JP5452973B2 - 撮像装置及びその撮像装置を備える切削機械 - Google Patents

Description

本発明は複数の被写体を略同時にそれぞれ撮像する撮像装置及びこの撮像装置で切削工具などを撮像して切削工具の状態を検出する切削機械に関するものである。

例えば、特許文献１には、工作機械の工具チップの磨耗などを視覚センサを用いて自動検査するシステムが開示されている。このシステムは、ストラクチャライトユニットの投光窓からスリットをチップに投光し、撮影窓を通してカメラ撮影を行って工具チップの磨耗などを自動検査するものである。

また、特許文献２には、被加工物であるワークを切削加工するバイト等の切削工具（以下、工具ともいう）をカメラで撮像し、その画像データに基づいて工具の破損や摩耗などの観察を行う工具観察方法において、被加工物の加工前または加工後の少なくとも一方で工具を回転又は移動させてその画像データを複数取り込み、当該複数の画像データの中から焦点が合った画像データを選択的に用いて工具の破損や摩耗などの観察を行う工具観察方法が記載されている。

特開平１０−９６６１６号公報 特開２００１−２６９８４４号公報

切削工具には内径用バイト及び外径用バイトがあるが、これらのバイトを同一位置で撮像することは困難である。即ち、内径用バイト及び外径用バイトにおけるチップの向きが真逆となっているので、各バイトが基準位置にあることを確認する内径用バイト及び外径用バイトの基準ゲージを例えばチャックにそれぞれ配置させる必要があると共に、基準ゲージとバイトのチップとをカメラの撮像領域に収めて撮像（以下、一望視ともいう）する撮像位置まで各バイトを移動させる必要もある。従って、基準ゲージ及びチップを一望視する機構が複雑になるなどの問題が生ずる。

一方、特許文献１及び特許文献２では、バイトの種類が異なる場合の撮像などに対応し得る構成ではない。また特許文献２は、複数のカメラを用いて撮像するので、構成が複雑となる。なお、特許文献１及び特許文献２のようにカメラを用いて、工具先端を画像処理して工具を検査または観察する装置であっても、カメラ自身及びカメラ保持ブラケットの熱変位などに対する精度維持は困難である。即ち、カメラが僅かに傾いただけでも、その測定誤差がカメラと被検出工具との距離に応じて幾何学的に拡大され、測定精度が落ちるためである。従って、上記特許文献１または特許文献２の従来技術を切削機械に適用した場合、ワークに対するバイトの摩耗量や変位量を精度良く測定することは困難である。

本発明の目的は、異なる撮像位置での被写体を略同時にそれぞれ撮像し得る撮像装置及びこの撮像装置で切削工具などを撮像して切削工具の状態を検出し得る切削機械を提供することにある。

本発明に係る撮像装置は、同一方向であって異なる撮像位置での被写体にそれぞれ対応する光路を分離する光路分離手段と、上記光路分離手段における同一の光路上に配置される撮像素子とを備え、上記光路分離手段は一方の撮像位置での上記被写体を撮像する際には他方の撮像位置での光路を遮断し、上記異なる撮像位置での上記被写体を、光路切換えの時間差をもって撮像する。この場合、上記光路分離手段のうち上記撮像素子側をハーフミラーとし、上記ハーフミラーの後方をフルミラーとしても良い。また、上記光路分離手段に対応する上記光路を撮像時に開放する一対のシャッターを、個別に可動させるようにしても良い。
また、本発明に係る撮像装置は、異なる撮像位置での被写体にそれぞれ対応する光路を分離する光路分離手段と、上記光路分離手段における同一の光路上に配置される撮像素子とを備え、上記光路分離手段は一方の撮像位置での上記被写体を撮像する際には他方の撮像位置での光路を遮断させる、ようにしても良い。この場合、上記光路分離手段のうち一方をハーフミラーとし、他方をフルミラーとしても良い。また、上記光路分離手段に対応する上記光路を撮像時に開放するシャッターを、更に設けるようにしても良い。

さらに、本発明に係る撮像装置は、上記ハーフミラーに対し上記フルミラーの光路長と同一になるよう光路を折返すようにしても良い。また、上記撮像素子及び上記ミラーを収納するミラー室と、上記シャッターの開放時における上記ミラー室への空気流入を阻止するシャッター室とを備え、上記ミラー室から上記シャッター室へエアーを供給するようにしても良い。
なお、本発明に係る撮像装置は、複数の撮像素子を異なる撮像位置での被写体にそれぞれ対応する光路上に配置するようにしても良い。また、本発明に係る撮像装置を備える切削機械は、上述したいずれかの撮像装置を備えるようにしても良い。

本発明に係る撮像装置を備える切削機械は、上述したいずれかの撮像装置によって異なる撮像位置での被写体を、光路切換えの時間差をもって撮像する。また、本発明に係る撮像装置を備える切削機械は、上述したいずれかの撮像装置と、上記撮像手段の位置誤差を測定するためワーク保持用のチャックに配置される基準ゲージと、上記チャックに一端が固定されると共に自由端が上記基準ゲージに対応するように配置され且つ上記基準ゲージの熱変位量の基準となる基準体とを備え、上記撮像装置は、上記一方の光路における一方の撮像位置での上記基準ゲージ及び上記基準ゲージに対応する上記基準体の上記自由端並びに上記一方の撮像位置での切削工具を被写体として同一の撮像領域内に撮像し、或いは上記一方の光路における上記一方の撮像位置での上記基準ゲージ及び上記基準ゲージに対応する上記基準体の上記自由端を被写体として同一の撮像領域内に撮像すると共に上記他方の光路における他方の撮像位置での切削工具を光路切換えの時間差をもって撮像する。

さらに、本発明に係る撮像装置を備える切削機械は、上述したいずれかの撮像装置と、上記撮像手段の位置誤差を測定するための基準ゲージと、切削工具を取付ける取付台に配置され、切削工具の変位量を検出および上記取付台の温度を検出するための基準手段とを備え、上記撮像装置は、上記一方の光路における一方の撮像位置での上記基準ゲージを被写体とし、且つ上記他方の光路における他方の撮像位置での上記基準ゲージに対応する上記基準手段または切削工具を被写体とし、上記一方の光路における上記一方の撮像位置での上記基準ゲージを撮像すると共に上記他方の光路における上記他方の撮像位置での上記基準手段または上記切削工具を光路切換えの時間差をもって撮像する。

本発明に係る撮像装置またはこの撮像装置を備える切削機械では、瞬間とみなされる時間内（光路切換えの時間差）をもって各シャッターをそれぞれ開閉させるので、撮像時の各被写体の位置変化は無く、異なる撮像位置での被写体を実質上一望視といえる状態で撮像し得る。即ち、本発明に係る撮像装置またはこの撮像装置を備える切削機械によれば、撮像装置の撮像領域を例えば分割などで減ずることなく、例えば５００万画素（短辺が１７ｍｍで長辺が２１．５ｍｍの大きさ）をそのまま有効利用し得るので、画像認識が良好になる。

