JP2016040531A - 加工工具の測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の軸まわりに回転させて使用される加工工具の刃先の輪郭形状を正確に計測する加工工具の測定方法及び当該測定方法に用いる測定装置を提供すること。
【解決手段】静止状態における加工工具３１の先端刃部３１ｂの輪郭形状を、比較的安価な構成により短時間で高精度に測定することができる。このような静止状態における計測条件を流用するならば、先端刃部３１ｂが加工回転数で回転する場合の輪郭形状の計測が比較的容易になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂その他の材料を成形するための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方法及び測定装置に関する。

マシニングセンタ等の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、上記のような機上計測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。

特許文献１には、工具ホルダーに設けた平面取りからなる基準面及び円柱面の半径方向の寸法から、基準面と円柱面との境界位置の角度を推定し、工具ホルダー（工具）の回転方向の位置決めを行うものが提案されている。

また、特許文献２には、予め撮像カメラを工具と正対したときに焦点が合うように配置し、工具を回転させながら連続撮影し、焦点が合った画像を正対位置の画像として合焦画像を合成し、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、特許文献１の方法では、高精度な測定機と高精度な回転駆動機構とにより位置決めを行うため、比較的高価な構成となるという問題がある。また、接触式の測定機を使用した場合は、通常測定時間が長くなるという問題がある。

また、特許文献２の方法では、回転状態で測定するため、高倍率のレンズで刃先を分割撮像する場合には、画像毎に回転方向の位置を合わせることが困難である。また、正対したか否かの判断基準がコントラストであるため、刃先の観察面がテーパー状の場合には、その形状の影響を受けて測定誤差が生じやすくなるという問題がある。

特許第４５４９３３２号公報 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、所定の軸まわりに回転させて使用される加工工具の先端刃部の輪郭形状を正確に計測する加工工具の測定方法及び当該測定方法に用いる測定装置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、上記所定の軸の側方の一方から撮影した画像を解析することにより、先端刃部の輪郭形状を計測する加工工具の測定方法であって、先端刃部を上記所定の軸のまわりに反転させた表裏に関して先端刃部の輪郭形状を取得する際に、静止状態で加工工具のシャンク部に設けた先端刃部との角度関係が既知の平面取り部に位置決め用の治具を当接させ、当該位置決め用の治具を所定の軸のまわりに回転させる回転機構により先端刃部を投影面積が最大となる正対位置へ回転させる。

上記測定方法では、静止状態における加工工具の先端刃部の輪郭形状を、比較的安価な構成で、短時間で高精度に測定することができる。このような静止状態における計測条件を流用するならば、先端刃部が加工回転数で回転する場合の輪郭形状の計測が比較的容易になる。なお、静止状態における加工工具の計測に際しては、平面取り部と加工工具のシャンク部に設けた先端刃部との角度が既知であり、かつ位置決め用の治具の回転機構により正対位置を予め設定可能であるため、当該平面取り部に位置決め用の治具を当接させるだけで正対位置における先端刃部の輪郭形状を簡単かつ正確に測定することができる。

本発明の具体的な側面によれば、上記測定方法において、位置決め用の治具は、バネに支持されて所定の軸に垂直な方向に付勢するようにシャンク部に当接する当接部を有する。この場合、静止状態で上記所定の軸に垂直な方向への安定した微小な付勢力を付与することができる。また、上記所定の軸に対する回転力を効率良く発生させることができる。

本発明の別の側面によれば、治具に変位検出器を設け、当該変位検出器の出力に基づいて当接部による付勢力を調節する。この場合、変位検出器の出力をフィードバックすることにより、安定した微小な付勢力を設定することができる。

本発明のさらに別の側面によれば、先端刃部の表裏の一方が他方に対して傾斜したテーパー状である。この場合、上述の測定方法を用いることにより、加工工具が正対したか否かの判断に際してコントラストを用いる必要がなくなるので、刃先要素の表裏の一方がテーパー状であっても誤差を低減できる。

本発明のさらに別の側面によれば、静止状態における先端刃部の輪郭形状を基準として加工回転数で回転する工具先端部の輪郭形状を測定する。この場合、加工回転数での工具軸振れ量等に起因する測定誤差を低減することができ、高精度の加工が可能になる。

