JP3958815B2

JP3958815B2 - Ｎｃ工作機械における工具位置測定方法

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Publication number: JP3958815B2
Application number: JP29904396A
Authority: JP
Inventors: 清之福島
Original assignee: DMG Mori Co Ltd; Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 1996-11-11
Filing date: 1996-11-11
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2016-11-11
Also published as: JPH10138100A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＣ工作機械における工具位置測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＮＣ工作機械は、動作及び各種機能をプログラムにより設定している。そのため、精密加工を行うためには、ＮＣ工作機械が認識している工具刃先の位置と、実際の工具刃先の位置とを一致させる必要がある。従って、所定の基準位置に対する、実際に取り付けられた工具刃先の位置を測定して、ＮＣ工作機械による工具刃先の認識位置を補正する作業が行われる。以下、この補正作業において、ＣＣＤカメラを利用した場合について説明する。
【０００３】
即ち、同時２軸送りが可能なＮＣ工作機械であって、顕微鏡にＣＣＤカメラを組合せ、工具に対してＸ軸とＺ軸の両方向に移動可能に上記ＮＣ工作機械本体に設置された撮像装置と、その撮像装置からの映像信号から画像の輪郭位置を示す輪郭データを抽出する画像処理装置と、工具刃先の公称幾何形状を入力するキーボードと、その公称幾何形状に従って、上記撮像装置の視野内に工具刃先の一部分が順次連続して入る様に、撮像装置を順次移動するＮＣ位置決め手段と、その位置決めされた各位置における上記輪郭データと、Ｘ軸及びＺ軸への上記撮像装置の移動量から、工具刃先の半径Ｒ、Ｒ中心位置Ｏ、刃先頂点位置Ｐを算出するパラメータ算出手段と、それらパラメータからＮＣ工作機械の工具刃先の認識位置を補正して加工を行う工具補正手段を備えた構成である。
【０００４】
以上の構成により、先ずユーザがキーボードから工具刃先の公称幾何形状を入力する。その後、測定を開始するとその公称幾何形状に従って、撮像装置が上記２方向へ移動して、工具刃先の形状が広範囲にわたり測定される。尚、この様に広範囲な測定は、工具刃先の実際の半径Ｒ、Ｒ中心位置Ｏ、刃先頂点位置Ｐを輪郭データ等から算出する上で必要となる動作である。この様にして算出された各種値を用いてＮＣ工作機械の工具刃先の認識位置を補正する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この様な従来のＮＣ工作機械の工具刃先の認識位置の補正方法では、補正の際に最も重要な刃先頂点位置Ｐを算出するために、一々工具刃先の公称幾何学形状のデータを入力する必要が有り、更に、データの入力誤りが無いかをチェックする必要が生じる等、極めて煩雑な作業を伴い、補正作業に要する時間が長くなると言う課題が有った。
【０００６】
本発明は、従来のＮＣ工作機械のこの様な課題を考慮し、補正作業を従来に比べてより一層短時間に行えるＮＣ工作機械における工具位置測定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の本発明は、ＮＣ工作機械における工具の刃先形状を所定のパターンに分類するために予め定められた複数種類の形状パターンの中から、測定対象となる工具の刃先形状に対応する前記形状パターンを選択する形状パターン選択ステップと、
前記測定対象となる工具を移動させ、その工具の撮像に用い、前記ＮＣ工作機械本体に取り付けられた撮像手段の視野内に前記工具が入る様に位置決めし、その位置決めされた工具の画像データを前記撮像手段により獲得する画像データ獲得ステップと、
