JP5307462B2 - 測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸状の器具が回転する際の軸ぶれを測定する測定装置に関する。

例えば、ドリルにより金属等のワークに穴あけを行う場合、当該ドリルの回転時に軸ぶれが生じると、目標とする位置に目標とする径を有する穴を形成することができなくなる。このため、穴あけの作業においては、軸ぶれをできるだけ小さくすることが必要である。例えば、特許文献１に記載の穴あけ方法では、スピンドルにドリルを保持させた際に当該スピンドルより突出させるドリルの突出長を、当該ドリルの種類又は使用態様別に予め定めておくようにしている。
特開２００６−１５４７５号公報

しかしながら、初期段階において軸ぶれをできるだけ小さくするような工夫がなされていたとしても、穴あけ作業において、ドリルとワークが接触してドリルが磨耗すること等によって次第に軸ぶれが生じてしまうことがある。このため、穴あけ作業中において軸ぶれ量を測定し、その軸ぶれ量が許容範囲内であるか否かを検査する必要がある。

本発明の目的は、上述した問題を解決するものであり、軸状の器具の軸ぶれ量を簡易に測定可能な測定装置を提供するものである。

本発明に係る測定装置は、軸状の器具が回転する際の軸ぶれを測定する測定装置であって、回転時における前記器具を撮影して画像を生成する撮影手段と、前記撮影手段により生成された画像に基づいて、回転時における前記器具の所定位置の変位を軸ぶれ量として算出する算出手段とを有し、前記算出手段は、前記撮影手段により生成された画像における、前記器具の対向する側面間の中心位置を特定する中心位置特定手段と、異なる２つのタイミングでの撮影により生成された画像に基づいて、前記中心位置特定手段により特定された中心位置の差分を算出する中心位置差分算出手段と、前記中心位置差分算出手段により得られた複数の中心位置の差分のうち、最大値及び最小値を特定する中心位置差分最大値及び最小値特定手段と、前記中心位置差分最大値及び最小値特定手段により特定された最大値と最小値との差分を最大軸ぶれ量として算出する最大軸ぶれ量算出手段とを有する。

この構成によれば、回転時の器具を撮影して得られる画像に基づいて、当該器具の所定位置の変位を軸ぶれ量として算出することにより、当該軸ぶれ量を簡易に測定することができる。

そして、回転時の器具を撮影して得られる画像に基づいて、器具の対向する側面間の中心位置の変位から軸ぶれ量を算出することができる。

同様の観点から本発明に係る測定装置は、前記中心位置特定手段が、前記撮影手段により生成された画像における、前記器具の対向する側面のそれぞれに複数定められる測定位置間の中心位置を特定し、該中心位置の平均値を特定するようにしてもよい。

また、本発明に係る測定装置は、前記算出手段が、前記撮影手段により生成された画像における、前記器具の対向する側面間の距離を算出する側面間距離算出手段と、前記側面間距離算出手段により算出された側面間距離のうち、最大値及び最小値を特定する側面間距離最大値及び最小値特定手段と、前記側面間距離最大値及び最小値特定手段により特定された最大値と最小値との差分を、前記器具の延在方向が回転軸に対して傾斜することによって生じる軸ぶれ量として算出する傾斜軸ぶれ量算出手段とを有するようにしてもよい。

この構成によれば、回転時の器具を撮影して得られる画像に基づいて、器具の対向する側面間の距離から器具の延在方向が回転軸に対して傾斜することによって生じる軸ぶれ量を算出することができる。

同様の観点から本発明に係る測定装置は、前記側面間距離算出手段が、前記撮影手段により生成された画像における、前記器具の対向する側面のそれぞれに複数定められる測定位置間の距離を算出するようにしてもよい。

本発明によれば、器具の所定位置の変位を軸ぶれ量として算出することにより、当該軸ぶれ量を簡易に測定することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の測定装置を適用した工作機械の概略構成を示す図である。

