WO2012057280A1

WO2012057280A1 - 工具寸法の測定方法及び測定装置、並びに工作機械

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Publication number: WO2012057280A1
Application number: PCT/JP2011/074847
Authority: WO
Inventors: 倉橋　康浩
Original assignee: 株式会社牧野フライス製作所
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-05-03
Also published as: CN103189712B; EP2634526B1; EP2634526A4; US20130208286A1; CN103189712A; JP2012093262A; JP5725796B2; US9329029B2; EP2634526A1

Abstract

　本発明に係る工作機械（１０）によれば、撮像装置（３３）は、送り方向に移動中の工具（２０）を撮像する。撮像に基づき生成された複数の画像データの各々で輪郭線（５１）が特定される。この輪郭線（５１）に基づき工具（２０）の移動軌跡（５２）及び中心軸線（５３）が特定される。移動軌跡（５２）と中心軸線（５３）との間にずれがある場合には、そうしたずれは工作機械（１０）で工具（２０）の位置決めの補正に用いられることが可能である。その結果、ワークの加工精度は向上する。また、例えば傾斜姿勢の工具（２０）の寸法が測定されれば、傾斜姿勢における実際の刃先位置や工具径が特定されることが可能である。こうした刃先位置や工具径は工作機械（１０）の位置決めの補正に用いられることが可能である。ワークの加工精度はさらに向上する。

Description

工具寸法の測定方法及び測定装置、並びに工作機械

　本発明は、例えばＣＮＣ（コンピュータ数値制御）の工作機械で使用される工具の刃先位置、工具長、工具径、刃先形状、工具の振れ等の工具寸法を測定する方法及び装置、並びに工作機械に関する。

　例えばＮＣ工作機械では、ワークの加工時、主軸に装着された例えばドリルやエンドミルといった工具が回転しながらワークに接触する。工具は、ＮＣ工作機械における所定の送り方向に送られる。ワークの加工精度の向上にあたって、工具の回転中心や工具姿勢を決める工具の中心軸を特定し、工具を所望とする姿勢にすることが必要とされる。

特開２００５－３２４３００号公報

　例えば特許文献１には、主軸に装着された工具の形状を撮像して工具の形状を測定する方法が開示されている。この方法では、所定の位置に位置決めされた工具の形状が測定される。従って、工具の中心軸線と送り方向とのずれを測定することはできない。そうしたずれが発生している場合にはワークの加工精度は低下してしまう。

　本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、工具の寸法を加工で使用する工具姿勢及び移動軌跡で測定することができ、また、工作機械の座標系と測定装置の座標系とのずれを予め確認することができ、ワークの加工精度をより一層向上させることができる工具寸法の測定方法及び測定装置、並びに工作機械を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明によれば、工具と相対移動する撮像装置を用いて前記工具を撮像し、得た画像データにより前記工具の寸法を測定する工具寸法の測定方法において、所定の送り方向に沿って移動する前記工具を前記撮像装置によって複数の位置で撮像し、前記移動の各位置ごとに生成された複数の画像データを読み出す工程と、複数の前記画像データの各々で前記工具の輪郭を特定して、特定した複数の輪郭に基づき前記工具の移動軌跡と前記工具の中心軸線とを特定する工程と、を備える工具寸法の測定方法が提供される。

　この工具寸法の測定方法では、前記工具の移動軌跡は、前記工具の輪郭に対して予め定めた位置関係を有する基準点の、複数の前記画像データ上での位置の推移を算出することによって特定されればよい。前記工具の中心軸線は、前記工具の輪郭に対して予め定めた位置関係を有する基準線の、複数の前記画像データ上での平均を算出することによって特定されればよい。

　こうした工具寸法の測定方法は、特定された前記工具の移動軌跡及び中心軸線に基づき前記輪郭を用いて前記工具の刃先位置及び工具径の少なくともいずれか１つを特定する工程をさらに備えてもよい。