前記選択された形状パターンに対応する探査方法に基づいて、前記獲得した画像データから、前記測定対象となる工具の刃先のプログラムポイントを求めるプログラムポイント算出ステップとを備え、
前記予め定められた複数種類の形状パターンは、直交座標系の原点に前記刃先のプログラムポイントがあるときに、前記工具が前記直交座標系の４つの象限の内、１つ又は２つのどの象限にあるかによって、パターン分けされていることを特徴とするＮＣ工作機械における工具位置測定方法である。
【００１１】
請求項２記載の本発明は、前記探査方法は、前記パターンに対応する前記象限が１つの場合には、前記画像データに対して水平スキャンと垂直スキャンを利用し、又、前記パターンに対応する前記象限が２つの場合には、前記画像データに対して水平スキャン又は垂直スキャンを利用することを特徴とする請求項１記載のＮＣ工作機械における工具位置測定方法である。
【００１３】
請求項３記載の本発明は、前記移動の初期段階における前記視野の方が、前記位置決めの段階における前記視野よりも広いことを特徴とする請求項１または２の何れか一つに記載のＮＣ工作機械における工具位置測定方法である。
【００１４】
請求項４記載の本発明は、前記画像データ獲得ステップでは、表示手段を利用して前記広い視野の画像を表示する場合、それより狭い前記視野の領域を示すガイド枠の画像を、前記広い視野の画像上に重ねて表示することを特徴とする請求項３記載のＮＣ工作機械における工具位置測定方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＮＣ工作機械における工具位置測定方法の一実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、上記ＮＣ工作機械における工具位置測定方法が適用されたＮＣ工作機械の略示ブロック図であり、同図を参照しながら本実施の形態の構成を説明する。同図において、ＣＣＤカメラ１ａ、１ｂは、ＮＣ工作機械の本体（図示省略）に固定されており、工具取り付け部（刃物台）２に取り付けられた工具３の刃先を撮像するための手段である。ＣＣＤカメラ（ズームカメラ）１ｂは、工具３の刃先のプログラムポイントの位置計測に用いる画像を取り込むためのもので、その画像領域をここでは計測視野と呼ぶ。又、ＣＣＤカメラ（標準カメラ）１ａは、上記計測視野をほぼ中央に含み、更にその周囲の領域の画像をも広く取り込んで、工具３が初期位置から移動し、最終位置決めされるまでの一連の操作を容易に行うためのものである。尚、本実施の形態では、図２に示すように、工具初期位置の刃先のプログラムポイントの位置がＸ−Ｚ軸に基づく機械座標系の原点Ｏ（０、０）である。又、本実施の形態での位置座標の表示は、特に示さない限り、上記機械座標系を基準とする。図２は、機械座標と工具補正の関係を示す概念図である。
【００１８】
又、上記計測視野（カメラ視野とも呼ぶ）のサイズは、約２１×２０ｍｍである。そのカメラ視野の中央点、即ち、画像面上におけるカメラ原点Ｑが、機械座標系において予め定められた画像認識基準点Ｐ（Ｘ_P、Ｚ_P）と正確に一致する様に、ＣＣＤカメラ１ｂが位置決めされており、しかもその向きは、工具３の移動平面に対してほぼ垂直となるように取り付けられている（図２参照）。この工具３の移動平面はＸ軸及びＺ軸により決まる平面である。尚、これらＣＣＤカメラ１ａ及び１ｂは一体となって組み立てられており、双方のカメラの向きは一致する様に調整が完了しているものとする。
【００１９】
ＣＣＤカメラ１ａ、１ｂは、カメラ切換器４を介して、画像処理装置５に接続されており、更に画像処理装置５は、機械コントローラ（以下、ＣＮＣ装置と呼ぶ）６に接続されている。
【００２０】
カメラ切換器４は、画像処理演算部１０からの指令を受けて、ＣＣＤカメラ１ａと１ｂの内、何れの画像をディスプレイ装置９に表示させるかによって、ＣＣＤカメラの切り換えを行う手段である。
【００２１】
画像処理装置５について更に説明する。即ち、画像処理装置５において、Ａ／Ｄ変換器７はＣＣＤカメラ１ａ，１ｂからの画像信号をディジタル信号に変換する手段であり、２値化処理部８は、Ａ／Ｄ変換器７の出力であるディジタル化された濃淡画像信号を所定の基準値を用いて２値化信号に変換する手段である。ディスプレイ装置９は、２値化処理部８の出力を２値化画像として、又、ＣＣＤカメラ１ａからの画像信号を通常の濃淡を有するカメラ画像として、表示する手段である。画像処理演算部１０は、２値化画像データを用いて工具の刃先のプログラムポイント位置Ｒの座標値（α、β）（但し、（α、β）はカメラ原点Ｑを基準とする座標値）を算出し、後述する主制御部１２へ通知する手段である。データメモリ１１は、画像認識基準点Ｐ（Ｘ_P、Ｚ_P）、２値化処理部８の出力である２値化データ、そして後述する工具形状パターン画像データ等を格納する手段である。
