(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削加工中における切削工具の二次元温度分布を計測する非接触温度分布計測装置において、
前記切削加工中に、前記切削工具と被削材とを接触させることによる実質的な切削期間と、前記切削工具と前記被削材とを離すことによる実質的な非切削期間とを設定する切削状態設定手段と、
所定の遅延時間毎に、前記切削工具を複数回撮像する撮像手段と、
前記撮像手段による複数回の撮像で得られる複数の画像情報を、前記切削工具の同一部位に該当する情報毎に、前記切替わり時点からの露出経過時間に対応付けて、前記露出経過時間に対する画像情報の変化傾向を求める変化特性演算手段と、
前記変化特性演算手段により求められた前記変化傾向基づいて、前記切替わり時点における切削工具の二次元温度分布を演算する温度分布演算手段と、
を備えることを特徴とする非接触温度分布計測装置。
【請求項２】
前記撮像手段は、前記切削期間から前記非切削期間に切り替わる時点を検出するセンサ手段を備え、前記センサ手段により検出された切り替わり時点を基準にして、前記所定の遅延時間毎に、前記切削工具を複数回撮像することを特徴とする請求項１に記載の非接触温度分布計測装置。
【請求項３】
前記撮像手段による複数回の撮像で得られる複数の画像情報の中から、前記非切削期間中に前記切削工具を撮像して得られた画像情報を抽出し、前記抽出した画像情報を、前記複数回の撮像で得られる複数の画像情報として、前記変化特性演算手段に処理させる測定範囲抽出手段を有することを特徴とする請求項１に記載の非接触温度分布計測装置。
【請求項４】
前記撮像手段は、少なくとも前記切削工具の画像を導光して撮像する光ファイバを有することを特徴とする請求項１に記載の非接触温度分布計測装置。
【請求項５】
前記撮像手段は、焦点距離が５０ｍｍ）以上、解像力が３０μｍより高細密の撮像を行うように設定された撮像光学系を有することを特徴とする請求項１に記載の非接触温度分布計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切削加工中における切削工具の二次元温度分布を非接触の状態で計測する非接触温度分布計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物体の表面温度を非接触で計測する装置として、物体表面より放射する遠赤外像を撮像する遠赤外像形成装置（サーモグラフ）が一般的に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この遠赤外像形成装置は、測定対象物の表面の温度分布を計測するものである。このため、切削加工中に被削材から発生する切り屑によって切削工具が隠れてしまい、切削工具の刃先や刃先すくい面等の二次元温度分布を計測することができないという問題がある。
【０００４】
また、切削工具中に熱伝対を埋設し、この熱伝対で切削工具の温度を計測する１本バイト法と呼ばれる温度計測方法が知られているが、この方法では、切削工具の比較的広い範囲の二次元温度分布を計測することができない。また、この方法では、切削工具中に熱伝対を埋設するための穴や溝等を形成する必要があるため、切削工具の機械的強度が低下する問題がある。また、このような穴や溝を形成するための煩雑な前処理が必要になる等の問題がある。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、切削加工中における切削工具の二次元温度分布を、非接触の状態で、より簡易に且つ高精度で計測することができる非接触温度分布計測装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、切削加工中における切削工具の二次元温度分布を計測する非接触温度分布計測装置において、前記切削加工中に、前記切削工具と被削材とを接触させることによる実質的な切削期間と、前記切削工具と前記被削材とを離すことによる実質的な非切削期間とを設定する切削状態設定手段と、所定の遅延時間毎に、前記切削工具を複数回撮像する撮像手段と、前記撮像手段による複数回の撮像で得られる複数の画像情報を、前記切削工具の同一部位に該当する情報毎に、前記切替わり時点からの露出経過時間に対応付けて、前記露出経過時間に対する画像情報の変化傾向を求める変化特性演算手段と、前記変化特性演算手段により求められた前記変化傾向基づいて、前記切替わり時点における切削工具の二次元温度分布を演算する温度分布演算手段とを備える構成とした。
