(57)【要約】【課題】形状の測定対象の器具が移動する場合にも、簡易に移動の前後で器具の同一位置を測定することを可能とした測定位置設定装置を提供する。【解決手段】処理ユニット３５０は、処理ユニット３５０は、径の測定対象となるドリル本体１４１が第１の状態から移動して第２の状態となる場合に、第１の状態にあるドリル本体１４１を撮影して得られる第１全体画像から基準画像を抽出し、この基準画像において第１測定位置を設定する。更に、処理ユニット３５０は、第２の状態にあるドリル本体１４１を撮影して得られる第２全体画像から基準画像に近似する設定用画像を検索し、この設定用画像において、第１測定位置に対応する位置を、第２測定位置として設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状の測定対象となる器具の測定位置を設定する測定位置設定装置であって、
第１の状態にある前記器具を撮影して画像を生成する第１の撮影手段と、
前記第１の撮影手段により生成された画像から、前記器具の画像を含む所定範囲に対応する基準画像を抽出する画像抽出手段と、
前記画像抽出手段により抽出された基準画像において、前記第１の状態にある前記器具の測定位置を設定する第１の測定位置設定手段と、
前記第１の状態から移動して第２の状態にある前記器具を撮影して画像を生成する第２の撮影手段と、
前記第２の撮影手段により生成された画像から、前記画像抽出手段により抽出された前記基準画像に近似する設定用画像を検索する画像検索手段と、
前記画像検索手段により得られた設定用画像において、前記測定位置設定手段により設定された前記第１の状態にある前記器具の測定位置に対応する位置を、前記第２の状態にある前記器具の測定位置として設定する第２の測定位置設定手段とを有する測定位置設定装置。
【請求項２】
前記第１の測定位置設定手段は、前記第１の状態にある前記器具の測定位置を、前記画像抽出手段により抽出された基準画像の中心を原点とする座標平面における座標として設定し、
前記第２の測定位置設定手段は、前記第２の状態にある前記器具の測定位置を、前記画像検索手段により得られた設定用画像の中心を原点とする座標平面における、前記第１の測定位置設定手段により設定された座標に対応する座標の位置に設定する請求項１に記載の測定位置設定装置。
【請求項３】
前記第１の測定位置設定手段は、前記第１の状態にある前記器具の測定位置を、直交座標系の第１の座標軸方向の座標成分に設定し、
前記第２の測定位置設定手段は、前記第２の状態にある前記器具の測定位置を、前記第１の座標軸方向の座標成分を表す直線と、前記設定用画像における前記器具の輪郭線との交点となる位置に設定する請求項１又は２に記載の測定位置設定装置。
【請求項４】
前記画像検索手段は、前記第２の撮影手段により生成された画像における前記器具の輪郭線と、前記基準画像における前記器具の輪郭線とを比較し、これら輪郭線の一致の度合いに基づいて、前記第２の撮影手段により生成された画像から、前記設定用画像を検索する請求項１乃至３のいずれかに記載の測定位置設定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、器具の形状等を測定する際の測定位置を設定する測定位置設定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ドリルにより金属等のワークに穴あけを行う場合、ドリルとワークとが接触することによってドリルが磨耗等し、その結果、ドリルが変形して径が変わってしまう現象が生じることがある。このようにドリルの径が変わると、目標とする径を有する穴を形成することができなくなる。このため、ドリルの径を逐次測定し、その径が許容範囲内であるか否かを検査する作業が行われる。
【０００３】
ドリルの径をはじめとする器具の形状の測定は、当該器具を撮影して得られる画像に基づいて行われる。例えば、特許文献１に記載された技術では、測定対象の物体の画像から境界線を抽出し、その抽出された境界線の座標値から当該境界線の近似式を求め、当該近似式に基づいて測定対象の物体の形状を測定する。
【特許文献１】特開平８−３５８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
