作機械の実使用よりも前に試験等によって検出した値を記憶して用いる。
The processing performed by the relative thermal displacement monitoring means 54 and the mechanical relative displacement monitoring means 56 will be described with reference to FIG. In this figure, the thermal displacement that is the relative displacement between the spindle 1 and the tool post 15 is measured with respect to the spindle axis O 0 when the axis O of the spindle 1 at the time of measurement is ideal (the state where no thermal displacement occurs). It is shown as a displaced figure. In other words, the figure shows the thermal displacement of the spindle with respect to the position of the tool post 15. At the time of measurement, it is immediately after the machining of the workpiece W, and since the temperature change of the machine tool is gentle, it is considered that the thermal displacement at the time of measurement and the time of machining is the same. In the figure, the hatched portion indicates the ideal shape of the workpiece W.
As can be seen from the figure, the calculated workpiece radius R includes the thermal displacement ΔT and the sum ΔF of the blade tip retraction amount (the relative displacement between the tool and the workpiece due to the machining force and the blade tip retraction amount due to wear). The X axis position x1 detected when the focus detection means 10 is in focus during measurement is a position away from the surface of the workpiece W during measurement by the in-focus gap H0. The detected value of the X-axis position x1 does not include the thermal displacement ΔT because the photographing means 7 is attached to the tool post 15.
On the other hand, since the cutting edge of the tool 16 is not in contact with the workpiece W at the time of photographing by the photographing means 7, no error due to displacement of the tool 16 (relative to the workpiece) due to the processing force or wear of the tool does not occur. Therefore, the error (x0−x1) between the X-axis position x1 detected when the focus is achieved and the X-axis position x0 assumed to be the focus is the sum of the retraction amounts of the cutting edge and does not include thermal displacement.
The assumed diameter R0 of the workpiece W is a target dimension and is known. The X-axis position x0 that is assumed to be in focus is a value obtained by adding the target dimension R0 of the diameter of the workpiece W and the in-focus gap H0. The gap H0 is a value determined by the focal length of the photographing means 7. Yes, constant and known. For example, the gap H0 is used by storing a value detected by a test or the like before actual use of the machine tool.

上述のように、計算したワークWの径Rと想定したワークWの径R0 との誤差(R0 −R)には熱変位(ΔT)と刃先後退量の和(ΔF)とが含まれるが、フォーカスが合うと検知したX軸位置x1 と想定したX軸位置x0 との誤差(x0 −x1)の値は熱変位を含まない値である。したがって、両誤差の差(R0 −R)−(x0 −x1)を取ることで、前記切り込み方向Xの相対熱変位ΔTが求められる。前記相対熱変位監視手段54は、この計算を行う。なお、ここでは半径値で計算した場合につき付したが、直径値で計算しても良い。   As described above, the error (R0 -R) between the calculated diameter R of the workpiece W and the assumed diameter R0 of the workpiece W includes the thermal displacement (ΔT) and the sum (ΔF) of the blade tip retraction amount. The value of the error (x0−x1) between the detected X-axis position x1 when the focus is achieved and the assumed X-axis position x0 is a value that does not include thermal displacement. Therefore, the relative thermal displacement ΔT in the cutting direction X is obtained by taking the difference (R0−R) − (x0−x1) between the two errors. The relative thermal displacement monitoring means 54 performs this calculation. In addition, although attached here about the case where it calculates with a radius value, you may calculate with a diameter value.

このように、旋盤等の工作機械で最も重要となるX軸方向の相対熱変位ΔTを監視し、熱変位補正することで、旋削加工において最も重要となる直径について、暖気運転等の無駄を省き、常に計測精度に近い加工精度まで補正することが可能となる。
熱変位補正は、フォーカス検知で得られる値を用いずに、ワークWの径D,Rの計測値のみからでも行うこともできる(この場合には熱変位のみならず、加工力による変形や工具刃先位置後退量(設定誤差を含む)も同時に補正される)が、前記撮影手段7が刃物台15に取付けられている場合、前記フォーカス検知で得られる値を用いることで、ワークWの径D,Rを求めるために計測したときの撮影手段7の位置となる刃物台15の位置が精度良く分かる。そのため、前記フォーカス検知で得られる値を用いることで、異なるワークを加工する際、加工条件や工具が変わる際にも精度よく補正することができる。
In this way, by monitoring the relative thermal displacement ΔT in the X-axis direction, which is most important for machine tools such as lathes, and correcting for thermal displacement, it is possible to eliminate the waste of warm-up operation etc. for the diameter that is most important in turning. Therefore, it is possible to always correct machining accuracy close to measurement accuracy.
