特許第6606234号(P6606234)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】6606234
(24)【登録日】2019年10月25日
(45)【発行日】2019年11月13日
(54)【発明の名称】測定装置
(51)【国際特許分類】
   G01C 3/06 20060101AFI20191031BHJP
   B23Q 17/24 20060101ALI20191031BHJP
【FI】
   G01C3/06 110Z
   B23Q17/24 B
【請求項の数】2
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2018-133488(P2018-133488)
(22)【出願日】2018年7月13日
【審査請求日】2019年8月7日
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000146847
【氏名又は名称】DMG森精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100100158
【弁理士】
【氏名又は名称】鮫島 睦
(74)【代理人】
【識別番号】100131808
【弁理士】
【氏名又は名称】柳橋 泰雄
(72)【発明者】
【氏名】山田 智明
【審査官】 八木 智規
(56)【参考文献】
【文献】 特開平8−254424(JP,A)
【文献】 特開2001−12944(JP,A)
【文献】 特開2017−3389(JP,A)
【文献】 英国特許出願公開第2515657(GB,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01C 3/00− 3/32
G01B 11/00−11/30
B23Q 17/00−23/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
工具またはワークの装着部を移動させる移動機構と、
前記装着部に取り付けられ、撮影対象物の画像を取得する画像取得部と
御部と、
を備え、
前記移動機構により、前記撮影対象物及び前記画像取得部が相対的に移動し、
前記移動機構により、前記画像取得部の撮影方向または該撮影方向に対して略垂直な方向に既知の距離だけ、前記撮影対象物及び前記画像取得部を相対的に移動させ、前記画像取得部により、移動前後の前記撮影対象物の画像を取得し、
前記制御部が、取得した該2つの画像により得られた画像上の移動距離または長さに基づいて、前記撮影方向における前記画像取得部と前記撮影対象物との間の距離を算出することを特徴とする工作機械
【請求項2】
前記移動機構により、前記画像取得部が取得可能な画像の画素より小さい距離だけ、前記撮影対象物及び前記画像取得部を相対的に移動させ、前記画像取得部により、移動前後の前記撮影対象物の画像を取得することを特徴とする請求項1に記載の工作機械
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、対象物との距離を測定する測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械では、測定対象物に接触させて距離を測定する接触式プローブが広く用いられている。しかし、接触式プローブでは、例えば、高温で油にまみれた切粉のような接触させることが困難な物体の距離を測定することは困難である。そこで、撮像装置で撮影された画像を用いて、非接触で距離を測定することが可能な工作機械が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2012−213840号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の工作機械では、距離を測定する2つの部材を撮像装置で同時撮影して、同時撮影された画像の画像像処理を行って、2つの部材の間の距離を演算するようになっている。しかし、画像処理で距離を求めるには多くの演算時間を要するので、工作機械の加工準備から加工終了までの間の工程中に、アイドル時間を取らずに距離の測定するのは困難である。
【0005】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、非測定物に接触することなく、少ない時間で距離の測定が可能な測定装置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】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明の1つの実施態様に係る測定装置は、
撮影対象物の画像を取得する画像取得部と、
前記撮影対象物及び前記画像取得部を相対的に移動させる移動機構と、
制御部と、
を備え、
