KR20220154624A - 공구의 형상을 검출하는 장치 및 공구의 형상을 검출하는 방법 - Google Patents

공구의 형상을 검출하는 장치 및 공구의 형상을 검출하는 방법 Download PDF

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Abstract

공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 검출하는 장치는, 상기 형상을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라로 촬영한 상기 공구의 에지상의 복수의 점에 있어서 각각 특정 벡터를 구하는 특정 벡터 취득부와, 상기 특정 벡터 취득부에 의해 제1 시점에 있어서 취득된 제1 복수의 특정 벡터와, 제2 시점에 있어서 취득된 제2 복수의 특정 벡터를 비교하는 특정 벡터 비교부와, 상기 특정 벡터 비교부에서의 비교의 결과, 상기 제1 복수의 특정 벡터의 값과 상기 제2 복수의 특정 벡터의 값이, 소정의 임계값으로부터 다를 때, 상기 공구의 형상이 변화하고 있다는 판단을 하는 공구 형상 판단부를 갖고, 상기 특정 벡터는, 법선 벡터 혹은 접선 벡터 혹은 상기 법선 벡터에 대하여 일정한 각도만큼 기울어 있는 특정 경사 벡터이다.

Description

공구의 형상을 검출하는 장치 및 공구의 형상을 검출하는 방법{APPARATUS FOR DETECTING TOOL SHAPE AND METHOD FOR DETECTING TOOL SHAPE}
이하의 개시는, 공구의 형상을 검출하는 장치 및 공구의 형상을 검출하는 방법에 관한 것이다.
근년, 워크의 초정밀 가공에 있어서 장치(공작 기계)의 운동 성능이 향상됨으로써, 공구의 형상 정밀도가 가공 정밀도에 차지하는 웨이트가 커지게 되어 있다. 또한, 공구의 형상 측정은, 예를 들어 특허문헌 1에서 개시한 공구 형상 측정 장치를 사용하여 이루어진다.
국제 공개 제2020/090844호 공보
일반적으로 공구의 형상을 측정하는 경우, 측정기는 어떠한 형상의 공구를 측정하고 있는지를 지정해 둘 필요가 있다. 통상, 정의(지정)되는 공구의 형상은, 볼 엔드밀의 형상, 반경 엔드밀의 형상, 플랫 엔드밀의 형상 등 시판 중인 공구의 형상이 된다.
그런데, 형상이 미지인 특수한 형상의 공구를 사용하여 워크를 가공하는 경우가 있어, 형상이 미지인 공구에 대해서도, 이 형상을 측정하고 또한 형상의 이상을 검출하고자 하는 경우가 있다.
이하에 개시하는 장치 내지 방법은, 형상이 미지인 공구의 형상을 측정하고 또한 공구의 형상의 이상을 검출할 수 있는 공구의 형상을 검출하는 장치 및 공구의 형상을 검출하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하여 창작되었다.
제1 국면에 의하면, 공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 검출하는 장치는, 상기 형상을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라로 촬영한 상기 공구의 에지상의 복수의 점에 있어서 각각 특정 벡터를 구하는 특정 벡터 취득부와, 상기 특정 벡터 취득부에 의해 제1 시점에 있어서 취득된 제1 복수의 특정 벡터와, 제2 시점에 있어서 취득된 제2 복수의 특정 벡터를 비교하는 특정 벡터 비교부와, 상기 특정 벡터 비교부에서의 비교의 결과, 상기 제1 복수의 특정 벡터의 값과 상기 제2 복수의 특정 벡터의 값이, 소정의 임계값으로부터 다를 때, 상기 공구의 형상이 변화하고 있다는 판단을 하는 공구 형상 판단부를 갖고, 상기 특정 벡터는, 법선 벡터 혹은 접선 벡터 혹은 상기 법선 벡터에 대하여 일정한 각도만큼 기울어 있는 특정 경사 벡터이다.
제2 국면에 의하면, 공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 검출하는 장치는, 상기 공구의 형상을 촬영하는 카메라와, 상기 공구의 사용 전에, 상기 카메라로 상기 공구를 촬영하여 상기 공구의 에지상의 복수의 점에서, 특정 벡터를 구하는 특정 벡터 취득부와, 상기 공구의 사용 후에, 상기 카메라로 상기 공구를 촬영하여 상기 공구의 에지를 구하는 에지 형상 취득부와, 상기 특정 벡터 취득부에서 구한 특정 벡터와, 상기 에지 형상 취득부에서 구한 상기 공구의 에지를 이용하여, 상기 사용 전의 공구의 형상에 대한 상기 사용 후의 공구의 형상의 변화량을 구하는 공구 형상 변화량 취득부를 갖고, 상기 특정 벡터는, 법선 벡터 혹은 접선 벡터 혹은 상기 법선 벡터에 대하여 일정한 각도만큼 기울어 있는 특정 경사 벡터이다.
