JP2008046010A - 丸棒状ワークの外形の計測方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】撮像装置の焦点位置調整を軽減して、丸棒状ワークの外形を効率的に精度よく計測可能な計測方法を提供すること。
【解決手段】丸棒状のワーク70の軸線Raと回転軸C0とを少なくとも同一方向に向け、回転軸C0を中心に回転可能な状態でワーク70を把持する把持工程と、ワーク70の設計データに基づいて、回転軸C0を中心としたワーク70の回転軌跡を演算する工程と、ワーク70の回転に同期して、演算工程における演算結果に基づき撮像装置の光軸とワーク70の軸線Raとを直交させ、ワーク70の計測部位に焦点が合うように撮像装置とワーク70とを相対配置する配置工程と、配置されたワーク70の計測部位を撮像する撮像工程とを備えた。
【選択図】図8
【解決手段】丸棒状のワーク70の軸線Raと回転軸C0とを少なくとも同一方向に向け、回転軸C0を中心に回転可能な状態でワーク70を把持する把持工程と、ワーク70の設計データに基づいて、回転軸C0を中心としたワーク70の回転軌跡を演算する工程と、ワーク70の回転に同期して、演算工程における演算結果に基づき撮像装置の光軸とワーク70の軸線Raとを直交させ、ワーク70の計測部位に焦点が合うように撮像装置とワーク70とを相対配置する配置工程と、配置されたワーク70の計測部位を撮像する撮像工程とを備えた。
【選択図】図8
Description
本発明は、丸棒状ワークの外形を計測する計測方法に関する。
丸棒状ワークの外形を計測する計測装置として、工具保持手段と、工具保持手段を軸線を中心に回転させる回転駆動手段と、工具保持手段に保持された棒状切削工具の先端部を軸線方向および軸線方向と直交するZ軸方向の2つの方向から撮像する撮像手段とを備えた棒状切削工具の測定装置が知られている(特許文献1)。
上記測定装置を用いた測定方法では、特定された複数の測定点を上記撮像手段を用いて2つの方向から撮像することにより、複数の測定点の三次元座標を求める。この三次元座標から2つの方向以外の視点における棒状切削工具の先端部の形状パラメータを演算して求める。したがって、上記先端部の形状に対応して撮像手段の視点(撮像する角度)を変えずに、上記形状パラメータの測定を可能とした。
また、丸棒状ワークを保持する保持手段としては、図11に示すように、ワークとしての刃具を回転可能に把持するチャック装置90が知られている(特許文献2)。チャック装置90は、先端側が3分割された工具挟持部91と、工具挟持部91を締め付けて刃具を把持させる操作体92とを有している。
上記測定装置では、回転駆動手段の回転軸と棒状切削工具の軸線とが合致するように正しい姿勢で棒状切削工具が工具保持手段に保持されないと軸ぶれが生じる。ワークを回転させて撮像する際に、軸ぶれが起こると撮像手段による焦点が定まらず、正確に複数の測定点の三次元座標が得られないという課題がある。
また、工具保持手段として図11に示したチャック装置90を用いたとしても、測定するワークが極細の丸棒状である場合、工具挟持部91へワークを挿入する際に、隙間93にワークが挟まり易く、正しい姿勢で狭持されないおそれがある。
さらに、ワークの測定部位が微細加工されている場合、撮像手段は、ワークの測定部位を拡大する光学系が必要となる。光学系の拡大倍率が高ければ高いほど、焦点深度が浅くなる。したがって、焦点範囲からワークがずれてしまわないように、ワークの回転に同期して焦点位置の調整を頻繁に行う必要があるという課題があった。
本発明は、上記課題を考慮してなされたものであり、撮像装置の焦点位置調整を軽減して、丸棒状ワークの外形を効率的に精度よく計測可能な計測方法を提供することを目的とする。
本発明の丸棒状ワークの外形の計測方法は、撮像装置を用いて丸棒状のワークの外形を計測する計測方法であって、ワークの軸線と回転軸とを少なくとも同一方向に向け、回転軸を中心に回転可能な状態でワークを把持する把持工程と、ワークの設計データに基づいて、回転軸を中心としたワークの回転軌跡を演算する演算工程と、ワークの回転に同期して、演算工程における演算結果に基づき撮像装置の光軸とワークの軸線とを直交させ、ワークの計測部位に焦点が合うように撮像装置とワークとを相対配置する配置工程と、配置されたワークの計測部位を撮像する撮像工程とを備えたことを特徴とする。
この方法によれば、把持工程では、ワークの軸線と回転軸とが少なくとも同一方向に向くようにワークを把持する。したがって、ワークの軸線と回転軸とが常に平行な状態で回転軸を中心にワークを回転させることができる。ゆえにワークの回転によって軸線がぶれない。演算工程では、ワークの設計データに基づいて、回転軸を中心としたワークの回転軌跡を演算する。そして、配置工程では、求められたワークの回転軌跡を基に撮像装置とワークとを相対配置する。したがって、撮像装置に対するワークの位置を探索して焦点位置を調整する場合に比べて、ワークを撮像範囲にすばやく位置させ、焦点位置の調整を行うことができる。すなわち、撮像装置の焦点位置調整を軽減して、軸線がぶれることなく撮像することができるので、丸棒状ワークの外形を効率的に精度よく計測可能な計測方法を提供することができる。