器具の形状を測定する場合には、一般に、器具の同一位置（例えば輪郭線の位置）についての形状を連続して測定する必要がある。このように、同一位置における形状を連続して測定することにより、その位置での形状の変化を把握することが可能となる。しかしながら、従来は、器具が移動した場合、画像上でそれまで設定されていた測定位置は、もはや測定位置ではないため、改めて、器具の同一位置が測定されるように画像上で測定位置を設定する必要があり、このような設定は煩雑且つ困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、上述した問題を解決するものであり、形状の測定対象の器具が移動する場合にも、簡易に移動の前後で器具の同一位置を測定することを可能とした測定位置設定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る、形状の測定対象となる器具の測定位置を設定する測定位置設定装置は、第１の状態にある前記器具を撮影して画像を生成する第１の撮影手段と、前記第１の撮影手段により生成された画像から、前記器具の画像を含む所定範囲に対応する基準画像を抽出する画像抽出手段と、前記画像抽出手段により抽出された基準画像において、前記第１の状態にある前記器具の測定位置を設定する第１の測定位置設定手段と、前記第１の状態から移動して第２の状態にある前記器具を撮影して画像を生成する第２の撮影手段と、前記第２の撮影手段により生成された画像から、前記画像抽出手段により抽出された前記基準画像に近似する設定用画像を検索する画像検索手段と、前記画像検索手段により得られた設定用画像において、前記測定位置設定手段により設定された前記第１の状態にある前記器具の測定位置に対応する位置を、前記第２の状態にある前記器具の測定位置として設定する第２の測定位置設定手段とを有する。
【０００７】
この構成によれば、形状の測定対象となる器具が第１の状態から移動して第２の状態となる場合に、第１の状態にある器具を撮影して得られる画像から当該器具の画像を含む所定範囲を抽出した基準画像において、第１の状態にある器具の測定位置を設定するとともに、第１の状態にある器具を撮影して得られる画像から基準画像に近似する設定用画像を検索し、当該設定用画像において、第１の状態にある器具の測定位置に対応する位置を、第２の状態にある器具の測定位置として設定する。これにより、基準画像に近似する設定用画像において、基準画像において設定された測定位置と同一の位置が測定位置として設定される。換言すれば、器具が第１の状態から移動して第２の状態となる場合に、その器具の移動に測定位置を追随させることができ、簡易に移動の前後で器具の同一位置を測定することが可能となる。
【０００８】
同様の観点から本発明に係る測定位置設定装置は、前記第１の測定位置設定手段が、前記第１の状態にある前記器具の測定位置を、前記画像抽出手段により抽出された基準画像の中心を原点とする座標平面における座標として設定し、前記第２の測定位置設定手段が、前記第２の状態にある前記器具の測定位置を、前記画像検索手段により得られた設定用画像の中心を原点とする座標平面における、前記第１の測定位置設定手段により設定された座標に対応する座標の位置に設定するようにしてもよい。
【０００９】
また、本発明に係る測定位置設定装置は、前記第１の測定位置設定手段が、前記第１の状態にある前記器具の測定位置を、直交座標系の第１の座標軸方向の座標成分に設定し、前記第２の測定位置設定手段が、前記第２の状態にある前記器具の測定位置を、前記第１の座標軸方向の座標成分を表す直線と、前記設定用画像における、前記器具の輪郭線との交点となる位置に設定するようにしてもよい。
【００１０】
