特開 2022-176067 工具の形状検出装置および工具の形状検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022176067

(43)【公開日】2022-11-25

(54)【発明の名称】工具の形状検出装置および工具の形状検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/16 20060101AFI20221117BHJP

   B23Q 17/22 20060101ALI20221117BHJP

   B23Q 17/24 20060101ALI20221117BHJP

【ＦＩ】

G01B11/16 H

B23Q17/22 D

B23Q17/24 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022019293

(22)【出願日】2022-02-10

(31)【優先権主張番号】P 2021081558

(32)【優先日】2021-05-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000003458

【氏名又は名称】芝浦機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】室伏 勇

【テーマコード（参考）】

2F065

3C029

【Ｆターム（参考）】

2F065AA31

2F065AA35

2F065AA37

2F065AA53

2F065AA65

2F065CC10

2F065DD08

2F065FF01

2F065FF02

2F065FF04

2F065GG00

2F065HH13

2F065HH15

2F065JJ03

2F065JJ09

2F065JJ26

2F065MM02

2F065PP12

2F065PP22

2F065QQ21

3C029AA24

3C029AA27

3C029EE20

(57)【要約】

【課題】形状が未知である工具の形状を測定しさらに工具の形状の異常を検出することができる工具の形状検出装置を提供する。
【解決手段】工作機械２の主軸１１に設置された工具１２の形状検出装置１であって、工具１２の形状を撮影するカメラ２２と、カメラ２２で撮影した工具のエッジ１３上の複数の点で、これらの法線ベクトルをもとめる法線ベクトル取得部２７と、法線ベクトル取得部２７で取得した第１の複数の法線ベクトルと第２の複数の法線ベクトルとを比較する法線ベクトル比較部２９と、法線ベクトル比較部２９での比較の結果、第１の複数の法線ベクトルの値と第２の複数の法線ベクトルの値とが、所定の閾値よりも異なっているときに、工具１２の形状が変化しているとの判断をする工具形状判断部３）とを有する。
【選択図】図２

【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検出装置であって、
前記工具の形状を撮影するカメラと、
前記カメラで撮影した工具のエッジ上の複数の点で、これらの特定ベクトルをもとめる特定ベクトル取得部と、
前記特定ベクトル取得部で取得した第１の複数の特定ベクトルと、前記特定ベクトル取得部で次に取得した第２の複数の特定ベクトルとを比較する特定ベクトル比較部と、
前記特定ベクトル比較部での比較の結果、前記第１の複数の特定ベクトルの値と前記第２の複数の特定ベクトルの値とが、所定の閾値よりも異なっているときに、前記工具の形状が変化しているとの判断をする工具形状判断部と、
を有し、前記特定ベクトルは、法線ベクトルもしくは接線ベクトルもしくは前記法線ベクトルに対して一定の角度だけ傾いている特定傾斜ベクトルである工具の形状検出装置。

【請求項2】

前記特定ベクトル取得部で取得した第１の複数の特定ベクトルは、前記工具の使用前における特定ベクトルであり、
前記工具の使用後に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジをもとめるエッジ形状取得部と、
前記特定ベクトル取得部でもとめた第１の複数の特定ベクトルと、前記エッジ形状取得部でもとめた前記工具のエッジとを用いて、前記使用前の工具の形状に対する前記使用後の工具の形状の変化量をもとめる工具形状変化量取得部と、
を有する請求項１に記載の工具の形状検出装置。

【請求項3】

工作機械の主軸に設置された工具の形状検出装置であって、
前記工具の形状を撮影するカメラと、
前記工具の使用前に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジ上の複数の点で、特定ベクトルをもとめる特定ベクトル取得部と、
前記工具の使用後に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジをもとめるエッジ形状取得部と、
前記特定ベクトル取得部でもとめた特定ベクトルと、前記エッジ形状取得部でもとめた前記工具のエッジとを用いて、前記使用前の工具の形状に対する前記使用後の工具の形状の変化量をもとめる工具形状変化量取得部と、
を有し、前記特定ベクトルは、法線ベクトルもしくは接線ベクトルもしくは前記法線ベクトルに対して一定の角度だけ傾いている特定傾斜ベクトルである工具の形状検出装置。