【００２２】
ＣＮＣ装置６について更に説明する。即ち、ＣＮＣ装置６は、画像処理演算部１０と接続されている主制御部１２と、制御プログラム等を格納したＲＯＭ１４と、ＮＣ加工データ等を格納するＲＡＭ１５と、Ｘ軸モータ１７及びＺ軸モータ１８の駆動制御を行うサーボ制御部１９と、補正量格納部２０を備えている。主制御部１２は、画像処理演算部１０からの工具刃先のプログラムポイント位置の座標値を利用して後述する工具補正量を算出し、その補正量を用いて、ＮＣ加工データに基づく各種加工動作を総括する手段である。補正量格納部２０は、工具補正量を格納するものである。又、主制御部１２には、キーボード２１が接続されている。キーボード２１は、オペレータが後述する形状パターンの選択指示を行ったり、工具の移動及び位置決め指示を行うための手段である。
【００２３】
以上の構成において、以下、本実施の形態の動作を図面を参照しながら説明し、同時に、本発明に係るＮＣ工作機械における工具位置測定方法の一実施の形態について述べる。ここでは、（１）先ず最初に、ＣＣＤカメラ１ｂの取り付け角度誤差の補正処理について述べ（図３参照）、（２）その後、工具補正量の計測について述べる（図４〜図８参照）。
【００２４】
（１）ＣＣＤカメラ１ｂの取り付け角度誤差の補正処理
図３は、ＣＣＤカメラ１ｂの取り付け角度誤差の補正処理を示す流れ図である。
【００２５】
動作説明に入る前に、本動作の必要性について説明する。
【００２６】
即ち、本装置の組立時において、ＣＣＤカメラ１ｂの取り付けは、上述したように、本来、工具３の移動平面に対して垂直となるように取り付けられるのが理想であるが、現実には多少の取り付け角度に誤差が生じる。この様な取り付け位置誤差を補正することによって、（２）で述べる工具補正量の測定精度を高めることが出来る。従って、ここで述べる補正処理は、本装置の組立後、出荷前の調整の際に一度行えば足りるものである。
【００２７】
尚、本実施の形態では、カメラの取り付け角度誤差の補正は、ＣＣＤカメラ１ｂについてのみ行い、ＣＣＤカメラ１ａについては、特に行わない。これは、ＣＣＤカメラ１ａによる画像は、上述した様に、あくまで、工具移動の操作を容易に行うための画像であるのに対して、ＣＣＤカメラ１ｂによる画像は、工具のプログラムポイントの位置測定に直接関係する最も重要なデータであるからである。
【００２８】
以上で本動作の必要性の説明を終わり、次に動作説明を行う。
【００２９】
ステップ１：調整者は、先ず工具取り付け部２に、標準工具（図示省略）を取り付ける。次に、標準工具の刃先のプログラムポイントを画像認識基準点Ｐ（Ｘ_P，Ｚ_P）に位置決めするために、キーボード２１を操作する。画像認識基準点Ｐは、上述した通り、画像表示面上のカメラ原点Ｑと一致しているので、調整者は、ＣＣＤカメラ１ｂが取り込んだ画像を表示しているディスプレイ装置９の表示画面を見ながら、その画面***に表示された原点Ｑの位置に標準工具の刃先のプログラムポイントを位置決めすればよい。尚、標準工具の刃先のプログラムポイントの位置の座標値データを予めＣＮＣ装置６内のメモリに格納しておけば、そのデータを利用して、即座に原点Ｑの位置に上記位置決めが出来ることは言うまでもない。
【００３０】
キーボード２１からの入力に応じて、主制御部１２はサーボ制御部１９に指令を送り、その指令に従って、サーボ制御部１９がＸ軸モータ１７及びＺ軸モータ１８の駆動制御を行うことにより、標準工具が画像認識基準点Ｐ（Ｘ_P，Ｚ_P）に位置決めされる。尚、本装置においては、工具の移動に際し、工具３自身が自転する様な移動は行えない構成となっている。
【００３１】
ステップ２：次に、調整者は、標準工具をＸ軸方向及びＺ軸方向にそれぞれ一定量移動させるための指示をキーボード２１から行う。
【００３２】
この指示を受けて、主制御部１２は、先ずサーボ制御部１９を介して、Ｘ軸モータ１７の駆動を指令し、標準工具をＸ軸方向へ基準値５ｍｍだけ移動させて停止させる。
