JP2023166253A - 工具測定装置および工具測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】平坦状底縁を有する輪郭をもった工具に関し、その最下端を精度良く検出する。【解決手段】制御装置２０は工具移動機構２Ａを制御して、工具１２を光軸Ｌ２に平行な方向に移動させ、工具１２の最下端のうちカメラ２２側の部分が、カメラ２２と照明装置２４とからなる光学系２２Ａの焦点範囲にくるよう位置決めする。制御装置２０はカメラ２２により工具１２の最下端輪郭５０Ａを取得し、この最下端輪郭５０Ａから最下端を求める。【選択図】図２Ｃ

Description

本開示は、工具測定装置および工具測定方法に関する。

従来から、工作機械で使用する工具の測定装置が提供されている。該工具測定装置は、マシニングセンタに搭載されるエンドミル、とりわけラジアスエンドミルやフラットエンドミル等その輪郭が平坦状底面を有する工具を測定するために用いられる。

特開２００７－４９４８９号公報

マシニングセンタに搭載される工具は、光源と焦点をもつカメラとを有する光学系を備えた工具測定装置により測定される。工具のうち、ボールエンドミルについては工具の中心軸にカメラの焦点を合わせることにより、最下端を含む輪郭を精度良く入手することができる。しかしながらラジアスエンドミルやフラットエンドミル等平坦状底縁をもつ輪郭を有する工具の場合、平坦状底縁が光学系の焦点から外れて、輪郭の底縁がぼやけてしまうことがある。このように輪郭の平坦状底縁がぼやけてしまうと、工具の最下端を精度良く求めることができず、とりわけ工具長を精度良く検出することがむずかしい。

本開示はこのような点を考慮してなされたものであり、その輪郭が平坦状底縁をもつ工具についても、工具の最下端を精度良く検出することができる工具測定装置および工具測定方法を提供することを目的とする。

本開示は、工作機械に取り付けられた工具を測定する工具測定装置において、前記工具に対して光を照射する光源と、前記工具に関し前記光源と対向して配置され、前記光源との間で光軸を形成するとともに、前記工具の輪郭情報を得る輪郭情報取得手段と、少なくとも前記光軸に平行な方向に前記工具を移動可能な工具移動機構と、制御装置とを備え、前記光源と前記輪郭情報取得手段は焦点範囲を有し、前記制御装置は前記工具移動機構を制御して、前記工具を光軸に平行な方向に移動させ、前記工具の最下端のうち前記輪郭情報取得手段側部分が前記焦点範囲内にくるよう位置決めして、前記輪郭情報取得手段により前記工具の最下端輪郭情報を求める、第１の工具測定装置である。

本開示は、前記第１の工具測定装置において、前記制御装置は前記工具移動機構を制御して、前記工具を光軸に平行な方向に移動させ、前記工具の中心軸が前記焦点範囲内にくるよう位置決めして、前記輪郭情報取得手段により前記工具の全体輪郭情報を取得し、前記制御装置は前記全体輪郭情報に基づいて、前記工具の最下端を定める、第２の工具測定装置である。

本開示は、前記第１または前記第２の工具測定装置において、前記制御装置は予め入手した情報に基づいて、前記工具の最下端を定める、第３の工具測定装置である。

本開示は、前記第１乃至前記第３の工具測定装置において、前記光源は照明光を発光するストロボからなり、前記輪郭情報取得手段はカメラからなる、第４の工具測定装置である。

本開示は、前記第１乃至前記第４の工具測定装置において、前記光源はレーザ光照射装置からなり、前記輪郭情報取得手段はレーザ光受光装置からなる、第５の工具測定装置である。

本開示は、工具に対して光を照射する光源と、前記工具に関し前記光源と対向して配置され、前記光源との間で光軸を形成するとともに、前記工具の輪郭情報を得る輪郭情報取得手段と、少なくとも前記光軸に平行な方向に前記工具を移動可能な工具移動機構と、制御装置とを備えた工具測定装置を用いた工具測定方法において、前記制御装置により前記工具移動機構を制御して、前記工具を光軸に平行な方向に移動させ、前記工具の最下端のうち前記輪郭情報取得手段側部分が、前記光源と前記輪郭情報取得手段の焦点範囲内にくるよう位置決めする工程と、前記制御装置により前記輪郭情報取得手段により前記工具の最下端輪郭情報を取得する工程とを備えた、第１の工具測定方法である。

本開示は、前記第１の工具測定方法において、前記制御装置により前記工具移動機構を制御して、前記工具を光軸に平行な方向に移動させ、前記工具の中心軸が前記焦点範囲内にくるよう位置決めして、前記輪郭情報取得手段により前記工具の全体輪郭情報を取得し、前記制御装置により前記全体輪郭情報に基づいて前記工具の最下端を求める、第２の工具測定方法である。

