(57)【要約】  工作機械（２）の主軸（１１）に設置された工具（１２）の形状を測定する工具形状測定装置（１、１ａ）および工具形状測定方法であって、工具（１２）を撮影するカメラ（２２）と、主軸（１１）の回転角度を検出する主軸回転角度センサ（４１）と、主軸回転角度センサ（４１）が検出した主軸（１１）の回転角度に応じてカメラ（２２）に撮影指令を出力する制御装置（２０）とを有する。
2020090844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸に設置された工具の形状を測定する工具形状測定装置であって、
前記工具を撮影するカメラと、
前記主軸の回転角度を検出する主軸回転角度センサと、
前記主軸回転角度センサが検出した前記主軸の回転角度に応じて前記カメラに撮影指令を出力する制御装置と、
を有することを特徴とする工具形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の工具形状測定装置であって、
前記主軸回転角度センサは、前記主軸の回転数も検出するように構成されており、
前記制御装置は、前記カメラに撮影指令を出力するタイミングを前記主軸の回転数に応じて変化させることを特徴とする工具形状測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の工具形状測定装置であって、
発光装置を備え、
前記制御装置による前記カメラへの撮影指令の出力によって、前記発光装置が前記工具に向けて光を発するように構成されていることを特徴とする工具形状測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の工具形状測定装置であって、
前記制御装置による前記カメラへの撮影指令の出力によって、前記カメラのシャッターが開いている時間内に、前記発光装置が発光するように構成されていることを特徴とする工具形状測定装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の工具形状測定装置であって、
前記工具を間にして一方の側に前記カメラが設置されており他方の側に前記発光装置が設置されており、前記発光装置が前記工具に向けて光を発することで、前記カメラでの前記工具の撮影がされるように構成されており、
前記発光装置は、前記工具に向けて平行光を発するように構成されていることを特徴とする工具形状測定装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の工具形状測定装置であって、
前記主軸回転角度センサは、前記主軸が回転しているときに連続パルス信号を出力するとともに、前記主軸が１回転する毎に１周期のパルス信号を発するように構成されていることを特徴とする工具形状測定装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の工具形状測定装置であって、
前記制御装置による撮影指令の出力として、第１の出力があり、
前記第１の出力によって、前記主軸が所定の角度ずつ回転した状態における複数の画像を得るように構成されていることを特徴とする工具形状測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の工具形状測定装置であって、
前記制御装置による撮影指令の出力として、さらに第２の出力があり、
前記工具の回転角度を入力する工具回転角度入力部を備え、
前記制御装置は、前記第１の出力をした後、前記工具回転角度入力部で入力された回転角度における前記工具の撮影をするために、前記第２の出力をするように構成されていることを特徴とする工具形状測定装置。
【請求項９】
工作機械の主軸に設置された工具の形状を測定する工具形状測定方法であって、
前記主軸の回転角度を検出する主軸回転角度検出工程と、
前記主軸回転角度検出工程で検出した前記主軸の回転角度に応じて前記工具を撮影する撮影工程と、
を有することを特徴とする工具形状測定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の工具形状測定方法であって、
前記主軸回転角度検出工程は、前記主軸の回転数も検出する工程であり、
前記撮影工程では、前記撮影をするタイミングを前記主軸の回転数に応じて変化させることを特徴とする工具形状測定方法。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の工具形状測定方法であって、
前記撮影工程では、前記撮影をするときに、発光装置が前記工具に向けて光を発することを特徴とする工具形状測定方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の工具形状測定方法であって、
前記撮影工程では、カメラのシャッターが開いている時間内に、前記発光装置が発光することを特徴とする工具形状測定方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の工具形状測定方法であって、
前記工具を間にして一方の側に前記撮影工程での撮影をするカメラが設置されており他方の側に前記発光装置が設置されており、前記発光装置が前記工具に向けて光を発することで、前記撮影工程での前記カメラによる前記工具の撮影がされるとともに、前記発光装置は、前記工具に向けて平行光を発することを特徴とする工具形状測定方法。
【請求項１４】
請求項９〜請求項１３のいずれか１項に記載の工具形状測定方法であって、
前記主軸回転角度検出工程では、前記主軸が回転しているときに連続パルス信号が出力されるとともに、前記主軸が１回転する毎に１周期のパルス信号が出力される工程であることを特徴とする工具形状測定方法。
【請求項１５】
請求項９〜請求項１４のいずれか１項に記載の工具形状測定方法であって、
前記撮影工程として、第１の工程があり、
前記第１の工程は、前記主軸が所定の角度ずつ回転した状態における複数の画像を撮影する工程であることを特徴とする工具形状測定方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の工具形状測定方法であって、
前記撮影工程として、さらに第２の工程があり、
前記第２の工程は、前記第１の工程での撮影をした後、所定の回転角度になっている前記工具の画像のみを撮影する工程であることを特徴とする工具形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具長、工具径、工具の刃部の形状等の工具の形状を測定する工具形状測定装置および工具形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工作機械で使用する回転工具の形状測定装置が提供されている。該工具形状測定装置は、例えばフライス盤のエンドミルの形状測定で使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４９４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、工具の形状を測定することができるが、回転中の工具についての記載がない。回転中の工具は熱変位等で加工点が変化する。熱変位補正を行うために回転中での加工点の位置を正確に測定したい。また、加工に用いる回転数で回転中でも工具の形状を測定することができれば、欠けや摩耗の様子を観察し工具交換や工具摩耗補正に利用できる。特許文献１では工具を停止して測定する必要があり、測定に時間がかかってしまう。また、工具を停止してしまえば、加工中の工具の形状と異なった測定となってしまい、正確な加工点の位置の補正ができない。【０００５】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、工具の形状の測定を回転中でも可能な工具形状測定装置および工具形状測定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の特徴を有している。本発明では工具を取り付けて回転させる主軸の回転角度を角度センサから読み取り、指定した角度での工具の形状を撮影することができる。【０００７】
また、本発明の態様に係る工具形状測定装置は、工作機械の主軸に設置された工具の形状を測定する工具形状測定装置であって、前記工具を撮影するカメラと、前記主軸の回転角度を検出する主軸回転角度センサと、前記主軸回転角度センサが検出した前記主軸の回転角度に応じて前記カメラに撮影指令を出力する制御装置とを有する。【０００８】
また、本発明の態様に係る工具形状測定装置では、前記主軸回転角度センサが、前記主軸の回転数も検出するように構成されており、前記制御装置が、前記カメラに撮影指令を出力するタイミングを前記主軸の回転数に応じて変化させるように構成されている。【０００９】
また、本発明の態様に係る工具形状測定装置は、発光装置を備え、前記制御装置による前記カメラへの撮影指令の出力によって、前記発光装置が前記工具に向けて光を発するように構成されている。【００１０】
また、本発明の態様に係る工具形状測定装置は、前記制御装置による前記カメラへの撮影指令の出力によって、前記カメラのシャッターが開いている時間内に、前記発光装置が発光するように構成されている。【００１１】
