JP5383624B2 - 撮像式工具測定装置および測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像式工具測定装置および測定方法に関し、特に撮像環境の劣化を検出し、工具寸法を高精度に測定できるように撮像条件を自動的に調整したり、画像を補正するようにした、撮像式工具測定装置および測定方法に関するものである。

工作機械の分野では加工精度に対する要求は年々高くなっており、近時ではサブミクロンのオーダの加工精度が要求されることも珍しくなくなっている。こうした加工精度の向上を目指して、ＮＣ工作機械においては、高速回転中の工具の刃先位置の変位を正確に測定するために、撮像素子（例えばＣＣＤ）を使用した撮像装置が用いられている。
ここでは、主軸に装着される工具を撮像して、画像処理を行い、工具の刃先の位置測定、工具の長さ、径等の形状、寸法の測定、工具の振れの測定、刃先の観察等を行うようにしており、視野内への刃先の進入の判断に関しては逐次、フレーム信号毎処理を行うことから、処理が遅くなり、刃先の進入検出ができずにＳＫＩＰ信号を出力できない（ＳＫＩＰが遅い）場合があり、工具Ｔの先端がワークに衝突する虞がある。ＳＫＩＰ信号とは、刃先の進入動作指令を中断させる信号のことであり、ＳＫＩＰ信号が出力されると刃先を進入させる送り軸の動きが停止する。
また、これらの測定は画像信号に基づくことから、視野の汚れ、照明輝度等、撮像環境に左右されやすく、この結果、測定ができず、手動調整が必要となる場合も多い。

従来、ＣＣＤカメラによる、撮像対象の画像データを用いて、形状認識や、寸法計測を行う場合、撮像対象の外側輪郭が明確に判るエッジ強調の高コントラストの撮像データが得られる撮像対象の照明装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。

また、加工を進めていくうち、加工部位では、切り粉や切削油などの飛散によって工具を始め、ワークなどに付着し、撮像環境が悪化しても、その工具に付着した切り粉や切削油等の異物に影響されない、工具自体の外形の特徴を得ることで、高精度に工具の形状を検査できるようにする装置が開示されている（特許文献２参照）。

特開平９−８３８４３号公報 特開２００７−３２６１９６号公報

しかしながら、前者の特許文献１における装置では、光源の配置を工夫してエッジ強調の高コントラスト撮像データを得るとしても、コントラストやエッジの鮮明度を検出して、これらを基に、撮像環境に影響を与える要素を自動調整するということを開示するものではない。
一方、後者の特許文献２における工具検査装置においても、撮像環境が悪化しても、その工具に付着した切り粉や切削油等の異物に影響されない、工具自体の外形の特徴を得ることで、高精度に工具の形状を検査できるとしても、その撮像環境の悪化の影響を補正するように、撮像環境に影響を与える要素を自動調整するということは何ら示唆されるものではない。

本発明は、以上のような課題を改善するために提案されたものであって、撮像式工具測定装置および測定方法において、加工時における種々の撮像条件を検出して、所望の撮像条件が得られるように、少なくとも撮像条件要素の一つを自動的に調整したり画像を補正するようにした、撮像式工具測定装置および測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明では、工具を撮像する撮像部と、該撮像部からの撮像信号を画像処理する信号処理・制御部とを有し、前記工具の寸法を測定する撮像式工具測定装置において、前記信号処理・制御部は、前記撮像部からの撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号に基づいて画像のコントラスト、エッジの鮮明度、露光値、主軸の回転数の少なくとも一つである撮像環境・条件を検出する撮像環境・条件検出部と、前記撮像環境・条件検出部が検出した撮像環境・条件と撮像環境清浄時に予め検出し記憶した撮像環境・条件とを比較することで撮像環境の変化を判断し、照明輝度、シャッター速度、サンプリング時間の適正値、及び主軸回転数の少なくとも一つである撮像条件の整指令信号を導出する撮像条件判断・調整指令部と、前記撮像条件判断・調整指令部からの調整指令信号により、前記撮像条件を調整する調整手段と、前記撮像部からの撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号を画像の記憶制御により逐次書き込まれるメモリと、前記撮像部の撮像レンズ面及び照明部に汚れのない撮像環境清浄時に撮像対象である工具がない撮像視野のみの撮像画像を予め記憶し、その後の測定による使用を経て、該測定後の撮像視野のみの撮像画像を検出し、前記撮像環境清浄時の撮像視野のみの撮像画像と前記測定後の撮像視野のみの撮像画像との差分画像を撮像レンズ面及び照明部の汚れ付着として検出する視野汚れ検出部と、前記メモリからのデータと前記視野汚れ検出部からのデータとを読み出し、前記メモリのデータから前記視野汚れ検出部のデータを除去して、工具の輪郭、形状、刃先位置、工具径または工具の振れを演算する工具測定・演算部と、を具備することを特徴とする。

