JP6963313B2 - 軸類パーツの加工装置 - Google Patents

Description

本発明は加工装置に関わり、特に軸類パーツの加工装置に関わる。

目前工業４．０時代はすでに密かに到着し、この背景のもとで、インテリジェント製造は当代世界の話題であり、製造業のインテリジェント化の水準を上げて、適応性と資源効率を備えるインテリジェント工場を建てることを目指す。今の時代では、インテリジェント製造は広い市場があるのは否定できない事実である。
今、市場にある軸類パーツに対する加工は多数が普通で大型の半自動式の旋盤を利用し、高い価格のCNC旋盤を使うのが少数の企業である。
普通のコンピュータ値制御旋盤は原料を摘み取る装置と普通の旋盤と同じで、人によりきつく挟むと緩めることを需要とする普通のチャックを用いる。
既存の軸類パーツに対する検査測定方法は一般にマイクロメーターと、ノギスなどの伝統的な測量道具を採用して人工的な測量を行う。このような伝統的な測量方法は人力に対する依頼性が強くて、人により労働量が多くて、効率が低くて、精度を保証できなくて、人為的な誤差が比較的に多くて、製品に対する検査測定の高精度の要求を実現しにくい。
上記により既存の技術の不足が明らかになる：
（１）普通のコンピュータ値制御旋盤は完全な自動化の加工ができなくて且つ加工する精度が制限されている。
（２）普通のチャックは人工によりきつく挟むと緩めることが必要であるから、時間と力を無駄になる。
（３）パーツに対する検査測定は伝統的な検査測定手段を依頼しては、精度を保証できない。

中国特許出願公開第104625733号明細書

既存の技術に存在している技術問題に対して、本発明の目的は：軸類パーツの加工装置を提供する。

本発明の目的は下記の技術方案を通じて実現する： 軸類パーツの加工装置はフィード盤、旋盤、検査測定仕組み、不良品区、排出盤、及び機械アームを含む：

前記フィード盤は被加工軸類パーツを置くために用いられる；

前記旋盤は軸類パーツを加工するために用いられる；

前記検査測定仕組みは軸類パーツの加工される部分が加工の要求を満たすか否かを検査測定するために用いられる；

前記不良品区は検査測定されて加工の要求を満たすことができない軸類パーツを置くために用いられる；

前記排出盤は検査測定されて加工の要求を満たした軸類パーツを置くことために用いられる；

前記機械アームは前記フィード盤の中から被加工軸類パーツを取り且つ順に前記旋盤と前記検査測定仕組みまでに伝送するために用いられ、検査測定して加工の要求を満たすことができない時に、軸類パーツを前記不良品区の中に入れ、検査測定して加工の要求を満たした時に、軸類パーツを前記排出盤の中に入れる。

好ましくは、前記機械アームは前記機械アームが軸類パーツ部位を切り替えてきつく締める時に軸類パーツを置くために用いられる中継盤を含み、前記中継盤がエアチャック及びそれぞれ前記エアチャックの各爪に装着される中継添木を含み、各前記中継添木の間が第一チャック区を形成する。

好ましくは、前記フィード盤が盤体及びチャック仕組みを含み、前記チャック仕組みは固定添木と、運動添木と前記運動添木をプッシュすることができるプッシュ板仕組みを含み、固定添木が前記盤体に固定され、前記盤体には前記固定添木へ延伸するスライド溝が設置され、前記運動添木の底部にはスライドブロックが設置され、前記スライドブロックが前記スライド溝の中に接続される。

好ましくは、前記チャック仕組みと前記スライド溝がいずれも複数で一対一対応で設置される；

また回転盤仕組みを含み、前記回転盤仕組みがモータ及びラックを含み、前記モータが前記ラックに装着され、前記モータの動力軸が前記盤体と接続される。

また主軸及び軸継手を含み、前記盤体が前記主軸に装着され、前記モータの動力軸が前記軸継手により主軸と接続される。

好ましくは、前記検査測定仕組みが筐体及び前記筐体の中に設置される第一カメラと、光補助ランプと、撮影スタンドと光補助ランプスタンドを含み、前記筐体には機械アームが挿入できる箱口が設置され、前記撮影スタンドと前記光補助ランプスタンドがいずれも移動台及び前記筐体の中に設置される固定ロッドを含み、前記移動台が取付台と、固定ボルトと、固定ナットと接続フレームを含み、前記取付台が前記接続フレームに設置され、前記接続フレームがナット固定スロットと、前記固定ロッドがはまっているカバー枠を備えており、ナット固定スロットが前記カバー枠に設置され、固定ナットがナット固定スロットに装着され、固定ボルトと固定ナットとが繋がり且つ前記カバー枠を通り抜け、前記移動台と前記固定ロッドが固定ボルトにより前記固定ロットに当接されて、これによりお互いに固定される。

前記第一カメラが前記撮影スタンドの前記取付台に装着され、前記光補助ランプが前記光補助ランプスタンドの前記取付台に装着される。

好ましくは、前記光補助ランプと前記光補助ランプスタンドがいずれも二つがあり且つ一対一対応で設置され、二つの前記光補助ランプが前記筐体の両側に位置し且つ相対で設置され、前記撮影スタンドが二つの前記光補助ランプの間に設置される。

好ましくは、また前記撮影調整ボールねじ及び前記灯光調整ボールねじを含み、前記撮影スタンドが撮影調整ボールねじの移動ブロックに設置され、光補助ランプスタンドが灯光調整ボールねじの移動ブロックに設置される。

好ましくは、検査測定仕組みの検査測定方法は：

画素平面座標系（u,v）と、像平面座標系を建てて、前記像平面座標系は画像物理座標系（x,y）と、カメラ座標系（X_C,Y_C,Z_C）と、世界座標系（X_W,Y_W,Z_W）を含む。

