JP6709316B1

JP6709316B1 - 測定装置

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Publication number: JP6709316B1
Application number: JP2019131240A
Authority: JP
Inventors: 成弘入野; 昌広下池
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2039-07-16
Also published as: EP3974105A4; WO2021010305A1; CN114025913B; CN114025913A; EP3974105A1; US20220244037A1; JP2021014001A; US11953307B2

Abstract

【課題】工具取付部とワーク取付部との相対運動を測定できる測定装置を提供する。【解決手段】測定装置１００は、工作機械１５０の工具取付部１１０またはワーク取付部１２０に取り付けられ、同一直線上にない第１位置１１１、第２位置１１２および第３位置１１３で撮像可能な撮像素子を備えた撮像部１０１と、工具取付部またはワーク取付部の相対位置を変えずに、ＸＹ平面、ＸＺ平面およびＹＺ平面の少なくとも１つの平面に配置された第１点１２１、第２点１２２、第３点１２３をそれぞれ第１位置、第２位置、第３位置の撮像素子で撮像させ、前記相対位置を変えて、第１点を第２位置および第３位置の撮像素子で撮像させ、第２点を第１位置および第３位置の撮像素子で撮像させ、第３点を第１位置および第２位置の撮像素子で撮像させる撮像制御部１０２と、撮像結果に基づき、工具取付部とワーク取付部との平面的な相対運動を測定する算出部１０３と、を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、測定装置に関する。

上記技術分野において、特許文献１には、撮像部で撮像した画像から検出したワークの特徴点の位置と基準点画像位置とを比較してズレ量を算出し、ズレ量がゼロになるような補正量を作成する技術が開示されている。

特開２０１６−１４７３４６号公報

しかしながら、上記文献に記載の技術では、工具取付部とワーク取付部との相対運動を測定できなかった。

本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る測定装置は、
工作機械の工具取付部とワーク取付部との平面的な相対運動を測定する測定装置であって、
前記工具取付部または前記ワーク取付部に取り付けられた状態で、同一直線上にない第１位置、第２位置および第３位置で撮像可能な少なくとも１つの撮像素子を備えた撮像部であって、前記第１位置、前記第２位置および前記第３位置のどの１つも他の２つを通る直線上になく、
前記撮像部が取り付けられた前記工具取付部または前記ワーク取付部の相対位置を変えずに、ＸＹ平面、ＸＺ平面およびＹＺ平面の少なくとも１つの平面に配置された第１点、第２点、第３点をそれぞれ前記第１位置、前記第２位置、前記第３位置の前記撮像素子で撮像させ、
前記工具取付部または前記ワーク取付部の相対位置を変えて、前記第１点を前記第２位置の撮像素子および前記第３位置の撮像素子で撮像させ、前記第２点を前記第１位置の撮像素子および前記第３位置の撮像素子で撮像させ、前記第３点を前記第１位置の撮像素子および前記第２位置の撮像素子で撮像させる撮像制御部と、
前記撮像部での撮像結果に基づいて、前記工具取付部と前記ワーク取付部との平面的な相対運動を示す値を算出する算出部と、
を備えた。

上記目的を達成するため、本発明に係る測定装置は、
工具を取り付ける工具取付部と、
ワークを取りつけるワーク取付部と、
前記工具取付部または前記ワーク取付部に取り付けられた状態で、どの１つも他の２つを通る直線上にない、第１位置、第２位置および第３位置で撮像可能な少なくとも１つの撮像素子を備えた撮像部と、
測定用プログラムに従って前記撮像部が取り付けられた前記工具取付部または前記ワーク取付部の相対位置を変えずに、ＸＹ平面、ＸＺ平面およびＹＺ平面の少なくとも１つの平面に配置された第１点、第２点、第３点をそれぞれ前記第１位置、前記第２位置、前記第３位置の前記撮像素子で撮像させ、前記工具取付部または前記ワーク取付部の相対位置を変えて、前記第１点を前記第２位置の撮像素子および前記第３位置の撮像素子で撮像させ、前記第２点を前記第１位置の撮像素子および前記第３位置の撮像素子で撮像させ、前記第３点を前記第１位置の撮像素子および前記第２位置の撮像素子で撮像させる撮像制御部と、
前記撮像部での撮像結果に基づいて、前記工具取付部と前記ワーク取付部との平面的な相対運動を示す値を算出する算出部と、
を備えた工作機械における、前記工具取付部と前記ワーク取付部との平面的な相対運動を測定する測定装置であって、
前記測定用プログラムを記憶する記憶部と、
前記測定用プログラムを前記工作機械に送信する送信部と、
前記算出部において算出された値を表示する表示部と、
を備えた。

