JP5452974B2 - 被測定物位置検出装置及びその被測定物位置検出装置を備える切削機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えばＮＣ旋盤などの切削機械に使用される被測定物位置検出装置に関し、特に被測定物となるチャック等の熱変位により変位した位置を検出する被測定物位置検出装置及びその被測定物位置検出装置を備える切削機械に関するものである。

例えば、特許文献１には、加工熱や環境の温度変化によっても計測誤差が生じなく、しかも工具の刃先形状や磨耗量、加工物の寸法などをも計測することができる刃先位置計測装置が開示されている。具体的には、数値制御の基準となる加工基準点に対して位置決めされた計測基準面が基準ピースに形成され、計測基準面と工具の刃先との輪郭がカメラによって捕らえられる。捕らえられた輪郭は電気的な画像情報として画像メモリに記憶され、相対位置演算回路は画像情報に基づいて加工基準点および刃先間の相対距離を演算する。即ち、特許文献１では、熱などによる部位の変位の影響を受けずに相対位置を計測できる。

そして、特許文献１の一実施例において、数値制御装置には加工基準点と工具の刃先との間でそれらの相対距離を計測する刃先位置計測装置が設けられている。この刃先位置計測装置は、加工基準点に対する相対位置が予め決められている計測基準面を持つ基準ピースと、計測基準面および刃先の輪郭を画像として捕らえるカメラと、メインプロセッサとを備える。基準ピースは、主軸のチャックに保持される（段落番号「００１５」および図１参照）。

特開平９−２５３９７９号公報

ところで、特許文献１では、工作機械の加工運転を一時停止させた状態で基準ピース（テストピースと同義）を装着させると共に、計測終了後の運転再開処理（基準ピースの取外しなど）が必要となるので、そのための時間および労力が必要となる。即ち、計測処理のために、工作機械の加工運転を停止および運転再開させ且つチャックに対する基準ピースの着脱が手間で煩雑となり、使い勝手が悪い。

また、切削工具の刃先すなわちＮＣテーブルの移動量を測定（即ち、切削工具のベクトル測定）する際の基準は、変動する。即ち、上記基準となる例えばチャックは環境温度などによって熱変位するが、特許文献１を含む従来技術では熱変位に対する解決策が無かった。

更に、特許文献１において、例えばバイトなどの切削工具およびチャックの周面を、カメラの撮像領域に収めて撮像（以下、一望視ともいう）する場合、一般的にチャック外周面の汚れや錆などの状態によって切削工具とチャックとの相対位置を正確に計測することが困難である。即ち、カメラの撮像時にはチャック周囲が暗いので投光した状態で撮像する必要があるが、その投光に基づきチャック外周面の曲率（即ち、曲面の反射光）によってチャックの外径を小さく撮像する場合がある。なお、チャックなどを特殊加工させると、高精度に撮像することができるが、高価などとなる。

本発明の目的は、回転体である被測定物の熱変位により変位した位置を簡易な構成で且つ正確に検出し得る被測定物位置検出装置及びその被測定物位置検出装置を備える切削機械を提供することにある。

本発明に係る被測定物位置検出装置は、回転可能に配置される被測定物である爪付きチャックの熱変位により変位した位置を検出する検出手段を備え、且つ上記チャックを構成する金属と同一性ある材質で上記チャックよりも径大な補助体を、上記チャックに連接して配置させ、上記検出手段は、静止時および回転時の少なくとも一方における上記補助体と対向し、上記補助体を介して上記チャックの熱変位により変位した位置を検出することを特徴とする。また、上記被測定物位置検出装置においては、上記検出手段を上記補助体に対して移動させるようにしても良い。

上記各被測定物位置検出装置においては、上記検出手段は上記チャックにおけるＸ方向の位置を検出するＸ方向センサおよびＺ方向の位置を検出するＺ方向センサとし、上記各センサを、上記補助体に対する検出位置の基準となる段部が形成される基準手段にそれぞれ配置しても良い。また、本発明に係る被測定物位置検出装置に、上記チャックの温度を検出する接触式の温度センサをさらに上記検出手段と共に設けるようにしても良い。更に、本発明に係る被測定物位置検出装置及びその被測定物位置検出装置を備える切削機械は、上述した各被測定物位置検出装置による検出データに基づき、切削工具の切削位置を演算することを特徴とする。

本発明に係る被測定物位置検出装置及びその被測定物位置検出装置を備える切削機械は、上述する各被測定物位置検出装置において、被写体を撮像する撮像手段と、上記被測定物に対する検出位置の基準となる段部が形成される基準手段に上記撮像手段の位置誤差を測定する基準部とを備え、上記撮像手段は上記基準部及び上記切削工具を被写体として同一の撮像領域内に撮像し、この撮像した画像データに基づき切削工具の切削位置を演算するようにしても良い。また、本発明に係る被測定物位置検出装置及びその被測定物位置検出装置を備える切削機械は、上述する各被測定物位置検出装置において、異なる撮像位置での被写体にそれぞれ対応する光路を分離する光路分離手段および上記光路分離手段における同一の光路上に配置される撮像素子を備え、上記光路分離手段は一方の撮像位置での上記被写体を撮像する際には他方の撮像位置での光路を遮断させる撮像装置と、上記被測定物に対する検出位置の基準となる段部が形成される基準手段に上記撮像装置の位置誤差を測定する基準部とを備え、上記撮像装置は、上記一方の光路における一方の撮像位置での上記基準部及び上記一方の撮像位置での切削工具を被写体として同一の撮像領域内に撮像し、或いは上記一方の光路における上記一方の撮像位置での上記基準部を被写体として撮像すると共に上記他方の光路における他方の撮像位置での切削工具を光路切換えの時間差をもって撮像し、この撮像した画像データに基づき切削工具の切削位置を演算するようにしても良い。

本発明に係る被測定物位置検出装置を備える切削機械は、回転可能に配置される被測定物の熱変位により変位した位置を検出する検出手段を備え、上記検出手段は静止時および回転時の少なくとも一方における上記被測定物と対向して位置を検出する被測定物位置検出装置において、被写体を撮像する撮像手段と、上記被測定物に対する検出位置の基準となる段部が形成される基準手段に上記撮像手段の位置誤差を測定する基準部とを備え、上記撮像手段は上記基準部及び上記切削工具を被写体として同一の撮像領域内に撮像し、この撮像した画像データに基づき切削工具の切削位置を演算することを特徴とする。また、本発明は、回転可能に配置される被測定物である爪付きチャックの熱変位により変位した位置を検出する検出手段を備え、且つ上記チャックを構成する金属と同一性ある材質で上記チャックよりも径大な補助体を、上記チャックに連接して配置させ、上記検出手段は、静止時および回転時の少なくとも一方における上記補助体と対向し、上記補助体を介して上記チャックの熱変位により変位した位置を検出する被測定物位置検出装置において、被写体を撮像する撮像手段と、上記補助体に対する検出位置の基準となる段部が形成される基準手段に上記撮像手段の位置誤差を測定する基準部とを備え、上記撮像手段は上記基準部及び上記切削工具を被写体として同一の撮像領域内に撮像し、この撮像した画像データに基づき切削工具の切削位置を演算する。更に、本発明は、回転可能に配置される被測定物の熱変位により変位した位置を検出する検出手段を備え、上記検出手段は静止時および回転時の少なくとも一方における上記被測定物と対向して位置を検出する被測定物位置検出装置において、異なる撮像位置での被写体にそれぞれ対応する光路を分離する光路分離手段および上記光路分離手段における同一の光路上に配置される撮像素子を備え、上記光路分離手段は一方の撮像位置での上記被写体を撮像する際には他方の撮像位置での光路を遮断させる撮像装置と、上記被測定物に対する検出位置の基準となる段部が形成される基準手段に上記撮像装置の位置誤差を測定する基準部とを備え、上記撮像装置は、上記一方の光路における一方の撮像位置での上記基準部及び上記一方の撮像位置での切削工具を被写体として同一の撮像領域内に撮像し、或いは上記一方の光路における上記一方の撮像位置での上記基準部を被写体として撮像すると共に上記他方の光路における他方の撮像位置での切削工具を光路切換えの時間差をもって撮像し、この撮像した画像データに基づき切削工具の切削位置を演算する。なお、上記各被測定物位置検出装置を備える切削機械は、上記検出手段を上記被測定物に対して移動させても良い。また、上記検出手段を上記被測定物におけるＸ方向の位置を検出するＸ方向センサおよびＺ方向の位置を検出するＺ方向センサの少なくとも一方とし、上記センサを上記被測定物に対する検出位置の基準となる段部が形成される基準手段に配置しても良い。更に、上記被測定物位置検出装置に、上記被測定物の温度を検出する温度センサを設けるようにしても良い。また、上述する各被測定物位置検出装置による検出データに基づき、切削工具の切削位置を演算するようにしても良い。更に、本発明に係る被測定物位置検出装置を備える切削機械は、上述した各変形例の構成の内、１つの変形例または２つ以上の変形例を組合せるパターンとしても良い。