前記移動機構により、前記画像取得部の撮影方向または該撮影方向に対して略垂直な方向に既知の距離だけ、前記撮影対象物及び前記画像取得部を相対的に移動させ、前記画像取得部により、移動前後の前記撮影対象物の画像を取得し、
前記制御部が、取得した該2つの画像により得られた画像上の移動距離または長さに基づいて、前記撮影方向における前記画像取得部と前記撮影対象物との間の距離を算出する。
【発明の効果】
【0007】
上記の実施態様によれば、非測定物に接触することなく、少ない時間で距離の測定が可能な測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本発明の1つの実施形態に係る測定装置及び測定方法の概要を示す模式図である。
図2図1に示す測定装置を用いて距離の測定を行う第1の距離の測定方法を模式的に示す図である。
図3図1に示す測定装置を用いて距離の測定を行う第2の距離の測定方法を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合もある。
【0010】
(本発明の1つの実施形態に係る測定装置)
はじめに、図1を参照しながら、本発明の1つの実施形態に係る測定装置の説明を行う。図1は、本発明の1つの実施形態に係る測定装置及び測定方法の概要を示す模式図である。
本実施形態に係る測定装置2は、撮影対象物の画像を取得する画像取得部10と、撮影対象物及び画像取得部10を相対的に移動させる移動機構20と、制御部30と、を備える。
【0011】
画像取得部10は、撮像素子12及び光学系14を備える。光学系14の焦点位置に撮像素子12が配置されている。これにより、光学系14で結像された画像が、撮像素子12により電子データとして取得され、制御部30へ送信される。撮像素子12としては、CCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサをはじめとする任意の撮像素子を用いることができる。
【0012】
本実施形態では、画像取得部10が工作機械の主軸に取り付けられている。よって、画像取得部10を移動させる主軸の移動装置が、撮影対象物及び画像取得部10を相対的に移動させる移動機構20に該当する。ただし、これに限られるものではなく、撮影対象物が加工テーブルに載置され、撮影対象物を移動させる加工テーブルの移動装置が、撮影対象物及び画像取得部10を相対的に移動させる移動機構20に該当する場合もあり得る。また、撮影対象物及び画像取得部10の両方を移動機構で移動させる場合もあり得る。
更に、工作機械の移動機構ではなく、測定装置2が固有の移動機構を備える場合もあり得る。
【0013】
制御部30については、測定装置2が固有の制御装置を備える場合もあり得るし、工作機械の制御装置を用いて制御部の機能を果たす場合もあり得る。
以上のように、本実施形態に係る測定装置2は、画像取得部10、移動機構20及び制御部30を備えた個別の装置として構成されている場合もあり得るし、工作機械の移動機機構や制御装置を用いた、一部が工作機械に組み込まれた装置の場合もあり得る。後者の場合には、測定装置2を備えた工作機械と称することもできる。
【0014】
<距離の測定方法>
図1に示す例では、画像取得部10から垂直方向で距離Hだけ離れたポイントP、及び画像取得部10から垂直方向で距離Yだけ離れたポイントQが撮影対象物に該当する。ここで、画像取得部10及び撮影対象物(ポイント)P、Qの間の距離とは、詳細に言えば、画像取得部10の光学系14の垂直方向における中心位置C、及び撮影対象物(ポイント)P、Qの間の垂直距離を意味する。
【0015】
実際には、移動機構20により画像取得部10側が距離Dだけ水平に移動し、移動前後の撮影対象物(ポイント)P、Qを垂直方向から撮影するが、図1では、画像取得部10を固定して、相対的に撮影対象物(ポイント)P、Qが移動したように図視している。
【0016】
まず、測定装置2による距離の測定を可能にするため、基準データを取得する。具体的には、画像取得部10及び撮影対象物(ポイント)Pの間が既知の距離Hだけ離れた状態において、撮影対象物(ポイント)Pが既知の距離Dだけ水平方向に移動したときの移動前後の画像を取得する。移動前後の画像の比較により、画像取得部10及び撮影対象物(ポイント)Pの間が既知の距離Hだけ離れた状態における、撮像素子12上の既知の距離Dに対応した結像の距離Lを取得することができる。制御部30は、既知の距離D、既知の距離H、及びこれに対応する撮像素子12上の結像の距離Lを記憶する。これが、画像取得部10及び撮影対象物Qの間の未知の距離Yを測定する場合の基準のデータとなる。
【0017】
実際の距離の測定においては、画像取得部10及び撮影対象物Qの間が未知の距離Yだけ離れた状態において、上記と同様に、撮影対象物(ポイント)Qが既知の距離Dだけ水平方向に移動したときの移動前後の画像を取得する。移動前後の画像の比較により、画像取得部10及び撮影対象物(ポイント)Qの間が未知の距離Yだけ離れた状態における、撮像素子12上の既知の距離Dに対応した結像の距離Xを取得することができる。