これにより、撮像部からの撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号に基づいて、画像のコントラスト、エッジの鮮明度、露光値、主軸の回転数の少なくとも一つである撮像環境・条件を把握することができる。
次いで、撮像環境・条件にかかる信号から、撮像条件判断・調整指令部により撮像の適正条件を決定して調整指令信号を導出し、かかる調整指令信号により、照明輝度、シャッター速度、サンプリング時間の適正値、及び主軸回転数の少なくとも一つである撮像条件（例えば照明手段、主軸制御手段、シャッター制御手段）を調整する調整信号を出力し、好適に撮像環境・条件を調整することができる。

これにより、また、撮像環境、清浄時（基準となる時）、測定時の適時、あるいは測定後の撮像環境を比較判断することができる。

これにより、更に、撮像部の撮像環境調整に寄与することができる。ここで、主軸回転数は加工条件によって適正値が決められているが、何らかのタイミングでうまく撮像できないとき、加工に悪影響を与えない範囲で主軸回転数を微調整するものである。
更に、これにより、工具の実測の画像データから差分画像データを除去して、工具の真の輪郭、形状、刃先位置、工具径または工具の振れを演算可能となる。

請求項２記載の発明では、撮像部からの工具の撮像信号を画像処理して工具の寸法を測定する撮像式工具測定方法において、前記工具の撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号に基づいて画像のコントラスト、エッジの鮮明度、露光値、主軸の回転数の少なくとも一つである撮像環境・条件を検出し、前記検出した撮像環境・条件と撮像環境清浄時に予め検出し記憶した撮像環境・条件とを比較することで撮像環境の変化を判断し、照明輝度、シャッター速度、サンプリング時間の適正値、及び主軸回転数の少なくとも一つである撮像条件の調整指令信号を導出し、該調整指令信号により、前記撮像条件を調整し、前記撮像部からの撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号を画像の記憶制御によりメモリに逐次書き込み、前記撮像部の撮像レンズ面及び照明部に汚れのない撮像環境清浄時に撮像対象である工具がない撮像視野のみの撮像画像を予め記憶し、その後の測定による使用を経て、該測定後の撮像視野のみの撮像画像を検出し、前記撮像環境清浄時の撮像視野のみの撮像画像と前記測定後の撮像視野のみの撮像画像との差分画像を撮像レンズ面及び照明部の汚れ付着として検出し、前記メモリのデータから前記差分画像のデータを除去して、工具の輪郭、形状、刃先位置、工具径または工具の振れを演算することを特徴とする。

これにより、撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号に基づいて、画像のコントラスト、エッジの鮮明度、露光値、主軸の回転数の少なくとも一つである撮像環境・条件を把握することができる。
次いで、撮像環境・条件にかかる信号から、撮像の適正条件を決定して調整指令信号を導出し、かかる調整指令信号により、照明輝度、シャッター速度、サンプリング時間の適正値、及び主軸回転数の少なくとも一つである撮像条件を調整することができる。

これにより、また、撮像環境清浄時、またその後測定時の適時において、撮像環境・条件を比較判断し、調整を行うので、撮像式工具測定装置を常時、撮像環境・条件を良好な環境、状態に補正することができる。