また、本発明の態様に係る工具形状測定装置では、前記工具を間にして一方の側に前記カメラが設置されており他方の側に前記発光装置が設置されており、前記発光装置が前記工具に向けて光を発することで、前記カメラでの前記工具の撮影がされるように構成されており、前記発光装置が、前記工具に向けて平行光を発するように構成されている。【００１２】
また、本発明の態様に係る工具形状測定装置では、前記主軸回転角度センサが、前記主軸が回転しているときに連続パルス信号を出力するとともに、前記主軸が１回転する毎に１周期のパルス信号を発するように構成されている。【００１３】
また、本発明の態様に係る工具形状測定装置では、前記制御装置による撮影指令の出力として、第１の出力があり、前記第１の出力によって、前記主軸が所定の角度ずつ回転した状態における複数の画像を得るように構成されている。【００１４】
また、本発明の態様に係る工具形状測定装置では、前記制御装置による撮影指令の出力として、さらに第２の出力があり、前記工具の回転角度を入力する工具回転角度入力部を備え、前記制御装置が、前記第１の出力をした後、前記工具回転角度入力部で入力された回転角度における前記工具の撮影をするために、前記第２の出力をするように構成されている。【００１５】
また、本発明の態様に係る工具形状測定方法は、工作機械の主軸に設置された工具の形状を測定する工具形状測定方法であって、前記主軸の回転角度を検出する主軸回転角度検出工程と、前記主軸回転角度検出工程で検出した前記主軸の回転角度に応じて前記工具を撮影する撮影工程とを有する。【００１６】
また、本発明の態様に係る工具形状測定方法では、前記主軸回転角度検出工程が、前記主軸の回転数も検出する工程であり、前記撮影工程では、前記撮影をするタイミングを前記主軸の回転数に応じて変化させている。【００１７】
また、本発明の態様に係る工具形状測定方法では、前記撮影工程では、前記撮影をするときに、発光装置が前記工具に向けて光を発するようになっている。【００１８】
また、本発明の態様に係る工具形状測定方法では、前記撮影工程で、前記カメラのシャッターが開いている時間内に、前記発光装置が発光するようになっている。【００１９】
また、本発明の態様に係る工具形状測定方法では、前記工具を間にして一方の側に前記撮影工程での撮影をするカメラが設置されており他方の側に前記発光装置が設置されており、前記発光装置が前記工具に向けて光を発することで、前記撮影工程での前記カメラによる前記工具の撮影がされるとともに、前記発光装置が、前記工具に向けて平行光を発するようになっている。【００２０】
また、本発明の態様に係る工具形状測定方法は、前記主軸回転角度検出工程が、前記主軸が回転しているときに連続パルス信号が出力されるとともに、前記主軸が１回転する毎に１周期のパルス信号が出力される工程になっている。【００２１】
また、本発明の態様に係る工具形状測定方法では、前記撮影工程として、第１の工程があり、前記第１の工程は、前記主軸が所定の角度ずつ回転した状態における複数の画像を撮影する工程である。【００２２】
また、本発明の態様に係る工具形状測定方法では、前記撮影工程として、さらに第２の工程があり、前記第２の工程は、前記第１の工程での撮影をした後、所定の回転角度になっている前記工具の画像のみを撮影する工程である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、回転中の工具の形状を測定することができ、加工中の熱変位等を含んだ工具の形状をより正確に測定することができる。測定した工具の形状で工具の加工点の補正を行うと、より精度の高い加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施例の装置構成（第１の実施形態に係る装置）を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施例（第１の実施形態に係る装置）で工具形状を測定しているときの図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る工具形状測定装置で測定される工具の例で２枚刃工具の横断面図である。
【図４】図４は、本発明第１の実施形態に係る工具形状測定装置で測定される工具の他の例で３枚刃工具の横断面図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の第２の実施形態で使用される工作機械の主軸ヘッドの概略構成を示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）における略ＶＢ矢視図であり、図５（ｃ）は、主軸回転角度センサで得られる連続パルス信号を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態に係る工具形状測定装置で測定される工具（回転している工具）を示す図であって、工具、カメラ、発光装置を工具の回転中心軸の延伸方向で見た図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態に係る工具形状測定装置における発光装置と工具とカメラとの位置関係を説明する図であって、工具、カメラ、発光装置を工具の回転中心軸の延伸方向で見た図である。
【図８】図８（ａ）は、比較例に係る工具形状測定装置で得られた工具の画像であり、図８（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る工具形状測定装置で得られた工具の画像である。
【図９】図９（ａ）は、工具の例であるボールエンドミルを示す図であり、図９（ｂ）は工具の例であるスクエアエンドミルを示す図であり、図９（ｃ）は工具の例であるラジアスエンドミルを示す図であり、図９（ｄ）はボールエンドミルのおける形状誤差を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る工具形状測定装置における撮影タイムラグを説明する図である。
【図１１】図１１（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る工具形状測定装置で使用される円柱状のダミー工具を示す図であり、図１１（ｂ）は、円柱状のダミー工具の側面の展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１の実施形態］
本発明による第１実施形態を以下に示す。図１に示す工作機械２は、ベッド１８の上面にテーブル１６、門型のコラム１０を有し、コラム１０のクロスレール８にはサドル６を介して主軸ヘッド４が支持されている。主軸ヘッド４には主軸１１が支持されている。
【００２６】
ここで、説明の便宜のために水平な所定の一方向をＸ方向（Ｘ軸方向）とし、Ｘ方向に対して直交する水平な所定の他の一方向をＹ方向（Ｙ軸方向）とし、Ｘ方向とＹ方向とに対して直交する上下方向をＺ方向（Ｚ軸方向）とする。
【００２７】
テーブル１６はベッド１８に対してＸ軸方向に移動可能である。サドル６はクロスレール８に沿ってＹ軸方向に移動可能である。主軸ヘッド４はサドル６に対してＺ軸方向に移動可能である。これらの３軸を移動させることにより、テーブル１６に載置されたワーク１４に対して工具１２を３次元で移動させ、加工することが可能である。テーブル１６の端には工具形状測定装置１が設置されている。制御装置２０は工作機械２と工具形状測定装置１に接続され、工作機械２と工具形状測定装置１を制御することができる。
【００２８】
図２は工具形状測定装置１で工具１２の形状を測定している図を示している。先に示した３軸により図２で示す位置まで工具１２を移動させ、工具形状を測定する。工具形状測定装置１はカメラ２２、照明装置２４を含み、図２で示すように工具１２はカメラ２２と照明装置２４の間に位置した状態で工具形状を測定する。照明装置２４からの光を工具１２の後ろから当てて画像を撮影するため、工具１２の形状が影として撮影される。
【００２９】
カメラ２２は高速シャッターを備えていて、工具１２が数千回転／分で回転中でも静止画のような撮影が可能である。またカメラ２２にはズームレンズが取り付けられていて、制御装置２０で拡大率の制御が行うことができるようになっていてもよい。主軸１１には図示しない回転角度センサが備わっていて、回転数や回転角度の位置決め等の制御を制御装置２０で行うことができる。
【００３０】
工具１２が１万回転／分以上の回転数で回転する場合には、高速シャッターだけでの対応では難しい。この場合は照明装置２４をストロボ機能付きとする。数μｓｅｃの短い発光時間のストロボを用いれば、回転中の工具１２でも形状測定が可能である。なお、工具１２の最大回転数は、１２万回転／分程度に設定できる。
【００３１】
図３は使用する工具１２Ａの例で、２枚刃のエンドミルを示す。工作機械２に取り付けた状態でワーク１４側から見た横断面を示す。図４は使用する工具１２Ｂの例で、３枚刃のエンドミルを示す。工作機械２に取り付けた状態でワーク１４側から見た横断面を示す。
【００３２】
次に工具形状測定方法について図３の工具１２Ａを使用する場合で説明する。主軸１１に工具１２Ａを取り付ける。ワーク１４を加工する前に図２で示した測定位置に工具１２Ａを移動させ工具形状を測定する。最初に工具基準角度を決定する。工具基準角度は図３の矢印２６Ａで示した方向からカメラ２２が工具１２Ａを撮影できる角度を示す。矢印２６Ａで示した角度は主軸回転軸の位置から工具１２Ａの外形までの主軸回転軸と直交する向きの距離が最大となる。距離の測定は例えばデジタル画像の画素数を数えて行う。
