KR20210083320A - 공구 형상 측정 장치 및 공구 형상 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

공작 기계(2)의 주축(11)에 설치된 공구(12)의 형상을 측정하는 공구 형상 측정 장치(1, 1a) 및 공구 형상 측정 방법이며, 공구(12)를 촬영하는 카메라(22)와, 주축(11)의 회전 각도를 검출하는 주축 회전 각도 센서(41)와, 주축 회전 각도 센서(41)가 검출한 주축(11)의 회전 각도에 따라 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하는 제어 장치(20)를 갖는다.

Description

공구 형상 측정 장치 및 공구 형상 측정 방법
본 발명은, 공구 길이, 공구 직경, 공구의 날부의 형상 등의 공구의 형상을 측정하는 공구 형상 측정 장치 및 공구 형상 측정 방법에 관한 것이다.
종래부터, 공작 기계에서 사용하는 회전 공구의 형상 측정 장치가 제공되고 있다. 해당 공구 형상 측정 장치는, 예를 들어 프라이즈반의 엔드 밀의 형상 측정에 사용된다.
일본 특허 공개 제2007-49489호 공보
특허문헌 1은 공구의 형상을 측정할 수 있지만, 회전 중인 공구에 대한 기재가 없다. 회전 중인 공구는 열 변위 등으로 가공점이 변화된다. 열 변위 보정을 행하기 위하여 회전 중에서의 가공점의 위치를 정확히 측정하고자 한다. 또한 가공에 이용하는 회전수로 회전 중에도 공구의 형상을 측정할 수 있으면, 결락이나 마모의 상태를 관찰하여 공구 교환이나 공구 마모 보정에 이용할 수 있다. 특허문헌 1에서는, 공구를 정지하고 측정할 필요가 있어서 측정에 시간이 걸려 버린다. 또한 공구를 정지해 버리면, 가공 중인 공구의 형상과 다른 측정으로 되어 버려서 정확한 가공점의 위치의 보정을 할 수 없다.
본 발명은 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것이며, 공구의 형상의 측정을 회전 중에도 가능한 공구 형상 측정 장치 및 공구 형상 측정 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이하의 특징을 갖고 있다. 본 발명에서는, 공구를 설치하고 회전시키는 주축의 회전 각도를 각도 센서로부터 판독하여, 지정한 각도로의 공구의 형상을 촬영할 수 있다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 장치는, 공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 측정하는 공구 형상 측정 장치이며, 상기 공구를 촬영하는 카메라와, 상기 주축의 회전 각도를 검출하는 주축 회전 각도 센서와, 상기 주축 회전 각도 센서가 검출한 상기 주축의 회전 각도에 따라 상기 카메라에 촬영 명령을 출력하는 제어 장치를 갖는다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 장치에서는, 상기 주축 회전 각도 센서가 상기 주축의 회전수도 검출하도록 구성되어 있고, 상기 제어 장치가, 상기 카메라에 촬영 명령을 출력하는 타이밍을 상기 주축의 회전수에 따라 변화시키도록 구성되어 있다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 장치는, 발광 장치를 구비하고, 상기 제어 장치에 의한 상기 카메라에 대한 촬영 명령의 출력에 의하여 상기 발광 장치가 상기 공구를 향하여 광을 발하도록 구성되어 있다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 장치는, 상기 제어 장치에 의한 상기 카메라에 대한 촬영 명령의 출력에 의하여, 상기 카메라의 셔터가 열려 있는 시간 내에 상기 발광 장치가 발광하도록 구성되어 있다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 장치에서는, 상기 공구를 사이에 두고 일방측에 상기 카메라가 설치되어 있고 타방측에 상기 발광 장치가 설치되어 있고, 상기 발광 장치가 상기 공구를 향하여 광을 발함으로써 상기 카메라로의 상기 공구의 촬영이 이루어지도록 구성되어 있고, 상기 발광 장치가 상기 공구를 향하여 평행 광을 발하도록 구성되어 있다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 장치에서는, 상기 주축 회전 각도 센서가, 상기 주축이 회전하고 있을 때 연속 펄스 신호를 출력함과 함께, 상기 주축이 1회전할 때마다 1주기의 펄스 신호를 발하도록 구성되어 있다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 장치에서는, 상기 제어 장치에 의한 촬영 명령의 출력으로서 제1 출력이 있고, 상기 제1 출력에 의하여, 상기 주축이 소정의 각도씩 회전한 상태에 있어서의 복수의 화상을 얻도록 구성되어 있다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 장치에서는, 상기 제어 장치에 의한 촬영 명령의 출력으로서 또한 제2 출력이 있고, 상기 공구의 회전 각도를 입력하는 공구 회전 각도 입력부를 구비하고, 상기 제어 장치가, 상기 제1 출력을 한 후, 상기 공구 회전 각도 입력부에서 입력된 회전 각도에 있어서의 상기 공구의 촬영을 하기 위하여 상기 제2 출력을 하도록 구성되어 있다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 방법은, 공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 측정하는 공구 형상 측정 방법이며, 상기 주축의 회전 각도를 검출하는 주축 회전 각도 검출 공정과, 상기 주축 회전 각도 검출 공정에서 검출한 상기 주축의 회전 각도에 따라 상기 공구를 촬영하는 촬영 공정을 갖는다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 방법에서는, 상기 주축 회전 각도 검출 공정이, 상기 주축의 회전수도 검출하는 공정이고, 상기 촬영 공정에서는, 상기 촬영을 하는 타이밍을 상기 주축의 회전수에 따라 변화시키고 있다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 방법에서는, 상기 촬영 공정에서는, 상기 촬영을 할 때 발광 장치가 상기 공구를 향하여 광을 발하도록 되어 있다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 방법에서는, 상기 촬영 공정에서, 상기 카메라의 셔터가 열려 있는 시간 내에 상기 발광 장치가 발광하도록 되어 있다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 방법에서는, 상기 공구를 사이에 두고 일방측에 상기 촬영 공정에서의 촬영을 하는 카메라가 설치되어 있고 타방측에 상기 발광 장치가 설치되어 있고, 상기 발광 장치가 상기 공구를 향하여 광을 발함으로써 상기 촬영 공정에서의 상기 카메라에 의한 상기 공구의 촬영이 이루어짐과 함께, 상기 발광 장치가 상기 공구를 향하여 평행 광을 발하도록 되어 있다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 방법은, 상기 주축 회전 각도 검출 공정이, 상기 주축이 회전하고 있을 때 연속 펄스 신호가 출력됨과 함께, 상기 주축이 1회전할 때마다 1주기의 펄스 신호가 출력되는 공정으로 되어 있다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 방법에서는, 상기 촬영 공정으로서 제1 공정이 있고, 상기 제1 공정은, 상기 주축이 소정의 각도씩 회전한 상태에 있어서의 복수의 화상을 촬영하는 공정이다.
또한 본 발명의 양태에 관한 공구 형상 측정 방법에서는, 상기 촬영 공정으로서 또한 제2 공정이 있고, 상기 제2 공정은, 상기 제1 공정에서의 촬영을 한 후, 소정의 회전 각도로 되어 있는 상기 공구의 화상만을 촬영하는 공정이다.
본 발명에 따르면, 회전 중인 공구의 형상을 측정할 수 있어서, 가공 중의 열 변위 등을 포함한 공구의 형상을 더 정확히 측정할 수 있다. 측정한 공구의 형상으로 공구의 가공점의 보정을 행하면 더 정밀도가 높은 가공이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시예의 장치 구성(제1 실시 형태에 관한 장치)을 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예(제1 실시 형태에 관한 장치)에서 공구 형상을 측정하고 있을 때의 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 공구 형상 측정 장치로 측정되는 공구의 예이며 2매 날 공구의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 공구 형상 측정 장치로 측정되는 공구의 다른 예이며 3매 날 공구의 횡단면도이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 제2 실시 형태에서 사용되는 공작 기계의 주축 헤드의 개략 구성을 도시하는 도면이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)에 있어서의 대략 VB 화살표 방향에서 본 도면이고, 도 5의 (c)는 주축 회전 각도 센서로 얻어지는 연속 펄스 신호를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공구 형상 측정 장치로 측정되는 공구(회전하고 있는 공구)를 도시하는 도면이며, 공구, 카메라, 발광 장치를 공구의 회전 중심축의 연신 방향에서 본 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공구 형상 측정 장치에 있어서의 발광 장치와 공구와 카메라의 위치 관계를 설명하는 도면이며, 공구, 카메라, 발광 장치를 공구의 회전 중심축의 연신 방향에서 본 도면이다.
도 8의 (a)는 비교예에 관한 공구 형상 측정 장치로 얻어진 공구의 화상이고, 도 8의 (b)는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공구 형상 측정 장치로 얻어진 공구의 화상이다.
도 9의 (a)는 공구의 예인 볼 엔드 밀을 도시하는 도면이고, 도 9의 (b)는 공구의 예인 스퀘어 엔드 밀을 도시하는 도면이고, 도 9의 (c)는 공구의 예인 래디우스 엔드 밀을 도시하는 도면이고, 도 9의 (d)는 볼 엔드 밀의 있어서의 형상 오차를 나타내는 도면이다.
도 10의 (a), 도 10의 (b)는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공구 형상 측정 장치에 있어서의 촬영 타임 래그를 설명하는 도면이다.
도 11의 (a)는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공구 형상 측정 장치에서 사용되는 원기둥형의 더미 공구를 도시하는 도면이고, 도 11의 (b)는 원기둥형의 더미 공구의 측면의 전개도이다.
[제1 실시 형태]
본 발명에 의한 제1 실시 형태를 이하에 나타낸다. 도 1에 도시하는 공작 기계(2)는, 베드(18)의 상면에 테이블(16), 문형의 컬럼(10)을 가지며, 컬럼(10)의 크로스 레일(8)에는 새들(6)을 개재하여 주축 헤드(4)가 지지되어 있다. 주축 헤드(4)에는 주축(11)이 지지되어 있다.