　本発明によれば、工具を撮像して得た画像データにより前記工具の寸法を測定する工具寸法の測定装置において、所定の送り方向に沿って移動する前記工具を複数の位置で撮像して前記移動の各位置ごとに複数の画像データを生成する撮像装置と、複数の前記画像データの各々で前記工具の輪郭を特定して、特定した複数の輪郭に基づき前記工具の移動軌跡と前記工具の中心軸線とを特定する演算装置と、を備える工具寸法の測定装置が提供される。

　本発明によれば、主軸に装着された工具を撮像して得た画像データにより機上で工具の寸法を測定する工作機械において、所定の送り方向に沿って相対的に移動する前記工具を複数の位置で撮像して前記移動の各位置ごとに複数の画像データを生成する撮像装置と、複数の前記画像データの各々で前記工具の輪郭を特定して、特定した複数の輪郭に基づき前記工具の移動軌跡と前記工具の中心軸線とを特定し、特定した前記工具の移動軌跡に基づき、工作機械に設定される直交２軸の平面座標系と、前記撮像装置の視野内に設定されて工作機械の平面座標系に関連付けられる直交２軸の平面座標系とのずれを特定する演算装置と、を備え、前記ずれを補正するように制御する工作機械が提供される。

　本発明によれば、ワークの加工精度をより一層向上させることができる工具寸法の測定方法及び測定装置、並びに工作機械を提供することをできる。工具の移動軌跡と中心軸線とがなす角度、すなわち相対的な角度を測定するので、撮像装置の工作機械に対する取付け誤差に関わりなくこの角度を測定することができる。この工具の移動軌跡の方向に工具の中心軸線を一致させる加工の場合は、この角度が零になるようにＮＣ装置の補正を行えばよい。ボールエンドミルの中心軸線上の頂点付近でワークを加工すると、切刃の周速が小さくて加工面品位が下るが、この問題を解決するため、ワークに対してボールエンドミルの中心軸線を傾けて、頂点から離れた切刃の周速の大きい部分でワークを加工することが行われる。このときは、工具の移動軌跡と中心軸線とのなす角度が所望の角度になっているかを測定し、なっていないときはＮＣ装置の補正を行えばよい。特に、直交３軸の直線送り軸と２軸の回転送り軸を有する５軸工作機械は、ワークに対する工具の姿勢を変えることができるので補正しやすい。

　また、本発明によれば、工具の移動軌跡を特定することができるので、ＮＣ装置の移動軌跡との誤差、すなわち測定装置の視野の座標軸と工作機械の座標軸とのずれを求めることができ、このずれを補正することによって、工具寸法の測定結果を工作機械の座標系に合わせることができる。

本発明の一実施形態に係る工作機械の構成を概略的に示す図である。一具体例に係る画像データを示す図である。本発明の一実施形態に係る工具寸法の測定方法の処理の流れを示すフローチャートである。他の具体例に係る画像データを示す図である。工具の移動軌跡及び中心軸線を特定する処理を概略的に示す図である。工具の工具径や刃先位置などを特定する処理を概略的に示す図である。座標系のずれを特定する処理を概略的に示す図である。

　以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る工作機械１０の構成を概略的に示す図である。この工作機械１０は、ワーク（図示されず）に加工処理を実行する機械部分に加え、工作機械１０の動作を制御するＮＣ装置１２と、工作機械１０及びＮＣ装置１２に接続されて工作機械１０の工具の寸法を測定する寸法測定装置１３と、を備える。工作機械１０には例えば５軸立形のマシニングセンタが用いられる。本実施形態では、寸法測定装置１３はＮＣ装置１２と別個に図示されているものの、寸法測定装置１３は例えばＮＣ装置１２内に組み込まれてもよい。

　まず、工作機械１０の機械構成を説明する。工作機械１０にはＸＹＺ直交３軸の基準座標系が設定される。工作機械１０は、水平面すなわちＸＹ平面に沿って広がるベッド１５と、ベッド１５上に配置されたテーブルベース１６と、テーブルベース１６の後方でベッド１５からＺ軸に平行に垂直方向に立ち上がるコラム１７と、を備える。テーブルベース１６上にワーク（図示されず）が固定される。コラム１７には主軸頭１８が支持されている。主軸頭１８の下端には主軸１９を介して下向きに着脱自在に工具２０が装着されている。工具２０は、主軸１９内に組み込まれるスピンドルモータ（図示されず）により回転駆動される。ここでは、工具２０には例えばボールエンドミルが用いられる。

