專利名稱：刀具尺寸的測(cè)定方法、測(cè)定裝置以及機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)在例如CNC (計(jì)算機(jī)數(shù)控)的機(jī)床中使用的刀具的刀尖位置、刀具長(zhǎng)度、刀具直徑、刀尖形狀、刀具振動(dòng)等的刀具尺寸進(jìn)行測(cè)定的方法、裝置以及機(jī)床。
背景技術(shù)：
在例如NC機(jī)床(數(shù)控機(jī)床)中，在工件的加工時(shí)，安裝于主軸的例如所謂鉆頭和/或立銑刀之類的刀具一邊旋轉(zhuǎn)一邊與工件接觸。刀具沿NC機(jī)床中的預(yù)定的進(jìn)給方向進(jìn)給。為了提高工件的加工精度，需要確定刀具的旋轉(zhuǎn)中心和/或決定刀具姿勢(shì)的刀具的中心軸，并將刀具設(shè)為所希望的姿勢(shì)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開2005-324300號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題在例如專利文獻(xiàn)I中公開了對(duì)安裝于主軸的刀具的形狀進(jìn)行拍攝以測(cè)定刀具的形狀的方法。通過該方法測(cè)定定位于預(yù)定位置的刀具的形狀。因此，無法測(cè)定刀具的中心軸線與進(jìn)給方向的錯(cuò)位。在發(fā)生這樣的錯(cuò)位的情況下工件的加工精度會(huì)下降。本發(fā)明是鑒于上述實(shí)際情況而進(jìn)行的，其目的在于提供能夠通過在加工中使用的刀具姿勢(shì)以及移動(dòng)軌跡來測(cè)定刀具的尺寸、另外能夠預(yù)先確認(rèn)機(jī)床的坐標(biāo)系與測(cè)定裝置的坐標(biāo)系的錯(cuò)位、能夠進(jìn)一步提高工件的加工精度的刀具尺寸的測(cè)定方法、測(cè)定裝置以及機(jī)床。用于解決課題的技術(shù)方案為了達(dá)成上述目的，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種刀具尺寸的測(cè)定方法，用與刀具相對(duì)移動(dòng)的拍攝裝置對(duì)所述刀具進(jìn)行拍攝，通過得到的圖像數(shù)據(jù)來測(cè)定所述刀具的尺寸，該測(cè)定方法包括:通過所述拍攝裝置在多個(gè)位置對(duì)沿預(yù)定的進(jìn)給方向移動(dòng)的所述刀具進(jìn)行拍攝，讀取在所述移動(dòng)的每個(gè)位置所生成的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)的步驟；和在多個(gè)所述圖像數(shù)據(jù)的各個(gè)中確定所述刀具的輪廓，基于確定了的多個(gè)輪廓來確定所述刀具的移動(dòng)軌跡與所述刀具的中心軸線的步驟。在該刀具尺寸的測(cè)定方法中，所述刀具的移動(dòng)軌跡，通過計(jì)算相對(duì)于所述刀具的輪廓具有預(yù)定的位置關(guān)系的基準(zhǔn)點(diǎn)在多個(gè)所述圖像數(shù)據(jù)上的位置的推移來確定即可。所述刀具的中心軸線，通過計(jì)算相對(duì)于所述刀具的輪廓具有預(yù)定的位置關(guān)系的基準(zhǔn)線在多個(gè)所述圖像數(shù)據(jù)上的平均來確定即可。這樣的刀具尺寸的測(cè)定方法還包括:基于所確定的所述刀具的移動(dòng)軌跡以及中心軸線，利用所述刀具的輪廓來確定所述刀具的刀尖位置以及刀具直徑中的至少任意一個(gè)的步驟。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種刀具尺寸的測(cè)定裝置，通過對(duì)刀具進(jìn)行拍攝而得到的圖像數(shù)據(jù)來測(cè)定所述刀具的尺寸，其中，包括:拍攝裝置，其在多個(gè)位置對(duì)沿預(yù)定的進(jìn)給方向移動(dòng)的所述刀具進(jìn)行拍攝而在所述移動(dòng)的每個(gè)位置生成多個(gè)圖像數(shù)據(jù)；和演算裝置，其在多個(gè)所述圖像數(shù)據(jù)的各個(gè)中確定所述刀具的輪廓，基于確定的多個(gè)輪廓確定所述刀具的移動(dòng)軌跡與所述刀具的中心軸線。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種機(jī)床，通過對(duì)安裝于主軸的刀具進(jìn)行拍攝而得到的圖像數(shù)據(jù)而在機(jī)上測(cè)定所述刀具的尺寸，其特征在于，包括:拍攝裝置，其在多個(gè)位置對(duì)沿預(yù)定的進(jìn)給方向相對(duì)地移動(dòng)的所述刀具進(jìn)行拍攝而在所述移動(dòng)的每個(gè)位置生成多個(gè)圖像數(shù)據(jù)；和演算裝置，其在多個(gè)所述圖像數(shù)據(jù)的各個(gè)中確定所述刀具的輪廓，基于確定的多個(gè)輪廓確定所述刀具的移動(dòng)軌跡與所述刀具的中心軸線，基于確定的所述刀具的移動(dòng)軌跡，確定在機(jī)床中設(shè)定的正交2軸的平面坐標(biāo)系與在所述拍攝裝置的視野內(nèi)設(shè)定而與機(jī)床的平面坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)的正交2軸的平面坐標(biāo)系的錯(cuò)位；進(jìn)行控制以對(duì)所述錯(cuò)位進(jìn)行校正。