本発明に係る被測定物位置検出装置では、検出手段が静止時および回転時の少なくとも一方における爪付きチャックよりも径大な補助体と対向し、補助体を介してチャックの熱変位により変位した位置を検出する。即ち、本発明に係る被測定物位置検出装置によれば、検出手段を回転可能に配置されるチャック（補助体）に対向する構成なので、簡易で且つ正確に被測定物の熱変位により変位した位置を検出し得る。また、本発明に係る被測定物位置検出装置によれば、温度センサを接触式にすると共に、検出手段で熱変位により変位した補助体の位置を検出し得るので、補助体の温度に対応する位置データ（膨張率または収縮率に基づく変位量のデータと同義）をも検出し得る。更に、本発明に係る被測定物位置検出装置を備える切削機械によれば、検出手段が静止時および回転時の少なくとも一方における被測定物と対向し、被測定物の熱変位により変位した位置を検出するので、この検出（位置）データに基づき切削工具を精度良く切削位置へ移動し得る。

また、本発明に係る被測定物位置検出装置を備える切削機械によれば、テスト材（従来例のようなテストピースを含む）を用いることなく、検出装置の検出データに基づき、切削工具の相対ベクトル（切削工具全体の位置）を正確に検出し得る。更に、本発明に係る被測定物位置検出装置を備える切削機械によれば、被測定物の位置データなどを、回転する被測定物とは別部材である検出装置を介して出力させることができるので、例えばブラシホルダーなどを不要にできる。

本発明に係る実施例１の単軸タイプのターレット旋盤を示す正面図である。 図１に示すターレット旋盤の主要部を示す側面図である。 図２に示す撮像装置に関する図であり、（Ａ）はその撮像装置の端面図、図３（Ｂ）はそのシャッターの平面図である。 図３（Ａ）に示す撮像装置が隔壁に配置されている状態を示す端面図である。 実施例１に係る位置検出装置でチャックの位置を検出する図である。 図５に示すバイトに係る画像取込位置の初期データ（ベクトルデータ）を取得する手順説明図である。 実施例２に係る位置検出装置でチャックの位置を検出する図である。 実施例２の位置検出装置の要部を示す図である。 他の変形例に係る位置検出装置を示す図である。 刃先清掃装置を示す図である。 図１０に示す刃先清掃装置の側面図であり、（Ａ）〜（Ｅ）はその清掃状態を示す図である。 図１０に示す刃先清掃装置の側面図であり、（Ａ）〜（Ｅ）はその清掃状態を示す図である。 他の変形例に係る刃先清掃装置を示す図である。 他の変形例に係る刃先清掃装置の側面図であり、（Ａ）〜（Ｅ）はその清掃状態を示す図である。 図１に示すターレット旋盤のブロック図である。 図１に示すターレット旋盤に係るバイト画像処理モードに関するフローチャート図である。 切削工具の検査様子を示す図である。 切削工具の検査様子を示す図である。 切削工具の検査様子を示す図である。 切削工具の検査様子を示す図である。 切削工具の検査様子を示す図である。 切削工具の検査様子を示す図である。 切削工具の検査様子を示す図である。 切削工具の検査様子を示す図である。 切削工具の検査様子を示す図である。 切削工具の検査様子を示す図である。 切削工具の検査様子を示す図である。 切削工具の検査様子を示す図である。 切削工具の検査様子を示す図である。 切削工具の検査様子を示す図である。 切削工具の検査様子を示す図であり、（Ａ）はそのチップのエッジを求める様子を示す図、（Ｂ）〜（Ｄ）はチップのノーズを求める様子を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、具体化した実施例１及び実施例２を説明する。

以下、図１乃至図６に基づいて、本発明の実施例１である被測定物位置検出装置及びその被測定物位置検出装置を備える切削機械について説明する。なお、実施例１の切削機械は、単軸タイプのターレット旋盤（以下、単に旋盤という）Ｓとして説明する。

（旋盤Ｓの概略構成）
図１に示すように、旋盤Ｓ内には、軸線がＺ軸方向（水平方向）と平行になるように固定された主軸台１０と、Ｚ軸方向に平行な方向及びＺ軸方向と直交し垂直方向に対し６０度後方に傾斜したＸ軸方向に平行な方向に移動可能なターレット装置２０とが対向するように配置されている。主軸台１０には、主軸１１がＺ軸方向と平行な軸線の回りに回転可能に支持されている。主軸１１は、図示しない主軸駆動モータによって回転駆動されるようになっている。主軸１１のターレット装置２０側の先端部には、被加工物であるワークＷを把持するチャック１２が取り付けられている。このような構成の主軸台１０及び主軸駆動モータは、ベッド１３上に配置されている。

ターレット装置２０には、取付台であるターレット刃物台（以下、単に刃物台という）２１がＺ軸方向と平行な軸線の回りに回転割出し可能に設けられている。刃物台２１上には、複数の切削工具２５，２６（図５参照）が円周上等角度間隔に取り付けられている。このような構成のターレット装置２０は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向へスライド可能に配置されている。なお、ターレット装置２０は、ＮＣテーブル５０のＮＣモータ５２（図１５参照）によってボールねじ機構（図示省略）を介して移動する。即ち、ターレット装置２０は、固定配置された主軸台１０に対して移動する。一方、刃物台２１は、図示しないターレットモータによって回転駆動する。

図１に示すように、旋盤Ｓ内には、主軸台１０とターレット装置２０を覆うカバー１４が設けられ、カバー１４内には、主軸台１０側とターレット装置２０側と仕切る隔壁１５が設けられている。この隔壁１５は、刃物台２１上の図５に示す切削工具２５，２６によってチャック１２に把持されたワークＷの外周または端面などを切削加工する際に、飛散する切削粉や切削液などが主軸台１０などに付着しないようにするために設けられている。即ち、この隔壁１５で仕切られた主軸台１０側が隔離ゾーンＳ１となっており、ターレット装置２０側が加工ゾーンＳ２となっている。

主軸１１は隔壁１５に設けられた孔から加工ゾーンＳ２側に突き出され、その主軸１１の先端にチャック１２が取り付けられている。図５に示す被測定物位置検出装置（以下、位置検出装置ともいう）１８は、チャック１２に対向するように配置され、図１及び図２に示す撮像装置２７の位置誤差を測定するものである。この位置検出装置１８は、内径加工バイト２５と外径加工バイト２６の両方に共通して使用する。

（撮像装置２７に関する構成）
図１及び図２に示すように、旋盤Ｓ内には、撮像装置２７が隔離ゾーンＳ１と加工ゾーンＳ２との間をスライド可能に配置されている（図４参照）。この撮像装置２７は、被写体となる切削工具（以下、バイトともいう）２５，２６の例えば図５に示すチップ２５Ａ，２６Ａ（バイト等のチップでない切削工具のときは刃先）などを撮像する。即ち、撮像装置２７は、チップ２５Ａ，２６Ａなどを撮像する際には加工ゾーンＳ２側へスライドし、撮像が終了すると隔離ゾーンＳ１側へスライドする。なお、撮像装置２７で撮像した画像データは、中央処理装置であるＣＰＵ６０（図１５参照）へ出力するように構成されている。そして、ＣＰＵ６０は、チップ２５Ａ，２６Ａの変位などを照合・演算し、それらの結果に基づいて切削工具の加工位置を補正する。

図３（Ａ）に示すように、撮像装置２７の筐体２７Ａは撮像スペース（レンズ室ともいう）２８Ａ及び防塵スペース（シャッタ室ともいう）２８Ｂに区画されている。具体的には、角筒状の筐体２７Ａのレンズ室２８Ａには、例えば５００万画素のカメラ（撮像素子であるＣＣＤ３０Ａを含む）３０と，撮像レンズ体２９と，フルミラー３１Ａと，ハーフミラー３１Ｂとが収納されている。
このハーフミラー３１Ｂは、撮像レンズ体２９及びフルミラー３１Ａの間に配置されており、入射する被写体光を一部反射し一部投下するミラーである。なお、ハーフミラー３１Ｂ（ビームスプリッターともいう）には、平板型，プリズム型，ウエッジ基板型などのミラーを含む。

上述したフルミラー３１Ａとハーフミラー３１Ｂは、それぞれの撮像光学系の視野が同一サイズとなるように配設している。即ち、それぞれの被写体を交互に撮像できるように、フルミラー３１Ａ及びハーフミラー３１Ｂは配設されている。例えばフルミラー３１Ａで図３（Ａ）の２点鎖線に示す被写体（チップ）２３Ａを撮像する際にはハーフミラー３１Ｂの光路を遮断し、ハーフミラー３１Ｂで被写体（チップ）２４Ａを撮像する際にはフルミラー３１Ａの光路を遮断するように構成している。

従って、カメラ３０の撮像レンズ体２９と２つの被写体（例えばバイト２３，２４など）との間の光路を一対のミラー３１Ａ及び３１Ｂでそれぞれ直角に屈曲させ、１つの視野領域（撮像領域と同義）の範囲で被写体を撮像する。そして、図３に示すように、１つの視野領域で例えばバイト２３のチップ２３Ａを先ず撮像し、且つ上記撮像後に１つの視野領域でバイト２４のチップ２４Ａを引続き撮像する。

なお、図１に示す光源４３または４４が撮像装置２７の反対側より発光（即ち、バックライト照明と）し、撮像はバイト２３または２４のすくい面（即ち、切削線で輪郭される面）側から行う。そして、ＣＰＵ６０は、画像処理してシルエットのモノクロ（又はカラー写真）データとして記録する。この場合、フロントライト画像処理を行うようにしても良い。また、視野領域は、５００万画素のカメラを用いた場合において、短辺は１７ｍｍ（２０００画素）、長辺は２１．５ｍｍ（２５００画素）となっている。