これにより、更に、撮像対象がない状態の撮像環境清浄時に記憶した撮像視野のみの撮像画像を、またその後の測定による使用を経て、取得した撮像視野のみの撮像画像との差分画像を撮像レンズ面及び照明部の汚れ付着として判断し、差分画像を以降の撮像時の視野像から削除するので、撮像式工具測定装置は常時、誤差のない高精度な測定に寄与することができる。

本発明によれば、自動化に対応した高精度、高信頼性の撮像式工具測定装置、方法を提供することができる。

本発明にかかる撮像式工具測定装置を、工作機械の加工領域の一隅に組み込んだところを示す、模式的な要部側面図である。 図１に示す撮像式工具測定装置のシステム構成の一例を示す、ブロック図である。 本発明にかかる撮像式工具測定装置において、撮像環境・条件を把握し、撮像条件を判断し、調整指令を導出して、撮像部の撮像要素の撮像条件を調整する手順の一例を説明するためのフロー図である。

以下、本発明にかかる撮像式工具測定装置について、システム構成の具体的な一例を挙げ、詳細に説明する。
図１に、本発明にかかる撮像式工具測定装置１０を、ＮＣフライス盤やマシニングセンタ等のＮＣ工作機械１に組み込んだところを示す。
ＮＣ工作機械１は、ベース２上にＸＹ軸方向に縦横移動可能なテーブル３と、テーブル３に直交するＺ軸方向にコラム４上に、昇降可能に主軸５が配置されている。かかる主軸５には、工具Ｔが装着されている。そして、かかる工具Ｔを挟んで、工具Ｔを撮像対象として撮像を行って、工具寸法測定等を行う、撮像式工具測定装置１０が搭載されている。

図２に、撮像式工具測定装置１０のシステム構成図を示す。なお、このＮＣ工作機械１は、数値制御により工具Ｔを装着した主軸５とワーク（図示省略）を固定したテーブル３との間で、相対移動を行わせ、ワークを加工するものである。

この撮像式工具測定装置１０は、かかるＮＣ工作機械１のテーブル３に搭載されたハウジング１１に撮像部１２が組み込まれ、撮像部１２による画像信号を所定の信号処理を施して、後述する判断、演算を行い、各種処理信号、指令信号を発する信号処理・制御部１３に画像データを送出する構成としている。
撮像式工具測定装置１０は、主軸５に装着された工具Ｔに対し、撮像部１２による画像信号を取得し、該画像信号に対し、信号処理・制御部１３において、所定の信号処理を施して、後述する判断、演算を行い、各種処理信号、指令信号を発して、撮像環境を決定する種々の構成手段に対応する調整指令信号をそれぞれ送出し、撮像環境を調整するようにしている。

撮像部１２は、撮像対象である工具Ｔを照明する光源Ｌと、コンデンサーレンズ１４を介して平行光線として工具Ｔを通過した光線を、撮像レンズ群１５を通過させると共に、受光面に結像した像を電気信号に変換する撮像素子１６とを備え、撮像素子１６により取得された電気信号をデジタルデータに変換して後述する信号処理・制御部１３に送出するＡ／Ｄ変換器１７を備えている。
工具Ｔは、ドリル、ボールエンドミル、フラットエンドミル等様々な形状のものを想定している。
撮像レンズ群１５は、工具Ｔを通過した光線を、撮像レンズ群１５を通過させることで、後述する撮像素子１６に全体が結像されるように光束を調整するためのもので、光軸を一致させるように配置した、それぞれ所定倍率の凸レンズ、凹レンズ等の組合せで構成される。
撮像素子１６は、二次元のＣＣＤイメージセンサであり、入射した画像に係る光信号から電気信号を生起するもので、アナログ信号として取り出される。