本発明によれば、工具取付部とワーク取付部との相対運動を測定できる。

本発明の第１実施形態に係る測定装置の構成を説明するためのブロック図である。本発明の第２実施形態に係る測定装置の構成の概略を説明するための図である。本発明の第２実施形態に係る測定装置の構成を説明するためのブロック図である。本発明の第２実施形態に係る測定装置の撮像部を説明するための底面側から見た斜視図である。本発明の第２実施形態に係る測定装置の撮像部を説明するための底面図である。本発明の第３実施形態に係る測定装置の構成を説明するためのブロック図である。本発明の第４実施形態に係る測定装置の構成を説明するためのブロック図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して、例示的に詳しく説明記載する。ただし、以下の実施の形態に記載されている、構成、数値、処理の流れ、機能要素などは一例に過ぎず、その変形や変更は自由であって、本発明の技術範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての測定装置１００について、図１を用いて説明する。測定装置１００は、工作機械１５０の工具取付部１１０とワーク取付部１２０との平面的な相対運動を測定する装置である。

図１に示すように、測定装置１００は、撮像部１０１、撮像制御部１０２および算出部１０３を含む。撮像部１０１は、工具取付部１１０またはワーク取付部１２０に取り付けられた状態で、同一直線上にない第１位置１１１、第２位置１１２および第３位置１１３で撮像可能な少なくとも１つの撮像素子を備えた。第１位置１１１、第２位置１１２および第３位置１１３のどの１つも他の２つを通る直線上にない。

撮像制御部１０２は、撮像部１０１が取り付けられた工具取付部１１０またはワーク取付部１２０の相対位置を変えずに、ＸＹ平面、ＸＺ平面およびＹＺ平面の少なくとも１つの平面に配置された第１点１２１、第２点１２２、第３点１２３をそれぞれ第１位置１１１、第２位置１１２、第３位置１１３の撮像素子で撮像させる。撮像制御部１０２は、工具取付部１１０またはワーク取付部１２０の相対位置を変えて、第１点１２１を第２位置１１２の撮像素子および第３位置１１３の撮像素子で撮像させ、第２点１２２を第１位置１１１の撮像素子および第３位置１１３の撮像素子で撮像させ、第３点１２３を第１位置１１１の撮像素子および第２位置１１２の撮像素子で撮像させる。算出部１０３は、撮像部１０１での撮像結果に基づいて、工具取付部１１０とワーク取付部１２０との平面的な相対運動を示す値を算出する。

本実施形態によれば、第１位置、第２位置および第３位置のどの１つも他の２つを通る直線上にない位置において撮像素子により平面上の点を撮像するので、工具取付部とワーク取付部との平面的な相対運動を精度よく測定することができる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る測定装置について、図２乃至図４Ｂを用いて説明する。図２は、本実施形態に係る測定装置の概略を説明するための図である。測定装置２００は、工作機械２５０の工具取付部２１０とワーク取付部２２０との平面的な相対運動を測定する。測定装置２００は、撮像部２０１を有する。測定装置２００は、撮像部２０１での撮像結果に基づいて、工具取付部２１０とワーク取付部２２０との平面的な相対運動を示す値を算出する。なお、同図においては、ワーク取付部２２０の上部に透明なガラス板２２１が配置された例を示している。ガラス板２２１には、格子線（不図示）が描かれており、測定装置２００は、撮像部２０１によりガラス板２２１上の所定の位置、例えば、格子点を撮像することにより相対運動を測定する。