画素平面座標系と像平面座標系との関係を建て、画素平面と画像平面との関係を参照し、空間点Ｍと像点ｍの画素座標との間の変換関係を得る：

計算式１：

。

その中、dx、dyがそれぞれ各図形エレメントの長さと広さを表示する；u0とv0が光軸と像平面との交点を表示する；fがカメラの焦点距離であり、即ち図の中の点0 から点0cまでの距離である； X_C 、Y_C 、Z_Cがカメラ座標系の中の一点Mの座標である；

仮にα＝f｜d_x、β＝f｜d_yはそれぞれｘ軸とｙ軸方向における画素を単位とした相当焦点距離を代表する。そのほか媒介変数γ＝αtgθ_１を導入し画素平面の中で画素を単位とする座標軸の傾斜度合の測定値を表示し、θはカメラCCDの陣列におけるv軸の傾斜度合であり 、計算式１を下記のように書き直せる：

計算式２：

。

計算式２によりカメラの五つの歪み系数を得る；

回転変換行列Ｒと並進移動変数ｔを用いて世界座標系の点からカメラ座標点までの変換を叙述し、空間の中のある点Ｍが世界座標系とカメラ座標系のもとでのそれぞれの同次座標を[X_w,Y_w,Z_w,1]^Ｔ[X_e,Y_e,Z_e,1]^Ｔと仮定すれば、下記のような関係がある：

計算式３：

。

その中、O＝「０，０，０」^Ｔ、X_W、Y_W、Z_Wは空間の中のある点の世界座標系における座標であり、並進ベクトルｔの中の三つのシフト量に回転行列Ｒの三つの回転角度を加えた六個の媒介変数はカメラの外部媒介変数である。

歪み係数行列と外部媒介変数行列を得た後歪み係数行列と外部媒介変数行列によりピクチャーを補正する；

ピクチャー補正のステップ：

歪み係数と外部媒介変数により空間の中のＭ点がピクセル座標系における座標は：

計算式４：

である。

その中、Ｒは回転変換行列で、３×３の直交単位行列であり、tは三次元並進変量である；

更に非線形最小化模型を建てることにより結果値と真値との差を改善する。

カメラにはラジアルディストーションがあるときに、仮に(u，v)が理想的なピクセル座標であり、

が実際のピクセル座標であり 、 （x,y）と

それぞれが理像的なピクセル座標と実際のピクセル座標であり、ｋ１、ｋ２がラジアルディストーション係数であり、

と

から下記な計算式が得られる：

計算式５：

。

最小自乗法により計算式５を解き、ラジアルディストーション係数ｋ１とｋ２を得た後最尤推定法により改善する。

直径に対する検査測定を行う時に、検査測定待ちの軸類パーツのサブピクセルレベルエッジに対してコーナー検出を行って、コーナーにより直径を計算する；

エッジ検出

Zernikeモーメントに基つくサブピクセルエッジ検出を採用する；ステップエッジモデルを建てる；

仮にｋはステップ高であり、ｈは背景のグレースケールである。エッジの回転角度からθを引くと、エッジがｙ軸と平行になる。

従って

が得られ、その中、

はピクチャーが回転してからのエッジ関数である。Zernikeモーメントを用いてエッジ定位を行う時に次数が違う三つのZernikeモーメントが必要であり、それぞれはA₀₀ 、A₁₁ 、A₂₀であり、それらの積分核関数それぞれはV₀₀=1,V₁₁=x+jy, V²⁰=2x²+2y²-1である。対応する原始ピクチャーのZernikeモーメントと回転した後でピクチャーのZernikeモーメントとの関係はA₀₀=A₀₀,A₁₁=A₁₁e^jθ,A₂₀=A₂₀である。

計算式６：A_nm=A_nme^-jmθその中、nmはn階 m次Zernikeモーメントを代表し、計算式６は回転画像の１階１Zernikeモーメントにおける虚部を表示し、即ちエッジがｙ軸と並行している時に１階１次Zernikeモーメントにおける虚部がゼロであり、言い換えれば：

Im[A₁₁]=sin(θ)Re[A₁₁]-cos(θ)Im[A₁₁]=0,Im[A₁₁]とRe[A₁₁]それぞれは回転画像Zernikeモーメントの中の虚部と実部である。これによりエッジが回転した角度は

であり、示している模型を計算して得られるのは：

である。

連立方程式により円心からエッジまでの垂直位置は

であり、画像のサブピクセル位置は：

である。

コーナー検出：

コーナー周辺にある点はエッジに位置している点とエッジに位置していない点の二つのタイプに分けられる；

反復によりサブ画素精度があるコーナー位置を確定する。

サブ画素レベルのコーナー位置の計算方法はベクトル直交性に対する観測に基ついて実現され、即ち中央点ｑからその近隣点ｐまでのベクトルとp点のところにある画像傾度とが直交し且つ画像と雑音測定との影響を受ける。

計算式７により表す：

計算式７：

；

その中、

がqの近隣点P_iのところにある画像傾度を示し、qの値がε_iを最小化することにより得られる。

ε_iをゼロとすることにより、下記のような体系方程式を建てる：

計算式８：

；

その中、探索ウインドウの中心ｑの近隣の中の傾度が累加される。一番目の傾度媒介変数Ｇと二番目の傾度媒介変数ｂを転用し、得られたのは：

計算式９：

である。

その計算方法は探索ウインドウの中心を新しい中心ｑと設定し、それからある限界値ポイントより低い中心位置を探し出すまで繰り返す。

画像のつなぎ合わせ：

仮にｆ_１（ｘ，ｙ）、ｆ_２（ｘ，ｙ）は二枚の画像の信号であり、ｆ_２（ｘ，ｙ）はｆ_１（ｘ，ｙ）が（dx,dy）を並進移動して得られたのであり、即ち：計算式１０：