レンズ室２８Ａ及びシャッター室２８Ｂの間には、焦点合わせレンズ３３がフルミラー３１Ａに対応する光路上に、透明の防護ガラス３４がハーフミラー３１Ｂに対応する光路上にそれぞれ配置されている。ここで、焦点合わせレンズ３３は、２系列の焦点距離ＬＡ（例えば１００ｍｍ）を合わせるものである。なお、レンズ室２８Ａは、常時所定気圧たとえば＋０．１５ＭＰａに保持されている。

また、レンズ室２８Ａ及びシャッター室２８Ｂの間には孔２７Ｂが形成されており、この孔２７Ｂからシャッター室２８Ｂへ圧縮空気（以下、エアーともいう）が送られる。即ち、常時シャッター室２８Ｂは、レンズ室２８Ａよりも低い加圧状態たとえば＋０．１１ＭＰａに加圧されている。従って、シャッター室２８Ｂが加圧されているので、クーラント液または切粉などが、シャッター室２８Ｂへ流入するのを防止する。なお、レンズ室２８Ａには図示しないエアー接続口が配置されており、このエアー接続口およびコンプレッサ（図示省略）の間はコンプレッサで生成されるエアーを供給するエアー通路となっている。そして、後述するシャッター３８又は３９を開放する前から閉鎖完了までの間、エアーをレンズ室２８Ａへ噴出し続ける。

シャッター室２８Ｂの焦点合わせレンズ３３及び防護ガラス３４に対向する部位には、開口２７Ｃ及び２７Ｄがそれぞれ形成されている。切換手段であるシャッター３８及び３９は、筐体２７Ａとその支持片２７Ｅ間にスライド可能に配置されており、開口２７Ｃまたは２７Ｄを開閉する。即ち、上述した光路を遮断するシャッター３８または３９は、上述したエアー通路のエアーを用いて、スライドするように構成されている。また、支持片２７Ｅには、開口２７Ｆ及び２７Ｇが、開口２７Ｃ及び２７Ｄに対向するように形成されている。

図３（Ｂ）に示すように、シャッター３８はその平面形状が帯状となっており、シャッター３９はその平面形状が略Ｌ字状となっている。そして、シャッター３８及び３９は、開口２７Ｇ及び２７Ｆに対向するように移動し、開口２７Ｃ及び２７Ｄを開閉する。

即ち、シャッター３８及び３９は、それぞれの光路を開放し、図３に示す被写体となる切削工具２４のチップ２４Ａ（図面では２点鎖線で示す）をカメラ３０で撮像する。そして、シャッター３８及び３９は、クーラント液または切粉などがシャッター室２８Ｂへ流入するのを防止するために、閉止している。また、シャッター３８及び３９は、常には閉止しており、且つ同時に光路を開放しない。なお、シャッターは、例えば電圧のオン・オフの切換えで開閉する液晶シャッター又は光路切換え機構などを適用しても良い。

図１及び図２に示すように、撮像装置２７の各ミラー３１Ａ及び３１Ｂ（図３参照）に対向する光路上の位置には、照明用の光源４３及び４４がそれぞれ配置されている。これらの光源４３及び４４は、例えば発光ＬＥＤなどで構成されている。

（撮像装置２７のスライド機構に関する概略構成）
図１及び図４に示すように、撮像装置２７は、隔壁１５の所定箇所に配置されており、図示しないスライド機構（例えばエアー通路のエアーで作動するシリンダ等）が連結されている。そのため、上述したように撮像装置２７は、隔離ゾーンＳ１と加工ゾーンＳ２との間をスライドし、切削加工直前には加工ゾーンＳ２から隔離ゾーンＳ１へ後退する。撮像装置２７を後退させる理由は、切削加工のターレット装置２０に搭載するバイト等との干渉を防止すると共に、撮像装置２７が切削作業中における作業者の視覚障害を回避し作業性を向上させるためである。

また、図４に示すように、撮像装置２７と隔壁１５との間には、合成樹脂製（例えばウレタンゴム製）のシールカバー４０が配置されている。即ち、撮像装置２７は、シールカバー４０に嵌め込まれる状態で保持されている。このシールカバー４０には、スライド時の撮像装置２７が加工ゾーン内の切粉を挟んだりするのを防止すると共に、クーラント液が隔離ゾーンＳ１内へ滲み込むのを防止するものである。

更に、撮像装置２７の回りを囲うような導口４０Ａが開口されている。そして、エアーは図示しないエアー通路から導口４０Ａへ送出し（図４の矢印参照）、撮像装置２７とシールカバー４０との隙間からエアーが吹き出るようになっている（図４の太線矢印参照）。

なお、撮像装置２７が隔離ゾーンＳ１へ後退している位置（図４の実線に示す待機位置）では、撮像装置２７の先端（シールカバー４０に対向する部位）が、シールカバー４０より若干加工ゾーンＳ２へ突出する状態あるいは面一になるように予め設定されている。

（位置検出装置１８に関する構成）
図５に示すように、チャック１２の先端にはフランジ６６が連結されており、このフランジ６６はチャック１２の直径よりも若干だけ大径となっている。なお、補助体であるフランジ６６は、チャック１２を構成する金属（鋼）と同一材質で成形されている。また、フランジ６６には、図１に示すワークＷを挟持する複数個の爪１７（図５参照）が配置されている。

一方、基準手段である位置検出装置１８の先端には薄肉状の段部１８Ａが形成されており、段部１８ＡのＺ面にはＸ方向の距離を検出する（Ｘ方向）光センサ６８が配置されている。また、段部１８ＡのＸ面には、Ｚ方向の距離を検出する（Ｚ方向）光センサ６９が配置されている。光センサ６８および６９にはリード線が配線され、図１５に示すＣＰＵ６０を含む制御装置に接続されている。光センサ６８および６９は、その発光素子から光を射出（発光と同義）すると共に、その反射光を受光素子で受光することにより（図５参照）、被測定物たとえば図５に示すフランジ６６の距離を検出データ（例えば、発光から反射光の受光時間のデータ）としてＣＰＵ６０へ出力する。

そして、位置検出装置１８の光センサ６６及び６９は、フランジ６６にそれぞれ対向するように配置される（図５の実線参照）。即ち、位置検出装置１８は、上述した撮像装置２７と同様に、待機位置（図５の２点鎖線に示す位置）および検出位置（図５の実線に示す位置）に亘ってスライド可能に配置されている。そして、測定時に待機位置から検出位置へと移動した位置検出装置１８は、図５の実線で示すように、光センサ６８及び６９がフランジ６６の外周面に所定間隔をもって対向し、光センサ６８及び６９とフランジ６６との距離（Ｘ距離およびＺ距離）を検出する。

なお、図３Ａに示す撮像装置２７は、図５に示すように、位置検出装置１８の基準部（即ち、段部１８Ａの先端）１８B及びバイト２６のチップ２６Ａが、撮像装置２７（図３Ａ参照）の視野領域に収めて撮像（一望視と同義）できるよう配置される。また、外径用のバイト２６はチップ検出時に撮像装置２７の一望視Ａエリア（図中では「Ａ枠」という）内の所定位置に移動するように予め設定されていると共に、内径用のバイト２５はチップ検出時に撮像装置２７の一望視Ｂエリア（図中では「Ｂ枠」という）内の所定位置に移動するように予め設定されている。更に、本例は光センサ６８及び６９を配置面から突出させているが、光センサ６８及び６９は配置面に対して面一または埋設させても良い。

（バイト２６に係る画像取込位置の初期データを取得する手順）
図６に基づき、バイト２６に係る画像取込位置の初期ベクトルデータを取得する手順について説明する。この初期ベクトルデータ設定モードは、図１に示す旋盤Ｓにおける機械製造時の調整工程（初期化時）で行う処理である。

そして、この処理データに基づき、図１５に示すＣＰＵ６０は、キャリブレーションサイクル時などに、変動するベクトル値を検出し演算する。ここで、キャリブレーションサイクルは、切削の精度を所定水準に維持する補償値を得るため、図１に示す旋盤Ｓの稼動時に強制的に所定間隔を設けて検査を行うことである。即ち、キャリブレーションサイクルは、旋盤Ｓの運転が開始した後に行う検査である。

まず、初期ベクトルデータ設定モードでは、図６に示すテスト材９０を用いて、バイト２６を手動でカメラ３０（図３Ａ参照）の一望視Ａエリア内に移動させる。バイト２６が一望視Ａエリア内へ移動していない場合には、画像処理を行い、図６に示す一望視Ａエリア中心との差すなわちオフセット値をＣＰＵ６０（図１５参照）は演算する。ＣＰＵ６０は、オフセット値が許容範囲内（例えば１００μｍ以内）か否かを判断し、許容範囲外であればバイト２６を許容範囲内になるよう移動させる。この処理は、バイト２６が許容範囲内に収まるまで続けられる。

そして、許容範囲内（その時の一望視Ａエリア中心の位置をＣとする）であれば、ＣＰＵ６０は、画像認識に基づきチップ２６Ａの先端に対する位置検出装置１８の基準部１８Ｂ（図５参照）のベクトル値Ｆ１を演算する。引続き、ＣＰＵ６０は、位置検出装置１８に対するフランジ６６の周端のベクトル値Ｆ２を演算する。即ち、このベクトル値Ｆ２は、上述した光センサ６８及び６９とフランジ６６との距離（Ｘ距離およびＺ距離）に基づいて演算する。