　加えて、主軸頭１８は、Ａ軸回転送り機構を介してＸ軸に平行な軸線回りに旋回可能に主軸台（図示せず）に取り付けられている。同時に、主軸頭１８は、Ｃ軸回転送り機構を介してＺ軸に平行な軸線回りに旋回可能に主軸台に取り付けられている。回転送り機構は例えばダイレクトドライブモータやサーボモータから構成される。主軸頭１８にはＡ軸及びＣ軸回転方向の回転角をそれぞれ検出する回転角検出器（図示されず）が組み込まれている。これらの回転角検出器で読み取られた回転角はＮＣ装置１２に出力すなわちフィードバックされる。

　テーブルベース１６は、直線送り機構を介して水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能にベッド１５上に支持されている。その一方で、主軸頭１８は、直線送り機構を介して鉛直方向（Ｚ軸方向）及び水平方向（Ｙ軸方向）に移動可能にコラム１７に支持されている。直線送り機構は、例えばボールねじと、このボールねじを回転駆動するサーボモータと、を備える。なお、主軸頭１８のＹ軸方向の移動に代えてテーブルベース１６がＹ軸方向に移動してもよい。また、主軸頭１８がＡ軸及びＣ軸を有する構成に代えてテーブルベース１６がＡ軸及びＣ軸を有する構成にしてもよい。

　ベッド１５には、当該ベッド１５とテーブルベース１６との間のＸ軸に沿った相対位置を読み取るＸ軸位置検出器２１が組み込まれている。コラム１７には、当該コラム１７と主軸頭１８との間のＹ軸及びＺ軸に沿った相対位置をそれぞれ読み取るＹ軸位置検出器（図示されず）及びＺ軸位置検出器２２が組み込まれている。これらの位置検出器には例えばデジタルスケールが用いられればよい。これらの位置検出器で読み取られた相対位置は基準座標系の座標値で特定される。読み取られた座標値はＮＣ装置１２に出力すなわちフィードバックされる。

　前述の回転送り機構及び直線送り機構によってテーブルベース１６と工具２０との相対移動が実現される。相対移動は、ＮＣ装置１２から供給される後述の駆動信号に基づき実現される。相対移動中に回転する工具２０が所定の加工点でワークに接触する。こうしてワークが所望の形状に加工される。

　次に、ＮＣ装置１２の構成を説明する。ＮＣ装置１２は、ＮＣプログラムを格納する記憶部２４と、記憶部２４に格納されているＮＣプログラムを解析するプログラム解析部２５と、プログラム解析部２５で解析されたＮＣプログラムに従って移動指令を生成する移動指令部２６と、移動指令部２６から出力された移動指令に従って工作機械１０のサーボモータに駆動信号を出力するサーボ制御部２７と、を備える。移動指令には、例えばワークの加工点の割り出しデータ及び割り出し後の加工点に対応した主軸１９の位置を示す座標値データが含まれる。

　次に、寸法測定装置１３の構成を説明する。寸法測定装置１３は、テーブルベース１６上に配置される寸法測定ユニット３１を備える。寸法測定ユニット３１は、光源３２と、光源３２に向き合う撮像装置３３と、を備える。光源３２には撮像装置３３に向かって平行光を出力する例えば高輝度ＬＥＤが用いられる。撮像装置３３はレンズユニット３４及びＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサ３５を備える。ＣＣＤイメージセンサ３５は例えば二次元イメージセンサを構成する。

　寸法測定装置１３は、撮像された画像の画像データを撮像装置３３から受け取る画像調整装置３６と、光源装置３２及び撮像装置３３の動作を制御する制御装置３７と、を備える。前述のＣＣＤイメージセンサ３５は、その受光面に結像される画像に対応したアナログ画像信号を、例えば毎秒３０～６０フレームのフレームレートで出力する。アナログ画像信号は撮像装置３３内に組込まれたＡ/Ｄ変換器によってデジタル画像データに変換され画像調整装置３６に出力される。

