JPH05172524A - 光学式計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工作物を工作機械に取り付けた状態にて当該
工作物の各部の寸法を作業性よく精密測定すること。 【構成】 工作物の如き測定対象物を低倍率にて撮像す
る２次元イメージセンサ２３と測定対象物を高倍率にて
撮像する１次元ラインセンサ２５とを各々設け、２次元
イメージセンサ２３により撮像された測定対象物の画像
と１次元ラインセンサ２５による測定位置指示カーソル
Ｃをテレビモニタ２５に画面表示するようにし、１次元
ラインセンサ２５により撮像された測定対象物と測定位
置指示カーソルＣの相対的位置関係に基づいて測定対象
物の測長を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学式計測装置に係
り、特に研削加工物等の寸法を工作機械上にて精密測定
する光学式計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】研削加工物等の寸法測定には、厚さ、
幅、深さ、段差、溝深さ、ピッチ、角度、円弧円径
（Ｒ）等がある。研削加工物等の厚さ、幅、深さ等の測
定は、その要求測定精度がさほど高くない場合には、マ
イクロメータ、デプスマイクロメータ、ダイアルゲージ
等により工作機械上にて行われるが、要求測定精度が２
〜３μｍ程度である場合には、測定対象物を工作機械よ
り取り外して投影器や工具顕微鏡等を用いて行われてい
る。また研削加工物等の段差、溝深さ、ピッチ、角度、
円弧円径等の計測は測定対象物を工作機械より取り外し
て投影器や工具顕微鏡等を用いて行われている。

【０００３】また研削加工物等の工作物の寸法測定を行
う計測装置として、研削加工物等の測定対象物を工作機
械に対する装着状態にて２次元のＣＣＤカメラにより撮
像し、これをテレビモニタにより画面表示し、テレビモ
ニタ上に表示される測定位置指示カーソルとＣＣＤカメ
ラにより撮像された測定対象物との相対的位置関係に基
づいて測定対象物の寸法測定を行うよう構成された光学
式の計測装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】高精度測定のために投
影器や工具顕微鏡等を用いる寸法測定に於いては、測定
のために測定対象物を工作機械より取り外し、追い研削
等の追加加工が必要な場合は、測定対象物を再度、工作
機械に取り付けると云う作業が必要であり、特に平面研
削盤に於いては、測定対象物の取り付け、取り外しの作
業以外に、測定対象物、即ち工作物の再装着のために工
作物取付面を清掃する必要が生じ、作業効率が低下す
る。また工作機械に対する工作物の再装着時には、追い
研削等のための工作物と砥石等との位置合わせが難し
く、通常１〜２μｍ程度の取付位置誤差が発生すること
は避けられない。

【０００５】ＣＣＤカメラを用いた光学式の計測装置に
於いては、工作物を工作機械より取り外すことなく、工
作物を工作機械に取り付けた状態にて当該工作物の各部
の寸法を精密測定することが可能であり、工作機械の連
続自動運転を可能にするが、しかしこれに於いては、測
定精度を高めるためには、ＣＣＤカメラによる工作物、
即ち測定対象物の撮像倍率を高める必要があり、この測
定対象物の撮像倍率が高いと、測定対象物の極く一部分
しかテレビモニタに映し出されず、このため測定者は測
定対象物のどの部分を測定しているか把握し難くなり、
測定作業性が低下する。

【０００６】例えば、１μｍの測定精度を保証するため
には、ＣＣＤカメラの撮像分解能は保証測定精度の１／
５〜１／１０に相当する０．２〜０．１μｍ程度必要と
なり、撮像分解能を０．１μｍとすべく撮像倍率を１０
０倍とした場合、４０万画素の通常のＣＣＤを用いても
テレビモニタに映し出される測定対象物の領域は０．１
ｍｍ平方程度にしかならない。

【０００７】このためＣＣＤカメラによる光学式の計測
装置に於いては、測定作業性の確保のために、ズームレ
ンズ等を用いて撮像倍率を変化できるように構成するこ
とが要求されるが、これは、計測装置を大掛かりで、高
価のものにし、この計測装置を各工作機械に専用計測装
置として組み付けることを、スペース的観点、経済的観
点から実用性に欠けるものする。

