エッジ検出装置及びこれを用いた工作機械、エッジ検出方法
【課題】シルエットとして投影できない形状のエッジでも、非接触で、加工途中のワークなどを精度高く、かつ、リアルタイムで輪郭形状を数値的に測定可能とする光学的なエッジ検出装置を提供すること
【解決手段】本発明のエッジ検出装置は、投影光学系の光軸１６ａと平行な光線を遮光するアンチピンホールフィルタ２５を備えた投影光学系と、投影光学系の光軸１６ａと一定の偏角θをもって配設された光源モジュール１１と、撮像素子２６と、コンピュータとを備え、光源モジュール１１の平行光に照射されたワーク１７からの反射光による投影画像を撮像素子で撮像し、エッジ近傍の信号強度を判定し、２本の帯状の高輝度の部分に挟まれた低輝度の線状部分をエッジと判定する。そのため、ワークのエッジを正確に検出でき、これを画像処理により数値処理することでＣＡＤやＮＣ制御と連動させることができる。
【解決手段】本発明のエッジ検出装置は、投影光学系の光軸１６ａと平行な光線を遮光するアンチピンホールフィルタ２５を備えた投影光学系と、投影光学系の光軸１６ａと一定の偏角θをもって配設された光源モジュール１１と、撮像素子２６と、コンピュータとを備え、光源モジュール１１の平行光に照射されたワーク１７からの反射光による投影画像を撮像素子で撮像し、エッジ近傍の信号強度を判定し、２本の帯状の高輝度の部分に挟まれた低輝度の線状部分をエッジと判定する。そのため、ワークのエッジを正確に検出でき、これを画像処理により数値処理することでＣＡＤやＮＣ制御と連動させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッジ検出装置及びこれを用いた工作機械、エッジ検出方法に係り、詳しくは、透過型の光学系では測定できないワークのエッジを、加工途中においても、非接触で、リアルタイムに、形状を数値的に測定可能とする光学的なエッジ検出装置及びこれを用いた工作機械、エッジ検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで精密な工具などの加工をする場合は、例えば、図１３に示すような拡大投影機を設けたいわゆる倣い研削盤などを用いていた。この研削盤は、レーザ発振器２１からのレーザ光線をコリメータレンズ２２で平行光とし、ワーク１７の加工部分のシルエットを対物レンズ２３、投影レンズ２４を用いて光学的に撮像素子２６で撮像してディスプレー（不図示）で拡大投影して加工する研削盤である。
【０００３】
ところで、近年、いわゆるナノ工学が多方面に活用されるようになり、高い工作精度がますます要求され、μｍオーダーや、いわゆるサブμｍオーダーの加工が要求されている。例えば、ディンプルと呼ばれる微小なくぼみを規則的に配置したディンプルテクスチャが、光学やトライボロジー等の広範囲の分野で用いられている。また、マイクロチャンネルを用いて、ナノリッター（ｎＬ）からフェムトリッター（ｆＬ）の微小流体をハンドリングするマイクロ流体工学もバイオ関係などで活用されている。これらの場合、数十μｍのディンプルやマイクロチャンネルを形成するには、直接ワークを、またはプレス若しくは成形のための型を正確に３次元的に造形する必要があった。
【０００４】
このような場合、研削加工によれば、理論的には正確な３次元的造形が可能であり、比較的コストも低く、多品種少量生産にも適している。このような超精密加工をするには、ボールエンドミルのような高速回転する回転工具を用いた精密機械加工が一般的であるが、まず精度の高い工具が不可欠である。さらに、この高速に回転する工具を振れがないように正確に工作機械に装着することも不可欠である。
【０００５】
そこで、本発明者らは以下の特許文献１に記載されたような発明を提案した。この発明では、アンチピンホールフィルタと名付けた独自の構成を備えた方法で、０次光をカットして回折光のみで像を結像させ、これをＣＣＤカメラなどで撮像して、高速回転する回転工具の切れ刃稜の振れを高精度に測定可能にして、この振れを補正できるようにした。その結果、微細な加工が可能となる高精度の回転工具を振れなく回転させ、前述のディンプルなどの加工が高精度でできるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２４２６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この方法は、極めて高速に回転するボールエンドミルのような極小径の回転工具においてもエッジに対応する画像をシルエットとして撮像し、その相対的な位置の差から回転工具の振れの大きさを極めて高精度にリアルタイムで検出する。その測定結果に基づいて回転工具の振れがないように修正することができ、工具の位置精度の向上の結果、正確な中ぐり加工ができるようになった。
【０００８】
ところで、例えば、スローアウェイ式ドリルやバイトに用いるスローアウェイチップなども、加工精度の高度化から正確なエッジ検出が要求されている。
しかしながら、これらは段付きやテーパなどを有した形状があり、特に凹部では、シルエットとして測定ができなかったため、特許文献１に開示されたような発明では、このような工具のエッジの検出ができなかった。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、外径のみでなく、透過光でシルエットとして検出できないような段付きやテーパなどを有した形状、特に凹部におけるエッジを、極めて容易に、リアルタイムで、非接触で、それでいて正確に検出をすることができる光学的なエッジ検出装置、これを用いた工作機械、エッジ検出装置を提供することに目的とする。また、併せて、このように測定された工作物の形状データに基づき正確かつ容易に、マニュアル制御若しくは自動制御可能な工作機械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】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係るエッジ検出装置では、エッジ検出の対象物を一方の焦点位置に配置可能に設けられた対物レンズと、該対物レンズと共焦点を有するように当該対物レンズに対して前記対象物と反対側に配置された投影レンズと、前記共焦点に配置され、入射光のうちの前記共焦点を通過する光を遮光するアンチピンホールフィルタとを備えた投影光学系を有するレンズ鏡筒と、前記対物レンズの光軸を前記対象物を越えて延長した仮想線において、当該仮想線を基準に当該対象物を中心に一定の偏角θ（°）を有する方向から、平行光を当該対象物に対して発するように配設された光源モジュールと、該レンズ鏡筒により投影された映像を撮像するように前記光軸と直交するように配置された撮像素子と、該撮像素子からの信号を演算処理するコンピュータとを備え、前記対物レンズの前記光源モジュール側の焦点位置に置かれた前記対象物の投影画像を前記撮像素子で撮像し、前記コンピュータは、前記撮像素子からの信号強度により輝度を判定し、エッジを判定するエッジ判定の手順を実行することを要旨とする。
【００１１】
なお、対象物やアンチピンホールフィルタ、共焦点の位置は、厳密なものではなく実質的に等価の位置のものを含むことは言うまでもない。また、レンズ構成も複数で構成されるレンズ群を含むことももちろんである。さらに、リレーレンズ、補正レンズ、フィルタ、プリズム、ミラー、絞り、シャッタなど、本発明を本質的に変更しない光学要素を含むものも本発明と等価であり、本発明に含まれる。また、撮像素子は直接焦点であっても実像を撮影する撮影レンズを備えたものであってもよい。また、以下の本願に開示された発明においても同様である。
【００１２】
また、アンチピンホールフィルタは、その名称に拘わらず、対物レンズと投影レンズの共焦点に配置され、入射光のうちの前記共焦点を通過する光を遮光するものを含む。
本請求項に係る発明では、透過型エッジ検出装置のように投影光学系の投影方向と同一な方向から照明光を照射するのではなく、透過型エッジ検出装置と異なり、照明光の光軸を投影方向とは一定角度の偏角θ（°）の分だけ傾けて照明するため、エッジ検出の対象物へ照射した照明光の反射光を投影することができる。
【００１３】
このため、エッジを有する形状であっても、例えば段付やテーパを有する形状などで透過光の中でその外形形状をシルエットとして観察できない場合でも、照明光を投影光学系の光軸と一定の偏角θだけ傾けることで、その反射光によりエッジ部分を非接触で容易に検出することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明では、請求項１に記載のエッジ検出装置において、前記エッジ判定の手順において、撮像素子からの信号強度により輝度を判定し、２本の帯状の高輝度の部分に挟まれた低輝度の線状部分をエッジとして判定することを要旨とする。
【００１５】
本請求項に係る発明では、特に、アンチピンホールフィルタにより、エッジ近傍からの反射光により形成された高輝度の輝線に、低輝度の暗線が形成されると、目視はもちろん画像処理においても、簡単にエッジ部分を正確に特定することができるばかりか、その画像処理も容易になる。
【００１６】
請求項３に係る発明では、請求項１又は２に記載のエッジ検出装置において、前記偏角は、前記エッジ検出をする前記対象物の測定点の法線と、前記投影光学系の光軸との間の角度をα（°）とするとき、θ＝１８０−２α（０≦α＜９０）とすることを要旨とする。
【００１７】
本請求項に係る発明では、エッジの法線と、投影光学系との間の角度α（°）を、θ＝１８０−２α（０≦α＜９０）とすることで、散乱光で生じた光輝度の部分に、正反射光がアンチピンホールにより遮光されて、エッジ部分を効果的に暗線として表示することができる。
【００１８】
請求項４に係る発明では、請求項１又は２に記載のエッジ検出装置において、前記偏角θ（°）は、９０≦θ≦１８０であることを要旨とする。
本請求項に係る発明では、特に、投影光学系の光軸側の方向から照明光を照射することで、比較的エッジのみを認識しやすくすることができる。
【００１９】
請求項５に係る発明では、請求項１又は２に記載のエッジ検出装置において、前記光源モジュールが配置される前記偏角θ（°）は、θ＝１８０であることを要旨とする。
本請求項に係る発明では、エッジ検出の対象物が平面的で、表面が鏡面に近い場合、この面を投影光学系の光軸に直交するように載置すれば、投影光学系の光線の進行方向とは１８０°逆の方向から照明光を照射することで、ワーク全体から反射して来た平行光が遮光されるため画像は低輝度となり、エッジを認識しやすくなる。
【００２０】
請求項６に係る発明では、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、前記光源モジュールは、光源とは別にその照明光の光路を反射し若しくは屈折させる光路変更手段を備えたことを要旨とする。
【００２１】
本請求項に係る発明では、その照明光の光路を反射し若しくは屈折させる光路変更手段を備えたことで、光源モジュールの光源自体を移動することなく、そのエッジ検出の対象物に応じた適切な角度に調整ができる。
【００２２】
請求項７に係る発明では、請求項６に記載のエッジ検出装置において、前記偏角θがθ＝１８０°であり、前記光路変更手段として前記対象物と前記対物レンズとの間に配置されたビームスプリッタにより前記光源モジュールからの平行光が導入されることを要旨とする。
【００２３】
本請求項に係る発明では、コンパクト且つ効果的にエッジを検出することができる。
請求項８に係る発明では、請求項１〜７のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、前記光源モジュールを、複数配置したことを要旨とする。
【００２４】
本請求項に係る発明では、照射角度を変えたり、同時に照射することが可能になる。
請求項９に係る発明では、請求項８に記載のエッジ検出装置において、前記複数の光源モジュールのうち、照明光の光路を投影光学系の光軸に対して対称に配置可能に構成された光源モジュールを有することを要旨とする。
【００２５】
本請求項に係る発明では、照明光の光路を投影光学系の光軸に対して対称に配置することで、同時に２方向からエッジ位置の情報を収集することができる。
請求項１０に係る発明では、請求項１〜９のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、前記光源モジュールは、レーザ光源を備えたことを要旨とする。
【００２６】
本請求項に係る発明では、周波数帯域が限定され、管理が容易なコヒーレントな光を狭い範囲に大きな光量で照射することができる。
請求項１１に係る発明では、請求項１〜９のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、前記光源モジュールは、ＬＥＤを備えたことを要旨とする。
【００２７】
本請求項に係る発明では、比較的安価で、かつレーザ発振器よりインコヒーレントな光が得られるため、干渉の影響を小さくすることができる。
請求項１２に係る発明では、請求項１〜９のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、前記光源モジュールは、白色の光源を備えたことを要旨とする。
【００２８】
本請求項に係る発明では、対象物によりインコヒーレント光とすることで、干渉波の影響が小さく、エッジがシャープに観察、測定ができる。
請求項１３に係る発明では、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、前記エッジ検出の対象物を、前記投影光学系の光軸と平行な方向に変位させるワーク変位機構を備えたことを要旨とする。
【００２９】
本請求項に係る発明では、対物レンズの焦点位置にワークを移動して希望するエッジを検出できる。また、連続的にエッジを検出することで、３次元的なデータを取得することも可能となる。
【００３０】
請求項１４に係る発明では、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、前記エッジ検出の対象物を、前記投影光学系の光軸を中心に回転させるワーク回転機構を備えたことを要旨とする。
【００３１】
本請求項に係る発明では、エッジ検出の対象物について、投影光学系の光軸と直交する面全体においてエッジを検出することができる。特に、請求項１３に係る発明を引用するものでは、例えば、螺旋状にデータを取得することで、データの３次元化を図ることも可能となる。
【００３２】
請求項１５に係る発明では、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、表示装置をさらに備え、前記コンピュータは、前記撮像素子から入力された信号に基づき対象物のエッジをエッジデータとして検出するとともに、当該エッジデータに基づきエッジ画像を該表示装置に表示することを要旨とする。
【００３３】
本請求項に係る発明では、表示画像を倣い研削盤に利用したりすることができる。
請求項１６に係る発明では、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、表示装置をさらに備え、前記コンピュータにより検出されたエッジを該表示装置に座標で表示することを要旨とする。
【００３４】
本請求項に係る発明では、エッジ検出をディジタル処理として、ＮＣ制御のフィードバックやＣＡＤに連動させることもできるようになる。
請求項１７に係る工作機械では、請求項１５に記載のエッジ検出装置が工作機械に搭載されるとともに、入力された対象物の設計データに基づき、前記表示装置には、前記エッジ画像と重畳して該設計データに基づいた設計画像が表示されることを要旨とする。
【００３５】
本請求項に係る発明では、設計データとワークの実測値がリアルタイムで比較できるため、マニュアルやＮＣ制御のいずれにおいても、加工途中の修正が極めて容易になる。
請求項１８に係る工作機械では、請求項１７に記載のエッジ検出装置がＮＣ制御可能な工作機械に搭載されるとともに、前記コンピュータは、当該工作機械の加工対象である工作物を前記対象物として前記撮像素子から入力された信号に基づき対象物のエッジをエッジデータとして検出するとともに、入力された対象物の設計データに基づき、前記エッジデータと前記設計データとの差分を演算し、この差分をフィードバックすることで工作機械をＮＣ制御により自動制御して対象物を加工することを要旨とする。
【００３６】
