(57)【要約】【課題】被測定物の円筒状孔の軸線方向に移動することなく被測定物の円筒状孔の幾何学的な情報を検出する光学検出装置及び光学検出方法を提供すること。【解決手段】光源１１０から投光された光を軸線に垂直な面に対して傾斜した面に沿った全周方向に分配して照射する照射手段１２０と、被測定物に照射された光を撮像する撮像手段１３０とが配され、撮像データに基づき幾何学的な情報を検出する情報検出手段を備えたこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム状の光を投光する光源と、該投光された光を投光軸線に対する全周方向に分配して照射する照射手段と、該照射手段によって被測定物に照射された光を撮像する撮像手段とが配され、該撮像手段による撮像データに基づき被測定物の幾何学的な情報を検出する情報検出手段を備えた情報検出装置において、
前記照射手段が、前記光源からの光を投光軸線に垂直な面に対して傾斜した面に沿って分配照射することを特徴とする情報検出装置。
【請求項２】
前記照射手段が、回転自在に設けられ、
前記撮像手段が、前記照射手段の回転による被測定物の照射点の移動軌跡を撮像するように配置され、
前記情報検出手段が、該照射点の移動軌跡に基づき幾何学情報を検出することを特徴とする請求項１の情報検出装置。
【請求項３】
前記撮像手段が、被測定物である円筒状孔の軸心方向に離反した２つの照射点各々の回転による移動軌跡を撮像し、
前記情報検出手段が、両照射点の移動軌跡の中心位置に基づき、円筒状孔の軸心情報を検出することを特徴とする請求項２の情報検出装置。
【請求項４】
前記円筒状孔が、工作機械の主軸と対向する背面主軸の軸心方向の孔であることを特徴とする請求項３に記載の情報検出装置。
【請求項５】
前記光源、照射手段及び撮像手段が、一体的に工作機械の主軸に取り付け可能に構成されたことを特徴とする請求項４に記載の情報検出装置。
【請求項６】
光源から投光されたビーム状の光を、照射手段によって投光軸線に対する全周方向に分配して被測定物に照射し、被測定物に照射された光を撮像手段によって撮像し、撮像手段によって撮像された撮像データに基づき被測定物の幾何学的な情報を検出する情報検出方法において、前記照射手段によって投光軸線に垂直な面に対して傾斜した面に沿って被測定物に光源からの光を分配照射することを特徴とする情報検出方法。
【請求項７】
前記照射手段を回転し、被測定物の照射点の移動軌跡を撮像装置によって撮像して被測定物の幾何学的な情報を検出することを特徴とする請求項６の情報検出方法。
【請求項８】
前記撮像手段により被測定物である円筒状孔の投光軸心方向に離反した２つの照射点を特定し、照射手段の回転による両照射点の移動軌跡の中心位置を算出し、両照射点の移動軌跡の中心位置に基づき、円筒状孔の軸心情報を検出することを特徴とする請求項７に記載の情報検出方法。
【請求項９】
前記光源、照射手段及び撮像手段を、一体的に工作機械の主軸に取り付け、該主軸の回転により、主軸と対向する背面主軸の軸心方向の孔の軸心情報を検出することを特徴とする請求項８に記載の情報検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の幾何学的な情報を検出する情報検出装置及び情報検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定物である円筒状孔の幾何学的な情報を検出する情報検出装置として、円筒状孔の軸線方向に、ビーム状の光を投光する光源と、該投光された光を前記軸線に対する全周方向に分配して照射する照射手段と、該照射手段によって被測定物に照射された光を撮像する撮像手段とが配されたものが知られている（例えば、特許文献１、２等参照。）。
【０００３】
これらの情報検出装置は、撮像された情報から被測定物の円筒状孔の照射面の断面形状を演算し、情報検出装置を被測定物の円筒状孔の軸線方向に移動することによって、軸線方向の各断面の形状を検出するようになっている。
【特許文献１】特開平５−１４９８８４号公報（第２乃至３頁、図１）
