JPH10277877A

JPH10277877A - 自動加工機

Info

Publication number: JPH10277877A
Application number: JP8145697A
Authority: JP
Inventors: Keiji Taniguchi; 谷口　　慶治; Hiroshi Yamamoto; 博山本; Toshihiro Konaka; 利洋胡中
Original assignee: Sysmex Corp
Current assignee: Sysmex Corp
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】透明な部品に対する切削加工を高速かつ高精
度で行える自動加工機を提供する。【解決手段】自動加工機１０は、実質的に透明体から
なる加工対象部品１００を固定するチャック１２と、チ
ャック１２に固定された前記部品１００に切削加工を施
すための工具を着脱可能に固定するタレット２と、タレ
ット２に固定された工具とチャック１２とを相対移動さ
せて所定の切削加工を施すチャック回転台１３及びタレ
ット昇降部２４と、この相対移動手段により切削加工が
施された部品１００の切削加工部分を外方から照らすハ
ロゲンランプ３１と、切削加工部分の切削深さ方向の軸
線Ａに略直交する方向から部品１００を透過して切削加
工部分を所定の倍率で撮像するＣＣＤカメラ４１と、撮
像画像を原画像として取り込み、この原画像に画像処理
を施して切削加工部分の処理画像を作成し、この処理画
像から寸法を測定する計測部８と、測定された寸法に基
づいて切削加工を行うよう相対移動手段１３、２４に作
動を指令する制御部７とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動加工機に関
し、より詳細には、被加工物に微小径の孔部を切削加工
する自動加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】チャック等で把持された被
加工物に対して工具（ツール）を移動させ、この被加工
物にμｍオーダーの微細な切削加工を施して所定の公差
にする場合、作業者は定期的に工具の移動を停止させ、
顕微鏡により加工部分の寸法を確認しながら、図面に指
定された寸法になるよう工具の移動を行う。さらに工具
の種類を変えながら仕上げを行う場合もある。この場
合、１個所の加工が完了するまで作業者は他の作業との
兼務ができない。また、作業者の熟練度、疲労等に起因
する仕上がりのばらつきは無視できないものがあり、精
度の高い微細な加工をコンスタントにかつ効率的に行う
ことは困難である。上記の方法とは別に、例えば、ティ
ーチングにより加工機を数値制御することが考えられる
が、工具の摩耗、加工機の振動、加工物の変形など変動
要因が多いため、微細加工には適切でない。また、自動
定寸（寸法測定しながら自動加工）により加工を行うに
は、測定器が部品の形状や、その加工部分によって制約
を受けたり、測定の度に加工物をチャックに対して着脱
せねばならない場合も生じる。

【０００３】この発明の主要な目的の１つは、部品に対
する切削加工を高精度で行える自動加工機を提供するこ
とにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、実質
的に透明体からなる加工対象部品を固定する部品固定手
段と、この部品固定手段に固定された前記部品に切削加
工を施すための工具を着脱可能に固定する工具固定手段
と、この工具固定手段に固定された工具と部品固定手段
とを相対移動させて所定の切削加工を施す相対移動手段
と、この相対移動手段により切削加工が施された部品の
切削加工部分を外方から照らす照射部と、切削加工部分
の切削深さ方向の軸線に略直交する方向から部品を透過
して切削加工部分を所定の倍率で撮像する撮像部と、切
削加工部分の切削深さ方向の軸線に略直交する方向から
部品を透過して切削加工部分を所定の倍率で撮像する撮
像部と、撮像画像を原画像として取り込み、この原画像
に画像処理を施して切削加工部分の処理画像を作成し、
この処理画像から寸法を測定する計測部と、この測定さ
れた寸法に基づいて次の切削加工を実行又は停止するよ
う相対移動手段に作動を指令する制御部とからなる自動
加工機が提供される。

【０００５】すなわち、この発明は、部品の透明性を利
用して、部品の切削加工部分の切削深さ方向の軸線（中
心軸）に略直交する方向から部品を透過してその切削加
工により形成された孔部を撮像することにより、孔部
（の内側）を通過した光と孔部の外側を通過した光との
強さに大きな差異を付けることができ、それによって孔
部の輪郭線を鮮明に撮像し、得られた画像に基づいて孔
部の寸法をリアルタイムで測定しながら部品の切削加工
を行うものである。

【０００６】この発明における部品としては、微量な流
体を制御する機構部を備えた測定機器、分析機器のよう
な機器等に用いる部品、具体的には、μｍオーダーの口
径で形成された精密部品が挙げられる。部品の材料に
は、実質的に透明なプラスチックス、セラミックス、ガ
ラス、天然または人工の鉱物が例示される。