最後に、ＣＰＵ６０は、位置検出装置１８に対するテスト材９０原点のベクトル値Ｆ３を演算する。なお、ベクトル値Ｆ３は、初期化時に求める固定値である。また、ＮＣテーブル５０（図１５参照）の原点に対する加工時のチップ２６Ａ先端のベクトル値Ｍは、手動でワークＷ（図１参照）におけるテスト材９０を仕上げ切削（切り込み量を少なくして切削）して、初期化時のＮＣテーブル５０の位置データに基づいて得る。更に、初期化時には、ワーク原点に対するワークＷ（図１参照）のベクトル値ＷＬ即ちテスト材９０の切削時に得られる測定値を、例えばマイクロメータなどでテスト材９０の寸法ＷＬ（具体的には図６に示すＷｘ，Ｗｚの値）として得る。

そして、初期化時には、ベクトル値Ｍ，ＮＣ移動量Ｃ，ベクトル値Ｆ１，ベクトル値Ｆ２，ベクトル値ＷＬをベクトル式（Ｍ＝Ｃ＋Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋ＷＬすなわちＦ３＝Ｍ−Ｃ−Ｆ１−Ｆ２−ＷＬ）へ代入し、ベクトル値Ｆ３を演算する。ここで、Ｃ値は、初期化時などに移動するＮＣテーブル５０（図１５参照）の原点に対する画像認識点でのチップ２６Ａ先端のＮＣ移動量を表す。なお、Ｃ値はバイト毎に異なり、Ｆ３値も一台のターレット装置に一つのみ存在する。また、テスト材９０は、直径と端面がそれぞれ一箇所あれば適用できる。更に、各バイトのＣ値およびＭ値を求め、記録媒体たとえば図１５に示すＲＡＭ６４にそれぞれ記録する。

一方、キャリブレーションサイクル時には、ベクトル値Ｆ１およびベクトル値Ｆ２を演算する。即ち、ベクトル値Ｆ２は、上述したように、位置検出装置１８を待機位置（図５の２点鎖線参照）から検出位置（図５の実線参照）にスライドさせた後、光センサ６８（６９を含む）から光を射出およびその反射光（図５参照）に基づき、図１５に示すＣＰＵ６０は光センサ６８及び６９とフランジ６６との距離（Ｘ距離およびＺ距離）を演算する。

そして、加工対象となるワークＷ（図１参照）のベクトルＭは、予め設定されている。即ち、実際には上述したＭ＝Ｃ＋Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋ＷＬより演算したＭ値に基づき、図１５に示すＮＣテーブル５０を図６に示すＭの場所へ移動させて切削加工させる。

即ち、キャリブレーションサイクル時には、図６に示すテスト材９０（従来例のようなテストピースを含む）を用いることなく、位置検出装置１８の検出（位置）データに基づき、切削工具の相対ベクトル（切削工具全体の位置）を正確に検出し得る。なお、鋼で形成されるチャック１２の熱膨張率は、１．１５×１０^−５であるので、１℃変化すると直径３００ｍｍのチャックは３μｍ増減する。

（本実施例の作用）
位置検出時には、図５の実線で示すように、位置検出装置１８を待機位置から検出位置へスライドさせる。そして、光センサ６８及び６９がフランジ６６の外周面に対し所定間隔をもって対向した後に、光センサ６８および６９の発光素子はフランジ６６の外周面に対して発光する。フランジ６６からの反射光を光センサ６８および６９の受光素子が受光すると、位置検出装置１８は熱変位で膨張または収縮したフランジ６６の位置を検出データ（例えば、発光から反射光の受光時間のデータ）としてＣＰＵ６０へ出力する。

即ち、ＣＰＵ６０は、光センサ６８及び６９とフランジ６６との距離（Ｘ距離およびＺ距離）を検出し、チャック１２の熱変位に対応するベクトルＦ２を演算してＭ値に基づきＮＣテーブル５０をＭ（図６参照）へ移動させる。従って、本実施例によれば、位置検出手段１８を回転可能に配置されるフランジ６６（チャック１２と同義）に対向する構成なので、簡易で且つ正確にチャック１２の熱変位により変位した位置を検出し得る。

また、本実施例によれば、位置検出装置１８が被測定物であるチャック１２の熱変位に対応する位置を正確に検出するので、チップ２５Ａまたは２６Ａを精度良く切削位置へ移動し得る。そして、被測定物の位置を検出した後、位置検出装置１８は待機位置へスライドする。

更に、本実施例によれば、光センサ６８および６９にはリード線が配線されＣＰＵ６０に接続されているので、位置検出装置１８から制御装置（図示省略）まで簡単に導出させることができる。即ち、本実施例によれば、チャック１２の位置データなどを、回転するチャック１２とは別部材である位置検出装置１８を介して出力させることができるので、例えばブラシホルダーなどを不要にできる。

なお、チップ検出時には、図５に示すように、位置検出装置１８の基準部１８Ｂ及びバイト２６のチップ２６Ａを図３Ａに示すカメラ３０の視野領域に収めて撮像する。また、チップ検出時には、図４に示すように、撮像装置２７を隔離ゾーンＳ１から加工ゾーンＳ２へスライドさせると共に、図１に示す光源４３及び４４を発光させる。

そして、図５に示すバイト２６のチップ２６Ａを検出する場合、撮像位置（図４の破線で示す状態）の撮像装置２７は、図３に示すように、シャッター３８をスライドさせハーフミラー３１Ｂ側の光路を開放する。カメラ３０は、一望視Ａエリア内に位置する被写体である位置検出装置１８の基準部１８Ｂ及びチップ２６Ａを撮像する。即ち、シャッター３９側の光路を遮断しているので、ハーフミラー３１Ｂは一望視Ａエリアの被写体光をカメラ３０へ反射させる。

一方、図５に示すバイト２５のチップ２５Ａを検出する場合（この場合バイト２６は一望視Ａエリアには無い）、図３に示すように、先ずシャッター３８をスライドさせハーフミラー３１Ｂ側の光路を開放する。カメラ３０は、一望視Ａエリア内に位置する被写体である位置検出装置１８の基準部１８Ｂを撮像する。撮像後直ちに、シャッター３８を閉止させると共に、シャッター３９をスライドさせフルミラー３１Ａ側の光路を開放する。シャッター３８及び３９の切換えは、その切換え瞬間の時間差（略同時と同義）たとえば０．５秒で行う。

そして、カメラ３０は、図５に示すように、一望視Ｂエリア内に位置する被写体であるバイト２５のチップ２５Ａを撮像する。即ち、シャッター３８側の光路を遮断しているので、フルミラー３１Ａは一望視Ｂエリアの被写体光をカメラ３０へ反射させる。この際、 ハーフミラー３１Ｂはフルミラー３１Ａで反射された被写体光を透過するので、カメラ３０は一望視Ｂエリア内の被写体のみを撮像する。そして、その後の画像処理および照合処理などは、例えば特願２００９−３８１８５号に記載する切削加工位置の補正処理を行う。

なお、本例では位置検出装置１８をスライド可能に配置させているが、位置検出装置１８を常に検出位置（図５の実線参照）に固定させるようにしても良い。また、本発明に係る検出手段は、光センサの他に、非接触式のエアーマイクロメータや接触式の差動トランス等でも、同様に適用できる。この場合、検出手段は被測定物たとえばチャックなどの静止時または回転時でも、チャックの熱変位により変位した位置を検出しても良い。

更に、図５に示すチップ２５Ａ，２６Ａのエッジは、後述する例えば切削線用のシークラインを用いて求めることができる。このシークラインとは、２次元仮想画面内に設定された長さと傾きが自由な線分で、その線方向の中心位置に対するエッジの位置を求めるものである。

図７及び図８を用いて、本発明に係る位置検出装置の実施例２を説明する。但し、上記実施例１の図５に示す位置検出装置１８と実質的に同一部分については同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として異なる部分について説明する。なお、実施例２は、実施例１と同一の光センサ６８及び６９が配置されている（図８参照）。

実施例２は、図８に示すように、接触式の温度センサ７０を、光センサ６９に並列状に配置した例である。即ち、本実施例は、温度センサ７０でチャック１２の温度を検出する例である。

温度センサ７０は、円柱状の接触子７１がスライド可能に配置されており、接触子７１が被測定物たとえばフランジ６６に接触することによってフランジ６６の温度データをＣＰＵ６０（図１５参照）へ出力する。即ち、スライド可能に配置される接触子７１はフランジ６６に当接し、温度センサ７０内に押込められて没入する構成となっている。

本実施例において、位置検出時に、温度センサ７０の接触子７１がフランジ６６に接触するので、温度センサ７０はフランジ６６の温度データをＣＰＵ６０へ出力する。即ち、本実施例によれば、温度センサ７０が被測定物であるフランジ６６（チャック１２）の温度に対応する位置データ（膨張率または収縮率に基づく変位量のデータと同義）をも検出するので、チップ２５Ａまたは２６Ａを精度良く切削位置へ移動させ切削し得る。その他の構成及び作用効果は、実施例１と同様である。温度センサは、接触式の他に非接触式であっても、同様に適用できる。

