JP5832083B2

JP5832083B2 - 工具寸法の測定方法及び測定装置

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Publication number: JP5832083B2
Application number: JP2010241379A
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Inventors: 倉橋　康浩; 康浩倉橋
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Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2015-12-16
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Description

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、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に関する。

例えばマシニングセンタなどの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。こうした工具の位置制御の精度向上にあたって、主軸に対する工具の位置や、回転する主軸の熱変形などが考慮されなければならない。したがって、実際に主軸に装着された工具の寸法を予め測定しておくことが重要である。

特開平７−１５１５１２号公報

従来、主軸に装着された工具を撮像して工具の寸法を測定する方法が提案されている。この測定方法では、画像上で特定された工具の輪郭に基づき自動的に工具の寸法が測定される。しかしながら、こうした自動的な寸法の測定は、例えば予め登録された工具の寸法に基づき実施される。従って、工具が想定外の寸法を有する場合、工具の測定部位を特定することは困難である。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、想定外の工具であっても簡単に測定部位を特定することができる工具寸法の測定方法及び測定装置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、
前記撮像装置で撮像された前記工具の輪郭を含む画像をタッチパネルの表示画面に表示させる工程と、
前記タッチパネルに表示された画像に対して接触教示した異なる複数の位置を前記タッチパネルの接触検出装置によって異なる位置の複数の教示点として連続して検出する工程と、
前記教示点の近傍を通る前記工具の輪郭線を特定する工程と、
前記特定された輪郭線の上又は近傍の測定位置を接触教示する工程と、
前記特定された輪郭線と前記測定位置とに基づき、前記工具の形状の測定部位、測定方向又は移動方向を特定する工程と、
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、前記測定部位、測定方向又は移動方向の特定にあたって、前記特定された輪郭線に基づき、前記工具の移動軌跡及び前記工具の中心軸線の少なくともいずれか１つが算出される。

また、この工具寸法の測定方法では、前記測定部位、測定方向又は移動方向の特定にあたって、連続して検出された異なる位置の複数の前記教示点に基づき当該教示点の軌跡を算出して、算出された前記軌跡に基づき、前記画像の視野外の前記工具の輪郭を前記画像の視野内に移動させる移動信号が出力される。

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、
前記工具の輪郭を含む画像を撮像する撮像装置と、
前記画像を表示する表示画面を有するタッチパネルと、
前記タッチパネルに表示された画像に対して接触教示した異なる複数の位置を異なる位置の複数の教示点として連続して検出する前記タッチパネルの接触検出装置と、
前記教示点の近傍を通る前記工具の輪郭線を特定し、前記特定された輪郭線と前記タッチパネルで接触教示された前記輪郭線上又は近傍の測定位置とに基づき、前記工具の形状の測定部位、測定方向又は移動方向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、想定外の工具であっても簡単に測定部位を特定することができる工具寸法の測定方法及び測定装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る工具寸法の測定装置を備えた工作機械の構成を概略的に示す図である。本発明の第１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。表示画面に表示された画像に基づき工具の形状を特定する工程を示す図である。表示画面に表示された画像に基づき工具の形状を特定する工程を示す図である。本発明の第２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。表示画面に表示された画像に基づき工具の形状を特定する工程を示す図である。工具の輪郭線の構成を識別する工程を示す図である。表示画面に表示された画像に基づき工具の形状を特定する工程を示す図である。本発明の第３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。表示画面に表示された画像に基づき工具の形状を特定する工程を示す図である。表示画面に表示された画像に基づき工具の形状を特定する工程を示す図である。本発明の第４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。表示画面に表示された画像に基づき工具の形状を特定する工程を示す図である。表示画面に表示された画像に基づき工具の形状を特定する工程を示す図である。表示画面に表示された画像に基づき工具の形状を特定する工程を示す図である。表示画面に表示された画像に基づき工具の形状を特定する工程を示す図である。