である。

計算式１０を周波数領域に反映した後得たのは：

計算式１１：F₂(u,v)=F₁(u,v)×

；

計算式１１を変換してインタラクティブ率スペクトルが得られる：

計算式１２：H=(u,v)=

=

；

計算式１２に対してフーリエ逆変換してディラックのδ関数が得られ、それから関数のピックポイントが対応する座標を探して、求めている変位量が得られる。

二枚のピクチャーの変位量を得た後この変位量により画像をつなぎ合わせることができる。

直径の検査測定：

サブピクセルレベルのコーナー検出を行ってから、各コーナーの座標が得られる。仮にコーナーの座標は（x_１，y_１）、（x_２，y_２）、......（x_i，y_i）であり、各コーナーの縦座標の値y_１、y_２、......y_iを順序に読み取り、y_i+1<y_iの時に、（x_i，y_i）を前に置き、以下も同様、コーナーの座標を縦座標の小さい順に昇順に並び替え、仮に極小な常数をAとし、配列されたコーナー座標に対して操作を行う：仮にyは第i +1番目のコーナーの縦座標と第i番目のコーナーの縦座標との差の絶対数であり、即ちy＝|y_i +1-y_i|であり、ｙ

Aである場合、一番目の直径はyであり、ｙ〉Aである場合、第二番目のコーナーを指す指針を第三番目のコーナーに移動し、以下も同様、各軸類パーツの直径の長さdを得られる。

好ましくは、前記排出盤が排出回転盤及び収納筒を含み、前記収納筒が複数であり、それぞれ前記排出回転盤に沿って前記排出回転盤に円周方向で均一分布される；

前記機械アームがアーム体及び前記アーム体に設置されるマニピュレーターを含み、前記マニピュレーターが手指気体シリンダー及び二つの添木を含み、二つの前記添木がそれぞれ前記手指気体シリンダーに装着され、二つの前記添木の間がチャック区を形成し、二つの前記添木の挟持面にはいずれも円弧溝が設置され、各前記添木には二つの前記円弧溝が設置され、二つの前記円弧溝がそれぞれ縦向きと横向きで設置される。

好ましくは、前記検査測定仕組みはブラックボックスと、加工部品伝送仕組みと撮影仕組みを含み、前記加工部品伝送仕組み及び前記撮影仕組みが前記ブラックボックスの中に設置され、前記撮影仕組みは二つがあり、二つの前記撮影仕組みはそれぞれ前記加工部品伝送仕組みが加工部品を伝送する方向の両側に相対で設置され、前記撮影仕組みが第二カメラ、及び二つの光補助ランプを含み、二つの前記光補助ランプがそれぞれ前記第二カメラの両側に設置される；

前記加工部品伝送仕組みが親ねじ伝動仕組み及びパーツ固定ブロックを含み、前記パーツ固定ブロックが前記親ねじ伝動仕組みの伝送スライドブロックに設置され、前記パーツ固定ブロックには直径が上から下まで段々減少するマルチレベル段付穴が設置される。

本発明は既存の技術と比べて下記のようにメリットと効果がある：

本発明は軸類パーツ及び軸類パーツのＤＷＧ形式の製作図だけを提供すれば、許される加工の誤差の範囲内で、完全に自動的にフィードして加工し、検査測定し、及び排出することを実現できる。本発明はまた軸類パーツの各部分の半径と、高さと、同軸率と、瑕疵などを検査測定でき、且つ加工された軸類パーツが合格か否かを自動的に判断できる。

図１は本発明における軸類パーツの加工装置の一つの実施形態の構造概略図である； 図２は本発明における中継盤の構造概略図である； 図３は本発明におけるフィード盤の構造概略図である； 図４は本発明における運動添木の構造概略図である； 図５は本発明における回転盤仕組みの構造概略図である； 図６は本発明における検査測定仕組みの一つの実施形態の構造概略図である； 図７は図６のもう一つの視点の構造概略図である； 図８は本発明における撮影スタンドの構造概略図である； 図９は本発明における撮影スタンドの断面図である； 図１０は本発明における排出盤の構造概略図である； 図１１は本発明における検査測定仕組みのもう一つの実施形態の構造概略図である 図１２は図１１の検査測定仕組みのブラックボックスが切断された後の構造概略図である； 図１３は本発明におけるパーツ固定ブロックの構造概略図である； 図１４は本発明におけるマニピュレーターの構造概略図である； 図１５はカメラキャリブレーションの概略図である； 図１６はモーメントに基つくサブピクセルエッジ検出の図である； 図１７はコーナー定位の一つの概略図である； 図１８はコーナー定位のもう一つの概略図である。

実施例及び付図を参照し本発明をさらに詳しく説明し、但し本発明の実施方式はこれに限定されない。

軸類パーツの加工装置はフィード盤１、旋盤２、検査測定仕組み３、不良品区４、排出盤５、機械アーム６、及び仕事台７を含む：

前記フィード盤１は被加工軸類パーツを置くために用いられる；

前記旋盤２は軸類パーツを加工するために用いられる；

前記検査測定仕組み３は軸類パーツの加工される部分が加工の要求を満たすか否かを検査測定するために用いられる；

前記不良品区４は検査測定されて加工の要求を満たすことができない軸類パーツを置くために用いられる；

前記排出盤５は検査測定されて加工の要求を満たした軸類パーツを置くことために用いられる；

前記機械アーム６は前記フィード盤１の中から被加工軸類パーツを取り且つ順に前記旋盤２と前記検査測定仕組み３までに伝送するために用いられ、検査測定して加工の要求を満たすことができない時に、軸類パーツを前記不良品区４の中に入れ、検査測定して加工の要求を満たした時に、軸類パーツを前記排出盤５の中に入れる。

