JP5483305B2 - 寸法測定装置、及びワーク製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、寸法測定装置、及びワーク製造方法に関し、画像によりワークの寸法測定を行うものに関する。

例えば、旋盤などで加工したワーク（測定対象物）の寸法を撮像装置で撮影し、その画像を用いて寸法測定する技術がある。
図１１（ａ）は、このような撮像装置の構成を示した図である。
ステージ２２は、ワーク５を保持している。そして、ステージ２２の鉛直上方には、撮像光軸３５が鉛直下方に設定されているカメラ２１が設置されている。更に、ステージ２２の下方にはステージ２２に光を照射するライト２５が設置されている。

ステージ２２は、光を透過する部材で構成されており、カメラ２１は、ライト２５の光によるワーク５の画像６５（ワーク５の影）を撮影する。
この画像６５をコンピュータによって画像解析することによりワーク５の寸法を測定することができる。

このような撮像装置による光学的寸法測定（光学測定）では、撮像光軸３５に対してワークの測定箇所の長手方向を必要な精度で直交させる必要がある。
そのため、ステージ２２の表面に撮像光軸３５が正確に直交するように、ステージ２２とカメラ２１の取り付け精度を高めるなどの対策が取られている。
なお、図１１（ａ）では、撮像光軸３５と長手方向が直交しないため、画像６５のエッジが曲線となって現れている。

また、例えばテーパ形状を有するワーク５に対しては、図１１（ｂ）に示したように、治工具３７を用いて測定箇所の長手方向３６を撮像光軸３５に垂直になるようにして画像６６を撮影することも行われていた。
更には、次の特許文献１のように予め形状の分かっている治工具によりワーク５の撮像光軸３５に対する傾きを測定し、それを元に数学的処理により実寸法を求める技術も提案されている。
特開平７−２９４２１６号公報

しかし、治工具を用いてワーク５の姿勢を設定する場合、姿勢に応じた治工具をそれぞれ用意しなければならないほか、ワーク５や治工具の寸法精度が撮像光軸３５とワーク５の角度に誤差を生じる原因となっていた。
また、ワーク５の複数箇所を測定する場合、その度に、治工具を取り替えながらワーク５の姿勢を設定し直さなければならず手間がかかっていた。

そこで、本発明は、ワークの測定箇所の長手方向と撮像光軸を自動的に垂直にすることを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、光を透過する部材により構成された傾斜可能なワーク設置台により、ワークを保持姿勢が変更可能に保持する保持手段と、前記ワーク設置台に保持したワークに光を照射する照射手段と、前記照射した光による前記ワークの影を前記照射手段と対向する側からカメラで撮像する撮像手段と、前記撮像したワークの画像に基づいて、前記ワーク設置台に保持したワークの測定箇所の長さ方向が前記カメラの撮像光軸に垂直になるように、前記ワーク設置台の傾斜角度を自動で調節することで、前記保持手段の保持姿勢を調節する調節手段と、前記保持姿勢の調節後に撮像した画像によって前記ワークの寸法を測定する測定手段と、を具備したことを特徴とする寸法測定装置を提供する。
請求項２に記載の発明では、前記調節手段は、前記カメラが検知している前記ワークの像を解析することにより、前記ワークの測定箇所の長さ方向が前記カメラの撮像光軸に垂直となるように、前記ワーク設置台による前記ワークの保持姿勢を調節することを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置を提供する。
請求項３に記載の発明では、前記調節手段は、前記ワークの像の測定箇所の長さ方向の２点のエッジの距離が最大となるように前記保持姿勢を調節することを特徴とする請求項２に記載の寸法測定装置を提供する。
請求項４に記載の発明では、前記調節手段は、前記ワークの像の測定箇所の長さ方向のエッジ上の点が最も鮮明となるように前記保持姿勢を調節することを特徴とする請求項２に記載の寸法測定装置を提供する。
請求項５に記載の発明では、前記調節手段は、前記ワークの像の面積が最大となるように前記保持姿勢を調節することを特徴とする請求項２に記載の寸法測定装置を提供する。
請求項６に記載の発明では、ワークを工作機械で機械加工する加工ステップと、前記機械加工したワークの寸法を請求項１から請求項５までのうちの何れか１の請求項に記載の寸法測定装置で測定する測定ステップと、前記寸法測定装置による測定結果を用いて、ワークの加工寸法が所定の寸法となるように前記工作機械を調節する調節ステップと、を備え、前記加工ステップは、前記調節ステップによる調節後の工作機械でワークを機械加工することを特徴とするワーク製造方法を提供する。

本発明によれば、ステージの傾斜角度を調節することにより、ワークの測定箇所の長手方向と撮像光軸を自動的に垂直にすることができる。

（１）実施の形態の概要
図１は、本実施の形態に係る撮像装置２（図２）の概要を説明するための図である。
カメラ２１は、ライト２５の透過光によってできたワーク５の影を鉛直上方から撮影する。この撮影画像は寸法測定に用いられる。

