(57)【要約】【課題】被加工体に形成された穴の形状に関する正確な情報に基づいて被加工体を高精度に加工することができる放電加工装置及び放電加工方法を提供する。【解決手段】被加工体Ｍに貫通された所定形状の穴を設ける加工手段４２と、被加工体Ｍに光を照射させる照明手段１８と、被加工体Ｍを撮像する撮像手段１４と、撮像手段１４により撮像された画像情報を処理する画像処理手段３０と、画像処理手段３０により処理された情報に基づいて被加工体Ｍと加工手段４２との相対位置を制御する制御手段２４と、を有する放電加工装置１０であって、照明手段１８が被加工体Ｍを介して撮像手段１４とは反対側に設けられている構成とした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工体に貫通された所定形状の穴を設ける加工手段と、前記被加工体に光を照射させる照明手段と、前記被加工体を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像情報を処理する画像処理手段と、前記画像処理手段により処理された情報に基づいて前記被加工体と前記加工手段との相対位置を制御する制御手段と、を有する放電加工装置であって、
前記照明手段が前記被加工体を介して前記撮像手段とは反対側に設けられていることを特徴とする放電加工装置。
【請求項２】
前記照明手段と、前記撮像手段と、前記穴とが計測時に同一直線上に位置していることを特徴とする請求項１に記載の放電加工装置。
【請求項３】
被加工体を介して撮像手段とは反対側に配置された照明手段から前記被加工体に向けて光を照射させる光照射工程と、
前記撮像手段により撮像された前記被加工体の画像情報を、前記被加工体を透過する透過光を用いて画像処理する画像処理工程と、
前記被加工体を貫通する所定形状の穴を加工手段により形成する加工工程と、
前記画像処理された情報に基づいて、制御手段により前記被加工体と前記加工手段との相対位置を制御する制御工程と、
を有することを特徴とする放電加工方法。
【請求項４】
前記光照射工程では、前記撮像手段及び前記穴と同一直線上に位置している前記照明手段から光が照射されることを特徴とする請求項３に記載の放電加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工体に電極放電により、貫通された所定形状の穴を設けるための放電加工装置及び放電加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、被加工体である導電体（例えば金属）に貫通した所定形状の穴を設ける装置として、ワイヤ放電加工装置が知られている。このワイヤ放電加工装置は、被加工体と相対向するワイヤ電極間との加工間隙に加工液を供給した状態で放電パルスを繰返し発生させながら両者間に相対的な送りを与えることで被加工体に貫通した所定形状の穴を設ける装置である。
このワイヤ放電加工装置において、被加工体の上方にカメラを取り付け、このカメラで加工部位を撮影し、この撮影された情報を画像処理装置に送信して２値化処理し、処理された情報に基づいて被加工体と電極との相対的な位置を制御するものがある。（下記特許文献１参照）。このワイヤ放電加工装置によれば、カメラで加工部位を撮影し、これを２値化処理し、この処理された情報に基づいて被加工体と電極との相対的な位置を制御し、再度加工するという工程を形状の計測値と目標値が一致するまで繰り返すことで所定の形状（寸法）に仕上げていくことができる。
また、このような画像処理による計測は画像の明暗を基に行なわれるため撮影する加工部位に光を照射する必要がある。従来から、この光を照射するための照明装置がカメラ側に設けられている放電加工装置も知られている（下記特許文献２参照）。この放電加工装置によれば、照明装置から被加工体に光を照射し、被加工体の表面で反射した光（反射光）の像を画像処理装置で得ることで、被加工体の表面および加工状態を観測しながら調整することで正確な加工を行なうことができる。
【特許文献１】特許第２８７６０３２号公報