여기서, 설명의 편의를 위하여 수평인 소정의 일 방향을 X 방향(X축 방향)으로 하고, X 방향에 대하여 직교하는 수평인 소정의 다른 일 방향을 Y 방향(Y축 방향)으로 하고, X 방향과 Y 방향에 대하여 직교하는 상하 방향을 Z 방향(Z축 방향)으로 한다.
테이블(16)은 베드(18)에 대하여 X축 방향으로 이동 가능하다. 새들(6)은 크로스 레일(8)을 따라 Y축 방향으로 이동 가능하다. 주축 헤드(4)는 새들(6)에 대하여 Z축 방향으로 이동 가능하다. 이들 3축을 이동시킴으로써, 테이블(16)에 적재된 워크(14)에 대하여 공구(12)를 3차원으로 이동시켜 가공하는 것이 가능하다. 테이블(16)의 단에는 공구 형상 측정 장치(1)가 설치되어 있다. 제어 장치(20)는 공작 기계(2)와 공구 형상 측정 장치(1)에 접속되어, 공작 기계(2)와 공구 형상 측정 장치(1)를 제어할 수 있다.
도 2는, 공구 형상 측정 장치(1)로 공구(12)의 형상을 측정하고 있는 도면을 도시하고 있다. 앞서 나타낸 3축에 의하여, 도 2에서 도시하는 위치까지 공구(12)를 이동시켜 공구 형상을 측정한다. 공구 형상 측정 장치(1)는 카메라(22), 조명 장치(24)를 포함하며, 도 2에서 도시한 바와 같이 공구(12)는 카메라(22)와 조명 장치(24) 사이에 위치한 상태에서 공구 형상을 측정한다. 조명 장치(24)로부터의 광을 공구(12) 뒤에서부터 닿게 하여 화상을 촬영하기 때문에 공구(12)의 형상이 그림자로서 촬영된다.
카메라(22)는 고속 셔터를 구비하고 있어서, 공구(12)가 수천 회전/분으로 회전 중에도 정지 화상과 같은 촬영이 가능하다. 또한 카메라(22)에는 줌 렌즈가 설치되어 있어서, 제어 장치(20)로 확대율의 제어를 행할 수 있도록 되어 있어도 된다. 주축(11)에는, 도시되지 않은 회전 각도 센서가 구비되어 있어서, 회전수나 회전 각도의 위치 결정 등의 제어를 제어 장치(20)로 행할 수 있다.
공구(12)가 1만 회전/분 이상의 회전수로 회전하는 경우에는, 고속 셔터만으로의 대응으로는 어렵다. 이 경우에는 조명 장치(24)를 스트로보 기능 구비로 한다. 수 μsec의 짧은 발광 시간의 스트로보를 이용하면, 회전 중인 공구(12)에서도 형상 측정이 가능하다. 또한 공구(12)의 최대 회전수는 12만 회전/분 정도로 설정할 수 있다.
도 3은, 사용하는 공구(12A)의 예이며, 2매 날의 엔드 밀을 도시한다. 공작 기계(2)에 설치한 상태에서 워크(14)측에서 본 횡단면을 도시한다. 도 4는, 사용하는 공구(12B)의 예이며, 3매 날의 엔드 밀을 도시한다. 공작 기계(2)에 설치한 상태에서 워크(14)측에서 본 횡단면을 도시한다.
다음으로, 공구 형상 측정 방법에 대하여 도 3의 공구(12A)를 사용하는 경우에서 설명한다. 주축(11)에 공구(12A)를 설치한다. 워크(14)를 가공하기 전에, 도 2에서 도시한 측정 위치로 공구(12A)를 이동시켜 공구 형상을 측정한다. 처음에 공구 기준 각도를 결정한다. 공구 기준 각도는, 도 3의 화살표(26A)로 나타낸 방향에서 카메라(22)가 공구(12A)를 촬영할 수 있는 각도를 나타낸다. 화살표(26A)로 나타낸 각도는, 주축 회전축의 위치로부터 공구(12A)의 외형까지의 주축 회전축과 직교하는 방향의 거리가 최대로 된다. 거리의 측정은, 예를 들어 디지털 화상의 화소 수를 헤아려서 행한다.
이 공구 기준 각도는 다음과 같이 하여 결정한다. 도 3에서는, 화살표(26A)의 위치가, 촬영하는 카메라(22)의 방향을 나타내는데, 이 위치로부터 촬영할 수 있는 공구(12A)의 각도에 가까운 상태로 되도록 주축(11)을 수동으로 회전시킨다. 카메라(22)가 촬영한 화상은, 도시되어 있지 않은 모니터로 확인할 수 있다. 화살표(26A)의 각도에 가까운 상태로 되면 소정의 각도만큼 정회전 방향, 역회전 방향으로 공구(22A)를 회전시키고, 그때 일정한 각도마다 복수의 화상을 카메라(22)로 촬영한다. 그 화상으로부터, 주축(11)의 회전축으로부터 공구(12A)의 외형까지의 거리가 가장 긴 위치의 주축(11)의 각도를 공구 기준 각도로 한다.
공구 기준 각도는 이 밖에 다음과 같이 결정할 수도 있다. 공구(12A)는 2매 날이므로, 공구(12A)를 임의의 위치로부터 180° 이상 저속으로 회전시켜 소정의 각도마다 화상을 촬영한다. 촬영한 화상으로부터, 주축(11)의 회전축으로부터 공구(12A)의 외형까지의 거리가 가장 긴 위치의 주축(11)의 각도를 공구 기준 각도로 한다.
도 4에서 도시하는 공구(12B)는 3매 날이므로, 120° 이상 주축(11)을 회전시켜 촬영하면 되게 된다. 이 경우, 도 3을 이용하여 설명한 경우와 마찬가지로 하여, 도 4에서 도시하는 화살표(26B)의 위치가, 촬영하는 카메라(22)의 방향을 나타내고 있다. 회전 대칭이 아닌 공구에 대해서는, 촬영 화상의 매수가 많아지지만 주축(11)을 1회전시켜, 예를 들어 1° 회전할 때마다 공구(12)의 촬영을 행하고, 이 촬영에서 얻어진 360매의 화상 중에서 필요한 화상을 선택한다.
사용하는 공구(12)가 2매 날이나 3매 날이라는 정보는 제어 장치(20)에, 도시되어 있지 않은 입력 장치로 입력해도 되고, 데이터베이스로서 제어 장치(20) 내의 기억 장치에 기억하고 있어도 된다.
워크(14)를 가공하기 전에 공구(12(12A, 12B))의 공구 길이, 공구 직경, 공구의 날부의 형상 등의 공구 형상을 측정해 둔다. 나중에 열 변위량이나 공구 마모량을 구할 때 이들 값과 비교한다.
다음으로 가공 중의 공구 길이 측정에 대하여 기재한다. 공작 기계(2)로 워크(14)를 가공 중에, 제어 장치(20)에 설정되어 있는 지정한 시간으로 되면 공작 기계(2)는 가공을 정지하고, 공구(12)를, 도 2에서 도시한 공구 길이 측정 위치까지 이동시킨다. 이때 주축(11)의 회전을 정지하지 않고 가공 중의 회전 속도를 유지한 채, 공구(12)를 이동시켜 공구 형상 측정 장치(1)로 측정한다. 이 때문에, 회전 중의 원심력 등의 영향을 받은 채로의 정확한 공구 형상을 측정할 수 있으며, 측정값을 열 변위 보정이나 공구 마모 보정에서 이용하면, 가공 중인 공구(12)에 더 가까운 상태에서 보정할 수 있어서 정밀도 높게 가공할 수 있다.
공구(12A)의 2매 날의 형상을 측정하는 경우에는, 주축(11)이, 앞서 구한 공구 기준 각도로 된 때, 제어 장치(20)로부터 공구 형상 측정 장치(1)에 측정 명령이 출력되어 공구 형상 화상을 촬영한다. 공구(12A)의 2매 날의 경우에는, 공구 기준 각도와 공구 기준 각도+180°의 위치에서 촬영하면 모든 날의 형상을 촬영할 수 있다. 공구(12B)의 경우에는 3매 날이므로, 공구 기준 각도와 공구 기준 각도+120°, 공구 기준 각도+240°의 위치에서 촬영하면 모든 날의 형상을 촬영할 수 있다.
촬영은 1회전분의 날의 촬영이어도 되고, 복수 회전분의 촬영을 행해도 된다. 복수 날의 공구의 경우에도 날의 형상을 1매 1매 촬영함으로써 모든 날의 관리를 행할 수 있다.
공구 기준 각도와 주축(11)의 각도가 일치하고 나서 촬영 명령을 제어 장치(20)에 내리고 있으면, 주축(11)이 고속 회전하고 있는 경우에는 실제의 촬영 타이밍이 늦어지는 경우가 있다. 이를 방지하기 위하여 제어 장치는, 공구 기준 각도와 주축(11)의 각도 센서가 일치하기 조금 전에 촬영 명령을 출력해도 된다. 어느 정도의 각도로 되면 명령을 출력하면 될 것인지는 사전에 실험으로 측정해 둔다. 복수의 회전수로 실험을 행하여 이 각도를 구하여 표로 만들어 두고, 회전수에 따라 이 표로부터 적절한 각도를 구해도 된다.
1만 회전/분 이상의 회전 속도로 공구(12)를 회전시키는 경우에는, 플래시 기능(스트로보 기능)이 있는 조명 장치(24)를 이용하여 주축(11) 회전 센서의 값과 공구(12)의 촬영 각도의 값을 다음과 같이 대응짓는다. 공구(12)를 회전시키고, 어느 회전 센서의 값일 때 제어 장치(20)로부터 촬영 명령을 공구 형상 측정 장치(1)에 출력하여 화상을 촬영한다.
다음으로, 아까의 화상보다 소정의 각도만큼 회전한 공구(12)의 화상을 촬영한다. 소정의 각도란, 예를 들어 5°이다. 이 경우, 카메라(22)의 셔터 스피드가 따라잡지 못하여, 공구(12)의 1회전 중에 5°만큼 어긋난 화상을 촬영하는 것은 무리이다. 이 때문에 아까의 화상보다, 예를 들어 10회전과 5°만큼 회전한 각도의 화상을 촬영한다.