ステージ２２は、図示しないモータにより、ピッチ方向とロール方向に傾斜角度を調節できるようになっている。
ステージ２２に、例えば、テーパを有するワーク５を設置し、ワーク５の軸方向長さを測定したい場合、図示しない制御装置がステージ２２を駆動して、ワーク５の測定箇所の長手方向３６が撮像光軸３５と垂直になるようにワーク５の姿勢を自動的に調節する。

この自動制御は、例えば、ワーク５の指定されたエッジ間の距離が最大となるステージ２２の傾き、ワーク５のエッジに焦点が合うステージ２２の傾き、及びワーク５の影の面積が最大となるステージ２２の傾き、などをワーク５の画像を用いて探索することにより行われる。

このように、本実施の形態に係る寸法測定装置１（図４）は、寸法測定を行う前に、撮像光軸３５に対するワーク５の傾きを測定し、撮像光軸３５に対してワーク５の測定箇所の長手方向が直交するようにワーク５の傾きを自動で補正する。
このため、例えば、ワーク５の軸方向の長さを測定した後、ワーク５のテーパ部分の母線の長さを測定したい場合、母線が撮像光軸３５と垂直になるようにステージ２２の傾斜角度を調節するだけでよく、治工具の取り替えなどを要さずに、連続して測定することができる。

（２）実施の形態の詳細
図２は、本実施の形態に係る撮像装置２の外観の一例を示した図である。
これに、カメラ２１、ステージ２２の傾斜角度、ライト２５の照明などを制御する制御系を加えて後述の寸法測定装置が構成される。

ステージ２２は、表面にワークを保持するための取り付け機構を有し、ライト２５から投光される光を透過させる部材によって構成された板状の部材である。
この取り付け機構は、ワークを安定的に載せておく凹部、ワークを把持して固定する固定機構、更には、ワークの形状と嵌合する治工具などを用いて構成することができる。
本実施の形態では、ワークの輪郭を影によって観察するので、ステージ２２は、例えば、磨りガラスのようにライト２５の光を適度に散乱するものを用いると、コントラストの明確なワークの画像を撮影することができる。

ここで、図２に示したように、水平面上に互いに直行するｘ軸とｙ軸を設定し、図示しないが鉛直下方にｚ軸を設定することとする。
ステージ２２は、矩形の枠部材２６の内側に、ｙ軸の周り（ロール方向に該当）に回転可能に軸支されており、更に、枠部材２６は、撮像装置２の筐体２７に、ｘ軸の周り（ピッチ方向に該当）に回転可能に軸支されている。これによって、ステージ２２は、ｘ軸の周りとｙ軸の周りに回転することができる。
このように、ステージ２２は、保持姿勢が変更可能にワークを保持する保持手段として機能、また、ワークを保持する傾斜可能なワーク設置台として機能している。

筐体２７には、枠部材２６をｘ軸の周りに回転させるためのｘ軸モータ２３が設置されており、筐体２７にはステージ２２をｙ軸の周りに回転させるためのｙ軸モータ２４（ステージ２２の影になっており図示していない）が設置されている。
ｘ軸モータ２３、ｙ軸モータ２４は、例えば、ステッピングモータやＡＣサーボモータなど、制御装置から指令によって回転角度や回転速度を制御できるモータであって、ｘ軸モータ２３、ｙ軸モータ２４を駆動することによりステージ２２をそれぞれｘ軸、ｙ軸の周りに所望の角度だけ所望の速度で傾斜させることができる。

ライト２５は、例えば、発光ダイオードを方眼状に配置することにより構成され、ステージ２２に対してカメラ２１と対向する側（ステージ２２の鉛直下方）に設置されている。ライト２５は、ワークの影をステージ２２上で形成するために光を照射するバックライトとして使用される。
ライト２５は、ステージ２２に保持したワークに対してカメラ２１と対向する側から光を照射する照射手段として機能している。

カメラ２１は、画像を電気信号に変換するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）と、当該ＣＣＤ上に被写体（ステージ２２上のワーク）の像を結像するためのレンズ系を用いて構成されている。
カメラ２１は、柱部材２８に沿って鉛直方向（図示しないがｚ軸方向）に移動可能な梁部材２９に設置されており、レンズ系の撮像光軸が鉛直下方（図示しないが−ｚ軸方向）を向き、撮像光軸の直下にステージ２２の中心が位置するようになっている。
カメラ２１のｚ軸方向の位置は、制御装置からの指令によって梁部材２９を移動することにより調節可能となっている。
カメラ２１は、ステージ２２上に保持されたワークの画像データを制御装置に送信する。

