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(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】P2024167045
(43)【公開日】2024-11-29
(54)【発明の名称】工具測定方法、工具測定機、および工作機械
(51)【国際特許分類】
G01B 11/24 20060101AFI20241122BHJP
B23Q 17/22 20060101ALI20241122BHJP
B23Q 17/24 20060101ALI20241122BHJP
【ＦＩ】
G01B11/24 K
B23Q17/22 D
B23Q17/24 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024026629
(22)【出願日】2024-02-26
(31)【優先権主張番号】P 2023082721
(32)【優先日】2023-05-19
(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】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(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）】
2F065AA53
2F065BB05
2F065CC10
2F065FF02
2F065FF65
2F065GG07
2F065GG08
2F065HH03
2F065HH15
2F065JJ03
2F065JJ26
2F065MM04
2F065MM28
2F065PP13
2F065QQ01
2F065QQ03
2F065QQ24
2F065QQ33
3C029AA24
3C029EE20
(57)【要約】
【課題】回転状態の工具形状を測定するとともにバックライトの回折光による精度低下を防止できる工具測定方法、工具測定機、および工作機械を提供する。
【解決手段】工具１９がカメラの撮影範囲から外れた状態でバックライト３２からの照明光３４だけをカメラ３１で撮影した基準画像４６と、工具１９がカメラ３１の撮影範囲にある状態で工具１９がバックライト３２からの照明光を遮る影をカメラ３１で撮影した測定画像４７と、を記録しておき、測定画像４７のピクセルを順次検査し、測定画像４７におけるピクセルの測定輝度が、基準画像４６における同じ位置のピクセルの基準輝度よりも大きい場合、測定画像４７のピクセルの輝度を基準輝度に修正し、輝度が修正された修正画像４８を記録し、修正画像４８に対してエッジ検出処理を行って工具１９の輪郭形状４９を検出する。
【選択図】図４
【解決手段】工具１９がカメラの撮影範囲から外れた状態でバックライト３２からの照明光３４だけをカメラ３１で撮影した基準画像４６と、工具１９がカメラ３１の撮影範囲にある状態で工具１９がバックライト３２からの照明光を遮る影をカメラ３１で撮影した測定画像４７と、を記録しておき、測定画像４７のピクセルを順次検査し、測定画像４７におけるピクセルの測定輝度が、基準画像４６における同じ位置のピクセルの基準輝度よりも大きい場合、測定画像４７のピクセルの輝度を基準輝度に修正し、輝度が修正された修正画像４８を記録し、修正画像４８に対してエッジ検出処理を行って工具１９の輪郭形状４９を検出する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
工作機械の主軸に装着される工具を撮影するカメラと、前記カメラとは反対側から前記工具を照明するバックライトと、を用い、前記カメラで撮影した画像から前記工具を測定する工具測定方法であって、
前記工具が前記カメラの撮影範囲から外れた状態で前記バックライトからの照明光だけを前記カメラで撮影した基準画像と、
前記工具が前記カメラの撮影範囲にある状態で前記工具が前記バックライトからの照明光を遮る影を前記カメラで撮影した測定画像と、を記録しておき、
前記測定画像のピクセルを順次検査し、前記測定画像における前記ピクセルの測定輝度が、前記基準画像における同じ位置の前記ピクセルの基準輝度よりも大きい場合、前記測定画像の前記ピクセルの輝度を前記基準輝度に修正し、輝度が修正された修正画像を記録し、
前記修正画像に対してエッジ検出処理を行って前記工具の輪郭形状を検出する工具測定方法。
前記工具が前記カメラの撮影範囲から外れた状態で前記バックライトからの照明光だけを前記カメラで撮影した基準画像と、
前記工具が前記カメラの撮影範囲にある状態で前記工具が前記バックライトからの照明光を遮る影を前記カメラで撮影した測定画像と、を記録しておき、
前記測定画像のピクセルを順次検査し、前記測定画像における前記ピクセルの測定輝度が、前記基準画像における同じ位置の前記ピクセルの基準輝度よりも大きい場合、前記測定画像の前記ピクセルの輝度を前記基準輝度に修正し、輝度が修正された修正画像を記録し、
前記修正画像に対してエッジ検出処理を行って前記工具の輪郭形状を検出する工具測定方法。
【請求項2】
工作機械の主軸に装着される工具を撮影するカメラと、前記カメラとは反対側から前記工具を照明するバックライトと、前記カメラで撮影した画像から前記工具を測定する測定制御部と、を有する工具測定機であって、
前記測定制御部は、
前記工具が前記カメラの撮影範囲から外れた状態で前記バックライトからの照明光だけを前記カメラで撮影した基準画像を記録する基準画像記録部と、
前記工具が前記カメラの撮影範囲にある状態で前記工具が前記バックライトからの照明光を遮る影を前記カメラで撮影した測定画像を記録する測定画像記録部と、
