JP7417503B2 - 加工機、計測装置及び被加工物の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施形態に係る加工機1の構成を示す模式的な斜視図である。図には、便宜上、直交座標系XYZを付している。+Z方向は、例えば、鉛直上方である。
既述のように、サドル13、主軸頭17及びテーブル23を直線上で移動させるための構成は、適宜な構成とされてよい。以下に一例を示す。
既述のように、サドル13、主軸頭17及びテーブル23の位置を検出するセンサは、適宜な構成とされてよい。図2(a)は、その一例としてのリニアエンコーダを示す図ともなっている。具体的には、以下のとおりである。
図1に示すように、加工機1は、工具101を撮像する撮像部33を有している。撮像部33は、例えば、テーブル23に固定されている。換言すれば、撮像部33は、ワーク103に対して固定的であり、ひいては、工具101とワーク103との相対移動に伴って工具101と相対移動する位置に配置されている。
図4は、加工機1における制御系の構成の概要を示すブロック図である。より詳細には、ここでは、工具101及びワーク103の直交座標系XYZにおける相対移動の制御に係る構成が示されている。すなわち、工具101の回転の制御に係る構成等は図示が省略されている。
図5は、各軸における制御系の構成の一例を示すブロック図である。別の観点では、主制御部49の一部の詳細を示す図である。図中、NCプログラム107、駆動源29及びセンサ31を除いた部分が主制御部49の一部に相当する。
以下では、カメラ37によって撮像した工具101の画像に基づく工具101のずれ量の特定方法について説明する。
図6は、撮像方向に直交する方向(本実施形態ではX方向及びZ方向)における工具101の位置のずれ量の計測方法を説明するための図である。この図は、カメラ37によって撮像された画像109の例を模式的に示している。
Y方向のずれ量の計測においては、Y軸駆動源29Yによって工具101とカメラ37とのY方向における距離を変化させながらカメラ37による撮像を行い(複数の画像を取得し)、ピントが合うときのY軸センサ31Yによる検出位置を取得する。このような検出位置の取得を基準時期と計測時期とのそれぞれにおいて行う。一方、ピントが合う距離は一定である。従って、基準時期における検出位置と、計測時期における検出位置とのずれ量を工具101のY方向におけるずれ量とすることができる。
ピントが合っているか否かは、例えば、画像の鮮明度によって判定することができる。具体的には、以下のとおりである。
鮮明度の高低は、明度に基づく適宜な指標値によって評価されてよい。以下では、3つの指標値を例示する。なお、先に説明される指標値の説明は、矛盾等が生じない限り、その後に説明される指標値に援用されてよい。
鮮明度が低くなると、隣り合うピクセル111同士の明度の差の絶対値は小さくなる。そこで、この差の絶対値が大きくなるほど値が大きくなる指標値(第1指標値ということがある。)が定義されてよい。より詳細には、例えば、画像109内の複数のピクセル111のそれぞれについて、隣のピクセル111との明度の差を算出する。そして、明度の差の2乗又は絶対値について、複数のピクセル111における代表値を求め、これを指標値とする。指標値の値が大きいほど、鮮明度が高い。
鮮明度が低くなると、画像内の明度の最大値Maxは小さくなり、また、画像内の明度の最小値Minは大きくなる。そこで、下記の式によって演算される値を鮮明度の指標値(第2指標値ということがある。)としてよい。指標値の値が大きいほど、鮮明度が高い。
(Max-Min)/(Max+Min)
鮮明度が低くなると、相対的に大きい明度は小さくなり、相対的に小さい明度は大きくなる。そこで、以下のように鮮明度の指標値(第3指標値ということがある。)を算出してよい。まず、複数のピクセル111の明度から代表値(明度自体の代表値ということがある。)を特定する。そして、この代表値と、複数のピクセル111の明度との差の絶対値が大きくなるほど値が大きくなる指標値が定義されてよい。より詳細には、例えば、明度自体の代表値と、複数のピクセル111それぞれの明度との差の絶対値又は2乗を求める。そして、この差の絶対値又は2乗について、複数のピクセル111における代表値(差の代表値ということがある。)が指標値として算出されてよい。
既述のように、加工機1では、例えば、基準時期における計測値(画像内の工具101の位置又はピントが合っているときのY軸センサ31Yの検出値)と、1以上の計測時期における計測値とが比較され、工具101の位置のずれ量が特定される。そして、ずれ量に基づいて、制御の補正がなされる。計測時期は、別の観点では、制御の補正がなされる時期である(以下、同様。)。基準時期及び計測時期は、適宜に設定されてよい。例えば、以下のとおりである。