【０００８】本発明は、従来の計測装置に於ける上述の
如き問題点に着目してなされたものであり、工作物を工
作機械より取り外すことなく、工作物を工作機械に取り
付けた状態にて当該工作物の各部の寸法を作業性よく精
密測定することができ、工作機械の連続自動運転を可能
とし、しかし装置全体が大掛かりなものになることがな
く、経済性にも優れた光学式計測装置を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、測定対象物を所定の倍率にて撮像する２次
元イメージセンサと、測定対象物を前記２次元イメージ
センサの撮像倍率より高い倍率にて撮像する１次元ライ
ンセンサと、前記２次元イメージセンサにより撮像され
た測定対象物の画像と前記１次元ラインセンサによる測
定位置指示カーソルを画面表示する画面表示手段と、前
記１次元ラインセンサにより撮像された測定対象物と前
記測定位置指示カーソルとの相対的位置関係に基づいて
測定対象物の測長を行う測長処理手段とを有することを
特徴とする光学式計測装置によって達成される。

【００１０】

【作用】上述の如き構成によれば、画面表示手段には２
次元イメージセンサにより撮像された測定対象物の画像
が映し出され、測定対象物の測長は、２次元イメージセ
ンサによる測定対象物の撮像とは別に、１次元ラインセ
ンサにより高倍率にて撮像された測定対象物と前記測定
位置指示カーソルとの相対的位置関係に基づいて行われ
る。

【００１１】

【実施例】以下に添付の図を参照して本発明を実施例に
ついて詳細に説明する。

【００１２】図５は本発明による光学式計測装置を装備
された好適なＮＣ平面研削盤の一例を示している。図５
に示されているＮＣ平面研削盤は横軸型のＮＣ平面研削
盤であり、このＮＣ平面研削盤は、本体フレーム１に上
下方向（鉛直方向）および前後水平方向、即ちＹ座標軸
方向およびＸ座標軸方向とに移動可能に設けられた砥石
台３と、本体フレーム１に左右水平方向、即ちＺ座標軸
方向に移動可能に設けられたワークテーブル５とを有し
ている。

【００１３】砥石台３はワークテーブル５の上方にてＸ
座標軸方向に水平に延在する回転軸７を支持しており、
回転軸７には砥石車９が取り付けられている。

【００１４】ワークテーブル５上にはマグネット等によ
る平面的なワークチャック１１が設けられており、ワー
クチャック１１は工作物Ｗを磁気吸着等により密着保持
するようになっている。

【００１５】砥石台３のＹ座標軸方向およびＸ座標軸方
向の移動、回転軸７の回転、ワークテーブル５のＺ座標
軸方向の移動は、ＮＣ装置１３によりＮＣプログラムに
従って行われるようになっている。

【００１６】本体フレーム１には撮像装置１５が取り付
けられている。撮像装置１５はワークテーブル５のＺ座
標軸方向の一側方よりワークチャック１１に保持された
工作物Ｗを撮像するよう所定の撮像位置と研削加工の邪
魔にならない退避位置との間に移動可能になっている。

【００１７】図１に示されている如く、撮像装置１５
は、対物レンズ１７と、リレーレンズ１９と、ハーフミ
ラー２１と、２次元イメージセンサ２３と、１次元ライ
ンセンサ２５とを有し、対物レンズ１７とリレーレンズ
１９により結像された光像をハーフミラー２１により２
次元イメージセンサ２３と１次元ラインセンサ２５とに
入射するように構成されている。

【００１８】２次元イメージセンサ２３は、ホトダイオ
ード、ＣＣＤ等による撮像素子を面状に２次元配置され
たエリアセンサであり、ワークチャック１１上の工作物
Ｗを数倍程度の比較的低い所定の倍率にて、たとえば２
〜１０ｍｍ平方程度のエリアを撮像するようになってい
る。