なお、上記各実施例では、図９に示すように、チャック１２にフランジを設けることなく、センサ６８及び６９をチャック１２の外周面に対し所定間隔をもって対向し得るように、位置検出装置１８を配置させても良い。また、上記各実施例において、位置検出を光センサ６８または６９の一方のみとしても良く、例えばＸ方向の光センサ６８のみを配置するようにしても良い。更に、位置検出装置１８の移動方向は、図面の左右方向または上下方向のみではなく、これらの組み合わせなど移動方向は問わない。

（刃先清掃装置に関する構成）
以下、図１０乃至図１４に基づき、刃先などの被清掃物を清掃する被清掃物清掃装置に関する構成を説明する。なお、上記実施例１の図５に示す位置検出装置１８と実質的に同一部分については同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として異なる部分について説明する。

（技術分野）
この技術分野は、切削工具の刃先たとえばチップなどを清掃する被清掃物清掃装置および被清掃物清掃装置を備える切削機械に関するものである。

（背景技術）
特開平１０−９６６１６号公報には、エアーガンが配置されるロボット制御装置を切削工具たとえばミルの回りに移動させると共に、ミルのチップに付着している切粉等を上記エアーガンによって除去する構成が開示されている（段落番号「００６０」参照）。なお、上記公開公報は、ストラクチャライトユニットの投光窓からスリットをチップに投光し、撮影窓を通してカメラ撮影（即ち、画像処理）を行って工具チップの磨耗などを自動検査するものである。

（解決しようとする課題）
上記公開公報等において、上述した画像処理後に切削工具の磨耗などを検査する際、微細な切粉等も出来るだけ清掃する必要がある。また、熱変位により切削工具の切削位置を検出する場合（例えば特許文献１などを含む）、例えばある基準線を用いて位置検出する際にも、同様に微細な切粉等などを出来るだけ除去する必要がある。

そして、上記公開公報において、ミルのチップに付着した微細な切粉等を、一般に通常のエアーガンで漫然と吹き飛ばすのみでは除去できず、そのため切削工具の刃先位置を正確に検出するのが困難となる。

そこで、以下に説明する被清掃物清掃装置は被清掃物例えば切削工具に付着する微細な切粉等を有効に除去し、また被清掃物清掃装置を備える切削機械は被清掃物例えば切削工具の切削位置を効率良く検出し得るようにするものである。例えば、被清掃物（切削工具など）に対向する清掃手段は、被清掃物の外形に沿う移動軌跡データに基づき被清掃物と相対移動する被清掃物清掃装置である。

また、被清掃物清掃装置と、被写体を撮像する撮像手段と、上記撮像装置は被写体として被清掃物である切削工具を撮像し、この画像データに基づき切削工具の移動軌跡データを演算する演算手段と、上記移動軌跡データに基づき切削工具または被清掃物を相対移動させる制御手段とを備える切削機械である。

図１０乃至図１３に示すように、筒状のエアーノズル８８は位置検出装置１８の上方に位置決めされており、エアーノズルには先細り状の先端口８８Ａが位置検出装置１８の段部１８Ａ近傍に配置されている。先端口８８Ａの口径は例えば直径１．５ｍｍで、エアー有効領域は例えば２ｍｍ程度に予め設定している。即ち、エアーノズル８８にはコンプレッサ（図示省略）が接続されているので、コンプレッサからのエアーが先端口８８Ａから噴出する。なお、先端部８８Ａは、バイト２６のチップ２６Ａに向くよう折曲げ形成されている。また、刃先清掃装置は、エアーノズル８８および図示しないコンプレッサなどを備える。

（刃先清掃装置の作用）
画像処理を実行する直前に、刃先清掃装置は、図１０に示すように、外径用バイト２６をエアーノズル８８の先端口８８Ａに対向させる。次に、バイト２６のチップ２６Ａは、図１１（Ａ）乃至図１１（Ｃ）に示すように、エアーノズル８８の先端口８８Ａがチップ２６Ａの輪郭線（実際にワークを切削する箇所と同義）に対応する切削面上部から順次に下部（Ｘ方向）へ向かって移動する。この際、チップ２６Ａは、エアーを噴出し続けるエアーノズル８８の先端口８８Ａに対して所定間隔たとえば２ｍｍをもって曲線的に移動する。

引続き、図１１（Ｄ）及び図１１（Ｅ）に示すように、チップ２６Ａはその輪郭線に対応するチップ２６Ａ下面のＺ方向へ向かって曲線的に移動する。なお、この際には、エアーノズル８８の先端口８８Ａからエアーが噴出し続けている。即ち、本例においては、被清掃物の一部分たとえばチップ２６Ａの輪郭線に沿って集中的に清掃するので、例えば通常のエアーガンで漫然と刃先に付着した切粉等を吹き飛ばす場合に比べ、微細な切粉等でも除去し得る。

最後に、バイト２６は、図１０の２点鎖線に示すように、位置検出装置１８の基準部１８Ｂに対応するよう移動させる。そして、図３（Ａ）に示すカメラ３０は、一望視Ａエリア内に位置する基準部１８Ｂ及びチップ２６Ａを撮像する。本例においては、エアーノズル８８を含む刃先清掃装置は、チップ２６Ａの輪郭線に対応する切削面付近の広範囲に亘る切粉等を吹き飛ばす。

従って、本例によれば、チップ２６Ａの切削処理に際する十分な範囲での切粉等を除去し得るので、切粉等が付着していない綺麗な状態のチップ２６Ａを画像処理できる。ここで、バイト２６は上述した曲線的な移動軌跡を描くように移動するが、この移動軌跡データは予めＲＡＭ６４（図１５参照）の記録媒体に記録されている。そして、図１５に示すＣＰＵ６０は、バイト２６を移動軌跡データに基づいて移動させる。

なお、演算手段または制御手段であるＣＰＵ６０は、画像処理後に切粉等がチップ２６Ａに付着していることが検出した場合、全工程または付着箇所のみを複数回または切粉等が除去されるまで上述した清掃動作を繰返すようにしても良い。また、本例では、清掃時において、バイト２６の他にエアーノズル８８を相対的に移動可能としても良くまたはエアーノズル８８のみを移動させるようにしても良い。更に、清掃のタイミングは、キャリブレーションサイクル時など任意に変更し得る。

一方、外径用バイト２５のチップ２５Ａの場合は、図１２（Ａ）乃至図１２（Ｃ）に示すように、エアーノズル８８の先端口８８Ａがチップ２５Ａの輪郭線に対応する切削面略中央から順次に上部（上方向の斜め）へ向かって移動する。この際、チップ２５Ａは、エアーノズル８８の先端口８８Ａに対して所定間隔をもって曲線的に移動する。引続き、図１２（Ｄ）及び図１２（Ｅ）に示すように、チップ２５Ａはその輪郭線に対応するチップ２５Ａ上部から下方（Ｘ方向）へ向かって曲線的に移動する。その他の作用効果は、図１１の例と同様である。

他の例として、図１３に示すエアーノズル８８は、バイト２４を上方からチップ２４Ａに向くよう下向きに折曲げ形成させても良い。この場合には、先端口８８Ａがチップ２４Ａ全面に亘ってエアーを吹き付けることができるので、チップ２４Ａに付着している微細な切粉等でも有効的に清掃し得る。また、本実施例では、先端口８８Ａの折曲げ方向，口径またはコンプレッサの圧縮力（具体的には、圧縮弁による調整）など任意に変更し得る。

更に他の例として、図１４（Ａ）に示す先細り状のブラシ部材８９を回転可能に配置し、ブラシ部材８９の先端に複数本のハケ８９Ａを配置する。即ち、ブラシ部材８９には図示しない可変タイプのモータが連結されており、このモータはブラシ部材８９を高速乃至低速の範囲に亘って回転する。なお、モータは、定速のみとしても良い。その他の構成および作用効果は図１１の例と同様である。

なお、本例では、エアーノズル８８またはブラシ部材８９の他に、レーザ或いは超音波などを用いるようにしても良い。また、上述したエアーノズル８８などの移動軌跡データは、刃先の上述した５０μｍのシークライン群に基づいて生成する。即ち、ＣＰＵ６０は、複数本のシークライン群に基づき刃先の輪郭線を生成（即ち、演算）し、この輪郭線を移動軌跡として用いる。更に、輪郭線の取得方法としては、例えば所謂境界追跡法によって刃先などの被清掃物の輪郭を取得しうる。これらのデータは、上述した機械製造時の調整工程時などに取得する。

（画像認識処理方法）
図１５乃至図３２を用いて、本実施例に係る切削工具の画像認識処理方法を詳述する。

（技術分野）
この技術分野は、被写体たとえば切削工具を画像認識する際の画像認識処理方法及びこの画像認識処理方法を用いる工作機械に関するものである。

（背景技術）
特開平４−２３２４０７号公報には、受光手段により受光された工具に係る平行光線の幅を測定し、工具の回転角と測定値との関係から工具の外形形状を求めるものである（要約参照）。そして、上記公報では、工具に係る平行光線の幅を測定し、工具の回転角と測定値との関係から工具の外形形状を求めるので、変形箇所の特定や変形の程度の検出が可能である。なお、上記公報では、工具の外形形状を容易に求めることができるので、作業時間も短時間ですみ、自動化も可能となる。