ずれ量に基づく補正方法は、公知の方法又は公知の方法を応用したものとされてよい。また、図5を参照して説明した制御ループにおいて、いずれの段階において補正がなされてもよい。以下に、いくつかの補正方法の例を示す。加工機1では、以下に述べる補正が選択的に採用される。
図8は、上述した撮像方向のずれ量の計測方法を実現するために制御ユニット5が実行する処理の手順の一例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、計測時期において行われる。
以下では、実施形態の変形例について説明する。以下の説明では、基本的に、実施形態との相違部分についてのみ述べる。特に言及が無い事項は、実施形態と同様とされたり、実施形態から類推されたりしてよい。以下の説明では、実施形態の構成に対応する構成に対して、便宜上、実施形態と差異があっても実施形態の符号を付すことがある。
加工機1は、タッチセンサを有していてもよい。タッチセンサは、適宜な用途に利用されてよい。例えば、タッチセンサは、ワーク103と工具101との相対位置と、センサ31の検出位置(別の観点では加工機1の機械座標系)との対応関係との特定に利用されてよい。また、例えば、タッチセンサは、ワーク103の形状特定に利用されてよい。タッチセンサの構成、及びタッチセンサを利用するときの加工機1の動作は、公知のものとされたり、公知のものを応用したものとされたりしてよい。以下に、タッチセンサの構成及び加工機1の動作の例を示す。
上記の説明においては、工具101とタッチセンサ113との位置関係が不変であることを前提とした。ただし、温度変化等に起因して加工機1が変形して工具101の位置がずれると、工具101とタッチセンサ113との位置関係は、想定されている位置関係からずれる。その結果、ワーク103と工具101との位置関係と、機械座標系との対応関係の計測値(別の観点では、計測された対応関係と、想定されている対応関係とのずれ量)も誤差を含んだものとなる。ひいては、上述したタッチセンサ113によって特定されたずれ量に基づく補正の精度が低下する。
上記の説明においては、工具101の位置がずれる場合についてのみ言及した。ただし、タッチセンサ113についても、工具101と同様に、位置がずれることがある。この場合、工具101の位置がずれた場合と同様に、工具101とタッチセンサ113との位置関係が不変であるという前提が崩れ、ひいては、タッチセンサ113によって特定されたずれ量に基づく補正の精度が低下する。
図10は、テーブル23、サドル13又は主軸頭17を案内するガイドに関して、図2(b)を参照して説明した構成例とは別の構成例を示す図である。この図は、図2(b)に相当する断面図となっている。説明の便宜上、ガイドに案内される部材としてテーブル23を例に取る。
上記の図10は、駆動機構の構成としてリニアモータ以外の構成例を示す図ともなっている。具体的には、図10では、ねじ軸77と、ねじ軸77と螺合しているナット79とが図示されている。すなわち、ねじ機構(例えばボールねじ機構又はすべりねじ機構)が図示されている。ねじ軸77及びナット79の一方(図示の例ではナット79)の回転が規制されている状態で、ねじ軸77及びナット79の他方(図示の例ではねじ軸77)が回転されることによって、両者は軸方向に相対移動する。ねじ軸77及びナット79の一方(図示の例ではねじ軸77)はベッド21に支持されており、ねじ軸77及びナット79の他方(図示の例ではナット79)はテーブル23に支持されている。ねじ軸77(又はナット79)を回転させる駆動力は、例えば、回転式の電動機(不図示)によって生成される。
図11は、主軸19の軸受の構成の一例を示す断面図である。
Claims (11)
- 第1方向においてワークと工具とを相対移動させる第1駆動源と、
前記第1方向に直交する第2方向において前記ワークと前記工具とを相対移動させる第2駆動源と、
前記ワークと前記工具との前記第1方向における相対位置を検出する第1センサと、
前記ワークと前記工具との前記第2方向における相対位置を検出する第2センサと、
前記工具を前記第1方向において撮像して画像を取得するカメラと、
前記画像内の前記工具の鮮明度に基づいて前記工具の前記第1方向の位置を特定する画像処理装置と、
前記第1センサの検出値に基づいて前記第1駆動源のフィードバック制御を行うとともに、前記第2センサの検出値に基づいて前記第2駆動源のフィードバック制御を行う制御装置と、
を有しており、
前記カメラは、前記ワークと前記工具との前記第1方向における相対移動に伴って前記工具と前記第1方向において相対移動する位置に配置されており、前記工具との前記第1方向における相対位置が互いに異なる複数の画像を取得し、