また、本発明に係る撮像装置またはこの撮像装置を備える切削機械によれば、異なる撮像位置での被写体たとえば内径バイトまたは外径バイトをそれぞれ撮像できるので、例えば内径バイト用の基準ゲージを別個設けることなくバイトの種類たとえば内径バイトまたは外形バイトまたはその他特殊バイトを実質上一望視といえる状態で撮像し得る。さらに、本発明に係る撮像装置またはこの撮像装置を備える切削機械によれば、異なる撮像位置での被写体をそれぞれ撮像できるので、例えば切削工具の移動量を少なくでき、切削工具の移動機構を小型化し得る。

本発明に係る実施例１の単軸タイプのターレット旋盤を示す正面図である。 図１に示すターレット旋盤の主要部を示す側面図である。 図２に示す撮像装置に関する図であり、（Ａ）はその撮像装置の端面図、図３（Ｂ）はそのシャッターの平面図である。 図３（Ａ）に示す撮像装置が隔壁に配置されている状態を示す端面図である。 図３に示すカメラでバイトまたは基準ゲージとインバー体とをカメラ視野に収めて撮像する時の位置関係を説明する図である。 実施例２に係る撮像装置の端面図である。 実施例３に係る撮像装置に関する図であり、（Ａ）はその撮像装置の端面図、（Ｂ）はそのシャッターの平面図である。 実施例４に係る撮像装置の端面図である。 実施例５に係る撮像装置の端面図である。 実施例６に係る撮像装置の端面図である。 ターレットゲージの側面図である。 図１１に示すターレットゲージの底面図である。 ２軸正面旋盤の主要部の構成を示す上面図である。 図１３に示すターレットゲージの測定基点Ｂ点とその視野状態を説明する図である。 図１３に示すターレットゲージの測定基点Ａ点とその視野状態を説明する図である。 チャックに関する変形例を示す図である。 図１６の側面図である。 切削工具の検査様子を示す図であり、（Ａ）はそのチップのエッジを求める様子を示す図、（Ｂ）〜（Ｄ）はチップのノーズを求める様子を示す図である。 切削工具の検査様子を示す図である。 画像認識の処理状態を示す図である。 切削工具の移動方向を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、具体化した実施例１乃至実施例６を説明する。

以下、図１乃至図５に基づいて、本発明の実施例１である撮像装置及びこの撮像装置を備える切削機械について説明する。なお、実施例１の切削機械は、単軸タイプのターレット旋盤（以下、単に旋盤という）Ｓとして説明する。

（旋盤Ｓの概略構成）
図１に示すように、旋盤Ｓ内には、軸線がＺ軸方向（水平方向）と平行になるように固定された主軸台１０と、Ｚ軸方向に平行な方向及びＺ軸方向と直交し垂直方向に対し６０度後方に傾斜したＸ軸方向に平行な方向に移動可能なターレット装置２０とが対向するように配置されている。主軸台１０には、主軸１１がＺ軸方向と平行な軸線の回りに回転可能に支持されている。主軸１１は、図示しない主軸駆動モータによって回転駆動されるようになっている。主軸１１のターレット装置２０側の先端部には、被加工物であるワークＷを把持するチャック１２が取り付けられている。このような構成の主軸台１０及び主軸駆動モータは、ベッド１３上に配置されている。

ターレット装置２０には、取付台であるターレット刃物台（以下、単に刃物台という）２１がＺ軸方向と平行な軸線の回りに回転割出し可能に設けられている。刃物台２１上には、複数の切削工具２５，２６（図５参照）が円周上等角度間隔に取り付けられている。このような構成のターレット装置２０は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向へスライド可能に配置されている。なお、ターレット装置２０は、図示しないＮＣテーブルのＮＣモータによってボールねじ機構（図示省略）を介して移動する。即ち、ターレット装置２０は、固定配置された主軸台１０に対して移動する。一方、刃物台２１は、図示しないターレットモータによって回転駆動する。

図１に示すように、旋盤Ｓ内には、主軸台１０とターレット装置２０を覆うカバー１４が設けられ、カバー１４内には、主軸台１０側とターレット装置２０側と仕切る隔壁１５が設けられている。この隔壁１５は、刃物台２１上の図５に示す切削工具２５，２６によってチャック１２に把持されたワークＷの外周または端面などを切削加工する際に、飛散する切削粉や切削液などが主軸台１０などに付着しないようにするために設けられている。即ち、この隔壁１５で仕切られた主軸台１０側が隔離ゾーンＳ１となっており、ターレット装置２０側が加工ゾーンＳ２となっている。

主軸１１は隔壁１５に設けられた孔から加工ゾーンＳ２側に突き出され、その主軸１１の先端にチャック１２が取り付けられている。図２及び図５に示すように、チャック１２の外周から若干突出するように配置される基準ゲージ１８は、後述する撮像装置２７の位置誤差を測定するものであり、内径加工バイト２５と外径加工バイト２６の両方に共通して使用する。この基準ゲージ１８は、切粉などによる磨耗を防止するため、熱処理済みの鋼で成形される。

なお、基準ゲージ１８はチャック１２の外周面からの突出量が小さいので、チャック１２が回転する際の基準ゲージ１８の回転範囲が少ない。また、基準ゲージ１８をチャック１２に固定しているので、撮像する際の位置合わせが容易となる。

（撮像装置２７に関する構成）
図１及び図２に示すように、旋盤Ｓ内には、撮像装置２７が隔離ゾーンＳ１と加工ゾーンＳ２との間をスライド可能に配置されている（図４参照）。この撮像装置２７は、被写体となる切削工具（以下、バイトともいう）２５，２６の例えば図５に示すチップ２５Ａ，２６Ａ（バイト等のチップでない切削工具のときは刃先）などを撮像する。即ち、撮像装置２７は、チップ２５Ａ，２６Ａなどを撮像する際には加工ゾーンＳ２側へスライドし、撮像が終了すると隔離ゾーンＳ１側へスライドする。なお、撮像装置２７で撮像した画像データは、図示しないＣＰＵへ出力するように構成されている。そして、ＣＰＵは、チップ２５Ａ，２６Ａの変位などを照合・演算し、それらの結果に基づいて切削工具の加工位置を補正する。

図３（Ａ）に示すように、撮像装置２７の筐体２７Ａは撮像スペース（レンズ室ともいう）２８Ａ及び防塵スペース（シャッタ室ともいう）２８Ｂに区画されている。具体的には、角筒状の筐体２７Ａのレンズ室２８Ａには、例えば５００万画素のカメラ（撮像素子であるＣＣＤ３０Ａを含む）３０と，撮像レンズ体２９と，フルミラー３１Ａと，ハーフミラー３１Ｂとが収納されている。
このハーフミラー３１Ｂは、撮像レンズ体２９及びフルミラー３１Ａの間に配置されており、入射する被写体光を一部反射し一部投下するミラーである。なお、ハーフミラー３１Ｂ（ビームスプリッターともいう）には、平板型，プリズム型，ウエッジ基板型などのミラーを含む。

