JP2016024048A - 加工工具の測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工具先端の形状計測に誤差が生じにくく、装置及び工程を簡潔化した加工工具の測定装置及び測定方法を提供する。【解決手段】本測定装置１５０は、演算処理装置６０の条件設定部６４が表裏で工具刃先３１ａの形状が異なる場合に複数の解析エリアについてそれぞれ異なる解析条件を設定するので、加工工具３１先端の形状計測に誤差が生じにくい。なお、測定装置１５０では、カメラ（センサー）５１を軸ＡＸに対する一方向からの検出結果を解析するので、カメラ（センサー）５１や演算処理装置６０を含む測定装置１５０を簡潔化することができ、測定処理を簡素化することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、樹脂その他の材料を成形する転写型における転写面等の加工に適する加工工具の測定装置及び測定方法に関する。

マシニングセンター等のＮＣ工作機械を用いて高精度加工する上で、加工工具の設置状態（例えば工具スピンドル回転軸に対する工具取付け軸の位置及び角度ズレ）、挙動（例えば工具刃先位置の変動）、及び工具刃先状態（例えば刃先形状）は、加工形状への誤差として現れるため、これらを把握することが重要である。このような加工工具の測定のため、様々な方式の公知の測定機が存在する。また、加工機上で測定することによって加工状態をより正確に測定することを可能にする機上計測という方法も知られている。ワークに対する加工精度を向上させるためには、加工機自体の動作及び位置決め精度を上げる方法もあるが、上記のような測定機を用いて加工工具の動作について修正又は補正を行う方法が非常に有効である。

下記特許文献１には、カメラを用いた装置であって、カメラで撮影した複数枚の工具刃先の形状の画像から合焦画像を合成し、工具の刃先の最外周部分を正確に取得し解析するものが提案されている。

しかしながら、上記発明のように一方向からの測定で、表裏面の形状が異なる工具を測定しようとすると、工具先端の表面及び裏面での見え方の違いによって、最外周部分のうち左右の測定及び解析結果に誤差が生じる。この点についてより詳細に説明すると、高精度加工によく用いられる一枚刃のボールエンドミル工具には、片側面取りをしてエッジ部を鋭くしているものがある。また、複数刃を有する工具でも表裏面形状が異なるものが多くある。一般的に、カメラ画像を利用する測定装置は、その照明条件が測定及び解析結果に大きく影響する。機上測定においては設置スペースにも制限があり、照明条件を自由に調整することが困難であり、このような誤差は不可避である。なお、工具の表裏の両面からカメラで画像を取得することで表裏同条件での測定が可能であるが、装置の大型化につながり、若しくは測定ステップが増えるという欠点がある。

特開2001-269844号公報

本発明は、上記背景技術の問題に鑑みてなされたものであり、工具先端の形状計測に誤差が生じにくく、装置及び工程を簡潔化した加工工具の測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る加工工具の測定装置は、所定の軸のまわりに回転させて使用される加工工具について、形状的な情報を検出するセンサーを用いて所定の軸に対する一方向からの検出結果を解析することにより、工具刃先の輪郭形状を取得する輪郭取得部と、工具刃先を所定の軸のまわりに反転させた表裏に関して形状的な情報を検出するため、センサーの検出領域において工具刃先の輪郭に対応する複数の解析エリアを設定するエリア設定部と、所定の軸のまわりに反転させた表裏で工具刃先の形状が異なる場合に、エリア設定部によって設定された複数の解析エリアについてそれぞれ異なる解析条件を設定する条件設定部とを備える。ここで、工具刃先の形状が異なるとは、輪郭的なものではなく、面の角度等によってセンサーの検出結果に影響を与えるような形状的な要素の相違を意味し、面の仕上げの程度による表面粗さ等も含む概念である。

上記測定装置では、条件設定部が、表裏で工具刃先の形状が異なる場合に複数の解析エリアについてそれぞれ異なる解析条件を設定するので、工具先端の形状計測に誤差が生じにくい。なお、本測定装置では、センサーを用いて所定の軸に対する一方向からの検出結果を解析するので、センサーや処理部を含む測定装置を簡潔化することができ、測定処理を簡素化することができる。