제3 국면에 의하면, 공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 검출하는 장치는, 상기 공구의 형상을 촬영하는 카메라와, 상기 공구의 사용 전에, 상기 카메라로 상기 공구를 촬영하여 상기 공구의 에지를 구하는 에지 형상 취득부와, 상기 공구의 사용 후에, 상기 카메라로 상기 공구를 촬영하여 상기 공구의 에지상의 복수의 점에서, 특정 벡터를 구하는 특정 벡터 취득부와, 상기 특정 벡터 취득부에서 구한 특정 벡터와, 상기 에지 형상 취득부에서 구한 상기 공구의 에지를 이용하여, 상기 사용 전의 공구의 형상에 대한 상기 사용 후의 공구의 형상의 변화량을 구하는 공구 형상 변화량 취득부를 갖고, 상기 특정 벡터는, 법선 벡터 혹은 접선 벡터 혹은 상기 법선 벡터에 대하여 일정한 각도만큼 기울어 있는 특정 경사 벡터이다.
제4 국면에 의하면, 공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 검출하는 방법은, 상기 공구의 형상을 촬영하는 카메라로 촬영한 공구의 에지상의 복수의 점에서, 이들 특정 벡터를 구하는 특정 벡터 취득 단계와, 상기 특정 벡터 취득 단계에서 취득한 제1 복수의 특정 벡터와, 상기 특정 벡터 취득 단계에서 다음에 취득한 제2 복수의 특정 벡터를 비교하는 특정 벡터 비교 단계와, 상기 특정 벡터 비교 단계에서의 비교의 결과, 제1 복수의 특정 벡터의 값과 상기 제2 복수의 특정 벡터의 값이, 소정의 임계값으로부터 다를 때, 상기 공구의 형상이 변화하고 있다는 판단을 하는 공구 형상 판단 단계를 갖고, 상기 특정 벡터는, 법선 벡터 혹은 접선 벡터 혹은 상기 법선 벡터에 대하여 일정한 각도만큼 기울어 있는 특정 경사 벡터이다.
개시된 장치 또는 방법에 의하면, 형상이 미지인 공구의 형상을 측정하고 또한 공구의 형상의 이상을 검출할 수 있는 공구의 형상을 검출할 수 있다.
도 1은, 일 실시 형태에 의한 공구의 형상을 검출하는 장치와, 상기 장치가 설치되어 있는 공작 기계의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 공구의 형상을 검출하는 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은, 공구의 형상을 검출하는 장치에 의해 얻어지는 공구의 에지와 법선 벡터를 나타내는 도면이다.
도 4는, 도 3에 있어서, 공구의 에지의 일부와 이 법선 벡터를 나타내는 확대도이다.
도 5는, 사용 전과 사용 후에 있어서의 공구의 에지와 법선 벡터를 나타내는 도면이다.
도 6은, 도 5에서 도시한 법선 벡터의 성분을 나타내는 도면이다.
도 7은, 도 5에 있어서, 공구의 에지의 일부와 이 법선 벡터를 나타내는 확대도이다.
도 8은, 공구의 형상을 검출하는 장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.
첨부의 도면을 참조하여 이하에 몇몇 예시적인 실시 형태를 설명한다.
일 실시 형태에 따른 공구의 형상을 검출하는 장치(1)(공구 형상 이상 검출 장치)는, 예를 들어 도 1에서 도시한 바와 같이 공작 기계(2)에 설치되어 사용된다.
공작 기계(2)는, 베드(18)의 상면에 테이블(16), 문형의 칼럼(10)을 갖고, 칼럼(10)의 크로스 레일(8)에는 새들(6)을 통해 주축 헤드(4)가 지지되어 있다. 주축 헤드(4)에는 주축(11)이 지지되어 있다.
여기서, 설명의 편의를 위해서 수평한 소정의 일방향을 X 방향(X축 방향)이라 하고, X 방향에 대하여 직교하는 수평한 소정의 다른 일방향을 Y 방향(Y축 방향)이라 하고, X 방향과 Y 방향에 대하여 직교하는 상하 방향을 Z 방향(Z축 방향)이라 한다.
테이블(16)은 베드(18)에 대하여 X축 방향으로 이동 가능하다. 새들(6)은 크로스 레일(8)을 따라 Y축 방향으로 이동 가능하다. 주축 헤드(4)는 새들(6)에 대하여 Z축 방향으로 이동 가능하다.
이들 3축을 이동시킴으로써, 테이블(16)에 적재된 워크(14)에 대하여 공구 (예를 들어 엔드밀)(12)를 3차원으로 이동시켜, 워크(14)를 가공하는 것이 가능하다. 테이블(16)의 단부에는 공구의 형상을 검출하는 장치(1)가 설치되어 있다. 제어 장치(20)는 공작 기계(2)와 공구의 형상을 검출하는 장치(1)에 접속되고, 공작 기계(2)와 공구의 형상을 검출하는 장치(1)를 제어할 수 있다. 또한, 제어 장치(20)는, 도시하지 않은 CPU와 메모리를 구비한다.