【特許文献２】特開平１１−１０４９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、放電加工は被加工体と電極との間隙に加工液を供給した状態で放電パルスを繰返し発生させながら行うため、通常被加工体は加工液中に浸かった状態で加工される。このために、上記特許文献１，２いずれも画像を得るためのカメラおよび照明装置は加工液に浸からないように被加工体の上方に配置されている。その結果、カメラで画像を得るための照明方法はカメラと同一方向から光を照射する反射照明に限定されている。
この反射照明を用いた画像認識方法においては、ワイヤ放電加工により形成された形状のエッジ部の状態によっては照明装置からの光と、照明装置からの光が加工により形成された穴の内面に当たって反射する光とが干渉し合い、穴の内面に干渉縞が発生してしまう場合がある。この干渉縞が発生すると、輝度の高い部分と低い部分が穴のエッジ部分の近傍に発生することになり、画像処理においてエッジ部分を正確に認識することができなくなる問題がある。
また、通常被加工体の表面には一般的に「表面粗さ」と呼ばれる微細な凹凸の加工痕やキズが存在する。この凹凸により反射光量に差ができるため、加工痕の凹部の輝度が低くなり、画像処理においてエッジ部分近傍の輝度の低い部分の影響を受けてエッジ部分を正確に認識することができなくなる問題もある。
このように反射照明により得られた画像情報には、形成された形状を正確に得る際に問題となるノイズ成分が含まれている。
そのために、従来では反射照明により得られた画像情報を画像処理装置により２値化処理することでこれらの影響を解消していた。しかし、２値化処理は元となる画像情報を設定した閾値により白黒情報に変換することになるため画像情報を圧縮することになるとともに、被加工体の表面状態によって計測結果が大きく異なったり、設定した閾値により測定結果が大きく異なる、といった寸法計測に不向きな画像処理方法で処理せざるを得なかった。
【０００４】
そこで、本発明は、上記事情を考慮し、被加工体に形成された穴の形状に関する正確な情報に基づいて被加工体を高精度に加工することができる放電加工装置及び放電加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、被加工体に貫通された所定形状の穴を設ける加工手段と、前記被加工体に光を照射させる照明手段と、前記被加工体を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された画像情報を処理する画像処理手段と、前記画像処理手段により処理された情報に基づいて前記被加工体と前記加工手段との相対位置を制御する制御手段と、を有する放電加工装置であって、前記照明手段が前記被加工体を介して前記撮像手段とは反対側に設けられていることを特徴とする。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、照明手段から光が被加工体に照射される。被加工体に光が照射されると、被加工体を透過した透過光を用いて撮像手段により被加工体が撮像される。撮像手段により撮像された画像情報に基づいて画像処理手段により濃淡（グレー）処理や２値化処理等の画像処理がされる。画像処理手段により処理された画像情報に基づいて、制御手段により被加工体又は加工手段が移動させられて被加工体と加工手段との相対位置が制御され、被加工体が加工される。
ここで、照明手段が被加工体を介して撮像手段とは反対側に設けられているため、被加工体に形成された穴の部位を透過する透過光の輝度が高くなり、被加工体のその他の部位の透過光の輝度との差が大きくなる。この結果、画像処理部における画像処理を容易に行うことができ、かつその処理精度を高めることができるため、被加工体の加工精度を向上させることができる。特に、輝度の差を明確にすることができるため、従来では正確に認識することができなかった被加工体に形成された穴のエッジ部分を正確に認識することができるとともに、被加工体にキズがあったとしてもそれが穴のエッジ部分であると誤認識することはない。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放電加工装置において、前記照明手段と、前記撮像手段と、前記穴とが計測時に同一直線上に位置していることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、照明手段と、撮像手段と被加工体に形成された穴とが計測時に同一直線上に位置しているため、照明手段から照射された光を被加工体に形成された穴に透過させ易くすることができる。