【０００７】
【作用】
センサ手段により検出された切り替わり時点を基準にして、複数の異なる遅延時間毎に、切削工具を複数回撮像することにより、切削工具の複数の露出画像情報が得られる。これらの複数の画像情報を、切削工具の同一部位に該当する情報毎に、切替わり時点からの露出経過時間に対応付けることにより、露出状態となった切削工具の温度変化の傾向が得られる。この変化傾向に基づいて、前記切替わり時点における切削工具の温度を演算することにより、被削材に切削工具が接触しているとき、即ち、切削加工中における切削工具の二次元温度分布が求まる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図１〜図１２を参照して説明する。尚、これらの図において、同一又は同等の構成要素を同一符号で示している。
【０００９】
図１は、実施の形態の非接触温度分布測定装置の構成を示すブロック図、図２は、測定対象物への本装置の設置態様の一例を示す図である。
【００１０】
図１において、本装置は、測定対象物を撮像するための撮像ユニットと、撮像ユニットから出力される画像信号ＳAWを解析して測定対象物の二次元温度分布を求める解析ユニットを備えている。
【００１１】
撮像ユニットは、図２に示すように、二次元撮像デバイスにて撮像するカメラ機構２と、フォトトランジスタ等からなる光センサ４を備えている。
【００１２】
カメラ機構２と光センサ４は、測定対象物に対して適宜の位置に配置される。例えば、同図に示すように、各種の旋盤装置を用いて切削加工を行う際に、周方向θに回転する被削材６の周側壁を切削するための切削工具８の刃先及び刃先すくい面の二次元温度分布を計測する場合には、カメラ機構２は、その撮像可能範囲（一点鎖線ＡＷで示す視野範囲）内に、測定しようとする切削工具８が収まるように配置され、光センサ４は被削材６の周側壁に向けて配置される。
【００１３】
尚、切削加工中に被削材６から生じる切り屑などが飛散して、カメラ機構２の撮像面を汚染する等の問題を未然に防止するために、カメラ機構２中の撮像光学系は、焦点距離が５０ｍｍ以上、解像力が３０μｍ以下の値の光学特性が得られるように設計されている。ここで、解像力とは、細部再現能力の限界値を意味し、例えば、等間隔の白黒縞パターンを撮像したときに、それらを分離して撮像することができる限界点における、その黒の最少の縞間隔と定義するものとする。また、より好ましくは、焦点距離を１００ｍｍ以上、解像力を２５μｍより高細密（解像力≦２５μｍ）に設定することが望ましい。
【００１４】
更に、切削加工中に、被削材６と切削工具８とが接触することによる実質的な切削期間と、被削材６と切削工具８とが離れることによる実質的な非切削時間とを設定するための切削状態設定手段として、切削工具８にて切削される被切削面１０よりも内側に切欠部１２を有する被削材６が用いられる。したがって、被削材６が周方向θに回転すると、切削工具８が切欠部１２を通過するときには被削材６から離れるため、一時的に切削加工が行われなくなり、切削工具８の刃先及び刃先すくい面が露出する。
【００１５】
尚、図３に示すように、カメラ機構２は、内蔵されている二次元撮像デバイスの水平ライン方向ｊと被削材６の回転方向（周方向）θとがほぼ直交するように配置される。これにより、被削材６が第１番目（ｉ＝１）の水平ライン側から垂直ライン方向ｉに沿って撮像可能範囲ＡＷ内を移動するようになる。
【００１６】
また、切欠部１２の形状や大きさは任意でよい。要は、切削加工中に切削工具８が被削材６から離れて実質的に切削加工がなされない状態を生じさせる形状であればよい。
【００１７】
図１において、前記解析ユニットは、演算制御機能を有し且つ解析ユニット全体の動作を制御するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等を有する制御部１４と、カメラ機構２の撮像動作を制御する撮像制御部１６と、カメラ機構２から出力される画像信号ＳAWに基づいて切削工具８の表面の二次元温度分布を求める画像処理部１８と、外部表示装置や外部記憶装置、キーボード等の外部機器を接続するための入出力ポート２０を備えており、これらの各構成要素１４〜２０は、所謂バスラインＢＵＳを介して接続されている。
