KR20190109454A - 절삭 공구 날의 특징짓기 - Google Patents

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프랭크 슈프스
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Abstract

절삭 공구 날의 이미지로부터 절삭 공구 날을 특징짓는 방법 및 장치가 개시된다. 칩, 균열 및 기타 공구 날 결함이 측정되어, 절삭 공구 날의 상태를 표시한다.

Description

절삭 공구 날의 특징짓기
본 발명은 절삭 공구 날(cutting tool edge)을 특징짓는(characterizing) 분야에 관한 것이다.
다결정 다이아몬드(polycrystalline diamond; PCD) 및 다결정 입방정 질화 붕소(polycrystalline cubic boron nitride; PCBN)와 같은 다결정 초경질 재료는 암석, 금속, 세라믹, 복합재료 및 목재 함유 재료와 같은 경질 또는 연마성 재료를 절삭, 기계 가공(machining), 드릴링(drilling) 또는 분해(degrading)하기 위한 다양한 공구에 사용될 수도 있다.
연마 콤팩트(abrasive compact)는 절삭, 밀링(milling), 연삭(grinding), 드릴링 및 기타 연마 작업에 광범위하게 사용된다. 이들은 일반적으로 제 2 상 매트릭스에 분산된 초경 연마 입자를 함유한다. 매트릭스는 금속 또는 세라믹 또는 서멧(cermet)일 수도 있다. 초경 연마 입자는 다이아몬드, 입방정 질화 붕소(cBN), 탄화 규소 또는 질화 규소 등일 수도 있다. 이들 입자는 일반적으로 사용되는 고압 및 고온 콤팩트 제조 공정 동안 서로 결합되어 다결정 덩어리를 형성하거나, 제 2 상 물질(들)의 매트릭스를 통해 결합되어 소결 다결정체를 형성할 수 있다. 이러한 다결정체는 일반적으로 다결정 다이아몬드 또는 다결정 입방정 질화 붕소로 알려져 있으며, 여기에는 각각 다이아몬드 또는 cBN이 초경 연마제로서 포함되어 있다.
PCBN 공구 인서트의 생산 중에 50% 이상의 비용이 연삭과 관련된다. 이 형성 단계 후에, 저 함유량 cBN 등급으로 구성된 공구의 10% 이상이 날 이빠짐(edge chipping)으로 인해 고장 난다. 품질 관리는 통상 시각적으로 이루어지는데, 이는 볼 수 있는 칩(chip; 이빠진 자국)의 크기에 의해 제한되며 주관적이다(어떤 조작자는 작은 칩을 허용할 수 있다고 판단하고, 다른 조작자는 동일한 칩을 허용할 수 없다고 판단할 수도 있다).
선택적으로, 절삭 날 칩은 도 1에 도시된 바와 같이 고배율 현미경 또는 전자 현미경을 사용하여 특징지어질 수 있다. 절삭 공구 날(1)은 현미경으로 촬상되고 칩(2)이 관찰된다. 칩을 특징짓기 위해, 제 1 접선(3)이 칩(2) 위에 그려지는데, 그렇지 않으면 이빠지지 않은 날(unchipped edge)이 보일 수도 있다. 평행한 제 2 접선(4)이 칩(2)의 가장 깊은 지점에 그려진다. 제 1 접선(3)과 제 2 접선(4) 사이의 거리는 칩의 깊이를 추정하는 데 사용된다. 이것은 한 번에 하나의 칩만을 분석하고 주관적인 조작자의 입력에 의존하며 하나의 칩을 특징짓는 데 몇 분이 걸리는 수동 처리이다.
공구의 절삭 날을 특징짓기 위한, 그리고 특히 공구의 절삭 날의 하나 이상의 칩 또는 다른 기하학적 결함을 특징짓기 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이 목적이다.
제 1 태양에 따르면, 절삭 공구 날을 특징짓는 방법이 제공된다. 본 방법은 절삭 공구 날의 이미지를 획득하는 것을 포함한다. 절삭 공구 날이 이미지 내에서 위치 특정된다. 절삭 공구 날의 중심점이 결정되고, 절삭 공구 날은 중심점으로부터 위치 특정된 절삭 공구 날까지의 거리를 복수의 각도에서 결정함으로써 특징지어진다. 이 방법의 장점은 가시적인 모든 결함들이 식별될 수 있고 이들의 기하 구조 및 치수와 관련하여 정확하게 특징지어질 수 있다는 것이다.