この構成によれば、器具の輪郭線における所定位置を測定位置とした場合に、当該器具が第１の状態から移動して第２の状態となっても、その器具の移動に測定位置を追随させることができ、簡易に移動の前後で同一位置を測定することが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る測定位置設定装置は、前記画像検索手段が、前記第２の撮影手段により生成された画像における前記器具の輪郭線と、前記基準画像における前記器具の輪郭線とを比較し、これら輪郭線の一致の度合いに基づいて、前記第２の撮影手段により生成された画像から、前記設定用画像を検索するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、器具が第１の状態から移動して第２の状態となる場合に、その器具の移動に測定位置を追随させることができ、簡易に移動の前後で器具の同一位置を測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の測定位置設定装置を適用した工作機械の概略構成を示す図である。
【００１４】
図１に示す工作機械において、加工機械１００は、穴あけ加工機であり、基台１１０上にＸ軸方向、Ｚ軸方向に移動自在であるワークテーブル１２０が設けられている。ワークテーブル１２０の上方には、回転及び上下動可能となるドリルチャック１３０が設けられている。ドリルチャック１３０にドリル１４０のチャッキング部１４２が取り付けられ、チャッキング部１４２に続くドリル本体１４１がワーキングテーブル１２０に対して垂直に（Ｙ軸方向に平行に）配置される。ワーキングテーブル１２０上には、被加工物となるワーク２００がセットされており、チャッキング１３０を回転させながら下降させることにより、ドリル本体１４１がワーク２００に対して穴あけ加工が行われる。ドリル本体１４１の直径は、例えば、５０μｍ程度であり、ワーク２００に対して５０μｍ程度の穴あけ加工がなされる。
【００１５】
基台１１０上の所定位置には、測定位置設定装置としての測定ユニット３００が設置されている。図２は、測定ユニット３００の構成を示す図である。
【００１６】
図２において、測定ユニット３００は、高輝度ＬＥＤにて平行光線を出力する光源装置３０１と、第１及び第２の撮影手段に対応するカメラユニット３１０を備える。このカメラユニット３１０は、レンズユニット３０２、ＣＣＤカメラ３０３、コネクタ３０４及びカメラケーブル３０５からなるカメラユニットとからなる。レンズユニット３０２は、高倍率のレンズ系で構成され、ＣＣＤカメラ３０３の受光面に対して、例えば、４４８μｍ×３８８μｍの視野範囲の画像を結像させる。光源装置３０１は、出力される平行光線がワークテーブル１２０の面（Ｘ−Ｚ平面）に平行となるように、基台１１０上にセットされる。ＣＣＤカメラ３０３は、高解像度のＣＣＤを備え、例えば、１０２４×７６０ピクセル（画素）の解像度を有する。ＣＣＤカメラ３０３は、受光面に結像される前記視野範囲の画像に対応した画像信号を出力する。この画像信号は、ピクセル（画素）毎の多階調（例えば、２５６階調）輝度信号となる。
【００１７】
光源装置３０１とレンズユニット３０２との間に回転するドリル本体１４１の先端部分が位置づけられた状態で光源装置３０１からの平行光線が出力されると、その平行光線をバックライトとしたドリル本体１４１の先端部分の影（外形形状を表す）に対応した画像部分を含む視野範囲の画像がＣＣＤカメラ３０２の受光面に結像される。そして、ドリル本体１４１の先端部分を含む、結像画像に対応した画像信号がＣＣＤカメラ３０２からコネクタ３０４及びカメラケーブル３０５を介して処理ユニット３５０に供給される。処理ユニット３５０は、その画像信号に対して所定の閾値処理等を施すことによって、画素毎に明暗２値のいずれかとなる画像データを生成し、更に、その２値の画像データを処理する。また、処理ユニット３５０は、その処理結果に応じて加工機械１００に対して所定の信号及びデータを送る。
【００１８】
処理ユニット３５０は、第１の撮影手段、画像抽出手段、第１の測定位置設定手段、第２の撮影手段、画像検索手段、及び、第２の測定位置設定手段に対応する。この処理ユニット３５０は、生成した明暗２値の画像データに対応する画像において、形状の測定対象の器具であるドリル本体１４１についての測定位置を設定し、当該ドリル本体１４１の形状に係る測定処理を実行する。この際、処理ユニット３５０は、ドリル本体１４１が移動する場合にも、どの移動の前後でドリル本体１４１の同一位置を測定することができるように、逐次画像における測定位置の設定を行う。
【００１９】