【００１８】
撮像制御部１６には、同期検出部２２と、計測条件設定部２４、計測条件記憶メモリ２６及び駆動部２８が備えられている。
【００１９】
同期検出部２２は、被削材６の回転している間に光センサ４から出力される光検出信号ＳPDの振幅変化に基づいて、被切削面１０から切欠部１２へ切り替わる時点（以下、第１の同期時点という）ｔFと、切欠部１２から被切削面１０へ切り替わる時点（以下、第２の同期時点という）ｔEを検出する。
【００２０】
図４は、同期検出部２２による前記第１の同期時点ｔFと第２の同期時点ｔEの検出動作を示すタイミングチャートである。同図において、光センサ４から出力される光検出信号ＳPDの振幅は、被切削面１０を受光した場合と切欠部１２を受光した場合とでは変化する。この光検出信号ＳPDを微分処理することにより、パルス状の微分波形信号ΔＳPDを生成する。更に、微分波形信号ΔＳPDのマイナス側のパルス波形が所定の閾値ＴＨＤ２を超えた時点で論理“Ｈ”となる第１の同期信号Ｓoutと、プラス側のパルス波形が所定の閾値ＴＨＤ１を超えた時点で論理“Ｈ”となる第２の同期信号Ｓinが形成される。そして、第１の同期信号Ｓoutの論理“Ｈ”となる時点を第１の同期時点ｔF、第２の同期信号Ｓinの論理“Ｈ”となる時点を第２の同期時点ｔEと判定する。
【００２１】
計測条件設定部２４は、第１，第２の同期信号Ｓout，Ｓinで設定される第１，第２の同期時点ｔF，ｔEに基づいて、被削材６が１回転するのに要する時間Ｔ0と、被削材６の回転速度Ｖと、光センサ４の前方を切欠部１２が通過するのに要する通過時間ＴWと、光センサ４の前方を被切削面１０が通過するのに要する通過時間ＴSと、切欠部分１２の周方向θの幅Ｗなどを求める。
【００２２】
更に、切欠部１２を切削工具８が通過するのに要する期間（即ち、ＴW）内に撮像すべきフレーム数Ｎでこの期間ＴWを割り算することにより、シャッタタイミングの基準となる基準遅延時間Δ（＝ＴW／Ｎ）を求める。尚、フレーム数Ｎは、操作者が任意に設定できるようになっている。
【００２３】
そして、計測条件設定部２４で求められたこれらの計測条件データＴ0，Ｖ，ＴW，ＴS，Ｗ，Ｎ，Δは、計測条件記憶メモリ２６に格納され、後述する画像処理部１８が二次元温度分布を演算する際に利用される。
【００２４】
駆動部２８は、同期検出部２２から出力される第１の同期信号Ｓoutが論理“Ｈ”となる時点（第１の同期時点）ｔFを検知する毎に、時間ＴSに基準遅延時間Δの整数ｍ倍の時間を加えて成る遅延時間τm（＝ＴS＋ｍΔ）が経過した時点でカメラ機構２にシャッタ信号ＳTを供給する。尚、時間ＴSは、光センサ４が時点ｔEを検出してから、切削工具８が切欠部１２に侵入するまでのオフセット期間である。即ち、時間ＴSは、光センサ４と切削工具８とのオフセット間隔を被削材６の回転速度Ｖで割り算することにより求められる。
【００２５】
そして、遅延時間τmが時間ＴS＋Ｎ×Δに達すると、再び遅延時間時間τmをリセットして、基準遅延時間Δから順次に増加させつつ、カメラ機構２へのシャッタタイミングを設定していく処理を繰り返す。
【００２６】
このように遅延時間τmを可変制御しつつカメラ機構２に撮像動作を行わせることで、図５（ａ）〜（ｅ）に示す被削材６と切削工具８との相対的な位置関係に対応した、同図（ａ’）〜（ｅ’）のような画像が得られる。
【００２７】
図１において、画像処理部１８には、Ａ／Ｄ変換器３０、温度補償部３２、測定範囲抽出部３４、露出経過時間判定部３６、温度変化特性演算部３８、温度分布演算部４０、画像合成部４２、撮像画像メモリ４４、温度変化特性メモリ４６、合成画像メモリ４８が備えられている。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器３０は、前記遅延時間τm毎にカメラ機構２が撮像して出力する画像信号ＳAWをデジタル画像データＤAWに変換し、各遅延時間τmに対応付けたフレーム画像ファイルとして撮像画像メモリ４４に格納させる。
【００２９】