절삭 공구 날을 위치 특정하는 예시적인 방법은 이미지를 임계값 처리(thresholding)하는 것, 및 캐니 에지 검출 알고리즘(Canny edge detection algorithm)을 적용하는 것을 포함한다.
선택 사항으로서, 절삭 공구 날의 중심점을 결정하는 것의 단계는 절삭 공구 날의 만곡 부분의 곡률 반경의 중심점을 결정하는 것을 포함한다. 또 다른 선택 사항으로서, 만곡 부분은 실질적으로 원형이다.
또 다른 선택 사항으로서, 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
(ⅰ) 절삭 공구 날의 만곡 부분의 양측에 위치된 절삭 공구 날의 제 1 및 제 2 선형 부분을 식별하는 단계;
(ⅱ) 이미지에서 y 방향에 대한 제 1 및 제 2 선형 부분 각각의 각도를 결정하는 단계;
(ⅲ) 제 1 및 제 2 선형 부분의 각도가 동등하지 않은 경우, 이미지를 회전시키는 단계; 및
(ⅳ) 제 1 및 제 2 선형 부분의 각도가 동등해질 때까지 단계 (ⅱ) 및 (ⅲ)을 반복하는 단계.
또 다른 선택 사항으로서, 본 방법은 다음에 의해 절삭 공구 날의 만곡 부분의 곡률 반경의 중심점을 결정하는 단계를 포함한다:
중심점이 그 위에 위치되는 중심선을 결정하기 위해 선형 부분들이 교차할 때까지 선형 부분들을 외삽하는(extrapolating) 것, 및
절삭 공구의 곡률 반경을 결정하기 위해 절삭 공구 날 주위의 영역 내에 포물선을 내삽하는(interpolating) 것.
본 방법은 선택적으로, 중심점으로부터 위치 특정된 절삭 공구 날까지의 거리와 곡률 반경에 의해 결정되는 중심점으로부터 절삭 공구 날의 만곡 부분까지의 거리 간의 차이를 계산하는 것을 포함한다. 또 다른 선택 사항으로서, 계산된 차이는 중심축에 대한 각도에 대해 플로팅된다(plotted).
선택 사항으로서, 모따기 각도(chamfer angle) 및 지그 각도(jig angle) 중 임의의 것을 보정하기 위해, 위치 특정된 절삭 공구 날의 위치에 적어도 하나의 보정이 적용된다.
절삭 공구 날의 이미지는 선택적으로 광학 현미경, 주사 전자 현미경 및 심도 합성 이미징(focus stacking imaging) 기술 중 임의의 것을 사용하여 획득된다.
절삭 공구는 선택적으로 다결정 입방정 질화 붕소, 다결정 다이아몬드, 초경 탄화 텅스텐(cemented tungsten carbide), 공구강, 단결정 다이아몬드, 다이아몬드 입자 및 입방정 질화 붕소 입자 중 임의의 것을 포함한다.
제 2 태양에 따르면, 절삭 공구 날의 특징짓기를 실행하도록 구성된 컴퓨터 장치가 제공된다. 컴퓨터 장치는 절삭 공구 날의 이미지를 획득하도록 마련된 이미지 입력 장치를 구비한다. 프로세서는 절삭 공구 날을 이미지 내에서 위치 특정하도록 구성된다. 프로세서는 추가로 절삭 공구 날의 중심점을 결정하도록 구성된다. 프로세서는 추가로, 중심점으로부터의 복수의 각도에서, 중심점으로부터 위치 특정된 절삭 공구 날까지의 거리를 결정함으로써 절삭 공구 날을 특징짓도록 구성된다.
선택 사항으로서, 프로세서는 이미지를 임계값 처리하는 것 및 캐니 에지 검출 알고리즘을 적용하는 것 중 임의의 것에 의해 절삭 공구 날을 위치 특정하도록 구성된다.
선택 사항으로서, 프로세서는 절삭 공구 날의 만곡 부분의 곡률 반경의 중심점을 결정함으로써 절삭 공구 날의 중심점을 결정하도록 구성된다.
또 다른 선택 사항으로서, 프로세서는 추가로 하기의 단계들을 실행하도록 구성된다:
(ⅰ) 절삭 공구 날의 만곡 부분의 양측에 위치된 절삭 공구 날의 제 1 및 제 2 선형 부분을 식별하는 단계;
(ⅱ) 이미지에서 y 방향에 대한 제 1 및 제 2 선형 부분 각각의 각도를 결정하는 단계;
(ⅲ) 제 1 및 제 2 선형 부분의 각도가 동등하지 않은 경우, 이미지를 회전시키는 단계; 및
(ⅳ) 제 1 및 제 2 선형 부분의 각도가 실질적으로 동등해질 때까지 단계 (ⅱ) 및 (ⅲ)을 반복하는 단계.