図３は、撮像装置２にワーク５を設置してステージ２２の傾斜角度を調節したところを示している。
ここで一例として用いるワーク５は、図１１（ａ）で示したものと同様であり、テーパ部分と、その両端に当該テーパ部分の中心軸と同軸に形成された軸部分を有している。
図３は、ワーク５の全長（長手方向３６）を測定する場合を示しており、ワーク５は、ステージ２２の中心に長手方向３６がｘ軸と並行になるように保持されている。なお、図が煩雑になるためｘ軸ｙ軸などを図示していない。

この場合、撮像装置２は、制御装置がｙ軸モータ２４を制御することにより、ステージ２２をテーパ部の角度だけｙ軸の周りに傾斜させる。これによって、長手方向３６が撮像光軸３５と垂直となる。
この状態でカメラ２１がワーク５の像を撮影すると、撮像光軸３５と長手方向３６が垂直な状態でワーク５の画像を撮影することができ、この画像を解析することにより長手方向３６の長さを測定することができる。

長手方向３６を撮影した後に、更に、ワーク５のテーパ部分の母線の長さを測定したい場合には、テーパ部の角度の２倍だけステージ２２をｙ軸の周りに傾斜させると、テーパ部分の母線（この場合、母線が長手方向）と撮像光軸３５が垂直となる。
この状態でワーク５の像を撮影すると、その画像からテーパ部分の母線の長さを測定することができる。

このように、撮像装置２は、ステージ２２の傾斜角度を調節することにより、ワーク５の測定箇所に応じた姿勢を連続的に設定することができる。
このため、測定したい部分に応じた治工具を用意したり、また、治工具を設定する手間が省けるため、容易かつ迅速にワーク５の各部の寸法を計測することができる。

図４は、本実施の形態に係る寸法測定装置１のシステム構成を示した図である。
寸法測定装置１は、撮像装置２のほか、制御装置３、ディスプレイ６、及び入力装置４などを用いて構成されている。

ディスプレイ６は、例えば、液晶ディスプレイやその他の表示装置によって構成され、ユーザが制御装置３を操作するための操作画面などが表示される。
入力装置４は、例えば、キーボードやマウスなどで構成され、ユーザが制御装置３を操作するためのコマンドなどが入力できるようになっている。

制御装置３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、記憶装置などで構成されるほか、撮像装置２、入力装置４、ディスプレイ６と接続するインターフェースを備えたコンピュータなどで構成され、寸法測定装置１全体の制御やワークの寸法計測を行う。

ＣＰＵは、プログラムを実行したり制御装置３の各部を制御し、ＲＯＭは、ＣＰＵが使用する基本的なパラメータなどを記憶し、ＲＡＭは、ＣＰＵにワーキングメモリを提供する。
記憶装置は、例えば、ハードディスクなどの大容量の記憶媒体を備え、制御装置３を動作させるための基本的なプログラムであるＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や、撮像装置２を制御してワークの寸法測定を行う寸法測定プログラムなどが記憶されている。

制御装置３は、寸法測定プログラムをＣＰＵで実行することにより、ワークの画像からワークの傾きを検知してｘ軸モータ２３やｙ軸モータ２４に指令を発し、ステージ２２の傾斜角度を調節する調節機能や、カメラ２１を制御してワークの像を撮像する撮影機能や、撮影された画像からワークの寸法を測定する測定機能などを発揮することができる。

このように、寸法測定装置１は、保持手段（ステージ２２）に保持したワークの測定箇所の長さ方向がカメラ２１の撮像光軸３５に垂直になるように保持手段の保持姿勢（ステージ２２の傾斜角度）を調節する調節手段と、ステージ２２に保持したワークをカメラ２１で撮像する撮像手段と、保持姿勢の調節後に撮像した画像によってワークの寸法を測定する測定手段を備えている。
なお、寸法測定は、例えば、画像を２値化してワークのエッジ（輪郭）を検出して、指定されたエッジ間の距離を計算することにより行い、このような画像処理による寸法測定は、従来の方法を用いることができる。

制御装置３が、画像からワークの傾きを検知し、これを調節手段にて調節する方法は各種考えることができるが、本実施の形態では、エッジ間の距離を用いた調節、エッジの焦点を用いた調節、及びワークの画像の面積を用いた調節の３つの方法を用意し、ユーザがワークの形状に適したものを選択するようになっている。以下、これらの方法について説明する。

図５（ａ）は、エッジ間の距離を用いた方法を説明するための図である。
この方法は、撮像光軸３５に対してワーク５を直交させたとき、撮像光軸３５と垂直な同一平面内に存在することになるエッジを複数指定し、選択したエッジ間の距離が最大になる傾きにステージ２２の傾斜角度を調節するものである。
ここでは、説明を簡単にするために、平板状のワーク５ａを用いて説明する。ユーザは、ワーク５ａの縦横の寸法を測定したいものとする。
ところで、２点間の寸法を測定したい場合は、２つ以上のエッジを用い、平面上の点の寸法を測定したい場合は同一直線上にない３つ以上のエッジを用いる。
ここでは、ワーク５ａの縦横の寸法を測定したいので３つのエッジを用いることにする。