【０００７】この発明において、実質的に透明とは、全
部または大部分が一様に透光性を有するもので、一般的
には無色あるいは有色の透明または半透明体が挙げら
れ、特殊なものとしては、略全体を一様に支配する透光
性部分と、この透光性部分に規則的あるいは不規則的に
散在する遮光性の線材，粒状物あるいは濁りで形成され
た遮光部分とからなる物体、例えば、網線入りガラス、
粉体が散点状に封入された透明固形物が挙げられる。こ
の物体に対する光の入射面及び出射面は光の反射、散
乱、屈折を抑えるよう、平坦であってその光軸に直交す
る平面からなるものが好ましい。この物体を透過する光
は可視光線に限定されない。

【０００８】この発明における部品の切削加工とは、バ
イトによる加工、フライス削り、穴あけ、リーマ仕上、
タップ及びダイスによる加工、ブローチ削り、研削、ホ
ーニング仕上、超仕上、ラップ仕上が挙げられる。切削
加工は、未加工の部品に垂直または斜め方向に孔部を開
削する加工あるいは部品に予め形成された孔部を仕上げ
る加工、例えば、孔部の開口周縁角部を丸く仕上げられ
てなる研削加工が挙げられる。ここで言う孔部とは、有
底のくぼみ、または貫通孔であって、形状は軸線方向に
同径であってもよいし、軸線方向において異径であって
もよい。

【０００９】部品固定手段が、回転駆動部及び回転駆動
部に加工対象部品を把持するチャックとからなり、この
チャックが切削加工部分の撮像を妨げないよう前記部品
を把持可能なものであれば、工具を回転させずに切削加
工ができるため、工具の振動、特に先端の振れが軽減さ
れる点で好ましい。相対移動手段に関し、加工対象部品
を把持したチャックを回転させる回転駆動部は、例え
ば、工具がＺ軸方向に移動して切削加工を行う場合、こ
の工具の軸線と部品の軸線とを一致させるために、ＸＹ
軸制御テーブル上に配設されるのが好ましい。

【００１０】さらに、部品に対して斜め方向に孔部を開
削するために、相対移動手段は部品固定手段及び工具固
定手段が、双方合わせて少なくとも５軸の制御テーブル
上に配設されていてもよい。チャックは略等角度で配置
された複数本の部品把持用の可動爪を有してなり、照射
部はその照射方向が撮像部の撮像方向と略対向する方向
に配設され、それによって撮像部は隣接する前記可動爪
の間から入射し部品の切削加工部分を透過しさらに他の
隣接する可動爪の間から出射した光で形成された像を撮
像すれば、照射部が部品の照射方向を、撮像部の撮像方
向とは略対向する方向に向けることにより、部品からの
出射光を直接的に撮像することになるので、明暗差の大
きい画像を形成することができる。工具固定手段が複数
の工具を固定され、このうちの所定の工具を選択的に部
品の加工部分に対向配置してなるタレットで構成されて
おれば、複数の工具を交換使用して切削加工を行う際の
交換時間が短縮される。

【００１１】この発明における光照射部は、キセノンラ
ンプ、ハロゲンランプ、レーザ光を光源とするものが挙
げられる。この光源は、透明体からなる部品の色に応じ
て設定するのが好ましい。例えば、全体に赤色が支配的
な透明体からなる部品を測定する場合には、撮像された
画像を全体的にＲ（レッド）要素の強い画像として濃淡
のコントラストが顕著なＲ画像を得るため、白色光でも
色温度の低いもの、例えば、ハロゲンランプ（色温度が
３０００〜３２００Ｋ）を使用する。これにより、可視
部の赤色帯を主とする光が得られる。同様に、透明体を
支配する部品の色に応じてＧ（緑）要素、Ｂ（青）要素
の強い画像得るため、適切な色温度を有する光源を選択
するのが好ましい。

【００１２】この発明における撮像部には、顕微鏡を共
軸に配置したＣＣＤカメラが使用できる。計測部はフレ
ームメモリを有する画像入力ボードと、原画像に画像処
理を施すワークステーションと、フレームメモリに収納
されたＣＣＤカメラに結像した原画像や前記ワークステ
ーションで画像処理を施された検査用画像を表示するモ
ニターとからなり、ＣＣＤカメラはＲＧＢセパレート信
号を出力し、画像入力ボードが濃度階調ＲＧＢ各８ビッ
トでこの信号を入力するものが挙げられる。

【００１３】この発明における加工部分の寸法測定と
は、部品固定手段により固定された部品を個々につい
て、加工部分である孔部及びこの孔部の開口周縁部に設
けられた丸く仕上げられた部分（湾曲縁部）の寸法、す
なわち孔部及び前記湾曲縁部の形状や位置に関する寸法
を測定するものを意味する。形状に関する寸法とは、例
えば、孔部の内径、長さ、湾曲縁部の径などであり、位
置に関する寸法とは、例えば、孔部、湾曲縁部の中心位
置などを意味する。この測定は、孔部の寸法を例えば、
画素数を数えてメートル単位系で実測するものであって
もよいし、単に基準値との大小比較で良否のみを判定す
るものであってもよい。