本開示は、前記第１または前記第２の工具測定方法において、前記制御部は予め入手した情報に基づいて、前記工具の最下端を定める、第３の工具測定方法である。

本開示は、前記第１乃至前記第３の工具測定方法において、前記光源は照明光を発光するストロボからなり、前記輪郭情報取得手段はカメラからなる、第４の工具測定方法である。

本開示は、前記第１乃至前記第４の工具測定方法において、前記光源はレーザ光照射装置からなり、前記輪郭情報取得手段はレーザ光受光装置からなる、第５の工具測定方法である。

以上のように、本開示によれば、その輪郭が平坦状底縁をもつ工具について、工具の最下端を精度良く検出することができる。

図１は、本開示の実施形態に係る工具測定装置を示す概略図。 図２Ａは、本開示の実施形態に係る工具測定装置のカメラと、照明装置と、焦点範囲との関係を示す図。 図２Ｂは、工具の中心軸が焦点範囲内に入る状態を示す図。 図２Ｃは、工具をカメラから距離ｔだけ引き離すよう移動させた図。 図２Ｄは、カメラにより撮影された全体輪郭を示す図。 図２Ｅは、カメラにより撮影された最下端輪郭を示す図。 図３は、ボールエンドミルからなる工具をカメラと照明装置との間に配置した図。 図４Ａは、カメラと、照明装置と、焦点範囲との関係を示す図。 図４Ｂは、ボールエンドミルからなる工具と焦点範囲を示す図。 図４Ｃは、ラジアルエンドミルからなる工具と焦点範囲を示す図。 図４Ｄは、フラットエンドミルからなる工具と焦点範囲を示す図。 図４Ｅは、ボールエンドミルの全体輪郭を示す図。 図４Ｆは、ラジアルエンドミルの全体輪郭を示す図。 図４Ｇは、フラットエンドミルの全体輪郭を示す図。 図５Ａは、ラジアルエンドミルからなる工具を示す図。 図５Ｂは、ラジアルエンドミルからなる工具の底面図。 図５Ｃは、ラジアルエンドミルの全体輪郭を示す図。 図６Ａは、ラジアルエンドミルからなる工具の最下端を示す図。 図６Ｂは、図６Ａの最下端を示す拡大図。 図６Ｃは、経年変化したラジアルエンドミルからなる工具を示す図。 図７は、工具測定装置が組み込まれた工作機械を示す図。 図８は、工作機械の主軸ヘッドを示す図。 図９は、工具測定装置と工具を示す図。 図１０は、工具測定方法を示すフローチャート。

まず、図７および図８により本開示に係る工具測定装置１によって測定される工具１２が搭載される工作機械（マシニングセンタ）２について説明する。図７は、本開示の実施形態に係る工具測定装置１及び工作機械２を示す概略図である。図７に示す工作機械２は、ベッド１８の上面に位置するテーブル１６及び門型のコラム１０を有し、コラム１０のクロスレール８にはサドル６を介して主軸ヘッド４が支持されている。主軸ヘッド４は主軸１１を有し、工具１２は主軸１１に取り付けられている。

ここで、工作機械２の主軸ヘッド４について、図８を参照しつつより詳しく説明する。図８は、工作機械２の主軸ヘッド４を示す概略断面図である。主軸ヘッド４は、ビルトインモータのタイプになっており、筐体３１と主軸（スピンドル）１１とを備えている。主軸１１は、円柱状に形成されており、空気軸受けによって、筐体３１に回転自在に支持されている。図８に示す符号Ｌ１を付した一点鎖線は、主軸１１が回転する中心となる回転軸線（中心軸ともいう）を示している。主軸１１の回転軸線Ｌ１は、主軸１１から工具１２に入力される回転の回転軸線である。図８に示す例において、回転軸線Ｌ１はＺ方向と平行となっている。

主軸１１の回転軸線Ｌ１方向の一方の端部（図８の下端部）には、工具保持部３３が設けられている。工具保持部３３は、工具１２を着脱自在に保持する。主軸１１の工具保持部３３に工具１２を保持させることによって、主軸１１に工具１２を取り付ける。主軸１１の回転軸線Ｌ１方向の他方の端部（図８の上端部）には、ロータ３７が一体的に設けられ、ロータ３７の外側にはステータ３９がロータ３７から離間して設けられている。そしてロータ３７とステータ３９とによりモータ３５が構成されている。モータ３５のロータ３７がステータ３９に対して回転することによって、ロータ３７に一体化された主軸１１が回転する。主軸１１が回転することによって、主軸１１に取り付けられた工具１２も回転軸心（中心軸）Ｌ１を中心として回転する。また主軸１１の外周には、主軸回転角度センサ２３が設けられている。