【請求項4】

工作機械の主軸に設置された工具の形状検出装置であって、
前記工具の形状を撮影するカメラと、
前記工具の使用前に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジをもとめるエッジ形状取得部と、
前記工具の使用後に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジ上の複数の点で、特定ベクトルをもとめる特定ベクトル取得部と、
前記特定ベクトル取得部でもとめた特定ベクトルと、前記エッジ形状取得部でもとめた前記工具のエッジとを用いて、前記使用前の工具の形状に対する前記使用後の工具の形状の変化量をもとめる工具形状変化量取得部と、
を有し、前記特定ベクトルは、法線ベクトルもしくは接線ベクトルもしくは前記法線ベクトルに対して一定の角度だけ傾いている特定傾斜ベクトルである工具の形状検出装置。

【請求項5】

工作機械の主軸に設置された工具の形状検出方法であって、
前記工具の形状を撮影するカメラで撮影した工具のエッジ上の複数の点で、これらの特定ベクトルをもとめる特定ベクトル取得段階と、
前記特定ベクトル取得段階で取得した第１の複数の特定ベクトルと、前記特定ベクトル取得段階で次に取得した第２の複数の特定ベクトルとを比較する特定ベクトル比較段階と、
前記特定ベクトル比較段階での比較の結果、第１の複数の特定ベクトルの値と前記第２の複数の特定ベクトルの値とが、所定の閾値よりも異なっているときに、前記工具の形状が変化しているとの判断をする工具形状判断段階と、
を有し、前記特定ベクトルは、法線ベクトルもしくは接線ベクトルもしくは前記法線ベクトルに対して一定の角度だけ傾いている特定傾斜ベクトルである工具の形状検出方法。

【請求項6】

前記特定ベクトル取得段階で取得した第１の複数の特定ベクトルは、前記工具の使用前における特定ベクトルであり、
前記工具の使用後に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジをもとめるエッジ形状取得段階と、
前記特定ベクトル取得段階でもとめた第１の複数の特定ベクトルと、前記エッジ形状取得段階でもとめた前記工具のエッジとを用いて、前記使用前の工具の形状に対する前記使用後の工具の形状の変化量をもとめる工具形状変化量取得段階と、
を有する請求項５に記載の工具の形状検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工具の形状検出装置および工具の形状検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ワークの超精密加工において装置（工作機械）の運動性能が向上したことにより、工具の形状精度が加工精度に占めるウェイトが大きくなっている。なお、工具の形状の測定は、たとえば、特許文献１で示す工具形状測定装置を用いてなされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０２０／０９０８４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般的に工具の形状を測定する場合、測定器はどういう形状の工具を測定しているのか指定しておく必要がある。通常、定義（指定）できる工具の形状は、ボールエンドミルの形状、ラジアスエンドミルの形状、フラットエンドミルの形状等、市販されている工具の形状になる。

【0005】

ところで、形状が未知である特殊な形状の工具を用いてワークを加工することがあり、形状が未知である工具についても、この形状を測定しさらに形状の異常を検出したい場合がある。

【0006】

そこで、本発明は、形状が未知である工具の形状を測定しさらに工具の形状の異常を検出することができる工具の形状検出装置および工具の形状検出方法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】

【0007】

請求項１に記載の発明は、工作機械の主軸に設置された工具の形状検出装置であって、前記工具の形状を撮影するカメラと、前記カメラで撮影した工具のエッジ上の複数の点で、これらの特定ベクトルをもとめる特定ベクトル取得部と、前記特定ベクトル取得部で取得した第１の複数の特定ベクトルと、前記特定ベクトル取得部で次に取得した第２の複数の特定ベクトルとを比較する特定ベクトル比較部と、前記特定ベクトル比較部での比較の結果、前記第１の複数の特定ベクトルの値と前記第２の複数の特定ベクトルの値とが、所定の閾値よりも異なっているときに、前記工具の形状が変化しているとの判断をする工具形状判断部とを有し、前記特定ベクトルは、法線ベクトルもしくは接線ベクトルもしくは前記法線ベクトルに対して一定の角度だけ傾いている特定傾斜ベクトルである工具の形状検出装置である。