The thermal displacement correction can be performed only from the measured values of the diameters D and R of the workpiece W without using the value obtained by the focus detection (in this case, not only the thermal displacement but also the deformation or tool by the machining force). However, when the photographing means 7 is attached to the tool rest 15, the value obtained by the focus detection is used to obtain the diameter D of the workpiece W. , R, the position of the tool post 15 which is the position of the photographing means 7 when measured to obtain R can be accurately known. Therefore, by using the value obtained by the focus detection, it is possible to accurately correct even when machining conditions and tools change when machining different workpieces.

力学的相対変位監視手段56による処理を説明する。上述のように、撮影手段7による撮影時には工具16の刃先がワークWに接していないため、加工力による工具16−ワーク間変位や工具摩耗による誤差は発生しない。撮影手段7が刃物台15に取付けられていると、フォーカス検知手段10がフォーカスが合うと検知したX軸位置x1 とフォーカスが合うと想定したX軸位置x0 との誤差は、熱変位は含まず、前記刃先後退量の和ΔFとなる。力学的相対変位監視手段56は、このような計算により、熱変位を除いた加工力による変位と、摩耗による刃先後退量の和ΔFを求める。   Processing by the mechanical relative displacement monitoring unit 56 will be described. As described above, since the cutting edge of the tool 16 is not in contact with the workpiece W at the time of photographing by the photographing means 7, no error due to displacement between the tool 16 and the workpiece due to the machining force or tool wear occurs. When the photographing means 7 is attached to the tool post 15, the error between the X axis position x1 detected when the focus detection means 10 is in focus and the X axis position x0 assumed to be in focus does not include thermal displacement. , The sum ΔF of the amount of retraction of the cutting edge. The mechanical relative displacement monitoring means 56 obtains the sum ΔF of the displacement due to the machining force excluding the thermal displacement and the amount of retraction of the blade edge due to wear by such calculation.

なお、刃先後退量の和ΔFには、加工力による変位と、摩耗による刃先後退量(刃先位置設定誤差も含まれる)とが含まれるが、摩耗による刃先後退量は加工時間によって次第に大きくなるのに対して、加工力による変位は、刃先の摩耗に伴う変化を除いて経時的な変化がないため、刃先後退量の和ΔFの変化を時間軸上で統計的に処理することにより、加工力による変位と、摩耗による刃先後退量とを分離して検出ことが可能である。力学的相対変位監視手段56は、このような処理で加工力による変位と、摩耗による刃先後退量とを分離して検出する機能を有するものとしても良い。   The sum ΔF of the cutting edge retraction amount includes a displacement due to machining force and a cutting edge retraction amount due to wear (including a cutting edge position setting error), but the cutting edge retraction amount due to wear gradually increases with machining time. On the other hand, since the displacement due to the machining force does not change with time except for the change caused by the wear of the cutting edge, the machining force is statistically processed on the time axis by changing the change ΔF of the cutting edge retraction amount on the time axis. It is possible to detect separately the displacement due to wear and the amount of retraction of the blade edge due to wear. The mechanical relative displacement monitoring unit 56 may have a function of separately detecting the displacement due to the machining force and the amount of retraction of the blade edge due to wear by such processing.

