(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温度分布を計測する温度分布計測方法において、
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非切削期間とを設定し、
前記切削期間から前記非切削期間に切替わる時点を検出し、
前記非切削期間中に前記切削工具を撮像手段によって撮像し、
前記撮像手段により得られる画像データを温度成分の画像温度データに換算し、
前記画像温度データに基づいて、前記時点からの前記非切削期間中の時間経過に伴う前記切削工具の冷却特性を演算し、
前記冷却特性に基づいて、前記切削期間と前記非切削期間との切替り時点における温度分布データを推定演算することを特徴とする温度分布計測方法。
【請求項２】
切削加工中における切削工具の温度分布を計測する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非切削期間とを設定する切削状態設定手段と、
前記切削期間から前記非切削期間に切替わる時点を検出する切削状態検出手段と、
前記切削状態検出手段の検出時点を基準にして複数の異なる遅延時間を設定する露出同期設定手段と、
前記複数の異なる遅延時間経過時に前記切削工具を複数回撮像する撮像手段と、
前記撮像手段の撮像により得られる画像データを温度成分の画像温度データに換算するデータ換算手段と、
前記非切削期間内に該当する前記画像温度データに基づいて、前記複数の遅延時間の経過に対応する前記切削工具の冷却特性を演算すると共に、前記冷却特性に基づいて前記切削期間から前記非切削期間に切替わる時点における温度分布データを推定演算する温度分布演算手段と、
を具備することを特徴とする温度分布計測装置。
【請求項３】
切削加工中における切削工具の温度分布を計測する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非切削期間とを設定する切削状態設定手段と、
前記切削期間から前記非切削期間に切替わる時点を検出する切削状態検出手段と、
前記切削状態検出手段の検出時点を基準にして複数の異なる遅延時間を設定する露出同期設定手段と、
前記切削工具を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段の撮像により得られる画像データを温度成分の画像温度データに換算するデータ換算手段と、
露出同期設定手段により設定された複数の遅延時間に基づいて前記非切削期間内に該当する前記画像温度データを抽出すると共に、前記抽出した画像温度データに基づいて前記複数の遅延時間の経過に対応する前記切削工具の冷却特性を演算し、且つ前記冷却特性に基づいて前記切削期間から前記非切削期間に切替わる時点における温度分布データを推定演算する温度分布演算手段と、
を具備することを特徴とする温度分布計測装置。
【請求項４】
切削加工中における切削工具の温度分布を計測する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非切削期間とを設定する切削状態設定手段と、
前記切削期間から前記非切削期間に切替わる時点を検出する切削状態検出手段と、
前記切削工具を点順次走査により撮像する撮像手段と、
前記撮像手段の撮像により得られる画像データを温度成分の画像温度データに換算するデータ換算手段と、
前記切削状態検出手段が検出した前記切替り時点に基づいて前記非切削期間内に該当する前記画素温度データを抽出するデータ編集手段と、
予め決められた切削工具の露出瞬間からの経過時間に対する冷却特性に、前記データ編集手段により抽出された前記画素温度データを適用することにより、前記切替り時点における温度分布データを演算する温度分布演算手段と、
を具備することを特徴とする温度分布計測装置。
【請求項５】
前記切削状態設定手段は、前記切削工具により切削される被削材の一部に予め形成された切欠部から成ることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の温度分布計測装置。
【請求項６】
前記切削状態検出手段は、前記切削工具と前記被削材との接触の有無に応じて相互間に生じる電気的変化を検出する通電センサからなることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の温度分布計測装置。
【請求項７】
前記切削状態検出手段は、主軸モータにて駆動される前記切削工具と送り系サーボモータによって駆動される前記被削材との接触の有無に応じて生じる、前記主軸モータ又は前記送り系モータの駆動電流の変化を検出する動力センサからなることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の温度分布計測装置。
【請求項８】
前記切削状態検出手段は、前記切削工具と前記被削材との接触の有無に応じて相互間に生じる機械的変化を検出する歪みゲージ、又は圧電型動力計からなることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の温度分布計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、切削加工中における切削工具の温度分布を計測するための温度分布計測方法及び温度分布計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
切削加工中における切削工具の温度分布、特に刃先すくい面や逃げ面の温度分布を計測することは、切削工具の品質や特性等を解析して研究開発に利用したり、切削工具による被削材の加工状態の診断や、切削工具の寿命の判断、最適切削工具の選択、或いはユーザーへのサービス業務等のために極めて有効である。
【０００３】
しかし、切削加工中に温度分布を正確に計測することは、切削工具が被削材から出る切り屑により覆われてしまうために、技術的に困難を伴うものである。
【０００４】
従来の最も一般的な温度測定方法としては、図２１（ａ）（ｂ）に示す熱伝対を利用するものが知られている。同図（ａ）に示す方法は、１本バイト法と呼ばれ、金属材料の被削材２を導電性を有する切削工具４で切削すると、切削点の温度に応じて被削材２と切削工具４間に熱起電力が発生し、この熱起電力をポテンシオメータ６で計測することにより、被削材２と切削工具４及び切り屑の接触部分の平均温度が求められる。同図（ｂ）に示す方法によれば、切削工具８の刃先すくい面１０に向けて穿設された細い貫通穴１２中に、先端部分のみが切削工具８に接触し且つ他の部分が石英管１４で絶縁被覆されて成る白金線１６が予め埋設されており、刃先すくい面１０と被削材１８の接触点の温度に起因する熱起電力をミリボルト計２０で計測することによって、刃先すくい面１０の温度が求められる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図２１（ａ）に示す方法にあっては、計測結果が切削工具と被削材及び切り屑の平均温度であるため、刃先すくい面や逃げ面の各部分についての２次元温度分布を詳細に計測することができず、分解能及び計測精度が低いという問題があった。
【０００６】
一方、図２１（ｂ）に示す方法にあっては、切削工具中に予め熱電対を構成するための細い貫通穴を形成する必要があるため、その作業が極めて煩雑であり、実際にはドリリングやエッチング等によって僅かずつ掘り進むことにより、この貫通穴を形成していた。更に、切削工具の複数部分の温度を計測するためには、複数個の貫通穴を微細加工して夫々に熱電対を埋設する必要があるためその煩には堪え難く、また構造上、高分解能の計測が困難であると共に、切削工具の強度の低下を招来する等の問題があった。
【０００７】