　画像調整装置３６は、シェーディング補正、ノイズリダクション、ホワイトバランス調整、輪郭補正及びコントラスト調整などの画像調整処理を行い、デジタル画像データを２値化する。画像調整装置３６は、画像調整後の画像データを後述のフレームメモリに格納する。その一方で、制御装置３７は、撮像装置３３の移動やズームを制御する駆動信号を撮像装置３３に出力する。なお、撮像装置３３の視野には前述の基準座標系のＹＺ平面に対応してｘｙ直交２軸の視野座標系が設定される。この視野座標系の各座標値は、ＹＺ平面内における撮像装置３３の移動後の各位置の視野ごとに基準座標系の各座標値に関連付けられる。

　寸法測定装置１３は、寸法測定プログラム及び工具データを記憶する記憶装置４１と、寸法測定プログラムに基づき様々な演算処理を実行する演算装置４２と、フレームごとの画像データを格納するフレームメモリ４３と、を備える。演算処理にあたって寸法測定プログラムは一時的にメモリ（図示されず）に読み出されればよい。寸法測定プログラム及び工具データの詳細は後述される。なお、寸法測定プログラムは例えばＦＤ（フレキシブルディスク）やＣＤ－ＲＯＭその他の可搬性記録媒体から記憶装置４１に取り込まれてもよく、ＬＡＮやインターネットといったコンピューターネットワークから記憶装置４１に取り込まれてもよい。

　寸法測定装置１３は、例えば工具の像（シルエット）を表す画像データを構成する画素ごとの明暗２値の情報やその画素の座標値を表示する表示画面を有する表示装置４４と、例えば表示画面上で所定の位置を指定することによって演算装置４２に指示を入力する入力装置４５と、を備える。表示装置４４は例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）パネルなどの平面ディスプレイパネルであればよく、入力装置４５は例えばタッチパネルやキーボード、マウスなどであってよい。使用者は例えばタッチパネルやマウスを用いて、表示装置４４の表示画面上に表示される画像上で工具２０の輪郭線の方向を指定したり、工具２０の輪郭線上の測定位置を指定したりすることができる。

　次に、本発明に係る工作機械１０で工具２０の寸法を測定する方法を説明する。ここでは、例えば工具２０の移動軌跡と工具２０の中心軸線とが測定される。工具２０の移動軌跡は、直線送り機構によって所定の送り方向に送られる工具２０の移動の軌跡である。工具２０の中心軸線は、主軸１９の回転中心と一致する工具２０の中心軸線である。工具２０の寸法の測定処理の実行にあたって寸法測定装置１３の演算装置４２は、記憶装置４１から寸法測定プログラムを例えばメモリに一時的に読み出す。こうして演算装置４２は寸法測定プログラムに基づき様々な演算処理を実行する。

　まず、演算装置４２はＮＣ装置１２に開始信号を出力する。開始信号の受信に応じてＮＣ装置１２は工作機械１０に向かって駆動指令を出力する。その結果、工作機械１０では、ＸＹ平面上で光源３２及び撮像装置３３の間の所定の位置に主軸１９が位置決めされる。同時に、主軸１９は、例えばＡ軸方向の任意の回転角の位置に位置決めされる。こうして工具２０の中心軸線は、基準座標系のＹＺ直交２軸の平面座標系上でＹ軸及びＺ軸に交差する。こうして工具２０は傾斜姿勢を確立する。ここでは、回転角は、例えば工具２０の中心軸線がＺ軸に平行な状態から水平面に向かってＡ軸方向に４５度にわたって回転した角度に設定される。このとき、工具２０はその回転中心回りで回転駆動される。