【００３３】
この工具基準角度は次のようにして決定する。図３では矢印２６Ａの位置が撮影するカメラ２２の向きを示すが、この位置から撮影できる工具１２Ａの角度に近い状態になるように、主軸１１をマニュアルで回転させる。カメラ２２の撮影した画像は図示していないモニターで確認することができる。矢印２６Ａの角度に近い状態となったら、所定の角度だけ正回転方向、逆回転方向に工具２２Ａを回転させ、その時に一定の角度毎に複数の画像をカメラ２２で撮影する。その画像から主軸１１の回転軸から工具１２Ａの外形までの距離が一番長い位置の主軸１１の角度を工具基準角度とする。
【００３４】
工具基準角度はこの他に次のように決定することもできる。工具１２Ａは２枚刃なので、工具１２Ａを任意の位置から１８０°以上低速で回転させ、所定の角度毎に画像を撮影する。撮影した画像から主軸１１の回転軸から工具１２Ａの外形までの距離が一番長い位置の主軸１１の角度を工具基準角度とする。
【００３５】
図４で示す工具１２Ｂは３枚刃であるので、１２０°以上、主軸１１を回転させて撮影すればよいことになる。この場合、図３を用いて説明した場合と同様にして、図４で示す矢印２６Ｂの位置が撮影するカメラ２２の向きを示している。回転対称ではない工具については、撮影画像の枚数が多くなるが、主軸１１を１回転させ、たとえば１°回転する毎に工具１２の撮影を行い、この撮影で得られた３６０枚の画像の中から必要な画像を選択する。
【００３６】
使用する工具１２が２枚刃や３枚刃であるという情報は制御装置２０に図示していない入力装置で入力してもよいし、データベースとして制御装置２０内の記憶装置に記憶していてもよい。
【００３７】
ワーク１４を加工する前に工具１２（１２Ａ、１２Ｂ）の工具長、工具径、工具の刃部の形状等の工具形状を測定しておく。後で熱変位量や工具摩耗量を求める時にこれらの値と比較する。
【００３８】
次に加工中の工具長測定について記載する。工作機械２でワーク１４を加工中に制御装置２０に設定してある指定した時間になると工作機械２は加工を停止し、工具１２を図２で示した工具長測定位置まで移動させる。この時に主軸１１の回転を停止せずに加工中の回転速度を保ったまま、工具１２を移動させて工具形状測定装置１で測定する。このため回転中の遠心力等の影響を受けたままの正確な工具形状を測定でき、測定値を熱変位補正や工具摩耗補正で用いれば、より加工中の工具１２に近い状態で補正でき、精度よく加工することができる。
【００３９】
工具１２Ａの２枚刃の形状を測定する場合は、主軸１１が先に求めた工具基準角度になった時に制御装置２０から工具形状測定装置１に測定指令が出力され、工具形状画像を撮影する。工具１２Ａの２枚刃の場合は工具基準角度と工具基準角度＋１８０°の位置で撮影すれば、すべての刃の形状を撮影できる。工具１２Ｂの場合は３枚刃なので、工具基準角度と工具基準角度＋１２０°、工具基準角度＋２４０°の位置で撮影すれば、すべての刃の形状を撮影できる。
【００４０】
撮影は１回転分の刃の撮影でもいいし、複数回転分の撮影を行ってもよい。複数刃の工具の場合でも刃の形状を１枚１枚撮影することによりすべての刃の管理を行うことができる。
【００４１】
工具基準角度と主軸１１の角度が一致してから、撮影指令を制御装置２０出していると、主軸１１が高速回転している場合には、実際の撮影タイミングが遅れる場合がある。これを防止するため制御装置は工具基準角度と主軸１１の角度センサが一致する少し前に撮影指令を出力してもよい。どの位の角度になったら指令を出力すればいいのかは事前に実験で測定しておく。複数の回転数で実験を行い、この角度を求めて表にしておき、回転数に応じてこの表から適切な角度を求めてもよい。
【００４２】
１万回転／分以上の回転速度で工具１２を回転させる場合は、フラッシュ機能（ストロボ機能）の付いた照明装置２４を用い、主軸１１回転センサの値と工具１２の撮影角度の値を次のように対応付ける。工具１２を回転させ、ある回転センサの値の時に制御装置２０から撮影指令を工具形状測定装置１に出力し、画像を撮影する。
【００４３】
次に先ほどの画像より所定の角度だけ回転した工具１２の画像を撮影する。所定の角度とは、例えば５°である。この場合、カメラ２２のシャッタースピードが追い付かず、工具１２の１回転中に５°だけずれた画像を撮影するのは無理である。このため先ほどの画像より例えば１０回転と５°だけ回転した角度の画像を撮影する。
【００４４】
照明装置２４はμｓｅｃ単位で、指令に対して発光するタイミングを遅延する時間を設定することができる。このため１０回転と５°だけずれたというような画像を正確に撮影することができる。このような画像を工具１２の所定の回転角度分だけ取り、それらの画像より主軸１１回転センサの値と工具１２の撮影角度の値を対応付ける。
【００４５】
主軸１１回転センサの値と工具１２の撮影角度の値が対応付けられると、照明装置２４が発光するときの遅延時間を適切に設定し、制御装置２０から適切なタイミングで撮影指令を工具形状測定装置１に出力すれば、希望する工具１２の角回転度の画像を撮影することができる。工具１２Ａのような２枚刃の工具の刃形状を測定する場合は、最初に１枚目の刃を撮影した後、例えば１０回転と１８０°回転した時に２枚目の刃の形状を測定する。
【００４６】
ワークを加工する前に計測した値と加工中に計測した値が所定の値だけずれていたら、その値から補正値を決定して補正値として制御装置２０に設定する。また、主軸１１の回転軸から工具１２の外形までの距離が、刃によって著しく変動して回転しているなら、工具１２の回転振れが多いと判断しアラームを制御装置２０のモニターに表示してもよい。また刃によっての著しい変動は無いが、１枚の刃だけが距離が少なくなっている場合には刃の欠けと判断し、アラームを発生してもよい。
【００４７】
以上、述べたように本発明の工具形状測定装置１を用いて工具形状を測定すると、加工中の回転数で主軸１１を回転させて測定できるので、加工中と同じ状態の工具１２の形状を測定できる。また、主軸１１の回転角度センサの値と同期して撮影できるため、工具１２の必要な回転角度状態の画像のみを撮影でき、記録装置の容量を少なくすることができる。
【００４８】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態で使用される工作機械２（図１参照）は、本発明の第１の実施形態で使用される工作機械２と同じものであり、主軸ヘッド４、制御装置２０等を備えて構成されている。制御装置２０は、図示しないＣＰＵとメモリとを備えて構成されている。
【００４９】
本発明の第２の実施形態に係る工具形状測定装置１ａも、本発明の第１の実施形態に係る工具形状測定装置１とほぼ同様に構成されており、ほぼ同様に動作し使用されるものである。
【００５０】
本発明の実施形態に係る工具形状測定装置１、１ａの測定対象である工具１２は、たとえば、金型のコアやキャビティの表面を切削加工で形成するときに使用されるものである。上記切削加工は、金型のコアやキャビティの表面を、たとえば最終仕上げ加工するためにされるものであり、上記切削加工によって、金型のコアやキャビティの表面が鏡面のようになる。工具１２としてたとえばエンドミルを掲げることができる。エンドミル１２の外径はたとえば１ｍｍ程度であり、切削加工をするときのエンドミル１２の回転数は６万回転／分程度である。
【００５１】
ここで、工作機械２の主軸ヘッド４について、図５（ａ）を参照しつつより詳しく説明する。
【００５２】
主軸ヘッド４は、ビルトインモータのタイプになっており、筐体３１と主軸（スピンドル）１１とを備えて構成されている。主軸１１は、円柱状に形成されており、空気軸受けによって、筐体３１に回転自在に支持されている。参照符号Ｃ１は、主軸１１の回転中心軸を示している。
【００５３】
主軸１１の長手方向（回転中心軸Ｃ１の延伸方向；Ｚ方向）の一方の端部（図５（ａ）の下端部）には、工具保持部３３が設けられている。工具保持部３３が設けられていることで、主軸１１に対して工具１２が着脱自在になっている。主軸１１の長手方向の他方の端部（図５（ａ）の上端部）には、モータ３５のロータ３７が一体的に設けられている。ロータ３７の外側にはモータ３５のステータ３９が設けられている。ステータ３９は、ロータ３７から僅かに離れて筐体３１に一体的に設けられている。
【００５４】
次に、本発明の第２の実施形態に係る工具形状測定装置１ａについて詳しく説明する。
【００５５】
工具形状測定装置１ａは、本発明の第１の実施形態に係る工具形状測定装置１と同様にして、工作機械２の主軸１１に設置された工具１２の形状を測定する装置であり、図７で示すように、カメラ２２と主軸回転角度センサ（主軸回転角度検出センサ）４１と制御装置２０（図１参照）とを備えている。
【００５６】
カメラ２２は、回転している工具１２を撮影して、工具１２の画像（静止画像）を得るものである。カメラ２２は、たとえば、デジタルカメラであり、グローバルシャッターによって工具１２を撮影するようになっている。工具１２を撮影するときのカメラ２２のシャッタースピード（図７に示すカメラ２２の撮像素子７５の露光時間）は、回転している工具１２の画像がほぼ静止画となる程度の短い時間になっている。
