JP3958815B2 - Tool position measuring method in NC machine tools - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、NC工作機械における工具位置測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、NC工作機械は、動作及び各種機能をプログラムにより設定している。そのため、精密加工を行うためには、NC工作機械が認識している工具刃先の位置と、実際の工具刃先の位置とを一致させる必要がある。従って、所定の基準位置に対する、実際に取り付けられた工具刃先の位置を測定して、NC工作機械による工具刃先の認識位置を補正する作業が行われる。以下、この補正作業において、CCDカメラを利用した場合について説明する。
【0003】
即ち、同時2軸送りが可能なNC工作機械であって、顕微鏡にCCDカメラを組合せ、工具に対してX軸とZ軸の両方向に移動可能に上記NC工作機械本体に設置された撮像装置と、その撮像装置からの映像信号から画像の輪郭位置を示す輪郭データを抽出する画像処理装置と、工具刃先の公称幾何形状を入力するキーボードと、その公称幾何形状に従って、上記撮像装置の視野内に工具刃先の一部分が順次連続して入る様に、撮像装置を順次移動するNC位置決め手段と、その位置決めされた各位置における上記輪郭データと、X軸及びZ軸への上記撮像装置の移動量から、工具刃先の半径R、R中心位置O、刃先頂点位置Pを算出するパラメータ算出手段と、それらパラメータからNC工作機械の工具刃先の認識位置を補正して加工を行う工具補正手段を備えた構成である。
【0004】
以上の構成により、先ずユーザがキーボードから工具刃先の公称幾何形状を入力する。その後、測定を開始するとその公称幾何形状に従って、撮像装置が上記2方向へ移動して、工具刃先の形状が広範囲にわたり測定される。尚、この様に広範囲な測定は、工具刃先の実際の半径R、R中心位置O、刃先頂点位置Pを輪郭データ等から算出する上で必要となる動作である。この様にして算出された各種値を用いてNC工作機械の工具刃先の認識位置を補正する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様な従来のNC工作機械の工具刃先の認識位置の補正方法では、補正の際に最も重要な刃先頂点位置Pを算出するために、一々工具刃先の公称幾何学形状のデータを入力する必要が有り、更に、データの入力誤りが無いかをチェックする必要が生じる等、極めて煩雑な作業を伴い、補正作業に要する時間が長くなると言う課題が有った。
【0006】
本発明は、従来のNC工作機械のこの様な課題を考慮し、補正作業を従来に比べてより一層短時間に行えるNC工作機械における工具位置測定方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段
【0009】
請求項記載の本発明は、NC工作機械における工具の刃先形状を所定のパターンに分類するために予め定められた複数種類の形状パターンの中から、測定対象となる工具の刃先形状に対応する前記形状パターンを選択する形状パターン選択ステップと、
前記測定対象となる工具を移動させ、その工具の撮像に用い、前記NC工作機械本体に取り付けられた撮像手段の視野内に前記工具が入る様に位置決めし、その位置決めされた工具の画像データを前記撮像手段により獲得する画像データ獲得ステップと、
前記選択された形状パターンに対応する探査方法に基づいて、前記獲得した画像データから、前記測定対象となる工具の刃先のプログラムポイントを求めるプログラムポイント算出ステップとを備え、
前記予め定められた複数種類の形状パターンは、直交座標系の原点に前記刃先のプログラムポイントがあるときに、前記工具が前記直交座標系の4つの象限の内、1つ又は2つのどの象限にあるかによって、パターン分けされていることを特徴とするNC工作機械における工具位置測定方法である。
【0011】
請求項記載の本発明は、前記探査方法は、前記パターンに対応する前記象限が1つの場合には、前記画像データに対して水平スキャンと垂直スキャンを利用し、又、前記パターンに対応する前記象限が2つの場合には、前記画像データに対して水平スキャン又は垂直スキャンを利用することを特徴とする請求項記載のNC工作機械における工具位置測定方法である。
【0013】
請求項記載の本発明は、前記移動の初期段階における前記視野の方が、前記位置決めの段階における前記視野よりも広いことを特徴とする請求項1または2の何れか一つに記載のNC工作機械における工具位置測定方法である。
【0014】
請求項記載の本発明は、前記画像データ獲得ステップでは、表示手段を利用して前記広い視野の画像を表示する場合、それより狭い前記視野の領域を示すガイド枠の画像を、前記広い視野の画像上に重ねて表示することを特徴とする請求項記載のNC工作機械における工具位置測定方法である。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るNC工作機械における工具位置測定方法の一実施の形態について、図面を用いて説明する。
【0017】
図1は、上記NC工作機械における工具位置測定方法が適用されたNC工作機械の略示ブロック図であり、同図を参照しながら本実施の形態の構成を説明する。 同図において、CCDカメラ1a、1bは、NC工作機械の本体(図示省略)に固定されており、工具取り付け部(刃物台)2に取り付けられた工具3の刃先を撮像するための手段である。CCDカメラ(ズームカメラ)1bは、工具3の刃先のプログラムポイントの位置計測に用いる画像を取り込むためのもので、その画像領域をここでは計測視野と呼ぶ。又、CCDカメラ(標準カメラ)1aは、上記計測視野をほぼ中央に含み、更にその周囲の領域の画像をも広く取り込んで、工具3が初期位置から移動し、最終位置決めされるまでの一連の操作を容易に行うためのものである。尚、本実施の形態では、図2に示すように、工具初期位置の刃先のプログラムポイントの位置がX−Z軸に基づく機械座標系の原点O(0、0)である。又、本実施の形態での位置座標の表示は、特に示さない限り、上記機械座標系を基準とする。図2は、機械座標と工具補正の関係を示す概念図である。
【0018】
又、上記計測視野(カメラ視野とも呼ぶ)のサイズは、約21×20mmである。そのカメラ視野の中央点、即ち、画像面上におけるカメラ原点Qが、機械座標系において予め定められた画像認識基準点P(XP、ZP)と正確に一致する様に、CCDカメラ1bが位置決めされており、しかもその向きは、工具3の移動平面に対してほぼ垂直となるように取り付けられている(図2参照)。この工具3の移動平面はX軸及びZ軸により決まる平面である。尚、これらCCDカメラ1a及び1bは一体となって組み立てられており、双方のカメラの向きは一致する様に調整が完了しているものとする。
【0019】
CCDカメラ1a、1bは、カメラ切換器4を介して、画像処理装置5に接続されており、更に画像処理装置5は、機械コントローラ(以下、CNC装置と呼ぶ)6に接続されている。
【0020】
カメラ切換器4は、画像処理演算部10からの指令を受けて、CCDカメラ1aと1bの内、何れの画像をディスプレイ装置9に表示させるかによって、CCDカメラの切り換えを行う手段である。
【0021】
画像処理装置5について更に説明する。即ち、画像処理装置5において、A/D変換器7はCCDカメラ1a,1bからの画像信号をディジタル信号に変換する手段であり、2値化処理部8は、A/D変換器7の出力であるディジタル化された濃淡画像信号を所定の基準値を用いて2値化信号に変換する手段である。ディスプレイ装置9は、2値化処理部8の出力を2値化画像として、又、CCDカメラ1aからの画像信号を通常の濃淡を有するカメラ画像として、表示する手段である。画像処理演算部10は、2値化画像データを用いて工具の刃先のプログラムポイント位置Rの座標値(α、β)(但し、(α、β)はカメラ原点Qを基準とする座標値)を算出し、後述する主制御部12へ通知する手段である。データメモリ11は、画像認識基準点P(XP、ZP)、2値化処理部8の出力である2値化データ、そして後述する工具形状パターン画像データ等を格納する手段である。
【0022】