前記仕事台７のテーブル面にはあり溝８が均一で開削され、前記フィード盤１と、前記旋盤２と、前記検査測定仕組み３と、前記不良品区４と、前記排出盤５と前記機械アーム６がいずれもあり溝８により前記仕事台７に装着される。

好ましくは、前記機械アーム６は前記機械アーム６が軸類パーツ部位を切り替えてきつく締める時に軸類パーツを置くために用いられる中継盤９を含み、前記中継盤９がエアチャック１０及びそれぞれ前記エアチャック１０の各爪に装着される中継添木１１を含み、各前記中継添木１１の間が第一チャック区を形成する。

作動過程に、前記機械アーム６が摘み取るのは前記旋盤２のうち加工された位置であるから、検査測定を妨碍しないために、前記中継盤９を設置し、前記機械アーム６が軸類パーツの加工された部分を前記中継盤９の中に入れて且つ前記中継盤９によりきつく挟み、その後、前記機械アーム６が軸類パーツを放してから、軸類パーツがまだ加工されていない部分に移動し固定を行い、固定が完了した後前記中継盤９が軸類パーツを放して、前記機械アーム６は軸類パーツ部位を切り替えてきつく締める過程が完成された。

好ましくは、前記フィード盤１が盤体１２及びチャック仕組みを含み、前記チャック仕組みは固定添木１３と、運動添木１４と前記運動添木１４をプッシュすることができるプッシュ板仕組みを含み、固定添木１３が前記盤体１２に固定され、前記盤体１２には前記固定添木１３へ延伸するスライド溝１６が設置され、前記運動添木１４の底部にはスライドブロック１５が設置され、前記スライドブロック１５が前記スライド溝１６の中に接続される。前記固定添木１３と前記運動添木１４がいずれも円弧形である。

好ましくは、前記チャック仕組みと前記スライド溝１６がいずれも複数で一対一対応で設置される；

好ましくは、また回転盤仕組みを含み、前記回転盤仕組みがモータ１７及びラック１８を含み、前記モータ１７が前記ラック１８に装着され、前記モータ１７の動力軸が前記盤体１２と接続される。

好ましくは、また主軸１９及び軸継手２０を含み、前記盤体１２が前記主軸１９に装着され、前記モータ１７の動力軸が前記軸継手２０により主軸１９と接続される。

好ましくは、また前記モータ１７をコントロールして回転させるために用いられる符合器２１を含む。

被加工の軸類パーツが前記固定添木１３と前記運動添木１４との間に置かれ、前記運動添木１４が前記固定添木１３へ移動することにより軸類パーツをきつく挟み、軸類パーツを加工する生産ラインに原材料を提供する。円弧形である前記固定添木１３と前記運動添木１４が円柱形である軸類パーツをきつく挟むことができる。前記運動添木１４が移動でき、そのため、同じでない直径の軸類パーツに対して固定を行うことができる。普通には置かれることができる軸類パーツの直径範囲は１０から１００ｍｍまでである。軸類パーツの直径の大きさにより適合なサイズまで調整することもできる。

好ましくは、前記検査測定仕組み３が筐体２２及び前記筐体２２の中に設置される第一カメラと、光補助ランプと、撮影スタンド２３と光補助ランプスタンド２４を含み、前記筐体２２には機械アーム６が挿入できる箱口２５が設置され、前記撮影スタンド２３と前記光補助ランプスタンド２４がいずれも移動台２６及び前記筐体２２の中に設置される固定ロッド２７を含み、前記移動台２６が取付台２８と、固定ボルトと、固定ナットと接続フレームを含み、前記取付台２８が前記接続フレームに設置され、前記接続フレームがナット固定スロット３０と、前記固定ロッド２７がはまっているカバー枠３１を備えており、ナット固定スロット３０が前記カバー枠３１に設置され、固定ナットがナット固定スロット３０に装着され、固定ボルトと固定ナットとが繋がり且つ前記カバー枠３１を通り抜け、前記移動台２６と前記固定ロッド２７が固定ボルトにより前記固定ロット２７に当接されて、これによりお互いに固定される；前記移動台２６を調整する必要がある時、固定ボルトを緩めて、前記移動台２６を前記固定ロッド２７に沿って目標位置までプッシュした後、固定ボルトを締めて、これにより前記移動台２６を前記固定ロッド２７に固定する。

前記第一カメラが前記撮影スタンド２３の前記取付台２８に装着され、前記光補助ランプが前記光補助ランプスタンド２４の前記取付台２８に装着される。

好ましくは、前記光補助ランプと前記光補助ランプスタンド２４がいずれも二つがあり且つ一対一対応で設置され、二つの前記光補助ランプが前記筐体２２の両側に位置し且つ相対で設置され、前記撮影スタンド２３が二つの前記光補助ランプの間に設置され、作動の時、前記第一カメラが二つの前記光補助ランプの間に位置し軸類パーツに対して撮影する。

好ましくは、また前記撮影スタンド２３の高さを調整することができる撮影調整ボールねじ及び前記光補助ランプスタンド２４の位置を調整することができる灯光調整ボールねじを含み、前記撮影スタンド２３が撮影調整ボールねじの移動ブロックに設置され、光補助ランプスタンド２４が灯光調整ボールねじの移動ブロックに設置される。前記撮影調整ボールねじは前記撮影スタンド２３を連動することにより前記第一カメラの撮影する位置を調整することができる。本発明の前記光補助ランプと前記第一カメラが具体的に軸類パーツのサイズにより調整されることができ、これにより様々な場合における撮影の要求に応じることができるということがわかる。

