JP6802306B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
一方、異なる回転角度における転削加工用工具の刃先の画像を取得して、刃先の状態を解析することは考えられるが、膨大な画像を取得して解析する必要があるため、多大な時間と工数を要するので、効率的な解析は困難である。
工作機械の回転部に把持された部材の撮影を行う、回転しない領域に設置された撮影部と、
前記回転部の回転角度に対応させて前記撮影部を制御する撮影制御部と、
前記撮影部により取得された画像のうち、前記部材の解析に適した解析画像を選択する解析画像選択部と、
前記撮影部により画像が取得されたときの前記回転部の回転角度のうち、前記解析画像が撮影されたときの回転角度である解析回転角度を定める解析回転角度決定部と、
を備え、
前記撮影部により、前記回転部を回転させながら前記部材の撮影を行う第1のステップと、
前記撮影部により、再度、前記解析回転角度における前記部材の撮影を行う第2のステップと、
を有する。
はじめに、図1及び図2を参照しながら、本発明の1つの実施形態に係る撮像装置について説明する。図1は、本発明の1つの実施形態に係る撮像装置の撮影部の配置の一例を模式的に示す図である。図2は、本発明の1つの実施形態に係る撮像装置の制御部の概要を示すブロック図である。
ただし、撮影部10が設置される「回転しない領域」については、撮影時に回転しない領域であればよく、例えば、移動機構や回転機構に撮影部10が取り付けられている場合もあり得る。その場合には、移動機構、回転機構により、解析に適した画像が取得できるように、撮影部10の位置、姿勢を変更することができる。
撮影制御部20は、撮影部10に信号を送り、回転部Rの回転角度に対応させて撮影部10を制御する。回転部Rの回転角度に対応させて撮影部10を制御することは、回転部Rの回転に同期させて露光を行って、所定の回転角度にある回転部Rに把持された部材Tの画像を取得することを意味する。
回転部Rの回転角度に対応させた制御を行うため、撮影制御部20は、例えば、下記のような3つの方法の何れかを用いて、回転部Rの回転角度の情報を得ることができる。
回転部Rが、工作機械の主軸や回転テーブルの場合、これらの回転制御のために用いるエンコーダからの同期パルスを受信することにより、撮影制御部20は、回転部Rの回転角度を把握することができる。
(2)第2の方法
回転部Rが、工作機械の主軸や回転テーブルの場合、工作機械の制御を行うNC装置から同期パルスを受信することにより、撮影制御部20は、回転部Rの回転角度を把握することができる。
(3)第3の方法
工作機械に設けられたセンサとは別に、撮像装置2として固有の回転センサを備えて、回転部Rの回転角度を把握することができる。
(1)回転部Rを回転させながら部材Tの撮影を行う第1のステップ、及び
(2)撮影部10により、再度、解析回転角度における部材Tの撮影を行う第2のステップ。
更に、後述するように、第2のステップにおいて、第1のステップで得られた画像に基づいて、ガンマ補正を行って、より解析に適した画像を取得することも考えられる。また、第1のステップにおいてROI(Region of Interest)の設定を行って、短時間に効率的に解析画像、解析回転角度を定めることも考えられる。
(解析画像の内容)
次に、部材Tの解析に適した解析画像について、更に詳細に説明する。
まず、解析画像として、解析画像選択部30が、部材Tの少なくとも一部が被写界深度内で撮影された画像を選択することが考えられる。解析画像として、被写界深度内で撮影された画像を用いるので、部材Tの解析を確実に適切に行うことができる。
(1)第1の方法
被写界深度内にある物体の画像は、被写界深度内にない物体の画像に比べて、コントラスト(明暗差)が大きくなる。よって、解析画像選択部30は、画像のコントラストの解析に基づいて、被写界深度内で撮影されたか否か判断することができる。
コントラストの解析を用いることにより、確実に容易に被写界深度内で撮影されたか否か判定することができる。
画像分析や画像処理の分野において2次元高速フーリエ変換(FFT)を用いる場合がある。
画像の2次元高速フーリエ変換(FFT)により得られた空間周波数スペクトルにおいて、被写界深度から外れた画像は、濃淡変化が緩やかで、高周波数成分が少なくなり、逆に、被写界深度内の画像は、急激に濃淡が変化し、高周波数成分が多くなる。