【００３３】
ステップ３：上記移動後の標準工具の刃先の画像データが、ＣＣＤカメラ１ａから取り込まれて、Ａ／Ｄ変換器７及び２値化処理部８で信号処理され、画像処理演算部１０へ送られる。画像処理演算部１０では、上記２値化処理された、刃先の画像データと、データメモリ１１に格納されているカメラ原点Ｑに基づいて、刃先のプログラムポイントの位置のＸ軸方向への移動量を算出し、基準値との誤差量Ｘ_Eを計算する。
【００３４】
ステップ４：次に、主制御部１２は、サーボ制御部１９を介して、Ｚ軸モータ１８の駆動を指令し、標準工具をＺ軸方向へ基準値５ｍｍだけ移動させて停止させる。
【００３５】
ステップ５：上記移動後の標準工具の刃先の画像データが、ＣＣＤカメラ１ａから取り込まれて、Ａ／Ｄ変換器７及び２値化処理部８で信号処理され、画像処理演算部１０へ送られる。画像処理演算部１０では、上記ステップ３と同様にして、刃先のプログラムポイントのＺ軸方向への移動量を算出し、基準値との誤差量Ｚ_Eを計算する。
【００３６】
ステップ６：画像処理演算部１０は、以上のようにして計算された誤差量Ｘ_E及びＺ_Eを用いて、工具移動平面とＣＣＤカメラ１ｂによる計測平面との角度のズレ即ち、ＣＣＤカメラ１ｂの取り付け角度誤差量を算出して、データメモリ１１へ格納する。
【００３７】
以上によりＣＣＤカメラ１ｂの取り付け角度誤差の補正処理が完了する。
【００３８】
次に、工具補正量の計測について図４〜図８を参照しながら説明する。
【００３９】
図４は、工具補正量計測処理を示す流れ図である。又、図５は、ＮＣ工作機械における工具の刃先形状を所定のパターンに分類するために予め定められた４種類の形状パターンを説明するための概念図である。図５では、四角形の枠４１内は計測視野に、又、四角形の枠の中央点４２はカメラ原点Ｑにそれぞれ対応する様に描かれている。更に、この四角形の枠４１内は、枠の中央点４２で直交するＸ軸４７とＺ軸４８により第１象限４３〜第４象限４６の４つのエリヤに分けられている。これら４つのエリヤの内、黒く塗りつぶしたエリヤは、工具の刃先のプログラムポイントを直交座標系の原点４２に位置決めしたとした場合に、刃先及びその背後の部分の画像が占める可能性のある領域を示している。尚、ＣＣＤカメラ１ｂの計測視野に取り込まれた画像の、ディスプレイ装置９の表示画像上においても、そのカメラ原点Ｑで直交するＸ軸４７とＺ軸４８が表示され、図５と同様に、それら各軸により第１象限４３〜第４象限４６の４つのエリヤに区分けされている。ここで、図５に示した４種類の形状パターンに該当する典型的な工具の形状図を図６に示す。
【００４０】
（２）工具補正量の計測
ステップ１０１：オペレータは、先ず測定対象となる工具３について、工具形状パターンを選択するために、キーボード２１から所定の指示を行う。
【００４１】
キーボード２１からの指示に応じて、画像処理演算部１０は、工具形状パターンの画像データをデータメモリ１１から取り出して、ディスプレイ装置９に出力させる。
【００４２】
オペレータは、ディスプレイ装置９の画面上に表示された図５に示す４つの画像を見て、その中から、測定対象となる工具３が何れのパターンに該当するかを判断する。そして、Ｃタイプを選択指示したとする。画像処理演算部１０は、この選択指示の内容をデータメモリ１１に格納する。
【００４３】
ステップ１０２：次に、オペレータは、測定対象となる工具３を初期位置から移動させ、図５におけるＣタイプに対応する、計測視野内のエリヤ内に位置決めさせるための指示をキーボード２１により行う。
【００４４】
即ち、オペレータは、ディスプレイ装置９に表示されているＣＣＤカメラ１ａにより取り込まれた広い視野の画像５０を見ながら、工具の初期位置５１と計測視野の位置との全体を確認して（図７参照）、とりあえず、工具３の刃先が計測視野の外周枠５２中に入る様に、工具移動の指示を行う。ここで、図７は、カメラ視野の説明図である。尚、図７に示すように、広い視野の画像５０の中央には、計測視野の外周枠５２が重ねて表示される。計測視野の外周枠５２の内部領域に工具３の画像領域が２５％以上占めると画像処理演算部１０の指示により自動的に、ディスプレイ装置９における表示が、ＣＣＤカメラ１ｂにより取り込まれた画像に切り替わる（図８（ａ）参照）。図８（ａ）〜（ｃ）は、計測視野の外周枠５２内における工具３の先端部の画像の移動の様子を示す図であり、移動方向を矢印で示す。