【００１４】この発明の自動加工機による部品の加工手
法についてその概略を説明する。まず、実質的に透明体
からなる部品を部品固定手段に固定し、照射部と撮像部
とが部品の加工部分を介して所定の角度で配置する。例
えば、照射部と撮像部とを同一水平面上で互いに光軸が
共軸となり、しかも部品固定手段に適宜形成された切り
欠きを通るよう対向配置する。工具固定手段に固定され
た工具（例えば、切削工具）を部品固定手段に固定され
た前記部品に対して相対移動手段により相対移動させて
（例えば部品を回転させ、工具を微小移動させるべく各
固定手段を相対移動させて）部品の加工部分に所定の加
工を施す。このとき、照射部からの光は部品の一方の側
面から部品の内部に入射され、孔部を透過して対向する
他方の側面から出射される。このとき、出射光は、孔部
の内側を通過した光と孔部の外側を通過した光との間で
大きな明暗差が生じ、その境界に孔部の断面の輪郭線を
鮮明に形成する。

【００１５】撮像部はこの輪郭線を所定の倍率で撮像し
（回転する部品から必要な画像を切り取り）、撮像され
た画像を原画像として入力し、この原画像に画像処理を
施して処理画像を作成する。画像処理は、例えば、ＫＮ
Ｎメディアンフィルターによるフィルタリング、２値
化、ラベル付け、スムージングの各工程により行われ
る。次に、この処理画像に基づいて部品の加工部分の寸
法をリアルタイムで測定する。この測定結果と予め設定
された規格値との比較を行い、工具の移動を制御しなが
ら処理画像から得られた測定値と規格寸法値とが一致す
るまで切削加工を行い、必要によって最終的に切削加工
の合否を判定をしてもよい。

【００１６】上記した測定−制御−合否判定は、このサ
イクルを１つの工具による切り込み距離を分割して設定
された小区間毎に、または使用される１つの工具毎に、
あるいは１つの部品毎に行うことができる。工具の移動
の制御としては、工具と部品の加工面の境界の画像にお
いてこれらの輪郭を形成する画素の一部の重なりの検
出、あるいは部品の加工面から設定距離を隔てて設けら
れた基準線（点）で工具の先端の輪郭を形成する画素の
一部を検出し、この設定距離を工具の移動時間で制御す
るものが具体例として挙げられる。この発明の自動加工
機は、更に部品を予めストックするためのサンプルトレ
ーを部品固定手段としてのチャックに対して所定位置に
設けられるようにし、そのサンプルトレーから所定の部
品を選択して取り、チャックの所定位置にセットできる
よう構成してもよい。また同じように工具類を予めスト
ックするための工具ボックスを設け、その工具ボックス
から所望の工具を選択して取り出し、工具固定手段の所
定位置にセットできるようにし、加工終了後使用した工
具を工具ボックスに戻し、必要によって新しい工具を選
択して取り出しセットできるように、構成してもよい。
更に部品の加工終了後、チャックから加工された部品を
取りはずし、元のサンプルトレイ、又は新しいサンプル
トレイの所望の位置に戻すようにしてもよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図に示す実施の形態に基づ
いてこの発明を詳述する。なお、これによってこの発明
が限定されるものではない。図１は、この発明の一実施
の形態による自動加工機の構成を示す。部品１００の自
動加工機１０は、部品固定手段としてのテーブル１と、
テーブル１の上方に配置された工具固定手段としてのド
ラム形タレット２と、テーブル１に固定された部品１０
０を側方から照らす照射部３と、この部品１００を所定
の倍率で撮像する撮像部４と、画像処理により切削加工
部分の寸法を計測する計測部８と、部品１００を搬入出
するオートフィーダ５と、制御部６とからなる。

【００１８】まず加工対象の一例として図２の拡大図で
示した部品を説明する。部品１００Ａは、赤色を呈した
透明材料で成形され、直径約６ｍｍの面平行な上下両面
及びこの両面に略直角に形成された外周面からなる円板
状の部材であって、その中心部には、予めレーザ加工等
により穿孔された貫通孔１１０を有し、この実施態様で
は、自動加工機１０によりこの貫通孔１１０に対して座
ぐり研削を行い、貫通孔１１０の開口周縁角部を丸く仕
上げる一例を説明する。この研削により仕上げられた貫
通孔１１０の形状を図３及びその要部を拡大した図４に
示す。

【００１９】この部品１００は貫通孔１１０と、その貫
通孔１１０と同心円状に形成された円形凹部１１０ａを
有し、さらに、図４に示すように、略同径で形成された
内壁部１１０ｂと、内壁部１１０ｂの両端の開口周縁角
部に形成された整流用の湾曲縁部１１１、１１２を有し
ている。