CNC装置6について更に説明する。即ち、CNC装置6は、画像処理演算部10と接続されている主制御部12と、制御プログラム等を格納したROM1と、NC加工データ等を格納するRAM15と、X軸モータ17及びZ軸モータ18の駆動制御を行うサーボ制御部19と、補正量格納部20を備えている。主制御部12は、画像処理演算部10からの工具刃先のプログラムポイント位置の座標値を利用して後述する工具補正量を算出し、その補正量を用いて、NC加工データに基づく各種加工動作を総括する手段である。補正量格納部20は、工具補正量を格納するものである。又、主制御部12には、キーボード21が接続されている。キーボード21は、オペレータが後述する形状パターンの選択指示を行ったり、工具の移動及び位置決め指示を行うための手段である。
【0023】
以上の構成において、以下、本実施の形態の動作を図面を参照しながら説明し、同時に、本発明に係るNC工作機械における工具位置測定方法の一実施の形態について述べる。ここでは、(1)先ず最初に、CCDカメラ1bの取り付け角度誤差の補正処理について述べ(図3参照)、(2)その後、工具補正量の計測について述べる(図4〜図8参照)。
【0024】
(1)CCDカメラ1bの取り付け角度誤差の補正処理
図3は、CCDカメラ1bの取り付け角度誤差の補正処理を示す流れ図である。
【0025】
動作説明に入る前に、本動作の必要性について説明する。
【0026】
即ち、本装置の組立時において、CCDカメラ1bの取り付けは、上述したように、本来、工具3の移動平面に対して垂直となるように取り付けられるのが理想であるが、現実には多少の取り付け角度に誤差が生じる。この様な取り付け位置誤差を補正することによって、(2)で述べる工具補正量の測定精度を高めることが出来る。従って、ここで述べる補正処理は、本装置の組立後、出荷前の調整の際に一度行えば足りるものである。
【0027】
尚、本実施の形態では、カメラの取り付け角度誤差の補正は、CCDカメラ1bについてのみ行い、CCDカメラ1aについては、特に行わない。これは、CCDカメラ1aによる画像は、上述した様に、あくまで、工具移動の操作を容易に行うための画像であるのに対して、CCDカメラ1bによる画像は、工具のプログラムポイントの位置測定に直接関係する最も重要なデータであるからである。
【0028】
以上で本動作の必要性の説明を終わり、次に動作説明を行う。
【0029】
ステップ1:調整者は、先ず工具取り付け部2に、標準工具(図示省略)を取り付ける。次に、標準工具の刃先のプログラムポイントを画像認識基準点P(XP,ZP)に位置決めするために、キーボード21を操作する。画像認識基準点Pは、上述した通り、画像表示面上のカメラ原点Qと一致しているので、調整者は、CCDカメラ1bが取り込んだ画像を表示しているディスプレイ装置9の表示画面を見ながら、その画面上中央に表示された原点Qの位置に標準工具の刃先のプログラムポイントを位置決めすればよい。尚、標準工具の刃先のプログラムポイントの位置の座標値データを予めCNC装置6内のメモリに格納しておけば、そのデータを利用して、即座に原点Qの位置に上記位置決めが出来ることは言うまでもない。
【0030】
キーボード21からの入力に応じて、主制御部12はサーボ制御部19に指令を送り、その指令に従って、サーボ制御部19がX軸モータ17及びZ軸モータ18の駆動制御を行うことにより、標準工具が画像認識基準点P(XP,ZP)に位置決めされる。尚、本装置においては、工具の移動に際し、工具3自身が自転する様な移動は行えない構成となっている。
【0031】
ステップ2:次に、調整者は、標準工具をX軸方向及びZ軸方向にそれぞれ一定量移動させるための指示をキーボード21から行う。
【0032】
この指示を受けて、主制御部12は、先ずサーボ制御部19を介して、X軸モータ17の駆動を指令し、標準工具をX軸方向へ基準値5mmだけ移動させて停止させる。
【0033】
ステップ3:上記移動後の標準工具の刃先の画像データが、CCDカメラ1aから取り込まれて、A/D変換器7及び2値化処理部8で信号処理され、画像処理演算部10へ送られる。画像処理演算部10では、上記2値化処理された、刃先の画像データと、データメモリ11に格納されているカメラ原点Qに基づいて、刃先のプログラムポイントの位置のX軸方向への移動量を算出し、基準値との誤差量XEを計算する。
【0034】
ステップ4:次に、主制御部12は、サーボ制御部19を介して、Z軸モータ18の駆動を指令し、標準工具をZ軸方向へ基準値5mmだけ移動させて停止させる。
【0035】
ステップ5:上記移動後の標準工具の刃先の画像データが、CCDカメラ1aから取り込まれて、A/D変換器7及び2値化処理部8で信号処理され、画像処理演算部10へ送られる。画像処理演算部10では、上記ステップ3と同様にして、刃先のプログラムポイントのZ軸方向への移動量を算出し、基準値との誤差量ZEを計算する。
【0036】
ステップ6:画像処理演算部10は、以上のようにして計算された誤差量XE及びZEを用いて、工具移動平面とCCDカメラ1bによる計測平面との角度のズレ即ち、CCDカメラ1bの取り付け角度誤差量を算出して、データメモリ11へ格納する。
【0037】
以上によりCCDカメラ1bの取り付け角度誤差の補正処理が完了する。
【0038】
次に、工具補正量の計測について図4〜図8を参照しながら説明する。
【0039】
図4は、工具補正量計測処理を示す流れ図である。又、図5は、NC工作機械における工具の刃先形状を所定のパターンに分類するために予め定められた4種類の形状パターンを説明するための概念図である。図5では、四角形の枠41内は計測視野に、又、四角形の枠の中央点42はカメラ原点Qにそれぞれ対応する様に描かれている。更に、この四角形の枠41内は、枠の中央点42で直交するX軸47とZ軸48により第1象限43〜第4象限46の4つのエリヤに分けられている。これら4つのエリヤの内、黒く塗りつぶしたエリヤは、工具の刃先のプログラムポイントを直交座標系の原点42に位置決めしたとした場合に、刃先及びその背後の部分の画像が占める可能性のある領域を示している。尚、CCDカメラ1bの計測視野に取り込まれた画像の、ディスプレイ装置9の表示画像上においても、そのカメラ原点Qで直交するX軸47とZ軸48が表示され、図5と同様に、それら各軸により第1象限43〜第4象限46の4つのエリヤに区分けされている。ここで、図5に示した4種類の形状パターンに該当する典型的な工具の形状図を図6に示す。
【0040】
(2)工具補正量の計測
ステップ101:オペレータは、先ず測定対象となる工具3について、工具形状パターンを選択するために、キーボード21から所定の指示を行う。
【0041】
キーボード21からの指示に応じて、画像処理演算部10は、工具形状パターンの画像データをデータメモリ11から取り出して、ディスプレイ装置9に出力させる。
【0042】
オペレータは、ディスプレイ装置9の画面上に表示された図5に示す4つの画像を見て、その中から、測定対象となる工具3が何れのパターンに該当するかを判断する。そして、Cタイプを選択指示したとする。画像処理演算部10は、この選択指示の内容をデータメモリ11に格納する。
【0043】
ステップ102:次に、オペレータは、測定対象となる工具3を初期位置から移動させ、図5におけるCタイプに対応する、計測視野内のエリヤ内に位置決めさせるための指示をキーボード21により行う。
【0044】
即ち、オペレータは、ディスプレイ装置9に表示されているCCDカメラ1aにより取り込まれた広い視野の画像50を見ながら、工具の初期位置51と計測視野の位置との全体を確認して(図7参照)、とりあえず、工具3の刃先が計測視野の外周枠52中に入る様に、工具移動の指示を行う。ここで、図7は、カメラ視野の説明図である。尚、図7に示すように、広い視野の画像50の中央には、計測視野の外周枠52が重ねて表示される。計測視野の外周枠52の内部領域に工具3の画像領域が25%以上占めると画像処理演算部10の指示により自動的に、ディスプレイ装置9における表示が、CCDカメラ1bにより取り込まれた画像に切り替わる(図8(a)参照)。図8(a)〜(c)は、計測視野の外周枠52内における工具3の先端部の画像の移動の様子を示す図であり、移動方向を矢印で示す。
【0045】
工具移動の動作は、ステップ2で述べた内容と基本的に同じである。
【0046】