또 다른 선택 사항으로서, 프로세서는 추가로, 중심점이 그 위에 위치되는 중심선을 결정하기 위해 선형 부분들이 교차할 때까지 선형 부분들을 외삽하는 것, 및 절삭 공구의 곡률 반경을 결정하기 위해 절삭 공구 날 주위의 영역 내에 포물선을 내삽하는 것에 의해, 절삭 공구 날의 만곡 부분의 곡률 반경의 중심점을 결정하도록 마련된다.
또 다른 선택 사항으로서, 프로세서는 추가로, 중심점으로부터 위치 특정된 절삭 공구 날까지의 거리와 곡률 반경에 의해 결정되는 중심점으로부터 절삭 공구 날의 만곡 부분까지의 거리 간의 차이를 계산하도록 구성된다.
또 다른 선택 사항으로서, 프로세서는 계산된 차이를 중심축에 대한 각도에 대해 플로팅하도록 추가로 구성되고, 컴퓨터 장치는 플롯을 출력하도록 구성된 출력 장치를 추가로 포함한다.
선택 사항으로서, 프로세서는 모따기 각도 및 지그 각도 중 임의의 것을 보정하기 위해, 위치 특정된 절삭 공구 날의 위치에 적어도 하나의 보정을 적용하도록 구성된다.
제 3 태양에 따르면, 컴퓨터 장치에서 실행될 때, 컴퓨터 장치가 제 1 태양에서 기술한 바와 같은 방법을 실행하게 하는 컴퓨터 판독 가능 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
제 4 태양에 따르면, 컴퓨터 판독 가능 매체 및 제 3 태양에서 기술한 바와 같은 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공되며, 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된다.
이제, 비한정적인 실시예들에 대해 하기와 같은 첨부 도면을 참조하여 예로서 기술할 것이다:
도 1은 절삭 공구 날에서 관찰된 칩의 깊이를 측정하기 위한 공지 기술을 도시하고;
도 2는 예시적인 절삭 공구 날을 도시하고;
도 3은 예시적인 절삭 공구 날의 좌표의 플롯이고;
도 4는 도 2의 절삭 공구 날을 도시하는 것으로서, 절삭 공구 날에 대한 곡률 반경의 중심점 및 중심축을 찾는 기술을 설명하고;
도 5는 절삭 공구 날(5)의 곡선의 중심점으로부터의 각도 및 복수의 각도 위치에서의 거리(r)를 나타내는 플롯이고;
도 6은 절삭 공구 날의 곡선의 중심점으로부터의 각도에 대한 거리의 변화의 선형 플롯으로 표현된 도 5의 데이터를 나타내는 그래프이고;
도 7은 절삭 공구 날을 특징짓기 위한 방법의 예시적인 단계들을 나타내는 흐름도이고;
도 8은 절삭 공구 날을 특징짓기 위한 장치를 개략적으로 블록도로 도시한다.
본 발명자들은 절삭 공구 날의 임의의 칩 또는 다른 표면 결함에 대한 데이터를 특징짓는 것을 포함하는, 절삭 공구 날을 특징짓는 완전히 다른 방법을 확립했다.
본 명세서의 도 2에 도시된 바와 같이, 절삭 공구 날(5)의 평면도 이미지가 획득된다. 도 2의 이미지에서, 더 어두운 영역(6) 및 더 밝은 영역(7)이 도시되어 있다. 측면도(도시 생략)에서, 절삭 공구 날은 모따기되고, 더 어두운 영역(6)은 모따기된 부분을 나타낸다. 연삭 처리 중에 발생된 작은 칩(8)이 절삭 공구 날(5)에 나타나 있다.
이미지는 충분한 콘트라스트, 피사계 심도, 각도 등에 의해 절삭 공구 날(5)로부터 주변 영역으로의 충분한 명/암 전이를 지니고 있는 것이 중요하다. 광학 현미경을 사용하여 이미지를 찍는 것의 단점은 고배율에서의 제한된 피사계 심도이다. 일부 광학 현미경에 의하면 심도 합성 이미지(focus stacked image)를 얻을 수 있으며, 이에 의해, 고배율에서 모든 피사계 심도에 이미지의 초점을 맞출 수 있으므로, 날 이빠짐이 자세히 드러난다. 취득 설정 데이터(acquisition settings data)를 저장할 수 있으므로, 동일한 설정을 후속 이미지의 캡처에 사용하여 분석의 일관성을 향상시킬 수 있다.