上記把持工程では、ワークの軸線と回転軸とが合致する状態でワークを把持することを特徴とする。この方法によれば、ワークは軸線を中心として回転するように把持される。したがって、配置工程で撮像装置とワークとを相対配置すれば、ワークの回転に同期した計測部位に対する焦点位置の調整を省略することができる。また、外形が同一の設計データを基に製造された異なるワークを把持しても、計測部位に対する焦点位置の調整をすばやく行うことができる。
また、上記把持工程では、ワークの軸線と回転軸とが合致しない状態でワークを把持してもよい。ワークに対して軸線と回転軸とを合致させて把持するように一旦調整すると、軸径の異なるワークを把持した場合、当該ワークの軸線と回転軸とがずれる。このような場合であっても、この方法によれば、演算工程では、当該ワークの設計データに基づいて、回転軸を中心とした当該ワークの回転軌跡を演算するので、当該ワークを撮像範囲にすばやく位置させ、焦点位置の調整を行うことができる。すなわち、軸径の異なるワークに対しても効率的に計測が可能な計測方法を提供することができる。
上記ワークは軸径が異なる少なくとも2つ以上の略同心である軸部を有し、把持工程では、少なくとも2つ以上の軸部のうちの一方の軸部を把持し、演算工程では、一方の軸部に対する他方の軸部の回転軌跡を演算し、撮像工程では、ワークの他方の軸部の計測部位を撮像することを特徴とする。
この方法によれば、演算工程では、ワークの設計データに基づいて、回転軸を中心とした一方の軸部に対する他方の軸部の回転軌跡を演算するので、軸径が異なる少なくとも2つ以上の略同心である軸部を有するワークであっても、他方の軸部の計測部位に対して容易に焦点位置の調整ができ、精度よく計測ができる。
また、上記ワークは軸径が異なる少なくとも2つ以上の非同心である軸部を有し、把持工程では、少なくとも2つ以上の軸部のうちの一方の軸部を把持し、演算工程では、一方の軸部に対する他方の軸部の回転軌跡を演算し、撮像工程では、ワークの他方の軸部の計測部位を撮像してもよい。
この方法によれば、演算工程では、ワークの設計データに基づいて、回転軸を中心とした一方の軸部に対する他方の軸部の回転軌跡を演算するので、軸径が異なる少なくとも2つ以上の非同心である軸部を有するワークであっても、他方の軸部の計測部位に対して容易に焦点位置の調整ができ、精度よく計測ができる。
また、上記ワークを回転軸を中心として複数回に分けて逐次回転させる回転工程を備え、演算工程では、複数回に分けた回転角度に応じて回転軌跡上のワークの計測部位の位置を演算することを特徴とすることが好ましい。
この方法によれば、演算工程では、複数回に分けた回転角度に応じて回転軌跡上のワークの計測部位の位置を演算するので、配置工程では、複数回に分けた回転に応じて撮像装置とワークとを適正な撮像位置に相対配置することができる。すなわち、ワークを複数回に分けて回転させ、これに同期して撮像することによりワークの計測部位に対して複数回の計測を実施してより正確な寸法データを得ることができる。
本実施形態は、極細の丸棒状のワークを回転可能な状態で把持するクランプ機構を具備する計測装置を用いた計測方法を例に説明する。なお、説明に用いる図は、適宜拡大または縮小して表示している。
まず、上記計測装置について図1から図6に基づいて説明する。図1は、計測装置の構成を示す概略図である。図1に示すように計測装置100は、極細の丸棒状のワークRを回転可能な状態で把持するクランプ機構30と、クランプ機構30が上面に配設されたテーブル31と、把持されたワークRの軸線Raに直交するZ軸方向からワークRを撮像する撮像装置35とを備えている。撮像装置35は、撮像手段としての2つのカメラユニット36,37と、各カメラユニット36,37に対向して配置された2つの照明33,34とを備えている。カメラユニット36,37と照明33,34とは、同一のテーブル32に配設されている。また、テーブル32をZ軸方向に移動させることにより、ワークRに対する各カメラユニット36,37の焦点を調整するオートフォーカス機構38を有している。カメラユニット36,37は、例えば、撮像素子としてのCCDとワークRの計測部位を拡大する対物レンズとの組み合わせを用いる。この場合、カメラユニット36とカメラユニット37とは撮像時の倍率が異なるように構成されている。照明33,34は、例えば、高輝度が得られるハロゲンランプなどを用い、各カメラユニット36,37の撮像倍率に応じて照明輝度が設定されている。オートフォーカス機構38は、当然ながらテーブル32をZ軸方向に移動させる駆動部を備えているが図示省略した。
また、計測装置100は、把持されたワークRの少なくとも一部が各カメラユニット36,37と各照明33,34との間の各光軸33a,34a上に位置するように、テーブル31をX軸方向およびY軸方向に移動させる駆動部(図示省略)を備えている。当該駆動部は、X軸モータとY軸モータとを有する。X軸モータおよびY軸モータは、例えば、サーボモータやパルスモータを用いる。
さらに、計測装置100の各部を制御する制御装置40を備えている。制御装置40は、CPU41と、EPROMなどからなるメモリ42と、画像処理部43と、X軸モータ制御部44と、Y軸モータ制御部45と、クランプ機構30のモータ29の制御を行うモータ制御部46と、を備えている。制御装置40は、例えばパーソナルコンピュータ等を活用して構成する。