【００２０】上部の湾曲縁部１１１は、凹部１１０ａの
底部の上外部変曲点１１１ｏから、内壁部１１０ｂの壁
面上部の上内部変曲点１１１ｉまで曲率ｒ1 からなる曲
面により連続する。下部の湾曲縁部１１２は、部品１０
０下面の下外部変曲点１１２ｏから、内壁部１１０ｂの
壁面下部の下内部変曲点１１２ｉまで曲率ｒ2 からなる
曲面により連続する。

【００２１】貫通孔１１０の開口周縁部における、後述
する仕上寸法測定部分は、以下に示すように、内壁部１
１０ｂの内径Ｄ、湾曲縁部１１１及び１１２の曲率ｒ1
及びｒ2 、上外部変曲点１１１ｏから下外部変曲点１１
２ｏまでの貫通孔高さＳである。さらには、凹部１１０
ａの上部から底部の上外部変曲点１１１ｏを連続して形
成する曲面の曲率Ｒ、上外部変曲点１１１ｏが形成する
上部外径ｄ1 及び下外部変曲点１１２ｏが形成する下部
外径ｄ2 である。

【００２２】図１を参照して説明する。テーブル１は、
防振機構を有する台座１１と、貫通孔１１０の軸線Ａが
鉛直になるよう部品１００を固定可能なチャック１２と
から主に構成されている。チャック１２は、図５に示す
ように、等角度間隔で配設された４本の可動爪１２ａ
と、これらを開閉するチャック開閉部（図示せず）が装
着され回転駆動されるチャック回転台１３を有し、可動
爪１２ａはチャック回転台１３の上面から突出して配設
されている。隣接する互いの可動爪１２ａ間の距離ｌ
は、直径６ｍｍの部品１００を固定したとき、照射部３
と撮像部４の互いの光軸が共軸Ｂとなって部品１００の
中心を通過できるよう、４対のそれぞれが略等間隙で構
成されている。なお、可動爪は４本以外でもよいが、光
軸が部品１００の中心を通過できない場合には可動爪に
切り欠きを設けてもよい。チャック回転台１３は、台座
１１の上部に配設されチャック回転台１３をＸ軸方向及
びＹ軸方向にそれぞれ移動可能なＸ軸テーブル１４及び
Ｙ軸テーブル１５に載置され、かつその回転速度及び回
転方向が任意に設定可能に構成されている。さらに、チ
ャック１２の斜め上方には、研磨剤を部品の加工部分に
供給可能な研磨剤供給孔を有する研磨剤供給部１６が配
設されている（図１）。

【００２３】タレット２は、円板状の刃物台２１と、刃
物台２１の周面に略等角度間隔で取り付けられた複数の
保持具２２と、刃物台２１をその中心部で水平に軸支し
て回動させるタレット回動手段２３と、刃物台２１をタ
レット回動手段２３とともに略垂直に昇降させるタレッ
ト昇降手段２４とからなる。保持具２２には直径、先端
の形状が異なる研削用工具が着脱可能に保持されてい
る。

【００２４】照射部３はハロゲンランプ３１からなり、
このハロゲンランプ３１はチャック１２に固定された部
品１００に対し、その照射方向が貫通孔１１０の軸線に
略直交するよう近接して配置される。撮像部４は、ＣＣ
Ｄカメラ４１と、ＣＣＤカメラ４１の光軸と共軸に取り
付けられた顕微鏡４２からなり、光軸方向に水平移動可
能な図示しない水平移動手段に保持されている。この水
平移動手段は、撮像部４を貫通孔１１０の軸線Ａに略直
交する方向から部品１００を透過してこの貫通孔１１０
を撮像可能な位置に配置する。ここでは、照射部３と撮
像部４とが部品１００を介して共軸となるよう対向位置
に配置される。撮像部４はさらに、計測部８の画像入力
ボード４３に接続されている。

【００２５】計測部８は画像入力ボード４３と画像処理
部４９を備え、さらにディスプレイ４７及びプリンタ４
８が接続される。画像入力ボード４３は、Ａ／Ｄ変換器
４４、フレームメモリ４５、Ｄ／Ａ変換器４６を有す
る。ディスプレイ４７は、ＣＣＤカメラ４１により得ら
れる原画像と、この原画像を画像処理して得られる処理
画像と、測定部分の寸法データを表示可能なＣＲＴであ
る。画像入力ボード４３に画像が取り込まれる過程は、
顕微鏡４２を介してＣＣＤに結像した像をＮＴＳＣ規格
（National Television System Committee）のＲＧＢセ
パレート信号の形でＣＣＤカメラ４１から出力し、Ａ−
Ｄ変換器４４によりディジタル化されフレームメモリ４
５に送られる。フレームメモリ４５はＤ−Ａ変換器４６
を介してディスプレイ４７に接続され、その内容は常時
ディスプレイ４７に表示可能である。なお、ＣＣＤカメ
ラ４１とフレームメモリ４５との間には図示しない同期
信号調整装置が介接されている。画像処理部４９は撮像
された画像を画像処理し、部品の切削寸法を計測する。
制御部６は計測寸法に基づき各要素を制御する。