温度補償部３２は、撮像画像メモリ４４に格納された輝度成分を表すデジタル画像データＤAWを、温度成分を表すデジタル画像データ（以下、温度画像データという）ＴＤAWに変換する。そして、再び各遅延時間τmに対応付けたフレーム画像ファイルとして撮像画像メモリ４４に格納する。ここで、デジタル画像データＤAWを構成している各画素データＰi,j（但し、１≦ｉ≦Ｉ，１≦ｊ≦Ｊ）を、次式(1)のステファンボルツマンの式を適用することにより、温度成分の温度画像データＴＤAWを求める。
【００３０】
ω＝εσＴ4        …(1)
但し、ωは赤外線エネルギー（各画素データＰi,jの輝度に相当する）、Ｔは物体の絶対温度（各温度画素データＴＰi,jに相当する）、εは放射率（ε≦１）、σはステファンボルツマンの定数である。
【００３１】
測定範囲抽出部３４は、撮像画像メモリ４４に格納された複数フレーム画像分の温度画像データＴＤAWから、切削工具８が実質的に切削加工しない期間に該当する温度画像データＴＲBを抽出して、合成画像メモリ４８に格納させる。即ち、温度画像データＴＤAWのうち、切削加工中に生じる切り屑によって切削工具８の刃先及び刃先すくい面が隠れている画像のデータは抽出せず、切削工具８が被削材６の切欠部１２を通過して実質的に切削が行われなかったときに得られた温度画像データＴＲBを抽出する。この処理により、切り屑に邪魔されずに露出した切削工具８の画像を表す温度画像データＴＲBが抽出される。
【００３２】
図６は、温度画像データＴＲBの抽出原理を示す図である。各フレーム画像ファイルの温度画像データＴＲAWについて、前記二次元撮像デバイスの垂直ライン方向ｉに沿った画素群（例えば、同図中のＱ1−Ｑ1線上に在る画素群と、Ｑ2−Ｑ2線上に在る画素群）より得られた温度画素データの温度変化分布を調べる。Ｑ1−Ｑ1線上の画素群の温度画像データの変化から、切欠部１２の範囲ＷBを検出し、この範囲ＷB内に切削工具８に該当する温度画像データが存在する場合には、その温度画像データＴＲAWを抽出することにより、切り屑で隠れていない切削工具８を表している画素温度データＴＲBを得る。
【００３３】
また、前述のように切欠部１２の範囲ＷBを検出して、この範囲ＷB内に存在する温度画像データデータＴＲAWだけを抽出することによって、被削材６の非切削面１０等に該当する温度画像データを取り除くと共に、切り屑で隠れていない切削工具８を表している画素温度データＴＲBを得るようにしてもよい。
【００３４】
露出経過時間判定部３６は、切り屑で隠れていた切削工具８の各部位が切欠部１２を通過することで露出状態になった時点（瞬間）から、カメラ機構２によって撮像されるまでの経過時間（以下、露出経過時間という）τを、夫々の温度画像データＴＲBに基づいて演算する。
【００３５】
図３及び図７に基づいて、この露出経過時間τの演算原理を説明する。図３で説明したように、被削材６の画像はカメラ機構２に内蔵されている二次元撮像デバイスの垂直ライン方向ｉに沿って移動していく。したがって、切削工具８は被削材６に対してそれとは相対的に逆方向へ移動することになる。この関係から、図７に示すように、切欠部１２の前縁部分Ｅから遠い部位ほど露出経過時間τは長くなる。例えば、図７中に示す同一の特定部位ｘにおける露出経過時間τは、同図（ａ）から同図（ｃ）に移るにしたがって次第に長くなる。
【００３６】
そこで、図７に示すように、特定部位ｘの温度画素データＴＰi,jを有している複数の温度画像データＴＲB(1)〜ＴＲB(N)を合成画像メモリ４８から読み出し、温度画像データＴＲB(1)〜ＴＲB(N)における、切欠部１２の前縁部分Ｅに当たる水平ラインＩE(1)〜ＩE(N)と、特定部位ｘに該当する温度画素データＴＰi,jの位置する水平ラインＩF(1)〜ＩF(N)を検出する。更に、夫々の水平ラインＩE(1)〜ＩE(N)とＩF(1)〜ＩF(N)との間に存在する水平ライン数ＩF(1)−ＩE(1)，〜，ＩF(N)−ＩE(N)を算出する。そして、切欠部１２が二次元撮像デバイスの１水平ライン期間を通過するのに要する時間δを、これらの水平ライン数ＩF(1)−ＩE(1)，〜，ＩF(N)−ＩE(N)に掛け算することにより、特定部位ｘの露出経過時間τ(1)〜τ(N)を求めている。
【００３７】