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具寸法の測定装置を備えた工作機械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、主軸頭１８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と主軸１９すなわち工具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。なお、工具２０が直線送り機構によって所定の送り方向に送られる場合、工具２０の中心軸線と工具２０の送り方向とが一致していることが一般的である。

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、撮像装置３３で撮像された画像の画像データの供給を受ける画像調整装置３６と、光源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てアナログの画像信号を生成する。画像信号は、所定の時間間隔ごとに設けられる各フレームに生成される。ここでは、例えば毎秒３０〜６０フレームの画像信号が出力される。画像信号は画素ごとの多階調輝度信号を特定する。画像信号はデジタル信号の画像データに変換されて画像調整装置３６に出力される。

画像調整装置３６は、画像データの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を実行する。画像調整された画像データでは画素ごとに明暗２値が特定される。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、例えば撮像装置３３に動作を開始させる駆動信号を出力する。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、前述の画像データで特定される画像を表示する表示画面を有する表示装置４４と、表示装置４４の表示画面上に重ね合わせられて配置される接触検出装置すなわちタッチパネル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い。タッチパネル４５には例えば静電容量方式のタッチパネルが採用されればよい。タッチパネル４５の表面に例えば指が接触教示すると、タッチパネル４５は、教示点すなわち接触位置の座標値に関する座標値信号を演算装置４２に出力することができる。演算装置４２は、出力された座標値を、前述の表示画面上に表示された画像の視野座標系に関連付ける。なお、接触検出装置は、必ずしも表示画面上に配置される必要はなく、例えば表示画面への接触教示を検出することが可能な装置であればよい。

ここで、タッチパネル４５はいわゆるジェスチャによる操作を検出することが可能である。例えばタッチパネル４５は、タッチパネル４５上での指の移動に基づき連続した異なる位置の複数の接触位置を検出することができる。演算装置４２は、こうした複数の接触位置の検出に様々な処理を対応付ける。例えばタッチパネル４５上で所定の移動距離にわたって指を素早く移動させるいわゆるフリック操作に工具２０と撮像装置３３との相対移動が対応付けられる。また、タッチパネル４５上に指を接触させたまま移動させるいわゆるドラッグ操作に工具２０と撮像装置３３との相対移動が対応付けられる。なお、寸法測定装置１３では様々な測定モードが設定されることが可能である。演算装置４２は、測定モードに応じてフリック操作及びドラッグ操作のオンオフを実行する。

次に、本発明の第１実施形態に係る工具２０の寸法の測定方法を説明する。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から対応の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に向かって駆動信号を出力する。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。工具２０はその回転中心回りに回転駆動される。主軸頭１８すなわち工具２０はＺ軸に平行に下降させられる。

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。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。主軸頭１８の下降に基づき工具２０の輪郭の一部が撮像装置３３の画像の視野内に進入すると、Ｚ軸に沿った主軸頭１８の下降は停止される。こうして工具２０は測定位置に位置決めされる。撮像装置３３の画像の視野内には工具２０の輪郭が特定される。

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、画像データで特定される視野内では、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２は、本発明の第１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。この第１実施形態ではフリック操作及びドラッグ操作はオフにされる。ステップＳ１で、演算装置４２は、測定位置の工具２０の輪郭を含む画像を表示装置４４の表示画面上に表示させる。表示にあたってフレームメモリ４３から測定位置の工具２０の輪郭を含む画像を特定する画像データが読み出される。図３に示されるように、表示画面Ｓには工具２０が表示される。このとき、表示画面Ｓ上で工具２０の輪郭線５１上を指が辿ると、タッチパネル４５は、指の接触位置を検出して当該接触位置に対応する座標値信号を演算装置４２に出力する。座標値信号を受け取った演算装置４２は、ステップＳ２で、座標値に対応して接触位置の軌跡を算出する。軌跡は例えば指の接触領域の幅で形成される。