조명 장치(24)는 μsec 단위로, 명령에 대하여 발광할 타이밍을 지연하는 시간을 설정할 수 있다. 이 때문에 10회전과 5°만큼 어긋났다는 화상을 정확히 촬영할 수 있다. 이와 같은 화상을 공구(12)의 소정의 회전 각도분만큼 취하고, 그것들 화상으로부터 주축(11) 회전 센서의 값과 공구(12)의 촬영 각도의 값을 대응짓는다.
주축(11) 회전 센서의 값과 공구(12)의 촬영 각도의 값이 대응지어지면, 조명 장치(24)가 발광할 때의 지연 시간을 적절히 설정하여 제어 장치(20)로부터 적절한 타이밍에 촬영 명령을 공구 형상 측정 장치(1)에 출력하면, 희망하는 공구(12)의 각 회전도의 화상을 촬영할 수 있다. 공구(12A)와 같은 2매 날의 공구의 날 형상을 측정하는 경우에는, 처음에 1매째의 날을 촬영한 후, 예를 들어 10회전과 180° 회전한 때 2매째의 날 형상을 측정한다.
워크를 가공하기 전에 계측한 값과 가공 중에 계측한 값이 소정의 값만큼 어긋나 있으면, 그 값으로부터 보정값을 결정하여 보정값으로서 제어 장치(20)에 설정한다. 또한 주축(11)의 회전축으로부터 공구(12)의 외형까지의 거리가 날에 따라 현저히 변동되어 회전하고 있으면, 공구(12)의 회전 떨림이 많다고 판단하여 알람을 제어 장치(20)의 모니터에 표시해도 된다. 또한 날에 따른 현저한 변동은 없지만 1매의 날만이 거리가 적게 되어 있는 경우에는 날의 결락으로 판단하여 알람을 발생시켜도 된다.
이상, 설명한 바와 같이 본 발명의 공구 형상 측정 장치(1)를 이용하여 공구 형상을 측정하면, 가공 중의 회전수로 주축(11)을 회전시켜 측정할 수 있으므로, 가공 중과 동일한 상태의 공구(12)의 형상을 측정할 수 있다. 또한 주축(11)의 회전 각도 센서의 값과 동기하여 촬영할 수 있기 때문에, 공구(12)의 필요한 회전 각도 상태의 화상만을 촬영할 수 있어서 기록 장치의 용량을 적게 할 수 있다.
[제2 실시 형태]
본 발명의 제2 실시 형태에서 사용되는 공작 기계(2)(도 1 참조)는, 본 발명의 제1 실시 형태에서 사용되는 공작 기계(2)와 동일한 것이며, 주축 헤드(4), 제어 장치(20) 등을 구비하여 구성되어 있다. 제어 장치(20)는, 도시되지 않은 CPU와 메모리를 구비하여 구성되어 있다.
본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공구 형상 측정 장치(1a)도, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 공구 형상 측정 장치(1)과 거의 마찬가지로 구성되어 있으며, 거의 마찬가지로 동작하여 사용되는 것이다.
본 발명의 실시 형태에 관한 공구 형상 측정 장치(1, 1a)의 측정 대상인 공구(12)는, 예를 들어 금형의 코어나 캐비티의 표면을 절삭 가공으로 형성할 때 사용되는 것이다. 상기 절삭 가공은, 금형의 코어나 캐비티의 표면을, 예를 들어 최종 마무리 가공하기 위하여 이루어지는 것이며, 상기 절삭 가공에 의하여 금형의 코어나 캐비티의 표면이 경면처럼 된다. 공구(12)로서, 예를 들어 엔드 밀을 들 수 있다. 엔드 밀(12)의 외경은, 예를 들어 1㎜ 정도이며, 절삭 가공을 할 때의 엔드 밀(12)의 회전수는 6만 회전/분 정도이다.
여기서, 공작 기계(2)의 주축 헤드(4)에 대하여 도 5의 (a)를 참조하면서 더 상세히 설명한다.
주축 헤드(4)는 빌트인 모터의 타입으로 되어 있으며, 하우징(31)과 주축(스핀들)(11)을 구비하여 구성되어 있다. 주축(11)은 원기둥형으로 형성되어 있으며, 공기 베어링에 의하여 하우징(31)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 참조 부호 C1은, 주축(11)의 회전 중심축을 나타내고 있다.
주축(11)의 긴 쪽 방향(회전 중심축 C1의 연신 방향; Z 방향)의 한쪽 단부(도 5의 (a)의 하단부)에는 공구 보유 지지부(33)가 마련되어 있다. 공구 보유 지지부(33)가 마련되어 있음으로써 주축(11)에 대하여 공구(12)가 착탈 가능하게 되어 있다. 주축(11)의 긴 쪽 방향의 다른 쪽 단부(도 5의 (a)의 상단부)에는 모터(35)의 로터(37)가 일체적으로 마련되어 있다. 로터(37)의 외측에는 모터(35)의 스테이터(39)가 마련되어 있다. 스테이터(39)는 로터(37)로부터 약간 떨어져서 하우징(31)에 일체적으로 마련되어 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 공구 형상 측정 장치(1a)에 대하여 상세히 설명한다.
공구 형상 측정 장치(1a)는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 공구 형상 측정 장치(1)와 마찬가지로 하여, 공작 기계(2)의 주축(11)에 설치된 공구(12)의 형상을 측정하는 장치이며, 도 7에서 도시한 바와 같이 카메라(22)와 주축 회전 각도 센서(주축 회전 각도 검출 센서)(41)와 제어 장치(20)(도 1 참조)를 구비하고 있다.
카메라(22)는, 회전하고 있는 공구(12)를 촬영하여 공구(12)의 화상(정지 화상)을 얻는 것이다. 카메라(22)는, 예를 들어 디지털 카메라이며, 글로벌 셔터에 의하여 공구(12)를 촬영하도록 되어 있다. 공구(12)를 촬영할 때의 카메라(22)의 셔터 스피드(도 7에 나타내는 카메라(22)의 촬상 소자(75)의 노광 시간)는, 회전하고 있는 공구(12)의 화상이 거의 정지 화상으로 될 정도의 짧은 시간으로 되어 있다.
주축 회전 각도 센서(41)는, 주축(11)(주축(11)에 설치되어 있는 공구(12))의 회전 각도를 검출하는 것이다. 또한 주축 회전 각도 센서(41)는, 주축(11)이 회전하고 있을 때 연속 펄스 신호(도 5의 (c), 도 10을 참조)를 출력함과 함께, 주축(11)이 1회전할 때마다 1주기의 펄스 신호를 발하도록 구성되어 있다. 또한 주축(11)이 일정 속도로 회전하고 있음으로써 연속 펄스 신호의 주기는 일정값으로 되어 있다.
주축 회전 각도 센서(41)에 대하여 도 5의 (a)(b)를 참조하여 더 상세히 설명한다. 주축 회전 각도 센서(41)는, 예를 들어 반사식의 광전 센서(43)와 마크(45)를 구비하여 구성되어 있다.
광전 센서(43)는 하우징(31)에 일체적으로 마련되어 있다. 마크(45)는 주축(11)에, 예를 들어 이 반주에 걸쳐 일체적으로 마련되어 있다(도 5의 (b)의 파선을 그은 부위를 참조). 그리고 주축(11)이 회전하면, 광전 센서(43)가 마크(45)를 검출하고 있는 상태와 검출하고 있지 않은 상태를 반복하여, 광전 센서(43)가, 도 5의 (c)에서 나타낸 바와 같은 연속 펄스 신호를 발하도록 되어 있다.
이미 이해되는 바와 같이, 주축 회전 각도 센서(41)에 의한 주축(11)의 회전 각도 분해능은 극히 커서 180°로 되어 있다.
제어 장치(20)는, 주축 회전 각도 센서(41)가 검출한 주축(11)의 회전 각도에 따라 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하도록 되어 있다. 예를 들어 주축 회전 각도 센서(41)가 마크(45)를 검출한 때 촬영 명령을 출력하도록 되어 있다.
또한 공구(12)는 주축(11)에 대하여 소정의 회전 각도로 설치되어 있는 것으로 한다. 예를 들어 회전 중심축 C1의 연신 방향(Z 방향)에서 보아 마크(45)의 단(주축(11)의 회전 방향에 있어서의 전방측의 단)의 각도(위상)와, 공구(12)의 절삭 날의 선단(47)(도 3, 도 4, 도 6을 참조)의 각도(위상)가 서로 일치하고 있다.
2매 날의 공구(12)의 한쪽 절삭 날의 선단(47)은 선형으로 형성되어 있는데 하나의 평면 상에 위치하고 있고, 2매 날의 공구(12)의 다른 쪽 절삭 날의 선단(47)도 상기 하나의 평면 상에 위치하고 있는 것으로 한다. 또한 선형으로 형성된 공구(12)의 절삭 날의 선단(47)이 엄밀히 하나의 평면 상에 위치하고 있을 필요는 없으며, 대략 하나의 평면 상에 위치하고 있어도 된다. 예를 들어 Z 방향에서 보아 공구(12)의 하나의 절삭 날의 선단(47)이, 중심각이 1° 내지 5° 정도인 부채형의 내측에 위치하고 있으면 된다. 또한 상기 부채형의 2개의 선분(반경)이 교차하고 있는 개소를 부채형의 중심각 형성점으로 하면, 부채형의 중심각 형성점과 공구(12)의 회전 중심축 C1과는 서로 위치하고 있다.
더 설명하면, 회전 중심축 C1의 연신 방향(Z 방향)에서 보아 회전 중심축 C1과 마크(45)의 단과 공구(12)의 절삭 날의 선단(47)이 1개의 직선 상에 존재하고 있다. 또한 공구(12)의 절삭 날의 선단(47)은 복수(2개 혹은 3개) 있는데, 복수의 절삭 날의 선단(47) 중의 하나의 선단(47)과 회전 중심축 C1과 마크(45)의 단이 1개의 직선 상에 존재하고 있으면 된다.