【特許文献２】特許第２８８３２３６号公報（第４乃至５頁、図１、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来の情報検出装置及び情報検出方法は、例えば被測定物の円筒状孔の軸線と情報検出装置の軸線の相対的な関係を検出する場合であっても被測定物の円筒状孔の複数個所の幾何学的情報を得るために、情報検出装置を被測定物の円筒状孔の軸線方向に移動する必要があり、検出が容易ではないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本請求項１に係る発明は、ビーム状の光を投光する光源と、該投光された光を投光軸線に対する全周方向に分配して照射する照射手段と、該照射手段によって被測定物に照射された光を撮像する撮像手段とが配され、該撮像手段による撮像データに基づき被測定物の幾何学的な情報を検出する情報検出手段を備えた情報検出装置において、前記照射手段が、前記光源からの光を投光軸線に垂直な面に対して傾斜した面に沿って分配照射することにより、前記課題を解決するものである。
【０００６】
本請求項２に係る発明は、請求項１に記載された情報検出装置の構成に加えて、前記照射手段が、回転自在に設けられ、前記撮像手段が、前記照射手段の回転による被測定物の照射点の移動軌跡を撮像するように配置され、前記情報検出手段が、該照射点の移動軌跡に基づき幾何学情報を検出することにより、前記課題を解決するものである。
【０００７】
本請求項３に係る発明は、請求項２に記載された情報検出装置の構成に加えて、前記撮像手段が、被測定物である円筒状孔の軸心方向に離反した２つの照射点各々の回転による移動軌跡を撮像し、前記情報検出手段が、両照射点の移動軌跡の中心位置に基づき、円筒状孔の軸心情報を検出することにより、前記課題を解決するものである。
【０００８】
本請求項４に係る発明は、請求項３に記載された情報検出装置の構成に加えて、前記円筒状孔が、工作機械の主軸と対向する背面主軸の軸心方向の孔であることにより、前記課題を解決するものである。
【０００９】
本請求項５に係る発明は、請求項４に記載された情報検出装置の構成に加えて、前記光源、照射手段及び撮像手段が、一体的に工作機械の主軸に取り付け可能に構成されたことにより、前記課題を解決するものである。
【００１０】
本請求項６に係る発明は、光源から投光されたビーム状の光を、照射手段によって投光軸線に対する全周方向に分配して被測定物に照射し、被測定物に照射された光を撮像手段によって撮像し、撮像手段によって撮像された撮像データに基づき被測定物の幾何学的な情報を検出する情報検出方法において、前記照射手段によって投光軸線に垂直な面に対して傾斜した面に沿って被測定物に光源からの光を分配照射することにより、前記課題を解決するものである。
【００１１】
本請求項７に係る発明は、請求項６に記載された情報検出方法の構成に加えて、前記照射手段を回転し、被測定物の照射点の移動軌跡を撮像装置によって撮像して被測定物の幾何学的な情報を検出することにより、前記課題を解決するものである。
【００１２】
本請求項８に係る発明は、請求項７に記載された情報検出方法の構成に加えて、前記撮像手段により被測定物である円筒状孔の投光軸心方向に離反した２つの照射点を特定し、照射手段の回転による両照射点の移動軌跡の中心位置を算出し、両照射点の移動軌跡の中心位置に基づき、円筒状孔の軸心情報を検出することにより、前記課題を解決するものである。
【００１３】
本請求項９に係る発明は、請求項８に記載された情報検出方法の構成に加えて、前記光源、照射手段及び撮像手段を、一体的に工作機械の主軸に取り付け、該主軸の回転により、主軸と対向する背面主軸の軸心方向の孔の軸心情報を検出することにより、前記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本請求項１に係る発明の情報検出装置は、軸線に垂直な面に対して傾斜した面に沿った全周方向にビーム状の光を分配して照射するため、被測定物に対する傾斜光によって種々の計測手法を使用して被測定物の幾何学的情報を簡単に検出することができるという利点がある。情報検出装置を軸周りに回転させることで軸方向の移動を行うことなく被測定物の円筒状孔の複数個所の幾何学的情報を得ることがでるとともに、被測定物の円筒状孔の軸線と情報検出装置の軸線の相対的な関係を検出することができる。
