(57)【要約】【課題】レンズ上の汚れを低コストで正確に判別することができるレンズ汚れ判別装置を提供すること。【解決手段】  光学システムによって取得された第１の画像について、光学システムのレンズ上の汚れである可能性がある汚れ候補の有無を判別する画像判別手段と、画像判別手段によって第１の画像において汚れ候補が有ると判別された場合に、光学システムを対象物に対して相対的に移動させて、光学システムに第１の画像とは異なる第２の画像を取得させる移動機構と、を備える。画像判別手段は、光学システムによって取得された第２の画像についても、光学システムのレンズ上の汚れである可能性がある汚れ候補の有無を判別するようになっており、第２の画像においても汚れ候補が有ると判別された場合、第１の画像における汚れ候補の位置と第２の画像における汚れ候補の位置とを比較して、光学システムのレンズ上の汚れであるか否かを判別するようになっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズを介して対象物の画像を取得する光学システムと、
前記光学システムによって取得された第１の画像について、前記光学システムの前記レンズ上の汚れである可能性がある汚れ候補の有無を判別する画像判別手段と、
前記画像判別手段によって前記第１の画像において前記汚れ候補が有ると判別された場合に、前記光学システムを前記対象物に対して相対的に移動させて、前記光学システムに前記第１の画像とは異なる第２の画像を取得させる移動機構と、
を備え、
前記画像判別手段は、前記光学システムによって取得された前記第２の画像についても、前記光学システムの前記レンズ上の汚れである可能性がある汚れ候補の有無を判別するようになっており、当該第２の画像においても前記汚れ候補が有ると判別された場合、前記第１の画像における前記汚れ候補の位置と当該第２の画像における前記汚れ候補の位置とを比較して、両者が一致しているか否かに基づいて前記光学システムの前記レンズ上の汚れであるか否かを判別するようになっている
ことを特徴とするレンズ汚れ判別装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレンズ汚れ判別装置が搭載された工作機械であって、
前記光学システムは、加工対象物の画像を取得するようになっており、
前記画像判別手段は、前記光学システムによって取得された加工対象物の画像に所定の画像処理を施して、加工対象物の形状または寸法を特定するようになっている
ことを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡システムなどのレンズを介して画像を取得する光学システムの当該レンズ上の汚れを判別するレンズ汚れ判別装置に関する。更に、本発明は、前記レンズ汚れ判別装置を搭載した工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、精密金型加工や半導体関連の精密部品加工などの精密加工を行う工作機械には、レンズを介してワークの画像を取得する光学システム（例えば顕微鏡システム）が搭載されている。この光学システムによって取得された画像は、所定の画像処理が施されて、ワークの形状の辺や頂点などの各種要素が座標情報として認識され、登録される。これによって、ワークの形状の各種要素同士の距離やそれらの成す角度を求めることができる。
【０００３】
しかしながら、ワークの画像を取得するためには、光学システムをワークの近傍に設置する必要がある。このため、ワークから飛散する切子や切削油によって、レンズが汚れてしまう虞がある。レンズ上の汚れは、画像処理の際にワークの形状の各種要素が誤認識される原因となる。
【０００４】
レンズが汚れることを防止するために、レンズの対物側にシャッターを搭載することも採用されている。しかしながら、一般的なシャッターでは完全なシーリングを行うことは困難で、すなわち、レンズ上の汚れを完全に防止することは困難である。
【０００５】
このため、ワークの形状の各種要素を正確に認識して、登録するためには、レンズが汚れた場合に、その汚れを検出して除去する必要がある。
【０００６】
レンズ上の汚れを検出（判別）する従来の装置として、特許文献１には、レンズ上に汚れが無い状態の撮像部によって撮像された画像を理想画像として記憶しておき、レンズ上に汚れが有るか否か不明な状態の撮像部によって現在の画像を撮像し、前記理想画像と前記現在の画像とを比較することによって現在のレンズ上の汚れの有無を判別する車載カメラ装置が記載されている。
【０００７】
また、特許文献２には、レンズを有する撮像装置からの入力画像を所定の時間にわたって取得し、当該入力画像の輝度の変化によってレンズ上の汚れの有無を判別するというレンズ付着物検知装置が記載されている。