【0008】

請求項２に記載の発明は、前記特定ベクトル取得部で取得した第１の複数の特定ベクトルは、前記工具の使用前における特定ベクトルであり、前記工具の使用後に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジをもとめるエッジ形状取得部と、前記特定ベクトル取得部でもとめた第１の複数の特定ベクトルと、前記エッジ形状取得部でもとめた前記工具のエッジとを用いて、前記使用前の工具の形状に対する前記使用後の工具の形状の変化量をもとめる工具形状変化量取得部とを有する請求項１に記載の工具の形状検出装置である。

【0009】

請求項３に記載の発明は、工作機械の主軸に設置された工具の形状検出装置であって、前記工具の形状を撮影するカメラと、前記工具の使用前に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジ上の複数の点で、特定ベクトルをもとめる特定ベクトル取得部と、前記工具の使用後に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジをもとめるエッジ形状取得部と前記特定ベクトル取得部でもとめた特定ベクトルと、前記エッジ形状取得部でもとめた前記工具のエッジとを用いて、前記使用前の工具の形状に対する前記使用後の工具の形状の変化量をもとめる工具形状変化量取得部とを有し、前記特定ベクトルは、法線ベクトルもしくは接線ベクトルもしくは前記法線ベクトルに対して一定の角度だけ傾いている特定傾斜ベクトルである工具の形状検出装置である。

【0010】

請求項４に記載の発明は、工作機械の主軸に設置された工具の形状検出装置であって、前記工具の形状を撮影するカメラと、前記工具の使用前に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジをもとめるエッジ形状取得部と、前記工具の使用後に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジ上の複数の点で、特定ベクトルをもとめる特定ベクトル取得部と、前記特定ベクトル取得部でもとめた特定ベクトルと、前記エッジ形状取得部でもとめた前記工具のエッジとを用いて、前記使用前の工具の形状に対する前記使用後の工具の形状の変化量をもとめる工具形状変化量取得部とを有し、前記特定ベクトルは、法線ベクトルもしくは接線ベクトルもしくは前記法線ベクトルに対して一定の角度だけ傾いている特定傾斜ベクトルである工具の形状検出装置である。

【0011】

請求項５に記載の発明は、工作機械の主軸に設置された工具の形状検出方法であって、前記工具の形状を撮影するカメラで撮影した工具のエッジ上の複数の点で、これらの特定ベクトルをもとめる特定ベクトル取得段階と、前記特定ベクトル取得段階で取得した第１の複数の特定ベクトルと、前記特定ベクトル取得段階で次に取得した第２の複数の特定ベクトルとを比較する特定ベクトル比較段階と、前記特定ベクトル比較段階での比較の結果、第１の複数の特定ベクトルの値と前記第２の複数の特定ベクトルの値とが、所定の閾値よりも異なっているときに、前記工具の形状が変化しているとの判断をする工具形状判断段階とを有し、前記特定ベクトルは、法線ベクトルもしくは接線ベクトルもしくは前記法線ベクトルに対して一定の角度だけ傾いている特定傾斜ベクトルである工具の形状検出方法である。

【0012】

請求項６に記載の発明は、前記特定ベクトル取得段階で取得した第１の複数の特定ベクトルは、前記工具の使用前における特定ベクトルであり、前記工具の使用後に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジをもとめるエッジ形状取得段階と、前記特定ベクトル取得段階でもとめた第１の複数の特定ベクトルと、前記エッジ形状取得段階でもとめた前記工具のエッジとを用いて、前記使用前の工具の形状に対する前記使用後の工具の形状の変化量をもとめる工具形状変化量取得段階とを有する請求項５に記載の工具の形状検出方法である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、形状が未知である工具の形状を測定しさらに工具の形状の異常を検出することができる工具の形状検出装置および工具の形状検出方法を提供することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る工具の形状検出装置と、この工具の形状検出装置が設置されている工作機械の概略構成を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る工具の形状検出装置の概略構成を示す図である。