次に、演算装置４２は、ステップＳ３で、軌跡の領域に対応する画像データ上の領域で輪郭線５１のエッジを検出する。前述のように、画像データの各画素は明暗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。こうして演算装置４２は、ステップＳ４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の形状の測定部位すなわち輪郭線５１を特定する。輪郭線５１は例えば回帰曲線で特定される。なお、例えば指が輪郭線５１上から外れて軌跡内で部分的にエッジが途切れた場合には、軌跡に近接した領域で輪郭線５１のエッジが検出されればよい。特定された輪郭線５１は画像データ上で視野座標系の座標値で特定される。こうして例えば寸法測定の操作者は寸法測定装置１３に対して輪郭線５１を教示することができる。

このとき、例えば工具２０の工具径が測定されてもよい。図４に示されるように、例えば操作者が、相互に平行に延びる輪郭線５１の平行成分上の任意の２点に指を接触させると、演算装置４２は、タッチパネル４５から出力される座標値に基づきこの点を測定点５２ａ、５２ｂとして指定する。演算装置４２は、ｘ軸上において一方の測定点５２ａの座標値から他方の測定点５２ｂの座標値を減算することによって工具２０の工具径ｄを測定する。測定にあたって視野座標系の座標値は基準座標系の座標値に変換されればよい。また、輪郭線５１の平行成分のｘ軸上のそれぞれの座標値の中間位置の座標値に基づき工具２０の回転中心すなわち中心軸線Ｌが算出されてもよい。ここでは、中心軸線Ｌはｙ軸に平行に規定されればよい。

また、例えば工具２０の刃先位置が測定されてもよい。例えば操作者が、半円状の輪郭線５１の下端付近の任意の点に指を接触させると、演算装置４２は、タッチパネル４５から出力される座標値に基づきこの点を測定点５３として指定する。ここでは、演算装置４２は、輪郭線５１上においてｙ軸の座標値が最小値をとる点として測定点５３として特定する。言い替えれば、工具２０の中心軸線Ｌと輪郭線５１との交点が刃先位置として特定されればよい。この刃先位置に基づき工具２０の工具長が算出されてもよい。こうして測定された輪郭線５１や工具径、刃先位置などの座標値は画像データに関連付けてフレームメモリ４３に格納される。

以上のように、第１実施形態に係る工作機械１０によれば、表示画面Ｓ上には工具２０の輪郭線５１が表示される。寸法測定の操作者がタッチパネル４５上で輪郭線５１を指で辿れば、表示画面Ｓ上で工具２０の測定部位すなわち輪郭線５１が自動的に特定されることが可能である。加えて、操作者は極めて簡単に工具２０の寸法を測定することができる。操作者が例えば工具２０の輪郭線５１の特定の位置を指定することによって工具２０の工具径や刃先位置が自動的に測定されることが可能である。従って、こうした工具２０の寸法測定方法によれば、例えば多段工具などの複雑な輪郭線を有する想定外の工具の測定部位が簡単に特定されることが可能である。

次に、本発明の第２実施形態に係る工具２０の寸法の測定方法を説明する。前述と同様に、演算装置４２は寸法測定プログラムに基づき開始信号を出力する。工作機械１０、光源３２及び撮像装置３３は動作を開始する。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軸方向に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。

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異なる位置の工具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。

図５は、本発明の第２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。この第２実施形態ではフリック操作及びドラッグ操作はオフにされる。演算装置４２は、ステップＴ１で、工具２０の輪郭を示す各画像データごとに輪郭線５１を特定する。前述と同様にエッジの検出に基づき各画像データごとに座標値で輪郭線５１が特定されればよい。図６に示されるように、演算装置４２はステップＴ２で、特定した異なる各位置の複数の輪郭線５１を表示画面Ｓに表示させる。このとき、表示画面Ｓ上で指が工具２０の送り方向すなわち移動方向を大まかに辿ると、タッチパネル４５は、指の接触位置を検出して当該接触位置に対応する座標値信号を演算装置４２に出力する。座標値信号を受け取った演算装置４２は、ステップＴ３で、座標値に対応して接触位置の軌跡を算出する。