【０００８】
また、特許文献３には、左右２台のカメラで撮像されたステレオ画像を利用した汚れ検知装置が記載されている。具体的には、当該汚れ検知装置では、一方のカメラのレンズ上に汚れが付着した場合、当該一方のカメラで撮像された画像において、当該汚れが存在する領域がぼやける。このことに起因して、当該領域が関わるステレオ画像の画像処理結果（例えば、視差の演算等）に変化が生じる。このことを利用してレンズ上の汚れを検出することができる。この原理によれば、２台のカメラが互いに補い合って、レンズ上の汚れと背景の汚れとを判別することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１４−４３１２１号公報
【特許文献２】特開２０１４−３０１８８号公報
【特許文献３】特許第５２０７０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２のようなシステムでは、レンズ上の汚れである可能性がある汚れ候補を検出したとしても、当該汚れ候補がレンズ上の汚れであるのか、それとも背景の汚れであるのか、判別することが困難である。すなわち、背景の汚れをレンズ上の汚れとして誤認してしまうという問題が発生する。
【００１１】
一方、特許文献３のような２台のカメラを有するシステムは、一般的にコストも高く、設置上の制約も大きくなる。
【００１２】
本発明の課題は、以上のような問題に鑑みて、レンズ上の汚れを低コストで正確に判別することができるレンズ汚れ判別装置を提供することにある。更に、本発明の課題は、このようなレンズ汚れ判別装置を搭載した工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、レンズを介して対象物の画像を取得する光学システムと、前記光学システムによって取得された第１の画像について、前記光学システムの前記レンズ上の汚れである可能性がある汚れ候補の有無を判別する画像判別手段と、前記画像判別手段によって前記第１の画像において前記汚れ候補が有ると判別された場合に、前記光学システムを前記対象物に対して相対的に移動させて、前記光学システムに前記第１の画像とは異なる第２の画像を取得させる移動機構と、を備え、前記画像判別手段は、前記光学システムによって取得された前記第２の画像についても、前記光学システムの前記レンズ上の汚れである可能性がある汚れ候補の有無を判別するようになっており、当該第２の画像においても前記汚れ候補が有ると判別された場合、前記第１の画像における前記汚れ候補の位置と当該第２の画像における前記汚れ候補の位置とを比較して、両者が一致しているか否かに基づいて前記光学システムの前記レンズ上の汚れであるか否かを判別するようになっていることを特徴とするレンズ汚れ判別装置である。
【００１４】
本発明によれば、第１及び第２の画像のいずれにも汚れ候補が有ると判別された場合、第１及び第２の画像の汚れ候補の位置を互いに比較して、両者が一致しているか否かに基づいてレンズ上の汚れであるか否かを判別することにより、当該汚れ候補がレンズ上の汚れであるのか、それとも背景の汚れであるのか、を正確に判別することができる。また、追加のレンズ（乃至カメラ）を必要としないので、低コストであり、設置上の制約の問題も生じない。
【００１５】
また、本発明は、前記特徴を有するレンズ汚れ判別装置が搭載された工作機械であって、前記光学システムは、加工対象物の画像を取得するようになっており、前記画像判別手段は、前記光学システムによって取得された加工対象物の画像に所定の画像処理を施して、加工対象物の形状または寸法を特定するようになっていることを特徴とする工作機械である。
【００１６】
工作機械において、種々の画像処理のために、光学システムを搭載することが広く採用されているが、前述の通り、切子や切削油によってレンズが汚れてしまう虞がある。本発明は、そのような場合に、光学システムのレンズ上の汚れを低コストで正確に検出（判別）することができるため、極めて有用である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、第１及び第２の画像のいずれにも汚れ候補が有ると判別された場合、第１及び第２の画像の汚れ候補の位置を互いに比較して、両者が一致しているか否かに基づいてレンズ上の汚れであるか否かを判別することにより、当該汚れ候補がレンズ上の汚れであるのか、それとも背景の汚れであるのか、を正確に判別することができる。また、追加のレンズ（乃至カメラ）を必要としないので、低コストであり、設置上の制約の問題も生じない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態のレンズ汚れ判別装置を搭載した工作機械を概略的に示す図である。