よって、解析画像選択部30が、画像の2次元高速フーリエ変換(FFT)により得られた空間周波数スペクトルの高周波成分の解析に基づいて、被写界深度内で撮影されたか否か判断することができる。
2次元高速フーリエ変換(FFT)を用いて、被写界深度内で撮影されたか否か判定するので、短時間に効率的に被写界深度内で撮影された画像を選択することができる。
解析に適した画像を取得するための露光条件を、以下のようにして定めることが考えられる。
第1のステップで得られた、解析回転角度における少なくとも一部の領域の輝度分布及び最大輝度の何れかを用いて、高画質な画像が得られる最適な露光条件を定める。そして、第2のステップにおいて、定められ最適な露光条件で部材Tの撮影を行う。これにより、第2のステップにおいて、高画質な画像が得られる露光条件で撮影ができるので、確実に部材の解析を適した画像を取得することができる。
更に、第1のステップでは、撮影部10が第1の入射光量−出力特性として撮影し、第2のステップでは、撮影部10が第1の入射光量−出力特性とは異なる第2の入射光量−出力特性として撮影することが考えられる。
例えば、第1のステップにおける第1の入射光量−出力特性として撮影して得られた画像から、表示装置の特性も考慮してガンマ補正を行って、第2の入射光量−出力特性として撮影することが考えられる。これにより、第2のステップで、より解析に適した高画質な画像を取得することができる。ただし、第2のステップで用いる入射光量−出力特性の補正はガンマ補正に限られるものではなく、その他の任意の非線形プロファイルを用いて補正することができる。
工具Tを把持する回転部Rの回転速度について、以下に説明を行う。
<第1のステップ及び第2のステップにおける回転速度>
第1のステップでは、解析に適した画像が得られる回転部Rの回転角度、露光タイミング、露光時間、解像度等を定めるために撮影を行い、実際に解析を行う画像を取得するものではない。よって、より速い第1の回転速度で回転部Rを回転させ、撮影部10を用いて部材Tの撮影を行って、解析回転角度をはじめとする、解析に適した画像を取得するための撮影条件を効率的に定めることが好ましい。一方、第2のステップでは、第1のステップの第1の回転速度より遅い第2の回転速度で回転部Rを回転させながら、解析回転角度における部材Tのより高画質な画像を取得することが好ましい。
解析に適した画像を効率的に取得する方法として、更に、第1のステップでは、撮影部10が第1の読み込み範囲の画像を取得し、第2のステップでは、撮影部10が、第1の読み込み範囲と異なる第2の読み込み範囲の画像を取得することが考えられる。何れかのステップで、ROIを設定して、より限定された読み込み範囲の画像を取得することが考えられる。
よって、工具全周の画像を得るのに必要な時間tは、下式のように示される。
t=80mm×π/2mm/30fps=4.2秒
となる。つまり、転削加工用工具Tを、1回転4.2秒という低速で回転させて撮影する必要があるので、長い撮影時間を要する。
t=80mm×π/2mm/100fps=1.05秒と大幅に短縮できる。従って、転削加工用工具Tを、1回転1.05秒(概ね60rpm)で回転させて撮影できるので、撮影時間を短縮して、解析画像を効率よく取得することができる。
また、ROIの設定により、読み込む画像データ量も削減できるので、解析のための時間も削減できる。
回転部Rに把持された部材Tを高速で回転させて撮影することについて、効率的に解析画像や解析回転角度を定めるためだけでなく、高速回転による主軸や工具の変形を検出するために行う場合もあり得る。この場合には、実際の切削に用いる回転数より高い回転数を用いることにより、無負荷であることによる変形不足を低減することもできる。また、高速回転時の画像は、露光を継続したり、取得した画像を積算することにより、外形モデルを作成して、部材Tの振れや、その他の影響を検出することもできる。
第1のステップ及び第2のステップの撮影を行う前に、回転中心補正を行うことが好ましい。回転中心補正は、回転部Rに把持された部材Tとして、基準工具を用いて回転測定を行い、その差分を偏心として補正を行う。例えば、回転角度が0度の位置で部材(基準工具)Tの径を計測すし、回転角度が180度で部材(基準工具)Tの径を計測する。そして、0度での測定時の径から180度での測定時の径を引いた差分から偏心を求めて、補正を行うことができる。