도 2는 공구의 형상을 검출하는 장치(1)로 공구(12)의 형상을 측정하고 있는 도면을 나타내고 있다. 앞에서 설명한 3축에 의해 도 2에서 도시한 위치까지 공구(12)를 이동시켜, 공구(12)의 형상을 측정한다. 공구의 형상을 검출하는 장치(1)는, 카메라(22), 조명 장치(24)를 포함하고, 도 2에서 도시한 바와 같이 공구(12)는, 카메라(22)와 조명 장치(24)의 사이에 위치시킨 상태에서 공구(12)의 형상이 측정된다. 조명 장치(24)로부터의 광을 공구(12)의 뒤에서 쏘아 화상을 촬영하기 때문에, 공구(12)의 형상이 그림자로서 촬영된다.
카메라(22)는 고속 셔터를 구비하고 있어, 공구(12)가 수천 회전/분으로 회전 중이라도 정지 화상과 같은 촬영이 가능하다. 또한 카메라(22)에는 줌렌즈가 설치되어 있어, 제어 장치(20)에서 확대율의 제어가 행할 수 있도록 되어 있어도 된다. 주축(11)에는 도시하지 않은 회전 각도 센서가 구비되어 있어, 회전수나 회전 각도의 위치 결정 등의 제어를 제어 장치(20)에서 행할 수 있다.
공구(12)가 1만 회전/분 이상의 회전수로 회전하는 경우에는, 고속 셔터만으로의 대응은 어렵다. 이 경우에는 조명 장치(24)를 스트로보 기능을 갖는 것으로 한다. 수 μsec의 짧은 발광 시간의 스트로보를 사용하면, 회전 중인 공구(12)여도 형상 측정이 가능하다. 또한, 공구(12)의 최대 회전수는 12만 회전/분 정도로 설정할 수 있다.
공구(12)는, 예를 들어 금형의 코어나 캐비티의 표면을 절삭 가공으로 형성할 때에 사용된다. 상기 절삭 가공은, 금형의 코어나 캐비티의 표면을, 예를 들어 최종 마무리 가공하기 위해 이루어지는 것으로, 상기 절삭 가공에 의해, 금형의 코어나 캐비티의 표면이 경면과 같아진다. 엔드밀(12)의 외경은 예를 들어 1㎜ 정도이고, 절삭 가공을 할 때의 엔드밀(12)의 회전수는 6만 회전/분 정도이다.
그런데, 공구(12)의 촬영에 의해, 엔드밀(12)의 최대 외형의 정지 화상이 얻어지도록 되어 있다. 이 최대 외형의 개소가 엔드밀(12)의 절삭날로 되어 있으며, 절삭날의 형상이 워크(14)의 가공면의 형상에 영향을 미치기 때문이다. 또한, 공구(12)의 촬영의 상세에 대해서는, 국제 공개 제2020/090844호 공보에 개시되어 있다.
공구의 형상을 검출하는 장치(1)로서, 국제 공개 제2020/090844호 공보에 개시되어 있는 공구 형상 측정 장치가 채용되어 있다. 공구의 형상을 검출하는 장치(1)는, 공작 기계(예를 들어 초정밀 가공기)(2)의 주축(11)에 설치된 공구(예를 들어 회전하고 있는 엔드밀 등의 절삭 공구)(12)의 형상을 검출한다.
장치(1)는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 제어부(25)와 공구(12)의 형상을 촬영하는 카메라(디지털 카메라)(22)를 구비한다. 제어부(25)는, 예를 들어 제어 장치(20)의 일부여도 되지만, 제어부(25)가, 제어 장치(20)와는 별개로 마련되어 있어도 된다.
장치(1)는, 공작 기계(정밀 가공기)(2)의 주축(11)에 설치된 공구(12)의 형상을 검출하는 장치이다. 공작 기계(2)의 주축(11)에 설치되어 있는 공구(12)는, 소정의 중심축 C1을 중심으로 하여 회전하도록 되어 있다. 그리고, 공구(12)가 회전하면서 워크(14)의 절삭 가공을 하도록 되어 있다.
또한, 장치(1)는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 법선 벡터 취득부(특정 벡터 취득부)(27)와 법선 벡터 비교부(특정 벡터 비교부)(29)와 공구 형상 판단부(31)를 구비한다.
법선 벡터 취득부(27)는, 카메라(22)로 촬영한 공구(12)의 에지(절삭날의 선단에 상당하는 외주의 부위; 최대 외형의 모서리)(13)상의 복수의 점에서, 이들 법선 벡터를 구하도록 되어 있다. 공구(12)의 에지(13)상의 복수의 점은, 도 3, 도 4 등에 참조 부호 Pn-1, Pn, Pn+1, Pn+2… 로 나타내고 있다. 복수의 법선 벡터는, 도 3, 도 4 등에 참조 부호 VPn-1, VPn, VPn+1, VPn+2… 로 나타내고 있다. 또한, 공구(12)의 에지(13)는, 에지 형상 취득부(33)에 의해 구해진다.