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、上記所定の軸の側方の一方から撮影した画像を解析することにより、先端刃部の輪郭形状を取得する輪郭取得部と、先端刃部を上記所定の軸のまわりに反転させた表裏に関して先端刃部の輪郭形状を取得する際に、静止状態で加工工具のシャンク部に設けた先端刃部との角度が既知の平面取り部に当接させる位置決め用の治具と、当該位置決め用の治具を介して、先端刃部の投影面積が最大となる正対位置へ回転させる回転機構とを備える。

上記測定装置では、静止状態における加工工具の先端刃部の輪郭形状を、比較的安価な構成で、短時間で高精度に測定することができる。このような静止状態における計測条件を流用するならば、先端刃部が加工回転数で回転する場合の輪郭形状の計測が比較的容易になる。

本発明の具体的な側面によれば、上記測定装置において、輪郭取得部は、静止状態における先端刃部の輪郭形状を基準として加工回転数で回転する先端刃部の輪郭形状を取得する。

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の加工装置の一部を説明する斜視図である。 図２の一部を拡大した斜視図である。 測定装置を説明する概念図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、先端刃部の形状を説明する図であり、（Ｃ）は、先端刃部を回転させた場合の輪郭を説明する図であり、（Ｄ）は、加工回転数で回転する加工工具で工具軸がぶれる等の現象が生じた場合の輪郭を説明する図である。 （Ａ）は、先端刃部の表側面が回転軸のまわりに若干傾いている場合を示し、（Ｂ）は、先端刃部の表側面が正対している場合を示し、（Ｃ）は、先端刃部の側面を示している。（Ｄ）は、加工工具を先端側から見た図である。 測定方法を説明するフローチャートである。 （Ａ）〜（Ｄ）は、測定方法の全体を模式的に説明する図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、測定方法の一部を説明する図である。 加工方法を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る測定装置及び方法等について具体的に説明する。

図１に示すように、実施形態に係る測定方法を実施するための加工装置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、位置決め装置６１，６２と、演算処理装置９０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、測定に際して加工工具３１の刃先を位置決めする位置決め装置６１，６２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及び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９０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、カメラ５１と照明装置５２とは、Ｘ軸方向に離間して配置され、これらの間に測定空間ＳＭが形成されている。カメラ５１と照明装置５２とは、共通の台座５０ａ上に固定され、この台座５０ａ上には、一対の位置決め装置６１，６２も固定されている。両位置決め装置６１，６２は、上記測定空間ＳＭを挟んで対向し、Ｙ軸方向に互いに離間して配置されている。

図２及び図４に示すカメラ５１は、画像取得用のセンサーであり、演算処理装置９０の指示に従って所定のタイミングで動作し、工具先端部３１ａの撮影を行う。カメラ５１による撮影又は観察は、工具先端部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、工具先端部３１ａを通ってＸ方向に平行に延び、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。カメラ５１は、ズーミングによって所望の拡大率で対象を撮影することができ、撮影箇所をシフトさせることもできる。照明装置５２は、工具先端部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、工具先端部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、工具先端部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。

図２及び図３に示す第１位置決め装置６１は、静止状態の工具先端部３１ａ（又は後述する先端刃部３１ｂ）を位置決めするための治具６３と、治具６３を支持して静止状態の工具先端部３１ａの姿勢を調整するための駆動機構６４とを有する。治具６３は、板状の本体部分６３ａと、加工工具３１のシャンク部３１ｃに設けた平面取り部３１ｋに当接する当接部６３ｂと、本体部分６３ａに支持されて当接部６３ｂをシャンク部３１ｃ側に付勢する一対のバネ６３ｃとを有する。本体部分６３ａと当接部６３ｂとバネ６３ｃとは、金属製の一体品である。当接部６３ｂは、平板状の部材であり、外力が加えられない場合、本体部分６３ａに対して一定の間隔だけ離間した状態に保たれるが、Ｙ軸方向に外力が加えられた場合、±Ｙ方向に平行に微小変位する。当接部６３ｂの表側の当接面６３ｆは平坦であり、鉛直方向に平行に延びている。当接部６３ｂがシャンク部３１ｃ側に付勢されると、当接面６３ｆは平面取り部３１ｋに密着する。なお、バネ６３ｃは、本体部分６３ａに沿って往復するように延びており、適度な弾性が確保されるようになっている。これにより、スピンドル部３２が加工工具３１の回転を許容する状態に設定されている場合、当接部６３ｂにならって加工工具３１が回転する。つまり、治具６３の回転姿勢に加工工具３１の回転姿勢を追従させることができる。