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、切削加工中に切り屑によって覆われるために観測困難な切削工具の刃先すくい面や逃げ面等の２次元温度分布を、高分解能且つ容易に計測することができる温度分布計測方法及び温度分布計測装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明は、切削加工中における切削工具の温度分布を計測する温度分布計測方法において、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非切削期間とを設定し、前記切削期間から前記非切削期間に切替わる時点を検出し、前記非切削期間中に前記切削工具を撮像手段によって撮像し、前記撮像手段により得られる画像データを温度成分の画像温度データに換算し、前記画像温度データに基づいて、前記時点からの前記非切削期間中の時間経過に伴う前記切削工具の冷却特性を演算し、前記冷却特性に基づいて、前記切削期間と前記非切削期間との切替り時点における温度分布データを推定演算することとした。
【０００９】
また、切削加工中における切削工具の温度分布を計測する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非切削期間とを設定する切削状態設定手段と、前記切削期間から前記非切削期間に切替わる時点を検出する切削状態検出手段と、前記切削状態検出手段の検出時点を基準にして複数の異なる遅延時間を設定する露出同期設定手段と、前記複数の異なる遅延時間経過時に前記切削工具を複数回撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像により得られる画像データを温度成分の画像温度データに換算するデータ換算手段と、前記非切削期間内に該当する前記画像温度データに基づいて、前記複数の遅延時間の経過に対応する前記切削工具の冷却特性を演算すると共に、前記冷却特性に基づいて前記切削期間から前記非切削期間に切替わる時点における温度分布データを推定演算する温度分布演算手段とを具備する構成とした。
【００１０】
また、切削加工中における切削工具の温度分布を計測する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非切削期間とを設定する切削状態設定手段と、前記切削期間から前記非切削期間に切替わる時点を検出する切削状態検出手段と、前記切削状態検出手段の検出時点を基準にして複数の異なる遅延時間を設定する露出同期設定手段と、前記切削工具を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像により得られる画像データを温度成分の画像温度データに換算するデータ換算手段と、露出同期設定手段により設定された複数の遅延時間に基づいて前記非切削期間内に該当する前記画像温度データを抽出すると共に、前記抽出した画像温度データに基づいて前記複数の遅延時間の経過に対応する前記切削工具の冷却特性を演算し、且つ前記冷却特性に基づいて前記切削期間から前記非切削期間に切替わる時点における温度分布データを推定演算する温度分布演算手段とを具備する構成とした。
【００１１】
また、切削加工中における切削工具の温度分布を計測する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非切削期間とを設定する切削状態設定手段と、前記切削期間から前記非切削期間に切替わる時点を検出する切削状態検出手段と、前記切削工具を点順次走査により撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像により得られる画像データを温度成分の画像温度データに換算するデータ換算手段と、前記切削状態検出手段が検出した前記切替り時点に基づいて前記非切削期間内に該当する前記画素温度データを抽出するデータ編集手段と、予め決められた切削工具の露出瞬間からの経過時間に対する冷却特性に、前記データ編集手段により抽出された前記画素温度データを適用することにより、前記切替り時点における温度分布データを演算する温度分布演算手段とを具備する構成とした。
【００１２】
また、前記切削状態設定手段は、前記切削工具により切削される被削材の一部に予め形成された切欠部によって実現した。
【００１３】
また、前記切削状態検出手段は、前記切削工具と前記被削材との接触の有無に応じて相互間に生じる電気的変化を検出する通電センサによって実現した。
【００１４】
また、前記切削状態検出手段は、主軸モータにて駆動される前記切削工具と送り系サーボモータによって駆動される前記被削材との接触の有無に応じて生じる、前記主軸モータ又は前記送り系モータの駆動電流の変化を検出する動力センサによって実現した。
【００１５】
また、前記切削状態検出手段は、前記切削工具と前記被削材との接触の有無に応じて相互間に生じる機械的変化を検出する歪みゲージ又は圧電型動力計によって実現した。
【００１６】
【発明の実施の形態例】
以下、本発明に係る実施の形態を図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、この実施の形態に係る温度分布計測装置の概略構成を示す。この温度分布計測装置は、切削加工中における切削工具を撮像するための撮像部Ａと、切削工具が被削材から離れた瞬間のタイミング等を検出する切削状態検出部Ｂと、撮像部Ａから得られる画像情報に基づいて所定の演算処理を行うことにより、切削工具の２次元温度分布を求める解析部Ｃとを具備している。
【００１７】
また、各種の旋盤等に適宜に着脱して使用することができる汎用性を備えている。例えば、普通旋盤に設けられている主軸台と芯押台の各センタ間に支持された被削材２２を所定方向Ｒに回転させ、切削工具２４を被削材２２に当接させつつ回転方向Ｒに対して直交する方向Ｚへ切削加工を行う場合には、撮像部Ａにおける撮像可能範囲（図１中、点線ＢＷで示す視野範囲）内に、切削工具２４の計測対象範囲が収まるように設定するだけでよい。
【００１８】
この温度分布計測装置では、切削加工中に、切削工具２４と被削材２２とを接触させることによる実質的な切削期間と、切削工具２４と被削材２２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して、切削工具２４にて切削される被切削面２２ａよりも内側に切欠部２２ｓを有する被削材２２が用いられる。即ち、切削加工中における被削材２２の回転中心Ｑから被切削面２２ａまでの径よりも、その回転中心Ｑから切欠部２２ｓまでの径の方を小さくしてあり、連続して切削加工すると、切削工具２４が被切削面２２ａに当接している期間中は実質的な切削加工が行われるが、切欠部２２ｓに対して切削工具２４が離れることにより、一時的に切削加工がなされなくなり、切削工具２４の露出する期間を生じさせるようにしている。
【００１９】
撮像部Ａは、電荷結合型固体撮像デバイスやＭＯＳ型固体撮像デバイスによって被写体を２次元撮像するカメラから成り、解析部Ｃから供給されるシャッタ信号Ｓｏｎに同期して撮像すると共に、この撮像により上記撮像デバイスに生じるフレーム画像の情報を、所定の点順次読出し周期Ｔｓに同期した個々の画素信号ＳＢＷにして時系列に読み出して、解析部Ｃへ供給する。
【００２０】
切削状態検出部Ｂは、一例として、図２（ａ）（ｂ）や図３（ａ）（ｂ）に示す構成のものが適用されている。
【００２１】
図２（ａ）に示す切削状態検出部Ｂは、旋盤の送り系サーボモータにてＺ方向に繰り出される刃物台３２に電気絶縁部材３４を介して金属製の切削工具２４が固着され、旋盤の主軸モータにて回転駆動される金属製の被削材２２と切削工具２４との間に一定電圧の直流電源３６及び通電センサ３８から成る電気回路が接続された構成となっている。
【００２２】
通電センサ３８は、検流計や抵抗素子等の導電性検出手段が用いられ、切削工具２４と被切削面２２ａとの接触時（導通時）と、切削工具２４と切欠部２２ｓとの非接触時（非導通時）の電流変化を検出すると共に、その電流変化を示す切削状態信号Ｓｔを出力して、後述の露出同期設定部Ｄに供給する。したがって、切削状態信号Ｓｔは、電気回路中を電流が流れるときは実質的な切削期間を示し、電流が流れないときには切削工具２４が切欠部２２ｓから離れた非切削期間を示す。