공구(12)의 에지(13)상의 복수의 점은, 서로가 예를 들어 일정한 극히 근소한 거리를 두고 에지(13)의 연신 방향에서 순서대로 나열되어 있다. 상기 일정한 극히 근소한 거리로서는, 카메라(22)의 촬상 소자의 화소의 피치 정도의 거리를 예로 들 수 있다. 상기 일정한 극히 근소한 거리가 화소의 피치보다도 약간 커지게 되어 있어도 된다.
또한, 법선 벡터 취득부(27)에서 법선 벡터를 구하는 것 대신에, 법선 벡터에 대하여 일정한 각도만큼 기울어 있는 벡터(특정 경사 벡터)를 구해도 된다. 즉, 법선 벡터에 대하여 일정한 각도로 교차하는 벡터를 구해도 된다. 예를 들어, 법선 벡터에 대하여 직교하는 접선의 벡터(접선 벡터)를 구해도 된다. 여기서, 법선 벡터, 특정 경사 벡터, 접선 벡터를 특정 벡터로 한다. 또한, 법선 벡터 취득부에서, 공구(12)의 에지(13)상의 복수의 점 각각에서의 에지(13)의 접선의 기울기, 혹은 법선의 기울기를 구해도 된다.
법선 벡터 비교부(29)는, 법선 벡터 취득부(27)에 의해 제1 시점에 있어서 취득된 제1 복수의 법선 벡터와, 동일하게 제2 시점에 있어서 취득된 제2 복수의 법선 벡터를 비교하도록 되어 있다. 제1 복수의 법선 벡터는, 예를 들어 공구(12)에 의한 워크(14)의 절삭 가공 전의 시점에서의 복수의 법선 벡터이며, 제2 복수의 법선 벡터는, 예를 들어 공구(12)에 의한 워크(14)의 절삭 가공 후의 시점에서의 복수의 법선 벡터이다.
공구 형상 판단부(31)는, 법선 벡터 비교부(29)에서의 비교의 결과, 제1 복수의 법선 벡터의 값과 제2 복수의 법선 벡터의 값이, 소정의 임계값으로부터 다를 때, 공구(12)의 형상이 변화하고 있다는 판단을 하도록 되어 있다.
여기서, 법선 벡터 취득부(27)에서의 법선 벡터 VPn-1, VPn, VPn+1, VPn+2…의 취득에 대하여, 도 4를 참조하면서 법선 벡터 VPn+1을 예를 들어 더욱 상세히 설명한다.
우선, 공구(12)의 에지(13)상의 서로 인접하고 있는 2개의 점 Pn과 점 Pn+1을 연결하는 선분 LAn을 구한다. 또한, 공구(12)의 에지(13)상의 서로 인접하고 있는 2개의 점 Pn+1과 점 Pn+2를 연결하는 선분 LAn+1을 구한다. 계속해서, 선분 LAn과의 교차 각도가 αn+1이며, 선분 LAn과의 교차 각도가 βn+1이며, 점 Pn+1을 시점으로 하는 법선 벡터 VPn+1을 구한다. 법선 벡터 VPn+1은, 공구(12)의 중심측(회전 중심축 C1측)을 향하고 있다. 또한, 교차 각도가 αn+1과 교차 각도가 βn+1은 서로 동등하게 되어 있다.
그 밖의 법선 벡터도, 법선 벡터 VPn+1과 마찬가지로 하여 구해진다. 또한, 복수의 법선 벡터 VPn-1, VPn, VPn+1, VPn+2…는, 서로의 절댓값(스칼라량)이 동등하게 되어 있다. 복수의 법선 벡터 VPn-1, VPn, VPn+1, VPn+2…는, 예를 들어 단위 벡터로 되어 있다.
또한, 최소 제곱법 등에 의해, 복수의 점(점 Pn 등)으로부터, 선분 LAn 등 대신에, 반직선을 구하고, 법선 벡터 VPn 등을 구해도 된다. 즉, 도 4에 있어서, 선분 LAn+1 대신에, 점 Pn+2로부터 비스듬히 위(점 Pn+1측)로 연장되는 첫 번째의 반직선을 구한다. 이 반직선은, 복수의 점(예를 들어 2개의 점 Pn+1, Pn)으로부터 최소 제곱법에 의해 구할 수 있다. 마찬가지로 하여, 점 Pn+2로부터 비스듬히 아래(점 Pn+3측)로 연장되는 두 번째의 반직선을 구한다. 계속해서, 첫 번째의 반직선의 교차 각도가 αn+2이며, 두 번째의 반직선과의 교차 각도가 βn+2이며, 점 Pn+2를 시점으로 하는 법선 벡터 VPn+2를 구한다. 또한, 교차 각도 αn+2와 교차 각도가 βn+2는 서로 동등하게 되어 있다. 그 밖의 법선 벡터도, 반직선을 사용하여 마찬가지로 구한다.