上述したフルミラー３１Ａとハーフミラー３１Ｂは、それぞれの撮像光学系の視野が同一サイズとなるように配設している。即ち、それぞれの被写体を交互に撮像できるように、フルミラー３１Ａ及びハーフミラー３１Ｂは配設されている。例えばフルミラー３１Ａで図３（Ａ）の２点鎖線に示す被写体（チップ）２３Ａを撮像する際にはハーフミラー３１Ｂの光路を遮断し、ハーフミラー３１Ｂで被写体（チップ）２４Ａを撮像する際にはフルミラー３１Ａの光路を遮断するように構成している。

従って、カメラ３０の撮像レンズ体２９と２つの被写体（例えばバイト２３，２４など）との間の光路を一対のミラー３１Ａ及び３１Ｂでそれぞれ直角に屈曲させ、１つの視野領域（撮像領域と同義）の範囲で被写体を撮像する。そして、図３に示すように、１つの視野領域で例えばバイト２３のチップ２３Ａを先ず撮像し、且つ上記撮像後に１つの視野領域でバイト２４のチップ２４Ａを引続き撮像する。なお、視野領域は、５００万画素のカメラを用いた場合において、短辺は１７ｍｍ（２０００画素）、長辺は２１．５ｍｍ（２５００画素）となっている。

レンズ室２８Ａ及びシャッター室２８Ｂの間には、焦点合わせレンズ３３がフルミラー３１Ａに対応する光路上に、透明の防護ガラス３４がハーフミラー３１Ｂに対応する光路上にそれぞれ配置されている。ここで、焦点合わせレンズ３３は、２系列の焦点距離ＬＡ（例えば１００ｍｍ）を合わせるものである。なお、撮像スペースは、常時所定気圧たとえば＋０．５気圧に保持されている。

また、レンズ室２８Ａ及びシャッター室２８Ｂの間には孔２７Ｂが形成されており、この孔２７Ｂからシャッター室２８Ｂへ圧縮空気（以下、エアーともいう）が送られる。即ち、常時シャッター室２８Ｂは、レンズ室２８Ａよりも低い加圧状態たとえば＋０．１１ＭＰａに加圧されている。従って、シャッター室２８Ｂが加圧されているので、クーラント液または切粉などが、シャッター室２８Ｂへ流入するのを防止する。なお、レンズ室２８Ａには図示しないエアー接続口が配置されており、このエアー接続口およびコンプレッサ（図示省略）の間はコンプレッサで生成されるエアーを供給するエアー通路となっている。そして、後述するシャッター３８又は３９を開放する前から閉鎖完了までの間、エアーをレンズ室２８Ａへ噴出し続ける。

シャッター室２８Ｂの焦点合わせレンズ３３及び防護ガラス３４に対向する部位には、開口２７Ｃ及び２７Ｄがそれぞれ形成されている。切換手段であるシャッター３８及び３９は、筐体２７Ａとその支持片２７Ｅ間にスライド可能に配置されており、開口２７Ｃまたは２７Ｄを開閉する。即ち、上述した光路を遮断するシャッター３８または３９は、上述したエアー通路のエアーを用いて、スライドするように構成されている。また、支持片２７Ｅには、開口２７Ｆ及び２７Ｇが、開口２７Ｃ及び２７Ｄに対向するように形成されている。

図３（Ｂ）に示すように、シャッター３８はその平面形状が帯状となっており、シャッター３９はその平面形状が略Ｌ字状となっている。そして、シャッター３８及び３９は、開口２７Ｇ及び２７Ｆに対向するように移動し、開口２７Ｃ及び２７Ｄを開閉する。

即ち、シャッター３８及び３９は、それぞれの光路を開放し、図３に示す被写体となる切削工具２４のチップ２４Ａ（図面では２点鎖線で示す）をカメラ３０で撮像する。そして、シャッター３８及び３９は、クーラント液または切粉などがシャッター室２８Ｂへ流入するのを防止するために、閉止している。また、シャッター３８及び３９は、常には閉止しており、且つ同時に光路を開放しない。なお、シャッターは、例えば電圧のオン・オフの切換えで開閉する液晶シャッター又は光路切換え機構などを適用しても良い。

図１及び図２に示すように、撮像装置２７の各ミラー３１Ａ及び３１Ｂ（図３参照）に対向する光路上の位置には、照明用の光源４３及び４４がそれぞれ配置されている。これらの光源４３及び４４は、例えば発光ＬＥＤなどで構成されている。

（撮像装置２７のスライド機構に関する概略構成）
図１及び図４に示すように、撮像装置２７は、隔壁１５の所定箇所に配置されており、図示しないスライド機構（例えばエアー通路のエアーで作動するシリンダ等）が連結されている。そのため、上述したように撮像装置２７は、隔離ゾーンＳ１と加工ゾーンＳ２との間をスライドし、切削加工直前には加工ゾーンＳ２から隔離ゾーンＳ１へ後退する。撮像装置２７を後退させる理由は、切削加工のターレット装置２０に搭載するバイト等との干渉を防止すると共に、撮像装置２７が切削作業中における作業者の視覚障害を回避し作業性を向上させるためである。

また、図４に示すように、撮像装置２７と隔壁１５との間には、合成樹脂製（例えばウレタンゴム製）のシールカバー４０が配置されている。即ち、撮像装置２７は、シールカバー４０に嵌め込まれる状態で保持されている。このシールカバー４０には、スライド時の撮像装置２７が加工ゾーン内の切粉を挟んだりするのを防止すると共に、クーラント液が隔離ゾーンＳ１内へ滲み込むのを防止するものである。

また、撮像装置２７の回りを囲うような導口４０Ａが開口されている。そして、エアーは図示しないエアー通路から導口４０Ａへ送出し（図４の矢印参照）、撮像装置２７とシールカバー４０との隙間からエアーが吹き出るようになっている（図４の太線矢印参照）。

なお、撮像装置２７が隔離ゾーンＳ１へ後退している位置（図４の実線に示す待機位置）では、撮像装置２７の先端（シールカバー４０に対向する部位）が、シールカバー４０より若干加工ゾーンＳ２へ突出する状態あるいは面一になるように予め設定されている。

（チャックに関する概略構成）
図５に示すように、チャック１２の外周側には、基準体であるインバー体４７が、上述した基準ゲージ１８に対向するように配置されている。即ち、インバー体４７の先端４７Ａと基準ゲージ１８とバイト２６のチップ２６Ａとが、撮像装置２７の視野領域に収めて撮像（一望視と同義）できるように、インバー体４７及び基準ゲージ１８並びにバイト２６が配置される。なお、バイト２６は、チップ検出時に撮像装置２７の一望視Ａエリア（図中では「Ａ枠」という）または一望視Ｂエリア（図中では「Ｂ枠」という）内の所定位置に移動するように予め設定されている。

インバー体４７は、旋盤Ｓ（図１参照）を構成する熱処理済み鋼と比較して熱膨張率が小さい材料（例えば不変鋼であるインバー）を用いて、例えば角柱状に形成している。そして、インバー体４７は、その一端を図示しない締結部材（ボルトなど）で固定している。そのため、飛び出し防止用のストッパ（図示省略）は、インバー体４７の自由端側にインバー体４７と若干離間した状態で配置されている。なお、振動防止用のカウンタウエイト７２は、インバー体４７の配置場所の反対側に配置している。