【００２３】
図２（ｂ）に示す切削状態検出部Ｂは、主軸モータへ駆動電流を供給するための電源４０の電流供給経路中に切削動力センサ４２が接続された構成となっている。
【００２４】
切削動力センサ４２は、切削加工中に主軸モータに掛かる負荷に対応する駆動電流と、切削工具２４と切欠部２２ｓとの非接触時の駆動電流を検出することにより、切削工具２４による切削期間及び非切削期間の変化を示す切削状態信号Ｓｔを出力し、後述の露出同期設定部Ｄに供給する。即ち、切削加工中では切削工具２４と被切削面２２ａとの当接に起因する負荷の増大に伴って主軸モータに流れる駆動電流が増加し、切削工具２４と切欠部２２ｓとの非接触時では駆動電流が減少することから、これらの駆動電流の変化により切削期間と非切削期間を示す切削状態信号Ｓｔを発生させる。
【００２５】
あるいは、切削加工中に送り系サーボモータに流れる駆動電流の変化に基づいて切削状態信号Ｓｔを発生させる構成の切削状態検出部Ｂが適用される。即ち、送り系サーボモータへ駆動電流を供給するための電源４４の電流供給経路中に切削動力センサ４６が接続され、送り系サーボモータに掛かる負荷に対応する駆動電流の変化を検出することにより、切削期間と非切削期間を示す切削状態信号Ｓｔを発生させ、後述の露出同期設定部Ｄに供給する。
【００２６】
尚、図２（ｂ）に示すものはいずれも同一の原理に基づくものであるので、いずれか一方の切削状態検出部Ｂが適用される。また、これらの切削状態検出部Ｂは、図２（ａ）のような切削工具２４と被削材２２との電気的接触を検出するものではないので、金属製の切削工具及び被削材による切削加工に限らず、例えばセラミック等から成る絶縁性の切削工具及び被削材による切削加工においても適用することができる。
【００２７】
図３（ａ）に示す切削状態検出部Ｂは、刃物台３２に切削工具２４を支持するための支持部材４８の一端に歪みゲージ５０が固着され、切削加工時における支持部材４８の変形量に対応する歪みゲージ５０の歪み検出出力を動力アンプ５２を介して出力する構成となっている。即ち、支持部材４８に掛かる負荷に起因する変形量が切削期間中では増加し非切削期間中では減少するので、歪みゲージ５０でその変形量の変化に応じた歪みを検出することによって、切削期間と非切削期間を示す切削状態信号Ｓｔを出力し、後述の露出同期設定部Ｄに供給する。
【００２８】
図３（ａ）の切削状態検出部Ｂも、金属製の切削工具及び被削材による切削加工に限らず、絶縁性の切削工具及び被削材による切削加工においても適用することができる。
【００２９】
図３（ｂ）に示す切削状態検出部Ｂは、刃物台３２に圧電素子を有する圧電型動力計５４を介して切削工具２４の支持部材４８が固着され、切削加工中における切削工具２４の変位に応じて加わる圧力変化を検出すると共に、その検出出力をチャージアンプ５６を介して出力する構成となっている。即ち、切削工具２４と被削材２２との接触する切削加工中では、支持部材４８の変位に伴って圧力型動力計５４に掛かる圧力が増加し、切削工具２４が切欠部２２ｓから離れる非切削期間中ではその圧力が減少するので、かかる圧力変化を検出することによって、切削期間と非切削期間を示す切削状態信号Ｓｔを、後述の露出同期設定部Ｄに供給する。
【００３０】
図３（ｂ）の切削状態検出部Ｂも、金属製の切削工具及び被削材による切削加工に限らず、絶縁性の切削工具及び被削材による切削加工においても適用することができる。
【００３１】
そして、図２及び図３に列記したいずれか一つの切削状態検出部Ｂが適宜に用いられる。
【００３２】
解析部Ｂは、所定アルゴリズムに基づくコンピュータプログラムを実行することにより２次元温度分布を演算する所謂コンピュータシステムから成り、図４に示す如く、切削状態検出部Ｂの切削状態信号Ｓｔを入力する露出同期設定部Ｄと、撮像部Ａの画素信号ＳＢＷを入力する画像入力部Ｅと、各種データの記録再生及び表示等の処理を行う録再表示部Ｆと、２次元温度分布を演算する信号処理部Ｇとを備え、操作者がキーボード等の入力装置６０を介して所望の処理を指示すると、マイクロコンピュータを内蔵した中央制御回路６２がその指示に応じて上記各部Ａ〜Ｇの動作を制御するようになっている。
【００３３】
露出同期設定部Ｄは、プリアンプ６４、波形整形回路６６、トリガ回路６８及びタイマ回路７０を備え、図５のタイミングチャートに示す如く、プリアンプ６４で増幅された切削状態信号Ｓｔを波形整形回路６６により２値信号Ｓｐに波形整形し、その２値信号Ｓｐが論理“１”から“０”に反転した時点を示すパルス信号Ｓｒをトリガ回路６８において発生させ、更に、タイマ回路７０により、パルス信号Ｓｒの発生時点から所定遅延時間を計数した直後に、その遅延時間を表す遅延時間データＤｒ及びシャッタ信号Ｓｏｎを同時に出力する。
【００３４】
これにより、切削加工中に被削材２２の１回転する周期τがパルス信号Ｓｐの発生周期で表わされ、切削期間τａと非切削期間τｓとの切替り時点がパルス信号Ｓｐの発生時点で表わされる。また、パルス信号Ｓｐの発生時点（切替り時点）は、切削工具２４が被削材２２の被切削面２２ａから離れた直後を示すことになる。
【００３５】
各周期τにおけるパルス信号Ｓｒの発生時点からシャッタ信号Ｓｏｎの発生時点までの各遅延時間Δ１，Δ２，Δ３…は、時間経過に伴って次第に長くなるように決められており、更に、遅延時間が非切削期間τｓを超える場合には、最短の遅延時間Δ１から繰り返して設定することにより、常にシャッタ信号Ｓｏｎを各周期τの切削期間τｓ内で発生させて、露出した切削工具２４を撮像部Ａにて撮像させる。
【００３６】
画像入力部Ｅは、撮像部Ａからの画素信号ＳＢＷをプリアンプ７２で増幅した後、Ａ／Ｄ変換器７４により読出し周期Ｔｓと同じサンプリング周期に同期してデジタルの画素データＰｉ，ｊに変換し、更に、各画素データＰｉ，ｊを画素温度データ換算回路７６により画素温度データＴＰｉ，ｊに換算して出力する。
【００３７】
即ち、Ａ／Ｄ変換器７４のサンプリング周期を読出し周期Ｔｓに同期させることにより、Ｉ×Ｊ個の画素数から成るフレーム画像相当の画素データＰｉ，ｊ（但し、１≦ｉ≦Ｉ、１≦ｊ≦Ｊ）を発生させる。但し、画素データＰｉ，ｊは撮像部Ａの各画素にて受光された輝度成分であって温度成分を直接表さないので、画素温度データ換算回路７６において次式（１）のステファンボルツマンの式を適用することにより、画素データＰｉ，ｊを温度成分の画素温度データＴＰｉ，ｊに換算する。
【００３８】
Ｗ＝εσＴ４                                …（１）
但し、Ｗは赤外線エネルギー（各画素データＰｉ，ｊに相当する）
Ｔは物体の絶対温度（各画素温度データＴＰｉ，ｊに相当する）
εは放射率（≦１）
σはステファンボルツマンの定数
尚、画素温度データ換算回路７６は、各フレーム周期の先頭の画素温度データＴＰ１，１を出力する直前に、タイマ回路７０からの遅延時間データＤｒを出力することにより、引続き出力されるフレーム画像相当の画素温度データＴｉ，ｊが前記いずれの遅延期間Δ１，Δ２，Δ３…ににおいｔ撮像されたものであるかを示すようになっている。
【００３９】
録再表示部Ｆは、マルチプレクサ回路７８、複数フレームの画像データを格納可能な記憶容量を有するフレームメモリ８０、モニター等を有する表示部８２と、ハードディスク（ＨＤ）やフロッピディスク（ＦＤ）等の記録媒体を有する記憶再生回路８４を備えている。
【００４０】
マルチプレクサ回路７８は、中央制御回路６２の指示に従って伝送経路の切換動作を行い、撮像時には、画像入力部Ｅより出力される遅延時間データＤｒ及び画素温度データＴＰｉ，ｊをフレームメモリ８０に記憶させ、信号処理部Ｇによる２次元温度分布の解析処理が行われるときは、信号処理部Ｇから出力される２次元温度分布データＣＰｉ，ｊをフレームメモリ８０に記憶させる。
【００４１】
表示部８２は、フレームメモリ８０中の遅延時間データＤｒ及び画素温度データＴＰｉ，ｊや２次元温度分布データＣＰｉ，ｊ等に基づいて画像を再生表示したり、これらのデータを印刷する等の処理を行う。
【００４２】
