JP2019171548A

JP2019171548A - 撮像システム

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Publication number: JP2019171548A
Application number: JP2018065533A
Authority: JP
Inventors: 孝平栗原; Kohei Kuribara; 和生佐藤; Kazuo Sato
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: CN110315393B; JP6697503B2; CN110315393A; DE102019204147A1; US20190306418A1; US10645280B2

Abstract

【課題】ラインセンサカメラにより均一な画像を取得可能な撮像システムを提供すること。【解決手段】撮像システム１は、径の異なる複数の円周面Ｗ１，Ｗ２を軸方向Ｄ１に並ぶように有し、主軸を中心に回転する加工中のワークＷを、主軸に直交する方向Ｄ２から軸方向Ｄ１の全体が収まるように撮影するラインセンサカメラ４と、ラインセンサカメラ４のスキャンレートＳを、複数の円周面Ｗ１，Ｗ２の径の各々に対応する値に変更するスキャンレート変更部２０と、を備え、ラインセンサカメラ４は、複数の円周面Ｗ１，Ｗ２の各々に対応させて、当該円周面Ｗ１，Ｗ２の径に対応する値に変更されたスキャンレートＳで撮影する。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを撮像する撮像システムに関する。

従来、加工後のワークを、工作機械に取り付けられた状態で撮影するラインセンサカメラ（ラインスキャンカメラとも言う。）が知られている（例えば、特許文献１参照）。ラインセンサカメラは、エリアセンサカメラと比較して、連続した画像を容易に撮影可能であると共に、歪みが少ない高解像度の画像が撮影可能であるという特徴がある。このようなラインセンサカメラを用いて撮影した画像は、異物、キズ、穴、汚れ等の欠陥の検査に利用されている。

特開平０７−００１２９４号公報

ラインセンサカメラの分解能は、スキャンレートや被写体の速度に影響されるため、均一な画像を取得するためには、エンコーダと同期させる等、ある程度の準備が必要となる。また、段階的に径の異なる円周面を有するワークを撮影する場合には、ラインセンサカメラからの距離が段階的に異なったものとなるため、撮影される画像の分解能が段階的に異なり、均一な画像を取得することができない。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、ラインセンサカメラにより均一な画像を取得可能な撮像システムを提供することにある。

（１）本発明に係る撮像システム（例えば、後述する撮像システム１）は、径の異なる複数の円周面（例えば、後述する円周面Ｗ１，Ｗ２）を軸方向（例えば、後述する軸方向Ｄ１）に並ぶように有し、前記軸を中心に回転する加工中のワーク（例えば、後述するワークＷ）を、前記軸に直交する方向（例えば、後述する直交する方向Ｄ２）から前記軸方向の全体が収まるように撮影するラインセンサカメラ（例えば、後述するラインセンサカメラ４）と、前記ラインセンサカメラのスキャンレート（例えば、後述するスキャンレートＳ）を、前記複数の円周面の径の各々に対応する値に変更するスキャンレート変更部（例えば、後述するスキャンレート変更部２０）と、を備え、前記ラインセンサカメラは、前記複数の円周面の各々に対応させて、該円周面の径に対応する値に変更されたスキャンレートで撮影する。

（２）（１）の撮像システムは、複数の円周面の各々に対応させて撮影された複数の画像の各々から、該画像を撮影した前記ラインセンサカメラのスキャンレートの値に対応する径の前記円周面の部分を抽出すると共に、抽出した該円周面の部分同士を合成する画像処理部（例えば、後述する画像処理部２１）を備えていてよい。

本発明によれば、ラインセンサカメラにより均一な画像を取得可能な撮像システムを提供できる。

本発明の一実施形態に係る撮像システムの概略構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る数値制御装置の構成を示す機能ブロック図である。本発明の一実施形態に係る画像処理部の機能を説明するための図である。本発明の一実施形態に係る撮像システムの動作の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図１、図２及び図３を用いて、本実施形態に係る撮像システム１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る撮像システム１の概略構成を示す図である。図２は、本実施形態に係る数値制御装置３の構成を示す機能ブロック図である。図３は、本実施形態に係る画像処理部２１の機能を説明するための図である。

ここで、図１におけるワークＷの、径の異なる各円周面Ｗ１，Ｗ２上にそれぞれ等間隔に配置された複数の均一な真円状模様は、説明の便宜上付したものである。同様に、図３における各画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３中にそれぞれ等間隔に配置された複数の均一な真円状模様も、説明の便宜上付したものである。

