TW201534424A - 工具檢查方法及工具檢查裝置 - Google Patents

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TW201534424A
TW201534424A TW104103401A TW104103401A TW201534424A TW 201534424 A TW201534424 A TW 201534424A TW 104103401 A TW104103401 A TW 104103401A TW 104103401 A TW104103401 A TW 104103401A TW 201534424 A TW201534424 A TW 201534424A
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Yoshitomo Ishizaki
Masaru Miyamoto
Tomohito Hattori
Yan-Wei Chen
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Abstract

本發明包括如下步驟：基準影像獲取步驟，其係對作為基準之基準工具進行拍攝而獲取基準影像；檢查對象影像獲取步驟，其係對作為檢查對象的對象工具進行攝像而獲取檢查對象影像；關聯值演算步驟，其係根據對基準影像及檢查對象影像進行頻率分解後獲得的相位成分，而演算出基準影像與檢查對象影像之關聯值；及判定步驟，其係根據關聯值而判定對象工具的劣化程度。

Description

工具檢查方法及工具檢查裝置
本發明係關於一種工具檢查方法及工具檢查裝置。
JP1998-96616A中，作為檢查工具刀片之缺損的方法，揭示有如下方法：利用移行機器人移送銑床的工具，且將其固定於尖端檢查更換作業台上的夾具，自結構光單元之投光窗將狹縫光射至工具刀片，利用照相機對工具刀片進行拍攝且利用影像處理裝置進行解析，獲得表示工具刀片之缺損的大小的指標資料，判定更換必要性。關於工具刀片之更換必要性，將因自工具刀片的邊緣部起發展的磨損而形成的凹部的Y軸方向及Z軸方向上的擴展識別為指標資料，當該指標資料超過預先設定之容許值時，判定為有更換必要性。
JP1998-96616A中記載的方法中，於對因磨損形成之凹部的Y軸方向與Z軸方向上之擴展進行測定的情況下，當利用照相機對工具刀片進行拍攝時，須將工具刀片定位於檢查位置。即，為了準確地判定工具刀片之更換必要性，須將工具刀片準確地定位於檢查位置。
因此，專利文獻1中記載之方法中，工具刀片之更換必要性的精度會受到工具刀片的定位精度的影響。而且，因工具刀片的定位需要時間，故而，判定工具刀片之更換必要性時須花費時間。
本發明之目的在於提供一種能以簡單的方法以良好的精度檢查工具的工具檢查方法及工具檢查裝置。
根據本發明之某一態樣，其係一種工具檢查方法，其包括：基準影像獲取步驟，其係對作為基準之基準工具進行拍攝而獲取基準影像；檢查對象影像獲取步驟，其係對作為檢查對象的對象工具進行攝像而獲取檢查對象影像；關聯值演算步驟，其係根據對上述基準影像與上述檢查對象影像進行頻率分解而獲得的相位成分，而演算出上述基準影像與上述檢查對象影像的關聯值；及判定步驟，其係根據上述關聯值而判定上述對象工具的劣化程度。