【００４５】
工具移動の動作は、ステップ２で述べた内容と基本的に同じである。
【００４６】
ステップ１０３：計測視野の画像に切り替わった後は、オペレータは、その計測視野の画像（図８（ａ）〜（ｃ）参照）を見ながら、工具の刃先及びその背後の画像が、ステップ１０１で選択した図５中に示すＣタイプのエリヤ、即ち第３象限内に入り、それ以外の象限には入らない位置に来るまで、工具移動の指示を行う。そして、所望の位置に達すれば工具の移動を停止させる機械移動停止指令が出される（図８（ｃ）参照）。尚、計測視野の画面では、直交座標系の各軸の画像が刃先の画像に重ねて表示される。
【００４７】
ステップ１０４：オペレータは、工具刃先のプログラムポイント位置の計測スタートを指示する。画像処理演算部１０は、その計測スタート指示を得て、停止中の工具の刃先の画像データを取り込みデータメモリ１１へ一端格納する。画像処理演算部１０は、この画像データに、ステップ６で算出したＣＣＤカメラの取り付け角度誤差量を加味した上で、刃先のプログラムポイントの位置Ｒ（α、β）を計測する（図８（ｃ）参照）。（α、β）の値は、上述した通り、カメラ原点Ｑ（０、０）からのズレ量を示す。尚、刃先のプログラムポイント位置Ｒ（α、β）の計測方法については、更に後述する。
【００４８】
ステップ１０５：画像処理演算部１０は、このようにして計測した刃先のプログラムポイント位置Ｒ（α、β）の値と、画像認識基準点Ｐ（Ｘ_P、Ｚ_P）の値とを主制御部１２へ通知する。
【００４９】
ステップ１０６：主制御部１２では、刃先のプログラムポイント位置Ｒ（α、β）の値と、画像認識基準点Ｐ（Ｘ_P、Ｚ_P）の値とから、工具補正量を（Ｘ_P−α、Ｚ_P−β）として算出する。この工具補正量は、刃先のプログラムポイント位置Ｒ（α、β）を機械座標系における値に変換したものである。
【００５０】
ステップ１０７：主制御部１２は、工具補正量（Ｘ_P−α、Ｚ_P−β）を補正量格納部２０における所定のアドレスである指定補正番号に設定される。
【００５１】
ステップ１０８：機械移動停止信号が解除され、工具補正量計測の処理が完了する。
【００５２】
以上で工具補正量計測の説明を終わり、次に、上述した通り、刃先のプログラムポイント位置Ｒ（α、β）の計測方法について、図９を参照しながら説明する。
【００５３】
図９は、刃先のプログラムポイントの位置Ｒ（α、β）の計測方法を説明するための図である。
【００５４】
ここでは、Ａタイプが選択されていることから、同図に示す様に、工具３の刃先の画像は第３象限にのみ存在することが前提となっている。従って、画像処理演算部１０では、それに対応する様に、データメモリ１１に格納されている２値画像データに対して、図９に示した、垂直スキャンと水平スキャンの２通りの探査を実行する。ここで、垂直スキャンとは、Ｚ軸に垂直な同一ライン上を走査し、しかもその走査ラインをＺ軸に対して順次正又は負の何れかの方向に進める探査のことであり、一方、水平スキャンとは、Ｘ軸に垂直な同一ライン上を走査し、しかもその走査ラインをＸ軸に対して順次正又は負の何れかの方向に進める探査のことである。又、走査ラインの進む方向を特に探査方向と呼ぶ。図９では、垂直スキャンの探査方向は負方向であり、これを第１探査方向７０と呼び、一方、水平スキャンの探査方向は負方向であり、これを第２探査方向７５と呼ぶものとする。これら２つの探査方向について、順次、２値画像データの白黒変化点の探査を行う。
【００５５】
即ち、具体的には同図に示すように、先ず、垂直スキャンを行う。
【００５６】
ここでは、スキャン対象となる主な領域はあくまで第３象限であるから、スキャン幅をＸ軸の全幅に合わせ、しかも画像の最右端から第１探査方向に探査すると言う必要はない。従って、ここでの垂直スキャンにおいては、カメラ原点Ｑから第４象限側に少し入ったところの垂直スキャンスタート位置７１から第１探査方向７０に向けて探査を開始して、第３象限へ向かうものであり、そのスキャン幅は、カメラ原点ＱからＸ軸座標の正の領域に若干入ったところから、Ｘ軸座標の負の領域に一定量入ったところまでの幅で充分である。この垂直スキャンの範囲は予め定められている。
【００５７】
この様に探査することにより、垂直スキャンストップ位置７２において、最初に白から黒に反転する点として点Ａ（Ｘ_A、β）が検出される。