本請求項に係る発明では、設計値と実測値がリアルタイムで分析され、加工が修正できるため、自動で極めて精度の高い工作が可能になる。
請求項１９に係る発明では、請求項１８に記載の工作機械において、前記エッジ検出装置は、光学収差測定装置を備えるとともに、該光学収差測定装置により測定した光学収差を予め前記コンピュータに入力し、少なくとも前記エッジデータ及び前記設計データのいずれかを前記光学収差に基づいて補正することを要旨とする。
【００３７】
本請求項に係る発明では、エッジ検出装置の光学的な収差を予めキャンセルして高精度の高い加工が可能となる。
請求項２０に係る発明では、請求項１７乃至請求項１９のいずれか１項に記載の工作機械において、前記工作機械は、成形研削盤であることを要旨とする。
【００３８】
本請求項に係る発明では、本発明が最も効果的に実施できる、いわゆる倣い研削盤において好適に適用することができる。
請求項２１に係るエッジ検出方法では、エッジ検出の対象物を一方の焦点位置に配置可能に設けられた対物レンズと、該対物レンズと共焦点を有するように当該対物レンズに対して前記対象物と反対側に配置された投影レンズと、前記共焦点に配置され、入射光のうちの前記共焦点を通過する光を遮光するアンチピンホールフィルタとを備えた投影光学系を有するレンズ鏡筒と、前記対物レンズの光軸を前記対象物を越えて延長した仮想線において、当該仮想線を基準に当該対象物を中心に一定の偏角θ（°）を有する方向から、平行光を当該対象物に対して発するように配設された光源モジュールと、該レンズ鏡筒により投影された映像を撮像するように前記光軸と直交するように配置された撮像素子と、該撮像素子からの信号を演算処理するコンピュータとを用い、前記対物レンズの前記光源モジュール側の焦点位置に置かれた前記対象物の投影画像を前記撮像素子で撮像し、前記コンピュータは、前記撮像素子からの信号強度により輝度を判定し、エッジを判定するエッジ判定の手順を実行することを要旨とする。
【００３９】
本請求項に係る発明では、請求項１と同様の効果がある。
【発明の効果】
【００４０】
本発明のエッジ検出装置、工作機械、エッジ検出方法によれば、外径のみでなく、透過光でシルエットとして検出できないような段付きやテーパなどを有した形状、特に凹部におけるエッジを、光学的に、極めて容易に、リアルタイムで、非接触で、それでいて正確に検出をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のエッジ検出装置の一実施例の主要部を示す斜視図
【図２】図１に示したエッジ検出装置を搭載した成形研削盤を示す斜視図
【図３】エッジ検出の原理を説明するための光学系の模式図
【図４】照明光に対してワークの反射光を示す模式図
【図５】本実施形態のエッジ画像を示す参考写真
【図６】本実施形態のエッジ画像を示す参考写真の拡大図
【図７】エッジ近傍の輝度を示すグラフ （ａ）従来の輝度 （ｂ）本発明の輝度
【図８】パソコンの構成を示すブロック図
【図９】本実施形態のエッジ検出の手順等を示すフローチャート
【図１０】本発明のエッジ検出装置の第２の実施形態の光学系を示す模式図
【図１１】第２の実施形態のワークに照射される照明光を示す模式図
【図１２】本発明のエッジ検出装置の第３の実施形態の光学系を示す模式図
【図１３】従来の投影光学系を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００４２】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した成形研削盤の一実施例を図１〜図９を用いて説明する。図１には本発明の一実施例であるエッジ検出装置５の主要部を、図２には図１に示したエッジ検出装置を搭載した成形研削盤３６を、図３にはエッジ検出の原理を説明するためのエッジ検出ユニット９の光学系の模式図を示す。
【００４３】
（エッジ検出装置全体） エッジ検出装置５は、図１に示すワーク１７（エッジ検出の対象物）のエッジ１７ｂを検出するエッジ検出ユニット９と、これに加え、この光源モジュール１１に電力を供給する光源用電源１２（図２）と、エッジ検出ユニット９からのデータを処理するパソコン（パーソナルコンピュータ）２０（図２）とを含んで構成されている。
【００４４】
（エッジ検出ユニット） エッジ検出装置５を構成するエッジ検出ユニット９は、ベース１０の上に設けられたワーク１７に照明光３１を発射する照明光学系としての光源モジュール１１を備える。また、この光源モジュール１１により照明されたワーク１７を投影するための投影光学系を構成するレンズ鏡筒１３と、投影された画像を検出する検出モジュール１４が、共通な光軸１６ａに沿って配置されている。
【００４５】
（ワーク） 本実施形態のエッジ検出の対象物であるワーク１７は、スローアウェイドリルやスローアウェイバイトなどのスローアウェイチップ（先端刃物）を例に挙げている。スローアウェイチップは、ドリルやバイトの先端に装着する再研磨を前提としない使い捨ての交換用の刃先であり、超硬、セラミック、サーメットのほか、ダイヤモンド集積体、ＣＢＮ集積体などいろいろな材質からなり、また、形状についても底面を四角形、三角形、ひし形、家型などとする角錐台形状などをはじめ、さまざまな形状を有する。ここで例に挙げたワーク１７としてのスローアウェイチップは、概ね正四角錐台の形状である。小さい面積の方の底面１７ａのエッジ１７ｂを含めたエッジ部分、特に角部の精度が工具としての精度を左右するため、重要な要素となる。従来の透過光によりシルエットを得るエッジ検出方法では、大きい面積の方の底面のエッジ１７ｃの形状は測定できても、小さい面積の方の底面１７ａのエッジ１７ｂ全体については、透過光によるシルエットの形成はできず、測定することができなかった。
【００４６】
そこで、本実施形態では、このワーク１７を、小さい面積の方の底面１７ａを検出モジュール１４側に向けて、この底面１７ａを光軸１６ａと直交するように、ワーク支持装置２により支持している。
【００４７】
なお、このワーク１７の底面１７ａは、鏡面仕上げとされており、面粗度がＲｚ≦０．１μmとなっており、かつ平坦性も良く、平行光が照射された場合には、その反射光も平行光といえる程度となっている。したがって、本実施形態のように、光軸１６ａと重なる光軸１６ｂを持って入射した照明光３１（図３）は、この底面１７ａで反射すると、反射光は照明光３１の光軸１６ｂそのままの光路で逆向きの光軸１６ａに沿って逆向きに進むことになる。詳しくは後述する。
【００４８】
（ワーク支持装置） ワーク支持装置２は、チャック装置（不図示）を備え、このチャックで固定されたワーク１７を、ワークテーブル４のワーク支持装置２で砥石１５に対してＸ軸（前後）方向、Ｙ軸（左右）方向、Ｚ軸（上下）方向のうち必要な範囲で移動・回転可能となっている。言い換えると、ワーク支持装置２は、ワーク１７を光軸１６ａと平行な方向（Ｙ軸方向）に沿ってシフトし、光軸１６ａ（Ｙ軸）を中心に回転させることができる。
【００４９】
（砥石） 本実施形態の工作機の工具の一例としては、砥石１５を例に挙げている。砥石１５は、ワーク支持装置２の軸心（Ｙ軸方向）に直交する軸（Ｘ軸方向）となるように配置されたスピンドル１８に装着された円盤状の砥石で、ワーク１７に対して接離可能に図示しない砥石支持手段で支持されており、Ｘ軸（前後）方向、Ｙ軸（左右）方向、Ｚ軸（上下）方向のうち必要な範囲で移動・回転可能に支持される。
【００５０】
（機器の接続） 図２に示すように、光源用電源１２は、光源モジュール１１（図１）に電気的に接続され、この光源モジュール１１に電力を供給している。
また、光源モジュール１１、検出モジュール１４（図１）は、パソコン２０にデータ送受信可能に接続されている（図４参照）。また、ワーク支持装置２、および砥石支持装置（不図示）は、ＮＣ制御装置８を介してパソコン２０に接続されている。そしてパソコン２０は、検出モジュール１４からの画像信号を受信する。また、パソコン２０は、ＮＣ制御装置８を介して、ワーク支持装置２および砥石支持装置、スピンドル１８からのフィードバック信号を受信するとともに、これらに制御信号を送信して研削加工を制御する。
【００５１】
（成形研削盤） 図２に示す成形研削盤３６は、いわゆる倣い研削盤で、ワーク１７の形状を確認しながらその形状を形成していく工作機械である。エッジ検出装置５は、その光軸１６ａ（図１参照）を、成形研削盤３６のＹ軸方向に平行に採った場合を示している。もちろんいずれの方向にセットするかは、工具やワークにより適当な姿勢を選択すればよい。本実施形態では、上述のワーク１７の中心を原点に、エッジ検出装置５の座標系に対して、成形研削盤３６のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向のＮＣ制御指令を用いて一致させ共通の座標系を用いる。また、実際のワーク１７の動きと、エッジ検出のデータ、ＮＣ制御のデータ、ＣＡＤ（Computer Aided Design ）／ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）／ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）の一連の設計・解析・製造データが相互に共有・互換・活用しやすいようになっている。そのため、本実施形態では、収差を補正しつつ、実際のワークの形状を測定しながら正確かつ自動的なＮＣ加工が可能になっている。
【００５２】
（エッジ検出ユニット） 図３は、本発明の測定原理を説明するために、図１に示したエッジ検出ユニット９の光学系を模式的に示した図である。投影光学系の光軸１６ａを一点鎖線で示す。破線はアンチピンホールフィルタ２５により遮光されたため光が通っていないが、アンチピンホールフィルタ２５により遮光されていなければ投影されていたはずの光路を示す。なお、ここでは説明のため光学系を単純化し単レンズとした模式図として表示してあるが、実際の光学機器の各レンズは、収差を補正するため、複数のレンズからなるレンズ群として構成されているのが通常である。
【００５３】
本実施形態のエッジ検出ユニット９は、照明光学系である光源モジュール１１から射出された平行な光束である照明光３１の中にワーク１７のエッジ１７ｂ（図１）を配置する。そして、投影光学系であるレンズ鏡筒１３の対物レンズ２３と投影レンズ２４の投影レンズ２４の共焦点２８・２８´に、ここを通る光線を遮光するアンチピンホールフィルタ２５を挿入する。これにより平行反射光（投影光学系の光軸１６ａに平行に対物レンズ２３に入射する反射光）３０が直接撮像素子２６に到達しないように制限され、投影された画像は、傾斜反射光（投影光学系の光軸１６ａと平行にならないで対物レンズ２３に入射する反射光）２９からなる像のみが得られるようにしている。
【００５４】
レンズ鏡筒１３には、対物レンズ２３、アンチピンホールフィルタ２５、投影レンズ２４、検出モジュール１４の一端に内蔵された撮像素子２６がこの順序に、共通な光軸１６ａに沿って、一直線に配置されている。
【００５５】
一方、光源モジュール１１は、ワーク１７と対物レンズ２３の間に、光軸１６ａと４５°の偏角をもって配置されたビームスプリッタ３４に対して、光軸１６ａに直交する方向から平行な照明光３１を照射する。このため、照明光３１は、ビームスプリッタ３４により光軸１６ａと同一の直線状の光軸１６ｂに沿って、かつ投影方向とは逆方向に反射される。そして、ワーク１７に対して、すべてのエッジ１７ｂを含む全体に平行な照明光３１を照射する。
【００５６】
（光源モジュール） 次に、レーザ光源による光源モジュール１１について説明する。ここでまず、対物レンズ２３の光軸１６ａをワーク１７を越えて延長した直線を、仮想線１６ｃとする。また、ワーク１７に入射する照明光３１の光軸を光軸１６ｂとする。この仮想線１６ｃと照明光３１の光軸１６ｂが対物レンズ２３の前側焦点２７´を頂点としてなす角を偏角θ（°）とする。つまり、偏角θ（°）とは、投影方向と照明方向の角度の違いと表現できる。このとき、この仮想線１６ｃを基準として、照明光３１の光軸１６ｂが、偏角θ（°）＝１８０となるように構成されている。言い換えれば、光軸１６ａにそって投影光学系に入射する光線の向きと、ワーク１７を照明する光線の向きとが１８０°、つまり、投影方向と反対の方向から照明光３１を当てている。
【００５７】
このような方向から照明光３１をワーク１７に照射することで、ワーク１７からの反射光を用いてエッジ検出をすることができる。特に、本実施形態では、照明の方向と投影の方向が１８０°、つまり真逆であるため、反射光を効率的に投影することができる。
【００５８】
なお、本実施形態では、投影光学系に入射する反射光を妨げないために、後述するビームスプリッタ３４により反射光を導入しているが、ここで言う照明光３１の光軸１６ｂは、ビームスプリッタ３４により９０°屈曲された後のワーク１７に入射する角度をいう。
【００５９】
光源モジュール１１には、レーザ光源として、出力１０ｍＷのＨｅ−Ｎｅ Ｌｅａｓｒ発振器からなるレーザ発振器２１が内蔵される。このレーザ発振器２１は、１０ｍｖの電圧が印加され、周波数λ＝６２３．８、光路径φ＝１．１（ｍｍ）のレーザ光線を発する。ここから照射された照明光３１は、拡散レンズ（図示せず）により拡散される。
【００６０】
この拡散された光線を減光する光量調整手段としてのＮＤフィルタ（Neutral Density Filter）１９が配置される。ＮＤフィルタ１９は、１０％の透過率としている。
また、調光されたレーザ光線はコリメータレンズ２２により光軸と平行な平行光に変換される。この照明光３１は、コヒーレントな状態が維持されている。したがって、光源モジュール１１からは、均質でコヒーレントな平行光が照明光３１として照射される。
【００６１】
（ビームスプリッタ） ビームスプリッタ３４は、光線の一部を反射し、他の一部を透過させるものであり、例えば、２つの直角プリズムを組み合わせ、接合面に誘電体多層膜や金属薄膜をコーティングしたプリズム型や、ウェッジ基板型、平面型などがあるが、本実施形態では、平面型を採用している。
【００６２】
なお、図３に示すように、このビームスプリッタ３４を偏光ビームスプリッタとしてもよい。偏光ビームスプリッタは、所定の偏光は反射させ、これと９０度位相の異なる偏光は透過させるものである。この場合、光源モジュール１１のレーザ発振器２１からの照明光３１は、ＮＤフィルタ１９に替えて、若しくはＮＤフィルタ１９と併せて設けた偏光フィルタ３５で予め所定方向の直線偏光とし、ビームスプリッタに入射する。照明光３１は偏光ビームスプリッタからなるビームスプリッタ３４によりワーク１７側に反射される。このとき偏光した照明光３１は、大部分がビームスプリッタ３４により反射されるように設定されているため、透過光は少ないので、光量の減少を防止できる。
【００６３】
反射した照明光３１は、１／４波長板３３に入射させ、直線偏光から円偏光に変換する。そして、円偏光となった照明光３１はワーク１７に入射する。ワーク１７で照明光３１が反射するときに、照明光３１の円偏光は逆向きの円偏光となる平行反射光３０となる。ワーク１７から反射した傾斜反射光２９、平行反射光３０は、回転方向が反対の円偏光となっているので、再び１／４波長板３３により直線偏光とする。このとき偏光の位相は、ワーク１７で反射する前と、９０°回転した偏光面を持つ変更となっているため、傾斜反射光２９、平行反射光３０の大部分はビームスプリッタ３４で反射せず透過して、投影光学系に進む。言い換えると、レーザ発振器２１に戻る平行反射光３０はほとんど無い。
【００６４】
このため、投影のための光量を大きくして画像を明るくすることができるとともに、光源モジュール１１のレーザ発振器２１への光線の戻りを小さくして光源モジュール１１のレーザ発振器２１のダメッジを小さくすることができる。
【００６５】
（反射光の発生） ここで、図４を用いて、ワーク１７に照射された照明光３１の反射の状態を説明する。図４に示すように、本実施形態では、ワーク１７の小さな面積の方の底面１７ａは投影光学系の光軸１６ａと直交するように配置されている。この底面１７ａは、面粗度Ｒｚ≦０．１μｍ程度の鏡面とされ、平坦性も光学的に十分良好となっている。
【００６６】
一方、ビームスプリッタ３４で反射された照明光３１は、投影光学系の光軸１６ａと平行な方向からワーク１７に入射する。