まず、ユーザは、ワーク５ａをステージ２２に設置し、これをカメラ２１が撮影した像をディスプレイ６で確認する。そして、複数の任意の閉領域、ここでは領域３１、３２、３３を制御装置３に対して指定する。
すると、制御装置３は、領域３１、３２、３３において、ワーク５ａのエッジ３１ａ、３２ａ、３３ａを画像処理にて認識する。
そして、制御装置３は、エッジ３１ａ−３２ａ間、エッジ３２ａ−３３ａ間、及びエッジ３３ａ−３１ａ間の距離が最大となるようにステージ２２の傾斜角度を調節する。
このように、エッジの距離が最も大きくなるようにステージ２２の傾きを調節するとワーク５ａの縦横の長手方向が撮像光軸３５と垂直になる。

この例では、測定箇所の長さ方向が縦横の２方向あるため、縦方向の２つのエッジ（エッジ３１ａ、３３ａ）と、横方向の２つの（エッジ３３ａ、３２ａ）を用いたが、基本的には長手方向の２つのエッジがあればよく、制御装置３の調節手段は、ワークの像の測定箇所の長さ方向の２点のエッジの距離が最大となるようにワークの保持姿勢を調節する。

次に、エッジの焦点を用いた方法を説明する。
この方法は、撮像光軸３５に対してワーク５を直交させたとき、撮像光軸３５と垂直な同一平面内に存在するエッジ上の点が最も鮮明になるようにステージ２２の傾斜角度を調節するものである。

例えば、図５（ａ）の場合は、エッジ３１ａにカメラ２１の焦点を合わせたままエッジ３３ａが最も鮮明になるようにステージ２２の傾斜角度を調節すると、エッジ３１ａ−３３ａ間の辺と撮像光軸３５が垂直になる。
同様に、エッジ３３ａにカメラ２１の焦点を合わせたままエッジ３２ａが最も鮮明になるようにステージ２２の傾斜角度を調節すると、エッジ３３ａ−３２ａ間の辺と撮像光軸３５が垂直になる。

また、図５（ｂ）に示したように、ワークが軸等の円筒状の形状である場合には、撮像光軸に対して接点となる箇所は径の大きさ、形状（テーパ等）に関係なく撮像側からの距離が同じになることから、これらの点の焦点が合うようにステージ２２の傾きを調節する。
例えば、ワーク５の全長を測定したい場合、制御装置３は、エッジ上の指定された点（例えば、点３４ａ、以下ａ点と呼ぶ）にカメラ２１の焦点を合わせたままステージ２２を傾け、エッジ上の他の点（例えば、３４ｂや３４ｃ、少なくとも１点あればよい、以下選択点と呼ぶ）の焦点が合うようにする（即ち、その点の画像が鮮明になるようにする）。
ａ点や選択点に焦点が合うと、ワーク５の全長と撮像光軸３５が垂直になる。
このように、制御装置３の調節手段は、ワークの像の測定箇所の長さ方向のエッジ上の点が最も鮮明となるようにワークの保持姿勢を調節する。

次に、ワークの画像の面積を用いた方法を説明する。
この方法は、撮像側の逆方向からライト２５によって光をあて、ワーク５が生ずる影の面積が最大になる傾きにステージ２２の傾斜角度を調節するものである。
影に限らず、ワーク５とステージ２２のコントラストに違いを与えて、撮像されたワーク５とステージ２２の境界で囲まれた面積が最大になる傾きを探すことでも同様の効果を得ることができる。
このように、制御装置３の調節手段は、ワークの像の面積が最大となるようにワークの保持姿勢を調節する。

以上のように構成された寸法測定装置１を用いてワーク５の寸法を測定する手順について説明する。
図６は、エッジ間の距離を用いてワーク５の寸法を測定する手順を説明するためのフローチャートである。
以下の処理は、制御装置３のＣＰＵが寸法測定プログラムに従って行うものである。
まず、ユーザは、ワーク５をステージ２２に設置し、カメラ２１によるワーク５の画像をディスプレイ６で確認しながら、入力装置４を操作して、エッジを検出する箇所を複数（例えば２箇所）指定する。

すると、制御装置３は、指定された領域においてエッジを検出する（ステップ５）。
次に、制御装置３は、ｘ軸モータ２３とｙ軸モータ２４を高速回転させてステージ２２の傾斜角度を粗調整する。
ステージ２２の調整方法は各種存在するが、ここでは、ステージ２２のｘ軸の周りの角度を調節した後、ｙ軸の周りの角度を調節するものとする。なお、ｘ軸の調節とｙ軸の調節を交互に行うように構成することもできる。

