JP6147389B2

JP6147389B2 - 工具寸法の測定装置

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Publication number: JP6147389B2
Application number: JP2016076180A
Authority: JP
Inventors: 倉橋　康浩; 康浩倉橋
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2016-04-05
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2030-10-27
Also published as: JP2016166877A

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。

特許第３８８０１１０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、光源から照射された光によって画像上で工具の影が形成される。この影の輪郭の特定によって工具の寸法が測定される。しかしながら、例えば撮像の視野より大きな径の工具がＮＣ工作機械で用いられる場合、撮像された画像上では工具刃先の一部の輪郭しか特定されない。この場合、工具の寸法を測定することは不可能である。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、撮像装置の視野より大きな径の工具であっても工具の寸法を測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、前記撮像装置によって前記工具の輪郭の一部を撮像した画像データに基づき前記工具の部分輪郭を特定し、構成する各画素の座標値を特定し、予め関連付けられた基準座標系の座標値に変換し、基準座標系で部分輪郭の座標値を特定する工程と、部分輪郭線を構成する画素の座標値に基づいて特定した前記部分輪郭の前記撮像装置の視野内での接線を算出し、該接線の方向を前記画像データの視野外の前記工具の輪郭の方向に前記撮像装置の視野を移動させる移動方向として決定する工程と、決定した前記視野の移動方向に前記撮像装置の視野が移動するように前記撮像装置と前記工具とを相対移動させる移動指令を工作機械の制御装置に出力する工程と、前記部分輪郭の特定、前記視野の移動方向の決定、並びに前記撮像装置と前記工具との相対移動の移動指令の出力の各工程を順次繰り返して得た複数の前記画像データ及び基準座標系の座標値で特定できる座標値データの各々に基づき特定した前記部分輪郭を相互に結合して、前記工具の結合輪郭を抽出する工程とを備え、前記工具の結合輪郭を用いて前記工具の寸法を測定する工具寸法の測定方法が提供される。

また、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、前記工具を撮像して画像データを生成する撮像装置と、生成した前記画像データに基づき前記工具の輪郭の一部を形成する部分輪郭を特定し、構成する各画素の座標値を特定し、予め関連付けられた基準座標系の座標値に変換し、基準座標系で部分輪郭の座標値を特定し、特定した前記部分輪郭の前記撮像装置の視野内での接線を算出し、該接線の方向を前記画像データの視野外の前記工具の輪郭の方向に前記撮像装置の視野を移動させる移動方向として決定し、決定した前記視野の移動方向に前記撮像装置の視野が移動するように前記撮像装置と前記工具とを相対移動させる移動指令を工作機械の制御装置に出力し、前記部分輪郭の特定、前記視野の移動方向の決定、並びに前記撮像装置と前記工具との相対移動の移動指令の出力の各工程を順次繰り返して得た複数の前記画像データ及び基準座標系の座標値で特定できる座標値データの各々に基づき特定した前記部分輪郭を相互に結合して、前記工具の結合輪郭を抽出する演算装置とを備え、前記工具の結合輪郭を用いて前記工具の寸法を測定する工具寸法の測定装置が提供される。

工具寸法の測定装置は、前記画像データに基づき特定される前記工具の寸法を表示する表示装置と、前記表示装置上で前記工具の寸法に対して所定の指示を入力する入力装置と、をさらに備える。

本発明によれば、撮像装置の視野より大きな径の工具であっても工具の寸法を測定することができる工具寸法の測定方法及び測定装置が提供されることが可能である。

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。一具体例に係る画像データを示す図である。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。他の具体例に係る画像データを示す図である。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。さらに他の具体例に係る画像データを示す図である。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。さらに他の具体例に係る画像データを示す図である。

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。

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。これらの直線送り機構によってテーブルベース１６と主軸頭１８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。

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。

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頭１８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は例えば基準座標系のＹＺ平面内でテーブルベース１６に対して相対移動することが可能である。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。レンズユニット３４は、例えば複数枚のレンズを備えており、レンズの駆動に基づき光学ズームによるズームイン及びズームアウトを実行する。