更に、撮影制御部20に、部材Tに関する諸元及びCADモデルの何れかが入力され、解析回転角度決定部30が、前元及びCADモデルの何れかの情報を用いて定められた回転角度に基づいて、解析回転角度の決定を行うことが考えられる。
この場合、例えば、部材Tが複雑な形状を有する転削加工用工具だとしても、予め撮影制御部20に入力された諸元及びCADモデルにより、確実に正確な解析回転角度を定めることができる。
10 撮影部
20 撮影制御部
30 解析画像選択部
40 解析回転角度決定部
50 解析領域抽出部
100 制御部
R 回転部
T 部材
Claims (10)
- 工作機械の回転部に把持された部材の撮影を行う、回転しない領域に設置された撮影部と、
前記回転部の回転角度を取得し、前記回転部の回転角度に対応させて前記撮影部を制御する撮影制御部と、
前記撮影部により取得された画像のうち、前記部材の解析に適した解析画像を選択する解析画像選択部と、
前記撮影部により画像が取得されたときの前記回転部の回転角度のうち、前記解析画像が撮影されたときの回転角度である解析回転角度を定める解析回転角度決定部と、
を備え、
前記撮影制御部が前記撮影部を制御して、回転した前記回転部に把持された前記部材を前記回転部の回転角度に対応させて撮影し、取得された複数の画像から前記解析画像を選択し、前記解析回転角度を定める第1のステップと、
前記撮影制御部が前記撮影部を制御して、再度、前記第1のステップで定められた前記解析回転角度における前記部材の撮影を行う第2のステップと、
を有することを特徴とする工作機械の撮像装置。 - 前記解析画像選択部が、前記解析画像として、前記部材の少なくとも一部が被写界深度内で撮影された画像を選択することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記解析画像選択部が、画像のコントラストの解析に基づいて、被写界深度内で撮影されたか否か判断することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記解析画像選択部が、画像の2次元高速フーリエ変換(FFT)により得られた空間周波数スペクトルの高周波成分の解析に基づいて、被写界深度内で撮影されたか否か判断することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記第2のステップにおいて、前記解析回転角度における少なくとも一部の領域の輝度分布及び最大輝度の何れかを用いて決定した露光条件で、前記部材の撮影を行うことを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の撮像装置。
- 前記解析画像に基づいて前記部材の解析に適した解析領域を定め、前記解析回転角度における前記部材の撮影において、前記解析領域が抽出された画像を取得する解析領域抽出部を更に備えることを特徴とする請求項1から5の何れか1項に記載の撮像装置。
- 前記第1のステップでは、前記撮影部が第1の入射光量−出力特性として撮影し、
前記第2のステップでは、前記撮影部が前記第1の入射光量−出力特性とは異なる第2の入射光量−出力特性として撮影することを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の撮像装置。 - 前記第1のステップでは、前記回転部を第1の回転速度で回転し
前記第2のステップでは、前記第1の回転速度と異なる第2の回転速度で前記回転部を回転させることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の撮像装置。 - 前記第1のステップでは、前記撮影部が第1の読み込み範囲の画像を取得し、前記第2のステップでは、前記撮影部が、前記第1の読み込み範囲と異なる第2の読み込み範囲の画像を取得することを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の撮像装置。
- 前記撮影制御部に、前記部材に関する諸元及びCADモデルの何れかが入力され、
前記解析回転角度決定部が、前記諸元及びCADモデルの何れかの情報を用いて定められた回転角度に基づいて、前記解析回転角度の決定を行うことを特徴とする請求項1から9の何れか1項に記載の撮像装置。
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