비교적 낮은 상부의 광에 대한 배면 조사광(back illuminated light)은 이미지 분석을 위한 절삭 공구 날(5)의 이상적인 콘트라스트를 제공한다.
광학 현미경 사용법 및 주사 전자 현미경 사용법을 포함하여 임의의 적절한 이미징 기술이 사용될 수 있음을 유의해야 한다.
일단 이미지가 획득되면, 처리의 다음 단계는 이미지로부터 절삭 공구 날(5)의 (픽셀 공간에서의) 좌표를 추출하는 것이다. 이를 실행하는 예시적인 방법은 단순한 흑/백 전이에 대한 이미지를 분석하는 것이지만, 캐니 에지 검출과 같은 다른 에지 검출 기술이 사용될 수도 있다. 이것은 이미지를 임계값 처리하여, 즉, 특정 임계값 초과의 명도를 갖는 모든 픽셀을 백색으로 변환하고, 특정 임계값 이하의 명도를 갖는 모든 픽셀을 흑색으로 변환함으로써 얻어진다. 이것이 뚜렷하고 고 콘트라스트의 이미지가 처음에는 유익한 이유이다.
이미지들의 명도와 채도가 다를 수도 있으므로, 이미지가 임계값 처리될 때에 절삭 공구 날(5)의 위치를 가장 정확하게 반영하기 위해 일부 조작자 입력이 허용될 수도 있다.
임계값 처리는 이미지의 각 픽셀에 대한 참/거짓(백/흑) 값을 포함하는 전자 파일을 제공한다. 날 자취(edge trace)를 발견하는 예시적인 방법은, 각각의 행 또는 열을 따라 진행하고 시작점이 무엇이었는지에 따라 백/흑으로부터 흑/백으로의 픽셀 전이를 찾는 것이다. 그러나, 이 기술은 임계값 처리 잡음에 민감하고(예컨대, 배경이 균일하지 않은 경우), 비교적 느리다.
대안으로서 선호되는 기술은 단일 라인 스캔을 사용하여 흑색이 백색으로 전이되는 날에서 초기점(initial point)을 찾고 그 후에 초기점 부근에서 이 점의 양측을 검색하는 것이다. 이는 절삭 공구 날(5)이 임계값 처리된 이미지에서 다소 연속적일 것으로 예상된다는 사실에 의존한다. 검색 범위는 이전 라인의 10 픽셀 이내이며 전이가 발견되지 않으면 10 픽셀씩 증가한다. 이것은 에지로부터 멀어진 잡음이 추적 알고리즘에 의해 감지되지 않음을 의미한다.
불리언 플래그(Boolean flag)는 이미지가 위에서 아래로, 아래에서 위로, 왼쪽에서 오른쪽으로 또는 오른쪽에서 왼쪽으로 검색되어야 하는지, 즉, 절삭 공구 날(5)에서의 전이가 어느 방향에서 가장 뚜렷한지를 나타내는 데 사용된다. 이미지 데이터 및 기타 관련 입력들은 그에 따라 변경된다.
이 기술은 절삭 공구 날(5)의 새로운 점들이 발견되는 경우 반복된다. 이 처리의 결과는 도 3에 도시된 바와 같이 절삭 공구 날(5)의 (x, y) 좌표가 발견되어 플로팅될 수 있다는 것인데, 도 3은 절삭 공구 날(5)의 위치를 이미지에서의 x 방향 및 y 방향의 픽셀의 관점에서 플로팅한 것이다.
일단 절삭 공구 날(5)의 좌표가 얻어지면, 어떤 이미지 처리가 필요하다. (x, y) 좌표는 절삭 공구 날(5)의 곡률 중심을 원점으로 한 극좌표(r, θ)로 변환된다. 절삭 공구 날(5)의 곡률 중심을 찾으려면 데이터의 후처리가 필요하다. 하기의 설명은 절삭 공구 날(5)의 만곡 부분이 원형의 기하 구조를 갖는 것으로 가정하지만, 다른 기하 구조가 사용될 수도 있음을 유의해야 한다.
절삭 공구 날(5)의 곡률 중심점을 찾기 위해서는, 이미지에서 절삭 공구의 모든 회전을 보정해야 한다. 절삭 공구를 현미경 관찰 창과 동일 평면에 위치시키기가 어렵기 때문에 이미지 프레임에 대해 회전될 수도 있다. 중심점 검색을 용이하게 하기 위해, 이미지는 (x, y) 공간에서 회전된다.