本発明は加工された軸類パーツの直径、表面欠陥、同軸率などの媒介変数または指標を検査測定することにより、その軸類パーツが合格か否かを判断する。

本発明の採用した検査測定方法は暗い空間で行う必要があるために、本発明が黒いアクリル板を利用して暗い正方体である前記筐体２２を建てる。前記筐体２２の底部の両側には二つの移動可能な光補助ランプが装着され、検査測定の過程中撮影を行う時に需要な日照り条件を提供することができる。光補助ランプは白い２４ｖ帯状工業検測照明光源を採用できる。

前記光補助ランプスタンド２４の前記移動台２６が前記固定ロッド２７に沿って移動することができることを通じて、具体的に検査測定される軸類パーツのサイズにより光源の位置を調整して、最適な撮影効果に達することができる。

前記撮影調整ボールねじが前記撮影スタンド２３を連動して垂直方向に沿って上下へ移動させ、それにより最適な撮影位置に着くことができる。

好ましくは、前記検査測定仕組み３がブラックボックス３４、加工部品伝送仕組み及び撮影仕組みを含み、前記加工部品伝送仕組み及び前記撮影仕組みが前記ブラックボックス３４の中に設置され、前記撮影仕組みは二つがあり、二つの前記撮影仕組みはそれぞれ前記加工部品伝送仕組みが加工部品を伝送する方向の両側に相対で設置され、前記撮影仕組みが第二カメラ３５、画像ボールねじ調整仕組み４３及び二つの光補助光源３６を含み、二つの前記光補助光源３６がそれぞれ前記第二カメラ３５の両側に設置され、前記第二カメラ３５が前記画像ボールねじ調整仕組み４３に設置される。

前記加工部品伝送仕組みが親ねじ伝動仕組み３７及びパーツ固定ブロック３８を含み、前記パーツ固定ブロック３８が前記親ねじ伝動仕組み３７の伝送スライドブロックに設置され、前記パーツ固定ブロック３８には直径が上から下まで段々減少するマルチレベル段付穴４２が設置され、同じでない直径の軸類パーツに対して装着を行うことができる。

好ましくは、前記排出盤５が排出回転盤３２及び収納筒３３を含み、前記収納筒３３が複数であり、それぞれ前記排出回転盤３２に沿って前記排出回転盤３２に円周方向で均一分布される。

前記排出回転盤３２及び前記収納筒３３が一体成型されて、組み立てる必要はない。前記排出回転盤３２には十個の同じ前記収納筒３３を設置しても良く、加工完了され且つ検査測定に合格した軸類パーツをそれらに置くことができる。

前記排出盤５の機能は加工完了され且つ検査測定に合格した軸類パーツを置くことである。前記機械アーム６が加工完了され且つ検査測定装置の検査測定に合格した軸類パーツを前記排出盤５の中に特定の位置にある空の前記収納筒３３に入れ、軸類パーツが排出盤５に入れられた後、一定の角度を回転し、次の空の前記収納筒３３を前記機械アーム６のうち軸類パーツを置く特定の位置まで回転させ、前記機械アーム６が次の加工完了され且つ検査測定に合格した軸類パーツを置くことを待つ。前記排出盤５に置かれる軸類パーツがさらなる加工または包装ができる。

前記収納筒３３を筒形に設置することで、加工完了され且つ検査測定に合格した軸類パーツが平穏に置かれることができ、次の一歩の包装とさらなる加工に便利である。

前記機械アーム６が前記フィード盤１の中から被加工の軸類パーツを摘み取り、前記機械アーム６が素材を前記旋盤２に輸送して加工し、前記機械アーム６は三喜の六軸機械アームsx850bを採用できる。

前記旋盤２のエアチャックが軸類パーツをきつく挟み、それから、前記旋盤２が軸類パーツを加工し始めて、加工完了した後、前記機械アーム６が軸類パーツを取り出す。

前記機械アーム６が軸類パーツを前記検査測定仕組み３の中に入れて検査測定して、前記機械アーム６が検査測定に合格した軸類パーツを前記排出盤５の中に輸送し、仮に軸類パーツが検査測定に不合格であれば前記不良品区４に輸送される。

前記排出盤５が軸類パーツを受け取ってから、一定の角度を回転し、軸類パーツを移す。その同時に、前記フィード盤１が同じように一定の角度を回転して、次の被加工の軸類パーツを指定された位置に移して、前記機械アーム６がそれを摘み取ることができ、このように上記のプロセスを繰り返すことにより、サイクル加工を実現することができる。

本発明はエアチャックを採用し、プログラムによりエアチャックをコントロールし加工されている軸類パーツをきつく締めてあるいは緩めて、非自動チャック装置を採用する時に労働力により加工部品を摘み取るあるいは緩める煩雑な作業を減少することができる。軸類パーツを加工する過程の中に砕屑防止箱を採用して、加工する過程の中に生み出された砕屑が十方へ飛び散ることを防止することができ、人を傷つけるまたは周囲の物品を損なうことを回避することができ、砕屑の収集も便利になる。