以上のような撮像部１２において、撮像レンズ群１５から撮像素子１６に至る光路中において、結像光線を１／２は光路に沿って透過させて、撮像素子１６に入射させる一方、残余の結像光線は、光路に直交方向に偏光させて工具Ｔの刃先進入を検出するためのビームスプリッタ１８（以下、ハーフミラー１８）が介設されている。
すなわち、刃先進入検出部としては、図示は省略するが例えば、撮像部１２において、撮像レンズ群１５から撮像素子１６に至る光路中に介設されたハーフミラー１８からは、結像光線の１／２を光路に直交方向に偏光させた画像光を線状に線状変換するシリンダレンズと、シリンダレンズからの線状に線状変換された画像信号から、線状の電気信号に変換するラインセンサを具備する。工具Ｔが画像取得範囲に入っていくことにより、ラインセンサによって、濃淡の画像信号として捉えてＳＫＩＰ信号をＣＮＣ工作機械動作制御部に出力して、工作機械を停止させる設定である。

また刃先進入検出部は、次のような構成も可能である。すなわち、刃先進入検出部は、撮像される画像を結像前に光学経路からハーフミラー１８により分離された画像を、絞り部材を通過させてスポット状に絞り込み、集光レンズを通してさらに点状に集光させて、フォトトランジスタに入射させるようにしている。フォトトランジスタは、点状の入射光が一定以上の光の強さになったか否かを感知することでオンオフし、工具の有無検出手段に送出して、フォトトランジスタのオンオフ信号により、工具Ｔの進入の有無を捉えることができ、ＳＫＩＰ信号生成手段によりＳＫＩＰ信号を発生させ、ＳＫＩＰ信号をＣＮＣ工作機械動作制御部に出力して、工作機械の工具進入動作を停止させることができる。

さらには、刃先進入検出部は、ハーフミラー１８を用いずとも、加工部２における視野内に、非接触型検出手段である、レーザー検出手段、あるいは近接センサを配設して、工具が進入するのを検出することもできる。

そして、信号処理・制御部１３について、全体構成を概説的に説明する。
信号処理・制御部１３は、撮像素子１６が取得した電気信号をＡ／Ｄ変換器１７により変換してなるデジタルデータを取り込んで、周知の前処理を行う画像前処理部２０を具備する。すなわち画像前処理部２０では、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、輪郭補正、コントラスト調整を行い、画像表示手段２１に逐次出力して、リアルタイムに画像を表示したり、後述する撮像環境・条件検出部に送り込んだり、画像の記憶制御により画像を逐次、フレームメモリ２２に書き込んだりしている。
そして、フレームメモリ２２に書き込まれたデータは、順次、視野汚れ検出部２３と工具測定・演算部２４とに送られ、様々な要因に起因する視野の汚れを検出したり、高速回転する工具Ｔの測定を行い、測定結果を出力するようにしている。

主軸の回転と各軸方向の移動によって加工を行うワーク周囲の雰囲気は、加工に伴って飛散する切削油のミストや切り粉が充満したりして、周壁に付着したり、光学系の表面に付着して、汚れが生じ、高精度、高信頼性の測定の妨げとなるため、視野汚れ検出部２３では、その汚れ度合いを把握して、補正値を導出して工具測定・演算部２４に送出する。すなわち、視野汚れ検出部２３では、フレームメモリ２２からのデータにより、視野画像を取得する視野画像取得手段と、取得された画像を記憶する視野画像記憶手段と、視野画像記憶手段から視野汚れ画像を抽出する、視野汚れ画像抽出手段と、視野汚れ画像を記憶する視野汚れ画像記憶手段とを具備する。なお、視野画像取得手段と視野汚れ画像抽出手段とは、視野汚れ検出制御手段の制御指令により、それぞれ取得動作、画像抽出動作を実行する。

工具測定・演算部２４は、フレームメモリ２２からのデータと、視野汚れ検出部２３の視野汚れ画像記憶手段のデータを読み出して、視野汚れ画像を除去する視野汚れ画像除去手段を備え、視野汚れ画像除去手段を経て得られたデータから、工具Ｔの輪郭を抽出するステップと、形状を認識するステップとを順次実行し、刃先位置演算、工具径演算、高回転の工具の振れを導出する振れ演算を実行し、測定結果として出力するようにしている。