このため、この底面１７ａに照射されたすべての照明光３１の光軸１６ｂは、入射した光路をそのまま１８０°方向を転換する。つまり、そのまま平行光として投影光学系の光軸１６ａに平行に投影光学系の方向に進む。本実施形態では、この投影光学系の光軸１６ａに平行な方向で対物レンズに入射する光線を平行反射光３０という。
【００６７】
すなわち、底面１７ａに入射した照明光３１は、反射して平行反射光３０となる。
一方、底面１７ａのエッジ１７ｂでは、底面１７ａと同様に仕様が鏡面仕上げであっても、通常は、加工時のバリやダレ、稜線の欠け、乱れ、その他種々の理由から、底面１７ａよりも、ミクロ的に見るとその表面の形状が粗い。そのため、エッジ１７ｂでは、設計上の法線に基づいた反射光（ここでは「正反射光」という。）の方向とは異なる乱反射による「散乱光」が生じる。この散乱光は、画面上ではエッジ１７ｂ近傍に光の「滲み」を生じさせる。本実施形態では、この投影光学系の光軸１６ａに平行でない方向で対物レンズに入射する光線を傾斜反射光２９という。なお、この散乱光は、底面１７ａではほとんど生じない。
【００６８】
すなわち、エッジ１７ｂに入射した照明光３１は、反射して平行反射光３０と傾斜反射光２９の両者が生じる。
なお、側面１７ｄ、大きな面積の方の底面のエッジ１７ｃ（図１）は照明光３１が反射することはあっても、その反射光は投影光学系に入射しない。
【００６９】
また、ワーク１７に当たらず背景方向に進行した照明光３１も、投影光学系に入射することはない。
（レンズ鏡筒） レンズ鏡筒１３には、ワーク１７側から順に、対物レンズ２３、アンチピンホールフィルタ２５、投影レンズ２４がそれぞれ同一の光軸１６ａに沿って配置される。本実施形態の例では、対物レンズ２３は、例えば直径Ｄ＝５０ｍｍ、焦点距離ｆ＝３００ｍｍの平行光を収束させるレンズで、ワーク１７側に前側焦点２７´を形成するとともに、検出モジュール１４側に、後側焦点２８を形成する。
【００７０】
また、投影レンズ２４は、直径Ｄ＝５０ｍｍで、焦点距離２８〜３００ｍｍのズームレンズをｆ＝１００ｍｍで使用し、光源モジュール側に前側焦点２８´を備えており、この前側焦点２８´は対物レンズの後側焦点２８と一致させており、この焦点のことをここでは共焦点と呼んでいる。
【００７１】
（アンチピンホール） この共焦点である後側焦点２８，前側焦点２８´の位置には、平行反射光３０（対物レンズ２３に光軸１６ａと平行に入射した光線）が、対物レンズ２３により後側焦点２８に集光された光線を遮光するフィルタ機能をもったアンチピンホールフィルタ２５が配置されている。ここで、「アンチピンホール」とは、光軸１６ａ（投影光学系の光路中心線）上の対物レンズの後側焦点位置に配置され、対物レンズ２３に対して光軸１６ａと平行に入射した光のみを遮光してその通過を妨げ、それ以外の光軸１６ａに平行ではない光は通過を妨げないように構成されているものである。言い換えるならば、アンチピンホールは、通常のピンホールとは遮光と透光とが逆になっている構成のものである。アンチピンホールフィルタ２５は、そのようなアンチピンホールを有したフィルタである。なお、このアンチピンホールフィルタ２５は、光軸１６ａ方向および光軸１６ａに直交する方向に微調整可能な周知の位置調整手段を備えている。なお、アンチピンホールの調整は、表示画面を見ながら操作すれば、エッジ１７ｂの暗線がはっきり見える位置にすれば足りる。また、アンチピンヒールの大きさについて、本実施形態では直径Ｄ＝５００μmであるが、もちろん、その大きさや位置については、そのときの光学系の構成、光源の波長により適宜調整されうることは言うまでもない。また、アンチピンホールの大きさが可変のものとしたり、あるいはアンチピンホールフィルタ自体を異なるアンチピンホールを有するものと交換可能な交換式としてもよい。
【００７２】
また、アンチピンホールフィルタ２５の具体的構成例としては、光学的に平行な板ガラスに光線が不透過の塗料や金属箔等により光線を遮光するように構成されているものが挙げられる。また、透過型の液晶パネルを用いてもよい。
【００７３】
投影レンズ２４の後側焦点２６´は、検出モジュール１４の撮像素子２６の検出面と一致している。また、対物レンズ２３の前側焦点２７´を含む光軸１６ａと直交する面に、被検出対象であるワーク１７のエッジ１７ｂを一致させている。
【００７４】
（拡大・縮小投影） 本実施形態のエッジ検出装置５では、投影レンズ２４の焦点距離ｆ２＝ｆ２＝１００ｍｍと、対物レンズの焦点距離ｆ１＝ｆ１＝３００ｍｍとの関係は、ｆ１＞ｆ２となっており、ｆ２の焦点距離の方がより短い。このため、エッジの画像は光学的に縮小され、広い範囲のエッジ全体が、ワークより小さな撮像素子２６により検出できる。拡大・縮小の倍率は、工作機械の種類・ワーク・工具などにより、設置場所やワークの大きさなど距離の条件・ＣＣＤチップの大きさなどの検出エリアの条件・求める工作精度など検出精度の条件などを適宜考慮して選択できる。本実施形態においても、投影レンズ２４は、２８〜３００ｍｍのズームレンズを採用しており、条件を変更することができる。もちろん、精度を上げるため、焦点距離ｆ１＜ｆ２の拡大可能な構成としてもよい。
【００７５】
図３は、模式図であるため、その他の拡大投影系のレンズ構成を採用できることは言うまでもない。
（検出モジュール） 検出モジュール１４は、撮像素子２６として、マトリクス状にＣＣＤをアレー配置したＣＣＤカメラである。ここで受信した光は電気信号に変換され、パソコン２０で例えばドットマトリクスのデータとなり画像処理される。
【００７６】
これを受ける撮像素子２６は、１ｐｉｘｅｌが縦７．４μｍ、横７．４μｍで、エリアイメージは、縦１１．８４［ｍｍ］×横８．８８［ｍｍ］の縦１６００ｐｉｘｅｌ×横１２００ｐｉｘｅｌの１．９２Ｍｅｇａ ｐｉｘｅｌのＣＣＤカメラである。
【００７７】
（投影光学系の作用） このような光学系の構成とすることにより、レーザ発振器２１から出射されたレーザ光線が拡散レンズにより拡散され、コリメータレンズ２２を通って平行光に変換され、この平行なレーザ光線の光束である照明光３１が光軸１６ａと直交する方向からビームスプリッタ３４に入射する。ビームスプリッタ３４に入射された照明光３１は、光軸１６ａと平行な方向に反射され、ワーク１７全体を照射する。ワーク１７の底面１７ａからは、平行光がそのままの光路で平行を維持したまま平行反射光３０として反射されてくる。ワーク１７のエッジ１７ｂでは、照明光３１が正反射及び乱反射により色々な角度の散乱光が発生し、平行反射光３０と傾斜反射光２９を生じる。
【００７８】
また、照明光３１のうちワーク１７に直接照射されない光線は、投影光学系には入射しない。また、ワーク１７の側面１７ｄ、ワーク１７の大きい面積の方の底面のエッジ１７ｃに照射された照明光３１も、その表面で反射するが、概ね背面方向に進み、投影光学系には入射しない。
【００７９】
ワーク１７の底面１７ａで反射された反射光の全部及びエッジ１７ｂで反射された反射光の一部は、投影光学系の光軸１６ａに平行な平行反射光３０となる。
底面１７ａのエッジ１７ｂで反射された光線の残る一部は傾斜反射光と２９となる。その他の部分に進んだ照明光３１は、反射しても投影光学系に入射することはない。
【００８０】
次に、平行反射光３０となった反射光は、そのほとんどがビームスプリッタ３４を透過し、光軸１６ａと平行に対物レンズ２３に入射し、その作用により対物レンズ２３の後側焦点２８で、集光する。この対物レンズ２３の後側焦点２８の位置には、ここを通過する光線のみを遮るフィルタ機能をするアンチピンホールフィルタ２５が設置されているので、集光された平行反射光３０のすべては完全に遮断される。
【００８１】
一方、傾斜反射光２９となった反射光は、同様にそのほとんどがビームスプリッタ３４を透過し、光軸１６ａと一定の傾きをもって対物レンズ２３に入射するが、光軸１６ａに対して傾いた光線であるため、対物レンズ２３の作用によっては後側焦点２８で集光されることはなく、後側焦点２８を含め面のうち、後側焦点２８とは異なる地点を通過する。したがって、対物レンズ２３の後側焦点２８の位置に配置されたアンチピンホールによっては遮光されることなく、検出モジュール１４の撮像素子２６に入射する。
【００８２】
この場合、ワーク１７のエッジ１７ｂの同一地点から発生した散乱光は、撮像素子２６の同一ピクセルに入射する。
すなわち、撮像素子２６に入射する光線は、傾斜反射光２９のみとなる。
【００８３】
（エッジ検出） つまり、本実施形態のワーク１７のようなものを本エッジ検出装置５により観測すると、図５に示す参考写真のように、全体が低輝度の画面の中に、傾斜反射光２９が入射するワーク１７の底面１７ａ部分の周囲のエッジ１７ｂのみが高輝度の輝線として現れる。
【００８４】
そして、この輝線を拡大して見ると、図６に示す参考写真のように、輝線の中央にさらに輝度の低い暗線が現れ、「暗−明−暗−明−暗」のパターンが形成される。これは、最も反射光量の多い正反射光（乱反射以外の反射光）が、アンチピンホールによりキャンセルされたため暗線ができ、それを囲むように散乱光により輝線が形成されているからである。
【００８５】
この部分の輝度を採ってみると、図７（ｂ）に示すグラフのように、エッジ１７ｂの輝線の部分の輝度が高く、その輝線の中央の暗線の部分は、その輝度が低くなっていることもデータ上はっきりと示されている。
【００８６】
以上のように、本実施形態のエッジ検出方法によれば、特に、エッジ部分の輝線の中央に暗線が示されるため、「暗−明−暗−明−暗」のパターンで、エッジ１７ｂの正確な位置を、「暗線」により目視或いは数値により正確に把握できる。
【００８７】
また、たとえエッジの状態で暗線が明確に現れない場合でも、底面１７ａが低輝度で表示されるため、少なくとも「暗−明−暗」のパターンで、「輝線」により目視でもエッジ１７ｂを確認でき、また、数値的にエッジ１７ｂ捉える場合でも、従来のように閾値によりエッジ１７ｂの位置が変動することがない。
【００８８】
（従来技術との比較） なお、図７（ｂ）は、図１３に示すような従来のエッジ検出装置のエッジ部分の輝度を示すグラフであるが、従来のエッジ検出装置では、シルエットのみしかエッジ検出ができないというデメリットがあるが、それはさておいても、光線の干渉やにじみでエッジ近傍の輝度がグラデーションとなっており、閾値の取り方でエッジ検出の位置が変化してしまうという問題があった。
【００８９】
この点、本実施形態のエッジ検出装置では、エッジ部分が散乱光により生じた光輝度の部分に挟まれて、低輝度の暗線となって示されるため、閾値によってエッジ検出の位置が変化することがほとんどない。
【００９０】
また、底面１７ａが低輝度で示されるため、表示画面において、全体が低輝度の画面の中で、エッジ１７ｂ近傍のみが光輝度の輝線となり、さらにその輝線の中にエッジが低輝度の暗線として示される。
【００９１】
このため、視覚的に認識しやすいという効果がある。
さらに、画像処理においても、データの認識が容易となる。
（成形研削盤の詳細） 次に、このようなエッジ検出装置５を用いた工作機械である成形研削盤３６について説明する。
【００９２】
（コンピュータ） 図８に示すパソコン２０の機能を示すブロック図のように、撮像素子２６（図３）からの信号を演算処理するコンピュータであるパソコン２０（図２参照）は、ＣＰＵ２０ａ、ＲＡＭ２０ｂ、ＲＯＭ２０ｃ、外部記憶装置としてのＨＤＤ２０ｄ、外部インターフェイス２０ｅを備える。ＨＤＤ２０ｄには、エッジ判定プログラム、エッジ表示プログラム、収差修正処理プログラムが記憶されており、パソコン２０をエッジ判定、エッジ表示、収差処理の各制御装置として機能させている。このパソコン２０は、外部インターフェイス２０ｅを介して、表示装置２０ｆとしての例えばＬＣＤ（液晶ディスプレー）と、入力装置２０ｇとしての例えばキーボード、マウスが接続されている。表示装置２０ｆは、パソコン２０にインストールされた上述の各プログラムを実行するためのモニター画面であるとともに、パソコン２０により画像信号として処理されたエッジ画像を表示することができる。
【００９３】
（ＮＣ制御装置、ＣＡＤ用コンピュータ） また、パソコン２０は、成形研削盤３６（図２参照）のＮＣ制御装置８、ＣＡＤ用コンピュータ７にもそれぞれ接続されている。ＮＣ制御装置８は、ワーク１７と砥石１５の相対位置をフィードバックしながら、入力された設計データに基づき制御信号をワーク支持装置２、砥石支持装置（図示せず）、スピンドル１８に送信して研削加工を行う。ＣＡＤ用コンピュータ７は、ワーク１７の設計データが記憶されており、このデータをＮＣ制御装置に送信して、ＣＡＤデータに基づくＮＣ制御をすることができる。
【００９４】
（エッジ判定の手順） 次に、図９に示すフローチャートに沿って本実施形態の成形研削盤３６（図２）における、エッジ判定の手順およびその後のパソコン２０の処理を説明する。まず、予めパソコン２０を立ち上げて、エッジ判定プログラムを起動する。ワーク１７をワーク支持装置２（図１）に装着する（Ｓ１）。このとき、ワーク１７の中心とＮＣ制御の座標軸の原点が一致するようにする。そして、エッジを判定したい部分を対物レンズ２３の前側焦点２７´（図３）の照明光３１の範囲内にくるようにワーク支持装置２により移動させる。続いて、入力装置２０ｇから光源用電源１２をコントロールし適当な出力になるように調整して光源モジュール１１からレーザ光線を射出する。次に、表示装置２０ｆを見ながら、光量調整手段であるＮＤフィルタ１９によりいわゆる白飛びや黒潰れにならないように光量を微調整する（Ｓ２）。また、アンチピンホールフィルタ２５のエッジが明確になるように軸方向の位置を調整する。検出モジュール１４の位置を軸方向に調整し画像のピントの微調整をする（Ｓ３）。また、表示装置２０ｆを見ながら、必要があれば、エッジ画像が帯状の２本の高輝度の部分に挟まれた１本の低輝度の部分となるようにワーク１７、光量、アンチピンホールフィルタ２５、検出モジュール１４の調整を繰り返す（Ｓ４：ＮＯ）。
【００９５】
調整ができれば、表示装置２０ｆに表示されたワーク１７は、エッジ部分が帯状の２本の高輝度の部分に挟まれた１本の低輝度の部分となって表示される（Ｓ４：ＹＥＳ）。
パソコン２０は、エッジ判定プログラムによりエッジ判定手段として、画像処理により信号強度を判定し、帯状の２本の高輝度の部分に挟まれた低輝度の部分をエッジと判定する（Ｓ５）。具体的には、たとえば、高輝度のドットを選択し、ノイズ処理をした後、連続した帯状の領域を抽出する。さらに、この帯状の部分から低輝度の連続した部分を抽出する。複数抽出された場合は、例えば、最も長く連続するもの、帯状の高輝度部分の中央部に存在するもの、或いは低輝度部分の幅の最も大きなものなどの条件で１本のラインに絞り込む。さらに、予め設計データに基づき、設計上のエッジの位置近傍のデータのみアンド条件で取捨して判断することで誤認識を抑制してもよい。また、データの欠けを予測して補充することも好ましい。
【００９６】
このとき、仮に高輝度のエッジ部分に低輝度の暗線が現れなくても、底面１７ａと側面１７ｄ、背景は低輝度で示されているため、多少精度は下がるが、高輝度の部分をエッジと判断して工作することももちろん十分に可能である。エッジ１７ｂの状態などによりこのような状態は生じうる。また、この高輝度の中央部分をエッジ１７ｂとして画像処理することもまた十分に可能である。
【００９７】
エッジ１７ｂが検出されると、表示装置２０ｆでは、この検出されたエッジ１７ｂを線図としたエッジ画像で表示することもできる。なお、アンチピンホールフィルタ２５を可動式にして光路から待避するように構成すれば、従来の投影機と同様の画像を表示することも可能である。この場合は、底面１７ａ全体が高輝度で表示されるため、高輝度の部分の周端部を、通常の投影画像のようにエッジ１７ｂと判定することになる。
【００９８】
なお、パソコン２０は、検出されたエッジ１７ｂを表示装置２０ｆに座標で表示することもできる。もちろん表示装置２０ｆに表示されるワーク１７の拡大された画像と比較しつつこの座標値を見たり、座標値によりワーク１７の見たい部分を表示装置で表示することもできる。
【００９９】
（マニュアル操作） また、パソコン２０は、ワーク１７を対象物として撮像素子２６から入力された信号に基づきワークのエッジを検出するとともに、エッジデータに基づきエッジ画像を表示装置２０ｆに表示する。このとき、ＣＡＤにより設計した設計データに基づいてエッジ１７ｂを表示装置２０ｆでエッジ画像と重畳して表示させることもできる。このとき成形研削盤３６のオペレータは、この表示された設計画像を参照しつつ、同じ表示装置２０ｆに表示されたエッジ画像に基づいてマニュアル操作で研削加工をすることができる。そのため、ＮＣ制御ではできないような高いスキルの技術を発揮することもできる。