ステップ103:計測視野の画像に切り替わった後は、オペレータは、その計測視野の画像(図8(a)〜(c)参照)を見ながら、工具の刃先及びその背後の画像が、ステップ101で選択した図5中に示すCタイプのエリヤ、即ち第3象限内に入り、それ以外の象限には入らない位置に来るまで、工具移動の指示を行う。そして、所望の位置に達すれば工具の移動を停止させる機械移動停止指令が出される(図8(c)参照)。尚、計測視野の画面では、直交座標系の各軸の画像が刃先の画像に重ねて表示される。
【0047】
ステップ104:オペレータは、工具刃先のプログラムポイント位置の計測スタートを指示する。画像処理演算部10は、その計測スタート指示を得て、停止中の工具の刃先の画像データを取り込みデータメモリ11へ一端格納する。画像処理演算部10は、この画像データに、ステップ6で算出したCCDカメラの取り付け角度誤差量を加味した上で、刃先のプログラムポイントの位置R(α、β)を計測する(図8(c)参照)。(α、β)の値は、上述した通り、カメラ原点Q(0、0)からのズレ量を示す。尚、刃先のプログラムポイント位置R(α、β)の計測方法については、更に後述する。
【0048】
ステップ105:画像処理演算部10は、このようにして計測した刃先のプログラムポイント位置R(α、β)の値と、画像認識基準点P(XP、ZP)の値とを主制御部12へ通知する。
【0049】
ステップ106:主制御部12では、刃先のプログラムポイント位置R(α、β)の値と、画像認識基準点P(XP、ZP)の値とから、工具補正量を(XP−α、ZP−β)として算出する。この工具補正量は、刃先のプログラムポイント位置R(α、β)を機械座標系における値に変換したものである。
【0050】
ステップ107:主制御部12は、工具補正量(XP−α、ZP−β)を補正量格納部20における所定のアドレスである指定補正番号に設定される。
【0051】
ステップ108:機械移動停止信号が解除され、工具補正量計測の処理が完了する。
【0052】
以上で工具補正量計測の説明を終わり、次に、上述した通り、刃先のプログラムポイント位置R(α、β)の計測方法について、図9を参照しながら説明する。
【0053】
図9は、刃先のプログラムポイントの位置R(α、β)の計測方法を説明するための図である。
【0054】
ここでは、Aタイプが選択されていることから、同図に示す様に、工具3の刃先の画像は第3象限にのみ存在することが前提となっている。従って、画像処理演算部10では、それに対応する様に、データメモリ11に格納されている2値画像データに対して、図9に示した、垂直スキャンと水平スキャンの2通りの探査を実行する。ここで、垂直スキャンとは、Z軸に垂直な同一ライン上を走査し、しかもその走査ラインをZ軸に対して順次正又は負の何れかの方向に進める探査のことであり、一方、水平スキャンとは、X軸に垂直な同一ライン上を走査し、しかもその走査ラインをX軸に対して順次正又は負の何れかの方向に進める探査のことである。又、走査ラインの進む方向を特に探査方向と呼ぶ。図9では、垂直スキャンの探査方向は負方向であり、これを第1探査方向70と呼び、一方、水平スキャンの探査方向は負方向であり、これを第2探査方向75と呼ぶものとする。これら2つの探査方向について、順次、2値画像データの白黒変化点の探査を行う。
【0055】
即ち、具体的には同図に示すように、先ず、垂直スキャンを行う。
【0056】
ここでは、スキャン対象となる主な領域はあくまで第3象限であるから、スキャン幅をX軸の全幅に合わせ、しかも画像の最右端から第1探査方向に探査すると言う必要はない。従って、ここでの垂直スキャンにおいては、カメラ原点Qから第4象限側に少し入ったところの垂直スキャンスタート位置71から第1探査方向70に向けて探査を開始して、第3象限へ向かうものであり、そのスキャン幅は、カメラ原点QからX軸座標の正の領域に若干入ったところから、X軸座標の負の領域に一定量入ったところまでの幅で充分である。この垂直スキャンの範囲は予め定められている。
【0057】
この様に探査することにより、垂直スキャンストップ位置72において、最初に白から黒に反転する点として点A(XA、β)が検出される。
【0058】
次に、水平スキャンを行う。この場合は、更にスキャン範囲を絞り込むことが出来る。
【0059】
即ち、水平スキャンにおいては、カメラ原点Qから第2象限側に少し入ったところの水平スキャンスタート位置73から第2探査方向75に向けて探査を開始して、第3象限へ向かうものであり、そのスキャン幅は、点AのZ軸座標値に対応する位置からZ軸座標の更に負の方向へ一定量進んだところまでの幅で充分である。
【0060】
この様に探査することにより、水平スキャンストップ位置74において、最初に白から黒に反転する点として点B(α、ZB)が検出される。
【0061】
以上のように、探査領域を限定することにより、演算処理時間の短縮が図れる。
【0062】
以上のようにして求められた点A(XA、β)と点B(α、ZB)の座標値から、工具3の刃先のプログラムポイントの位置R(α、β)が求まる。
【0063】
尚、上記探査方向は、工具形状のタイプに応じて異なるが、それらは何れも上記と同様の考え方に基づいて予め定められている。例えば、Aタイプの場合は、垂直スキャンで、その探査方向がZ軸の正の方向の探査と、水平スキャンで、その探査方向がX軸の正の方向の探査との両方が必要となる。又、Bタイプの場合は、垂直スキャンで、その探査方向がZ軸の負の方向の探査と、水平スキャンで、その探査方向がX軸の正の方向の探査との両方が必要となり、Dタイプの場合は、垂直スキャンで、その探査方向がZ軸の正の方向の探査と、水平スキャンで、その探査方向がX軸の負の方向の探査との両方が必要となる。
【0064】
次に、工具補正量の計測の別の実施の形態について説明する。
【0065】
即ち、ここでは、上述した4種類の工具形状パターンに属さない工具をも対象とすることが出来るものであり、測定対象となり得る工具の種類が大幅に増えると言う効果がある。尚、本実施の形態では、以下に述べる工具補正量の計測処理以外のところは、上記実施の形態と同じである。
【0066】
図10は、NC工作機械における工具の先端部形状を所定のパターンに分類するために予め定められた8種類の形状パターンを説明するための概念図である。
【0067】
上記実施の形態における図5では、工具の刃先のプログラムポイントを直交座標の原点42に位置決めしたとした場合に、刃先及びその背後の部分の画像が占める可能性のある領域が、1つの象限だけになるタイプ(Aタイプ〜Dタイプ)のみであったのに対して、本実施の形態では、図10に示す通り、更に、2つの象限にまたがるタイプ(Eタイプ〜Hタイプ)をも加えた形になっている点で両者は異なる。即ち、例えば、図10に示す様に、Eタイプの形状パターンは、刃先及びその背後の部分の画像が第1象限43及び第2象限44にあるタイプを示す。尚、図10に示した8つのタイプのそれぞれに該当する典型的な工具の形状を図11に示す。
【0068】
以下、工具補正量の計測の動作を説明する。
【0069】
ステップ201:オペレータは、先ず測定対象となる工具3について、工具形状パターンを選択するために、キーボード21から所定の指示を行う。これは、上記ステップ101と同じである。但し、ディスプレイ装置9に表示される画像は、上述した8種類の形状パターンである点は、ステップ101と異なる。尚、ディスプレイ装置9に表示する画像としては、図10又は図11の何れの画像が表示されてもかまわない。ここでは、オペレータは、Fタイプを選択したとする。
【0070】
ステップ202:オペレータは、上記ステップ102と同様に、工具3を初期位置から移動させて、計測視野内に工具3の刃先が入る様に移動させる。
【0071】
ステップ203:ここでは、オペレータは、ディスプレイ装置9に表示された計測視野の画面を見ながら、工具の刃先がその画面上に現れているかどうかを確認する。これにより工具移動及び位置決めが完了する。
【0072】
尚、上記実施の形態のステップ102では、オペレータが位置決めする場合に、選択された形状パターンが示す特定された象限と同じ位置関係にある、計測視野の画面上における象限に、工具の刃先及びその背後の部分の画像がくる様に、上記位置決めをしていた。しかし、ここでは、その様な厳密な位置決めは必要とせず、単に計測視野内に工具3の刃先が入りさえすればよい。
【0073】
ステップ204:オペレータは、工具刃先のプログラムポイント位置の計測スタートを指示する。
【0074】
以下、上記ステップ104との主な相違点を図12を参照しながら説明する。
【0075】