メモリ42には、被計測物であるワークRの設計データと計測部位を特定するデータおよび測定プログラムが格納されている。また、計測装置100における計測上の座標が格納されている。当該座標は、クランプ機構30と撮像装置35との位置関係において設定された原点と、この原点を基準としたX,Y,Z軸方向の座標を含むものである。
図2は、クランプ機構の構造を示す概略斜視図である。図2に示すように、クランプ機構30は、極細の丸棒状のワークRを把持する把持部10と、把持されたワークRの姿勢を調整する姿勢調整部20と、把持部10と姿勢調整部20とを一体として軸支する軸受け27と、把持部10と姿勢調整部20とを一体として回転させる回転駆動部としてのモータ29とを備えている。モータ29は、例えば、サーボモータやパルスモータを用いる。
軸受け27とモータ29との間には、姿勢調整部20の原点位置を検出する位置検出機構28と、モータ29の回転軸と姿勢調整部20とを軸受け27を介して連結するスリーブ状の連結部29aとが設けられている。上記の各構成は、支持プレート25の表面にそれぞれ配設されている。
位置検出機構28は、位置検出用のプレート(ドグ板)28aと、ドグ板28aの取り付け部28bと、原点センサ28cとから構成されている。軸受け27により回転可能に軸支された姿勢調整部20の一方の軸(不図示)に取り付け部28bが固定されている。原点センサ28cは、例えば、発光部(不図示)と受光部(不図示)とが対向配置されたフォトマイクロセンサを用い、取り付け部28bに取り付けられたドグ板28aが上記発光部と上記受光部との間を横切るように支持プレート25の表面に配設されている。上記発光部と上記受光部との間の光軸をドグ板28aが遮蔽することにより、原点位置が検出される。本実施形態では検出位置精度30μmのフォトマイクロセンサを用いた。回転角度に直すと0.1°の精度で原点を検出可能である。
把持部10は、受け台アーム11と、受け台アーム11の一方の端部11aに取り付けられた受け台1と、T字形状の押さえ部アーム12と、その端部12aに取り付けられた押さえ部5と、を備えている。ワークRは、受け台1と押さえ部5とにより把持される。
姿勢調整部20は、受け台アーム11をガイドするアームガイド16と、受け台アーム11の他方の端部11bを支持する位置調整部としての中空のブロック21と、を備えている。また、アームガイド16とブロック21とが配設された回転テーブル18と、軸受け27に軸支されると共にブロック21が取り付けられる回転プレート24と、を備えている。アームガイド16と回転テーブル18とは、ブロック21に対して受け台アーム11の軸ぶれを調整するぶれ調整部15を構成している。
したがって、モータ29を駆動すれば、軸受け27に軸支された回転プレート24が回転する。回転プレート24には、ブロック21を介して回転テーブル18が固定されているので、ブロック21とアームガイド16とに支持された受け台アーム11が回転する。すなわち、ワークRを把持部10に把持した状態でモータ29の回転軸を中心として回転させる構成となっている。
図3は、把持部を示す正面図である。詳しくは、把持部10をX軸方向から見た正面図である。図3に示すように、受け台1は、V字形状の溝部2を有している。押さえ部5は、溝部2に収まる先端部6を有している。ワークRは受け台1の溝部2に挿入され、押さえ部5の先端部6により押圧されて把持される。
また、図3に示すように、姿勢調整部20のアームガイド16は、L字状に形成されており、その底部が回転テーブル18に固定されている。その側面には、X軸方向に離間して設けられた2つのロックネジ19と、Y軸調整ネジ17aとが設けられている。また、回転テーブル18とアームガイド16とを下方(Z軸方向)から貫通する2つのZ軸調整ネジ17bが設けられている。
よって、受け台1が取り付けられた受け台アーム11はY軸調整ネジ17aと、Z軸調整ネジ17bとで支持されている。各調整ネジ17a,17bのねじ込み量を調整することにより、受け台アーム11のY軸方向、Z軸方向のぶれを調整可能となっている。すなわち、上記Y軸調整ネジ17a、Z軸調整ネジ17b、ロックネジ19は、受け台アーム11のぶれ調整部15(図2参照)に含まれる。
図4は、受け台の詳細を示す概略図である。同図(a)は斜視図、同図(b)は同図(a)のA方向から見た平面図である。
図4(a)に示すように、受け台1は、2つの斜面2a,2bからなるV字形状の溝部2と、溝部2の延在方向と直交する方向に設けられた4つの凹部3a,3b,4a,4bと、取り付け用の2つのネジ孔1a,1bとを有している。溝部2を挟んで設けられた一対(1組)の凹部3a,3bは、受け台1の上方から見ると、ワークRの挿入側から内側に入り込んだ位置に設けられている。もう一対の凹部4a,4bは、一方の凹部3a,3bに対して離間し、受け台1の側面を切り欠くように設けられている。言い換えれば、ワークRの止当たり機能を有する受け台アーム11(図2参照)に面して設けられている。
