(57)【要約】【課題】刃の部分で周方向に不連続な工具を主軸に装着した状態で、工具の刃先の位置を正確に決定でき、主軸に対する工具の装着状態を確認できるようにする。【解決手段】周方向に不連続な刃部１ａを有する工具１の首部１ｂに、工具中心線２の周りに連続する第１の基準面３、工具中心線２を中心として円周方向に連続する第２の基準面４を形成しておき、ワーク１０の加工に際して、第１の基準面３から刃部１ａの刃先までの長さＬを予め測定しておき、工具１を工作機械の主軸７に装着し、バックライトとなる面照明５のもとで回転状態の工具１をカメラ６により撮影し、画像処理装置９の画像上において第１の基準面３の輪郭３ａの位置から工具１の刃先の位置を決定するとともに、第２の基準面４の輪郭４ａの位置と主軸中心線８との相対位置から主軸７に対する工具１の装着状態を確認する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に不連続な刃部（１ａ）と柄（１ｃ）との間の首部（１ｂ）に、刃部（１ａ）に近い位置で工具中心線（２）に対して垂直で工具中心線（２）の周りに連続する第１の基準面（３）を形成すると共に、工具中心線（２）を中心として円周方向に連続する外周面による第２の基準面（４）を形成してなる工作機械用の工具（１）。
【請求項２】
第２の基準面（４）を周方向に連続する円柱面により形成する、ことを特徴とする請求項１記載の工作機械用の工具（１）。
【請求項３】
第２の基準面（４）を小さな頂角で周方向に連続する円錐面により形成する、ことを特徴とする請求項１記載の工作機械用の工具（１）。
【請求項４】
周方向に不連続な刃部（１ａ）と柄（１ｃ）との間の首部（１ｂ）に、刃部（１ａ）に近い位置で工具中心線（２）に対して垂直で工具中心線（２）の周りに連続する第１の基準面（３）を形成すると共に、工具中心線（２）を中心として円周方向に連続する外周面による第２の基準面（４）を形成してなる工作機械用の工具（１）を用いて、ワーク（１０）を加工するに際して、
第１の基準面（３）から刃部（１ａ）の刃先までの長さ（Ｌ）を予め測定しておき、工具（１）を工作機械の主軸（７）に装着し、工具（１）を挟んで、一方の側に面照明（５）を、他方の側にＣＣＤカメラ（６）をそれぞれ対向状態として配置し、主軸（７）の回転により工具（１）を回転させ、面照明（５）の照明のもとで回転状態の工具（１）の第１の基準面（３）および第２の基準面（４）を画像処理用のカメラ（６）により撮影し、画像処理装置（９）の画像上において工具（１）の刃先の位置を第１の基準面（３）の輪郭（３ａ）の位置と長さ（Ｌ）とに基づいて決定するとともに、第２の基準面（４）の輪郭（４ａ）の位置と主軸中心線（８）との相対位置から主軸（７）に対する工具（１）の装着状態を確認する、ことを特徴とする工具検査方法。
【請求項５】
第１の基準面（３）の輪郭（３ａ）の位置および第２の基準面（４）の輪郭（４ａ）の位置をエッジ処理によって輪郭線（３ｂ、４ｂ）として検出する、ことを特徴とする請求項４記載の工具検査方法。
【請求項６】
周方向に不連続な刃部（１ａ）と柄（１ｃ）との間の首部（１ｂ）に、刃部（１ａ）に近い位置で工具中心線（２）に対して垂直で工具中心線（２）の周りに連続する第１の基準面（３）を形成すると共に、工具中心線（２）を中心として円周方向に連続する外周面による第２の基準面（４）を形成してなり、第１の基準面（３）から刃部（１ａ）の刃先までの長さ（Ｌ）を予め測定されている工作機械用の工具（１）と、工具（１）を工作機械の主軸（７）に装着した状態で、工具（１）を挟んで、一方の側に配置した面照明（５）と、他方の側に配置され面照明（５）の照明のもとで回転状態の工具（１）を撮影する画像処理用のカメラ（６）と、画像処理用のカメラ（６）により撮影された画像上において工具（１）の刃先の位置を第１の基準面（３）の輪郭（３ａ）の位置と長さ（Ｌ）とに基づいて決定し、第２の基準面（４）の輪郭（４ａ）の位置と主軸中心線（８）との相対位置から主軸（７）に対する工具（１）の装着状態を確認する画像処理装置（９）と、からなることを特徴とする工具検査装置。