制御装置３は、ｘ軸モータ２３を駆動してステージ２２をｘ軸の正方向（ｘ軸方向に右ねじが進む方向とする）に高速駆動し（ステップ１０）、エッジ間の距離を検出する。
エッジ間の距離の変化が＋方向（即ち、距離が増大する方向）であった場合（ステップ１５；Ｙ）、制御装置３は、ステップ１０に戻ってステージ２２の高速駆動を継続する。

エッジ間の距離が−方向（即ち、距離が減少する方向）であった場合（ステップ１５；Ｎ）、制御装置３は、ステージ２２の傾斜を開始した直後であるか否かを判断する（ステップ２０）。
制御装置３は、傾斜を開始してから経過した時間が所定時間未満である場合には、開始直後であると判断し、所定時間以上である場合は開始直後でないと判断する。

制御装置３は、開始直後であると判断した場合には（ステップ２０；Ｙ）、ｘ軸モータ２３の回転を逆転し、ステージ２２の傾斜方向を反転する（ステップ２５）。そして、制御装置３は、反転した方向についてステップ１０〜ステップ２０を行う。

一方、開始直後でないと判断した場合（ステップ２０；Ｎ）、制御装置３は、ｘ軸モータ２３を逆方向に微少駆動することにより、高速駆動時に対して傾斜方向を反転してステージ２２を微少駆動する（ステップ３５）。
ここで、エッジ間距離のデータと傾斜角度の対応を一定時間分保存しておき、最もエッジ間距離が長くなる傾斜角度に戻す方法も可能である。

更に、制御装置３は、ステップ１５と同様にエッジ間の距離が＋方向であるか否かを確認し、＋方向である場合には（ステップ４０；Ｙ）、ステップ３５に戻ってステージの微少駆動を同じ傾斜方向に継続し、＋方向でない場合には（ステップ４０；Ｎ）、ステージ２２の傾斜角度をエッジ間距離が最も長くなる傾斜角度に戻して（ステップ４３）、ステージ２２の駆動を停止する。

制御装置３は、このようにしてステージ２２をｘ軸の周りに傾斜した後、ｙ軸モータ２４を駆動して、ｙ軸の周りに対してもステップ１０〜ステップ４３を行い、ｙ軸に関してステージ２２の傾斜を調節する。
このようにして、ｙ軸に関しての調整にて、エッジ間距離の変化が＋方向でないと判断し（ステップ４０；Ｎ）、ステージ２２をエッジ間距離が最も長くなる傾斜角度に戻した場合（ステップ４３）、ワーク５の長手方向が撮像光軸３５と垂直になっているので、制御装置３は、ワーク５の像を撮像して寸法測定を行う（ステップ４５）。
寸法箇所は、ステージ２２の調整に用いたエッジ間の距離とすることもできるし、ユーザがエッジを指定するように構成することもできる。

図７は、焦点を距離を用いてワーク５の寸法を測定する手順を説明するためのフローチャートである。
以下の処理は、制御装置３のＣＰＵが寸法測定プログラムに従って行うものである。
まず、ユーザは、ワーク５をステージ２２に設置し、カメラ２１によるワーク５の画像をディスプレイ６で確認しながら、入力装置４を操作して、ワーク５のエッジ上で任意の点をａ点に指定する。

すると、制御装置３は、ワーク５の画像において当該任意の点をａ点として受け付ける（ステップ１０５）。
そして、制御装置３は、カメラ２１のレンズ系を制御してａ点に焦点を合わせる（ステップ１１０）。
更に、制御装置３は、ａ点が位置するエッジ上に選択点を設定する。選択点はユーザが指定してもよいし、自動的に選択するように構成してもよい。
次に、制御装置３は、ｘ軸モータ２３とｙ軸モータ２４を高速回転させてステージ２２の傾斜角度を粗調整する。
ステージ２２の調整方法は各種存在するが、ここでは、ステージ２２のｘ軸の周りの角度を調節した後、ｙ軸の周りの角度を調節するものとする。

制御装置３は、ａ点に焦点を合わせたままステージ２２をｘ軸の正方向に高速駆動する（ステップ１１５）。
そして、制御装置３は、選択点が位置するエッジ画像が鮮明になるか否かを判断する（ステップ１２０）。
選択点のエッジが鮮明になる場合（ステップ１２０；Ｙ）、制御装置３は、ステップ１１５に戻ってステージ２２の高速駆動を継続する。

選択点のエッジが不鮮明になる場合（ステップ１２０；Ｎ）、制御装置３は、ステージ２２の傾斜を開始した直後であるか否かを判断する（ステップ１２５）。
制御装置３は、開始直後であると判断した場合には（ステップ１２５；Ｙ）、ｘ軸モータ２３の回転を逆転し、ステージ２２の傾斜方向を反転する（ステップ１３０）。そして、制御装置３は、反転した方向についてステップ１１５〜ステップ１２５を行う。