【0018】
図1から明らかなように、距離Hだけ離れた状態における距離Dに対応する撮像素子12上の結像の距離L、及び未知の距離Yだけ離れた状態における距離Dに対応する撮像素子12上の結像の距離Xの関係は、下式のように示される。
【0019】
Y/H=L/X (数式1)
【0020】
例えば、垂直方向の距離Hが距離Yの2倍である場合、近い側の結像の距離Xは、遠い方の結像の長さLの2倍になる。例えば、離間距離Hにおける距離Dに対応する結像の距離が1/2ピクセル(例えば、200μm)とすると、離間距離Yにおける距離Dに対応する結像が1ピクセル(例えば、400μm)となる。
【0021】
よって、一度、画像取得部10及び撮影対象物(ポイント)Pの間が既知の距離Hだけ離れた状態における、既知の距離Dに対応する結像の距離Lを取得して制御部30で記憶しておけば、既知の距離Dに対応する結像の距離Xを取得することにより、下記のような非常に簡単な演算で、画像取得部10及び撮影対象物(ポイント)Qの間の未知の距離Yを算出することができる。
【0022】
Y=(H×L)/X (数式2)
【0023】
<実際の距離の測定>
次に、工作機械において、上記の測定装置2を用いて実際に距離の測定を行うところを説明する。
[第1の距離の測定方法]
はじめに、図2を参照しながら、上記の測定装置2を用いて実際に距離の測定を行う第1の距離の測定方法を説明する。図2は、図1に示す測定装置2を用いて距離の測定を行う第1の距離の測定方法を模式的に示す図である。
工作機械の主軸等を移動させる場合、加工によって不規則に堆積した切粉と干渉すること無く移動させる必要がある。図2に示す例では、画像取得部10により切粉40の山の上端に位置する撮影対象物(ポイント)Qの画像を取得する場合を示す。具体的には、画像取得部10を既知の距離Dだけ水平方向に移動させて、移動前後の撮影対象物Qの画像を取得する。
【0024】
図2では、移動前には、撮影対象物(ポイント)Qが撮像素子12の中央の位置Aで結像しており、距離Dだけ移動した後は、撮影対象物(ポイント)Qが撮像素子12の中央より右側の位置Bで結像している。この場合、位置A及び位置Bの間の距離が、距離Dに対応する結像の距離Xに該当する。
このようにして、距離Dに対応する結像の距離Xを取得し、上記の数式2により、画像取得部10及び撮影対象物(ポイント)Qの間の未知の距離Yを算出することができる。
【0025】
主軸等を移動させる予定の方向において、画像取得部10を水平方向に移動させながら、上記の未知の距離Yを取得する工程を繰り返すことにより、主軸等を移動させる予定の領域の切粉40の山のプロファイルを得ることができる。これにより、工作機械の加工準備から加工終了までの間の工程中に、アイドル時間を取らずに距離の測定を実現できる。例えば、粗加工前の測定パス作成において、迅速に切粉の山のプロファイルを把握して、主軸等の移動ルートの設定を行うことができる。取得した画像取得部10及び撮影対象物(ポイント)Qの間の距離Yの精度については、粗加工前の測定パス作成の用途において十分な精度を有する。
【0026】
以上のように、本実施形態では、移動機構20により、画像取得部10の撮影方向(図1における垂直方向)に対して略垂直な方向(図1の水平方向)に既知の距離Dだけ、撮影対象物Q及び画像取得部10を相対的に移動させ、画像取得部10により、移動前後の撮影対象物Qの画像を取得し、制御部30が、取得した2つの画像により得られた画像上の移動距離Xに基づいて、撮影方向における画像取得部10と撮影対象物との間の距離Yを算出することができる。
【0027】
上記の第1の距離の測定方法の説明では、画像取得部10を移動させて未知の距離Yを求めているが、これに限られるものではなく、撮影対象物(ポイント)Qを移動させて距離を求めることもできるし、画像取得部10及び撮影対象物(ポイント)Qの両方を移動させて距離を求めることもできる。
【0028】
[第2の距離の測定方法]
次に、図3を参照しながら、上記の測定装置2を用いて実際に距離の測定を行う第2の距離の測定方法を説明する。図3は、図1に示す測定装置を用いて距離の測定を行う第2の距離の測定方法を模式的に示す図である。
上記の第1の距離の測定方法では、画像取得部10及び撮影対象物Qを相対的に既知の距離Dだけ水平方向に移動させて、移動前後の撮影対象物Qの画像を取得したが、第2の距離の測定方法では、画像取得部10及び撮影対象物Rを相対的に既知の距離Eだけ垂直方向に移動させて、移動前後の撮影対象物Rの画像を取得する。撮影対象物Rは、未知の寸法Z(例えば、幅寸法)を有している。
【0029】
第2の距離の測定方法では、画像取得部10及び撮影対象物Rの間の未知の距離Y1を求めることを目的とする。はじめに、画像取得部10が、未知の距離Y1だけ離れた撮影対象物R
の画像を取得する。これにより、撮影対象物Rの結像の寸法Zに対応する長さX1を取得する。