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供能夠進(jìn)一步提高工件的加工精度的刀具尺寸的測(cè)定方法、測(cè)定裝置以及機(jī)床。對(duì)刀具的移動(dòng)軌跡與中心軸線所成的角度即相對(duì)的角度進(jìn)行測(cè)定，所以能夠與拍攝裝置相對(duì)于機(jī)床的安裝誤差無關(guān)地對(duì)該角度進(jìn)行測(cè)定。在使刀具的中心軸線與該刀具的移動(dòng)軌跡的方向一致的加工的情況下，只要進(jìn)行NC裝置的校正以使該角度變?yōu)榱慵纯伞Ｈ绻们蝾^立銑刀的中心軸線上的頂點(diǎn)附近對(duì)工件進(jìn)行加工，則切削刃的轉(zhuǎn)速減小而加工面品質(zhì)下降，為了解決該問題，使球頭立銑刀的中心軸線相對(duì)于工件傾斜，用離開頂點(diǎn)的切削刃的轉(zhuǎn)速較大的部分對(duì)工件進(jìn)行加工。此時(shí)，只要對(duì)刀具的移動(dòng)軌跡與中心軸線所成的角度是否變?yōu)樗Ｍ慕嵌冗M(jìn)行測(cè)定，在沒有變?yōu)闀r(shí)進(jìn)行NC裝置的校正即可。特別是，具有正交3軸的直線進(jìn)給軸與2軸的旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的5軸工作機(jī)械，能夠改變刀具相對(duì)于工件的姿勢(shì)，所以容易進(jìn)行校正。另外，根據(jù)本發(fā)明，能夠確定刀具的移動(dòng)軌跡，所以能夠求出與NC裝置的移動(dòng)軌跡的誤差、即測(cè)定裝置的視野的坐標(biāo)軸與機(jī)床的坐標(biāo)軸的錯(cuò)位，通過對(duì)該錯(cuò)位進(jìn)行校正，能夠使刀具尺寸的測(cè)定結(jié)果與工作機(jī)械的坐標(biāo)系一致。


圖1是概略性地表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的機(jī)床的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示一個(gè)具體例所涉及的圖像數(shù)據(jù)的圖。圖3是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的刀具尺寸的測(cè)定方法的處理的流程的流程圖。圖4是表示其他的具體例所涉及的圖像數(shù)據(jù)的圖。圖5是概略性地表示確定刀具的移動(dòng)軌跡以及中心軸線的處理的圖。圖6是概略性地表示確定刀具的刀具直徑和/或刀尖位置的處理的圖。圖7是概略性地表示確定坐標(biāo)系的錯(cuò)位的處理的圖。
具體實(shí)施例方式以下，一邊參照附圖，一邊對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是概略性地表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的機(jī)床10的結(jié)構(gòu)的圖。該機(jī)床10除了對(duì)工件(未圖示)執(zhí)行加工處理的機(jī)械部分外，還包括:對(duì)機(jī)床10的工作進(jìn)行控制的NC裝置12 ;和連接于機(jī)床10以及NC裝置12而對(duì)機(jī)床10的刀具的尺寸進(jìn)行測(cè)定的尺寸測(cè)定裝置13。機(jī)床10使用例如5軸立式的加工中心。在本實(shí)施方式中，尺寸測(cè)定裝置13與NC裝置12分別進(jìn)行圖示，但尺寸測(cè)定裝置13也可以組裝入例如NC裝置12內(nèi)。首先，對(duì)機(jī)床10的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。在機(jī)床10中設(shè)定XYZ正交3軸基準(zhǔn)坐標(biāo)系。機(jī)床10包括:沿著水平面即XY平面擴(kuò)展的床身15 ;配置于床身15上的工作臺(tái)底座16 ;和在工作臺(tái)底座16的后方從床身15與Z軸平行地沿垂直方向立起的立柱17。在工作臺(tái)底座16上固定工件(未圖示)。在立柱17上支撐有主軸頭18。在主軸頭18的下端經(jīng)由主軸19朝下拆裝自如地安裝有刀具20。刀具20由組裝入主軸19內(nèi)的主軸電動(dòng)機(jī)(未圖示)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。在這里，刀具20能夠使用例如球頭立統(tǒng)刀。加之，主軸頭18能夠經(jīng)由A軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)圍繞與X軸平行的軸線回轉(zhuǎn)地安裝于主軸臺(tái)(未圖示)。