　同時に、演算装置４２は、光源３２及び撮像装置３３の動作を開始させるために制御装置３７に開始信号を出力する。開始信号の受信に応じて制御装置３７は、撮像装置３３を駆動させる駆動信号を出力する。こうして撮像装置３３は撮像を開始する。撮像装置３３は撮像のフレームごとにアナログの画像信号を生成する。この画像信号から生成された画像データは画像調整装置３６を介してフレームメモリ４３にフレームごとに格納される。画像データの詳細は後述される。

　工具２０は、Ｙ軸方向の直線移動及びＺ軸方向の直線移動に基づき４５度の送り方向に沿って移動させられる。Ｙ軸方向の直線移動の速度とＺ軸方向の直線移動の速度とは等しく設定される。すなわち、工作機械１０の設定上では、Ａ軸方向の工具２０の回転角と工具２０の送り方向の角度とが同一に設定される。従って、工具２０の移動軌跡は、工作機械１０に設定される基準座標系のＹ軸及びＺ軸に交差する方向に設定される。工具２０が撮像装置３３の視野内に入っていくと、設定された送り方向に移動中の各位置で工具２０を撮像したフレームごとに画像データが出力されていく。なお、工具２０の移動は、工具２０が視野内で所定の距離にわたって移動した時点で停止される。距離は任意に設定されればよい。

　ＣＣＤイメージセンサ３５の受光面には、光源３２から照射される平行光によって工具２０の影を投影した画像が結像される。画像データは、視野内の画像を特定する多数の画素から構成される。前述されるように、画像データでは画素ごとに明暗２値が特定されることから、例えば図２に示されるように、画像データで特定される視野Ｖ内では、暗の画素は工具２０の影の投影部分として特定される一方で、明の画素は平行光の受光部分として特定される。こうして工具２０の輪郭が特定される。

　図３は、本発明の一実施形態に係る工具２０の寸法測定方法の処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１で、演算装置４２はフレームメモリ４３から１フレームの画像データを読み出す。ここでは、工具２０の輪郭の大部分が視野Ｖ内に進入した画像データが読み出される。読み出した画像データに基づき、ステップＳ２で、演算装置４２は工具２０の輪郭のエッジを検出する。前述のように各画素は明暗２値で示されることから、エッジは、画像の視野中で工具２０の画像の画素に対応する暗の画素のうち、明の画素に隣接する暗の画素で特定される。こうして図２から明らかなように、演算装置４２は、ステップＳ３で、明の画素に隣接する連続した複数の暗の画素の抽出に基づき工具２０の輪郭線５１を特定する。輪郭線５１は例えば回帰曲線で特定される。

　次に、演算装置４２はステップＳ３で輪郭線５１の構成を識別する。工具２０はボールエンドミルであることから、図４に示されるように、例えば工具２０の先端に規定される円５１ａと、円５１ａの後端に接続される長方形５１ｂとが識別される。ステップＳ４では、円５１ａの識別にあたって、輪郭線５１の形状から工具２０の先端の半円成分が特定されればよい。長方形５１ｂの特定にあたって輪郭線５１の形状から平行成分（シャンクを含んでもよい）が特定されればよい。ステップＳ５で、演算装置４２は、円５１ａの半円成分から、円５１ａに対して予め定めた位置関係を有する基準点を特定する。ここでは、基準点は円５１ａの中心点Ｐである。同時に、演算装置４２は、長方形５１ｂの平行成分から、長方形５１ｂに対して予め定めた位置関係を有する基準線を特定する。ここでは、基準線は、長方形５１ｂの長手方向に延びる長方形５１ｂの軸線Ｌである。

　前述のように、撮像装置３３の視野Ｖ内には視野座標系が規定されることから、円５１ａ、中心点Ｐ、長方形５１ｂ及び軸線Ｌを構成する各画素の視野座標系における座標値が特定される。ここでは、長方形５１ｂを特定する座標値に基づき軸線Ｌが数式化される。こうして座標値が特定された画像データは、ステップＳ６で、フレームメモリ４３に格納される。円５１ａ、中心点Ｐ、長方形５１ｂ及び軸線Ｌの視野座標系の座標値を示す座標値データは、画像データに関連付けてフレームメモリ４３に格納されればよい。こうしてステップＳ１～Ｓ６の処理が完了する。