【００２６】オートフィーダ５は、アーム５１と、アー
ム５１の一端に取り付けられ加工対象部品を空気圧によ
り把持し、さらに解放するピックアップ５２と、アーム
５１の他端を支持しピックアップ５２を所定の角度位置
に配置させるアーム回動手段５３とからなる。ピックア
ップ５２はエアチューブ及びエアシリンダを含むピック
アップ駆動部５４に接続されている。一方、アーム回動
手段５３はアーム駆動部５５に接続されている。このよ
うな構成により、例えば、加工前部品のトレイ５６で搬
送された加工前部品１００Ａをピックアップ５２により
チャック１２まで搬入し、加工済部品１００をチャック
１２から加工済部品のトレイ（図示せず）まで搬出する
ことができる。

【００２７】図６は自動加工機１０の制御ブロック構成
図である。自動加工機１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡ
Ｍ、タイマー、カウンター等を有するマイクロコンピュ
ータを有している。制御部６には、図示しないキー入力
部６１、オートフィーダ５、チャック１２、Ｘ軸テーブ
ル１４、Ｙ軸テーブル１５、研磨剤供給部１６、タレッ
ト回動手段２３、タレット昇降手段２４、ハロゲンラン
プ３１、ＣＣＤカメラ４１、画像入力ボード４３、ディ
スプレイ４７、プリンタ４８、画像処理部４９が接続さ
れている。

【００２８】自動加工機１０による部品１００Ａに対す
る貫通孔１１０の切削加工の手順を、図７のフローチャ
ートに基づいて説明する。まず、自動加工機１０のキー
入力部６１における部品コードの入力、工具と部品１０
０Ａの穴あけ軸中心位置とを一致させるためのＸ軸及び
Ｙ軸テーブル１４，１５の位置決め等の初期設定を行
う。次にオートフィーダ５のピックアップ駆動部５４及
びアーム駆動部５５を駆動して加工前部品のトレイ５６
からチャックに１個の部品１００Ａを搬入する。チャッ
ク開閉部１７を駆動させてチャック１２に部品１００Ａ
を把持させると、次にチャック回転台１３により部品１
００Ａを固定したチャック１２を回転させる。

【００２９】ハロゲンランプ３１の光は、部品１００Ａ
の一方の側面から部品１００Ａの内部に入射され、貫通
孔１１０を透過して対向する他方の側面から出射され
る。このとき、出射光は、貫通孔１１０の内側を通過し
た光と貫通孔１１０の外側を通過した光との間で明暗差
が生じ、その境界に貫通孔１１０の断面の輪郭線を鮮明
に形成する。

【００３０】次に顕微鏡４２の像を結像させＣＣＤカメ
ラ４１により倍率２００倍あるいは４００倍の像を原画
像として撮像する。このとき、部品１００Ａを透過して
貫通孔１１０の断面を撮ることになるが、部品１００Ａ
内での複屈折により像が２重に見るのを防止するため、
部品１００Ａと顕微鏡４２の対物レンズの間に偏光フィ
ルタが挿入される。ＣＣＤカメラ４１の出力は、一画面
が512 ×512 画素の大きさで、濃度階調ＲＧＢ各８ビッ
ト（256 階調）のカラー画像として画像入力ボード４３
に取り込まれる。

【００３１】次に、具体的な画像処理部４９の処理につ
いて説明する。図８に示すフローチャートにより、測定
基準点を設定するまでの画像処理工程について説明す
る。まず、入力された原画像に対し２次微分フィルタ
（ＫＮＮメディアンフィルタ）により着目している画素
及びその周辺の画素に濃度に基づく重み付けを行い、中
心の画素と濃度差がより小さい周辺の画素のうちのＫ個
を選び、選ばれた画素の濃度の中央値で中心の画素の濃
度値を置き換える操作を行う。さらに、平滑フィルタを
用いることにより前記操作で得られたエッジを保存しな
がら雑音を除去する。

【００３２】次に、得られた画像に対してモード法を用
いて閾値を設定する。ここでは画像の濃度ヒストグラム
を作り、その対象物領域のピークと背景領域のピークの
間の谷の底を閾値Ｔとして選ぶ。ここでは、閾値Ｔ以上
の値を255 、閾値Ｔ未満の値を０として２値化を行う。
上記画像の明度値ｆ（ｍ，ｎ）とすると、２値化画像ｂ
ｉｍ（ｍ，ｎ）は次式で求まる。

【００３３】

【数１】

【００３４】次に２値化を行った画像に対し、明度値25
5 の領域をラベル付けし、面積の違いによって、背景内
の微小領域を削除する。次に貫通孔１１０の抽出を行っ
た画像を１画素ずつ膨張させ、その後１画素ずつ縮小さ
せることにより所定の大きさの雑音を消去する。上記の
膨張、縮小させた結果を元の図形から引き、所定幅以内
の突出している部分を取り出すことにより貫通孔１１０
の寸法測定領域のエッジのスムージングが行われる。ス
ムージングの処理により得られたエッジ画像を図９に示
す。