（本実施例の作用）
チップ検出時において、図５に示すように、基準ゲージ１８とバイト２５または２６のチップ２５Ａまたは２６Ａとをカメラ３０の視野領域に収めて撮像する場合は、基準ゲージ１８とバイト２５または２６の刃先２５Ａまたは２６Ａの上面の高さを同一高さとして行なう。

また、チップ検出時には、図４に示すように、撮像装置２７を隔離ゾーンＳ１から加工ゾーンＳ２へスライドさせると共に、図１に示す光源４３及び４４を発光させる。そして、図５に示すバイト２６のチップ２６Ａを検出する場合、撮像位置（図４の破線で示す状態）の撮像装置２７は、図３に示すように、シャッター３８をスライドさせハーフミラー３１Ｂ側の光路を開放する。カメラ３０は、一望視Ａエリア内に位置する被写体であるインバー体４７の先端４７Ａと基準ゲージ１８とバイト２６のチップ２６Ａを撮像する。即ち、シャッター３９側の光路を遮断しているので、ハーフミラー３１Ｂは一望視Ａエリアの被写体光をカメラ３０へ反射させる。

一方、図５に示すバイト２５のチップ２５Ａを検出する場合（この場合バイト２６は一望視Ａエリアには無い）、図３に示すように、先ずシャッター３８をスライドさせハーフミラー３１Ｂ側の光路を開放する。カメラ３０は、一望視Ａエリア内に位置する被写体であるインバー体４７の先端４７Ａおよび基準ゲージ１８を撮像する。即ち、シャッター３９側の光路を遮断しているので、ハーフミラー３１Ｂは一望視Ａエリアの被写体光をカメラ３０へ反射させる。

撮像後直ちに、シャッター３８を閉止させると共に、シャッター３９をスライドさせフルミラー３１Ａ側の光路を開放する。シャッター３８及び３９の切換えは、その切換え瞬間の時間差（略同時と同義）たとえば０．５秒で行う。また、シャッター３８または３９の開閉時の衝撃を少なくするためには、シャッター３８及び３９の荷重を小さくすると共に、エアーなどで駆動させている。

そして、カメラ３０は、図５に示すように、一望視Ｂエリア内に位置する被写体であるバイト２５のチップ２５Ａを撮像する。即ち、シャッター３８側の光路を遮断しているので、フルミラー３１Ａは一望視Ｂエリアの被写体光をカメラ３０へ反射させる。この際、 ハーフミラー３１Ｂはフルミラー３１Ａで反射された被写体光を透過するので、カメラ３０は一望視Ｂエリア内の被写体のみを撮像する。

本実施形態において、瞬間とみなされる時間内（光路切換えの時間差）をもってシャッター３８または３９を開閉させるので、撮像時の被写体の位置変化は無く、インバー体４７の先端４７Ａおよび基準ゲージ１８並びにバイト２５のチップ２５Ａを実質上一望視といえる状態で撮像し得る。即ち、本実施例によれば、カメラ３０の撮像領域（画像認識領域と同義）を例えば分割などで減ずることなく、例えば５００万画素（短辺が１７ｍｍで長辺が２１．５ｍｍの大きさ）をそのまま有効利用し得るので、画像認識が良好になる。

また、本実施例によれば、カメラ３０の一望視Ｂエリアおよび一望視Ａエリア間を所定距離ＬＡ（図３及び図５参照）離すことができるので、例えば内径バイト用の基準ゲージを別個設けることなくバイトの種類たとえば内径バイトまたは外形バイトまたはその他特殊バイトを実質上一望視といえる状態で撮像し得る。さらに、本実施例によれば、一望視Ｂエリアおよび一望視Ａエリア間を所定距離ＬＡ（例えば１００ｍｍ）離しているので、例えば内径バイト２５の干渉を防ぐことができる。

切削加工する際には、先ず図示しないエアー通路から図４に示すシールカバー４０の導口４０Ａへエアーを送出させた後に、撮像装置２７を隔離ゾーンＳ１へスライドさせる（図４の実線参照）。即ち、図４に示すように、撮像装置２７が待機位置へ復帰する直前には、撮像装置２７とシールカバー４０の隙間からエアーが吹き出るので、加工ゾーンＳ２内のクーラント液または切粉などが隔離ゾーンＳ１へ取込まれるのを防止できる。また、撮像装置２７が待機位置へ復帰した後、エアー通路からシールカバー４０の導口４０Ａへのエアー送出を停止する。

なお、図５に示すチップ２５Ａ，２６Ａのエッジは、例えばシークラインを用いて求めることができる。このシークラインとは、２次元仮想画面内に設定された長さと傾きが自由な線分で、その線方向の中心位置に対するエッジの位置を求めるものである。

図６を用いて、本発明に係る撮像装置の実施例２を説明する。但し、上記実施例１の図３に示す撮像装置２７と実質的に同一部分については同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として異なる部分について説明する。

実施例２は、図６に示すように、ハーフミラーに対しフルミラーの光路長と同一になるよう光路を折返す構成とした例である。即ち、本実施例は、光路長が異なる場合における、一方の画面サイズに比べ他方の画面サイズが例えば大きく或いは小さくなるのを回避する例である。

具体的には、ハーフミラー３１Ｂは、一望視Ｂエリアおよび一望視Ａエリア（図５参照）間の所定距離ＬＡの半分の距離（例えば５０ｍｍ）をもってフルミラー３１Ａ寄りに配置している。一対の折返し用のフルミラー（以下、単に「折返しミラー」ともいう）７８及び７９は、同一方向に傾斜するよう並列に配置し、入射する被写体光をハーフミラー３１Ｂへ導く。即ち、折返しミラー７８は、防護ガラス３４側の光路をミラー７９へ折返してハーフミラー３１Ｂへと導く。そのため、折返しミラー７９は、ハーフミラー３１Ｂに対向するように配置している。

そして、ハーフミラー３１Ｂ及びフルミラー３１Ａの両者の光路長が同一となるので、フルミラー３１Ａ側の光路上には、焦点合わせレンズの代わりに、防護ガラス３５がシャッター室２８Ｂ上に配置されている。また、本実施例のシャッター室２８Ｂは、筐体２７Ａの外側に配置している。そして、シャッター室２８Ｂには、光路用の孔８０Ａ及び８０Ｂが折返しミラー７８及びフルミラー３１Ａに対応するよう形成されている。

なお、光路を切換える一対のシャッター３８及び３９は、実施例１よりも長手方向の長さが短くなっている。ここで、シャッター３８及び３９を撮像時のみ個別に作動させるのは、撮像時以外はシャッター室２８Ｂの孔８０Ａまたは８０Ｂを閉止状態にして防塵効果を高めるためである。

本実施例において、ハーフミラー３１Ｂの前に折返しミラー７８及び７９を介在させるので、ハーフミラー３１Ｂに対しフルミラー３１Ａの光路長と同一になる。即ち、本実施例によれば、ハーフミラー３１Ｂ及びフルミラー３１Ａの両者の光路長が同一であるので、焦点を補正するための焦点合わせレンズが不要となる。