前記機械アーム６がアーム体及び前記アーム体に設置されるマニピュレーターを含み、前記マニピュレーターが手指気体シリンダー３９及び二つの添木４０を含み、二つの前記添木４０がそれぞれ前記手指気体シリンダー３９に装着され、二つの前記添木４０の間がチャック区を形成し、二つの前記添木４０の挟持面にはいずれも円弧溝４１が設置され、各前記添木４０には二つの前記円弧溝４１が設置され、二つの前記円弧溝４１がそれぞれ縦向きと横向きで設置され、横向きと縦向きの二つの方向で軸類パーツをきつく挟み、二つの前記添木４０を開けるまたは締めることにより多種でサイズが違う軸類パーツを摘み取ることができ、これにより一つの前記マニピュレーターは多種な使い道があるようになり、軸類パーツが途中で転落し、決まった位置から離れ、適確に置かれなく、置く時に失敗が発生するなどの状況の発生を防止することができる。

前記手指気体シリンダー３９の開く大きさにより、直径と長さが違う軸類パーツを摘み取り、また軸類パーツを適確な位置にきつく挟むことができ、摘み取ることに便利である。

前記マニピュレーターは可調性を備え、摘み取る軸類パーツの直径により二つの前記添木４０の間の距離を調整し、二つの前記添木４０の挟持範囲を増加または縮小することができ、実際に加工されている軸類パーツのサイズにより前記円弧溝４１のサイズを調整し、それを通じて挟持の緊密性と安定性を保証することができる。

前記フィード盤１と前記排出盤５は回転することにより軸類パーツの生産のために自動的にフィードまたは排出することを実現でき、前記機械アーム６のプログラムを簡略することができる。本発明は固定された位置のピッキングあるいは排出の方式を採用して、加工完了された軸類パーツを一つ一つ輸出する効果が出る。

好ましくは、前記検査測定仕組み３の軸類パーツを検査測定する方法は：

画像獲得----画像補正-----サブピクセルエッジ検出-----サブピクセルコーナー検出-----画像のつなぎ合わせ-----直径検査測定

ステップ一、画像獲得

前記第一カメラまたは前記第二カメラ３５の移動により、第一カメラまたは第二カメラ３５を利用して検査測定待ちの軸類パーツの各部分の画像を撮影する。

ステップ二、画像補正

（1）カメラキャリブレーション

キャリブレーションのステップ：

本発明は国際将棋の碁盤の目を用いてキャリブレーションプレートとする。キャリブレーションプレートは１２×９の碁盤の目であり、各格子のサイズは２０ｍｍ×２０ｍｍである。適合な対物レンズ距離を選択し、異なる位置、異なる角度と異なる姿態のもとでキャリブレーションプレートに対してピクチャーを複数枚撮影し、１０-２０枚であれば良い。各枚キャリブレーションピクチャーに対してコーナーの情報を取り出し、更にサブピクセルコーナーの情報を取り出し、カメラキャリブレーションの誤差を下げることができ、それからピクチャーに対してカメラキャリブレーションを行い、具体的なキャリブレーションステップは下記のように示す：

図１５の示しているのは四つの座標系である：画素平面座標系（u,v）と、像平面座標系と、画像物理座標系（x,y）と、カメラ座標系（X_C,Y_C,Z_C）と、世界座標系（X_W,Y_W,Z_W）である。

一、画素座標と像平面座標系との関係を建て、画素平面と画像平面との関係を参照し、空間点Ｍと像点ｍの画素座標との間の変換関係を得る：

計算式１：

；

その中、dx、dyがそれぞれ各図形エレメントの長さと広さを表示する；u0とv0が光軸と像平面との交点を表示する；fがカメラの焦点距離であり、即ち図の中の点0 から点0cまでの距離である； X_C 、Y_C 、Z_Cがカメラ座標系の中の一点Mの座標である；

ニ、、仮にα＝f｜d_x、β＝f｜d_yはそれぞれｘ軸とｙ軸方向における画素を単位とした相当焦点距離を代表する。そのほか媒介変数γ＝αtgθ_１を導入し画素平面の中で画素を単位とする座標軸の傾斜度合の測定値を表示し、θはカメラCCD（カメラCCDがカメラチップである）の陣列におけるv軸の傾斜度合であり 、計算式１を下記のように書き直せる：

計算式２：

；

計算式２によりカメラの五つの歪み系数を得る。

三、回転変換行列Ｒと並進移動変数ｔを用いて世界座標系の点からカメラ座標点までの変換を叙述し、空間の中のある点Ｍが世界座標系とカメラ座標系のもとでのそれぞれの同次座標を[X_w,Y_w,Z_w,1]^Ｔ[X_e,Y_e,Z_e,1]^Ｔと仮定すれば、下記のような関係がある：

計算式３：

。

その中、O＝「０，０，０」^Ｔ、X_W、Y_W、Z_Wは空間の中のある点の世界座標系における座標であり、並進ベクトルｔの中の三つのシフト量に回転行列Ｒの三つの回転角度を加えた六個の媒介変数はカメラの外部媒介変数である。

歪み係数行列と外部媒介変数行列を得てピクチャーを補正することができる。

（2）ピクチャー補正

実際には、画面は理想的な透視撮影ではなく、同じでない程度の歪みがあるのである。歪みを生み出す出処は：一、光学系の結像が光学歪みを導入し、ラジアルディストーションと、偏心歪曲収差と、薄いプリズム歪みを含む；ニ、電路刻み工芸の誤差と、光電転換の誤差と、電気雑音などにより発生した数字歪みであり、例えばカメラのサイズファクター。

補正ステップ：

一、歪み係数と外部媒介変数により空間の中のＭ点がピクセル座標系における座標は：

計算式４：

である。

その中、Ｒは回転変換行列で、３×３の直交単位行列であり、tは三次元並進変量である。

更に非線形最小化模型を建てることにより結果値と真値との差を改善する。

ニ、普通には、カメラには一定程度のラジアルディストーションがある。仮に(u，v)が理想的なピクセル座標であり、

が実際のピクセル座標であり 、 （x,y）と

それぞれが理像的なピクセル座標と実際のピクセル座標であり、ｋ１、ｋ２がラジアルディストーション係数であり、

と

から下記な計算式が得られる：

計算式５：

；

最小自乗法により計算式５を解き、ラジアルディストーション係数ｋ１とｋ２を得た後最尤推定法により改善する。

ステップ三、サブピクセルエッジ検出

Zernikeモーメントに基つくサブピクセルエッジ検出を採用する。Zernikeモーメントが積分演算子であり、騒音に鈍感である。図のようなステップエッジ模型を作成し、図１６の示しているように。