ここで、説明の便宜のために水平面上の所定の一方向をＸ方向（Ｘ軸方向）とし、Ｘ方向に対して直交する水平面上の所定の他の一方向をＹ方向（Ｙ軸方向）とし、Ｘ方向とＹ方向とに対して直交する上下方向をＺ方向（Ｚ軸方向）とする。

テーブル１６はベッド１８に対してＸ軸方向に移動可能であり、サドル６はクロスレール８に沿ってＹ軸方向に移動可能である。主軸ヘッド４はサドル６に対してＺ軸方向に移動可能である。これらの３軸を移動させることにより、テーブル１６に載置された加工の対象となるワーク１４に対して、工具１２を３次元で移動させることができる。また主軸１１を回転させることによって工具１２を回転させた状態で、工具１２をワーク１４に接触させることで、ワーク１４を加工することが可能である。本実施の形態において、テーブル１６とサドル６とにより工具１２をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３次元の方向に移動させる工具移動機構２Ａが構成される。

次に、工作機械２に搭載される工具１２について説明する。図８に示すように、工具１２は、作動部４６と軸部４９とを有するとともに平坦状底縁をもつ輪郭を備えており、例えばラジアスエンドミル、又はフラットエンドミルからなる。

次に、本開示に係る工具測定装置１について図７乃至図９により説明する。工具測定装置１は、上述の通りに工作機械２の主軸１１に設定された工具１２を測定するものである。図７乃至図９に示すように、工具測定装置１はテーブル１６の端に設置されている。

ここで図９は、工具１２を測定する工具測定装置１を示す図である。図７乃至図９に示すように、工具測定装置１は、工具１２を撮影するカメラ（輪郭情報取得手段）２２と、照明装置（光源）２４と、制御装置２０とを備える。上述した工具移動機構２Ａにより工具１２を照明装置２４とカメラ２２との間まで移動させることによって、工具測定装置１を用いて工具１２を測定することができる。図９に示すように、カメラ２２と照明装置２４の間に位置した状態の工具１２をカメラ２２により撮影する。

制御装置２０は、工具測定装置１を制御するが、この制御装置２０は、工具測定装置１を制御するとともに、工具移動機構２Ａを含む工作機械２全体を制御してもよい。この場合、制御装置２０は、主軸１１の回転数や回転角度の位置決め等の制御を行ってもよい。制御装置２０は、例えば図示しないＣＰＵとメモリとを備えて構成されている。

次に図１および図９によりカメラ２２と照明装置２４について述べる。カメラ２２は、カメラ２２と照明装置２４の間に位置する工具１２を撮影する。特に、カメラ２２は、回転している工具１２を撮影して、工具１２の画像（静止画像）を得るものである。カメラ２２は、例えば、デジタルカメラであり、グローバルシャッターによって工具１２を撮影するようになっている。一例として、カメラ２２は高速シャッターを備えていて、工具１２が数千回転／分で回転中でも静止画のような撮影が可能である。この場合、工具１２を撮影するときのカメラ２２のシャッタースピードは、回転している工具１２の画像がほぼ静止画となる程度の短い時間になっている。またカメラ２２にはズームレンズが取り付けられていて、制御装置２０で拡大率の制御が行うことができるようになっていてもよい。図９に示すように照明装置２４からの光を工具１２の後方から当てて画像を撮影することによって、工具１２の輪郭が撮影される。

次に、照明装置２４について説明する。図１および図９に示すように、照明装置２４はストロボ２４Ａを有し、回転している工具１２がカメラ２２と照明装置２４との間に挟まれるように、カメラ２２及び照明装置２４が設置されている。この場合、ストロボ２４Ａから工具１２とカメラ２２とに向けて光（照明光）が発光され、カメラ２２により工具１２を撮影する。このとき、ストロボ２４Ａは、工具１２に向けて平行光を発するように構成されている。ストロボ２４Ａから照射される平行光およびカメラ２２は、後述のようにある程度の焦点範囲をもつ。

カメラ２２で工具１２を撮影する際に、ストロボ２４Ａはバックライトとして機能し、これによって、カメラ２２を用いて工具１２の輪郭を撮影できる。

次に、カメラ２２とストロボ２４Ａの構成についてさらに説明する。ストロボ２４Ａが発する平行光の進行方向は、例えばＸ方向になっている。ストロボ２４Ａが発する平行光の進行方向は、主軸１１の回転軸線Ｌ１に対して直交している。

本実施の形態においてカメラ２２と、ストロボ２４Ａからなる照明装置２４は、光学系２２Ａを構成し、この光学系２２Ａは光軸Ｌ２をもつ。また光学系２２Ａの光軸Ｌ２は、工具１２の回転軸線Ｌ１に対して直交している。