（解決しようとする課題）
上記公報において、変形箇所の特定や変形の程度の検出できるが、その変形の程度など精度良く画像認識する方法が開示されていないので、変形などの程度に基づき切削に支障があるか否かを検出し得ない。なお、切粉等が例えば切削工具のすくい面に溶着し膨張する場合がある（膨張する状態を構成刃先という）。この場合には、ワークの切削面が粗くなったり又は寸法が変わるので、構成刃先を出来る限り早期に検出し除去する必要がある。

そのため、光センサ又はカメラ等で認識する際、その方向によっては構成刃先か否かを認識できない場合がある。また、切粉等がすくい面（即ち、切削線で輪郭される面）に付着し、切削に支障がある場合には、機械を直ちに停止させる必要がある。しかし、切粉等が切削面とは無関係な箇所に付着しても、切削の支障にはならないので、機械を停止させる必要が無い。

そこで、この画像認識処理方法は、切削工具の変形具合を精度良く画像認識でき、切削に支障があるか否かをも検出し得るものである。

（旋盤Ｓの制御系に関する構成）
図１５に示すように、旋盤Ｓは、ＣＰＵ６０と、不揮発性メモリであるＲＯＭ６２，ＲＡＭ６４と、ＮＣテーブル５０に配置されるモータドライバ５１，ＮＣモータ５２と、ターレット装置２０に配置されるモータドライバ５３，ターレットモータ５４と、操作部５６と、表示部５７と、ブザー５８と、を備える。照合手段および補正手段であるＣＰＵ６０は、旋盤Ｓの全体的な動作を司り、たとえば操作部５６に配置される操作キーが操作された場合に、その操作に基づく処理を行う。また、ＣＰＵ６０には撮像手段の一部を構成するカメラ３０が接続されており、カメラ３０で撮像された画像データがＣＰＵ６０へ入力される。

記録手段であるＲＯＭ６２は旋盤Ｓに各種の処理を制御するプログラムを記録し、そのプログラムによって旋盤Ｓが制御される。記録手段であるＲＡＭ６４は各種データの読み書き用の記録域たとえば画像データ領域６５を有し、この画像データ領域６５に画像データ等が記録される。モータ５２または５４は、ＣＰＵ６０の駆動信号に基づき、モータドライバ５１または５３を介して回転する。表示手段である表示部１２は、カメラ３０で撮像される画像データなどを表示する。警告手段であるブザーは、警告音を出力する。

（バイト画像処理モード）
バイト画像処理モードについて、図１６のフローチャートで説明する。ステップ１６２において、刃先が折損か否かを判断する。ステップ１６０が否定の場合はステップ１６４で刃先が膨張（構成刃先または切粉の付着など）か否かを判断し、ステップ１６４が否定の場合はステップ１６６で刃先が磨耗か否かを判断する。なお、これらの判断手法は、後述するシークラインなどを用いる。

ステップ１６６が肯定の場合即ち磨耗と判断される場合、ステップ１６８で磨耗が設定値（例えば２０μｍ）以上か否かを判断する。ステップ１６８が肯定の場合即ち設定値以上の場合、ステップ１７０において、摩擦量のデータをＲＡＭ６４に記録する（即ち、メンテナンス等の際のデータとする）。

そして、ステップ１６２またはステップ１６４が肯定の場合またはステップ１６８が否定の場合またはステップ１７０の処理が終了した後に、ステップ１７２で旋盤Ｓの運転を強制的に停止（例えばバイトが交換されるまで切削加工運転禁止等のフェールセーフ処置の実施を含む）させ、ステップ１７４で警告する。

具体的には、表示部（図１３参照）に警告表示またはブザー５８を作動させて警告音または図示しないスピーカから警告音声を出力させる。作業者は、上記警告によりバイト交換が促される。なお、撮像した視野部分に切粉などの異物が付着した場合、ＣＰＵ６０は画像認識機能としてエラー設定できるので、フェールセーフ処置の実施ができる。また、ステップ１６６で刃先が磨耗と判断されれば、ＣＰＵ６０は設定値以下でも、チップ交換のために旋盤Ｓの運転を停止させる。

ステップ１６６が否定の場合すなわち刃先が磨耗でないと判断した場合、ステップ１７６において、ＣＰＵ６０は刃先の変位が設定値（例えば１００μｍ）以上か否かを判断する。刃先の変位は、図７の切削線の総合位置を検出することによって判断され、熱変位の他に刃先の磨耗も含まれる場合がある。

ステップ１７６が肯定の場合すなわち設定値以上の場合、ステップ１７８において、測定時の変位データに基づき補間データをＲＡＭ６４に記録する（即ち、メンテナンス等の際のデータとする）。そして、ステップ１７６が否定の場合またはステップ１７８の処理後、ステップ１７９において、フィードバックして補償処理を行なう。

以下、図１７乃至図３２に基づいて、切削工具の画像認識処理方法について説明する。

（切削工具の初期画像データ方法）
初期画像データ方法は、新たな切削工具をターレット刃物台２１（図１参照）にセットする際に、図１に示す撮像装置２７で撮像して行う画像認識処理である。なお、５００万画素のカメラ３０（図３Ａ参照）では、図１７に示すチップ２６Ａのエッジ等の位置決めの認識精度が±０．２５μｍ（＝１／３４ピクセル）の精度で画像認識される。

即ち、５００万画素（１画素当りの実寸法は８．６μｍ）の光学系のカメラでも、最近の画像処理技術の上記認識精度が向上したことによって十分にチップ等の折損・磨耗などを画像認識できると共に、チャック１２（図１参照）などの温度を１℃単位で測定できる。ここで、図１７の四角枠は、チップ２６Ａの先端（即ち、すくい面）を検出するときに用いる刃先検出エリアである。

まず、チップ２６Ａの初期画像データ方法は、図１７に示すように、複数本のシークライン（刃先部分輪郭の位置を求める手段）ＣＬをチップ２６Ａの輪郭に沿って例えは４０μｍ毎の等間隔で予め設定される。この際、シークラインＣＬの長さは輪郭線を中心として基準長すなわち半長５０μｍ（全長は１００μｍ）で、シークラインＣＬは輪郭線に対し直角になるよう予め設定される。ここで、図１７に示すシークラインＣＬ群（刃先の輪郭部分を位置認識する手段）より構成されるテンプレート（刃先の位置を求める手段）を、基準画像となるオリジナルテンプレートという。

本例において、基準長を例えば５０μｍに設定したのは、チップ２６Ａの欠損または切粉等の付着の大きさ（即ち、最大長さ）などを、５０μｍ以上あるいは以下として認識させるためである。即ち、被写体であるチップ２６Ａに切粉等が付着して外形が変化する時、被写体の位置（所謂オブジェクトベクトル）が移動するのを回避するためである。

従って、シークラインＣＬのエッジ位置（チップ２６Ａの輪郭線などにおける交点位置と同義）が、シークラインＣＬの半長以上または以下にズレる場合は、対象となるシークラインＣＬをエラー処理（無効と同義）してオブジェクトベクトルの演算に算入させないためである。ここで、パターンマッチング（照合と同義）による被写体の位置決めは、ズレがシークラインＣＬ内に収まるものでのみオブジェクトベクトルを演算し、シークラインＣＬ数の内ある割合の本数までのエラーは許容している。

パターンマッチング後は、各シークラインＣＬについて、その中点（半長５０μｍの点）とエッジ位置とのシークラインＣＬ上の差分を演算する。この差分は、被写体（例えば、バイト等）の初期画像データ設定時を基準に、被写体外形の変形度合いを示す。この基準は、オリジナルテンプレートに対する切削線のベクトル値（以下、相対値という）の場合にも適用する。

なお、上記基準は、バイト自体の位置がボールネジ（図示省略）の熱膨張などによって変位しても、これらのシークラインＣＬ上の差分は変動しない。また、バイトの変形箇所たとえばチップの欠損箇所あるいは切粉等の付着箇所は、シークラインＣＬ全数の割合からすると、非常に低いので、被写体全体の変位に与える影響は少ない。

そして、本例では、上述したシークラインＣＬ上の差分値に基づき、刃具の折損および切粉等の付着を検出する。なお、本例では、所謂マルチステップパターンマッチング（以下、「ＭＳ」という）パターンマッチングの技法を、被写体の位置認識に適用しているが、これ以外に正規化相関によるパターンマッチング等を用いるようにしても良い。また、本例では、各エッジ認識にＭＳパターンマッチングのテンプレートを構成するシークラインＣＬを用いているが、これ以外にエッジ検出用のキャリパスライン（シークラインＣＬを変形したもの）などを適用しても良い。

（切削線データの取得方法）
図１８乃至図２０に基づき、切削線データの取得方法について説明する。図１８に示すように、Ｘ方向切削線に係るシークライン（切削線を求める手段）ＣＬは、例えば１０μｍの等間隔をもって複数が生成する。Ｘ方向切削線は、シークラインＣＬ群の中でエッジ位置が最下端のものを演算し、その最下端エッジ位置から水平方向へ描いた直線である。即ち、Ｘ方向切削線は、チップ２６Ａの輪郭に対する水平接線である。

図１９に示すように、Ｚ方向切削線に係るシークラインＣＬも、上述したＸ方向切削線の場合と同様に生成する。即ち、Ｚ方向切削線は、チップ２６Ａの輪郭に対する垂直接線である。そして、Ｘ方向切削線およびＺ方向切削線の位置を、オリジナルテンプレートに対する差分量として、図１５に示すＲＡＭ６４にそれぞれ記録する。