図4(b)に示すように、一対の凹部4a,4bは、ワークRの径に対応して溝部2の深さよりも浅く、それぞれ対応する斜面2a,2bの一部を切り欠くように設けられている。したがって、ワークRが溝部2に沿って挿入され受け台アーム11に突き当たる。また、凹部4a,4bによってワークRの挿入が阻害されない。
ワークRの径が非常に細い場合は、それぞれ対応する2つの斜面2a,2bをすべて切り欠くように一対の凹部4a,4bを設けてもよい。また、ワークRを少なくとも2つの斜面2a,2bによって支持することができれば、溝部2の底部を平面としてもよい。なお、凹部3a,3bの形成方法も同様である。
このような受け台1は、図2に示した受け台アーム11の長軸方向と溝部2の延在方向とが合致するように、受け台アーム11の端部11aにネジ止めされる。
図5は、押さえ部の詳細を示す概略図である。同図(a)は斜視図、同図(b)は同図(a)のB方向から見た平面図である。
図5(a)に示すように、押さえ部5は、受け台1の溝部2に収まる先端部6を有している。先端部6は、溝部2の斜面2a,2bと同じ傾斜角度を有する2つの斜面6a,6bと、溝部2の延在方向と平行することになる平面6cとを有している。また、平面6cに直交するように斜面6a側に張り出した凸部7a,8aと、斜面6b側に張り出した凸部7b,8bとを有している。一対(1組)の凸部7a,7bは、受け台1に形成された一対の凹部3a,3bに対応する位置で、先端部6に形成されている。同様に、一対の凸部8a,8bは、一対の凹部4a,4bに対応する位置で、先端部6に形成されている。
図5(b)に示すように、各凸部7a,7b,8a,8bは、底面7c,8cが先端部6の平面6cと同一の平面を構成するように、紙面上の水平方向に各斜面6a,6bから張り出している。すなわち、受け台1の溝部2を横断するように先端部6に形成されている。また、押さえ部5には、押さえ部アーム12の一方の端部12aに嵌合する切り欠き9と、固定用のネジが貫通する孔9aとが設けられている。
溝部2に挿入されたワークRは、溝部2によって支持されると共に、押さえ部5の平面6cにより押圧される。また、各凸部7a,7b,8a,8bは、受け台1の各凹部3a,3b,4a,4bにそれぞれ収まる。よって、ワークRの溝部2に対する挿入位置がずれていても、ワークRが各凸部7a,7b,8a,8bにより溝部2に沿って所定の位置に案内される。
また、例えば、ワークRをより正しい姿勢で溝部2に配置するために、ワークRの挿入方向において、凹部4a,4bと同様に受け台1の側面に凹部3a,3bを切り欠くように設けることが考えられる。すると、ワークRを溝部2に挿入する際に、作業者から見ると押さえ部5の凸部7a,7bによって溝部2が隠れてしまい挿入ミスを起こすおそれがある。この場合、凹部3a,3bは受け台1の内側に設けられているので、これに収まる凸部7a,7bによって溝部2の入り口部分が隠れず、ワークRをより確実に溝部2に挿入することが可能である(図4参照)。
なお、各凸部7a,7b,8a,8bは、溝部2の延在方向に対して必ずしも直交する方向に設けなくてもよい。例えば、ワークRの挿入方向に対して、各凸部7a,7b,8a,8bとこれに対応する各凹部3a,3b,4a,4bとを逆ハの字に開くように形成することが好ましい。これによれば、各凹部3a,3b,4a,4bによって、ワークRの挿入が阻害され難い。さらには、斜面6a,6bは必須ではなく、先端部6がワークRを把持するための平面6cと、各凸部7a,7b,8a,8bとを有する構成としてもよい。また、凸部は2組に限定されず、1組でもその効果が期待できるし、もっと増やしてもよい。
図6は把持部および姿勢調整部の詳細を示す斜視図である。詳しくは、ブロック21とアームガイド16とを透視して表した図である。
図6に示すように、把持部10において、押さえ部アーム12は、支持部12cが受け台アーム11に設けられた長孔11cに収められ、軸13により軸支されている。一方の端部12aに押さえ部5がネジ止めされている。他方の端部12bと受け台アーム11との間には、溝部2に向けて押さえ部5を付勢する付勢部としてのバネ14が設けられている。付勢部はバネ14に限らずゴムなどの弾性体を用いてもよい。また、押さえ部5は、押さえ部アーム12の長軸方向と平面6cの延在方向とが合致するように、押さえ部アーム12の端部12aにネジ止めされる。すなわち、押さえ部5は、押さえ部アーム12の支持部12cを支点としてバネ14により付勢され、先端部6が受け台1の溝部2に収まる構成となっている。
姿勢調整部20において、受け台アーム11は、一方の端部11aがぶれ調整部15によって支持されている。一方の端部11aの先端には、受け台1がネジ11dにより取り付けられている。他方の端部11bは、ブロック21の中空部21aに挿入され、Z軸方向にブロック21を貫通する一対のZ軸傾き調整ネジ22a,22bと、Y軸方向にブロック21を貫通する一対のY軸傾き調整ネジ22c,22dとによって4つの方向から支持され、ブロック21に固定されている。