図１に示す工作機械において、加工機械１００は、穴あけ加工機であり、基台１１０上にＸ軸方向、Ｚ軸方向に移動自在であるワークテーブル１２０が設けられている。ワークテーブル１２０の上方には、回転及び上下動可能となるドリルチャック１３０が設けられている。ドリルチャック１３０にドリル１４０のチャッキング部１４２が取り付けられ、チャッキング部１４２に続くドリル本体１４１がワーキングテーブル１２０に対して垂直に（Ｙ軸方向に平行に）配置される。ワーキングテーブル１２０上には、被加工物となるワーク２００がセットされており、チャッキング１３０を回転させながら下降させることにより、ドリル本体１４１がワーク２００に対して穴あけ加工が行われる。ドリル本体１４１の直径は、例えば、５０μｍ程度であり、ワーク２００に対して５０μｍ程度の穴あけ加工がなされる。

基台１１０上の所定位置には、測定装置としての測定ユニット３００が設置されている。図２は、測定ユニット３００の構成を示す図である。

図２において、測定ユニット３００は、高輝度ＬＥＤにて平行光線を出力する光源装置３０１と、撮影手段に対応するカメラユニット３１０を備える。このカメラユニット３１０は、レンズユニット３０２、ＣＣＤカメラ３０３、コネクタ３０４及びカメラケーブル３０５からなるカメラユニットとからなる。レンズユニット３０２は、高倍率のレンズ系で構成され、ＣＣＤカメラ３０３の受光面に対して、例えば、４４８μｍ×３８８μｍの視野範囲の画像を結像させる。光源装置３０１は、出力される平行光線がワークテーブル１２０の面（Ｘ−Ｚ平面）に平行となるように、基台１１０上にセットされる。ＣＣＤカメラ３０３は、高解像度のＣＣＤを備え、例えば、１０２４×７６０ピクセル（画素）の解像度を有する。ＣＣＤカメラ３０３は、受光面に結像される、視野範囲の画像に対応した画像信号を出力する。この画像信号は、ピクセル（画素）毎の多階調（例えば、２５６階調）輝度信号となる。

光源装置３０１とレンズユニット３０２との間に回転するドリル本体１４１の先端部分が位置づけられた状態で光源装置３０１からの平行光線が出力されると、その平行光線をバックライトとしたドリル本体１４１の先端部分の影（外形形状を表す）に対応した画像部分を含む視野範囲の画像がＣＣＤカメラ３０２の受光面に結像される。そして、ドリル本体１４１の先端部分を含む、結像画像に対応した画像信号がＣＣＤカメラ３０２からコネクタ３０４及びカメラケーブル３０５を介して処理ユニット３５０に供給される。処理ユニット３５０は、その画像信号に対して所定の閾値処理等を施すことによって、画素毎に明暗２値のいずれかとなる画像データを生成し、更に、その２値の画像データを処理する。また、処理ユニット３５０は、その処理結果に応じて加工機械１００に対して制御等のための所定の信号及びデータを送る。

処理ユニット３５０は、撮影手段及び算出手段に対応する。この処理ユニット３５０は、生成した明暗２値の画像データに対応する画像に基づいて、回転時における軸状の器具であるドリル本体１４１の所定位置の変位を当該ドリル本体１４１の回転時における軸ぶれ量として算出する。

以下、フローチャートを参照しつつ、ドリル本体１４１の軸ぶれ量算出の動作を説明する。まず、第１実施例について説明する。図３は、第１実施例における、ドリル本体１４１の軸ぶれ量算出の動作を示すフローチャートである。

処理ユニット３５０は、まず画像におけるドリル本体１４１の形状を特定するとともに、第１測定位置を設定する（Ｓ１０１）。具体的には、カメラユニット３１０が、ドリル本体１４１を含む所定の範囲を撮影すると、処理ユニット３５０は、カメラユニット３１０からの画像信号から２値の画像データを生成する。更に、処理ユニット３５０は、その生成した画像データに対応する画像（第１全体画像）から、ドリル本体１４１の画像を含む所定範囲の画像（基準画像）を抽出する。例えば、図４では、第１全体画像４００からドリル本体１４１の画像４２０を含む所定範囲４１０が基準画像となる。抽出された基準画像は、処理ユニット３５０内の図示しないメモリに記憶される。次に、処理ユニット３５０は、抽出した基準画像において、ドリル本体１４１の画像の輪郭線を特定する。例えば、図４では、ドリル本体１４１の画像４２０の外縁４２１が輪郭線として特定される。この輪郭線は、ドリル本体１４１の側面に対応するものである。次に、処理ユニット３５０は、抽出した基準画像について、中心を原点とするＸ−Ｙ座標平面（基準画像座標平面）を設定する。例えば、図４では、基準画像４１０には、当該基準画像４１０の中心４３０を原点とするＸ−Ｙ座標平面が設定される。次に、処理ユニット３５０は、基準画像における輪郭線上のいずれかの位置を第１測定位置として設定し、その第１測定位置のＹ座標を特定する。例えば、図４では、基準画像４１０における輪郭線４２１上のＹ座標が同一の位置４４０−１及び４４０−２が第１測定位置として設定される。第１測定位置のＹ座標は、処理ユニット３５０内の図示しないメモリに記憶される。