【請求項７】
第１の基準面（３）の輪郭（３ａ）の位置および第２の基準面（４）の輪郭（４ａ）の位置をエッジ処理によって輪郭線（３ｂ、４ｂ）として検出する、ことを特徴とする請求項６記載の工具検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの加工時に工作機械の主軸とともに回転する工具、工具の刃先位置や主軸に対する工具の装着状態を撮影画像上で検査する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸に工具を装着したとき、工具の刃先位置や、主軸に対する工具の装着状態は、特許文献１や特許文献２に開示されているように、工具の先端部分を撮影し、そのときの画像を画像処理することによって、画像上から確認できる。
【０００３】
ところが、刃の部分で周方向に不連続な工具、例えば切り刃の部分が１枚刃のエンドミルや、刃先から大きなすくい面が溝状に形成されているエンドミル、その他、ドリルなどのように、主軸とともに回転する工具では、工具を回転させたとき、刃の部分や刃先の部分は、工具中心線（回転の中心線）に対して直角の方向から見て、１枚刃の側面や、溝状のすくい面の部分で間欠的に途切れる輪郭となり、連続的な同じ外形線を形成しない。
【０００４】
このため、ＣＣＤカメラによる撮影画像上においても、刃の部分や刃先の部分の画像は、間欠的に途切れる輪郭の画像となってしまう。この理由から、刃や刃先の部分は、画像上でも確実に識別できず、画像処理技術でも確定しにくい。
【０００５】
また、通常、撮影に際して、工具を挟んで、一方の側にバックライトが配置され、他方の側にＣＣＤカメラが配置される。バックライトは、撮影時の背景を一様な明度とするための面照明（平行な線光源）であり、工具の輪郭を影とし、かつ背景と工具の輪郭（影）との明度差を大きくして、工具の輪郭を顕在化するために、採用されている。しかし、この面照明の当て方によって、画像上で間欠的に途切れる輪郭の部分に、直接の照明光線や、本影、半影が短時間のうちに複雑に混在して、外形線の位置に複雑な明暗が発生する。このため、工具の撮影時に、刃や刃先の部分の確定に誤差が生じやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１５１６０５号公報
【特許文献２】特開平２００７−３２６１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の課題は、刃の部分で周方向に不連続な工具を主軸に装着した状態で工具の刃先の位置を画像上で決定できるような形状の工具を提供するとともに、主軸とともに回転する工具の装着状態を画像処理技術によって正確に検査できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題のもとに、本発明は、工作機械用の工具（１）、工具検査方法および工具検査装置において、下記のような解決手段を採用している。本発明に係る工作機械用の工具（１）は、周方向に不連続な刃部（１ａ）と柄（１ｃ）との間の首部（１ｂ）に、刃部（１ａ）に近い位置で工具中心線（２）に対して垂直で工具中心線（２）の周りに連続する第１の基準面（３）を形成すると共に、工具中心線（２）を中心として円周方向に連続する外周面による第２の基準面（４）を有している（請求項１）。上記の第２の基準面（４）は、周方向に連続する円柱面によって（請求項２）、または小さな頂角で周方向に連続する円錐面によってそれぞれ形成されている（請求項３）。
【０００９】