또한 마크(45)를 주축(11)이 아니라 공구(12)의 절삭 날 이외의 부위에 마련하여, 광전 센서(43)가 공구(12)에 마련되어 있는 마크(45)를 검출하도록 해도 된다. 이것에 의하여, 공구(12)의 주축(11)에 대한 설치를 할 때, 공구(12)에 설치 각도를 신경쓸 필요가 없게 되어 공구(12)의 주축(11)에 대한 설치가 용이해진다.
또한 마크를 마련하는 일 없이 광전 센서(43) 혹은 근접 센서 등의 센서로 공구의 절삭 날의 선단(47)을 검출함으로써, 주축(11)에 설치되어 있는 공구(12)의 회전 각도를 검출하도록 해도 된다. 이 경우, 엔드 밀(12)이 2매 날로 되어 있으면, 주축(11)이 1회전할 때마다 2주기의 펄스 신호가 발해지고, 엔드 밀(12)이 3매 날로 되어 있으면, 주축(11)이 1회전할 때마다 3주기의 펄스 신호가 발해진다.
제어 장치(20)에 대하여 더 설명하면, 제어 장치(20)는, 주축 회전 각도 센서(41)가 검출한 주축(11)이나 공구(12)의 회전 각도의 값에 따라, 회전하고 있는 공구(12)를 촬영해야 한다는 취지의 명령(촬영 명령; 촬영 명령 신호)을 카메라(22)에 보내도록 구성되어 있다. 촬영 명령을 수신한 카메라(22)는 곧바로, 회전하고 있는 공구(12)의 촬영을 하여 공구(12)의 정지 화상을 얻도록 되어 있다. 그리고 회전하고 있는 공구(12)의 절삭 날의 선단(47)에 있어서의 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상을 얻도록 되어 있다. 이 최대 외형의 정지 화상을 얻을 수 있는 주축(11)이나 공구(12)의 회전 각도를 최대 회전 각도로 한다. 최대 회전 각도는, 제1 실시 형태에서 설명한 공구 기준 각도에 상당한다.
여기서, 회전하고 있는 공구(12)의 절삭 날의 선단(47)에 있어서의 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상에 대하여, 볼 엔드 밀을 예로 들어 더 상세히 설명한다.
먼저, 볼 엔드 밀(12)에 대하여 설명한다. 볼 엔드 밀(12)은, 도 9의 (a)에서 도시한 바와 같이 외주에 절삭 날(파선으로 나타낸 개소)이 마련되어 있다. 또한 도 9에서는, 엔드 밀(12)의 형상을 단순화하여 그리고 있으므로 절삭 날이나 홈의 표시는 생략하고 있다.
볼 엔드 밀(12)은, 도 9의 (a)에서 도시한 바와 같이 원기둥형의 기단부(49)와 반구형의 선단부(51)를 구비하여 구성되어 있다. 기단부(49)의 외경과 선단부(51)의 직경은 서로가 일치하고 있으며, 기단부(49)의 중심축 C1의 연신 방향(Z 방향)의 한쪽 단(하단)에 선단부(51)가 들러붙은 형상으로 되어 있다. 반구형의 선단부(51)의 원형의 단면(원기둥형의 기단부(49)의 원형 평면면에 들러붙어 있는 원 형상의 평면)의 중심을 선단부(51)의 중심 C2로 하면, 중심 C2는 볼 엔드 밀(12)의 중심축 C1 상에 존재하고 있다.
볼 엔드 밀(12)의 절삭 날은, 선단부(51)의 외주와 기단부(49)의 단부(선단부(51)측의 단부)에 형성되어 있다. 볼 엔드 밀(12)은, 기단부(49)의 다른 쪽 단부가 공구 보유 지지부(33)에 걸림 결합하여 공구 보유 지지부(33)로 보유 지지되도록 되어 있다.
그리고 주축(11)의 공구 보유 지지부(33)로 보유 지지되어 있는 볼 엔드 밀(12)은, 주축(11)과 함께 회전(중심축 C1을 회전 중심으로 하여 자전)함으로써 절삭 날로 피가공물(워크)(14)을 절삭 가공하도록 되어 있다.
다음으로, 볼 엔드 밀(12)로 피가공물(14)을 절삭 가공하고 있을 때에 있어서의 가공점에 대하여 설명한다. 볼 엔드 밀(12)의 절삭 날로 피가공물(14)을 절삭 가공하고 있을 때, 볼 엔드 밀(12)의 절삭 날의 선단(47)과 피가공물(14)의 접촉점이 가공점으로 된다.
더 설명하면, 볼 엔드 밀(12)을 이용하여 피가공물(14)을 소정의 절입량으로 절삭 가공하고 있을 때, 피가공물(14)에 대하여 볼 엔드 밀(12)이 X 방향이나 Y 방향이나 Z 방향으로 이동하고 있다. 이 가공을 하고 있을 때, 예를 들어 볼 엔드 밀(12)이 이 이동 방향의 가장 후단에서 피가공물(14)에 접해 있는 점(가공 후에 피가공물(14)의 외형 형상을 정하는 개소)이 가공점으로 된다. 가공점은 볼 엔드 밀(12)의 절삭 날의 선단(47)의 일부에 형성된다.
다음으로, 회전하고 있는 볼 엔드 밀(12)의 절삭 날의 선단(47)에 있어서의 볼 엔드 밀(12)의 최대 외형의 정지 화상에 대하여 설명한다.
회전하고 있는 것에 의해 볼 엔드 밀(12)의 절삭 날의 위치는 시각의 경과와 함께 변화된다. 예를 들어 2매 날의 볼 엔드 밀(12)의 경우, 2개의 절삭 날 중의 한쪽 절삭 날은, 볼 엔드 밀(12)이 1회전할 때마다 1회전한다. 또한 2매 날의 볼 엔드 밀(12)을 이 회전 중심축 C1의 연신 방향에서 보면, 회전 중심축 C1에 대하여 점대칭으로 되도록 1쌍의 절삭 날이 형성되어 있다(도 3, 도 6, 도 7을 참조).
회전하고 있는 볼 엔드 밀(12)의 한쪽 절삭 날을 Z 방향 혹은 Y 방향에서 보면, 볼 엔드 밀(12)의 회전 각도에 따라 절삭 날의 선단(47)과 회전 중심축 C1 사이의 거리(예를 들어 X 방향의 거리)가 변화된다. 도 6의 (a)의 참조 부호 La, 도 6의 (b)의 참조 부호 Lb, 도 6의 (c)의 참조 부호 Lc, 도 6의 (a)의 참조 부호 Ld로 나타내는 것이 상기 X 방향의 거리이다. 또한 공구(12)는, 도 6에 화살표로 나타낸 바와 같이 반시계 방향으로 회전하고 있으며, 시각의 경과와 함께, 도 6의 (a)에서 도시하는 상태, 도 6의 (b)에서 도시하는 상태, 도 6의 (c)에서 도시하는 상태, 도 6의 (d)에서 도시하는 상태, 도 6의 (a)에서 도시하는 상태…를 이 순서대로 반복한다.
그리고 어느 시각(도 6의 (b), 도 6의 (d)에서 나타내는 시각)으로 된 때, 볼 엔드 밀(12)의 한쪽 절삭 날의 선단(47)과 회전 중심축 C1 사이의 거리의 값이 최댓값 Lb, Ld로 된다. 이 최댓값 Lb, Ld로 된 때에 있어서의 볼 엔드 밀(12)의 정지 화상이, 회전하고 있는 볼 엔드 밀(12)의 한쪽 절삭 날의 선단(47)에 있어서의 볼 엔드 밀(12)의 최대 외형의 정지 화상으로 된다.
또한 2개의 절삭 날 중의 다른 쪽 절삭 날의 경우에도 한쪽 절삭 날과 마찬가지로, 어느 시각으로 된 때, 볼 엔드 밀(12)의 다른 쪽 절삭 날의 선단(47)과 회전 중심축 C1 사이의 거리의 값이 최댓값으로 된다. 이 최댓값으로 된 때에 있어서의 볼 엔드 밀(12)의 정지 화상이, 회전하고 있는 볼 엔드 밀(12)의 다른 쪽 절삭 날의 선단에 있어서의 볼 엔드 밀(12)의 최대 외형의 정지 화상으로 된다.
이들 최대 외형의 정지 화상에서 얻어진 볼 엔드 밀(12)의 절삭 날의 외형(외주; 선형의 에지)은, 볼 엔드 밀(12)의 절삭 날의 선단(47)을 나타내고 있다.
또한 실제로는, 도 9의 (d)에서 도시한 바와 같이 회전 중심축 C1에 대하여, 극히 약간이기는 하지만 한쪽 절삭 날의 선단(47(47A))과 다른 쪽 절삭 날의 선단(47(47B))이 비대칭으로 되어 있는 경우가 많다. 이 경우에 있어서의 절삭 날의 선단(47)에 있어서의 볼 엔드 밀(12)의 최대 외형의 정지 화상은, 1쌍의 절삭 날의 선단(47) 중, 회전 중심축 C1과의 사이의 거리의 값이 큰 쪽의 것이 채용된다.
또한 도 9의 (d)의 2점 쇄선은, 한쪽 절삭 날의 선단(47A)을 회전 중심축 C1에 대하여 대칭으로 배치한 것이다. 도 9의 (d)에서는, 한쪽 절삭 날의 선단(47A)의 내측에 다른 쪽 절삭 날의 선단(47B)의 전부가 위치하고 있지만, 다른 쪽 절삭 날의 선단(47B)의 일부가 한쪽 절삭 날의 선단(47A)의 외측에 위치해도 된다. 이 경우, 절삭 날의 선단(47)에 있어서의 볼 엔드 밀(12)의 최대 외형의 정지 화상은, 한쪽 절삭 날의 선단(47A)의 일부와 다른 쪽 절삭 날의 선단(47B)의 일부로 형성된다.
