工具機的轉動軸中心位置量測方法
本發明關於工具機的轉動軸中心位置量測方法。
在工具機中，藉由已安裝於主軸的工具，對已載置於工作台的工件加工。在加工時，藉由使工具與工件朝向X軸、Y軸、Z軸的各方向形成三維(three dimensional)的移動，可對工件加工任意的立體形狀。
工具機中的一部分，為了提高加工自由度，除了XYZ方向的平移軸，還具備使工具繞著平移軸轉動的轉動軸。作為所追加的轉動軸，譬如有著：繞著X軸轉動的A軸、繞著Y軸轉動的B軸、繞著Z軸轉動的C軸等。作為這種多軸控制工具機，譬如使用：對X軸、Y軸、Z軸的3個軸，追加A軸、C軸之2個軸的5軸控制工具機。
在前述的多軸控制工具機中，為了提高加工精度，有必要使平移軸的位置誤差形成最小限度，同時使轉動軸的角度誤差及轉動中心的位置精度形成最小限度。其中，為了抑制因轉動軸中心位置的誤差所導致之加工精度的低落，而形成：預先量測轉動軸的中心位置，於加工時作為參數而執行修正控制(參考文獻1：日本特開2019-152574號公報)。
在文獻1中，作為量測轉動軸之中心位置的方法，是將「取代工件而成為基準母材」的靶球(Target ball)固定於工作台上，並預先將觸控探針(touch probe)安裝於主軸以取代工具，將欲量測的轉動軸分度(indexing)為複數個角度，在各角度位置使觸控探針接觸靶球而量測靶球的中心位置，根據複數個角度位置的量測值算出該轉動軸的中心位置。
特別的是，在文獻1中，即使在「平移軸的動作範圍受限於結構」之工具機的場合中，為了能高精度地量測轉動軸的中心位置，只能在平移軸可動作的範圍內，執行「在轉動軸的複數個角度位置處，觸控探針與靶球之間的接觸動作」，在移動受到限制的範圍內不執行接觸動作，藉由計算而量測轉動軸中心位置。
另外，開發了一種切刃前端位置偵測方法(文獻2：日本特開2020-28922號公報)，即使在「測量對象的工具與測量裝置形成干涉，而使旋轉軸(第4軸、第5軸)的分度範圍大受限制」的場合，也能僅以1個測量裝置來測量X、Y、Z方向之所有誤差量。
在文獻2中，測量「位於旋轉工作台的轉動軸上之工具的最低點」、位於「與旋轉工作台的轉動軸正交的面內」之工具外周的2個以上的位置所求出之工具中心點的2個方向的誤差量，藉此求出X、Y、Z方向的切刃前端位置定位誤差量。
藉由前述文獻1的量測方法，即使在平移軸的動作範圍受到限制之工具機的場合，也能高精度地量測轉動軸的中心位置。
但是，在文獻1的量測方法中，為了偵測靶球的位置，將觸控探針安裝於主軸來取代刀具。
因此，量測時的工具機，並非工具已安裝於主軸之實際加工時的狀態，所量測之轉動軸的中心位置與加工時的中心位置不同，而存在所謂「量測精度具有極限」的問題。
除此之外，在無法將觸控探針安裝於主軸的工具機中，原本就存在無法利用文獻1之量測方法的問題。
另外，在文獻2中，為了求出工具中心點之2個方向的誤差量，雖然提示了若干個方法，但工具種類限定為球形端銑刀，並且以工具前端形成「真圓」而使用作為前提，對於前端形狀不同的工具並不適用，中心位置的高精度量測存在困難。因此，期待：即使面對各種前端形狀的工具，也能以單純的計算而高精度地量測轉動軸的中心位置。
本發明的目的，是提供一種：不使用觸控探針，能以單純的計算，高精度地量測轉動軸的中心位置之工具機的轉動軸中心位置量測方法。
本發明的其它目的，是提供一種：即使面對各種前端形狀的工具，也能以單純的計算，高精度地量測轉動軸的中心位置之工具機的轉動軸中心位置量測方法。
本發明之工具機的轉動軸中心位置量測方法，其特徵為：將工具安裝於主軸，並預先將「能非接觸地偵測前述工具之位置」的偵測單元設置於工作台，對於量測對象的轉動軸，將前述工具與前述工作台分度(indexing)成特定的角度位置，並重複「在各角度位置採用前述偵測單元偵測前述工具對前述工作台的位置」的偵測動作，根據以複數次的前述偵測動作所偵測之各角度位置的前述工具的位置，計算前述轉動軸的中心位置。
在這樣的本發明中，重複「使用了非接觸式之偵測單元的偵測動作」複數次，根據各角度位置之工具的位置執行幾何學的計算，藉此能高精度地量測轉動軸的中心位置。
當量測時，可將加工用的工具安裝於工具機的主軸，在量測之前使主軸轉動而升溫，能在與加工時相同的狀態下量測。此外，即使是無法將觸控探針安裝於主軸的工具機，也能廣泛地適用。
因此，根據本發明，能提供一種：不使用觸控探針，能以單純的計算，高精度地量測轉動軸的中心位置之工具機的轉動軸中心位置量測方法。
在本發明中，雖然只要能高精度地掌握偵測單元相對於工作台的位置及方向，便能以更少的次數來計算轉動軸的轉動中心，但即使無法高精度地掌握偵測單元相對於工作台的位置及方向，也能利用複數次的偵測動作來偵測各角度位置之工具的位置，藉此能藉利用幾何學的演算而縮小並高精度地確定工具的前端位置。
在本發明之工具機的轉動軸中心位置量測方法，最好是前述偵測單元，能非接觸地偵測「前述工具的前端位於前述偵測單元之特定位置」的狀態，在前述偵測動作中，使前述主軸與前述工作台相對移動並將前述工具與前述工作台分度成特定的角度位置，為了在前述各角度位置使前述工具來到前述偵測單元的前述特定位置，而調節前述主軸與前述工作台的相對位置，並在該狀態下從前述主軸與前述工作台之間的相對位置，偵測前述工具在前述各角度位置處相對於前述工作台的位置。
在本發明中，作為偵測動作，當採用偵測單元偵測工具相對於工作台的位置時，可在偵測單元偵測工具的位置，亦可將偵測單元作為工具的定位治具使用，從工具機的控制裝置取得控制用的位置資料。亦即，在控制裝置的控制下促使工具機動作，促使主軸移動而將工具配置於偵測單元的特定位置，並在該狀態下藉由參考工具機之控制裝置中主軸的位置資料，可取得工具的位置。可利用偵測單元中工具偵測領域的中心位置等，作為特定位置。
在本發明之工具機的轉動軸中心位置量測方法中，亦可採用能偵測「前述工具於前述工作台之徑向的位置」的前述偵測單元，將前述工具與前述工作台，分度成隔著前述轉動軸面向第1方向的2個角度位置、及隔著前述轉動軸面向「與前述第1方向交叉的第2方向」之2個角度位置的合計4個角度位置，在各角度位置執行前述偵測動作而偵測前述工具於前述工作台之徑向的位置，並計算「通過將在面向前述第1方向的2個角度位置所偵測之前述工具的位置予以連結之線段的中點，並且交叉於前述第1方向」的第1直線、「通過將在面向前述第2方向的2個角度位置所偵測之前述工具的位置予以連結之線段的中點，並且交叉於前述第2方向」的第2直線，將前述第1直線與前述第2直線之間的交點作為前述轉動軸的中心位置量測。
在本發明中，可利用將「偵測來自工具之側面的影像，而偵測影像上的工具之位置的影像感測器」朝向工作台的周方向設置的裝置，作為可偵測工作台的徑向之工具位置的偵測單元。
隔著轉動軸相對向的4個角度位置，譬如可以是：在工作台的0度位置與180度位置面向第1方向的2個角度位置，且在90度位置與270度位置面向第2方向的2個角度位置。
根據這樣的本發明，在0度與180度之角度位置的偵測動作所無法確定之中心位置的推定範圍，可藉由在90度與270度之角度位置的偵測動作的工具的位置而限縮，而確定正確之轉動軸的中心，能藉由合計在4個角度位置的偵測動作，高精度地量測轉動軸的中心位置。