同時(shí)，主軸頭18能夠經(jīng)由C軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)圍繞與Z軸平行的軸線回轉(zhuǎn)地安裝于主軸臺(tái)。旋轉(zhuǎn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括例如直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和/或伺服電動(dòng)機(jī)構(gòu)成。在主軸頭18上組裝入有分別檢測(cè)A軸以及C軸回轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)器(未圖示)。用這些旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)器讀取出的旋轉(zhuǎn)角向NC裝置12輸出即反饋。工作臺(tái)底座16能夠經(jīng)由直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)沿水平方向(X軸方向)移動(dòng)地被支撐在床身15上。另一方面，主軸頭18能夠經(jīng)由直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)沿鉛垂方向(Z軸方向)以及水平方向(Y軸方向)移動(dòng)地被支撐于立柱17。直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)具備例如滾珠絲杠和對(duì)該滾珠絲杠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)。另外，工作臺(tái)底座16也可以沿Y軸方向移動(dòng)，以代替主軸頭18的Y軸方向的移動(dòng)。另外，也可以設(shè)為工作臺(tái)底座16具有A軸以及C軸的結(jié)構(gòu)，以代替主軸頭18具有A軸以及C軸的結(jié)構(gòu)。在床身15中組裝入有對(duì)該床身15與工作臺(tái)底座16之間的沿X軸的相對(duì)位置進(jìn)行讀取的X軸位置檢測(cè)器21。在立柱17中組裝入有分別對(duì)該立柱17與主軸頭18之間的沿Y軸以及Z軸的相對(duì)位置進(jìn)行讀取的Y軸位置檢測(cè)器(未圖示)以及Z軸位置檢測(cè)器22。這些位置檢測(cè)器使用例如數(shù)字標(biāo)尺即可。用這些位置檢測(cè)器讀取出的相對(duì)位置按基準(zhǔn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)值來確定。讀取出的坐標(biāo)值向NC裝置12輸出即反饋。通過上述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)底座16與刀具20的相對(duì)移動(dòng)。相對(duì)移動(dòng)基于從NC裝置12供給的后述的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。在相對(duì)移動(dòng)過程中，旋轉(zhuǎn)的刀具20在預(yù)定的加工點(diǎn)與工件接觸。這樣工件被加工成所希望的形狀。接下來，對(duì)NC裝置12的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。NC裝置12包括:存儲(chǔ)NC程序的存儲(chǔ)部24 ;對(duì)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)部24的NC程序進(jìn)行解析的程序解析部25 ;根據(jù)由程序解析部25解析出的NC程序生成移動(dòng)指令的移動(dòng)指令部26 ;和根據(jù)從移動(dòng)指令部26輸出的移動(dòng)指令向機(jī)床10的伺服電動(dòng)機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的伺服控制部27。在移動(dòng)指令中，包含例如工件的加工點(diǎn)的分度數(shù)據(jù)以及表示與分度后的加工點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的主軸19的位置的坐標(biāo)值數(shù)據(jù)。接下來，對(duì)尺寸測(cè)定裝置13的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。尺寸測(cè)定裝置13包括配置于工作臺(tái)底座16上的尺寸測(cè)定單元31。尺寸測(cè)定單元31包括光源32和朝向光源32的拍攝裝置33。光源32使用向拍攝裝置33輸出平行光的例如高亮度LED。拍攝裝置33包括透鏡單元34以及CCD (電荷耦合元件)圖像傳感器35。CCD圖像傳感器35構(gòu)成例如二維圖像傳感器。
