TW201821185A

TW201821185A - 對刀裝置及其對刀方法

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Publication number: TW201821185A
Application number: TW105140992A
Authority: TW
Inventors: 王衍超; 簡瑞廷; 李仲淇; 陳志安
Original assignee: 財團法人金屬工業研究發展中心
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-06-16

Abstract

一種對刀裝置的對刀方法，包含一前置步驟、一攝像步驟，及一演算步驟。在該前置步驟中，將該多重景深相機模組朝向一刀具。在該攝像步驟中，以該多重景深相機模組對刀尖位置進行對焦，獲得該刀具於兩個維度上的刀尖位置，且針對該刀具的不同深度取得多個切層影像。在該演算步驟中，該處理模組對該等切層影像進行運算，得出該刀具之頂面與刀尖位置的深度差值，從而獲得該刀具於第三個維度上的刀尖位置。該多重景深相機模組可進行自動追焦，並經計算後得出該刀具三個維度的刀尖位置，由於不需手動調焦，因此可降低人為判定所產生之誤差。

Description

對刀裝置及其對刀方法

本發明是有關於一種對刀裝置及其對刀方法，特別是指一種用來校準刀具之刀尖位置的對刀裝置及其對刀方法。

參閱圖1，為中華人民共和國第B23B25/06專利公開案，其揭露了一種超精密車削對刀裝置1，包含一刀架11、安裝於該刀架11上的刀具12、一設置於該刀具12上方的光學顯微鏡13，及一設置於該光學顯微鏡13上方且連接該光學顯微鏡13的CCD圖像傳感器14。透過該光學顯微鏡13及該CCD圖像傳感器14可標定出該刀具12的水平座標位置，且該CCD圖像傳感器14可透過調節算法標出該刀具12之刀尖的垂直高度位置，透過刀尖位置的標定可獲知刀尖與工件原點的座標關係，從而完成對刀過程。然而該CCD圖像傳感器14須用手動方式對焦，故無法自動追焦與對焦，導致對刀過程耗時耗力。此外，此種手動調焦方式易因人為因素而使數值判定出現較大的誤差，從而降低對刀精準度。

因此，本發明之目的，即在提供一種可自動追焦的對刀裝置。

於是，本發明對刀裝置，設置於一機床主軸上，並用找出一刀具的刀尖位置。該對刀裝置包含一設置於該機床主軸上方的固定基座、一設置於該固定基座上並朝向該刀具，並用以對該刀具進行對焦及擷取切層影像的多重景深相機模組，及一用來接收該多重景深相機模組所取得的切層影像，並經計算後得出該刀具之刀尖位置的處理模組。

本發明之另一目的，即在提供一種該對刀裝置的對刀方法。

本發明對刀裝置的對刀方法，包含一前置步驟、一攝像步驟，及一演算步驟。在該前置步驟中，將該對刀裝置設置於一機床主軸上，並將該多重景深相機模組朝向一刀具。在該攝像步驟中，以該多重景深相機模組對該刀具的刀尖位置進行對焦，獲得該刀具於兩個維度上的刀尖位置，且針對該刀具的不同深度取得多個切層影像，並將該等切層影像輸入該處理模組。在該演算步驟中，該處理模組對該等切層影像進行後端圖像運算，得出該刀具之頂面與刀尖位置的深度差值，從而獲得該刀具於第三個維度上的刀尖位置，整合該刀具於三個維度上的刀尖位置後將結果輸出。

本發明之功效在於：該多重景深相機模組可進行自動追焦及對焦，並在經該處理模組計算後得出該刀具三個維度的刀尖位置，由於不需手動調焦，因此可降低人為判定所產生之誤差，從而提高對刀精度。

參閱圖2與圖3，本發明對刀裝置2的對刀方法之一實施例，包含一前置步驟31、一攝像步驟32，及一演算步驟33。該對刀裝置2適用於一超精密加工機，該超精密加工機具有一機床主軸41，及一刀具42。該對刀裝置2包含一固定基座21、一設置於該固定基座21上的多重景深相機模組22，及一用來接收該多重景深相機模組22所取得之影像的處理模組23。在該前置步驟31中，將該固定基座21設置於該機床主軸41上，並使該多重景深相機模組22位於該刀具42上方且朝向該刀具42。在該攝像步驟32中，該多重景深相機模組22針對該刀具42的上端面之刀尖位置自動進行對焦，以獲得該刀具42於水平的兩個維度X、Z上的刀尖位置。透過該多重景深相機模組22內的多個陣列透鏡，由該刀具42的頂面針對該刀具42的不同深度取像而得出多張切層影像，並將該等切層影像輸入該處理模組23。