一方、開始直後でないと判断した場合（ステップ１２５；Ｎ）、制御装置３は、ｘ軸モータ２３を逆方向に微少駆動することにより、ａ点に焦点を合わせたまま高速駆動時に対して傾斜方向を反転してステージ２２を微少駆動する（ステップ１４０）。
ここで、エッジの鮮明度のデータと傾斜角度の対応を一定時間分保存しておき、最もエッジが鮮明となる傾斜角度に戻す方法も可能である。

制御装置３は、ステップ１２０と同様に選択点のエッジが鮮明になるか否かを確認し（ステップ１４５）、鮮明になる場合には（ステップ１４５；Ｙ）、ステップ１４０に戻ってステージの微少駆動を同じ傾斜方向に継続し、選択点のエッジが不鮮明になる場合には（ステップ１４５；Ｎ）、ステージ２２の傾斜角度を選択点のエッジが最も鮮明になる傾斜角度に戻して（ステップ１４３）、ステージ２２の駆動を停止する。

制御装置３は、このようにしてステージ２２をｘ軸の周りに傾斜した後、ｙ軸モータ２４を駆動して、ｙ軸の周りに対してもステップ１１５〜ステップ１４３を行い、ｙ軸に関してステージ２２の傾斜を調節する。
このようにして、ｙ軸に関しての調整が終了すると制御装置３は、ワーク５の像を撮像して寸法測定を行う（ステップ１５０）。
寸法箇所は、例えば、ユーザが指定したエッジ間の距離とすることができる。

図８は、ワーク５の像の面積を用いてワーク５の寸法を測定する手順を説明するためのフローチャートである。
以下の処理は、制御装置３のＣＰＵが寸法測定プログラムに従って行うものである。
まず、ユーザは、ワーク５をステージ２２に設置し、カメラ２１によるワーク５の画像をディスプレイ６で確認しながら、入力装置４を操作して、カメラ２１にワーク５の像を撮像させる。
そして、制御装置３は、ワーク５の画像を検出して監視を開始する。

次に、制御装置３は、ｘ軸モータ２３とｙ軸モータ２４を高速回転させてステージ２２の傾斜角度を粗調整する。
ステージ２２の調整方法は各種存在するが、ここでは、ステージ２２のｘ軸の周りの角度を調節した後、ｙ軸の周りの角度を調節するものとする。

制御装置３は、ｘ軸モータ２３を駆動してステージ２２をｘ軸の正方向（ｘ軸方向に右ねじが進む方向とする）に高速駆動し（ステップ２０５）、ワーク５の面積（画像の面積の意）が増加するか否かを判断する（ステップ２１０）。
面積が増加する場合（ステップ２１０；Ｙ）、制御装置３は、ステップ２０５に戻ってステージ２２の高速駆動を継続する。

ワーク５の面積が減少する場合（ステップ２１０；Ｎ）、制御装置３は、ステージ２２の傾斜を開始した直後であるか否か判断する（ステップ２１５）。
制御装置３は、開始直後であると判断した場合には（ステップ２１５；Ｙ）、ｘ軸モータ２３の回転を逆転し、ステージ２２の傾斜方向を反転する（ステップ２２０）。そして、制御装置３は、反転した方向についてステップ２０５〜ステップ２１５を行う。

一方、開始直後でないと判断した場合（ステップ２１５；Ｎ）、制御装置３は、ｘ軸モータ２３を逆方向に微少駆動することにより、高速駆動時に対して傾斜方向を反転してステージ２２を微少駆動する（ステップ２３０）。
ここで、ワーク５の面積のデータと傾斜角度の対応を一定時間分保存しておき、最も面積が大きくなるときの傾斜角度に戻す方法も可能である。

更に、制御装置３は、ステップ２１０と同様にワーク５の面積が増加するか否かを確認し、増加する場合には（ステップ２３５；Ｙ）、ステップ２３０に戻ってステージの微少駆動を継続し、減少する場合には（ステップ２３５；Ｎ）、ステージ２２の傾斜角度をワーク５の面積が最大となる傾斜角度に戻して（ステップ２３７）、ステージ２２の駆動を停止する。

制御装置３は、このようにしてステージ２２をｘ軸の周りに傾斜した後、ｙ軸モータ２４を駆動して、ｙ軸の周りに対してもステップ２０５〜ステップ２３７を行い、ｙ軸に関してステージ２２の傾斜を調節する。
このようにして、ｙ軸に関しての調整が終了すると制御装置３は、ワーク５の像を撮像して寸法測定を行う（ステップ２４０）。
寸法箇所は、ステージ２２の調整に用いたエッジ間の距離とすることもできるし、ユーザがエッジを指定するように構成することもできる。