記録再生回路８４は、フレームメモリ８０中の遅延時間データＤｒ及び画素温度データＴＰｉ，ｊや２次元温度分布データＣＰｉ，ｊ等を前記ハードディスク（ＨＤ）やフロッピディスク（ＦＤ）等に記憶させたり、記憶したこれらのデータを再生してフレームメモリ８０に再度記憶させたり信号処理部Ｇ中の演算用メモリ８６へ転送する等の処理を行う。
【００４３】
画像処理部Ｇは、少なくとも１フレーム画像相当のデータを格納する記憶容量を有する演算用メモリ８６と、画素温度データＴＰｉ，ｊに基づいて２次元温度分布データＣＰｉ，ｊを演算する温度分布演算回路８８を備えている。
【００４４】
温度分布演算回路８８は、撮像部Ａ及び画像入力部Ｅ等による前記撮像時に記録再生回路８０にて記憶された複数フレーム分の遅延時間データＤｒ及び画素温度データＴＰｉ，ｊが演算用メモリ８６に格納されると、次の演算処理によって切削工具２４の２次元温度分布を求める。
【００４５】
尚、図５に示した各非切削期間τｂにおいて、切削期間τａと非切削期間τｓとの切替り時点ｔｒを基準にして設定された各遅延時間Δ１，Δ２，Δ３毎に撮像された切削工具２４の各フレーム画像が図６（ａ）であるものとして２次元温度分布の演算処理を説明する。
【００４６】
同図（ａ）中の遅延時間データＤｒ（Δ１）によって特定される画素温度データＴＰｉ，ｊ（Δ１）によるフレーム画像は、切替り時点ｔｒから最も近いときに撮像されたものであるので、切削期間τａにおける切削工具２４と被削材２２との摩擦熱が残存した全体的に高温状態を示すこととなる。遅延時間データＤｒ（Δ２）にて特定される画素温度データＴＰｉ，ｊ（Δ２）によるフレーム画像は、次の周期τにおける切替り時点ｔｒを基準にして、遅延時間Δ１よりも遅れた時間Δ２で撮像されたものであるので、かかる遅延時間Δ２中の空気冷却に起因して、遅延時間Δ１で撮像されたフレーム画像よりも全体的に低温状態を示すこととなる。同様に、遅延時間データＤｒ（Δ３）にて特定される画素温度データＴＰｉ，ｊ（Δ３）によるフレーム画像は、次の周期τにおける切替り時点ｔｒを基準にして、遅延時間Δ２よりも更に遅れた時間Δ３で撮像されたものであるため、かかる遅延時間Δ３中の空気冷却に起因して、遅延時間Δ２で撮像されたフレーム画像よりも全体的に更に低温状態を示すこととなる。
【００４７】
これら各周期τにおいて撮像されたフレーム画像において、ある特定の同位置の画素（ｘ，ｙ）に対応する画素温度データＴＰｘ，ｙ（Δ１）とＴＰｘ，ｙ（Δ２）及びＴＰｘ，ｙ（Δ３）を抽出し、同図（ｂ）のグラフに示す如く、これらの画素温度データを、切替り時点ｔｒを基準時にした遅延時間Δ１，Δ２，Δ３毎にプロットする。尚、同図（ｂ）は、横軸が時間、縦軸が画素温度である。
【００４８】
したがって、切替り時点ｔｒ以前の切削期間τａでは、被削材２２から出る切り屑によって切削工具２４が覆われているが、切替り時点ｔｒ後の非切削期間τｓにおいて、切削工具２４の露出した状態での画素温度データがプロットされる。更に、切替り時点ｔｒ及びその直後では、切り屑が飛散しないで切削工具２４を未だ覆っている場合があり得るが、最初の遅延時間Δ１を切り屑が十分に飛散し得る期間後に設定することによって、完全に露出した切削工具２４を撮像することができる。
【００４９】
そして、プロットされた画素温度データＴＰｘ，ｙ（Δ１）とＴＰｘ，ｙ（Δ２）及びＴＰｘ，ｙ（Δ３）に基づいて、カーブフィット法や最小２乗法等の統計処理や、ニューラルネット法等を適用することにより、同図（ｂ）中の点線にて示す時間経過に対する冷却特性（以下、冷却曲線という）を推定演算し、更に、この冷却曲線に基づいて、切替り時点ｔｒにおける画素温度データＴＰｘ，ｙ（ｔｒ）を求める。
【００５０】
更に、残余の位置に在る画素に対応する全ての画素温度データＴＰｉ，ｊ（Δ１）とＴＰｉ，ｊ（Δ２）及びＴＰｉ，ｊ（Δ３）についても同様の処理を行うことにより、切替り時点ｔｒにおける全ての画素温度データＴＰｉ，ｊ（ｔｒ）を推定演算し、これらの切替り時点ｔｒでの画素温度データを２次元温度分布データＣＰｉ，ｊとして演算用メモリ８６に格納すると共に、フレームメモリ８０にも転送することによって表示部８２にその２次元温度分布の画像を表示させ、更に、記録再生回路８４によりハードディスク（ＨＤ）等に記録・保存させる。
【００５１】
かかる処理によれば、現実には得ることができない切替り時点ｔｒにおける露出状態の切削工具２４の２次元温度分布を求めることができる。又、非切削期間τｂ中に露出した切削工具２４の画素温度データＴＰｉ，ｊに基づいて２次元温度分布のデータＣＰｉ，ｊを演算するので、切り屑の影響が除去された極めて鮮明な２次元温度分布を得ることができる。
【００５２】
尚、上記の遅延時間Δ１，Δ２，Δ３…は、Δ２＝２Δ１、Δ３＝３Δ１の如く整数倍に比例した関係に設定される必要は無く、０＜Δ１＜Δ２＜Δ３…＜τｂの関係を満足する適宜の時間であればよい。
【００５３】
更に、これらの遅延時間Δ１，Δ２，Δ３…は、撮像部Ａ中の撮像デバイスが１フレーム画像を撮像するのに要するフレーム周期とは関係なく設定することができる。即ち、被削材２２の各回転周期τにおける前記切替り時点ｔｒに同期したシャッタ信号Ｓｏｎに基づいて撮像を行うので、一つの非切削期間τｂ中のみで複数のフレーム画像を高速に撮像する必要が無く、特に高速の撮像デバイスを使用しなくとも、各遅延時間Δ１，Δ２，Δ３…を短時間に設定するだけで、実質的に非切削期間τｂ中に多数のフレーム画像を得ることができる。この結果、これら多数のフレーム画像に相当する画素温度データＴＰｉ，ｊに基づいて図６（ｂ）の冷却曲線を極めて精度良く求めることができ、ひいては切替り時点ｔｒの２次元温度分布のデータＣＰｉ，ｊを高精度で求めることができる。
【００５４】
また、この実施の形態では、操作者が入力装置６０を介して中央制御回路６２に計測開始を指示すると、切削工具２４を所定期間に渡って撮像し、その撮像によって得られる前記複数フレーム相当の画素温度データＴＰｉ，ｊに基づく２次元温度分布データＣＰｉ，ｊの演算処理を自動的に行う自動処理モードと、上記撮像により得られる前記複数フレーム相当の画素温度データＴＰｉ，ｊを操作者が編集した後、その編集後の画素温度データＴＰｉ，ｊに基づく２次元温度分布データＣＰｉ，ｊの演算処理を行う手動処理モードとを備えている。
【００５５】
即ち、自動処理モードが指定されると、上述の撮像処理及び解析処理が自動的に行われる。手動モードが指定されると、上述の撮像処理が行われた後に編集処理モードとなる。この編集処理モード中に、操作者が、記録再生回路８４を介して各フレーム画像の画素温度データＴＰｉ，ｊをフレームメモリ８０に転送させることにより、各フレーム画像を表示部８２に再生表示させ、この表示を見ながら複数フレーム画像の中から所望のフレーム画像を選択すると、これらの選択されたフレーム画像に基づいて２次元温度分布のデータＣＰｉ，ｊが演算される。
【００５６】
このように、手動処理モードが備えられていることにより、撮像状態の良好なフレーム画像に係る画素温度データＴＰｉ，ｊに基づく２次元温度分布を求めることができる等の効果が得られる。
【００５７】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を図７に基づいて説明する。尚、図７において図４と同一又は相当する部分が同一符号にて示されている。
【００５８】
この実施の形態と第１の実施の形態との相違点を述べると、撮像部Ａは、予め決められたフレーム周期に同期して切削中の切削工具２４を撮像し、切削状態検出部Ｂで検出される切削状態信号Ｓｔにて示される切替り時点ｔｒとは非同期で撮像するようになっている。
【００５９】
更に、切削状態検出部Ｂ及び露出同期設定部Ｄでは、図５のタイミングチャートに示す如く、切削状態信号Ｓｔの振幅変化に基づいて切削期間τａと非切削期間τｓとの切替り時点ｔｒに同期する２値信号Ｓｐ及びパルス信号Ｓｒを発生し、更に、各パルス信号Ｓｒを基準にした遅延時間Δ１，Δ２，Δ３…を示す遅延時間データＤｒをタイマ回路７０より画素温度データ変換回路７６へ出力する。