【０１００】
（ＮＣ自動制御） また、パソコン２０は、ＣＡＤを用いて設計されたワーク１７の設計データを入力して、ＮＣ制御をおこなう。また、撮像素子２６から入力された信号に基づきワーク１７のエッジ１７ｂをエッジデータとして検出する。この設計データとエッジデータは同一の座標系を共有する。この座標系を用いて、現在エッジ検出装置５によりエッジ１７ｂが検出されている位置と同位置・同角度の設計データから、同位置・同角度で投影された計算上のエッジ１７ｂを演算して抽出する。そして、設計上のエッジの位置を表示装置２０ｆで表示しつつ、実際に検出したエッジ画像を表示する。一方、コンピュータ内部でも、入力された対象物の設計データに基づき、逐次現状のワークの形状を測定して比較し、その差分を演算する（Ｓ６）。この差分をフィードバックすることで成形研削盤３６によりワーク１７の研削加工をＮＣ制御により自動的に行う（Ｓ７）。この差分があれば、加工後のワーク１７の形状を逐次測定し、加工を繰り返す（Ｓ８：ＮＯ）。そして、ＣＡＤデータと抽出されたエッジの形状に差分がなくなれば加工は完了する（Ｓ８：ＹＥＳ）。
【０１０１】
（自動収差補正） なお、本実施形態のエッジ検出装置５は、縮小投影系の光学装置をもつため、平行光の精度やレンズの固有の収差の影響がありエッジの検出結果に影響する。このため、本実施形態のエッジ検出装置は、光学収差測定装置としての撮像素子２６により測定した光学収差を予め前記コンピュータに入力し、少なくともエッジデータ及び設計データのいずれかをこの光学収差に基づいて補正する。
【０１０２】
具体的には、図３において、対物レンズ２３の前側焦点２７´に、ワーク１７に替えて、正確な配列のマトリクス状のスリットやピンホールをアレー状に配置した検査用パターン３９を配置する。スリットやピンホール以外は、鏡面とした平坦面で、光軸１６ａと直交した姿勢でセットする。この状態で光源モジュール１１から照明光３１をこの検査用パターン３９に照射し、この像を検出モジュール１４の撮像素子２６で撮像する。この場合、スリット若しくはピンホールのみが乱反射による散乱光や回折光を発生するので、検出モジュール１４で検出できる。
【０１０３】
ここでは、エッジ検出ユニット９の光軸はＹ軸方向に沿って配置しているので、この検査用パターン３９の画像の撮像素子２６で撮像した画像の測定ポイントの位置を測定し、そのＸＺ平面でのずれをこのエッジ検出ユニット９の固有の光学系の収差として記録する。
【０１０４】
次に、ＣＡＤから設計データを入力する場合に、設計データ自体に、この光学収差測定装置により得た光学系の収差を反映させたデータを作成する。具体的には、上述のように記録した各測定ポイントにおける位置ズレと隣接する測定ポイントの位置ズレを、それらの間にあるピクセルに比例配分してこれらの測定ポイント間の各ピクセルの位置を修正する。そして、この位置が修正されたピクセルに従って設計データに基づいてＮＣ制御装置８に制御の指令を出す。
【０１０５】
ＮＣ制御装置８により成形研削盤３６で研削加工を行うが、エッジ検出装置により得たエッジ画像はそのまま加工をせずにＮＣ制御装置８にフィードバックして加工を進める。この場合、エッジ検出装置により得たエッジ画像には収差が含まれているが、ＣＡＤによる設計データの方でその補正が終了しているので、研削加工は正確に行われることになる。
【０１０６】
ここではＣＡＤデータの方に収差を反映させているが、もちろん、エッジ画像を、そのつど収差に対する補正を反映させた状態でエッジ検出をしてもよい。この場合は、計算量が多くなるためコンピュータの負担が大きくなるが、表示装置２０ｆに表示されるワーク１７の表示画像も収差が補正された状態で表示されるため好ましいといえる。
【０１０７】
本実施形態は以上のような構成を備えるため、以下のような効果がある。
（１）本発明の実施形態のエッジ検出装置５によれば、シルエットを得られない形状のエッジも検出することができる。なお、エッジに限らず、浅いディンプルやトレンチ等は、散乱光に加え、回折光も発生するので、検出することができる。
（２）また、本実施形態のエッジ検出方法によれば、正確なエッジ画像を得ることができる。特に、エッジ部分の輝線の中央に暗線が示されるため、「暗−明−暗−明−暗」のパターンで、エッジ１７ｂの正確な位置を、暗線で目視或いは数値により正確に把握できる。また、たとえエッジの状態で暗線が明確に現れない場合でも、底面１７ａが低輝度で表示されるため、少なくとも「暗−明−暗」のパターンで、輝線で目視でもエッジ１７ｂを確認でき、また、数値的にエッジ１７ｂ捉える場合でも、従来のように閾値によりエッジ１７ｂの位置が変動することがない。
（３）また、非接触でエッジ画像をえられるため、加工途中のワーク１７などの輪郭形状も正確かつリアルタイムに得られる。
（４）エッジ画像は、撮像され、これをパソコン２０で画像処理することで数値的に測定することができる。
（５）エッジ画像を縮小して同一の撮像素子で捉えているため、エッジ検出の対象物であるワーク全体の画像を得ることができ、ワークの幅などを実測することができる。なお、エッジの画像を光学的に拡大すれば、エッジの検出がより正確にできる。
（６）光源モジュール１１からの照明光３１の光軸１６ｂを、θ＝１８０となるように配設したため、ワーク１７に対して、投影方向と反対方向から照明光３１を照射できるので、全体に均一に照明光を照射できる。また、単一の光源モジュール１１で投影されるワーク１７全体が照射できるので構成が簡易となる。
（７）また、ワーク１７の底面１７ａに対して垂直に照明光を照射することで、ワークと光学系との位置調整が容易になる。
（８）ビームスプリッタ３４により照明光を導入しているので、光源モジュール１１自体を移動しなくても、ビームスプリッタ３４の調整で照明光３１の光路（光軸１６ｂ）を調整できる。
（９）光源モジュール１１は、光量調整手段を備えるため、エッジ近傍の信号強度が、帯状の２本の高輝度の部分に挟まれた低輝度の部分となるように適度な光量に調整することができる。また、光量調整手段は、ＮＤフィルタ１９であるため無段階に調整できる。
（１０）光源モジュール１１の光源としてレーザ発振器２１を備え、Ｈｅ−Ｎｅレーザを用いているため十分な光量を得られ、コヒーレントな光源とすることで、偏光などのコントロールを容易にしている。
（１１）撮像素子２６は、高密度にマトリクス状にＣＣＤを配置したＣＣＤカメラであるため、低ノイズ・高感度でリアルタイムに数値化して画像処理することができる。
（１２）アンチピンホールフィルタ２５は、光軸方向に調整可能に配置されるため、鮮明なエッジ画像を得ることができる。
（１３）検出されたエッジ画像を表示装置２０ｆで確認できるだけでなく、同一の座標系とされたＣＡＤによる設計図面に重ねてモニターすることができるため、より直感的に把握でき、マニュアルの操作においても操作が容易になる。
（１４）エッジ画像を表示するだけでなく、その形状を座標値で表示することにより、より形状を正確に確認できる。
（１５）ワーク１７の形状が数値的に把握されるため、この数値に基づきＮＣ自動制御により正確かつ容易に加工することができる。特に、ＣＡＤにより設計した設計データを、そのままパソコン２０に入力し、これに基づきＮＣ制御装置８と連動させてエッジ検出装置によりワーク１７の形状をフィードバックしつつ自動制御することで、完全自動化された製造をすることができる。
（１６）さらに、予めエッジ検出装置固有の収差を測定し、ＣＡＤデータ若しくはエッジ画像について補正するため、エッジ検出装置固有の収差を考慮することなく、測定した形状と設計された形状とを比較しながら対象物の加工をすることができる。また、補正された形状を表示装置２０ｆに表示することもできる。
【０１０８】
（第２の実施形態）
図１０に示す、本発明の第２の実施形態のエッジ検出装置では、照明光学系である光源モジュール１１からの照明光３１の照射方向が異なる点で第１の実施形態と異なる。
【０１０９】
その他の点は、基本的に第１の実施形態と共通するので、その説明を省略する。
（光源モジュール） ここでも同様に、対物レンズ２３の光軸１６ａをワーク１７を越えて延長した直線を、仮想線１６ｃとする。また、ワーク１７に入射する照明光３１の光軸を光軸１６ｂとする。このとき、この仮想線１６ｃを基準として、照明光３１の光軸１６ｂが、対物レンズ２３の前側焦点２７´を中心に偏角θ＝１３５°となるように光源モジュールが配設されている。
【０１１０】
言い換えれば、ワーク１７の底面１７ａと４５°傾けた方向からワーク１７に照明光３１を照射している。さらに別の言い方をすれば、ワーク１７の底面１７ａの法線と４５°傾いた方向から照明される。なお、照明光３１は、ワーク１７のエッジ１７ｂ全体を照明するように構成されている。
【０１１１】
ここで、図１１に沿って、本実施形態において照明光３１がワーク１７に照射された状態を説明する。まず、底面１７ａを照射した照明光３１は、底面１７ａの法線と４５°の傾きを持っているため、その反射光も底面１７ａの法線と４５°の傾きで反対方向に反射し、アンチピンホールフィルタ２５で遮光するまでもなく、投影光学系には入射しない。
【０１１２】
一方、エッジ１７ｂをやや側面側から照明するため、エッジ１７ｂの法線が光軸１６ａと２２．５°傾いた位置１７ｅの部分の正反射光が確実に投影光学系で捕捉される。
また、この正反射光を生じる位置１７ｅは、投影光学系から見てエッジ１７ｂ部分の底面１７ａ側の端１７ｆではなく、ここから離れたエッジ１７ｂ中央寄りにくる。そして、この位置１７ｅで反射された正反射光は、平行反射光３０となり、アンチピンホールフィルタ２５により遮光される。このため、アンチピンホールフィルタ２５により遮光されて形成される低輝度の暗線が、エッジ１７ｂ部分に形成される高輝度の輝線の中央よりに見える。
【０１１３】
なお、この構成において、ワーク１７をＹ軸（投影光学系の光軸１６ａ）に沿って回転させるワーク回転機構を設ければ、照明光３１を照射した方向と反対側のエッジ１７ｂについても検出が容易になる。
【０１１４】
本実施形態は以上のような構成を備えるため、第１の実施形態の効果に加え、以下のような効果がある。
（１７）光源モジュール１１からの照明光３１が、底面１７ａの法線に対して４５°傾けてあるので、底面１７ａに照射した照明光３１は、投影光学系に入射せず、エッジ１７ｂ部分の反射光のみが投影光学系に入射し、エッジ１７ｂが検出されるため、アンチピンホールフィルタ２５に拠らずとも、より確実に底面１７ａからの反射光をキャンセルできる。
（１８）底面１７ａの周囲のエッジ１７ｂの平行反射光３０による暗線が、底面１７ａの端ではなく、底面１７ａの端から離れた位置に来るので、エッジ１７ｂからの傾斜反射光２９により形成される輝線の中に平行反射光３０による暗線が形成され、「暗−明−暗−明−暗」のパターンができやすく、画像上でエッジを認識しやすくなる。また、数値による画像処理上も処理が容易になる。
（１９）ワーク１７に入射する照明光３１を光軸１６ａに沿って導入するための、ビームスプリッタ３４が不要になるため、構成が簡易にできる。
（２０）また、ビームスプリッタによる光量の減少がないため、同一出力の光源であれば画像を明るくでき、同じ画像の明るさであれば光源の出力を小さくできる。
【０１１５】
（第３の実施形態）
図１２に示す、本発明の第３の実施形態のエッジ検出装置では、照明光学系である光源モジュール１１からの照明光３１の照射方向が第２の実施形態と共通し、この光源モジュール１１が複数備えられる点で異なる。
【０１１６】
その他の点は、基本的に第１、２の実施形態と共通するので、その説明を省略する。
図１２に示すように、本実施形態の光源モジュールは、第２の実施形態と同様の構成の光源モジュール１１ａと、この光源モジュール１１ａと光軸１６ａについて対称な位置に配設された光源モジュール１１ｂを備える。
【０１１７】
本実施形態は以上のような構成を備えるため、第２の実施形態の効果に加え、以下のような効果がある。
（２１）光源モジュール１１ａ、１１ｂを、光軸１６ａについて対象に一対設けたため、ワーク１７の反対方向のエッジ１７ｂについて、ワーク１７を回転させることなく、適切にエッジ１７ｂを検出することができる。
（２２）対向するエッジ１７ｂを同一のＣＣＤカメラで同時に測定することで、エッジ１７ｂの幅の絶対値を正確に測定することができる。
【０１１８】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第１の実施形態では、偏角θをθ＝１８０、第２・３実施形態では、θ＝１３５°としたが、偏角θは、ワーク１７のエッジ１７ｂが照明光を反射可能であれば、偏角θ（°）は、０＜θ≦１８０の間で適宜選択可能である。
【０１１９】
○ 特に検出したいエッジの位置の設計上の法線と、投影光学系の光軸１６ａとの角度をα（°）とするときに、偏角θ（°）＝１８０−２α（０≦α＜９０）とすると、照明光を偏角θ（°）として照明光を当てると、検出したいエッジの特定位置での正反射光が、平行反射光になる。第２の実施形態では、θ（°）＝１３５とし、α（°）＝２２．５°として、偏角θ（°）＝１８０−２αとしたが、この角度に限定されない。例えば、ワーク１７が、直方体のような形状であれば、底面の一つを光軸１６ａと直交するように配置し、θ（°）＝９０とすることで、エッジの中心部分からの正反射光を平行反射光３０とすることができる。
【０１２０】
このように構成することで、検出したいエッジの部分からの正反射光により強い光線がアンチピンホールでキャンセルされ、エッジ近傍の輝線のなかで、くっきりとした暗線となる。
【０１２１】
したがって、エッジの中でも検出したい部分を正確且つ明確に画面上で確認でき、また正確な画像処理をすることができる。
○ また、偏角θ（°）が変更可能なように、光源モジュール１１を位置及び照射角度を変位可能にする光路変更手段を設けることも好ましい。
【０１２２】
○ また、光源モジュール１１とワーク１７の間にミラーやプリズムなどを設けて、光源モジュール１１自体を変位させないで、ミラーやプリズムにより、その照明光３１の光路を変更できるように光路変更手段を設ける構成も好ましい。
【０１２３】
○ 光源モジュール１１の数も、１台又は２台に限らず、３台以上設けてもよい。
○ また、複数の光源モジュール１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…を予め異なる角度に設定し、切り替えて使用する構成も好ましい。
【０１２４】
○ またワーク１７の位置をＹ軸（光軸１６ａ）方向にシフト可能とし、ワーク１７の背面側のエッジ１７ｃ（図１）の位置にピントを合焦するようなワーク変位機構を設ける構成も好ましい。この構成において、シフト量を計算することで、エッジ１７ｂ、１７ｃの位置を３次元的に特定することもできる。
【０１２５】
○ 実施形態においては、光源としてＨｅ−Ｎｅレーザを用いているが、他の各種レーザ発振器を用いてもよい。さらに、光源をレーザ光源に限らず、各色のＬＥＤ（ Light Emitting Diode ）としてもよい。ＬＥＤは、可視光の紫（波長３８０〜４５０）、青（波長４５０〜４９５ｎｍ）、緑（波長４９５〜５７０ｎｍ）、橙（５９０ｎｍ）、赤（波長６６０ｎｍ）や、３波長混合の白色の他、不可視光である近紫外光（波長＜３８０ｎｍ）を用いることもできる。
【０１２６】
○ さらに、白色の光源としては、上記ＬＥＤの他、ハロゲンランプ、水銀灯、白熱灯、放電灯、蛍光灯などその光源は限定されない。また、ここで言う白色の光源は、厳密な白色に限定されず、明らかに特定の色彩と認識されるものを除き、複数の波長を含むものをいう。このようなインコヒーレント光の方が、干渉波の影響が小さく、エッジがシャープに観察、測定ができる場合がある。
【０１２７】
○ 上記実施例は、光学系に、リレーレンズ（ｒｅｌａｙ ｌｅｎｓ）を追加してもよい。リレーレンズとは、一つのレンズ系によって作られた実像を、再び実像として結像させるレンズ系で、工作機械の構成などにより測定する実像を移動したい場合に用いられる。このように構成することで、エッジ検出装置５を、種々の工作機械に適切に配置することができる。
【０１２８】
○ また、投影光学系は、プロジェクターとして直接投影画面に照射できるような構成としてもよい。