図１に示す撮像システム１は、工作機械２において加工中のワークＷを撮影するシステムである。撮像システム１による撮影の対象となるワークＷは、径の異なる円周面Ｗ１，Ｗ２を、工作機械２における主軸（図示省略）の軸方向Ｄ１に並ぶように有し、当該主軸を中心に回転するものである。すなわち、ワークＷは、後述する工作機械２により大径の円柱部と小径の円柱部とが軸方向Ｄ１に並ぶような加工形状に加工され、撮像システム１はこのようなワークＷの加工形状を撮影する。

図１に示すように、本実施形態に係る撮像システム１は、工作機械２と、数値制御装置（ＣＮＣ装置）３と、ラインセンサカメラ４と、カメラ制御部５と、を備えている。
ここで、ラインセンサカメラは、ラインスキャンカメラとも呼ばれる。

工作機械２は、数値制御装置３による制御の下で、主軸（図示省略）に取り付けられたワークＷを回転させると共に、刃物台（図示省略）に取り付けられた切削工具（図示省略）をワークＷに押し当てて切削（旋削加工）を行う。

図２に示すように、数値制御装置３は、ＣＰＵ１０と、メモリ１１と、表示部１２と、入力部１３と、インタフェース１４と、バス１５と、を備えている。

ＣＰＵ１０は、撮像システム１（図１参照）を統括的に制御するプロセッサである。このＣＰＵ１０は、バス１５を介して、メモリ１１、表示部１２、入力部１３及びインタフェース１４に接続されている。メモリ１１は、ＲＯＭ１６、ＲＡＭ１７及び不揮発性メモリ１８等で構成される。表示部１２は、操作者に対して必要な情報を表示する。入力部１３は、各種指令やデータを入力するためのキーボード等である。インタフェース１４は、外部記憶媒体やホストコンピュータ等に接続されて、各種指令やデータのやり取りを行う。

ＣＰＵ１０は、スキャンレート変更部２０、画像処理部２１、判定部２２及び主軸回転数変更部２３等として機能する。

スキャンレート変更部２０は、ラインセンサカメラ４（図１参照）のスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］を、ワークＷ（図１参照）の複数の円周面Ｗ１，Ｗ２の径の各々に対応する値に変更する。具体的には、スキャンレート変更部２０は、メモリ１１に格納されているプログラムから、複数の円周面Ｗ１，Ｗ２（図１参照）の径（半径ｒ［ｍｍ］）、及び工作機械２（図１参照）における主軸の回転数ｎ［ｒｐｍ］を取得する。そして、スキャンレート変更部２０は、複数の円周面Ｗ１，Ｗ２の周速Ｖ［ｍｍ／ｓｅｃ．］＝２πｒ×ｎ／６０を計算すると共に、あらかじめ設定されているラインセンサカメラ４（図１参照）の分解能Ｒ［ｍｍ／ｐｉｘ］を用いて、スキャンレートＳ［μｓｅｃ．］＝Ｒ×１０^６／Ｖを計算する。

より詳しくは、スキャンレート変更部２０は、算出された複数の円周面Ｗ１，Ｗ２の各周速Ｖに応じて、所望の高分解能が得られるスキャンレートＳを計算する。これにより、円周面Ｗ１に対応した所望の高分解能が得られるスキャンレートＳ１と、円周面Ｗ２に対応した所望の高分解能が得られるスキャンレートＳ２とが算出される。

そして、スキャンレート変更部２０は、計算結果に基づいて、ラインセンサカメラ４（図１参照）のスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］を、各円周面Ｗ１，Ｗ２の各々に対応させて変更する。なお、スキャンレート変更部２０は、メモリ１１に格納されている加工プログラムからではなく、ラインセンサカメラ４（図１参照）で撮影された画像のデータの解析結果から、複数の円周面Ｗ１，Ｗ２（図１参照）の径（半径ｒ［ｍｍ］）を取得するようにしてもよい。具体的には、ラインセンサカメラ４のカメラ座標と工作機械２の機械座標との既知の関係に基づいて、撮影された画像データからラインセンサカメラ４と、ワークＷの各円周面Ｗ１，Ｗ２及び主軸までの距離を算出し、該算出された距離に基づいて複数の円周面Ｗ１，Ｗ２の径を算出して取得してもよい。

画像処理部２１は、ラインセンサカメラ４（図１参照）によって、複数の円周面Ｗ１，Ｗ２（図１参照）の各々に対応させて撮影された複数の画像Ｐ１，Ｐ２（図３参照）の各々から、当該画像Ｐ１，Ｐ２（図３参照）を撮影したラインセンサカメラ４（図１参照）のスキャンレートＳの値に対応する径の円周面の部分を抽出すると共に、抽出した当該円周面Ｗ１，Ｗ２の部分同士を合成して、新たな画像Ｐ３（図３参照）を作成する。