또한 2매의 절삭 날을 구비한 볼 엔드 밀(12)을 촬영하는 경우, 볼 엔드 밀(12)이 반회전(180° 회전)할 때마다 카메라(22)로 촬영하여 볼 엔드 밀(12)의 최대 외형의 정지 화상을 얻도록 되어 있다. 3매의 절삭 날을 구비한 볼 엔드 밀(12)을 촬영하는 경우, 볼 엔드 밀(12)이 1/3회전(120° 회전)할 때마다 카메라(22)로 촬영하여 볼 엔드 밀(12)의 최대 외형의 정지 화상을 얻도록 되어 있다. 또한 n매의 절삭 날을 구비한 볼 엔드 밀(12)을 촬영하는 경우, 볼 엔드 밀(12)이 1/n 회전(360°/n)할 때마다 카메라(22)로 촬영하여 볼 엔드 밀(12)의 최대 외형의 정지 화상을 얻도록 되어 있다.
주축 회전 각도 센서(41)는 주축(11)의 회전수(회전 각속도)도 검출하도록 구성되어 있다. 주축 회전 각도 센서(41)는 상술한 바와 같이, 일정한 회전수로 회전하고 있는 주축(11)에 의하여, 예를 들어 직사각형 파형의 연속 펄스 신호를 발하도록 구성되어 있다. 제어 장치(20)는, 주축 회전 각도 센서(41)가 발한 연속 펄스 신호를 수신하여 소정의 시간당의, 온·오프되는 연속 펄스 신호의 시간 간격(연속 펄스 신호의 주기)을 측정함으로써 주축(11)의 회전수를 검출하도록 되어 있다.
또한 제어 장치(20) 대신 주축 회전 각도 센서(41)가, 온·오프되는 연속 펄스 신호의 시간 간격을 측정함으로써, 주축 회전 각도 센서(41)가 주축(11)의 회전수를 검출하도록 구성되어 있어도 된다.
제어 장치(20)는, 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하는 타이밍을 주축(11)의 회전수(회전 각속도)에 따라 변화시키도록 되어 있다.
제어 장치(20)에 의한 카메라(22)에 대한 촬영 명령을 출력하는 타이밍의 변화(조정)는, 회전하고 있는 공구(12)의 절삭 날의 선단(47)에 있어서의 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상을 얻기 위하여 이루어진다. 즉, 최대 회전 각도로 되는 공구(12)의 정지 화상을 얻기 위하여 이루어진다.
더 설명하면, 제어 장치(20)가 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하고 나서 실제로 카메라(22)가 촬영을 하기까지 약간이기는 하지만 딜레이(촬영 타임 래그; 딜레이 시간)가 생겨 버린다. 예를 들어 공구(12)의 절삭 날의 선단(47)에 있어서의 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상을 얻을 수 있는 회전 각도로 공구(12)가 된 때, 제어 장치(20)로부터 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하더라도 실제로 카메라(22)가 공구(12)를 촬영하기까지 약간의 시간을 요해 버린다. 이 약간의 시간에 공구(12)가 약간 회전해 버려, 공구(12)의 절삭 날의 선단(47)에 있어서의 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상을 얻을 수 없게 되어 버린다.
도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은, 2매 날의 공구(12)를 Z 방향에서 본 도면이다. 도 6에서 도시하는 양태에서는, 공구(12)는, 화살표로 나타내는 방향으로 1분간에 6만 회전하고 있는 것으로 한다. 상술한 바와 같이 도 6의 (a) 내지 도 6의 (d)를 향하여 시각이 경과하고 있다.
도 6의 (a)로 도시하는 상태 1은, 딜레이가 「0μsec」인 경우를 나타내고 있고, 도 6의 (b)에서 도시하는 상태 2는, 딜레이가 「250μsec」인 경우를 나타내고 있고, 도 6의 (c)에서 도시하는 상태 3은, 딜레이가 「500μsec」인 경우를 나타내고 있고, 도 6의 (d)에서 도시하는 상태 4는, 딜레이가 「750μsec」인 경우를 나타내고 있다.
예를 들어 딜레이가 「250μsec」인 경우에 있어서, 상태 1일 때 촬영 명령을 출력하면, 상태 2의 회전 각도로 되어 있는 공구(12)가 촬영되도록 되어 있다.
또한 도 6의 「조명」은 후술하는 발광 장치(61)를 나타내고 있다. 또한 상술한 바와 같이 도 6의 (b)(d)의 상태 2, 상태 4에서 촬영함으로써 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상을 얻을 수 있다.
촬영 타임 래그가 있으면, 공구(12)의 절삭 날의 선단(47)에 있어서의 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상을 얻을 수 없게 되어 버린다.
그래서, 미리 구해진 촬영 타임 래그(제어 장치(20)의 메모리에 저장되어 있는 촬영 타임 래그의 시간)를 이용하여, 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하는 타이밍의 조정을 하고 있다. 예를 들어 공구(12)의 절삭 날의 선단(47)에 있어서의 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상을 얻을 수 있는 회전 각도가 도래하는 시각보다도 촬영 타임 래그의 시간만큼 소급한 시각에 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하도록 되어 있다.
여기서, 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하는 타이밍의 조정에 대하여 도 10을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 10의 횡축은 시각 t의 경과를 나타내고 있고, 종축은, 주축 회전 각도 센서(41)가 발하는 연속 펄스 신호의 온·오프 상태를 나타내고 있다.
도 10의 (a)에서는, 예를 들어 시각 t1에 주축(11)이나 공구(12)가 최대 회전 각도로 되어 있는 것으로 한다. 시각 t1에 주축 회전 각도 센서(41)가 온 신호를 발하기 시작하여 시각 t2에 온 신호를 정지하고, 시각 t3에 주축 회전 각도 센서(41)가 온 신호를 발하기 시작하여 시각 t4에 온 신호를 정지하는 것을 반복하여 행하도록 되어 있다.
도 10의 (a)에 참조 부호 TF로 나타내는 것은, 연속 펄스 신호에 있어서의 1주기를 나타내는 시간이다. 도 10의 (a)에 참조 부호 TD로 나타내는 것은 촬영 타임 래그의 시간이다. 시각 t1에 제어 장치(20)가 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하면, 카메라(22)가 공구(12)를 촬영하는 시각이, 참조 부호 TD로 나타내는 시각으로 되어 버린다. 이것으로는 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상을 얻을 수 없다.
그래서, 시각 t1보다도 시간 TD만큼 소급한 시각 td1에 제어 장치(20)가 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하면, 카메라(22)가 공구(12)를 촬영하는 시각이 시각 t1로 되어 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상을 얻을 수 있다.
또한 시각 t1보다도 시간(TF-TD)만큼 경과한 시각 td2에 제어 장치(20)가 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하면, 카메라(22)가 공구(12)를 촬영하는 시각이 시각 t3으로 되며, 이것에 의해서도 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상을 얻을 수 있다.
그런데 도 10의 (a)에서는, 촬영 타임 래그의 시간 TD가, 연속 펄스 신호에 있어서의 1주기를 나타내는 시간 TF보다도 짧게 되어 있지만, 시간 TD가 시간 TF보다도 길게 되는 경우가 있다.
이 경우에 대하여 도 10의 (b)을 참조하면서 설명한다. 또한 도 10의 (b)에서는 「TF<TD<2×TF」로 되어 있지만, 상기 「2」가 「3」 이상의 자연수이더라도 마찬가지로 생각할 수 있다.
도 10의 (b)에서는, 시각 t1보다도 시간(2×TF-TD)만큼 경과한 시각 td2에 제어 장치(20)가 카메라(22)에 촬영 명령을 출력한다. 이것에 의하여, 카메라(22)가 공구(12)를 촬영하는 시각이 시각 t5로 되며, 이것에 의해서도 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상을 얻을 수 있다.
또한 도 10의 (b)에서 나타내는 양태에 있어서, 시각 t1보다도 시간 TD만큼 소급한 시각(도 10의 (b)에서는 도시되지 않음)에 제어 장치(20)가 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하도록 해도 된다. 이 경우, 카메라(22)가 공구(12)를 촬영하는 시각이 시각 t3으로 된다.
또한 도 10의 (a)나 도 10의 (b)에 있어서, 「TF-TD」나 「2×TF-TD」를 「n×TF-TD」로 치환해도 된다. 단, 「n」은 임의의 자연수이다.
다음으로, 촬영 타임 래그의 시간 TD를 구하는 방법에 대하여 예를 들어 설명한다.
주축(11)의 공구 보유 지지부(33)에, 마크(도시되지 않음)가 하나 붙어 있는 더미 공구(도시되지 않음)를 설치하고, 더미 공구를 일정한 회전수로 회전시켜 둔다. 그리고 주축 회전 각도 센서(41)로, 더미 공구의 회전 각도가 소정의 회전 각도(촬영을 해야 하는 회전 각도)로 된 것을 검출한 때, 제어 장치(20)가 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하여, 카메라(22)가 더미 공구를 촬영한 더미 공구의 정지 화상을 얻는다.
이 정지 화상에 찍혀 있는 상기 마크(도시되지 않음)의 위치 어긋남양을 검출함으로써 촬영 타임 래그의 시간 TD를 구한다.
예를 들어 6만 회전/분으로 더미 공구가 회전하고 있는 상태에서, 더미 공구의 마크 회전 각도가 「0°」로 된 것을 주축 회전 각도 센서(41)가 검출하고, 제어 장치(20)가 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하여, 카메라(22)가 더미 공구를 촬영한 것에 의하여 더미 공구의 정지 화상이 얻어진다. 이 얻어진 정지 화상에 찍혀 있는 마크의 회전 각도가 「45°」로 되어 있으면, 촬영 타임 래그의 시간 TD는 125μsec라는 것으로 되고, 회전 각도가 「90°」로 되어 있으면, 촬영 타임 래그의 시간 TD는 250μsec라는 것으로 된다.
공구 형상 측정 장치(1a)에서는, 예를 들어 주축(11)이 일정 회전수 na로 회전하고 있을 때의 타임 래그 시간 TDa를 측정해 두고, 주축(11)이, 다른 일정 회전수 nb로 회전하고 있을 때의 타임 래그 시간 TDb를 상기 타임 래그 시간 TDa로부터 계산으로 구하고 있다. 즉, 「타임 래그 시간 TDb=타임 래그 시간 TDa×일정 회전수 nb/일정 회전수 na」로 하고 있다.