前記測定画像のピクセルを順次検査し、前記測定画像における前記ピクセルの測定輝度が、前記基準画像における同じ位置の前記ピクセルの基準輝度よりも大きい場合、前記測定画像の前記ピクセルの輝度を前記基準輝度に修正し、輝度が修正された修正画像を記録する輝度修正部と、
前記修正画像に対してエッジ検出処理を行って前記工具の輪郭形状を検出する輪郭検出部と、を有する工具測定機。
前記測定制御部は、
前記工具が前記カメラの撮影範囲から外れた状態で前記バックライトからの照明光だけを前記カメラで撮影した基準画像を記録する基準画像記録部と、
前記工具が前記カメラの撮影範囲にある状態で前記工具が前記バックライトからの照明光を遮る影を前記カメラで撮影した測定画像を記録する測定画像記録部と、
前記測定画像のピクセルを順次検査し、前記測定画像における前記ピクセルの測定輝度が、前記基準画像における同じ位置の前記ピクセルの基準輝度よりも大きい場合、前記測定画像の前記ピクセルの輝度を前記基準輝度に修正し、輝度が修正された修正画像を記録する輝度修正部と、
前記修正画像に対してエッジ検出処理を行って前記工具の輪郭形状を検出する輪郭検出部と、を有する工具測定機。
【請求項3】
請求項２に記載の工具測定機において、
前記バックライトは、前記工作機械の前記主軸の回転を検出する回転センサから出力される信号をトリガーとして発光するストロボである、工具測定機。
前記バックライトは、前記工作機械の前記主軸の回転を検出する回転センサから出力される信号をトリガーとして発光するストロボである、工具測定機。
【請求項4】
請求項２または請求項３に記載の工具測定機において、
前記測定制御部は、前記測定画像として、前記工作機械の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前記カメラで撮影するとともに、撮影した全ての前記測定画像に対して前記輪郭検出部による前記輪郭形状の検出および前記輝度修正部による輝度の修正を実行させる、工具測定機。
前記測定制御部は、前記測定画像として、前記工作機械の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前記カメラで撮影するとともに、撮影した全ての前記測定画像に対して前記輪郭検出部による前記輪郭形状の検出および前記輝度修正部による輝度の修正を実行させる、工具測定機。
【請求項5】
工具が装着される主軸と、請求項２に記載の工具測定機と、を有する工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は工具測定方法、工具測定機、および工作機械に関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械のなかでも精密加工機においては、加工作業の間に工具の機上測定を行い、測定結果を制御装置にフィードバックし、工具の摩耗による加工誤差を補償することがなされている。機上測定を行う工具測定機として、静止状態ではなく、回転中の工具の形状を測定するものが開発されている（特許文献１）。
特許文献１の工具測定機では、回転角度センサを用いて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（例えば１度刻みで撮影した３６０枚の画像）を撮影し、工具の輪郭を取得している（段落００３５）。さらに、工具を挟んでカメラと反対側にストロボを配置し、画像の撮影タイミングを高精度化するとともに（段落０１３３）、バックライトとして工具の輪郭を明瞭化することが記載されている（段落０１４０）。
段落０１５１には、工具の回転速度に対して撮影時間が長い場合、画像上の工具輪郭にブレが生じて正確な形状が得られない（図８ａ）のに対し、特許文献１の装置では前述のように工具輪郭が明瞭化される（図８ｂ）ことが記載されている。
特許文献１には、撮影で得られた総ての画像を合成し、工具の最大外形の静止画像を取得し、工具の最大外形に基づいて工具補正を行うことも示されている（段落０１６１）。
特許文献１の工具測定機では、回転角度センサを用いて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（例えば１度刻みで撮影した３６０枚の画像）を撮影し、工具の輪郭を取得している（段落００３５）。さらに、工具を挟んでカメラと反対側にストロボを配置し、画像の撮影タイミングを高精度化するとともに（段落０１３３）、バックライトとして工具の輪郭を明瞭化することが記載されている（段落０１４０）。
段落０１５１には、工具の回転速度に対して撮影時間が長い場合、画像上の工具輪郭にブレが生じて正確な形状が得られない（図８ａ）のに対し、特許文献１の装置では前述のように工具輪郭が明瞭化される（図８ｂ）ことが記載されている。
特許文献１には、撮影で得られた総ての画像を合成し、工具の最大外形の静止画像を取得し、工具の最大外形に基づいて工具補正を行うことも示されている（段落０１６１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第７１３２３４９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の工具測定機によれば、回転角度毎の複数の画像を重ね合わせたうえ、工具の概略輪郭における最も暗色の部分（影として濃い部分）を工具の輪郭として選択することができる。
しかし、この方法では特にＰＣＤ工具（多結晶ダイヤモンド焼結体工具）のような奥行きがある工具では、工具のブレ（撮影時間中の奥行き方向の移動によるピンボケした残像）も重ね合わせてしまい、測定精度が低下するという問題がある。
画像上の工具輪郭のブレに対しては、エッジ検出などの画像処理によって補正が可能である。しかし、特許文献１のようにストロボを用いた場合、バックライトが工具のエッジ付近で回折し、工具の輪郭が明るくなる現象が発生する。そして、回折光による輪郭の明るい部分が影響し、エッジ検出の際のサブピクセル計算が明るい側に寄ってしまい、測定精度が低下するという問題があった。