根據本發明之另一態樣，其係一種工具檢查裝置，其包括：檢查對象影像獲取部，其對於作為檢查對象的對象工具進行攝像而獲取檢查對象影像；關聯值演算部，其根據對基準工具的基準影像與上述檢查對象影像進行頻率分解而獲得的相位成分，而演算出上述基準影像與上述檢查對象影像的關聯值；及判定部，其根據上述關聯值而判定上述對象工具的劣化程度。
1‧‧‧照相機
2‧‧‧電腦
21‧‧‧顯示器
22‧‧‧鍵盤
23‧‧‧滑鼠
100‧‧‧工具檢查裝置
圖1係本發明之實施形態的工具檢查裝置的概略構成圖。
圖2係表示本發明之實施形態的工具檢查方法的順序的流程圖。
圖3A表示未使用的拋棄式刀具的刃前緣的影像(基準影像)。
圖3B係拋棄式刀具的刃前緣的影像(檢查對象影像)、且為未使用狀態下的影像。
圖3C係拋棄式刀具的刃前緣的影像(檢查對象影像)、且為使用100次之後的影像。
圖3D係拋棄式刀具的刃前緣的影像(檢查對象影像)、且為使用200次之後的影像。
圖4A表示基準影像。
圖4B係檢查對象影像、且為與基準影像相同的影像。
圖4C係檢查對象影像、且為位置相對於基準影像有所偏移的影像。
圖5係表示對子像素的偏移量為(δ1，δ2)=(d，0)的相同的2個影像運用相位限定關聯法時的相位限定關聯函數的圖表。
圖6係表示子像素級的近似關聯值的圖表。
圖7係表示第1實施例中的拋棄式刀具1、2、3的基準影像與檢查對象影像。
圖8A係表示拋棄式刀具1、2、3的基準影像與檢查對象影像的由相位限定關聯法所得的關聯值的變化的圖表。
圖8B係表示拋棄式刀具1、2、3的基準影像與檢查對象影像的由標準化相互關聯法所得的關聯值的變化的圖表。
圖9係表示第2實施例中的拋棄式刀具1、2、3的基準影像與檢查對象影像。
圖10A係表示拋棄式刀具1、2、3的基準影像與檢查對象影像的由相位限定關聯法所得的關聯值的變化的圖表。
圖10B係表示拋棄式刀具1、2、3的基準影像與檢查對象影像的由標準化相互關聯法所得的關聯值的變化的圖表。
<第1實施形態>
首先，參照圖1~4，對本發明之第1實施形態進行說明。
本發明之第1實施形態的工具檢查裝置100係測定工具的劣化程度的檢查裝置。本實施形態中，係對檢查對象為各種工具的拋棄式刀具的情況進行說明。
如圖1所示，工具檢查裝置100包括：作為檢查對象影像獲 取部的照相機1，其對安裝於加工裝置的拋棄式刀具的刃前緣進行拍攝而獲取檢查對象影像；及電腦2，其對於由照相機1獲取的影像資料進行影像處理，判定拋棄式刀具的劣化程度。照相機1安裝於加工裝置。電腦2可鄰接於加工裝置而設，亦可設於遠離加工裝置的場所。
電腦2包括可顯示影像資料的作為顯示部的顯示器21、以 及可輸入使用者的指示的作為輸入部的鍵盤22及滑鼠23。電腦2中保存作為基準工具的未使用的拋棄式刀具的刃前緣的影像，以此作為基準影像。 電腦2係基於由照相機1所拍攝的檢查對象影像與預先保存於電腦2的基準影像的比較，而判定作為檢查對象的拋棄式刀具的劣化程度。具體而言，由關聯值演算部演算出檢查對象影像與基準影像的關聯值，且由判定部根據關聯值來判定拋棄式刀具的劣化程度。
繼而，對於拋棄式刀具的檢查方法進行詳細說明。
作為檢查前的準備，預先對未使用的拋棄式刀具的刃前緣進行攝像，而獲取基準影像，該基準影像係作為判定檢查對象的劣化程度時的基準(基準影像獲取步驟)。所獲取的影像保存於電腦2。
按圖2所示的步驟11~14的順序對拋棄式刀具進行檢查。
步驟11中，判定拋棄式刀具的使用次數是否達到預先設定的規定次數。拋棄式刀具的使用次數係藉由對使用拋棄式刀具進行加工後的加工物的數量進行計數而獲得。再者，亦可取而代之，判定拋棄式刀具的使用時間、即、使用拋棄式刀具對加工物進行加工的時間是否達到規定時間。