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、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寸法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寸法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２０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の工具２０の寸法を測定する方法を説明する。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の間の所定の基準位置に工具２０の刃先部分が進入するように主軸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。ここで、基準位置とは、視野の中に予め設けられた、工具２０の進入動作の停止を指示する基準となる位置のことである。

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。こうして基準位置の撮像装置３３の画像の視野内には工具２０の輪郭の一部が特定される。

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（シルエット）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、基準位置の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の一部の輪郭が特定される。

図３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。フレームメモリ４３から読み出された基準位置の画像データに対して、ステップＳ１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Ｖ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Ｓ２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部分輪郭線５１を特定する。

前述のように、撮像装置３３の視野内にはｘｙ直交２軸の視野座標系が設定されることから、部分輪郭線５１を構成する各画素の座標値が特定される。視野座標系の座標値は工作機械１０の基準座標系に例えばキャリブレーションで予め関連付けられており、視野座標系の座標値は基準座標系の座標値に変換される。こうして基準座標系で部分輪郭線５１の座標値が特定される。特定された部分輪郭線５１の画像データはフレームメモリ４３に格納される。部分輪郭線５１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。

その後、ステップＳ３で、演算装置４２は部分輪郭線５１の接線５２を算出する。接線５２は、部分輪郭線５１上の座標値で例えば視野Ｖ内のｘ軸方向の中間位置の座標値を示す中間点で算出される。算出にあたって、例えば部分輪郭線５１を構成する画素の座標値に基づいて部分輪郭線５１を特定する数式が導き出される。この数式の微分に基づき接線５２が算出される。また、数式の微分に代えて、部分輪郭線５１を構成する任意の２点（例えば前述の中間点を含む）の画素から導き出される傾きから接線５２が算出されてもよい。

こうして算出された接線５２に基づき、演算装置４２は、ステップＳ４で、画像装置３３の視野の移動方向５３を決定する。具体的には、接線５２で特定される正逆２方向が、この画像データの視野Ｖの視野外の輪郭線５４の方向として推定される。ここでは、演算装置４２は、接線５２で特定される正逆２方向のうちの１方向（例えば右上方向）を撮像装置３３の視野Ｖを移動させる移動方向５３として設定する。演算装置４２は、ステップＳ５で、移動方向５３で特定される方向に視野Ｖを移動させる。演算装置４２は、移動方向５３に応じて工具２０及び撮像装置３３を相対移動させる移動信号を制御装置３７に出力する。移動信号を受け取った制御装置３７は、工具２０及び撮像装置３３を相対移動させるべく撮像装置３３を移動させる。ここでは、撮像装置３３はＹＺ平面内で移動させられる。撮像装置３３の視野Ｖは移動方向５３に沿って移動を開始する。

撮像装置３３及び工具２０が相対移動を開始した後、演算装置４２は１フレームごとの画像データに基づきステップＳ１〜ステップＳ５の処理を繰り返す。その結果、１フレームごとに視野Ｖの移動方向５３が決定される。こうして、例えば図４に概念的に示されるように、各フレームごとに工具２０の部分輪郭線５１が特定されていく。前述の接線５２に沿った一方の方向の複数の部分輪郭線５１が所望の範囲にわたって特定されると、撮像装置３３は最初の撮像位置に戻される。演算装置４２は、接線５２に沿った他方の方向（すなわち左下方向）に視野Ｖの移動方向５３を設定する。この移動方向５３に応じて工具２０及び撮像装置３３は相対移動する。こうして他方の方向における工具２０の所望の範囲の複数の部分輪郭線５１が特定される。なお、部分輪郭線５１は工具２０全体にわたって特定される必要はない。ここでは、工具２０はボールエンドミルであることから、部分輪郭線５１の特定はボールエンドミルのシャンクすなわち平行部分の輪郭線の一部が特定されるまで実行されればよい。

演算装置４２は、特定したすべての部分輪郭線５１の画像データ及び座標値データをフレームメモリ４３から読み出して、すべての部分輪郭線５１を相互に結合して結合輪郭線５５を形成する。結合にあたって例えば個々の部分輪郭線５１の座標値データが用いられればよい。前述の通り、座標値データは基準座標系の座標値で特定される。こうして、図５から明らかなように、工具２０の結合輪郭線５５が抽出される。抽出された結合輪郭線５５に基づき演算装置４２は例えば工具２０の刃先位置や工具径などを測定する。測定にあたって基準座標系の座標値が参照される。なお、結合輪郭線５５や測定の結果は、例えば表示装置４４の表示画面上に表示されてもよい。このとき、使用者が入力装置４５を用いて表示画面上で工具２０の特定の位置を指定して入力することにより、使用者が任意に工具２０の測定位置を指定してもよい。