図１６の中にｋはステップ高であり、ｈは背景のグレースケールである。仮にエッジの回転角度からθを引くと、エッジがｙ軸と平行になる。

従って

が得られ、その中、

はピクチャーが回転してからのエッジ関数である。Zernikeモーメントを用いてエッジ定位を行う時に次数が違う三つのZernikeモーメントが必要であり、それぞれはA₀₀ 、A₁₁ 、A₂₀であり、それらの積分核関数それぞれはV₀₀=1,V₁₁=x+jy, V₂₀=2x²+2y²-1である。対応する原始ピクチャーのZernikeモーメントと回転した後でピクチャーのZernikeモーメントとの関係はA₀₀=A₀₀,A₁₁=A₁₁e^jθ,A₂₀=A₂₀である。

計算式６：Anm=Anme^-jmθ（nmはn階 m次Zernikeモーメントを代表する）が回転画像の１階１次 Zernikeモーメントにおける虚部を表示し、即ちエッジがｙ軸と並行している時に１階１次Zernikeモーメントにおける虚部がゼロであり、言い換えれば：

Im[A₁₁]=sin(θ)Re[A₁₁]-cos(θ)Im[A₁₁]=0,Im[A₁₁]とRe[A₁₁]それぞれは回転画像Zernikeモーメントの中の虚部と実部である。これによりエッジが回転した角度は

であり、示している模型を計算して得られるのは：

である。

連立方程式により円心からエッジまでの垂直位置は

であり、画像のサブピクセル位置は：

である。

Zernikeモーメントはまだ不足がある：選択するモデルのサイズが違ってエッジサブピクセル位置の計算には偏差が発生する。

ステップ四、サブピクセルコーナー検出

直径の検査測定を行う時に、検査測定待ちのサブピクセルレベルエッジに対してコーナー検出を行い、それからコーナーにより直径を計算する必要がある。コーナーは画像の中において非常に重要な特徴であり、コーナー位置を正確に検査測定してから画像が実際の情景に対する空間位置の関係を確定することができる。コーナー検出の厳密さは直接にカメラキャリブレーションと直径の検査測定の厳密さに影響する。

図１７と図１８の示しているように、コーナー周辺にある点はエッジに位置している点とエッジに位置していない点の二つのタイプに分けられる。その中、図１７と図１８の中に、点線で空洞の矢印が画像の傾度を表す。

本発明は反復によりサブ画素精度があるコーナー位置を発見することができる。

サブ画素レベルのコーナー位置の計算方法はベクトル直交性に対する観測に基ついて実現され、即ち中央点ｑからその近隣点ｐまでのベクトルとp点のところにある画像傾度とが直交する（画像と雑音測定に従う）。

計算式７により表す：

計算式７：

；

その中、

がqの近隣点P_iのところにある画像傾度を示し、qの値がε_iを最小化することにより得られ、P_i＝P₀、P₁......P_nである。

ε_iをゼロとすることにより、下記のような体系方程式を建てる：

計算式８：

。

その中にｑの近隣（探索ウインドウ）の中の傾度が累加される。一番目の傾度媒介変数Ｇと二番目の傾度媒介変数ｂを転用し、得られたのは：

計算式９：

。

その計算方法は探索ウインドウの中心を新しい中心ｑと設定し、それからある限界値ポイントより低い中心位置を探し出すまで繰り返す。

ステップ五、画像のつなぎ合わせ

検査測定の精度を上げるために、検査測定されている物質を分画で撮影した後つなぎ合わせて更にエッジ検出とコーナー検出などの後続作業を行う。画像のつなぎ合わせ方法は多種であり、最も多用されるのはSIFTの特徴抽出とマッチングつなぎ合わせ技術であり、しかしその方法は画像の上に十分に多い特徴点を必要とし、それに対して、測定される物質の特徴点は少ない場合、特徴によりマッチングするのは成功率が低い。

本発明は測量する時にリニアスケールを固定し、リニアスケールがカメラと一緒に移動し、毎回カメラの移動距離を正確に保証することができる。検査測定される物質を撮影するときに一部分の公共地域を保つ必要があり、即ち連続である二枚のピクチャーの間には比較的に大きな重なり合う部分があり、それからピクチャーをつなぎ合わせる。

具体的なステップは下記の様に：

仮にｆ_１（ｘ，ｙ）、ｆ_２（ｘ，ｙ）は二枚の画像の信号であり、ｆ_２（ｘ，ｙ）はｆ_１（ｘ，ｙ）が（dx,dy）を並進移動して得られたのであり、即ち：計算式１０：