そして、本発明に係る工具検査方法は、上記の構成の工作機械用の工具（１）を用いて、ワーク（１０）を加工するに際して、第１の基準面（３）から刃部（１ａ）の刃先までの長さ（Ｌ）を予め測定しておき、工具（１）を工作機械の主軸（７）に装着し、工具（１）を挟んで、一方の側に面照明（５）を、他方の側に画像処理用のカメラ（６）をそれぞれ対向状態として配置し、主軸（７）の回転により工具（１）を回転させ、面照明（５）の照明のもとで回転状態の工具（１）の第１の基準面（３）および第２の基準面（４）を画像処理用のカメラ（６）により撮影し、画像処理装置（９）の画像上において工具（１）の刃先の位置を第１の基準面（３）の輪郭（３ａ）の位置と長さ（Ｌ）とに基づいて決定するとともに、第２の基準面（４）の輪郭（４ａ）の位置と主軸中心線（８）との相対位置から主軸（７）に対する工具（１）の装着状態を確認する（請求項４）。
【００１０】
また、本発明に係る工具検査装置は、第１の基準面（３）から刃部（１ａ）の刃先までの長さ（Ｌ）を予め測定されている上記の構成の工作機械用の工具（１）と、工具（１）を工作機械の主軸（７）に装着した状態で、工具（１）を挟んで、一方の側に配置した面照明（５）と、他方の側に配置され面照明（５）の照明のもとで回転状態の工具（１）を撮影する画像処理用のカメラ（６）と、画像処理用のカメラ（６）により撮影された画像上において工具（１）の刃先の位置を第１の基準面（３）の輪郭（３ａ）の位置と長さ（Ｌ）とに基づいて決定し、第２の基準面（４）の輪郭（４ａ）の位置と主軸中心線（８）との相対位置から主軸（７）に対する工具（１）の装着状態を確認する画像処理装置（９）と、からなる（請求項６）。
【００１１】
第１の基準面（３）の輪郭（３ａ）の位置および第２の基準面（４）の輪郭（４ａ）の位置は、画像処理の過程でエッジ処理によって輪郭線（３ｂ、４ｂ）として検出する（請求項５および請求項７）。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る工作機械用の工具（１）によれば、刃部（１ａ）に近い首部（１ｂ）の位置に、第１の基準面（３）および第２の基準面（４）が形成されているため、第１の基準面（３）の位置から工具中心線（２）上で刃先の位置が画像上で決定できるようになり、また主軸（７）に装着した工具（１）を主軸（７）とともに回転させたときに、第２の基準面（４）の位置から主軸（７）に対する工具（１）の装着状態の良否が画像処理技術によって確認できる状態となる（請求項１）。
【００１３】
第２の基準面（４）が円柱面により形成されていると、工具中心線（２）に対して第２の基準面（４）の輪郭（４ａ）が平行となり、主軸（７）に対して工具（１）を装着したとき、主軸中心線（９）に対応する画像上の基準線（１１）と第２の基準面（４）の輪郭（４ａ）との平行な度合いや、非対象な状態から、工具（１）のずれや工具（１）の装着不良の検出が画像処理上容易となる（請求項２）。
【００１４】
また、第２の基準面（４）が小さな頂角の円錐面により形成されていると、主軸（７）に対して工具（１）を装着したときに、主軸中心線（９）に対応する画像上の基準線（１１）と第２の基準面（４）の輪郭（４ａ）との角度や非対象な状態から、工具（１）のずれや、装着不良の検出が可能となる（請求項３）。
【００１５】
そして、本発明の工具検査方法および工具検査装置によると、上記の構成の工具（１）を採用して、主軸（７）に工具（１）を装着し、主軸（７）を回転させたとき、回転状態の工具（１）の第１の基準面（３）および第２の基準面（４）を画像処理用のカメラ（６）により撮影し、画像処理装置（９）の画像上において第１の基準面（３）の画像上の輪郭（３ａ）の位置と長さ（Ｌ）とから工具（１）の刃先の位置を決定できるから、加工時の切り込み深さが第１の基準面（３）の位置によって設定でき、また、第２の基準面（４）の画像上の輪郭（３ａ）の位置と主軸中心線（８）に対応する基準線との相対位置から主軸（７）に対する工具（１）の装着状態が確認でき、これによって装着不良状態の工具（１）による加工不良が未然に防止できる（請求項４および請求項６）。
