(57)【要約】【課題】  ワークの被撮像部と工具の被撮像部との両方を鮮明に出力することができる撮像装置を提供する。【解決手段】  工具によってワークを加工する加工装置に用いられる撮像装置であって、工具を透過照明によって照明して撮像する第１の撮像部と、ワークを落射照明によって照明して撮像する第２の撮像部と、第１の撮像部によって撮像された画像と第２の撮像部によって撮像された画像とに基づいて、合成画像を生成する画像合成部と、画像合成部によって生成された合成画像を出力する出力部とを有する。【選択図】    図１
2006025046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具によってワークを加工する加工装置に用いられる撮像装置であって、
前記工具を照明して撮像する第１の撮像部と、
前記ワークを照明して撮像する第２の撮像部と、
前記第１の撮像部によって撮像された画像と前記第２の撮像部によって撮像された画像とに基づいて、合成画像を生成する画像合成部と、
前記画像合成部によって生成された合成画像を出力する出力部と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の撮像部によって撮像された画像を記憶する画像記憶部を有し、
前記第１および第２の撮像部は、前記工具に対して位置が固定されて取り付けられており、
前記画像合成部は、前記画像記憶部に記憶された画像と前記第２の撮像部によって撮像された画像とに基づいて合成画像を生成する
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記画像合成部は、前記第１の撮像部によって撮像された画像に基づいて工具のエッジを抽出し、該抽出したエッジに基づいて輪郭曲線を生成し、該輪郭曲線と第２の撮像部によって撮像された画像とに基づいて合成画像を生成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記画像合成部は、前記第１の撮像部によって撮像された画像に基づいて、前記工具を回転させた場合における画像と前記第２の撮像部によって撮像された画像とに基づいて合成画像を生成することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の撮像部は、透過照明によって工具を照明し、前記第２の撮像部は、落射照明によって撮像することを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のうちいずれかに記載の撮像装置を備えたワークの加工装置であって、
前記画像記憶部によって生成される合成画像に基づいて前記ワークを加工する加工部を有することを特徴とする加工装置。
【請求項７】
工具およびワークを撮像装置によって撮像し、該撮像された画像に基づいて、工具によってワークを加工する加工装置に用いられる撮像装置における撮像方法であって、
前記工具を第１の照明装置によって照明して前記撮像装置によって撮像し、
前記ワークを第２の照明装置によって照明して前記撮像装置によって撮像し、
前記撮像装置によって前記工具が撮像された画像と前記ワークが撮像された画像とに基づいて合成画像を生成して出力する
ことを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工具およびワークを撮像した画像を出力する撮像装置、加工装置、撮像方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ワークの一例として、ピニオンカッタが知られている。このピニオンカッタ１を製造する際には、その切れ刃を精密に所定の形状、寸法に成形する必要があり、特に、この切れ刃の刃先のＲ部を研削加工するには、図９や図１０に示すように、ピニオンカッタ１を研削加工装置（ＮＣ研削盤）にアーバ２Ａを介して支持し、このピニオンカッタ１の刃部１Ａの加工状況や工具（ここでは、例えば、砥石）の位置、形状を撮像してモニタリングしながら加工を行うようにしている。ここで、ピニオンカッタ１は図中Ｘ方向に進退可能とされているとともに、中心線Ｏ回りに図中Ｙ方向に回転されて位置決め可能とされ、こうして位置決めされた状態でＸ方向に進退させられることにより、１つ１つの切れ刃ごとに工具３により加工が行われる。なお、工具３は図中Ｚ方向に上下動可能とされている。
【０００３】
そして、上記加工装置２上において、上述のように支持されたピニオンカッタ１の刃部１Ａの先端側（図９および図１０において右側）には、図９に示すものでは投影機４が配置され、また図１０に示すものではＣＣＤカメラ５が、それぞれ撮像手段として配置されるとともに、この撮像手段との間に工具３や刃部１Ａの加工される切れ刃を挟んで刃部１Ａの後端側（図９および図１０において左側）には照明手段として光源６が配置されており、これら撮像手段と照明手段によって撮像装置が構成されている。しかして、このような撮像手段では、この照明手段（光源６）からの透過照明によって上記刃部１Ａが被撮像部として撮像手段（投影機４やＣＣＤカメラ５）により撮像され、その加工状況等がモニタリングされる。