【図3】本発明の実施形態に係る工具の形状検出装置によって得られる工具のエッジと法線ベクトルを示す図である。

【図4】図３において、工具のエッジの一部とこの法線ベクトルを示す拡大図である。

【図5】本発明の実施形態に係る工具の形状検出装置によって得られる使用前と使用後における工具のエッジと法線ベクトルを示す図である。

【図6】図５で示す法線ベクトルの成分を示す図である。

【図7】図５において、工具のエッジの一部とこの法線ベクトルを示す拡大図である。

【図8】本発明の実施形態に係る工具の形状検出装置の動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の実施形態に係る工具の形状検出装置１（工具形状異常検出装置）１は、たとえば、図１で示すように工作機械２に設置されて使用されるものである。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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（たとえばエンドミル）１２を３次元で移動させ、ワーク１４を加工することが可能である。テーブル１６の端には工具の形状検出装置１が設置されている。制御装置２０は工作機械２と工具の形状検出装置１に接続され、工作機械２と工具の形状検出装置１を制御することができる。なお、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。

【0020】

図２は工具の形状検出装置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１２の形状を測定する。工具の形状検出装置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１２の形状が測定される。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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。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。

【0024】

ところで、工具１２の撮影によって、エンドミル１２の最大外形の静止画像が得られるようになっている。この最大外形の箇所がエンドミル１２の切れ刃になっており、切れ刃の形状がワーク１４の加工面の形状に影響を与えるからである。また、工具１２の撮影の詳細については、国際公開２０２０／０９０８４４号公報で示されている。

【0025】

工具の形状検出装置１として、国際公開２０２０／０９０８４４号公報に示されている工具形状測定装置が採用されている。工具の形状検出装置１は、工作機械（たとえば超精密加工機）２の主軸１１に設置された工具（たとえば回転しているエンドミル等の切削工具）１２の形状を検出するものである。

【0026】

工具の形状検出装置１は、図２で示すように、制御部２５と工具１２の形状を撮影するカメラ（デジタルカメラ）２２とを備えて構成されている。制御部２５は、たとえば、制御装置２０の一部で構成されているが、制御部２５が、制御装置２０とは別個に設けられていてもよい。

【0027】

工具の形状検出装置１は、工作機械（精密加工機）２の主軸１１に設置された工具１２の形状を検出する装置である。工作機械２の主軸１１に設置されている工具１２は、所定の中心軸Ｃ１を中心にして回転するようになっている。そして、工具１２が回転しつつワーク１４の切削加工をするようになっている。

【0028】

また、工具の形状検出装置１は、図２で示すように、法線ベクトル取得部（特定ベクトル取得部）２７と法線ベクトル比較部（特定ベクトル比較部）２９と工具形状判断部３１とを備えて構成されている。

【0029】

法線ベクトル取得部２７は、カメラ２２で撮影した工具１２のエッジ（切れ刃の先端に相当する外周の部位；最大外形の縁）１３上の複数の点で、これらの法線ベクトルをもとめるようになっている。工具１２のエッジ１３上の複数の点は、図３、図４等に参照符号Ｐｎ―１、Ｐｎ、Ｐｎ＋１、Ｐｎ＋２・・・で示している。複数の法線ベクトルは、図３、図４等に参照符号ＶＰｎ―１、ＶＰｎ、ＶＰｎ＋１、ＶＰｎ＋２・・・で示している。なお、工具１２のエッジ１３は、エッジ形状取得部３３によってもとめられる。

【0030】

工具１２のエッジ１３上の複数の点は、お互いがたとえば一定のごく僅かな距離を隔ててエッジ１３の延伸方向で順にならんでいる。上記一定のごく僅かな距離としては、カメラ２２の撮像素子の画素のピッチ程度の距離を掲げることができる。上記一定のごく僅かな距離が画素のピッチよりも僅かに大きくなっていてもよい。

【0031】

なお、法線ベクトル取得部２７で法線ベクトルをもとめることに代えて、法線ベクトルに対して一定の角度だけ傾いているベクトル（特定傾斜ベクトル）をもとめてもよい。すなわち、法線ベクトルに対して一定の角度で交差するベクトルをもとめてもよい。たとえば、法線ベクトルに対して直交する接線のベクトル（接線ベクトル）をもとめてもよい。ここで、法線ベクトル、特定傾斜ベクトル、接線ベクトルを特定ベクトルとする。また、法線ベクトル取得部で、工具１２のエッジ１３上の複数の点それぞれにおけるエッジ１３の接線の傾き、もしくは、法線の傾きをもとめてもよい。