前記画像処理装置は、
前記複数の画像と、前記複数の画像を取得したときに前記第1センサによって検出された前記ワークと前記工具との前記第1方向における相対位置とに基づいて、前記工具の鮮明度が最も高くなる前記ワークと前記工具との前記第1方向における第1相対位置を特定し、
特定した前記第1相対位置と、予め取得されている前記カメラのピントが前記工具に合っているときの前記ワークと前記工具との前記第1方向における相対位置との第1ずれ量を特定し、
第1時期に前記カメラによって取得された画像内における前記工具の前記第2方向における位置と、その後の第2時期に前記カメラによって取得された画像内における前記工具の前記第2方向における位置とに基づいて、前記第1時期における前記工具の前記第2方向の位置と、前記第2時期における前記工具の前記第2方向の位置との第2ずれ量を特定し、
前記制御装置は、
前記第1ずれ量に基づいて、前記第1センサの検出値に基づく前記第1駆動源のフィードバック制御を補正し、
前記第2ずれ量に基づいて、前記第2センサの検出値に基づく前記第2駆動源のフィードバック制御を補正する
加工機。 - 前記第1方向及び前記第2方向の双方に直交する第3方向において前記ワークと前記工具とを相対移動させる第3駆動源と、
前記ワークと前記工具との前記第3方向における相対位置を検出する第3センサと、を更に有しており、
前記制御装置は、前記第3センサの検出値に基づいて前記第3駆動源のフィードバック制御を行い、
前記画像処理装置は、第3時期に前記カメラによって取得された画像内における前記工具の前記第3方向における位置と、その後の第4時期に前記カメラによって取得された画像内における前記工具の前記第3方向における位置とに基づいて、前記第3時期における前記工具の前記第3方向の位置と、前記第4時期における前記工具の前記第3方向の位置との第3ずれ量を特定し、
前記制御装置は、前記第3ずれ量に基づいて、前記第3センサの検出値に基づく前記第3駆動源のフィードバック制御を補正する
請求項1に記載の加工機。 - ワークと主軸に保持された工具とを前記主軸の回転軸に直交する第1方向において相対移動させる第1駆動源と、
前記工具を前記第1方向において撮像して画像を取得するカメラと、
前記カメラとは反対側から前記工具に光を照射する照射装置と、
前記画像内の前記工具の鮮明度に基づいて前記工具の前記第1方向の位置を特定する画像処理装置と、
前記画像処理装置によって特定された前記工具の前記第1方向の位置に基づいて前記第1駆動源を制御する制御装置と、
を有している加工機。 - ワークと主軸に保持された工具とを前記主軸の回転軸に直交する第1方向において相対移動させる第1駆動源と、
前記工具を前記第1方向において撮像して画像を取得するカメラと、
前記画像内の前記工具の鮮明度に基づいて前記工具の前記第1方向の位置を特定する画像処理装置と、
前記画像処理装置によって特定された前記工具の前記第1方向の位置に基づいて前記第1駆動源を制御する制御装置と、
を有しており、
前記画像処理装置は、画像内の複数のピクセルのそれぞれについて、隣のピクセルとの明度の差を算出し、前記複数のピクセルにおける前記差の絶対値が大きくなるほど大きくなる指標値を算出し、この指標値を、鮮明度が高いほど値が大きくなる指標値として用いて、前記工具の前記第1方向の位置を特定する
加工機。 - 前記画像処理装置は、隣り合うピクセル同士の明度の差の2乗を画像内の全てのピクセルについて加算した値を前記指標値として算出する
請求項4に記載の加工機。 - 第1方向においてワークと工具とを相対移動させる第1駆動源と、
前記工具を前記第1方向において撮像して画像を取得するカメラと、
前記画像内の前記工具の鮮明度に基づいて前記工具の前記第1方向の位置を特定する画像処理装置と、
前記画像処理装置によって特定された前記工具の前記第1方向の位置に基づいて前記第1駆動源を制御する制御装置と、
を有しており、
前記画像処理装置は、画像内の複数のピクセルから明度の最大値と最小値とを特定し、前記最大値と前記最小値との差を前記最大値と前記最小値との和で割った指標値を算出し、この指標値を、鮮明度が高いほど値が大きくなる指標値として用いて、前記工具の前記第1方向の位置を特定する
加工機。 - 第1方向においてワークと工具とを相対移動させる第1駆動源と、
前記工具を前記第1方向において撮像して画像を取得するカメラと、
前記画像内の前記工具の鮮明度に基づいて前記工具の前記第1方向の位置を特定する画像処理装置と、
前記画像処理装置によって特定された前記工具の前記第1方向の位置に基づいて前記第1駆動源を制御する制御装置と、