【００１９】１次元ラインセンサ２５は、図２に示され
ている如く、ホトダイオード、ＣＣＤ等による撮像素子
２７を上下および水平方向に十文字配置されたリニアイ
メージセンサであり、撮像素子２７の上下および水平方
向の配列個数、換言すれば画素数を、例えば２０４８画
素に設定され、ワークチャック１１上の工作物Ｗを撮像
するようになっている。１次元ラインセンサ２５は、撮
像倍率を２次元イメージセンサ２３の撮像倍率より高い
倍率、例えば５０〜１００倍程度に設定され、２次元イ
メージセンサ２３により撮像エリア内に於ける工作物Ｗ
の一部を拡大撮像するようになっている。

【００２０】２次元イメージセンサ２３が出力する工作
物Ｗの撮像信号と１次元ラインセンサが出力する工作物
Ｗの撮像信号はデータ処理装置２９に入力されるように
なっている。データ処理装置２９は、画像処理部３１と
測長処理部３３とを有している。

【００２１】画像処理部３１は、２次元イメージセンサ
２３が出力する工作物Ｗの撮像信号を入力データとして
画面表示のための所定の画像処理を行い、２次元イメー
ジセンサ２３が出力する工作物Ｗの撮像信号による工作
物Ｗの画像Ｗ_e をＣＲＴ等によるテレビモニタ３５に画
面表示し、同時に１次元イメージセンサ２５による測定
位置をポイント指示する測定位置指示カーソルＣをテレ
ビモニタ３５に画面表示するよう構成されている。

【００２２】測定位置指示カーソルＣは、テレビモニタ
３５による画面表示に於いて、マンマシンフンタフェー
スにより１次元イメージセンサ２５の撮像素子２７の十
文字配置内にて上下左右に移動可能になっている。

【００２３】測長処理部３１は、所定の撮像位置にて１
次元ラインセンサ２５により撮像された工作物Ｗと測定
位置指示カーソルＣとの相対的位置関係に基づいて、測
定位置指示カーソルＣの移動量より、更には１次元イメ
ージセンサ２５により撮像される工作物Ｗの撮像データ
より、平面研削盤の軸移動機能による１次元イメージセ
ンサ２５の撮像位置に対するワークチャック１１上の工
作物Ｗの相対移動量を検出し、この相対移動量と測定位
置指示カーソルＣの移動量の合計より工作物Ｗの各部の
寸法測定を行うように構成されている。

【００２４】測長処理部３１が出力する工作物Ｗの各部
の測定データはオンラインによりＮＣ装置１３に入力さ
れるようになっている。ＮＣ装置１３は、測定データを
ＮＣ加工プログラムに対するフィードバックデータとし
て入力し、これに基づき追加工指令を平面研削盤に出力
するようになっている。

【００２５】次に図３を用いて上述の如き構成よりなる
光学式計測装置の使用要領の一例について説明する。Ｎ
Ｃ装置１３のＮＣ加工プログラムによる研削加工が完了
した時点で、撮像装置１５を所定の撮像位置に引き出
し、ＮＣ加工プログラムと同様にワークチャック１１上
の工作物Ｗをトレースし、撮像装置１５によりワークテ
ーブル５のＺ座標軸方向の一側方より工作物Ｗをワーク
チャック１１に保持された状態のまま撮像する。尚、こ
の撮像時には、所定のコントラストが得られるべく、適
当な照明装置により工作物Ｗの照明が行われてよい。

【００２６】この撮像により、図３（ａ）に示されてい
る如く、テレビモニタ３５には、２次元イメージセンサ
２３が出力する工作物Ｗの撮像信号による工作物Ｗの画
像Ｗ_e と１次元イメージセンサ２５による測定位置をポ
イント指示する測定位置指示カーソルＣとが互いに重合
して画面表示される。

【００２７】この状態にてオペレータはテレビモニタ３
５に於ける測定位置指示カーソルＣをテレビモニタ３５
に於ける工作物Ｗの画像Ｗ_e の寸法測定開始点ａに位置
させる。

【００２８】測定位置指示カーソルＣを寸法測定開始点
ａに位置合わせすることが完了すると、測長処理部３１
はこの時点に於ける測定位置指示カーソルＣの１次元イ
メージセンサ２５に対する位置を読み取る。