尺寸測(cè)定裝置13包括:從拍攝裝置33接受拍攝到的圖像的圖像數(shù)據(jù)的圖像調(diào)整裝置36 ;和對(duì)光源32以及拍攝裝置33的工作進(jìn)行控制的控制裝置37。上述CXD圖像傳感器35以例如每秒30 60巾貞的巾貞頻(frame rate)輸出與成像于其受光面的圖像相對(duì)應(yīng)的模擬圖像信號(hào)。模擬圖像信號(hào)由組裝入拍攝裝置33內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，向圖像調(diào)整裝置36輸出。圖像調(diào)整裝置36進(jìn)行黑點(diǎn)校正、降噪、白平衡調(diào)整、輪廓校正以及對(duì)比度調(diào)整等圖像調(diào)整處理，將數(shù)字圖像數(shù)據(jù)二值化。圖像調(diào)整裝置36將圖像調(diào)整后的圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于后述的幀存儲(chǔ)器。另一方面，控制裝置37向拍攝裝置33輸出對(duì)拍攝裝置33的移動(dòng)和/或變焦進(jìn)行控制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。另外，關(guān)于拍攝裝置33的視野，與上述的基準(zhǔn)坐標(biāo)系的YZ平面相對(duì)應(yīng)地設(shè)定xy正交2軸的視野坐標(biāo)系。該視野坐標(biāo)系的各坐標(biāo)值按在YZ平面內(nèi)的拍攝裝置33移動(dòng)后的各位置的每個(gè)視野而與基準(zhǔn)坐標(biāo)系的各坐標(biāo)值相關(guān)聯(lián)。尺寸測(cè)定裝置13包括:存儲(chǔ)尺寸測(cè)定程序以及刀具數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置41 ;基于尺寸測(cè)定程序執(zhí)行各種各樣的演算處理的演算裝置42 ;和存儲(chǔ)每一幀的圖像數(shù)據(jù)的幀存儲(chǔ)器43。在演算處理時(shí)尺寸測(cè)定程序只要暫時(shí)讀出到存儲(chǔ)器(未圖示)即可。存儲(chǔ)尺寸測(cè)定程序以及刀具數(shù)據(jù)的詳細(xì)情況后述。另外，尺寸測(cè)定程序可以從例如FD (軟盤)和/或CD-ROM等可移動(dòng)性記錄介質(zhì)獲取到存儲(chǔ)裝置41，也可以從所謂LAN和/或互聯(lián)網(wǎng)之類的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲取到存儲(chǔ)裝置41。尺寸測(cè)定裝置13包括:顯示裝置44,其具有顯示畫面,該顯示畫面顯示構(gòu)成例如表示刀具的像(影像)的圖像數(shù)據(jù)的每個(gè)像素的明暗二值的信息和/或該像素的坐標(biāo)值；和輸入裝置45，其通過例如在顯示畫面上指定預(yù)定的位置而向演算裝置42輸入指示。顯示裝置44只要為例如LCD (液晶顯示)面板等平面顯示面板即可，輸入裝置45可以為例如觸摸面板和/或鍵盤、鼠標(biāo)等。使用者能夠使用例如觸摸面板和/或鼠標(biāo)，在顯示于顯示裝置44的顯示畫面上的圖像上指定刀具20的輪廓線的方向，或者指定刀具20的輪廓線上的測(cè)定位置。接下來，對(duì)本發(fā)明所涉及的機(jī)床10中測(cè)定刀具20的尺寸的方法進(jìn)行說明。在這里，對(duì)例如刀具20的移動(dòng)軌跡與刀具20的中心軸線進(jìn)行測(cè)定。刀具20的移動(dòng)軌跡是由直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)沿預(yù)定的進(jìn)給方向進(jìn)給的刀具20的移動(dòng)的軌跡。刀具20的中心軸線是與主軸19的旋轉(zhuǎn)中心一致的刀具20的中心軸線。在刀具20的尺寸的測(cè)定處理的執(zhí)行時(shí)，尺寸測(cè)定裝置13的演算裝置42從存儲(chǔ)裝置41向例如存儲(chǔ)器暫時(shí)讀取尺寸測(cè)定程序。這樣演算裝置42基于尺寸測(cè)定程序執(zhí)行各種各樣的演算處理。首先，演算裝置42向NC裝置12輸出開始信號(hào)。與開始信號(hào)的接收相應(yīng)地，NC裝置12向機(jī)床10輸出驅(qū)動(dòng)指令。其結(jié)果，在機(jī)床10中，在XY平面上將主軸19定位于光源32與拍攝裝置33之間的預(yù)定位置。同時(shí)，主軸19被定位于例如A軸方向的任意的旋轉(zhuǎn)角的位置。這樣一來，刀具20的中心軸線在直角坐標(biāo)系的YZ正交2軸的平面坐標(biāo)系上與Y軸以及Z軸相交叉。這樣一來刀具20確立傾斜姿勢(shì)。在這里，旋轉(zhuǎn)角設(shè)定為例如刀具20的中心軸線從與Z軸平行的狀態(tài)向水平面向A軸方向旋轉(zhuǎn)45度后的角度。此時(shí)，刀具20圍繞其旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。同時(shí)，演算裝置42為了使光源32以及拍攝裝置33的工作開始而向控制裝置37輸出開始信號(hào)。與開始信號(hào)的接收相應(yīng)地，控制裝置37輸出使拍攝裝置33驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這樣一來拍攝裝置33開始拍攝。拍攝裝置33在拍攝的每一幀生成模擬的圖像信號(hào)。