以下、フローチャートを参照しつつ、ドリル本体１４１の測定位置の設定及び測定の動作を、前段階及び後段階のそれぞれについて説明する。図３は、前段階における、ドリル本体１４１の測定位置の設定及び測定の動作を示すフローチャートである。
【００２０】
カメラユニット３１０は、第１の状態にあるドリル本体１４１を含む所定の範囲を撮影する（Ｓ１０１）。撮影における結像画像に対応した画像信号は、処理ユニット３５０に供給され、処理ユニット３５０は、その画像信号から２値の画像データを生成する。
【００２１】
更に、処理ユニット３５０は、その生成した画像データに対応する画像（第１全体画像）から基準となる画像（基準画像）を抽出する（Ｓ１０２）。具体的には、処理ユニット２５０は、第１全体画像における、ドリル本体１４１の画像を特定する。上述したように、ＣＣＤカメラ３０２の受光面には、光源装置３０１からの平行光線をバックライトとしたドリル本体１４１の先端部分の影に対応した画像部分を含む視野範囲の画像が結像される。このため、処理ユニット３５０は、第１全体画像に対応する明暗２値の画像データのうち、暗の画像データを、ドリル本体１４１の画像の画素に対応するものとして抽出する。例えば、図４では、第１全体画像４００からドリル本体１４１の画像４２０を含む所定範囲４１０が基準画像となる。抽出された基準画像は、処理ユニット３５０内の図示しないメモリに記憶される。
【００２２】
次に、処理ユニット３５０は、Ｓ１０２にて抽出した基準画像において、ドリル本体１４１の画像の輪郭線（第１ドリル輪郭線）を特定する（Ｓ１０３）。具体的には、処理ユニット３５０は、基準画像に含まれるドリル本体１４１の画像の各画素に対応する暗の画像データのうち、隣接する画素が明の画像データとなるものを、第１ドリル輪郭線の画像の画素に対応するものとして特定する。例えば、図４では、ドリル本体１４１の画像４２０の外縁４２１が第１ドリル輪郭線として特定される。
【００２３】
次に、処理ユニット３５０は、Ｓ１０２にて抽出した基準画像について、中心を原点とするＸ−Ｙ座標平面（基準画像座標平面）を設定する（Ｓ１０５）。例えば、図５では、基準画像４１０には、当該基準画像４１０の中心４３０を原点とするＸ−Ｙ座標平面が設定される。
【００２４】
次に、処理ユニット３５０は、基準画像における測定位置（第１測定位置）のＹ座標を特定する（Ｓ１０６）。具体的には、処理ユニット３５０は、基準画像における第１ドリル輪郭線上のいずれかの位置を第１測定位置として設定する。更に、処理ユニット３５０は、Ｓ１０５にて設定した基準画像座標平面において、設定した第１測定位置のＹ座標を特定する。例えば、図５では、基準画像４１０における第１ドリル輪郭線４２１上の位置４４０が第１測定位置として設定され、当該第１測定位置のＹ座標が特定される。特定された第１測定位置のＹ座標は、処理ユニット３５０内の図示しないメモリに記憶される。
【００２５】
次に、処理ユニット３５０は、基準画像に基づいて、第１測定位置におけるＸ軸と平行をなす方向について、ドリル本体１４１の径を測定する（Ｓ１０７）。具体的には、処理ユニット３５０は、基準画像において、第１測定位置を通り、基準画像座標平面のＸ軸に平行な直線を設定する。例えば、図５では、第１測定位置４４０を通り、基準画像座標平面のＸ軸に平行な直線４４１が設定される。更に、処理ユニット３５０は、設定した直線と第１輪郭線との２つの交点を特定し、これら交点間の画素数（図５ではＬ）を把握する。更に、処理ユニット３５０は、把握した画素数を実空間上の距離に換算することによって、ドリル本体１４１の径を測定する。
【００２６】
測定結果は、基準画像とともにモニタ３５２に表示される。作業者は、モニタ３５２に表示された画像によって、測定が正しく行われていること、及び、その測定の結果を認識することができる。
【００２７】
このようにして、前段階において、第１の状態にあるドリル本体１４１の測定位置の設定及び測定が行われた後、ドリル本体１４１が移動して第２の状態になった場合、後段階における、ドリル本体１４１の測定位置の設定及び測定が行われる。図６は、後段階における、ドリル本体１４１の測定位置の設定及び測定の動作を示すフローチャートである。
【００２８】