ここで、図12は、ステップ203で述べた、位置決めされた工具刃先とその背後の部分の画像に対して、本実施の形態の探査方法を適用する場合の動作を説明するための図である。
【0076】
ステップ201で形状パターンとして、Fタイプが選択されているので、同図に示す様に、垂直スキャンの探査を実行するだけでよい。
【0077】
即ち、同図に示す様に、垂直スキャンスタート位置71から第1探査方向70に向けて探査を開始して、最初に白から黒に反転する点を検出した時点で探査を終了する。この様にして求められた点R1(α1、β1)が刃先のプログラムポイントの位置である。ところで、ここでの、垂直スキャンスタート位置71は、図11に示す画像の最右端であり、しかもスキャン幅は、X軸の全幅に合わせてある点は、図9の場合と相違する。これは、本実施の形態では、刃先の位置決めが上記実施の形態の様な厳密なものではないことに起因している。
【0078】
尚、タイプE、G、あるいはHが選択された場合も、1種類のスキャンを利用する点でFタイプの場合と同様である。但し、Eタイプの場合は、水平スキャンで、その探査方向がX軸の正の方向であり、Gタイプの場合は、水平スキャンで、その探査方向がX軸の負の方向であり、又、Hタイプの場合は、垂直スキャンで、その探査方向がZ軸の正の方向となる。
【0079】
一方、タイプA〜Dの形状パターンに関しては、基本的に上記実施の形態で述べたものと同じ探査方法が用いられる。しかしながら、本実施の形態では、刃先の位置決めは上述した様な厳密なものではないため、2種類のスキャン動作の内、最初に行う垂直又は水平スキャン動作のスキャン幅は、上記実施の形態の場合に比べて広くする必要がある。その場合でも、その後に行う水平又は垂直スキャン動作のスキャン幅は、上記実施の形態と同様に、最初のスキャン動作で検出された白黒反転する点A(XA、β)の座標値(図9参照)が利用出来るので、スキャン幅を狭い範囲に抑えることが出来き、演算時間の短縮が可能となる。
【0080】
以上により、工具刃先のプログラムポイント位置の計測が完了し、その後の動作は、上記実施の形態で述べたステップ105〜108と同じであるので、その説明を省略する。
【0081】
ところで、上記実施の形態で述べた各ステップの全部又は一部のステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した媒体として、NCテープあるいはフロッピーディスクや光ディスク等を作成し、それらの媒体を利用することにより、容易に別のNC工作機械等に対しても、同様の動作を実施させることが出来る。
【0082】
尚、上記実施の形態では、CCDカメラが収納のための移動が出来ない固定タイプの場合について説明したが、これに限らず例えば、CCDカメラが収納可能なタイプであっても勿論良い。この場合、CCDカメラ使用時に、所定位置まで移動する構造となるため、工具補正量の測定の都度、CCDカメラの取り付け角度の補正処理が行われることが望ましい。その場合は、CCDカメラの取り付け角度誤差を全自動計測出来る様にすれば更に良い。
【0083】
又、上記実施の形態では、工具のみを移動させるタイプについて説明したがこれに限らず、例えば、工具を固定して、その工具の撮像に用いる撮像手段の方を移動させる構成であってもよい。
【0084】
又、上記実施の形態では、カメラの取り付け角度補正を行う場合について説明したがこれに限らず、例えば、カメラの取り付け角度補正を行わない構成でもよい。
【0085】
又、上記実施の形態では、工具補正の場合について説明したがこれに限らず、例えば、工具磨耗量や欠けなどを検出することにも利用可能である。その場合は、初期の工具形状を記憶しておく必要がある。
【0086】
又、4種類の工具形状パターンを利用する上記実施の形態では、オペレータが、工具刃先を移動させ、位置決めする際に、選択された形状パターンが示す特定の象限と同じ位置関係にある、計測視野の画面上における象限に、工具の刃先及びその背後の部分の画像がくる様に、上記位置決めをする場合について説明したが、これに限らず例えば、必ずしも同じ位置関係にある象限に位置決めしなくても、単に計測視野の画面内に、刃先及びその背後の部分の画像が入る様に位置決めすることで、刃先のプログラムポイントは求められる。その場合、刃先画像がどの象限に有るかと言う情報が使えないため、上記の探査方法に比べて、スキャンすべき領域を広くする必要はあるが、選択された形状パターンとそれに対応する探査方向との関係は同じであり、基本的には同様の方法で工具刃先のプログラムポイントの位置を探査出来る。
【0087】
又、8種類の工具形状パターンを利用する上記実施の形態では、オペレータが、工具刃先を移動させ、位置決めする際に、単に計測視野の画面内に、刃先及びその背後の部分の画像が入る様に位置決めする場合について説明したが、これに限らず例えば、選択された形状パターンが示す特定の象限と同じ位置関係にある、計測視野の画面上における象限に、工具の刃先及びその背後の部分の画像がくる様に、上記位置決めをする様にしても勿論良い。この場合、探査範囲が更に狭い範囲に限定出来るので、演算処理時間の短縮が図れる。
【0088】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように本発明は、補正作業を従来に比べてより一層短時間に行えると言う長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態のNC工作機械における工具位置測定方法が適用されたNC工作機械の略示ブロック図
【図2】本実施の形態の機械座標と工具補正の関係を示す概念図
【図3】本実施の形態のCCDカメラの取り付け角度誤差の補正処理を示す流れ図
【図4】本実施の形態の工具補正量計測処理を示す流れ図
【図5】本実施の形態のNC工作機械における工具の刃先形状についての4種類の形状パターンを説明するための概念図
【図6】本実施の形態の4種類の形状パターンに該当する典型的な工具の形状図
【図7】本実施の形態のカメラ視野の説明図
【図8】(a)〜(c)は本実施の形態における、計測視野の外周枠内における工具の先端部の画像の移動の様子を示す図
【図9】本実施の形態の、刃先のプログラムポイントの計測方法を説明するための図
【図10】 他の実施の形態の、工具の刃先形状についての8種類の形状パターンを説明するための概念図
【図11】同実施の形態の8種類の形状パターンに該当する典型的な工具の形状図
【図12】 同実施の形態の、刃先のプログラムポイントの計測方法を説明するための図
【符号の説明】
3 工具
4 カメラ切換器
5 画像処理装置
6 機械コントローラ
10 画像処理演算部
12 主制御部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a method for measuring a tool position in an NC machine tool.To the lawIt is related.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, NC machine tools set operations and various functions by programs. Therefore, in order to perform precision machining, it is necessary to match the position of the tool cutting edge recognized by the NC machine tool with the actual position of the tool cutting edge. Therefore, an operation of measuring the position of the actually attached tool edge with respect to a predetermined reference position and correcting the recognized position of the tool edge by the NC machine tool is performed. Hereinafter, a case where a CCD camera is used in this correction work will be described.