しかし、この方法では特にＰＣＤ工具（多結晶ダイヤモンド焼結体工具）のような奥行きがある工具では、工具のブレ（撮影時間中の奥行き方向の移動によるピンボケした残像）も重ね合わせてしまい、測定精度が低下するという問題がある。
画像上の工具輪郭のブレに対しては、エッジ検出などの画像処理によって補正が可能である。しかし、特許文献１のようにストロボを用いた場合、バックライトが工具のエッジ付近で回折し、工具の輪郭が明るくなる現象が発生する。そして、回折光による輪郭の明るい部分が影響し、エッジ検出の際のサブピクセル計算が明るい側に寄ってしまい、測定精度が低下するという問題があった。
【0005】
本発明は、回転状態の工具形状を測定するとともにバックライトの回折光による精度低下を防止できる工具測定方法、工具測定機、および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】
【0006】
本発明の工具測定方法は、工作機械の主軸に装着される工具を撮影するカメラと、前記カメラとは反対側から前記工具を照明するバックライトと、を用い、前記カメラで撮影した画像から前記工具を測定する工具測定方法であって、前記工具が前記カメラの撮影範囲から外れた状態で前記バックライトからの照明光だけを前記カメラで撮影した基準画像と、前記工具が前記カメラの撮影範囲にある状態で前記工具が前記バックライトからの照明光を遮る影を前記カメラで撮影した測定画像と、を記録しておき、前記測定画像のピクセルを順次検査し、前記測定画像における前記ピクセルの測定輝度が、前記基準画像における同じ位置の前記ピクセルの基準輝度よりも大きい場合、前記測定画像の前記ピクセルの輝度を前記基準輝度に修正し、輝度が修正された修正画像を記録し、前記修正画像に対してエッジ検出処理を行って前記工具の輪郭形状を検出する。
【0007】
本発明の工具測定機は、工作機械の主軸に装着される工具を撮影するカメラと、前記カメラとは反対側から前記工具を照明するバックライトと、前記カメラで撮影した画像から前記工具を測定する測定制御部と、を有する工具測定機であって、前記測定制御部は、前記工具が前記カメラの撮影範囲から外れた状態で前記バックライトからの照明光だけを前記カメラで撮影した基準画像を記録する基準画像記録部と、前記工具が前記カメラの撮影範囲にある状態で前記工具が前記バックライトからの照明光を遮る影を前記カメラで撮影した測定画像を記録する測定画像記録部と、前記測定画像のピクセルを順次検査し、前記測定画像における前記ピクセルの測定輝度が、前記基準画像における同じ位置の前記ピクセルの基準輝度よりも大きい場合、前記測定画像の前記ピクセルの輝度を前記基準輝度に修正し、輝度が修正された修正画像を記録する輝度修正部と、前記修正画像に対してエッジ検出処理を行って前記工具の輪郭形状を検出する輪郭検出部と、を有する。
【0008】
このような本発明において、基準画像は、工具がカメラの撮影範囲になくバックライトの照明光だけの状態で撮影されており、基準画像上の各ピクセルの輝度は、工具による回折光の影響がない、照明光に相当する輝度となっている。一方、測定画像は、工具がカメラの撮影範囲にある状態で撮影されており、測定画像には工具による影とその外側の照明光とが投影され、エッジ検出処理により工具の影の輪郭形状が検出される。
測定画像においては、輪郭形状に沿って輝度の差が大きなピクセルが並ぶことになるが、このうち高輝度のピクセルでは工具による回折光の影響のぶん輝度が高く変動することがある。これに対し、基準画像における同位置のピクセルの輝度は、回折光の影響がない状態の基準輝度であるため、測定画像のピクセルの輝度が基準輝度を超えている際には基準輝度に修正することで、測定画像の各ピクセルにおける回折光の影響を解消できる。
その結果、回転状態の工具形状を測定することができるとともに、バックライトの回折光による精度低下を防止することができる。
なお、ピクセルごとの輝度比較にあたっては、処理負荷を軽減するために、測定画像の全画面ではなく、工具輪郭を含む領域に絞り込むことが好ましい。また、測定画像としては、複数の角度位置で撮影された画像を重ね合わせた画像を利用することができる。
測定画像においては、輪郭形状に沿って輝度の差が大きなピクセルが並ぶことになるが、このうち高輝度のピクセルでは工具による回折光の影響のぶん輝度が高く変動することがある。これに対し、基準画像における同位置のピクセルの輝度は、回折光の影響がない状態の基準輝度であるため、測定画像のピクセルの輝度が基準輝度を超えている際には基準輝度に修正することで、測定画像の各ピクセルにおける回折光の影響を解消できる。
その結果、回転状態の工具形状を測定することができるとともに、バックライトの回折光による精度低下を防止することができる。
なお、ピクセルごとの輝度比較にあたっては、処理負荷を軽減するために、測定画像の全画面ではなく、工具輪郭を含む領域に絞り込むことが好ましい。また、測定画像としては、複数の角度位置で撮影された画像を重ね合わせた画像を利用することができる。
【0009】
本発明の工具測定機において、前記バックライトは、前記工作機械の前記主軸の回転を検出する回転センサから出力される信号をトリガーとして発光するストロボであることが好ましい。
【0010】
本発明の工具測定機において、前記測定制御部は、前記測定画像として、前記工作機械の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前記カメラで撮影するとともに、撮影した全ての前記測定画像に対して前記輪郭検出部による前記輪郭形状の検出および前記輝度修正部による輝度の修正を実行させることが好ましい。
【0011】