本発明の具体的な側面によれば、上記測定装置において、条件設定部は、所定の軸のまわりに反転させた表裏で工具刃先の形状が異なるとともに工具刃先の輪郭形状が所定の軸を挟んで非対称となる場合に、エリア設定部によって設定された複数の測定エリアにそれぞれ異なる解析条件を設定する。この場合、複数の解析エリアについてそれぞれ異なる解析条件を設定する意義が増す。

本発明の別の側面によれば、エリア設定部は、所定の軸を挟んだ対称的な領域に解析エリアを設定する。工具は、一方から観察した場合、所定の軸のまわりに反転させることで対称的な輪郭形状をなすので、このような輪郭形状に合わせて解析エリアを設定することで、反転させた表裏で工具刃先の輪郭を適切に計測できる。

本発明のさらに別の側面によれば、加工装置上に設置可能であり、加工工具を加工セッティング状態にして測定が行える。この場合、加工状態に近い状態で工具刃先の観察が可能になり、より正確な測定が可能になる。

本発明のさらに別の側面によれば、工具刃先の形状がテーパー形状を有することによって、所定の軸のまわりに反転させた表裏で形状が異なり、非対称になるものを測定する。この場合、テーパー形状が観察される解析エリアの表裏において解析条件が異なるものとなる。

本発明のさらに別の側面によれば、工具刃先の形状が曲線形状を有することによって、所定の軸のまわりに反転させた表裏で形状が異なり、非対称になるものを測定する。この場合、曲線形状が観察される解析エリアの表裏において解析条件が異なるものとなる。

上記目的を達成するため、本発明に係る加工工具の測定方法は、所定の軸のまわりに回転させて使用される加工工具について、形状的な情報を検出するセンサーを用いて所定の軸に対する一方向からの検出結果を解析することにより、工具刃先の輪郭形状を計測する測定方法であって、工具刃先を所定の軸のまわりに反転させた表裏に関して、工具刃先の輪郭形状を取得する工程と、センサーの検出領域において工具刃先の輪郭に対応する複数の解析エリアを設定する工程と、所定の軸のまわりに反転させた表裏で工具刃先の形状が異なる場合に、複数の解析エリアにそれぞれ異なる解析条件を設定する工程とを備える。

上記測定方法では、表裏で工具刃先の形状が異なる場合に複数の解析エリアについてそれぞれ異なる解析条件を設定するので、工具先端の形状計測に誤差が生じにくい。なお、本測定方法では、センサーを用いて所定の軸に対する一方向からの検出結果を解析するので、センサーや処理部を含む測定装置を簡潔化することができ、測定処理を簡素化することができる。

本発明の具体的な側面によれば、上記測定方法において、工具刃先の輪郭形状を取得する工程は、所定の軸を仮決めする工程と、加工工具を所定の軸のまわりに回転させた際の最外周データを取得する工程と、最外周データから所定の軸を本決定する工程とを含む。この場合、所定の軸を精密に決定でき、複数の解析エリアの設定がより精密なものとなる。

本発明の別の側面によれば、複数の解析エリアで得た形状的な情報を当該複数の解析エリアごとに設定された解析条件で解析して得た輪郭情報を合成する工程をさらに備える。これにより、工具の刃先の軌跡を決定でき、ワークに対して精密な加工が可能になる。

本発明の一実施形態に係る機上計測型の測定装置を組み込んだ加工装置を説明する概念図である。 図１の加工装置の要部を説明する斜視図である。 測定装置を説明する概念図である。 （Ａ）は、工具刃先の形状を説明する図であり、（Ｂ）は、撮影される表裏の刃先画像であり、（Ｃ）は、工具刃先を表裏反転させた輪郭形状を説明する図である。 測定方法を説明するフローチャートである。 （Ａ）は、工具刃先について取得される表裏の画像を説明する図であり、（Ｂ）は、エッジ抽出後にマージされたデータを示し、（Ｃ）は、画像データに設定される解析エリアを例示する図である。 加工方法を説明するフローチャートである。 （Ａ）〜（Ｃ）は、変形例の工具を説明する図である。 測定方法の変形例を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る加工装置及び加工方法について具体的に説明する。

図１に示すように、加工装置１００は、定盤１０と、Ｘ軸ステージ２０と、ＹＺ軸ステージ３０と、加工部駆動制御装置４０と、測定装置本体５０と、演算処理装置６０とを備える。ここで、定盤１０上には、ワークＷを固定するワーク取付部１１と、ＹＺ軸ステージ３０側に組み付けられた加工工具３１の刃先を測定するための測定装置本体５０とが載置され固定されている（図２参照）。なお、ワークＷは、例えば成形型であり、加工装置１００によって形状転写面Ｗａが加工される。