図２０に示すように、水平に対して３０度方向の切削線を生成することができる。即ち、テーパ面をワークに切削するには、バイトの移動軌跡を演算するために、特定角度たとえば３０度などの切削線を生成する。これにより、テーパ面を精度よく加工し得る。なお、本例では、Ｘ方向切削線およびＺ方向切削線とバイトのノーズより、幾何学的にバイトの軌跡を設定しても良い。

ここで、切削線の位置（ベクトル）は相対ベクトルおよび絶対ベクトルの意義があり、絶対ベクトルは刃具の磨耗と機械全体の熱歪の合計である。そして、絶対ベクトルをＮＣテーブル５０（図１５参照）で補償し、刃具の磨耗と機械の熱変位をフィードバック補償する。即ち、ＮＣテーブル５０の補正データは、切削線の絶対位置に基づいて処理する。

一方、切削線の相対ベクトルは、オリジナルテンプレートでパターンマッチングした位置に対する切削線の位置に基づき、刃具の磨耗量限界値の演算（内側への移動）および切粉の付着と構成刃先の検出（外側への移動）の処理に用いる。なお、図１５に示すＣＰＵ６０は、刃具の磨耗量＝切削線／刃具全体位置（切削線の相対位置）で演算する。

（キャリブレーションサイクル時の検出処理）
第１に、図２１に示すように、刃具の欠損部分を検出する場合は、シークラインＣＬ上の差分がチップ２６Ａの内側方向へ窪むので、その窪み量および幅が閾値以上か否かをＣＰＵ６０（図１５参照）は判断する。閾値は、例えば窪み量が３０μｍ以上で、且つ幅がシークラインＣＬが５本（略２００μｍ）以上に亘って連続する場合などである。この閾値は任意に変更でき、また窪み量および幅の一方のみが該当する場合にも欠損としても良い。

本例においては、オリジナルテンプレートのシークラインＣＬ群（図１７参照）およびキャリブレーションサイクル時の画像データを照合し、シークラインＣＬの相対位置の変化箇所（相違箇所と同義）を検出し得る。即ち、本例によれば、オリジナルテンプレート（図１７参照）でパターンマッチングするのみで、チップ２６Ａの欠損を検出し得る。

第２に、図２２に示すように、刃具に突起を検出する場合は、シークラインＣＬ上の差分がチップ２６Ａの外側方向へ突出するので、その突出量および幅が閾値以上か否かをＣＰＵ６０は判断する。閾値は、例えば突出量が２０μｍ以上で、且つ幅がシークラインＣＬが３本（略１２０μｍ）以上に亘って連続する場合などである。本例によれば、図２１の例と同様に、オリジナルテンプレート（図１７参照）でパターンマッチングするのみで、チップ２６Ａの欠損を検出し得る。

第３に、刃具の磨耗量が閾値以上か否かを検出する場合は、オリジナルテンプレートに対する切削線の相対位置の変化を検出する。即ち、ＣＰＵ６０は、オリジナルテンプレート（図１７参照）にキャリブレーションサイクル時の画像データをパターンマッチングした画像データ（図２３参照）と比較し、切削線の相対位置における磨耗箇所が閾値（例えば、２０μｍ）以上である（図２４参照）場合に、刃具の磨耗量オーバー（刃具の寿命）と判断する。本例においては、オリジナルテンプレートのシークラインＣＬ群（図１７参照）および切削線を用いることより、刃具の磨耗量オーバーを検出し得る。

第４に、図２５及び図２６に示すように、刃具の突起（構成刃先または切粉の付着）を検出する場合も、オリジナルテンプレートに対する切削線の相対位置の変化を検出する。即ち、切削線の相対位置変化がチップ２６Ａの外側方向へ突出する場合は、その設定値（例えば、５μｍ）以上か否かをＣＰＵ６０が判断する。設定値以上の場合は、切粉等の異物がチップに付着または刃具の異常変形の発生と判断する。

この工程は、初期設定時の切削線の相対位置に対する変化のみならず、キャリブレーションサイクル時の現検出時における切削線位置に対する変化をも検出する。この検出は、磨耗によりチップ２６Ａが内側へ後退した状態の切削線を基準とするためである。

また、キャリブレーションサイクル時の現検出時における切削線位置に対する相対的変化量が、上述した設定値（バイトデータと同義）以上で且つ突出量および幅が閾値以上か否かをＣＰＵ６０は判断する。閾値は、例えば最大突出量が５０μ以上で、幅ｔが２００μ以上に亘って連続する場合（図２５参照）などである。この場合、「構成刃先の疑いアリ」とＣＰＵ６０が判断する。

ＣＰＵ６０は、幅ｔをもって構成刃先の突出量と検出する。即ち、構成刃先が生成した場合は、刃具より突出した部分がある幅ｔをもって連続した形状となる。そして、上述した構成刃先でない場合、ＣＰＵ６０は切粉等の異物がチップに付着する（図２６参照）と判断する。即ち、本例によれば、オリジナルテンプレートのシークラインＣＬ群（図１７参照）および切削線を用いることより、刃具の突起（構成刃先または切粉の付着）を検出し得る。

（シークラインＣＬの設定方法）
シークラインＣＬは、図２７に示すように、求める切削線（図２７ではＺ方向切削線）に対し直角方向で、チップ２６Ａの内側から外側へ向かいように生成する。そして、シークラインＣＬは、中央から上端および下端の方向（図２７参照）へ向かって例えば１０μピッチの等間隔で生成する。

また、シークラインＣＬの始点位置が、オリジナルテンプレートの輪郭線より突出する場合（図２７では最下端から３本目および４本目参照）は、その突出量を例えば２０μｍ程度に設定する。更に、シークラインＣＬ全体が、オリジナルテンプレートより離間する場合（図２７では最下端の２本参照）は、シークラインＣＬを２本以内になるように生成する。そして、これら２本のシークラインＣＬは、始点位置を例えば最下端から３本目の同一位置とし、且つ同一長さに設定する。

本例においては、上述のようなシークラインＣＬ群を生成すると、切削に何ら影響を与えない範囲を設定するので、シークラインＣＬの始点位置から離間している異物は検出対象外し得る。即ち、本例によれば、上記シークラインＣＬ群で切削に影響を与える検出範囲が設定しているので、切削上問題となり得る検出対象物を特定できる。なお、図２７に示す異物は、空中に浮遊している浮遊物である。

（非検出対象範囲の例）
先ず、図２８に示すように、切粉Ａ，刃具の異常突起および切粉Ｂは、いずれもＺ方向切削線よりも内側に位置するので、非検出対象物とする。即ち、上記切削線の内側に位置する異物などは、切削に影響しない範囲であるので、非検出対象物とする。なお、ＣＰＵ（図１５参照）は、シークラインＣＬのエッジ位置により、チップ２６Ａの外形を検出（認識）する。また、シークラインＣＬ１（図２８参照）のように、エッジ部分が無い（無効）シークラインＣＬは、検出の対象外とする。

異物Ａは、シークラインＣＬ２における最初のエッジ部分が切削線付近であり、最後のエッジ部分が外側（右側）位置しているので、シークラインＣＬ２は検出の対象外とする。即ち、チップの外形は単体であるので、これより離間している異物などは非検出対象物となる。異物Ｂ，ＣおよびＤは、シークラインＣＬから外れている（即ち、エッジ部分が無い）ので、非検出対象物とする。

一方、チップ２６Ａの仮想線として示す基準線から先端部分（基準部分という）は、切削に影響を与える。この基準部分に切粉等が付着する場合、ＣＰＵ６０（図１５参照）は検出対象物とする。なお、本例では、シークラインＣＬ群の中央（図２８参照）から上端および下端へと処理する。そして、例えば無効シークラインより下方にシークラインが存在する場合には、そのシークラインは検出の対象外とする。

次に、図２９に示すような長尺な切粉の一端がチップ２６Ａに付着する場合、シークラインＣＬ１２の最終エッジが不明となっているので、ＣＰＵ６０は検出対象物とする。この場合、長尺な切粉の他端は、チップ２６Ａの基準部分に影響を与えないが、あえて検出対象物とした。なお、ＣＰＵ６０が検出対象物と判断すると、ＣＰＵ６０は異常であるとして、図１６のステップ１７２で運転停止などの処理を行う。

最後に、ＣＰＵ６０は、切削線（Ｘ方向およびＺ方向の切削線を含む）の絶対位置（絶対ベクトルと同義）を演算する。即ち、ＣＰＵ６０は、切削線の絶対ベクトルの変化（変化量を含む）を、次回の切削サイクルへフィードバックする。

（チップ２６Ａの絶対ベクトル検出方法）
チップ２６Ａの絶対ベクトル検出は、以下のような画像データを用いることによって行う。この画像データは、例えば総合検出エリアと刃先検出エリアで構成される。図３０に示すように、総合検出エリア（実線部分の四角枠参照）は、チップ２６Ａを示す撮像領域であり、チップ２６Ａを全体的に検出するときに用いる。刃先検出エリア（２点鎖線の四角枠参照）は、チップ２６Ａの先端を検出するときに用いる。