在本發明之工具機的轉動軸中心位置量測方法中，亦可採用能偵測「前述工具沿著前述工作台之表面的位置」的前述偵測單元，將前述工具與前述工作台，分度成隔著前述轉動軸的2個角度位置，在各角度位置執行前述偵測動作而偵測前述工具沿著前述工作台之表面的位置，並計算「將2次的前述偵測動作中前述工具的位置予以連結之線段的中點」，將前述中點作為前述轉動軸的中心位置量測。
在本發明中，作為可偵測沿著工作台表面之工具位置的偵測單元，可利用能偵測「工具於工作台之徑向的位置及周方向的位置」的偵測單元，更具體地說，使具有自動對焦功能的影像感測器系統朝向工作台的周方向並設置於工作台，將來自工具側面之影像上的工具位置作為徑向的位置，並將由自動對焦功能所偵測之影像的深度方向的工具位置，作為周方向的位置而進行偵測。
隔著轉動軸相對向的2個角度位置，譬如可以是工作台的0度位置與180度位置等。
根據上述的本發明，利用所謂「在2個角度位置之偵測動作」的簡單操作，能高精度地量測轉動軸的中心位置。
在本發明之工具機的轉動軸中心位置量測方法中，亦可採用能偵測「前述工具於前述工作台之徑向的位置」的前述偵測單元，將前述工具與前述工作台，分度成「以前述轉動軸作為中心之特定角度範圍內」的複數個角度位置，在各角度位置執行前述偵測動作而偵測前述工具於前述工作台之徑向的位置，描繪「由複數次的前述偵測動作所獲得之前述工具的位置」，藉由近似計算(approximate calculation)來計算前述轉動軸的中心位置。
根據這樣的本發明，即使是「因工具機的結構性限制，使得繞著轉動軸之局部角度範圍內的偵測動作無法進行」的場合，藉由在除了該角度範圍以外的限定角度範圍反覆地執行複數次偵測動作，可將轉動軸中心位置處的候補位置描繪成譬如圓弧狀，並可藉由最小平方法等的近似計算而確定中心位置。
在本發明之工具機的轉動軸中心位置量測方法中，前述偵測單元，最好具有對前述工作台的固定手段。
在本發明中，設置於工作台的偵測單元，在各角度位置的偵測動作期間，對工作台的設置位置必須不會變動。在工作台朝向上方(向上)的場合，只要單純地載置，亦即相對於工作台表面，受到摩擦力限制移動即可。在工作台形成向上以外的場合，為了不使偵測單元從工作台落下，最好對工作台採用其它的固定手段。
作為固定手段，最好是容易裝卸，舉例來說，可以是利用磁鐵的吸附、利用黏接薄片或接著劑等的黏接、夾具之類的機械性固定。由於偵測單元為非接觸式，基本上不會因為與工具的接觸而產生移動，不必將偵測單元穩固地固定於工作台。
在本發明之工具機的轉動軸中心位置量測方法中，前述偵測單元，最好具有「用來照射平行光束的照明部」、「用來偵測前述平行光束的拍攝部」，並根據在對前述拍攝部所偵測的影像，偵測配置於前述平行光束中之前述工具的前端位置。
在本發明中，作為照射部，可以適當地利用：使用點光源與遠心透鏡(telecentric lens)形成平行光束；藉由配列成直線狀的光源形成平行光束；平行地晃動光束而虛擬地形成平行光束等。
在本發明中，作為拍攝部，最好是採用譬如：CCD(Charge Coupled Device)式的攝影機等，可將所拍攝的影像數位輸出並影像處理的影像偵測器。
在本發明中，當根據拍攝部所偵測的影像來偵測「配置於平行光束中之工具的前端位置」時，相對於拍攝部所偵測的影像而執行既存的影像處理，藉此偵測配置於平行光束中之工具的影子，並可採用：藉由邊緣偵測而根據工具前端的輪廓演算其中心位置，藉此計算工具之前端位置的軟體。
在這樣的本發明中，藉由執行光學式的偵測，能以非接觸而高精度地偵測工具的前端位置。
此外，當位置偵測時，亦可僅將工具的前端配置於照明部與拍攝部之間的平行光束中，偵測操作容易。
在本發明之工具機的轉動軸中心位置量測方法中，最好在前述工具已相對前述拍攝部轉動的狀態下，由前述拍攝部偵測前述影像，並根據前述影像偵測前述工具的輪廓，根據前述輪廓的對稱性而偵測前述工具的中心軸線，並將前述中心軸線與前述輪廓之間的交點作為前述工具的前端位置進行偵測。
在這樣的本發明中，利用「轉動的工具的輪廓形成線對稱」的這一點，可偵測工具的中心軸線，並可藉由取得「所偵測的中心軸線」與工具輪廓之間的交點，而確定工具的前端位置。此時，對於工具的前端形狀並無限制，可對各種前端形狀的工具確定前端位置。除此之外，前端位置的確定，可僅對工具的影像進行幾何學的演算處理，能以單純地計算而高精度地量測「從工具的前端位置至轉動軸的中心位置」。
在本發明之工具機的轉動軸中心位置量測方法中，當將前述中心軸線與前述輪廓之間的交點作為前述工具的前端位置偵測時，最好在前述中心軸線的兩側保持特定距離地設定一對平行線，並設定「通過前述一對平行線與前述輪廓間的交點，且與前述中心軸線正交」的輔助輪廓線，而將前述中心軸線與前述輔助輪廓線之間的交點作為前述工具的前端位置偵測。
在這樣的本發明中，舉例來說，即使是「在前端具有複數個突起的工具、或具有偏斜前端的工具等，於轉動狀態下前端部的輪廓形狀不明確的工具」，也能藉由設定輔助輪廓線，而確定從中心到工具的前端位置。如此一來，即使面對各種前端形狀的工具，也能以單純的計算而高精度地量測工具的前端位置至轉動軸的中心位置。
在本發明之工具機的轉動軸中心位置量測方法中，設定「在前述工具的延伸方向上，橫越前述輪廓」的複數條橫越線，對各個前述橫越線偵測「與前述輪廓的2個交點」及「2個前述交點的中點」，可將通過各個前述橫越線之前述中點的直線，作為前述工具的中心軸線。
在這樣的本發明中，可利用工具的延伸方向(工具的方向、概略的軸線方向)，偵測工具之正確的中心軸線(轉動對稱軸)。此時，可藉由採用複數條橫越線之幾何學的演算處理，簡單且高精度地量測「從工具的前端位置至轉動軸的中心位置」。
在本發明之工具機的轉動軸中心位置量測方法中，將「相對於前述工具的延伸方向，前述輪廓之單側的形狀」作為參考圖型(reference pattern)偵測，根據前述輪廓偵測「符合將前述參考圖型反轉之形狀」的對稱圖型，可將通過前述參考圖型與前述對稱圖型之中間的直線，作為前述工具的中心軸線。
在這樣的本發明中，可利用工具的延伸方向(工具的方向、概略的軸線方向)，偵測工具之正確的中心軸線(轉動對稱軸)。此時，可藉由影像上的圖型辨識，簡單且高精度地量測「從工具的前端位置至轉動軸的中心位置」。
根據本發明，能提供一種：不使用觸控探針，能以單純的計算，高精度地量測轉動軸的中心位置之工具機的轉動軸中心位置量測方法。此外，提供一種：即使面對各種前端形狀的工具，也能以單純的計算，高精度地量測轉動軸的中心位置之工具機的轉動軸中心位置量測方法。
[第1實施形態]
在圖1中，工具機1在底座11的上表面具有移動工作台12及轉動工作台13。
移動工作台12，被支承成可沿著底座11的上表面自由移動，可藉由形成於底座11的X軸移動機構(圖示省略)而移動，並可定位於X軸方向的特定位置。
轉動工作台13，被設置於移動工作台12的上表面，可藉由形成於移動工作台12的C軸轉動機構(圖示省略)而轉動，並可定位於繞著C軸的特定角度位置。
在轉動工作台13的上表面，固定有作為加工對象的工件2。
工具機1，在底座11的上表面具有門型的塔柱14。
塔柱14形成門型，以跨越移動工作台12之X軸方向的移動路徑。在塔柱14，隔著鞍座15及滑件16而支承著主軸頭17。