多点計測手段57は、図18に示すように、 前記ワーク径機上計測装置3による計測とフォーカス検知を、前記ワークWの軸方向の複数の計測ポイントWpで行わせ、これら複数ポイントのワークWの径とギャップの計測値から、ワークWまたは主軸の中心の位置と傾き成分、およびワークのたわみ成分(いずれも刃物台に対する相対的な成分)を検出する。なお、この場合のギャップの計測値は、上記のフォーカスが合うと想定したX軸位置(x0 )にあるときのギャップの計測値である。
工作機械の持つ組立誤差や熱変形等で加工手段2における主軸軸心方向(Z軸方向)の案内が微妙に斜めになっている場合があるが、多点計測によりワークWまたは主軸の中心の位置と傾き成分、およびワークのたわみ成分(いずれも刃物台に対する相対的な成分)を検出することで、前記組立誤差や熱変形等に対して、Z軸送りの動作に切込み方向(x軸)の動作を加えるなどして補正を行い、高精度に加工することができる。
上記のワーク軸心と撮影手段7間の相対変位の計測をZ軸方向の複数点で行うことで、Y軸回りの回転であるB軸相対変位を監視することも可能である。この計測値を利用し、元来、その工作機械が持つ組立誤差、例えばZ軸案内のXZ平面内での傾きや、熱変形に起因してワークWの外周面の円筒形状が若干の円錐形状の成分を持つ誤差を補正することができる。この誤差補正は、例えば、刃物台15のZ軸方向の送り時に、各点の間での前記相対変位の差に応じて、切込み方向(X軸方向)の移動を与えることで行う。
As shown in FIG. 18, the multipoint measuring means 57 performs measurement and focus detection by the workpiece diameter on-machine measuring device 3 at a plurality of measurement points Wp in the axial direction of the workpiece W. From the measured values of the diameter of W and the gap, the position and inclination component of the center of the workpiece W or the spindle and the deflection component of the workpiece (both are components relative to the tool post) are detected. In this case, the measured value of the gap is a measured value of the gap when it is at the X-axis position (x0) that is assumed to be in focus.
There are cases where the guide in the spindle axis direction (Z-axis direction) in the machining means 2 is slightly inclined due to assembly errors or thermal deformation of the machine tool, but the center of the workpiece W or the spindle can be measured by multipoint measurement. By detecting the position and tilt components, and the workpiece deflection components (both components relative to the tool post), the Z-axis feed operation in the cutting direction (x-axis) against the assembly error, thermal deformation, etc. It is possible to perform processing with high accuracy by performing correction by adding the operation of.
By measuring the relative displacement between the workpiece axis and the photographing means 7 at a plurality of points in the Z-axis direction, it is possible to monitor the B-axis relative displacement, which is rotation about the Y axis. By using this measured value, the cylindrical shape of the outer peripheral surface of the workpiece W is slightly conical due to the assembly error of the machine tool, for example, the tilt in the XZ plane of the Z-axis guide or thermal deformation. It is possible to correct an error having the following components. This error correction is performed, for example, by giving movement in the cutting direction (X-axis direction) according to the difference in relative displacement between the points when the tool post 15 is fed in the Z-axis direction.

この実施形態によると、整理して示すと次の利点が得られる。
ワーク径機上計測装置3は、表面移動量センサ4と回転位置センサ5とで構成し、表面移動量センサ4は撮影手段7とその画像処理を行う表面移動量計算手段8とで構成したため、ワーク径機上計測装置3の設置上の自由度が高く、工作機械の形式を選ばずに設置でき、かつ機上で精度良く、短時間でワークWの径が計測でき、また一般的な機器で構成できて低コストで製作できる。
撮影手段7にはテレセントリック光学系を用いたため、焦点合わせの誤差によって結像倍率に変化が生じず、高精度に表面移動量を計測できる。
表面移動距離計算手段8は、ワークの径の予測値、回転速度、撮影間隔から求まる画像間表面移動量の推定移動量を用い、対比する2枚の画像のうち、推定移動量に対応する位置の近傍でのみ対比するため、工作機械の特徴を利用して少ない計算量で精度良くワーク30の径を計測することができる。
フォーカス検知手段10を設けたため、鮮明な画像を得て、ワークWの径をより精度良く計測できる。
周方向傾き誤差検出11および誤差補正部12を設け、画像をワークWの周方向に並ぶ2つの領域に分割してフォーカス検知をそれぞれ行うようにしたため、撮影手段7の光軸Qが被撮影面に対して傾きを生じる取付誤差に対して、その傾き誤差の検出が行える。この傾き誤差を補正して表面移動距離を計算するため、ワークWの径をより一層精度良く加工することができる。
計測したワークWの径とフォーカス検知のギャップとを監視する相対熱変位監視手段54、およびその監視結果を用いて補正する熱変位補正手段55を設けたため、ワークWの径の計測結果を利用して、熱変位補正を精度良く行うことができる。
力学的相対変位監視手段56を設けたため、熱変位を除いた加工力による変位と摩耗による刃先後退量の和が求められる。
計測をワークWの軸方向の複数箇所で行わせる多点計測手段57を設けたため、ワークWの円錐形状の誤差(加工形状が円柱とは限らないが、この誤差成分は必ず円錐形状)成分が生じないように、加工時の工具移動の補正を行うことができる。
前記撮影手段7は刃物台15の工具ステーション15aの一つに取付けたため、刃物台15の動きを利用して撮影手段の動作が可能となる。
According to this embodiment, the following advantages can be obtained when organized.