即ち、図７に示す温度画像データＴＲB(1)中の温度画素データＴＰi,jの露出経過時間τ(1)は、τ(1)＝（ＩF(1)−ＩE(1)）×δとなり、温度画像データＴＲB(2)中の温度画素データＴＰi,jの露出経過時間τ(2)は、τ(2)＝（ＩF(2)−ＩE(2)）×δとなり、以下同様に、温度画像データＴＲB(N)中の温度画素データＴＰi,jの露出経過時間τ(N)は、τ(N)＝（ＩF(N)−ＩE(N)）×δとなる。また、残余の温度画素データの露出経過時間τも同様に求められる。
【００３８】
尚、時間δは、被削材８の回転速度Ｖと撮像可能範囲ＡＷの周方向θの長さＬAWと二次元撮像デバイスの全水平ライン数Ｉに基づいて、δ＝ＬAW／（Ｉ×Ｖ）の関係式により求められる。
【００３９】
温度変化特性演算部３８は、合成画像メモリ４８に格納されている複数ファイルの温度画像データＴＲBについて、切削工具８の同一部位に該当する画素データＴＰi,jを露出経過時間τ(1)〜τ(N)に沿って配列し、その部位の露出してからの温度変化の傾向を表す温度特性曲線ＣＰi,jを推定演算する。
【００４０】
図８は、切削工具８のある特定部位に該当する温度画素データＴＰi,jについての温度特性曲線ＣＰi,jの演算原理を代表して示す。同図において、温度画像データＴＲB(1)〜ＴＲB(N)から、温度画素データＴＰi,j(1)〜ＴＰi,j(N)を読出し、これらの温度画素データＴＰi,j(1)〜ＴＰi,j(N)を夫々の露出経過時間τ(1)〜τ(N)に沿って配列する。カーブフィット法や最小２乗法等の統計処理、ニューラルネット法等を用いて温度画素データＴＰi,j(1)〜ＴＰi,j(N)の変化傾向を表す温度特性曲線ＣＰi,jを推定演算する。また、切削工具８の残余の部位についても同様の推定演算を行うことにより、全ての部位の温度特性曲線ＣＰi,jを求め、そのデータを温度変化特性メモリ４６に格納する。
【００４１】
温度分布演算部４０は、温度変化特性メモリ４６に格納された温度特性曲線ＣＰi,jのデータに基づいて、切削工具８の各部位が露出状態となった瞬間ｔrでの温度分布ＴＰi,j(tr)を推定演算し、その演算結果のデータを合成画像メモリ４８に再格納する。尚、切削工具８の各部位が露出状態となった瞬間ｔrは、図７中に示す切欠部１２の前縁部分Ｅに当たる水平ラインＩE(1)〜ＩE(N)の位置情報から求められる。
【００４２】
画像合成部４２は、合成画像メモリ４８に格納された前記温度分布ＴＰi,j(tr)のデータの欠落部分を統計処理によって補間することにより、切削工具８の表面全体の二次元温度分布を表す二次元温度分布データＴＳＢを形成して、合成画像メモリ４８に格納する。また、この二次元温度分布データＴＳＢは、入出力ポート２０を介して外部記憶装置に格納されたり、外部モニタ装置に再生表示されたり、ハードコピーに印字する等の処理も行われる。
【００４３】
次に、この非接触温度分布測定装置の一連の動作を、図９に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００４４】
本装置を起動すると、ステップＳ１００において、撮像制御部１６が作動し、被削材６が５〜１０回転する間に、同期検出部２２及び計測条件設定部２４が光センサ４の光検出信号ＳPDに基づいて、前記の遅延基準時間Δや被削材６の回転速度Ｖ等の各種の計測条件を求める。尚、この処理中は、画像処理部１８による二次元温度分布を求めるための処理は行われず、単に、画像信号ＳAWがＡ／Ｄ変換器３０及び入出力ポート２０を介して外部表示装置等へ転送される。
【００４５】
前記各種の計測条件が求められるとステップＳ１１０に移行し、画像処理部１８が起動する。まず、ステップＳ１２０において、駆動部２８で設定される遅延時間τmに同期してカメラ機構２から出力される画像信号ＳAWをＡ／Ｄ変換器３０でデジタル画像データＤAWに変換し、撮像画像メモリ４４に記憶する。ここで、切削工具８の表面の二次元温度分布を求めるのに十分なフレーム画像分のデジタル画像データＤAWを採取するまで、撮像処理が行われる。
【００４６】