カメラユニット３１０は、第２の状態にあるドリル本体１４１を含む所定の範囲を撮影する（Ｓ２０１）。撮影における結像画像に対応した画像信号は、処理ユニット３５０に供給され、処理ユニット３５０は、その画像信号から２値の画像データを生成する。
【００２９】
更に、処理ユニット３５０は、その生成した画像データに対応する画像（第２全体画像）における、ドリル本体１４１の画像の輪郭線（第２ドリル輪郭線）を特定する（Ｓ２０２）。具体的には、処理ユニット３５０は、第２全体画像の各画素に対応する明暗２値の画像データを抽出する。更に、処理ユニット３５０は、図５のＳ１０３と同様、ドリル本体１４１の画像の各画素に対応する暗の画像データのうち、隣接する画素が明の画像データとなるものを、第１ドリル輪郭線の画像の画素に対応するものとして特定する。例えば、図７では、第２全体画像５００において、ドリル本体１４１の画像５２０の外縁５２１が第２ドリル輪郭線として特定される。
【００３０】
次に、処理ユニット３５０は、第２全体画像から設定用画像を検索する（Ｓ２０３）。ここで、処理ユニット３５０は、第２全体画像から設定用画像を抽出した場合に、当該設定用画像における第２輪郭線と、基準画像における第１輪郭線とが最も近似するように、その設定用画像を検索する。具体的には、処理ユニット３５０は、メモリに記憶した基準画像に対応する画素毎の明暗２値の画像データに基づいて、基準画像における第１輪郭線の形状及び配置を認識するとともに、第２全体画像に対応する画素毎の明暗２値の画像データに基づいて、第２全体画像における第２輪郭線の形状及び配置を認識する。そして、処理ユニット３５０は、基準画像における第１輪郭線の形状及び配置と、設定用画像における第２輪郭線の形状及び配置とが可能な限り近似するように、第２全体画像から設定用画像とすべき範囲を特定し、当該範囲に対応する画像データを得る。検索により得られた設定用画像は全体として基準画像に近似したものとなる。例えば、図６では、第２全体画像５００から設定用画像５１０が検索される。この設定用画像５１０における第２輪郭線５２１と、図４の基準画像４１０における第１輪郭線４２１とは、形状及び配置が一致している。検索された設定用画像は、処理ユニット３５０内の図示しないメモリに記憶される。
【００３１】
次に、処理ユニット３５０は、検索した設定用画像について、中心を原点とするＸ−Ｙ座標平面（設定用画像座標平面）を設定する（Ｓ２０４）。例えば、図８では、設定用画像５１０には、当該設定用画像５１０の中心５３０を原点とするＸ−Ｙ座標平面が設定される。
【００３２】
次に、処理ユニット３５０は、Ｓ２０４にて設定した設定用画像座標平面において、メモリに記憶された第１測定位置のＹ座標を、設定用画像における測定位置（第２測定位置）のＹ座標として特定する（Ｓ２０５）。
【００３３】
更に、処理ユニット３５０は、Ｓ２０４にて設定した設定用画像座標平面において、第２測定位置のＹ座標を表す直線と、第２輪郭線との交点のＸ座標を、第２測定位置のＸ座標として特定する（Ｓ２０６）。例えば、図８では、設定用画像５１０における第２ドリル輪郭線５２１上の位置５４０が第２測定位置として設定され、当該第２測定位置のＹ座標及びＸ座標が特定される。Ｓ２０５において特定された第２測定位置のＹ座標と、Ｓ２０６において特定された第２測定位置のＸ座標とは対応付けられて、第２測定位置の座標として処理ユニット３５０内の図示しないメモリに記憶される。
【００３４】
次に、処理ユニット３５０は、設定用画像に基づいて、第２測定位置におけるＸ軸と平行をなす方向について、ドリル本体１４１の径を測定する（Ｓ２０７）。具体的には、処理ユニット３５０は、設定用画像において、第２測定位置を通り、設定用画像座標平面のＸ軸に平行な直線を設定する。例えば、図８では、第２測定位置５４０を通り、基準画像座標平面のＸ軸に平行な直線５４１が設定される。更に、処理ユニット３５０は、設定した直線と第２輪郭線との２つの交点（一方は第２測定位置）を特定し、これら交点間の画素数（図８ではＭ）を把握する。更に、処理ユニット３５０は、把握した画素数を実空間上の距離に換算することによって、ドリル本体１４１の径を測定する。
【００３５】