駆動機構６４は、位置決め駆動部７０に駆動されて、治具６３をＹ軸方向に進退させることができ、治具６３のＺ軸方向の高さ位置を調整することもできる。さらに、駆動機構６４は、位置決め駆動部７０（図１参照）に駆動されて、鉛直のＺ軸のまわりの治具６３の回転姿勢を調整することができ、当接部６３ｂを工具先端部３１ａのシャンク部３１ｃに当接させた状態で微小な揺動が可能になっている。これにより、工具先端部３１ａの回転姿勢の微調整が可能になる。つまり、駆動機構６４は、工具先端部３１ａを回転させる軸ＡＸのまわりに治具６３を回転させる回転機構として機能する。

治具６３に設けた当接部６３ｂの近傍には、変位検出器である静電容量センサー６６が取り付けられている。静電容量センサー（変位検出器）６６は、位置決め駆動部７０に駆動されて、当接部６３ｂの位置を検出する。静電容量センサー６６は、本体部分６３ａから例えば当接部６３ｂまでの距離に応じた信号を出力する。位置決め駆動部７０は、静電容量センサー６６の出力を利用して駆動機構６４の動作（つまり治具６３の配置）を制御する。これにより、バネ６３ｃによる当接部６３ｂの平面取り部３１ｋに対する付勢力が過度にならないように制御でき、当接部６３ｂの平面取り部３１ｋに対する付勢力が略一定に保たれるような制御も可能になる。

第２位置決め装置６２は、第１位置決め装置６１と同様の構造を有し、静止状態の工具先端部３１ａ（又は後述する先端刃部３１ｂ）を位置決めするための治具６３と、治具６３を支持して静止状態の工具先端部３１ａの姿勢を調整するための駆動機構６４とを有し、駆動機構６４は回転機構を内蔵している。第２位置決め装置６２の治具６３及び駆動機構６４の構造、機能等は、第１位置決め装置６１のものと同様であるので説明を省略する。第２位置決め装置６２を用いることで、工具先端部３１ａを正確に反転させることができる。つまり、第１位置決め装置６１によって工具先端部３１ａを位置決めした場合、工具先端部３１ａの表側を計測でき、第２位置決め装置６２によって工具先端部３１ａを位置決めした場合、工具先端部３１ａの裏側を計測できる。

図５（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。工具先端部３１ａの先端刃部３１ｂは、三角板状の外形を有し、刃先３１ｆと峰３１ｇとを有する。刃先３１ｆは、正面又は裏面から見て先端が湾曲したテーパー形状を有し、直線部３１ｈと切れ刃３１ｉとを含む。図５（Ａ）では、先端刃部３１ｂの回転角が０°で表側になっている場合が示され、図５（Ｂ）では、先端刃部３１ｂの回転角が１８０°で裏側になっている場合が示されている。図からも明らかなように、先端刃部３１ｂは、軸ＡＸのまわりに反転させた表裏でその輪郭形状が軸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５（Ａ）に示す表側の刃先画像と、図５（Ｂ）に示す裏側の刃先画像とを取り込んで輪郭形状の計測や解析を行う。図５（Ｃ）に示すように、加工工具３１を主軸である軸ＡＸのまわりに回転させた輪郭は半球状ではなく端部が平坦なものとなっている。これは、刃先３１ｆのＲ中心が軸ＡＸから距離ｄだけ外れて配置されていることに起因する。本実施形態では、刃先３１ｆのＲ中心が軸ＡＸから外れて配置されることを許容しつつ、先端刃部３１ｂを回転させた輪郭形状（回転形状とも呼ぶ）を正確に把握することで、目標とする形状の加工を可能にする。ただし、図５（Ａ）及び５（Ｂ）に示す画像を検出しても、加工工具３１を実際に回転動作させた場合、主軸である軸ＡＸの振れや傾きが生じる場合があり、このような場合、先端刃部３１ｂを回転させた輪郭形状を正確に把握できなくなる。図５（Ｄ）は、先端刃部３１ｂが目標とする基準の加工回転数で回転している状態を想定している。この場合、主軸は、静止状態の軸ＡＸから振れが生じて軸ＡＸ'にシフトしており、先端刃部３１ｂも傾いている。図面では、変動後の軸ＡＸの振れをａで示し、先端刃部３１ｂの傾きによる幅増加をｂで示している。この場合、先端刃部３１ｂを回転させた輪郭形状は広がっており、これを基準として、回転する加工工具３１を移動させて切削加工を行う際の軌跡を設定することが望ましい。