この結果、厚みのある被加工体においてもあらゆる方向のエッジの影のない画像が得られ、被加工体に形成された穴のエッジ部分を正確に認識することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、被加工体を介して撮像手段とは反対側に配置された照明手段から前記被加工体に向けて光を照射させる光照射工程と、前記撮像手段により撮像された前記被加工体の画像情報を、前記被加工体を透過する透過光を用いて画像処理する画像処理工程と、前記被加工体を貫通する所定形状の穴を加工手段により形成する加工工程と、前記画像処理された情報に基づいて、制御手段により前記被加工体と前記加工手段との相対位置を制御する制御工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、光照射工程において、被加工体を介して撮像手段とは反対側に配置された照明手段から被加工体に向けて光が照射される。画像処理工程において、撮像手段により撮像された被加工体の画像情報を、被加工体を透過する透過光が用いられて画像処理される。画像処理された情報に基づいて、制御手段により被加工体と加工手段との相対位置が制御される。加工工程において、被加工体を貫通する所定形状の穴が加工手段により形成される。
ここで、照明手段が被加工体を介して撮像手段とは反対側に設けられているため、被加工体に形成された穴の部位を透過する透過光の輝度が高くなり、被加工体のその他の部位の透過光の輝度との差が大きくなる。この結果、画像処理部における画像処理を容易に行うことができ、かつその処理精度を高めることができるため、被加工体の加工精度を向上させることができる。特に、輝度の差を明確にすることができるため、従来では正確に認識することができなかった被加工体に形成された穴のエッジ部分を正確に認識することができるとともに、被加工体にキズがあったとしてもそれが穴のエッジ部分であると誤認識することはない。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の放電加工方法において、前記光照射工程では、前記撮像手段及び前記穴と同一直線上に位置している前記照明手段から光が照射されることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、光照射工程では、撮像手段及び穴と同一直線上に位置している照明手段から光が照射されるため、照明手段から照射された光を被加工体に形成された穴に透過させ易くすることができる。この結果、厚みのある被加工体においてもあらゆる方向のエッジの影のない画像が得られ、被加工体に形成された穴のエッジ部分を正確に認識することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被加工体に形成された穴の形状に関する正確な情報に基づいて被加工体を高精度に加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の一実施形態に係るワイヤ放電加工装置について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１及び図２に示すように、ワイヤ放電加工装置１０は、横方向にワイヤ電極４２が送られる構成となっており、被加工体である金属板Ｍが取り付けられるＸＹテーブル１２を備えている。このＸＹテーブル１２はＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能となるように設けられており、制御装置２４によりその移動が制御される構成となっている。
【００１６】
また、ＸＹテーブル１２に取り付けられた金属板Ｍの第１表面ＭＦ側（Ｚ軸４６側）には、加工時に加工液に浸からない位置に撮像装置（撮像手段）１４が配置されている。この撮像装置１４は、Ｚ軸方向に移動可能なZ軸４６に取付けられたカメラテーブル１６に載置されている。また、カメラテーブル１６のZ軸方向の移動は、制御装置２４により制御される。これにより、被加工体となる金属板Ｍの厚みが変化した場合でも、制御装置２４により撮像装置１４の位置を厚みに応じた位置へ移動させることが可能となり、金属板Ｍの厚みに対応させることができる。
【００１７】