　次に、ステップＳ７で、処理の完了したフレームの数が、寸法の測定に必要なフレームの数に達したか否かが判断される。測定に必要なフレームの数は任意に設定されればよい。工具２０の寸法すなわち移動軌跡及び中心軸線の測定には複数のフレームが必要とされることから、演算装置４２の処理はステップＳ１に戻る。なお、本実施形態では必要なフレームの数は例えば４に設定される。演算装置４２は、各フレームごとにステップＳ１～Ｓ６までの処理を繰り返す。工具２０は送り方向に移動することから、各フレームごとに工具２０の輪郭線５１の位置は変化する。こうして、処理の完了したフレームの数が寸法の測定に必要な数のフレームに到達すると、演算装置４２の処理はステップＳ８に移る。なお、工具の移動軌跡が直線の場合、必要なフレーム数は最低２であり、移動軌跡が円孤の場合、必要なフレーム数は最低３であり、移動軌跡が任意の場合、必要なフレーム数は最低４である。いずれの場合もフレーム数は多い程測定精度は上るが、加工条件に応じて予め設定される。

　ステップＳ８で、複数のフレームごとに特定された複数の中心点Ｐの位置の推移に基づき工具２０の移動軌跡が算出される。図５に示されるように、各フレームごとに特定された円５１ａが視野座標系に基づき配置され、各中心点Ｐｎの座標値（ｘｎ、ｙｎ）が特定される。特定されたすべての中心点Ｐを通る回帰曲線が算出される。こうして算出された回帰曲線が工具２０の移動軌跡５２に相当する。次に、ステップＳ９で、複数のフレームの各々で特定された複数の中心軸線Ｌの平均に基づき工具２０の軸線が算出される。具体的には、複数の中心軸線Ｌの平均の回帰曲線が算出される。図５に示されるように、算出された回帰曲線が工具２０の中心軸線５３に相当する。算出された移動軌跡５２及び中心軸線５３を特定する工具データは記憶装置４１に格納される。工具データでは、座標値は視野座標系から基準座標系の座標値に変換されて特定されればよい。

　図５から明らかなように、本実施形態の例では、工具２０の移動軌跡５２と中心軸線５３とは一致していない。移動軌跡５２と中心軸線５３とは例えば交差角αで交差している。ここでは、移動軌跡５２の角度すなわち送り方向の角度は設定通りに４５度であることを前提にすると、主軸１９の回転角の位置が設定の４５度からずれていることが分かる。こうしたずれはワークの加工精度を著しく低下させてしまう。従って、算出された交差角αは、工作機械１０のＡ軸方向の回転角の機械的な補正に用いられればよく、又は、ＮＣ装置１２の主軸１９の位置制御のための座標値の補正に用いられればよい。こうして工作機械１０では、中心軸線５３と移動軌跡５２とが一致するような補正が実施されればよい。なお、寸法の測定の結果、移動軌跡５２と中心軸線５３とが一致している場合には主軸１９の回転角の位置が設定通りであることを示している。

　以上のような測定に加えて、寸法測定装置１３では、傾斜姿勢の工具２０の工具径や刃先位置が測定されてもよい。演算装置２４は、前述と同様に、画像データに基づき輪郭線５１から円５１ａ及び長方形５１ｂの成分を特定する。このとき、図６に示されるように、例えば中心軸線５３に直交する方向に工具２０の工具径が測定されればよい。また、工具２０とワークとの相対的な位置関係に応じて、基準座標系のＹ軸に平行な仮想直線ＹＬと円５１ａとの接点Ｙｉが工具２０の刃先位置として測定されてもよい。その一方で、基準座標系のＺ軸に平行な仮想直線ＺＬと円５１ａとの接点Ｚｉが工具２０の刃先位置として測定されてもよい。これらの刃先位置から工具２０の工具長が算出されればよい。こうした工具径や刃先位置の測定にあたって、工具２０の輪郭線５１上の測定位置が寸法測定ソフトウェア上で予め設定されていればよい。その結果、工具２０の寸法の測定は自動的に実施されることが可能である。