次に、以上のように構成された寸法測定装置１を用いたワーク製造ラインの構成について説明する。
図９は、寸法測定装置１を用いたワーク製造ライン５０の構成の一例を示した図である。
切削加工機５１は、例えば、棒材を切削加工してワーク５を製造する。切削加工機５１は、ＮＣ旋盤などの工作機械によって構成されており、プログラムに従ってワーク５を自動的に製造する。

切削加工機５１が製造したワーク５は、自動搬送機により洗浄機５３に搬送される。
洗浄機５３は、ワーク５に付着した切削液を洗浄する。洗浄機５３が洗浄したワーク５は、自動搬送機により寸法測定装置１に搬送される。
寸法測定装置１は、搬送されてきたワーク５の寸法を測定し、その測定結果を制御部５２に出力する。

測定を終えたワーク５は、搬送装置により寸法測定装置１からワーク回収かご５５に搬送されて回収される。
ワーク回収かご５５に回収されたワーク５は、製品に使用されるため、次の工程に送られる。

更に、寸法測定装置１は、ツールが寿命に達したか否かを判断し、寿命に達したと判断した場合には、制御部５２にツール交換指令を送信する。
この寿命の判断は、ツールの送り量の補正（加工誤差により計算可能）が、補正を全く行わない場合に対して一定以上になった場合に寿命に達したと判断される。
また、切削加工機５１がツール交換をしてからのワーク５の加工数を計数し、これが所定数に達した場合、ツール寿命に達したと判断するように構成することもできる。
なお、切削加工機５１がツール交換機能を有していない場合は、制御部５２に停止指令を送信して切削加工機５１を停止させ、アラーム５４を点灯させる。

制御部５２は、切削加工機５１の動作を制御する機能部であり、例えば、所定のプログラムに従って、切削加工機５１を数値制御する。
制御部５２は、寸法測定装置１から測定値を受信すると、これを用いて加工誤差を計算し、これによって切削加工機５１のツール送り量を補正する。
また、寸法測定装置１からツール交換指令が送信されてきた場合、切削加工機５１のツールを新しいものと交換する。
更に、寸法測定装置１から停止指令を受信すると、切削加工機５１の動作を停止する。

以上のように構成されたワーク製造ライン５０でワーク５を加工する手順を図１０のフローチャートを用いて説明する。
以下の説明で寸法測定装置１が行う処理は、制御装置３が行うものである。
まず、切削加工機５１が材料を切削加工し、ワーク５の加工を行う（ステップ３０５）。
加工されたワーク５は、自動搬送装置で洗浄機５３に搬送され、洗浄機５３がワーク５の洗浄を行う（ステップ３１０）。

次に、自動搬送装置が、洗浄を終えたワーク５を寸法測定装置１に搬送し、自動搬送装置の端部に設置された取り付け装置がワーク５をステージ２２上に取り付ける。
寸法測定装置１は、ステージ２２にワーク５が取り付けられると、ステージ２２の傾きを設定し、ワーク５の画像を撮像してワーク５の寸法を測定する（ステップ３１５）。

次に、寸法測定装置１は、ワーク５の加工誤差を計算し（ステップ３１７）、ツールが寿命に達したかを判断する（ステップ３２０）。ツールが寿命に達していない場合（ステップ３２０；Ｎ）、寸法測定装置１は、測定値を制御部５２に送信する。
制御部５２は、測定値を受信すると、切削加工機５１のツールの送り量を補正する（ステップ３４０）。
そして、切削加工機５１は、補正済みのツール送り量にてワーク５の加工を継続する（ステップ３０５）。なお、寸法測定装置１で加工されたワーク５はワーク回収かご５５に搬送される。

一方、ツールが寿命に達したと判断した場合（ステップ３２０；Ｙ）、寸法測定装置１は、切削加工機５１にツール交換機能があるか否かを判断する（ステップ３２５）。
なお、この判断は、寸法測定装置１が切削加工機５１に当該機能を有するか問い合わせてもよいし、あるいは、切削加工機５１がツール交換機能を有しない旨を寸法測定装置１に設定しておいてもよい。

切削加工機５１にツール交換機能があると判断した場合（ステップ３２５；Ｙ）、制御部５２にツール交換指令を送信する。
すると、制御部５２がツール交換指令を受信し、切削加工機５１のツール交換を行う（ステップ３３０）。

一方、切削加工機５１にツール交換機能がないと判断した場合（ステップ３２５；Ｎ）、寸法測定装置１は、アラーム５４を起動すると共に（ステップ３４５）、制御部５２に停止指令を送信し、制御部５２が切削加工機５１を停止させる（ステップ３５０）。