【００５８】
次に、水平スキャンを行う。この場合は、更にスキャン範囲を絞り込むことが出来る。
【００５９】
即ち、水平スキャンにおいては、カメラ原点Ｑから第２象限側に少し入ったところの水平スキャンスタート位置７３から第２探査方向７５に向けて探査を開始して、第３象限へ向かうものであり、そのスキャン幅は、点ＡのＺ軸座標値に対応する位置からＺ軸座標の更に負の方向へ一定量進んだところまでの幅で充分である。
【００６０】
この様に探査することにより、水平スキャンストップ位置７４において、最初に白から黒に反転する点として点Ｂ（α、Ｚ_B）が検出される。
【００６１】
以上のように、探査領域を限定することにより、演算処理時間の短縮が図れる。
【００６２】
以上のようにして求められた点Ａ（Ｘ_A、β）と点Ｂ（α、Ｚ_B）の座標値から、工具３の刃先のプログラムポイントの位置Ｒ（α、β）が求まる。
【００６３】
尚、上記探査方向は、工具形状のタイプに応じて異なるが、それらは何れも上記と同様の考え方に基づいて予め定められている。例えば、Ａタイプの場合は、垂直スキャンで、その探査方向がＺ軸の正の方向の探査と、水平スキャンで、その探査方向がＸ軸の正の方向の探査との両方が必要となる。又、Ｂタイプの場合は、垂直スキャンで、その探査方向がＺ軸の負の方向の探査と、水平スキャンで、その探査方向がＸ軸の正の方向の探査との両方が必要となり、Ｄタイプの場合は、垂直スキャンで、その探査方向がＺ軸の正の方向の探査と、水平スキャンで、その探査方向がＸ軸の負の方向の探査との両方が必要となる。
【００６４】
次に、工具補正量の計測の別の実施の形態について説明する。
【００６５】
即ち、ここでは、上述した４種類の工具形状パターンに属さない工具をも対象とすることが出来るものであり、測定対象となり得る工具の種類が大幅に増えると言う効果がある。尚、本実施の形態では、以下に述べる工具補正量の計測処理以外のところは、上記実施の形態と同じである。
【００６６】
図１０は、ＮＣ工作機械における工具の先端部形状を所定のパターンに分類するために予め定められた８種類の形状パターンを説明するための概念図である。
【００６７】
上記実施の形態における図５では、工具の刃先のプログラムポイントを直交座標の原点４２に位置決めしたとした場合に、刃先及びその背後の部分の画像が占める可能性のある領域が、１つの象限だけになるタイプ（Ａタイプ〜Ｄタイプ）のみであったのに対して、本実施の形態では、図１０に示す通り、更に、２つの象限にまたがるタイプ（Ｅタイプ〜Ｈタイプ）をも加えた形になっている点で両者は異なる。即ち、例えば、図１０に示す様に、Ｅタイプの形状パターンは、刃先及びその背後の部分の画像が第１象限４３及び第２象限４４にあるタイプを示す。尚、図１０に示した８つのタイプのそれぞれに該当する典型的な工具の形状を図１１に示す。
【００６８】
以下、工具補正量の計測の動作を説明する。
【００６９】
ステップ２０１：オペレータは、先ず測定対象となる工具３について、工具形状パターンを選択するために、キーボード２１から所定の指示を行う。これは、上記ステップ１０１と同じである。但し、ディスプレイ装置９に表示される画像は、上述した８種類の形状パターンである点は、ステップ１０１と異なる。尚、ディスプレイ装置９に表示する画像としては、図１０又は図１１の何れの画像が表示されてもかまわない。ここでは、オペレータは、Ｆタイプを選択したとする。
【００７０】
ステップ２０２：オペレータは、上記ステップ１０２と同様に、工具３を初期位置から移動させて、計測視野内に工具３の刃先が入る様に移動させる。
【００７１】
ステップ２０３：ここでは、オペレータは、ディスプレイ装置９に表示された計測視野の画面を見ながら、工具の刃先がその画面上に現れているかどうかを確認する。これにより工具移動及び位置決めが完了する。
【００７２】
尚、上記実施の形態のステップ１０２では、オペレータが位置決めする場合に、選択された形状パターンが示す特定された象限と同じ位置関係にある、計測視野の画面上における象限に、工具の刃先及びその背後の部分の画像がくる様に、上記位置決めをしていた。しかし、ここでは、その様な厳密な位置決めは必要とせず、単に計測視野内に工具３の刃先が入りさえすればよい。
【００７３】
ステップ２０４：オペレータは、工具刃先のプログラムポイント位置の計測スタートを指示する。