　以上のように、本実施形態に係る工作機械１０によれば、撮像装置３３は、送り方向に移動中の工具２０を撮像する。撮像に基づき生成された複数の画像データによって工具２０の輪郭線５１が特定される。この輪郭線５１に基づき移動軌跡５２及び中心軸線５３が特定される。移動軌跡５２と中心軸線５３との間にずれがある場合には、そうしたずれは工作機械１０で工具２０の位置決めの補正に用いられることが可能である。その結果、ワークの加工精度は向上する。また、例えば傾斜姿勢の工具２０の寸法が測定されれば、傾斜姿勢における実際の刃先位置や工具径が特定されることが可能である。こうした刃先位置や工具径は工作機械１０の位置決めの補正に用いられることが可能である。その結果、ワークの加工精度はさらに向上する。

　以上のような工作機械１０では、使用者が手動で工具２０の工具径や刃先位置の測定位置を指定してもよい。画像データに基づき表示装置４４の表示画面上には輪郭線５１が表示される。表示画面上には、例えば輪郭線５１上の測定位置が選択肢として表示されてもよいし、使用者が輪郭線５１上の任意の測定位置を具体的に指定してもよい。測定位置の指定は例えば表示画面上でマウスによって実施されてもよいし、タッチパネル上の接触位置で測定位置が指定されてもよい。こうして前述と同様に、演算装置４２は、指定された測定位置に応じて、工具径や刃先位置、工具長などを含む工具２０の寸法を測定することが可能である。

　次に、工作機械１０の基準座標系と撮像装置３３の視野座標系とのずれを特定する処理を説明する。例えば図７に示されるように、工作機械１０では、工具２０は基準座標系のＺ軸に平行な送り方向に移動させられる。撮像装置３３ではＺ軸に平行な移動軌跡５２ａが特定される。このとき、撮像装置３３がテーブルベース１６に対して正確に位置決めされていれば、移動軌跡５２ａは視野座標系のｙ軸に平行に規定される。その結果、演算装置４２は、基準座標系と視野座標系との間にはずれは発生していないものと判断する。なお、ここでは工作機械１０における直角度は許容値の範囲内にあるものとする。

　その一方で、図７に示されるように、視野座標系が基準座標系のＸ軸回りに所定の回転角でずれていると、移動視野５２ａは視野座標系のｙ軸に平行ではないものとして特定される。すなわち、移動軌跡５２ａは視野座標系のｙ軸に対して所定の交差角で交差することになる。この交差角は、基準座標系のＸ軸回りに規定される視野座標系の回転角βに一致する。演算装置４２は、基準座標系と視野座標系との間に回転角βの分だけずれが発生しているものと判断する。このとき、工作機械１０では、特定された回転角βに基づきテーブルベース１６上での撮像装置３３の機械的な取り付け位置が調節されればよい。なお、機械的な取り付け位置の調整に代えて、特定された回転角βに基づき例えばＮＣ装置１２及び寸法測定装置１３の間で座標値が補正されてもよい。

　また、基準座標系と視野座標系とのずれの特定にあたって、工作機械１０では、工具２０がＹ軸に平行な送り方向に移動させられてもよい。撮像装置３３では基準座標系のＹ軸方向に平行な移動軌跡５２ｂが特定される。この移動軌跡５２ｂとｘ軸との交差角に基づき前述と同様に回転角βが特定されてもよい。同様に、基準座標系と視野座標系とのずれの特定にあたって、工具２０が、Ｙ軸及びＺ軸に交差する送り方向に移動させられてもよい。撮像装置３３では基準座標系のＹ軸及びＺ軸に交差する方向の移動軌跡５２ｃが特定される。このとき、送り方向の角度と撮像装置３３の視野上での移動軌跡５２ｃの角度とが比較されればよい。この移動軌跡５２ｃに基づき前述と同様に回転角βが特定されてもよい。