図３は、本実施形態に係る測定装置２００の構成を説明するためのブロック図である。測定装置２００は、撮像部２０１、撮像制御部３０２および算出部３０３を有する。撮像部２０１は、工具取付部２１０またはワーク取付部２２０に取り付けられた状態で、同一直線上にない第１位置、第２位置、第３位置で撮像可能な少なくとも１つの撮像素子を有している。なお、ここでは、撮像部２０１が、工具取付部２１０に取り付けられた例を示している。撮像部２０１は、少なくとも１つの撮像素子として、３つのカメラ３１１，３１２，３１３を有する。測定装置２００は、撮像部２０１、撮像制御部３０２および算出部３０３で１つのユニットとなっている。これにより、既存の工作機械２５０であっても、本実施形態の測定装置２００を工作機械２５０に取り付ければ、測定装置２００を利用することができる。また、予め工作機械２５０に測定装置２００を組み込んでおいてもよい。なお、工具主軸２１０は、不図示の主軸制御部により制御される。主軸制御部は、撮像制御部３０２からの指令に基づいて主軸を制御する。工具主軸２１０の動作は、撮像部２０１の動作に同期するように制御される。また、ここでは、少なくとも１つの撮像素子として、３つのカメラ３１１，３１２，３１３を有する例で説明をしたが、カメラの数は２つであっても、４つ以上であってもよい。

ここで、図４Ａおよび図４Ｂを参照して、３つのカメラ３１１，３１２，３１３の配置位置について説明する。図４Ａは、本実施形態に係る測定装置の撮像部を説明するための底面側から見た斜視図である。図４Ｂは、本実施形態に係る測定装置の撮像部を説明するための底面図である。

３つのカメラ３１１，３１２，３１３は、Ｌ字型に配置されている。このような配置とすることにより、３つのカメラの配置位置が、３つのカメラのどの１つのカメラも他の２つのカメラを通る直線上にないこととなる。例えば、カメラ３１１が第１位置、カメラ３１２が第２位置、カメラ３１３が第３位置に配置されている。カメラ３１１，３１２，３１３は、それぞれ第１位置、第２位置、第３位置で撮像可能である。なお、カメラ３１１，３１２，３１３の配置位置はここに示した例には限定されない。

ここで、図４Ｂを参照すると、カメラ３１１とカメラ３１２とは直線４０１上に配置されているが、カメラ３１３は、直線４０１上にはない。カメラ３１２とカメラ３１３とは直線４０２上に配置されているが、カメラ３１１は直線４０２上にない。カメラ３１１とカメラ３１３とは直線４０３上に配置されているが、カメラ３１２は、直線４０３上にない。つまり、第１位置、第２位置および第３位置のどの１つも他の２つを通る直線上にない。図４Ｂでは、このような配置の一例として、直角二等辺三角形の各頂点にカメラ３１１〜３１３を配置した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、二等辺三角形の各頂点、正三角形の各頂点、他の三角形の各頂点に１つのカメラが配置されてもよい。このような配置とすることにより、２つの方向、例えば、Ｘ方向とＹ方向とを作れるので、３つのカメラを用いて２つの方向を撮影できる。

撮像制御部３０２は、まず、撮像部２０１が取り付けられた工具取付部２１０とワーク取付部２２０との相対位置を変えずに、ＸＹ平面に配置された第１点３２１、第２点３２２、第３点３２３をそれぞれ、第１位置のカメラ３１１、第２位置のカメラ３１２、第３位置のカメラ３１３で撮像させる。なお、ここでは、ワーク取付部２２０のワーク取付面をＸＹ平面としている。

そして、撮像制御部３０２は、工具取付部２１０を矢印３６０に沿って移動させることにより、工具取付部２１０とワーク取付部２２０との相対位置を変える。つまり、撮像制御部３０２は、第１点３２１の上方にあった工具取付部２１０を矢印に沿って、例えば、第２点３２２の上方の位置まで移動させる。

撮像制御部３０２は、工具取付部２１０の移動が完了したら、その位置で、第１点３２１をカメラ３１２，３１３で、第２点をカメラ３１１，３１３で、第３点をカメラ３１１，３１２で撮像させる。このように、撮像制御部３０２は、工具取付部２１０の位置を変えながら、各点３２１，３２２，３２３を各カメラ３１１，３１２，３１３で撮像させる。

算出部３０３は、撮像部２０１での撮像結果に基づいて、工具取付部２１０とワーク取付部２２０との平面的な相対運動を示す値を算出する。つまり、３つのカメラ３１１，３１２，３１３を用いてワーク取付部２２０の３つの点３２１，３２２，３２３を撮像することで、ずれを検出し、工具取付部２１０とワーク取付部２２０との平面的な相対運動を測定する。