【００７４】
以下、上記ステップ１０４との主な相違点を図１２を参照しながら説明する。
【００７５】
ここで、図１２は、ステップ２０３で述べた、位置決めされた工具刃先とその背後の部分の画像に対して、本実施の形態の探査方法を適用する場合の動作を説明するための図である。
【００７６】
ステップ２０１で形状パターンとして、Ｆタイプが選択されているので、同図に示す様に、垂直スキャンの探査を実行するだけでよい。
【００７７】
即ち、同図に示す様に、垂直スキャンスタート位置７１から第１探査方向７０に向けて探査を開始して、最初に白から黒に反転する点を検出した時点で探査を終了する。この様にして求められた点Ｒ₁（α₁、β₁）が刃先のプログラムポイントの位置である。ところで、ここでの、垂直スキャンスタート位置７１は、図１１に示す画像の最右端であり、しかもスキャン幅は、Ｘ軸の全幅に合わせてある点は、図９の場合と相違する。これは、本実施の形態では、刃先の位置決めが上記実施の形態の様な厳密なものではないことに起因している。
【００７８】
尚、タイプＥ、Ｇ、あるいはＨが選択された場合も、１種類のスキャンを利用する点でＦタイプの場合と同様である。但し、Ｅタイプの場合は、水平スキャンで、その探査方向がＸ軸の正の方向であり、Ｇタイプの場合は、水平スキャンで、その探査方向がＸ軸の負の方向であり、又、Ｈタイプの場合は、垂直スキャンで、その探査方向がＺ軸の正の方向となる。
【００７９】
一方、タイプＡ〜Ｄの形状パターンに関しては、基本的に上記実施の形態で述べたものと同じ探査方法が用いられる。しかしながら、本実施の形態では、刃先の位置決めは上述した様な厳密なものではないため、２種類のスキャン動作の内、最初に行う垂直又は水平スキャン動作のスキャン幅は、上記実施の形態の場合に比べて広くする必要がある。その場合でも、その後に行う水平又は垂直スキャン動作のスキャン幅は、上記実施の形態と同様に、最初のスキャン動作で検出された白黒反転する点Ａ（Ｘ_A、β）の座標値（図９参照）が利用出来るので、スキャン幅を狭い範囲に抑えることが出来き、演算時間の短縮が可能となる。
【００８０】
以上により、工具刃先のプログラムポイント位置の計測が完了し、その後の動作は、上記実施の形態で述べたステップ１０５〜１０８と同じであるので、その説明を省略する。
【００８１】
ところで、上記実施の形態で述べた各ステップの全部又は一部のステップをコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した媒体として、ＮＣテープあるいはフロッピーディスクや光ディスク等を作成し、それらの媒体を利用することにより、容易に別のＮＣ工作機械等に対しても、同様の動作を実施させることが出来る。
【００８２】
尚、上記実施の形態では、ＣＣＤカメラが収納のための移動が出来ない固定タイプの場合について説明したが、これに限らず例えば、ＣＣＤカメラが収納可能なタイプであっても勿論良い。この場合、ＣＣＤカメラ使用時に、所定位置まで移動する構造となるため、工具補正量の測定の都度、ＣＣＤカメラの取り付け角度の補正処理が行われることが望ましい。その場合は、ＣＣＤカメラの取り付け角度誤差を全自動計測出来る様にすれば更に良い。
【００８３】
又、上記実施の形態では、工具のみを移動させるタイプについて説明したがこれに限らず、例えば、工具を固定して、その工具の撮像に用いる撮像手段の方を移動させる構成であってもよい。
【００８４】
又、上記実施の形態では、カメラの取り付け角度補正を行う場合について説明したがこれに限らず、例えば、カメラの取り付け角度補正を行わない構成でもよい。
【００８５】
又、上記実施の形態では、工具補正の場合について説明したがこれに限らず、例えば、工具磨耗量や欠けなどを検出することにも利用可能である。その場合は、初期の工具形状を記憶しておく必要がある。
【００８６】
又、４種類の工具形状パターンを利用する上記実施の形態では、オペレータが、工具刃先を移動させ、位置決めする際に、選択された形状パターンが示す特定の象限と同じ位置関係にある、計測視野の画面上における象限に、工具の刃先及びその背後の部分の画像がくる様に、上記位置決めをする場合について説明したが、これに限らず例えば、必ずしも同じ位置関係にある象限に位置決めしなくても、単に計測視野の画面内に、刃先及びその背後の部分の画像が入る様に位置決めすることで、刃先のプログラムポイントは求められる。その場合、刃先画像がどの象限に有るかと言う情報が使えないため、上記の探査方法に比べて、スキャンすべき領域を広くする必要はあるが、選択された形状パターンとそれに対応する探査方向との関係は同じであり、基本的には同様の方法で工具刃先のプログラムポイントの位置を探査出来る。