The workpiece diameter measuring device 3 is composed of a surface movement amount sensor 4 and a rotational position sensor 5, and the surface movement amount sensor 4 is composed of an imaging means 7 and a surface movement amount calculation means 8 for performing image processing thereof. The workpiece diameter measuring device 3 has a high degree of freedom in installation, can be installed regardless of the type of machine tool, can accurately measure the diameter of the workpiece W in a short time on the machine, and general equipment Can be manufactured at low cost.
Since the photographing means 7 uses a telecentric optical system, the imaging magnification does not change due to a focusing error, and the amount of surface movement can be measured with high accuracy.
The surface movement distance calculation means 8 uses the estimated movement amount of the surface movement amount between images obtained from the predicted value of the workpiece diameter, the rotation speed, and the photographing interval, and the position corresponding to the estimated movement amount among the two images to be compared. Therefore, the diameter of the workpiece 30 can be accurately measured with a small amount of calculation using the characteristics of the machine tool.
Since the focus detection means 10 is provided, a clear image can be obtained and the diameter of the workpiece W can be measured with higher accuracy.
Since the circumferential inclination error detection 11 and the error correction unit 12 are provided and the image is divided into two regions arranged in the circumferential direction of the workpiece W to perform focus detection, the optical axis Q of the photographing means 7 is the surface to be imaged. The inclination error can be detected with respect to the mounting error that causes the inclination. Since the surface movement distance is calculated by correcting the tilt error, the diameter of the workpiece W can be processed with higher accuracy.
Since the relative thermal displacement monitoring means 54 for monitoring the measured diameter of the workpiece W and the focus detection gap and the thermal displacement correction means 55 for correcting using the monitoring result are provided, the measurement result of the diameter of the workpiece W is used. Thus, the thermal displacement correction can be performed with high accuracy.
Since the mechanical relative displacement monitoring means 56 is provided, the sum of the displacement due to the machining force excluding the thermal displacement and the amount of retraction of the blade edge due to wear is obtained.
Since the multi-point measuring means 57 for performing measurement at a plurality of locations in the axial direction of the workpiece W is provided, an error of the cone shape of the workpiece W (although the machining shape is not necessarily a cylinder, this error component is necessarily a cone shape) component Tool movement correction during machining can be performed so as not to occur.
Since the photographing means 7 is attached to one of the tool stations 15 a of the tool post 15, the photographing means can be operated using the movement of the tool rest 15.

なお、上記実施形態では、刃物台15における工具ステーション15aの一つに、工具16に変えて撮影手段7を取付けたが、例えば図19に示すように、刃物台15の同じ工具ステーション15aに、工具16と撮影手段7との両方を取付けても良い。撮影手段7は、フォーカス検知を行うようにする場合は、X軸方向に進退させる装置(図示せず)を介して設置する。
この構成の場合、加工中にワーク径の計測を行うことができ、計測サイクルを別に設けることが不要で、リアルタイムのワーク径補正による加工精度向上、工作機械の稼働時間の向上、サイクルタイムの向上が図れる。
In the above embodiment, the photographing means 7 is attached to one of the tool stations 15a in the tool post 15 instead of the tool 16, but for example, as shown in FIG. Both the tool 16 and the photographing means 7 may be attached. The imaging means 7 is installed via a device (not shown) that advances and retracts in the X-axis direction when performing focus detection.
With this configuration, workpiece diameter can be measured during machining, and it is not necessary to provide a separate measurement cycle. Real-time workpiece diameter compensation improves machining accuracy, machine tool operating time, and cycle time. Can be planned.