軸受け27に軸支された回転プレート24には、ブロック21側に突出する四角柱状の軸24aが設けられている。軸24aは、ブロック21の中空部21aに挿入され、Z軸方向にブロック21を貫通する一対のZ軸オフセット調整ネジ23a,23bと、Y軸方向にブロック21を貫通する一対のY軸オフセット調整ネジ23c,23dとによって4つの方向から支持され、ブロック21に固定される。これにより、回転プレート24の軸24aと受け台アーム11の端部11bとがブロック21を介して間接的に連結される。すなわち、回転プレート24が回転すれば、把持部10と姿勢調整部20(ぶれ調整部15、ブロック21)とが一体となって回転する。また、軸24aは、モータ29の回転中心と合致しており、回転軸の回転につれて回転する。ゆえに、モータ29は、把持部10と姿勢調整部20とを一体として回転させる。
このようなクランプ機構30によれば、溝部2に挿入されたワークRは、2つの斜面2a,2bで支持されると共に、押さえ部5の平面6cとの間で押圧され把持される。よって、ワークRの軸線Raと溝部2の延在方向とが合致するように把持される。
また、押さえ部5に設けられた2組の凸部7a,7b,8a,8bが2組の凹部3a,3b,4a,4bに収まるように設けられている。したがって、溝部2にワークRが傾いた状態で挿入されても、各凸部7a,7b,8a,8bがワークRを溝部2の斜面2a,2bに沿って所定の位置に収まるようにガイドする。
把持部10は、アームガイド16および回転テーブル18とブロック21とからなる姿勢調整部20により支持され、一体となって回転する。ぶれ調整部15の各調整ネジ17a,17bとブロック21の各傾き調整ネジ22a,22b,22c,22dとにより、ワークRの軸線Raのぶれが調整される。そして、ブロック21の各オフセット調整ネジ23a,23b,23c,23dにより、実質的に軸24aとワークRの軸線Raとの相対位置を決めることができる。ゆえに、軸24aと軸線Raとが合致するように各オフセット調整ネジ23a,23b,23c,23dのねじ込み量を調整すれば、モータ29の回転軸とワークRの軸線Raとを合致させて、ワークRを回転させることができる。また、合致させなくても、モータ29の回転軸とワークRの軸線Raとを所定の距離オフセットして、回転軸を中心として把持部10に把持されたワークRを相対的に回転させることができる。
このような計測装置100によれば、制御装置40のCPU41は、メモリ42に格納されたワークRの設計データに基づいて、モータ29の回転軸を中心としてワークRを回転させたときのワークRの回転軌跡を演算する。また、演算結果に基づいて把持部10に把持されたワークRの軸線Raと撮像装置35の光軸33a(または光軸34a)とを交差させ、ワークRの所望の計測部位に焦点が合うようにオートフォーカス機構38、画像処理部43、X軸モータ制御部44、Y軸モータ制御部45、モータ制御部46をそれぞれ制御する。したがって、ワークRを適正な撮像範囲にすばやく配置して焦点位置を調整することが可能である。また、把持部10には、モータ29の回転軸に対して軸ぶれしないようにワークRが把持されるので、ワークRを回転軸を中心に回転させても精度よく撮像することが可能である。
<丸棒状ワークの外形の計測方法>
次に、本実施形態の計測方法について図7〜図10に基づいて説明する。図7は実施例1のワークを示す概略側面図、図8は実施例1のワークの計測方法を示す図である。図9は実施例2のワークを示す概略図、図10は実施例2のワークの計測方法を示す図である。
次に、本実施形態の計測方法について図7〜図10に基づいて説明する。図7は実施例1のワークを示す概略側面図、図8は実施例1のワークの計測方法を示す図である。図9は実施例2のワークを示す概略図、図10は実施例2のワークの計測方法を示す図である。
(実施例1)
図7に示すように、実施例1のワーク70は、軸径が異なる3つの軸部71,72,73を有する丸棒である。各軸部71,72,73は軸線Raに対して略同心である。また、軸部(主軸)71から軸部(副軸)72、軸部(先端軸)73に行くに従って細くなっている。例えば、主軸71の軸径d3がおよそ200μm、副軸72の軸径d2がおよそ100μm、先端軸73の軸径d1は、およそ20μmである。主軸71と副軸72との間、副軸72と先端軸73との間は、それぞれテーパ部となっている。この場合、各軸径d1,d2,d3と、寸法a,b,c,eを計測する。
図7に示すように、実施例1のワーク70は、軸径が異なる3つの軸部71,72,73を有する丸棒である。各軸部71,72,73は軸線Raに対して略同心である。また、軸部(主軸)71から軸部(副軸)72、軸部(先端軸)73に行くに従って細くなっている。例えば、主軸71の軸径d3がおよそ200μm、副軸72の軸径d2がおよそ100μm、先端軸73の軸径d1は、およそ20μmである。主軸71と副軸72との間、副軸72と先端軸73との間は、それぞれテーパ部となっている。この場合、各軸径d1,d2,d3と、寸法a,b,c,eを計測する。
図8は実施例1のワークの計測方法を示し、詳しくは、X軸方向から見たワークを示す図である。この場合、クランプ機構30において、予め把持部10にワーク70を把持させ、ワーク70の軸線Raとモータ29の回転軸C0とが合致するように姿勢調整部20を調整する(軸調整工程)。実際の調整方法としては、クランプ機構30にワーク70を把持して回転させ、その状態を撮像装置35により撮像して軸線Raのぶれがないかチェックする作業を繰り返して行う。