從該圖像信號(hào)生成的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)由圖像調(diào)整裝置36按每一幀存儲(chǔ)于幀存儲(chǔ)器43。圖像數(shù)據(jù)的詳細(xì)情況后述。刀具20基于Y軸方向的直線移動(dòng)以及Z軸方向的直線移動(dòng)沿45度的進(jìn)給方向移動(dòng)。Y軸方向的直線移動(dòng)的速度與Z軸方向的直線移動(dòng)的速度設(shè)定為相等。S卩，在機(jī)床10的設(shè)定上，A軸方向的刀具20的旋轉(zhuǎn)角與刀具20的進(jìn)給方向的角度設(shè)定為相同。因此，刀具20的移動(dòng)軌跡設(shè)定為與機(jī)床10所設(shè)定的基準(zhǔn)坐標(biāo)系的Y軸以及Z軸相交叉的方向。當(dāng)?shù)毒?0進(jìn)入拍攝裝置33的視野內(nèi)時(shí)，按在沿所設(shè)定的進(jìn)給方向移動(dòng)過程中的各位置對(duì)刀具20進(jìn)行拍攝的各幀輸出圖像數(shù)據(jù)。另外，刀具20的移動(dòng)在刀具20在視野內(nèi)移動(dòng)了預(yù)定距離的時(shí)間點(diǎn)停止。距離任意設(shè)定即可。在CXD圖像傳感器35的受光面上，通過從光源32照射的平行光成像對(duì)刀具20的影進(jìn)行投影的圖像。圖像數(shù)據(jù)包括確定視野內(nèi)的圖像的多個(gè)像素。如上所述，在圖像數(shù)據(jù)中按每個(gè)像素確定明暗二值，所以例如如圖2所示，在由圖像數(shù)據(jù)確定的視野V內(nèi)，暗的像素被確定為刀具20的影的投影部分，另一方面明的像素被確定為平行光的受光部分。這樣一來確定了刀具20的輪廓。圖3是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的刀具20的尺寸測(cè)定方法的處理的流程的流程圖。在步驟SI中，演算裝置42從幀存儲(chǔ)器43讀取I幀的圖像數(shù)據(jù)。在這里，讀取刀具20的輪廓的大部分進(jìn)入了視野V內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)?；谧x取的圖像數(shù)據(jù)，在步驟S2中，演算裝置42檢測(cè)刀具20的輪廓的邊緣。如上所述各像素由明暗二值表示，所以邊緣由圖像的視野中與刀具20的圖像的像素相對(duì)應(yīng)的暗的像素中的、與明的像素相鄰的暗的像素來確定。這樣一來如從圖2明了地那樣，演算裝置42在步驟S3中，基于與明的像素相鄰的連續(xù)的多個(gè)暗的像素的提取來確定刀具20的輪廓線51。輪廓線51由例如回歸曲線來確定。接下來，演算裝置42在步驟S3中識(shí)別輪廓線51的結(jié)構(gòu)。刀具20為球頭立銑刀，所以如圖4所示，識(shí)別為例如在刀具20的頂端規(guī)定的圓51a和連接于圓51a的后端的長(zhǎng)方形51b。在步驟S4中，在圓51a的識(shí)別時(shí)，只要根據(jù)輪廓線51的形狀確定刀具20的頂端的半圓分量即可。在長(zhǎng)方形51b的確定時(shí)，只要根據(jù)輪廓線51的形狀確定平行分量(也可以包含柄)即可。在步驟S5中，演算裝置42根據(jù)圓51a的半圓分量確定相對(duì)于圓51a具有預(yù)定位置關(guān)系的基準(zhǔn)點(diǎn)。在這里，基準(zhǔn)點(diǎn)為圓51a的中心點(diǎn)P。同時(shí)，演算裝置42根據(jù)長(zhǎng)方形51b的平行分量確定相對(duì)于長(zhǎng)方形51b具有預(yù)定位置關(guān)系的基準(zhǔn)線。在這里，基準(zhǔn)線為沿長(zhǎng)方形51b的長(zhǎng)度方向延伸的長(zhǎng)方形51b的軸線L。如上所述，在拍攝裝置33的視野V內(nèi)規(guī)定了視野坐標(biāo)系，所以確定了構(gòu)成圓51a、中心點(diǎn)P、長(zhǎng)方形51b以及軸線L的各像素的視野坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。在這里，基于確定長(zhǎng)方形51b的坐標(biāo)值將軸線L公式化。這樣一來確定了坐標(biāo)值的圖像數(shù)據(jù)，在步驟S6中被存儲(chǔ)于幀存儲(chǔ)器43。表示圓51a、中心點(diǎn)P、長(zhǎng)方形51b以及軸線L的視野坐標(biāo)系的坐標(biāo)值的坐標(biāo)值數(shù)據(jù)，與圖像數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)而存儲(chǔ)于幀存儲(chǔ)器43即可。這樣一來步驟SI S6的處理完成。接下來，在步驟S7中，判斷處理完成了的幀數(shù)是否達(dá)到尺寸測(cè)定所必需的幀數(shù)。測(cè)定所必需的幀數(shù)任意設(shè)定即可。在刀具20的尺寸即移動(dòng)軌跡以及中心軸線的測(cè)定中需要多幀，所以演算裝置42的處理返回到步驟SI。另外，在本實(shí)施方式中所必需的幀數(shù)例如設(shè)定為4。