【００１６】
特に、工具（１）の回転時に、第１の基準面（３）は、面照明（５）のもとでカメラ（６）から見て、画像上で常に連続する輪郭（３ａ）としてカメラ（６）により撮影できる。しかも、輪郭（３ａ）は、工具中心線（２）に対して直交し、工具（１）の回転中に間断なく連続しているため、カメラ（６）による撮影画像上においても一瞬の間も途切れず、容易に認識できる。したがって、第１の基準面（３）の位置と長さ（Ｌ）から工具（１）の刃先の位置が画像上で確実に決定でき、これに基づいて、その工具（１）による加工時の切り込み深さ（切り込み量）が正確に制御できる（請求項４および請求項６）。
【００１７】
また工具（１）の回転時に、第２の基準面（４）は、面照明（５）のもとでカメラ（６）から見て、正確な装着状態ならば、撮影画像上、主軸中心線（８）に対して平行な２本の輪郭（４ａ）となる。これらの輪郭（４ａ）は、画像上から一瞬の間も途切れず、常に連続して現れているため、画像処理上においても容易に識別できる（請求項４および請求項６）。
【００１８】
もし、２本の輪郭（４ａ）が平行でないか、主軸中心線（８）に対して対称の位置になかったり、または主軸中心線（８）に対して周期的に振れたり、あるいは周期的に傾斜するときには、工具（１）の装着状態、すなわち主軸（７）に対する納まり部分に不具合があるものと推測できる。このとき、作業者は、主軸（７）に対する工具（１）のはまり具合や締め具合、さらにはまり合い部分の異物の有無を点検し、正しい装着状態とする。以上の点検や設定によって、その後、工具（１）による加工が精度よく行える（請求項４および請求項５）。
【００１９】
第１の基準面（３）の輪郭（３ａ）の位置および第２の基準面（４）の輪郭（４ａ）の位置が画像処理の過程のエッジ処理によって輪郭線（３ｂ、４ｂ）として検出すると、画像上での第１の基準面（３）の位置および第２の基準面（４）の位置が線分によって確定でき、画像処理上の確定の精度も高められる（請求項５および請求項７）。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る工具を示しており、（１）は工具の平面図、（２）は工具の正面図である。
【図２】Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは図１の平面図でのＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの方向に対応する拡大左側面図、拡大背面、拡大右側面図、拡大正面図である。
【図３】本発明に係る工具検査方法を実施するための本発明に係る工具検査装置の説明図である。
【図４】第１の基準面および第２の基準面の輪郭画像を示しており、（１）は基準面の輪郭の画像図、（２）は基準面の輪郭線の画像図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１および図２は、本発明に係る工作機械用の工具１を示している。工具１は、加工時に回転する工具の一例としてエンドミルであり、刃部１ａ、円柱棒状の柄１ｃ、刃部１ａと柄１ｃとの間の首部１ｂとから構成されている。
【００２２】
刃部１ａは、加工形状に応じて、マイナスドライバー状先端の円錐体、円錐台および円柱体の一体形状のものからなり、円錐体、円錐台および円柱体の部分で１つのすくい面１ｄを形成している。このすくい面１ｄがあるため、刃部１ａは、周方向に不連続な面によって形成されていることになる。
【００２３】
首部１ｂは、刃部１ａに近い位置で、工具中心線２に対して垂直な平面上で工具中心線２の周りに完全に連続する第１の基準面３を形成すると共に、工具中心線２を中心とし円周方向に完全に連続する円柱体の外周面により第２の基準面４を形成している。第１の基準面３は、刃部１ａについて工具中心線２の長さ方向の基準面となり、第２の基準面４は、工具中心線２に対して直交する方向の基準面となる。上記の構成の工具１において、第１の基準面３から刃部１ａの刃先までの長さＬは、切り込み深さの制御に利用するために、予め測定しておき、その工具１に特有の数値として記録しておく。