본 명세서의 도 4를 참조하면, 노즈 반경(nose radius)의 양측의 플랭크(flank)(9, 10)는 직선이며 중심축(10)에 대해 동등한 각도를 갖는다. 이러한 정보는 절삭 공구의 회전을 보정하는 데 사용될 수 있다. 사용자 입력은 직선 플랭크(9, 10)가 위치되고 이미지에서 볼 수 있는 이미지의 종단면을 결정하는 데 필요할 수도 있다. 상부 및 하부 플랭크 상의 이들 점의 선형 회귀는 직선 플랭크(9, 10)의 각도(α, α')에 대한 값을 제공하고, 따라서 이미지의 y 방향에 대한 이들 플랭크의 각도를 제공한다. 각도(α, α')가 동등하지 않으면, 각도(α, α')가 동등해질 때까지 이미지가 원점을 중심으로 회전한다. 회전 방향은 상대 크기에 따라, 그리고 노즈가 이미지에서 위를 향하고 있는지 아니면 아래를 향하고 있는지에 따라 다르다.
플랭크가 보이지 않는 경우 위의 단계를 실행할 필요는 없지만 회전을 보정하면 후속 분석의 정확도가 향상됨을 유의해야 한다.
일단 이미지 회전이 보정되면, 직선 플랭크(9, 10)에 선을 외삽하는 것은 외삽된 선들의 교차점에서 절삭 공구 날의 중심축(11)을 제공한다. 대신에 사용자가 절삭 공구 날의 중심축(11)을 시각적으로 결정하고 표시할 수는 있지만 이는 정확도가 떨어지는 것으로 나타났다.
절삭 공구 날의 곡률의 중심점(12)은 삼각법을 사용하여 결정된다: 두 반경(r, r') 사이의 각도(중심축(11)을 찾을 때 계산된 두 개의 플랭크 사이 각도의 절반)의 코사인은 반경을 교차점으로부터 중심점(12)까지의 거리로 나눈 값과 동일하다. 후자의 거리는 반경(r)과 교차점으로부터 위치 특정된 절삭 공구 날(5)까지의 거리로 구성된다.
날까지의 거리를 결정하기 위해, 포물선이 x값 주위의 영역에 내삽될 수 있으며, y 좌표가 계산된다. 이는 또한 (계산된) 공구 반경(r)에 대한 값을 생성한다. 위에서 언급한 바와 같이, 이 기술은 다른 비원형의 공구 기하 구조로 확장될 수 있음을 유의해야 한다. 또한, 스플라인 기능을 적용하는 것과 같이, 절삭 공구 날(5)까지의 거리를 결정하기 위해 다른 기술이 사용될 수도 있음을 유의해야 한다.
이미지 원점을 갖는 (x, y) 픽셀 좌표는 이제 절삭 공구 날(5)의 곡률 중심(12)에서 원점을 갖는 (r, θ) 좌표로 변환될 수 있다. 거리는 계수선(graticule)으로 결정된 사용자 정의 이미지 스케일을 사용하여 변환될 수 있다.
사용자는 칩(또는 다른 표면 특징부)이 연구되어야 하는 절삭 공구 날(5)의 영역으로서 사용자에 의해 규정된 각도 범위인 연구를 위한 "관심 영역"을 규정할 수도 있다. 그에 따라 데이터가 다듬어진다. 또한, 이미지는 절삭 공구 날의 2차원 평면 투영이므로, 이미지를 얻는 동안 공구를 고정하는 데 사용되는 지그와 모따기 각도에 대한 보정이 이루어질 수도 있다. 모따기 각도 또는 공구 상의 숫돌은, 또는 칩이 있는 공구 날이 이미징 평면과 평행하지 않은 각도로 이미지를 촬영한 경우, 이러한 보정을 필요로 한다. 데이터를 정규화하기 위해, 계산된 공구 반경이 기준선으로서 차감된다. 시각화를 위해, 에지 칩(재료가 적고 r 값이 작음)이 양수 값으로 나타나도록 데이터가 반전될 수도 있다.
도 5는 절삭 공구 날(5)의 곡선의 중심점으로부터의 각도 및 복수의 각도 위치에서의 거리(r)를 나타내는 플롯이다.
도 6은 절삭 공구 날(5)의 곡선의 중심점으로부터의 각도에 대한 거리의 변화의 선형 플롯으로서 표현된 동일한 데이터이다. 이 예에서, 거리는 중심점으로부터 위치 특정된 절삭 공구 날까지의 거리와 곡률 반경에 의해 결정되는 중심점으로부터 절삭 공구 날의 만곡 부분까지의 거리 간의 차이로 표현된다. 칩(8)은 자취에서 파곡(trough)(13)으로 나타난다. 거리 0은 정규화된 중심점이다. 각도가 -40° 및 40°에 가까워지면, 원형 기하 구조에 대한 가정이 이들 각도에서는 전혀 적용되지 않거나 중심점을 결정하는 데 오류가 있었기 때문에 차이는 음의 값을 향하는 경향이 있다.