また、光路長が異なる（即ち、それぞれの画面サイズが異なる）場合に比べて、本実施例では画面サイズを同一にする必要がないので、ソフトウェアが簡単となる。即ち、本実施例によれば、図５に示す一望視Ｂエリアおよび一望視Ａエリアの画素サイズが同一となるので、アルゴリズムを用いる画像処理が簡単となる。その他の構成及び作用効果は、実施例１と同様である。

なお、図１に示す光源４３または４４を別々に点灯切換えさせると、撮像時におけるシャッターの切換えを不要とすることができる。この場合には、シャッターを一枚とできる。

図７を用いて、本発明に係る撮像装置の実施例３を説明する。但し、上記実施例１の図３に示す撮像装置２７と実質的に同一部分については同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として異なる部分について説明する。実施例３は、図７（Ａ）に示すように、一対のミラーをフルミラー３１Ａ及び３２にすると共に、カメラ３０寄りのフルミラー３２を回転可能とした例である。

具体的には、カメラ３０寄りのフルミラー３２に回転装置８１を連結する。そして、フルミラー３１Ａ側の被写体（一望視Ｂエリア）を撮像する場合には、フルミラー３２を２点鎖線で示す退避位置になるように回転装置８１を介して回転させ、フルミラー３１Ａとカメラ３０の光路上から退避させる。

一方、フルミラー３２側の被写体（一望視Ａエリア）を撮像する場合には、フルミラー３２を実線で示す所定角度の撮像位置になるよう回転装置８１を介して回転させ、一望視Ａエリアの被写体を撮像する。この場合、フルミラー３１Ａからの被写体光は、フルミラー３２で遮断されるので、撮像されない。

なお、本例は、フルミラー３２が撮像位置および退避位置にそれぞれ一時停止できるように、図示しないストッパを配置する。また、回転装置の駆動手段をステッピングモータ等のように、フルミラー３２を所定角度で停止できるようにしても良い。

本実施例において、フルミラー３２を回転可能に配置させるので、光路がそれぞれに切換わる。即ち、本実施例によれば、フルミラー３２の回転で光路をそれぞれ切換えるので、一枚のシャッター８２とし得る。

そのため、図７（Ｂ）に示すように、一枚のシャッター８２は、矩形状の孔８２Ａをフルミラー３２に対応する部分に形成している。即ち、シャッター８２は、光路を切換える手段ではなく、シャッター室２８Ｂへクーラント液あるいは切粉などが侵入するのを防止するだけのものである。その他の構成及び作用効果は、実施例１と同様である。

図８を用いて、本発明に係る撮像装置の実施例４を説明する。但し、上記実施例２の図６に示す撮像装置２７と実質的に同一部分については同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として異なる部分について説明する。実施例４は、図８に示すように、実施例２及び３を組合わせた例である。

具体的には、一対のミラーをフルミラー３１Ａ及び３２にすると共にカメラ３０寄りのフルミラー３２を回転可能とし、且つカメラ３０寄りのフルミラー３２に対しフルミラー３１Ａの光路長と同一になるよう光路を折返す構成となっている。

そのため、本実施例によれば、フルミラー３２及び３１Ａの両者の光路長が同一であるので、焦点を補正するための焦点合わせレンズが不要となる。また、本実施例によれば、図５に示す一望視Ｂエリアおよび一望視Ａエリアの画素サイズが同一となるので、アルゴリズムを用いる画像処理が簡単となる。更に、本実施例によれば、フルミラー３２の回転で光路をそれぞれ切換えるので、一枚のシャッター８２とし得る。

図９を用いて、本発明に係る撮像装置の実施例５を説明する。但し、上記実施例１の図３に示す撮像装置２７と実質的に同一部分については同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として異なる部分について説明する。実施例５は、図９に示すように、一対のカメラを異なる撮像位置での被写体にそれぞれ対応する光路上に配置する例である。

具体的には、カメラ３０，８４及び撮像レンズ体２９，８３が並列状に配置される。また、カメラ３０及び８４に対応する一対のフルミラー３１Ａ及び３２は、開口２７Ｆ及び２７Ｇにそれぞれ対向するよう配置されている。そして、カメラ（撮像素子であるＣＣＤ８４Ａを含む）８４は、撮像レンズ体８３及びフルミラー３２の光路によって、一望視Ａエリアの被写体を撮像する。一方、カメラ３０は、撮像レンズ体２９及びフルミラー３１Ａの光路によって、一望視Ｂエリアの被写体を撮像する。

ここで、本実施例では、一対のカメラ３０及び８４を設けているので、焦点合わせレンズが不要となり、防護ガラス３５にできる。即ち、本実施例では、カメラ３０及び８４毎に、焦点を合わる。本実施例によれば、２系列の光路での撮像が可能な構成としているので、一望視Ａエリア及び一望視Ｂエリアの被写体をそれぞれ同時に撮像できる。

なお、本例ではシャッター３８及び３９を一対の例としているが、シャッターを１枚としても良い。また、カメラ３０及び３４の結合においてその剛性を高くしておいて、一望視Ａエリア及び一望視Ｂエリアを同時に撮像すれば一望視Ａエリア及び一望視Ｂエリアを一望視したのと同等になる。

図１０を用いて、本発明に係る撮像装置の実施例５を説明する。但し、上記実施例５の図９に示す撮像装置２７と実質的に同一部分については同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として異なる部分について説明する。実施例６は、図１０に示すように、一対のカメラをそれぞれ異なる方向例えば９０度回転させた状態で配置させる例である。

具体的には、一対のカメラ３０，８４及び撮像レンズ体２９，８３を平面形状が略Ｌ字状の支持体８５の両端に固定している。即ち、カメラ３０及び撮像レンズ体２９は、支持体８５の端部８５Ａに水平方向の状態で連結している。そして、カメラ３０は、１つの被写体（例えばバイト２４）との間の光路をミラー３１Ａで直角に屈曲させ、１つの視野領域（一望視Ａエリア）の範囲で被写体を撮像する。

一方、カメラ８４及び撮像レンズ体８３は、支持体８５の端部８５Ｂに垂直方向の状態で連結している。そして、カメラ８４（撮像レンズ体８３を含む）は、１つの被写体（例えばバイト２３）の光路が一直線となるように配置され、１つの視野領域（一望視Ｂエリア）の範囲で被写体を撮像する。また、本実施例では、被写体から撮像レンズ体までの光路長が、同一となるように予め設定されている。

なお、図１０では、シャッターなどの構成を省略している。また、カメラ３０及び８４並びに支持体８５の結合においてその剛性を高くしておいて、支持体８５をインバーで製作すれば、カメラ３０及び８４の温度による相対変化もなく、一望視Ａエリア及び一望視Ｂエリアを同時に撮像すれば一望視Ａエリア及び一望視Ｂエリアを一望視したのと同等になる。

