JP5220081B2 - 撮像式工具測定装置および撮像式工具測定における刃先進入検出方法 - Google Patents
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Description
この特許文献1に係る撮像装置では、撮像対象を照明する光源装置と、受光面に結像した像を電気信号に変換する撮像素子と、撮像対象の像を撮像素子の受光面に結像させる光学手段と、光源装置を保持するとともに撮像素子と光学手段とを収容するハウジングとを備えている。このような装置の光学手段では、入射側反射鏡と、入射側反射鏡の後段に配置された対物レンズと、撮像レンズと、撮像レンズの後段に配置された出射側反射鏡とから構成されている。
また、これらの測定は画像信号に基づくことから、視野の汚れ、照明輝度等、撮像環境に左右されやすく、この結果、自動測定が阻害され、手動調整が必要となる場合も多い。
次いで、撮像環境・条件にかかる信号から、撮像条件判断・調整指令手段により撮像の適正条件を決定して調整指令信号を導出し、かかる調整指令信号により、撮像条件(例えば照明手段、主軸制御手段、シャッター制御手段)を調節する調節信号を出力し、好適に撮像環境・条件を調整することができる。
図1に、本発明にかかる撮像式工具測定装置10を、NCフライス盤やマシニングセンタ等のNC工作機械1の加工領域の一隅に組み込んだところを示す。
NC工作機械1は、ベース2上にXY軸方向に縦横移動可能なテーブル3と、テーブル3に直交するZ軸方向にコラム4上に、昇降可能に主軸5が配置されている。かかる主軸5には、工具Tが装着されている。そして、かかる工具Tを挟んで、工具Tを撮像対象として撮像を行って、工具寸法測定等を行う、撮像式工具測定装置10が搭載されている。
撮像式工具測定装置10は、主軸5に装着された工具Tに対し、撮像部12による画像信号を取得し、該画像信号に対し、信号処理・制御部13において、所定の信号処理を施して、後述する判断、演算を行い、各種処理信号、指令信号を発して、撮像環境を決定する種々の構成手段に対応する調整指令信号をそれぞれ送出し、撮像環境を調整するようにしている。なお、撮像環境とは、ここでは、主軸に装着される工具を撮像して、画像処理を行い、工具の刃先の位置測定、刃先の観察等を行う際に影響を及ぼす、主軸5の回転数、撮像部での視野の汚れ、照明輝度等をいうものとする。
工具Tは、ドリル、ボールエンドミル、フラットエンドミル等様々な形状のものを想定している。
撮像レンズ群15は、工具Tを通過した光線を、撮像レンズ群15を通過させることで、後述する撮像素子16に全体が結像されるように光束を調整するためのもので、光軸を一致させるように配置した、それぞれ所定倍率の凸レンズ、凹レンズ等の組合せで構成される。
撮像素子16は、二次元のCCDイメージセンサであり、入射した画像に係る光信号から電気信号を生起するもので、アナログ信号として取り出される。
そして、以上のような撮像部12において、撮像レンズ群15から撮像素子16に至る光路中において、結像光線を1/2は光路に沿って透過させて、撮像素子16に入射させる一方、残余の結像光線は、光路に直交方向に偏光させて工具Tの刃先侵入を検出するためのビームスプリッタ18(以下、ハーフミラー18)が介設されている。
信号処理・制御部13は、撮像素子16が取得した電気信号をA/D変換器17により変換してなるデジタルデータを取り込んで、周知の前処理を行う画像前処理部20を具備する。すなわち画像前処理部20では、シェーディング補正、ノイズリダクション、ホワイトバランス、輪郭補正、コントラスト調整を行い、画像表示手段21に逐次出力して、リアルタイムに画像を表示したり、コントラスト判定を行ったり、画像の記憶制御により画像を逐次、フレームメモリ22に書き込んだりしている。
そして、フレームメモリ22に書き込まれたデータは、順次、視野汚れ検出部25と工具測定・演算部26とに送られ、様々な要因に起因する視野の汚れを検出したり、高速回転する工具Tの測定を行い、測定結果を出力するようにしている。
主軸は、主軸制御手段27により、回転制御がなされるが、この主軸制御手段27から、主軸回転数検出手段28により主軸の回転数を検出して、撮像環境・条件の検出信号として撮像条件判断・調整指令手段24に取り込む。
また、工具Tを装着した主軸5に対しては、主軸制御手段27に回転数を変える調節指令信号を与えて、主軸5の回転数の増減を行う。この主軸5の回転数は加工条件によって適正値が決められているが、何らかのタイミングでうまく撮像できないとき、加工に悪影響を与えない範囲で主軸5の回転数を微調整するものである。
そして、撮像素子16により取得された電気信号をデジタルデータに変換する、A/D変換器17に対しては、シャッター制御手段31に調節指令を送出することにより、サンプリング周波数を調節してフレームレートを変える。さらには、絞り制御手段32に調節指令信号を与えることで、デジタルデータの変換範囲を変える。
その他、テーブル上の測定対象である工具Tの位置が撮像範囲からずれているような場合に、測定対象の位置変更手段33に対し、測定装置10を載置したテーブル3をXY方向に移動調節するように調節指令信号を送出する。