以上の測定装置本体５０と位置決め装置６１，６２とは、演算処理装置９０、加工部駆動制御装置４０、及び位置決め駆動部７０と組み合わされて、工具先端部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６（Ａ）は、工具先端部３１ａの先端刃部３１ｂがカメラ５１に対して軸ＡＸのまわりに若干回転して傾いた静止状態を示しており、図６（Ｂ）は、工具先端部３１ａの先端刃部３１ｂがカメラ５１に対して正対した静止状態を示している。このように、先端刃部３１ｂの面積（投影面積ともいう）は、カメラ５１に正対した状態で最も大きくなり、この状態で先端刃部３１ｂを撮影するならば、先端刃部３１ｂの回転角が０°で表側になっている状態（図５（Ａ））をより正確に撮影することができ、同様にして、先端刃部３１ｂの回転角が１８０°で裏側になっている状態（図５（Ｂ））もより正確に撮影することができる。
図６（Ｃ）は、先端刃部３１ｂを横方向から見た図であり、表面３１ｓが上方に対応するＺ軸に平行な鉛直方向に延びるのに対し、裏面３１ｒが上方に対応するＺ軸に平行な鉛直方向に対して僅かに傾斜した方向に延びている。つまり、先端刃部３１ｂの表裏の一方が他方に対して傾斜したテーパー状となっている。この場合、表面３１ｓで輪郭形状の測定や判断が容易であっても、裏面３１ｒについては、輪郭形状の計測や判別が容易でなくなる事態も生じやすい。
図６（Ｄ）は、加工工具３１を工具先端部３１ａ側から観察した状態を説明する図である。先端刃部３１ｂの表面３１ｓや裏面３１ｒは、シャンク部３１ｃの平面取り部３１ｋに対して直交する方向に延びており、表面３１ｓの平面取り部３１ｋに対する角度θは、略９０°となっている。角度θは、既知であればよく、治具６３の回転可能な角度範囲にもよるが、正確に９０°である必要はない。

図１に戻って、演算処理装置９０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や位置決め装置６１，６２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９０は、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先端刃部３１ｂ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９０は、予め静止状態の先端刃部３１ｂを計測して計測条件を適正化し、その後に先端刃部３１ｂを実際に回転させた輪郭形状（回転形状）を計測する。このようにして得た回転体として先端刃部３１ｂの輪郭形状に基づいて、先端刃部３１ｂ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７等を参照して、先端刃部３１ｂ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。

最初に、図８（Ａ）及び図９（Ａ）に示すように、先端刃部３１ｂの第１面側（表側）がカメラ５１に向くように、加工工具３１を大まかに配置する（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を適宜回転させ、先端刃部３１ｂの表面３１ｓが概ねカメラ５１に向くように仮決めする。この際、演算処理装置９０のディスプレイに表示されるカメラ５１によるモニタ画像を利用して先端刃部３１ｂの回転位置を確認し、修正することができる。

次に、図９（Ｂ）に示すように、図１の演算処理装置９０は、位置決め駆動部７０を介して第１位置決め装置６１を動作させ、治具６３を測定空間ＳＭ側つまり−Ｙ側に前進させることにより、治具６３の当接部６３ｂを加工工具３１のシャンク部３１ｃに弾性的に当接させ、図８（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示すように、先端刃部３１ｂの表面３１ｓがカメラ５１に向くように暫定的な位置決めを行う（ステップＳ１２）。この際、当接部６３ｂのシャンク部３１ｃに対する付勢力又は押圧力が過度にならないように、静電容量センサー６６よって治具６３の突出量を監視する。