（２軸正面旋盤の構成）
ここで、図１１乃至図１５を用いて、刃物台２１（図１３参照）に配置されるバイト，チャック１２に配置される基準ゲージ１８及びインバー体４７以外の被写体（具体的には、ターレットゲージ４６）を説明する。

即ち、図１１及び図１２に示すターレットゲージ４６は、図１３に示す２軸正面旋盤に適用する例である。具体的には、２本の主軸１１が左右に位置して水平に且つ平行に延びるように設けられ、各主軸１１の前端部にワーク保持用のチャック１２が設けられている。左右の主軸１１の左側位置と右側位置に、それぞれ刃物台２１が各主軸１１の軸線と平行に配置されている。各刃物台２１は、それぞれ駆動装置１９によって前後方向に移動可能且つ刃物台２１の軸心の回りを回転可能に構成されている。各刃物台２１の外周部には、各種のバイト（例えば内径加工用のバイト２５、外径加工用のバイト２６等）が保持され、各刃物台２１を回転させることで、ワークの切削加工に用いるバイトを選択するようになっている。

（ターレットゲージ４６の構成）
基準手段であるターレットゲージ４０は、旋盤の刃物台を含む旋盤本体との熱膨張・収縮の度合いを測定するためのゲージである。図１３に示すように、ターレットゲージ４６は、刃物台２１の所定位置（切削工具の装着位置の一つ）に取付ける構成となっている。

このターレットゲージ４６は、基準体であるインバー体４７と、被測定物および取付手段であるゲージ本体４８とで構成されている。インバー体４７は、図１３に示す旋盤を構成する熱処理済み鋼と比較して熱膨張率が小さい材料（例えば不変鋼であるインバー）を用いて、例えば角柱状に形成している。なお、被測定物と基準体との材料との間には熱膨張率の差があれば良く、特にその差が出来るだけ顕著であるのが望ましい。

通常、被測定物は工作機械（切削機械と同義）の構造物である鋼を用いているので、基準体は熱膨張率が極めて小さいインバーを用いるか、鋼の熱膨張率の２倍であるアルミ合金または３倍であるマグネシウム合金などを用いても良い。一方、ゲージ本体４８は、図１３に示す刃物台２１などと同一材料である熱処理済み鋼を用いて、略直角三角形状に形成している。

そして、ゲージ本体４８には、図１１に示すように、インバー体４７を挿通するための孔４８Ａが形成されている。この孔４８Ａは、インバー体４７の太さよりも若干大きくなっており、インバー体４７が孔４８Ａを構成する壁と干渉しないための隙間ができるようになっている。図１１に示すように、インバー体４７は、その一端が締結手段である止め具４９Ｂによってゲージ本体４８に固定されている。なお、止め具４９Ｂはターレットゲージ４５内に埋設され、止め具４９Ｂがターレットゲージ４６と同一面上になるようにしている。

インバー体４７は、その一端である固定端から自由端となっている斜状の先端４７Ａまでの距離Ｌ１が予め所定の寸法に設定されている。なお、インバー体４７をゲージ本体４８へ取付ける際に、１点のみでインバー体４７をゲージ本体４８に支持させ、他方を自由にしている。このようにする理由は、インバー体４７を２点以上の複数箇所で固定すると、インバー体４７とゲージ本体４８との間の熱膨張率の相違によりバイメタル効果が発生して、変形を生じてしまうためである。

図１１に示すように、ゲージ本体４８には、それぞれ直角のエッジが形成され、２つのエッジがそれぞれＸ方向およびＺ方向の測定の基点となるＡ点およびＢ点（測定基点）となっている。ここで、Ａ点およびＢ点のＸ方向のエッジの間隔はＸ方向の基準寸法ＬＸ となり、Ｚ方向のエッジの間隔はＺ方向の基準寸法ＬＺとなるように設定されている。

なお、インバー体４７は熱膨張率が鋼の約１／１０であり、ターレットゲージ４６の温度が１℃変化するとゲージ本体４８のＡ点とインバー体４７の先端４７Ａとの差は１．８μｍとなる。そして、所定温度時での所定寸法における画像データを基準に、ＣＰＵ（図示省略）が基準寸法ＬＸ及びＬＺの長さを検出するので、ゲージ本体４８の上記精度はある程度バラツキがあっても良い。

ここで、所定温度はターレットゲージ４６等の寸法を検出および測定するために指定した所定温度（通常の環境温度である２０度乃至２２度）であり、所定寸法は上記所定温度でのターレットゲージ４６等の寸法である。なお、機械の初期設定時には、ゲージ本体４８の温度を計測すると共に、ゲージ本体４８のＡ点とＢ点間の距離を１μｍ以内の寸法を取得する。

この取得方法は、ゲージ本体４８のＡ点およびＢ点と基準ゲージ１８とを同一撮像領域内で画像処理して行う。また、ゲージ本体４８には並行度測定基準面４８Ｂが形成されており、この並行度測定基準面４８Ｂを用いてターレットゲージ４６を刃物台２１に並行状態で位置決めする。

例えば図６に示す撮像装置２７で撮像する際には、図１４に示すように、チャック１２に固定される基準ゲージ１８を一望視Ｂエリアで撮像し、ゲージ本体４８のＡ点及びインバー体４７の先端４７Ａ（またはバイト２６）を一望視Ａエリアで撮像する。一方、図１５に示すように、チャック１２に固定される基準ゲージ１８を一望視Ｂエリアで撮像し、ゲージ本体４８（またはバイト２６）を一望視Ａエリアで撮像する。なお、図１４及び図１５に示すＡ枠およびＢ枠は、図５に示す撮像装置２７の一望視Ａエリア及び一望視Ｂエリアにおける範囲に対応する。

（チャックに関する変形例）
以下、チャックに関する変形例を説明する。但し、上述した実施例１の図５に示すチャック１２に関する構成と実質的に同一部分については同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として異なる部分について説明する。

図１６及び図１７に示すように、チャック１７は、その先端が小径部１７Ａとなっている。また、チャック１７には、切欠部１７Ｂ（図１７参照）がチャック１７の軸心方向に沿うよう形成されている。この切欠部１７Ｂは、図１６に示すように、小径部１７Ａの外周から大径の基端部分（この部分は「通し孔」となる）までに亘り形成されている。

そして、円柱状のインバー体８６は、その一端が締結部材であるボルト４９Ａによってチャック１７の基端部分で固定されている。このインバー体８６の先端８６Ａは、図１７に示すように、半円状となっている。

即ち、図１６に示すように、インバー体８６の先端８６Ａと基準ゲージ１８とバイト２６のチップ２６Ａとが、例えば図６に示す撮像装置２７の視野領域（一望視Ａエリア）に収めて撮像する。なお、図１６に示すチャック１７では、インバー体８６の長さが長くてもチャック１７の通し孔を介して配置させることができるので、長尺のインバー体８６を例えばコレットチャックなどにも装着できる。また、チャック１７にインバー体８６の通し孔を形成したので、カウンタウェイトも不要にできる。