　以上のように、工作機械１０の基準座標系と撮像装置３３の視野座標系とのずれは工具２０の移動軌跡５２ａ～５２ｃに基づき特定される。こうして基準座標系と視野座標系とのずれが特定されれば、撮像装置３３は工作機械１０に対して正確な位置に配置されることが可能である。その結果、撮像装置３３は工具２０の寸法を正確に測定することができる。従って、寸法の測定に基づき算出されたずれは工作機械１０の位置決めの補正に正確に用いられることが可能である。ワークの加工精度は向上する。

　以上のような実施形態では、工作機械１０の例として立形のマシニングセンタを用いて本発明の工具寸法の測定方法及び測定装置が説明されたものの、本発明の工具寸法の測定方法及び測定装置は、例えば横形のマシニングセンタやその他の工作機械によっても実現されることが可能である。また、工具２０の例としてボールエンドミルを用いて本発明の工具寸法の測定方法及び測定装置が説明されたものの、本発明の工具寸法の測定方法及び測定装置は、例えばフラットエンドミルやドリル等、その他の工具によっても実現されることが可能である。

　１０　　工作機械
　１３　　寸法測定装置
　２０　　工具
　３３　　撮像装置
　４２　　演算装置
　５１　　輪郭線
　５２　　移動軌跡
　５２ａ　　移動軌跡
　５２ｂ　　移動軌跡
　５２ｃ　　移動軌跡
　５３　　中心軸線
　Ｖ　　視野

Claims

　工具と相対移動する撮像装置を用いて前記工具を撮像し、得た画像データにより前記工具の寸法を測定する工具寸法の測定方法において、
　所定の送り方向に沿って移動する前記工具を前記撮像装置によって複数の位置で撮像し、前記移動の各位置ごとに生成された複数の画像データを読み出す工程と、
　複数の前記画像データの各々で前記工具の輪郭を特定して、特定した複数の輪郭に基づき前記工具の移動軌跡と前記工具の中心軸線とを特定する工程と、
　を備えることを特徴とする工具寸法の測定方法。
　請求項１に記載の工具寸法の測定方法において、前記工具の移動軌跡は、前記工具の輪郭に対して予め定めた位置関係を有する基準点の、複数の前記画像データ上での位置の推移を算出することによって特定される工具寸法の測定方法。
　請求項１に記載の工具寸法の測定方法において、前記工具の中心軸線は、前記工具の輪郭に対して予め定めた位置関係を有する基準線の、複数の前記画像データ上での平均を算出することによって特定される工具寸法の測定方法。
　請求項１に記載の工具寸法の測定方法において、特定された前記工具の移動軌跡及び中心軸線に基づき前記工具の輪郭を用いて前記工具の刃先位置及び工具径の少なくともいずれか１つを特定する工程をさらに備える工具寸法の測定方法。
　工具を撮像して得た画像データにより前記工具の寸法を測定する工具寸法の測定装置において、
　所定の送り方向に沿って移動する前記工具を複数の位置で撮像して前記移動の各位置ごとに複数の画像データを生成する撮像装置と、
　複数の前記画像データの各々で前記工具の輪郭を特定して、特定した複数の輪郭に基づき前記工具の移動軌跡と前記工具の中心軸線とを特定する演算装置と、
　を備えることを特徴とする工具寸法の測定装置。
　主軸に装着された工具を撮像して得た画像データにより機上で工具の寸法を測定する工作機械において、
　所定の送り方向に沿って相対的に移動する前記工具を複数の位置で撮像して前記移動の各位置ごとに複数の画像データを生成する撮像装置と、
　複数の前記画像データの各々で前記工具の輪郭を特定して、特定した複数の輪郭に基づき前記工具の移動軌跡と前記工具の中心軸線とを特定し、特定した前記工具の移動軌跡に基づき、工作機械に設定される直交２軸の平面座標系と、前記撮像装置の視野内に設定されて工作機械の平面座標系に関連付けられる直交２軸の平面座標系とのずれを特定する演算装置と、
　を備え、前記ずれを補正するように制御することを特徴とする工作機械。