本発明の工作機械は、工具が装着される主軸と、前述した本発明の工具測定機と、を有する。
このような本発明の工作機械では、前述した本発明の工具測定機で説明した通りの作用効果が得られる。
このような本発明の工作機械では、前述した本発明の工具測定機で説明した通りの作用効果が得られる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、回転状態の工具形状を測定するとともにバックライトの回折光による精度低下を防止できる工具測定機、工作機械、および工具測定方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施形態の工作機械を示す立面図。
【図2】前記実施形態の工具測定機における工具の撮影を示す平面図。
【図3】前記実施形態の工具測定機で撮影した工具の画像を示す模式図。
【図4】前記実施形態の工具測定機の測定制御部を示すブロック図。
【図5】前記実施形態の工具測定手順を示すフローチャート。
【図6】前記実施形態の基準画像を示す模式図。
【図7】前記実施形態の測定画像を示す模式図。
【図8】前記実施形態の修正画像を示す模式図。
【図9】前記実施形態で撮影される工具を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の一実施形態について図面にもとづいて説明する。
図１には、本発明が適用された工作機械１０が示されている。
工作機械１０は、ベッド１１の上面にテーブル１２を有し、テーブル１２の上面にはワーク１３が載置される。ベッド１１の上面には、テーブル１２を跨ぐように門型のフレーム１４が設置されている。フレーム１４のクロスレール１５にはサドル１６を介して主軸ヘッド１７が支持されている。主軸ヘッド１７には主軸１８が設置され、主軸１８の先端には工具１９が装着されている。
図１には、本発明が適用された工作機械１０が示されている。
工作機械１０は、ベッド１１の上面にテーブル１２を有し、テーブル１２の上面にはワーク１３が載置される。ベッド１１の上面には、テーブル１２を跨ぐように門型のフレーム１４が設置されている。フレーム１４のクロスレール１５にはサドル１６を介して主軸ヘッド１７が支持されている。主軸ヘッド１７には主軸１８が設置され、主軸１８の先端には工具１９が装着されている。
【0015】
ベッド１１に対するテーブル１２のＸ軸移動、クロスレール１５に対するサドル１６のＹ軸移動、およびサドル１６に対する主軸ヘッド１７のＺ軸方向移動により、工具１９はワーク１３に対して三次元の任意位置に相対移動される。主軸ヘッド１７に格納された図示省略した主モータにより主軸１８を回転させることで、工具１９によりワーク１３が切削加工される。
工作機械１０には制御装置２０が接続されており、前述した工具１９の各軸移動および回転を含む工作機械１０の動作は制御装置２０により制御される。
制御装置２０は、いわゆるＣＮＣ装置（コンピュータ数値制御装置）であり、予め組み込まれたソフトウェアで構成され、指定された加工プログラムを実行することで工作機械１０を制御し、ワーク１３を所定の形状に加工することができる。
工作機械１０においては、加工により工具１９の摩耗が避けられない。ワーク１３の加工の間に、工作機械１０に工具１９を装着した状態で工具１９の摩耗を検知するために、工作機械１０には工具測定機３０が設置されている。
工作機械１０には制御装置２０が接続されており、前述した工具１９の各軸移動および回転を含む工作機械１０の動作は制御装置２０により制御される。
制御装置２０は、いわゆるＣＮＣ装置（コンピュータ数値制御装置）であり、予め組み込まれたソフトウェアで構成され、指定された加工プログラムを実行することで工作機械１０を制御し、ワーク１３を所定の形状に加工することができる。
工作機械１０においては、加工により工具１９の摩耗が避けられない。ワーク１３の加工の間に、工作機械１０に工具１９を装着した状態で工具１９の摩耗を検知するために、工作機械１０には工具測定機３０が設置されている。
【0016】
工具測定機３０は、工具１９を撮影するためのカメラ３１およびバックライト３２を有する。カメラ３１およびバックライト３２はベース３３の上面に互いに向かい合わせに設置され、各々の間には工具１９が導入可能である。これらのカメラ３１およびバックライト３２は、工具１９によるワーク１３の加工を妨げないように、テーブル１２上面の周辺部に設置されている。
【0017】
図２に示すように、工具測定機３０は、バックライト３２を発光させることで、バックライト３２からカメラ３１に向けて平行光束からなる照明光３４を照射する。
バックライト３２は、光源として高輝度のＬＥＤ（発光ダイオード）を用いたストロボ照明装置であり、指定されたタイミングで高精度にストロボ発光させることができる。このために、工作機械１０の主軸ヘッド１７には主軸１８の回転を検出する回転センサ（図示省略）が設置され、バックライト３２は回転センサから出力される信号をトリガーとして発光する。このストロボ制御は後述する測定動作制御部４１により実行される。
カメラ３１は、ＣＣＤ（電荷結合素子）を用いた半導体撮像装置であり、バックライト３２のストロボ発光時には照明光３４を検出して画像として出力できる。
バックライト３２は、光源として高輝度のＬＥＤ（発光ダイオード）を用いたストロボ照明装置であり、指定されたタイミングで高精度にストロボ発光させることができる。このために、工作機械１０の主軸ヘッド１７には主軸１８の回転を検出する回転センサ（図示省略）が設置され、バックライト３２は回転センサから出力される信号をトリガーとして発光する。このストロボ制御は後述する測定動作制御部４１により実行される。
カメラ３１は、ＣＣＤ（電荷結合素子）を用いた半導体撮像装置であり、バックライト３２のストロボ発光時には照明光３４を検出して画像として出力できる。