鞍座15，被支承成可沿著塔柱14的水平桿自由移動，可藉由設置於塔柱14的Y軸移動機構(圖示省略)而移動，並可定位於Y軸方向的特定位置。
滑件16，被支承成可沿著鞍座15的垂直表面自由升降，可藉由設置於鞍座15的Z軸移動機構(圖示省略)而移動，並可定位於Z軸方向的特定位置。
主軸頭17，可自由轉動地支承於滑件16的下部表面，可藉由形成於滑件16的A軸轉動機構(圖示省略)而轉動，並可定位於繞著A軸的特定角度位置。
在主軸頭17，可自由轉動地支承著主軸18，在主軸18的前端安裝有工具3。
主軸18，可藉由設置於主軸頭17的馬達而轉動，能以工件2的切削加工所需之特定的轉數及扭力使工具3轉動。
工具機1，藉由「對前述移動工作台12的X軸移動、鞍座15的Y軸移動、滑件16的Z軸移動的3軸控制，追加了轉動工作台13的C軸轉動、主軸頭17的A軸轉動的2軸控制」的5軸控制，可對工件2執行多樣的切削加工。為了執行這些動作控制，在工具機1連接有CNC(電腦數值控制)式的控制裝置9。
在這樣的工具機1中，利用以下的步驟，量測轉動工作台13之C軸的轉動軸中心位置。
在圖2中，本實施形態為了執行工具機1之C軸中心位置的量測，將偵測單元20設置於轉動工作台13。
在圖3中，偵測單元20具有殼體21，並以殼體21兩端的腳部22，對轉動工作台13的表面形成可裝卸。腳部22，具有黏接或者磁鐵和吸盤等的固定手段，不會位移地固定於轉動工作台13的表面。
殼體21，具有朝中間部上表面側開口的開口部23。在殼體21的內部，於隔著開口部23的其中一側設置有照明部24，在相反側設置有遠心透鏡25、作為拍攝部的CCD攝影機26、及演算部27。
照明部24，可通過開口部23朝向遠心透鏡25照射平行光束28。
平行光束28，由遠心透鏡25所集束，並以CCD攝影機26拍攝。
作為拍攝部的CCD攝影機26，根據所射入的集束光而偵測平行光束28的橫斷影像。在此，倘若將檢測對象物29配置於開口部23，平行光束28的局部將被遮斷，而形成影子281。
演算部27，處理CCD攝影機26的偵測影像，並藉由測量偵測影像所顯示之影子281的寬度及高度，能以非接觸而對檢測對象物29的寬度及高度進行偵測。
在圖4中，藉由將工具3的前端導入前述偵測單元20的開口部23，將工具3的前端作為檢測對象物29配置於平行光束28中，能偵測工具3的前端位置。
偵測單元20，為了使平行光束28成為轉動工作台13的周方向(與轉動工作台13的半徑方向正交的方向)，亦即預先形成：使照明部24與CCD攝影機26沿著轉動工作台13的周方向形成彼此對向的姿勢。
偵測單元20的位置，只要是從轉動工作台13的中心分離的位置即可，無須預先量測正確的位置。此外，偵測單元20的方向，不必是「平行光束28正確地沿著轉動工作台13之周方向」的方向。這是由於即使有不正確的成分，當在後述的對向位置(角度位置A0與角度位置A180、角度位置A90與角度位置A270)的演算時，不正確的成分將彼此抵銷的緣故。
當將工具3導入偵測單元20時，調整位置使工具3的前端位置來到CCD攝影機26之偵測影像(圖5的偵測影像261)的中央。
在圖5中，工具3之前端的影子281顯示於CCD攝影機26的偵測影像261。
在偵測影像261中，可根據影子281的輪廓282，正確地分度(indexing)工具3之前端位置283的座標(Tv、Th)。
在偵測影像261所偵測的座標(Tv、Th)之中，垂直方向的座標Tv相當於工具機1的Z軸座標。另外，水平方向的座標Th，是相對於轉動工作台13的中心之工具3的徑向位置Rc(半徑方向的距離)，對應於轉動工作台13的角度位置，投影至工具機1的X軸座標及Y軸座標。舉例來說，當轉動工作台13位於圖7A的角度位置A0時，偵測影像261對工具機1的X軸形成交叉，座標Th成為工具機1之Y軸的座標Ty。當轉動工作台13位於圖8A的角度位置A90時，偵測影像261對工具機1的Y軸形成交叉，座標Th成為工具機1之X軸的座標Tx。
當工具3之前端位置283的座標(Tv、Th)分度時，亦可在演算部27執行「利用偵測影像261的影像處理之工具3的前端位置偵測」，亦可將偵測單元20作為工具3的定位治具使用，取得工具機1的位置資料作為工具3的前端位置。此時之工具3的前端位置的偵測處理，除了可利用設置於偵測單元20的演算部27執行之外，在偵測單元20也執行CCD攝影機26的影像偵測，偵測影像261的處理或者工具3之前端位置的偵測，亦可以工具機1的控制裝置9執行。
在圖6中，工具機1的控制裝置9，具有用來控制前述的各軸移動等的動作控制部91，並具有：對從偵測單元20取得的偵測影像261執行影像處理，而偵測工具3之前端位置的工具位置偵測部92。
在偵測動作中，在動作控制部91的控制下使工具機1動作，使主軸18移動而將工具3導入偵測單元20的開口部23內，為了使工具3的前端來到偵測單元20的特定位置，調節主軸18與轉動工作台13之間的相對位置。在該狀態下，工具位置偵測部92從動作控制部91取得主軸18的位置資料(工具機1的Z軸座標、X軸座標及Y軸座標)，計算偵測影像261的座標Tv、Th，可將其作為工具3的前端位置。
可利用偵測單元20中作為工具偵測領域的開口部23的中心位置等，作為特定位置。為了將工具3的前端配置於特定位置，可在CCD攝影機26的偵測影像261，顯示將用來表示特定位置的標誌。另外，亦可將CCD攝影機26之偵測影像261的中央位置作為特定位置，並僅以目視確認來判斷特定位置。這是由於即使特定位置不正確，當在後述的對向位置(角度位置A0與角度位置A180、角度位置A90與角度位置A270)的演算時，不正確的成分將彼此抵銷的緣故。
在本實施形態中，採用上述的偵測單元20，並利用以下的步驟量測工具機1的C軸中心位置。
在圖7A中，首先將轉動工作台13設為角度位置A0，並將偵測單元20放置於從轉動工作台13的中心分離的位置。
轉動工作台13的角度位置A0，形成CCD攝影機26的光軸沿著工具機1之X軸的狀態。但是，角度位置A0可以是任意的角度。
一旦設置偵測單元20，便從轉動工作台13的上方使主軸18(請參考圖1)下降，將工具3導入偵測單元20的開口部23。然後，由偵測單元20預先記錄工具3在角度位置A0的位置P0(Tx0、Ty0)。
接著，使工具3上升而從偵測單元20抽出，並使載置著偵測單元20的轉動工作台13，從角度位置A0轉動180度，而形成：隔著C軸，於第1方向D1上，面向角度位置A0的角度位置A180。
在圖7B中，在轉動工作台13位於角度位置A180的狀態下，再度將工具3導入偵測單元20。然後，由偵測單元20預先記錄工具3在角度位置A180的前端位置P180 (Tx180、Ty180)。
在圖7C中，獲得在角度位置A0位置及角度位置A180之工具3的位置P0、P180後，藉由演算部27，計算通過C軸中心位置且與第1方向D1交叉的第1直線L1。具體地說，利用線段L01連結「在角度位置A0之工具3的位置P0」與「在角度位置A180之工具3的前端位置P180」，並將通過其中點且與第1方向D1交叉的直線，作為第1直線L1。
根據圖7A~圖7C的偵測動作獲得第1直線L1後，利用相同的步驟計算第2直線L2。
在圖8A中，將偵測單元20及轉動工作台13設為角度位置A90(從角度位置A0轉動了90度的角度位置)，將工具3導入偵測單元20的開口部23。然後，由偵測單元20預先記錄工具3在角度位置A90的前端位置P90(Tx90、Ty90)。