次に作業者は、ワーク70の主軸71を把持部10の溝部2に挿入し、押さえ部5によって押圧する。これより、ワーク70の軸線Raと回転軸C0とを同一方向に向け、回転軸C0を中心に回転可能な状態でワーク70を把持する(把持工程)。そして、制御装置40を操作して計測動作を開始させる。CPU41は、まず、メモリ42に格納されたワーク70の設計データに基づいて、軸線Raを中心にワーク70を回転させたときの回転軌跡を演算する(演算工程)。すなわち、この場合、図8の実線で示した同心円が回転軌跡を示すものである。
次に、メモリ42に格納された測定プログラムと演算された回転軌跡に基づいてX軸モータ制御部44とY軸モータ制御部45とに制御信号を送る。X軸モータ制御部44とY軸モータ制御部45は、制御信号に基づいてX軸モータ、Y軸モータを駆動して例えば光軸33a上にワーク70の計測部位が位置するようにテーブル31を移動させる。また、オートフォーカス機構38に制御信号を送り、照明33によって照明されたワーク70にカメラユニット36の焦点が合うようにオートフォーカス機構38を駆動する。より詳しくは、カメラユニット36によって撮像された画像情報に基づいて画像処理部43がワーク70の外形を特定し、外形線が所定のシャープネスを得られるようにオートフォーカス機構38を駆動して焦点合わせを行う(配置工程)。
画像処理部43は、焦点が合った状態で撮像された画像情報をビットマップデータに変換してCPU41に送る。CPU41はこのビットマップデータから計測部位の寸法を演算して出力する(計測工程)。また、制御装置40は、モータ制御部46に制御信号を送り、ワーク70を複数回に分けて回転させるようにモータ29を駆動する(回転工程)。これに同期してワーク70を撮像する計測工程を複数回繰り返し、出力されたデータをCPU41によって統計処理させる(寸法データ処理工程)。これにより、計測部位の複数のサンプリングデータから平均値やバラツキが得られる。
計測装置100は、軸線Raがぶれないようにワーク70を把持して回転させるクランプ機構30を備えているので、上記複数回に渡ってサンプリングデータを得ようとする場合、初回の計測において、ワーク70に対するカメラユニット36の焦点位置調整をしておけば、ワーク70を回転させても再び焦点位置調整の必要がなく、計測を行うことが可能である。また、ワーク70を交換して他のワーク70について計測を続ける場合においても同様である。すなわち、精度よくワーク70の外形を計測可能であると共に、複数回の計測に伴うワーク70とカメラユニット36との焦点位置調整が簡略化された。
撮像倍率が異なる2つのカメラユニット36,37の選択は、ワーク70の外形寸法に応じて測定プログラムに組み込まれている。例えば、まず、低倍率のカメラユニット36を選択して軸径が大きな主軸71と副軸72に対して焦点位置を調整して撮像する。その後、高倍率のカメラユニット37を選択して微細な先端軸73に対して焦点位置を調整して撮像する。このようにすれば、高倍率のカメラユニット37を用いていきなり先端軸73に対して焦点位置を調整する場合に比べて、要する時間を短縮することが可能である。
当然のことながら、撮像倍率が異なる各カメラユニット36,37の各WD(Working Distance)は、予めメモリ42に撮像装置35の位置情報の一つとして入力されている。よって、制御装置40は、各カメラユニット36,37の撮像範囲にワーク70を容易に位置させることが可能である。
図8に示すように、姿勢調整部20において、モータ29の回転軸C0とワーク70の軸線Raとが合致せず、オフセットするように位置調整されている場合は、オフセットされた回転軌跡上においてワーク70が相対的に回転する。したがって、回転するワーク70に対して撮像装置35の焦点位置を調整する必要が生ずる。この場合、CPU41は、ワーク70の設計データとオフセットされた値(位置情報)に基づいて回転角度に応じたワーク70のX,Y,Z軸座標を演算する。例えば、先端軸73の中心の回転軌跡は軌跡T1となる。また、各軸部71,72,73の回転角度別の軌跡は、想像線で示される。この演算結果に基づいて制御装置40がX軸モータ制御部44、Y軸モータ制御部45に制御信号を送り、回転角度に応じて例えば光軸33a上にワーク70の計測部位が位置するようにテーブル31を移動させる。また、オートフォーカス機構38に制御信号を送り、テーブル32をZ軸方向に移動させてワーク70の計測部位に撮像装置35の焦点を合わせる。そして、上述したような計測工程、寸法データ処理工程を複数回に分けて行う。
上記のような計測方法を用いれば、各軸径d1,d2,d3、び各寸法a,b,c,eを精度よく計測することができる。これにより各軸部71,72,73の外形やテーパ部の長さを求めることができる。また、主軸71に対して、副軸72、先端軸73の偏心についても計測可能である。
計測装置100が表示装置や印刷装置をさらに備えていれば、CPU41が出力する寸法データを表示したり用紙に記録すること、あるいはワーク70の画像情報を表示することが可能である。
(実施例2)