を有しており、
前記画像処理装置は、画像内の複数のピクセルから明度の代表値を特定し、前記複数のピクセルのそれぞれについて、前記代表値との差を算出し、前記複数のピクセルにおける前記差の絶対値が大きくなるほど大きくなる指標値を算出し、この指標値を、鮮明度が高いほど値が大きくなる指標値として用いて、前記工具の前記第1方向の位置を特定する
加工機。 - 第1方向においてワークと工具とを相対移動させる第1駆動源と、
前記ワークと前記工具との前記第1方向における相対位置を検出する第1センサと、
前記工具を前記第1方向において撮像して画像を取得するカメラと、
前記画像内の前記工具の鮮明度に基づいて前記工具の前記第1方向の位置を特定する画像処理装置と、
前記第1センサの検出値に基づいて前記第1駆動源のフィードバック制御を行う制御装置と、
前記工具が配置される位置と一定の位置関係を有する位置に配置され、前記一定の位置関係を有する位置に配置されることによって、前記第1駆動源による前記ワークとの前記第1方向における相対移動がなされ、この相対移動に伴って前記カメラとの前記第1方向における相対移動がなされ、前記ワークとの前記第1方向における相対移動が前記第1センサによって検出されるタッチセンサと、
を有しており、
前記カメラは、前記ワークと前記工具との前記第1方向における相対移動に伴って前記工具と前記第1方向において相対移動する位置に配置されており、前記工具との前記第1方向における相対位置が互いに異なる複数の画像を取得し、
前記画像処理装置は、
前記複数の画像と、前記複数の画像を取得したときに前記第1センサによって検出された前記ワークと前記工具との前記第1方向における相対位置とに基づいて、前記工具の鮮明度が最も高くなる前記ワークと前記工具との前記第1方向における第1相対位置を特定し、
特定した前記第1相対位置と、予め取得されている前記カメラのピントが前記工具に合っているときの前記ワークと前記工具との前記第1方向における相対位置との第1ずれ量を特定し、
前記制御装置は、前記第1ずれ量に基づいて、前記第1センサの検出値に基づく前記第1駆動源のフィードバック制御を補正し、
前記カメラは、前記タッチセンサを前記第1方向において撮像し、当該カメラと前記タッチセンサとの前記第1方向における相対位置が互いに異なる複数の第2画像を取得し、
前記画像処理装置は、
前記複数の第2画像と、前記複数の第2画像を取得したときに前記第1センサによって検出された前記ワークと前記タッチセンサとの前記第1方向における相対位置とに基づいて、前記タッチセンサの鮮明度が最も高くなる前記ワークと前記タッチセンサとの前記第1方向における第2相対位置を特定し、
特定した前記第2相対位置と、予め取得されている前記カメラのピントが前記タッチセンサに合っているときの前記ワークと前記タッチセンサとの前記第1方向における相対位置との第4ずれ量を特定し、
前記制御装置は、
前記タッチセンサの前記ワークに対する当接が前記タッチセンサによって検出されたときの前記第1センサの検出値に基づいて、前記ワークと前記工具との相対位置と、前記第1センサの検出値との対応関係を特定し、
前記第4ずれ量に基づいて、前記対応関係の情報を補正し、
補正した前記対応関係の情報と、前記第1センサの検出値とに基づいて、前記第1駆動源のフィードバック制御を行う
加工機。 - 第1方向においてワークと工具とを相対移動させる第1駆動源と、
前記工具が配置される位置と一定の位置関係を有する位置に配置され、前記一定の位置関係を有する位置に配置されることによって、前記第1駆動源による前記ワークとの前記第1方向における相対移動がなされるタッチセンサと、
前記タッチセンサを前記第1方向において撮像して画像を取得するカメラと、
前記画像内の前記タッチセンサの鮮明度に基づいて前記タッチセンサの前記第1方向の位置を特定する画像処理装置と、
前記画像処理装置によって特定された前記タッチセンサの前記第1方向の位置に基づいて前記第1駆動源を制御する制御装置と、
を有している加工機。 - 主軸に保持され、前記主軸の回転軸に直交する第1方向においてワークと相対移動する工具の位置を計測する計測装置であって、
前記工具を前記第1方向において撮像して画像を取得するカメラと、
前記カメラとは反対側から前記工具に光を照射する照射装置と、
前記画像内の前記工具の鮮明度に基づいて前記工具の前記第1方向の位置を特定する画像処理装置と、
を有している計測装置。 - 請求項1~9のいずれか1項に記載の加工機を用いて、前記ワークと前記工具とを接触させて前記ワークを被加工物に加工するステップを有する
被加工物の製造方法。
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