十分なデジタル画像データＤAWを採取すると、ステップＳ１３０において、温度補償部３２により、輝度成分のデジタル画像データＤAWを温度成分の温度画像データＴＤAWに変換する。次に、ステップＳ１４０において、測定範囲抽出部３４により、温度画像データＴＤAWの中から切削工具８の露出面に関わる温度画像データＴＲBを抽出する。次に、ステップＳ１５０において、露出経過時間判定部３６が、温度画像データＴＲBに基づいて露出面の各部位の露出経過時間τを求める。次に、ステップＳ１６０において、温度変化特性演算部３８が、露出面の各部位における温度特性曲線ＣＰi,jを求める。
【００４７】
ステップＳ１７０において、温度分布演算部４０が、前記温度特性曲線ＣＰi,jに基づいて、切削工具８の露出した瞬間ｔrでの二次元温度分布データＴＢＳを演算する。そして、ステップＳ１８０において、画像合成部４２が二次元温度分布データＴＢＳの欠落データを補間処理することにより、切削工具８の全体の二次元温度分布を表す二次元温度分布データＴＳＢにして、一連の処理を終了する。
【００４８】
このように、この実施の形態によれば、切欠部１２を切削工具８が通過するときの温度分布を計測し、その温度分布のデータに基づいて、被切削面１０を切削工具８が切削しているときの二次元温度分布を推定演算処理によって求めるので、切削加工中に切削工具８が切り屑によって隠れてしまっても、切削工具８の二次元温度分布を高精度で計測することができる。
【００４９】
尚、以上の説明では、撮像制御部１６に計測条件設定部２４を設け、この計測条件設定部２４により、自動的に前記計測条件を求める構成を説明したが、本発明は、この構成に限定されるものではない。例えば、前記回転速度Ｖや遅延基準時間Δ等の計測条件が既知である場合には、入出力ポート２０を介してこれらの計測条件のデータを計測条件記憶メモリ２６に予め記憶させるようにしてもよい。この場合には、計測条件設定部２４を省略することができる。
【００５０】
また、被削材６と切削工具８の材質や、切削工具８が露出状態となったときの温度変化特性が予め既知の場合には、その温度特性曲線ＣＰi,jのデータを入出力ポート２０を介して温度変化特性記憶メモリ４６に記憶させるようにしてもよい。この場合には、露出経過時間判定部３６及び温度変化特性演算部３８を省略することができる。また、温度特性曲線ＣＰi,jのデータを温度変化特性記憶メモリ４６に記憶させておけば、切削工具８が露出状態となったときの１フレーム画像相当のデジタル画像データＤAWをこの温度特性曲線ＣＰi,jのデータに適用するだけで、切削工具８の各部位の露出状態となった瞬間ｔrでの温度分布ＴＰi,j(tr)を演算することができる。このため、デジタル画像データＤAWを採取するための処理時間（撮像に要する時間）を短くすることができ、より高速で二次元温度分布を計測することが可能となる。
【００５１】
更にまた、基準遅延時間Δを、カメラ機構２に予め設定されている所謂フレーム周期と等しくする場合には、撮像制御部１６を省略してもよい。即ち、図１に示す撮像制御部１６中の同期検出部２２、計測条件設定部２４、計測条件記憶メモリ２６及び駆動部２８を省略し、画像処理部１８でこのフレーム周期を基準遅延時間Δとして前記の画像処理をすることにより、二次元温度分布を求めることができる。この場合には、前記の光センサ４も省略することができる。
【００５２】
更にまた、二次元撮像デバイスを備えたカメラ機構２により面順次撮像を行う構成を説明したが、線順次撮像や点順次撮像を行う構成にしてもよい。
【００５３】
図１０は、線順次撮像を行うカメラ機構の構成例を示している。同図において、被削材６に対向して配置されると共に、被削材６の回転方向θと同方向θｉに所定の角速度Δｉで定回転する回転ミラー５０と、回転ミラー５０で反射される光像を受光するラインセンサ５２が設けられ、ラインセンサ５２から出力される画像信号ＳAWを図１中のＡ／Ｄ変換器３０に供給する。そして、画像信号ＳAWをフレーム画像単位のデジタル画像データＤAWにして、撮像画像メモリ４４に取り込み、このデジタル画像データＤAWを画像処理部１８で前記の画像処理を行うことにより、二次元温度分布を求めることができる。
【００５４】