このようにしてドリル本体１４１の形状が特定され、第１測定位置が設定されると、その後、カメラユニット３１０は、回転時のドリル本体１４１を含む所定の範囲を撮影する（Ｓ１０２）。撮影における結像画像に対応した画像信号は、処理ユニット３５０に供給され、処理ユニット３５０は、その画像信号から２値の画像データを生成する。

更に、処理ユニット３５０は、ドリル本体１４１の追尾処理を行う（Ｓ１０３）。具体的には、処理ユニット３５０は、生成した画像データに対応する画像（第２全体画像）における、ドリル本体１４１の画像の輪郭線を特定する。例えば、図５では、第２全体画像５００において、ドリル本体１４１の画像５２０の外縁５２１が輪郭線として特定される。次に、処理ユニット３５０は、第２全体画像から設定用画像を抽出した場合に、当該設定用画像における輪郭線と、基準画像における輪郭線とが最も近似するように、その設定用画像を検索する。例えば、図５では、第２全体画像５００から設定用画像５１０が検索される。この設定用画像５１０における輪郭線５２１と、図４の基準画像４１０における輪郭線４２１とは、形状及び配置が一致している。検索された設定用画像は、処理ユニット３５０内の図示しないメモリに記憶される。次に、処理ユニット３５０は、検索した設定用画像について、中心を原点とするＸ−Ｙ座標平面（設定用画像座標平面）を設定する。例えば、図５では、設定用画像５１０には、当該設定用画像５１０の中心５３０を原点とするＸ−Ｙ座標平面が設定される。次に、処理ユニット３５０は、Ｓ２０４にて設定した設定用画像座標平面において、メモリに記憶された第１測定位置のＹ座標を、設定用画像における測定位置（第２測定位置）のＹ座標として特定する。更に、処理ユニット３５０は、設定した設定用画像座標平面において、第２測定位置のＹ座標を表す直線を特定する。例えば、図５では、設定用画像５１０における輪郭線５２１上のＹ座標が同一の位置５４０−１及び５４０−２がそれぞれ３つずつ第２測定位置として設定され、当該第２測定位置のＹ座標が特定されるとともに、これらＹ座標が同一の位置５４０−１及び５４０−２を通る３本の直線５４１が特定される。

Ｓ１０２におけるドリル本体１４１の撮影と、Ｓ１０３におけるドリル本体１４１の追尾処理の後、処理ユニット３５０は、ドリル本体１４１の軸ぶれ量を算出する（Ｓ１０４）。

図６は、Ｓ１０４における、ドリル本体１４１の軸ぶれ量算出の詳細な動作を示すフローチャートである。

処理ユニット３５０は、Ｓ１０３におけるドリル本体１４１の追尾処理にて得られた第２測定位置間の中心位置を特定する（Ｓ２０１）。例えば、図５における、３つの第２測定位置５４０−１と３つの第２測定位置５４０−２とが設定されているため、３本の直線５４１上に存在する３つの中心位置が特定される。

次に、処理ユニット３５０は、特定した中心位置の平均値を算出する（Ｓ２０２）。例えば、図５の例では、３つの中心位置が特定されているため、これら３つの中心位置の平均値が求められる。中心位置の平均値は、算出される毎に、処理ユニット３５０内の図示しないメモリに記憶される。