【０００４】
ここで、図９に示す例では投影機４のモニタ４Ａ上に映し出された工具３の像７と刃部１Ａの切れ刃の像８に原図９を重ねて加工状況等が把握される。また、撮像手段としてＣＣＤカメラ５を備えた図１０の例では、撮像された画像がコンピュータ等の画像処理装置５Ａで処理されてモニタ５Ｂに映し出されるので、この画像処理装置５Ａ上で原図をデータとして取り込んでおくことにより、画像計測に置き換えて自動原図１０により切れ刃の像８と工具３の像７との位置合わせ等を行うことができる。ここでは、照明方法として、光源６が刃部１Ａの後端側に設けられ、刃部１Ａの先端側に向けて照明される透過照明が用いられている。また、従来技術にいて、透過照明以外の照明方法としては、刃部１Ａの先端側に光源を設けて後端側に向けて照明する落射照明もある。この落射照明を用いたものとしは、下記に示す特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特願平８−６７６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術おいては、透過照明によって工具およびワークを撮像したモニタリングされた画像において、工具やワークの形状によっては、図１１に示すように、工具３の撮像された像７は明確に出力され見やすいが、ワークの形状（像８）がはっきり撮像されず、見にくくなり、これにより、ワークの切れ刃を精密に所定の形状、寸法に成形することが難しくなる。
【０００６】
一方、先行技術文献１に示すような落射照明によって工具およびワークを撮像すると、モニタリングされた画像において、図１２に示すように、ワークの撮像された像８は明確に出力され見やすいが、工具３の形状（像７）がはっきりと撮像されず、見にくくない、これにより、ワークの切れ刃を精密に所定の形状、寸法に成形することが難しくなる。
【０００７】
このように、ワークと工具とのうちいずれか一方でも画面上にはっきりとモニタリングされていないと、刃先の位置を正確に把握することが困難となり、これにより、ワークを成形する精度が低下してしまう。従って、工具とワークを両方とも鮮明にモニタリングすることが望ましい。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ワークの被撮像部と工具の被撮像部との両方を鮮明に出力することができる撮像装置、加工装置、撮像方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明は、工具によってワークを加工する加工装置に用いられる撮像装置であって、前記工具を照明して撮像する第１の撮像部と、前記ワークを照明して撮像する第２の撮像部と、前記第１の撮像部によって撮像された画像と前記第２の撮像部によって撮像された画像とに基づいて、合成画像を生成する画像合成部と、前記画像合成部によって生成された合成画像を出力する出力部とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上述の撮像装置において、前記第１の撮像部によって撮像された画像を記憶する画像記憶部を有し、前記第１および第２の撮像部は、前記工具に対して位置が固定されて取り付けられており、前記画像合成部は、前記画像記憶部に記憶された画像と前記第２の撮像部によって撮像された画像とに基づいて合成画像を生成することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上述の撮像装置において、前記画像合成部は、前記第１の撮像部によって撮像された画像に基づいて工具のエッジを抽出し、該抽出したエッジに基づいて輪郭曲線を生成し、該輪郭曲線と第２の撮像部によって撮像された画像とに基づいて合成画像を生成することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上述の撮像装置において、前記画像合成部は、前記第１の撮像部によって撮像された画像に基づいて、前記工具を回転させた場合における画像と前記第２の撮像部によって撮像された画像とに基づいて合成画像を生成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上述の撮像装置において、前記第１の撮像部は、透過照明によって工具を照明し、前記第２の撮像部は、落射照明によって撮像することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上述した撮像装置のうちいずれかの撮像装置を備えたワークの加工装置であって、前記画像記憶部によって生成される合成画像に基づいて前記ワークを加工する加工部を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上述の撮像装置において、工具およびワークを撮像装置によって撮像し、該撮像された画像に基づいて、工具によってワークを加工する加工装置に用いられる撮像装置における撮像方法であって