○ 本発明のこのエッジ検出装置により検出するのに適したワークとしては、スローアウェイチップに限らない。たとえば、平面部や筒状の曲面部が多く、その面の周縁にエッジが形成されたものが適している。したがって、ドリル、ミル、フライス、バイトなど刃先を備えた各種工具のほか、各種治具、正確なエッジ寸法が求められるゲージ、スケールなどに、好適に適用できる。
【０１２９】
また、その表面がいわゆる鏡面仕上げ（Ｒｚ≦０．１μｍ）のものが最もきれいにエッジを検出できる。また、いわゆる亜鏡面（Ｒｚ≦１．０μｍ）程度のものであれば、実用上十分な効果を発揮できる。さらに、市販のカッターナイフ程度の表面粗度であれば十分にエッジの検出が可能である。
【０１３０】
○ 本実施形態の円盤状の砥石１５は、工作機の工具の一例であって、本発明は、ボール状、円錐状、筒状など各種の形状の砥石はもちろん、各種切削工具、研削工具、研磨工具等エッジを加工するすべての工具に適用でき、その支持方法も目的に応じて各種の形態を採り得る。
【０１３１】
○ 本発明のエッジ検出装置は、上述した成形研削盤３６だけでなく、汎用フライス盤や多軸加工機、治具研削盤などにも搭載可能で、上記と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【０１３２】
２…ワーク支持装置、３…投影光学系（従来技術）、４…ワークテーブル、５…エッジ検出装置、７…ＣＡＤ用コンピュータ、８…ＮＣ制御装置、９…エッジ検出ユニット、１０…ベース、１１，１１ａ，１１ｂ…光源モジュール、１２…光源用電源、１３…レンズ鏡筒、１４…検出モジュール、１５…砥石、１６ａ…（投影光学系の）光軸、１６ｂ…（照明光３１の）光軸、１６ｃ…仮想線、１７…（エッジ検出の対象物としての）ワーク、１７ａ…（ワーク１７の小さい面積の方の）底面、１７ｂ…（底面１７ａの）エッジ、１７ｃ…（ワーク１７の大きい面積の方の底面の）エッジ、１７ｄ…側面、１７ｅ…（正反射光が平行反射光３０となる）位置、１７ｆ…（底面１７ａの）端、１８…スピンドル、１９…ＮＤフィルタ（光量調整手段）、２０…パソコン（パーソナルコンピュータ）、２０ａ…ＣＰＵ、２０ｂ…ＲＡＭ、２０ｃ…ＲＯＭ、２０ｄ…ＨＤＤ、２０ｅ…外部インターフェイス、２０ｆ…表示装置、２０ｇ…入力装置、２１…レーザ発振器、２２…コリメータレンズ、２３…対物レンズ、２４…投影レンズ、２５…アンチピンホールフィルタ、２６…撮像素子、２６´…投影レンズの後側焦点、２７´…対物レンズの前側焦点、２８…対物レンズの後側焦点（共焦点）、２８´…投影レンズの前側焦点（共焦点）、２９…傾斜反射光（投影光学系の光軸１６ａと平行にならないで対物レンズ２３に入射する反射光）、３０…平行反射光（投影光学系の光軸１６ａと平行に対物レンズ２３に入射する反射光）、３１…照明光（レーザ光線）、３２…エッジ像、３３…１／４波長板、３４…ビームスプリッタ、３５…偏光フィルタ、３６…成形研削盤（工作機械）、３９…検査用パターン、ｆ１，ｆ２…焦点距離、α…（エッジの法線と光軸１６ａとの）角度、θ…偏角、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッジ検出装置及びこれを用いた工作機械、エッジ検出方法に係り、詳しくは、透過型の光学系では測定できないワークのエッジを、加工途中においても、非接触で、リアルタイムに、形状を数値的に測定可能とする光学的なエッジ検出装置及びこれを用いた工作機械、エッジ検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで精密な工具などの加工をする場合は、例えば、図１３に示すような拡大投影機を設けたいわゆる倣い研削盤などを用いていた。この研削盤は、レーザ発振器２１からのレーザ光線をコリメータレンズ２２で平行光とし、ワーク１７の加工部分のシルエットを対物レンズ２３、投影レンズ２４を用いて光学的に撮像素子２６で撮像してディスプレー（不図示）で拡大投影して加工する研削盤である。
【０００３】
ところで、近年、いわゆるナノ工学が多方面に活用されるようになり、高い工作精度がますます要求され、μｍオーダーや、いわゆるサブμｍオーダーの加工が要求されている。例えば、ディンプルと呼ばれる微小なくぼみを規則的に配置したディンプルテクスチャが、光学やトライボロジー等の広範囲の分野で用いられている。また、マイクロチャンネルを用いて、ナノリッター（ｎＬ）からフェムトリッター（ｆＬ）の微小流体をハンドリングするマイクロ流体工学もバイオ関係などで活用されている。これらの場合、数十μｍのディンプルやマイクロチャンネルを形成するには、直接ワークを、またはプレス若しくは成形のための型を正確に３次元的に造形する必要があった。
【０００４】
このような場合、研削加工によれば、理論的には正確な３次元的造形が可能であり、比較的コストも低く、多品種少量生産にも適している。このような超精密加工をするには、ボールエンドミルのような高速回転する回転工具を用いた精密機械加工が一般的であるが、まず精度の高い工具が不可欠である。さらに、この高速に回転する工具を振れがないように正確に工作機械に装着することも不可欠である。
【０００５】
そこで、本発明者らは以下の特許文献１に記載されたような発明を提案した。この発明では、アンチピンホールフィルタと名付けた独自の構成を備えた方法で、０次光をカットして回折光のみで像を結像させ、これをＣＣＤカメラなどで撮像して、高速回転する回転工具の切れ刃稜の振れを高精度に測定可能にして、この振れを補正できるようにした。その結果、微細な加工が可能となる高精度の回転工具を振れなく回転させ、前述のディンプルなどの加工が高精度でできるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２４２６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この方法は、極めて高速に回転するボールエンドミルのような極小径の回転工具においてもエッジに対応する画像をシルエットとして撮像し、その相対的な位置の差から回転工具の振れの大きさを極めて高精度にリアルタイムで検出する。その測定結果に基づいて回転工具の振れがないように修正することができ、工具の位置精度の向上の結果、正確な中ぐり加工ができるようになった。
【０００８】
ところで、例えば、スローアウェイ式ドリルやバイトに用いるスローアウェイチップなども、加工精度の高度化から正確なエッジ検出が要求されている。
しかしながら、これらは段付きやテーパなどを有した形状があり、特に凹部では、シルエットとして測定ができなかったため、特許文献１に開示されたような発明では、このような工具のエッジの検出ができなかった。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、外径のみでなく、透過光でシルエットとして検出できないような段付きやテーパなどを有した形状、特に凹部におけるエッジを、極めて容易に、リアルタイムで、非接触で、それでいて正確に検出をすることができる光学的なエッジ検出装置、これを用いた工作機械、エッジ検出装置を提供することに目的とする。また、併せて、このように測定された工作物の形状データに基づき正確かつ容易に、マニュアル制御若しくは自動制御可能な工作機械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】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係るエッジ検出装置では、エッジ検出の対象物を一方の焦点位置に配置可能に設けられた対物レンズと、該対物レンズと共焦点を有するように当該対物レンズに対して前記対象物と反対側に配置された投影レンズと、前記共焦点に配置され、入射光のうちの前記共焦点を通過する光を遮光するアンチピンホールフィルタとを備えた投影光学系を有するレンズ鏡筒と、前記対物レンズの光軸を前記対象物を越えて延長した仮想線において、当該仮想線を基準に当該対象物を中心に一定の偏角θ（°）を有する方向から、平行光を当該対象物に対して発するように配設された光源モジュールと、該レンズ鏡筒により投影された映像を撮像するように前記光軸と直交するように配置された撮像素子と、該撮像素子からの信号を演算処理するコンピュータとを備え、前記対物レンズの前記光源モジュール側の焦点位置に置かれた前記対象物の投影画像を前記撮像素子で撮像し、前記コンピュータは、前記撮像素子からの信号強度により輝度を判定し、エッジを判定するエッジ判定の手順を実行することを要旨とする。
【００１１】
なお、対象物やアンチピンホールフィルタ、共焦点の位置は、厳密なものではなく実質的に等価の位置のものを含むことは言うまでもない。また、レンズ構成も複数で構成されるレンズ群を含むことももちろんである。さらに、リレーレンズ、補正レンズ、フィルタ、プリズム、ミラー、絞り、シャッタなど、本発明を本質的に変更しない光学要素を含むものも本発明と等価であり、本発明に含まれる。また、撮像素子は直接焦点であっても実像を撮影する撮影レンズを備えたものであってもよい。また、以下の本願に開示された発明においても同様である。
【００１２】
また、アンチピンホールフィルタは、その名称に拘わらず、対物レンズと投影レンズの共焦点に配置され、入射光のうちの前記共焦点を通過する光を遮光するものを含む。
本請求項に係る発明では、透過型エッジ検出装置のように投影光学系の投影方向と同一な方向から照明光を照射するのではなく、透過型エッジ検出装置と異なり、照明光の光軸を投影方向とは一定角度の偏角θ（°）の分だけ傾けて照明するため、エッジ検出の対象物へ照射した照明光の反射光を投影することができる。
【００１３】
このため、エッジを有する形状であっても、例えば段付やテーパを有する形状などで透過光の中でその外形形状をシルエットとして観察できない場合でも、照明光を投影光学系の光軸と一定の偏角θだけ傾けることで、その反射光によりエッジ部分を非接触で容易に検出することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明では、請求項１に記載のエッジ検出装置において、前記エッジ判定の手順において、撮像素子からの信号強度により輝度を判定し、２本の帯状の高輝度の部分に挟まれた低輝度の線状部分をエッジとして判定することを要旨とする。
【００１５】
本請求項に係る発明では、特に、アンチピンホールフィルタにより、エッジ近傍からの反射光により形成された高輝度の輝線に、低輝度の暗線が形成されると、目視はもちろん画像処理においても、簡単にエッジ部分を正確に特定することができるばかりか、その画像処理も容易になる。
【００１６】
請求項３に係る発明では、請求項１又は２に記載のエッジ検出装置において、前記偏角は、前記エッジ検出をする前記対象物の測定点の法線と、前記投影光学系の光軸との間の角度をα（°）とするとき、θ＝１８０−２α（０≦α＜９０）とすることを要旨とする。
【００１７】
本請求項に係る発明では、エッジの法線と、投影光学系との間の角度α（°）を、θ＝１８０−２α（０≦α＜９０）とすることで、散乱光で生じた光輝度の部分に、正反射光がアンチピンホールにより遮光されて、エッジ部分を効果的に暗線として表示することができる。
【００１８】
請求項４に係る発明では、請求項１又は２に記載のエッジ検出装置において、前記偏角θ（°）は、９０≦θ≦１８０であることを要旨とする。
本請求項に係る発明では、特に、投影光学系の光軸側の方向から照明光を照射することで、比較的エッジのみを認識しやすくすることができる。
【００１９】
請求項５に係る発明では、請求項１又は２に記載のエッジ検出装置において、前記光源モジュールが配置される前記偏角θ（°）は、θ＝１８０であることを要旨とする。
本請求項に係る発明では、エッジ検出の対象物が平面的で、表面が鏡面に近い場合、この面を投影光学系の光軸に直交するように載置すれば、投影光学系の光線の進行方向とは１８０°逆の方向から照明光を照射することで、ワーク全体から反射して来た平行光が遮光されるため画像は低輝度となり、エッジを認識しやすくなる。
【００２０】
請求項６に係る発明では、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、前記光源モジュールは、光源とは別にその照明光の光路を反射し若しくは屈折させる光路変更手段を備えたことを要旨とする。
【００２１】
本請求項に係る発明では、その照明光の光路を反射し若しくは屈折させる光路変更手段を備えたことで、光源モジュールの光源自体を移動することなく、そのエッジ検出の対象物に応じた適切な角度に調整ができる。
【００２２】
請求項７に係る発明では、請求項６に記載のエッジ検出装置において、前記偏角θがθ＝１８０°であり、前記光路変更手段として前記対象物と前記対物レンズとの間に配置されたビームスプリッタにより前記光源モジュールからの平行光が導入されることを要旨とする。
【００２３】
本請求項に係る発明では、コンパクト且つ効果的にエッジを検出することができる。
請求項８に係る発明では、請求項１〜７のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、前記光源モジュールを、複数配置したことを要旨とする。
【００２４】
本請求項に係る発明では、照射角度を変えたり、同時に照射することが可能になる。
請求項９に係る発明では、請求項８に記載のエッジ検出装置において、前記複数の光源モジュールのうち、照明光の光路を投影光学系の光軸に対して対称に配置可能に構成された光源モジュールを有することを要旨とする。
【００２５】
本請求項に係る発明では、照明光の光路を投影光学系の光軸に対して対称に配置することで、同時に２方向からエッジ位置の情報を収集することができる。
請求項１０に係る発明では、請求項１〜９のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、前記光源モジュールは、レーザ光源を備えたことを要旨とする。
【００２６】
本請求項に係る発明では、周波数帯域が限定され、管理が容易なコヒーレントな光を狭い範囲に大きな光量で照射することができる。
請求項１１に係る発明では、請求項１〜９のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、前記光源モジュールは、ＬＥＤを備えたことを要旨とする。
【００２７】
本請求項に係る発明では、比較的安価で、かつレーザ発振器よりインコヒーレントな光が得られるため、干渉の影響を小さくすることができる。
請求項１２に係る発明では、請求項１〜９のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、前記光源モジュールは、白色の光源を備えたことを要旨とする。
【００２８】
本請求項に係る発明では、対象物によりインコヒーレント光とすることで、干渉波の影響が小さく、エッジがシャープに観察、測定ができる。
請求項１３に係る発明では、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、前記エッジ検出の対象物を、前記投影光学系の光軸と平行な方向に変位させるワーク変位機構を備えたことを要旨とする。
【００２９】
本請求項に係る発明では、対物レンズの焦点位置にワークを移動して希望するエッジを検出できる。また、連続的にエッジを検出することで、３次元的なデータを取得することも可能となる。
【００３０】
請求項１４に係る発明では、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、前記エッジ検出の対象物を、前記投影光学系の光軸を中心に回転させるワーク回転機構を備えたことを要旨とする。
【００３１】
本請求項に係る発明では、エッジ検出の対象物について、投影光学系の光軸と直交する面全体においてエッジを検出することができる。特に、請求項１３に係る発明を引用するものでは、例えば、螺旋状にデータを取得することで、データの３次元化を図ることも可能となる。
【００３２】
請求項１５に係る発明では、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、表示装置をさらに備え、前記コンピュータは、前記撮像素子から入力された信号に基づき対象物のエッジをエッジデータとして検出するとともに、当該エッジデータに基づきエッジ画像を該表示装置に表示することを要旨とする。
【００３３】
本請求項に係る発明では、表示画像を倣い研削盤に利用したりすることができる。