【００３５】次に得られたエッジ画像に基づき寸法測定
のための測定基準点を求める。図１０に示す座標のグラ
フにもとずき説明する。図１０は、図９の画像の左側の
エッジのｘ座標の値（下側の曲線）と、設定値511 から
エッジのｘ座標の値をマイナスした値（上側の曲線）の
グラフである。まず、上側の曲線について、ｘ座標の値
が最も小さくなるｙ座標の位置を求める。次に、下側
の曲線で谷となる位置、のｙ座標を求める。上記操
作を右側のエッジについても行い、左側のエッジと合わ
せて６か所の測定基準点を得る（図１１）。寸法の測定
は、基準点間のｘ方向またはｙ方向の座標の差から画素
数を求め、予め調べておいた１画素あたりの実際の長さ
を用いて実際の寸法を求める。

【００３６】次に、タレット昇降手段２４を駆動して原
点からタレット２の下降を開始する。なお、刃物台２１
の下部に位置する保持具２２には予め設定された第１工
具t1が取り付けられている。第１工具t1は、例えばその
先端角が比較的小さい研削工具（砥石）であり、円形凹
部１１０ａから湾曲縁部１１１の原形を形成するために
貫通孔１１０の開口周縁角部をその刃部で開削しながら
下方へ微小移動する。部品１００の切削部分、すなわち
工具の先端と部品１００との境界は処理画像及びこの処
理画像に重ねられたスケール上で、前記測定基準点から
予め設定された第１切り込み位置までの距離及びこの距
離と切削速度に基づく第１工具t1の切削時間がリアルタ
イムで表示される。工具t1の切削時には研磨剤供給部１
６より所定量の研磨剤が研磨剤供給部１６から加工部分
に供給される。この研磨剤が部品１００の加工面に付着
して部品１００の加工部分の画像輪郭を歪めるが、研磨
剤の層厚が経験値として画像上の測定寸法から差し引か
れる。

【００３７】仕上げ削り代として所定の切込み量を残し
第１工具t1による規格寸法値と処理画像における測定値
が一致すると第１工具t1の移動を停止する。次に、タレ
ット昇降手段２４を駆動してタレット２を上昇させ、タ
レット回動手段２３を駆動して刃物台２１を回動させて
第２工具t2を稼動位置に配置させ、タレット昇降手段２
４を駆動して原点からタレット２の下降を開始する。第
２工具t2は、例えば、その先端角が第１工具t1より大き
いドリルである。そして、上記と同様の動作により、第
２工具t2による規格寸法値と処理画像における測定値と
が一致するまで第２工具t2を移動させる。さらに、上記
同様に刃物台２１に装着された第３工具t3を用いて仕上
げを行う。

【００３８】このようにして貫通孔１１０上部の開口周
縁角部の加工が終了すると、次に、貫通孔１１０下部の
開口周縁角部の加工を上記と同様の工程により行う。そ
のため、貫通孔１１０の開口周縁角部の上部についての
み加工が終了した仕掛部品１００を反転して加工機１０
に固定する。この反転工程は、オートフィーダ５で仕掛
部品１００を解放されたチャック１２から搬出して一
旦、中間トレイに貯め、人手によりあるいは反転機構を
有する流路を通過させた後、再度オートフィーダ５で仕
掛部品１００をチャック１２に搬入する。

【００３９】上記した画像処理に基づく貫通孔１１０の
各寸法測定部分について寸法測定を行い、仕上げられた
部品１００の合否を判定する。各寸法測定部分について
の測定手法を以下に示す。内径Ｄ図１２はフローチャートである。まず測定基準点に基づ
いて始線を指定する。次に、画像の縦の座標が、それぞ
れｉ、ｉ＋２０、ｉ＋４０において、画素の明度値が２
５５どうしの間の幅である、横幅width 〔ｉ] 、width
〔ｉ＋２０] 、width 〔ｉ＋4 ０] を求める。それぞれ
の横幅の差を求め、その値が所定２画素以内（例えば２
画素以内）ならばそこを内寸測定場所と判定し、width
〔ｉ＋２０] をデータとして抽出する。次に、ｉを所定
画素（例えば）３画素下方へシフトした後、上記した処
理を２０回行い、２０回ともwidth 〔ｉ＋２０] を抽出
したらその平均をとり内径Ｄとする。測定範囲の位置を
示すために始点ａ₁と終点ｂ₁を表示する。測定後の画像
を図１３に示す。