在圖8B中，藉由相同的操作，將偵測單元20及轉動工作台13設為「隔著C軸，在第2方向D2(與第1方向D1交叉)上，面向角度位置A90」的角度位置A270，並由偵測單元20預先記錄工具3在角度位置A270的前端位置P270(Tx270、Ty270)。
在圖8C中，獲得在角度位置A90及角度位置A270之工具3的前端位置P90、P270後，由演算部27計算通過C軸中心位置且與第2方向D2交叉的第2直線L2。具體地說，利用線段L02連結「在角度位置A90之工具3的前端位置P90」與「在角度位置A270之工具3的前端位置P270」，並將通過其中點且與第2方向D2交叉的直線，作為第2直線L2。
在圖9中，當獲得第1直線L1及第2直線L2後，由演算部27計算第1直線L1與第2直線L2之間的交點Pc。藉此，將C軸中心位置的可能存在範圍，限定於交點Pc的1點，可量測工具機1之正確的C軸中心位置。
根據這樣的本實施形態，具有以下的效果。
在本實施形態中，將工具3安裝於主軸18，並預先將「能非接觸地偵測工具3之位置」的偵測單元20設置於轉動工作台13，對於量測對象的C軸，將工具3與轉動工作台13分度(indexing)成特定的角度位置(A0、A90、A180、A270)，並重複「在各角度位置由偵測單元20偵測工具3對轉動工作台13的位置(P0、P90、P180、P270)」的偵測動作，根據以4次的偵測動作所偵測之在各角度位置的工具3的位置，計算C軸的中心位置(Pc)。
在這樣的本實施形態中，重複4次「使用了非接觸式之偵測單元20的偵測動作」，根據在各角度位置之工具3的位置執行幾何學的計算，藉此能高精度地量測C軸的中心位置(Pc)。
當量測時，可將加工用的工具3安裝於工具機1的主軸18，在量測之前使主軸18轉動而升溫，能在與加工時相同的狀態下量測。此外，即使是無法將觸控探針安裝於主軸18的工具機1，也能廣泛地適用。
因此，根據本實施形態，可不使用觸控探針，以單純的計算，高精度地量測C軸的中心位置。
在本實施形態中，特別採用「可偵測工具3於轉動工作台13的徑向之位置」的偵測單元20，將工具3與轉動工作台13，分度成「隔著C軸，在第1方向D1上對向的2個角度位置A0、A180」、與「隔著C軸，在與第1方向D1交叉的第2方向D2上，對向的2個角度位置A90、A270」的4個角度位置，在各角度位置執行偵測動作而偵測工具3於轉動工作台13之徑向的位置(P0、P90、P180、P270)，並計算「通過線段L01的中點，並且交叉於第1方向D1」的第1直線L1、與「通過線段L02的中點，並且交叉於第2方向D2」的第2直線L2，並將第1直線L1與第2直線L2之間的交點Pc作為C軸的中心位置量測，前述的線段L01，連結「在第1方向D1上對向的2個角度位置A0、A180所偵測之工具3的位置P0、P180」，而前述的線段L02，連結「在第2方向D2上，對向的2個角度位置A90、A270所偵測之工具3的位置P90、P270」。
因此，作為本實施形態的偵測單元20，只要能偵測轉動工作台13徑向之工具3的位置即可，可以利用以下的構造：將「偵測來自工具3側面的偵測影像261(請參考圖5)而偵測影像上之工具3的位置」的影像感測器(照明部24或者CCD攝影機26，請參考圖3)，朝向轉動工作台13的周方向設置。
根據這樣的本實施形態，在0度與180度之角度位置A0、A180的偵測動作所無法確定之C軸中心位置的推定範圍(直線L1)，可藉由在90度與270度之角度位置A90、A270的偵測動作所獲得之工具3的位置(直線L2)而限縮，而確定正確的C軸中心，能藉由合計在4個角度位置(A0、A90、A180、A270)的偵測動作，高精度地量測C軸的中心位置。
在本實施形態中，偵測單元20具有：照明部24，用來照射平行光束28；拍攝部(遠心透鏡25及CCD攝影機26)，用來偵測平行光束28；演算部27，根據偵測影像261，偵測已配置於平行光束28中之工具3的前端位置；藉由對偵測影像261執行既存的影像處理，偵測已配置於平行光束28中之工具3的影子281，藉由邊緣偵測，根據工具3的前端輪廓282演算其中心位置，藉此能計算工具3的前端位置283。
其結果，藉由利用偵測單元20執行光學式的偵測，能以非接觸而高精度地偵測工具3的前端位置。
此外，當位置偵測時，亦可僅將工具3的前端配置於「照明部24與拍攝部(遠心透鏡25及CCD攝影機26)之間的平行光束28」中，偵測操作容易。
在本實施形態中，由於偵測單元20具有對轉動工作台13的固定手段，因此偵測單元20對轉動工作台13的設置位置，在各角度位置的偵測動作期間不會變動。
[第2實施形態]
在圖10A~圖10C中，顯示本發明的第2實施形態。
在前述的第1實施形態中，為了執行工具機1(請參考圖1)之C軸中心位置的量測，將偵測單元20設置於轉動工作台13(請參考圖2及圖3)，藉由在角度位置A0、A180對工具3之徑向位置的偵測動作，偵測第1直線L1，藉由在角度位置A90、A270的相同偵測動作，偵測第2直線L2，並將第1直線L1與第2直線L2的交點Pc作為工具機1之正確的C軸中心位置量測。
相對於此，在本實施形態中，在角度位置A0、A180的偵測動作中偵測工具3的徑向位置，並偵測周方向位置亦即「沿著轉動工作台13表面的平面位置」，藉此量測工具機1之正確的C軸中心位置。
在圖10A中，在位於角度位置A0的轉動工作台13，放置有偵測單元20A。
偵測單元20A，其基本構造與第1實施形態的偵測單元20相同，可利用自動對焦功能而進一步偵測影像之深度方向的座標。採用了自動對焦功能的座標偵測，舉例來說，在圖5的偵測影像261中，對工具3之影子281的輪廓282執行邊緣偵測，而偵測成為最大對比的焦點位置，藉此能正確地偵測影像之深度方向的座標。
因此，藉由將工具3導入「被放置於轉動工作台13的偵測單元20A」，可偵測工具3相對於轉動工作台13的徑向位置Rc及周方向位置Cc。藉由這種在角度位置A0的偵測動作，可量測工具3對轉動工作台13的平面位置PA0。
在圖10B中，完成在角度位置A0的偵測動作之後，使轉動工作台13朝角度位置A180移動，藉由在角度位置A180執行相同的偵測動作，量測工具3對轉動工作台13的平面位置PA180。
在圖10C中，取得平面位置PA0及平面位置PA180後，藉由演算部27計算「連結平面位置PA0與平面位置PA180之線段LA」的中點PAc。可藉由該中點PAc，量測工具機1之正確的C軸中心位置。
根據這樣的本實施形態，可獲得與前述第1實施形態相同的效果，並且工具3之前端的偵測動作，能在角度位置A0、A180的2個部位完成，可提高作業效率。
除此之外，在本實施形態中，不需要「第1實施形態中，在角度位置A90、A270等其它角度位置的偵測動作」，因此，舉例來說，即使是「角度位置A90、A270，受到平移軸(XYZ軸)的結構性限制，而成為偵測動作之範圍外」的工具機1，也能藉由在角度位置A0、A180的偵測動作，量測正確的C軸中心位置。
[第3實施形態]
在圖11A~圖12C中，顯示本發明的第3實施形態。