なお、ここでは、第１点３２１、第２点３２２、第３点３２３は、ワーク取付部２２０上の点としたが、第１点３２１、第２点３２２、第３点３２３を表したグリッドを用いてもよい（ガラス板２２１）。グリッドは、例えば、透明なガラスやプラスチック、樹脂などを含む平板に、直交する複数の線を描いて格子状の線とし、交点を第１点３２１、第２点３２２、第３点３２３などとしたものである。なお、グリッドの材質は、ガラスやプラスチック樹脂には限定されず、グリッドは、透明なものにも限定されず、格子状の線は直交するものには限定されない。また、第１点３２１、第２点３２２、第３点３２３は、図示した点には固定されず、工具取付部２１０の移動に伴い変化してもよい。

また、ここでは、ＸＹ平面上の各点３２１，３２２，３２３を撮像することで、工具取付部２１０とワーク取付部２２０との平面的な相対運動を測定したが、例えば、３つのカメラ３１１，３１２，３１３を用いて、ＸＹ平面、ＸＺ平面およびＹＺ平面の少なくとも２つの平面を撮像させることにより空間的な相対運動を測定することができる。

つまり、算出部３０３は、ＸＹ平面、ＸＺ平面およびＹＺ平面の少なくとも２つの平面における撮像結果に基づいて、工具取付部２１０とワーク取付部２２０とのＸＹ平面、ＸＺ平面およびＹＺ平面の少なくとも２つの平面における相対運動を示す値を算出する。これにより、測定装置２００は、工具取付部２１０とワーク取付部２２０との空間精度（ピッチ（Ｘ軸周りの回転角）・ロール（Ｙ軸周りの回転角）・ヨー（Ｚ軸周りの回転角）等）を測定することができる。

本実施形態によれば、３つのカメラを用いて、３つの位置のどの１つも他の２つの位置を通る直線上にない位置で撮像するので、工具取付部とワーク取付部との平面的な相対運動を短時間で、精度高く測定することができる。

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る測定装置について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態に係る測定装置の構成を説明するための図である。本実施形態に係る測定装置は、上記第２実施形態と比べると、カメラが１つである点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

測定装置５００は、少なくとも１つの撮像素子として、１つのカメラ５０１を有する。カメラ５０１は、第１位置５１１、第２位置５１２および第３位置５１３に移動可能となっている。つまり、カメラ５０１は、工作機械５５０の工具取付部２１０の周囲に沿って移動することにより、第１位置５１１、第２位置５１２および第３位置５１３に移動可能となっている。そして、撮像制御部３０２は、カメラ５０１を制御して、各点３２１，３２２，３２３を撮像する。

本実施形態によれば、１つのカメラを用いて、３つの位置のどの１つも他の２つの位置を通る直線上にない位置で撮像するので、低コストで工具取付部とワーク取付部との平面的な相対運動を精度高く測定することができる。

［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態に係る測定装置について、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態に係る測定装置の構成を説明するための図である。本実施形態に係る測定装置は、上記第２実施形態と比べると、工作機械が撮像制御部と算出部とを有し、測定装置が記憶部と送信部と表示部とを有し、測定装置が工作機械の外部にある点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

測定装置６００は、記憶部６０４、送信部６０５および表示部６０６を有する。記憶部６０４は、工作機械の種類や工具の種類、ワークの種類などに応じた様々な測定用プログラムを記憶している。送信部６０５は、測定用プログラムを工作機械６５０に送信する。工作機械６５０は、不図示の受信部において、測定装置６００から送信された測定用プログラムを受信する。測定プログラムは、例えば、工作機械６５０の撮像制御部３０２による制御を記述したプログラムであり、撮像部２０１による撮像タイミングや撮像位置、工具取付部２１０の移動経路や移動速度などが含まれる。工作機械６５０の撮像制御部３０２は、受信した測定用プログラムに従って、撮像部２０１などを制御して撮像を行い、算出部３０３において、工具取付部２１０とワーク取付部２２０との平面的な相対運動を示す値を算出する。算出結果は、測定装置６００へ送信される。測定装置６００は、算出部３０３において算出された値を受信し、表示部６０６が、受信した算出値を表示する。