請求項１６に係る発明では、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のエッジ検出装置において、表示装置をさらに備え、前記コンピュータにより検出されたエッジを該表示装置に座標で表示することを要旨とする。
【００３４】
本請求項に係る発明では、エッジ検出をディジタル処理として、ＮＣ制御のフィードバックやＣＡＤに連動させることもできるようになる。
請求項１７に係る工作機械では、請求項１５に記載のエッジ検出装置が工作機械に搭載されるとともに、入力された対象物の設計データに基づき、前記表示装置には、前記エッジ画像と重畳して該設計データに基づいた設計画像が表示されることを要旨とする。
【００３５】
本請求項に係る発明では、設計データとワークの実測値がリアルタイムで比較できるため、マニュアルやＮＣ制御のいずれにおいても、加工途中の修正が極めて容易になる。
請求項１８に係る工作機械では、請求項１７に記載のエッジ検出装置がＮＣ制御可能な工作機械に搭載されるとともに、前記コンピュータは、当該工作機械の加工対象である工作物を前記対象物として前記撮像素子から入力された信号に基づき対象物のエッジをエッジデータとして検出するとともに、入力された対象物の設計データに基づき、前記エッジデータと前記設計データとの差分を演算し、この差分をフィードバックすることで工作機械をＮＣ制御により自動制御して対象物を加工することを要旨とする。
【００３６】
本請求項に係る発明では、設計値と実測値がリアルタイムで分析され、加工が修正できるため、自動で極めて精度の高い工作が可能になる。
請求項１９に係る発明では、請求項１８に記載の工作機械において、前記エッジ検出装置は、光学収差測定装置を備えるとともに、該光学収差測定装置により測定した光学収差を予め前記コンピュータに入力し、少なくとも前記エッジデータ及び前記設計データのいずれかを前記光学収差に基づいて補正することを要旨とする。
【００３７】
本請求項に係る発明では、エッジ検出装置の光学的な収差を予めキャンセルして高精度の高い加工が可能となる。
請求項２０に係る発明では、請求項１７乃至請求項１９のいずれか１項に記載の工作機械において、前記工作機械は、成形研削盤であることを要旨とする。
【００３８】
本請求項に係る発明では、本発明が最も効果的に実施できる、いわゆる倣い研削盤において好適に適用することができる。
請求項２１に係るエッジ検出方法では、エッジ検出の対象物を一方の焦点位置に配置可能に設けられた対物レンズと、該対物レンズと共焦点を有するように当該対物レンズに対して前記対象物と反対側に配置された投影レンズと、前記共焦点に配置され、入射光のうちの前記共焦点を通過する光を遮光するアンチピンホールフィルタとを備えた投影光学系を有するレンズ鏡筒と、前記対物レンズの光軸を前記対象物を越えて延長した仮想線において、当該仮想線を基準に当該対象物を中心に一定の偏角θ（°）を有する方向から、平行光を当該対象物に対して発するように配設された光源モジュールと、該レンズ鏡筒により投影された映像を撮像するように前記光軸と直交するように配置された撮像素子と、該撮像素子からの信号を演算処理するコンピュータとを用い、前記対物レンズの前記光源モジュール側の焦点位置に置かれた前記対象物の投影画像を前記撮像素子で撮像し、前記コンピュータは、前記撮像素子からの信号強度により輝度を判定し、エッジを判定するエッジ判定の手順を実行することを要旨とする。
【００３９】
本請求項に係る発明では、請求項１と同様の効果がある。
【発明の効果】
【００４０】
本発明のエッジ検出装置、工作機械、エッジ検出方法によれば、外径のみでなく、透過光でシルエットとして検出できないような段付きやテーパなどを有した形状、特に凹部におけるエッジを、光学的に、極めて容易に、リアルタイムで、非接触で、それでいて正確に検出をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のエッジ検出装置の一実施例の主要部を示す斜視図
【図２】図１に示したエッジ検出装置を搭載した成形研削盤を示す斜視図
【図３】エッジ検出の原理を説明するための光学系の模式図
【図４】照明光に対してワークの反射光を示す模式図
【図５】本実施形態のエッジ画像を示す参考写真
【図６】本実施形態のエッジ画像を示す参考写真の拡大図
【図７】エッジ近傍の輝度を示すグラフ （ａ）従来の輝度 （ｂ）本発明の輝度
【図８】パソコンの構成を示すブロック図
【図９】本実施形態のエッジ検出の手順等を示すフローチャート
【図１０】本発明のエッジ検出装置の第２の実施形態の光学系を示す模式図
【図１１】第２の実施形態のワークに照射される照明光を示す模式図
【図１２】本発明のエッジ検出装置の第３の実施形態の光学系を示す模式図
【図１３】従来の投影光学系を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００４２】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した成形研削盤の一実施例を図１〜図９を用いて説明する。図１には本発明の一実施例であるエッジ検出装置５の主要部を、図２には図１に示したエッジ検出装置を搭載した成形研削盤３６を、図３にはエッジ検出の原理を説明するためのエッジ検出ユニット９の光学系の模式図を示す。
【００４３】
（エッジ検出装置全体） エッジ検出装置５は、図１に示すワーク１７（エッジ検出の対象物）のエッジ１７ｂを検出するエッジ検出ユニット９と、これに加え、この光源モジュール１１に電力を供給する光源用電源１２（図２）と、エッジ検出ユニット９からのデータを処理するパソコン（パーソナルコンピュータ）２０（図２）とを含んで構成されている。
【００４４】
（エッジ検出ユニット） エッジ検出装置５を構成するエッジ検出ユニット９は、ベース１０の上に設けられたワーク１７に照明光３１を発射する照明光学系としての光源モジュール１１を備える。また、この光源モジュール１１により照明されたワーク１７を投影するための投影光学系を構成するレンズ鏡筒１３と、投影された画像を検出する検出モジュール１４が、共通な光軸１６ａに沿って配置されている。
【００４５】
（ワーク） 本実施形態のエッジ検出の対象物であるワーク１７は、スローアウェイドリルやスローアウェイバイトなどのスローアウェイチップ（先端刃物）を例に挙げている。スローアウェイチップは、ドリルやバイトの先端に装着する再研磨を前提としない使い捨ての交換用の刃先であり、超硬、セラミック、サーメットのほか、ダイヤモンド集積体、ＣＢＮ集積体などいろいろな材質からなり、また、形状についても底面を四角形、三角形、ひし形、家型などとする角錐台形状などをはじめ、さまざまな形状を有する。ここで例に挙げたワーク１７としてのスローアウェイチップは、概ね正四角錐台の形状である。小さい面積の方の底面１７ａのエッジ１７ｂを含めたエッジ部分、特に角部の精度が工具としての精度を左右するため、重要な要素となる。従来の透過光によりシルエットを得るエッジ検出方法では、大きい面積の方の底面のエッジ１７ｃの形状は測定できても、小さい面積の方の底面１７ａのエッジ１７ｂ全体については、透過光によるシルエットの形成はできず、測定することができなかった。
【００４６】
そこで、本実施形態では、このワーク１７を、小さい面積の方の底面１７ａを検出モジュール１４側に向けて、この底面１７ａを光軸１６ａと直交するように、ワーク支持装置２により支持している。
【００４７】
なお、このワーク１７の底面１７ａは、鏡面仕上げとされており、面粗度がＲｚ≦０．１μmとなっており、かつ平坦性も良く、平行光が照射された場合には、その反射光も平行光といえる程度となっている。したがって、本実施形態のように、光軸１６ａと重なる光軸１６ｂを持って入射した照明光３１（図３）は、この底面１７ａで反射すると、反射光は照明光３１の光軸１６ｂそのままの光路で逆向きの光軸１６ａに沿って逆向きに進むことになる。詳しくは後述する。
【００４８】
（ワーク支持装置） ワーク支持装置２は、チャック装置（不図示）を備え、このチャックで固定されたワーク１７を、ワークテーブル４のワーク支持装置２で砥石１５に対してＸ軸（前後）方向、Ｙ軸（左右）方向、Ｚ軸（上下）方向のうち必要な範囲で移動・回転可能となっている。言い換えると、ワーク支持装置２は、ワーク１７を光軸１６ａと平行な方向（Ｙ軸方向）に沿ってシフトし、光軸１６ａ（Ｙ軸）を中心に回転させることができる。
【００４９】
（砥石） 本実施形態の工作機の工具の一例としては、砥石１５を例に挙げている。砥石１５は、ワーク支持装置２の軸心（Ｙ軸方向）に直交する軸（Ｘ軸方向）となるように配置されたスピンドル１８に装着された円盤状の砥石で、ワーク１７に対して接離可能に図示しない砥石支持手段で支持されており、Ｘ軸（前後）方向、Ｙ軸（左右）方向、Ｚ軸（上下）方向のうち必要な範囲で移動・回転可能に支持される。
【００５０】
（機器の接続） 図２に示すように、光源用電源１２は、光源モジュール１１（図１）に電気的に接続され、この光源モジュール１１に電力を供給している。
また、光源モジュール１１、検出モジュール１４（図１）は、パソコン２０にデータ送受信可能に接続されている（図４参照）。また、ワーク支持装置２、および砥石支持装置（不図示）は、ＮＣ制御装置８を介してパソコン２０に接続されている。そしてパソコン２０は、検出モジュール１４からの画像信号を受信する。また、パソコン２０は、ＮＣ制御装置８を介して、ワーク支持装置２および砥石支持装置、スピンドル１８からのフィードバック信号を受信するとともに、これらに制御信号を送信して研削加工を制御する。
【００５１】
（成形研削盤） 図２に示す成形研削盤３６は、いわゆる倣い研削盤で、ワーク１７の形状を確認しながらその形状を形成していく工作機械である。エッジ検出装置５は、その光軸１６ａ（図１参照）を、成形研削盤３６のＹ軸方向に平行に採った場合を示している。もちろんいずれの方向にセットするかは、工具やワークにより適当な姿勢を選択すればよい。本実施形態では、上述のワーク１７の中心を原点に、エッジ検出装置５の座標系に対して、成形研削盤３６のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向のＮＣ制御指令を用いて一致させ共通の座標系を用いる。また、実際のワーク１７の動きと、エッジ検出のデータ、ＮＣ制御のデータ、ＣＡＤ（Computer Aided Design ）／ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）／ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）の一連の設計・解析・製造データが相互に共有・互換・活用しやすいようになっている。そのため、本実施形態では、収差を補正しつつ、実際のワークの形状を測定しながら正確かつ自動的なＮＣ加工が可能になっている。
【００５２】
（エッジ検出ユニット） 図３は、本発明の測定原理を説明するために、図１に示したエッジ検出ユニット９の光学系を模式的に示した図である。投影光学系の光軸１６ａを一点鎖線で示す。破線はアンチピンホールフィルタ２５により遮光されたため光が通っていないが、アンチピンホールフィルタ２５により遮光されていなければ投影されていたはずの光路を示す。なお、ここでは説明のため光学系を単純化し単レンズとした模式図として表示してあるが、実際の光学機器の各レンズは、収差を補正するため、複数のレンズからなるレンズ群として構成されているのが通常である。
【００５３】
本実施形態のエッジ検出ユニット９は、照明光学系である光源モジュール１１から射出された平行な光束である照明光３１の中にワーク１７のエッジ１７ｂ（図１）を配置する。そして、投影光学系であるレンズ鏡筒１３の対物レンズ２３と投影レンズ２４の投影レンズ２４の共焦点２８・２８´に、ここを通る光線を遮光するアンチピンホールフィルタ２５を挿入する。これにより平行反射光（投影光学系の光軸１６ａに平行に対物レンズ２３に入射する反射光）３０が直接撮像素子２６に到達しないように制限され、投影された画像は、傾斜反射光（投影光学系の光軸１６ａと平行にならないで対物レンズ２３に入射する反射光）２９からなる像のみが得られるようにしている。
【００５４】
レンズ鏡筒１３には、対物レンズ２３、アンチピンホールフィルタ２５、投影レンズ２４、検出モジュール１４の一端に内蔵された撮像素子２６がこの順序に、共通な光軸１６ａに沿って、一直線に配置されている。
【００５５】
一方、光源モジュール１１は、ワーク１７と対物レンズ２３の間に、光軸１６ａと４５°の偏角をもって配置されたビームスプリッタ３４に対して、光軸１６ａに直交する方向から平行な照明光３１を照射する。このため、照明光３１は、ビームスプリッタ３４により光軸１６ａと同一の直線状の光軸１６ｂに沿って、かつ投影方向とは逆方向に反射される。そして、ワーク１７に対して、すべてのエッジ１７ｂを含む全体に平行な照明光３１を照射する。
【００５６】
（光源モジュール） 次に、レーザ光源による光源モジュール１１について説明する。ここでまず、対物レンズ２３の光軸１６ａをワーク１７を越えて延長した直線を、仮想線１６ｃとする。また、ワーク１７に入射する照明光３１の光軸を光軸１６ｂとする。この仮想線１６ｃと照明光３１の光軸１６ｂが対物レンズ２３の前側焦点２７´を頂点としてなす角を偏角θ（°）とする。つまり、偏角θ（°）とは、投影方向と照明方向の角度の違いと表現できる。このとき、この仮想線１６ｃを基準として、照明光３１の光軸１６ｂが、偏角θ（°）＝１８０となるように構成されている。言い換えれば、光軸１６ａにそって投影光学系に入射する光線の向きと、ワーク１７を照明する光線の向きとが１８０°、つまり、投影方向と反対の方向から照明光３１を当てている。
【００５７】
このような方向から照明光３１をワーク１７に照射することで、ワーク１７からの反射光を用いてエッジ検出をすることができる。特に、本実施形態では、照明の方向と投影の方向が１８０°、つまり真逆であるため、反射光を効率的に投影することができる。
【００５８】
なお、本実施形態では、投影光学系に入射する反射光を妨げないために、後述するビームスプリッタ３４により反射光を導入しているが、ここで言う照明光３１の光軸１６ｂは、ビームスプリッタ３４により９０°屈曲された後のワーク１７に入射する角度をいう。
【００５９】
光源モジュール１１には、レーザ光源として、出力１０ｍＷのＨｅ−Ｎｅ Ｌｅａｓｒ発振器からなるレーザ発振器２１が内蔵される。このレーザ発振器２１は、１０ｍｖの電圧が印加され、周波数λ＝６２３．８、光路径φ＝１．１（ｍｍ）のレーザ光線を発する。ここから照射された照明光３１は、拡散レンズ（図示せず）により拡散される。
【００６０】
この拡散された光線を減光する光量調整手段としてのＮＤフィルタ（Neutral Density Filter）１９が配置される。ＮＤフィルタ１９は、１０％の透過率としている。
また、調光されたレーザ光線はコリメータレンズ２２により光軸と平行な平行光に変換される。この照明光３１は、コヒーレントな状態が維持されている。したがって、光源モジュール１１からは、均質でコヒーレントな平行光が照明光３１として照射される。
【００６１】
（ビームスプリッタ） ビームスプリッタ３４は、光線の一部を反射し、他の一部を透過させるものであり、例えば、２つの直角プリズムを組み合わせ、接合面に誘電体多層膜や金属薄膜をコーティングしたプリズム型や、ウェッジ基板型、平面型などがあるが、本実施形態では、平面型を採用している。
【００６２】
なお、図３に示すように、このビームスプリッタ３４を偏光ビームスプリッタとしてもよい。偏光ビームスプリッタは、所定の偏光は反射させ、これと９０度位相の異なる偏光は透過させるものである。この場合、光源モジュール１１のレーザ発振器２１からの照明光３１は、ＮＤフィルタ１９に替えて、若しくはＮＤフィルタ１９と併せて設けた偏光フィルタ３５で予め所定方向の直線偏光とし、ビームスプリッタに入射する。照明光３１は偏光ビームスプリッタからなるビームスプリッタ３４によりワーク１７側に反射される。このとき偏光した照明光３１は、大部分がビームスプリッタ３４により反射されるように設定されているため、透過光は少ないので、光量の減少を防止できる。
【００６３】