【００２９】次にオペレータは平面研削盤の軸移動機能
を使用して撮像装置１５の撮像位置とワークチャック１
１上の工作物Ｗとを水平方向（Ｘ座標軸方向）へ相対移
動させ、またテレビモニタ３５に於ける測定位置指示カ
ーソルＣの移動により、図３（ｂ）に示されている如
く、テレビモニタ３５に於ける測定位置指示カーソルＣ
をテレビモニタ３５に於ける工作物Ｗの画像Ｗ_e の寸法
測定終了点ｂに位置させる。

【００３０】測定位置指示カーソルＣを寸法測定終了点
ｂに位置合わせすることが完了すると、測長処理部３１
はこの時点に於ける測定位置指示カーソルＣの１次元イ
メージセンサ２５に対する位置を読み取る。

【００３１】測長処理部３１は、撮像装置１５の撮像位
置に対するワークチャック１１上の工作物Ｗの相対移動
量、換言すれば、１次元イメージセンサ２５の撮像位置
に対するワークチャック１１上の工作物Ｗの相対移動量
と、寸法測定開始点ａおよび寸法測定終了点ｂの各々に
於ける測定位置指示カーソルＣの１次元イメージセンサ
２５に対する位置の読み取り値より、工作物Ｗのａ点と
ｂ点との間の水平方向寸法を測定することになる。

【００３２】引き続きワークチャック１１上にて工作物
Ｗのｂ点とｃ点との間の水平方向寸法を測定する場合
は、オペレータは平面研削盤の軸移動機能を使用して撮
像装置１５の撮像位置とワークチャック１１上の工作物
Ｗとを水平方向（Ｘ座標軸方向）へ相対移動させ、また
テレビモニタ３５に於ける測定位置指示カーソルＣの移
動により、図３（ｃ）に示されている如く、テレビモニ
タ３５に於ける測定位置指示カーソルＣをテレビモニタ
３５に於ける工作物Ｗの画像Ｗ_e の次の寸法測定終了点
ｃに位置させる。

【００３３】測定位置指示カーソルＣを寸法測定終了点
ｃに位置合わせすることが完了すると、測長処理部３１
はこの時点に於ける測定位置指示カーソルＣの１次元イ
メージセンサ２５に対する位置を読み取る。

【００３４】測長処理部３１は、１次元イメージセンサ
２５の撮像位置に対するワークチャック１１上の工作物
Ｗの相対移動量と、ｂ点およびｃ点の各々に於ける測定
位置指示カーソルＣの１次元イメージセンサ２５に対す
る位置の読み取り値より、工作物Ｗのｂ点とｃ点との間
の水平方向寸法を測定することになる。

【００３５】またワークチャック１１上にて工作物Ｗの
ｃ点とｄ点との間の垂直方向寸法をする場合は、オペレ
ータは平面研削盤の軸移動機能を使用して撮像装置１５
の撮像位置とワークチャック１１上の工作物Ｗとを上下
方向（Ｙ座標軸方向）に相対移動させ、またテレビモニ
タ３５に於ける測定位置指示カーソルＣの移動により、
図３（ｄ）に示されている如く、テレビモニタ３５に於
ける測定位置指示カーソルＣをテレビモニタ３５に於け
る工作物Ｗの画像Ｗ_e の次の寸法測定終了点ｄに位置さ
せる。

【００３６】測定位置指示カーソルＣを寸法測定終了点
ｄに位置合わせすることが完了すると、測長処理部３１
はこの時点に於ける測定位置指示カーソルＣの１次元イ
メージセンサ２５に対する位置を読み取る。

【００３７】測長処理部３１は、同様に、１次元イメー
ジセンサ２５の撮像位置に対するワークチャック１１上
の工作物Ｗの相対移動量と、ｃ点およびｄ点の各々に於
ける測定位置指示カーソルＣの１次元イメージセンサ２
５に対する位置の読み取り値より、工作物Ｗのｃ点とｄ
点との間の垂直方向寸法を測定することになる。

【００３８】尚、何れの測定に於いても、測定間隔が、
１次元イメージセンサ２５による撮像範囲内であれば、
測定位置指示カーソルＣの移動のみにより測定すること
ができる。