在前述的第1實施形態中，在角度位置A0、A180及角度位置A90、A270執行偵測動作，在第2實施形態中，在角度位置A0、A180執行偵測動作，有必要分別在「隔著轉動工作台13的中心而對向的角度位置A0、A180」執行偵測動作。
相對於此，在本實施形態中，在從角度位置A0起未滿180度的複數個角度位置An，分別與第1實施形態相同，執行工具3之前端位置的偵測動作，並根據偵測結果的演算，量測工具機1之正確的C軸中心位置。
在本實施形態中，工具機1、轉動工作台13及偵測單元20，與前述的第1實施形態相同，關於這些構造的重複說明便省略。
在圖11A中，首先，將設置有偵測單元20的轉動工作台13配置於角度位置A0，將工具3的前端導入偵測單元20的開口部23並以偵測單元20偵測其位置，而作為工具3的位置P0。
在圖11B中，接著，使轉動工作台13轉動30度而轉動至下一個角度位置A30，藉由與角度位置A0相同的操作，偵測工具3的位置P30。
在圖11C中，更進一步使轉動工作台13轉動30度而轉動至下一個角度位置A60，藉由與角度位置A0相同的操作，偵測工具3的位置P60。
在圖12A中，使轉動工作台13轉動至下一個角度位置A120，藉由與角度位置A0相同的操作，偵測工具3的位置P120。
在圖12B中，使轉動工作台13轉動至下一個角度位置A150，藉由與角度位置A0相同的操作，偵測工具3的位置P150。
在圖12C中，在前述的角度位置A0~A150所偵測之工具3的位置P0~P150，當在畫面上描繪時，排列成圓弧狀。對於排列成圓弧狀的位置P0~P150的點列，譬如可藉由最小平方法等，高精度地計算圓弧狀之中心點PBc的位置，並可將這裡所獲得的中心點PBc作為工具機1之正確的C軸中心位置進行量測。
藉由這樣的本實施形態，也能獲得與前述第1實施形態相同的效果，並且，即使是「受到工具機1之平移軸(XYZ軸)的結構性限制，偵測動作的可能範圍未滿180度」，也能藉由在複數個位置的偵測動作，量測正確的C軸中心位置。
[第1～第3實施形態的變形例]
在前述的第1～第3實施形態中，當在角度位置An的偵測動作時，雖然以偵測單元20拍攝了工具3之前端的影像，但即使工具3於偵測影像上的位置在每個角度位置An形成偏移亦無妨。
在圖13中，有時於偵測單元20的偵測影像261中，工具3之影子281的輪廓282於偵測影像261上的位置，在角度位置A0與其它的角度位置An通常不會形成相同的位置。但是，只要能藉由偵測影像261的影像處理，算出從角度位置A0(2點鏈線)的位置起的偏移量dc0，便能藉由該偏移量的修正而確定工具3的座標，工具3於偵測影像261上的位置即使在每個角度位置An形成偏移亦無妨。
[第4實施形態]
在圖14~圖16中，顯示本發明的第4實施形態。
本實施形態，是量測「工具機1中，從A軸中心位置到工具3前端為止的偏移距離(偏移量)」的實施形態。
在本實施形態的工具機1、及用於量測的偵測單元20，由於與前述的第1實施形態相同，因此省略重複的說明。
在本實施形態中，將偵測單元20設置於轉動工作台13。
偵測單元20配置成：開口部23來到轉動工作台13的中央(C軸轉動中心位置)。然後，預先調整偵測單元20的方向，使平行光束28的方向成為工具機1的X軸方向。偵測單元20的方向，藉由轉動工作台13的C軸轉動調整即可。
偵測單元20設置完成後，藉由工具機1的各軸動作使主軸頭17接近偵測單元20，將安裝於主軸18之工具3的前端導入開口部23，並執行偵測動作。
在圖15A中，首先，藉由工具機1的A軸轉動，工具3形成朝向Y軸「+」方向的狀態(繞著A軸的角度位置A0)，在該狀態下藉由工具機1的各軸移動，將工具3的前端導入開口部23。除此之外，藉由工具機1之Y軸及Z軸的移動進行調整，在以偵測單元20所取得的偵測影像262中，使工具3的影子281的前端位置283來到偵測影像262的中央，預先記錄此時之工具機1的Y軸位置及Z軸位置(圖16中的Y1、Z1)。
在圖15B中，接著，藉由工具機1的A軸轉動，工具3形成朝向Y軸「－」方向的狀態(隔著A軸與角度位置A0對向的角度位置A180)，在該狀態下藉由工具機1的各軸移動，將工具3的前端導入開口部23。除此之外，藉由工具機1之Y軸及Z軸的移動進行調整，在以偵測單元20所取得的偵測影像262中，使工具3的影子281的前端位置283來到偵測影像262的中央，預先記錄此時之工具機1的Y軸位置及Z軸位置(圖16中的Y2、Z2)。
在圖16中，分別將工具3的前端配置於相同位置的結果，「在角度位置A0之工具機1的Y軸位置Y1及Z軸位置Z1」、與「在角度位置A180之工具機1的Y軸位置Y2及Z軸位置Z2」之間的差，是基於A軸(主軸頭17的轉動軸171)之轉動中心的擺動(run out)。
因此，根據在角度位置A0及角度位置A180之各軸位置的差異值的1/2，可是量測從工具機1的A軸中心位置到工具3前端為止的偏移距離(偏移量)(Y=(Y1-Y2)/2、Z=(Z1-Z2)/2)。
即使根據這樣的本實施形態，當量測「從A軸中心位置到工具3前端為止的偏移距離(偏移量)」時，也能獲得與前述第1實施形態相同的效果。
[第5實施形態]
在圖17~圖20中，顯示本發明的第5實施形態。
本實施形態，是量測「所謂的搖架式(cradle type)工具機1A中，A軸中心位置與工具3前端形成一致的座標」的實施形態。
在圖17中，轉動工作台13透過搖架131由移動工作台12(請參考圖1)所支承，相對於搖架131可繞著C軸轉動。搖架131可藉由一對耳軸(trunnion)132，相對於移動工作台12繞著A軸轉動。
在工具機1A中，主軸頭17固定於滑件16(請參考圖1)，A軸不進行轉動，始終保持Z軸向下。
在本實施形態中，將偵測單元20設置於轉動工作台13。對於偵測單元20，由於與前述的第1實施形態相同，因此省略重複的說明。
偵測單元20配置成：開口部23來到轉動工作台13的中央(C軸轉動中心位置)。然後，預先調整偵測單元20的方向，使平行光束28的方向成為工具機1A的X軸方向。偵測單元20的方向，藉由轉動工作台13的C軸轉動調整即可。
偵測單元20設置完成後，藉由工具機1A的各軸動作使主軸頭17接近偵測單元20，將安裝於主軸18之工具3的前端導入開口部23，並執行偵測動作。
在圖18A中，首先，藉由搖架131的A軸轉動，轉動工作台13形成朝向Y軸「+」方向的狀態(繞著A軸的角度位置A0)，在該狀態下藉由工具機1A的各軸移動，將工具3的前端導入開口部23。
在圖19A中，在搖架131已形成角度位置A0的狀態下，藉由工具機1A之Y軸及Z軸的移動進行調整，在以偵測單元20所取得的偵測影像263中，使工具3的影子281的前端位置283來到偵測影像263的中央，預先記錄此時之工具機1A的Y軸位置及Z軸位置(圖20中的Y1、Z1)。
在圖18B中，接著，藉由搖架131的A軸轉動，轉動工作台13形成朝向Y軸「－」方向的狀態(隔著A軸與角度位置A0對向的角度位置A180)，在該狀態下藉由工具機1A的各軸移動，將工具3的前端導入開口部23。
在圖19B中，在搖架131已形成角度位置A180的狀態下，藉由工具機1A之Y軸及Z軸的移動進行調整，在以偵測單元20所取得的偵測影像263中，使工具3的影子281的前端位置283來到偵測影像263的中央，預先記錄此時之工具機1A的Y軸位置及Z軸位置(圖20中的Y2、Z2)。