도 7은 예시적인 단계들을 나타내는 흐름도이다. 하기의 번호는 도 7의 번호에 대응한다.
S1. 절삭 공구의 이미지가 획득된다. 전술한 바와 같이, 이미지는 고 콘트라스트인 것이 바람직하다.
S2. 절삭 공구의 실제 날이 예컨대 임계값 처리에 의해 이미지 내에 위치 특정된다. 이는, 예컨대, 이미지를 흑백으로 변환하는 것에 의할 수도 있으며, 이미지의 명도와 채도에 따라 일부 사용자 입력을 필요로 할 수도 있다.
S3. 절삭 공구 날의 중심점은, 예컨대 절삭 공구 날(5)의 만곡 부분의 곡률의 중심점을 결정함으로써 결정된다. 전술한 바와 같이, 이것은 절삭 공구 날(5)의 만곡 부분의 양측의 선형 부분을 식별하고, 이들 부분의 각도를 결정하고, 필요한 경우 이미지의 회전을 보정하고, 선형 부분들의 교차점에서 중심축을 획득하는 것에 의해 결정된다. 절삭 공구 날(5)의 곡률의 중심점은 전술한 바와 같이 삼각법을 사용하여 찾을 수도 있다.
S4. 중심점으로부터의 복수의 각도에서, 중심점으로부터 위치 특정된 절삭 공구 날까지의 거리가 결정된다. 이러한 정보는 단순히 거리로 표현되거나, 중심점으로부터 위치 특정된 절삭 공구 날까지의 거리와 곡률 반경에 의해 결정되는 중심점으로부터 절삭 공구 날의 만곡 부분까지의 거리 간의 차이로 표현되거나, 또는 중심점으로부터 위치 특정된 절삭 공구 날까지의 거리와 정규화된 거리 간의 차이로 표현될 수도 있다. 이는 모따기 각도 및 지그 각도 중 임의의 것을 보정하기 위해, 위치 특정된 절삭 공구 날의 위치에 적어도 하나의 보정을 적용하는 것을 추가로 필요로 할 수도 있다.
이제 도 8을 참조하면, 예시적인 컴퓨터 장치(14)가 개략적으로 블록도로 도시되어 있다. 컴퓨터 장치는 절삭 공구 날(5)의 이미지를 얻기 위한 이미지 입력 장치(15)를 갖는다. 이것은 예컨대 현미경에 연결되는 인터페이스일 수도 있다. 선택적으로, 이것은 다른 소스로부터 이미지를 얻기 위한 장치일 수도 있다. 도 7에 도시된 단계 S1 내지 S4를 실행하기 위해 프로세서(16)가 제공된다. 사용자가 컴퓨터 장치와 상호 작용할 수 있게 하는 사용자 입력 장치(17)가 또한 제공된다. 이것은 사용자가 이미지를 선택하고, 직선 플랭크를 식별하고, 임계값을 설정하는 등의 작업을 실행하는 데 사용된다. 사용자 입력 장치(17)는 키보드, 터치 스크린, 마우스 등과 같은 표준 입력 장치의 조합일 수도 있다. 컴퓨터 장치(14)가 도 6에 도시된 바와 같은 플롯과 같은 정보를 출력하게 하기 위해 출력 장치(18)가 제공된다. 스크린 또는 프린터에 대한 인터페이스와 같은 임의의 적절한 출력 장치가 사용될 수도 있다.
단순화를 위해 단지 하나의 프로세서(16)만 기술되었지만, 통상의 기술자는 2 이상의 프로세서가 사용될 수도 있음을 알 것이다. 유사하게, 메모리와 같은 다른 부품은 별개의 물리적 메모리로서 분리될 수도 있고, 또는 분산될 수도 있다.
메모리(19) 형태의 컴퓨터 판독 가능 매체가 제공된다. 이것은 프로세서(16)에 의해 실행될 때 프로세서로 하여금 전술한 단계들을 실행하게 하는 컴퓨터 프로그램(20)을 저장하는 데 사용될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램은 선택적으로 컴퓨터 장치에 제공될 수 있는 외부 메모리(21)에 저장될 수도 있음에 유의해야 한다. 외부 메모리의 예는 CD-ROM, DVD-ROM, USB 메모리 스틱, 메모리 카드 또는 반송파를 포함한다.