さらに、実施例１乃至実施例６では、撮像装置２７を回転可能に構成し、一望視Ａエリア及び一望視Ｂエリアが水平方向または垂直方向など任意に変更できるようにしても良い。

（画像認識処理方法）
図１８乃至図２１を用いて、本実施例に係る切削工具の画像認識処理方法を詳述する。ここで、上述した５００万画素のカメラ３０（図３参照）では、図１８（Ａ）で説明したチップのエッジ等の位置決めの認識精度が±０．２５μｍ（＝１／３４ピクセル）の精度で画像認識でき、図１８（Ｂ）〜図１８（Ｄ）で説明した切削線ＬｃｍまたはＬｂｍの認識精度が±０．４５μｍ（＝１／１９ピクセル）の精度で画像認識できる。

即ち、５００万画素（１画素当りの実寸法は８．６μｍ）の光学系のカメラでも、最近の画像処理技術の上記認識精度が向上したことによって十分にチップ等の折損・磨耗などを画像認識できると共に、ゲージ本体４８の温度を１℃単位で測定できる。なお、図１８の実線部分枠は、チップ２６Ａ（２５Ａの場合を含む）を示す撮像領域であり、チップ２６Ａを全体的に検出するときに用いる総合検出エリアである。図１８の２点鎖線部分枠は、チップ２６Ａの先端を検出するときに用いる刃先検出エリアである。

まず、チップ２６Ａの検出方法は、以下のように行う。図１８（Ａ）に示すように、複数のシークラインＬａを設定することによりチップ２６Ａのエッジを求める。使用前後のチップ２６Ａのエッジを求めてパターンマッチングし、各エッジの位置が閾値以下に異なっている場合はチップ２６Ａの折損と判断する。一方、各エッジの位置が閾値以上に異なっている場合はチップ２６Ａに切粉が溶着などした膨張（構成刃先ともいう）と判断する。なお、閾値は例えば２０μｍなどの幅を設け、その幅は任意に変更し得る。

チップのノーズも、シークラインを用いて求めることができる。先ず、図１８（Ｂ）に示すように、下方に向かう複数のシークラインＬｂを所定間隔で設定し、輝度の極大値（暗から明に変化する点）が最下点となるシークラインＬｂｍを求めてＸ方向切削線とする。同様に、図１８（Ｃ）に示すように、左方に向かう複数のシークラインＬｃを所定間隔で設定し、輝度の極大値（暗から明に変化する点）が最左点となるシークラインＬｃｍを求めてＺ方向切削線とする。次に、図１８（Ｄ）に示すように、Ｘ方向切削線Ｌｂｍと、このＸ方向切削線Ｌｂｍに平行であってＺ方向切削線ＬｃｍのエッジＥｃを通る線Ｌｂｐとの距離Ｒｚを求める。同様に、Ｚ方向切削線Ｌｃｍと、このＺ方向切削線Ｌｃｍに平行であってＸ方向切削線ＬｂｍのエッジＥｂを通る線Ｌｃｐとの距離Ｒｘを求める。そして、距離Ｒｚと距離Ｒｘのうち、大きい方をノーズに設定する。使用後のチップ２６Ａのノーズが使用前のチップ２６Ａのノーズよりも設定値以上になっている場合はチップ２６Ａの摩耗と判断する。

即ち、本実施例１乃至６の撮像装置２７において、撮像装置２７の位置誤差を測定するための基準ゲージ１８及び基準ゲージ１８に近接するインバー体４７の先端４７Ａ並びにこれらの近接するチップ２６Ａ（図５または図１６参照）をカメラ３０または８４により同一視野で撮像し、チップ２６Ａ及び基準ゲージ１８並びにインバー体４７の先端４７Ａが基準位置にした上でチップ２６Ａの画像処理を行なうので、チップ２６Ａの状態を的確に検出し得る。

（技術分野）
この技術分野は、被写体たとえば切削工具を画像認識する際の画像認識処理方法及び切削工具の画像認識処理方法に関するものである。

（背景技術）
上述した特許文献１には、プログラムメモリ６５に画像処理プロセッサを利用した画像処理と解析を行なうためのプログラムが格納されており（段落番号「００５２」参照）、カメラ２０による撮影を繰り返し、計１１回づつの投光と撮影によって輝線１１本分の画像（１１フレーム）を取得するものである（段落番号「００７２」、図１１、図１３参照）。なお、特許文献２は、上述したように、被加工物の加工前または加工後の少なくとも一方で工具を回転又は移動させてその画像データを複数取り込み、当該複数の画像データの中から焦点が合った画像データを選択的に用いるものである。

（解決しようとする課題）
特許文献１及び特許文献２では、画像認識処理を行う際のバイト位置認識精度を向上させるものではない。即ち、特許文献１または特許文献２では、バイトの磨耗量や変位量など精度良く画像認識することは困難である。

一方、５００万画素のカメラにおいて、上述したＸ方向切削線またはＺ方向切削線は，バイトの輪郭曲線（チップ先端曲線）の接線となる重要な位置を求めるので、位置認識精度が重要となる。所謂マルチステップパターンマッチング（以下、「ＭＳ」という）アルゴリズムでは、シークライン１本の位置認識精度が低くても、シークラインデータが多くなるほどに、全体の平均化された精度が向上する。

以下の内容は、被写体たとえば切削工具を画像認識する際の位置認識精度が向上する画像認識処理方法及び切削工具の画像認識処理方法を提供することにある。

上記画像認識処理方法としては、被写体または撮像手段の少なくとも一方を相対的に移動させ、この移動量を画素よりも小さい値（例えば画素ピッチの整数Ｎ分の１）として画像データに基づく認識値を取得すると共に、画素ピッチの整数（Ｎ）分の１でＮ回に亘って演算した第２の平均値をもって被写体の位置データとする。そして、上記複数回に亘る認識値の標準偏差を演算し、この標準偏差に係数を乗算すると共に、この乗算値を上記第２の平均値に対して加算または減算し、この演算値を例えば切削工具の刃先位置データとする。

なお、上記内容は、数値制御システムを用いる切削機械であって、撮像手段を用いて切削加工前後を問わず切削工具の画像を取込んで画像処理し、上記切削工具の状態（欠損・膨張・磨耗・熱変位）或いは上記切削機械の熱変位量を検出する画像認識処理方法に適用する。そして、上記被写体たとえば切削工具の位置データ或いは刃先位置データに基づき、切削工具の加工位置を補正する。

（切削線の位置データ取得方法）
以下、図１９乃至図２１に基づいて、切削工具の画像認識処理方法について説明する。切削線の位置データ取得方法は、図５に示すバイト２６をＺ方向へ１μｍづつ例えば８回移動させ、それぞれ撮像して以下の方法によってＺ方向切削線の位置データ取得する。

先ず、バイト２６の位置で切削線の位置ベクトル（Ｚ位置とＸ位置の集合）を演算する。次に、シークラインのピッチを１μｍ毎に設定し、エッジ位置（シークラインとチップ外形線との交点位置）が最大値（又は最小値であっても良い）となるものを選択する。そして、精度を高めるために、上記最大値を中央（図１９ではＺ方向切削線の位置）として設定し、上下（又は左右）に各々２５本のシークラインのエッジ位置における平均値（ａｖｅ）及び標準偏差（σ）を演算する。なお、この場合のシークライン総本数は、５１本である。