上述したように、照明装置２４はストロボ２４Ａを有する。ストロボ２４Ａを有する照明装置２４は、工具１２が高速で回転する場合、特に工具１２が１万回転／分以上の回転数で回転する場合に、好適に用いられる。照明装置２４がストロボ２４Ａを有する場合、ストロボ２４Ａからの光は、より鮮明な工具１２の静止画像が得られるように、また、より短時間で工具１２を撮影できるように調整される。例えば、カメラ２２のシャッターが開いている時間よりもストロボ２４Ａが発光している時間を短くして、且つカメラ２２のシャッターが開いている時間内にストロボ２４Ａが発光するように、ストロボ２４Ａの発光が調整される。

制御装置２０によるカメラ２２への撮影指令の出力によってカメラ２２のシャッターが開いている時間内（カメラ２２のシャッターが全開している時間内）にストロボ２４Ａが発光するように、ストロボ２４Ａの発光が調整されていてもよい。

ストロボ２４Ａは、カメラ２２がシャッターを開く動作を開始した時刻よりもわずかな時間が経過した時刻から、カメラ２２がシャッターを閉じる動作を開始する直前の時刻まで、発光するように調整されていてもよい。

一例として、カメラ２２が、制御装置２０によるカメラ２２への撮影指令の出力がされたときに直ちにシャッターを開く動作を開始するように設定されている場合、制御装置２０が、主軸回転角度センサ２３の測定結果をトリガーとして、カメラ２２のシャッターに撮影指令を出力すると同時にストロボ２４Ａに発光すべき旨の指示を出力することも考えられる。ただし、この場合、カメラ２２に撮影指令が出力されてからカメラ２２のシャッターが開ききるまでには時間差があるため、カメラ２２のシャッターが開ききらないうちにストロボ２４Ａが発光が終了してしまうことも考えられる。これを回避するために、ストロボ２４Ａの発光開始のタイミングをカメラ２２のシャッターが開くタイミングよりも遅れるように調整する。このようにストロボ２４Ａの発光開始のタイミングを遅らせることによって、十分にシャッターが開ききったタイミングでストロボ２４Ａの発光を終了させることができる。

本実施の形態において、特に、カメラ２２のシャッターが開ききらないうちにストロボ２４Ａの発光が開始しないように調整される。また、カメラ２２のシャッターが閉じてしまっている状態、もしくは、閉じている途中の状態で、ストロボ２４Ａが発光しないように、カメラ２２への撮影指令及びストロボ２４Ａへの発光指示のタイミングが調整される。

ストロボ２４Ａを使用して工具１２の静止画を撮影する場合には、カメラ２２のシャッタースピードを比較的遅くしたとしても、工具１２の輪郭を撮影することができる。なお、ストロボ２４Ａの発光体としてＬＥＤが採用されている場合、ＬＥＤの輝度が高く非常に明るいために、撮影環境を特に暗くしなくても、工具１２の輪郭を明確に撮影することができる。

カメラ２２が高速シャッターを備え、且つ照明装置２４がストロボ２４Ａを有する場合、数μｓｅｃの短い発光時間のストロボ６１を用いることによって、工具１２が特に高速で回転する場合であっても、回転中の工具１２の輪郭をカメラ２２によって撮影することができる。

本開示の実施形態に係る照明装置２４はストロボ２４Ａを有し、ストロボ２４Ａは、工具１２に向けて光を発するように構成されている。このため、カメラ２２のシャッターが開いている時間内にストロボ２４Ａが発光するようにストロボ２４Ａの発光のタイミングを調整する。このことによって、カメラ２２のシャッターの開閉によって画像を撮影する場合に比べて、より短時間で工具１２を撮影することができる。このため、回転している工具１２の鮮明な画像を安価にしかも容易に得ることができる。

仮にストロボ２４Ａを有しない照明装置２４を用いた場合、カメラ２２として、短いシャッタースピードで十分に鮮明な画像を連続して撮影できるカメラ２２を用いる必要が生じる。このため、非常に高価なカメラ２２が必要となる。これに対して、ストロボ２４Ａは立ち上がり時間が早く且つ短い時間の発光が可能であるため、ストロボ２４Ａを有する照明装置２４を使用することによって、回転している工具１２の鮮明な画像を撮影することができる。

ところで、カメラ２２と照明装置２４とからなる光学系２２Ａは工具１２の回転軸Ｌ１に対して直交する光軸Ｌ２を有するとともに、光学系２２Ａは一定の焦点範囲（被写界深度）Ｓをもつ（図２Ａ～図２Ｃ参照）。

次に制御装置２０について述べる。制御装置２０は工具移動機構２Ａを駆動制御する工具移動機構制御部２５と、カメラ２２で撮影した工具１２の撮影情報に基づいて工具１２の輪郭情報を求める演算部２７とを有する（図７参照）。