[0003]
That is, an NC machine tool capable of simultaneous two-axis feed, in which a CCD camera is combined with a microscope, and an imaging device installed in the NC machine tool main body so as to be movable in both the X-axis and Z-axis directions with respect to the tool; An image processing device for extracting contour data indicating the contour position of the image from the video signal from the imaging device, a keyboard for inputting the nominal geometric shape of the tool edge, and within the field of view of the imaging device according to the nominal geometric shape From the NC positioning means for sequentially moving the imaging device so that a part of the tool edge sequentially enters, the contour data at each positioned position, and the movement amount of the imaging device to the X and Z axes , Parameter calculation means for calculating the radius R, R center position O, and tip edge position P of the tool edge, and machining by correcting the recognized position of the tool edge of the NC machine tool from these parameters A configuration in which a tool compensation means.
[0004]
With the above configuration, the user first inputs the nominal geometry of the tool edge from the keyboard. Thereafter, when the measurement is started, the imaging device moves in the two directions according to the nominal geometric shape, and the shape of the tool edge is measured over a wide range. In addition, such a wide range of measurement is an operation necessary for calculating the actual radius R, R center position O, and tip edge position P of the tool edge from the contour data or the like. The recognition position of the tool cutting edge of the NC machine tool is corrected using the various values calculated in this way.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional correction method of the recognition position of the tool edge of the NC machine tool, in order to calculate the most important cutting edge vertex position P at the time of correction, the data on the nominal geometric shape of the tool edge is input one by one. In addition, there is a problem that the time required for the correction work becomes long due to extremely complicated work such as the necessity of checking whether there is a data input error.
[0006]
  The present invention considers such problems of conventional NC machine tools, and provides a method for measuring the tool position in an NC machine tool that can perform correction work in a shorter time than in the past.The lawThe purpose is to provide.
[0007]
[Means for solving the problems]]
[0009]
  Claim1The invention described isShape pattern selection for selecting the shape pattern corresponding to the cutting edge shape of the tool to be measured from among a plurality of types of predetermined shape patterns for classifying the cutting edge shape of the tool in the NC machine tool into a predetermined pattern Steps,
The tool to be measured is moved, used for imaging the tool, positioned so that the tool enters the field of view of the imaging means attached to the NC machine tool body, and image data of the positioned tool is obtained. An image data acquisition step acquired by the imaging means;
A program point calculating step for obtaining a program point of a cutting edge of the tool to be measured from the acquired image data based on a search method corresponding to the selected shape pattern;
  The predetermined plural types of shape patterns may include one of four quadrants of the orthogonal coordinate system when the tool has a program point of the cutting edge at the origin of the orthogonal coordinate system,TwoIt is characterized by being divided into patterns according to which quadrant ofNIt is a tool position measuring method in C machine tool.
[0011]
  Claim2The invention described isSaidThe search method uses horizontal scanning and vertical scanning for the image data when the number of the quadrants corresponding to the pattern is one, and the quadrant corresponding to the pattern isTwoIn this case, a horizontal scan or a vertical scan is used for the image data.1It is a tool position measuring method in the described NC machine tool.
[0013]
  Claim3The invention described isSaid2. The visual field in the initial stage of movement is wider than the visual field in the positioning stage.Or 2The tool position measuring method in the NC machine tool according to any one of the above.
[0014]
  Claim4The invention described isSaidIn the image data acquisition step, when displaying the image with the wide field of view using display means, an image of the guide frame indicating the region of the field of view narrower than that is displayed on the image with the wide field of view. Characteristic claims3It is a tool position measuring method in the described NC machine tool.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a tool position measuring method in an NC machine tool according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a schematic block diagram of an NC machine tool to which the tool position measuring method in the NC machine tool is applied. The configuration of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the figure, CCD cameras 1a and 1b are fixed to the main body (not shown) of an NC machine tool and are means for imaging the cutting edge of a tool 3 attached to a tool attachment portion (tool post) 2. . The CCD camera (zoom camera) 1b is for capturing an image used for position measurement of the program point of the cutting edge of the tool 3, and the image area is referred to as a measurement visual field here. Further, the CCD camera (standard camera) 1a includes the above-described measurement visual field at the center, and further captures a wide range of the image of the surrounding area, and moves the tool 3 from the initial position until the final positioning. This is for easy operation. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the position of the program point of the cutting edge at the tool initial position is the origin O (0, 0) of the machine coordinate system based on the XZ axis. The display of the position coordinates in the present embodiment is based on the machine coordinate system unless otherwise indicated. FIG. 2 is a conceptual diagram showing the relationship between machine coordinates and tool correction.
[0018]
The size of the measurement visual field (also referred to as a camera visual field) is about 21 × 20 mm. The center point of the camera field of view, that is, the camera origin Q on the image plane, is determined by the image recognition reference point P (XP, ZPThe CCD camera 1b is positioned so as to be exactly coincident with (3), and is mounted so that the direction thereof is substantially perpendicular to the moving plane of the tool 3 (see FIG. 2). The moving plane of the tool 3 is a plane determined by the X axis and the Z axis. It is assumed that the CCD cameras 1a and 1b are assembled together and the adjustment is completed so that the directions of both cameras coincide.
[0019]
The CCD cameras 1a and 1b are connected to an image processing device 5 via a camera switch 4, and the image processing device 5 is further connected to a machine controller (hereinafter referred to as a CNC device) 6.
[0020]
The camera switching unit 4 is a means for switching the CCD camera depending on which of the CCD cameras 1 a and 1 b is displayed on the display device 9 in response to a command from the image processing calculation unit 10.
[0021]
The image processing apparatus 5 will be further described. That is, in the image processing apparatus 5, the A / D converter 7 is a means for converting the image signals from the CCD cameras 1a and 1b into digital signals, and the binarization processing unit 8 outputs the output of the A / D converter 7. Is a means for converting a digitized grayscale image signal into a binary signal using a predetermined reference value. The display device 9 is a means for displaying the output of the binarization processing unit 8 as a binarized image, and the image signal from the CCD camera 1a as a camera image having normal light and shade. The image processing calculation unit 10 uses the binarized image data to obtain the coordinate values (α, β) of the program point position R of the cutting edge of the tool (where (α, β) are coordinate values based on the camera origin Q). Is a means for calculating and notifying the main control unit 12 described later. The data memory 11 stores the image recognition reference point P (XP, ZP) Means for storing binarized data that is output from the binarization processing unit 8, tool shape pattern image data, and the like to be described later.
[0022]
  The CNC device 6 will be further described. That is, the CNC device 6 includes a main control unit 12 connected to the image processing calculation unit 10 and a ROM 1 storing a control program and the like.4A RAM 15 for storing NC machining data, a servo control unit 19 for controlling the driving of the X-axis motor 17 and the Z-axis motor 18, and a correction amount storage unit 20. The main control unit 12 calculates a tool correction amount, which will be described later, using the coordinate value of the program point position of the tool cutting edge from the image processing calculation unit 10, and uses the correction amount to perform various machining operations based on the NC machining data. Is a means of summarizing. The correction amount storage unit 20 stores a tool correction amount. A keyboard 21 is connected to the main control unit 12. The keyboard 21 is a means for an operator to give a shape pattern selection instruction, which will be described later, and to give a tool movement and positioning instruction.
[0023]
In the above configuration, the operation of the present embodiment will be described below with reference to the drawings, and at the same time, one embodiment of the tool position measuring method in the NC machine tool according to the present invention will be described. Here, (1) First, correction processing of the mounting angle error of the CCD camera 1b will be described (see FIG. 3), and (2) measurement of the tool correction amount will be described (see FIGS. 4 to 8).
[0024]
(1) Correction processing of mounting angle error of CCD camera 1b
FIG. 3 is a flowchart showing a correction process of the mounting angle error of the CCD camera 1b.