。

計算式１０を周波数領域に反映した後得たのは：

計算式１１：F₂(u,v)=F₁(u,v)×

。

計算式１１を変換してインタラクティブ率スペクトルが得られる：

計算式１２：H=(u,v)=

=

。

計算式１２に対してフーリエ逆変換してディラックのδ関数が得られ、それから関数のピックポイントが対応する座標を探して、求めている変位量が得られる。

二枚のピクチャーの変位量を得た後この変位量により画像をつなぎ合わせることができる。

ステップ六、直径の検査測定

サブピクセルレベルのコーナー検出を行ってから、各コーナーの座標が得られる。仮にコーナーの座標は（x_１，y_１）、（x_２，y_２）、......（x_i，y_i）であり、各コーナーの縦座標の値y_１、y_２、......y_iを順序に読み取り、y_i+1<y_iの時に、（x_i，y_i）を前に置き、以下も同様、コーナーの座標を縦座標の小さい順に昇順に並び替え、仮に極小な常数をAとし、配列されたコーナー座標に対して操作を行う：仮にyは第i +1番目のコーナーの縦座標と第i番目のコーナーの縦座標との差の絶対数であり、即ちy＝|y_{i +1}-y_i|であり、ｙ

Aである場合、一番目の直径はyであり、ｙ〉Aである場合、第二番目のコーナーを指す指針を第三番目のコーナーに移動し、以下も同様、各軸類パーツの直径の長さdを得られる。

上記説明した実施例は本発明のより効果的な実施方式であり、但し本発明の実施方式が上記説明した実施例に制限られなく、本発明の精神実質と原理に従うあらゆる改変と、装飾と、立ち代わりと、組み合わせと、簡略化とのいずれも同じ効果の置き換え方式であり、本発明の保護範囲に含む。

Claims (1)

1. フィード盤、旋盤、検査測定仕組み、不良品区、排出盤、及び機械アームを含む：
   前記フィード盤は前記旋盤で加工される被加工物である軸パーツを置くために用いられる；
   前記旋盤は軸パーツを加工するために用いられる；
   前記検査測定仕組みは軸パーツの加工された部分が加工の要求を満たすか否かを検査測定するために用いられる；
   前記不良品区は検査測定されて加工の要求を満たすことができない軸パーツを置くために用いられる；
   前記排出盤は検査測定されて加工の要求を満たした軸パーツを置くことために用いられる；
   前記機械アームは前記フィード盤の中から被加工軸パーツを取り且つ順に前記旋盤と前記検査測定仕組みまでに伝送するために用いられ、検査測定して加工の要求を満たすことができない時に、軸パーツを前記不良品区の中に入れ、検査測定して加工の要求を満たした時に、軸パーツを前記排出盤の中に入れ、
   前記排出盤が排出回転盤及び収納筒を含み、前記収納筒が複数であり、それぞれ前記排出回転盤に沿って前記排出回転盤に円周方向で均一分布され、
   前記機械アームがアーム体及び前記アーム体に設置されるマニピュレーターを含み、前記マニピュレーターが手指気体シリンダー及び二つの添木を含み、二つの前記添木がそれぞれ前記手指気体シリンダーに装着され、二つの前記添木の間がチャック区を形成し、二つの前記添木の挟持面にはいずれも円弧溝が設置され、各前記添木には二つの前記円弧溝が設置され、二つの前記円弧溝がそれぞれ縦向きと横向きで設置され、
   前記機械アームは前記機械アームが軸パーツ部位を切り替えてきつく締める時に軸パーツを置くために用いられる中継盤を含み、前記中継盤がエアチャック及びそれぞれ前記エアチャックの各爪に装着される中継添木を含み、各前記中継添木の間が第一チャック区を形成し、
   前記フィード盤が盤体及びチャック仕組みを含み、前記チャック仕組みは固定添木と、運動添木と前記運動添木をプッシュすることができるプッシュ板仕組みを含み、前記固定添木が前記盤体に固定され、前記盤体には前記固定添木へ延伸するスライド溝が設置され、前記運動添木の底部にはスライドブロックが設置され、前記スライドブロックが前記スライド溝の中に接続され、
   前記チャック仕組みと前記スライド溝がいずれも複数で一対一対応で設置され、前記プッシュ板仕組みは、前記運動添木を、前記スライドブロックを介して前記スライド溝に沿って前記固定添木に向ってプッシュされることにより、前記軸パーツをきつく挟み、
   また回転盤仕組みを含み、前記回転盤仕組みがモータ及びラックを含み、前記モータが前記ラックに装着され、前記モータの動力軸が前記盤体と接続され、
   また主軸及び軸継手を含み、前記盤体が前記主軸に装着され、前記モータの動力軸が前記軸継手により主軸と接続され、
   前記検査測定仕組みが筐体及び前記筐体の中に設置される第一カメラと、光補助ランプと、撮影スタンドと光補助ランプスタンドを含み、前記筐体には機械アームが挿入できる箱口が設置され、前記撮影スタンドと前記光補助ランプスタンドがいずれも移動台及び固定ロッドを含み、前記移動台が取付台と、固定ボルトと、固定ナットと接続フレームを含み、前記取付台が前記接続フレームに設置され、前記接続フレームがナット固定スロットと、前記固定ロッドがはまっているカバー枠を備えており、ナット固定スロットが前記カバー枠に設置され、固定ナットがナット固定スロットに装着され、固定ボルトと固定ナットとが繋がり且つ前記カバー枠を通り抜け、前記移動台と前記固定ロッドが固定ボルトにより当接されて、これによりお互いに固定され、
   前記第一カメラが前記撮影スタンドの前記取付台に装着され、前記光補助ランプが前記光補助ランプスタンドの前記取付台に装着され、
   前記光補助ランプと前記光補助ランプスタンドがいずれも二つがあり且つ一対一対応で設置され、二つの前記光補助ランプが前記筐体の両側に位置し且つ相対で設置され、前記撮影スタンドが二つの前記光補助ランプの間に設置されており、
   また撮影調整ボールねじ及び灯光調整ボールねじを含み、前記撮影スタンドが撮影調整ボールねじの移動ブロックに設置され、光補助ランプスタンドが灯光調整ボールねじの移動ブロックに設置されることを特徴とする軸パーツの加工装置。

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