當步驟11中判定為拋棄式刀具的使用次數已達到規定次數時，進入步驟12。
步驟12中，利用照相機1對拋棄式刀具的刃前緣的影像進行攝像而獲取檢查對象影像(檢查對象影像獲取步驟)。
步驟13中，利用電腦2讀取照相機1所獲取的檢查對象影像，由電腦2演算出基準影像與檢查對象影像的關聯值(關聯值演算步驟)。所謂關聯值是指表示基準影像與檢查對象影像的相似度的值。關聯值係使用相位限定關聯法而演算。所謂相位限定關聯法是指僅使用相位成分的關聯法，該相位成分中包括對於影像進行傅立葉轉換後所得的影像的形狀資訊。即，係對作為影像的亮度資訊的振幅成分進行標準化處理、且僅使用作為影像的形狀資訊的相位成分的關聯法。如此，步驟13中，根據對基準影像與檢查對象影像進行頻率分解而獲得的相位成分，而演算出基準影像與檢查對象影像的關聯值。
若將欲進行比較的2個影像設為f1(x,y)、f2(x,y)，將其等的傅立葉轉換設為F1(u，v)、F2(u，v)，將由傅立葉轉換而獲得的相位成分設為F1'(u，v)、F2'(u，v)，則相位限定關聯函數g(x,y)可藉由對以下 的G(x,y)進行逆傅立葉轉換而獲得。再者，F1 *表示F2的共軛複數。
相位限定關聯法中僅使用作為影像的相位成分的形狀資 訊，因此，若應用於相似的2個影像，則相位限定關聯函數表現出陡峭的峰值。將相位限定關聯函數的多個峰值中的最大值作為關聯值來評價相似度。若對於相同影像運用相位限定關聯法，則關聯值成為1.0，若對於相似的影像運用相位限定關聯法，則關聯值會根據影像的相似程度而變化。即，若對基準影像與檢查對象影像運用相位限定關聯法，則於拋棄式刀具的劣化程度小時，關聯值成為接近1.0的值，而劣化程度越大則關聯值越成為接近0的值。
圖3A中表示未使用的拋棄式刀具的刃前緣的影像即基準影 像，圖3B、3C及3D中表示拋棄式刀具的刃前緣的影像即檢查對象影像。 圖3B、3C及3D分別表示未使用狀態、使用100次之後、及使用200次之後的影像。
表1中表示藉由對圖3A所示的基準影像與圖3B~3D所示 的檢查對象影像運用相位限定關聯法而獲得的基準影像與檢查對象影像的關聯值。而且，表1中，作為比較例，還表示有藉由對圖3A所示的基準影像與圖3B~3D所示的檢查對象影像運用現有方法即標準化相互關聯法而獲得的基準影像與檢查對象影像的關聯值。標準化相互關聯法係使用作為影像的亮度資訊的振幅成分、與作為影像的形狀資訊的相位成分該等兩者 的關聯法。
根據表1可知，隨著使用100次、使用200次、這樣令拋棄 式刀具的磨損加劇，由相位限定關聯法所得的關聯值有所下降。而且，因由相位限定關聯法所得的關聯值低於由標準化相互關聯法所得的關聯值，故而，可以說，與標準化相互關聯法相比，相位限定關聯法中的評價相似度的感度更佳。如此，相位限定關聯法中令作為形狀資訊的相位成分特殊化，故而，關聯值會根據伴隨拋棄式刀具的磨損所產生的形狀變化而高感度地下降。故而，可以說，藉由利用由採用相位限定關聯法所得的關聯值，能以良好的精度評價基準影像與檢查對象影像的相似度。
圖4A中表示基準影像，圖4B及4C中表示檢查對象影像。 圖4B中所示的檢查對象影像係與基準影像相同的影像，圖4C中所示的檢查對象影像係位置相對於基準影像有所偏移的影像。