【0032】

法線ベクトル比較部２９は、法線ベクトル取得部２７で取得した第１の複数の法線ベクトルと、法線ベクトル取得部２７で次に取得した第２の複数の法線ベクトルとを比較するようになっている。第１の複数の法線ベクトルは、たとえば工具１２によるワーク１４の切削加工前の複数の法線ベクトルであり、第２の複数の法線ベクトルは、たとえば工具１２によるワーク１４の切削加工後の複数の法線ベクトルである。

【0033】

工具形状判断部３１は、法線ベクトル比較部２９での比較の結果、第１の複数の法線ベクトルの値と第２の複数の法線ベクトルの値とが、所定の閾値よりも異なっているときに、工具１２の形状が変化しているとの判断をするようになっている。

【0034】

ここで、法線ベクトル取得部２７での法線ベクトルＶＰｎ―１、ＶＰｎ、ＶＰｎ＋１、ＶＰｎ＋２・・・の取得について、図４を参照しつつ法線ベクトルＶＰｎ＋１を例に掲げさらに詳しく説明する。

【0035】

まず、工具１２のエッジ１３上のお互いが隣接している２つの点Ｐｎと点Ｐｎ＋１とを結ぶ線分ＬＡｎをもとめる。また、工具１２のエッジ１３上のお互いが隣接している２つの点Ｐｎ＋１と点Ｐｎ＋２とを結ぶ線分ＬＡｎ＋１をもとめる。続いて、線分ＬＡｎとの交差角度がαｎ＋１であり、線分ＬＡｎとの交差角度がβｎ＋１であり、点Ｐｎ＋１を始点とする法線ベクトルＶＰｎ＋１をもとめる。法線ベクトルＶＰｎ＋１は、工具１２の中心側（回転中心軸Ｃ１側）に向かっている。また、交差角度がαｎ＋１と交差角度がβｎ＋１とはお互いが等しくなっている。

【0036】

その他の法線ベクトルも、法線ベクトルＶＰｎ＋１と同様にして求められる。なお、複数の法線ベクトルＶＰｎ―１、ＶＰｎ、ＶＰｎ＋１、ＶＰｎ＋２・・・は、お互いの絶対値（スカラー量）が等しくなっている。複数の法線ベクトルＶＰｎ―１、ＶＰｎ、ＶＰｎ＋１、ＶＰｎ＋２・・・は、たとえば、単位ベクトルになっている。

【0037】

なお、最小二乗法等により、複数の点（点Ｐｎ等）から、線分ＬＡｎ等に代えて、半直線を求め、法線ベクトルＶＰｎ等をもとめてもよい。すなわち、図４において、線分ＬＡｎ＋１に代えて、点Ｐｎ＋２から斜め上（点Ｐｎ＋１側）に延びる１つ目の半直線をもとめる。この半直線は、複数の点（たとえば２つの点Ｐｎ＋１、Ｐｎ）から最小二乗法によってもとめられたものである。同様にして、点Ｐｎ＋２から斜め下（点Ｐｎ＋３側）に延びる２つ目の半直線をもとめる。続いて、１つ目の半直線との交差角度がαｎ＋２であり、２つ目の半直線との交差角度がβｎ＋２であり、点Ｐｎ＋２を始点とする法線ベクトルＶＰｎ＋２をもとめる。なお、交差角度αｎ＋２と交差角度がβｎ＋２とはお互いが等しくなっている。その他の法線ベクトルも、半直線を用いて同様にもとめる。

【0038】

次に、法線ベクトル比較部２９での第１の複数の法線ベクトルと、第２の複数の法線ベクトルとの比較について、図５、図６を参照しつつさらに詳しく説明する。図５に示す実線は、第１の複数の法線ベクトルに係る工具（使用前の工具）１２のエッジ１３を示している。図５に示す破線は、第２の複数の法線ベクトルに係る工具（使用後の工具）１２のエッジ１３ａを示している。なお、図５では、破線１３ａの一部が実線１３から離れており、破線１３ａの他の部位は、実線１３と重なっている。