また、信号処理・制御部１３は、撮像環境・条件検出部２５を具備する。
撮像環境・条件検出部２５は、撮像部１２からの撮像信号、または撮像信号を画像処理した信号に基づいて撮像環境・条件を検出するもので、詳細は後述するが、画像のコントラスト、エッジの鮮明度、露光度合い、主軸の回転数の全て又は任意の複数個又は１個を検出対象としている。
撮像環境・条件検出部２５は、画像前処理部２０におけるコントラスト調整後の画像信号の電圧値と適正コントラスト値記憶手段２６（基準電圧値）との比較によってコントラスト判定（濃淡度合い）を行い、詳細は後述するが撮像環境・条件の検出信号として撮像条件判断・調整指令部２７に送出するようになっている。

撮像環境・条件検出部２５は、検出対象として工具を装着した主軸５の回転数を検出する。主軸５の回転数は撮像部１２の撮像環境を決定する要素の一つである。すなわち、工具Ｔの回転数により撮像される工具Ｔの画像信号が変動し、それに伴って撮像環境としての照明輝度の度合いに影響を与えるからである。
主軸５は、主軸制御手段２８により、回転制御がなされるが、撮像環境・条件検出部２５は、この主軸制御手段２８から、主軸回転数検出手段２９により主軸の回転数を検出して、撮像環境・条件の検出信号として撮像条件判断・調整指令部２７に送出するようになっている。

また、撮像環境・条件検出部２５は、撮像部１２の撮像環境を決定する要素の一つであり、エッジの鮮明度を検出対象としている。撮像環境・条件検出部２５は、フレームメモリ２２からのデータ、すなわち工具Ｔの画像信号からエッジの鮮明度（例えば工具Ｔの輪郭の画像データ階調度）を判定して、撮像環境・条件の検出信号として撮像条件判断・調整指令部２７に送出するようになっている。

さらに、撮像環境・条件検出部２５は、撮像部１２の撮像環境を決定する要素の一つであり、露光度合いを検出対象としている。撮像環境・条件検出部２５は、撮像素子１６が取得した電気信号をＡ／Ｄ変換器１７により変換してなるデジタルデータから、露光検出を行い、適正露光値記憶手段３０を基に、露光判定を行い、撮像環境・条件の信号として撮像条件判断・調整指令部２７に送出するようになっている。

そして、撮像条件判断・調整指令部２７では、以上のような撮像環境・条件にかかる信号を基に、適宜、撮像部１２が高精度な工具Ｔの画像データが得られる所望の撮像環境にあるのかどうかを判断し、そのような撮像環境にない場合は、所望の撮像環境に補正するように、撮像部１２の撮像環境を決定する要素に調整指令を発し、撮像条件の調整動作を行わせているのである。

例えば、撮像部１２の撮像環境を決定する要素としての光源Ｌに対しては、撮像条件判断・調整指令部２７は、所定の照明調整手段３１（調光回路）を制御して輝度を調整する。

また、工具Ｔを装着した主軸５に対しては、撮像条件判断・調整指令部２７は、主軸制御手段２８に回転数を変える調整指令信号を与えて、主軸５の回転数の増減を行う。

そして、撮像素子１６により取得された電気信号をデジタルデータに変換する、Ａ／Ｄ変換器１７に対しては、撮像条件判断・調整指令部２７はシャッター制御手段３２に調整指令を送出することにより、サンプリング時間の適正値を調整してフレームレートを変える。

さらには、撮像条件判断・調整指令部２７は絞り制御手段３３に調整指令信号を与えることで、デジタルデータの変換範囲を変える。

その他、テーブル上の測定対象である工具Ｔの位置が撮像範囲からずれているような場合に、測定対象の位置変更手段３４に対し、撮像条件判断・調整指令部２７は測定装置１０を載置したテーブル３をＸＹ方向に移動調整するように調整指令信号を送出する。

また、ワークを固定するテーブル３、ワークなどが加工によって発生する切り粉や切削油等が付着していたり、加工周囲雰囲気が切削油のミストなどが浮遊しているような場合には、撮像条件判断・調整指令部２７は、高圧エアーをワーク周囲に噴射するようにエアーブロー制御手段３５に、制御指令信号を送出する。