【００６０】
画像入力部Ｅでは、上記所定のフレーム周期に同期して撮像部Ａで撮像され且つ読出し周期Ｔｓ毎に供給される画素信号ＳＢＷをＡ／Ｄ変換器７４によりデジタルの画素データＰｉ，ｊに変換し、画素温度データ換算回路７６が、前記ステファンボルツマンの式（１）に基づいて、各画素データＰｉ，ｊを画素温度データＴＰｉ，ｊに換算して出力すると共に、タイマ回路７０から遅延時間データＤｒが出力された時点に同期して、その遅延時間データＤｒを画素温度データＴＰｉ，ｊと共に出力する。即ち、撮像時には、非切削期間τｓ中での撮像により得られるフレーム画像相当の画素温度データＴＰｉ，ｊに遅延時間Δ１，Δ２，Δ３…の何れかを示す遅延時間データＤｒが付加されて、録再表示部中のフレームメモリ８０に格納され、更に、記録再生回路８４によりハードディスク（ＨＤ）やフロッピディスク（ＦＤ）に記録される。
【００６１】
画像処理部Ｇでは、上記撮像時に記録された複数フレーム画像分の画素温度データＴＰｉ，ｊが記録再生回路８４を介して演算用メモリ８６に読み出されると、温度分布演算回路８８が、遅延時間データＤｒにて対応付けられているフレーム画像の画素温度データＴＰｉ，ｊを選択すると共に、図６（ａ）に示したのと同様に、遅延時間の短い順に、各フレーム画像の画素温度データＴＰｉ，ｊ（Δ１），ＴＰｉ，ｊ（Δ２），ＴＰｉ，ｊ（Δ３）…を並び替え、更に、図６（ｂ）に示したのと同様に、カーブフィット法や最小２乗法等の統計処理やニューラルネット法等を適用することによって、これらの画素温度データに基づいて各画素に対応する冷却曲線を演算した後、この冷却曲線に基づいて、切替り時点ｔｒにおける１フレーム画像相当の２次元温度分布データＣＰｉ，ｊ（ｔｒ）を求める。
【００６２】
このように、この実施の形態では、撮像時には切削状態検出部Ｂの切削状態信号Ｓｔに同期して撮像部Ａによる撮像が行われないが、温度分布演算回路８８が画素温度データＴＰｉ，ｊに付加される遅延時間データＤｒに基づいて、切削工具２４の露出したフレーム画像に係る画素温度データＴＰｉ，ｊを選択することによって、上記冷却曲線を推定演算し、更にこの冷却曲線に基づいて切替り時点（即ち、非切削期間τｓの開始直後）ｔｒにおける切削工具２４の２次元温度分布データＣＰｉ，ｊ（ｔｒ）を求めることができる。
【００６３】
尚、この実施の形態においても、操作者が入力装置６０を介して中央制御回路６２に計測開始を指示すると、切削工具２４を所定期間に渡って撮像し、その撮像によって得られる前記複数フレーム相当の画素温度データＴＰｉ，ｊに基づく２次元温度分布データＣＰｉ，ｊの演算処理を自動的に行う自動処理モードと、上記撮像時に得られる複数フレーム相当の画素温度データＴＰｉ，ｊを操作者が編集した後、その編集後の画素温度データＴＰｉ，ｊに基づく２次元温度分布データＣＰｉ，ｊの演算処理を行う手動処理モードとを備えている。
【００６４】
即ち、自動処理モードが指定されると、上述の撮像処理及び解析処理が自動的に行われる。手動モードが指定されると、上述の撮像処理が行われた後に編集処理モードとなる。この編集処理モード中に、操作者が、記録再生回路８４を介して各フレーム画像の画素温度データＴＰｉ，ｊをフレームメモリ８０に転送させることにより、各フレーム画像を表示部８２に再生表示させ、この表示を見ながら複数フレーム画像の中から所望のフレーム画像を選択すると、これらの選択されたフレーム画像に基づいて２次元温度分布データＣＰｉ，ｊが演算される。
【００６５】
このように、手動処理モードが備えられていることにより、撮像状態の良好なフレーム画像に係る画素温度データＴＰｉ，ｊに基づく２次元温度分布を求めることができる等の効果が得られる。
【００６６】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を図８〜図１５と共に説明する。
図８は、この実施の形態に係る温度分布計測装置の概略構成を示す。尚、図８において、図４又は図７と同一又は相当する部分を同一符号にて示している。
【００６７】
この温度分布計測装置は、切削加工中における切削工具を点順次走査にて撮像する撮像部Ａと、切削工具が被削材から離れた瞬間のタイミング等を検出する切削状態検出部Ｂと、撮像部Ａから出力される光電変換信号ＳＡＷ及び切削状態検出部Ｂから出力される切削状態信号Ｓｔに基づいて切削工具の露出状態での２次元温度分布を演算する解析部Ｃを備えている。
【００６８】
解析部Ｃは、所定アルゴリズムに基づくコンピュータプログラムを実行することにより温度分布を演算する所謂コンピュータシステムから成り、露出同期設定部Ｄと、録再表示部Ｆ及び信号処理部Ｇを備えている。また、操作者がキーボード等の入力装置６０を介して所望の処理を指示すると、マイクロコンピュータを内蔵した中央制御回路６２がその指示に応じて上記各部Ａ〜Ｇの動作を制御するようになっている。
【００６９】
撮像部Ａは、図９に概略的に示す構成から成り、主走査方向ｊに定速回転するボリゴンミラー等の回転ミラー１００と、主走査方向ｊに対して直交する副走査方向ｉに所定の角度範囲内で定速揺動を繰り返す揺動ミラー１０２と、所定波長域の赤外光を受光して光電変換信号ＳＡＷを出力する赤外線受光素子１０４、及び撮像に必要な光学レンズ群（図示せず）等を備えている。
【００７０】
この実施の形態においても、第１，第２の実施の形態と同様に、切削工具２４によって切削される被切削面２２ａよりも内側に切欠部２２ｓが予め形成されて成る被削材２２を適用し、切欠部２２ｓに対して切削工具２４が離れることによって一時的に切削加工を中断し且つ露出する期間を生じさせるようにしている。
【００７１】
そして、切削工具２４の計測対象範囲を撮像部Ａの撮像可能範囲ＡＷ内に収めるようにして計測が開始されると、回転ミラー１００が、撮像可能範囲ＡＷからの被写体光像を揺動ミラー１０２へ反射し、揺動ミラー１０２が更に反射して赤外線受光素子１０４へ入射させる。
【００７２】
ここで、回転ミラー１００は、主走査方向ｊに定速回転すると共にそれに形成されている複数個の各反射面の形状が均一であることから、図１０に示すように、撮像可能範囲ＡＷに対応して得られるフレーム画像の水平方向ｊの主走査範囲を決定し、揺動ミラー１０２が副走査方向ｉに所定の角度範囲をもって揺動することにより、上記フレーム画像の垂直方向ｉの副走査範囲を決定する。そして、赤外線受光素子１０４により出力される光電変換信号ＳＡＷがこの主副走査タイミングに同期した信号となるので、所謂点順次走査によるフレーム撮像が実現される。
【００７３】
この実施の形態では、撮像可能範囲ＡＷに対応する１フレーム画像を撮像するのに要する副走査期間（図１０では１垂直走査期間）Ｔｖが６６ｍｓｅｃ、１回の主走査期間（図１０では１水平走査期間）ＴＨが０．６６ｍｓｅｃに設定され、１００回（１００ライン）の主走査により１フレーム画像を形成する。更に、１水平走査期間ＴＨ当たり２５６画素に設定することにより、１フレーム画像を２５６００画素で構成するようにしている。また、１画素当たりの点順次走査周期Ｔｓは、Ｔｖ／２５６００となっている。
【００７４】
切削状態検出部Ｂは、図２（ａ）（ｂ）及び図３（ａ）（ｂ）に示した何れかの構成のものが適用される。
【００７５】
図８中の露出同期設定部Ｄは、切削状態検出部Ｂから出力される切削状態信号Ｓｔをプリアンプ６４により増幅した後、波形整形回路６６にて２値信号Ｓｐに整形し、トリガ回路６８において、この２値信号Ｓｐの論理が“１”から“０”に反転した時点で論理“１”となり残余の期間では論理“０”となるフラグ信号Ｆｇを発生させる。したがって、フラグ信号Ｆｇが論理“１”になる時点は、切削工具２４が被削材２２の切欠部２２ｓから離れた直後の時点（切削期間τａから非切削期間τｂに切り替わる切替り時点）を示すこととなる。
【００７６】
更に、Ａ／Ｄ変換器１０６が、プリアンプ６４で増幅された切削状態信号Ｓｔをデジタルの切削状態データＤｔに変換して出力する。尚、Ａ／Ｄ変換器１０６のサンプリング周期を撮像部Ａの点順次走査周期Ｔｓに一致させることによって、論理“１”のフラグ信号Ｆｇと各切削状態データＤｔとの発生タイミングを同期させている。