만곡된 날 부분을 가진 공구 인서트의 날 이빠짐에 대한 측정 및 정량화 방법이 수립되어 시연되었다. 위에서 설명한 방법의 주요 이점은, 전자 현미경을 사용하여 이미지를 얻은 다음 도 1에 도시된 바와 같이 수동으로 접선을 적용하여 개별 칩을 정량화하는 것(이 방법은 이미지 당 30분까지도 소요될 수 있고 훨씬 더 적은 데이터를 얻을 수 있음)과 비교할 때, 이미지 당 약 30 초 정도 소요된다는 것이다.
본 방법은 연삭 작업 중의 날 이빠짐의 발생률을 측정하는 방식으로서 설명되었다. 그러나, 이것은 공구 작동 중의 이빠짐, 공구 날의 결함 등과 같은 임의의 표면 특징부를 보고 공구 날 마무리와 공구 성능 또는 공작물 특성 간의 상관 관계를 밝히는 데 사용될 수도 있음을 알 수 있다.
본 방법은 암석 또는 다른 구조물을 절삭하는 데 사용되는 도구를 포함하여 모든 유형의 절삭 공구에 사용될 수 있다.
통상의 기술자는 상이한 응용 영역들에 걸쳐서 다른 응용예 또는 기하 구조를 위해 코드가 변경될 수도 있음을 알 것이다. 본 방법은 또한 재료 거동의 보다 근본적인 영향을 밝히는 단계로 사용될 수 있다. 날 자취/칩의 푸리에 분석은 처리 조건(예컨대, 연삭 속도) 또는 재료 특성(예컨대, 입자 크기)과 관련된 빈도를 나타낼 수도 있다.
본 발명은 실시예를 참조하여 구체적으로 도시되고 기술되었지만, 통상의 기술자는 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부사항에 있어서의 다양한 변화가 이루어질 수도 있음을 이해할 것이다. 예컨대, 실시예가 초경질 상으로서 cBN을 사용하더라도, 동일한 기술이 다른 유형의 물질에 사용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (21)

  1. 절삭 공구 날을 특징짓는 방법에 있어서,
    상기 절삭 공구 날의 이미지를 획득하는 것;
    상기 이미지에서, 상기 절삭 공구 날을 위치 특정하는 것;
    상기 절삭 공구 날의 중심점을 결정하는 것; 및
    상기 중심점으로부터의 복수의 각도에서, 상기 중심점으로부터 위치 특정된 절삭 공구 날까지의 거리를 결정함으로써 상기 절삭 공구 날을 특징짓는 것을 포함하는
    방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절삭 공구 날은 상기 이미지를 임계값 처리(thresholding)하는 것 및 캐니 에지 검출 알고리즘(Canny edge detection algorithm)을 적용하는 것 중 임의의 것에 의해 상기 이미지 내에 위치 특정되는
    방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절삭 공구 날의 중심점을 결정하는 것은 상기 절삭 공구 날의 만곡 부분의 곡률 반경의 중심점을 결정하는 것을 포함하는
    방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 만곡 부분은 실질적으로 원형인
    방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    (ⅰ) 상기 절삭 공구 날의 상기 만곡 부분의 양측에 위치된 상기 절삭 공구 날의 제 1 및 제 2 선형 부분을 식별하는 것;
    (ⅱ) 상기 이미지에서 y 방향에 대한 제 1 및 제 2 선형 부분 각각의 각도를 결정하는 것;
    (ⅲ) 상기 제 1 및 제 2 선형 부분의 각도가 동등하지 않은 경우, 이미지를 회전시키는 것; 및
    (ⅳ) 상기 제 1 및 제 2 선형 부분의 각도가 동등해질 때까지 단계 (ⅱ) 및 (ⅲ)을 반복하는 것을 추가로 포함하는
    방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 중심점이 위치되는 중심선을 결정하기 위해 선형 부분들이 교차할 때까지 선형 부분들을 외삽하는(extrapolating) 것, 및
    절삭 공구의 곡률 반경을 결정하기 위해 절삭 공구 날 주위의 영역 내에 포물선을 내삽하는(interpolating) 것,
    에 의해 상기 절삭 공구 날의 상기 만곡 부분의 곡률 반경의 중심점을 결정하는 것을 추가로 포함하는
    방법.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중심점으로부터 상기 위치 특정된 절삭 공구 날까지의 거리와 상기 곡률 반경에 의해 결정되는 상기 중심점으로부터 상기 절삭 공구 날의 만곡 부분까지의 거리 간의 차이를 계산하는 것을 추가로 포함하는
    방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    계산된 차이를 중심축에 대한 각도에 대해 플로팅(plotting)하는 것을 추가로 포함하는
    방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모따기 각도(chamfer angle) 및 지그 각도(jig angle) 중 임의의 것을 보정하기 위해, 상기 위치 특정된 절삭 공구 날의 위치에 적어도 하나의 보정을 적용하는 것을 추가로 포함하는
    방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광학 현미경, 주사 전자 현미경 및 심도 합성 이미징(focus stacking imaging) 기술 중 임의의 것을 사용하여 상기 절삭 공구 날의 이미지를 획득하는 것을 추가로 포함하는
    방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절삭 공구는 다결정 입방정 질화 붕소, 다결정 다이아몬드, 초경 탄화 텅스텐, 공구강, 단결정 다이아몬드, 다이아몬드 입자 및 입방정 질화 붕소 입자 중 임의의 것을 포함하는
    방법.