【００２４】
上記のように、首部１ｂの刃部１ａに近い部分に、第１の基準面３および第２の基準面４が形成されているから、第１の基準面３の位置から工具中心線２上で刃先の位置が決定でき、また主軸７に対して工具１を装着し、工具１を回転させたときに、主軸中心線９と第２の基準面４の外形線との平行な度合いや、非対象な状態から、工具１のずれや装着不良の検出が画像処理技術によって確認ができる状態となる。
【００２５】
次に、図３は、本発明に係る工具検査装置を示している。工具検査装置は、前記構成の工具１を工作機械の主軸７に装着した状態で、工具１を挟んで、一方の側に配置した面照明５と、他方の側に配置した画像処理用ＣＣＤ型のカメラ６と、カメラ６により撮影された撮影画像上において、前記の長さＬと第１の基準面３の位置とから工具１の刃先の位置を決定し、第２の基準面４の位置と主軸中心線８との相対位置から主軸７に対する工具１の装着状態を検査する画像処理装置９と、からなる。
【００２６】
ワーク１０の加工に際して、工具１は、工作機械の主軸７の主軸端にチャックなどの固定手段により、または必要に応じ、図示しない工具ホルダーを介して、主軸７の主軸端に装着される。主軸７に対する工具１の装着状態で、工具１の第１の基準面３および第２の基準面４は、ともにカメラ６の被写界内にあるため、バックライトとなる面照明５の照明のもとで、カメラ６によって撮影できるようになっている。なお、カメラ６は、主軸７の送り制御の加工原点に関連付けて、主軸中心線８に対して正確に位置決めされており、しかも、カメラ６の光軸は、主軸７の主軸中心線８に対して直角に交わっている。
【００２７】
そして、本発明に係る工具検査方法は、ワーク１０の加工前に、主軸７の回転によって、工具１を回転させ、面照明５をバックライト照明として回転状態の工具１の第１の基準面３および第２の基準面４をカメラ６により撮影し、カメラ６の画像信号を画像処理装置９に送る。第１の基準面３および第２の基準面４は、工具１の回転方向の全周面において完全に連続している。
【００２８】
図４の（１）は、工具１の画像を示している。画像は、工具１の回転中にかかわらず、外形線の部分で途切れず、常時、連続的な外形線として現れている。特に、画像上で、第１の基準面３、第２の基準面４は、それぞれ輪郭３ａ、輪郭４ａとして現れる。輪郭３ａおよび輪郭４ａは、ともに第１の基準面３および第２の基準面４の外形線である。
【００２９】
これらの画像は、画像上で、主軸中心線８と一致する位置の基準線１１とともに現れるようになっている。第１の基準面３の輪郭３ａは、基準線１１に直交する直線として現れており、また第２の基準面４に対応する２本の輪郭４ａは、基準線１１に平行で、基準線１１から等しい距離の位置で直線として現れている。
【００３０】
画像処理装置９は、画像処理プログラムを内蔵しており、カメラ６の画像信号に基づいてディスプレー上に撮影画像を表示し、第１の基準面３の画像位置から工具１の刃先の位置を決定するとともに、第２の基準面４の画像位置と主軸中心線８との相対位置の対比から主軸７に対する工具１の装着状態を確認する。
【００３１】
工具１が主軸７に正しく装着されておれば、工具１が回転状態にあっても、カメラ６から見た第１の基準面３の輪郭３ａおよび第２の基準面４の輪郭４ａの位置は、主軸中心線８と一致する位置の基準線１１に対して相対的に変動せず、常に一定であるから、それらの画像上で輪郭３ａおよび輪郭４ａの位置も基準線１１に対して変動せず、常に一定の位置となっている。
【００３２】