図20に示すように、撮影手段7は、刃物台15に設置する変わりに、計測専用の可動台59を介して、工作機械のベッド31やフレーム上等に設置しても良い。可動台59は、撮影手段7を計測時にワークWに近づけ、主軸1に対するワークWの交換時等の非計測時はワークWから退避させるようにする。   As shown in FIG. 20, the photographing means 7 may be installed on a bed 31 or a frame of a machine tool via a movable platform 59 dedicated to measurement instead of being installed on the tool post 15. The movable table 59 brings the photographing means 7 close to the workpiece W at the time of measurement, and retracts from the workpiece W at the time of non-measurement such as when the workpiece W is exchanged with respect to the spindle 1.

1…主軸
2…加工手段
3…ワーク径機上計測装置
4…表面移動量センサ
5…回転位置センサ
6…ワーク径計算手段
7…撮影手段
8…表面移動量計算手段
9…センサ側処理手段
10…フォーカス検知手段
10a…フォーカス検知部
11…周方向傾き誤差検出部
12…誤差補正部
13…長さ方向傾き誤差検出部
15…刃物台
15a…工具ステーション
16…工具
16a…バイト
30…工作機械本体
31…ベッド
50…工作機械制御装置
53…機械側処理手段
54…相対熱変位監視手段
55…熱変位補正手段
56…工具摩耗検出手段
57…力学的相対変位監視手段
58…フォーカス調整手段
60…照明具
D…直径
Fg,Ff…分割画像
f,f′…対象画像
G1,G2…画像
Ga〜Gc…特徴部分
GA,GB…画像
g…参照画像
L…表面移動量
ΔL…画像間表面移動量
O…ワーク軸心
Q…光軸
R…半径
Wp…撮影ポイント
θ…回転角
W…ワーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Main axis | shaft 2 ... Processing means 3 ... Work diameter on-machine measuring device 4 ... Surface movement amount sensor 5 ... Rotation position sensor 6 ... Work diameter calculation means 7 ... Imaging means 8 ... Surface movement amount calculation means 9 ... Sensor side processing means 10 ... Focus detection means 10a ... Focus detection part 11 ... Circumferential inclination error detection part 12 ... Error correction part 13 ... Long direction inclination error detection part 15 ... Tool post 15a ... Tool station 16 ... Tool 16a ... Bite 30 ... Machine tool body 31 ... Bed 50 ... Machine tool controller 53 ... Machine-side processing means 54 ... Relative thermal displacement monitoring means 55 ... Thermal displacement correction means 56 ... Tool wear detection means 57 ... Mechanical relative displacement monitoring means 58 ... Focus adjustment means 60 ... Illumination Tool D ... Diameter Fg, Ff ... Divided images f, f '... Target images G1, G2 ... Images Ga-Gc ... Feature portion GA, GB ... Image g ... Reference image L ... Surface movement amount ΔL ... Image between surfaces moving amount O ... workpiece axis Q ... optical axis R ... radius Wp ... photographic point theta ... rotation angle W ... work

Claims (11)

ワークを支持して回転させる主軸と、この主軸で支持されたワークの周面を加工する加工手段と、前記主軸に支持された前記ワークの径を計測するワーク径機上計測装置とを備え、
前記ワーク径機上計測装置は、
前記主軸に支持されたワークの周面の主軸回転による表面移動量を計測する表面移動量センサと、
前記ワークの回転角を検出する回転位置センサと、
前記表面移動量センサで計測された表面移動量を、この表面移動量の範囲を移動する間に前記回転位置センサで計測された回転角で除することによってワークの径を計算するワーク径計算手段とを備え、
前記表面移動量センサは、前記ワークの表面を撮影する撮影手段と、撮影された画像を処理して表面移動量を計算する表面移動量計算手段とでなる、
ことを特徴とするワーク径計測機能付き工作機械。
A spindle that supports and rotates the workpiece; a processing means that processes a peripheral surface of the workpiece supported by the spindle; and a workpiece on-machine measuring device that measures the diameter of the workpiece supported by the spindle;
The workpiece diameter measuring device is
A surface movement amount sensor for measuring a surface movement amount due to rotation of the main spindle of the peripheral surface of the work supported by the main spindle;
A rotational position sensor for detecting a rotational angle of the workpiece;
A workpiece diameter calculating means for calculating a workpiece diameter by dividing the surface movement amount measured by the surface movement amount sensor by the rotation angle measured by the rotational position sensor while moving the range of the surface movement amount. And
The surface movement amount sensor includes an imaging unit that images the surface of the workpiece, and a surface movement amount calculation unit that processes a captured image and calculates a surface movement amount.