【００５７】
主軸回転角度センサ４１は、主軸１１（主軸１１に設置されている工具１２）の回転角度を検出するものである。また、主軸回転角度センサ４１は、主軸１１が回転しているときに連続パルス信号（図５（ｃ）、図１０を参照）を出力するとともに、主軸１１が１回転する毎に１周期のパルス信号を発するように構成されている。なお、主軸１１が一定速度で回転していることで、連続パルス信号の周期は一定値になっている。
【００５８】
主軸回転角度センサ４１について、図５（ａ）（ｂ）を参照してさらに詳しく説明する。主軸回転角度センサ４１は、たとえば、反射式の光電センサ４３とマーク４５とを備えて構成されている。
【００５９】
光電センサ４３は筐体３１に一体的に設けられている。マーク４５は、主軸１１にたとえばこの半周にわたって一体的に設けられている（図５（ｂ）の破線を付した部位を参照）。そして、主軸１１が回転すると、光電センサ４３がマーク４５を検出している状態と検出していない状態とを繰り返し、光電センサ４３が図５（ｃ）で示すような連続パルス信号を発するようになっている。
【００６０】
すでに理解されるように、主軸回転角度センサ４１による主軸１１の回転角度の分解能は、極めて大きく１８０°になっている。
【００６１】
制御装置２０は、主軸回転角度センサ４１が検出した主軸１１の回転角度に応じてカメラ２２に撮影指令を出力するようになっている。たとえば、主軸回転角度センサ４１がマーク４５を検出したときに、撮影指令を出力するようになっている。
【００６２】
なお、工具１２は主軸１１に対して所定の回転角度で設置されているものとする。たとえば、回転中心軸Ｃ１の延伸方向（Ｚ方向）で見て、マーク４５の端（主軸１１の回転方向における前側の端）の角度（位相）と、工具１２の切れ刃の先端４７（図３、図４、図６を参照）の角度（位相）とがお互いに一致している。
【００６３】
２枚刃の工具１２の一方の切れ刃の先端４７は、線状に形成されているが１つの平面上に位置しており、２枚刃の工具１２の他方の切れ刃の先端４７も、上記１つの平面上に位置しているものとする。なお、線状に形成された工具１２の切れ刃の先端４７が、厳密に１つの平面上に位置している必要はなく、概ね１つの平面状に位置していてもよい。たとえば、Ｚ方向で見て、工具１２の１つの切れ刃の先端４７が、中心角が１°〜５°程度である扇形の内側に位置していればよい。なお、上記扇形の２本の線分（半径）が交差している箇所を扇形の中心角形成点とすると、扇形の中心角形成点と工具１２の回転中心軸Ｃ１とはお互いに位置している。
【００６４】
さらに説明すると、回転中心軸Ｃ１の延伸方向（Ｚ方向）で見て、回転中心軸Ｃ１とマーク４５の端と工具１２の切れ刃の先端４７とが１本の直線上に存在している。なお、工具１２の切れ刃の先端４７は複数（２つもしくは３つ）あるが、複数の切れ刃の先端４７のうちの１つの先端４７と回転中心軸Ｃ１とマーク４５の端とが１本の直線上に存在していればよい。
【００６５】
また、マーク４５を、主軸１１ではなく工具１２の切れ刃以外の部位に設け、光電センサ４３が工具１２に設けられているマーク４５を検出するようにしてもよい。これにより、工具１２の主軸１１への設置をするときに、工具１２に設置角度を気にする必要が無くなり、工具１２の主軸１１への設置が容易になる。
【００６６】
さらに、マークを設けることなく、光電センサ４３もしくは近接センサ等のセンサで工具の切れ刃の先端４７を検出することで、主軸１１に設置されている工具１２の回転角度を検出するようにしてもよい。この場合、エンドミル１２が２枚刃になっていると、主軸１１が１回転する毎に２周期のパルス信号が発せられ、エンドミル１２が３枚刃になっていると、主軸１１が１回転する毎に３周期のパルス信号が発せられる。
【００６７】
制御装置２０についてさらに説明すると、制御装置２０は、主軸回転角度センサ４１が検出した主軸１１や工具１２の回転角度の値に応じて、回転している工具１２を撮影すべき旨の指令（撮影指令；撮影指令信号）をカメラ２２に送るように構成されている。撮影指令を受信したカメラ２２は、ただちに回転している工具１２の撮影をし、工具１２の静止画像を得るようになっている。そして、回転している工具１２の切れ刃の先端４７における工具１２の最大外形の静止画像を得るようになっている。この最大外形の静止画像を得ることができる主軸１１や工具１２の回転角度を最大回転角度とする。最大回転角度は、第１の実施形態で述べた工具基準角度に相当する。
【００６８】
ここで、回転している工具１２の切れ刃の先端４７における工具１２の最大外形の静止画像について、ボールエンドミルを例に掲げてより詳しく説明する。
【００６９】
まず、ボールエンドミル１２について説明する。ボールエンドミル１２は、図９（ａ）で示すように外周に切れ刃（破線で示した箇所）が設けられている。なお、図９では、エンドミル１２の形状を単純化して描いているので、切れ刃や溝の表示は省略している。
【００７０】
ボールエンドミル１２は、図９（ａ）で示すように円柱状の基端部４９と半球状の先端部５１とを備えて構成されている。基端部４９の外径と先端部５１の直径とはお互いが一致しており、基端部４９の中心軸Ｃ１の延伸方向（Ｚ方向）の一方の端（下端）に、先端部５１がくっついた形状になっている。半球状の先端部５１の円形の端面（円柱状の基端部４９の円形の平面面にくっついている円形状の平面）の中心を、先端部５１の中心Ｃ２とすると、中心Ｃ２は、ボールエンドミル１２の中心軸Ｃ１上に存在している。
【００７１】
ボールエンドミル１２の切れ刃は、先端部５１の外周と基端部４９の端部（先端部５１側の端部）とに形成されている。ボールエンドミル１２は、基端部４９の他方の端部が工具保持部３３に係合して工具保持部３３で保持されるようになっている。
【００７２】
そして、主軸１１の工具保持部３３で保持されているボールエンドミル１２は、主軸１１とともに回転（中心軸Ｃ１を回転中心にして自転）することで、切れ刃で被加工物（ワーク）１４を切削加工するようになっている。
【００７３】
次に、ボールエンドミル１２で被加工物１４を切削加工しているときにおける加工点について説明する。ボールエンドミル１２の切れ刃で被加工物１４を切削加工しているときに、ボールエンドミル１２の切れ刃の先端４７と被加工物１４との接触点が加工点になる。
【００７４】
さらに説明すると、ボールエンドミル１２を用いて被加工物１４を所定の切り込み量で切削加工しているときに、被加工物１４に対してボールエンドミル１２がＸ方向やＹ方向やＺ方向に移動している。この加工をしているときに、たとえば、ボールエンドミル１２がこの移動方向の最も後端で、被加工物１４に接している点（加工後に被加工物１４の外形形状を決める箇所）が加工点になる。加工点は、ボールエンドミル１２の切れ刃の先端４７の一部に形成される。
【００７５】
次に、回転しているボールエンドミル１２の切れ刃の先端４７におけるボールエンドミル１２の最大外形の静止画像について説明する。
【００７６】
回転していることでボールエンドミル１２の切れ刃の位置は時刻の経過とともに変化する。たとえば、２枚刃のボールエンドミル１２の場合、２つの切れ刃のうちの一方の切れ刃は、ボールエンドミル１２が１回転する毎に１回転する。なお、２枚刃のボールエンドミル１２をこの回転中心軸Ｃ１の延伸方向で見ると、回転中心軸Ｃ１に対して点対称になるように一対の切れ刃が形成されている（図３、図６、図７を参照）。
【００７７】
回転しているボールエンドミル１２の一方の切れ刃をＺ方向もしくはＹ方向で見ると、ボールエンドミル１２の回転角度に応じて、切れ刃の先端４７と回転中心軸Ｃ１との間の距離（たとえば、Ｘ方向の距離）が変化する。図６の（ａ）の参照符号Ｌａ、図６の（ｂ）の参照符号Ｌｂ、図６の（ｃ）の参照符号Ｌｃ、図６の（ａ）の参照符号Ｌｄで示すものが、上記Ｘ方向の距離である。また、工具１２は、図６に矢印で示すように、反時計まわりに回転しており、時刻の経過とともに、図６の（ａ）で示す状態、図６の（ｂ）で示す状態、図６の（ｃ）で示す状態、図６の（ｄ）で示す状態、図６の（ａ）で示す状態・・・をこの順に繰り返す。
【００７８】
そして、ある時刻（図６（ｂ）、図６（ｄ）で示す時刻）になったときにボールエンドミル１２の一方の切れ刃の先端４７と回転中心軸Ｃ１との間の距離の値が最大値Ｌｂ、Ｌｄになる。この最大値Ｌｂ、Ｌｄになった時におけるボールエンドミル１２の静止画像が、回転しているボールエンドミル１２の一方の切れ刃の先端４７におけるボールエンドミル１２の最大外形の静止画像になる。
【００７９】
また、２つの切れ刃のうちの他方の切れ刃の場合も、一方の切れ刃と同様に、ある時刻になったときに、ボールエンドミル１２の他方の切れ刃の先端４７と回転中心軸Ｃ１との間の距離の値が最大値になる。この最大値になった時におけるボールエンドミル１２の静止画像が、回転しているボールエンドミル１２の他方の切れ刃の先端におけるボールエンドミル１２の最大外形の静止画像になる。
【００８０】
これらの最大外形の静止画像で得られたボールエンドミル１２の切れ刃の外形（外周；線状の縁）は、ボールエンドミル１２の切れ刃の先端４７を示している。
【００８１】