Ｘ軸ステージ２０は、定盤１０上に固定されてＹＺ軸ステージ３０を支持している。Ｘ軸ステージ２０は、ＹＺ軸ステージ３０をＸ軸方向に進退移動させる案内機構や駆動機構を有し、加工部駆動制御装置４０の制御下で動作している。

ＹＺ軸ステージ３０は、加工部駆動制御装置４０の制御下で動作しており、加工工具３１を固定して鉛直のＺ軸に平行な軸ＡＸのまわりに回転させるスピンドル部３２を有する。ＹＺ軸ステージ３０は、Ｘ軸ステージ２０と協働してスピンドル部３２すなわち加工工具３１をＸＹＺ軸に沿って３次元的に移動させることができる。ＹＺ軸ステージ３０は、スピンドル部３２の姿勢又は傾斜を調整することもできる。
なお、Ｘ軸ステージ２０等は、ＹＺ軸ステージ３０を例えばＹ方向に大きく変位させる機能も有し、加工中は、加工工具３１をワーク取付部１１の上方の加工位置に配置することができ、測定中は、加工工具３１を測定装置本体５０内の計測位置に配置することができる。

加工部駆動制御装置４０は、高精度の数値制御を可能にするものであり、Ｘ軸ステージ２０やＹＺ軸ステージ３０に内蔵されたモーターや位置センサー等を演算処理装置６０の制御下で駆動することによって、スピンドル部３２や加工工具３１を目的とする位置に適宜移動させる。

図２及び図３に示すように、測定装置本体５０は、カメラ５１と照明装置５２とを備える。カメラ５１は、画像取得用のセンサーであり、演算処理装置６０の指示に従って所定のタイミングで動作し、工具刃先３１ａの撮影を行う。カメラ（センサー）５１による撮影又は観察は、工具刃先３１ａをその回転軸である軸ＡＸに垂直な一方向（具体的には水平方向）から見たものとなっている。つまり、カメラ５１による観察軸ＭＸは、工具刃先３１ａを通り、軸ＡＸに直交するものとなっている。カメラ５１は、詳細を省略するが、レンズとイメージセンサーとを組み合わせたものであり、イメージセンサーとしては、ＣＣＤやＣＭＯＳが用いられ、可視光での撮影が行われる。照明装置５２は、工具刃先３１ａを照明することで、カメラ５１によって取り込む画像が適度のコントラストを有し、取り込んだ画像に対するエッジ処理その他の画像処理が再現性を有して適切なものとなるようにしている。なお、照明装置５２は、工具刃先３１ａを挟んでカメラ５１の反対側に配置されるものに限らず、工具刃先３１ａに対してカメラ５１側に配置されるものであってもよい。

以上の測定装置本体５０は、演算処理装置６０及び加工部駆動制御装置４０と組み合わされて（図１参照）、工具刃先３１ａの形状を測定するための測定装置１５０として機能する（図３参照）。

測定装置本体５０による工具刃先３１ａの撮影は、工具刃先３１ａを軸ＡＸのまわりに必要な回転角度に回転させた状態で行われる。

図４（Ａ）に示すように、加工工具３１は一枚刃のボールエンドミルである。工具刃先３１ａは、三角板状の外形を有し、刃３１ｆと峰３１ｇとを有する。刃３１ｆは、テーパー形状を有し、直線部３１ｈと切れ刃３１ｉとを含む。図４（Ａ）では、工具刃先３１ａの回転角が０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°の場合が示されているが、工具刃先３１ａを回転させた輪郭形状（回転形状とも呼ぶ）に影響するのは、回転角が０°及び１８０°の場合、つまり工具刃先３１ａの表裏の形状である。図からも明らかなように、工具刃先３１ａ又は切れ刃３１ｉは、軸ＡＸのまわりに反転させた表裏で工具刃先３１ａ又は切れ刃３１ｉの形状が異なるとともに工具刃先３１ａ又は切れ刃３１ｉの輪郭形状が軸ＡＸを挟んで非対称となっている。したがって、本実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、０°及び１８０°の刃先画像、つまり工具刃先３１ａの表裏の画像を取り込んで輪郭形状の計測や解析を行う。図４（Ｃ）に示すように、工具刃先３１ａを回転させた輪郭は、図４（Ｂ）に示す輪郭形状の合成に対応し、先端が円弧のテーパー形状となっている。
なお、工具刃先３１ａが０°及び１８０°の回転角になったタイミングで加工工具３１の回転を止め、カメラ５１に１ショット撮影を行わせることもできるが、カメラ５１に工具刃先３１ａが０°及び１８０°の回転角になったタイミングでストロボ撮影のような１ショット撮影を行わせることもできる。さらに、カメラ５１に動画撮影を行わせてコマ画像を演算処理装置６０のバッファに保存しつつ保存されたコマ画像から必要な画像を抽出又は合成することもできる。