또한 공구 형상 측정 장치(1a)에 있어서, 주축(11)이 복수의 일정 회전수 na1, na2, na3…으로 회전하고 있을 때의 각각에 있어서의 타임 래그 시간 TDa1, TDa2, TDa3…을 측정해 두고, 주축(11)이, 다른 일정 회전수 nb로 회전하고 있을 때의 타임 래그 시간 TDb를 다음과 같이 하여 구해도 된다. 단,na1<na2<na3…으로 하고 TDa1>TDa2>TDa3…으로 한다.
일정 회전수 nb가, 일정 회전수 na1, na2, na3… 중 어느 회전수와 일치하고 있을 때는, 이 일치하고 있는 회전수에 있어서의 타임 래그 시간을 타임 래그 시간 TDb로서 채용한다.
또한 일정 회전수 nb가, 복수의 일정 회전수 na1, na2, na3… 중 어느 회전수와도 일치하고 있지 않을 때는, 일정 회전수 nb의 양쪽 인근의 회전수로부터 타임 래그 시간 TDb를 구한다. 예를 들어 「TDb=TDa1+((nb-na1)/(na2-na1))×(TDa2-TDa1)」로 한다.
또한 타임 래그 시간 TD의 값이 커서 주축(11)이 1분 동안에 6만 회전하고 있으면, 타임 래그 시간 TD 내에 주축(11)이 360° 이상 회전하고 있는 경우도 있다. 이 경우, 주축(11)을 처음에는 낮은 회전수로 회전시켜 두어 타임 래그 시간 TD를 구하고, 이후 점차 주축(11)의 회전수를 높이면서 타임 래그 시간 TD를 구하면, 타임 래그 시간 TD 내에 주축(11)이 360° 이상 회전해 버리고 있는 것을 검출할 수 있다.
또한 더미 공구로서 도 11에서 도시하는 것을 채용해도 된다. 도 11에서 도시하는 더미 공구(63)는, 원기둥형의 더미 공구 본체(65)의 측면에 복수의 마크(67(67A, 67B, 67C, 67D…))가 마련되어 있다. 각 마크(67)는, 원기둥형의 더미 공구 본체(65)의 원주 방향(도 11의 (b)의 좌우 방향)에서는 일정한 간격을 두고 배치되어 있다. 또한 각 마크(67(67A, 67B, 67C, 67D…))는, 원기둥형의 더미 공구 본체(65)의 높이 방향(도 11의 (b)의 상하 방향)에서는 일정한 간격을 두고 배치되어 있음과 함께, 도 11의 (b)의 좌측으로부터 우측을 향함에 따라 Z 방향 하단으로부터의 거리가 점차 크게 되고 있다.
또한 상기 설명에서는, 주축(11)이 1회전할 때마다 주축 회전 각도 센서(41)가 1주기의 퍼슬 신호를 발하는 것으로 하고 있지만, 주축 회전 각도 센서(41)를 마련하는 것 대신, 혹은 그에 더해 로터리 인코더(도시되지 않음)를 마련하여 주축(11)의 회전 각도를 검출하도록 해도 된다. 로터리 인코더의 분해능은 주축 회전 각도 센서(41)의 분해능에 비해 충분히 작으며, 예를 들어 1° 정도 혹은 0.1° 내지 5° 정도, 혹은 그 이하의 분해능으로 되어 있는 것으로 한다. 이와 같은 로터리 인코더를 이용하면, 적절한 로터리 인코더의 값을 마련하고 그 값으로 된 때 촬영 명령을 출력함으로써 적절한 공구의 화상을 촬영할 수 있다.
또한 상기 설명에서는 타임 래그의 요인으로서, 제어 장치(20)가 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하고 나서 카메라(22)가 촬영을 하기까지의 시간을 들고 있지만, 주축 회전 각도 센서(41)에 기인하여 발생하는 타임 래그나 제어 장치(20)에 기인하여 발생하는 타임 래그를, 제어 장치(20)가 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하고 나서 카메라(22)가 촬영을 하기까지의 타임 래그에 더하도록 해도 된다.
그런데 제어 장치(20)에 의한 촬영 명령의 출력으로서 제1 출력과 제2 출력을 들어도 된다.
제1 출력은, 주축(11)이 소정의 각도(예를 들어 1°)씩 회전한 상태에 있어서의 복수의 화상(복수의 공구(12)의 정지 화상)을 얻기 위하여 이루어지는 것이다. 복수의 공구(12)의 정지 화상은, 주축(11)의 1회전분에 상당하는 화상이다.
이와 같은 제1 출력이 이루어짐으로써 1회째의 촬영(제1 군의 촬영)이 이루어지며, 예를 들어 공구(12)의 1주분의 360매의 화상이 카메라(22)로 촬영되어 얻어지도록 되어 있다. 즉, 어느 소정의 회전 각도로 되어 있는 주축(11)의 회전 각도를 기준 각도(0°)로 하면, 기준 각도로부터 1° 회전한 때의 공구(12)의 화상, 기준 각도로부터 2° 회전한 때의 공구(12)의 화상, 기준 각도로부터 3° 회전한 때의 공구(12)의 화상…이라는 식으로 공구(12)의 1주분의 360매로 화상이 얻어지도록 되어 있다.
또한 상기 1°의 각도는, 공구(12)의 실제의 형상에 대한 촬영 화상(카메라(22)의 촬영으로 얻어진 화상)의 오차가 허용 범위 내에 들어가는 각도이다.
또한 주축(11)이 극히 빠르게 회전하고 있으므로, 공구(12)가 1회전하는 동안에 360회의 촬영을 하는 것이 아니라 공구(12)가 복수 회전하는 동안에 360회의 촬영이 이루어지도록 되어 있다.
예를 들어 설명한다. 주축의 기준 각도(0°)로 하면, 1매째의 화상은, 주축(11)이 기준 각도로부터 360°×m1+1° 회전한 상태의 화상으로 된다. 2매째의 화상은, 주축(11)이 기준 각도로부터 360°×m2+2° 회전한 상태의 화상으로 된다. 이하, p매째의 화상은, 주축(11)이 기준 각도로부터 360°×mp+p° 회전한 상태의 화상으로 된다. 단, m1, m2… mp…, p는 자연수이고 m1<m2<… mp…이다.
또한 상기 설명에서는, m1<m2<… mp…로 한 것에 의하여 1°의 촬영 후에 2°의 촬영을 하고 있다. 즉, 상기 설명에서는, 공구(12)의 기준 각도로부터의 회전 각도가 작은 상태로부터 차례로 촬영하고 있다. 그러나 반드시 이와 같이 할 필요는 없다. 공구(12)의 기준 각도로부터의 회전 각도의 대소에 관계되지 않는 촬영 순서로 촬영을 해도 된다. 예를 들어 350°의 촬영의 후 10°의 촬영을 하고, 10°의 촬영 후에 121°의 촬영을 한다…는 식으로 해도 된다.
또한 1회째의 촬영 신호가 출력된 때로부터 360°×m0+1° 회전한 상태의 공구(12)를 촬영하여 1매째의 공구(12)의 화상을 얻도록 하고, 1매째의 화상 촬영 종료 후이며 2회째의 촬영 신호가 출력된 때로부터 360°×m0+2° 회전한 상태의 공구(12)를 촬영하여 2매째의 공구(12)의 화상을 얻도록 하고, …p-1매째의 화상 촬영 종료 후이며 p회째의 촬영 신호가 출력된 때로부터 360°×m0+p° 회전한 상태의 공구(12)를 촬영하여 p매째의 공구(12)의 화상을 얻도록 하고, …359장째의 화상 촬영 종료 후이며 360회째의 촬영 신호가 출력된 때로부터 360°×m0+360° 회전한 상태의 공구(12)를 촬영하여 360매째의 공구(12)의 화상을 얻도록 해도 된다. 촬영과 촬영 사이의 시간은, 공구 형상 측정 장치(1a)가, 공구(12)의 촬영이 종료되고 다음 촬영의 준비를 할 수 있는 상태로 되기까지의 충분한 시간을 취할 필요가 있다. 단, m0은 자연수이다.
또한 공구 형상 측정 장치(1a)에는, 공구(12)의 회전 각도를 입력하는 공구 회전 각도 입력부(도시되지 않음)가 마련되어 있다. 공구 회전 각도 입력부는, 예를 들어 제어 장치(20)가 있는 곳에 마련되어 있다.
그리고 제1 출력에 의하여 얻어진 화상 중에서, 촬영하고자 하는 회전 각도로 되어 있는 공구(12)의 회전 각도가, 공구 회전 각도 입력부로부터 제어 장치(20)에 입력되도록 되어 있다.
더 설명하면, 1회째에 촬영한 화상을 보아 촬영이 필요한 공구(12)의 각도(1회째의 촬영에 의하여 얻어진 복수의 화상 중의 필요한 화상)를 오퍼레이터가 선택한다. 그리고 이 선택된 각도만으로 촬영을 행하고자 하는 경우에는, 공구 회전 각도 입력부로부터, 촬영하고자 하는 공구(12)의 회전 각도를 입력하도록 되어 있다. 예를 들어 1°과 2°의 회전 각도로 되어 있는 공구를 촬영한 경우에는, 1°과 2°을 공구 회전 각도 입력부를 이용하여 입력하는 것이다.
제어 장치(20)는, 제1 출력을 한 후, 공구 회전 각도 입력부에서 입력된 회전 각도에 있어서의 공구(12)의 촬영하기 위하여 제2 출력을 하도록 구성되어 있다.
이와 같은 촬영 명령의 제2 출력이 이루어짐으로써 2회째의 촬영(제2 군의 촬영)이 이루어져, 촬영하고자 하는 회전 각도로 되어 있는 공구(12)의 화상만을 얻을 수 있다.
제어 장치(20)가 제1 출력을 한 후, 공구 회전 각도 입력부에서 입력된 회전 각도에 있어서의 공구(12)의 촬영하기 위하여 제2 출력을 하도록 구성되어 있으므로, 화상 데이터를 보존하는 메모리의 절약으로 된다.