以上のように、第１実施形態に係る工作機械１０によれば、撮像装置３３の画像の視野Ｖ内に工具２０全体の輪郭が収まらない場合（例えば０．６ｍｍ四方の視野で直径２０ｍｍのボールエンドミルを撮像する場合）、撮像装置３３及び工具２０の相対移動によって撮像装置３３の視野Ｖは移動する。しかも、画像データから特定された部分輪郭線５１に基づき１つの画像データの視野外の輪郭線５４の方向に視野Ｖを移動させる移動方向５３が決定されることから、撮像装置３３は、視野Ｖの移動によって工具２０の輪郭線を辿ることができる。こうして、撮像装置３３の視野Ｖよりも大きな寸法の工具２０の測定に際しても例えば所望の範囲にわたる複数の部分輪郭線５１が特定される。例えば特定された複数の部分輪郭線５１が結合されれば、工具２０の所望の範囲の結合輪郭線５５が抽出される。その結果、結合輪郭線５５を用いて工具２０の寸法が測定されることが可能である。

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。この実施形態では、前述のステップＳ１、Ｓ２と同様に、フレームメモリ４３に格納された画像データが読み出され、ステップＴ１で工具２０の輪郭のエッジが検出され、ステップＴ２で、連続した複数の暗の画素から部分輪郭線５１が特定される。次に、ステップＴ３で、演算装置４２は部分輪郭線５１の回帰曲線Ｙ＝Ｆ（Ｘ）を算出する。回帰曲線の算出にあたって視野座標系における画素の座標値が参照されればよい。次に、ステップＴ４で、記憶装置４１に格納された工具寸法データすなわち回帰曲線Ｙ１＝ｆ₁（Ｘ）、Ｙ２＝ｆ₂（Ｘ）〜Ｙｎ−１＝ｆ_n-1（Ｘ）、Ｙｎ＝ｆ_n（Ｘ）を参照して、算出された回帰曲線と一致する回帰曲線が検索される。なお、工具寸法データは、様々な工具２０ごとに予め測定された工具２０の輪郭線の回帰曲線である。

算出された回帰曲線Ｙ＝Ｆ（Ｘ）に一致する回帰曲線Ｙｎ＝ｆ_n（Ｘ）が特定されると、ステップＴ５で演算装置４２は、例えば図６に示されるように、一致した回帰曲線Ｙｎ＝ｆ_n（Ｘ）を画像データ上の回帰曲線Ｙ＝Ｆ（Ｘ）に重ね合わせる。次に、ステップＴ６で演算装置４２は、一致した回帰曲線Ｙｎ＝ｆ_n（Ｘ）のＹ切片などの実値を特定して視野座標系の座標値に変換する。こうしてこの画像データの視野外の輪郭線５４の方向が特定される。ステップＴ７で、演算装置４２は、特定された輪郭線５４の方向に基づき画像装置３３の視野Ｖの移動方向５３を決定する。決定にあたって、演算装置４２は、回帰曲線Ｙｎ＝ｆ_n（Ｘ）で特定される視野外の輪郭線５４に沿った正逆２方向のうちの例えば１方向を移動方向５３として特定する。演算装置４２は、ステップＴ８で、特定された移動方向５３に視野Ｖを移動させる。ここでは、視野Ｖ上で例えば右上の方向が選択される。

前述と同様に、演算装置４２から出力される移動信号に基づき、撮像装置３３の視野Ｖは移動方向５３に移動する。演算装置４２は１フレームごとにステップＴ１〜ステップＴ８の処理を繰り返す。従って、１フレームごとに撮像装置３３の視野Ｖの移動方向５３が決定される。前述の輪郭線５４の一方の方向の部分輪郭線５１が所望の範囲にわたって特定されると、演算装置４２は、輪郭線５４の他方の方向（例えば視野Ｖの左方向）に視野を移動させるべく撮像装置３３を最初の撮像位置に戻す。演算装置４２は、他方の方向に視野Ｖの移動方向５３を設定する。この移動方向５３に応じて工具２０及び撮像装置３３は相対移動する。こうして他方の方向における工具２０の所望の範囲の複数の部分輪郭線５１が特定される。その後は前述と同様の処理が実行される。なお、視野Ｖの移動方向５３の決定にあたって撮像装置３３の視野Ｖ内において工具２０の影が占める占有面積が用いられてもよい。