以上のように、ワーク製造ライン５０では、ワークを切削加工機５１（工作機械）で機械加工する加工ステップと、切削加工機５１で機械加工したワークの寸法を寸法測定装置１で測定する測定ステップと、寸法測定装置１による測定結果を用いて、ワークの加工寸法が所定の寸法となるように切削加工機５１を調節する調節ステップと、を備え、前記加工ステップは、前記調節ステップによる調節後の切削加工機５１でワークを機械加工することを特徴とするワーク製造方法を行うことができる。
そして、上記製造工程により、ツールの摩耗度、寿命などについて補正量を通して検出することで、不良品の発生を抑制し、加工精度を向上させることができる。
また、これによって、作業者の測定スキルや切削加工機５１の操作スキルなどによる加工精度のバラツキを抑制することも可能となる。

以上に説明した本実施の形態により次のような効果を得ることができる。
（１）ステージ２２の傾きを調節することにより、ワーク５の測定箇所の長手方向を撮像光軸３５に垂直にすることができる。
（２）ワーク５の像を画像処理することにより、ステージ２２の傾きを自動調節することができる。
（３）ステージ２２の傾斜角度が可変であるため、治工具でワーク５の角度を設定する必要がなく、治工具の交換、設置の手間を無くすことができる。
（４）治工具が必要ないため、治工具がワーク５の工作精度が測定結果に与える影響を抑制することができる。
（５）ワーク製造ライン５０で、測定結果を解析・帰還させることにより、不良品の抑制、加工精度の向上を図ることができる。
（６）ワーク製造ライン５０を用いることにより、作業者のスキルに依存せず、高い加工精度を維持することができる。

なお、本実施の形態では、ステージ２２の上にワークを設置したが、これは、ワークの保持手段を限定するものではなく、例えば、アームやマニピュレータなど、ワークを把持して所定の姿勢に保持するものであればよい。

撮像装置の概要を説明するための図である。 撮像装置の外観を説明するための図である。 撮像装置のステージの傾斜角度を調節したところを示した図である。 寸法測定装置のシステム構成を示した図である。 ステージの傾斜角度を自動調節する方法を説明するための図である。 エッジ間の距離を用いた寸法測定手順を説明するためのフローチャートである。 エッジの焦点を用いた寸法測定手順を説明するためのフローチャートである。 ワークの画像の面積を用いた寸法測定手順を説明するためのフローチャートである。 ワーク製造ラインの構成を示した図である。 ワークの加工手順を説明するためのフローチャートである。 従来例を説明するための図である。

符号の説明

１ 寸法測定装置
２ 撮像装置
３ 制御装置
４ 入力装置
５ ワーク
６ ディスプレイ
２１ カメラ
２２ ステージ
２３ ｘ軸モータ
２４ ｙ軸モータ
２５ ライト
２６ 枠部材
２７ 筐体
２８ 柱部材
２９ 梁部材
３５ 撮像光軸
３６ 長手方向
５０ ワーク製造ライン

Claims (6)

1. 光を透過する部材により構成された傾斜可能なワーク設置台により、ワークを保持姿勢が変更可能に保持する保持手段と、
   前記ワーク設置台に保持したワークに光を照射する照射手段と、
   前記照射した光による前記ワークの影を前記照射手段と対向する側からカメラで撮像する撮像手段と、
   前記撮像したワークの画像に基づいて、前記ワーク設置台に保持したワークの測定箇所の長さ方向が前記カメラの撮像光軸に垂直になるように、前記ワーク設置台の傾斜角度を自動で調節することで、前記保持手段の保持姿勢を調節する調節手段と、
   前記保持姿勢の調節後に撮像した画像によって前記ワークの寸法を測定する測定手段と、
   を具備したことを特徴とする寸法測定装置。
2. 前記調節手段は、前記カメラが検知している前記ワークの像を解析することにより、前記ワークの測定箇所の長さ方向が前記カメラの撮像光軸に垂直となるように、前記ワーク設置台による前記ワークの保持姿勢を調節することを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置。
3. 前記調節手段は、前記ワークの像の測定箇所の長さ方向の２点のエッジの距離が最大となるように前記保持姿勢を調節することを特徴とする請求項２に記載の寸法測定装置。
4. 前記調節手段は、前記ワークの像の測定箇所の長さ方向のエッジ上の点が最も鮮明となるように前記保持姿勢を調節することを特徴とする請求項２に記載の寸法測定装置。
5. 前記調節手段は、前記ワークの像の面積が最大となるように前記保持姿勢を調節することを特徴とする請求項２に記載の寸法測定装置。
6. ワークを工作機械で機械加工する加工ステップと、
   前記機械加工したワークの寸法を請求項１から請求項５までのうちの何れか１の請求項に記載の寸法測定装置で測定する測定ステップと、
   前記寸法測定装置による測定結果を用いて、ワークの加工寸法が所定の寸法となるように前記工作機械を調節する調節ステップと、
   を備え、前記加工ステップは、前記調節ステップによる調節後の工作機械でワークを機械加工することを特徴とするワーク製造方法。

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