また、ＸＹテーブル１２に取り付けられた金属板Ｍの第２表面ＭＢ側（ＵＶ軸４７側）には、金属板Ｍの第２表面ＭＢ側に光を照射させるための照明装置（照明手段）１８が撮像装置１４と相対する位置の照明テーブル２０上に設置されている。
このように、本実施形態のワイヤ放電加工装置１０では、計測時には照明装置１８が金属板Ｍを介して撮像装置１４と反対側に配置されるように設けられている。より具体的には、照明装置１８と、撮像装置１４と、金属板Ｍに形成された穴２２とが、加工時に加工液に浸からない、計測時の位置で同一直線上に位置するように構成されている。
【００１８】
また、ワイヤ放電加工装置１０は、制御装置（制御手段）２４を備えている。この制御装置２４により、ＸＹテーブル１２を移動させての加工動作および計測結果を基にした加工動作、計測制御装置２６の動作がそれぞれ制御される。
【００１９】
また、図２に示すように、ワイヤ放電加工装置１０は、計測制御装置２６を備えている。この計測制御装置２６は、制御装置２４からの各種指令により動作し、洗浄装置制御部５０と、照明装置制御部４８と、撮像装置１４で撮像された画像情報を所定の信号として受信する画像入力部２８と、画像入力部２８で入力された信号に基づいて濃淡（グレー）処理によるエッジ検出を行なう画像処理部（画像処理手段）３０と、検出したエッジから形状を計測する計測部３２と、計測結果と加工目標値との比較・判定をし、加工の継続・停止を判別し、加工状態に応じた加工条件を選択する比較判定・加工条件選定部３４と、各制御プログラム、加工目標値及び加工条件などをそれぞれ記憶する記憶部３６と、を有している。
【００２０】
また、本実施形態のワイヤ放電加工装置１０では、加工槽４０に貯溜された加工液Ｌの内部で金属板Ｍの穴２２が所定の形状となるように加工される。このため、加工後に金属板Ｍに加工された穴２２を洗浄するための加工液洗浄装置３８がワイヤガイド４５のＵＶ軸４７側に、エアー洗浄装置３９がワイヤガイド４５のＺ軸４６側に配置されている。この加工液洗浄機構３８により加工液Ｌ中で金属板Ｍの加工部位に加工液Ｌが噴射され、加工面に付着していた加工屑を除去することができる。
加工屑除去後、加工槽４０が下降することで金属板Ｍが加工液Ｌから引き出された後、エアー洗浄機構３９により空気を金属板Ｍに加工された穴２２に吹き付けることにより金属板Ｍに付着した加工液Ｌを除去することができる。
【００２１】
次に、本実施形態のワイヤ放電加工装置を用いたワイヤ放電加工方法について説明する。
【００２２】
図１乃至図３に示すように、ＸＹテーブル１２に被加工体である金属板Ｍが取り付けられる。
【００２３】
次に、制御装置２４のからの指令によりＸＹテーブル１２が図示しない自動結線位置に移動し、金属板Ｍに予め形成された微細な穴２２にワイヤ電極４２が通される。金属板Ｍにワイヤ電極４２が通された後、ガイドローラー４４にガイドされたワイヤ電極４２とともにＸＹテーブル１２が移動し、ワイヤガイド４５にワイヤ電極４２が位置決めされる。
【００２４】
ここで、ワイヤ電極４２はガイドローラー４４を介してワイヤガイド４５に位置決めされており、ワイヤ電極４２には一定の張力が常に負荷されている。また、ワイヤ電極４２には図示しない加工用電源と接続されており、所定の電圧が印加されるようになっている。
【００２５】
ワイヤ電極４２がワイヤガイド４５で位置決めされると、制御装置２４の指令により加工槽が上昇してＸＹテーブル１２に取付けられた金属板Ｍの加工位置が加工液Ｌに浸される。金属板Ｍが加工液Ｌに浸されると、この状態で、制御装置２４の指令により図示しない加工用電源からワイヤ電極４２に電圧が印加される。ワイヤ電極４２に電圧が印加されると、ワイヤ電極４２と金属板Ｍの穴２２との間に放電パルスが発生し、制御プログラムに基づいて制御装置２４によりＸＹテーブル１２の移動が制御され、金属板Ｍに予めプログラムされた穴２２の形状が加工される（ステップ１００）。
【００２６】
金属板Ｍに形成された穴２２の形状の加工が終了すると、制御装置２４の指令により図示しないワイヤ電極切断機構によってワイヤ電極４２が切断されワイヤ電極排出側の図示しないワイヤ電極回収ボックスに回収される。次に、制御装置２４の指令により以下の洗浄動作が行なわれる。すなわち、金属板Ｍの穴２２が加工液に浸かった状態で加工液洗浄装置３８の位置に移動し、加工液洗浄装置３８から加工液Ｌが金属板Ｍに噴射される。これにより、金属板Ｍの穴２２の加工面に付着していた加工屑を除去することができる。この結果、金属板Ｍの穴２２を撮像装置１４で撮像するときに加工屑の影響を受けることがなく、測定精度を向上させることができる。