다음으로, 법선 벡터 비교부(29)에서의 제1 복수의 법선 벡터와, 제2 복수의 법선 벡터의 비교에 대하여, 도 5, 도 6을 참조하면서 더욱 상세히 설명한다. 도 5에 도시한 실선은, 제1 복수의 법선 벡터에 관한 공구(사용 전의 공구)(12)의 에지(13)를 나타내고 있다. 도 5에 도시한 파선은, 제2 복수의 법선 벡터에 관한 공구(사용 후의 공구)(12)의 에지(13a)를 나타내고 있다. 또한, 도 5에서는, 파선(13a)의 일부가 실선(13)으로부터 이격되어 있으며, 파선(13a)의 다른 부위는, 실선(13)과 겹쳐 있다.
제1 복수의 법선 벡터는, 참조 부호 VPn, VPn+1, VPn+2, VPn+3, VPn+4… 로 나타내어져 있고, 제2 복수의 법선 벡터는, 참조 부호 VQn, VQn+1, VQn+2, VQn+3, VQn+4… 로나타내어져 있다. 제2 법선 벡터 VQn, VQn+1, VQn+2, VQn+3, VQn+4…는, 제1 법선 벡터와 마찬가지로 하여 구할 수 있으며, 또한, 제1 법선 벡터와 마찬가지로, 예를 들어 단위 벡터로 되어 있다.
도 6은, 제1 복수의 법선 벡터 VPn, VPn+1, VPn+2, VPn+3, VPn+4… 각각의 성분과, 제2 복수의 법선 벡터 VQn, VQn+1, VQn+2, VQn+3, VQn+4… 각각의 성분을 나타내고 있다.
예를 들어, 법선 벡터 VPn+1의 성분은, (Pan+1, Pbn+1)로 표시되어 있으며, 법선 벡터 VQn+1의 성분은, (Qan+1, Qbn+1)로 표시되어 있다.
법선 벡터 비교부(29)에서는, Pan+1/Pbn+1의 값(법선 벡터의 방향)과, Qan+1/Qbn+1의 값을 비교하도록 되어 있다. 또한, 법선 벡터 비교부(29)에서는, 다른 법선 벡터에 대해서도, 마찬가지의 비교를 하도록 되어 있다. 예를 들어, Pan/Pbn의 값과, Qan/Qbn의 값을 비교하고, 또한 Pan+2/Pbn+2의 값과, Qan+2/Qbn+2의 값을 비교하도록 되어 있다.
상기 비교의 결과, 도 5에서 도시한 점 Pn+1의 법선 벡터 VPn+1의 값(Pan+1/Pbn+1)과, 점 Qn+1의 법선 벡터 VQn+1의 값(Qan+1/Qbn+1)은 서로 일치하고 있다. 즉, 점 Pn+1의 법선 벡터 VPn+1의 값(Pan+1/Pbn+1)과, 점 Qn+1의 법선 벡터 VQn+1의 값(Qan+1/Qbn+1)의 차가 소정의 임계값보다도 작게 되어 있다.
한편, 점 Pn+2의 법선 벡터 VPn+2의 값(Pan+2/Pbn+2)과, 점 Qn+2의 법선 벡터 VQn+2의 값(Qan+2/Qbn+2)은 서로 다르다. 즉, 법선 벡터 VPn+2의 값(Pan+2/Pbn+2)과, 점 Qn+2의 법선 벡터 VQn+2의 값(Qan+2/Qbn+2)의 차가 소정의 임계값보다도 크게 되어 있다.
마찬가지의 비교를 하자면, 법선 벡터 VPn+3의 값과 법선 벡터 VQn+3의 값은 서로 다르고, 법선 벡터 VPn+4의 값과 법선 벡터 VQn+4의 값은 서로 다르다. 또한, 법선 벡터 VPn+5의 값과 법선 벡터 VQn+5의 값은 서로 다르고, 법선 벡터 VPn+6의 값과 법선 벡터 VQn+6의 값은 서로가 일치하고 있다.
그리고, 공구 형상 판단부(31)는, 점 Pn+2(점 Qn+2) 내지 점 Pn+5(점 Qn+5)의 부위에서, 공구(12)의 형상이 변화하고 있다는 판단을 하도록 되어 있다.
다음으로, 공구(12)의 마모량의 검출에 대하여 설명한다.
상술한 바와 같이, 법선 벡터 취득부(27)에서 취득한 제1 복수의 법선 벡터는, 공구(12)의 사용 전에 있어서의 법선 벡터로 되어 있다. 또한, 장치(1)는, 에지 형상 취득부(33)와 공구 형상 변화량 취득부(35)를 구비한다.
에지 형상 취득부(33)는, 공구(12)의 사용 후에, 카메라(22)로 공구(12)를 촬영하여 공구(12)의 에지(13)를 구하도록 되어 있다. 또한, 법선 벡터 취득부(27)는, 상술한 바와 같이, 에지 형상 취득부(33)에서 취득한 공구(12)의 에지(13)상의 복수의 점과 에지(13)를 사용하여, 법선 벡터를 구하도록 되어 있다.