次に、処理ユニット３５０は、図示しないメモリに記憶された、今回のドリル本体１４１の撮影により得られた画像に基づいて算出した中心位置の平均値と、前回のドリル本体１４１の撮影により得られた画像に基づいて算出した中心位置の平均値との差分（中心位置差分）を算出する（Ｓ２０３）。例えば、図７では、今回のドリル本体１４１の撮影により得られた画像４２０−１に基づいて得られる中心位置の平均値を表す直線４５０−１と、前回のドリル本体１４１の撮影により得られた画像に基づいて得られる中心位置の平均値を表す直線４５０−２との距離Ｌが中心位置差分として算出される。算出された中心位置差分は、処理ユニット３５０内の図示しないメモリに記憶される。

次に、処理ユニット３５０は、図示しないメモリに記憶された、これまでにＳ２０３にて算出した中心位置差分の最大値を特定する（Ｓ２０４）。更に、処理ユニット３５０は、図示しないメモリに記憶された、これまでに算出した中心位置差分の最小値を特定する（Ｓ２０５）。次に、処理ユニット３５０は、特定した中心位置差分の最大値と、特定した中心位置差分の最小値との差分を、最大軸ぶれ量として算出する（Ｓ２０６）。算出された最大軸ぶれ量は、処理ユニット３５０内の図示しないメモリに記憶される。

再び、図３に戻って説明する。作業者は、図示しない操作部を操作することにより、処理ユニット３５０に対して、軸ぶれ量の測定終了を指示することができる。処理ユニット３５０は、Ｓ２０６にてドリル本体１４１の最大軸ぶれ量を算出した後、測定終了が指示されたか否かを判定する（Ｓ１０５）。そして、測定終了が指示された場合には、一連の動作を終了する。一方、測定終了が指示されていない場合には、ドリル本体１４１の撮影（Ｓ１０２）以降の動作が繰り返される。

次に、第２実施例について説明する。図８は、第２実施例における、ドリル本体１４１の軸ぶれ量算出の動作を示すフローチャートである。

Ｓ３０１乃至３０４の動作は、図３のＳ１０１乃至Ｓ１０３の動作と同様である。すなわち、処理ユニット３５０は、まず画像におけるドリル本体１４１の形状を特定するとともに、第２測定位置を設定する（Ｓ３０１）。その後、カメラユニット３１０は、回転時のドリル本体１４１を含む所定の範囲を撮影する（Ｓ３０２）。ここで、ドリル本体１４１の延在方向が回転軸に対して傾斜している場合、当該ドリル本体１４１の画像は図９に示すようなぶれを表す画像６２０となる。更に、処理ユニット３５０は、ドリル本体１４１の追尾処理を行う（Ｓ３０３）。例えば、図９の例では、ドリル本体１４１の追尾処理にて、ドリル本体１４１の側面に対応する輪郭線上の３つの第２測定位置６４０−１と３つの第２測定位置６４０−２とが設定され、Ｙ座標が同一の第２測定位置６４０−１と第２測定位置６４０−２とを結んだ３本の直線６４１が特定される。

次に、処理ユニット３５０は、画像におけるドリル本体１４１の径を算出する（Ｓ３０４）。具体的には、処理ユニット３５０は、Ｓ３０３におけるドリル本体１４１の追尾処理にて得られた第２測定位置間の距離を径として算出する。例えば、図９の例では、Ｓ３０３におけるドリル本体１４１の追尾処理にて、３つの第２測定位置６４０−１と３つの第２測定位置６４０−２とが設定されているため、これら第２測定位置間の３つの距離が径として算出される。

次に、処理ユニット３５０は、Ｓ３０４において算出した径の最大値及び最小値を特定する（Ｓ３０５）。例えば、図９では、径の最大値Ｍと最小値Ｎが特定される。更に、処理ユニット３５０は、特定した径の最大値と最小値との差分を、ドリル本体１４１の延在方向が回転軸に対して傾斜していることによって生じる軸ぶれ量（傾斜軸ぶれ量）として算出する（Ｓ３０６）。その後、処理ユニット３５０は、作業者によって測定終了が指示されたか否かを判定する（Ｓ３０７）。そして、測定終了が指示された場合には、一連の動作を終了する。一方、測定終了が指示されていない場合には、ドリル本体１４１の撮影（Ｓ３０２）以降の動作が繰り返される。