【0018】
図３に示すように、カメラ３１においては、バックライト３２との間に導入された工具１９の輪郭形状１９１が照明光３４により投影されて画像３１１として撮影される。
工具測定機３０に導入される工具１９を回転状態としておき、工具１９の任意の回転角度でバックライト３２をストロボ発光させることで、当該角度における工具１９の画像３１１が撮影できる。例えば、１度ごとに３６０回の撮影を行うことで、工具１９の１回転分となる３６０枚の画像３１１を得ることができる。
なお、画像３１１には工具１９の輪郭形状１９１の外側に境界３１２が割り当てられる。境界３１２は後述する画像処理で利用される。
工具測定機３０に導入される工具１９を回転状態としておき、工具１９の任意の回転角度でバックライト３２をストロボ発光させることで、当該角度における工具１９の画像３１１が撮影できる。例えば、１度ごとに３６０回の撮影を行うことで、工具１９の１回転分となる３６０枚の画像３１１を得ることができる。
なお、画像３１１には工具１９の輪郭形状１９１の外側に境界３１２が割り当てられる。境界３１２は後述する画像処理で利用される。
【0019】
工具測定機３０は、前述した画像３１１の撮影ないし工具１９の輪郭形状を測定するために、制御装置２０内に測定制御部４０を有する。
図４において、制御装置２０には、工作機械１０の動作を制御する動作制御部２１、動作制御部２１で実行されてワーク１３の加工を行う加工プログラム２２、および測定制御部４０が配置されている。
測定制御部４０は、測定動作制御部４１、基準画像記録部４２、測定画像記録部４３、輝度修正部４４、および輪郭検出部４５を有する。さらに、測定制御部４０は、基準画像４６、測定画像４７、修正画像４８、輪郭形状４９を記録可能な記憶領域を備えている。
図４において、制御装置２０には、工作機械１０の動作を制御する動作制御部２１、動作制御部２１で実行されてワーク１３の加工を行う加工プログラム２２、および測定制御部４０が配置されている。
測定制御部４０は、測定動作制御部４１、基準画像記録部４２、測定画像記録部４３、輝度修正部４４、および輪郭検出部４５を有する。さらに、測定制御部４０は、基準画像４６、測定画像４７、修正画像４８、輪郭形状４９を記録可能な記憶領域を備えている。
【0020】
測定動作制御部４１は、前述したカメラ３１およびバックライト３２の動作制御を行うとともに、測定動作制御部４１、基準画像記録部４２、測定画像記録部４３、輝度修正部４４、および輪郭検出部４５を制御して後述する動作を実行させる。
基準画像記録部４２は、工具１９がカメラ３１の撮影範囲から外れた状態でバックライト３２からの照明光だけをカメラ３１で撮影して基準画像４６を記録する。
測定画像記録部４３は、工具１９がカメラ３１の撮影範囲にある状態で工具１９がバックライト３２からの照明光３４を遮る影をカメラ３１で撮影して測定画像４７を記録する。
輝度修正部４４は、測定画像４７のピクセルを順次検査し、測定画像４７におけるピクセルの輝度（測定輝度Ｌｍ）が、基準画像４６における同じ位置のピクセルの輝度（基準輝度Ｌｒ）よりも大きい場合、測定画像４７のピクセルの測定輝度Ｌｍを基準輝度Ｌｒに修正し、輝度が修正された修正画像４８を記録する。輝度修正部４４の具体的な動作については後述する。
輪郭検出部４５は、修正画像４８に対してエッジ検出処理を行って工具１９の輪郭形状を検出し、輪郭形状４９として記録する。
基準画像記録部４２は、工具１９がカメラ３１の撮影範囲から外れた状態でバックライト３２からの照明光だけをカメラ３１で撮影して基準画像４６を記録する。
測定画像記録部４３は、工具１９がカメラ３１の撮影範囲にある状態で工具１９がバックライト３２からの照明光３４を遮る影をカメラ３１で撮影して測定画像４７を記録する。
輝度修正部４４は、測定画像４７のピクセルを順次検査し、測定画像４７におけるピクセルの輝度（測定輝度Ｌｍ）が、基準画像４６における同じ位置のピクセルの輝度（基準輝度Ｌｒ）よりも大きい場合、測定画像４７のピクセルの測定輝度Ｌｍを基準輝度Ｌｒに修正し、輝度が修正された修正画像４８を記録する。輝度修正部４４の具体的な動作については後述する。
輪郭検出部４５は、修正画像４８に対してエッジ検出処理を行って工具１９の輪郭形状を検出し、輪郭形状４９として記録する。
【0021】
工具測定機３０においては、測定制御部４０の制御のもとで工具１９の画像を撮影するとともに、撮影した画像を処理して工具１９の輪郭形状を測定する。
図５において、測定制御部４０は、測定動作制御部４１および動作制御部２１により工作機械１０を動作させ、工具１９をカメラ３１およびバックライト３２の間から退避させ、工具１９がカメラ３１の撮影範囲外にある状態とする（処理Ｓ１）。
この状態で、カメラ３１にはバックライト３２からの照明光３４だけが入射されており、測定制御部４０は、測定動作制御部４１からカメラ３１に画像撮影を実行させ、基準画像記録部４２により、バックライト３２からの照明光３４だけが撮影されたカメラ３１の画像を基準画像４６として記録する（処理Ｓ２）。
図５において、測定制御部４０は、測定動作制御部４１および動作制御部２１により工作機械１０を動作させ、工具１９をカメラ３１およびバックライト３２の間から退避させ、工具１９がカメラ３１の撮影範囲外にある状態とする（処理Ｓ１）。
この状態で、カメラ３１にはバックライト３２からの照明光３４だけが入射されており、測定制御部４０は、測定動作制御部４１からカメラ３１に画像撮影を実行させ、基準画像記録部４２により、バックライト３２からの照明光３４だけが撮影されたカメラ３１の画像を基準画像４６として記録する（処理Ｓ２）。
【0022】
次に、測定制御部４０は、測定動作制御部４１および動作制御部２１により工作機械１０を動作させ、工具１９をカメラ３１およびバックライト３２の間に導入し、工具１９がカメラ３１の撮影範囲内にある状態とする（処理Ｓ３）。