【００２７】
次に、加工槽が下降し、金属板Ｍが加工液Ｌから引き出された後、金属板Ｍの穴２２がエアー洗浄装置３９の位置に移動し、計測制御装置２６の洗浄装置制御部５０により作動を制御されたエアー洗浄装置３９から空気流を金属板Ｍの穴２２のエッジ部に吹き付ける（ステップ１２０）。これにより、エッジ部に付着した加工液Ｌを除去することができ、金属板Ｍの穴２２を撮像装置１４で撮像するときに加工液Ｌの影響を受けることがなく、測定精度を向上させることができる。
【００２８】
洗浄動作が終了すると、照明装置１８が計測制御装置２６の照明装置制御部４８により制御され、照明装置１８から光が照射される。
【００２９】
次に、ＸＹテーブル１２が制御装置２４により制御され、照明装置１８と撮像装置１４と金属板Ｍの穴２２とが一直線上となる位置まで、ＸＹテーブル１２が移動する。
【００３０】
次に、制御装置２４によりＺ軸４６が制御され、撮像装置１４の焦点位置に合うようにカメラテーブル１６がＺ軸方向に移動させられる。
【００３１】
撮像装置１４の焦点位置が合うと、制御装置２４により撮像装置１４が制御され、金属板Ｍの穴２２の部位が撮像される。このとき、照明装置１８から照射された光は金属板Ｍに形成された穴２２を透過し、穴のない実体部は光が透過しないため撮像装置１４には形成された穴形状の光が入射する。このように、撮像装置１４では透過光を利用して加工部（穴２２及びその近傍）が撮像される（ステップ１４０）。
【００３２】
なお、金属板Ｍの穴２２の形状が撮像装置１４の視野より大きい場合には、穴の形状が撮像装置１４の視野に収まるように制御装置２４によりＸＹテーブル１２をＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させて、撮像装置１４により少なくとも２箇所以上の撮像が行われる。
【００３３】
撮像装置１４により撮像された画像情報は、画像入力部２８に送信される。画像入力部２８に送信された画像情報は画像処理部３０において濃淡処理によるエッジ検出が行なわれる（ステップ１６０）。すなわち、画像処理部３０における濃淡処理とは、画像を画素単位の濃淡輝度データでとらえ、輝度値の微分データをもとにエッジ検出を行なうことで、撮像装置の画素以上の分解能（サブピクセル）での高精度エッジ検出をおこなう手法であり、穴２２の加工の仕上がり度合が画像の濃淡情報をもって判断される。
【００３４】
ここで、照明装置１８が金属板Ｍを介して撮像装置１４と反対側に設けられているため、金属板Ｍの穴２２を透過した光と光を透過しない金属板Ｍの実体部との光量との差が大きくなり、穴２２の部位と金属板Ｍの実体部との輝度の差が大きくなる。このため、画像処理部３０における濃淡処理によるエッジ検出を容易に行うことができ、かつその処理精度を高めることができる。
【００３５】
次に、画像処理部３０で濃淡処理により検出されたエッジ位置と制御装置２４より送信された撮像位置情報をもとに計測部３２において金属板Ｍの穴２２の寸法（形状）が計測される（ステップ１８０）。
【００３６】
この計測結果をもとに比較判定・加工条件選定部３４において、記憶部３６に記憶されている加工目標値と比較され、金属板Ｍの穴２２の寸法（形状）が加工目標寸法（形状）内か否かが判断される（ステップ２００）。
【００３７】
次に、比較判定・加工条件選定部３４により金属板Ｍの穴２２の寸法（形状）が目標寸法（形状）内と判断されると、金属板Ｍの穴２２が仕上げカット後かが判断され（ステップ２２０）、仕上げカット後であれば、加工が停止され（ステップ２４０）、この金属板Ｍの穴２２が良品として取り扱われる。
【００３８】
一方、仕上げカット後でなければ、加工が停止され（ステップ２６０）、加工面粗さが仕上がっていないためこの金属板Ｍの穴２２は不良品として取り扱われる。
【００３９】