【００４０】曲率ｒ1 及びｒ2 曲率Ｒ、曲率ｒ1 及びｒ2 は、完全円ではないので、円
形度の高い部分を抽出してその半径を求めなければなら
ないが、このシステム１０では部品支持部２に固定され
た部品がＣＣＤカメラに対して一定の方向で固定される
ので、前記した円形度の高い部分を同一の位置において
撮像できる。まず、測定基準点に基づいて始線と終点を
指定し、その範囲内で、図１４に示すように一定方向か
らラスタ走査を行ない、図１５で示すように境界上の３
点Ａ、Ｂ、Ｃを求める。

【００４１】すなわち、外縁部１１１ａ、１２１ａが予
め設定された定位置にセットされた後、図１４で示すよ
うに一定方向からラスタ走査を行ない、図１５で示すよ
うにラスタ走査により得られた境界上の３点Ａ、Ｂ、Ｃ
を求める。次にこれら３点Ａ、Ｂ、Ｃより幾何学的に中
心を求める。すなわち、中心は線分ＡＢ及びＢＣの各垂
直二等分線の交点から得られる。この操作を２０回繰り
返し行ない、最大値と最小値を除く値で平均値をとりそ
の値をｒ1 及びｒ2 の曲率半径とする。測定範囲の位置
を示すために始点ａ₂と終点ｂ₂を表示する。測定後のｒ
1 及びｒ2 の画像を図１６に示す。なお、曲率Ｒも同様
の手法で求めることができる。

【００４２】上部外径ｄ1 上部外径ｄ1 を測定するために、図１７及び図１８に示
した測定部位の左右の部分を含む２枚の画像を使用す
る。これは、曲率Ｒの値を利用するためであって１枚の
画像では凹部１０１ａから切り出せる部分が狭すぎるか
らである。まず、上記した曲率Ｒの測定方法でこの曲率
Ｒを測定し、このＲ上をたどっていきＲ上でない点であ
る変曲点を求める。左部分の画像（図１７）では、変曲
点から遠位の内郭、すなわち、貫通孔１１０の右側壁面
までの距離を求める。右部分の画像（図１８）では、変
曲点から近位の内郭、すなわち、貫通孔１１０の右側壁
面までの距離を求める。次に、得られた左右の画像にお
ける上記の距離を加算して上部外径ｄ1 とする。測定範
囲の位置を示すために変曲点Ｃ₁，Ｃ₂及び内郭Ｃ₃，Ｃ₄
を経線で表示する（図１９及び図２０）。

【００４３】下部外径ｄ2 原画像において始線と終点を指定し、その範囲内で、画
像の縦の座標ｉにおいて画素の明度値が２５５どうしの
間の幅である、横幅width 〔ｉ] を測定し、その最大値
を下部外径ｄ2 とする。測定範囲の位置を示すために始
点ａ3 と終点b3を表示する。下部外径ｄ2 測定後の画像
を図２１に示す。

【００４４】貫通孔高さＳ上記した上部外径ｄ1 及び下部外径ｄ2 の測定で得られ
る上外部変曲点１１１ｏ及び下外部変曲点１１２ｏの距
離を求めて貫通孔高さＳとする。

【００４５】上記した実施の形態において自動加工機１
０は、ＣＣＤカメラ４１が切削加工部分の軸線に略直交
する方向から透明部品１００を透過して貫通孔１１０を
撮像するため、部品１００に工具t を移動させて切削加
工を行いながら、この切削加工部分をリアルタイムで測
定し、この測定結果に基づいて工具の移動を制御でき
る。また、切削加工の際に部品１００を回転させながら
この部品に工具を移動させる場合であっても、同様の測
定が可能である。

【００４６】また、部品１００の透明性を利用して、部
品１００に形成された貫通孔１１０の軸線Ａに略直交す
る方向から部品１００を透過してその貫通孔１１０を撮
像することにより、貫通孔１１０の内側を通過した光と
貫通孔１１０の外側を通過した光との強さに大きな差異
を付けることができ、それによって貫通孔１１０の輪郭
線を鮮明に撮像できる。ＣＣＤカメラ４１が貫通孔１１
０の軸線Ａに略直交する方向から部品１００を透過して
貫通孔１１０を撮像するため、貫通孔１１０の軸線Ａに
沿う任意の高さで口径を測定できる。このため、貫通孔
１１０の軸線Ａ方向から撮像すれば１つの画像上で重な
ってしまう同径の部分、すなわち、湾曲縁部１１１、１
１２及びその測定基準点となる変曲点１１１ｉ、１１１
ｏ、１１２ｉ及び１１２ｏを、それぞれの部分の画像を
個々に得ることができるので、画像処理が著しく簡略化
される。オートフィーダ５を備えているので、部品１０
０の搬入出に要する時間が大幅に短縮される。