【図２】図１の移動機構によって顕微鏡システムが移動される様子を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態のレンズ汚れ判別装置の動作の一例を示すフロー図である。
【図４】図３のＳＴＥＰ０１において、顕微鏡システムによって取得される第１の画像の例を概略的に示す図である。図４（Ａ）は、汚れ候補が無い第１の画像を示す図であり、図４（Ｂ）は、汚れ候補が有る第１の画像を示す図である。
【図５】図３のＳＴＥＰ０３において、顕微鏡システムによって取得される第２の画像の例を概略的に示す図である。図５（Ａ）は、汚れ候補が無い第２の画像を示す図であり、図５（Ｂ）は、汚れ候補が有る第２の画像を示す図である。
【図６】図３のＳＴＥＰ０５において、第１の画像の汚れ候補の位置と第２の画像の汚れ候補の位置とを比較する様子の例を概略的に示す図である。図６（Ａ）は、２つの汚れ候補の位置が一致していない場合を示す図であり、図６（Ｂ）は、２つの汚れ候補の位置が一致している場合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態のレンズ汚れ判別装置１００を搭載した工作機械２００を概略的に示す図である。
【００２１】
図１に示すように、本発明の一実施の形態のレンズ汚れ判別装置１００は、レンズ１１を介してワークＷの画像を取得（撮像）する光学システムとしての顕微鏡システム１０と、顕微鏡システム１０によって取得された画像について、顕微鏡システム１０のレンズ１１上の汚れである可能性がある汚れ候補の有無を判別する画像判別手段２０と、を有している。
【００２２】
顕微鏡システム１０は、例えば、レンズ１１を介して合焦されたワークＷの画像をＣＣＤカメラなどの撮像素子によって取得するようになっている。
【００２３】
また、本実施の形態では、顕微鏡システム１０は、移動機構３０に接続されており、当該移動機構３０の作動によって移動するようになっている。
【００２４】
図２は、当該移動機構３０の作動によって顕微鏡システム１０が移動される様子を概略的に示している。図２に示すように、移動機構３０は、例えば工作機械２００の基準面１２に対して顕微鏡システム１０を平行移動させるようになっている。これにより、顕微鏡システム１０は、移動の前後で領域１２ａ、１２ａ’の画像をそれぞれ取得するようになっている。通常、基準面１２は、鏡面加工等を施されて面粗さが高められていて、白色を呈している。なお、工作機械２００の基準面１２の画像を取得することに代えて、例えば鏡面加工等を施された基準ワークの画像を取得するようになっていてもよい。
【００２５】
また、顕微鏡システム１０は、例えば加工前のワークＷの画像を取得するようになっている。具体的には、移動機構３０を介して顕微鏡システム１０がワークＷに対する所望位置に移動されて、ワークＷの画像を取得するようになっている。
【００２６】
一方、画像判別手段２０は、顕微鏡システム１０によって取得されたワークＷの画像に基づいて、加工前のワークＷの形状の辺や頂点などの各種要素を座標情報として認識して登録し、ワークＷの形状の各種要素同士の距離やそれらの成す角度を求め、例えばワークＷの“センター出し”を行うようになっている。
【００２７】
工作機械２００は、このようにして“センター出し”されたワークＷに対して、公知の加工工具制御を実施して所望の精密加工を行うようになっている。
【００２８】
ここで、ワークＷの画像を取得する顕微鏡システム１０のレンズ１１は、ワークＷから飛散する切子や切削油によって汚れてしまう虞がある。レンズ１１上の汚れは、画像処理の際に、ワークＷの形状の各種要素が誤認識される原因となる。このため、ワークＷの形状の各種要素を正確に認識して登録するためには、レンズ１１が汚れた場合に、その汚れを検出して除去する必要がある。
【００２９】
レンズ汚れの判別のために、本実施の形態の顕微鏡システム１０は、例えばワークＷの画像を取得する工程を実施する前に、基準面１２の画像を第１の画像として取得するようになっている。例えば第１の画像として、図２に示された領域１２ａの画像が取得されるようになっている。
【００３０】
そして、画像判別手段２０は、当該第１の画像について、例えば輝度が大きく変化している領域（例えば、輝度が大きく低下している領域）を検出することによって、顕微鏡システム１０のレンズ１１上の汚れである可能性がある汚れ候補の有無を判別するようになっている。
【００３１】
そして、画像判別手段２０によって第１の画像において汚れ候補が有ると判別された場合、顕微鏡システム１０は、図２に示すように、移動機構３０によって基準面１２に対して平行移動されるようになっている。
【００３２】