  12. 절삭 공구 날의 특징짓기를 실행하도록 구성된 컴퓨터 장치에 있어서,
    상기 절삭 공구 날의 이미지를 획득하도록 마련된 이미지 입력 장치; 및
    이미지에서 상기 절삭 공구 날을 위치 특정하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 절삭 공구 날의 중심점을 결정하도록 추가로 구성되고,
    상기 프로세서는, 상기 중심점으로부터의 복수의 각도에서, 상기 중심점으로부터 상기 위치 특정된 절삭 공구 날까지의 거리를 결정함으로써 상기 절삭 공구 날을 특징짓도록 추가로 구성되는
    컴퓨터 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 이미지를 임계값 처리하는 것 및 캐니 에지 검출 알고리즘을 적용하는 것 중 임의의 것에 의해 상기 절삭 공구 날을 위치 특정하도록 구성되는
    컴퓨터 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 절삭 공구 날의 만곡 부분의 곡률 반경의 중심점을 결정함으로써 상기 절삭 공구 날의 중심점을 결정하도록 구성되는
    컴퓨터 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    (ⅰ) 상기 절삭 공구 날의 상기 만곡 부분의 양측에 위치된 상기 절삭 공구 날의 제 1 및 제 2 선형 부분을 식별하는 것;
    (ⅱ) 상기 이미지에서 y 방향에 대한 상기 제 1 및 제 2 선형 부분 각각의 각도를 결정하는 것;
    (ⅲ) 상기 제 1 및 제 2 선형 부분의 각도가 동등하지 않은 경우, 이미지를 회전시키는 것; 및
    (ⅳ) 상기 제 1 및 제 2 선형 부분의 각도가 동등해질 때까지 단계 (ⅱ) 및 (ⅲ)을 반복하는 것을 실행하도록 추가로 구성되는
    컴퓨터 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 프로세서는 추가로,
    상기 중심점이 위치되는 중심선을 결정하기 위해 선형 부분들이 교차할 때까지 선형 부분들을 외삽하는 것, 및
    절삭 공구의 곡률 반경을 결정하기 위해 절삭 공구 날 주위의 영역 내에 포물선을 내삽하는 것에 의해,
    상기 절삭 공구 날의 상기 만곡 부분의 곡률 반경의 중심점을 결정하도록 마련되는
    컴퓨터 장치.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 프로세서는 추가로, 상기 중심점으로부터 상기 위치 특정된 절삭 공구 날까지의 거리와 상기 곡률 반경에 의해 결정되는 상기 중심점으로부터 상기 절삭 공구 날의 만곡 부분까지의 거리 간의 차이를 계산하도록 구성되는
    컴퓨터 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 프로세서는 계산된 차이를 중심축에 대한 각도에 대해 플로팅하도록 추가로 구성되고, 상기 컴퓨터 장치는 플롯을 출력하도록 구성된 출력 장치를 추가로 포함하는
    컴퓨터 장치.
  19. 제 12 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세서는 모따기 각도 및 지그 각도 중 임의의 것을 보정하기 위해 상기 위치 특정된 절삭 공구 날의 위치에 적어도 하나의 보정을 적용하도록 추가로 구성되는
    컴퓨터 장치.
  20. 컴퓨터 장치에서 실행될 때, 컴퓨터 장치로 하여금 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하게 하는 컴퓨터 판독 가능 코드를 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
  21. 컴퓨터 판독 가능 매체 및 제 20 항에 기재된 컴퓨터 프로그램을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은 상기 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장되는, 컴퓨터 프로그램 제품.
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