表2中表示藉由對圖4A所示的基準影像與圖4B、4C所示 的檢查對象影像運用相位限定關聯法而獲得的基準影像與檢查對象影像的關聯值。而且，表2中，作為比較例，還表示有藉由對圖4A所示的基準影像、與圖4B、4C所示的檢查對象影像運用現有方法即標準化相互關聯法而獲得的基準影像與檢查對象影像的關聯值。
根據表2可知，由標準化相互關聯法所得的關聯值係於檢查 對象影像為位置偏移影像時低於1.0，從而無法將基準影像與檢查對象影像識別為同一影像。與此相對，由相位限定關聯法所得的關聯值係於檢查對象影像為位置偏移影像時亦為1.0，從而將位置產生偏移的檢查對象影像識別為與基準影像相同的影像。其原因在於：相位限定關聯法中的影像的位置偏移可認為是相位成分的偏移，故而，當影像產生位置偏移時，關聯峰值會按影像的位置偏移量而產生偏移，可將位置偏移影像與基準影像識別為同一影像。此時，關聯峰值的值未變化，故而，無需對位置偏移進行修正。因此，若使用相位限定關聯法，則無需使基準影像與檢查對象影像的位置對準，便能評價兩者的相似度。
如上所述，藉由利用由相位限定關聯法所得的關聯值，無需 使基準影像與檢查對象影像的位置對準，且能以良好的精度評價兩者的相似度。
返回至圖2，步驟14中，根據步驟13中演算出的關聯值、 即藉由對基準影像與檢查對象影像運用相位限定關聯法而獲得的關聯值，來判定拋棄式刀具的劣化程度(判定步驟)。例如，當步驟13中演算出的關聯值下降至預先設定的值時，判定為拋棄式刀具已達到使用壽命。而且， 根據關聯值的大小而預先設定劣化等級1~5，當達到劣化等級5時，判定為拋棄式刀具已達到使用壽命。
以上所說明的基準影像與檢查對象影像的影像處理、及拋棄 式刀具的劣化程度的判定係藉由電腦2中記憶的軟體而自動執行。結果，若判定為拋棄式刀具已達到使用壽命，則會發出催促更換的通知。
根據以上的第1實施形態，可發揮以下所示的效果。
因根據基於對基準影像與檢查對象影像進行頻率分解而獲 得的相位成分而演算出的基準影像與檢查對象影像的關聯值，而判定對象工具的劣化程度，故而，無需對作為檢查對象的對象工具進行定位，且，亦無需令基準影像與檢查對象影像位置對準。因此，能利用簡單的方法以良好的精度檢查工具。
先前，當判斷工具的使用壽命時，需要熟練的技術。當不具 備熟練的技術時，則按安全的使用次數更換工具。然而，根據本實施形態，僅藉由拍攝工具的刃前緣，便能自動判定工具的使用壽命，故而，無需熟練的技術，且，能使工具用至其真正的使用壽命，從而能降低費用。
<第2實施形態>
繼而，參照圖5及6，對於本發明之第2實施形態進行說明。以下，僅對於其與上述第1實施形態的不同點進行說明。
關於利用使用相位限定關聯法演算出的關聯值進行的相似 度評價，當基準影像與檢查對象影像以整數個像素產生偏移時，能以良好的精度進行評價。然而，當基準影像與檢查對象影像產生子像素級的偏移、即小於一個像素的偏移時，相似度評價的精度會下降。例如，若對於向一 個方向偏移25個像素的相同的2個影像運用相位限定關聯法，則關聯值成為1.0，與此相對，若對於向一個方向偏移25.5個像素的相同的2個影像運用相位限定關聯法，則關聯值會下降至0.6左右。如此，利用使用相位限定關聯法演算出的關聯值進行的相似度評價係像素級的評價。
為了當基準影像與檢查對象影像產生子像素級的偏移時，亦 能以良好的精度對兩個影像的相似度進行評價，本第2實施形態中，使基準影像與檢查對象影像的關聯值的演算方法不同於上述第1實施形態。以下，將進行詳細說明。
由相位限定關聯法求出的相位限定關聯函數g(n1，n2)可 藉由使用sinc函數且如下式般獲得近似。δ 1、δ 2分別係影像的X軸及Y軸方向(參照圖3A)上的子像素級的偏移，且分別滿足-0.5δ 10.5、-0.5δ 20.5。