演算装置４２は視野座標系における接触位置の軌跡の傾きすなわち角度を算出する。続いて、演算装置４２では、ステップＴ４で、軌跡の角度が、設定された工具２０の送り方向の角度（ここでは４５度）と比較される。ここでは、送り方向の角度には、設定された角度からの所定のずれを許容する所定の許容範囲が設定されればよい。軌跡の角度が許容範囲内の角度でなければ、演算装置４２はステップＴ５で例えば表示画面Ｓ上にエラーを表示する。その一方で、軌跡の角度が許容範囲内の角度であれば、演算装置４２はステップＴ６で工具２０の移動軌跡５４及び中心軸線５５を算出する。なお、移動軌跡５４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。中心軸線５５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。

移動軌跡５４及び中心軸線５５の算出にあたって、演算装置４２は各画像データごとに輪郭線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７に示されるように、演算装置４２では、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。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が特定されればよい。

演算装置４２は円５１ａから中心点Ｐを特定する。同時に、演算装置４２は長方形５１ｂから長手方向の軸線Ａを特定する。円５１ａ、中心点Ｐ、長方形５１ｂ及び軸線Ａ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Ａ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Ａ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。

次に、演算装置４２は、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の移動軌跡を算出する。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、図６に示される工具２０の移動軌跡５４に相当する。同様に、複数のフレームの各々で特定された複数の軸線Ａの平均に基づき、図６に示される工具２０の中心軸線５５が算出される。具体的には、複数の軸線Ａの平均の回帰曲線が算出される。算出された移動軌跡５４及び中心軸線５５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６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５４と中心軸線５５とは一致していない。移動軌跡５４と中心軸線５５とは例えば交差角αで交差している。ここでは、移動軌跡５４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、例えば主軸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５４と移動軌跡５５とが一致するような補正が実施される。なお、寸法の測定の結果、移動軌跡５４と中心軸線５５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。例えば図８に示されるように、表示画面Ｓには１つの画像データに基づき特定される工具２０の輪郭線５１が表示される。ここでは、移動軌跡５４が中心軸線５５に一致する場合が想定される。操作者が、例えば相互に平行に延びる輪郭線５１の平行成分上の任意の２点に指を接触させると、演算装置４２は、タッチパネル４５から出力される座標値に基づきこの点を測定点５６ａ、５６ｂとして指定する。演算装置４２は、指定された測定点５６ａ、５６ｂに基づき、輪郭線５１の平行成分同士の距離すなわち移動軌跡５４及び中心軸線５５に直交する仮想直線上の距離ｄが測定されればよい。こうして測定された距離ｄが工具２０の工具径に相当する。

また、例えば工具２０の刃先位置が測定されてもよい。例えば操作者が、半円状の輪郭線５１の下端付近の任意の点に指を接触させると、演算装置４２は、タッチパネル４５から出力される座標値に基づきこの点を測定点５７として指定する。ここでは、演算装置４２は、輪郭線５１上でｙ軸の座標値が最小値をとる点として測定点５７を特定する。測定点５７の接線はｘ軸に平行に規定される。この測定点５７が刃先位置として特定されればよい。この刃先位置に基づき工具２０の工具長が算出される。同様に、ｘ軸の座標値が最小値をとる点として測定点５８が特定されてもよい。測定点５８の接線はｙ軸に平行に規定される。こうして特定された輪郭線５１や工具径、刃先位置などの座標値は画像データに関連付けてフレームメモリ４３に格納される。

以上のように、第２実施形態に係る工作機械１０によれば、表示画面Ｓ上には工具２０の輪郭線５１が表示される。寸法測定の操作者がタッチパネル４５上で所定の移動軌跡を指で辿れば、表示画面Ｓ上で工具２０の測定部位すなわち工具２０の移動軌跡５４及び中心軸線５５が自動的に特定されることが可能である。こうして操作者は極めて簡単に工具２０の形状を測定することができる。加えて、操作者が例えば工具２０の輪郭線５１の特定の位置を指定することによって工具２０の工具径や刃先位置が自動的に測定されることが可能である。従って、こうした工具２０の寸法測定方法によれば、例えば多段工具などの複雑な輪郭線を有する想定外の工具の測定部位が簡単に特定されることが可能である。