次に、演算処理装置９０は、カメラ５１によって撮影した静止状態の先端刃部３１ｂの画像を演算処理装置９０に取り込んでメモリー９１に保存するとともに、所定の画像処理を行ってエッジデータを抽出する（ステップＳ１３）。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。以上の処理により、工具先端部３１ａ又は先端刃部３１ｂの画像と、この画像を輪郭化した線データその他の輪郭情報とが得られ、この情報はメモリー９１に保管される。この際、カメラ５１のフォーカシング状態もチェックされ、計測条件の一部としてメモリー９１に保管される。

次に、演算処理装置９０は、ステップＳ１３で得た輪郭情報に基づいて静止状態の先端刃部３１ｂの面積を評価する（ステップＳ１４）。輪郭情報に例えば線データが含まれる場合、線データに囲まれた領域の面積で判断することが考えられる。この際、先端刃部３１ｂの先端から軸ＡＸ方向に一定距離の端部のみを面積評価の対象とすることができる。さらに、先端刃部３１ｂの先端から軸ＡＸ方向に一定距離の線分の長さ（横幅）をもって面積に相当する値として評価に利用することもできる。

次に、演算処理装置９０は、ステップＳ１４で得た先端刃部３１ｂの面積が最大と認められるか否かを判断する（ステップＳ１５）。この場合、直前のステップＳ１３で得た先端刃部３１ｂの面積が最大と認められる場合に限らず、これまでに評価した面積から最大値が得られているか否かを判断する。例えば、これまでに評価した面積が徐々に増加してピークを越えたと判断した場合、カメラ５１で観察される先端刃部３１ｂの面積が最大となって、先端刃部３１ｂが表側でカメラ５１に正対したと考える。この場合、先端刃部３１ｂの表面３１ｓは、観察軸ＭＸ又はＸ軸に直交した状態となっている。

次に、図９（Ｄ）に示すように、演算処理装置９０は、位置決め駆動部７０を介して駆動機構６４を動作させ、治具６３のＺ軸のまわりの角度を修正する（ステップＳ１６）。この際、治具６３を回転させる方向及び角度は、特定の方向に一定の微小角度単位とする。なお、直前のループのステップＳ１３で得た先端刃部３１ｂの面積がその前のループのステップＳ１３で得た先端刃部３１ｂの面積よりも小さい場合、治具６３を微小角度回転させる方向を反転させるといった処理も可能である。

以上のステップＳ１３〜Ｓ１６は、先端刃部３１ｂの面積が最大となる条件が見つかるまで繰り返される。その際、ステップＳ１３で得た表面３１ｓの画像は、メモリー９１に徐々に蓄積される。面積が最大の画像や輪郭情報にはタグが付される。ステップＳ１５で先端刃部３１ｂの最大面積を確認してステップＳ１３〜Ｓ１６のループから出る際には、第１位置決め装置６１の治具６３を測定空間ＳＭから後退させる。
なお、以上では、先端刃部３１ｂの表側の面積が最大となるような探索を行うことが前提であったが、予め治具６３の回転角度範囲を定め、その範囲内で所定の微小角度刻みで治具６３を回転させるといった手法も可能である。
先端刃部３１ｂの面積が最大となるような探索は、手動で行うこともでき、この場合、カメラ５１で取得した画像を目視しつつ面積が最大となったと思われる状態で画像を取り込むこともできる。

次に、図８（Ｃ）に示すように、先端刃部３１ｂの第２面側（裏側）がカメラ５１に向くように、加工工具３１を大まかに配置する（ステップＳ２１）。つまり、加工工具３１を適宜回転させ、先端刃部３１ｂの裏面３１ｒが概ねカメラ５１に向くように仮決めする。

次に、演算処理装置９０は、位置決め駆動部７０を介して第２位置決め装置６２を動作させ、治具６３を測定空間ＳＭ側つまり＋Ｙ側に前進させることにより、治具６３の当接部６３ｂを加工工具３１のシャンク部３１ｃに弾性的に当接させ、図８（Ｄ）に示すように、先端刃部３１ｂの裏面３１ｒがカメラ５１に向くように角度の調整を行（ステップＳ２２〜Ｓ２６）。つまり、裏面３１ｒがカメラ５１に向くように角度の暫定的な調整を行う。