図１１は、点順次撮像を行うカメラ機構の構成例を示している。同図において、被削材６に対向して配置されると共に、被削材６の回転方向θと同方向θｉに所定の角速度Δｉで定回転する回転ミラー５４と、回転ミラー５４の回転方向θｉに対して直交する方向θｊに所定の角速度Δｊで定回転するポリゴンミラー５６と、ポリゴンミラー５６からの反射光を受光するフォトトランジスタ等の受光素子５８が設けられ、受光素子５８から出力される画像信号ＳAWを図１中のＡ／Ｄ変換器３０に供給する。そして、画像信号ＳAWをフレーム画像単位のデジタル画像データＤAWにして、撮像画像メモリ４４に取り込み、このデジタル画像データＤAWを画像処理部１８で前記の画像処理を行うことにより、二次元温度分布を求めることができる。
【００５５】
このように、線順次や点順次による撮像走査を行う構成にすると、面順次撮像を行う構成よりも、安価なカメラ機構２を実現することができる。
【００５６】
また、以上の説明では、被削材６の外周面を切削工具８で切削加工する使用態様について説明したが、本装置は他の使用態様にも適用できるものである。
【００５７】
図１２は、各種の旋盤装置を用いて、周方向θに回転する円筒形の被削材６０の内側壁を、切削工具８で切削する場合を示している。
【００５８】
この場合には、被削材６０の内側壁の一部分に、スリット状の凹欠部や貫通孔からなる切欠部６２を予め形成しておき、切削工具８が切欠部６２を通過する際に一時的に露出する状態を生じさせるようにする。そして、露出状態になるときの切削工具８をカメラ機構２で撮像し、画像処理部１８で画像処理することにより、切削工具８の切削加工中における二次元温度分布を計測することができる。
【００５９】
また、同図に示すように、カメラ機構２に細い光ファイバ６４を延設し、この光ファイバ６４の先端部（光入射端）より切削工具８の画像を導入して、撮像デバイスで撮像するようにしてもよい。このように光ファイバ６４を設けると、微細な部分を切削加工したり、構造の複雑な部位を切削加工する場合での切削工具の二次元温度分布を計測することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、切削加工中に実質的な非切削期間を設定し、この非切削期間中に露出状態となる切削工具の画像情報を得て、この画像情報に基づいて切削工具の各部位の温度変化特性を求め、更にこの温度変化特性に基づいて切削工具が露出状態となった瞬間での温度を推定演算し、その推定演算された各部位の温度から切削工具の二次元温度分布を形成するので、たとえ切り屑が発生してもその影響を取り除いて、切削工具の二次元温度分布を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の非接触温度分布計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】非接触温度分布計測装置の設置態様の一例を示す説明図である。
【図３】撮像走査の原理を説明する説明図である。
【図４】測定対象物と撮像走査との同期をとるための原理を説明するタイミングチャートである。
【図５】遅延時間に同期して撮像走査することにより得られる画像を説明する説明図である。
【図６】露出面の画像データを抽出するための原理を説明する説明図である。
【図７】露出経過時間を求めるための原理を説明する説明図である。
【図８】温度変化曲線を求めるための原理を説明する説明図である。
【図９】非接触温度分布計測装置により二次元温度分布を求めるまでの一連の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】撮像ユニットの変形例を示す構成説明図である。
【図１１】撮像ユニットの他の変形例を示す構成説明図である。
【図１２】非接触温度分布計測装置の他の適用例を説明する説明図である。
【符号の説明】
２…カメラ機構、４…光センサ、６，６０…被削材、１０…被切削面、１２，６２…切欠部、１４…制御部、１６…撮像制御部、１８…画像処理部、２０…入出力ポート、２２…同期検出部、２４…計測条件設定部、２６…計測条件記憶メモリ、２８…駆動部、３０…Ａ／Ｄ変換器、３２…温度補償部、３４…測定範囲抽出部、３６…露出経過時間判定部、３８…温度変化特性演算部、４０…温度分布演算部、４２…画像合成部、４４…撮像画像メモリ、４６…温度変化特性記憶メモリ、４８…合成画像メモリ、６４…光ファイバ。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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