參閱圖2、圖3及圖4，在該演算步驟33中，將該多重景深相機模組22的兩個鏡頭所得到的影像進行疊圖比對，從而得出圖4的斜率變化圖，圖4中ΔX指的是該二鏡頭之間的偏移距離，上排及下排的數字分別代表第一顆及第二顆鏡頭所取得的畫素(pixel)。將所得結果對X微分後可得出斜率，接著可透過演算法得出如圖5的畫素斜率與深度圖，其代表由該刀具42之頂面至該刀具42各位置的深度差值。當斜率開始變化時，深度差值也會產生變化，則變化開始的位置便可能是刀具42輪廓開始改變之位置，比對該刀具42的外觀輪廓後，便可得出刀具42之頂面至刀尖位置的深度差值，從而得出該刀具42之刀尖位置在第三個維度Y(垂直方向)上的深度位置，由上述步驟可得出該刀具42之刀尖位置在三個維度X、Y、Z上的位置，將結果轉換為座標後輸出至螢幕或其他系統中，並與工件的原點座標位置比對後便可完成對刀動作。

在此以圖4、圖5及圖6為例進一步說明該演算步驟33。圖4中第一個鏡頭的第1個畫素至第2個畫素對X微分後的斜率為0，第2個畫素至第3個畫素(即第二個鏡頭的第1’個畫素至第2’個畫素)亦同，直到第3個畫素至第4個畫素時，對X微分後的斜率才小於0，並在第4個畫素之後再次為0，由此可得出第一個鏡頭的第3及第4個畫素(也是第二個鏡頭的第2’及第3’個畫素)為斜率的變化點A、B。而這兩個變化點A、B在圖5上便是對應到坡度開始變化的波峰尖點(peak point)C、D。圖6中顯示了該刀具42在維度Z及Y上的投影輪廓，其中E點為導角位置，而F點為刀尖位置，故可知波峰尖點C、D分別對應了輪廓產生變化的導角位置E及刀尖位置F，而由刀尖位置F便可推得刀尖在第三個維度Y上的深度位置。

該對刀裝置2僅需在該刀具42上方設置一個多重景深相機模組22，因此組裝及構造簡單，且僅需演算刀尖在第三個維度Y上的深度位置，故可縮短運算時間。而該多重景深相機模組22可以自動對焦，因此可降低人為因素誤判之情形，提高對刀精度。

綜上所述，該多重景深相機模組22可進行自動追焦及對焦，並在經該處理模組23計算後得出該刀具42三個維度的刀尖位置F，由於不需手動調焦，因此可降低人為判定所產生之誤差，從而提高對刀精度，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧對刀裝置

21‧‧‧固定基座

22‧‧‧多重景深相機模組

23‧‧‧處理模組

31‧‧‧前置步驟

32‧‧‧攝像步驟

33‧‧‧演算步驟

41‧‧‧機床主軸

42‧‧‧刀具

A‧‧‧變化點

B‧‧‧變化點

C‧‧‧波峰尖點

D‧‧‧波峰尖點

E‧‧‧導角位置

F‧‧‧刀尖位置

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一側視圖，說明中華人民共和國第B23B25/06專利公開案所揭露之一超精密車削對刀裝置；圖2是一流程圖，說明本發明對刀裝置的對刀方法之一實施例；圖3是一示意圖，說明本實施例中的對刀裝置；圖4是一斜率圖，說明在該演算步驟中，疊圖比對之結果；圖5是一座標圖，說明由圖4所得出的畫素斜率及深度圖；及圖6是一座標圖，說明一刀具在維度Z及維度Y上的投影輪廓。

Claims

一種對刀裝置，設置於一機床主軸上，並用找出一刀具的刀尖位置，包含：一固定基座，設置於該機床主軸的上方；一多重景深相機模組，設置於該固定基座上並朝向該刀具，並用以對該刀具進行對焦及擷取切層影像；及一處理模組，用來接收該多重景深相機模組所取得的切層影像，並經計算後得出該刀具的刀尖位置。
一種對刀裝置的對刀方法，包含：一前置步驟，將該對刀裝置設置於一機床主軸上，並將該多重景深相機模組朝向一刀具；一攝像步驟，以該多重景深相機模組對該刀具的刀尖位置進行對焦，獲得該刀具於兩個維度上的刀尖位置，且針對該刀具的不同深度取得多個切層影像，並將該等切層影像輸入該處理模組；及一演算步驟，該處理模組對該等切層影像進行後端圖像運算，得出該刀具之頂面與刀尖位置的深度差值，從而獲得該刀具於第三個維度上的刀尖位置，整合該刀具於三個維度上的刀尖位置後將結果輸出。
如請求項2所述對刀裝置的對刀方法，其中，在該演算步驟中，該處理模組將該等切層影像進行疊圖比對以得出斜率，並透過演算得出一畫素斜率與深度圖，進而得出該刀具之頂面與刀尖位置的深度差值。
如請求項3所述對刀裝置的對刀方法，其中，在該演算步驟中，該刀具之頂面與刀尖位置的深度差值，為該畫素斜率與深度圖中之波峰尖點的值。
如請求項2所述對刀裝置的對刀方法，其中，在該攝像步驟中，該多重景深相機模組是透過多個陣列鏡頭取像而得出該等切層影像。
如請求項2所述對刀裝置的對刀方法，其中，在該攝像步驟中，該多重景深相機模組是針對該刀具的上端面之刀尖位置進行對焦。
如請求項6所述對刀裝置的對刀方法，其中，在該攝像步驟中，是由該刀具的頂面拍攝該等切層影像。