[0025]
Prior to the description of the operation, the necessity of this operation will be described.
[0026]
That is, at the time of assembling this apparatus, it is ideal that the CCD camera 1b is mounted so as to be perpendicular to the moving plane of the tool 3 as described above. An error occurs in the mounting angle. By correcting such an attachment position error, the measurement accuracy of the tool correction amount described in (2) can be increased. Therefore, the correction processing described here need only be performed once after the assembly of the apparatus and before adjustment before shipment.
[0027]
In the present embodiment, the correction of the camera mounting angle error is performed only for the CCD camera 1b, and is not performed for the CCD camera 1a. As described above, the image by the CCD camera 1a is an image for facilitating the tool movement operation, whereas the image by the CCD camera 1b is used for measuring the position of the program point of the tool. This is because it is the most important data directly related.
[0028]
This is the end of the description of the necessity of this operation, and the operation will be described next.
[0029]
  Step 1: The adjuster first places the tool attachment part 2 in thestandardInstall a tool (not shown). Next, the program point of the cutting edge of the standard tool is set as the image recognition reference point P (XP, ZPThe keyboard 21 is operated in order to be positioned at (). Since the image recognition reference point P coincides with the camera origin Q on the image display surface as described above, the adjuster looks at the display screen of the display device 9 displaying the image captured by the CCD camera 1b. However, the program point of the cutting edge of the standard tool may be positioned at the position of the origin Q displayed at the center on the screen. In addition, if the coordinate value data of the program point position of the cutting edge of the standard tool is stored in the memory in the CNC device 6 in advance, the above positioning can be immediately performed at the position of the origin Q using the data. Needless to say.
[0030]
In response to an input from the keyboard 21, the main control unit 12 sends a command to the servo control unit 19, and the servo control unit 19 performs drive control of the X-axis motor 17 and the Z-axis motor 18 according to the command. The tool recognizes the image recognition reference point P (XP, ZP). In this apparatus, when the tool is moved, the tool 3 itself cannot move so as to rotate.
[0031]
Step 2: Next, the adjuster gives an instruction from the keyboard 21 to move the standard tool by a certain amount in the X-axis direction and the Z-axis direction.
[0032]
In response to this instruction, the main control unit 12 first instructs the drive of the X-axis motor 17 via the servo control unit 19 to move the standard tool in the X-axis direction by the reference value 5 mm and stop it.
[0033]
Step 3: The image data of the edge of the standard tool after the movement is taken from the CCD camera 1a, subjected to signal processing by the A / D converter 7 and the binarization processing unit 8, and sent to the image processing calculation unit 10. . In the image processing calculation unit 10, based on the binarized image data of the cutting edge and the camera origin Q stored in the data memory 11, the movement amount in the X-axis direction of the position of the program point of the cutting edge And calculate the error amount X from the reference valueECalculate
[0034]
Step 4: Next, the main control unit 12 commands the drive of the Z-axis motor 18 via the servo control unit 19, moves the standard tool in the Z-axis direction by the reference value 5 mm, and stops it.
[0035]
Step 5: The image data of the blade edge of the standard tool after the movement is taken from the CCD camera 1a, subjected to signal processing by the A / D converter 7 and the binarization processing unit 8, and sent to the image processing calculation unit 10. . In the image processing calculation unit 10, the amount of movement of the cutting edge program point in the Z-axis direction is calculated in the same manner as in step 3 above, and the error amount Z from the reference value is calculated.ECalculate
[0036]
Step 6: The image processing arithmetic unit 10 calculates the error amount X calculated as described above.EAnd ZEIs used to calculate the angle deviation between the tool movement plane and the measurement plane by the CCD camera 1b, that is, the mounting angle error amount of the CCD camera 1b and store it in the data memory 11.
[0037]
Thus, the correction process of the mounting angle error of the CCD camera 1b is completed.
[0038]
Next, measurement of the tool correction amount will be described with reference to FIGS.
[0039]
FIG. 4 is a flowchart showing the tool correction amount measurement process. FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining four types of shape patterns that are predetermined for classifying the cutting edge shape of the tool in the NC machine tool into a predetermined pattern. In FIG. 5, the inside of the square frame 41 is drawn so as to correspond to the measurement visual field, and the center point 42 of the square frame is drawn to correspond to the camera origin Q. Further, the inside of the quadrangular frame 41 is divided into four areas of a first quadrant 43 to a fourth quadrant 46 by an X axis 47 and a Z axis 48 orthogonal to each other at the frame center point 42. Of these four areas, the black-filled area indicates the area where the image of the cutting edge and the part behind it may occupy when the program point of the cutting edge of the tool is positioned at the origin 42 of the Cartesian coordinate system. Show. Note that the X-axis 47 and the Z-axis 48 orthogonal to the camera origin Q are also displayed on the display image of the display device 9 of the image captured in the measurement field of view of the CCD camera 1b. Each axis is divided into four areas, a first quadrant 43 to a fourth quadrant 46. FIG. 6 shows a typical tool shape diagram corresponding to the four types of shape patterns shown in FIG.
[0040]
(2) Measuring tool compensation
Step 101: First, the operator gives a predetermined instruction from the keyboard 21 to select a tool shape pattern for the tool 3 to be measured.
[0041]
In response to an instruction from the keyboard 21, the image processing calculation unit 10 takes out the image data of the tool shape pattern from the data memory 11 and causes the display device 9 to output it.
[0042]
The operator looks at the four images shown in FIG. 5 displayed on the screen of the display device 9 and determines which pattern the tool 3 to be measured corresponds to. It is assumed that the C type is selected and instructed. The image processing calculation unit 10 stores the contents of this selection instruction in the data memory 11.
[0043]
Step 102: Next, the operator moves the tool 3 to be measured from the initial position, and gives an instruction for positioning the tool 3 in the area in the measurement visual field corresponding to the C type in FIG.
[0044]
That is, the operator confirms the entire initial position 51 of the tool and the position of the measurement visual field while viewing the image 50 of the wide visual field captured by the CCD camera 1a displayed on the display device 9 (see FIG. 7). For the time being, the tool movement is instructed so that the cutting edge of the tool 3 enters the outer peripheral frame 52 of the measurement visual field. Here, FIG. 7 is an explanatory diagram of the camera field of view. As shown in FIG. 7, an outer peripheral frame 52 of the measurement visual field is displayed in an overlapped manner at the center of the wide visual field image 50. When the image area of the tool 3 occupies 25% or more in the inner area of the outer peripheral frame 52 of the measurement visual field, the display on the display device 9 is automatically switched to the image captured by the CCD camera 1b according to an instruction from the image processing calculation unit 10. (See FIG. 8 (a)). FIGS. 8A to 8C are diagrams showing how the image of the tip of the tool 3 moves within the outer peripheral frame 52 of the measurement visual field, and the movement direction is indicated by an arrow.
[0045]
The movement of the tool is basically the same as that described in Step 2.
[0046]
Step 103: After switching to the image of the measurement field of view, the operator views the image of the measurement field of view (see FIGS. 8A to 8C), and the image of the blade edge of the tool and the image behind it are displayed in Step 101. The tool is instructed to move to the selected C-type area shown in FIG. 5, that is, into the third quadrant and not into the other quadrants. When the desired position is reached, a machine movement stop command for stopping the movement of the tool is issued (see FIG. 8C). In addition, on the screen of the measurement visual field, the image of each axis of the orthogonal coordinate system is displayed superimposed on the image of the blade edge.
[0047]
Step 104: The operator gives an instruction to start measuring the program point position of the tool edge. The image processing calculation unit 10 obtains the measurement start instruction, captures the image data of the cutting edge of the stopped tool, and stores it in the data memory 11. The image processing arithmetic unit 10 measures the position R (α, β) of the program point of the cutting edge after adding the amount of attachment angle error of the CCD camera calculated in step 6 to this image data (FIG. 8 (c). )reference). As described above, the values of (α, β) indicate the amount of deviation from the camera origin Q (0, 0). The method for measuring the program point position R (α, β) of the cutting edge will be further described later.