【００７７】
画像入力部Ｅは、撮像部Ａの赤外線受光素子１０４より点順次走査周期Ｔｓに同期して出力される光電変換信号ＳＡＷをプリアンプ７２により増幅し、Ａ／Ｄ変換器７４により同周期Ｔｓに同期して画素単位の画素データＰｉ，ｊに変換し、画素温度データ換算回路７６において前記ステファンボルツマンの式（１）に基づいて画素データＰｉ，ｊを画素温度データＴＰｉ，ｊに換算する。したがって、図１０に示した画素データＰｉ，ｊ（但し、１≦ｉ≦Ｉ、１≦ｊ≦Ｊ）によるフレーム画像は、各画素に対応した画素温度データＴＰｉ，ｊに置き換えられることとなる。
【００７８】
更に、画素温度データ換算回路７６は、露出同期設定部Ｄから出力される各切削状態データＤｔ及びフラグ信号Ｆｇを各画素温度データＴＰｉ，ｊに付加することにより、点順次走査周期Ｔｓに同期して得られる全ての情報を含む画素単位の組合せデータＶｉ，ｊ（例えば、Ｖｉ，ｊ＝［ＴＰｉ，ｊ：Ｄｔ：Ｆｇ］）として出力する。
【００７９】
録再表示部Ｆは、撮像時には、マルチプレクサ回路７８を介して組合せデータＶｉ，ｊをフレームメモリ８０に格納すると同時に、記録再生回路８４によりハードディスク（ＨＤ）やフロッピーディスク（ＦＤ）に記憶させ、更に、リアルタイムで切削加工中の画像を表示部８２に表示させる。
【００８０】
尚、表示部８２中のモニター等には、図１０に示す如く画素温度データＴＰｉ，ｊに基づいて再生されるフレーム画像と、同図右側に示す如く、切削状態データＤｔに基づいて切削状態の時間変化を示す画像、及びフラグ信号Ｆｇが論理“１”となったときの画素温度データの座標が同時に表示される。例えば、画素温度データＴＰｉ，ｊに対応してフラグ信号Ｆｇが論理“１”となった場合には、ＴＰｉ，ｊの存在する第ｉ番目の水平ライン上に、その位置（ｉ，ｊ）を示す表示Ｆｇ（ｉ，ｊ）が行われる。このように、操作者は、表示部８２の画像を見るだけで、切削工具２４の切削期間及び非切削期間の状態を容易に観察することができるようになっている。
【００８１】
一方、信号処理部Ｇによる２次元温度分布の演算処理時には、記録再生回路８４は一旦記憶した組合せデータＶｉ，ｊをハードディスク（ＨＤ）等から読み出して演算用メモリ８６へ転送すると共に、上記演算処理により求められた２次元温度分布データＣＰｉ，ｊを再びハードディスク（ＨＤ）等に記憶させたり、フレームメモリ８０に格納することによって、２次元温度分布の画像を表示部８２に表示させる。
【００８２】
信号処理部Ｇは、少なくとも１フレーム画像相当の組合せデータＶｉ，ｊを格納する記憶容量を有する演算用メモリ８６と、演算用メモリ８６に格納された組合せデータＶｉ，ｊに基づいて所定の編集処理を行うことによって２次元温度分布の解析に適したフレーム画像を再構成する画像データ編集回路１０８と、画像データ編集回路１０８で構成されたフレーム画像の組合せデータＶｉ，ｊに基づいて２次元温度分布を演算する温度分布演算回路８８を備え、演算結果である２次元温度分布データＣＰｉ，ｊは、演算用メモリ８６ないし記録再生回路８４を介してハードディスク（ＨＤ）等に記憶されると共に、演算用メモリ８６ないしマルチプレクサ回路７８を介してフレームメモリ８０へ格納されることにより、表示部８２にその２次元温度分布の画像が再生表示される。
【００８３】
次に、かかる構成を有する温度分布測定装置の一連の作動を、操作者の操作手順に沿って説明する。操作者が自動処理モードと手動処理モードの何れか一方を入力装置６０を介して中央制御回路６２に指示することができる。
【００８４】
自動処理モードが指定されると、切削加工中の切削工具２４を所定期間に渡って撮像し、その撮像によって得られる前記複数フレーム相当の組合せデータＶｉ，ｊをフレームメモリ８０に格納すると共に、表示部８２に再生画像を表示し、更に記録再生回路８４により記憶する。
【００８５】
次に、記録再生回路８４がこれら複数フレーム相当の組合せデータＶｉ，ｊを演算用メモリ８６へ転送し、２次元温度分布を演算するための処理が開始される。
【００８６】
まず、画像データ編集回路１０８が、これら複数フレーム画像に相当する組合せデータＶｉ，ｊから、２次元温度分布を求めるべきフレーム画像相当の組合せデータＶｉ，ｊを抽出して編集する。尚、かかる編集処理を行うのは次の理由による。
【００８７】
例えば、図１１に示すように、切削工具２４の刃先が被削材２２の被切削面２２ａに当接して切削加工がなされる切削期間τａでは（同図（ａ）（ｂ）（ｅ）参照）、切り屑の発生に起因して切削工具２４が覆われてしまうので、露出した刃先を撮像することができないが、切削工具２４の刃先が切欠部２２ｓに対向して隙間ができ、被削材２２に当接しなくなる非切削期間τｓでは（同図（ｃ）（ｄ）参照）、切り屑が発生せず、露出した切削工具２４の刃先を撮像することができる。しかし、露出した切削工具２４を点順次走査により撮像するので、同図（ａ）〜（ｅ）に対応して示す同図（ａ’）〜（ｅ’）の画像のように、時間経過ｔａ〜ｔｅに従って画像が点順次走査周期Ｔｓに同期して順次に形成されていくこととなり、２次元固体撮像デバイスのような同時刻に撮像した１フレーム画像に相当する画素温度データＴＰｉ，ｊを得ることができない。
【００８８】
そこで、組合せデータＶｉ，ｊ中に含まれる論理“１”のフラグ信号Ｆｇで特定される画素温度データを基準にし、それ以降の画素温度データによるフレーム画像を２次元温度分布を求める画像とする。
【００８９】
尚、図１１（ａ’）〜（ｅ’）に記載した時点ｔａ〜ｔｅは、同図（ａ）〜（ｅ）に示す各切削工程に対応しており、以下の関係にある。
【００９０】
ｔａ  ；同図（ａ）の切削状態を撮像したときの表示部８２上に現れる水平走査線位置に対応し、切削加工中に生じる切り屑を示している。
【００９１】
ｔｂ  ；同図（ｂ）の切削状態を撮像したときの表示部８２上に現れる水平走査線位置に対応し、刃先すくい面が露出した瞬間（切替り時点ｔｒ）を示している。
【００９２】
ｔｃ  ；同図（ｃ）の切削状態を撮像したときの表示部８２上に現れる水平走査線位置に対応し、刃先すくい面が露出しているときを示している。
【００９３】
ｔｄ  ；同図（ｄ）の切削状態を撮像したときの表示部８２上に現れる水平走査線位置に対応し、刃先すくい面が被削材２２に再接触する瞬間を示している。
【００９４】
ｔｅ  ；同図（ｅ）の切削状態を撮像したときの表示部８２上に現れる水平走査線位置に対応し、再び切削加工が行われている状態を示している。
【００９５】
図１１によれば、画像データ編集回路１０８は、同図（ｅ’）中の時点ｔｂで特定される画素温度データを基準にし、それ以降に露出した切削工具２４の画素温度データを２次元温度分布を求めるための画像として抽出する。
【００９６】
次に、温度分布演算回路８８が、上記抽出された画素温度データに基づいて２次元温度分布を演算する。前述した如く、点順次走査周期Ｔｓに同期して撮像が行われるので、画像データ編集回路１０８によって抽出された切削工具２４の露出画像の各画素温度データは同一時点で撮像されたものではないため、全ての画素温度データを同一時点で撮像されたものとする補正処理を行うことによって、同一時点での２次元温度分布を演算する。即ち、露出した切削工具２４の温度は空気冷却により時間経過と共に次第に低下するので、点順走査周期Ｔｓに同期して得られる画素温度データは時間経過と共に次第に温度の低下した値を示すこととなるため、次に述べる原理に基づいて、かかる温度の低下を補正することによって、同一時点での２次元温度分布を演算する。
【００９７】
図１２及び図１３は、かかる補正処理の原理を示す。図１２において、例えば、切削加工中の切削工具２４の温度が一様であったと仮定すると、刃先が露出した瞬間（切削期間τａから被切削期間τｓに切り替わった直後の時点ｔｒ）に得られる理想的な２次元温度分布は、同図中のフレーム画像ＦＭである。しかし、前記点順次走査による撮像が行われるため、実際に得られるのは画像ＦＭ’のようになり、先頭の画素温度データが最高温度を示し、ＴＰ１，ｊ、ＴＰＩ，１、ＴＰＩ，Ｊの如く、時間経過に伴って温度が下がっていき、求めようとする２次元温度分布ＦＭからずれる。