A machine tool with a workpiece diameter measuring function.
前記撮影手段は、テレセントリック光学系を有する請求項1記載のワーク径計測機能付き工作機械。   The machine tool with a workpiece diameter measuring function according to claim 1, wherein the photographing means has a telecentric optical system. 前記表面移動量センサの前記表面移動量計算手段は、前記撮影手段で一定撮影間隔毎に撮影された連続するそれぞれ2枚の画像を対比して、この2枚の画像間で移動したワークの周面の移動量である画像間表面移動量を求める画像処理、およびこの各画像間表面移動量を加算することにより、ワークの径の計算に用いる表面移動量を求める加算処理を行い、前記画像処理では、与えられたワークの径の予測値と、前記ワークの回転速度と、前記撮影手段による撮影間隔とから求まる画像間表面移動量の推定移動量を用い、対比する前記2枚の画像のうち、前記推定移動量に対応する位置の近傍でのみ対比して、定められた一致度の評価値を計算することで前記画像間表面移動量を計測する請求項1または請求項2記載のワーク径計測機能付き工作機械。   The surface movement amount calculation means of the surface movement amount sensor compares two consecutive images photographed at a certain photographing interval by the photographing means, and compares the circumference of the workpiece moved between the two images. Image processing for determining the amount of surface movement between images, which is the amount of movement of the surface, and addition processing for calculating the amount of surface movement used for calculating the diameter of the workpiece by adding the amount of surface movement between the images. Then, using the estimated movement amount of the surface movement amount between images obtained from the predicted value of the given workpiece diameter, the rotation speed of the workpiece, and the imaging interval by the imaging means, of the two images to be compared 3. The workpiece diameter according to claim 1, wherein the inter-image surface movement amount is measured by calculating an evaluation value of a predetermined degree of coincidence only in the vicinity of a position corresponding to the estimated movement amount. With measurement function Work machine. 前記撮影手段の画像が最も鮮明になる、前記撮影手段と前記ワークの表面間のギャップを求める処理であるフォーカス検知を行うフォーカス検知手段、および前記画像が最も鮮明になる前記ギャップの位置へ前記撮影手段を移動させるフォーカス調整手段を設けた請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のワーク径計測機能付き工作機械。   Focus detection means for performing focus detection, which is a process for obtaining a gap between the imaging means and the surface of the workpiece, where the image of the imaging means is the clearest, and the shooting at the position of the gap where the image is the clearest The machine tool with a work diameter measuring function according to any one of claims 1 to 3, further comprising a focus adjusting means for moving the means. 前記フォーカス検知手段は、フォーカス検知の対象とする画像につき、ワークの周方向に並ぶ複数の領域に分割して各分割画像について前記フォーカス検知をそれぞれ行い、これら複数の分割画像につき計測された前記ギャップの差を検出する周方向傾き誤差検出部を有する請求項4記載のワーク径計測機能付き工作機械。   The focus detection unit divides a target image for focus detection into a plurality of regions arranged in the circumferential direction of the work, performs the focus detection for each of the divided images, and measures the gap measured for the plurality of divided images. The machine tool with a workpiece diameter measuring function according to claim 4, further comprising a circumferential direction inclination error detecting unit that detects a difference between the workpiece diameters. 前記フォーカス検知手段は、前記表面移動量計算手段の計算した表面移動量につき、前記周方向傾き誤差検出部が検出した前記ギャップの差によって、前記撮影手段の光軸が、ワーク軸心に垂直な面内で前記ワークの被撮影面に垂直でないことに起因する計測誤差を補正する誤差補正部を有する請求項5記載のワーク径計測機能付き工作機械。   The focus detection unit is configured such that the optical axis of the imaging unit is perpendicular to the workpiece axis based on the gap difference detected by the circumferential inclination error detection unit for the surface movement amount calculated by the surface movement amount calculation unit. The machine tool with a workpiece diameter measuring function according to claim 5, further comprising an error correction unit that corrects a measurement error caused by being not perpendicular to a surface to be photographed of the workpiece in a plane. 