図４（Ｂ）に示すように、工具刃先３１ａの表裏の画像は、切れ刃３１ｉの部分において大きく異なるものとなっている。これは、切れ刃３１ｉの裏面側において、断面がテーパー形状の面取り部３１ｊが形成されており、面取り部３１ｊは、切れ刃３１ｉの表裏の平面に対して傾斜した状態となって光の反射角が大きく変化していることに起因する。つまり、面取り部３１ｊは、巨視的な意味での輪郭形状に影響を与えないようなものであっても、比較的微視的な意味での表裏の観察形状が大きく異なるものとなっている。

図１に戻って、演算処理装置６０は、コンピューターであり、加工部駆動制御装置４０を介してＸ軸ステージ２０、ＹＺ軸ステージ３０等による加工動作を制御するとともに、測定装置本体５０を利用した加工工具３１の刃先形状の測定を可能にする。演算処理装置６０は、Ｘ軸ステージ２０、ＹＺ軸ステージ３０等による加工動作を制御する場合、加工工具３１の先端に設けられている工具刃先３１ａの形状を把握して、加工工具３１を移動させる軌跡を設定する。つまり、演算処理装置６０は、工具刃先３１ａを回転させた輪郭形状（回転形状）に基づいて、工具刃先３１ａを移動させるべき軌跡を決定し、ワーク取付部１１に固定されたワークＷ上に所望の形状転写面Ｗａを形成することができる。

図６等を参照して、工具刃先３１ａの形状測定について説明する。なお、図１等に示す測定対象の加工工具３１は、予めスピンドル部３２に取り付けられて加工セッティング状態となっているが、加工装置１００での形状測定、すなわち機上測定が可能になっている。

図５を参照して形状測定について説明する。最初に、加工セッティング状態の加工工具３１の軸ＡＸに相当する工具中心軸を仮決めする（ステップＳ１１）。すなわち、ＹＺ軸ステージ３０又はスピンドル部３２を＋Ｙ方向に移動させることにより加工工具３１を測定装置本体５０内の計測位置に配置する。そして、加工工具３１を低速で連続回転させ、最外周部分をユーザが目視で確認を行い、後述する解析エリアの分割に用いる概算中心軸を仮決めする。この際、演算処理装置６０のディスプレイに表示されるカメラ５１によるモニター画像を利用して、画像上で上下に延びる線を左右に移動させる要領で概算中心軸を画像取得領域内に設定する。ここで、画像取得領域は、カメラ５１によって工具刃先３１ａ及びその周辺について取得される画像上の領域であり、工具刃先３１ａを軸ＡＸに平行な面に投影した２次元的な形状を測定する領域となっている。この画像取得領域は、工具刃先３１ａの寸法を反映した座標データに変換可能であり、後述する検出領域ＤＡ（図６（Ｃ）参照）に相当する。
なお、工具中心軸を仮決めは自動化できる。例えば、工具刃先３１ａの輪郭形状の少なくとも一部に左右対称形状ある場合、画像のパターンマッチングを用いて、かかる左右対称形状を検出し、対称形状の中心軸を解析的に決定し、この中心軸をもって仮の工具中心軸とすることもできる。

次に、工具輪郭形状の解析エリアを決定するため、カメラ５１によって工具刃先３１ａの画像を取り込み、画像データの取得を行う（ステップＳ１２）。この際、例えば工具刃先３１ａを徐々に回転させつつ画像データの取得を行う。具体的には、工具刃先３１ａを初期の回転位置にセットし、カメラ５１に１ショットの撮影を行わせることで、初期の回転位置での工具刃先３１ａの側面の画像が得られる。なお、ステップＳ１２で得た画像データは、オリジナルのデータとして演算処理装置６０のメモリー６１に保管される。