そして撮像条件判断・調整指令部２７は、撮像環境・条件検出部２５の情報及び過去の撮像時の画像のコントラスト、エッジの鮮明度、露光値、主軸の回転数の条件データ（撮像環境記憶手段３６）から、撮像条件としての照明輝度、シャッター速度、サンプリング時間の適正値、主軸回転数を判断するようにしている。
すなわち、測定動作開始に先立ち、撮像条件判断・調整指令部２７は、撮像環境・条件検出部２５において撮像環境清浄時の画像のコントラスト、エッジの鮮明度、露光値、及び主軸回転数を予め検出したものを撮像環境記憶手段３６に、撮像環境清浄時における撮像環境・条件として記憶し、その後測定時の適時における撮像環境・条件を撮像環境・条件検出部２５において検出して、撮像条件判断・調整指令部２７が、撮像環境清浄時における撮像環境・条件と比較することで、撮像環境の変化を判断し、撮像条件を調整するようにしている。

さらに撮像環境記憶手段３６は、工具Ｔなど撮像対象がない状態で撮像環境清浄時の撮像視野のみの撮像画像を予め記憶し、その後の測定による使用を経て、撮像対象がない状態での撮像画像を撮像環境・条件検出部２５において検出して、撮像条件判断・調整指令部２７は、撮像環境清浄時の撮像視野のみの撮像画像と測定後の撮像視野のみの撮像画像との差分画像を撮像レンズ１５面及び光源Ｌの汚れ付着として判断し、差分画像を以降の撮像時の視野像から削除するようにしている。

本測定装置１０は、測定動作開始に先立ち、またその後測定時の適時において、さらにはその後の測定による使用を経て、以上のような撮像環境判断、調整を行うので、撮像式工具測定装置１０を常時、誤差のない高精度な測定に寄与することができる。

次に、撮像式工具測定装置１０について、図３に示すフローチャートの一例を基に、具体的に撮像環境を調整する手順を説明する。

測定動作開始指令で、ＮＣ工作機械１において、主軸５に装着された工具Ｔを回転駆動させ、Ｚ軸方向に沿って下降指令を出し、テーブル３に固定したワークに向けて下降移動させる。これにより、光源Ｌから、コンデンサーレンズ１４を介して平行光線として入射する視野内に、回転状態の測定対象である工具Ｔを進入させることができる（ＳＴＥＰ１）。

光源Ｌから、コンデンサーレンズ１４を介して平行光線として工具Ｔを通過した光線は、撮像レンズ群１５を通過し、ハーフミラー１８を透過して、撮像素子１６である二次元のＣＣＤイメージセンサの受光面において結像する。この結像した画像を撮像素子１６により電気信号に変換され、この電気信号がＡ／Ｄ変換器１７により所定のフレームレートでデジタルデータに変換され、信号処理・制御部１３の画像前処理部２０に送出される。

信号処理・制御部１３は、Ａ／Ｄ変換器１７から露光値を取得し（ＳＴＥＰ２）、露光検出信号を取り出し、撮像環境・条件検出部２５に送られ、撮像環境・条件検出部２５は、露光値が適正露光値にあるか否かを判定する（ＳＴＥＰ３）。かかるＳＴＥＰ３において、撮像環境・条件検出部２５は、適正露光値記憶手段３０を基に、露光判定を行い、撮像条件判断・調整指令部２７は露光値が適正露光値にあれば、露光上は好ましい撮像環境にあるとして、撮像条件の一つである露光値を調整する手順を終了する。
一方、撮像環境・条件検出部２５が露光値が適正露光値にないと判定した場合は、撮像条件判断・調整指令部２７は、他の撮像環境・条件を示す信号として、撮像環境・条件検出部２５から主軸回転数を取得する他（ＳＴＥＰ４）、コントラスト値を取得し（ＳＴＥＰ５）、さらに撮像環境・条件検出部２５において判定された工具Ｔの輪郭の鮮明度を、エッジ度合いとして取得する（ＳＴＥＰ６）。