図７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。この実施形態では、前述のステップＳ１、Ｓ２と同様に、フレームメモリ４３に格納された画像データが読み出され、ステップＵ１で工具２０の輪郭のエッジが検出される。ステップＵ２で、連続した複数の暗の画素から部分輪郭線５１が特定される。その後、ステップＵ３で、演算装置４２は、撮像装置３３にズームアウトを実行させる指令信号を制御装置３７に出力する。制御装置３７はレンズユニット３４の駆動に基づきズームアウトを実行する。その結果、図８に示されるように、撮像装置３３の視野Ｖが拡大する。

ステップＵ４で、演算装置４２は、視野の拡大した画像データに基づき部分輪郭線５１を除く工具２０の概略輪郭線５６を特定する。特定にあたって前述の部分輪郭線５１を特定する際の手法が用いられる。演算装置４２は、ステップＵ５で、特定した概略輪郭線５６に基づき演算装置４２は画像装置３３の視野Ｖの移動方向５３を決定する。決定にあたって、演算装置４２は、概略輪郭線５６で特定される正逆２方向のうちの一方の方向を、工具２０と撮像装置３３とを相対移動させる移動方向５３として設定する。ここでは、例えば特定された概略輪郭線５６の長さに基づき、次にズームアウトする時までの工具２０と撮像装置３３との相対移動の距離が特定されればよい。

演算装置４２は、ステップＵ６で、指令信号の出力に基づき、前述の最初に部分輪郭線５１を特定した視野Ｖの大きさまで撮像装置３３をズームインさせる。その後、演算装置４２は、ステップＵ７で、概略輪郭線５６で特定されるいずれかの方向に視野Ｖを移動させる。ここでは、視野Ｖ上で例えば右上の方向の移動方向５３が選択される。演算装置４２は、工具２０と撮像装置３３とを相対移動させる移動信号を撮像装置３３に出力する。こうして前述と同様に、工具２０及び撮像装置３３は相対移動する。相対移動中、演算装置４２は、フレームメモリ４３から読み出される画像データに基づき各フレームごとに部分輪郭線５１を特定していく。

最初に特定された相対移動の距離を工具２０が移動する間、ステップＵ８で、部分輪郭線５１の特定が繰り返される。その後、相対移動の距離を工具２０が移動し終わると、演算装置４２はステップＵ３〜Ｕ８の処理を繰り返す。前述の輪郭線５３の一方の方向の複数の部分輪郭線５１が所望の範囲にわたって特定されると、演算装置４２は、最初に特定された概略輪郭線５６で特定される２方向のうちの他方の方向（すなわち左方向）に視野Ｖを移動させるべく撮像装置３３を最初の撮像位置まで戻す。演算装置４２は、他方の方向に視野Ｖの移動方向５３を設定する。この移動方向５３に応じて工具２０及び撮像装置３３は相対移動する。こうして工具２０の所望の範囲にわたって複数の部分輪郭線５１が特定される。その後は前述と同様の処理が実行される。

本実施形態に係る工作機械１０によれば、撮像装置３３の画像の視野Ｖ内に工具２０の輪郭の全体が収まらない場合、撮像装置３３及び工具２０の相対移動によって画像の視野Ｖは移動する。移動に先立って、ズームアウトによって最初の画像の視野Ｖに比べて視野が拡大することから、視野外の輪郭線５３の方向が確実に認識されることが可能である。その結果、撮像装置３３は、視野Ｖの移動によって輪郭線５３を辿ることができる。しかも、ズームインによって最初の画像の視野Ｖが再び実現されることから、工具２０の部分輪郭線５１を高精度に特定することができる。こうして特定された複数の部分輪郭線５１が結合されれば、工具２０の所望の範囲の結合輪郭線５５が抽出される。その結果、結合輪郭線５５を用いて工具２０の寸法が測定されることが可能である。