【００１５】
例えば本請求項２に係る発明のように、照射手段を回転させ、被測定物の照射点の回転による移動軌跡を撮像することによって、該照射点の移動軌跡に基づき幾何学情報を検出することができる。
【００１６】
また本請求項３に係る発明のように、円筒状の孔からなる被測定物、例えば請求項４に係る発明のように、工作機械の主軸に対向する背面主軸の軸心方向の孔の軸心方向に離反した２つの照射点各々の回転による移動軌跡を撮像することによって、情報検出装置自体を円筒状孔の軸心方向に移動させることなく、両照射点の移動軌跡の中心位置に基づき、円筒状孔の軸心情報を容易に検出することもできる。
【００１７】
なお請求項５に係る発明のように、前記光源、照射手段及び撮像手段を、一体的に工作機械の主軸に取り付け可能に構成することにより、工作機械の主軸に簡単に装着して、主軸を基準とする背面主軸の幾何学的情報を容易に検出することができる他、情報検出装置自体の幾何学的な校正情報を一度取得しておけば検出の都度の校正作業が不要であるとともに、情報検出装置自体に回転機構を設ける必要もない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に示すように、本発明の一実施例である情報検出装置１００は、ビーム状の光を投光する光源１１０と、該投光された光を全周方向に分配して照射する照射手段であるコーンミラー１２０と、該コーンミラー１２０によって被測定物に照射された光を撮像する撮像手段１３０とを備えている。光源１１０とコーンミラー１２０は、ガラス等からなる円筒状の透明管１０２内に収容されている。撮像手段１３０は円筒状の保持筒１０１に位置決め固定されている。該保持筒１０１は取付軸１０４を有するホルダ１０３に軸心を一致させて保持されている。
【００１９】
透明管１０２は、保持筒１０１に撮像手段１３０の撮像方向に軸心を一致させてが固定されている。
光源１１０は透明管１０２の先端に、透明管１０２の軸心方向に撮像手段１３０に向かって前記ビーム光を投光するように固定されている。コーンミラー１２０は透明管１０２の中間部に、軸心が透明管１０２の軸心に対して傾斜するように固定されている。コーンミラー１２０は、コーンミラー１２０の軸心方向に沿って頂点に投光されたビーム光を、コーンミラー１２０の軸心に垂直な面に沿った全周方向に分配して照射する。
【００２０】
本実施例では、コーンミラー１２０が光源１１０の投光軸線からオフセットした位置に配置され、光源１１０とコーンミラー１２０の中間にプリズム１１１が配置されている。光源１１０から投光されたビーム光は、プリズム１１１で屈折されコーンミラー１２０の頂点に、コーンミラー１２０の軸心方向から投光される。コーンミラー１２０は、光源１１０からのビーム光を、透明管１２０の軸心方向に交差する傾斜面に沿った全周方向に均等に照射する。
【００２１】
例えば取付軸１０４を工作機械の主軸２００のチャック２０１に把持させ、主軸２００の軸心方向への移動によって、主軸２００に対向する背面主軸３００に透明管１０２を挿入し、情報検出装置１００全体を主軸２００により回転させ、背面主軸３００の内周面３０１の照射光Ｔの軌跡を撮像手段１３０により連続的に撮像し、本情報検出装置１００からの情報が入力される情報検出手段（図示せず）で、照射光Ｔの最も奥の円周軌跡Ａの中心ＣＡと、照射光Ｔの最も手前の円周軌跡Ｂの中心ＣＢとを特定して背面主軸３００の幾何学的情報を検出することができる。
【００２２】
情報検出装置１００各個別の幾何学的情報は、校正冶具３１０を使用してあらかじめ特定して情報検出手段等に保持しておくことが望ましい。校正冶具３１０は、図３に示すような内面半径Ｒｋの円筒状の筒体と、透明管１０２の軸心を中心として情報検出装置１００を回転自在に支持する図示しない支持体とを備えたものとすることができる。筒体と支持体とは、筒体の中心軸Ｃｋと支持体に支持された透明管１０２の回転中心軸Ｃとが一致するように予め配置設定されている。支持体は筒体の中心軸Ｃｋと平行にスライド移動できる。筒体は、内面の一個所に、中心軸Ｃｋに対する垂直面に沿った円周溝Ｍを有する。