次に、演算処理装置６０は、上記画像の取込みが指定回数繰り返されたか否かを判断する（ステップＳ１３）。本実施形態の場合、工具刃先３１ａが一枚刃であり、表裏の画像を取得して輪郭エッジの抽出を行う必要がある。このため、例えば１°刻みで３６０°回転させ、３６０回の撮影を行うならば、表裏の画像を含む多数の角度画像を取得ことになる。

画像の取込みが指定回数繰り返されていない場合、演算処理装置６０は、加工部駆動制御装置４０を介してスピンドル部３２を動作させ、加工工具３１を規定の刻み角（例えば１°）だけ回転させる（ステップＳ１４）。

以上のステップＳ１２〜Ｓ１４を繰り返すことにより、工具刃先３１ａを回転させつつ微小な角度単位で工具刃先３１ａの側面画像を撮影することができ、工具刃先３１ａの回転を微小角度単位でコマ撮りした多数の画像データを集め保管することができる。

その後、演算処理装置６０は、工具刃先３１ａを回転させつつコマ撮りした画像データに対して画像処理を行ってエッジデータを抽出する（ステップＳ１５）。具体的には、工具刃先３１ａを一回転させる際にコマ撮状に取得した多数の画像データからエッジ抽出処理を行う。なお、エッジ抽出に際しては、公知の画像処理技術を用いることができ、所定の基準で輪郭エッジの抽出が行われ、或いは所定の閾値で２値化処理が行われる。ここで、演算処理装置６０は輪郭取得部６２として機能している。

次に、演算処理装置６０は、ステップＳ１３で得たエッジデータについてマージ及び保存を行う（ステップＳ１５）。具体的には、工具刃先３１ａを微小な刻み角単位で取得したエッジデータがマージされ、最大輪郭に対応するデータ（つまり最外周データ）が得られる。得られた最外周データは、演算処理装置６０のメモリー６１に保管される。この最外周データは、結果的に、工具刃先３１ａの表裏のエッジ画像をマージしたものとなっている。

図６（Ａ）に示す工具刃先３１ａの表裏エッジ画像がマージされると、図６（Ｂ）に示すように画像取得領域中に一対のエッジＥ１，Ｅ２を含む最外周データが設定される。

画像の取込みが指定回数繰り返されている場合、演算処理装置６０は、ステップＳ１４で得た最外周データ、すなわち回転する工具刃先３１ａの外周輪郭に相当するエッジから中心軸ＣＸを本決定する（ステップＳ２２）。具体的には、回転工具の最外周データからパターンマッチングを行って対称軸を決定する。実施形態の例では、加工工具３１としてボールエンドミルが用いられており、この場合は、円形によるパターンマッチングを行う。このようなパターンマッチングにより、工具刃先３１ａの円Ｆの中心座標が得られる。そして、上記ステップＳ１１で仮決めされた工具中心軸に平行で上下に延び、この中心座標を通る直線を本決定後の中心軸ＣＸとする。

次に、演算処理装置６０は、ステップＳ２２で設定した中心軸ＣＸを境界として最外周データを分割し、分割されたそれぞれ領域で画像データを解析するように、図６（Ｃ）に例示するように、検出領域ＤＡ中に２つの解析エリアＡ１，Ａ２を設定する（ステップＳ２３）。この場合、演算処理装置６０はエリア設定部６３として機能する。ここで、解析エリアＡ１，Ａ２は、中心軸ＣＸを挟んで対称的な形状を有している。解析エリアＡ１，Ａ２の設定方法としては、例えば図６（Ｂ）に示すエッジＥ１，Ｅ２に所定の幅を持たせるといった手法が可能である。