[0048]
Step 105: The image processing calculation unit 10 calculates the value of the program point position R (α, β) of the cutting edge thus measured and the image recognition reference point P (XP, ZP) To the main control unit 12.
[0049]
Step 106: In the main controller 12, the value of the program point position R (α, β) of the cutting edge and the image recognition reference point P (XP, ZP) And the tool compensation amount (XP-Α, ZP-Β). This tool correction amount is obtained by converting the program point position R (α, β) of the cutting edge into a value in the machine coordinate system.
[0050]
Step 107: The main control unit 12 determines the tool correction amount (XP-Α, ZP-Β) is set to a designated correction number which is a predetermined address in the correction amount storage unit 20.
[0051]
Step 108: The machine movement stop signal is canceled, and the tool correction amount measurement process is completed.
[0052]
This is the end of the description of the tool correction amount measurement. Next, as described above, a method for measuring the program point position R (α, β) of the cutting edge will be described with reference to FIG.
[0053]
FIG. 9 is a diagram for explaining a method of measuring the position R (α, β) of the program point of the cutting edge.
[0054]
Here, since the A type is selected, it is assumed that the image of the cutting edge of the tool 3 exists only in the third quadrant as shown in FIG. Therefore, the image processing calculation unit 10 executes two types of search of the vertical image scan and the horizontal scan shown in FIG. 9 for the binary image data stored in the data memory 11 so as to correspond to it. . Here, the vertical scan is an exploration in which the same line perpendicular to the Z axis is scanned, and the scanning line is sequentially advanced in either the positive or negative direction with respect to the Z axis. Scanning is scanning that scans the same line perpendicular to the X axis and advances the scanning line sequentially in either the positive or negative direction with respect to the X axis. The direction in which the scanning line advances is particularly called the search direction. In FIG. 9, the search direction of the vertical scan is a negative direction, which is called the first search direction 70, while the search direction of the horizontal scan is the negative direction, which is called the second search direction 75. . For these two search directions, the black and white change point of the binary image data is searched sequentially.
[0055]
Specifically, as shown in the figure, first, vertical scanning is performed.
[0056]
Here, since the main area to be scanned is in the third quadrant, it is not necessary to match the scan width to the entire width of the X axis and search from the rightmost edge of the image in the first search direction. Therefore, in the vertical scan here, the search is started from the vertical scan start position 71 slightly entering the fourth quadrant side from the camera origin Q toward the first search direction 70, and going to the third quadrant. As the scan width, a width from a position slightly entering the positive area of the X-axis coordinate from the camera origin Q to a position entering a certain amount in the negative area of the X-axis coordinate is sufficient. The range of this vertical scan is determined in advance.
[0057]
By exploring in this way, at the vertical scan stop position 72, the point A (XA, Β) is detected.
[0058]
Next, a horizontal scan is performed. In this case, the scan range can be further narrowed down.
[0059]
That is, in the horizontal scan, the search is started in the second search direction 75 from the horizontal scan start position 73 slightly entering the second quadrant side from the camera origin Q, and is directed to the third quadrant. As the scan width, a width from a position corresponding to the Z-axis coordinate value of the point A to a position where the Z-axis coordinate further advances in a negative direction by a certain amount is sufficient.
[0060]
By searching in this way, at the horizontal scan stop position 74, the point B (α, ZB) Is detected.
[0061]
As described above, the calculation processing time can be shortened by limiting the search area.
[0062]
The point A (XA, Β) and point B (α, ZB), The position R (α, β) of the program point of the cutting edge of the tool 3 is obtained.
[0063]
In addition, although the said search direction changes according to the type of tool shape, all are predetermined based on the same view as the above. For example, in the case of the A type, both the search in the positive direction of the Z axis in the vertical scan and the search in the positive direction of the X axis in the horizontal scan are required in the horizontal scan. In the case of the B type, both the search in the vertical direction and the search direction in the negative direction of the Z axis and the search in the horizontal scan and the search direction in the positive direction of the X axis are required. In the case of the type, both the search in the positive direction of the Z axis in the vertical scan and the search in the negative direction of the X axis in the horizontal scan are required for the horizontal scan.
[0064]
Next, another embodiment of measuring the tool correction amount will be described.
[0065]
That is, here, the tool that does not belong to the above-described four types of tool shape patterns can be targeted, and there is an effect that the types of tools that can be measured are greatly increased. In the present embodiment, parts other than the tool correction amount measurement process described below are the same as those in the above embodiment.
[0066]
FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining eight types of shape patterns that are predetermined in order to classify the tip shape of the tool in the NC machine tool into a predetermined pattern.
[0067]
In FIG. 5 in the above-described embodiment, when the program point of the cutting edge of the tool is positioned at the origin 42 of the orthogonal coordinates, the area that the image of the cutting edge and the portion behind it may occupy only one quadrant. In this embodiment, as shown in FIG. 10, a type (E type to H type) extending over two quadrants is also added. They differ in that they are shaped. That is, for example, as shown in FIG. 10, the E type shape pattern indicates a type in which the image of the blade edge and the portion behind it is in the first quadrant 43 and the second quadrant 44. FIG. 11 shows typical tool shapes corresponding to each of the eight types shown in FIG.
[0068]
Hereinafter, the operation of measuring the tool correction amount will be described.
[0069]
Step 201: First, the operator gives a predetermined instruction from the keyboard 21 to select a tool shape pattern for the tool 3 to be measured. This is the same as step 101 above. However, the image displayed on the display device 9 is different from Step 101 in that the eight types of shape patterns described above are used. In addition, as an image displayed on the display apparatus 9, any image of FIG. 10 or FIG. 11 may be displayed. Here, it is assumed that the operator has selected the F type.
[0070]
Step 202: The operator moves the tool 3 from the initial position and moves it so that the cutting edge of the tool 3 enters the measurement field of view as in step 102.
[0071]
Step 203: Here, the operator looks at the screen of the measurement visual field displayed on the display device 9,toolCheck if the cutting edge of the tool appears on the screen. This completes the tool movement and positioning.
[0072]
In step 102 of the above embodiment, when the operator performs positioning, the cutting edge of the tool and its quadrant in the quadrant on the screen of the measurement field of view, which has the same positional relationship as the specified quadrant indicated by the selected shape pattern, are displayed. The above positioning was performed so that the image of the back part came. However, here, such exact positioning is not required, and it is only necessary that the cutting edge of the tool 3 enters the measurement field of view.
[0073]
Step 204: The operator gives an instruction to start measuring the program point position of the tool edge.
[0074]
Hereinafter, main differences from Step 104 will be described with reference to FIG.
[0075]
Here, FIG. 12 is a diagram for explaining an operation in the case where the search method of the present embodiment is applied to the image of the positioned tool blade edge and the portion behind the tool blade edge described in step 203. .
[0076]
Since the F type is selected as the shape pattern in step 201, it is only necessary to execute a vertical scan search as shown in FIG.
[0077]
That is, as shown in the figure, the search is started from the vertical scan start position 71 in the first search direction 70, and the search is terminated when a point that first turns from white to black is detected. The point R obtained in this way11, Β1) Is the position of the program point of the cutting edge. By the way, the vertical scan start position 71 here is the rightmost end of the image shown in FIG. 11, and the scan width is different from the case of FIG. This is because in the present embodiment, the positioning of the blade edge is not as strict as in the above embodiment.
[0078]
In addition, when type E, G, or H is selected, it is the same as in the case of F type in that one type of scan is used. However, in the case of the E type, the scanning direction is a positive direction of the X axis in the horizontal scan, and in the case of the G type, the scanning direction is a negative direction of the X axis in the horizontal scan, In the case of the H type, in the vertical scan, the search direction is the positive direction of the Z axis.