ＳＴＥＰ４において、撮像条件判断・調整指令部２７は、撮像環境・条件検出部２５において主軸回転数検出手段２９からの検出信号を基に主軸回転数を取得し、次いで主軸回転数からＡ／Ｄ変換器１７においてデジタルデータを取得するためのシャッター速度を決定する（ＳＴＥＰ７）。次いで撮像条件判断・調整指令部２７は、主軸５の回転数の調整が必要か否かを判定する（ＳＴＥＰ８）。回転数の調整が必要であれば、主軸制御手段２８に調整指令を出して（ＳＴＥＰ９）、主軸５の回転数を調整し、ＳＴＥＰ２に戻る。一方、回転数の調整が不要であれば、撮像条件判断・調整指令部２７は、その回転数に適合した適正シャッター速度を算定し（ＳＴＥＰ１０）、シャッター制御手段３２へ調整指令を出し（ＳＴＥＰ１１）、Ａ／Ｄ変換器１７においてデジタルデータを取得するためのシャッター速度を変え、ＳＴＥＰ２に戻る。

上述のＳＴＥＰ５においてコントラスト値を取得する際、撮像環境・条件検出部２５は、適正コントラスト値記憶手段２６と画像前処理部２０からの処理信号とを比較してコントラスト判定をした結果をコントラスト値として、撮像環境・条件を示す信号として、撮像条件判断・調整指令部２７に送り、撮像条件判断・調整指令部２７はコントラスト値が適正値にあるか否か判定を行う（ＳＴＥＰ１２）。コントラスト値が適正値にあれば、好ましい撮像環境にあるとして、撮像環境を調整する手順を終了する。一方、コントラスト値が適正値になければ、撮像条件判断・調整指令部２７は照明の調整が必要か否かを判定する（ＳＴＥＰ１３）。
ＳＴＥＰ１３において、照明の調整が必要であると判定がなされると、撮像条件判断・調整指令部２７は、適正な照明強度の算定を行い（ＳＴＥＰ１４）、照明調整手段３１に調整指令を出して（ＳＴＥＰ１５）光源Ｌの調整を行い、ＳＴＥＰ２に戻る。一方、照明の調整が必要ないと判定した場合は、撮像条件判断・調整指令部２７は、撮像条件判断・調整指令部２７は、適正絞り値の算定を行い（ＳＴＥＰ１６）、絞り制御手段３３に調整指令信号を与えることで（ＳＴＥＰ１７）、デジタルデータの変換範囲を変え、ＳＴＥＰ２に戻る。

そして、上述のＳＴＥＰ６において、エッジ度合いを取得する際、撮像条件判断・調整指令部２７は、撮像環境・条件検出部２５からエッジ度合いにかかる信号を撮像環境・条件を示す信号として取り込み、そのエッジ度合い、すなわち、工具Ｔ画像の輪郭が鮮明であるかを判定するために適正値にあるか否かで判定を行なう（ＳＴＥＰ１８）。エッジ度合いが適正値にあれば、好ましい撮像環境にあるとして、撮像条件判断・調整指令部２７は撮像条件としてのエッジ度合いを調整する手順を終了する。一方、エッジ度合いが適正値になければ、ＳＴＥＰ１３に戻り、撮像条件判断・調整指令部２７は、照明の調整が必要か否かを判定する。

以上、説明した撮像環境を調整する手順を、一つ一つ撮像環境・条件を示す信号として取り込み、撮像条件判断・調整指令を、測定動作と並行して繰り返し実行されることで、撮像式工具測定装置１０を常時、高精度、且つ高信頼性の測定に寄与することができ、自動化に対応した高精度、高信頼性の撮像式工具測定装置、方法を提供することができる。
なお、上述の撮像環境を調整する手順は一例であり、その他、工作機械の機能、仕様に応じて、適宜、撮像環境を調整する手順を設定できるのは勿論である。また、本実施形態では、ハーフミラー１８により分離された画像を用いてＳＫＩＰ信号を生成させたが、ハーフミラー１８を用いずに、撮像素子１６で取得した画像を用いてＳＫＩＰ信号を生成させてもよい。