本実施形態によれば、測定用プログラムを工作機械に送信するので、測定装置と工作機械とが別個の装置であっても、工具取付部とワーク取付部との平面的な相対運動を測定することができる。

［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術的範囲で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の技術的範囲に含まれる。

また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に供給され、内蔵されたプロセッサによって実行される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、プログラムを実行するプロセッサも本発明の技術的範囲に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の技術的範囲に含まれる。

Claims

工作機械の工具取付部とワーク取付部との平面的な相対運動を測定する測定装置であって、
前記工具取付部または前記ワーク取付部に取り付けられた状態で、同一直線上にない第１位置、第２位置および第３位置で撮像可能な少なくとも１つの撮像素子を備えた撮像部であって、前記第１位置、前記第２位置および前記第３位置のどの１つも他の２つを通る直線上になく、
前記撮像部が取り付けられた前記工具取付部または前記ワーク取付部の相対位置を変えずに、ＸＹ平面、ＸＺ平面およびＹＺ平面の少なくとも１つの平面に配置された第１点、第２点、第３点をそれぞれ前記第１位置、前記第２位置、前記第３位置の前記撮像素子で撮像させ、
前記工具取付部または前記ワーク取付部の相対位置を変えて、前記第１点を前記第２位置の撮像素子および前記第３位置の撮像素子で撮像させ、前記第２点を前記第１位置の撮像素子および前記第３位置の撮像素子で撮像させ、前記第３点を前記第１位置の撮像素子および前記第２位置の撮像素子で撮像させる撮像制御部と、
前記撮像部での撮像結果に基づいて、前記工具取付部と前記ワーク取付部との平面的な相対運動を示す値を算出する算出部と、
を備えた測定装置。
前記撮像部は、前記少なくとも１つの撮像素子として、３つのカメラを備えた請求項１に記載の測定装置。
前記第１位置、前記第２位置および前記第３位置がＬ字に配置された３つの位置である請求項１または２に記載の測定装置。
前記撮像部は、前記少なくとも１つの撮像素子として、前記第１位置、前記第２位置および前記第３位置に移動可能な１つのカメラを備えた請求項１に記載の測定装置。
前記第１点、前記第２点、前記第３点を表したグリッドをさらに備えた請求項１乃至４のいずれか１項に記載の測定装置。
前記撮像制御部は、前記ＸＹ平面、前記ＸＺ平面および前記ＹＺ平面の少なくとも２つの平面を撮像させ、
前記算出部は、前記ＸＹ平面、前記ＸＺ平面および前記ＹＺ平面の少なくとも２つの平面における前記撮像部での撮像結果に基づいて、前記工具取付部と前記ワーク取付部との前記少なくも２つの平面における相対運動を示す値を算出する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の測定装置。
工具を取り付ける工具取付部と、
ワークを取りつけるワーク取付部と、
前記工具取付部または前記ワーク取付部に取り付けられた状態で、どの１つも他の２つを通る直線上にない、第１位置、第２位置および第３位置で撮像可能な少なくとも１つの撮像素子を備えた撮像部と、
測定用プログラムに従って前記撮像部が取り付けられた前記工具取付部または前記ワーク取付部の相対位置を変えずに、ＸＹ平面、ＸＺ平面およびＹＺ平面の少なくとも１つの平面に配置された第１点、第２点、第３点をそれぞれ前記第１位置、前記第２位置、前記第３位置の前記撮像素子で撮像させ、前記工具取付部または前記ワーク取付部の相対位置を変えて、前記第１点を前記第２位置の撮像素子および前記第３位置の撮像素子で撮像させ、前記第２点を前記第１位置の撮像素子および前記第３位置の撮像素子で撮像させ、前記第３点を前記第１位置の撮像素子および前記第２位置の撮像素子で撮像させる撮像制御部と、
前記撮像部での撮像結果に基づいて、前記工具取付部と前記ワーク取付部との平面的な相対運動を示す値を算出する算出部と、
を備えた工作機械における、前記工具取付部と前記ワーク取付部との平面的な相対運動を測定する測定装置であって、
前記測定用プログラムを記憶する記憶部と、
前記測定用プログラムを前記工作機械に送信する送信部と、
前記算出部において算出された値を表示する表示部と、
を備えた測定装置。