演算裝置42按各幀的每幀反復(fù)進(jìn)行步驟SI S6的處理。刀具20沿進(jìn)給方向移動(dòng)，所以按各幀的每幀刀具20的輪廓線51的位置變化。這樣一來，當(dāng)處理完成了的幀數(shù)達(dá)到尺寸測(cè)定所必需的幀數(shù)時(shí)，演算裝置42的處理移動(dòng)到步驟S8。另外，在刀具20的移動(dòng)軌跡為直線的情況下，所必需的幀數(shù)最低為2，在移動(dòng)軌跡為圓弧的情況下，所必需的幀數(shù)最低為3，在移動(dòng)軌跡任意的情況下，所必需的幀數(shù)最低為4。在任何情況下都是幀數(shù)越多測(cè)定精度越高，但根據(jù)加工條件而預(yù)先設(shè)定。在步驟S8中，基于按多幀的每一幀所確定的多個(gè)中心點(diǎn)P的位置的推移而計(jì)算刀具20的移動(dòng)軌跡。如圖5所示，按每個(gè)幀所確定的圓51a基于視野坐標(biāo)系而配置，確定各中心點(diǎn)Pn的坐標(biāo)值(xn、yx)。計(jì)算通過所確定的所有中心點(diǎn)P的回歸曲線。這樣計(jì)算出的回歸曲線相當(dāng)于刀具20的移動(dòng)軌跡52。接下來，在步驟S8中，基于按多幀的各幀所確定的多個(gè)中心軸線L的平均來計(jì)算刀具20的軸線。具體地說，計(jì)算多個(gè)中心軸線L的平均的回歸曲線。如圖5所示，計(jì)算出的回歸曲線相當(dāng)于刀具20的中心軸線53。對(duì)計(jì)算出的移動(dòng)軌跡52以及中心軸線53進(jìn)行確定的刀具數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置41。在刀具數(shù)據(jù)中，坐標(biāo)值只要從視野坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為基準(zhǔn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)值而確定即可。如從圖5明了地那樣，在本實(shí)施方式的例子中，刀具20的移動(dòng)軌跡52與中心軸線53不一致。移動(dòng)軌跡52與中心軸線53以例如交叉角α相交叉。在這里，如果以移動(dòng)軌跡52的角度即進(jìn)給方向的角度如設(shè)定那樣為45度為前提，則可知主軸19的旋轉(zhuǎn)角的位置從設(shè)定的45度錯(cuò)位。這樣的錯(cuò)位會(huì)使工件的加工精度顯著下降。因此，計(jì)算出的交叉角α只要能夠用于機(jī)床10的A軸方向的旋轉(zhuǎn)角的機(jī)械校正即可，或者只要能夠在用于NC裝置12的主軸19的位置控制的坐標(biāo)值的校正中使用即可。這樣一來在機(jī)床10，只要實(shí)施校正以使中心軸線53與移動(dòng)軌跡52 —致即可。另外，尺寸測(cè)定的結(jié)果表明在移動(dòng)軌跡52與中心軸線53 —致的情況下，主軸19的旋轉(zhuǎn)角的位置如設(shè)定那樣。除了以上那樣的測(cè)定外，在尺寸測(cè)定裝置13中，也可以測(cè)定傾斜姿勢(shì)的刀具20的刀具直徑和/或刀尖位置。演算裝置24與上述同樣地，基于圖像數(shù)據(jù)根據(jù)輪廓線51確定圓51a以及長(zhǎng)方形51b的分量。此時(shí)，如圖6所示，只要沿例如與中心軸線53正交的方向測(cè)定刀具20的刀具直徑即可。另外，也可以與刀具20與工件的相對(duì)位置關(guān)系相應(yīng)地，測(cè)定平行于基準(zhǔn)坐標(biāo)系的Y軸的假想直線YL與圓51a的切點(diǎn)Yi作為刀具20的刀尖位置。另一方面，也可以測(cè)定平行于基準(zhǔn)坐標(biāo)系的Z軸的假想直線ZL與圓51a的切點(diǎn)Zi作為刀具20的刀尖位置。只要從這些刀尖位置開始計(jì)算刀具20的刀具長(zhǎng)度即可。在這樣的刀具直徑和/或刀尖位置的測(cè)定時(shí)，只要在尺寸測(cè)定軟件上預(yù)先設(shè)定刀具20的輪廓線51上的測(cè)定位置即可。其結(jié)果，刀具20的尺寸測(cè)定能夠自動(dòng)實(shí)施。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的機(jī)床10，拍攝裝置33對(duì)沿進(jìn)給方向移動(dòng)過程中的刀具20進(jìn)行拍攝。通過基于拍攝而生成的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)來確定刀具20的輪廓線51?；谠撦喞€51來確定移動(dòng)軌跡52以及中心軸線53。在移動(dòng)軌跡52與中心軸線53之間具有錯(cuò)位的情況下，這樣的錯(cuò)位能夠在機(jī)床10中用于刀具20的定位的校正。其結(jié)果，工件的加工精度提高。另外，例如如果測(cè)定了傾斜姿勢(shì)的刀具20的尺寸，則能夠確定傾斜姿勢(shì)下的實(shí)際的刀尖位置和/或刀具直徑。這樣的刀尖位置和/或刀具直徑能夠使用于機(jī)床10的定位的校正。其結(jié)果，工件的加工精度進(jìn)一步提高。