次に、工作機械２の主軸１１に搭載された工具１２を測定する工具測定方法について説明する。特に、図７乃至図９に示すようにテーブル１６にワーク１４を載置して、工具１２を回転させることによってワーク１４を加工し、その後、工具１２の回転を継続したままで工具１２を測定する方法について図２Ａ～図２Ｅおよび図１０により説明する。

まず図１０のフローチャートに示すように、制御装置２０の工具移動機構制御部２５により工具移動機構２Ａを駆動制御して、工具１２を工具測定装置１のカメラ２２と照明装置２４との間に持ってくる（図２Ａ、図２Ｂおよび図９参照）。

カメラ２２と照明装置２４との間に工具１２が配置されると、工具１２はその中心軸Ｌ１が光学系２２Ａの焦点範囲Ｓ内に入るよう位置決めされる。この間、工具１２は回転を続けている。

次に照明装置２４のストロボ２４Ａから回転中の工具１２の作動部４６に向かって照明光が発光される。この照明光が工具１２の作動部４６により遮へいされて、カメラ２２により連続的に作動部４６が撮影される。カメラ２２で撮影された画像は演算部２７に送られ、これらの画像が合算されて、工具１２の作動部４６の全体輪郭５０が得られる。

ここで図２Ａはカメラ２２と、照明装置２４と、焦点範囲Ｓとの関係を示す図であり、図２Ｂは工具１２の中心軸Ｌ１が焦点範囲Ｓ内に入った状態を示す図である。図２Ｂの上部に回転中の工具１２の作動部４６の側面が示され、その下部に回転中の工具１２の底面６０が示されている。またカメラ２２により撮影された作動部４６の全体輪郭（以下、工具１２の輪郭ともいう）５０は、図２Ｄに示される。図２Ｂにおいて、工具１２の側面および底面６０には、工具１２の全体輪郭５０を形成する輪郭形成線７１が示されている、。

図２Ｄに示すように、工具１２はラジアスエンドミル又はフラットエンドミル、例えばラジアスエンドミルからなるため、側面からみた工具１２の全体輪郭５０は側縁５０ａと平坦状底縁５０ｂとを有する。本実施の形態において、工具１２の全体輪郭５０のうち平坦状底縁５０ｂは工具１２の最下端を示す。

また工具１２の全体輪郭５０のうち側縁５０ａと平坦状底縁５０ｂとの間に湾曲部５０ｄが設けられ、平坦状底縁５０ｂと湾曲部５０ｄとの間に境界５０ｃが形成されている。

上述のように、工具１２は、その中心軸Ｌ１がカメラ２２と照明装置２４とからなる光学系２２Ａの焦点範囲Ｓ内に入るよう位置決めされて、カメラ２２により工具１２の側面からみた輪郭（全体輪郭）５０が得られる。このため最下端を構成する平坦状底縁５０ｂのうち境界５０ｃ近傍を除いて、平坦状底縁５０ｂの中央部分を含む大部分は、焦点範囲Ｓ内に入ることはなく、ぼやけた状態となりぼやけ領域５１を形成する（図２Ｄ参照）。また平坦状底縁５０ｂの境界５０ｃ近傍部分も、平坦状底縁５０ｂの中央部分のぼやけたぼやけ領域５１と重なって、鮮明度に問題が生じる。なお全体輪郭５０の側縁５０ａは焦点範囲Ｓ内に入るため比較的鮮明となる。

本実施の形態においては、上述のように、まず工具１２の中心軸Ｌ１が光学系２２Ａの焦点範囲Ｓ内に入るよう工具１２を位置決めする。次に照明装置２４から照明光が発光され、カメラ２２により工具１２が撮影され、このようにしてカメラ２２により工具１２を撮影して、工具１２の全体輪郭５０が得られる（図２Ｄ参照）。

次に制御装置２０の演算部２７はカメラ２２により取得した図２Ｄに示す全体輪郭５０に基づいて、平坦状底縁５０ｂと、平坦状底縁５０ｂと湾曲部５０ｄとの間の境界５０ｃを特定する。次に演算部２７は全体輪郭５０の境界５０ｃが工具１２の底面６０における最下端が存在する円５０ｃ１に対応すると判断し、工具１２の最下端が存在する円５０ｃ１と中心軸Ｌ１との間の距離ｔを求める（図２Ｂ参照）。この距離ｔは工具１２の最下端が存在する円５０ｃ１のうちカメラ２２側の部分５０ｃ２と焦点範囲Ｓとの間のずれ量となる。なお、図２Ｂにおいて、底面６０に示す最下端が存在する円５０ｃ１は、工具１２の全体輪郭５０を形成する輪郭形成線７１と一致する。