공구 형상 변화량 취득부(35)는, 법선 벡터 취득부(27)에서 구한 제1 복수의 법선 벡터와, 에지 형상 취득부(33)에서 구한 공구(12)의 에지(13)를 사용하여, 사용 전의 공구(12)의 형상에 대한 사용 후의 공구(12)의 형상의 변화량을 구하도록 되어 있다. 또한, 공구(12)의 형상의 변화량으로서, 공구(12)의 마모량, 공구(12)의 결손부의 결손량 등을 예로 들 수 있다.
여기서, 공구 형상 변화량 취득부(35)에 의해, 공구(12)의 형상의 변화량을 구하는 것에 대하여 도 7을 참조하면서 더욱 상세히 설명한다.
공구(12)의 형상의 변화량의 구하는 방법을, 점 Pn+2를 예로 들어 설명한다. 우선, 점 Pn+2의 법선 벡터 VPn+2를 구한다. 계속해서, 점 Pn+2를 통과하여 기울기가 법선 벡터 VPn+2와 일치하고 있는 직선(점 Pn+2를 시점으로 하는 법선 벡터 VPn+2를 포함하는 직선의 방정식)을 구한다.
계속해서, 상기 직선과, 에지(13a)와의 교점 Qm+2를 구하고, 점 Pn+2와 교점 Qm+2를 연결하는 선분 Ln+2의 길이를 구한다. 이 선분 Ln+2의 길이의 값이, 점 Pn+2의 부분에 있어서의 공구(12)의 형상의 변화량으로 된다. 마찬가지로 하여, 점 Pn+3 등의 다른 점에 대해서도, 공구(12)의 형상의 변화량을 구한다.
다음으로, 공구의 형상을 검출하는 장치(1)의 동작에 대하여 도 8을 참조하면서 설명한다.
초기 상태로서, 공구(12)가 회전하고 있으며, 도 2에서 도시한 바와 같이, 장치(1)로 공구(12)의 형상을 측정할 수 있도록 되어 있다.
상기 초기 상태에서, 제어 장치(20)(제어부(25))의 제어하에 사용 전의 공구(12)를 카메라(22)로 촬영하고(S1), 법선 벡터 취득부(27)에 의해 스텝 S1에서 촬영한 공구(12)의 법선 벡터를 구한다(S3).
계속해서, 공구(12)를 사용하여 워크(14)에 소정의 절삭 가공을 실시하고(S5), 스텝 S55에서의 사용을 한 후의 공구(12)를 카메라(22)로 촬영한다(S7).
계속해서, 에지 형상 취득부(33)에 의해, 스텝 S7에서 촬영한 공구(12)의 에지(13)를 구하고, 법선 벡터 취득부(27)에 의해, 스텝 S7에서 촬영한 공구(12)의 법선 벡터를 구한다(S9).
계속해서, 스텝 S3에서 구한 공구(12)의 법선 벡터와, 스텝 S9에서 구한 공구(12)의 법선 벡터와, 법선 벡터 비교부(29)에 의해 비교한다(S11). 계속해서, 스텝 S11에서의 비교 결과에 의해, 공구 형상 판단부(31)에 의해 공구(12)의 형상이 변화하고 있는지 여부를 판단한다(S13).
계속해서, 스텝 S3에서 구한 공구(12)의 법선 벡터와, 스텝 S9에서 구한 공구(12)의 에지에 의해, 공구 형상 변화량 취득부(35)에서 공구(12)의 형상 변화량을 구한다(S15).
공구의 형상을 검출하는 장치(1)에서는, 법선 벡터 취득부(27)에서 공구(12)의 에지(13)상의 복수의 점에서, 이들의 법선 벡터를 구하고, 법선 벡터 비교부(29)에서, 제1 복수의 법선 벡터와 제2 복수의 법선 벡터를 비교하도록 되어 있다. 그리고, 제1 복수의 법선 벡터의 값과 제2 복수의 법선 벡터의 값이 소정의 임계값으로부터 다를 때, 공구 형상 판단부(31)에서 공구(12)의 형상이 변화하고 있다는 판단을 하도록 되어 있다.
이에 의해, 형상이 미지인 공구(12)의 형상을 측정하고 또한 공구(12)의 형상의 이상을 검출할 수 있다. 또한, 법선 벡터를 비교함으로써, 사용의 전후에 있어서의 공구(12)의 형상이 변화하고 있는지 여부를 판단하므로, 단순히 사용의 전후에 있어서의 공구(12)를 촬영하여 공구(12)의 형상을 비교하는 경우에 비하여, 공구(12)의 형상의 변화를 정확하게 검출할 수 있다.