前記撮影手段が前記加工手段を構成する刃物台に取付けられ、前記ワーク径計算手段の計算したワークの径と、前記フォーカス検知手段がフォーカスが合うと検知したX軸位置とを監視し、この監視したワークの径とX軸位置、および想定したワークの径とフォーカスが合うと想定したX軸位置とから、前記ワークの軸心と前記撮影手段の切り込み方向の相対熱変位を監視する相対熱変位監視手段と、この監視した相対熱変位を用いて前記加工手段の工具移動量の熱変位補正を行う熱変位補正手段を設けた請求項4ないし請求項6のいずれか1項に記載のワーク径計測機能付き工作機械。   The imaging means is attached to a tool post that constitutes the processing means, and monitors the workpiece diameter calculated by the workpiece diameter calculating means and the X-axis position detected when the focus detection means is in focus, and this monitoring The relative thermal displacement for monitoring the relative thermal displacement in the cutting direction of the axis of the workpiece and the photographing means from the diameter of the workpiece and the X-axis position, and the X-axis position assumed to be in focus with the assumed workpiece diameter The workpiece diameter according to any one of claims 4 to 6, further comprising: a monitoring unit; and a thermal displacement correction unit configured to correct a thermal displacement of a tool movement amount of the machining unit using the monitored relative thermal displacement. Machine tool with measuring function. 前記撮影手段が前記加工手段を構成する刃物台に取付けられ、前記フォーカス検知手段がフォーカスが合うと検知したX軸位置を監視し、この監視したX軸位置、およびフォーカスが合うと想定したX軸位置を用い、熱変位と除いた加工力による変位と、摩耗による刃先後退量の和を求める力学的相対変位監視手段を設けた、請求項4ないし請求項7のいずれか1項に記載のワーク径計測機能付き工作機械。   The imaging means is attached to a tool post that constitutes the processing means, and the X-axis position detected when the focus detection means is in focus is monitored, and the monitored X-axis position and the X-axis assumed to be in focus The workpiece according to any one of claims 4 to 7, further comprising a mechanical relative displacement monitoring means for obtaining a sum of a displacement by a machining force excluding a thermal displacement and a cutting edge retraction amount due to wear using a position. Machine tool with diameter measuring function. 前記ワーク径機上計測装置による計測とフォーカス検知を、前記ワークの軸方向の複数箇所で行わせ、これら複数箇所のワークの径とフォーカスが合うと検知したX軸位置から、刃物台に対するワークまたは主軸の中心の位置と傾き成分、およびワークのたわみ成分を検出する多点計測手段を設けた請求項4ないし請求項7のいずれか1項に記載のワーク径計測機能付き工作機械。   Measurement and focus detection by the workpiece diameter measuring device is performed at a plurality of positions in the axial direction of the workpiece, and from the X axis position detected when the diameters of the workpieces at the plurality of positions are in focus, the workpiece with respect to the tool rest or The machine tool with a workpiece diameter measuring function according to any one of claims 4 to 7, further comprising a multipoint measuring means for detecting a position and an inclination component of the center of the spindle and a deflection component of the workpiece. 前記撮影手段は、前記加工手段を構成する刃物台が有する複数の工具ステーションの一つに取付けた請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のワーク径計測機能付き工作機械。   The machine tool with a work diameter measuring function according to any one of claims 1 to 7, wherein the photographing unit is attached to one of a plurality of tool stations included in a tool post constituting the processing unit. 前記撮影手段は、前記加工手段を構成する刃物台における工具が取付けられた工具ステーションに、加工時にワークの加工している周面を撮影可能に取付けた請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のワーク径計測機能付き工作機械。   8. The imaging device according to claim 1, wherein a peripheral surface on which a workpiece is processed at the time of processing is attached to a tool station to which a tool on a tool post constituting the processing unit is attached so as to be capable of capturing images. Machine tool with workpiece diameter measuring function as described in the section.
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