次に、カメラ５１によって静止状態の先端刃部３１ｂの画像を撮影しメモリー９１に保存するとともに、所定の画像処理を行ってエッジデータを抽出する（ステップＳ２３）。その後、ステップＳ２３で得た輪郭情報に基づいて静止状態の先端刃部３１ｂの面積を評価し（ステップＳ２４）、ステップＳ２４で得た先端刃部３１ｂの面積が最大と認められるか否かを判断する（ステップＳ２５）。次に、治具６３のＺ軸のまわりの角度を修正する（ステップＳ２６）。
以上のステップＳ２３〜Ｓ２６は、先端刃部３１ｂの面積が最大となる条件が見つかるまで繰り返される。その際、ステップＳ２３で得た裏面３１ｒの画像は、メモリー９１に徐々に蓄積される。面積が最大の画像や輪郭情報にはタグが付される。ステップＳ２５で先端刃部３１ｂの最大面積を確認してステップＳ２３〜Ｓ２６のループから出る際には、第２位置決め装置６２の治具６３を測定空間ＳＭから後退させる。
なお、以上では、先端刃部３１ｂの裏側の面積が最大となるような探索を行っているが、予め治具６３の回転角度範囲を定め、その範囲内で所定の微小角度刻みで治具６３を回転させるといった手法も可能である。

次に、演算処理装置９０は、繰り返されるステップＳ１３，Ｓ２３のいずれかで得た正対状態での輪郭情報や計測条件に基づいて、先端刃部３１ｂを回転させながら輪郭形状を計測するための計測条件の設定を行う（ステップＳ３１）。この際、画像を取得するエリアやズーミングの程度設定され、エッジ検出の閾値等が調整される。これにより、回転体としての工具先端部３１ａ又は先端刃部３１ｂの画像や輪郭形状の取得が容易でより正確なものとなる。

その後、演算処理装置９０は、加工部駆動制御装置４０を介してＹＺ軸ステージ３０等に支持されたスピンドル部３２を動作させ、加工工具３１を加工時と同様の回転速度（つまり加工回転数）で回転させる（ステップＳ３２）。

次に、演算処理装置９０は、カメラ５１によって回転する刃先要素３１ｂの連続画像を撮影し、この画像を演算処理装置９０に取り込んでメモリー９１に保存するとともに、所定の画像処理を行ってエッジデータを抽出する（ステップＳ３３）。エッジ抽出に際しては、制止撮影の場合（ステップＳ１３）と同様に、公知の画像処理技術を用いることができる。回転する刃先要素３１ｂの輪郭を計測する所謂残像方式は、計測条件の設定が容易でないが、ステップＳ１３，Ｓ２３で得た正対状態での輪郭情報や計測条件を活用することで、高い信頼性と精度を有する計測が可能になる。

最後に、演算処理装置９０は、ステップＳ３３で取得した加工工具３１の輪郭形状をメモリー９１に保管するとともに出力する。

以上では、加工工具３１に対する初回の測定を前提としたが、加工工具３１に対する２回目以降の測定では、位置決め装置６１，６２の動作を位置決め駆動部７０、演算処理装置９０等に記憶させておき、ステップＳ１３〜Ｓ１６やＳ２３〜Ｓ２６を簡潔化できる。つまり、先端刃部３１ｂについて最大面積を得た治具６３の姿勢を記憶して再現させ当接させればよい。治具６３による先端刃部３１ｂの回転位置の調整精度の再現性は高いと考えられることによる。

なお、以上では、エッジ抽出ついて詳細な説明を省略したが、エッジ抽出に際して予め解析領域を設定して処理の確実性や精度を向上させることができる。エッジ抽出の解析領域については、解析領域毎に解析条件を設定することもできる。ここで、解析条件には、エッジ検出閾値の上限値及び又は下限値を含むグレースケール閾値が含まれる。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。