そして、移動された顕微鏡システム１０は、第１の画像とは異なる第２の画像を取得するようになっている。具体的には、例えば第２の画像として、図２に示された基準面１２の領域１２ａ’の画像が取得されるようになっている。
【００３３】
そして、画像判別手段２０は、当該第２の画像についても、例えば輝度が大きく変化している領域（例えば、輝度が大きく低下している領域）を検出することによって、顕微鏡システム１０のレンズ１１上の汚れである可能性がある汚れ候補の有無を判別するようになっている。
【００３４】
そして、画像判別手段２０によって第２の画像においても汚れ候補が有ると判別された場合、画像判別手段２０は、第１の画像における汚れ候補の位置と第２の画像における汚れ候補の位置とを比較するようになっている。
【００３５】
そして、両者が一致しているか否かに基づいて、画像判別手段２０は、２つの汚れ候補が顕微鏡システム１０のレンズ１１上の汚れであるか否かを判別するようになっている。具体的には、２つの汚れ候補の位置が一致していない場合、画像判別手段２０は、当該２つの汚れ候補は顕微鏡システム１０のレンズ１１上の汚れでない、と判別するようになっている。一方、２つの汚れ候補の位置が一致している場合、画像判別手段２０は、当該２つの汚れ候補は顕微鏡システム１０のレンズ１１上の汚れである（同一の汚れである）と判別するようになっている。
【００３６】
次に、図３乃至図６を参照して、本発明の一実施の形態のレンズ汚れ判別装置１００の作用について説明する。
【００３７】
図３は、本発明の一実施の形態のレンズ汚れ判別装置１００の動作の一例を示すフロー図である。図４は、図３のＳＴＥＰ０１において、顕微鏡システム１０によって取得される第１の画像１３の一例を概略的に示す図である。図４（Ａ）は、汚れ候補が無い第１の画像１３を示す図であり、図４（Ｂ）は、汚れ候補１４が有る第１の画像１３を示す図である。また、図５は、図３のＳＴＥＰ０３において、顕微鏡システム１０によって取得される第２の画像１５の一例を概略的に示す図である。図５（Ａ）は、汚れ候補が無い第２の画像１５を示す図であり、図５（Ｂ）は、汚れ候補１６が有る第２の画像１５を示す図である。更に、図６は、図３のＳＴＥＰ０５において、第１の画像１３の汚れ候補１４の位置と第２の画像１５の汚れ候補１６の位置とを比較する様子の例を概略的に示す図であり、図６（Ａ）は、２つの汚れ候補１４、１６の位置が一致していない場合を示す図であり、図６（Ｂ）は、２つの汚れ候補１４、１６の位置が一致している場合を示す図である。
【００３８】
図３に示すように、例えばワークＷの画像を取得する工程が実施される前に、顕微鏡システム１０は、基準面１２の領域１２ａ（図２参照）の画像を第１の画像１３として取得する（ＳＴＥＰ０１）。
【００３９】
次に、画像判別手段２０は、第１の画像１３について、顕微鏡システム１０のレンズ１１上の汚れである可能性がある汚れ候補１４の有無を判別する（ＳＴＥＰ０２）。
【００４０】
具体的には、画像判別手段２０は、第１の画像１３について、輝度が大きく変化している領域（例えば、輝度が大きく低下している領域）を検出することによって、汚れ候補１４の有無を判別する。
【００４１】
すなわち、図４（Ａ）に示すように、第１の画像１３中に輝度が大きく低下している領域が無い場合、画像判別手段２０は、汚れ候補が無い、すなわち、レンズ１１上に汚れが無い、と判別して動作を終了する（ＳＴＥＰ０７）。
【００４２】
一方、図４（Ｂ）に示すように、第１の画像１３中に輝度が大きく低下している領域が有る場合、画像判別手段２０は、汚れ候補１４が有ると判別し、その位置情報を取得する。
【００４３】
汚れ候補１４が有ると判別された場合、顕微鏡システム１０は、移動機構３０によって基準面１２に対して平行移動されて、第１の画像１３として取得された領域１２ａとは異なる領域１２ａ’の基準面１２の画像を、第２の画像１５として取得する（ＳＴＥＰ０３）。
【００４４】
そして、画像判別手段２０は、第２の画像１５についても、顕微鏡システム１０のレンズ１１上の汚れである可能性がある汚れ候補１６の有無を判別する（ＳＴＥＰ０４）。
【００４５】
具体的には、第１の画像１３の場合（ＳＴＥＰ０２）と同様、画像判別手段２０は、第２の画像１５についても、輝度が大きく変化している領域（例えば、輝度が大きく低下している領域）を検出することによって、汚れ候補１６の有無を判別する。
【００４６】
すなわち、図５（Ａ）に示すように、第２の画像１５中に輝度が大きく低下している領域が無い場合、画像判別手段２０は、汚れ候補が無い、すなわち、レンズ１１上に汚れが無い、と判別して動作を終了する（ＳＴＥＰ０７）。なぜなら、ＳＴＥＰ０２で検出された汚れ候補１４が、もしレンズ１１上の汚れであるならば、顕微鏡システム１０の移動と共に汚れ候補１４も移動して、第２の画像１５中においても汚れ候補が（汚れ候補１４と同じ位置に）検出されるはずだからである。この場合、ＳＴＥＰ０２で判別された汚れ候補１４は、基準面１２の領域１２ａにおける汚れであると考えられる。