なお、実際には、図９（ｄ）で示すように、回転中心軸Ｃ１に対して、ごく僅かではあるが、一方の切れ刃の先端４７（４７Ａ）と他方の切れ刃の先端４７（４７Ｂ）とが非対称になっている場合が多い。この場合における切れ刃の先端４７におけるボールエンドミル１２の最大外形の静止画像は、一対の切れ刃の先端４７のうち、回転中心軸Ｃ１との間の距離の値が大きいほうのものが採用される。
【００８２】
なお、図９（ｄ）の二点鎖線は、一方の切れ刃の先端４７Ａを回転中心軸Ｃ１に対して対称に配置したものである。図９（ｄ）では、一方の切れ刃の先端４７Ａの内側に他方の切れ刃の先端４７Ｂの総てが位置しているが、他方の切れ刃の先端４７Ｂの一部が一方の切れ刃の先端４７Ａの外側に位置してもよい。この場合、切れ刃の先端４７におけるボールエンドミル１２の最大外形の静止画像は、一方の切れ刃の先端４７Ａの一部と他方の切れ刃の先端４７Ｂの一部とで形成される。
【００８３】
また、２枚の切れ刃を備えたボールエンドミル１２を撮影する場合、ボールエンドミル１２が半回転（１８０°回転）する毎に、カメラ２２で撮影してボールエンドミル１２の最大外形の静止画像を得るようになっている。３枚の切れ刃を備えたボールエンドミル１２を撮影する場合、ボールエンドミル１２が１／３回転（１２０°回転）する毎に、カメラ２２で撮影してボールエンドミル１２の最大外形の静止画像を得るようになっている。さらに、ｎ枚の切れ刃を備えたボールエンドミル１２を撮影する場合、ボールエンドミル１２が１／ｎ回転（３６０°／ｎ）する毎に、カメラ２２で撮影してボールエンドミル１２の最大外形の静止画像を得るようになっている。
【００８４】
主軸回転角度センサ４１は、主軸１１の回転数（回転角速度）も検出するように構成されている。主軸回転角度センサ４１は、上述したように、一定の回転数で回転している主軸１１によってたとえば矩形波状の連続パルス信号を発するように構成されている。制御装置２０は、主軸回転角度センサ４１が発した連続パルス信号を受信し、所定の時間あたりの、オン・オフされる連続パルス信号の時間間隔（連続パルス信号の周期）を測定することで、主軸１１の回転数を検出するようになっている。
【００８５】
なお、制御装置２０の代わりに主軸回転角度センサ４１がオン・オフされる連続パルス信号の時間間隔を測定することで、主軸回転角度センサ４１が主軸１１の回転数を検出するように構成されていてもよい。
【００８６】
制御装置２０は、カメラ２２に撮影指令を出力するタイミングを主軸１１の回転数（回転角速度）に応じて変化させるようになっている。
【００８７】
制御装置２０によるカメラ２２への撮影指令を出力するタイミングの変化（調整）は、回転している工具１２の切れ刃の先端４７における工具１２の最大外形の静止画像を得るためにされる。すなわち、最大回転角度になる工具１２の静止画像を得るためにされる。
【００８８】
さらに説明すると、制御装置２０がカメラ２２に撮影指令を出力してから実際にカメラ２２が撮影をするまで、僅かではあるが、ディレイ（撮影タイムラグ；ディレイ時間）が生じてしまう。たとえば、工具１２の切れ刃の先端４７における工具１２の最大外形の静止画像を得ることができる回転角度に工具１２がなった時に、制御装置２０からカメラ２２に撮影指令を出力しても、実際にカメラ２２が工具１２を撮影するまで、僅かな時間を要してしまう。この僅かな時間に工具１２が僅かに回転してしまい、工具１２の切れ刃の先端４７における工具１２の最大外形の静止画像を得ることができなくなってしまう。
【００８９】
図６を参照して説明する。図６は２枚刃の工具１２をＺ方向で見た図である。図６で示す態様では、工具１２は矢印で示す方向に１分間で６万回転しているものとする。上述したように、図６（ａ）〜図６（ｄ）に向かって時刻が経過している。
【００９０】
図６（ａ）で示す状態１は、ディレイが「０μｓｅｃ」である場合を示しており、図６（ｂ）で示す状態２は、ディレイが「２５０μｓｅｃ」である場合を示しており、図６（ｃ）で示す状態３は、ディレイが「５００μｓｅｃ」である場合を示しており、図６（ｄ）で示す状態４は、ディレイが「７５０μｓｅｃ」である場合を示している。
【００９１】
たとえば、ディレイが「２５０μｓｅｃ」である場合において、状態１の時に撮影指令を出力すると、状態２の回転角度になっている工具１２が撮影されるようになっている。
【００９２】
なお、図６の「照明」は後述する発光装置６１を示している。また、上述したように、図６（ｂ）（ｄ）の状態２、状態４で撮影することで、工具１２の最大外形の静止画像を得ることができる。
【００９３】
撮影タイムラグがあると、工具１２の切れ刃の先端４７における工具１２の最大外形の静止画像を得ることができなくなってしまう。
【００９４】
そこで、予めもとめられた撮影タイムラグ（制御装置２０のメモリに格納されている撮影タイムラグの時間）を用いて、カメラ２２に撮影指令を出力するタイミングの調整をしている。たとえば、工具１２の切れ刃の先端４７における工具１２の最大外形の静止画像を得ることができる回転角度が到来する時刻よりも撮影タイムラグの時間だけ遡った時刻にカメラ２２に撮影指令を出力するようになっている。
【００９５】
ここで、カメラ２２に撮影指令を出力するタイミングの調整について、図１０を参照しつつ詳しく説明する。
【００９６】
図１０の横軸は時刻ｔの経過を示しており、縦軸は主軸回転角度センサ４１が発する連続パルス信号のオン・オフ状態を示している。
【００９７】
図１０（ａ）では、たとえば、時刻ｔ１で主軸１１や工具１２が最大回転角度になっているものとする。時刻ｔ１で主軸回転角度センサ４１がオン信号を発し始め、時刻ｔ２でオン信号を停止し、時刻ｔ３で主軸回転角度センサ４１がオン信号を発し始め時刻ｔ４でオン信号を停止することを繰り返し行うようになっている。
【００９８】
図１０（ａ）に参照符号ＴＦで示すものは、連続パルス信号における１周期を示す時間である。図１０（ａ）に参照符号ＴＤで示すものは、撮影タイムラグの時間である。時刻ｔ１で制御装置２０がカメラ２２に撮影指令を出力すると、カメラ２２が工具１２を撮影する時刻が参照符号ＴＤで示す時刻になってしまう。これでは、工具１２の最大外形の静止画像を得ることができない。
【００９９】
そこで、時刻ｔ１よりも時間ＴＤだけ遡った時刻ｔｄ１で制御装置２０がカメラ２２に撮影指令を出力すると、カメラ２２が工具１２を撮影する時刻が時刻ｔ１になり、工具１２の最大外形の静止画像を得ることができる。
【０１００】
なお、時刻ｔ１よりも時間（ＴＦ−ＴＤ）だけ経過した時刻ｔｄ２で制御装置２０がカメラ２２に撮影指令を出力すると、カメラ２２が工具１２を撮影する時刻が時刻ｔ３になり、これによっても、工具１２の最大外形の静止画像を得ることができる。
【０１０１】
ところで、図１０（ａ）では、撮影タイムラグの時間ＴＤが連続パルス信号における１周期を示す時間ＴＦよりも短くなっているが、時間ＴＤが時間ＴＦよりも長くなる場合がある。
【０１０２】
この場合について図１０（ｂ）を参照しつつ説明する。なお、図１０（ｂ）では、「ＴＦ＜ＴＤ＜２×ＴＦ」になっているが、上記「２」が「３」以上の自然数であっても同様に考えることができる。
【０１０３】
図１０（ｂ）では、時刻ｔ１よりも時間（２×ＴＦ−ＴＤ）だけ経過した時刻ｔｄ２で制御装置２０がカメラ２２に撮影指令を出力する。これにより、カメラ２２が工具１２を撮影する時刻が時刻ｔ５になり、これによっても、工具１２の最大外形の静止画像を得ることができる。
【０１０４】
なお、図１０（ｂ）で示す態様において、時刻ｔ１よりも時間ＴＤだけ遡った時刻（図１０（ｂ）では図示せず）で制御装置２０がカメラ２２に撮影指令を出力するようにしてもよい。この場合、カメラ２２が工具１２を撮影する時刻が時刻ｔ３になる。
【０１０５】
また、図１０（ａ）や図１０（ｂ）において、「ＴＦ−ＴＤ」や「２×ＴＦ−ＴＤ」を「ｎ×ＴＦ−ＴＤ」に置き換えてもよい。ただし、「ｎ」は任意の自然数である。
【０１０６】
次に、撮影タイムラグの時間ＴＤのもとめ方について例を掲げて説明する。
【０１０７】
主軸１１の工具保持部３３に、マーク（図示せず）が１つついているダミー工具（図示せず）を設置し、ダミー工具を一定の回転数で回転させておく。そして、主軸回転角度センサ４１でダミー工具の回転角度が所定の回転角度（撮影をすべき回転角度）になったことを検出したときに、制御装置２０がカメラ２２に撮影指令を出力し、カメラ２２がダミー工具を撮影したダミー工具の静止画像を得る。
【０１０８】
この静止画像に写っている上記マーク（図示せず）の位置ずれ量を検出することで、撮影タイムラグの時間ＴＤをもとめる。
【０１０９】
たとえば、６万回転／分でダミー工具が回転している状態で、ダミー工具のマークの回転角度が「０°」になったことを主軸回転角度センサ４１が検出し、制御装置２０がカメラ２２に撮影指令を出力し、カメラ２２がダミー工具を撮影したことでダミー工具の静止画像が得られる。この得られた静止画像に写っているマークの回転角度が「４５°」になっていれば、撮影タイムラグの時間ＴＤは、１２５μｓｅｃということになり、回転角度が「９０°」になっていれば、撮影タイムラグの時間ＴＤは、２５０μｓｅｃということになる。
【０１１０】
工具形状測定装置１ａでは、たとえば、主軸１１が一定回転数ｎａで回転しているときのタイムラグ時間ＴＤａを測定しておき、主軸１１が他の一定回転数ｎｂで回転しているときのタイムラグ時間ＴＤｂを上記タイムラグ時間ＴＤａから計算で求めている。すなわち、「タイムラグ時間ＴＤｂ＝タイムラグ時間ＴＤａ×一定回転数ｎｂ／一定回転数ｎａ」としている。