【0039】

第１の複数の法線ベクトルは、参照符号ＶＰｎ、ＶＰｎ＋１、ＶＰｎ＋２、ＶＰｎ＋３、ＶＰｎ＋４・・・で示されており、第２の複数の法線ベクトルは、参照符号ＶＱｎ、ＶＱｎ＋１、ＶＱｎ＋２、ＶＱｎ＋３、ＶＱｎ＋４・・・で示されている。第２の法線ベクトルＶＱｎ、ＶＱｎ＋１、ＶＱｎ＋２、ＶＱｎ＋３、ＶＱｎ＋４・・・は、第１の法線ベクトルと同様にしてもとめられ、また、第１の法線ベクトルと同様に、たとえば、単位ベクトルになっている。

【0040】

図６は、第１の複数の法線ベクトルＶＰｎ、ＶＰｎ＋１、ＶＰｎ＋２、ＶＰｎ＋３、ＶＰｎ＋４・・・それぞれの成分と、第２の複数の法線ベクトルルＶＱｎ、ＶＱｎ＋１、ＶＱｎ＋２、ＶＱｎ＋３、ＶＱｎ＋４・・・それぞれの成分とを表している。

【0041】

たとえば、法線ベクトルＶＰｎ＋１の成分は、（Ｐａｎ＋１、Ｐｂｎ＋１）で表されており、法線ベクトルＶＱｎ＋１の成分は、（Ｑａｎ＋１、Ｑｂｎ＋１）で表されている。

【0042】

法線ベクトル比較部２９では、Ｐａｎ＋１／Ｐｂｎ＋１の値（法線ベクトルの方向）と、Ｑａｎ＋１／Ｑｂｎ＋１の値とを比較するようになっている。また、法線ベクトル比較部２９では、他の法線ベクトルについても、同様な比較をするようになっている。たとえば、Ｐａｎ／Ｐｂｎの値と、Ｑａｎ／Ｑｂｎの値とを比較し、また、Ｐａｎ＋２／Ｐｂｎ＋２の値と、Ｑａｎ＋２／Ｑｂｎ＋２の値とを比較するようになっている。

【0043】

上記比較の結果、図５で示す点Ｐｎ＋１の法線ベクトルＶＰｎ＋１の値（Ｐａｎ＋１／Ｐｂｎ＋１）と、点Ｑｎ＋１の法線ベクトルＶＱｎ＋１の値（Ｑａｎ＋１／Ｑｂｎ＋１）とはお互いが一致している。 すなわち、点Ｐｎ＋１の法線ベクトルＶＰｎ＋１の値（Ｐａｎ＋１／Ｐｂｎ＋１）と、点Ｑｎ＋１の法線ベクトルＶＱｎ＋１の値（Ｑａｎ＋１／Ｑｂｎ＋１）との差が所定の閾よりも小さくなっている。

【0044】

一方、点Ｐｎ＋２の法線ベクトルＶＰｎ＋２の値（Ｐａｎ＋２／Ｐｂｎ＋２）と、点Ｑｎ＋２の法線ベクトルＶＱｎ＋２の値（Ｑａｎ＋２／Ｑｂｎ＋２）とはお互いが異なっている。すなわち、法線ベクトルＶＰｎ＋２の値（Ｐａｎ＋２／Ｐｂｎ＋２）と、点Ｑｎ＋２の法線ベクトルＶＱｎ＋２の値（Ｑａｎ＋２／Ｑｂｎ＋２）との差が所定の閾よりも大きくなっている。

【0045】

同様な比較をすると、法線ベクトルＶＰｎ＋３の値と法線ベクトルＶＱｎ＋３の値とはお互いが異なっており、法線ベクトルＶＰｎ＋４の値と法線ベクトルＶＱｎ＋４の値とはお互いが異なっている。また、法線ベクトルＶＰｎ＋５の値と法線ベクトルＶＱｎ＋５の値とはお互いが異なっており、法線ベクトルＶＰｎ＋６の値と法線ベクトルＶＱｎ＋６の値とはお互いが一致している。

【0046】

そして、工具形状判断部３１は、点Ｐｎ＋２（点Ｑｎ＋２）～点Ｐｎ＋５（点Ｑｎ＋５）の部位で、工具１２の形状が変化しているとの判断をするようになっている。

【0047】

次に、工具１２の摩耗量の検出について説明する。

【0048】

上述したように、法線ベクトル取得部２７で取得した第１の複数の法線ベクトルは、工具１２の使用前における法線ベクトルとなっている。また、工具の形状検出装置１は、エッジ形状取得部３３と工具形状変化量取得部３５とを備えて構成されている。