すなわち、図３に示すように、画像処理部２１（図２参照）は、円周面Ｗ１（図１参照）に対応させたスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］で撮影された画像Ｐ１から、円周面Ｗ１の部分Ｐ１１を抽出すると共に、円周面Ｗ２（図２参照）に対応させたスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］で撮影された画像Ｐ２から、円周面Ｗ２の部分Ｐ２２を抽出する。そして、画像処理部２１（図２参照）は、抽出した円周面Ｗ１の部分Ｐ１１と、抽出した円周面Ｗ２の部分Ｐ２２と、を合成して、新たな画像Ｐ３を作成する。これにより、画像Ｐ３は、各円周面Ｗ１，Ｗ２の径にそれぞれ対応して所望の高分解能が得られる画像Ｐ１１と画像Ｐ２２の組み合わせとなり、均一な画像となる。

図２に戻って、判定部２２は、スキャンレート変更部２０が計算したスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］と、ラインセンサカメラ４（図１参照）が設定可能なスキャンレートの最小値Ｓ_ｍｉｎ［μｓｅｃ．］と、を比較する。そして、スキャンレート変更部２０が計算したスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］が、ラインセンサカメラ４（図１参照）が設定可能なスキャンレートの最小値Ｓ_ｍｉｎ［μｓｅｃ．］以上であるか否かを判定する。

また、判定部２２は、スキャンレート変更部２０が計算したスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］が、ラインセンサカメラ４（図１参照）が設定可能なスキャンレートの最小値Ｓ_ｍｉｎ［μｓｅｃ．］以上ではないと判定した場合には、更に、スキャンレートを対応させた部分が加工中であるか否かを判定する。なお、判定部２２が「加工中ではない」と判定する場合であっても、スキャンレートを対応させていない部分は加工中であり、ワークＷ全体としては加工中である。

主軸回転数変更部２３は、判定部２２がワークＷに対する加工中ではないと判定した場合に、ラインセンサカメラ４（図１参照）の計算上のスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］が設定可能な最小値Ｓ_ｍｉｎ［μｓｅｃ．］となるように、工作機械２（図１参照）における主軸の回転数ｎ［ｒｐｍ］を設定する。

図１に戻って、ラインセンサカメラ４は、工作機械２の主軸（図示省略）に直交する方向Ｄ２から、ワークＷにおける軸方向Ｄ１の全体が収まるように撮影する。具体的に、ラインセンサカメラ４は、複数の円周面Ｗ１，Ｗ２の各々に対応させて、当該円周面Ｗ１，ｗ２の径に対応する値に変更されたスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］で撮影する。ラインセンサカメラ４によって撮影された画像のデータは、カメラ制御部５を経由して数値制御装置３に送られる。

次に、図４を用いて、撮像システム１の動作について説明する。図４は、撮像システム１の動作の流れを示すフローチャートである。

図４に示すように、まず、ステップＳ１１では、工作機械２によるワークＷの切削を開始する。次いで、ステップＳ１２に進んで、スキャンレート変更部２０により、ワークＷにおける切削されている箇所の径（半径ｒ［ｍｍ］）、及び工作機械２における主軸の回転数ｎ［ｒｐｍ］を取得する。上述した通り、ワークＷの径は、数値制御装置３の加工プログラムから取得してもよく、ラインセンサカメラ４により撮影された画像から算出して取得してもよい。

次いで、ステップＳ１３に進んで、スキャンレート変更部２０により、ワークＷにおける切削されている箇所の周速Ｖ［ｍｍ／ｓｅｃ．］を算出する。算出後、ステップＳ１４に進んで、ラインセンサカメラ４の所望の分解能Ｒ［ｍｍ／ｐｉｘ］より、ワークＷの各円周面Ｗ１，Ｗ２にそれぞれ対応したスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］を計算する。

次いで、ステップＳ１５に進んで、判定部２２により、スキャンレート変更部２０が計算したスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］が、ラインセンサカメラ４が設定可能なスキャンレートの最小値Ｓ_ｍｉｎ［μｓｅｃ．］以上であるか否かを判定する。このスキャンレートの最小値Ｓ_ｍｉｎは、ラインセンサカメラ４の性能に応じてあらかじめ設定される。

ステップＳ１５の判別がＹＥＳの場合、すなわち、スキャンレート変更部２０が計算したスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］が、ラインセンサカメラ４が設定可能なスキャンレートの最小値Ｓ_ｍｉｎ［μｓｅｃ．］以上である場合には、ステップＳ１６に進んで、スキャンレート変更部２０により、ラインセンサカメラ４のスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］を計算した値に変更する。変更後、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ１５の判別がＮＯの場合、すなわち、スキャンレート変更部２０が計算したスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］が、ラインセンサカメラ４が設定可能なスキャンレートの最小値Ｓ_ｍｉｎ［μｓｅｃ．］以上ではない場合には、ステップＳ１７に進んで、判定部２２により、スキャンレートを対応させた部分が加工中であるか否かを判定する。