【００８７】
又、８種類の工具形状パターンを利用する上記実施の形態では、オペレータが、工具刃先を移動させ、位置決めする際に、単に計測視野の画面内に、刃先及びその背後の部分の画像が入る様に位置決めする場合について説明したが、これに限らず例えば、選択された形状パターンが示す特定の象限と同じ位置関係にある、計測視野の画面上における象限に、工具の刃先及びその背後の部分の画像がくる様に、上記位置決めをする様にしても勿論良い。この場合、探査範囲が更に狭い範囲に限定出来るので、演算処理時間の短縮が図れる。
【００８８】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように本発明は、補正作業を従来に比べてより一層短時間に行えると言う長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のＮＣ工作機械における工具位置測定方法が適用されたＮＣ工作機械の略示ブロック図
【図２】本実施の形態の機械座標と工具補正の関係を示す概念図
【図３】本実施の形態のＣＣＤカメラの取り付け角度誤差の補正処理を示す流れ図
【図４】本実施の形態の工具補正量計測処理を示す流れ図
【図５】本実施の形態のＮＣ工作機械における工具の刃先形状についての４種類の形状パターンを説明するための概念図
【図６】本実施の形態の４種類の形状パターンに該当する典型的な工具の形状図
【図７】本実施の形態のカメラ視野の説明図
【図８】（ａ）〜（ｃ）は本実施の形態における、計測視野の外周枠内における工具の先端部の画像の移動の様子を示す図
【図９】本実施の形態の、刃先のプログラムポイントの計測方法を説明するための図
【図１０】他の実施の形態の、工具の刃先形状についての８種類の形状パターンを説明するための概念図
【図１１】同実施の形態の８種類の形状パターンに該当する典型的な工具の形状図
【図１２】同実施の形態の、刃先のプログラムポイントの計測方法を説明するための図
【符号の説明】
３工具
４カメラ切換器
５画像処理装置
６機械コントローラ
１０画像処理演算部
１２主制御部

Claims

ＮＣ工作機械における工具の刃先形状を所定のパターンに分類するために予め定められた複数種類の形状パターンの中から、測定対象となる工具の刃先形状に対応する前記形状パターンを選択する形状パターン選択ステップと、
前記測定対象となる工具を移動させ、その工具の撮像に用い、前記ＮＣ工作機械本体に取り付けられた撮像手段の視野内に前記工具が入る様に位置決めし、その位置決めされた工具の画像データを前記撮像手段により獲得する画像データ獲得ステップと、
前記選択された形状パターンに対応する探査方法に基づいて、前記獲得した画像データから、前記測定対象となる工具の刃先のプログラムポイントを求めるプログラムポイント算出ステップとを備え、
前記予め定められた複数種類の形状パターンは、直交座標系の原点に前記刃先のプログラムポイントがあるときに、前記工具が前記直交座標系の４つの象限の内、１つ又は２つのどの象限にあるかによって、パターン分けされていることを特徴とするＮＣ工作機械における工具位置測定方法。
前記探査方法は、前記パターンに対応する前記象限が１つの場合には、前記画像データに対して水平スキャンと垂直スキャンを利用し、又、前記パターンに対応する前記象限が２つの場合には、前記画像データに対して水平スキャン又は垂直スキャンを利用することを特徴とする請求項１記載のＮＣ工作機械における工具位置測定方法。
前記移動の初期段階における前記視野の方が、前記位置決めの段階における前記視野よりも広いことを特徴とする請求項１または２の何れか一つに記載のＮＣ工作機械における工具位置測定方法。
前記画像データ獲得ステップでは、表示手段を利用して前記広い視野の画像を表示する場合、それより狭い前記視野の領域を示すガイド枠の画像を、前記広い視野の画像上に重ねて表示することを特徴とする請求項３記載のＮＣ工作機械における工具位置測定方法。