図１９に示すように、Ｚ方向（又はＸ方向）でマイナス方向へチップ２６Ａが突出する場合、Ｚ方向における切削線の位置（Ｃｐ）式は、以下の式で演算できる。
Ｃｐ＝ａｖｅ−１．１σ

ここで、Ｚ方向（又はＸ方向）でプラス方向へチップ２６Ａが突出する場合、上記式の−記号を＋記号に変える必要がある。また、上記式の１．１という係数は、実験値より算出した数値であす。さらにＸ方向における切削線の位置も、上述したような手順で演算する。そして、演算された各々のＣｐ値から上記バイトの移動量の累積値を減算する。最終的には、上記８回のデータにおける第２の平均値を演算すると共に、上記第２の平均値で得られた位置ベクトルを演算する。

なお、バイトを移動させるピッチは、画素ピッチの整数（Ｎ）分の１でＮ回に亘って測定する。例えば、画素（ピクセルと同義）の一辺が８μｍである場合には、１／８ピクセル即ち１μｍ毎の送りで８回のデータを取得し、第２の平均値としての位置データを記録する。即ち、１ピクセルのＮ分の１づつ移動させるので、異なる画像データを取得できることになって画像認識精度が向上する。バイトを例えば１／４ピクセルづつ或いは１／２ピクセルづつなどとして移動させても良い。

ここで、画素ピッチの整数（Ｎ）分の１づつ移動させるのは、以下の理由からである。画素よりも小さい値（例えば画素ピッチの整数分の１）を移動量として画像データを取得すると、後述する画素による非線形性の影響を受け、それぞれ別画像として取得できる。実験結果として、１ピクセル（８．４μｍ平方）において、１回の画像データ取得では認識精度２μｍを、８回の画像データ取得では認識精度０．４μｍまで向上した。

なお、被写体たとえばバイト或いはカメラの少なくとも一方を相対的に移動し、複数回の画像データを取得する場合、その移動量が画素の大きさと同一または整数倍であると、理論上同一の画像データを取得することになるので、データ量は実質的に増えない。これは、被写体などを移動させずに同一の画像データを複数回に亘って取得する場合と同様である。即ち、これらの場合は、無駄な作業となる。

（画素による非線形性の影響）
図２０に示すように、画素の受光部は外形とは異なった例えば略Ｌ字状となつており、この受光部の受光量が変化することによって画像データも変化する。ここで、実線で示す被写体を２点鎖線の位置へと移動させると、画像１および画素２の受光量は変化しない。一方、画素１４は、画素よりも小さい領域に限定されたＬ字上の受光部エリア上を被写体が移動しているので、受光量が本来の比率よりも大きく変化する。即ち、被写体の移動に対する各画素の受光量の変化は非線形となる。そのため、画素ピッチの整数分の１づつ移動させると、異なる画像データを取得できることになって画像認識精度が向上する。

なお、図２０ではＺ方向に移動させる図であるが、Ｘ方向にも移動させＸ方向切削線の位置データを取得する。また、図２１に示すように、Ｚ方向及びＸ方向へ１μｍづつ斜状に移動させても良い。さらに、上記位置データの取得は、M（整数のオフセット量μｍ）＋１画素を被写体の移動量としても良い。例えば、１＋８＝９μｍ、２＋１６＝１８μｍ、３＋２４＝２５μｍ、４＋３２＝３６μｍなどとしても良い。

なお、本発明は実施例１乃至実施例６で説明した短軸旋盤や２軸正面旋盤に限定されず、フライス盤など種々の切削機械（切削工具とワークを相対的に移動させて加工する機械）に適用できる。

１２…チャック、１８…基準ゲージ、２１…ターレット刃物台（取付台）、２５…内径加工用のバイト、２５Ａ…刃先、２６…外径加工用のバイト、２６Ａ…刃先、２７…撮像装置（撮像手段）、３０…カメラ、３８，３９…シャッター（切換手段）、４６…ターレットゲージ（測定手段）、４７，８６…インバー体（基準体）、４７Ａ，８６Ａ…インバー体の先端、４８…ゲージ本体（被測定物，取付手段）、７８，７９…折返し用のフルミラー（折返しミラー手段）、Ｓ…旋盤（切削機械）、Ｗ…ワーク

Claims (8)

1. 同一方向であって異なる撮像位置での被写体にそれぞれ対応する光路を分離する光路分離手段と、上記光路分離手段における同一の光路上に配置される撮像素子とを備え、
   上記光路分離手段は一方の撮像位置での上記被写体を撮像する際には他方の撮像位置での光路を遮断し、上記異なる撮像位置での上記被写体を、光路切換えの時間差をもって撮像することを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、上記光路分離手段のうち上記撮像素子側をハーフミラーとし、上記ハーフミラーの後方をフルミラーとすることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１又は２に記載の撮像装置において、上記光路分離手段に対応する上記光路を撮像時に開放する一対のシャッターを、個別に可動させることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項２又は３に記載の撮像装置において、上記ハーフミラーに対し上記フルミラーの光路長と同一になるよう光路を折返すことを特徴とする撮像装置。
5. 請求項３又は４に記載の撮像装置において、上記撮像素子及び上記ミラーを収納するミラー室と、上記シャッターの開放時における上記ミラー室への空気流入を阻止するシャッター室とを備え、上記ミラー室から上記シャッター室へエアーを供給することを特徴とする撮像装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像装置を備える切削機械。
7. 請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像装置と、上記撮像手段の位置誤差を測定するためワーク保持用のチャックに配置される基準ゲージと、上記チャックに一端が固定されると共に自由端が上記基準ゲージに対応するように配置され且つ上記基準ゲージの熱変位量の基準となる基準体とを備え、
   上記撮像装置は、上記一方の光路における一方の撮像位置での上記基準ゲージ及び上記基準ゲージに対応する上記基準体の上記自由端並びに上記一方の撮像位置での切削工具を被写体として同一の撮像領域内に撮像し、或いは上記一方の光路における上記一方の撮像位置での上記基準ゲージ及び上記基準ゲージに対応する上記基準体の上記自由端を被写体として同一の撮像領域内に撮像すると共に上記他方の光路における他方の撮像位置での切削工具を光路切換えの時間差をもって撮像することを特徴とする撮像装置を備える切削機械。
8. 請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像装置と、上記撮像手段の位置誤差を測定するための基準ゲージと、切削工具を取付ける取付台に配置され、切削工具の変位量を検出および上記取付台の温度を検出するための基準手段とを備え、
   上記撮像装置は、上記一方の光路における一方の撮像位置での上記基準ゲージを被写体とし、且つ上記他方の光路における他方の撮像位置での上記基準ゲージに対応する上記基準手段または切削工具を被写体とし、
   上記一方の光路における上記一方の撮像位置での上記基準ゲージを撮像すると共に上記他方の光路における上記他方の撮像位置での上記基準手段または上記切削工具を光路切換えの時間差をもって撮像することを特徴とする撮像装置を備える切削機械。

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