この状態で、カメラ３１には工具１９で一部が遮られた照明光３４が入射されており、測定制御部４０は、測定動作制御部４１からカメラ３１に画像撮影を実行させ、測定画像記録部４３により、工具１９の輪郭形状が投影された照明光３４の画像を測定画像４７として記録する（処理Ｓ４）。
測定画像４７としては、例えば工具１９を１度ずつ回転させつつ３６０回の撮影を行い、工具１９の１回転分となる３６０枚の画像を撮影し、これらを重ね合わせて測定画像４７としてもよい。
この状態で、カメラ３１には工具１９で一部が遮られた照明光３４が入射されており、測定制御部４０は、測定動作制御部４１からカメラ３１に画像撮影を実行させ、測定画像記録部４３により、工具１９の輪郭形状が投影された照明光３４の画像を測定画像４７として記録する（処理Ｓ４）。
測定画像４７としては、例えば工具１９を１度ずつ回転させつつ３６０回の撮影を行い、工具１９の１回転分となる３６０枚の画像を撮影し、これらを重ね合わせて測定画像４７としてもよい。
【0023】
基準画像４６および測定画像４７が得られたら、測定制御部４０は、輝度修正部４４による測定画像４７の輝度修正を行う。
輝度修正部４４は、測定画像４７のピクセルを順次検査し、測定画像４７におけるピクセルの輝度（測定輝度Ｌｍ）が、基準画像４６における同じ位置のピクセルの輝度（基準輝度Ｌｒ）よりも大きいか否かを判定する（処理Ｓ５）。
そして、測定輝度Ｌｍが基準輝度Ｌｒよりも大きいピクセルについては、該当するピクセルの測定輝度Ｌｍを基準輝度Ｌｒに修正する（処理Ｓ６）。
輝度修正部４４は、測定画像４７のピクセルを順次検査し、測定画像４７におけるピクセルの輝度（測定輝度Ｌｍ）が、基準画像４６における同じ位置のピクセルの輝度（基準輝度Ｌｒ）よりも大きいか否かを判定する（処理Ｓ５）。
そして、測定輝度Ｌｍが基準輝度Ｌｒよりも大きいピクセルについては、該当するピクセルの測定輝度Ｌｍを基準輝度Ｌｒに修正する（処理Ｓ６）。
【0024】
これらのピクセル毎の検査および修正は、測定画像４７の全てのピクセルを対象としてもよいが、処理負荷を削減するために、工具１９の輪郭周辺の領域に限定してもよい。このような領域としては、前述した図３における、工具１９の輪郭形状１９１の外側に割り当てられた境界３１２とすることができる。境界３１２は、ユーザが任意に設定してもよく、測定画像４７に現れる工具１９の概略輪郭からその外側に自動設定してもよい。
【0025】
図６から図８に、輝度修正部４４による輝度修正の具体的な処理の一例を示す。
図６において、基準画像４６の各ピクセル４６１～４６４には、バックライト３２からの照明光３４が受光され、各ピクセル４６１の輝度（ピクセルごとの基準輝度Ｌｒ）は「１９８」から「２０４」までの値となっている。
図７において、測定画像４７には照明光３４を遮る工具１９の影が輪郭形状１９１として現れる。輪郭形状１９１の中心部分のピクセル４７２では、輝度（測定輝度Ｌｍ）は「０」となり、輪郭形状１９１の外周部分のピクセル４７３の測定輝度Ｌｍは「９」から「１３」までの値となっている。輪郭形状１９１の外周部分のさらに外側の部分では、測定輝度Ｌｍが「２３６」から「２４６」となっている。さらに外側のピクセル４７１では「１９８」から「２０４」となっている。
図６において、基準画像４６の各ピクセル４６１～４６４には、バックライト３２からの照明光３４が受光され、各ピクセル４６１の輝度（ピクセルごとの基準輝度Ｌｒ）は「１９８」から「２０４」までの値となっている。
図７において、測定画像４７には照明光３４を遮る工具１９の影が輪郭形状１９１として現れる。輪郭形状１９１の中心部分のピクセル４７２では、輝度（測定輝度Ｌｍ）は「０」となり、輪郭形状１９１の外周部分のピクセル４７３の測定輝度Ｌｍは「９」から「１３」までの値となっている。輪郭形状１９１の外周部分のさらに外側の部分では、測定輝度Ｌｍが「２３６」から「２４６」となっている。さらに外側のピクセル４７１では「１９８」から「２０４」となっている。
【0026】
輝度修正部４４による輝度修正では、測定画像４７の各ピクセルの測定輝度Ｌｍを順番に読み出し、該当する基準画像４６の基準輝度Ｌｒを読み出し、各々の比較を行って修正画像４８を作成する。
例えば、測定画像４７のピクセル４７２の測定輝度Ｌｍは「０」であり、ピクセル４７２に該当する基準画像４６のピクセル４６２（図６参照）の基準輝度Ｌｒの「１９９」を超えていないので、基準輝度Ｌｒへの修正は行われない（図８のピクセル４８２参照）。
同様に、測定画像４７のピクセル４７３の測定輝度Ｌｍは「９」であり、ピクセル４７３に該当する基準画像４６のピクセル４６３（図６参照）の基準輝度Ｌｒの「２００」を超えていないので、基準輝度Ｌｒへの修正は行われない（図８のピクセル４８３参照）。
一方、測定画像４７のピクセル４７４の測定輝度Ｌｍは「２４０」であり、ピクセル４７４に該当する基準画像４６のピクセル４６４（図６参照）の基準輝度Ｌｒの「２０２」を超えている。この場合、輝度修正部４４は、測定画像４７のピクセル４７４の測定輝度Ｌｍを、対応するピクセル４６４の基準輝度Ｌｒである「２０２」に修正する（図８のピクセル４８４参照）。
このような処理をピクセルごとに順次実行することで、図７において白地で示されているピクセル（ピクセル４７４を含む）において測定輝度Ｌｍが基準輝度Ｌｒを上回り、基準輝度Ｌｒへの修正が行われる。
なお、図７の下部に配列されている輪郭形状１９１から離れたピクセル４７１などでは、それぞれ測定輝度Ｌｍが基準輝度Ｌｒと一致しており、基準輝度Ｌｒへの修正は行われない（図８のピクセル４８１参照）。