図9は実施例2のワークを示す概略図である。同図(a)は側面図、同図(b)は同図(a)の正面図である。
図9は実施例2のワークを示す概略図である。同図(a)は側面図、同図(b)は同図(a)の正面図である。
図9(a)および(b)に示すように、実施例2のワーク80は、軸径が異なる2つの軸部81と軸部82を有する丸棒である。軸部(主軸)81の軸線Raと軸部(先端軸)82の軸線Rbとが合致しない非同心である。例えば、主軸81の軸径d4がおよそ300μm、先端軸82の軸径d5がおよそ50μmである。主軸81と先端軸82との間は、テーパ部となっている。この場合、各軸径d4,d5と各寸法f,gを計測する。
図10は実施例2のワークの計測方法を示し、同図(a)は軸線Raを中心にワーク80を回転させる場合を示し、同図(b)は回転軸C0に対して軸線Raがオフセットされた場合を示す。
図10(a)に示すように、軸調整工程では、計測装置100の姿勢調整部20において、ワーク80の軸線Raとモータ29の回転軸C0とが合致するように予め調整する。把持工程では、ワーク80の主軸81を把持部10に挿入して把持する。ワーク80が回転すると、非同心の先端軸82は、軸線Ra(回転軸C0)を中心とした回転軌跡上において相対的に回転する。例えば、軸線Rbの回転軌跡は軌跡T2となる。また、先端軸82の回転角度別の軌跡は、想像線で示される。演算工程では、ワーク80の設計データに基づいてこれらの回転軌跡を演算する。配置工程では、演算結果に基づいて撮像装置35とワーク80とを各カメラユニット36,37の撮像範囲において相対配置する。測定プログラムは、主軸81を計測する場合と先端軸82を計測する場合とによって、ワーク80の配置位置を演算結果に基づいて選択する。以下計測工程、回転工程、寸法データ処理工程は、実施例1の場合と同様である。
図10(b)に示すように、姿勢調整部20において、ワーク80の軸線Raとモータ29の回転軸C0とが合致していない場合、主軸81と先端軸82はそれぞれ回転軸C0を中心として相対的に回転する。例えば、軸線Raの回転軌跡は軌跡T3となり、軸線Rbの回転軌跡は軌跡T4となる。また、主軸81および先端軸82の回転角度別の軌跡は、想像線で示される。演算工程では、ワーク80の設計データに基づいてこれらの回転軌跡を演算する。配置工程では、演算結果に基づいて撮像装置35とワーク80とを各カメラユニット36,37の撮像範囲において相対配置する。測定プログラムは、主軸81を計測する場合と先端軸82を計測する場合とによって、ワーク80の配置位置を演算結果に基づいて選択する。以下計測工程、回転工程、寸法データ処理工程は、実施例1の場合と同様である。
上記のような実施例2の計測方法を用いれば、非同心の先端軸82を有するワーク80においても実質的に角度を変えて効率よく撮像し、各軸径d4,d5および各寸法f,gを精度よく計測することができる。これにより各軸部81,82の外形やテーパ部の長さを求めることができる。また、主軸81に対して先端軸82の偏心についてもその精度を計測可能である。
上記実施形態の効果は、以下の通りである。
計測装置100を用いた上記実施形態の丸棒状のワーク70の計測方法において、把持工程では、クランプ機構30の把持部10に主軸71を挿入し、ワーク70を回転可能な状態で把持する。主軸71の軸線Raはモータ29の回転軸C0に対して軸ぶれしないように把持される。そして、演算工程では、ワーク70の設計データに基づいて回転軸C0を中心に回転するワーク70の回転軌跡を演算する。配置工程では、演算結果に基づいて撮像装置35とワーク70とを相対配置して、オートフォーカス機構38により計測部位に焦点を合わせる。したがって、ワーク70の回転に同期して、速やかに焦点位置を合わせて計測部位の撮像を行うことができる。また、ワーク70は軸ぶれしないように把持されているため、高い精度で撮像を行うことができる。よって、ワーク70を複数回に分けて回転させ計測する場合、あるいは複数のワーク70を交換して計測する場合、ワーク70が高い位置精度で配置されるので、オートフォーカス機構38による焦点位置調整を頻繁に実施しなくてもよい。すなわち、ワーク70の外形寸法を精度よく且つ効率よく計測することができる。また、主軸71に対する各軸部72,73の偏心についても計測することができる。なお、非同心の軸部81,82を有するワーク80においても同様である。
計測装置100を用いた上記実施形態の丸棒状のワーク70の計測方法において、把持工程では、クランプ機構30の把持部10に主軸71を挿入し、ワーク70を回転可能な状態で把持する。主軸71の軸線Raはモータ29の回転軸C0に対して軸ぶれしないように把持される。そして、演算工程では、ワーク70の設計データに基づいて回転軸C0を中心に回転するワーク70の回転軌跡を演算する。配置工程では、演算結果に基づいて撮像装置35とワーク70とを相対配置して、オートフォーカス機構38により計測部位に焦点を合わせる。したがって、ワーク70の回転に同期して、速やかに焦点位置を合わせて計測部位の撮像を行うことができる。また、ワーク70は軸ぶれしないように把持されているため、高い精度で撮像を行うことができる。よって、ワーク70を複数回に分けて回転させ計測する場合、あるいは複数のワーク70を交換して計測する場合、ワーク70が高い位置精度で配置されるので、オートフォーカス機構38による焦点位置調整を頻繁に実施しなくてもよい。すなわち、ワーク70の外形寸法を精度よく且つ効率よく計測することができる。また、主軸71に対する各軸部72,73の偏心についても計測することができる。なお、非同心の軸部81,82を有するワーク80においても同様である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に対しては、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な変形を加えることができる。例えば上記実施形態以外の変形例は、以下の通りである。