【０１１１】
なお、工具形状測定装置１ａにおいて、主軸１１が複数の一定回転数ｎａ１、ｎａ２、ｎａ３・・・で回転しているときのそれぞれにおけるタイムラグ時間ＴＤａ１、ＴＤａ２、ＴＤａ３・・・を測定しておいておき、主軸１１が他の一定回転数ｎｂで回転しているときのタイムラグ時間ＴＤｂを次のようにしてもとめてもよい。ただし、ｎａ１＜ｎａ２＜ｎａ３・・・とし、ＴＤａ１＞ＴＤａ２＞ＴＤａ３・・・とする。
【０１１２】
一定回転数ｎｂが、一定回転数ｎａ１、ｎａ２、ｎａ３・・・のいずれかの回転数と一致しているときには、この一致している回転数におけるタイムラグ時間を、タイムラグ時間ＴＤｂとして採用する。
【０１１３】
また、一定回転数ｎｂが、複数の一定回転数ｎａ１、ｎａ２、ｎａ３・・・のいずれかの回転数と一致していないときには、一定回転数ｎｂの両隣の回転数からタイムラグ時間ＴＤｂをもとめる。たとえば、「ＴＤｂ＝ＴＤａ１＋（（ｎｂ−ｎａ１）／（ｎａ２−ｎａ１））×（ＴＤａ２−ＴＤａ１）」とする。
【０１１４】
なお、タイムラグ時間ＴＤの値が大きくて、主軸１１が１分間に６万回転していると、タイムラグ時間ＴＤ内に主軸１１が３６０°以上回転している場合もある。この場合、主軸１１をはじめは低い回転数で回転させておいてタイムラグ時間ＴＤをもとめ、この後徐々に主軸１１の回転数を上げながらタイムラグ時間ＴＤをもとめれば、タイムラグ時間ＴＤ内に主軸１１が３６０°以上回転してしまっていることを検出することができる。
【０１１５】
また、ダミー工具として図１１で示すものを採用してもよい。図１１で示すダミー工具６３は、円柱状のダミー工具本体６５の側面に複数のマーク６７（６７Ａ、６７Ｂ、６７Ｃ、６７Ｄ・・・）が設けられている。各マーク６７は、円柱状のダミー工具本体６５の円周方向（図１１（ｂ）の左右方向）では、一定の間隔をあけて配置されている。また、各マーク６７（６７Ａ、６７Ｂ、６７Ｃ、６７Ｄ・・・）は、円柱状のダミー工具本体６５の高さ方向（図１１（ｂ）の上下方向）では、一定の間隔をあけて配置されているとともに、図１１（ｂ）の左から右に向かうにしたがって、Ｚ方向下端からの距離が次第に大きくなっている。
【０１１６】
なお、上記説明では、主軸１１が１回転する毎に主軸回転角度センサ４１が１周期のパスル信号を発することとしているが、主軸回転角度センサ４１を設けることに代えてもしくは加えてロータリエンコーダ（図示せず）を設けて、主軸１１の回転角度を検出するようにしてもよい。ロータリエンコーダの分解能は主軸回転角度センサ４１の分解能に比べて十分に小さくたとえば、１°程度もしくは０．１°〜５°程度、あるいはそれ以下の分解能になっているものとする。このようなロータリエンコーダを用いれば、適切なロータリエンコーダの値を設置し、その値になった時に撮影指令を出力することで、適切な工具の画像を撮影することができる。
【０１１７】
また、上記説明では、タイムラグの要因として、制御装置２０がカメラ２２に撮影指令を出力してからカメラ２２が撮影をするまでの時間を掲げているが、主軸回転角度センサ４１に起因して発生するタイムラグや制御装置２０に起因して発生するタイムラグを、制御装置２０がカメラ２２に撮影指令を出力してからカメラ２２が撮影をするまでのタイムラグに加えるようにしてもよい。
【０１１８】
ところで、制御装置２０による撮影指令の出力として、第１の出力と第２の出力とを掲げてもよい。
【０１１９】
第１の出力は、主軸１１が所定の角度（たとえば１°）ずつ回転した状態における複数の画像（複数の工具１２の静止画像）を得るためにされるものである。複数の工具１２の静止画像は、主軸１１の１回転分に相当する画像である。
【０１２０】
このような第１の出力がされることで、１回目の撮影（第１群の撮影）がされ、たとえば、工具１２の１周分の３６０枚の画像がカメラ２２で撮影され得られるようになっている。すなわち、ある所定の回転角度になっている主軸１１の回転角度を基準角度（０°）とすると、基準角度から１°回転したときの工具１２の画像、基準角度から２°回転したときの工具１２の画像、基準角度から３°回転したときの工具１２の画像・・・という具合で、工具１２の１周分の３６０枚に画像が得られるようになっている。
【０１２１】
なお、上記１°の角度は、工具１２の実際の形状に対する撮影画像（カメラ２２の撮影で得られた画像）の誤差が許容範囲内に収まる角度である。
【０１２２】
また、主軸１１が極めて速く回転しているので、工具１２が１回転する間に３６０回の撮影をするのではなく、工具１２が複数回転する間に３６０回の撮影がされるようになっている。
【０１２３】
例を掲げて説明する。主軸の基準角度（０°）とすると、１枚目の画像は、主軸１１が基準角度から３６０°×ｍ１＋１°回転した状態の画像になる。２枚目の画像は、主軸１１が基準角度から３６０°×ｍ２＋２°回転した状態の画像になる。以下、ｐ枚目の画像は、主軸１１が基準角度から３６０°×ｍｐ＋ｐ°回転した状態の画像になる。ただし、ｍ１、ｍ２・・・ｍｐ・・・、ｐは自然数であり、ｍ１＜ｍ２＜・・・ｍｐ・・・である。
【０１２４】
なお、上記説明では、ｍ１＜ｍ２＜・・・ｍｐ・・・としたことで、１°の撮影の後に２°の撮影をしている。すなわち、上記説明では、工具１２の基準角度からの回転角度が小さい状態から順に撮影している。しかし、必ずしも、このようにする必要はない。工具１２の基準角度からの回転角度の大小にかかわらない撮影順序で撮影をしてもよい。たとえば、３５０°の撮影の後に１０°の撮影をし、１０°の撮影の後に、１２１°の撮影をする・・・ようにしてもよい。
【０１２５】
また、１回目の撮影信号が出力された時から３６０°×ｍ０＋１°回転した状態の工具１２を撮影して１枚目の工具１２の画像を得るようにし、１枚目の画像撮影終了後であって、２回目の撮影信号が出力された時から３６０°×ｍ０＋２°回転した状態の工具１２を撮影して２枚目の工具１２の画像を得るようにし、・・・ｐ−１枚目の画像撮影終了後であって、ｐ回目の撮影信号が出力された時から３６０°×ｍ０＋ｐ°回転した状態の工具１２を撮影してｐ枚目の工具１２の画像を得るようにし、・・・３５９枚目の画像撮影終了後であって、３６０回目の撮影信号が出力された時から３６０°×ｍ０＋３６０°回転した状態の工具１２を撮影して３６０枚目の工具１２の画像を得るようにしてもよい。撮影と撮影の間の時間は工具形状測定装置１ａが工具１２の撮影が終了し、次の撮影の用意ができる状態となるまでの十分な時間を取る必要がある。ただしｍ０は自然数である。
【０１２６】
また、工具形状測定装置１ａには、工具１２の回転角度を入力する工具回転角度入力部（図示せず）が設けられている。工具回転角度入力部は、たとえば、制御装置２０のところに設けられている。
【０１２７】
そして、第１の出力によって得られた画像のうちで、撮影したい回転角度になっている工具１２の回転角度が、工具回転角度入力部から制御装置２０に入力されるようになっている。
【０１２８】
さらに説明すると、１回目に撮影した画像を見て撮影が必要な工具１２の角度（１回目の撮影によって得られた複数の画像のうちの必要な画像）をオペレータが選択する。そして、この選択された角度のみで撮影を行いたい場合は、工具回転角度入力部から、撮影したい工具１２の回転角度を入力するようになっている。たとえば、１°と２°の回転角度になっている工具を撮影した場合には、１°と２°を、工具回転角度入力部を用いて入力するのである。
【０１２９】
制御装置２０は、第１の出力をした後、工具回転角度入力部で入力された回転角度における工具１２の撮影するために、第２の出力をするように構成されている。
【０１３０】
このような撮影指令の第２の出力がされることで、２回目の撮影（第２群の撮影）がされ、撮影したい回転角度になっている工具１２の画像のみを得ることができる。
【０１３１】
制御装置２０が、第１の出力をした後、工具回転角度入力部で入力された回転角度における工具１２の撮影するために、第２の出力をするように構成されているので、画像データを保存するメモリの節約になる。
【０１３２】
また、工具形状測定装置１ａには、カメラ２２の撮影に同期して発光する発光装置（照明装置；たとえばストロボ）６１が設けられている。そして、制御装置２０によるカメラ２２への撮影指令の出力によって、ストロボ６１が工具１２に向けて光を発するように構成されている。なお、ストロボ６１の発光体（発光源）として、たとえばＬＥＤが採用されている。
【０１３３】
ストロボ６１の発光は、より鮮明な工具１２の静止画像を得るために、また、より短時間で工具１２を撮影するためになされる。カメラ２２のシャッターが開いている時間よりもストロボ６１が発光している時間のほうが短く、カメラ２２のシャッターが開いている時間内にストロボ６１が発光するようになっている。
【０１３４】
すなわち、制御装置２０によるカメラ２２への撮影指令の出力によって、カメラ２２のシャッターが開いている時間内（カメラ２２のシャッターが全開している時間内）に、ストロボ６１が発光するように構成されている。
【０１３５】