次に制御装置２０の工具移動機構制御部２５により工具移動機構２Ａを駆動制御して、工具１２を光軸Ｌ２に平行な方向に沿ってカメラ２２から距離ｔだけ引き離すよう移動させる。このように工具移動機構２Ａにより工具１２を移動させ、底面６０上の最下端に対応する円５０ｃ１のうち、カメラ２２側の部分５０ｃ２が焦点範囲Ｓに入るよう工具１２を位置決めする（図２Ｃ参照）。

その後、照明装置２４から照明光が発光され、カメラ２２により工具１２が撮影され、演算部２７において、側面からみた輪郭（最下端輪郭）５０Ａが得られる（図２Ｅ参照）。

図２Ｅに示す工具１２の最下端輪郭５０Ａにおいて、工具１２の最下端を構成する平坦状底縁５０ｂのうち、中央部分５０ｂ１は、焦点範囲Ｓ内に入っているため鮮明に示される。図２Ｅに示す工具１２の最下端輪郭５０Ａにおいて、平坦状底縁５０ｂの境界５０ｃ近傍および側縁５０ａは焦点範囲Ｓ内から外れるためぼやけたぼやけ領域５１を形成する。

カメラ２２により得られた工具１２の画像が演算部２７に送られ、これらの画像が合算されて演算部２７において最下端輪郭５０Ａが得られる。

本実施の形態によれば、工具１２を光軸Ｌ２に平行な方向に沿って円５０ｃ１のカメラ２２側の部分５０ｃ２と焦点範囲Ｓとの間のずれ量である距離ｔだけカメラ２２から引き離すよう移動させる。次に、この状態でカメラ２２により工具１２を撮影することにより、演算部２７において工具１２の輪郭（最下端輪郭）５０Ａを得ることができる。

最下端輪郭５０Ａにおいて、工具１２の最下端を構成する平坦状底縁５０ｂのうち、その中央部分５０ｂ１は焦点範囲Ｓ内に入るため、鮮明に示される。次に演算部２７は最下端を構成する平坦状底縁５０ｂの鮮明に示される中央部分５０ｂ１に基づいて、工具１２の最下端を特定する。そして演算部２７により、特定された最下端に基づいて、工具１２の工具長を求めることができ、工具１２の工具長測定を精度良く実施することができる。

次に本願発明の作用効果を比較例と対比して図３乃至図６Ｃにより更に説明する。

図３において、カメラ２２と照明装置２４とからなる光学系２２Ａが示されており、この光学系２２Ａは光軸Ｌ２を有するとともに一定の焦点範囲Ｓをもつ。

図３において、カメラ２２と照明装置２４との間に、ボールミルのように、円弧状底縁５０ｂ２を有する全体輪郭５０をもつ工具１２を配置する。この場合、工具１２の最下端は工具１２の中心軸Ｌ１と一致する（図４Ａおよび図４Ｂ参照）。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、工具１２をその中心軸Ｌ１が焦点範囲Ｓ内に入るよう位置決めし、カメラ２２により撮影して工具１２の側面からみた全体輪郭５０を得る（図４Ｅ）。この全体輪郭５０は側縁５０ａと円弧状底縁５０ｂ２とを有する。

図４Ｅに示す全体輪郭５０において、工具１２の最下端は工具１２の中心軸Ｌ１上にある。このため工具１２の中心軸Ｌ１が焦点範囲Ｓ内に入るよう工具１２を位置決めすることによって、全体輪郭５０により工具１２の最下端を鮮明に示すことができる。このことにより全体輪郭５０に基づいて工具１２の最下端を精度良く検出することができる。なお、図４Ｂにおいて、その上部に工具１２の側面が示され、下部に工具１２の底面６０が示されている。また、工具１２の側面および底面６０には、工具１２の全体輪郭５０を形成する輪郭形成線７１が示されている。

これに対して、工具１２がラジアスエンドミルの場合（図４Ｃ）、工具１２の中心軸Ｌ１が焦点範囲Ｓに入るよう工具１２を位置決めして、カメラ２２により撮影することにより、側面からみた工具１２の全体輪郭５０が得られる（図４Ｆ）。そしてこの全体輪郭５０は、上述のように側縁５０ａと、平坦状底縁５０ｂと、湾曲部５０ｄと、境界５０ｃとを有するが、このうち工具１２の最下端を構成する平坦状底縁５０ｂの大部分はぼやけてぼやけ領域５１を形成する。なお、図４Ｃには、工具１２の側面と、工具１２の底面６０が示されており、底面６０上に最下端が存在する円５０ｃ１と中心軸Ｌ１との間の距離ｔが示されている。また、工具１２の側面および工具１２の底面６０には、工具１２の全体輪郭５０を形成する輪郭形成線７１が示されている。