ステップＳ１７の判別がＹＥＳの場合、すなわち、スキャンレートＳを対応させた部分が加工中である場合には、ステップＳ１８に進んで、スキャンレート変更部２０により、ラインセンサカメラ４のスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］を、設定可能な最小値Ｓ_ｍｉｎ［μｓｅｃ．］に変更する。変更後、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ１７の判別がＮＯの場合、すなわち、スキャンレートＳを対応させた部分が加工中ではない場合には、ステップＳ１９に進んで、ラインセンサカメラ４の計算上のスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］が設定可能な最小値Ｓ_ｍｉｎ［μｓｅｃ．］となるように、主軸回転数変更部２３により、工作機械２における主軸の回転数ｎ［ｒｐｍ］を設定する。設定後、ステップＳ１８に進んで、スキャンレート変更部２０により、ラインセンサカメラ４のスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］を、設定可能な最小値Ｓ_ｍｉｎ［μｓｅｃ．］に変更する。変更後、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、上述の各ステップで変更されたラインセンサカメラ４のスキャンレートＳ［μｓｅｃ．］により、ラインセンサカメラ４による撮影を実行する。撮影後、ステップＳ２１に進んで、画像処理部２１により、撮影された画像の中から加工部の抽出を実行する。具体的には、上述した通り、円周面Ｗ１に対応させたスキャンレートＳで撮影された画像Ｐ１から円周面Ｗ１の部分Ｐ１１を抽出すると共に、円周面Ｗ２に対応させたスキャンレートＳで撮影された画像Ｐ２から、円周面Ｗ２の部分Ｐ２２を抽出する。抽出後、本処理を終了する。

なお、本処理は繰り返し実行される。画像処理部２１は、抽出した部分を合成して、新たな画像を作成する。必要に応じて、作成された画像は表示部１２等により表示され、出力される。

以上のように、本実施形態に係る撮像システム１によれば、ワークＷの加工中であっても、ラインセンサカメラを用いて均一で高分解能の画像を取得することができる。そのため、ワークＷの加工中であっても、ワークＷの検査が可能である。また、径の異なる円周面Ｗ１，Ｗ２を有するワークＷであっても、一定の所望の分解能で表面の画像を取得可能なため、径の異なる複数の箇所で比較が可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、ワークＷの加工形状として、径の異なる２つの円周面Ｗ１，Ｗ２を主軸の軸方向Ｄ１に並ぶように有する形状としたが、これに限定されない。３つ以上の径の異なる円周面を軸方向Ｄ１に並ぶように有する加工形状であってもよく、ラインセンサカメラ４の撮影範囲に収まればよい。

また、上記実施形態では、撮像システム１を構成する、スキャンレート変更部２０、画像処理部２１、判定部２２及び主軸回転数変更部２３として機能するＣＰＵ１０を数値制御装置３に組み込む構成としたが、これに限定されない。数値制御装置３とは別の上位制御装置や他のＰＣ等に組み込んでもよい。

１撮像システム
２工作機械
３数値制御装置
４ラインセンサカメラ
５カメラ制御部
１０ＣＰＵ
１１メモリ
１２表示部
１３入力部
１４インタフェース
１５バス
１６ＲＯＭ
１７ＲＡＭ
１８不揮発性メモリ
２０スキャンレート変更部
２１画像処理部
２２判定部
２３主軸回転数変更部
Ｗワーク
Ｗ１，Ｗ２円周面
Ｄ１軸方向
Ｄ２直交する方向
Ｓスキャンレート
ｒ半径
ｎ回転数
Ｖ周速
Ｒ分解能
Ｐ１，Ｐ２画像

Claims

径の異なる複数の円周面を軸方向に並ぶように有し、前記軸を中心に回転する加工中のワークを、前記軸に直交する方向から前記軸方向の全体が収まるように撮影するラインセンサカメラと、
前記ラインセンサカメラのスキャンレートを、前記複数の円周面の径の各々に対応する値に変更するスキャンレート変更部と、を備え、
前記ラインセンサカメラは、前記複数の円周面の各々に対応させて、該円周面の径に対応する値に変更された前記スキャンレートで撮影する、撮像システム。
前記複数の円周面の各々に対応させて撮影された複数の画像の各々から、該画像を撮影した前記ラインセンサカメラのスキャンレートの値に対応する径の前記円周面の部分を抽出すると共に、抽出した該円周面の部分同士を合成する画像処理部を備える、請求項１に記載の撮像システム。