さらには、ワークを固定するテーブル3、ワークなどに加工によって発生する切り粉や切削油等が付着していたり、加工周囲雰囲気に切削油のミストなどが浮遊しているような場合に、高圧エアーをワーク周囲に噴射するようにエアーブロー制御手段34に、制御指令信号を送出する。
図3に刃先進入検出部100の一例を示す。
刃先進入検出部100は、撮像される工具Tの画像を、撮像素子16に結像する前に光学経路から分離するハーフミラー18と、画像を線状に線形変換するシリンダレンズ101と、シリンダレンズ101からの線状に変換された画像信号を、線状の電気信号に変換するラインセンサ102とを具備する。
シリンダレンズ101は、方形の画像光を、例えば工具Tの軸方向、または工具Tの軸に直交する方向の線状の画像信号に変換することができる。
ラインセンサ102は、一次元のCCDイメージセンサであり、縦横線状に複数のCCD素子を配列したものである。
このようなラインセンサ102からの画像信号に基づき、工具の有無検出手段103は、例えば電圧値で撮像部12の視野内への工具Tの進入の有無を検出することができる。 工具Tの有無検出手段103が工具Tの進入を検出すると、SKIP信号生成手段104がSKIP信号を発生してCNC工作機械動作制御部に出力して、工作機械の工具進入動作を停止させる設定である。
ここでの刃先進入手段100は、撮像される画像を結像前に光学経路からハーフミラー18により分離された画像を、絞り部材105を通過させてスポット状に絞り込み、集光レンズ106を通してさらに点状に集光させて、フォトトランジスタ107に入射させるようにしている。 フォトトランジスタ107は、点状の入射光が一定以上の光の強さになったか否かを感知することでオンオフし、工具の有無検出手段103に送出して、フォトトランジスタ107のオンオフ信号により、工具Tの進入の有無を捉えることができ、SKIP信号生成手段104によりSKIP信号を発生させ、SKIP信号をCNC工作機械動作制御部に出力して、工作機械の工具進入動作を停止させることができる。
このような非接触型検出手段を用いれば、一層、直接的、且つ迅速に工具の刃先進入を捉えて、SKIP信号生成手段104によりSKIP信号を発生させ、SKIP信号をCNC工作機械動作制御部に出力して、工作機械の工具進入動作を停止させることができる。
2 ベース
3 テーブル
4 コラム
5 主軸
10 撮像式工具測定装置
11 ハウジング
12 撮像部
13 信号処理・制御部
14 コンデンサーレンズ
15 撮像レンズ群
16 撮像素子
17 A/D変換器
18 ハーフミラー
20 画像前処理部
21 画像表示手段
22 フレームメモリ
23 適正コントラスト値記憶手段
24 撮像条件判断・調整指令手段
25 視野汚れ検出部
26 工具測定・演算部
27 主軸制御手段
28 主軸回転数検出手段
29 適正露光値記憶手段
30 照明調節手段
31 シャッター制御手段
32 絞り制御手段
33 測定対象の位置変更手段
34 エアーブロー制御手段
100 刃先進入検出部
101 シリンダレンズ
102 ラインセンサ
103 工具の有無検出手段
104 SKIP信号生成手段
105 絞り部材
106 集光レンズ
107 フォトトランジスタ
T 工具
Claims (7)
- 工作機械の主軸に装着した工具を撮像する撮像部と、該撮像部からの撮像信号を画像処理する信号処理・制御部とを有する撮像式工具測定装置において、
撮像される画像を結像前に光学経路から分離するビームスプリッタを有し、前記撮像部の視野内への前記工具の刃先の進入を検出する刃先進入検出部を具備することを特徴とする撮像式工具測定装置。 - 前記信号処理・制御部は、前記撮像部からの撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号に基づいて撮像環境・条件を把握し、該撮像環境・条件にかかる信号を基に、撮像条件を判断し、調整指令を導出する撮像条件判断・調整指令手段と、前記撮像条件判断・調整指令手段からの調整指令信号により、前記撮像部の撮像要素の撮像条件を調整する調整手段と、を具備する請求項1記載の撮像式工具測定装置。
- 前記刃先進入検出部は、前記ビームスプリッタで分離された画像を線状に変換させ、刃先進入を検知するラインセンサを具備する請求項1記載の撮像式工具測定装置。
- 前記刃先進入検出部は、前記ビームスプリッタで分離された画像を点状に絞り込み、刃先進入を検知するフォトトランジスタを具備する請求項1記載の撮像式工具測定装置。
- 工作機械の主軸に装着した工具の撮像信号を画像処理によって工具の刃先位置の測定、刃先の観察を行うに当たり、撮像される画像を結像前に光学経路から分離し、前記撮像信号の画像処理とは別に、分離された画像に基づいて撮像視野内への前記工具の刃先進入を検出し、刃先進入動作を停止することを特徴とする撮像式工具測定における刃先進入検出方法。
- 前記工具の刃先進入を検出するに当たり、分離された画像を線状に変換して、変換後の画像に基づき、前記工具の刃先進入を検出する請求項5記載の撮像式工具測定における刃先進入検出方法。
- 前記工具の刃先進入を検出するに当たり、分離された画像を点状に変換して、変換後の画像に基づき、前記工具の刃先進入を検出する請求項5記載の撮像式工具測定における刃先進入検出方法。
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