反射した照明光３１は、１／４波長板３３に入射させ、直線偏光から円偏光に変換する。そして、円偏光となった照明光３１はワーク１７に入射する。ワーク１７で照明光３１が反射するときに、照明光３１の円偏光は逆向きの円偏光となる平行反射光３０となる。ワーク１７から反射した傾斜反射光２９、平行反射光３０は、回転方向が反対の円偏光となっているので、再び１／４波長板３３により直線偏光とする。このとき偏光の位相は、ワーク１７で反射する前と、９０°回転した偏光面を持つ変更となっているため、傾斜反射光２９、平行反射光３０の大部分はビームスプリッタ３４で反射せず透過して、投影光学系に進む。言い換えると、レーザ発振器２１に戻る平行反射光３０はほとんど無い。
【００６４】
このため、投影のための光量を大きくして画像を明るくすることができるとともに、光源モジュール１１のレーザ発振器２１への光線の戻りを小さくして光源モジュール１１のレーザ発振器２１のダメッジを小さくすることができる。
【００６５】
（反射光の発生） ここで、図４を用いて、ワーク１７に照射された照明光３１の反射の状態を説明する。図４に示すように、本実施形態では、ワーク１７の小さな面積の方の底面１７ａは投影光学系の光軸１６ａと直交するように配置されている。この底面１７ａは、面粗度Ｒｚ≦０．１μｍ程度の鏡面とされ、平坦性も光学的に十分良好となっている。
【００６６】
一方、ビームスプリッタ３４で反射された照明光３１は、投影光学系の光軸１６ａと平行な方向からワーク１７に入射する。
このため、この底面１７ａに照射されたすべての照明光３１の光軸１６ｂは、入射した光路をそのまま１８０°方向を転換する。つまり、そのまま平行光として投影光学系の光軸１６ａに平行に投影光学系の方向に進む。本実施形態では、この投影光学系の光軸１６ａに平行な方向で対物レンズに入射する光線を平行反射光３０という。
【００６７】
すなわち、底面１７ａに入射した照明光３１は、反射して平行反射光３０となる。
一方、底面１７ａのエッジ１７ｂでは、底面１７ａと同様に仕様が鏡面仕上げであっても、通常は、加工時のバリやダレ、稜線の欠け、乱れ、その他種々の理由から、底面１７ａよりも、ミクロ的に見るとその表面の形状が粗い。そのため、エッジ１７ｂでは、設計上の法線に基づいた反射光（ここでは「正反射光」という。）の方向とは異なる乱反射による「散乱光」が生じる。この散乱光は、画面上ではエッジ１７ｂ近傍に光の「滲み」を生じさせる。本実施形態では、この投影光学系の光軸１６ａに平行でない方向で対物レンズに入射する光線を傾斜反射光２９という。なお、この散乱光は、底面１７ａではほとんど生じない。
【００６８】
すなわち、エッジ１７ｂに入射した照明光３１は、反射して平行反射光３０と傾斜反射光２９の両者が生じる。
なお、側面１７ｄ、大きな面積の方の底面のエッジ１７ｃ（図１）は照明光３１が反射することはあっても、その反射光は投影光学系に入射しない。
【００６９】
また、ワーク１７に当たらず背景方向に進行した照明光３１も、投影光学系に入射することはない。
（レンズ鏡筒） レンズ鏡筒１３には、ワーク１７側から順に、対物レンズ２３、アンチピンホールフィルタ２５、投影レンズ２４がそれぞれ同一の光軸１６ａに沿って配置される。本実施形態の例では、対物レンズ２３は、例えば直径Ｄ＝５０ｍｍ、焦点距離ｆ＝３００ｍｍの平行光を収束させるレンズで、ワーク１７側に前側焦点２７´を形成するとともに、検出モジュール１４側に、後側焦点２８を形成する。
【００７０】
また、投影レンズ２４は、直径Ｄ＝５０ｍｍで、焦点距離２８〜３００ｍｍのズームレンズをｆ＝１００ｍｍで使用し、光源モジュール側に前側焦点２８´を備えており、この前側焦点２８´は対物レンズの後側焦点２８と一致させており、この焦点のことをここでは共焦点と呼んでいる。
【００７１】
（アンチピンホール） この共焦点である後側焦点２８，前側焦点２８´の位置には、平行反射光３０（対物レンズ２３に光軸１６ａと平行に入射した光線）が、対物レンズ２３により後側焦点２８に集光された光線を遮光するフィルタ機能をもったアンチピンホールフィルタ２５が配置されている。ここで、「アンチピンホール」とは、光軸１６ａ（投影光学系の光路中心線）上の対物レンズの後側焦点位置に配置され、対物レンズ２３に対して光軸１６ａと平行に入射した光のみを遮光してその通過を妨げ、それ以外の光軸１６ａに平行ではない光は通過を妨げないように構成されているものである。言い換えるならば、アンチピンホールは、通常のピンホールとは遮光と透光とが逆になっている構成のものである。アンチピンホールフィルタ２５は、そのようなアンチピンホールを有したフィルタである。なお、このアンチピンホールフィルタ２５は、光軸１６ａ方向および光軸１６ａに直交する方向に微調整可能な周知の位置調整手段を備えている。なお、アンチピンホールの調整は、表示画面を見ながら操作すれば、エッジ１７ｂの暗線がはっきり見える位置にすれば足りる。また、アンチピンヒールの大きさについて、本実施形態では直径Ｄ＝５００μmであるが、もちろん、その大きさや位置については、そのときの光学系の構成、光源の波長により適宜調整されうることは言うまでもない。また、アンチピンホールの大きさが可変のものとしたり、あるいはアンチピンホールフィルタ自体を異なるアンチピンホールを有するものと交換可能な交換式としてもよい。
【００７２】
また、アンチピンホールフィルタ２５の具体的構成例としては、光学的に平行な板ガラスに光線が不透過の塗料や金属箔等により光線を遮光するように構成されているものが挙げられる。また、透過型の液晶パネルを用いてもよい。
【００７３】
投影レンズ２４の後側焦点２６´は、検出モジュール１４の撮像素子２６の検出面と一致している。また、対物レンズ２３の前側焦点２７´を含む光軸１６ａと直交する面に、被検出対象であるワーク１７のエッジ１７ｂを一致させている。
【００７４】
（拡大・縮小投影） 本実施形態のエッジ検出装置５では、投影レンズ２４の焦点距離ｆ２＝ｆ２＝１００ｍｍと、対物レンズの焦点距離ｆ１＝ｆ１＝３００ｍｍとの関係は、ｆ１＞ｆ２となっており、ｆ２の焦点距離の方がより短い。このため、エッジの画像は光学的に縮小され、広い範囲のエッジ全体が、ワークより小さな撮像素子２６により検出できる。拡大・縮小の倍率は、工作機械の種類・ワーク・工具などにより、設置場所やワークの大きさなど距離の条件・ＣＣＤチップの大きさなどの検出エリアの条件・求める工作精度など検出精度の条件などを適宜考慮して選択できる。本実施形態においても、投影レンズ２４は、２８〜３００ｍｍのズームレンズを採用しており、条件を変更することができる。もちろん、精度を上げるため、焦点距離ｆ１＜ｆ２の拡大可能な構成としてもよい。
【００７５】
図３は、模式図であるため、その他の拡大投影系のレンズ構成を採用できることは言うまでもない。
（検出モジュール） 検出モジュール１４は、撮像素子２６として、マトリクス状にＣＣＤをアレー配置したＣＣＤカメラである。ここで受信した光は電気信号に変換され、パソコン２０で例えばドットマトリクスのデータとなり画像処理される。
【００７６】
これを受ける撮像素子２６は、１ｐｉｘｅｌが縦７．４μｍ、横７．４μｍで、エリアイメージは、縦１１．８４［ｍｍ］×横８．８８［ｍｍ］の縦１６００ｐｉｘｅｌ×横１２００ｐｉｘｅｌの１．９２Ｍｅｇａ ｐｉｘｅｌのＣＣＤカメラである。
【００７７】
（投影光学系の作用） このような光学系の構成とすることにより、レーザ発振器２１から出射されたレーザ光線が拡散レンズにより拡散され、コリメータレンズ２２を通って平行光に変換され、この平行なレーザ光線の光束である照明光３１が光軸１６ａと直交する方向からビームスプリッタ３４に入射する。ビームスプリッタ３４に入射された照明光３１は、光軸１６ａと平行な方向に反射され、ワーク１７全体を照射する。ワーク１７の底面１７ａからは、平行光がそのままの光路で平行を維持したまま平行反射光３０として反射されてくる。ワーク１７のエッジ１７ｂでは、照明光３１が正反射及び乱反射により色々な角度の散乱光が発生し、平行反射光３０と傾斜反射光２９を生じる。
【００７８】
また、照明光３１のうちワーク１７に直接照射されない光線は、投影光学系には入射しない。また、ワーク１７の側面１７ｄ、ワーク１７の大きい面積の方の底面のエッジ１７ｃに照射された照明光３１も、その表面で反射するが、概ね背面方向に進み、投影光学系には入射しない。
【００７９】
ワーク１７の底面１７ａで反射された反射光の全部及びエッジ１７ｂで反射された反射光の一部は、投影光学系の光軸１６ａに平行な平行反射光３０となる。
底面１７ａのエッジ１７ｂで反射された光線の残る一部は傾斜反射光と２９となる。その他の部分に進んだ照明光３１は、反射しても投影光学系に入射することはない。
【００８０】
次に、平行反射光３０となった反射光は、そのほとんどがビームスプリッタ３４を透過し、光軸１６ａと平行に対物レンズ２３に入射し、その作用により対物レンズ２３の後側焦点２８で、集光する。この対物レンズ２３の後側焦点２８の位置には、ここを通過する光線のみを遮るフィルタ機能をするアンチピンホールフィルタ２５が設置されているので、集光された平行反射光３０のすべては完全に遮断される。
【００８１】
一方、傾斜反射光２９となった反射光は、同様にそのほとんどがビームスプリッタ３４を透過し、光軸１６ａと一定の傾きをもって対物レンズ２３に入射するが、光軸１６ａに対して傾いた光線であるため、対物レンズ２３の作用によっては後側焦点２８で集光されることはなく、後側焦点２８を含め面のうち、後側焦点２８とは異なる地点を通過する。したがって、対物レンズ２３の後側焦点２８の位置に配置されたアンチピンホールによっては遮光されることなく、検出モジュール１４の撮像素子２６に入射する。
【００８２】
この場合、ワーク１７のエッジ１７ｂの同一地点から発生した散乱光は、撮像素子２６の同一ピクセルに入射する。
すなわち、撮像素子２６に入射する光線は、傾斜反射光２９のみとなる。
【００８３】
（エッジ検出） つまり、本実施形態のワーク１７のようなものを本エッジ検出装置５により観測すると、図５に示す参考写真のように、全体が低輝度の画面の中に、傾斜反射光２９が入射するワーク１７の底面１７ａ部分の周囲のエッジ１７ｂのみが高輝度の輝線として現れる。
【００８４】
そして、この輝線を拡大して見ると、図６に示す参考写真のように、輝線の中央にさらに輝度の低い暗線が現れ、「暗−明−暗−明−暗」のパターンが形成される。これは、最も反射光量の多い正反射光（乱反射以外の反射光）が、アンチピンホールによりキャンセルされたため暗線ができ、それを囲むように散乱光により輝線が形成されているからである。
【００８５】
この部分の輝度を採ってみると、図７（ｂ）に示すグラフのように、エッジ１７ｂの輝線の部分の輝度が高く、その輝線の中央の暗線の部分は、その輝度が低くなっていることもデータ上はっきりと示されている。
【００８６】
以上のように、本実施形態のエッジ検出方法によれば、特に、エッジ部分の輝線の中央に暗線が示されるため、「暗−明−暗−明−暗」のパターンで、エッジ１７ｂの正確な位置を、「暗線」により目視或いは数値により正確に把握できる。
【００８７】
また、たとえエッジの状態で暗線が明確に現れない場合でも、底面１７ａが低輝度で表示されるため、少なくとも「暗−明−暗」のパターンで、「輝線」により目視でもエッジ１７ｂを確認でき、また、数値的にエッジ１７ｂ捉える場合でも、従来のように閾値によりエッジ１７ｂの位置が変動することがない。
【００８８】
（従来技術との比較） なお、図７（ｂ）は、図１３に示すような従来のエッジ検出装置のエッジ部分の輝度を示すグラフであるが、従来のエッジ検出装置では、シルエットのみしかエッジ検出ができないというデメリットがあるが、それはさておいても、光線の干渉やにじみでエッジ近傍の輝度がグラデーションとなっており、閾値の取り方でエッジ検出の位置が変化してしまうという問題があった。
【００８９】
この点、本実施形態のエッジ検出装置では、エッジ部分が散乱光により生じた光輝度の部分に挟まれて、低輝度の暗線となって示されるため、閾値によってエッジ検出の位置が変化することがほとんどない。
【００９０】
また、底面１７ａが低輝度で示されるため、表示画面において、全体が低輝度の画面の中で、エッジ１７ｂ近傍のみが光輝度の輝線となり、さらにその輝線の中にエッジが低輝度の暗線として示される。
【００９１】
このため、視覚的に認識しやすいという効果がある。
さらに、画像処理においても、データの認識が容易となる。
（成形研削盤の詳細） 次に、このようなエッジ検出装置５を用いた工作機械である成形研削盤３６について説明する。
【００９２】
（コンピュータ） 図８に示すパソコン２０の機能を示すブロック図のように、撮像素子２６（図３）からの信号を演算処理するコンピュータであるパソコン２０（図２参照）は、ＣＰＵ２０ａ、ＲＡＭ２０ｂ、ＲＯＭ２０ｃ、外部記憶装置としてのＨＤＤ２０ｄ、外部インターフェイス２０ｅを備える。ＨＤＤ２０ｄには、エッジ判定プログラム、エッジ表示プログラム、収差修正処理プログラムが記憶されており、パソコン２０をエッジ判定、エッジ表示、収差処理の各制御装置として機能させている。このパソコン２０は、外部インターフェイス２０ｅを介して、表示装置２０ｆとしての例えばＬＣＤ（液晶ディスプレー）と、入力装置２０ｇとしての例えばキーボード、マウスが接続されている。表示装置２０ｆは、パソコン２０にインストールされた上述の各プログラムを実行するためのモニター画面であるとともに、パソコン２０により画像信号として処理されたエッジ画像を表示することができる。
【００９３】
（ＮＣ制御装置、ＣＡＤ用コンピュータ） また、パソコン２０は、成形研削盤３６（図２参照）のＮＣ制御装置８、ＣＡＤ用コンピュータ７にもそれぞれ接続されている。ＮＣ制御装置８は、ワーク１７と砥石１５の相対位置をフィードバックしながら、入力された設計データに基づき制御信号をワーク支持装置２、砥石支持装置（図示せず）、スピンドル１８に送信して研削加工を行う。ＣＡＤ用コンピュータ７は、ワーク１７の設計データが記憶されており、このデータをＮＣ制御装置に送信して、ＣＡＤデータに基づくＮＣ制御をすることができる。
【００９４】
（エッジ判定の手順） 次に、図９に示すフローチャートに沿って本実施形態の成形研削盤３６（図２）における、エッジ判定の手順およびその後のパソコン２０の処理を説明する。まず、予めパソコン２０を立ち上げて、エッジ判定プログラムを起動する。ワーク１７をワーク支持装置２（図１）に装着する（Ｓ１）。このとき、ワーク１７の中心とＮＣ制御の座標軸の原点が一致するようにする。そして、エッジを判定したい部分を対物レンズ２３の前側焦点２７´（図３）の照明光３１の範囲内にくるようにワーク支持装置２により移動させる。続いて、入力装置２０ｇから光源用電源１２をコントロールし適当な出力になるように調整して光源モジュール１１からレーザ光線を射出する。次に、表示装置２０ｆを見ながら、光量調整手段であるＮＤフィルタ１９によりいわゆる白飛びや黒潰れにならないように光量を微調整する（Ｓ２）。また、アンチピンホールフィルタ２５のエッジが明確になるように軸方向の位置を調整する。検出モジュール１４の位置を軸方向に調整し画像のピントの微調整をする（Ｓ３）。また、表示装置２０ｆを見ながら、必要があれば、エッジ画像が帯状の２本の高輝度の部分に挟まれた１本の低輝度の部分となるようにワーク１７、光量、アンチピンホールフィルタ２５、検出モジュール１４の調整を繰り返す（Ｓ４：ＮＯ）。
【００９５】
調整ができれば、表示装置２０ｆに表示されたワーク１７は、エッジ部分が帯状の２本の高輝度の部分に挟まれた１本の低輝度の部分となって表示される（Ｓ４：ＹＥＳ）。
パソコン２０は、エッジ判定プログラムによりエッジ判定手段として、画像処理により信号強度を判定し、帯状の２本の高輝度の部分に挟まれた低輝度の部分をエッジと判定する（Ｓ５）。具体的には、たとえば、高輝度のドットを選択し、ノイズ処理をした後、連続した帯状の領域を抽出する。さらに、この帯状の部分から低輝度の連続した部分を抽出する。複数抽出された場合は、例えば、最も長く連続するもの、帯状の高輝度部分の中央部に存在するもの、或いは低輝度部分の幅の最も大きなものなどの条件で１本のラインに絞り込む。さらに、予め設計データに基づき、設計上のエッジの位置近傍のデータのみアンド条件で取捨して判断することで誤認識を抑制してもよい。また、データの欠けを予測して補充することも好ましい。
【００９６】
このとき、仮に高輝度のエッジ部分に低輝度の暗線が現れなくても、底面１７ａと側面１７ｄ、背景は低輝度で示されているため、多少精度は下がるが、高輝度の部分をエッジと判断して工作することももちろん十分に可能である。エッジ１７ｂの状態などによりこのような状態は生じうる。また、この高輝度の中央部分をエッジ１７ｂとして画像処理することもまた十分に可能である。