그런데, 상술한 장치(1)를, 공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 검출하는 장치이며, 상기 공구의 형상을 촬영하는 카메라와, 상기 공구의 사용 전에, 상기 카메라로 상기 공구를 촬영하여 상기 공구의 에지상의 복수의 점에서, 법선 벡터를 구하는 법선 벡터 취득부와, 상기 공구의 사용 후에, 상기 카메라로 상기 공구를 촬영하여 상기 공구의 에지를 구하는 에지 형상 취득부와, 상기 법선 벡터 취득부에서 구한 법선 벡터와, 상기 에지 형상 취득부에서 구한 상기 공구의 에지를 이용하여, 상기 사용 전의 공구의 형상에 대한 상기 사용 후의 공구의 형상의 변화량을 구하는 공구 형상 변화량 취득부를 갖는 장치로서 파악해도 된다.
이 장치(1)에서는, 법선 벡터 취득부(27)에서, 사용 전의 공구(12)의 에지(13)상의 복수의 점에서 법선 벡터를 구하고, 에지 형상 취득부(33)에서, 사용 후의 공구(12)의 에지(13a)를 구하고 있다. 그리고, 법선 벡터 취득부(27)에서 구한 법선 벡터와, 에지 형상 취득부(33)에서 구한 공구(12)의 에지(13a)를 사용하여, 공구 형상 변화량 취득부(35)에서, 사용 전의 공구(12)의 형상에 대한 사용 후의 공구(12)의 형상의 변화량을 구하도록 되어 있다.
이에 의해, 사용에 의한 결손이나 마모량 및 마모 등이 발생한 공구(12)의 부위를 정확하게 검출할 수 있다.
또한, 상술한 장치(1)를, 공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 검출하는 장치이며, 상기 공구의 형상을 촬영하는 카메라와, 상기 공구의 사용 전에, 상기 카메라로 상기 공구를 촬영하여 상기 공구의 에지를 구하는 에지 형상 취득부와, 상기 공구의 사용 후에, 상기 카메라로 상기 공구를 촬영하여 상기 공구의 에지상의 복수의 점에서, 법선 벡터를 구하는 법선 벡터 취득부와, 상기 법선 벡터 취득부에서 구한 법선 벡터와, 상기 에지 형상 취득부에서 구한 상기 공구의 에지를 이용하여, 상기 사용 전의 공구의 형상에 대한 상기 사용 후의 공구의 형상의 변화량을 구하는 공구 형상 변화량 취득부를 갖는 장치로서 파악해도 된다.
또한, 상술한 기재 내용을, 공구의 형상을 검출하는 방법으로서 파악해도 된다.
즉, 공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 검출하는 방법이며, 상기 공구의 형상을 촬영하는 카메라로 촬영한 공구의 에지상의 복수의 점에서, 이들 법선 벡터를 구하는 법선 벡터 취득 단계와, 상기 법선 벡터 취득 단계에서 취득한 제1 복수의 법선 벡터와, 상기 법선 벡터 취득 단계에서 다음에 취득한 제2 복수의 법선 벡터를 비교하는 법선 벡터 비교 단계와, 상기 법선 벡터 비교 단계에서의 비교의 결과, 제1 복수의 법선 벡터의 값과 상기 제2 복수의 법선 벡터의 값이, 소정의 임계값으로부터 다를 때, 상기 공구의 형상이 변화하고 있다는 판단을 하는 공구 형상 판단 단계를 갖는 방법으로서 파악해도 된다.
또한, 상기 법선 벡터 취득 단계에서 취득한 제1 복수의 법선 벡터는, 상기 공구의 사용 전에 있어서의 법선 벡터이며, 상기 공구의 사용 후에, 상기 카메라로 상기 공구를 촬영하여 상기 공구의 에지를 구하는 에지 형상 취득 단계와, 상기 법선 벡터 취득 단계에서 구한 제1 복수의 법선 벡터와, 상기 에지 형상 취득 단계에서 구한 상기 공구의 에지를 이용하여, 상기 사용 전의 공구의 형상에 대한 상기 사용 후의 공구의 형상의 변화량을 구하는 공구 형상 변화량 취득 단계를 갖는 청구항 5에 기재된 공구의 형상을 검출하는 방법으로서 파악해도 된다.
몇몇 실시 형태를 설명하였지만, 상기 개시 내용에 기초하여 실시 형태의 수정 내지 변형을 하는 것이 가능하다.