次に、演算処理装置６０は、ステップＳ２３で設定した各解析エリアＡ１，Ａ２に対してそれぞれ異なる解析条件を設定する（ステップＳ２４）。この場合、演算処理装置６０は条件設定部６４として機能する。解析条件には、エッジ検出の画像処理に係るパラメーターが含まれる。例えばエッジ決定のためのグレースケール閾値が解析条件の一例として挙げられる。解析条件には、その他のものとして、データフィルター、異常点除去パラメーター等が含まれる。グレースケール閾値については、エッジ検出閾値の上限値及び又は下限値を設定し、データフィルターでは、平滑化フィルターによってノイズ除去を行い、併せて勾配の強度検出を行うこともできる。具体的なエッジ検出について説明する。エッジ検出では、ノイズがエッジとして誤検出されないように、ガウシアンフィルターなどのような平滑化フィルター処理を行うことが望ましい。平滑化フィルターのフィルターサイズは、例えば３×３画素、５×５画素等とする。その上で、一次微分画像から勾配強度を計算し、ある閾値以上の部分をエッジとして検出する。さらに、異常点除去処理では、平滑化後に検出したエッジを滑らかにつなぐ処理を行う。単に各微小範囲で検出したエッジ点を並べただけでは、ガタガタの不連続点となってしまう。そこで、エッジ検出閾値に若干の幅又は範囲を持たせておいて、その範囲内でエッジとして検出する位置を微調整していくという手法も可能である。

各解析エリアＡ１，Ａ２に設定される解析条件は、手動的なものとでき、この場合、ユーザが経験等に基づいて任意に指定する。つまり、任意の解析エリアにおいて解析条件の細かい調整を自由に行うことを可能とする。
なお、解析エリアＡ１，Ａ２に解析条件を設定する手法は、手動的なものに限らず自動的又は半自動的なものであってもよい。例えば、演算処理装置６０において、上記解析エリアＡ１，Ａ２から得られる形状が同等のものになるように解析条件を網羅的に変化させることで、解析エリアＡ１，Ａ２で決定されるエッジ形状の一致性が最も高くなるように、解析条件を自動的に算出してもよい。また、解析エリアＡ１側の解析条件を固定として、解析エリアＡ２側の解析条件を徐々に変化させつつ、その時の両解析エリアＡ１，Ａ２から得られる解析結果（エッジ形状）を比較し、差が最小となる条件又は解を探すという方法をとることもできる。

次に、演算処理装置６０は、ステップＳ２４で設定した各解析エリアＡ１，Ａ２ごとの解析条件を用いて、ステップＳ１２で取得した画像データに対して再度エッジ検出の解析を行う（ステップＳ２５）。この際、単に閾値で処理するだけでなく、エッジの平滑化処理等を行うことができる。また、エッジから異常点を除去することができる。
なお、ステップＳ１２で取得した画像データを用いないで、ステップＳ１２と同様の手法で加工工具３１を中心軸ＣＸのまわりに回転させながらカメラ５１によって複数の画像を取り込み直してもよい。この場合、このような新たな画像に対して、ステップＳ２４で設定した各解析エリアＡ１，Ａ２ごとの解析条件を用いてエッジ検出の解析を行う。

最後に、演算処理装置６０は、ステップＳ２５で取得した加工工具３１のエッジ形状をメモリー６１に保管するとともに出力する。
なお、一度決定した解析エリアＡ１，Ａ２と、これに応じて設定した解析条件は、メモリー６１に保管することで、同じ測定対象すなわち工具刃先３１ａに対して再利用することも可能となる。

図７を参照して、加工方法の概要について説明する。まず、目標とする面形状の読み込みを行う（ステップＳ１）。この面形状は、ワークＷから光学素子の成形型を作成する場合、光学素子の光学面形状に相当するものとなる。次に、加工工具３１をＹＺ軸ステージ３０のスピンドル部３２にセットする（ステップＳ２）。その後、スピンドル部３２をＹＺ軸ステージ３０とともに＋Ｙ方向に大きく移動させることにより加工工具３１を測定装置本体５０内の計測位置に配置し、工具刃先３１ａの形状測定を行う（ステップＳ３）。この際、図５で説明したように、工具刃先３１ａを回転させた輪郭（回転形状）が測定され、これらのデータが合成又はマージされる。次に、加工工具３１又は工具刃先３１ａを移動させる軌跡のデータを作成する（ステップＳ４）。この際、工具刃先３１ａを回転させた輪郭形状を移動させた軌跡の最外縁が目標とする転写面形状になるようにする。次に、ワークＷを定盤１０のワーク取付部１１にセットする（ステップＳ５）。その後、スピンドル部３２をＹＺ軸ステージ３０とともに−Ｙ方向に大きく移動させることにより、加工工具３１を測定装置本体５０内の加工位置に戻し、加工工具３１によってワークＷに対する実加工を行う（ステップＳ６）。この際、スピンドル部３２に固定された加工工具３１を軸ＡＸのまわりに高速で回転させつつ、ステップＳ４で得た軌跡のデータに従ってＸ軸ステージ２０及びＹＺ軸ステージ３０を動作させ、スピンドル部３２とともに加工工具３１を既定の軌跡に従って移動させる。これにより、ワークＷ上に形状転写面Ｗａが形成される。その後、ワークＷの形状転写面Ｗａの面形状を計測し誤差を評価する（ステップＳ７）。次に、ステップＳ４で作成した加工工具３１を移動させる軌跡データを修正する（ステップＳ８）。次に、ワークＷを定盤１０のワーク取付部１１に再度セットする（ステップＳ９）。最後に、ステップＳ８で修正された軌跡データに基づいてＹＺ軸ステージ３０を適宜動作させ、ワークＷに対する実加工を再度行う（ステップＳ１０）。