このように、本実施形態の測定装置としての測定ユニット３００では、処理ユニット３５０は、回転時のドリル本体１４１を撮影して得られる画像に基づいて、当該ドリル本体１４１の対向する側面間の中心位置の変位（第２測定位置間の中心位置の変位）から軸ぶれ量を算出することができる。また、処理ユニット３５０は、回転時のドリル本体１４１を撮影して得られる画像に基づいて、当該ドリル本体１４１の対向する側面間の距離（第２測定位置間の距離）からドリル本体１４１の延在方向が回転軸に対して傾斜することによって生じる傾斜軸ぶれ量を算出することができる。従って、軸ぶれ量を簡易に測定することができる。

なお、上述した実施形態では、第１実施例において軸ぶれ量を算出する際に、図６に示すように、第２測定位置間の中心位置を特定し、今回と前回の中心位置の差分を算出するようにしたが、画像におけるドリル本体１４１の所定位置（例えば先端の位置）を特定し、今回と前回の所定位置の差分を算出し、更に、これまでに算出した差分の最大値と最小値との差を最大軸ぶれ量として算出するようにしてもよい。

以上、説明したように、本発明に係る測定装置は、回転する器具の軸ぶれ量を簡易に測定することができ、測定装置として有用である。

本発明の実施の形態に係る測定装置を適用した工作機械の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る測定ユニットの構成を示す図である。 第１実施例におけるドリル本体の軸ぶれ量算出の動作を示すフローチャートである。 第１測定位置の設定の一例を示す図である。 第２測定位置の設定の一例を示す図である。 第１実施例に於けるドリル本体の軸ぶれ量算出の詳細な動作を示すフローチャートである。 中心位置差分の算出の一例を示す図である。 第２実施例におけるドリル本体の軸ぶれ量算出の動作を示すフローチャートである。 径算出の一例を示す図である。

符号の説明

１００ 加工機械
１１０ 基台
１２０ ワークテーブル
１３０ ドリルチャック
１４０ ドリル
１４１ ドリル本体
１４２ チャッキング部
２００ ワーク
３００ 測定ユニット
３０１ 光源装置
３０２ レンズユニット
３０３ ＣＣＤカメラ
３０４ コネクタ
３０５ カメラケーブル
３５０ 処理ユニット
３５２ モニタ

Claims (4)

1. 軸状の器具が回転する際の軸ぶれを測定する測定装置であって、
   回転時における前記器具を撮影して画像を生成する撮影手段と、
   前記撮影手段により生成された画像に基づいて、回転時における前記器具の所定位置の変位を軸ぶれ量として算出する算出手段とを有し、
   前記算出手段は、
   前記撮影手段により生成された画像における、前記器具の対向する側面間の中心位置を特定する中心位置特定手段と、
   異なる２つのタイミングでの撮影により生成された画像に基づいて、前記中心位置特定手段により特定された中心位置の差分を算出する中心位置差分算出手段と、
   前記中心位置差分算出手段により得られた複数の中心位置の差分のうち、最大値及び最小値を特定する中心位置差分最大値及び最小値特定手段と、
   前記中心位置差分最大値及び最小値特定手段により特定された最大値と最小値との差分を最大軸ぶれ量として算出する最大軸ぶれ量算出手段とを有する測定装置。
2. 前記中心位置特定手段は、前記撮影手段により生成された画像における、前記器具の対向する側面のそれぞれに複数定められる測定位置間の中心位置を特定し、該中心位置の平均値を特定する請求項１に記載の測定装置。
3. 前記算出手段は、
   前記撮影手段により生成された画像における、前記器具の対向する側面間の距離を算出する側面間距離算出手段と、
   前記側面間距離算出手段により算出された側面間距離のうち、最大値及び最小値を特定する側面間距離最大値及び最小値特定手段と、
   前記側面間距離最大値及び最小値特定手段により特定された最大値と最小値との差分を、前記器具の延在方向が回転軸に対して傾斜することによって生じる軸ぶれ量として算出する傾斜軸ぶれ量算出手段とを有する請求項１または２に記載の測定装置。
4. 前記側面間距離算出手段は、前記撮影手段により生成された画像における、前記器具の対向する側面のそれぞれに複数定められる測定位置間の距離を算出する請求項３に記載の測定装置。

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