(変形例1)上記実施形態の計測方法において、各ワーク70,80を回転可能な状態で把持する方法は、計測装置100のクランプ機構30に限定されない。各ワーク70,80に合わせて専用に把持するツール(治工具)を用い、モータ29の回転軸に取り付けてもよい。
(変形例2)上記実施形態の計測方法において、予めクランプ機構30にワークを把持して回転させ、各回転角度に応じて撮像装置35の焦点位置を調整する。このときのX,Y,Z軸座標を制御装置40によりメモリ42に記憶させる動作を実施してもよい。これによれば、最初の焦点位置調整に時間を要するものの、ワークの設計データが不明な場合にも対応することができる。
(変形例3)上記実施形態の計測方法において、計測装置100のクランプ機構30、テーブル31、撮像装置35などの各部の配置は、これに限定されない。例えば、図1において、丸棒状のワークRの軸線RaとZ軸方向とが合致するようにクランプ機構30をテーブル31に配置して、ワークRの軸線Raに対して垂直な方向に光軸33aが来るように、カメラユニット36と照明33とを対向配置してもよい。これによれば、ワークRをZ軸方向から受け台1の溝部2に挿入することとなり、X軸方向にワークRを挿入する場合に比べて作業がし易い。
35…撮像装置、33a,34a…光軸、70,80…丸棒状のワーク、71,72,73…略同心である軸部、81,82…非同心である軸部、C0…回転軸、Ra…軸線、T1,T2,T3,T4…回転軌跡としての軌跡。
Claims (6)
- 撮像装置を用いて丸棒状のワークの外形を計測する計測方法であって、
前記ワークの軸線と回転軸とを少なくとも同一方向に向け、前記回転軸を中心に回転可能な状態で前記ワークを把持する把持工程と、
前記ワークの設計データに基づいて、前記回転軸を中心とした前記ワークの回転軌跡を演算する演算工程と、
前記ワークの回転に同期して、前記演算工程における演算結果に基づき前記撮像装置の光軸と前記ワークの軸線とを直交させ、前記ワークの計測部位に焦点が合うように前記撮像装置と前記ワークとを相対配置する配置工程と、
配置された前記ワークの計測部位を撮像する撮像工程とを備えたことを特徴とする丸棒状ワークの外形の計測方法。 - 前記把持工程では、前記ワークの軸線と前記回転軸とが合致する状態で前記ワークを把持することを特徴とする請求項1に記載の丸棒状ワークの外形の計測方法。
- 前記把持工程では、前記ワークの軸線と前記回転軸とが合致しない状態で前記ワークを把持することを特徴とする請求項1に記載の丸棒状ワークの外形の計測方法。
- 前記ワークは軸径が異なる少なくとも2つ以上の略同心である軸部を有し、
前記把持工程では、前記少なくとも2つ以上の軸部のうちの一方の軸部を把持し、
前記演算工程では、前記一方の軸部に対する他方の軸部の回転軌跡を演算し、
前記撮像工程では、前記ワークの他方の軸部の計測部位を撮像することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の丸棒状ワークの外形の計測方法。 - 前記ワークは軸径が異なる少なくとも2つ以上の非同心である軸部を有し、
前記把持工程では、前記少なくとも2つ以上の軸部のうちの一方の軸部を把持し、
前記演算工程では、前記一方の軸部に対する他方の軸部の回転軌跡を演算し、
前記撮像工程では、前記ワークの他方の軸部の計測部位を撮像することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の丸棒状ワークの外形の計測方法。 - 前記ワークを前記回転軸を中心として複数回に分けて逐次回転させる回転工程を備え、
前記演算工程では、前記複数回に分けた回転角度に応じて回転軌跡上の前記ワークの計測部位の位置を演算することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の丸棒状ワークの外形の計測方法。
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JP2011123040A (ja) * | 2009-12-10 | 2011-06-23 | Washino Kiko Kk | 工具検査方法とその装置 |
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-
2006
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