換言すれば、制御装置２０によるカメラ２２への撮影指令の出力がされたときに、カメラ２２がただちにシャッターを開く動作を開始するようになっている。ストロボ６１は、カメラ２２がシャッターを開く動作を開始した時刻よりもわずかな時間が経過した時刻であって、しかも、カメラ２２がシャッターを閉じる動作を開始する前に、発光するように構成されている。
【０１３６】
さらに説明すると、主軸回転角度センサ４１の測定によるトリガーでカメラ２２のシャッターとストロボ６１に指示（撮影指令）を与えてもよいが、カメラ２２のシャッターが開ききらないうちにストロボ６１が発光してしまうこともある。これを回避するために、ストロボ６１の発光のタイミングを遅らせる（ディレイを入れる）。そして、十分にシャッターが開ききったタイミングでストロボ６１を発光させるようになっている。
【０１３７】
これにより、カメラ２２のシャッターが開ききらないうちに発光装置６１が発光しないようになっている。また、カメラ２２のシャッターが閉じてしまっている状態、もしくは、閉じている途中の状態で、ストロボ６１が発光しないようになっている。
【０１３８】
ストロボ６１を使用して（ストロボ６１の瞬間的な発光によって）工具１２の静止画を得る場合には、上述したように、遅いシャッタースピードでカメラ２２が工具１２を撮影する。なお、ストロボ６１の発光体としてＬＥＤが採用されている場合においては、ＬＥＤの輝度が高く非常に明るいので、撮影環境をそれ程暗くする必要はない。
【０１３９】
また、ストロボ６１を設けた場合、図７で示すように、回転している工具１２を間にして一方の側にカメラ２２が設置されており他方の側にストロボ６１が設置されている。そして、ストロボ６１が工具１２とカメラ２２とに向けて光を発することで、カメラ２２での工具１２の撮影がされる構成にされている。このとき、ストロボ６１は、工具１２に向けて平行光７９を発するように構成されている。
【０１４０】
これによって、カメラ２２で工具１２を撮影する際に、ストロボ６１はバックライトとして機能し、カメラ２２によって工具１２のシルエットが撮影されるようになっている。
【０１４１】
さらに説明すると、ストロボ６１が発する平行光７９の進行方向はたとえばＸ方向になっており工具１２の回転中心軸Ｃ１に対して直交しており、カメラ２２のレンズ６９の光軸７１もＸ方向に延びている。
【０１４２】
なお、図７で示すように、工具１２に対するストロボ６１、カメラ２２のアライメントを調整するためのアライメント調整装置７３を設けてもよい。図７で示すアライメント調整装置７３は、Ｚ方向に延びている所定の軸回りにおけるストロボ６１の回動角度と、Ｙ方向に延びている所定の軸回りにおけるストロボ６１の回動角度とを調整し、ストロボ６１を回動位置決めすることができるようになっている。また、カメラ２２にも同様のアライメント調整装置が設けられているものとする。
【０１４３】
アライメント調整装置７３が設けられていることで、ストロボ６１が発する平行光７９の進行方向とカメラ２２のレンズ６９の光軸７１とをお互いが平行になるように調整することが容易になる。また、ストロボ６１が発する平行光７９の進行方向がカメラ２２の撮像素子７５の平面に対して直交させることが容易になる。
【０１４４】
次に、ストロボ６１を使用した工具形状測定装置１ａの動作について説明する。
【０１４５】
初期状態では、工具１２が一定の回転速度で回転しており、タイムラグ時間ＴＤは予めもとめられている。また、図７で示すようにストロボ６１とカメラ２２との間に工具１２が位置しており、工具１２に対するストロボ６１とカメラ２２のアライメントの調整もされているものとする。
【０１４６】
上記初期状態で、タイムラグ時間ＴＤを用いて制御装置２０がカメラ２２に撮影指令を出すと、カメラ２２のシャッターが開きストロボ６１が発光しカメラ２２のシャッターが閉じられる。そして、工具１２の最大外形の静止画像が得られる。
【０１４７】
この得られた工具１２の最大外形の静止画像から、工具１２の実際の形状をもとめる。そして、たとえば、制御装置２０に設けられている表示画面（図示せず）に、工具１２の理想形状（目標形状）と工具１２の最大外形の静止画像（ワーク１４を実際に加工する工具１２の形状）とを重ね合わせて表示する。
【０１４８】
工作機械２では、制御装置２０の制御の下、工具１２の実際の形状に応じて工具１２の位置の補正をしつつ、ワーク１４の加工をする。加工は数十時間かかることもある。そのような加工中に、工具１２の形状を工具形状測定装置１、１ａで時々測定して、工具１２の補正に使用したり工具１２の交換が必要か否かのチェックをしたりする。
【０１４９】
なお、加工時の主軸１１の回転数はＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）装置（制御装置２０）でセットする。主軸１１を回転させ加工する回転数になったら、工具形状測定装置１、１ａで工具１２の形状を測定する（加工前）。測定（工具１２の撮影）のトリガーは主軸の回転センサ（エンコーダ）の所定の値、または主軸回転角度センサ４１とする。トリガーと同期して同じタイミングでストロボ６１を発光させると、その回転数で回転中の場合は常に同じ角度の工具１２の画像が撮影できることになる。工具１２を主軸１１から取り外さない限りは回転を停止させ、また元の回転数に戻した場合にも同じタイミングで同じ角度の工具１２の画像を撮影することができる。
【０１５０】
工具形状測定装置１ａによれば、主軸回転角度センサ４１が検出した主軸１１の回転角度に応じてカメラ２２で工具１２を撮影するように構成されているので、工具１２の撮影にかける時間を極力短くすることができる。すなわち、上述した最大回転角度になっているに工具１２の静止画像を１回の撮影で得ることができるので、工具１２を多数回にわたって撮影しこれらの撮影で得られた静止画像をお互いに比較する必要が無い。
【０１５１】
なお、カメラ２２のシャッター速度を遅くして（たとえば、工具１２が１回転する時間よりも長い時間シャッターを開いておいて）工具１２を撮影すると、図８（ａ）で示すように、被写体ブレを起こし工具１２の外周側で工具１２の写り込みが悪くなり、工具１２の輪郭７７がぼやけてしまい、工具１２の形状を正確に得ることができない。
【０１５２】
これに対して、工具形状測定装置１ａを用いれば、図８（ｂ）で示すように、被写体ブレが無くなり、工具１２の輪郭７７がはっきりする。そして、工具１２の正確な形状を得ることができる。
【０１５３】
また、工具形状測定装置１ａによれば、制御装置２０がカメラ２２に撮影指令を出力するタイミングを主軸１１の回転数に応じて変化させるように構成されているので、主軸１１の回転数が変化した場合であっても、工具１２の最大外形の静止画像を容易に得ることができる。
【０１５４】
また、工具形状測定装置１ａによれば、制御装置２０によるカメラ２２への撮影指令の出力によって、ストロボ６１が工具１２に向けて光を発するように構成されているので、カメラ２２のシャッターの開閉で撮影する場合に比べてより短時間で工具１２を撮影することができ、回転している工具１２の鮮明な画像を安価にしかも容易に得ることができる。すなわち、カメラ２２のシャッター速度を早く（シャッターを開いている時間を短く）することに比べて、ストロボ６１の発光時間を短くすることは、安価でしかも容易にすることができるのである。
【０１５５】
また、ストロボ６１を使用しないと、カメラ２２のシャッターの制御では追従できなく、できたとしても非常に高価なカメラとなってしまう。しかし、立ち上がり時間は早くて短い時間の発光が可能であるストロボ６１を使用することで、高速シャッターが可能なカメラに比べて安価なカメラを使用しても、回転している工具１２の鮮明な画像を得ることができる。
【０１５６】
また、工具形状測定装置１ａによれば、回転している工具１２を間にして一方の側にカメラ２２が設置されており他方の側にストロボ６１が設置されており、ストロボ６１が工具１２とカメラ２２とに向けて平行光７９を発することで、カメラ２２での工具１２の撮影がされるので、実際の工具１２の外形と差異が無い、工具１２のシルエットを撮影することができる。
【０１５７】
工具１２のシルエットが静止画像として得られることで、工具１２の外周（縁；輪郭）７７が鮮明になり、工具１２の正確な外形を容易に得ることができる。
【０１５８】
また、工具形状測定装置１ａによれば、主軸回転角度センサ４１が、主軸１１が回転しているときに連続パルス信号を出力するとともに、主軸１１が１回転する毎に１周期のパルス信号を発するように構成されているので、簡素な構成で高速回転している主軸１１の回転速度を容易に検出することができる。
【０１５９】
ところで、工具１２としてエンドミルを掲げているが、エンドミルとして、図９（ａ）で示すボールエンドミルの他に、図９（ｂ）で示すスクエアエンドミルや図９（ｃ）で示すラジアスエンドミルを掲げることができる。
【０１６０】
また、上記説明では、主軸回転角度センサ４１やロータリエンコーダを用いて、主軸１１や工具１２の回転角度や回転速度を検出するようになっているが、ファンクションジェネレータ等の他の機器から、主軸回転角度センサ４１やロータリエンコーダと同様の信号を発して、カメラ２２での撮影をするように構成されていてもよい。
【０１６１】
また、撮影で得られた総ての画像を合成し、工具１２の最大外形の静止画像を得るようにしてもよい。そして、工具１２の最大外形に基づいて工具補正を行うようにしてもよい。
【０１６２】