１ ＮＣ工作機械
２ ベース
３ テーブル
４ コラム
５ 主軸
１０ 撮像式工具測定装置
１１ ハウジング
１２ 撮像部
１３ 信号処理・制御部
１４ コンデンサーレンズ
１５ 撮像レンズ群
１６ 撮像素子
１７ Ａ／Ｄ変換器
１８ ハーフミラー
２０ 画像前処理部
２１ 画像表示手段
２２ フレームメモリ
２３ 視野汚れ検出部
２４ 工具測定・演算部
２５ 撮像環境・条件検出部
２６ 適正コントラスト値記憶手段
２７ 撮像条件判断・調整指令部
２８ 主軸制御手段
２９ 主軸回転数検出手段
３０ 適正露光値記憶手段
３１ 照明調整手段
３２ シャッター制御手段
３３ 絞り制御手段
３４ 測定対象の位置変更手段
３５ エアーブロー制御手段
３６ 撮像環境記憶手段
Ｔ 工具

Claims (2)

1. 工具を撮像する撮像部と、該撮像部からの撮像信号を画像処理する信号処理・制御部とを有し、前記工具の寸法を測定する撮像式工具測定装置において、
   前記信号処理・制御部は、前記撮像部からの撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号に基づいて画像のコントラスト、エッジの鮮明度、露光値、主軸の回転数の少なくとも一つである撮像環境・条件を検出する撮像環境・条件検出部と、
   前記撮像環境・条件検出部が検出した撮像環境・条件と撮像環境清浄時に予め検出し記憶した撮像環境・条件とを比較することで撮像環境の変化を判断し、照明輝度、シャッター速度、サンプリング時間の適正値、及び主軸回転数の少なくとも一つである撮像条件の調整指令信号を導出する撮像条件判断・調整指令部と、
   前記撮像条件判断・調整指令部からの調整指令信号により、前記撮像条件を調整する調整手段と、
   前記撮像部からの撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号を画像の記憶制御により逐次書き込まれるメモリと、
   前記撮像部の撮像レンズ面及び照明部に汚れのない撮像環境清浄時に撮像対象である工具がない撮像視野のみの撮像画像を予め記憶し、その後の測定による使用を経て、該測定後の撮像視野のみの撮像画像を検出し、前記撮像環境清浄時の撮像視野のみの撮像画像と前記測定後の撮像視野のみの撮像画像との差分画像を撮像レンズ面及び照明部の汚れ付着として検出する視野汚れ検出部と、
   前記メモリからのデータと前記視野汚れ検出部からのデータとを読み出し、前記メモリのデータから前記視野汚れ検出部のデータを除去して、工具の輪郭、形状、刃先位置、工具径または工具の振れを演算する工具測定・演算部と、
   を具備することを特徴とする撮像式工具測定装置。
2. 撮像部からの工具の撮像信号を画像処理して工具の寸法を測定する撮像式工具測定方法において、
   前記工具の撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号に基づいて画像のコントラスト、エッジの鮮明度、露光値、主軸の回転数の少なくとも一つである撮像環境・条件を検出し、
   前記検出した撮像環境・条件と撮像環境清浄時に予め検出し記憶した撮像環境・条件とを比較することで撮像環境の変化を判断し、照明輝度、シャッター速度、サンプリング時間の適正値、及び主軸回転数の少なくとも一つである撮像条件の調整指令信号を導出し、
   該調整指令信号により、前記撮像条件を調整し、
   前記撮像部からの撮像信号、または前記撮像信号を画像処理した信号を画像の記憶制御によりメモリに逐次書き込み、
   前記撮像部の撮像レンズ面及び照明部に汚れのない撮像環境清浄時に撮像対象である工具がない撮像視野のみの撮像画像を予め記憶し、その後の測定による使用を経て、該測定後の撮像視野のみの撮像画像を検出し、前記撮像環境清浄時の撮像視野のみの撮像画像と前記測定後の撮像視野のみの撮像画像との差分画像を撮像レンズ面及び照明部の汚れ付着として検出し、
   前記メモリのデータから前記差分画像のデータを除去して、工具の輪郭、形状、刃先位置、工具径または工具の振れを演算することを特徴とする撮像式工具測定方法。

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