工具１２がラジアスエンドミルの場合、カメラ２２により撮影して得られた全体輪郭５０について更に述べる。

図５Ａ乃至図５Ｃに示すように、ラジアスエンドミルからなる工具１２は底面１２Ａを有し、底面１２Ａの周縁近傍に最下端１２Ｂが形成される。ここで図５Ａは工具１２の側面を示し、図５Ｂは工具１２の底面６０を示す。このような工具１２をカメラ２２で撮影することにより全体輪郭５０が得られる（図５Ｃ参照）。

工具１２の最下端１２Ｂは、工具１２の底面６０において円５０ｃ１上に存在する（図５Ｂ参照）。そして工具１２をその中心軸Ｌ１が焦点範囲Ｓ内に入るよう位置決めし、その後にカメラ２２により撮影することにより、側縁５０ａと、平坦状底縁５０ｂと、湾曲部５０ｄと、境界５０ｃとを有する全体輪郭５０が得られる。

また全体輪郭５０のうち平坦状底縁５０ｂは、工具１２の最下端１２Ｂを示すことになる。しかしながら平坦状底縁５０ｂの大部分は焦点範囲Ｓから外れるため、平坦状底縁５０ｂは境界５０ｃ近傍を除いてぼやけてぼやけ領域５１を形成する。また平坦状底縁５０ｂのうち境界５０ｃ近傍も、工具１２の底面６０のうち、平坦状底縁５０ｂのぼやけて示される部分（カメラ２２側からみて手前側の部分）７２と部分的に重なり合うため（図５Ｂ参照）、必ずしも鮮明ではない。このため工具１２の全体輪郭５０から工具１２の最下端１２Ｂを求めることは困難である。なお、図５Ａに示す工具１２の側面および図５Ｂに示す工具１２の底面６０には、工具１２の全体輪郭５０を形成する輪郭形成線７１が示されている。

さらに図６Ａ乃至図６Ｃに示すように、工具１２を使用していくと、経年変化により工具１２の刃面が後退し、工具１２の最下端１２Ｂが内方へ移動する。

この場合、工具１２をカメラにより撮影して得られる全体輪郭５０のうち平坦状底縁５０ｂは両側の境界５０ｃ近傍が不明瞭となるため、全体輪郭５０から最下端１２Ｂを検出することはより困難となる。

次に、工具１２がフラットエンドミルの場合について、図４Ｄにより説明する。図４Ｄに示すように、工具１２の中心軸Ｌ１が焦点範囲Ｓに入るよう工具１２を位置決めして、カメラ２２により工具１２を撮影することにより、側面からみた工具１２の全体輪郭５０が得られる（図４Ｇ）。そしてこの全体輪郭５０は側縁５０ａと、平坦状底縁５０ｂとを有し、このうち最下端を構成する平坦状底縁５０ｂの大部分はラジアスエンドミルの場合と同様、ぼやけたぼやけ領域５１を形成する。

なお、図４Ｄにおいて、その上部に工具１２の側面が示され、その下部に工具１２の底面６０が示されている。また、工具１２の側面および工具１２の底面６０には、工具１２の全体輪郭５０を形成する輪郭形成線７１が示されている。

図４Ｇに示す側面からみた全体輪郭５０において、工具１２の最下端は側縁５０ａと平坦状底縁５０ｂとの間の境界５０ｃにあり、この境界５０ｃは工具１２の底面６０における外周縁５０ｃ３に対応する。

また図４Ｄにおいて、外周縁５０ｃ３と中心軸Ｌ１との間の距離ｔ１が示されている。

このようにして得られたフラットエンドミルからなる工具１２の全体輪郭５０において、平坦状底縁５０ｂの大部分はぼやけて示されるため、平坦状底縁５０ｂから工具１２の最下端を求めることは困難である。

これに対して本実施の形態によれば、工具１２がラジアルエンドミルの場合（図４Ｃおよび図４Ｆ）、および工具１２がフラットエンドミルの場合（図４Ｄおよび図４Ｇ）、いずれの場合も工具１２を光軸Ｌ２に平行な方向に沿って各々距離ｔあるいはｔ１だけカメラ２２を引き離すよう移動し、この状態で工具１２をカメラ２２により撮影して工具１２の輪郭（最下端輪郭）５０Ａを得る。この場合、この最下端輪郭５０Ａの平坦状底縁５０ｂのうちその中央部分は焦点範囲Ｓ内に入るため鮮明に示される。演算部２７はこの鮮明に示される平坦状底縁５０ｂの中央部分に基づいて最下端を特定し、この最下端により工具１２の工具長を求めることができる。

なお、上記実施の形態において、カメラ（輪郭情報取得手段）２２と、ストロボ２４Ａからなる照明装置（光源）２４とから光学系を構成した例を示したが、これに限らず光源としてレーザ光を発光するレーザ光発光部を用い、輪郭情報取得部としてレーザ光を受光するレーザ光受光部を用い、レーザ光発光部とレーザ光受光部とから一定の焦点範囲を有する光学系を構成してもよい。