圖5係表示當對子像素的偏移量為(δ 1,δ 2)=(d，0)的 相同的2個影像運用相位限定關聯法時的相位限定關聯函數的圖表。圖5中，實線的直線係作為峰值而呈現的離散資料。2個影像的關聯值係多個峰值中的最大值即0.85左右，且成為比實際的關聯值1.0更小的值。
若將與實際的關聯值1.0對應的坐標設為0、將該坐標與和 表示最大關聯值0.85的峰值對應的坐標的偏移量設為d(像素)，則最大關聯值附近的峰值值的坐標如圖5所示，成為1+d、1-d、2+d、2-d。
基準影像與檢查對象影像產生子像素級的偏移時的關聯值 係近似於坐標d、1+d、1-d、2+d、2-d的各關聯值的合計值。即，子像素級的關聯值係近似於相位限定關聯函數的最大關聯值、與該最大關聯值附近的關聯值的加法運算值。以下，對此進行說明。
關於圖5所示的坐標d、1+d、1-d、2+d、2-d，使用下式的 sinc函數計算出關聯值。
圖6中表示d可取的全部範圍即-0.5d0.5內的、全部的5 個關聯值的圖表。根據圖6可知，於-0.5d0.5的整個範圍內，近似關聯值成為約1.0，故而，子像素級的關聯值可近似於相位限定關聯函數的最大關聯值、與該最大關聯值附近的關聯值的加法運算值。
以上的子像素級的關聯值的演算係於圖2的流程圖中的步 驟13中進行。
本實施形態中，子像素級的關聯值係對於包括最大關聯值、 及以最大關聯值為中心的附近的4個關聯值的合計5個關聯值進行加法運算而演算的情況進行說明。亦可取而代之，針對子像素級的關聯值，對於包括最大關聯值、及以最大關聯值為中心的附近的2個關聯值的合計3個 關聯值進行加法運算而演算。即，亦可對坐標d、1+d、1-d該等3個關聯值進行加法運算。而且，亦可對坐標d、1+d、1-d、2+d、2-d、3+d、3-d該等7個關聯值進行加法運算。如此，子像素級的關聯值係藉由對相位限定關聯函數的最大關聯值、與該最大關聯值附近的關聯值進行加法運算而演算。
根據的第2實施形態，可發揮以下所示的效果。
藉由當基準影像與檢查對象影像產生子像素級的偏移時，亦 對相位限定關聯函數的最大關聯值、與該最大關聯值附近的關聯值進行加法運算而演算出關聯值，從而，能以良好的精度對基準影像與檢查對象影像的相似度進行評價。
<第1實施例>
參照圖7及8，對於第1實施例進行說明。
利用使用環境不同的同類型的拋棄式刀具1、2、3，演算出 未使用的拋棄式刀具1、2、3的刃前緣的基準影像、與不同使用次數下的拋棄式刀具1、2、3的刃前緣的檢查對象影像的關聯值，而評價各拋棄式刀具1、2、3的劣化程度。
關聯值係利用相位限定關聯法而演算，且比較例中亦利用標 準化相互關聯法而演算。由相位限定關聯法所得的關聯值係利用上述第2實施形態所示的方法演算。
圖7中表示拋棄式刀具1、2、3的基準影像與檢查對象影像。 關於檢查對象影像，自圖中左側起分別表示未使用狀態、使用100次之後、使用200次之後、使用250次之後的影像。而且，圖8A係表示拋棄式刀具1、2、3的基準影像與檢查對象影像的由相位限定關聯法所得的關聯值根據 使用次數而產生的變化的圖表，圖8B表示拋棄式刀具1、2、3的基準影像與檢查對象影像的由標準化相互關聯法所得的關聯值根據使用次數而產生的變化的圖表。圖8A及8B中，分別以實線、虛線、一點鏈線來表示拋棄式刀具1、2、3的關聯值。再者，關聯值的演算係每使用1次便進行1次。