次に、ステップ２００において比較判定・加工条件選定部３４により金属板Ｍの穴２２の寸法（形状）が目標寸法（形状）内ではないと判断されると、比較判定・加工条件選定部３４より金属板Ｍの穴２２の加工代の有無が判断され（ステップ２８０）、比較判定・加工条件選定部３４より金属板Ｍの穴２２に加工代が無しと判断されると、加工が停止され（ステップ３００）、金属板Ｍが不良品として取り扱われる。
【００４０】
一方、比較判定・加工条件選定部３４より金属板Ｍの穴２２の加工代が有りと判断されると、金属板Ｍの穴２２が仕上げカット後かが判断される（ステップ３２０）。仕上げカットされていると判断されると、記憶部３６に記憶された追込み加工条件のうち最適な追込み加工条件が比較判定・加工条件選定部３４により選択される（ステップ３４０）。
【００４１】
比較判定・加工条件選定部３４により最適な追込み加工条件が選択されると、
選択された加工条件が制御装置２４に送信され、送信された加工条件で制御装置２４の制御により金属板Ｍの穴２２に対して追込み加工が行なわれる。（ステップ３６０）
【００４２】
一方、ステップ３２０において、比較判定・加工条件選定部３４より金属板Ｍの穴２２が仕上げカット後でないと判断されると、記憶部３６に記憶されたカット工程ごとの加工代に応じた次のカット工程に最適な加工条件が比較判定・加工条件選定部３４により選択される（ステップ３８０）。比較判定・加工条件選定部３４により次のカット工程に最適な加工条件が選択されると、選択された加工条件が制御装置２４に送信される。送信された加工条件で制御装置２４の制御により金属板Ｍの穴２２に対してつぎのカット工程の加工が行なわれる。（ステップ１００）
【００４３】
以後、金属板Ｍの穴２２の寸法（形状）が加工目標値内になるまで、ステップ１２０以下の各工程が繰り返される。
【００４４】
このように、金属板Ｍの加工、金属板Ｍの洗浄、金属板Ｍの加工部の計測、合否判定、加工代の確認、加工継続・停止の判断、最適追込み加工条件の選択、追込み加工、加工代に応じた次カット工程の最適加工条件の選択、加工代に応じた加工条件での加工を自動で行うことができ、無人化を実現することができる。
【００４５】
以上のように、本実施形態のワイヤ放電加工装置１０及びワイヤ放電加工方法によれば、照明装置１８が金属板Ｍを介して撮像装置１４とは反対側に配置されているため、金属板Ｍに形成された穴２２の部位を透過する光の輝度と、金属板Ｍの穴のない実体部との輝度との差が大きくなる。この結果、画像処理部３０における濃淡処理によるエッジ検出を容易に行うことができ、かつ処理精度を高めることができるため、エッジ部分を正確に認識することができる。これにより、正確な寸法（形状）の計測結果をもとに加工を行なえるため金属板Ｍの加工精度を高めることができる。
【００４６】
特に、照明装置１８と、撮像装置１４と、金属板Ｍに形成された穴２２とが計測時に同一直線上に位置しているため、照明装置１８から照射された光を金属板Ｍに形成された穴２２に透過させ易くすることができる。この結果、厚みのある被加工体においてもあらゆる方向のエッジで影のない画像が得られ、被加工体に形成された形状のエッジ部分を正確に認識することができる。
【００４７】
なお、上記実施形態では、制御装置２４によりＸＹテーブルの移動を制御して金属板Ｍを位置決めする構成を示したが、この構成に限られるものではなく、例えば、ワイヤ電極４２の位置を制御装置２４により制御して位置決めするに構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係る放電加工装置による加工処理を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る放電加工装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る放電加工装置による処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１０      ワイヤ放電加工装置（放電加工装置）
１４      撮像装置（撮像手段）
１８      照明装置（照明手段）
２４      制御装置（制御手段）
３０      画像処理部（画像処理手段）
４２      ワイヤ電極（加工手段）
Ｍ        金属板（被加工体）
【図１】
2006136964.tif 000003
【図２】
2006136964.tif 000004
【図３】
2006136964.tif 000005