또한 공구 형상 측정 장치(1a)에는, 카메라(22)의 촬영에 동기하여 발광하는 발광 장치(조명 장치; 예를 들어 스트로보)(61)가 마련되어 있다. 그리고 제어 장치(20)에 의한 카메라(22)에 대한 촬영 명령의 출력에 의하여 스트로보(61)가 공구(12)를 향하여 광을 발하도록 구성되어 있다. 또한 스트로보(61)의 발광체(발광원)로서, 예를 들어 LED가 채용되고 있다.
스트로보(61)의 발광은, 더 선명한 공구(12)의 정지 화상을 얻기 위하여, 또한 더 단시간에 공구(12)를 촬영하기 위하여 이루어진다. 카메라(22)의 셔터가 열려 있는 시간보다도 스트로보(61)가 발광하고 있는 시간 쪽이 짧아서, 카메라(22)의 셔터가 열려 있는 시간 내에 스트로보(61)가 발광하도록 되어 있다.
즉, 제어 장치(20)에 의한 카메라(22)에 대한 촬영 명령의 출력에 의하여, 카메라(22)의 셔터가 열려 있는 시간 내(카메라(22)의 셔터가 완전 개방되어 있는 시간 내)에 스트로보(61)가 발광하도록 구성되어 있다.
달리 말하면, 제어 장치(20)에 의한 카메라(22)에 대한 촬영 명령의 출력이 이루어진 때, 카메라(22)가 곧바로 셔터를 여는 동작을 개시하도록 되어 있다. 스트로보(61)는, 카메라(22)가 셔터를 여는 동작을 개시한 시각보다도 약간의 시간이 경과한 시각이며, 게다가 카메라(22)가 셔터를 닫는 동작을 개시하기 전에 발광하도록 구성되어 있다.
더 설명하면, 주축 회전 각도 센서(41)의 측정에 의한 트리거로 카메라(22)의 셔터와 스트로보(61)에 지시(촬영 명령)를 주어도 되지만, 카메라(22)의 셔터가 완전히 다 열리지 않는 동안에 스트로보(61)가 발광해 버리는 일도 있다. 이를 회피하기 위하여 스트로보(61)의 발광 타이밍을 늦춘다(딜레이를 넣음). 그리고 충분히 셔터가 완전히 다 열린 타이밍에 스트로보(61)를 발광시키도록 되어 있다.
이것에 의하여, 카메라(22)의 셔터가 완전히 다 열리지 않는 동안에 발광 장치(61)가 발광하지 않도록 되어 있다. 또한 카메라(22)의 셔터가 닫혀 버려 있는 상태, 혹은 닫히 있는 도중의 상태에서 스트로보(61)가 발광하지 않도록 되어 있다.
스트로보(61)를 사용하여(스트로보(61)의 순간적인 발광에 의하여) 공구(12)의 정지 화상을 얻는 경우에는, 상술한 바와 같이 느린 셔터 스피드로 카메라(22)가 공구(12)를 촬영한다. 또한 스트로보(61)의 발광체로서 LED가 채용되어 있는 경우에 있어서는 LED의 휘도가 높고 매우 밝으므로, 촬영 환경을 그다지 어둡게 할 필요는 없다.
또한 스트로보(61)를 마련한 경우, 도 7에서 도시한 바와 같이, 회전하고 있는 공구(12)를 사이에 두고 일방측에 카메라(22)가 설치되어 있고 타방측에 스트로보(61)가 설치되어 있다. 그리고 스트로보(61)가 공구(12)과 카메라(22)를 향하여 광을 발함으로써 카메라(22)로의 공구(12)의 촬영이 이루어지는 구성으로 되어 있다. 이때, 스트로보(61)는 공구(12)를 향하여 평행 광(79)을 발하도록 구성되어 있다.
이것에 의하여, 카메라(22)로 공구(12)를 촬영할 때 스트로보(61)는 백라이트로서 기능하여, 카메라(22)에 의하여 공구(12)의 실루엣이 촬영되도록 되어 있다.
더 설명하면, 스트로보(61)가 발하는 평행 광(79)의 진행 방향은, 예를 들어 X 방향으로 되어 있고 공구(12)의 회전 중심축 C1에 대하여 직교하고 있으며, 카메라(22)의 렌즈(69)의 광축(71)도 X 방향으로 연장되어 있다.
또한 도 7에서 도시한 바와 같이, 공구(12)에 대한 스트로보(61), 카메라(22)의 얼라인먼트를 조정하기 위한 얼라인먼트 조정 장치(73)를 마련해도 된다. 도 7에서 도시하는 얼라인먼트 조정 장치(73)는, Z 방향으로 연장되어 있는 소정의 축 주위에 있어서의 스트로보(61)의 회동 각도와, Y 방향으로 연장되어 있는 소정의 축 주위에 있어서의 스트로보(61)의 회동 각도를 조정하여, 스트로보(61)를 회동 위치 결정할 수 있도록 되어 있다. 또한 카메라(22)에도 마찬가지의 얼라인먼트 조정 장치가 마련되어 있는 것으로 한다.
얼라인먼트 조정 장치(73)가 마련되어 있음으로써, 스트로보(61)가 발하는 평행 광(79)의 진행 방향과 카메라(22)의 렌즈(69)의 광축(71)을, 서로가 평행으로 되도록 조정하는 것이 용이해진다. 또한 스트로보(61)가 발하는 평행 광(79)의 진행 방향이 카메라(22)의 촬상 소자(75)의 평면에 대하여 직교되게 하는 것이 용이해진다.
다음으로, 스트로보(61)를 사용한 공구 형상 측정 장치(1a)의 동작에 대하여 설명한다.
초기 상태에서는 공구(12)가 일정한 회전 속도로 회전하고 있으며, 타임 래그 시간 TD는 미리 구해져 있다. 또한 도 7에서 도시한 바와 같이 스트로보(61)와 카메라(22) 사이에 공구(12)가 위치하고 있으며, 공구(12)에 대한 스트로보(61)와 카메라(22)의 얼라인먼트 조정도 되어 있는 것으로 한다.
상기 초기 상태에서 타임 래그 시간 TD를 이용하여 제어 장치(20)가 카메라(22)에 촬영 명령을 내리면, 카메라(22)의 셔터가 열려 스트로보(61)가 발광하고 카메라(22)의 셔터가 닫혀진다. 그리고 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상이 얻어진다.
이 얻어진 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상으로부터 공구(12)의 실제의 형상을 구한다. 그리고, 예를 들어 제어 장치(20)에 마련되어 있는 표시 화면(도시되지 않음)에, 공구(12)의 이상 형상(목표 형상)과 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상(워크(14)를 실제로 가공하는 공구(12)의 형상)을 중첩하여 표시한다.
공작 기계(2)에서는 제어 장치(20)의 제어 하, 공구(12)의 실제의 형상에 따라 공구(12)의 위치의 보정을 하면서 워크(14)의 가공을 한다. 가공은 수십 시간 걸리는 일도 있다. 그와 같은 가공 중에 공구(12)의 형상을 공구 형상 측정 장치(1, 1a)로 때때로 측정하여 공구(12)의 보정에 사용하거나 공구(12)의 교환이 필요한지 여부의 체크를 하거나 한다.
또한 가공 시의 주축(11)의 회전수는 NC(Numerical Control) 장치(제어 장치(20))로 세트한다. 주축(11)을 회전시켜 가공할 회전수로 되면, 공구 형상 측정 장치(1, 1a)로 공구(12)의 형상을 측정한다(가공 전). 측정(공구(12)의 촬영)의 트리거는 주축의 회전 센서(인코더)의 소정의 값, 또는 주축 회전 각도 센서(41)로 한다. 트리거와 동기하여 동일한 타이밍에 스트로보(61)를 발광시키면, 그 회전수로 회전 중인 경우에는 항시 동일한 각도의 공구(12)의 화상을 촬영할 수 있게 된다. 공구(12)를 주축(11)으로부터 떼어내지 않는 한, 회전을 정지시키고 또한 원래의 회전수로 되돌린 경우에도 동일한 타이밍에 동일한 각도의 공구(12)의 화상을 촬영할 수 있다.
공구 형상 측정 장치(1a)에 따르면, 주축 회전 각도 센서(41)가 검출한 주축(11)의 회전 각도에 따라 카메라(22)로 공구(12)를 촬영하도록 구성되어 있으므로, 공구(12)의 촬영에 들이는 시간을 최대한 짧게 할 수 있다. 즉, 상술한 최대 회전 각도로 되어 있는에 공구(12)의 정지 화상을 1회의 촬영으로 얻을 수 있으므로, 공구(12)를 다수 회에 걸쳐 촬영하고 이들 촬영으로 얻어진 정지 화상을 서로 비교할 필요가 없다.
또한 카메라(22)의 셔터 속도를 느리게 하여(예를 들어 공구(12)가 1회전하는 시간보다도 긴 시간 셔터를 열어 두어) 공구(12)를 촬영하면, 도 8의 (a)에서 도시한 바와 같이 피사체 떨림을 일으켜 공구(12)의 외주측에서 공구(12)의 찍힘이 나빠져, 공구(12)의 윤곽(77)이 흐릿해져 버려 공구(12)의 형상을 정확히 얻을 수 없다.
이에 대하여, 공구 형상 측정 장치(1a)를 이용하면, 도 8의 (b)에서 도시한 바와 같이 피사체 떨림이 없게 되어 공구(12)의 윤곽(77)이 분명해진다. 그리고 공구(12)의 정확한 형상을 얻을 수 있다.
또한 공구 형상 측정 장치(1a)에 따르면, 제어 장치(20)가 카메라(22)에 촬영 명령을 출력하는 타이밍을 주축(11)의 회전수에 따라 변화시키도록 구성되어 있으므로, 주축(11)의 회전수가 변화된 경우이더라도 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상을 용이하게 얻을 수 있다.
또한 공구 형상 측정 장치(1a)에 따르면, 제어 장치(20)에 의한 카메라(22)에 대한 촬영 명령의 출력에 의하여 스트로보(61)가 공구(12)를 향하여 광을 발하도록 구성되어 있으므로, 카메라(22)의 셔터의 개폐로 촬영하는 경우에 비해 더 단시간에 공구(12)를 촬영할 수 있어서, 회전하고 있는 공구(12)의 선명한 화상을 저렴하게 게다가 용이하게 얻을 수 있다. 즉, 카메라(22)의 셔터 속도를 빠르게(셔터를 열고 있는 시간을 짧게) 하는 것에 비해 스트로보(61)의 발광 시간을 짧게 하는 것은, 저렴하고 게다가 용이하게 할 수 있는 것이다.