【００９８】
ここで、ある特定の画素温度データＴＰｘ，ｙに着目すると、図１３に示す如く、切削期間τａ（例えば、図１１（ａ）の場合）には切削摩擦等により高温となり、非切削期間τｓ（例えば、図１１（ｃ）の場合）には、空気冷却によってその温度が次第に低下し、再び切削期間τａ（例えば、図１１（ｅ）の場合）になると再び高温になる温度変化によって特徴付けられ、実験的にも確認された。
【００９９】
そこで、非切削期間τｓにおけるその画素温度データＴＰｘ，ｙの温度変化を予め実測し、時間ｔの経過に伴って所定の変化係数αｘ，ｙに依存して変化する冷却曲線ｆｘ，ｙ（ｔ）＝αｘ，ｙ・ｔを求めておき、非切削期間τｓ中の時点ｔ１ので撮像により得られた画素温度データＴＰｘ，ｙ（ｔ１）と、刃先が露出した瞬間の時点ｔｒと時点ｔ１との時間差Δを冷却曲線ｆｘ，ｙ（ｔ）を代入することによって、時点ｔｒにおける画素温度データθｘ，ｙを推定演算することとしている。
【０１００】
尚、多数の実験データを統計処理した結果、変化係数αｘ，ｙの時間変化は、周囲環境の温度をθ０、実測時点ｔ１での画素温度データＴＰｘ，ｙ（ｔ１）の値をθｘ，ｙ’とすれば、
αｘ，ｙ＝（θｘ，ｙ’−θ０）／（θｘ，ｙ−θ０）        …（２）
の近似式で表すことが確認された。そして、本来求めようとする画素温度θｘ，ｙは、上記式（２）を変形した次式（３）により求めている。
Ｑｘ，ｙ＝（Ｑｘ，ｙ’−θ０）／αＹ＋θ０                  …（３）
【０１０１】
ここで、時間差Δは次のようにして求める。時点ｔｒにおいて得られた画素温度データＴＰ１，１の温度がθ１，１であるとすれば、ＴＰｘ，ｙからＴＰ１，１までの画素数ＰＫは、ＰＫ＝（Ｊ−ｙ）＋（ｘ−ｉ−１）×Ｊ＋ｉとなり、この画素数ＰＫに点順次走査周期Ｔｓを掛け算することによって、時間差Δを求める。
【０１０２】
そして、画素温度データＴＰｘ，ｙに限らず残余の画素温度データＴＰｉ，ｊについても、同様の冷却曲線を予め実験的に求めておき、上記式（３）を適用することによって、切削工具２４が露出した瞬間時点ｔｒの同一条件での画素温度データθｉ，ｊを求め、かかる補正処理後の画素温度データθｉ，ｊを２次元温度分布データＣＰｉ，ｊとしている。
【０１０３】
尚、特定材質の切削工具２４と被削材２２についてのみ上記の変化係数の特性を適用することができるものではなく、様々な材質についても同様の変化係数で近似することができることが確認された。
【０１０４】
また、上記の変化係数（以下、αｉ，ｊとする）は、１フレーム画像相当の各画素温度データＴＰｉ，ｊについての固有の特性を示すため、これら全ての画素温度データＴＰｉ，ｊについての変化係数αｉ，ｊを予め設定して補正演算をすることは、演算用メモリ８６の記憶容量の増大を招来する等の問題をがあるため、これらの変化係数αｉ，ｊを平均化して得られる標準変化係数αを全ての画素温度データＴＰｉ，ｊに一律に適用するようにしている。
【０１０５】
図１４は、標準化係数αを適用することの有効性を実験的に確認したグラフであり、ある切削工具の刃先すくい面の適宜の５箇所について、刃先が露出した瞬間ｔｒからの冷却曲線を求め、上記式（２）を適用して得られる各変化係数α１〜α５を求めたものである。
【０１０６】
これによると、露出瞬間の時点ｔｒから時間経過が長くなるほど偏差が大きくなるが、比較的短期間以内では±数パーセントの誤差範囲内に止まることが分かる。そこで、時点ｔｒから約１０ｍｓｅｃ以内での標準変化係数αを適用することで、±数パーセントの誤差範囲内での２次元温度分布データＣＰｉ，ｊを求めることしている。
【０１０７】
次に、マニュアル処理が指示された場合の動作を説明する。まず、前記自動処理モードと同様に、切削加工中の切削工具２４を所定期間に渡って撮像し、その撮像によって得られる前記複数フレーム相当の組合せデータＶｉ，ｊをフレームメモリ８０に格納すると共に、表示部８２に再生画像を表示し、更に記録再生回路８４により記憶した後、操作者による編集処理の指示待ち状態となる。そして、かかる指示待ち状態において、操作者が次の如き指示を行うのに応じて、画像データ編集回路１０８が、種々の編集処理を実行する。
【０１０８】
第１に、記録再生回路８４によって記録された組合せデータＶｉ，ｊに基づくフレーム画像を表示部８２に再生表示させるための指示がなされた場合には、指定されたフレーム画像に対応する組合せデータＶｉ，ｊがフレームメモリ８０に転送されることによって表示部８２にそのフレーム画像が再生表示され、更に、かかる組合せデータＶｉ，ｊが演算用メモリ８６にも転送される。
【０１０９】
第２に、操作者が表示部８２に再生表示されている画像を見ながら、必要な画像範囲を指定する所謂切り張り処理を指示すると、画像データ編集回路１０８が、指定された範囲の組合せデータＶｉ，ｊのみを残して、他の不要な組合せデータを無意味なデータに変換して演算用メモリ８６に格納し、更に、かかる演算用メモリ８６のデータをマルチプレクサ回路７８を介してフレームメモリ８０へ転送することにより、所謂切り張り処理後の画像を再生表示する。
【０１１０】
第３に、第２の処理において設定された切り張り処理後の画像部分をフレーム画像中の他の位置に移動させる指示がなされると、画像データ編集回路１０８が、演算用メモリ８６中のデータ配列を並び替えることにより、指定された画像部分の組合せデータＶｉ，ｊによるフレーム画像データを作成し、更に、このフレーム画像データをマルチプレクサ回路７８を介してフレームメモリ８０へ転送することによって、表示部８２に表示させる。
【０１１１】
第４に、複数のフレーム画像を指定して夫々の任意の部分を切り張りして適宜に配列することにより１枚分の合成フレーム画像を作成するための指示がなされた場合には、指定された複数フレーム画像に対応する全ての組合せデータＶｉ，ｊがフレームメモリ８０及び演算用メモリ８６に転送されると共に、表示部８２に再生表示される。そして、画像データ編集回路１０８が、指定された画像部分の組合せデータＶｉ，ｊを抽出し、更に指定された位置に配列することによって、１枚の合成フレーム画像に相当するフレーム画像データを演算用メモリ８６に格納すると共に、マルチプレクサ回路７８を介してフレームメモリ８０へ転送することにより、編集後の再生画像を表示させる。
【０１１２】
第５に、第４の処理により編集されたフレーム画像データについて確定の指示がなされると、画像データ編集回路１０８が、上記切り張り処理及び移動処理の際に欠落したデータを補間することにより、全体として鮮明な１フレーム画像に相当する組合せデータＶｉ，ｊを形成し、前記同様に表示部８２に再生表示すると共に、記録再生回路８４によりハードディスク（ＨＤ）等に記憶される。尚、補間処理は、欠落している部分に隣接している組合せデータの平均値を演算し、その平均値を欠落部分の組合せデータに補間する等の統計処理によって行われる。
【０１１３】
以上の編集処理により、操作者は鮮明に撮像された画像だけを選択し、かかる画像に相当する組合せデータＶｉ，ｊに基づく精度の良い２次元温度分布を演算することを可能にする。
【０１１４】
例えば、図１５（ａ）〜（ｃ）に示すような再生画像中から、２次元温度分布を求めるのに適した画像部分ＰＣを同図（ａ’）（ｂ’）のように選択等すると、同図（ｃ’）に示す様な合成フレーム画像に相当する組合せデータＶｉ，ｊが形成されることとなる。
【０１１５】
次に、上記の如く確定した組合せデータＶｉ，ｊに基づく２次元温度分布の演算開始が指示されると、温度分布演算回路８８が、かかる組合せデータＶｉ，ｊの各画素温度データＴＰｉ，ｊについて標準変化係数αを適用することにより、切削工具２４の露出した瞬間ｔｒでの２次元温度分布データＣＰｉ，ｊを算出して演算用メモリ８６に格納すると共に、フレームメモリ８０へ転送して表示部８２に再生表示させ、更に、記録再生回路８４によりハードディスク（ＨＤ）等に記憶させる。例えば、かかる２次元温度分布データＣＰｉ，ｊに基づいて、図１５（ｄ）に示すような露出時点ｔｒにおける鮮明な画像が表示部８２に表示される。