、前記工具を第１の照明装置によって照明して前記撮像装置によって撮像し、前記ワークを第２の照明装置によって照明して前記撮像装置によって撮像し、前記撮像装置によって前記工具が撮像された画像と前記ワークが撮像された画像とに基づいて合成画像を生成して出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、この発明によれば、第１の撮像部によって工具を照明して撮像し、第２の撮像部によってワークを照明して撮像し、第１の撮像部によって撮像された画像と第２の撮像部によって撮像された画像とに基づいて、合成画像を生成して出力するようにしたので、工具とワークとがそれぞれ撮像された後に画像を合成するようにしたので、工具の撮像に応じた照明と、ワークの撮像に応じた照明とを使い分けてそれぞれ撮像することが可能となり、これにより、工具とワークとの両方を明確にモニタリングすることができ、ワークの切れ刃を精密に理想的な形状、寸法に成形することが可能となる。
【００１７】
また、本発明によれば、工具のエッジを抽出し、該抽出したエッジに基づいて輪郭曲線を生成し、該輪郭曲線と第２の撮像部によって撮像された画像とに基づいて合成画像を生成するようにしたので、工具のエッジを精度よく把握することができ、これにより、工具とエッジの位置関係をより明確に把握することが可能となり、ワークの加工精度を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明は、第１の撮像部によって撮像された画像に基づいて、工具を回転させた場合における画像と第２の撮像部によって撮像された画像とに基づいて合成画像を生成するようにしたので、実際に加工する際の工具の形状を把握することができるので、工具が偏心した状態で回転した場合を考慮してワークを加工することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態による撮像装置、加工装置を図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態による撮像装置を適用した加工装置の構成を示す概略構成図である。
この図において、照明装置１０ａは、透過照明によって工具（ここでは、例えば、砥石）を照明する。照明装置１０ｂは、落射照明によってワークを照明する。この照明装置１０ａと照明装置１０ｂは、それぞれ１つあるいは複数の照明装置によって構成される。照明切替装置１１は、統括制御装置１５からの指示に基づき、照明装置１０ａ、照明装置１０ｂのうちいずれかの照明を点灯させる。
【００２０】
カメラ１２は、工具に対して位置が固定されるように取り付けられており、照明装置１０ａによって照明された工具を撮像する機能（上述の第１の撮像部に相当）と、照明装置１０ｂによって照明されたワークを撮像する機能（上述の第２の撮像部に相当）とを有し、撮像した画像を画像データとして画像計測装置１３に出力する。このカメラ１２には、例えば、ＣＣＤ（charge-coupled device）カメラが用いられる。なお、ここでいう工具は、ワークを加工する工具であり、例えば、回転軸を中心に回転する工具が設けられた工具である。
【００２１】
画像計測装置１３は、カメラ１２によって撮影された画像データを合成してモニタ１４に出力する機能を有する。具体的には、画像計測装置１３は、照明装置１０ａによって照明されカメラ１２によって撮像された工具の画像データを記憶する画像記憶部を有しており、この画像記憶部に記憶された画像データと照明装置１０ｂによって照明されカメラ１２によって撮像されたワークの画像データとを重ね合わせて合成画像を生成し、モニタ１４に出力する。この画像合成において、工具の位置はカメラに対して固定であるので、画像データ内における工具の座標は変更されないので、この工具が撮像された画像データに対し、ワークを一定時間毎に撮像した画像データを順次重ねることにより、ワークの座標位置が変更されても、工具とワークの位置関係を把握することが可能である。
【００２２】
また、画像計測装置１３は、カメラ１２によって工具が撮像された画像データに基づいて、工具と背景との境界をエッジとして抽出し、抽出したエッジに応じて輪郭曲線を生成し、該輪郭曲線とワークを撮像した画像データとに基づいて合成画像を生成する機能を有する。また、画像計測装置１３は、カメラ１２によって工具が撮像された画像データに基づき、工具が連続的に回転している場合における画像データとワークを撮像した画像データとに基づいて合成画像を生成する機能を有する。ここで、画像計測装置１３は、工具が連続的に回転している場合における画像データについて、回転した状態における工具を任意の間隔で複数回撮像して得られる複数の画像データをそれぞれ重ね合わせて合成する処理を行うことによって生成する。これにより、回転した状態における工具の輪郭曲線を得ることが可能である。
【００２３】