なお、上記記載内容を工具形状測定方法の発明として把握してもよい。
【０１６３】
すなわち、工作機械の主軸（スピンドル）に設置された工具（たとえばエンドミル）の形状を測定する工具形状測定方法であって、前記主軸の回転角度を検出する主軸回転角度検出工程と、前記主軸回転角度検出工程で検出した前記主軸の回転角度に応じて前記工具をカメラで撮影する撮影工程とを有する工具形状測定方法として把握してもよい。
【０１６４】
この場合において、主軸回転角度検出工程が、前記主軸の回転数（回転角速度）も検出する工程であり、前記撮影工程では、前記撮影をするタイミングを前記主軸の回転数に応じて変化させるようにしてもよい。
【０１６５】
また、前記撮影工程で前記撮影をするときに、発光装置が前記工具に向けて光を発するようにしてもよい。
【０１６６】
また、前記撮影工程で、前記カメラのシャッターが開いている時間内に、前記発光装置が発光するようにしてもよい。
【０１６７】
また、前記回転している工具を間にして一方の側に前記撮影工程での撮影をするカメラが設置されており他方の側に前記発光装置が設置されており、前記発光装置が前記工具（とカメラと）に向けて光を発することで、前記撮影工程での前記カメラによる前記工具の撮影がされるとともに、前記発光装置は、前記工具に向けて平行光を発してもよい。
【０１６８】
また、前記主軸回転角度検出工程が、前記主軸が（一定速度で）回転しているときに連続パルス信号が出力されるとともに、前記主軸が１回転する毎に１周期のパルス信号が出力される工程になっていてもよい。
【０１６９】
また、前記撮影工程として、第１の工程と第２の工程とを設け、前記第１の工程では、前記主軸が所定の角度ずつ回転した状態における複数の画像を撮影し、前記第１の工程での撮影をした後、前記第２の工程で、所定の回転角度になっている前記工具の画像のみを撮影するようにしてもよい。
【０１７０】
特願２０１８−２０３３８６号（出願日：２０１８年１０月３０日） の全内容は、ここに援用される。
【０１７１】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１７２】
１、１ａ  工具形状測定装置
２  工作機械
１１  主軸（スピンドル）
１２  工具（エンドミル）
２０  制御装置
２２  カメラ
４１  主軸回転角度センサ
６１  発光装置（ストロボ）
【図１】
2020090844.tif 000003
【図２】
2020090844.tif 000004
【図３】
2020090844.tif 000005
【図４】
2020090844.tif 000006
【図５】
2020090844.tif 000007
【図６】
2020090844.tif 000008
【図７】
2020090844.tif 000009
【図８】
2020090844.tif 000010
【図９】
2020090844.tif 000011
【図１０】
2020090844.tif 000012
【図１１】
2020090844.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月24日(2021.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、本発明の態様に係る工具形状測定装置では、前記工具を間にして一方の側に前記カメラが設置され、他方の側に前記発光装置が設置されている。前記発光装置が前記工具に向けて光を発することで、前記カメラでの前記工具の撮影がされるとともに、前記発光装置が、前記工具に向けて平行光を発するように構成されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施例の装置構成（第１の実施形態に係る装置）を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施例（第１の実施形態に係る装置）で工具形状を測定しているときの図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る工具形状測定装置で測定される工具の例で２枚刃工具の横断面図である。
【図４】図４は、本発明第１の実施形態に係る工具形状測定装置で測定される工具の他の例で３枚刃工具の横断面図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の第２の実施形態で使用される工作機械の主軸ヘッドの概略構成を示す図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）における略ＶＢ矢視図であり、図５（ｃ）は、主軸回転角度センサで得られる連続パルス信号を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態に係る工具形状測定装置で測定される工具（回転している工具）を示す図であって、工具、カメラ、発光装置を工具の回転中心軸の延伸方向で見た図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態に係る工具形状測定装置における発光装置と工具とカメラとの位置関係を説明する図であって、工具、カメラ、発光装置を工具の回転中心軸の延伸方向で見た図である。
【図８】図８（ａ）は、比較例に係る工具形状測定装置で得られた工具の画像であり、図８（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る工具形状測定装置で得られた工具の画像である。
【図９】図９（ａ）は、工具の例であるボールエンドミルを示す図であり、図９（ｂ）は工具の例であるスクエアエンドミルを示す図であり、図９（ｃ）は工具の例であるラジアスエンドミルを示す図であり、図９（ｄ）はボールエンドミルにおける形状誤差を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る工具形状測定装置における撮影タイムラグを説明する図である。
【図１１】図１１（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る工具形状測定装置で使用される円柱状のダミー工具を示す図であり、図１１（ｂ）は、円柱状のダミー工具の側面の展開図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
２枚刃の工具１２の一方の切れ刃の先端４７は、線状に形成されているが１つの平面上に位置しており、２枚刃の工具１２の他方の切れ刃の先端４７も、上記１つの平面上に位置しているものとする。なお、線状に形成された工具１２の切れ刃の先端４７が、厳密に１つの平面上に位置している必要はなく、概ね１つの平面状に位置していてもよい。たとえば、Ｚ方向で見て、工具１２の１つの切れ刃の先端４７が、中心角が１°〜５°程度である扇形の内側に位置していればよい。なお、上記扇形の２本の線分（半径）が交差している箇所を扇形の中心角形成点とすると、扇形の中心角形成点と工具１２の回転中心軸Ｃ１とはお互いに一致している。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
ボールエンドミル１２は、図９（ａ）で示すように円柱状の基端部４９と半球状の先端部５１とを備えて構成されている。基端部４９の外径と先端部５１の直径とはお互いが一致しており、基端部４９の中心軸Ｃ１の延伸方向（Ｚ方向）の一方の端（下端）に、先端部５１がくっついた形状になっている。半球状の先端部５１の円形の端面（円柱状の基端部４９の円形の平面にくっついている円形状の平面）の中心を、先端部５１の中心Ｃ２とすると、中心Ｃ２は、ボールエンドミル１２の中心軸Ｃ１上に存在している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１６】
なお、上記説明では、主軸１１が１回転する毎に主軸回転角度センサ４１が１周期のパルス信号を発することとしているが、主軸回転角度センサ４１を設けることに代えてもしくは加えてロータリエンコーダ（図示せず）を設けて、主軸１１の回転角度を検出するようにしてもよい。ロータリエンコーダの分解能は主軸回転角度センサ４１の分解能に比べて十分に小さくたとえば、１°程度もしくは０．１°〜５°程度、あるいはそれ以下の分解能になっているものとする。このようなロータリエンコーダを用いれば、適切なロータリエンコーダの値を設置し、その値になった時に撮影指令を出力することで、適切な工具の画像を撮影することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５０】
工具形状測定装置１ａによれば、主軸回転角度センサ４１が検出した主軸１１の回転角度に応じてカメラ２２で工具１２を撮影するように構成されているので、工具１２の撮影にかける時間を極力短くすることができる。すなわち、上述した最大回転角度になっている工具１２の静止画像を１回の撮影で得ることができるので、工具１２を多数回にわたって撮影しこれらの撮影で得られた静止画像をお互いに比較する必要が無い。
【国際調査報告】
2020090844.tif 000014
2020090844.tif 000015
2020090844.tif 000016
2020090844.tif 000017