【０１１６】
以上に説明したように、この第３の実施の形態によれば、露出した切削工具２４の画像を構成する画素温度データＴＰｉ，ｊについて、所定の変化係数α又はαｉ，ｊを適用して、刃先が露出した瞬間での２次元温度分布データＣＰｉ，ｊを補正演算するので、切削期間中に生じる切り屑による計測不能状態があっても、同一時刻、同一条件での２次元温度分布を求めることができる。
【０１１７】
尚、以上に説明した３つの実施の形態においては、被削材２２の側端に設けた切欠部２２ｓの形状を図１６（ａ）に示すような平面状にし、回転軸Ｑに対して直交する断面形状を半月状にすることによって、切削工具２４の刃先を露出させるようにしたが、被削材２２の形状はこれに限定されるものではない。
【０１１８】
即ち、かかる切欠部２２ｓは、被削材２２と切削工具２４との相対運動中に、切削期間τと非切削期間τｓとが得られるような形状を有していればよい。つまり、被削材２２の少なくとも１か所に切欠部を設けてあればよいし、複数箇所に設けてもよい。
【０１１９】
例えば、同図（ｂ）の切欠部２２ｓは、被削材の回転軸Ｑに沿って平行な三角条の凹溝となっているもの、同図（ｃ）の切欠部２２ｓは、被削材の回転軸Ｑに沿って平行な四角条の凹溝であって側壁がテーバー面となっているもの、同図（ｄ）の切欠部２２ｓは、被削材の回転軸Ｑに沿って平行な四角条の凹確であって各側壁が相互に直角に接しているもの、同図（ｅ）の切欠部２２ｓは、同図（ｂ）の変形例であって三角条の凹溝の側面幅が非対称となっているもの、同図（ｇ）の切欠部２２ｓは略円柱状の凹溝となっているものであり、これら様々な形状の被削材を用いることができる。また、同図（ｇ）に示す被削材の切欠部２２ｓは、一方の側端から他方の側端へ貫通する貫通孔で実現され、回転軸Ｑに対して直交する断面の形状から明らかなように、この貫通孔上を通過するときに切削工具の刃先を露出させるようになっている。
【０１２０】
また、図１７に示すように、所定方向Ｒに回転する平板状の被削材Ｓの側端を切削工具２４で切削加工し、刃先が板面に対向することによって露出する状態を撮像部Ａで撮像して、刃先の２次元温度分布を計測することもできる．
更に又、以上の実施の形態では、一部分に切欠部２２ｓを有する被削材２２を用いたが、所定タイミングで切削工具２４と被削材２２との間を僅かに非接触状態にすることで、切りくずを発生させないようにし、このときに露出した切削工具２４を撮像して得られる画素温度データＴＰｉ，ｊに基づいて２次元温度分布データＣＰｉ，ｊを演算することができる。即ち、この場合にも、切欠部２２ｓを設けたのと同じ効果が得られ、切削加工中の切り屑による計測不能伏態があっても、同一時刻・同一条件での２次元温度分布を提供することができる。
【０１２１】
更に又、以上の実施の形態では、切削工具２４の刃先すくい面（被削材２２を切削する側の面）の温度分布を計測する場合を説明したが、本発明は、切削工具２４の刃先の逃げ面（刃先すくい面に対して背面側の面）の温度分布を計測する場合にも適用することができる。
【０１２２】
例えば、図１８に示した切欠部２２ｓを有する被削材２２を切削工具２４で切削加工するものとすると、刃先が切欠部２２ｓ側へ移動したときにその逃げ面が露出して撮像部Ａの撮像範囲ＢＷ（又はＡＷ）に入るように、撮像部Ａの取付け位置を調整すればよい。そして、上述の刃先すくい面に関する温度補正等の原理をこの逃げ面についても同様に適用することによって、逃げ面の２次元温度分布を計測することができる。
【０１２３】
更に、図１９は、切削工具２４の逃げ面の温度分布を計測するための変形例を示し、被削材２２には図９（ｇ）のものを適用している。そして、貫通孔となっている切欠部２２ｓを介して、切削工具２４と撮像部Ａとが対峙するように配置され、切削工具２４の逃げ面が切欠部２２ｓの一方から露出したときに、貫通孔を通して撮像するようにしている。
【０１２４】
更に又、上記の実施の形態では、被削材２２を所定方向Ｒに回転させ、切削工具２４を所定方向Ｚに向けて移動させることで切削加工する場合を説明した（図１、図９参照）が、図２０に示すように、複数個の切削刃ｎ１〜ｎ４を有する転削工具を所定方向Ｒへ回転させつつ、被削材を相対的に所定方向Ｚ’へ移動させることで、切削加工を行う場合にも本発明を適用できる。更に、２台の撮像部Ａ１とＡ２を所定の位置に配置し、一方の撮像部Ａ１では各切削刃ｎ１〜ｎ４の逃げ面を撮像し、他方の撮像部Ａ２では各すくい面を撮像して、夫々の面の２次元温度分布を同時に計測することができる。
【０１２５】
【発明の効果】
以上に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を撮像するので、切削期間中に発生する被削材の切り屑による影響を受けない画像を得ることができる。そして、かかる画像のデータを温度成分に換算した温度のデータに基づいて、露出しているときの切削工具の冷却特性を演算し又は予め決めておき、この冷却特性に基づいて、切削工具が露出した瞬間での温度分布を推定演算するので、切り屑の影響を受けない切削工具自体の極めて精度の高い温度分布を得ることができる。
【０１２６】
このように、本発明は、被削材及び切削工具に対して非接触で容易に２次元温度分布を計測することができるので、被削材及び切削工具の温度特性の解析や研究等に極めて有効な手段を提供するものである．
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る温度分布計測装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】切削状態検出部の構成例を示す説明図である。
【図３】切削状態検出部の他の構成例を示す説明図である。
【図４】第１の実施の形態に係る解析部の構成を示すブロック図である。
【図５】第１の実施の形態に係る露出同期設定部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】第１の実施の形態に係る信号処理部の動作を説明するための説明図である。
【図７】第２の実施の形態に係る温度分布計測装置の構成を示すブロック図である。
【図８】第３の実施の形態に係る温度分布計測装置の構成を示すブロック図である。
【図９】第３の実施の形態に係る撮像部の概略構成を示す説明図である。
【図１０】第３の実施の形態における撮像原理を説明するための説明図である。
【図１１】第３の実施の形態における撮像原理を更に説明するための説明図である。
【図１２】第３の実施の形態における２次元温度分布演算原理を説明するための説明図である。
【図１３】第３の実施の形態における２次元温度分布演算原理を更に説明するための説明図である。
【図１４】第３の実施の形態における２次元温度分布演算原理を更に説明するための説明図である。
【図１５】第３の実施の形態における編集処理のを説明するための説図である。
【図１６】被削材の他の形状を示す斜視図及び断面図である。
【図１７】更に他の形状の被削材を適用した計測例を示す説明図である。
【図１８】被削材の逃げ面の温度分布計測の態様を示す説明図である。
【図１９】被削材の逃げ面の温度分布計測の他の態様を示す説明図である。
【図２０】転削工具によるすくい面と逃げ面の温度分布計測の態様を示す説明図である。
【図２１】従来の温度分布計測方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
Ａ…撮像部、Ｂ…切削状態検出部、Ｃ…解析部、Ｄ…露出同期設定部、Ｅ…画像入力部、Ｆ…録再表示部、Ｇ…信号処理部、ＡＷ，ＢＷ…撮像可能範囲、２２…被削材、２２ａ…被切削面、２２ｓ…切欠部、２４…切削工具、７６…画素温度データ換算回路、８８…温度分布演算回路、１０８…画像データ編集回路。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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