例えば、測定画像４７のピクセル４７２の測定輝度Ｌｍは「０」であり、ピクセル４７２に該当する基準画像４６のピクセル４６２（図６参照）の基準輝度Ｌｒの「１９９」を超えていないので、基準輝度Ｌｒへの修正は行われない（図８のピクセル４８２参照）。
同様に、測定画像４７のピクセル４７３の測定輝度Ｌｍは「９」であり、ピクセル４７３に該当する基準画像４６のピクセル４６３（図６参照）の基準輝度Ｌｒの「２００」を超えていないので、基準輝度Ｌｒへの修正は行われない（図８のピクセル４８３参照）。
一方、測定画像４７のピクセル４７４の測定輝度Ｌｍは「２４０」であり、ピクセル４７４に該当する基準画像４６のピクセル４６４（図６参照）の基準輝度Ｌｒの「２０２」を超えている。この場合、輝度修正部４４は、測定画像４７のピクセル４７４の測定輝度Ｌｍを、対応するピクセル４６４の基準輝度Ｌｒである「２０２」に修正する（図８のピクセル４８４参照）。
このような処理をピクセルごとに順次実行することで、図７において白地で示されているピクセル（ピクセル４７４を含む）において測定輝度Ｌｍが基準輝度Ｌｒを上回り、基準輝度Ｌｒへの修正が行われる。
なお、図７の下部に配列されている輪郭形状１９１から離れたピクセル４７１などでは、それぞれ測定輝度Ｌｍが基準輝度Ｌｒと一致しており、基準輝度Ｌｒへの修正は行われない（図８のピクセル４８１参照）。
【0027】
図５に戻って、以上のように輝度修正部４４による輝度修正（処理Ｓ６）が済んだら、輝度修正済のピクセル４８４などを含む修正画像４８を記録する（処理Ｓ７）。
修正画像４８が得られたら、測定制御部４０は、輪郭検出部４５により修正画像４８に対してエッジ検出処理などの必要な処理を行い、得られた形状データを工具１９の輪郭形状４９として記録する（処理Ｓ８）。
修正画像４８が得られたら、測定制御部４０は、輪郭検出部４５により修正画像４８に対してエッジ検出処理などの必要な処理を行い、得られた形状データを工具１９の輪郭形状４９として記録する（処理Ｓ８）。
【0028】
上述した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態において、基準画像４６は、工具１９がカメラ３１の撮影範囲になくバックライト３２の照明光３４だけの状態で撮影されており、基準画像４６上の各ピクセルの輝度（基準輝度Ｌｒ）は、工具１９による回折光の影響がない、照明光３４に相当する輝度となっている。一方、測定画像４７は、工具１９が撮影範囲にある状態で撮影されており、測定画像４７には工具１９による影（輪郭形状１９１）とその外側の照明光３４とが投影され、エッジ検出処理により工具１９の影の輪郭形状が検出される。
測定画像４７においては、輪郭形状１９１に沿って輝度の差が大きなピクセルが並ぶことになるが、このうち高輝度のピクセルでは工具による回折光の影響のぶん輝度が高く変動することがある。これに対し、基準画像４６における同位置のピクセルの輝度は、回折光の影響がない状態の基準輝度Ｌｒであるため、測定画像４７のピクセルの測定輝度Ｌｍが基準輝度Ｌｒを超えている際には基準輝度Ｌｒに修正することで、測定画像４７の各ピクセルにおける回折光の影響を解消できる。
修正画像４８においては、バックライト３２の回折光の影響を解消されており、エッジ検出により回転状態の工具１９の輪郭形状を測定する際にバックライト３２の回折光による精度低下を防止できる。
その結果、回転状態の工具１９の輪郭形状を測定することができるとともに、バックライト３２の回折光による精度低下を防止することができる。
本実施形態において、基準画像４６は、工具１９がカメラ３１の撮影範囲になくバックライト３２の照明光３４だけの状態で撮影されており、基準画像４６上の各ピクセルの輝度（基準輝度Ｌｒ）は、工具１９による回折光の影響がない、照明光３４に相当する輝度となっている。一方、測定画像４７は、工具１９が撮影範囲にある状態で撮影されており、測定画像４７には工具１９による影（輪郭形状１９１）とその外側の照明光３４とが投影され、エッジ検出処理により工具１９の影の輪郭形状が検出される。
測定画像４７においては、輪郭形状１９１に沿って輝度の差が大きなピクセルが並ぶことになるが、このうち高輝度のピクセルでは工具による回折光の影響のぶん輝度が高く変動することがある。これに対し、基準画像４６における同位置のピクセルの輝度は、回折光の影響がない状態の基準輝度Ｌｒであるため、測定画像４７のピクセルの測定輝度Ｌｍが基準輝度Ｌｒを超えている際には基準輝度Ｌｒに修正することで、測定画像４７の各ピクセルにおける回折光の影響を解消できる。
修正画像４８においては、バックライト３２の回折光の影響を解消されており、エッジ検出により回転状態の工具１９の輪郭形状を測定する際にバックライト３２の回折光による精度低下を防止できる。
その結果、回転状態の工具１９の輪郭形状を測定することができるとともに、バックライト３２の回折光による精度低下を防止することができる。
【0029】
輝度修正部４４による輝度修正（処理Ｓ６）では、ピクセルごとの輝度比較を測定画像の全画面ではなく、工具１９の輪郭形状１９１を含む領域（図３の境界３１２など）に絞り込んだので、測定制御部４０の処理負荷を軽減することができる。
【0030】
上述のように、本実施形態によれば、回転状態の工具１９の輪郭形状を測定できるとともに、バックライト３２の回折光による精度低下を防止できる。
本実施形態における効果は、工具１９のなかでもＰＣＤ工具（多結晶ダイヤモンド焼結体工具）のような奥行きがある工具に対して有効である。
図９および図１０において、ＰＣＤ工具である工具５０は断面形状が正六角形とされ、先細り状とされた先端の端面５１も正六角形となっており、この正六角形は最大径Ｄである。端面５１には、正六角形の対辺どうしを結ぶように、幅Ｗを有する３本の溝部５２が形成されている。端面５１には、溝部５２が通らない正六角形の頂点部分に、６個の突起部５３が形成されている。これらの突起部５３の表面および側面には、多結晶ダイヤモンド焼結体の皮膜が形成されている。