以上では、形状転写面Ｗａの計測やワークＷの再加工を一度で終えているが、これらを複数回繰り返すこともできる。また、加工工具３１の計測は、ワークＷの加工ごとに行うこともできるが、所定枚数のワークＷの加工ごとに行う設定とすることもできる。

本実施形態の測定装置１５０では、演算処理装置６０の条件設定部６４が表裏で工具刃先３１ａの形状が異なる場合に複数の解析エリアＡ１，Ａ２についてそれぞれ異なる解析条件を設定するので、加工工具３１先端の形状計測に誤差が生じにくい。なお、本測定装置１５０では、カメラ（センサー）５１を軸ＡＸに対する一方向からの検出結果を解析するので、カメラ（センサー）５１や演算処理装置６０を含む測定装置１５０を簡潔化することができ、測定処理を簡素化することができる。

以上、実施形態に係る測定装置や測定方法について説明したが、本発明に係る測定装置又は方法は、上記のものには限られない。

例えば、加工工具３１の種類や工具刃先３１ａの形状は、上記実施形態に例示するものに限らず様々なものを用いることができる。つまり、測定装置１５０による計測対象の加工工具３１としては、上述したボールエンドミルに限らず、フラットエンドミル、ラジアスエンドミル、総形エンドミル等であってもよい。また、加工工具３１の工具刃先３１ａは、１枚刃に限らず、図８（Ａ）に示す２枚刃３１ｐからなるもの、図８（Ｂ）に示す４枚刃３１ｑからなるもの、図８（Ｃ）に示す３枚刃３１ｒからなるもの等とすることができる。図８（Ａ）に示す２枚刃３１ｐの場合、工具刃先３１ａを１８０°回転させることで工具刃先３１ａについて表裏の形状測定が可能になる。図８（Ｂ）に示す４枚刃３１ｑの場合、工具刃先３１ａを９０°ずつ４回（初期位置を除くと３回）回転させることで工具刃先３１ａについて表裏の形状測定が可能になる。図８（Ｃ）に示す３枚刃３１ｑの場合、工具刃先３１ａを６０°ずつ６回（初期位置を除くと５回）回転させることで工具刃先３１ａについて表裏の形状測定が可能になる。最外周データは、上記測定及び解析によって得た輪郭形状のうち最も外側のものとなる。
なお、図８（Ａ）〜８（Ｃ）に示す刃３１ｐ，３１ｑ，３１ｒの場合、エッジの少なくとも一方に曲線形状を有するものとなっている。

図９は、図５に示す測定方法の変形例の測定方法を説明するフローチャートである。この場合、加工工具３１を回転させながらカメラ５１からの画像を取り込む（ステップＳ１１２）。この場合、カメラ５１の露光時間を比較的長くしている。シャッターを開いている間に加工工具３１が回転するため、得られる画像は回転時の残像となる。こうすることで、何枚も画像を撮って重ねあわせたものと同様の効果を１回の撮影で得ることができる。よって、次のステップＳ１１３で抽出されるエッジデータは、工具刃先３１ａを軸ＡＸのまわりに回転させた最大の輪郭形状を示す残像となっている。また、ステップＳ１１４で保存されるエッジデータは、工具刃先３１ａの最外周データとなっている。