根據圖8A可知，隨著使用次數的增大，由相位限定關聯法 所得的關聯值向0收斂。而且，因演算出子像素級的關聯值，故雜訊少且順利地收斂為0。另一方面，根據圖8B可知，由現有的標準化相互關聯法所得的關聯值因位置偏移而收斂為一個值。因此，可以說，相位限定關聯法對於拋棄式刀具的劣化程度的評價而言較為有效。
<第2實施例>
參照圖9及10，對第2實施例進行說明。
利用使用環境不同的同類型的拋棄式刀具1、2、3，演算出 未使用的拋棄式刀具1、2、3的刃前緣的基準影像、與不同使用次數下的拋棄式刀具1、2、3的刃前緣的檢查對象影像的關聯值，而評價各拋棄式刀具1、2、3的劣化程度。而且，改變拋棄式刀具1、2、3的磨損速度。具體而言，以拋棄式刀具1的磨損速度為基準，以使拋棄式刀具2的磨損速度加速、使拋棄式刀具3的磨損速度變慢的方式進行調整。
關聯值係利用相位限定關聯法而演算，且比較例中亦利用標 準化相互關聯法而演算。由相位限定關聯法所得的關聯值係利用上述第2實施形態所示的方法演算。
圖9中表示拋棄式刀具1、2、3的基準影像與檢查對象影像。 關於檢查對象影像，自圖中左側起分別表示未使用狀態、使用100次之後、 使用200次之後、使用250次之後的影像。而且，圖10A係表示拋棄式刀具1、2、3的基準影像與檢查對象影像的由相位限定關聯法所得的關聯值根據使用次數而產生的變化的圖表，圖10B表示拋棄式刀具1、2、3的基準影像與檢查對象影像的由標準化相互關聯法所得的關聯值根據使用次數而產生的變化的圖表。圖10A及10B中，分別以實線、虛線、一點鏈線來表示拋棄式刀具1、2、3的關聯值。再者，關聯值的演算係每使用1次便進行1次。
根據圖10A可知，關聯值下降的速度會根據磨損速度而有 所變化。由此，可以說，若使用由相位限定關聯法所得的關聯值，則亦能以良好的精度對根據磨損速度而有所不同的使用壽命進行評價。
以上，已對本發明之實施形態進行了說明，但上述實施形態 僅表示本發明之應用例的一部分，並不表示本發明的技術性範圍限定於上述實施形態的具體構成。

Claims (4)

  1. 一種工具檢查方法，其包括如下步驟：基準影像獲取步驟，其係對作為基準之基準工具進行拍攝而獲取基準影像；檢查對象影像獲取步驟，其係對作為檢查對象的對象工具進行攝像而獲取檢查對象影像；關聯值演算步驟，其係根據對上述基準影像與上述檢查對象影像進行頻率分解而獲得的相位成分，而演算出上述基準影像與上述檢查對象影像的關聯值；及判定步驟，其係根據上述關聯值而判定上述對象工具的劣化程度。
  2. 如申請專利範圍第1項之工具檢查方法，其中於上述關聯值演算步驟中，藉由對上述基準影像與上述檢查對象影像運用相位限定關聯法而演算出上述關聯值。
  3. 如申請專利範圍第2項之工具檢查方法，其中上述關聯值演算步驟中演算出的關聯值係藉由對相位限定關聯函數的最大關聯值、與該最大關聯值附近的關聯值進行加法運算而演算出，該相位限定關聯函數的最大關聯值係對於上述基準影像與上述檢查對象影像運用上述相位限定關聯法而獲得。
  4. 一種工具檢查裝置，其包括：檢查對象影像獲取部，其對於作為檢查對象的對象工具進行攝像而獲取檢查對象影像；關聯值演算部，其根據對基準工具的基準影像與上述檢查對象影像進 行頻率分解而獲得的相位成分，而演算出上述基準影像與上述檢查對象影像的關聯值；及判定部，其根據上述關聯值而判定上述對象工具的劣化程度。
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