また一定の焦点範囲を有する光学系として、レーザ光発光部と、ライン状に並ぶ受光素子からなるレーザ光受光部とから光学系を構成してもよい。

さらにまた上記実施の形態において、工具１２をカメラ２２により撮影して全体輪郭５０を取得し、この全体輪郭５０の境界５０ｃから工具１２の中心軸Ｌ１と工具１２の最下点が存在する円５０ｃ１とのずれ量ｔを求め、このずれ量ｔだけ工具１２をカメラ２２から引き離す方向へ移動した例を示した。しかしながら、これに限らず工具１２の中心軸Ｌ１と工具１２の最下点が存在する円５０ｃ１とのずれ量ｔとして、予め求められた所定値（例えば、カタログ値）を用い、このずれ量ｔだけ工具１２をカメラ２２から引き離す方向へ移動させてもよい。

１ 工具測定装置
２ 工作機械
２Ａ 工具移動機構
１１ 主軸
１２ 工具
１２Ａ 底面
１２Ｂ 最下端
２０ 制御装置
２２ カメラ
２２Ａ 光学系
２４ 照明装置
２５ 工具移動機構制御部
２７ 演算部
４６ 作動部
４９ 軸部
５０ 全体輪郭
５０Ａ 最下端輪郭
５０ａ 側縁
５０ｂ 平坦状底縁
５０ｂ１ 中央部分
５０ｃ 境界
５０ｃ１ 円
５０ｃ２ カメラ側の部分
５０ｄ 湾曲部
６０ 底面

Claims (10)

1. 工作機械に取り付けられた工具を測定する工具測定装置において、
   前記工具に対して光を照射する光源と、
   前記工具に関し前記光源と対向して配置され、前記光源との間で光軸を形成するとともに、前記工具の輪郭情報を得る輪郭情報取得手段と、
   少なくとも前記光軸に平行な方向に前記工具を移動可能な工具移動機構と、
   制御装置とを備え、
   前記光源と前記輪郭情報取得手段は焦点範囲を有し、
   前記制御装置は前記工具移動機構を制御して、前記工具を光軸に平行な方向に移動させ、前記工具の最下端のうち前記輪郭情報取得手段側部分が前記焦点範囲内にくるよう位置決めして、前記輪郭情報取得手段により前記工具の最下端輪郭情報を求める、工具測定装置。
2. 前記制御装置は前記工具移動機構を制御して、前記工具を光軸に平行な方向に移動させ、前記工具の中心軸が前記焦点範囲内にくるよう位置決めして、前記輪郭情報取得手段により前記工具の全体輪郭情報を取得し、
   前記制御装置は前記全体輪郭情報に基づいて、前記工具の最下端を定める、請求項１記載の工具測定装置。
3. 前記制御装置は予め入手した情報に基づいて、前記工具の最下端を定める、請求項１記載の工具測定装置。
4. 前記光源は照明光を発光するストロボからなり、前記輪郭情報取得手段はカメラからなる、請求項１記載の工具測定装置。
5. 前記光源はレーザ光照射装置からなり、前記輪郭情報取得手段はレーザ光受光装置からなる、請求項１記載の工具測定装置。
6. 工具に対して光を照射する光源と、
   前記工具に関し前記光源と対向して配置され、前記光源との間で光軸を形成するとともに、前記工具の輪郭情報を得る輪郭情報取得手段と、
   少なくとも前記光軸に平行な方向に前記工具を移動可能な工具移動機構と、
   制御装置とを備えた工具測定装置を用いた工具測定方法において、
   前記制御装置により前記工具移動機構を制御して、前記工具を光軸に平行な方向に移動させ、前記工具の最下端のうち前記輪郭情報取得手段側部分が、前記光源と前記輪郭情報取得手段の焦点範囲内にくるよう位置決めする工程と、
   前記制御装置により前記輪郭情報取得手段により前記工具の最下端輪郭情報を取得する工程とを備えた、工具測定方法。
7. 前記制御装置により前記工具移動機構を制御して、前記工具を光軸に平行な方向に移動させ、前記工具の中心軸が前記焦点範囲内にくるよう位置決めして、前記輪郭情報取得手段により前記工具の全体輪郭情報を取得し、前記制御装置により前記全体輪郭情報に基づいて前記工具の最下端を求める、請求項６記載の工具測定方法。
8. 前記制御装置は予め入手した情報に基づいて、前記工具の最下端を定める、請求項６記載の工具測定方法。
9. 前記光源は照明光を発光するストロボからなり、前記輪郭情報取得手段はカメラからなる、請求項６記載の工具測定方法。
10. 前記光源はレーザ光照射装置からなり、前記輪郭情報取得手段はレーザ光受光装置からなる、請求項６記載の工具測定方法。

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