【0049】

エッジ形状取得部３３は、工具１２の使用後に、カメラ２２で工具１２を撮影して工具１２のエッジ１３をもとめるようになっている。なお、法線ベクトル取得部２７は、上述したように、エッジ形状取得部３３で取得した工具１２のエッジ１３上の複数の点とエッジ１３とを用いて、法線ベクトルをもとめるようになっている。

【0050】

工具形状変化量取得部３５は、法線ベクトル取得部２７でもとめた第１の複数の法線ベクトルと、エッジ形状取得部３３でもとめた工具１２のエッジ１３とを用いて、使用前の工具１２の形状に対する使用後の工具１２の形状の変化量をもとめるようになっている。なお、工具１２の形状の変化量として、工具１２の摩耗量、工具１２の欠損部の欠損量等を掲げることができる。

【0051】

ここで、工具形状変化量取得部３５によって、工具１２の形状の変化量をもとめることについて図７を参照しつつさらに詳しく説明する。

【0052】

工具１２の形状の変化量のもとめ方を、点Ｐｎ＋２を例に掲げて説明する。まず、点Ｐｎ＋２の法線ベクトルＶＰｎ＋２をもとめる。続いて、点Ｐｎ＋２を通り傾きが法線ベクトルＶＰｎ＋２と一致している直線（点Ｐｎ＋２を始点とする法線ベクトルＶＰｎ＋２を含む直線の方程式）をもとめる。

【0053】

続いて、上記直線と、エッジ１３ａとの交点Ｑｍ＋２をもとめ、点Ｐｎ＋２と交点Ｑｍ＋２とを結ぶ線分Ｌｎ＋２の長さをもとめる。この線分Ｌｎ＋２の長さの値が、点Ｐｎ＋２のところにおける工具１２の形状の変化量ということになる。同様にして、点Ｐｎ＋３等の他の点についても、工具１２の形状の変化量をもとめる。

【0054】

次に、工具の形状検出装置１の動作について図８を参照しつつ説明する。

【0055】

初期状態として、工具１２が回転しており、図２で示すように、工具の形状検出装置１で工具１２の形状が測定できるようになっている。

【0056】

上記初期状態で、制御装置２０（制御部２５）の制御の下、使用前の工具１２をカメラ２２で撮影し（Ｓ１）、法線ベクトル取得部２７によってステップＳ１で撮影した工具１２の法線ベクトルをもとめる（Ｓ３）。

【0057】

続いて、工具１２を使用してワーク１４に所定の切削加工を施し（Ｓ５）、ステップＳ５５での使用をした後の工具１２をカメラ２２で撮影する（Ｓ７）。

【0058】

続いて、エッジ形状取得部３３により、ステップＳ７で撮影した工具１２のエッジ１３をもとめ、法線ベクトル取得部２７により、ステップＳ７で撮影した工具１２の工具１２の法線ベクトルをもとめる（Ｓ９）。

【0059】

続いて、ステップＳ３でもとめた工具１２の法線ベクトルと、ステップＳ９でもとめた工具１２の法線ベクトルと、法線ベクトル比較部２９によって比較する（Ｓ１１）。続いて、ステップＳ１１での比較結果により、工具形状判断部３１により工具１２の形状が変化しているか否かを判断する（Ｓ１３）。

【0060】

続いて、ステップＳ３でもとめた工具１２の法線ベクトルと、ステップＳ９でもとめた工具１２のエッジとのより、工具形状変化量取得部３５で工具１２の形状の変化量をもとめる（Ｓ１５）。

【0061】

工具の形状検出装置１では、法線ベクトル取得部２７で工具１２のエッジ１３上の複数の点で、これらの法線ベクトルをもとめ、法線ベクトル比較部２９で、第１の複数の法線ベクトと第２の複数の法線ベクトルとを比較するようになっている。そして、第１の複数の法線ベクトルの値と第２の複数の法線ベクトルの値とが所定の閾値よりも異なっているときに、工具形状判断部３１で工具１２の形状が変化しているとの判断をするようになっている。