統括制御装置１５は、照明装置１０ａまたは照明装置１０ｂによって照明を行うための指示を照明切替装置１１に出力するとともに、画像計測装置１３によって生成された画像データに基づいて、ワークを加工するための制御データを生成してＮＣ制御装置１７に出力する。ＮＣ制御装置１７は、統括制御装置１５から出力される制御データに基づいて、ＮＣ加工機械１６を制御する。ＮＣ加工機械１６は、ＮＣ制御装置１７からの指示に基づいて、工具によってワークの加工をする。
【００２４】
図２は、図１に示す加工装置の主要部を示す斜視図である。この図に示すように、カメラ１２は、工具２０に対し位置が固定されるように支持具１５によって取り付けられている。この取り付け位置は、モニタ１４に出力される画像の範囲内に工具の先端部が予め決められた位置に表示される位置である。従って、工具２０がＺ軸方向（上下方向）に移動するにともない、カメラ１２も工具２０とともにＺ軸方向に移動する。また、この図においては、照明装置１０ａの光源として、面全体から光を照射する面発光照明装置が用いられ、照明装置１０ｂの光源として、同軸照明装置が用いられる。
【００２５】
なお、照明装置１０ａは、面発光照明装置に換えて、図３に示すように点光源に凸レンズが設けられた平行光線光源を利用してもよい。また、図４に示すように、ワークの先端側にスポット照明装置を配置し、ワークの後端側に反射板を配置し、スポット照明装置から照射されたスポット光を反射板によって反射させ、この反射光を透過照明として利用するようにしてもよい。
【００２６】
また、照明装置１０ｂに用いられる同軸照明装置としては、例えば、図５に示すように、カメラ１２の受光部の周囲にリング状に設けておき、工具を照明するようにしてもよい。また、この照明装置１０ｂは、図６に示すように、同軸照明装置に換えて、ハロゲン光源から光ファイバフレキシブルケーブルを介してその先端に発光部が設けられたハロゲンスポット照明装置を適用するようにしてもよい。また、同軸照明装置とハロゲンスポット照明装置との両方を適用するようにしてもよい。
【００２７】
また、図２において、ワーク３０は、例えば、柄付ピニオンカッタであり、回転軸ｏ回りにｃ方向に回転されて位置決め可能とされ、位置決めされた状態でＸ軸方向に進退させられることにより、１つ１つの切れ刃ごとに工具２１がＺ軸方向に上下することにより加工が行われる。なお、この工具２１が設けられた工具２０が、ＮＣ加工機械１６に相当する。
【００２８】
次に、図１および図２の構成における加工装置の動作について図７のフローチャートを用いて説明する。まず、統括制御装置１５は、ＮＣ加工機械１６の工具２１の回転を開始させた後、照明１０ａによって照明するように照明切替装置１１を切り替え、照明１０ａの透過照明によって工具２１を照明する（ステップＳ１１）。そして、統括制御装置１５は、画像計測装置１３に工具２１を撮像するように指示する。このとき、統括制御装置１５は、ワーク３０が撮像領域に入らない位置に工具２０を移動させるように、ＮＣ制御装置１７に指示をする。
【００２９】
統括制御装置１５からの指示に基づき、ＮＣ制御装置１７は、ワーク３０が撮像領域に入らない予め決められた位置に工具２０を移動させるようにＮＣ加工機械１６を制御する。この工具２０が移動した後、画像計測装置１３は、照明１０ａによって透過照明された工具２１をカメラ１２によって撮像する（ステップＳ１２）。そして、画像計測装置１３は、撮像した画像データに基づき、輪郭曲線を抽出し（ステップＳ１３）、抽出した輪郭曲線の画像データを内部に設けられた画像記憶部に記憶し（ステップＳ１４）、工具２１の撮像が終了したことを統括制御装置１５に通知する。
【００３０】
統括制御装置１５は、画像計測装置１３から工具２１の撮像終了の通知を受信すると、工具２０とワーク３０とが画像領域内に入っているが互いに接しない位置、すなわち、同じ画像範囲内であるがワークが加工されない位置として予め設定された位置にワーク３０を移動させるようにＮＣ制御装置１７に指示をする。ＮＣ制御装置１７は、この統括制御装置１５からの指示に応じた位置になるようにＮＣ加工機械１６を制御してワーク３０を移動させる。
【００３１】
ワーク３０の移動が終了すると、統括制御装置１５は、照明１０ｂによって照明するように照明切替装置１１を切り替え（ステップＳ１５）、照明１０ｂの落射照明によってワーク３０を照明する（ステップＳ１６）。そして、統括制御装置１５は、ワーク３０を撮像するように画像計測装置１３に指示をする。画像計測装置１３は、統括制御装置１５からの指示に基づき、カメラ１２によってワーク３０を撮像する（ステップＳ１７）。そして、画像計測装置１３は、画像記憶部に記憶された輪郭曲線の画像データとワーク３０を撮像した画像データとを重ね合わせて合成画像を生成し（ステップＳ１８）、モニタ１４に出力する（ステップＳ１９）。
【００３２】