本実施形態における効果は、工具１９のなかでもＰＣＤ工具（多結晶ダイヤモンド焼結体工具）のような奥行きがある工具に対して有効である。
図９および図１０において、ＰＣＤ工具である工具５０は断面形状が正六角形とされ、先細り状とされた先端の端面５１も正六角形となっており、この正六角形は最大径Ｄである。端面５１には、正六角形の対辺どうしを結ぶように、幅Ｗを有する３本の溝部５２が形成されている。端面５１には、溝部５２が通らない正六角形の頂点部分に、６個の突起部５３が形成されている。これらの突起部５３の表面および側面には、多結晶ダイヤモンド焼結体の皮膜が形成されている。
【0031】
このような工具５０は、工作機械１０に装着されてＲ方向へ回転されてワーク１３（図１参照）の加工が行われる。さらに、工具測定機３０により、工作機械１０に装着された状態で工具５０の輪郭形状の測定が行われる。
輪郭形状の測定では、工具５０に対して基準画像４６を記録（図５の処理Ｓ１～Ｓ２）し、測定画像４７を記録（処理Ｓ３～Ｓ４）し、ピクセルの輝度調整（処理Ｓ５～Ｓ６）ののち修正画像４８を記録（処理Ｓ７）し、エッジ検出による輪郭形状の検出（処理Ｓ８）を行う。
回転する工具５０の先端部には最大径Ｄ分の奥行き方向の厚みがあり、境界３１２内で検出される測定画像４７には奥行き方向のブレ（撮影時間中の奥行き方向の移動によるピンボケした残像）が生じる。このようなブレに対しては、エッジ検出を用いた輪郭形状の検出（処理Ｓ８）により補正できる。さらに、エッジ検出に先立ってピクセルの輝度調整（処理Ｓ５～Ｓ６）を行うことで、バックライト３２の回折光の影響を解消できる。このように、バックライト３２の回折光の影響が修正された修正画像４８に対してエッジ検出を行うことで、工具５０の輪郭形状の測定における精度低下を防止できる。
輪郭形状の測定では、工具５０に対して基準画像４６を記録（図５の処理Ｓ１～Ｓ２）し、測定画像４７を記録（処理Ｓ３～Ｓ４）し、ピクセルの輝度調整（処理Ｓ５～Ｓ６）ののち修正画像４８を記録（処理Ｓ７）し、エッジ検出による輪郭形状の検出（処理Ｓ８）を行う。
回転する工具５０の先端部には最大径Ｄ分の奥行き方向の厚みがあり、境界３１２内で検出される測定画像４７には奥行き方向のブレ（撮影時間中の奥行き方向の移動によるピンボケした残像）が生じる。このようなブレに対しては、エッジ検出を用いた輪郭形状の検出（処理Ｓ８）により補正できる。さらに、エッジ検出に先立ってピクセルの輝度調整（処理Ｓ５～Ｓ６）を行うことで、バックライト３２の回折光の影響を解消できる。このように、バックライト３２の回折光の影響が修正された修正画像４８に対してエッジ検出を行うことで、工具５０の輪郭形状の測定における精度低下を防止できる。
【0032】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、工具１９を回転させて角度が異なる複数の画像を撮影し、これらを重ね合わせて測定画像４７としたが、工具１９の輪郭形状が現れた単一の画像を対象としてもよい。
バックライト３２はＬＥＤ光源に限らず他の形式であってもよく、カメラ３１側の応答性が高い場合などバックライト３２はストロボ照明でなくてもよい。
カメラ３１はＣＣＤ方式に限らず高解像度で高速応答性が得られれば他の形式であってもよい。
カメラ３１およびバックライト３２は同じベース３３上に対抗配置されるものに限らず、個々にテーブル１２に支持されていてもよい。カメラ３１およびバックライト３２はテーブル１２に支持されるものに限らず、ロボットアームに支持されて工具１９に近接離隔されるもの等であってもよい。
前記実施形態では、工具１９を回転させて角度が異なる複数の画像を撮影し、これらを重ね合わせて測定画像４７としたが、工具１９の輪郭形状が現れた単一の画像を対象としてもよい。
バックライト３２はＬＥＤ光源に限らず他の形式であってもよく、カメラ３１側の応答性が高い場合などバックライト３２はストロボ照明でなくてもよい。
カメラ３１はＣＣＤ方式に限らず高解像度で高速応答性が得られれば他の形式であってもよい。
カメラ３１およびバックライト３２は同じベース３３上に対抗配置されるものに限らず、個々にテーブル１２に支持されていてもよい。カメラ３１およびバックライト３２はテーブル１２に支持されるものに限らず、ロボットアームに支持されて工具１９に近接離隔されるもの等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0033】
本発明は工具測定方法、工具測定機、および工作機械に利用できる。
【符号の説明】
【0034】
１０…工作機械、１１…ベッド、１２…テーブル、１３…ワーク、１４…フレーム、１５…クロスレール、１６…サドル、１７…主軸ヘッド、１８…主軸、１９…工具、１９１…輪郭形状、２０…制御装置、２１…動作制御部、２２…加工プログラム、３０…工具測定機、３１…カメラ、３１１…画像、３１２…境界、３２…バックライト、３３…ベース、３４…照明光、４０…測定制御部、４１…測定動作制御部、４２…基準画像記録部、４３…測定画像記録部、４４…輝度修正部、４５…輪郭検出部、４６…基準画像、４７…測定画像、４８…修正画像、４９…輪郭形状、４６１，４６２，４６３，４６４，４７１，４７２，４７３，４７４，４８１，４８２，４８３，４８４…ピクセル、Ｌｍ…測定輝度、Ｌｒ…基準輝度、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８…処理、５０…工具、５１…端面、５２…溝部、５３…突起部、Ｄ…最大径、Ｒ…回転方向、Ｗ…幅。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】