測定結果は、基準画像とともにモニタ３５２に表示される。作業者は、モニタ３５２に表示された画像によって、測定が正しく行われていること、及び、その測定の結果を認識することができる。更に、作業者は、図示しない操作部を操作することにより、処理ユニット３５０に対して、ドリル本体１４１の径の測定終了を指示することができる。処理ユニット３５０は、Ｓ２０７にてドリル本体１４１の径を測定した後、測定終了が指示されたか否かを判定する（Ｓ２０８）。そして、測定終了が指示された場合には、一連の動作を狩猟する。一方、測定終了が指示されていない場合には、ドリル本体１４１の撮影（Ｓ２０１）以降の動作が繰り返され、再び、第２測定位置の設定と、その第２測定位置でのドリル本体１４１の径の測定が行われる。
【００３６】
このように、本実施形態の測定位置設定装置としての測定ユニット３００では、処理ユニット３５０は、径の測定対象となるドリル本体１４１が第１の状態から移動して第２の状態となる場合に、第１の状態にあるドリル本体１４１を撮影して得られる第１全体画像から当該ドリル本体１４１を含む所定範囲を基準画像として抽出し、この基準画像において第１測定位置を設定する。
【００３７】
更に、処理ユニット３５０は、第２の状態にあるドリル本体１４１を撮影して得られる第２全体画像から基準画像に近似する設定用画像を検索し、当該設定用画像において、第１測定位置に対応する位置を、第２測定位置として設定する。これにより、基準画像に近似する設定用画像において、基準画像において設定された測定位置と同一の位置が測定位置として設定される。換言すれば、ドリル本体１４１が第１の状態から移動して第２の状態となる場合に、そのドリル本体１４１の移動に測定位置を追随させることができ、簡易に移動の前後でドリル本体１４１の同一位置を測定することが可能となる。
【００３８】
なお、上述した実施形態では、第１測定位置は１箇所のみであり、これに対応して第２測定位置も１箇所であったが、複数の第１測定位置が設定され、個々の第１測定位置に対応して第２測定位置が設定される場合にも、同様に本発明を適用することができる。また、上述した実施形態では、ドリル本体１４１の径を測定する場合について説明したが、径以外の形状を測定する場合にも、同様に本発明を適用することができる。更には、ドリル本体１４１以外の様々な器具について測定を行う場合の測定位置の設定においても、同様に本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上、説明したように、本発明に係る測定位置設定装置は、形状の測定対象の器具が移動する場合にも、簡易に移動の前後で器具の同一位置を測定することが可能であり、測定位置設定装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態に係る測定位置設定装置を適用した工作機械の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る測定ユニットの構成を示す図である。
【図３】前段階における、ドリル本体１４１の測定位置の設定及び測定の動作を示すフローチャートである。
【図４】基準画像の抽出の一例を示す図である。
【図５】第１測定位置の設定の一例を示す図である。
【図６】後段階における、ドリル本体１４１の測定位置の設定及び測定の動作を示すフローチャートである。
【図７】設定用画像の検索の一例を示す図である。
【図８】第２測定位置の設定の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００  加工機械
１１０  基台
１２０  ワークテーブル
１３０  ドリルチャック
１４０  ドリル
１４１  ドリル本体
１４２  チャッキング部
２００  ワーク
３００  測定ユニット
３０１  光源装置
３０２  レンズユニット
３０３  ＣＣＤカメラ
３０４  コネクタ
３０５  カメラケーブル
３５０  処理ユニット
３５２  モニタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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