【００２３】
支持体に支持された情報検出装置１００を校正冶具３１０に挿入して照射光Ｔを照射しながら移動させて撮像手段１３０により照射光Ｔと溝Ｍを撮像し、情報検出手段（図示せず）により、照射光Ｔの最も奥の照射点が溝Ｍに一致する情報検出装置１００の位置から照射光Ｔの最も手前の照射点が溝Ｍに一致する情報検出装置１００の位置まで情報検出装置１００の移動距離を計測することによって校正冶具１１０内の照射光Ｔの奥行Ｌを計測する。
また照射光Ｔの最も奥の照射点が溝Ｍに一致している状態での照射光Ｔの最も奥の照射点の高さ方向の座標値と、照射光Ｔの最も手前の照射点が溝Ｍに一致している状態での照射光Ｔの最も手前の照射点の高さ方向の座標値とを検出し、両座標値と前述の照射光Ｔの奥行Ｌとによって、情報検出装置１００の回転中心軸Ｃに対する照射光Ｔの傾きθを算出する。前記座標値は撮像手段１３０による照射光Ｔの撮像によって検出することができる。なお照射光Ｔの奥行Ｌと既知の校正冶具３１０の内面半径Ｒｋから、照射光Ｔの傾きθを算出することもできる。
【００２４】
照射光Ｔが全て校正冶具３１０内に照射される図４（ａ）の状態で、撮像手段１３０には図４（ｂ）に点線で示すＴの画像が得られ、情報検出装置１００を回転させて撮像手段１３０により照射光Ｔが連続的に回転した画像を得ることで、図４（ｂ）に示すように、照射光Ｔの最も奥の照射点の円周軌跡Ａｋが特定されて中心ＣＡｋ、半径ＲＡｋが特定でき、照射光Ｔの最も手前の照射点の円周軌跡Ｂｋが特定されて中心ＣＢｋ、半径ＲＢｋが特定できる。この時、撮像手段１３０は情報検出装置１００と一体に回転するため、撮像手段１３０の撮像面（図示せず）上の照射光Ｔの画像自体は回転しないが、情報検出手段（図示せず）が情報検出装置１００の回転角度情報を基に演算することで、回転中心軸Ｃの周りに回転変換した照射光Ｔが連続的に回転した画像を得ることができる。
【００２５】
そして、最も奥の照射点の円周軌跡Ａｋの中心ＣＡｋと最も手前の照射点の円周軌跡Ｂｋの中心ＣＢｋと奥行Ｌとに基づき撮像軸線Ｃｓが特定され、校正冶具３１０の中心Ｃｋ、照射光Ｔの傾きθと奥行Ｌ、円周軌跡Ａｋの中心ＣＡｋと半径ＲＡｋ、円周軌跡Ｂｋの中心ＣＢｋと半径ＲＢｋから、撮像手段１３０の撮像軸線Ｃｓと情報検出装置１００の回転中心軸Ｃの傾きα、及びオフセット量ｐが得られる。なおα及びｐの算出に校正治具３１０の内面半径Ｒｋを使用する場合もある。
これらの得られた値及び既知の値を情報検出装置１００の幾何学的情報として用いる。
【００２６】
次に、図１に示されるように本発明の情報検出装置１００を主軸２００に装着し、主軸２００に対向する背面主軸３００の幾何学的な情報を検出する一実施例について説明する。なお、情報検出装置１００の幾何学的情報の内、撮像手段１３０の撮像軸線Ｃｓと情報検出装置１００の回転中心軸Ｃの傾きα、及びオフセット量ｐについては情報検出手段（図示せず）の演算処理によって補正が可能であるため、補正により撮像手段１３０の撮像軸線Ｃｓと情報検出装置１００の回転中心軸Ｃは一致しているものとして説明する。
【００２７】
図１、図２に示すように、情報検出装置１００の透明管１０２が背面主軸３００の円筒状孔に挿入されるように主軸２００を軸心方向に移動させ、照射光Ｔが全て背面主軸３００の内周面３０１に照射される位置で情報検出装置１００を回転する。情報検出装置１００は撮像手段１３０により照射光Ｔが連続的に回転した画像を得ることにより、最も奥の照射点の円周軌跡Ａの中心ＣＡと、最も手前の照射点の円周軌跡Ｂの中心ＣＢを特定する。
【００２８】
情報検出装置１００の回転中心軸Ｃ（すなわち主軸２００の回転軸）と背面主軸３００の回転軸ＣＷが一致している場合、図５に示すように、円周軌跡Ａの中心ＣＡと、円周軌跡Ｂの中心ＣＢは、情報検出装置１００の回転中心軸Ｃと一致する。
情報検出装置１００の回転中心軸Ｃ（すなわち主軸２００の回転軸）と背面主軸３００の回転軸ＣＷがオフセット量ｑを有している場合、図６に示すように、円周軌跡Ａの中心ＣＡと、円周軌跡Ｂの中心ＣＢは一致するが、情報検出装置１００の回転軸Ｃとは一致しない。