1: 장치
2: 공작 기계
11: 주축
12: 공구
13, 13a: 공구의 에지
22: 카메라
27: 법선 벡터 취득부
29: 법선 벡터 비교부
31: 공구 형상 판단부
33: 에지 형상 취득부
35: 공구 형상 변화량 취득부

Claims (6)

  1. 공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 검출하는 장치이며,
    상기 형상을 촬영하는 카메라와,
    상기 카메라로 촬영한 상기 공구의 에지상의 복수의 점에 있어서 각각 특정 벡터를 구하는 특정 벡터 취득부와,
    상기 특정 벡터 취득부에 의해 제1 시점에 있어서 취득된 제1 복수의 특정 벡터와, 제2 시점에 있어서 취득된 제2 복수의 특정 벡터를 비교하는 특정 벡터 비교부와,
    상기 특정 벡터 비교부에서의 비교의 결과, 상기 제1 복수의 특정 벡터의 값과 상기 제2 복수의 특정 벡터의 값이, 소정의 임계값으로부터 다를 때, 상기 공구의 형상이 변화하고 있다는 판단을 하는 공구 형상 판단부를
    갖고, 상기 특정 벡터는, 법선 벡터 혹은 접선 벡터 혹은 상기 법선 벡터에 대하여 일정한 각도만큼 기울어 있는 특정 경사 벡터인 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 특정 벡터 취득부에서 취득한 제1 복수의 특정 벡터는, 상기 공구의 사용 전에 있어서의 특정 벡터이며,
    상기 공구의 사용 후에, 상기 카메라로 상기 공구를 촬영하여 상기 공구의 에지를 구하는 에지 형상 취득부와,
    상기 특정 벡터 취득부에서 구한 제1 복수의 특정 벡터와, 상기 에지 형상 취득부에서 구한 상기 공구의 에지를 이용하여, 상기 사용 전의 공구의 형상에 대한 상기 사용 후의 공구의 형상의 변화량을 구하는 공구 형상 변화량 취득부를
    갖는 장치.
  3. 공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 검출하는 장치이며,
    상기 공구의 형상을 촬영하는 카메라와,
    상기 공구의 사용 전에, 상기 카메라로 상기 공구를 촬영하여 상기 공구의 에지상의 복수의 점에서, 특정 벡터를 구하는 특정 벡터 취득부와,
    상기 공구의 사용 후에, 상기 카메라로 상기 공구를 촬영하여 상기 공구의 에지를 구하는 에지 형상 취득부와,
    상기 특정 벡터 취득부에서 구한 특정 벡터와, 상기 에지 형상 취득부에서 구한 상기 공구의 에지를 이용하여, 상기 사용 전의 공구의 형상에 대한 상기 사용 후의 공구의 형상의 변화량을 구하는 공구 형상 변화량 취득부를
    갖고, 상기 특정 벡터는, 법선 벡터 혹은 접선 벡터 혹은 상기 법선 벡터에 대하여 일정한 각도만큼 기울어 있는 특정 경사 벡터인 장치.
  4. 공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 검출하는 장치이며,
    상기 공구의 형상을 촬영하는 카메라와,
    상기 공구의 사용 전에, 상기 카메라로 상기 공구를 촬영하여 상기 공구의 에지를 구하는 에지 형상 취득부와,
    상기 공구의 사용 후에, 상기 카메라로 상기 공구를 촬영하여 상기 공구의 에지상의 복수의 점에서, 특정 벡터를 구하는 특정 벡터 취득부와,
    상기 특정 벡터 취득부에서 구한 특정 벡터와, 상기 에지 형상 취득부에서 구한 상기 공구의 에지를 이용하여, 상기 사용 전의 공구의 형상에 대한 상기 사용 후의 공구의 형상의 변화량을 구하는 공구 형상 변화량 취득부를
    갖고, 상기 특정 벡터는, 법선 벡터 혹은 접선 벡터 혹은 상기 법선 벡터에 대하여 일정한 각도만큼 기울어 있는 특정 경사 벡터인 장치.
  5. 공작 기계의 주축에 설치된 공구의 형상을 검출하는 방법이며,
    상기 공구의 형상을 촬영하는 카메라로 촬영한 공구의 에지상의 복수의 점에서, 이들 특정 벡터를 구하는 특정 벡터 취득 단계와,
    상기 특정 벡터 취득 단계에서 취득한 제1 복수의 특정 벡터와, 상기 특정 벡터 취득 단계에서 다음에 취득한 제2 복수의 특정 벡터를 비교하는 특정 벡터 비교 단계와,
    상기 특정 벡터 비교 단계에서의 비교의 결과, 제1 복수의 특정 벡터의 값과 상기 제2 복수의 특정 벡터의 값이, 소정의 임계값으로부터 다를 때, 상기 공구의 형상이 변화하고 있다는 판단을 하는 공구 형상 판단 단계를
    갖고, 상기 특정 벡터는, 법선 벡터 혹은 접선 벡터 혹은 상기 법선 벡터에 대하여 일정한 각도만큼 기울어 있는 특정 경사 벡터인 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 특정 벡터 취득 단계에서 취득한 제1 복수의 특정 벡터는, 상기 공구의 사용 전에 있어서의 특정 벡터이며,
    상기 공구의 사용 후에, 상기 카메라로 상기 공구를 촬영하여 상기 공구의 에지를 구하는 에지 형상 취득 단계와,
    상기 특정 벡터 취득 단계에서 구한 제1 복수의 특정 벡터와, 상기 에지 형상 취득 단계에서 구한 상기 공구의 에지를 이용하여, 상기 사용 전의 공구의 형상에 대한 상기 사용 후의 공구의 형상의 변화량을 구하는 공구 형상 변화량 취득 단계를
    갖는 방법.
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