以上では、カメラ（センサー）５１を用いて工具刃先３１ａの形状的な情報を検出しているが、エリアスキャン機構を備えた非接触の測長センサーを用いて工具刃先３１ａの形状的な情報を検出することもできる。

以上では、中心軸ＣＸを挟んで対称的な２つの解析エリアＡ１，Ａ２を設けたが、工具刃先３１ａの形状によっては、中心軸ＣＸを挟んでそれぞれ２つ以上の解析エリアを設けてもよい。

また、工具刃先３１ａを回転させつつコマ撮りした画像データを取得する代わりに、工具刃先３１ａの回転角を制御して特定の角度に配置することもできる。この場合、工具刃先３１ａの回転角は、スピンドル部３２に組み込まれたロータリーエンコーダー等からの角度データを用いて監視することができる。

１０…定盤、 １１…ワーク取付部、 ２０…Ｘ軸ステージ、 ３０…ＹＺ軸ステージ、 ３１…加工工具、 ３１ａ…工具刃先、 ３１ｆ…刃、 ３１ｇ…峰、 ３１ｊ…面取り部、 ３２…スピンドル部、 ４０…加工部駆動制御装置、 ５０…測定装置本体、 ５１…カメラ、 ５２…照明装置、 ６０…演算処理装置、 ６１…メモリー、 ６４…条件設定部、 １００…加工装置、 １５０…測定装置、 Ａ１，Ａ２…解析エリア、 ＡＸ…軸、 ＣＸ…中心軸、 ＤＡ…検出領域、 Ｅ１，Ｅ２…エッジ、 ＭＸ…観察軸、 Ｗ…ワーク

Claims (9)

1. 所定の軸のまわりに回転させて使用される加工工具について、形状的な情報を検出するセンサーを用いて前記所定の軸に対する一方向からの検出結果を解析することにより、工具刃先の輪郭形状を取得する輪郭取得部と、
   工具刃先を前記所定の軸のまわりに反転させた表裏に関して形状的な情報を検出するため、前記センサーの検出領域において工具刃先の輪郭に対応する複数の解析エリアを設定するエリア設定部と、
   前記所定の軸のまわりに反転させた表裏で工具刃先の形状が異なる場合に、前記エリア設定部によって設定された前記複数の解析エリアについてそれぞれ異なる解析条件を設定する条件設定部と
   を備えることを特徴とする加工工具の測定装置。
2. 前記条件設定部は、前記所定の軸のまわりに反転させた表裏で工具刃先の形状が異なるとともに工具刃先の輪郭形状が前記所定の軸を挟んで非対称となる場合に、前記エリア設定部によって設定された前記複数の測定エリアにそれぞれ異なる解析条件を設定することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記エリア設定部は、前記所定の軸を挟んだ対称的な領域に前記解析エリアを設定することを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
4. 加工装置上に設置可能であり、加工工具を加工セッティング状態にして測定が行えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定装置。
5. 工具刃先の形状がテーパー形状を有することによって、前記所定の軸のまわりに反転させた表裏で形状が異なり、非対称になるものを測定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の測定装置。
6. 工具刃先の形状が曲線形状を有することによって、前記所定の軸のまわりに反転させた表裏で形状が異なり、非対称になるものを測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の測定装置。
7. 所定の軸のまわりに回転させて使用される加工工具について、形状的な情報を検出するセンサーを用いて前記所定の軸に対する一方向からの検出結果を解析することにより、工具刃先の輪郭形状を計測する測定方法であって、
   工具刃先を前記所定の軸のまわりに反転させた表裏に関して、工具刃先の輪郭形状を取得する工程と、
   前記センサーの検出領域において工具刃先の輪郭に対応する複数の解析エリアを設定する工程と、
   前記所定の軸のまわりに反転させた表裏で工具刃先の形状が異なる場合に、前記複数の解析エリアにそれぞれ異なる解析条件を設定する工程とを備えることを特徴とする加工工具の測定方法。
8. 工具刃先の輪郭形状を取得する工程は、前記所定の軸を仮決めする工程と、加工工具を前記所定の軸のまわりに回転させた際の最外周データを取得する工程と、前記最外周データから前記所定の軸を本決定する工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
9. 前記複数の解析エリアで得た形状的な情報を当該複数の解析エリアごとに設定された解析条件で解析して得た輪郭情報を合成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項７及び８のいずれか一項に記載の測定方法。

Images