【0030】
次に、画像取得部10及び撮影対象物Rを相対的に既知の距離Eだけ垂直方向に移動させる。ここでは、撮影対象物Rを、画像取得部10に対して既知の距離Eだけ近づけて、画像取得部10及び撮影対象物Rの間の距離が未知の距離Y2となったところを示す。そして、画像取得部10が、未知の距離Y2だけ離れた撮影対象物Rの画像を取得する。これにより、撮影対象物Rの結像の寸法Zに対応した長さX2を取得する。
【0031】
これを上記の数式1の当てはめると、下式のように示される。
【0032】
Y2/Y1=X1/X2 (数式3)
【0033】
また、未知の距離Y1及びY2の間では、既知の距離Eを用いた下式が成り立つ。
【0034】
Y1−E=Y2 (数式4)
【0035】
数式4を数式3に代入すると、下式が成り立つ。
【0036】
Y1=(E×X2)/(X2−X1) (数式5)
【0037】
以上のように、既知の垂直移動距離E及び画像から取得された長さX1、X2により、未知の距離Y1を算出することができる。
【0038】
以上のように、本実施形態では、移動機構20により、画像取得部10の撮影方向(図1における垂直方向)に既知の距離Eだけ、撮影対象物Q及び画像取得部10を相対的に移動させ、画像取得部10により、移動前後の撮影対象物Rの画像を取得し、制御部30が、取得した2つの画像により得られた画像上の長さX1、X2に基づいて、撮影方向における画像取得部10と撮影対象物との間の距離Y1を算出することができる。
【0039】
上記の第1の距離の測定方法では、既知の距離D、既知の距離Hに対応する結像の距離Lを予めデータとして記憶しておく必要があったが、第2の距離の測定方法では、撮影対象物Q及び画像取得部10を検出可能な距離Eだけ相対的に移動させれば、予め記憶させたデータを用いることなく距離を求めることができる。
【0040】
上記の第2の距離の測定方法の説明では、撮影対象物Rを移動させて距離を求めているが、これに限られるものではなく、画像取得部10を移動させて距離を求めることもできるし、画像取得部10及び撮影対象物Rの両方を移動させて距離を求めることもできる。
【0041】
以上のように、上記の第1または第2の距離の測定方法により、シンプルな構成で容易に画像取得部10及び撮影対象物Qの間の距離を取得することができる。よって、非測定物(撮影対象物)に接触することなく、少ない時間で距離の測定が可能な測定装置2を提供することができる。
【0042】
(分解能の向上)
更に、移動機構20により、画像取得部10が取得可能な画像の画素より小さい距離だけ、撮影対象物及び画像取得部10を相対的に移動させ、画像取得部10により、移動前後の撮影対象物の画像を取得することが可能である。このとき、画像取得部10が取得した画素より小さい距離だけ移動させた画像を用いて、それを補間することにより、実質的に画像取得部10の分解能を向上させることができる。
【0043】
例えば、撮影対象物及び画像取得部10を相対的に1/2画素分だけ移動させて取得した画像を用いて補間することにより、実質的に2倍の解像度の画像を得ることができる。特に、撮影対象物及び画像取得部10の間の距離を大きくとることにより、実際の相対的な移動距離に対して、画像取得部10の撮像素子12上の距離を小さくすることができる。よって、画像取得部10が取得可能な画像の画素より小さい距離だけ移動した画像を取得し易くなる。
【0044】
(その他の実施形態)
上記の実施形態に係る測定装置2では、工作機械に適用した場合を例に取って説明したが、これに限られるものではなく、非接触で迅速に距離の測定が必要なその他の任意の分野に適用可能である。
【0045】
本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲および思想を逸脱することなく実現し得るものである。
【符号の説明】
【0046】
2 測定装置
10 画像取得部
12 撮像素子
14 光学系
20 移動機構
30 制御部
40 切粉
A、B、C 位置
P、Q 撮影対象物(ポイント)
R 撮影対象物
【要約】

【課題】 非測定物に接触することなく、少ない時間で距離の測定が可能な測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 撮影対象物の画像を取得する画像取得部10と、撮影対象物及び画像取得部10を相対的に移動させる移動機構20と、制御部30と、を備え、移動機構20により、画像取得部10の撮影方向または該撮影方向に対して略垂直な方向に既知の距離だけ、撮影対象物Q及び画像取得部10を相対的に移動させ、画像取得部10により、移動前後の撮影対象物Qの画像を取得し、制御部30が、取得した該2つの画像により得られた画像上の移動距離Xまたは長さに基づいて、撮影方向における画像取得部10と撮影対象物Qとの間の距離Yを算出する測定装置2を提供する。
【選択図】 図1
図1
図2
図3