또한 스트로보(61)를 사용하지 않으면 카메라(22)의 셔터의 제어로는 추종할 수 없으며, 할 수 있었다고 하더라도 매우 고가의 카메라로 되어 버린다. 그러나 기동 시간은 빨라서 짧은 시간의 발광이 가능한 스트로보(61)를 사용함으로써, 고속 셔터가 가능한 카메라에 비해 저렴한 카메라를 사용하더라도, 회전하고 있는 공구(12)의 선명한 화상을 얻을 수 있다.
또한 공구 형상 측정 장치(1a)에 따르면, 회전하고 있는 공구(12)를 사이에 두고 일방측에 카메라(22)가 설치되어 있고 타방측에 스트로보(61)가 설치되어 있고, 스트로보(61)가 공구(12)과 카메라(22)를 향하여 평행 광(79)을 발함으로써 카메라(22)로의 공구(12)의 촬영이 이루어지므로, 실제의 공구(12)의 외형과 차이가 없는 공구(12)의 실루엣을 촬영할 수 있다.
공구(12)의 실루엣이 정지 화상으로서 얻어짐으로써 공구(12)의 외주(에지; 윤곽)(77)가 선명해져, 공구(12)의 정확한 외형을 용이하게 얻을 수 있다.
또한 공구 형상 측정 장치(1a)에 따르면, 주축 회전 각도 센서(41)가, 주축(11)이 회전하고 있을 때 연속 펄스 신호를 출력함과 함께, 주축(11)이 1회전할 때마다 1주기의 펄스 신호를 발하도록 구성되어 있으므로, 간소한 구성으로 고속 회전하고 있는 주축(11)의 회전 속도를 용이하게 검출할 수 있다.
그런데 공구(12)로서 엔드 밀을 들고 있지만, 엔드 밀로서 도 9의 (a)에서 도시하는 볼 엔드 밀 외에, 도 9의 (b)에서 도시하는 스퀘어 엔드 밀이나 도 9의 (c)에서 도시하는 래디우스 엔드 밀을 들 수 있다.
또한 상기 설명에서는, 주축 회전 각도 센서(41)나 로터리 인코더를 이용하여 주축(11)이나 공구(12)의 회전 각도나 회전 속도를 검출하도록 되어 있지만, 함수 발생기 등의 다른 기기로부터 주축 회전 각도 센서(41)나 로터리 인코더와 마찬가지의 신호를 발하여 카메라(22)로의 촬영을 하도록 구성되어 있어도 된다.
또한 촬영에서 얻어진 모든 화상을 합성하여 공구(12)의 최대 외형의 정지 화상을 얻도록 해도 된다. 그리고 공구(12)의 최대 외형에 기초하여 공구 보정을 행하도록 해도 된다.
또한 상기 기재 내용을 공구 형상 측정 방법의 발명으로서 파악해도 된다.
즉, 공작 기계의 주축(스핀들)에 설치된 공구(예를 들어 엔드 밀)의 형상을 측정하는 공구 형상 측정 방법이며, 상기 주축의 회전 각도를 검출하는 주축 회전 각도 검출 공정과, 상기 주축 회전 각도 검출 공정에서 검출한 상기 주축의 회전 각도에 따라 상기 공구를 카메라로 촬영하는 촬영 공정을 갖는 공구 형상 측정 방법으로서 파악해도 된다.
이 경우에 있어서, 주축 회전 각도 검출 공정이, 상기 주축의 회전수(회전 각속도)도 검출하는 공정이고, 상기 촬영 공정에서는, 상기 촬영을 하는 타이밍을 상기 주축의 회전수에 따라 변화시키도록 해도 된다.
또한 상기 촬영 공정에서 상기 촬영을 할 때, 발광 장치가 상기 공구를 향하여 광을 발하도록 해도 된다.
또한 상기 촬영 공정에서, 상기 카메라의 셔터가 열려 있는 시간 내에 상기 발광 장치가 발광하도록 해도 된다.
또한 상기 회전하고 있는 공구를 사이에 두고 일방측에 상기 촬영 공정에서의 촬영을 하는 카메라가 설치되어 있고 타방측에 상기 발광 장치가 설치되어 있고, 상기 발광 장치가 상기 공구(와 카메라)를 향하여 광을 발함으로써 상기 촬영 공정에서의 상기 카메라에 의한 상기 공구의 촬영이 이루어짐과 함께, 상기 발광 장치는 상기 공구를 향하여 평행 광을 발해도 된다.
또한 상기 주축 회전 각도 검출 공정이, 상기 주축이 (일정 속도로) 회전하고 있을 때 연속 펄스 신호가 출력됨과 함께, 상기 주축이 1회전할 때마다 1주기의 펄스 신호가 출력되는 공정으로 되어 있어도 된다.
또한 상기 촬영 공정으로서 제1 공정과 제2 공정을 마련하고, 상기 제1 공정에서는, 상기 주축이 소정의 각도씩 회전한 상태에 있어서의 복수의 화상을 촬영하고, 상기 제1 공정에서의 촬영을 한 후, 상기 제2 공정에서, 소정의 회전 각도로 되어 있는 상기 공구의 화상만을 촬영하도록 해도 된다.
일본 특허 출원 제2018-203386호(출원일: 2018년 10월 30일)의 모든 내용은 여기에 원용된다.
이상, 본 발명의 몇몇 실시 형태를 설명하였지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.
1, 1a: 공구 형상 측정 장치
2: 공작 기계
11: 주축(스핀들)
12: 공구(엔드 밀)
20: 제어 장치
22: 카메라
41: 주축 회전 각도 센서
61: 발광 장치(스트로보)

Claims (16)

  1. 공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 측정하는 공구 형상 측정 장치이며,
    상기 공구를 촬영하는 카메라와,
    상기 주축의 회전 각도를 검출하는 주축 회전 각도 센서와,
    상기 주축 회전 각도 센서가 검출한 상기 주축의 회전 각도에 따라 상기 카메라에 촬영 명령을 출력하는 제어 장치를
    갖는 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주축 회전 각도 센서는 상기 주축의 회전수도 검출하도록 구성되어 있고,
    상기 제어 장치는, 상기 카메라에 촬영 명령을 출력하는 타이밍을 상기 주축의 회전수에 따라 변화시키는 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    발광 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치에 의한 상기 카메라에 대한 촬영 명령의 출력에 의하여 상기 발광 장치가 상기 공구를 향하여 광을 발하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 장치에 의한 상기 카메라에 대한 촬영 명령의 출력에 의하여, 상기 카메라의 셔터가 열려 있는 시간 내에 상기 발광 장치가 발광하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 공구를 사이에 두고 일방측에 상기 카메라가 설치되어 있고 타방측에 상기 발광 장치가 설치되어 있고, 상기 발광 장치가 상기 공구를 향하여 광을 발함으로써 상기 카메라로의 상기 공구의 촬영이 이루어지도록 구성되어 있고,
    상기 발광 장치는 상기 공구를 향하여 평행 광을 발하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주축 회전 각도 센서는, 상기 주축이 회전하고 있을 때 연속 펄스 신호를 출력함과 함께, 상기 주축이 1회전할 때마다 1주기의 펄스 신호를 발하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치에 의한 촬영 명령의 출력으로서 제1 출력이 있고,
    상기 제1 출력에 의하여, 상기 주축이 소정의 각도씩 회전한 상태에 있어서의 복수의 화상을 얻도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어 장치에 의한 촬영 명령의 출력으로서 또한 제2 출력이 있고,
    상기 공구의 회전 각도를 입력하는 공구 회전 각도 입력부를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 제1 출력을 한 후, 상기 공구 회전 각도 입력부에서 입력된 회전 각도에 있어서의 상기 공구의 촬영을 하기 위하여 상기 제2 출력을 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 장치.
  9. 공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 측정하는 공구 형상 측정 방법이며,
    상기 주축의 회전 각도를 검출하는 주축 회전 각도 검출 공정과,
    상기 주축 회전 각도 검출 공정에서 검출한 상기 주축의 회전 각도에 따라 상기 공구를 촬영하는 촬영 공정을
    갖는 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 주축 회전 각도 검출 공정은, 상기 주축의 회전수도 검출하는 공정이고,
    상기 촬영 공정에서는, 상기 촬영을 하는 타이밍을 상기 주축의 회전수에 따라 변화시키는 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 촬영 공정에서는, 상기 촬영을 할 때 발광 장치가 상기 공구를 향하여 광을 발하는 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 촬영 공정에서는, 카메라의 셔터가 열려 있는 시간 내에 상기 발광 장치가 발광하는 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 공구를 사이에 두고 일방측에 상기 촬영 공정에서의 촬영을 하는 카메라가 설치되어 있고 타방측에 상기 발광 장치가 설치되어 있고, 상기 발광 장치가 상기 공구를 향하여 광을 발함으로써 상기 촬영 공정에서의 상기 카메라에 의한 상기 공구의 촬영이 이루어짐과 함께, 상기 발광 장치는 상기 공구를 향하여 평행 광을 발하는 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주축 회전 각도 검출 공정에서는, 상기 주축이 회전하고 있을 때 연속 펄스 신호가 출력됨과 함께, 상기 주축이 1회전할 때마다 1주기의 펄스 신호가 출력되는 공정인 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 방법.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촬영 공정으로서 제1 공정이 있고,
    상기 제1 공정은, 상기 주축이 소정의 각도씩 회전한 상태에 있어서의 복수의 화상을 촬영하는 공정인 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 촬영 공정으로서 또한 제2 공정이 있고,
    상기 제2 공정은, 상기 제1 공정에서의 촬영을 한 후, 소정의 회전 각도로 되어 있는 상기 공구의 화상만을 촬영하는 공정인 것을 특징으로 하는 공구 형상 측정 방법.
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