在上述那樣的機(jī)床10中，使用者也可以通過手動(dòng)指定刀具20的刀具直徑和/或刀尖位置的測(cè)定位置?；趫D像數(shù)據(jù)在顯示裝置44的顯示畫面上顯示輪廓線51。在顯示畫面上，例如可以將輪廓線51上的測(cè)定位置設(shè)為選項(xiàng)而顯示，使用者也可以具體地指定輪廓線51上的任意的測(cè)定位置。測(cè)定位置的指定，例如可以在顯示畫面上通過鼠標(biāo)來實(shí)施，也可以通過觸摸面板上的接觸位置來指定測(cè)定位置。這樣一來與上述同樣地，演算裝置42能夠與所指定的測(cè)定位置相應(yīng)地測(cè)定包含刀具直徑和/或刀尖位置、刀具長(zhǎng)度等的刀具20的尺寸。接下來，對(duì)確定機(jī)床10的基準(zhǔn)坐標(biāo)系與拍攝裝置33的視野坐標(biāo)系的錯(cuò)位的處理進(jìn)行說明。例如如圖7所示，在機(jī)床10中，刀具20沿平行于基準(zhǔn)坐標(biāo)系的Z軸的進(jìn)給方向移動(dòng)。在拍攝裝置33中確定了平行于Z軸的移動(dòng)軌跡52a。此時(shí)，如果拍攝裝置33相對(duì)于工作臺(tái)底座16被正確地定位，則移動(dòng)軌跡52a被規(guī)定為平行于視野坐標(biāo)系的y軸。其結(jié)果，演算裝置42判斷為在基準(zhǔn)坐標(biāo)系與視野坐標(biāo)系之間沒有產(chǎn)生錯(cuò)位。另外，在這里設(shè)為機(jī)床10中的直角度處于允許值的范圍內(nèi)。另一方面，如圖7所示，當(dāng)視野坐標(biāo)系圍繞基準(zhǔn)坐標(biāo)系的X軸錯(cuò)開預(yù)定的旋轉(zhuǎn)角時(shí)，移動(dòng)軌跡52a被確定為不與視野坐標(biāo)系的I軸平行。即，移動(dòng)軌跡52a相對(duì)于視野坐標(biāo)系的y軸以預(yù)定的交叉角相交叉。該交叉角與規(guī)定為圍繞基準(zhǔn)坐標(biāo)系的X軸的視野坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角β —致。演算裝置42判斷為在基準(zhǔn)坐標(biāo)系與視野坐標(biāo)系之間僅產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角β的錯(cuò)位。此時(shí)，在機(jī)床10中，只要基于所確定的旋轉(zhuǎn)角β來調(diào)節(jié)處于工作臺(tái)底座16上的拍攝裝置33的機(jī)械安裝位置即可。另外，也可以代替機(jī)械安裝位置的調(diào)整，而基于所確定的旋轉(zhuǎn)角β在例如NC裝置12與尺寸測(cè)定裝置13之間對(duì)坐標(biāo)值進(jìn)行校正。另外，在基準(zhǔn)坐標(biāo)系與視野坐標(biāo)系的錯(cuò)位的確定時(shí)，在機(jī)床10中，刀具20也可以沿與Y軸平行的進(jìn)給方向移動(dòng)。在拍攝裝置33中確定了平行于基準(zhǔn)坐標(biāo)系的Y軸的移動(dòng)軌跡52b。也可以基于該移動(dòng)軌跡52b與X軸的交叉角與上述同樣地確定旋轉(zhuǎn)角β。同樣地，在基準(zhǔn)坐標(biāo)系與視野坐標(biāo)系的錯(cuò)位的確定時(shí)，刀具20也可以沿與Y軸以及Z軸相交叉的進(jìn)給方向移動(dòng)。在拍攝裝置33中確定了與基準(zhǔn)坐標(biāo)系的Y軸以及Z軸相交叉的方向的移動(dòng)軌跡52c。此時(shí)，只要對(duì)進(jìn)給方向的角度與拍攝裝置33的視野上的移動(dòng)軌跡52c的角度進(jìn)行比較即可。也可以基于該移動(dòng)軌跡52c與上述同樣地確定旋轉(zhuǎn)角β。如上所述，機(jī)床10的基準(zhǔn)坐標(biāo)系與拍攝裝置33的視野坐標(biāo)系的錯(cuò)位基于刀具20的移動(dòng)軌跡52a 52c來確定。如果這樣對(duì)基準(zhǔn)坐標(biāo)系與視野坐標(biāo)系的錯(cuò)位進(jìn)行確定，則拍攝裝置33能夠相對(duì)于機(jī)床10被配置于正確的位置。其結(jié)果，拍攝裝置33能夠正確地測(cè)定刀具20的尺寸。因此，基于尺寸的測(cè)定而計(jì)算出的錯(cuò)位能夠正確地用于機(jī)床10的定位的校正。工件的加工精度提高。在以上那樣的實(shí)施方式中，作為機(jī)床10的例子使用立式的加工中心對(duì)本發(fā)明的刀具尺寸的測(cè)定方法以及測(cè)定裝置進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的刀具尺寸的測(cè)定方法以及測(cè)定裝置也能夠通過例如臥式的加工中心和/或其他的機(jī)床來實(shí)現(xiàn)。另外，作為刀具20的例子使用球頭立銑刀對(duì)本發(fā)明的刀具尺寸的測(cè)定方法以及測(cè)定裝置進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的刀具尺寸的測(cè)定方法以及測(cè)定裝置也能夠通過例如平面立銑刀和/或鉆頭等其他的刀具來實(shí)現(xiàn)。附圖標(biāo)記說明