在圖20中，分別將工具3的前端配置於相同位置的結果，「在角度位置A0之工具機1A的Y軸位置Y1及Z軸位置Z1」、與「在角度位置A180之工具機1A的Y軸位置Y2及Z軸位置Z2」之間的差，是基於搖架131之A軸轉動中心的擺動(run out)。
因此，根據在角度位置A0及角度位置A180之各軸位置，可藉由算式(Y=(Y1+Y2)/2、Z=(Z1+Z2)/2)，量測「工具機1A的A軸中心位置與工具3的前端形成一致」的座標。
即使根據這樣的本實施形態，當量測「A軸中心位置與工具3前端形成一致」的座標時，也能獲得與前述第1實施形態相同的效果。
[第6實施形態]
在圖21A~圖23C中，顯示本發明的第6實施形態。
本實施形態，是採用與前述的第4實施形態相同的構造，量測「工具機1中，從A軸中心位置到工具3前端為止之偏移距離(偏移量)」的實施形態。
但是，第4實施形態，是在「角度位置A0」與「隔著A軸與角度位置A0對向(亦即，形成180度間隔)的角度位置A180」的2處，偵測工具機1的Y軸位置Y1、Y2及Z軸位置Z1、Z2，相對於此，本實施形態則是在從角度位置A0起180度之範圍內的複數個角度位置An，執行Y軸位置及Z軸位置的偵測動作。
在圖21A中，首先，藉由工具機1的A軸轉動(主軸頭17之轉動軸171的轉動)，工具3形成朝向Y軸「+」方向的狀態(繞著A軸的角度位置A0)，在該狀態下藉由工具機1的各軸移動，將工具3的前端導入開口部23。
在圖21B中，將工具3配置於角度位置A0之後，藉由工具機1的Y軸及Z軸的移動進行調整，在以偵測單元20所取得的偵測影像264中，使工具3的影子281的前端位置283來到偵測影像264的中央，預先記錄此時之工具機1的Y軸位置及Z軸位置。所記錄的Y軸位置及Z軸位置，成為各角度位置An的A軸中心位置Q0。
接著，藉由工具機1的A軸轉動，使工具3成為角度位置A30(從角度位置A0起轉動了30度的狀態)，在該狀態下，與角度位置A0相同，藉由工具機1的各軸移動來進行調整，將工具3的前端導入開口部23，在以偵測單元20所取得的偵測影像264中，使工具3的影子281的前端位置283來到偵測影像264的中央，記錄此時之工具機1的Y軸位置及Z軸位置(A軸中心位置Q30)。
不僅如此，藉由工具機1的A軸轉動，使工具3成為角度位置A60(從角度位置A0起轉動了60度的狀態)，利用與角度位置A0、A30相同的步驟，記錄工具機1的Y軸位置及Z軸位置(A軸中心位置Q60)。
同樣地，記錄角度位置A90、A120、A150、A180之工具機1的Y軸位置及Z軸位置(A軸中心位置Q90、Q120、Q150、Q180)。
在圖21C中，倘若將「重複上述偵測動作所獲得之角度位置An(A0~A180)的A軸中心位置Qn(Q0~Q180)」描繪於畫面上，將成為排列成圓弧狀的點列QC。對於這些點列QC，譬如可藉由最小平方法等，高精度地計算圓弧狀之點列QC的中心點QCc的位置(在各角度位置An，共通之工具3的前端位置)。藉由以上所獲得的中心點QCc，可正確地量測「從工具機1之A軸中心位置Qn到工具3前端為止的偏移距離(偏移量)」。
藉由這樣的本實施形態，也能獲得與前述第1實施形態及第4實施形態相同的效果，並且，即使是「受到工具機1之平移軸(XYZ軸)的結構性限制，偵測動作的可能範圍未滿180度」，也能藉由在複數個角度位置An的偵測動作，正確地量測從A軸中心位置Qn到工具3之前端為止的偏移距離(偏移量)。
[第6實施形態的變形例]
在圖22中，將在前述第6實施形態所量測的「從A軸中心位置Qn到工具3之前端為止的偏移距離(偏移量)」，登錄於工具機1的NC裝置，作為工具機1動作時的修正值參考。
當登錄於工具機1的NC裝置時，需要「從工具3的前端位置亦即中心點QCc，實際的A軸中心位置Qn為止的距離D(偏移量)」。藉由「基於A軸中心位置Qn的圓弧狀之點列QC」的最小平方法演算，可獲得中心點QCc的位置、及表示「從中心點QCc到A軸中心位置Qn為止的距離D(近似值)」的近似圓弧半徑，故能將該半徑作為「中心點QCc與A軸中心位置Qn之間的實際距離D」。
在登錄於工具機1之NC裝置的場合中，必須將距離D分離成：平行於工具3的Z軸方向的成分Dz、與工具3正交之Y軸方向的成分Dy。因此，連結「A軸中心位置Qn」與「工具3的前端(中心點QCc)」之線段的角度θ變得必要。但是，用於中心點QCc計算的最小平方法，並無法獲得：可實施近似圓弧半徑(距離D)之線段的角度θ。
在圖23A中，除了無法獲得前述的角度θ之外，在前述的複數個角度位置An(A0~A180)作為圓弧狀的點列QC所偵測的A軸中心位置Qn(取樣點(sampling point))，有時相對於點列QC的近似圓弧呈現分散(徑向的位移)。此外，倘若在「作為用來偵測A軸中心位置Qn的角度位置An」之角度(0度~180度)，導出從中心點QCc延伸的基準線Ln，於各角度處的A軸中心位置Qn，對這些基準線Ln呈現分散(周方向的位移)。
在這樣的誤差分布下，為了決定上述之角度θ的最佳值，可採用以下的操作。
在圖23B中，作為第1操作，是採用「工具3在沿著Z軸的方向(角度位置A90)處的A軸中心位置Q90」。具體地說，求出從中心點QCc延伸至A軸中心位置Q90的線段，將該線段與Z軸所形成的角度設為θ。
根據這樣的操作，雖然無法成為整體最佳化，但作為基準卻最均衡。
在圖23C中，亦可在工具3對Z軸成為特定角度(譬如40度)的方向(角度位置A0起，130度的角度位置A130)中，求出從中心點QCc延伸至A軸中心位置Q130的線段，將該線段與「從Z軸起，形成40度的基準線L130」所形成的角度設為θ，而作為第2操作。
除此之外，亦可在位於複數個角度位置An的A軸中心位置Qn，求出與基準線Ln之間的角度θn，並求出其平均值。
根據這樣的操作，雖然操作很繁瑣，卻能獲得整體最佳化的角度θ。
雖然可在前述位於複數個角度位置An的A軸中心位置Qn，對整體範圍進行均等地分度而求出角度θ，但亦可提高或者降地局部角度範圍的取樣密度。
藉由以上的操作，獲得角度θ之後，前述的「Z軸方向的成分Dz」及「與工具3正交之Y軸方向的成分Dy」(請參考圖22)，可分別作為Dz=Dcosθ、Dy=Dsinθ計算。
[第1～第6實施形態的變形例]
在前述的第1～第6的各實施形態中，分別藉由偵測單元20、20A偵測工具3的前端位置。
舉例來說，在第1實施形態中，如圖5所示，在CCD攝影機26之偵測影像261的中央捕捉工具3的前端位置，根據「顯示於偵測影像261的工具3前端之影子281的輪廓282」，分度工具3之前端位置283的座標(Tv、Th)。
此時，工具3前端的凹凸形狀複雜，根據工具3的前端形狀，有時無法正確地偵測座標。
相對於此，為了簡單且正確地偵測工具3的前端位置(Tv、Th)，可利用以下所示的步驟。
[第7實施形態]
如圖24A所示，在CCD攝影機26(請參考圖3)的偵測影像261中，出現(顯示)工具3前端的影子281(與圖5相同)。在影子281之輪廓282的局部，出現(顯示)工具3的前端位置283，需要其座標(Tv、Th)的量測。
在本實施形態中，在相對於CCD攝影機26使工具3轉動的狀態下，以CCD攝影機26偵測「偵測影像265」(與第1~第6實施形態中的偵測影像261~264相同)，從偵測影像265偵測工具3的輪廓282。