図１０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製する場合、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Ｘ軸ステージ２０に沿って＋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、工具先端部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、工具先端部３１ａを加工回転数で回転させた輪郭形状（回転形状）が測定される。次に、加工工具３１又は工具先端部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、工具先端部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方向に適宜動作させることにより、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の加工毎に行うこともできるが、所定枚数のワークＷの加工毎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、静止状態における加工工具３１の先端刃部３１ｂの輪郭形状を、比較的安価な構成により短時間で高精度に測定することができる。このような静止状態における計測条件を流用するならば、先端刃部３１ｂが加工回転数で回転する場合の輪郭形状の計測が比較的容易になる。

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。

上記実施形態では、工具先端部３１ａを加工回転数で回転させた輪郭形状（回転形状）を測定して加工工具３１の軌跡を決定しているが、上記輪郭形状に基づいて軸ＡＸの振れや工具先端部３１ａの傾きを算出し、工具先端部３１ａの姿勢修正にフィードバックすることもできる。

上記実施形態では、工具先端部３１ａを加工回転数で回転させた輪郭形状（回転形状）を測定して加工工具３１の軌跡を決定しているが、ステップＳ１３，２３で得たエッジデータに基づいて輪郭形状（回転形状）を計算することもできる。

１０…定盤、 １１…ワーク取付部、 ２０…Ｘ軸ステージ、 ３０…ＹＺステージ、 ３１…加工工具、 ３１ａ…工具先端部、 ３１ｂ…先端刃部、 ３１ｃ…シャンク部、 ３１ｋ…平面取り部、 ３１ｒ…裏面、 ３１ｓ…表面、 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、 ６１，６２…位置決め装置、 ６３…治具、 ６３ａ…本体部分、 ６３ｂ…当接部、 ６３ｃ…バネ、 ６３ｆ…当接面、 ６４…駆動機構、 ６６…静電容量センサー、 ７０…駆動部、 ９０…演算処理装置、 ９１…メモリー、 １００…加工装置、 １５０…測定装置、 ＡＸ…軸、 ＭＸ…観察軸、 ＳＭ…測定空間、 Ｗ…ワーク、 Ｗａ…形状転写面

Claims (7)

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、前記所定の軸の側方の一方から撮影した画像を解析することにより、先端刃部の輪郭形状を計測する加工工具の測定方法であって、
   前記先端刃部を前記所定の軸のまわりに反転させた表裏に関して前記先端刃部の輪郭形状を取得する際に、静止状態で加工工具のシャンク部に設けた前記先端刃部との角度関係が既知の平面取り部に位置決め用の治具を当接させ、当該位置決め用の治具を前記所定の軸のまわりに回転させる回転機構により前記先端刃部を投影面積が最大となる正対位置へ回転させることを特徴とする加工工具の測定方法。
2. 前記位置決め用の治具は、バネに支持されて前記所定の軸に垂直な方向に付勢するように前記シャンク部に当接する当接部を有することを特徴とする請求項１に記載の加工工具の測定方法。
3. 前記治具に変位検出器を設け、当該変位検出器の出力に基づいて前記当接部による付勢力を調節することを特徴とする請求項２に記載の加工工具の測定方法。
4. 前記先端刃部の表裏の一方が他方に対して傾斜したテーパー状であ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加工工具の測定方法。
5. 前記静止状態における前記先端刃部の輪郭形状を基準として加工回転数で回転する先端刃部の輪郭形状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加工工具の測定方法。
6. 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、前記所定の軸の側方の一方から撮影した画像を解析することにより、先端刃部の輪郭形状を取得する輪郭取得部と、
   前記先端刃部を前記所定の軸のまわりに反転させた表裏に関して前記先端刃部の輪郭形状を取得する際に、静止状態で加工工具のシャンク部に設けた前記先端刃部との角度関係が既知の平面取り部に当接させる位置決め用の治具と、
   前記位置決め用の治具を介して、前記先端刃部を投影面積が最大となる正対位置へ回転させる回転機構とを
   備える加工工具の測定装置。
7. 前記輪郭取得部は、前記静止状態における前記先端刃部の輪郭形状を基準として加工回転数で回転する先端刃部の輪郭形状を取得することを特徴とする請求項６に記載の加工工具の測定装置。

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