そして、統括制御装置１５は、画像計測装置１３において生成される合成画像のワークと工具の座標上の距離に基づいて、ワーク３０を予め決められた形状に加工するための制御データをＮＣ制御装置１７に出力する。ＮＣ制御装置１７は、統括制御装置１５からの制御データに基づいて、ワーク３０を所定の形状に加工するようにＮＣ加工機械１６を制御する。これにより、必要に応じてワークがＸ軸方向に進退して加工すべき位置に固定されるとともに、中心線Ｏ回りにＣ軸方向に回転されて位置決めされた後、ＮＣ加工機械１６によって工具２０を上下方向に移動させ、ワークに切れ刃を形成するように加工される（ステップＳ２０）。この合成画像をモニタ１４に出力する処理は、ワーク３０の加工が終了するまでステップＳ１６に移行して繰り返し行われ（ステップＳ２１）、ワークの位置がほぼリアルタイムに把握される。
【００３３】
図８は、図７のステップＳ１９においてモニタ１４に出力される画面の一例を示す図面である。この図に示すように、輪郭曲線の画像データとワークの画像データとが合成された場合、図８（ａ）に示すように、ワークが明確に表示されるとともに（符号（１００））、工具の輪郭が明確に表示される（符号（２００））。なお、輪郭曲線を抽出することなく、図７ステップＳ１２において撮像された画像データとワークの画像データとを合成した場合は、図８（ｂ）に示すように、工具の形状（符号（２００））とワークの形状（符号（１００））とが、ともに明確に表示される。
【００３４】
なお、上述した実施形態において、工具２１が回転した場合に撮像された工具２１の形状と回転していない場合における工具２１の形状が一致する場合は、回転していない状態における工具２１を撮像して、合成するようにしてもよい。
【００３５】
なお、上記した実施形態において、カメラ１２のＣＣＤカメラにレンズを設けるようにしてもよい。また、工具は工具に限られず、ワークを加工する他の工具であってもよい。また、ワークは、柄付ピニオンカッタに限定されるものでははく、工具によって加工されるものであればよい。
【００３６】
また、上述した実施形態においては、カメラ１２は、工具２０に対して固定されている場合について説明したが、ワークに対してカメラ１２を固定して工具２０を移動させるようにしてもよい。また、カメラ１２の位置を固定して工具２０およびワークを移動させて撮像するようにしてもよい。この場合、工具２０およびワークが移動した位置について座標で把握しておき、その座標上の移動量に基づいて、モニタ１４に表示される位置を計算して出力するようにしてもよい。
【００３７】
また、図１における画像計測装置１３、統括制御装置１５、照明切替装置１１、ＮＣ制御装置１７の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより画像の撮像、合成および出力の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【００３８】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【００３９】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の一実施形態による撮像装置を適用した加工装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す加工装置の主要部を示す斜視図である。
【図３】照明装置１０ａの他の実施形態である。
【図４】照明装置１０ａの他の実施形態である。
【図５】照明装置１０ｂの他の実施形態である。
【図６】照明装置１０ｂの他の実施形態である。
【図７】図１および図２の構成における加工装置の動作について説明するためのフローチャートである。
【図８】モニタ１４に出力される画面の一例を示す図面である。
【図９】大径の柄付ピニオンカッタ１の研削加工を行う場合の一例を示す図である。
【図１０】大径の柄付ピニオンカッタ１の研削加工を行う場合の他の例を示す図である。
【図１１】従来技術において工具およびワークを撮像したモニタリングされた画像の一例を示す図面である。
【図１２】従来技術において工具およびワークを撮像したモニタリングされた画像の一例を示す図面である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ａ  照明装置                    １０ｂ  照明装置
１１  照明切替装置                  １２  カメラ
１３  画像計測装置                  １４  モニタ
１５  統括制御装置                  １６  ＮＣ加工機械
１７  ＮＣ制御装置
【図１】
2006025046.tif 000003
【図２】
2006025046.tif 000004
【図３】
2006025046.tif 000005
【図４】
2006025046.tif 000006
【図５】
2006025046.tif 000007
【図６】
2006025046.tif 000008
【図７】
2006025046.tif 000009
【図８】
2006025046.tif 000010
【図９】
2006025046.tif 000011
【図１０】
2006025046.tif 000012
【図１１】
2006025046.tif 000013
【図１２】
2006025046.tif 000014