【００４７】

【発明の効果】この発明の自動加工機によれば、撮像部
が切削加工部分の軸線に略直交する方向から実質的に透
明体からなる加工対象部品を透過してこの孔部を撮像す
るため、加工対象部品に工具を移動させて切削加工を行
いながら、この切削加工部分をリアルタイムで測定し、
この測定結果に基づいて工具の移動を制御できる。ま
た、切削加工の際に部品を回転させながらこの部品に工
具を移動させる場合であっても、同様である。さらに、
切削加工部分が透明体からなる部品に形成された有底の
くぼみであったり、複雑な形状であっても孔部の軸線に
沿う任意の高さで断面を得ることができるので、正確な
自動加工が可能となる。

【００４８】作業者は、自動加工機を始動した後、他の
作業との兼務ができるので生産性が向上する。また、作
業者の熟練度、疲労等に起因する仕上がりのばらつきを
低減できる。。この発明により、透明な部品に対する切
削加工を高速かつ高精度で行える自動加工機を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一つの実施形態による自動加工機の
概略構成図。

【図２】図１の自動加工機により加工される部品の一例
を示す、加工前の断面図。

【図３】図２の部品の加工後の断面図。

【図４】図３の部品の加工部分を示す要部拡大図。

【図５】図１のチャック部分を示す拡大平面図。

【図６】図１の自動加工機の制御ブロック図。

【図７】図１の自動加工機による加工の概略を説明する
フローチャート。

【図８】画像処理の一部を説明するフローチャート。

【図９】取り込まれた図３の貫通孔部分のエッジ画像の
コピー。

【図１０】測定基準点の求め方を説明するための画像上
の座標グラフ。

【図１１】得られた測定基準点を示すエッジ画像のコピ
ー。

【図１２】図３の部品の貫通孔の内径を求める方法を説
明するフローチャート。

【図１３】内径を求めた画像処理後の画面のコピー。

【図１４】図２の部品の貫通孔の湾曲縁部の曲率を求め
る方法を説明する図。

【図１５】図２の部品の貫通孔の湾曲縁部の曲率を求め
る方法を説明する図１４に続く図。

【図１６】湾曲縁部の他部分における曲率を求めた画像
処理後の画面のコピー。

【図１７】図２の部品の貫通孔の上部外径の曲率を求め
る画像処理の画面のコピー。

【図１８】図２の部品の貫通孔の上部外径の曲率を求め
る画像処理の画面のコピー。

【図１９】図２の部品の貫通孔の凹部の曲率を求める画
像処理後の画面のコピー。

【図２０】図２の部品の貫通孔の凹部の曲率を求める画
像処理後の画面のコピー。

【図２１】図２の部品の貫通孔の下部外径の曲率を求め
た画像処理後の画面のコピー。

【符号の説明】

２タレット（工具固定手段）３照射部４撮像部７制御部８計測部１０自動加工機１２チャック（部品固定手段）１３チャック回転台（相対移動手段）２４タレット昇降部（相対移動手段）３１ハロゲンランプ４１ＣＣＤカメラ１００透明部品１１０貫通孔１１１湾曲縁部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実質的に透明体からなる加工対象部品を
固定する部品固定手段と、この部品固定手段に固定され
た前記部品に切削加工を施すための工具を着脱可能に固
定する工具固定手段と、この工具固定手段に固定された
工具と部品固定手段とを相対移動させて所定の切削加工
を施す相対移動手段と、この相対移動手段により切削加
工が施された部品の切削加工部分を外方から照らす照射
部と、切削加工部分の切削深さ方向の軸線に略直交する
方向から部品を透過して切削加工部分を所定の倍率で撮
像する撮像部と、撮像画像を原画像として取り込み、こ
の原画像に画像処理を施して切削加工部分の処理画像を
作成し、この処理画像から寸法を測定する計測部と、こ
の測定された寸法に基づいて次の切削加工を実行又は停
止するよう相対移動手段に作動を指令する制御部とから
なる自動加工機。
【請求項２】部品固定手段が加工対象部品を把持する
チャックと、その回転駆動部とからなり、前記チャック
が加工対象部品の切削加工部分の撮像を妨げないよう切
り欠きを有する請求項１に記載した自動加工機。
【請求項３】部品固定手段が加工対象部品を把持する
チャックと、その回転駆動部とからなり、チャックが複
数の部品把持用の可動爪を有し、照射部が前記可動爪の
うち隣接する１対の可動爪の間から部品を透過して切削
加工部品を照射し、撮像部が照射された部品の切削加工
部分を部品を透過し他の隣接する可動爪の間から撮像し
てなる請求項１に記載した自動加工機。
【請求項４】工具固定手段が、複数の工具を、それら
の工具のうちの所望の１つの工具を選択的に部品の加工
部分に対向配置させるべく移動可能に固定してなるタレ
ットからなる請求項１に記載した自動加工機。
【請求項５】切削加工が、孔部の切削加工または／及
び孔部の開口周縁部の研削加工からなる請求項１に記載
した自動加工機。
【請求項６】制御部が、測定された寸法を予め設定さ
れた値と比較し、切削加工を更に必要とする場合に次の
切削加工を実行するよう指令する請求項１に記載した自
動加工機。