次に、本発明の第３実施形態に係る工具２０の寸法の測定方法を説明する。この第３実施形態ではフリック操作及びドラッグ操作がオンにされる。図９は、本発明の第３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。前述の第１実施形態と同様に工具２０が測定位置に位置決めされる。ステップＵ１で、表示画面Ｓには工具２０の輪郭が表示される。このとき、図１０に示されるように、例えば画像の視野より工具２０の寸法が大きい場合など、表示画面Ｓには工具２０の輪郭の全体が収まらないことがある。例えば、工具２０の工具径が撮像装置３３の視野すなわち表示画面Ｓの幅よりも大きい場合が想定される。

このとき、操作者がタッチパネル４５上でフリック操作又はドラッグ操作に基づき工具２０を移動させたい方向に指を移動させると、タッチパネル４５は、連続した異なる位置の指の接触位置を検出して当該接触位置に対応する座標値信号を演算装置４２に出力する。座標値信号を受け取った演算装置４２は、ステップＵ２で、座標値に対応して接触位置の軌跡を算出する。算出にあたって、指の接触位置の移動方向が軌跡の向きとして特定される。ここでは、工具２０にボールエンドミルが用いられており、かつ、表示画面Ｓ上にはボールエンドミルの先端が表示されていることから、操作者は例えばドラッグ操作に基づき表示画面Ｓの左下に向かってタッチパネル４５上で指を移動させればよい。

算出された軌跡に基づき演算装置４２は撮像装置３３の視野を移動させる。演算装置４２は、ステップＵ３で、工具２０及び撮像装置３３を相対移動させる移動信号をＮＣ装置１２に出力する。移動信号を受け取ったＮＣ装置１２はＹＺ平面内で工具２０を移動させる。こうして図１１に示されるように、撮像装置３３の視野は移動する。言い替えれば、表示画面Ｓ上では工具２０は前述の接触位置の軌跡の方向に移動する。こうして視野外の工具２０の輪郭線５１が撮像装置３３の視野内に移動する。移動に基づき出力された画像データに基づき、前述の第２実施形態と同様に工具２０の輪郭線５１が特定されていく。その後、第１実施形態と同様に輪郭線５１上の測定点の指定に基づき工具２０の工具径や刃先位置が測定されればよい。

以上のように、第３実施形態に係る工作機械１０によれば、寸法測定の操作者がタッチパネル４５上で所定の移動軌跡を指で辿れば、表示画面Ｓ上で工具２０の測定部位すなわち視野外の工具２０の輪郭線５１が特定されることが可能である。こうして操作者は極めて簡単に工具２０の形状を測定することができる。加えて、操作者が例えば工具２０の輪郭線５１の特定の位置を指定することによって工具２０の工具径や刃先位置が自動的に測定されることが可能である。従って、こうした工具２０の寸法測定方法によれば、例えば多段工具などの複雑な輪郭線を有する想定外の工具の測定部位が簡単に特定されることが可能である。

次に、本発明の第４実施形態に係る工具２０の寸法の測定方法を説明する。図１２は、本発明の第４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。この第４実施形態ではフリック操作及びドラッグ操作がオンにされる。ここでは、工具２０には前述のボールエンドミルに代えて例えばフラットエンドミルが用いられる。前述の第１実施形態と同様に測定位置に向かってＺ軸に沿って工具２０が下降していく。図１３に示されるように、撮像装置３３の視野すなわち表示画面Ｓには表示画面Ｓ内のｙ軸方向の中間位置にｘ軸に平行なＺ軸方向位置基準線６１が設定される。同様に、表示画面Ｓには表示画面Ｓ内のｘ軸方向の中間位置にｙ軸に平行なＹ軸方向位置基準線６２が設定される。