【００４７】
一方、図５（Ｂ）に示すように、第２の画像１５中に輝度が大きく低下している領域が有る場合、画像判別手段２０は、汚れ候補１６が有ると判別し、その位置情報を取得する。
【００４８】
汚れ候補１６が有ると判別された場合、画像判別手段２０は、第１の画像１３の汚れ候補１４の位置情報と第２の画像１５の汚れ候補１６の位置情報とを比較する。すなわち、これらの位置情報に基づいて、２つの汚れ候補１４、１６の位置が一致しているか否かが判別される（ＳＴＥＰ０５）。
【００４９】
具体的には、図６（Ａ）に示すように、第１の画像１３の汚れ候補１４の位置が第２の画像１５の汚れ候補１６の位置と一致していない場合、画像判別手段２０は、レンズ１１上に汚れが無いと判別して動作を終了する（ＳＴＥＰ０７）。なぜなら、ＳＴＥＰ０２で検出された汚れ候補１４が、もしレンズ１１上の汚れであるならば、顕微鏡システム１０の移動と共に汚れ候補１４も移動して、第２の画像１５中においても汚れ候補１６が汚れ候補１４と同じ位置に検出されるはずだからである。この場合、ＳＴＥＰ０２及びＳＴＥＰ０４で判別された２つの汚れ候補１４、１６は、それぞれ、基準面１２の領域１２ａ、１２ａ’における汚れであると考えられる。
【００５０】
一方、図６（Ｂ）に示すように、第１の画像１３の汚れ候補１４の位置が第２の画像１５の汚れ候補１６の位置と一致している場合、画像判別手段２０は、レンズ１１上に汚れが有ると判別、すなわち、２つの汚れ候補１４、１６は顕微鏡システム１０のレンズ１１上の汚れである（同一の汚れである）と判別して動作を終了する（ＳＴＥＰ０６）。
【００５１】
画像判別手段２０によって顕微鏡システム１０のレンズ１１上に汚れが有ると判別された場合、例えば、表示用画面２２（図１参照）に汚れ除去を促す表示が行われる。そして、例えばオペレータによって汚れが除去された後、或いは、汚れが無いことが確認された後で、ワークＷの画像が取得され、当該画像についての画像処理が行われる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態によれば、第１及び第２の画像１３、１５のいずれにも汚れ候補１４、１６が有ると判別された場合、第１及び第２の画像１３、１５の汚れ候補１４、１６の位置を互いに比較して、両者が一致しているか否かに基づいてレンズ１１上の汚れであるか否かを判別することにより、当該汚れ候補１４、１６がレンズ１１上の汚れであるのか、それとも背景（基準面１２）の汚れであるのか、を正確に判別することができる。また、追加のレンズ（乃至カメラ）を必要としないので、低コストであり、設置上の制約の問題も生じない。
【００５３】
特に、本実施の形態の顕微鏡システム１０は、工作機械２００に搭載されており、切子や切削油によってレンズ１１が汚れてしまう虞がある。しかし、本実施の形態のレンズ汚れ判別装置１００は、顕微鏡システム１０のレンズ１１上の汚れを低コストで正確に検出（判別）することができるため、極めて有用である。
【００５４】
なお、本実施の形態では顕微鏡システム１０の方が移動機構３０によって工作機械２００の基準面１２（または基準ワーク）に対して移動されるようになっているが、工作機械２００の基準面１２（または基準ワーク）の方が静止状態の顕微鏡システム１０に対して移動されるようになっていてもよい。更に、顕微鏡システム１０及び工作機械２００の基準面１２（または基準ワーク）の両方が、互いに対して移動されるようになっていてもよい。
【００５５】
また、レンズ汚れの判別は、ワークＷの画像を取得する工程の前に実施される他、オペレータの指示に従って任意のタイミングで実施されてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１０  顕微鏡システム
１１  レンズ
１２  基準面
１２ａ、１２ａ’  領域
１３  第１の画像
１４  汚れ候補
１５  第２の画像
１６  汚れ候補
２０  画像判別手段
２２  表示用画面
３０  移動機構
１００  レンズ汚れ判別装置
２００  工作機械
【図１】
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【図２】
2016040532.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016040532.tif 000006
【図５】
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【図６】
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