情報検出装置１００の回転中心軸Ｃ（すなわち主軸２００の回転軸）と背面主軸３００の回転軸ＣＷが角度βを有する場合、図７に示すように、円周軌跡Ａの中心ＣＡと、円周軌跡Ｂの中心ＣＢは一致しない。
【００２９】
円周軌跡Ａの中心ＣＡと、円周軌跡Ｂの中心ＣＢを特定することにより、主軸２００の回転軸に対する照射光Ｔの傾斜θに基づき、背面主軸３００の回転軸ＣＷが特定でき、背面主軸３００の回転軸ＣＷの主軸２００の回転軸に対する幾何学的な情報（角度β及びオフセット量ｑ）を正確に検出することができる。
【００３０】
また、情報検出装置１００の照射光Ｔが背面主軸３００の端面に照射される位置で情報検出装置１００を回転し撮像手段１３０により照射光Ｔが連続的に回転した画像を得ることにより、背面主軸３００の端面の垂直面に対する振れ等の幾何学的な情報を検出することも可能である。
【００３１】
例えば、背面主軸３００の端面に照射される照射光Ｔは直線状をなし、情報検出装置１００を回転した時の照射光Ｔの最も中心Ｃに近い点の軌跡は、端面が垂直である場合、図８に示すように、一定の半径の円形となりＲ１＝Ｒ２となる。
端面が垂直に対して振れている場合、図９に示すように、前記軌跡は円形が歪んだ形となり、中心Ｃから最も近くなるＴ１までの距離Ｒ１と中心Ｃから最も遠くなるＴ２までの距離Ｒ２を検出することができる。
したがって、このＲ１とＲ２を特定することで、それらの比から背面主軸３００の端面の垂直面に対する振れの角度を算出することができる。
【００３２】
情報検出装置１００の透明管１０２は、寸法精度の高いものが望ましく硬質ガラス等が好適であるが、傾いた照射光Ｔのもっと奥の部分及び最も手前の部分がコーンミラー１２０から外方に照射可能でかつ撮像手段１３０により撮像可能であれば、一部開放あるいは一部透明部材が使用された不透明な材料からなる円筒管であっても良い。
【００３３】
また、上記実施例では照射手段はコーンミラー１２０で、その照射光は全周方向に平面状に分配して照射、すなわちコーンミラー１２０の先端角度が９０°の例を示したが、全周方向に円錐状に分配、すなわちコーンミラー１２０の先端角度が９０°より小さいあるいは大きいものであっても良い。また、コーンミラー以外の照射手段によって分配しても良い。
さらに、撮像手段１３０の撮像軸線Ｃｓと情報検出装置１００の回転中心軸Ｃの傾きα、及びオフセット量ｐは演算により補正しても、校正時に物理的にそれぞれゼロとなるように調整しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施例である情報検出装置の断面図。
【図２】本発明の情報検出方法の斜視説明図。
【図３】本発明の情報検出装置の照射光の傾きの校正の説明図。
【図４】本発明の情報検出装置の撮像軸線の校正の説明図。
【図５】本発明の情報検出方法の軸が一致している場合の説明図。
【図６】本発明の情報検出方法の軸がオフセットしている場合の説明図。
【図７】本発明の情報検出方法の軸が角度を有する場合の説明図。
【図８】本発明の情報検出方法の端面が垂直の場合の説明図。
【図９】本発明の情報検出方法の端面が垂直でない場合の説明図。
【符号の説明】
【００３５】
１００  ・・・情報検出装置
１０１  ・・・本体
１０２  ・・・透明管
１１０  ・・・光源
１１１  ・・・プリズム
１２０  ・・・コーンミラー
１３０  ・・・撮像手段
２００  ・・・主軸
３００  ・・・背面主軸
３１０  ・・・校正冶具
Ｃ      ・・・回転中心軸
ＣＷ    ・・・背面主軸の回転軸
Ｔ      ・・・照射光
Ａ      ・・・最も奥の円周軌跡
Ｂ      ・・・最も手前の円周軌跡
Ｍ      ・・・円周溝
【図１】
2010025878.tif 000003
【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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【図９】
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