演算装置４２は、工具２０の下端がＺ軸方向位置基準線６１に一致すると、ＮＣ装置１２にスキップ信号を出力する。スキップ信号に基づきＮＣ装置１２は工具２０の移動を停止させる。こうしてステップＶ１で表示画面Ｓには工具２０の輪郭が表示される。第３実施形態と同様に、画像の視野より工具２０の寸法が大きいために表示画面Ｓには工具２０の輪郭の全体が収まらない。このとき、操作者が例えばフリック操作又はドラッグ操作に基づきタッチパネル４５上で指を例えば右側に移動させると、演算装置４２は接触位置の軌跡を算出する。算出した軌跡に基づき生成された移動信号の出力に基づき工具２０はＹ軸に平行に移動させられる。こうして図１４に示されるように、表示画面Ｓ内には工具２０の視野外の一方の側面（左側）の輪郭線５１が表示される（ステップＶ２）。左側の輪郭線５１はＹ軸方向位置基準線６２よりも右側に配置される。

このとき、操作者が工具２０の左側の輪郭線５１上の任意の点に触れると、演算装置４２は、ステップＶ３で、タッチパネル４５から出力される座標値に基づきこの点を測定点６３として指定する。その後、操作者は、例えばフリック動作に基づき左側の輪郭線５１をＹ軸方向位置基準線６２から遠ざける方向に指を移動させる。こうしていわゆる逃げ動作が教示される。演算装置４２の接触位置の算出処理に基づきＹ軸方向位置基準線６２から遠ざかる方向に工具２０はＹ軸に平行に移動させられる。その後、操作者は、例えばフリック動作に基づき左側の輪郭線５１をＹ軸方向位置基準線６２に近づける方向に指を移動させる。いわゆるアプローチ動作が教示される。演算装置４２の接触位置の算出処理に基づきＹ軸方向位置基準線６２に近づく方向に工具２０はＹ軸に平行に移動させられる。

その結果、図１５に示されるように、工具２０の左側の輪郭線５１がＹ軸基準線５１に一致すると、演算装置４２はＮＣ装置１２にスキップ信号を出力する。スキップ信号に基づきＮＣ装置１２は工具２０の移動を停止させる。こうして演算装置４２は、ステップＶ４で測定点６３をＹ軸方向位置基準線６２に一致させる。こうして工具２０は第１位置に位置決めされる。演算装置４２は、ステップＶ５で、第１位置の工具２０の基準座標系におけるＹ軸の位置座標値を特定する。その後、操作者の例えばドラッグ操作に基づきタッチパネル４５上で指を左側に移動させると、演算装置４２の接触位置の軌跡算出に基づき工具２０はＹ軸に平行に移動させられる。その結果、図１６に示されるように、表示画面Ｓ内には工具２０の視野外の他方の側面（右側）の輪郭線５１が表示される（ステップＶ２）。右側の輪郭線５１はＹ軸方向位置基準線６２よりも左側に配置される。

その後、前述とは逆の向きでステップＶ２〜Ｖ５が繰り返される。具体的には、操作者が工具２０の右側の輪郭線５１上の任意の点に触れると、演算装置４２は、ステップＶ３で、タッチパネル４５から出力される座標値に基づきこの点を測定点６４として指定する。その後、操作者は逃げ動作を教示する。演算装置４２の接触位置の算出処理に基づきＹ軸方向位置基準線６２から遠ざかる方向に工具２０はＹ軸に平行に移動させられる。その後、操作者はアプローチ動作を教示する。演算装置４２の接触位置の算出処理に基づきＹ軸方向位置基準線６２に近づく方向に工具２０はＹ軸に平行に移動させられる（ステップＶ４）。工具２０の右側の輪郭線５１がＹ軸基準線５１に一致すると、工具２０の移動は停止する。こうして工具２０は第１位置と異なる第２位置に位置決めされる。第２位置の工具２０の基準座標系におけるＹ軸の位置座標値を特定する（ステップＶ５）。