そして、上述したように、５００万画素のカメラ３０（図３参照）では、図３１（Ａ）で説明するチップのエッジ等の位置決めの認識精度が±０．２５μｍ（＝１／３４ピクセル）の精度で画像認識でき、図３１（Ｂ）〜図３１（Ｄ）で説明する切削線ＬｃｍまたはＬｂｍの認識精度が±０．４５μｍ（＝１／１９ピクセル）の精度で画像認識できる。なお、上述したように、図３１の実線部分枠（四角枠）は、総合検出エリアであり、図３１の２点鎖線部分枠（四角枠）は、刃先検出エリアである。

先ず、図３１（Ａ）に示すように、複数のシークラインＬａを設定することによりチップ２６Ａのエッジを求める。使用前後のチップ２６Ａのエッジを求めてパターンマッチングし、各エッジの位置が閾値以下に異なっている場合はチップ２６Ａの折損と判断する。一方、各エッジの位置が閾値以上に異なっている場合はチップ２６Ａに切粉が溶着などした膨張（構成刃先ともいう）と判断する。なお、閾値は例えば２０μｍなどの幅を設け、その幅は任意に変更し得る。

チップのノーズも、シークラインを用いて求めることができる。即ち、図３１（Ｂ）に示すように、下方に向かう複数のシークラインＬｂを所定間隔で設定し、輝度の極大値（暗から明に変化する点）が最下点となるシークラインＬｂｍを求めてＸ方向切削線とする。同様に、図３１（Ｃ）に示すように、左方に向かう複数のシークラインＬｃを所定間隔で設定し、輝度の極大値（暗から明に変化する点）が最左点となるシークラインＬｃｍを求めてＺ方向切削線とする。

次に、図３１（Ｄ）に示すように、Ｘ方向切削線Ｌｂｍと、このＸ方向切削線Ｌｂｍに平行であってＺ方向切削線ＬｃｍのエッジＥｃを通る線Ｌｂｐとの距離Ｒｚを求める。同様に、Ｚ方向切削線Ｌｃｍと、このＺ方向切削線Ｌｃｍに平行であってＸ方向切削線ＬｂｍのエッジＥｂを通る線Ｌｃｐとの距離Ｒｘを求める。そして、距離Ｒｚと距離Ｒｘのうち、大きい方をノーズに設定する。使用後のチップ２６Ａのノーズが使用前のチップ２６Ａのノーズよりも設定値以上になっている場合はチップ２６Ａの摩耗と判断する。

以上、説明した画像認識処理方法は、オリジナルテンプレートのシークライン群およびキャリブレーションサイクル時の画像データを照合し、シークラインの相対位置の変化箇所を検出するものである。また、画像認識処理方法は、刃具の磨耗量が閾値以上か否かを検出する場合、オリジナルテンプレートに対する切削線の相対位置の変化を検出するものである。更に、画像認識処理方法は、刃具の突起（構成刃先または切粉の付着）を検出する場合も、オリジナルテンプレートに対する切削線の相対位置の変化を検出するものである。

画像認識処理方法は、初期設定時の切削線の相対位置に対する変化を検出すると共に、キャリブレーションサイクル時の現検出時における切削線位置に対する変化をも検出するものである。また、画像認識処理方法は、キャリブレーションサイクル時の現検出時における切削線位置に対する相対的変化量が、設定値または閾値であるかを照合手段が演算するものである。

画像認識処理方法を用いる工作機械は、上述した各処理またはこれらの処理を複数組合せる処理を行う画像認識処理装置と、被写体を撮像する撮像手段と、上記撮像装置は被写体として切削工具を撮像し、この画像データに基づきオリジナルテンプレートおよびキャリブレーションサイクル時の画像データを照合する照合手段と、上記照合手段の照合結果に基づき運転停止または照合データを次回の切削サイクルへフィードバックさせる制御手段とを備えるものである。

本発明は実施例１及び実施例２で説明した短軸旋盤に限定されず、例えば２軸正面旋盤またはフライス盤など種々の切削機械（切削工具とワークを相対的に移動させて加工する機械）に適用できる。なお、本発明に係る被測定物位置検出装置を備える切削機械は、上述した検出手段を被測定物に対して移動させても良い。また、上記検出手段を上記被測定物におけるＸ方向の位置を検出するＸ方向センサおよびＺ方向の位置を検出するＺ方向センサの少なくとも一方とし、上記センサを上記被測定物に対する検出位置の基準となる段部が形成される基準手段に配置しても良い。更に、上記被測定物位置検出装置に、上記被測定物の温度を検出する温度センサを設けるようにしても良い。また、上述する各被測定物位置検出装置による検出データに基づき、切削工具の切削位置を演算するようにしても良い。更に、本発明に係る被測定物位置検出装置を備える切削機械は、上述した各変形例の構成の内、１つの変形例または２つ以上の変形例を組合せるパターンとしても良い。

１２…チャック（被測定物）、１８…位置検出装置（基準手段）、１８Ｂ…基準部（被写体）、２５…内径加工用のバイト（被写体）、２５Ａ…刃先、２６…外径加工用のバイト（被写体）、２６Ａ…刃先、２７…撮像装置（撮像手段）、３０…カメラ、６０…ＣＰＵ（照合手段，演算手段，補正手段，画像認識処理装置）、６２…ＲＯＭ（記録手段）、６４…ＲＡＭ（記録手段）、６６…フランジ（補助体）、６８，６９…光センサ（位置検出手段）、７０…温度センサ、９０…テスト材、Ｓ…旋盤（切削機械）、Ｗ…ワーク

Claims (8)

1. 回転可能に配置される被測定物である爪付きチャックの熱変位により変位した位置を検出する検出手段を備え、且つ上記チャックを構成する金属と同一性ある材質で上記チャックよりも径大な補助体を、上記チャックに連接して配置させ、
   上記検出手段は、静止時および回転時の少なくとも一方における上記補助体と対向し、上記補助体を介して上記チャックの熱変位により変位した位置を検出することを特徴とする被測定物位置検出装置。
2. 請求項１に記載の被測定物位置検出装置において、上記検出手段を上記補助体に対して移動させることを特徴とする被測定物位置検出装置。
3. 請求項１又は２に記載の被測定物位置検出装置において、上記検出手段は上記チャックにおけるＸ方向の位置を検出するＸ方向センサおよびＺ方向の位置を検出するＺ方向センサとし、
   上記各センサを、上記補助体に対する検出位置の基準となる段部が形成される基準手段にそれぞれ配置することを特徴とする被測定物位置検出装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の被測定物位置検出装置において、上記チャックの温度を検出する接触式の温度センサをさらに上記検出手段と共に設けることを特徴とする被測定物位置検出装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の被測定物位置検出装置による検出データに基づき、切削工具の切削位置を演算することを特徴とする被測定物位置検出装置を備える切削機械。
6. 回転可能に配置される被測定物の熱変位により変位した位置を検出する検出手段を備え、上記検出手段は静止時および回転時の少なくとも一方における上記被測定物と対向して位置を検出する被測定物位置検出装置において、被写体を撮像する撮像手段と、上記被測定物に対する検出位置の基準となる段部が形成される基準手段に上記撮像手段の位置誤差を測定する基準部とを備え、
   上記撮像手段は上記基準部及び上記切削工具を被写体として同一の撮像領域内に撮像し、この撮像した画像データに基づき切削工具の切削位置を演算することを特徴とする被測定物位置検出装置を備える切削機械。
7. 回転可能に配置される被測定物である爪付きチャックの熱変位により変位した位置を検出する検出手段を備え、且つ上記チャックを構成する金属と同一性ある材質で上記チャックよりも径大な補助体を、上記チャックに連接して配置させ、上記検出手段は、静止時および回転時の少なくとも一方における上記補助体と対向し、上記補助体を介して上記チャックの熱変位により変位した位置を検出する被測定物位置検出装置において、被写体を撮像する撮像手段と、上記補助体に対する検出位置の基準となる段部が形成される基準手段に上記撮像手段の位置誤差を測定する基準部とを備え、
   上記撮像手段は上記基準部及び上記切削工具を被写体として同一の撮像領域内に撮像し、この撮像した画像データに基づき切削工具の切削位置を演算することを特徴とする被測定物位置検出装置を備える切削機械。
8. 回転可能に配置される被測定物の熱変位により変位した位置を検出する検出手段を備え、上記検出手段は静止時および回転時の少なくとも一方における上記被測定物と対向して位置を検出する被測定物位置検出装置において、異なる撮像位置での被写体にそれぞれ対応する光路を分離する光路分離手段および上記光路分離手段における同一の光路上に配置される撮像素子を備え、上記光路分離手段は一方の撮像位置での上記被写体を撮像する際には他方の撮像位置での光路を遮断させる撮像装置と、上記被測定物に対する検出位置の基準となる段部が形成される基準手段に上記撮像装置の位置誤差を測定する基準部とを備え、
   上記撮像装置は、上記一方の光路における一方の撮像位置での上記基準部及び上記一方の撮像位置での切削工具を被写体として同一の撮像領域内に撮像し、或いは上記一方の光路における上記一方の撮像位置での上記基準部を被写体として撮像すると共に上記他方の光路における他方の撮像位置での切削工具を光路切換えの時間差をもって撮像し、この撮像した画像データに基づき切削工具の切削位置を演算することを特徴とする被測定物位置検出装置を備える切削機械。

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