なお、第２実施形態に係る工具寸法の測定方法では、画像データ内の画素数は一定である一方でズームアウトによって視野Ｖが拡大することから、各画素で特定される撮像範囲が拡大される。従って、ズームアウト時に撮像される工具２０の概略輪郭線５６は工具２０の形状を概略的に特定するに過ぎない。従って、工具２０の輪郭の高精度の抽出にあたって概略輪郭線５６を用いることは得策ではないと考えられる。

その他、ズームアウト時の画像が例えば表示装置４４の表示画面に表示されてもよい。使用者は、例えば入力装置４５を用いて表示画面上で視野Ｖの移動方向５３を具体的に特定すべく指示を入力してもよい。このとき、演算装置４２は、入力装置４５によって入力された指示に応じて視野Ｖの移動方向５３を特定すればよい。その他、上述の実施形態では、レンズユニット３４の駆動に基づき光学ズームによって撮像装置３３のズームイン及びズームアウトが実現されたものの、例えばデジタルズームによってズームイン及びズームアウトが実現されてもよい。

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。また、工作機械１０では、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。その他、撮像装置３３と工具２０との相対移動の実現にあたって撮像装置３３に対して工具２０が移動してもよい。

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
４４表示装置
４５入力装置
５１部分輪郭線（部分輪郭）
５３移動方向
５４輪郭線（輪郭）
５５結合輪郭線（結合輪郭）
５６概略輪郭線（概略輪郭）

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、
前記撮像装置によって前記工具の輪郭の一部を撮像した画像データに基づき前記工具の部分輪郭を特定し、構成する各画素の座標値を特定し、予め関連付けられた基準座標系の座標値に変換し、基準座標系で部分輪郭の座標値を特定する工程と、
部分輪郭線を構成する画素の座標値に基づいて特定した前記部分輪郭の前記撮像装置の視野内での接線を算出し、該接線の方向を前記画像データの視野外の前記工具の輪郭の方向に前記撮像装置の視野を移動させる移動方向として決定する工程と、
決定した前記視野の移動方向に前記撮像装置の視野が移動するように前記撮像装置と前記工具とを相対移動させる移動指令を工作機械の制御装置に出力する工程と、
前記部分輪郭の特定、前記視野の移動方向の決定、並びに前記撮像装置と前記工具との相対移動の移動指令の出力の各工程を順次繰り返して得た複数の前記画像データ及び基準座標系の座標値で特定できる座標値データの各々に基づき特定した前記部分輪郭を相互に結合して、前記工具の結合輪郭を抽出する工程と、
を備え、前記工具の結合輪郭を用いて前記工具の寸法を測定することを特徴と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、
前記工具を撮像して画像データを生成する撮像装置と、
生成した前記画像データに基づき前記工具の輪郭の一部を形成する部分輪郭を特定し、構成する各画素の座標値を特定し、予め関連付けられた基準座標系の座標値に変換し、基準座標系で部分輪郭の座標値を特定し、特定した前記部分輪郭の前記撮像装置の視野内での接線を算出し、該接線の方向を前記画像データの視野外の前記工具の輪郭の方向に前記撮像装置の視野を移動させる移動方向として決定し、決定した前記視野の移動方向に前記撮像装置の視野が移動するように前記撮像装置と前記工具とを相対移動させる移動指令を工作機械の制御装置に出力し、前記部分輪郭の特定、前記視野の移動方向の決定、並びに前記撮像装置と前記工具との相対移動の移動指令の出力の各工程を順次繰り返して得た複数の前記画像データ及び基準座標系の座標値で特定できる座標値データの各々に基づき特定した前記部分輪郭を相互に結合して、前記工具の結合輪郭を抽出する演算装置と、
を備え、前記工具の結合輪郭を用いて前記工具の寸法を測定することを特徴とする工具寸法の測定装置。
請求項２に記載の工具寸法の測定装置において、前記画像データに基づき特定される前記工具の形状を表示する表示装置と、前記表示装置上で前記工具の形状に対して所定の指示を入力する入力装置と、をさらに備える工具寸法の測定装置。