10:機(jī)床；13:尺寸測(cè)定裝置；20:刀具；33:拍攝裝置；42:演算裝置；51:輪廓線；52:移動(dòng)軌跡；52a:移動(dòng)軌跡；52b:移動(dòng)軌跡；52c:移動(dòng)軌跡； 53:中心軸線；V:視野
權(quán)利要求
1.一種刀具尺寸的測(cè)定方法，用與刀具相對(duì)移動(dòng)的拍攝裝置對(duì)所述刀具進(jìn)行拍攝，通過得到的圖像數(shù)據(jù)來測(cè)定所述刀具的尺寸，該測(cè)定方法的特征在于，包括: 通過所述拍攝裝置在多個(gè)位置對(duì)沿預(yù)定的進(jìn)給方向移動(dòng)的所述刀具進(jìn)行拍攝，讀取在所述移動(dòng)的每個(gè)位置所生成的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)的步驟；和 在多個(gè)所述圖像數(shù)據(jù)的各個(gè)中確定所述刀具的輪廓，基于確定了的多個(gè)輪廓來確定所述刀具的移動(dòng)軌跡和所述刀具的中心軸線的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具尺寸的測(cè)定方法，其中: 所述刀具的移動(dòng)軌跡是通過計(jì)算相對(duì)于所述刀具的輪廓具有預(yù)定的位置關(guān)系的基準(zhǔn)點(diǎn)在多個(gè)所述圖像數(shù)據(jù)上的位置的推移而確定的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具尺寸的測(cè)定方法，其中: 所述刀具的中心軸線是通過計(jì)算相對(duì)于所述刀具的輪廓具有預(yù)定的位置關(guān)系的基準(zhǔn)線在多個(gè)所述圖像數(shù)據(jù)上的平均確定的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具尺寸的測(cè)定方法，其中，還包括: 基于所確定的所述刀具的移動(dòng)軌跡以及中心軸線，利用所述刀具的輪廓來確定所述刀具的刀尖位置以及刀具直徑中的至少任意一個(gè)的步驟。
5.一種刀具尺寸的測(cè)定裝置，通過對(duì)刀具進(jìn)行拍攝而得到的圖像數(shù)據(jù)來測(cè)定所述刀具的尺寸，其特征在于，具備: 拍攝裝置，其在多個(gè)位置對(duì)沿預(yù)定的進(jìn)給方向移動(dòng)的所述刀具進(jìn)行拍攝而在所述移動(dòng)的每個(gè)位置生成多個(gè)圖像數(shù)據(jù)；和 演算裝置，其在多個(gè)所述圖像數(shù)據(jù)的各個(gè)中確定所述刀具的輪廓，基于確定的多個(gè)輪廓來確定所述刀具的移動(dòng)軌跡與所述刀具的中心軸線。
6.一種機(jī)床，通過對(duì)安裝于主軸的刀具進(jìn)行拍攝而得到的圖像數(shù)據(jù)而在機(jī)上測(cè)定刀具的尺寸，其特征在于，包括: 拍攝裝置，其在多個(gè)位置對(duì)沿預(yù)定的進(jìn)給方向相對(duì)地移動(dòng)的所述刀具進(jìn)行拍攝而在所述移動(dòng)的每個(gè)位置生成多個(gè)圖像數(shù)據(jù)；和 演算裝置，其在多個(gè)所述圖像數(shù)據(jù)的各個(gè)中確定所述刀具的輪廓，基于確定的多個(gè)輪廓確定所述刀具的移動(dòng)軌跡與所述刀具的中心軸線，基于確定的所述刀具的移動(dòng)軌跡，確定在機(jī)床中設(shè)定的正交2軸的平面坐標(biāo)系與在所述拍攝裝置的視野內(nèi)設(shè)定而與機(jī)床的平面坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)的正交2軸的平面坐標(biāo)系的錯(cuò)位； 進(jìn)行控制以對(duì)所述錯(cuò)位進(jìn)行校正。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明所涉及的機(jī)床(10)，拍攝裝置(33)對(duì)沿進(jìn)給方向移動(dòng)過程中的刀具(20)進(jìn)行拍攝。通過基于拍攝生成的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)的各個(gè)來確定輪廓線(51)?；谠撦喞€(51)來確定刀具(20)的移動(dòng)軌跡(52)以及中心軸線(53)。在移動(dòng)軌跡(52)與中心軸線(53)之間具有錯(cuò)位的情況下，這樣的錯(cuò)位能夠在機(jī)床(10)中用于刀具(20)的定位的校正。其結(jié)果，工件的加工精度提高。另外，例如如果測(cè)定傾斜姿勢(shì)的刀具(20)的尺寸，則能夠確定傾斜姿勢(shì)下的實(shí)際的刀尖位置和/或刀具直徑。這樣的刀尖位置和/或刀具直徑能夠用于機(jī)床(10)的定位的校正。工件的加工精度進(jìn)一步提高。
文檔編號(hào)G01B11/02GK103189712SQ201180051789
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者倉(cāng)橋康浩 申請(qǐng)人:株式會(huì)社牧野銑床制作所