在本實施形態中，藉由工具3形成轉動，出現於偵測影像265的輪廓282，相對於轉動中心成為對稱，根據該輪廓282的對稱性，正確地偵測工具3的中心軸線284，可將中心軸線284與輪廓282之間的交點作為工具3的前端位置283偵測。
在本實施形態中，當根據輪廓282偵測工具3的中心軸線284時，執行以下的演算處理。
如圖24B所示，在偵測影像265中，將工具3配置於特定的角度位置(譬如，圖21B所示的角度位置A90)，作為此時工具3的延伸方向D90。接著，沿著延伸方向D90，以特定間隔平行地設定「正交於延伸方向D90，並且橫越輪廓282」的複數條橫越線30。
如圖24C所示，對所設定的複數條橫越線30，偵測每一條橫越線與輪廓282之間的2個交點31、32，並更進一步偵測2個交點31、32的中點33。然後，藉由偵測通過各橫越線30之中點33的直線，可將該直線作為工具3的中心軸線284。
在這樣的本實施形態中，可利用工具3的延伸方向Dn(各角度位置An、工具3的方向、概略的軸線方向)，藉由偵測轉動對稱的軸，可偵測工具3之正確的中心軸線284，根據正確的中心軸線284與輪廓282的交點，能高精度地偵測工具3之前端位置283的座標(Th、Tv)。
此時，藉由在中心軸線284的偵測中，執行複數條橫越線30的中點偵測，並在前端位置283的偵測中，執行與輪廓282之間的交點偵測，分別能以幾何學的演算處理來實施，藉此能簡單且高精度地量測：從工具3的前端位置283至轉動軸(A軸或者C軸)的中心位置。
在本實施形態中，工具3的方向(延伸方向Dn)，可設為任意的角度(角度位置An)。
在圖25A中，將工具3設定為角度位置A150，並設定複數條正交於延伸方向D150的橫越線30。
如圖25B所示，在各橫越線30偵測2個交點31、32及中點33，能根據通過複數個中點33的中心軸線284、以及與輪廓282之間的交點，正確地偵測工具3之前端位置283的座標(Th、Tv)。
[第8實施形態]
在前述的第7實施形態中，當根據輪廓282偵測工具3的中心軸線284時，執行了複數條橫越線30的中點偵測。
相對於此，在本實施形態中，藉由逐一對「呈現轉動對稱圖型的輪廓282」之單側的圖型辨識，偵測工具3的中心軸線284。
如圖26A所示，在偵測影像265中，將工具3配置於特定的角度位置(譬如，圖21B所示的角度位置A90)，作為此時工具3的延伸方向D90。接著，將「相對於延伸方向D90，輪廓282之單側(以沿著延伸方向D90的直線，將輪廓282一分為2(二等分)的局部)的形狀41，作為參考圖型40偵測。
如圖26B所示，偵測到參考圖型40之後，演算「符合將參考圖型40反轉後之形狀」的對稱圖型42，從輪廓282偵測與該對稱圖型42一致的形狀43。偵測到對稱圖型42之後，將通過「參考圖型40」與「對稱圖型42」之中間的直線(參考圖型40與對稱圖型42間之線對稱的軸)，作為工具3的中心軸線284。
在這樣的本實施形態中，利用工具3的延伸方向Dn(各角度位置An、工具3的方向、概略的軸線方向)，藉由輪廓282之單側的逐一圖型辨識，可偵測工具3之正確的中心軸線284，根據正確的中心軸線284與輪廓282的交點，能高精度地偵測工具3之前端位置283的座標(Th、Tv)。
此時，作為輪廓282之單側逐一的圖型辨識，參考圖型40及對稱圖型42的偵測，分別能以幾何學的演算處理來實施，藉此能簡單且高精度地量測：從工具3的前端位置283至轉動軸(A軸或者C軸)的中心位置。
[第9實施形態]
在前述的第7實施形態中，當從輪廓282偵測到工具3的中心軸線284之後，偵測中心軸線284與輪廓282之間的交點，作為工具3的前端位置283。
相對於此，在本實施形態中，藉由在工具3之前端部的輪廓282設定輔助輪廓線，即使是「在前端具有複數個突起的工具3、或具有從中心偏斜之前端的工具3等」於轉動狀態下前端部之輪廓282的形狀不明確的工具3，也能確定工具3的前端位置。
如圖27A及圖27B所示，在工具3的前端部形成有：隔著轉動中心形成對向的一對切刃3T。在圖27B中，以實線所表示的切刃3T，藉由工具3的轉動，朝向以2點鏈線所表示的位置移動。
在前述的各實施形態中，分別從工具3的側邊(與工具3的轉動軸線交叉的方向)，利用CCD攝影機26拍攝工具3的前端部。
舉例來說，CCD攝影機26從圖27B的圖面下側拍攝工具3，可在一對切刃3T在「與CCD攝影機26的光軸形成正交的方向」上形成對向的狀態(圖27B中的實線狀態)下，將一對切刃3T都收入(放入)CCD攝影機26的對焦範圍Rf0。然而，隨著工具3轉動，且接近「一對切刃3T沿著CCD攝影機26之光軸」的狀態(在圖27B中2點鏈線的狀態)，從CCD攝影機26到各切刃3T為止之距離的差將擴大，而形成「其中一個位於離CCD攝影機26遠的焦點深度範圍Rf1，另一個位於離CCD攝影機26近的焦點深度範圍Rf2」的狀態，CCD攝影機26無法對焦於一對切刃3T的雙方。
如此一來，藉由使工具3轉動，使一對切刃3T對CCD攝影機26的距離形成週期性的變化，在CCD攝影機26所拍攝的影像中，局部地產生模糊。
如圖27C所示，工具3之影子281的輪廓282，前端之外的部位清晰，對於前端，由於一對切刃3T在CCD攝影機26的光軸方向上位移，而成為產生了模糊的狀態。其結果，無法如同前述的第7~第8實施形態，藉由中心軸線284與輪廓282之間的交點，來確定工具3之前端位置283的座標。
相對於此，在本實施形態中，與前述的第7或第8實施形態相同對中心軸線284進行偵測，並在工具3之前端部的輪廓282設定輔助輪廓線，將該輪廓輔助線與中心軸線284之間的交點作為工具3的前端位置283偵測。具體地說，採用以下的步驟。
在圖28A中，對工具3的影子281偵測了中心軸線284後，設定：在中心軸線284的兩側，隔開(保持)特定距離Ofs，並與中心軸線284平行的一對平行線Ma、Mb。在此，特定距離Ofs設定成：一對平行線Ma、Mb與輪廓282之間的交點Ca、Cb，通過「輪廓282的模糊不會產生」的部分。特定距離Ofs，可觀察輪廓282的狀態來調整，亦可依據工具3之切刃3T的設計尺寸來設定。
在圖28B中，獲得「一對平行線Ma、Mb與輪廓282之間的交點Ca、Cb」之後，設定「通過一對交點Ca、Cb，並且與中心軸線284正交」的輔助輪廓285，將中心軸線284與輔助輪廓285之間的交點作為工具3的前端位置283偵測。
在本實施形態中，藉由設定輔助輪廓285，舉例來說，即使是一對切刃3T等、或「在前端具有複數個突起的工具3、或具有偏斜之前端的工具3」等，於轉動狀態下前端部之輪廓282的形狀不明確的工具3，也能藉由中心軸線284與輔助輪廓285之間的交點，確定工具3的前端位置283。如此一來，即使面對各種前端形狀的工具3，也能以單純的計算而高精度地量測工具3的前端位置283至轉動軸(A軸或者C軸)的中心位置。
[其他實施形態]
本發明並不侷限於前述的實施形態，在可達成本發明目的之範圍內的變形例等，也包含於本發明。
在前述各實施形態中，雖然是量測5軸控制之工具機1、1A的C軸或者A軸的轉動中心位置，但採用本發明的工具機及軸，可任意地選擇。