画像処理の過程で、画像処理プログラムが第１の基準面３および第２の基準面４の画像についてエッジ抽出処理を行えば、それらの輪郭３ａ、４ａは、単純な線分の輪郭線３ｂ、４ｂとして検出できる。図４の（２）は、第１の基準面３および第２の基準面４の画像についてエッジ抽出処理を行ったときの輪郭線３ｂ、４ｂを示している。エッジ抽出処理によると、輪郭３ａ、４ａの位置確定は、より確実にできる。
【００３３】
撮影画像上において、画像処理プログラムは、第１の基準面３および第２の基準面４の画像の安定な状態から主軸７に対する工具１の正しい装着状態が画像の対称性判定や、パターンマッチング、長さ測定などの手法によって確認する。装着状態が正しいものと判断されたとき、画像処理装置９は、第１の基準面３の輪郭３ａまたは輪郭線３ｂの位置を確定し、確定した位置と予め測定してある長さＬとから工具１の刃先の位置を工作機械の加工原点の座標値として決定する。なお、工具１の刃先が磨耗して、第１の基準面３から刃先までの長さＬが変化していると、刃先の位置の決定に際して誤差が表れるから、長さＬは加工に際して適当な時間毎に確認しておき、変化しているときには、その長さＬを改めて設定しておく。
【００３４】
刃先の位置（座標値）のデータは、図示しない制御部に送られ、主軸中心線８の方向の送り量を決めて、工具１による所定の切り込み深さの制御に利用される。この制御の実現のために、既述のように、カメラ６は、主軸７の送り制御の加工原点に関連付けて正確に位置決めされていなければならない。
【００３５】
しかし、仮に工具１が主軸７に正しく装着されていないとき、画像上で、第１の基準面３の輪郭３ａの位置または輪郭線３ｂの位置は、一定の位置に定まらず、歳差運動などを起こし、また第２の基準面４の輪郭４ａの位置または輪郭線４ｂの位置は、画像上の基準線１１に対して平行でないか、基準線１１に対して非対称で等距離の位置になかったり、あるいは異なる向きの傾斜を周期的に繰り返す。このような状況から、主軸７に対する工具１の装着不良、すなわち挿入不良や、異物介入による納まり不良などが検出できる。
【００３６】
画像処理プログラムが画像の対称性判定や、パターンマッチング、長さ測定などの手法によって工具１の装着不良を検出したとき、作業者は、主軸７に対する工具１のはまり具合や締め具合、さらにはまり合い部分の異物の有無などを点検し、正しい装着状態とする。以上の検査によって、装着状態の工具１によるワーク１０の加工が精度よく行える。
【００３７】
なお、第２の基準面４は、通常、円柱面によって形成されるが、必要に応じて、小さな頂角で円周方向に連続する円錐面（テーパ面）によって形成することもできる。円錐面（テーパ面）状の第２の基準面４では、円錐面の頂点は、刃部１ａ側とするが、柄１ｃの終端側にあってもよい。第２の基準面４が円錐面（テーパ面）により形成されているとき、主軸７に対して工具１を装着したときに、主軸中心線９と第２の基準面４の外形線との角度の測定や、非対象な状態の判定、パターンマッチング、長さ測定から、工具１のずれや、装着不良の検出が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、周方向に不連続な刃部１ａを有する工具１であれば、エンドミルにかぎらず、各種のフライス工具やドリルなどにも利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１  工具    １ａ  刃部    １ｂ  首部    １ｃ  柄    １ｄ  すくい面
２  工具中心線
３  第１の基準面    ３ａ  輪郭    ３ｂ  輪郭線
４  第２の基準面    ４ａ  輪郭    ４ｂ  輪郭線
５  面照明
６  カメラ
７  主軸
８  主軸中心線
９  画像処理装置
１０  ワーク
１１  基準線
【図１】
2010179373.tif 000003
【図２】
2010179373.tif 000004
【図３】
2010179373.tif 000005
【図４】
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