演算装置４２は、例えば第１位置の工具２０の座標値から第２位置の工具２０の座標値を減算することによって、Ｙ軸方向における工具２０の長さすなわち工具径を特定することが可能である。同時に、第１位置の座標値と第２位置の座標値との間に規定される中間位置に基づき工具２０の中心軸線が特定されることが可能である。中心軸線はＺ軸に平行に規定される。このとき、測定処理に先立って実施されたように、工具２０は、Ｚ軸に沿って一旦上昇した後、前述の測定位置に向かってＺ軸に沿って下降していく。このとき、表示画面Ｓ上で工具２０の中心軸線はＹ軸方向位置基準線６２に一致するように位置決めされる。こうして工具２０の下端がＺ軸方向位置基準線６１に一致すると工具２０の移動は停止する。このとき、中心軸線を通る工具２０の下端の中心点がＺ軸方向位置基準線６１及びＹ軸方向位置基準線６２の交点に位置合わせされる。こうしてこの交点が工具２０の刃先位置として特定される。

以上のように、第４実施形態に係る工作機械１０によれば、寸法測定の操作者がタッチパネル４５上で所定の移動軌跡を指で辿れば、表示画面Ｓ上で工具２０の測定部位すなわち視野外の工具２０の輪郭線５１が特定されることが可能である。操作者は極めて簡単に工具２０の寸法を測定することができる。加えて、操作者が例えば工具２０の輪郭線５１の特定の位置を指定することによって工具２０の工具径や刃先位置が自動的に測定されることが可能である。従って、こうした工具２０の寸法測定方法によれば、例えば多段工具などの複雑な輪郭線を有する想定外の工具の測定部位が簡単に特定されることが可能である。

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その他の工具によっても実現されることが可能である。

１３寸法測定装置
１９主軸
２０工具
３３撮像装置
４２演算装置
４４表示装置
４５接触検出装置
５１輪郭線
５４移動軌跡
５５中心軸線
Ｓ表示画面

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、
前記撮像装置で撮像された前記工具の輪郭を含む画像をタッチパネルの表示画面に表示させる工程と、
前記タッチパネルに表示された画像に対して接触教示した異なる複数の位置を前記タッチパネルの接触検出装置によって異なる位置の複数の教示点として連続して検出する工程と、
前記教示点の近傍を通る前記工具の輪郭線を特定する工程と、
前記特定された輪郭線の上又は近傍の測定位置を接触教示する工程と、
前記特定された輪郭線と前記測定位置とに基づき、前記工具の形状の測定部位、測定方向又は移動方向を特定する工程と、
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、前記測定部位、測定方向又は移動方向の特定にあたって、前記特定された輪郭線に基づき、前記工具の移動軌跡及び前記工具の中心軸線の少なくともいずれか１つを算出することを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、前記測定部位、測定方向又は移動方向の特定にあたって、連続して検出された異なる位置の複数の前記教示点に基づき当該教示点の軌跡を算出して、算出された前記軌跡に基づき、前記画像の視野外の前記工具の輪郭を前記画像の視野内に移動させる移動信号を出力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、前記工具の輪郭線を特定する工程は、光源に向き合う撮像装置を用い、前記工具の影を明暗２値の画素として検出し、前記教示点と明の画素に隣接する連続した複数の暗の画素を抽出結果とに基づいて特定す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、
前記工具の輪郭を含む画像を撮像する撮像装置と、
前記画像を表示する表示画面を有するタッチパネルと、
前記タッチパネルに表示された画像に対して接触教示した異なる複数の位置を異なる位置の複数の教示点として連続して検出する前記タッチパネルの接触検出装置と、
前記教示点の近傍を通る前記工具の輪郭線を特定し、前記特定された輪郭線と前記タッチパネルで接触教示された前記輪郭線上又は近傍の測定位置とに基づき、前記工具の形状の測定部位、測定方向又は移動方向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。