舉例來說，工具機，可以是具有A軸及B軸作為轉動軸的5軸控制，亦可量測該B軸的轉動中心位置。此外，工具機也可以是4軸控制或者6軸控制，至少是具有「轉動軸中心位置成為問題」之轉動軸的裝置。
雖然在前述實施形態中，為了偵測工具3的前端位置而採用了偵測單元20、20A，但偵測單元20、20A並不侷限於形成平行光束28的裝置，亦可採用：使雷射光束平行地擺動而掃描對象物的裝置(虛擬地成為平行光束)。除此之外，對工具3可以是非接觸，亦可是其它的偵測方式。
A0~A270:角度位置
Ca,Cb:交點
Cc:周方向位置
D:距離
D1:第1方向
D2:第2方向
dc0:偏移量
Dy:Y軸方向的成分
Dz:Z軸方向的成分
L01:線段
L02:線段
L1:第1直線
L2:第2直線
L130:基準線
LA:線段
Ln:基準線
Ma,Mb:一對平行線
Ofs:特定距離
P0~P270:位置
PA0~PA180:平面位置
PAc:中點
PBc:中心點
Pc:交點
Q0~Q180:A軸中心位置
QC:點列
QCc:中心點
Qn:A軸中心位置
Rc:徑向位置
Rf0:對焦範圍
Rf1:遠的焦點深度範圍
Rf2:近的焦點深度範圍
Tv,Th:座標
Tx0~Tx270:座標
Ty0~Ty270:座標
Y1,Y2:Y軸位置
Z1,Z2:Z軸位置
θ,θn:角度
1,1A:工具機
2:工件
3:工具
3T:切刃
9:控制裝置
11:底座
12:移動工作台
13:轉動工作台
14:塔柱
15:鞍座
16:滑件
17:主軸頭
18:主軸
20,20A:偵測單元
21:殼體
22:腳部
23:開口部
24:照明部
25:遠心透鏡
26:CCD攝影機
27:演算部
28:平行光束
29:檢測對象物
30:橫越線
31,32:交點
33:中點
40:參考圖型
41:形狀
42:對稱圖型
43:形狀
91:動作控制部
92:工具位置偵測部
131:搖架
132:一對耳軸
171:轉動軸
261~265:偵測影像
281:影子
282:輪廓
283:前端位置
284:中心軸線
[圖1]為顯示本發明第1實施形態之工具機的立體圖。
[圖2]為顯示前述第1實施形態之偵測單元的立體圖。
[圖3]為顯示前述第1實施形態之偵測單元的示意圖。
[圖4]為顯示前述第1實施形態之偵測動作的立體圖。
[圖5]為顯示前述第1實施形態的偵測動作中之工具前端的示意圖。
[圖6]為顯示前述第1實施形態之偵測動作的示意圖。
[圖7A]為顯示前述第1實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖7B]為顯示前述第1實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖7C]為顯示前述第1實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖8A]為顯示前述第1實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖8B]為顯示前述第1實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖8C]為顯示前述第1實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖9]為顯示前述第1實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖10A]為顯示本發明第2實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖10B]為顯示本發明第2實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖10C]為顯示本發明第2實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖11A]為顯示本發明第3實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖11B]為顯示本發明第3實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖11C]為顯示本發明第3實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖12A]為顯示前述第3實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖12B]為顯示前述第3實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖12C]為顯示前述第3實施形態之C軸位置量測動作的示意圖。
[圖13]為顯示前述第1～第3實施形態之變形例的示意圖。
[圖14]為顯示本發明第4實施形態之A軸位置量測動作的示意圖。
[圖15A]為顯示前述第4實施形態之A軸位置量測動作的示意圖。
[圖15B]為顯示前述第4實施形態之A軸位置量測動作的示意圖。
[圖16]為顯示前述第4實施形態之A軸位置量測動作的示意圖。
[圖17]為顯示本發明第5實施形態之A軸位置量測動作的示意圖。
[圖18]為顯示前述第5實施形態之A軸位置量測動作的示意圖。
[圖19A]為顯示前述第5實施形態之A軸位置量測動作的示意圖。
[圖19B]為顯示前述第5實施形態之A軸位置量測動作的示意圖。
[圖20]為顯示前述第5實施形態之A軸位置量測動作的示意圖。
[圖21A]為顯示本發明第6實施形態之A軸位置量測動作的示意圖。
[圖21B]為顯示本發明第6實施形態之A軸位置量測動作的示意圖。
[圖21C]為顯示本發明第6實施形態之A軸位置量測動作的示意圖。
[圖22]為顯示前述第6實施形態的A軸位置量測動作之變形例的示意圖。
[圖23A]為顯示前述第6實施形態的A軸位置量測動作之變形例的示意圖。
[圖23B]為顯示前述第6實施形態的A軸位置量測動作之變形例的示意圖。
[圖23C]為顯示前述第6實施形態的A軸位置量測動作之變形例的示意圖。
[圖24A]為顯示本發明第7實施形態之工具前端位置偵測處理的示意圖。
[圖24B]為顯示前述第7實施形態之工具前端位置偵測處理的示意圖。
[圖24C]為顯示前述第7實施形態之工具前端位置偵測處理的示意圖。
[圖25A]為顯示前述第7實施形態的不同方向之工具前端位置偵測處理的示意圖。
[圖25B]為顯示前述第7實施形態的不同方向之工具前端位置偵測處理的示意圖。
[圖26A]為顯示本發明第8實施形態之工具前端位置偵測處理的示意圖。
[圖26B]為顯示前述第8實施形態之工具前端位置偵測處理的示意圖。
[圖27A]為顯示本發明第9實施形態的工具前端形狀及其影像的示意圖。
[圖27B]為顯示前述第9實施形態的工具前端形狀及其影像的示意圖。
[圖27C]為顯示前述第9實施形態的工具前端形狀及其影像的示意圖。
[圖28A]為顯示前述第9實施形態之工具前端位置偵測處理的示意圖。
[圖28B]為顯示前述第9實施形態之工具前端位置偵測處理的示意圖。
3:工具
13:轉動工作台
18:主軸
20:偵測單元
21:殼體
23:開口部