【００３９】測長処理部３１による工作物Ｗの各部の測
定データはＮＣ装置１３へ出力され、これに基づいて追
研削が行われることにより、研削加工誤差の修正が自動
的に行われ得るようになる。

【００４０】上述の如き光学式計測装置は、工作物Ｗの
各部の寸法測定以外に、工作物Ｗに対する砥石車９の位
置決めにも使用することができる。この位置決めに際し
ては、図４に示されている如く、撮像装置１５によりワ
ークチャック１１上の工作物Ｗを撮像して、これの画像
Ｗ_e をテレビモニタ３５に画面表示させると共に、砥石
車７を手動操作によりＹ座標軸方向、Ｘ座標軸方向へ移
動させて砥石車７をワークチャック１１上の工作物Ｗに
近付け、撮像装置１５により砥石車７を撮像し、これの
画像Ｇ_e をテレビモニタ３５に画面表示させる。この状
態にて測定位置指示カーソルＣにより工作物Ｗと砥石車
７との微細間隙が測定される。これにより工作物Ｗを砥
石車７に一旦当てることなく、砥石車７の初期位置が設
定されるようになる。

【００４１】尚、上述の実施例に於いては、加工後に工
作物の測定を行うポストプロセス方式の計測について説
明したが、本発明による光学式計測装置は、撮像装置に
焦点距離を工作物の撮像部位に関して自動追尾させる自
動焦点調整機構を組み込む等して加工中に工作物の測定
を行うインプロセス方式の計測にも適用できる。

【００４２】また測定対象は、直線距離の測長に留まら
ず、上下方向と測定値と水平方向の測定値との組合せに
より円弧部分の半径の測定も可能である。

【００４３】以上に於ては、本発明を特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
による光学式計測装置によれば、テレビモニタの如き画
面表示手段には２次元イメージセンサにより撮像された
測定対象物の画像が比較的広範囲に映し出され、測定対
象物の測長は、２次元イメージセンサによる測定対象物
の撮像とは別に、１次元ラインセンサにより高倍率にて
撮像された測定対象物と測定位置指示カーソルとの相対
的位置関係に基づいて高精度に行われるから、工作物の
寸法測定に於いては測定対象の工作物を工作機械より取
り外すことなく、工作物を工作機械に取り付けた状態に
て当該工作物の各部の寸法を精密測定できることは勿論
のこと、ズームレンズ等の高価な撮像倍率可変機構を必
要とすることなく、精密測定が作業性よく行われるよう
になり、同時に小型化設計が可能になる。このことから
光学式計測装置を各工作機械に専用計測装置として組み
付けることの実用性が、スペース観点、経済的観点の何
れからも向上するようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学式計測装置の一実施例を示す
ブロック線図である。

【図２】本発明による光学式計測装置に用いられる１次
元ラインセンサの撮像素子の配置状態を示す正面図であ
る。

【図３】本発明による光学式計測装置の使用要領の一例
を説明するためのテレビモニタの画面表示図である。

【図４】本発明による光学式計測装置を用いた砥石車の
位置決め時に於けるテレビモニタの画面表示図である。

【図５】図５は本発明による光学式計測装置を装備され
て好適なＮＣ平面研削盤の一例を示している。

【符号の説明】

１ 本体フレーム ３ 砥石台 ５ ワークテーブル ９ 砥石車 １１ ワークチャック １３ ＮＣ装置 １５ 撮像装置 ２３ ２次元イメージセンサ ２５ １次元ラインセンサ ２７ 撮像素子 ２９ データ処理装置 ３１ 画像処理部 ３３ 測長処理部 ３５ テレビモニタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象物を所定の倍率にて撮像する２
   次元イメージセンサと、測定対象物を前記２次元イメー
   ジセンサの撮像倍率より高い倍率にて撮像する１次元ラ
   インセンサと、前記２次元イメージセンサにより撮像さ
   れた測定対象物の画像と前記１次元ラインセンサによる
   測定位置指示カーソルを画面表示する画面表示手段と、
   前記１次元ラインセンサにより撮像された測定対象物と
   前記測定位置指示カーソルとの相対的位置関係に基づい
   て測定対象物の測長を行う測長処理手段とを有すること
   を特徴とする光学式計測装置。