【0062】

これにより、形状が未知である工具１２の形状を測定しさらに工具１２の形状の異常を検出することができる。さらに、法線ベクトルを比較することで、使用の前後における工具１２の形状が変化しているか否かを判断するので、単に使用の前後における工具１２を撮影して工具１２の形状を比較する場合に比べて、工具１２の形状の変化を正確に検出することができる。

【0063】

ところで、上述した工具の形状検出装置１を、工作機械の主軸に設置された工具の形状検出装置であって、前記工具の形状を撮影するカメラと、前記工具の使用前に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジ上の複数の点で、法線ベクトルをもとめる法線ベクトル取得部と、前記工具の使用後に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジをもとめるエッジ形状取得部と、前記法線ベクトル取得部でもとめた法線ベクトルと、前記エッジ形状取得部でもとめた前記工具のエッジとを用いて、前記使用前の工具の形状に対する前記使用後の工具の形状の変化量をもとめる工具形状変化量取得部とを有する工具の形状検出装置として把握してもよい。

【0064】

この工具の形状検出装置１では、法線ベクトル取得部２７で、使用前の工具１２のエッジ１３上の複数の点で法線ベクトルをもとめ、エッジ形状取得部３３で、使用後の工具１２のエッジ１３ａをもとめている。そして、法線ベクトル取得部２７でもとめた法線ベクトルと、エッジ形状取得部３３でもとめた工具１２のエッジ１３ａとを用いて、工具形状変化量取得部３５で、使用前の工具１２の形状に対する使用後の工具１２の形状の変化量をもとめるようになっている。

【0065】

これにより、使用による欠損や摩耗量および摩耗等が発生した工具１２の部位を正確に検出することができる。

【0066】

また、上述した工具の形状検出装置１を、工作機械の主軸に設置された工具の形状検出装置であって、前記工具の形状を撮影するカメラと、前記工具の使用前に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジをもとめるエッジ形状取得部と、前記工具の使用後に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジ上の複数の点で、法線ベクトルをもとめる法線ベクトル取得部と、前記法線ベクトル取得部でもとめた法線ベクトルと、前記エッジ形状取得部でもとめた前記工具のエッジとを用いて、前記使用前の工具の形状に対する前記使用後の工具の形状の変化量をもとめる工具形状変化量取得部とを有する工具の形状検出装置として把握してもよい。

【0067】

また、上述した記載内容を、工具の形状検出方法として把握してもよい。

【0068】

すなわち、工作機械の主軸に設置された工具の形状検出方法であって、前記工具の形状を撮影するカメラで撮影した工具のエッジ上の複数の点で、これらの法線ベクトルをもとめる法線ベクトル取得段階と、前記法線ベクトル取得段階で取得した第１の複数の法線ベクトルと、前記法線ベクトル取得段階で次に取得した第２の複数の法線ベクトルとを比較する法線ベクトル比較段階と、前記法線ベクトル比較段階での比較の結果、第１の複数の法線ベクトルの値と前記第２の複数の法線ベクトルの値とが、所定の閾値よりも異なっているときに、前記工具の形状が変化しているとの判断をする工具形状判断段階とを有する工具の形状検出方法として把握してもよい。

【0069】

また、前記法線ベクトル取得段階で取得した第１の複数の法線ベクトルは、前記工具の使用前における法線ベクトルであり、前記工具の使用後に、前記カメラで前記工具を撮影して前記工具のエッジをもとめるエッジ形状取得段階と、前記法線ベクトル取得段階でもとめた第１の複数の法線ベクトルと、前記エッジ形状取得段階でもとめた前記工具のエッジとを用いて、前記使用前の工具の形状に対する前記使用後の工具の形状の変化量をもとめる工具形状変化量取得段階とを有する請求項５に記載の工具の形状検出方法として把握してもよい。

【0070】

以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0071】

１ 工具の形状検出装置
２ 工作機械
１１ 主軸
１２ 工具
１３、１３ａ 工具のエッジ
２２ カメラ
２７ 法線ベクトル取得部
２９ 法線ベクトル比較部
３１ 工具形状判断部
３３ エッジ形状取得部
３５ 工具形状変化量取得部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】