[0079]
On the other hand, for the shape patterns of types A to D, the same exploration method as that described in the above embodiment is basically used. However, in this embodiment, the positioning of the blade edge is not exactly as described above, and therefore, the scan width of the vertical or horizontal scan operation to be performed first out of the two types of scan operations is the case of the above embodiment. It is necessary to make it wider than. Even in that case, the scan width of the horizontal or vertical scan operation to be performed thereafter is the point A (XA, Β) (see FIG. 9) can be used, so that the scan width can be limited to a narrow range, and the calculation time can be shortened.
[0080]
As described above, the measurement of the program point position of the tool blade edge is completed, and the subsequent operation is the same as steps 105 to 108 described in the above embodiment, and thus the description thereof is omitted.
[0081]
By the way, an NC tape, a floppy disk, an optical disk or the like is created as a medium on which a program for causing a computer to execute all or some of the steps described in the above embodiments is used, and these media are used. Thus, the same operation can be easily performed on another NC machine tool or the like.
[0082]
In the above-described embodiment, the fixed type in which the CCD camera cannot be moved for storage has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the CCD camera may be of a type that can be stored. In this case, since the structure moves to a predetermined position when the CCD camera is used, it is desirable to perform a correction process for the mounting angle of the CCD camera each time the tool correction amount is measured. In that case, it is better if the mounting angle error of the CCD camera can be measured fully automatically.
[0083]
In the above-described embodiment, the type in which only the tool is moved has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a configuration in which the tool is fixed and the imaging unit used for imaging the tool may be moved. .
[0084]
In the above embodiment, the case where the camera mounting angle is corrected has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the camera mounting angle correction may not be performed.
[0085]
In the above-described embodiment, the case of tool correction has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can also be used to detect tool wear and chipping. In that case, it is necessary to store the initial tool shape.
[0086]
In the above embodiment using four types of tool shape patterns, when the operator moves and positions the tool edge, the measurement field of view has the same positional relationship as the specific quadrant indicated by the selected shape pattern. The above-mentioned positioning is described so that the image of the cutting edge of the tool and the portion behind the tool comes in the quadrant on the screen. However, the present invention is not limited to this. For example, the positioning is not necessarily performed in the same quadrant. However, the program point of the cutting edge can be obtained simply by positioning so that the image of the cutting edge and the portion behind the cutting edge are within the screen of the measurement visual field. In that case, since the information on which quadrant the blade edge image is in cannot be used, it is necessary to widen the area to be scanned as compared with the above-described search method, but the selected shape pattern and the corresponding search direction The relationship of is the same, and basically, the position of the program point of the tool edge can be searched by the same method.
[0087]
Further, in the above embodiment using eight types of tool shape patterns, when the operator moves and positions the tool blade edge, the image of the blade edge and the portion behind it is simply displayed in the screen of the measurement field of view. However, the present invention is not limited to this.For example, the cutting edge of the tool and the portion behind it are placed in the quadrant on the screen of the measurement field of view that has the same positional relationship as the specific quadrant indicated by the selected shape pattern Of course, the positioning may be performed so that the image comes. In this case, since the search range can be limited to a narrower range, the calculation processing time can be shortened.
[0088]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the present invention has the advantage that the correction work can be performed in a shorter time than in the prior art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram of an NC machine tool to which a tool position measuring method is applied in an NC machine tool according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing the relationship between machine coordinates and tool correction according to the present embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing correction processing for a mounting angle error of the CCD camera according to the present embodiment;
FIG. 4 is a flowchart showing tool correction amount measurement processing according to the embodiment;
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining four types of shape patterns for the cutting edge shape of the tool in the NC machine tool according to the present embodiment.
FIG. 6 is a typical tool shape corresponding to the four types of shape patterns of the present embodiment;
FIG. 7 is an explanatory diagram of the camera field of view of the present embodiment.
FIGS. 8A to 8C are views showing the movement of the image of the tip of the tool within the outer peripheral frame of the measurement visual field in the present embodiment.
FIG. 9 is a diagram for explaining a method for measuring a cutting edge program point according to the present embodiment;
FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining eight types of shape patterns for a cutting edge shape of a tool according to another embodiment.
FIG. 11 is a typical tool shape corresponding to the eight shape patterns of the embodiment;
FIG. 12 is a diagram for explaining a method for measuring a cutting edge program point according to the embodiment;
[Explanation of symbols]
3 tools
4 Camera switcher
5 Image processing device
6 Machine controller
10 Image processing unit
12 Main control unit

Claims (4)

NC工作機械における工具の刃先形状を所定のパターンに分類するために予め定められた複数種類の形状パターンの中から、測定対象となる工具の刃先形状に対応する前記形状パターンを選択する形状パターン選択ステップと、
前記測定対象となる工具を移動させ、その工具の撮像に用い、前記NC工作機械本体に取り付けられた撮像手段の視野内に前記工具が入る様に位置決めし、その位置決めされた工具の画像データを前記撮像手段により獲得する画像データ獲得ステップと、
前記選択された形状パターンに対応する探査方法に基づいて、前記獲得した画像データから、前記測定対象となる工具の刃先のプログラムポイントを求めるプログラムポイント算出ステップとを備え、
前記予め定められた複数種類の形状パターンは、直交座標系の原点に前記刃先のプログラムポイントがあるときに、前記工具が前記直交座標系の4つの象限の内、1つ又は2つのどの象限にあるかによって、パターン分けされていることを特徴とするNC工作機械における工具位置測定方法。
Shape pattern selection for selecting the shape pattern corresponding to the cutting edge shape of the tool to be measured from among a plurality of types of predetermined shape patterns for classifying the cutting edge shape of the tool in the NC machine tool into a predetermined pattern Steps,
The tool to be measured is moved, used for imaging the tool, positioned so that the tool enters the field of view of the imaging means attached to the NC machine tool body, and image data of the positioned tool is obtained. An image data acquisition step acquired by the imaging means;
A program point calculating step for obtaining a program point of a cutting edge of the tool to be measured from the acquired image data based on a search method corresponding to the selected shape pattern;
The predetermined plural types of shape patterns are obtained when the tool has a program point of the cutting edge at the origin of the Cartesian coordinate system, and the tool has one or two of the four quadrants of the Cartesian coordinate system. depending whether the tool position measuring method in N C machine tool you characterized by being pattern division.
前記探査方法は、前記パターンに対応する前記象限が1つの場合には、前記画像データに対して水平スキャンと垂直スキャンを利用し、又、前記パターンに対応する前記象限が2つの場合には、前記画像データに対して水平スキャン又は垂直スキャンを利用することを特徴とする請求項記載のNC工作機械における工具位置測定方法。The exploration method uses horizontal scanning and vertical scanning for the image data when there is one quadrant corresponding to the pattern, and when there are two quadrants corresponding to the pattern. , tool position measuring method in an NC machine tool according to claim 1, wherein utilizing the horizontal scan or vertical scan on the image data. 前記移動の初期段階における前記視野の方が、前記位置決めの段階における前記視野よりも広いことを特徴とする請求項1または2の何れか一つに記載のNC工作機械における工具位置測定方法。 3. The tool position measuring method for an NC machine tool according to claim 1, wherein the visual field in the initial stage of the movement is wider than the visual field in the positioning stage. 4. 前記画像データ獲得ステップでは、表示手段を利用して前記広い視野の画像を表示する場合、それより狭い前記視野の領域を示すガイド枠の画像を、前記広い視野の画像上に重ねて表示することを特徴とする請求項記載のNC工作機械における工具位置測定方法。In the image data acquisition step, when displaying the image with a wide field of view using display means, an image of a guide frame indicating the region of the field of view narrower than that is displayed on the image with a wide field of view. The tool position measuring method in the NC machine tool according to claim 3 .
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