【００９７】
エッジ１７ｂが検出されると、表示装置２０ｆでは、この検出されたエッジ１７ｂを線図としたエッジ画像で表示することもできる。なお、アンチピンホールフィルタ２５を可動式にして光路から待避するように構成すれば、従来の投影機と同様の画像を表示することも可能である。この場合は、底面１７ａ全体が高輝度で表示されるため、高輝度の部分の周端部を、通常の投影画像のようにエッジ１７ｂと判定することになる。
【００９８】
なお、パソコン２０は、検出されたエッジ１７ｂを表示装置２０ｆに座標で表示することもできる。もちろん表示装置２０ｆに表示されるワーク１７の拡大された画像と比較しつつこの座標値を見たり、座標値によりワーク１７の見たい部分を表示装置で表示することもできる。
【００９９】
（マニュアル操作） また、パソコン２０は、ワーク１７を対象物として撮像素子２６から入力された信号に基づきワークのエッジを検出するとともに、エッジデータに基づきエッジ画像を表示装置２０ｆに表示する。このとき、ＣＡＤにより設計した設計データに基づいてエッジ１７ｂを表示装置２０ｆでエッジ画像と重畳して表示させることもできる。このとき成形研削盤３６のオペレータは、この表示された設計画像を参照しつつ、同じ表示装置２０ｆに表示されたエッジ画像に基づいてマニュアル操作で研削加工をすることができる。そのため、ＮＣ制御ではできないような高いスキルの技術を発揮することもできる。
【０１００】
（ＮＣ自動制御） また、パソコン２０は、ＣＡＤを用いて設計されたワーク１７の設計データを入力して、ＮＣ制御をおこなう。また、撮像素子２６から入力された信号に基づきワーク１７のエッジ１７ｂをエッジデータとして検出する。この設計データとエッジデータは同一の座標系を共有する。この座標系を用いて、現在エッジ検出装置５によりエッジ１７ｂが検出されている位置と同位置・同角度の設計データから、同位置・同角度で投影された計算上のエッジ１７ｂを演算して抽出する。そして、設計上のエッジの位置を表示装置２０ｆで表示しつつ、実際に検出したエッジ画像を表示する。一方、コンピュータ内部でも、入力された対象物の設計データに基づき、逐次現状のワークの形状を測定して比較し、その差分を演算する（Ｓ６）。この差分をフィードバックすることで成形研削盤３６によりワーク１７の研削加工をＮＣ制御により自動的に行う（Ｓ７）。この差分があれば、加工後のワーク１７の形状を逐次測定し、加工を繰り返す（Ｓ８：ＮＯ）。そして、ＣＡＤデータと抽出されたエッジの形状に差分がなくなれば加工は完了する（Ｓ８：ＹＥＳ）。
【０１０１】
（自動収差補正） なお、本実施形態のエッジ検出装置５は、縮小投影系の光学装置をもつため、平行光の精度やレンズの固有の収差の影響がありエッジの検出結果に影響する。このため、本実施形態のエッジ検出装置は、光学収差測定装置としての撮像素子２６により測定した光学収差を予め前記コンピュータに入力し、少なくともエッジデータ及び設計データのいずれかをこの光学収差に基づいて補正する。
【０１０２】
具体的には、図３において、対物レンズ２３の前側焦点２７´に、ワーク１７に替えて、正確な配列のマトリクス状のスリットやピンホールをアレー状に配置した検査用パターン３９を配置する。スリットやピンホール以外は、鏡面とした平坦面で、光軸１６ａと直交した姿勢でセットする。この状態で光源モジュール１１から照明光３１をこの検査用パターン３９に照射し、この像を検出モジュール１４の撮像素子２６で撮像する。この場合、スリット若しくはピンホールのみが乱反射による散乱光や回折光を発生するので、検出モジュール１４で検出できる。
【０１０３】
ここでは、エッジ検出ユニット９の光軸はＹ軸方向に沿って配置しているので、この検査用パターン３９の画像の撮像素子２６で撮像した画像の測定ポイントの位置を測定し、そのＸＺ平面でのずれをこのエッジ検出ユニット９の固有の光学系の収差として記録する。
【０１０４】
次に、ＣＡＤから設計データを入力する場合に、設計データ自体に、この光学収差測定装置により得た光学系の収差を反映させたデータを作成する。具体的には、上述のように記録した各測定ポイントにおける位置ズレと隣接する測定ポイントの位置ズレを、それらの間にあるピクセルに比例配分してこれらの測定ポイント間の各ピクセルの位置を修正する。そして、この位置が修正されたピクセルに従って設計データに基づいてＮＣ制御装置８に制御の指令を出す。
【０１０５】
ＮＣ制御装置８により成形研削盤３６で研削加工を行うが、エッジ検出装置により得たエッジ画像はそのまま加工をせずにＮＣ制御装置８にフィードバックして加工を進める。この場合、エッジ検出装置により得たエッジ画像には収差が含まれているが、ＣＡＤによる設計データの方でその補正が終了しているので、研削加工は正確に行われることになる。
【０１０６】
ここではＣＡＤデータの方に収差を反映させているが、もちろん、エッジ画像を、そのつど収差に対する補正を反映させた状態でエッジ検出をしてもよい。この場合は、計算量が多くなるためコンピュータの負担が大きくなるが、表示装置２０ｆに表示されるワーク１７の表示画像も収差が補正された状態で表示されるため好ましいといえる。
【０１０７】
本実施形態は以上のような構成を備えるため、以下のような効果がある。
（１）本発明の実施形態のエッジ検出装置５によれば、シルエットを得られない形状のエッジも検出することができる。なお、エッジに限らず、浅いディンプルやトレンチ等は、散乱光に加え、回折光も発生するので、検出することができる。
（２）また、本実施形態のエッジ検出方法によれば、正確なエッジ画像を得ることができる。特に、エッジ部分の輝線の中央に暗線が示されるため、「暗−明−暗−明−暗」のパターンで、エッジ１７ｂの正確な位置を、暗線で目視或いは数値により正確に把握できる。また、たとえエッジの状態で暗線が明確に現れない場合でも、底面１７ａが低輝度で表示されるため、少なくとも「暗−明−暗」のパターンで、輝線で目視でもエッジ１７ｂを確認でき、また、数値的にエッジ１７ｂ捉える場合でも、従来のように閾値によりエッジ１７ｂの位置が変動することがない。
（３）また、非接触でエッジ画像をえられるため、加工途中のワーク１７などの輪郭形状も正確かつリアルタイムに得られる。
（４）エッジ画像は、撮像され、これをパソコン２０で画像処理することで数値的に測定することができる。
（５）エッジ画像を縮小して同一の撮像素子で捉えているため、エッジ検出の対象物であるワーク全体の画像を得ることができ、ワークの幅などを実測することができる。なお、エッジの画像を光学的に拡大すれば、エッジの検出がより正確にできる。
（６）光源モジュール１１からの照明光３１の光軸１６ｂを、θ＝１８０となるように配設したため、ワーク１７に対して、投影方向と反対方向から照明光３１を照射できるので、全体に均一に照明光を照射できる。また、単一の光源モジュール１１で投影されるワーク１７全体が照射できるので構成が簡易となる。
（７）また、ワーク１７の底面１７ａに対して垂直に照明光を照射することで、ワークと光学系との位置調整が容易になる。
（８）ビームスプリッタ３４により照明光を導入しているので、光源モジュール１１自体を移動しなくても、ビームスプリッタ３４の調整で照明光３１の光路（光軸１６ｂ）を調整できる。
（９）光源モジュール１１は、光量調整手段を備えるため、エッジ近傍の信号強度が、帯状の２本の高輝度の部分に挟まれた低輝度の部分となるように適度な光量に調整することができる。また、光量調整手段は、ＮＤフィルタ１９であるため無段階に調整できる。
（１０）光源モジュール１１の光源としてレーザ発振器２１を備え、Ｈｅ−Ｎｅレーザを用いているため十分な光量を得られ、コヒーレントな光源とすることで、偏光などのコントロールを容易にしている。
（１１）撮像素子２６は、高密度にマトリクス状にＣＣＤを配置したＣＣＤカメラであるため、低ノイズ・高感度でリアルタイムに数値化して画像処理することができる。
（１２）アンチピンホールフィルタ２５は、光軸方向に調整可能に配置されるため、鮮明なエッジ画像を得ることができる。
（１３）検出されたエッジ画像を表示装置２０ｆで確認できるだけでなく、同一の座標系とされたＣＡＤによる設計図面に重ねてモニターすることができるため、より直感的に把握でき、マニュアルの操作においても操作が容易になる。
（１４）エッジ画像を表示するだけでなく、その形状を座標値で表示することにより、より形状を正確に確認できる。
（１５）ワーク１７の形状が数値的に把握されるため、この数値に基づきＮＣ自動制御により正確かつ容易に加工することができる。特に、ＣＡＤにより設計した設計データを、そのままパソコン２０に入力し、これに基づきＮＣ制御装置８と連動させてエッジ検出装置によりワーク１７の形状をフィードバックしつつ自動制御することで、完全自動化された製造をすることができる。
（１６）さらに、予めエッジ検出装置固有の収差を測定し、ＣＡＤデータ若しくはエッジ画像について補正するため、エッジ検出装置固有の収差を考慮することなく、測定した形状と設計された形状とを比較しながら対象物の加工をすることができる。また、補正された形状を表示装置２０ｆに表示することもできる。
【０１０８】
（第２の実施形態）
図１０に示す、本発明の第２の実施形態のエッジ検出装置では、照明光学系である光源モジュール１１からの照明光３１の照射方向が異なる点で第１の実施形態と異なる。
【０１０９】
その他の点は、基本的に第１の実施形態と共通するので、その説明を省略する。
（光源モジュール） ここでも同様に、対物レンズ２３の光軸１６ａをワーク１７を越えて延長した直線を、仮想線１６ｃとする。また、ワーク１７に入射する照明光３１の光軸を光軸１６ｂとする。このとき、この仮想線１６ｃを基準として、照明光３１の光軸１６ｂが、対物レンズ２３の前側焦点２７´を中心に偏角θ＝１３５°となるように光源モジュールが配設されている。
【０１１０】
言い換えれば、ワーク１７の底面１７ａと４５°傾けた方向からワーク１７に照明光３１を照射している。さらに別の言い方をすれば、ワーク１７の底面１７ａの法線と４５°傾いた方向から照明される。なお、照明光３１は、ワーク１７のエッジ１７ｂ全体を照明するように構成されている。
【０１１１】
ここで、図１１に沿って、本実施形態において照明光３１がワーク１７に照射された状態を説明する。まず、底面１７ａを照射した照明光３１は、底面１７ａの法線と４５°の傾きを持っているため、その反射光も底面１７ａの法線と４５°の傾きで反対方向に反射し、アンチピンホールフィルタ２５で遮光するまでもなく、投影光学系には入射しない。
【０１１２】
一方、エッジ１７ｂをやや側面側から照明するため、エッジ１７ｂの法線が光軸１６ａと２２．５°傾いた位置１７ｅの部分の正反射光が確実に投影光学系で捕捉される。
また、この正反射光を生じる位置１７ｅは、投影光学系から見てエッジ１７ｂ部分の底面１７ａ側の端１７ｆではなく、ここから離れたエッジ１７ｂ中央寄りにくる。そして、この位置１７ｅで反射された正反射光は、平行反射光３０となり、アンチピンホールフィルタ２５により遮光される。このため、アンチピンホールフィルタ２５により遮光されて形成される低輝度の暗線が、エッジ１７ｂ部分に形成される高輝度の輝線の中央よりに見える。
【０１１３】
なお、この構成において、ワーク１７をＹ軸（投影光学系の光軸１６ａ）に沿って回転させるワーク回転機構を設ければ、照明光３１を照射した方向と反対側のエッジ１７ｂについても検出が容易になる。
【０１１４】
本実施形態は以上のような構成を備えるため、第１の実施形態の効果に加え、以下のような効果がある。
（１７）光源モジュール１１からの照明光３１が、底面１７ａの法線に対して４５°傾けてあるので、底面１７ａに照射した照明光３１は、投影光学系に入射せず、エッジ１７ｂ部分の反射光のみが投影光学系に入射し、エッジ１７ｂが検出されるため、アンチピンホールフィルタ２５に拠らずとも、より確実に底面１７ａからの反射光をキャンセルできる。
（１８）底面１７ａの周囲のエッジ１７ｂの平行反射光３０による暗線が、底面１７ａの端ではなく、底面１７ａの端から離れた位置に来るので、エッジ１７ｂからの傾斜反射光２９により形成される輝線の中に平行反射光３０による暗線が形成され、「暗−明−暗−明−暗」のパターンができやすく、画像上でエッジを認識しやすくなる。また、数値による画像処理上も処理が容易になる。
（１９）ワーク１７に入射する照明光３１を光軸１６ａに沿って導入するための、ビームスプリッタ３４が不要になるため、構成が簡易にできる。
（２０）また、ビームスプリッタによる光量の減少がないため、同一出力の光源であれば画像を明るくでき、同じ画像の明るさであれば光源の出力を小さくできる。
【０１１５】
（第３の実施形態）
図１２に示す、本発明の第３の実施形態のエッジ検出装置では、照明光学系である光源モジュール１１からの照明光３１の照射方向が第２の実施形態と共通し、この光源モジュール１１が複数備えられる点で異なる。
【０１１６】
その他の点は、基本的に第１、２の実施形態と共通するので、その説明を省略する。
図１２に示すように、本実施形態の光源モジュールは、第２の実施形態と同様の構成の光源モジュール１１ａと、この光源モジュール１１ａと光軸１６ａについて対称な位置に配設された光源モジュール１１ｂを備える。
【０１１７】
本実施形態は以上のような構成を備えるため、第２の実施形態の効果に加え、以下のような効果がある。
（２１）光源モジュール１１ａ、１１ｂを、光軸１６ａについて対象に一対設けたため、ワーク１７の反対方向のエッジ１７ｂについて、ワーク１７を回転させることなく、適切にエッジ１７ｂを検出することができる。
（２２）対向するエッジ１７ｂを同一のＣＣＤカメラで同時に測定することで、エッジ１７ｂの幅の絶対値を正確に測定することができる。
【０１１８】
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第１の実施形態では、偏角θをθ＝１８０、第２・３実施形態では、θ＝１３５°としたが、偏角θは、ワーク１７のエッジ１７ｂが照明光を反射可能であれば、偏角θ（°）は、０＜θ≦１８０の間で適宜選択可能である。
【０１１９】
○ 特に検出したいエッジの位置の設計上の法線と、投影光学系の光軸１６ａとの角度をα（°）とするときに、偏角θ（°）＝１８０−２α（０≦α＜９０）とすると、照明光を偏角θ（°）として照明光を当てると、検出したいエッジの特定位置での正反射光が、平行反射光になる。第２の実施形態では、θ（°）＝１３５とし、α（°）＝２２．５°として、偏角θ（°）＝１８０−２αとしたが、この角度に限定されない。例えば、ワーク１７が、直方体のような形状であれば、底面の一つを光軸１６ａと直交するように配置し、θ（°）＝９０とすることで、エッジの中心部分からの正反射光を平行反射光３０とすることができる。
【０１２０】
このように構成することで、検出したいエッジの部分からの正反射光により強い光線がアンチピンホールでキャンセルされ、エッジ近傍の輝線のなかで、くっきりとした暗線となる。
【０１２１】
したがって、エッジの中でも検出したい部分を正確且つ明確に画面上で確認でき、また正確な画像処理をすることができる。
○ また、偏角θ（°）が変更可能なように、光源モジュール１１を位置及び照射角度を変位可能にする光路変更手段を設けることも好ましい。
【０１２２】
○ また、光源モジュール１１とワーク１７の間にミラーやプリズムなどを設けて、光源モジュール１１自体を変位させないで、ミラーやプリズムにより、その照明光３１の光路を変更できるように光路変更手段を設ける構成も好ましい。
【０１２３】
○ 光源モジュール１１の数も、１台又は２台に限らず、３台以上設けてもよい。
○ また、複数の光源モジュール１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…を予め異なる角度に設定し、切り替えて使用する構成も好ましい。
【０１２４】
○ またワーク１７の位置をＹ軸（光軸１６ａ）方向にシフト可能とし、ワーク１７の背面側のエッジ１７ｃ（図１）の位置にピントを合焦するようなワーク変位機構を設ける構成も好ましい。この構成において、シフト量を計算することで、エッジ１７ｂ、１７ｃの位置を３次元的に特定することもできる。
【０１２５】
○ 実施形態においては、光源としてＨｅ−Ｎｅレーザを用いているが、他の各種レーザ発振器を用いてもよい。さらに、光源をレーザ光源に限らず、各色のＬＥＤ（ Light Emitting Diode ）としてもよい。ＬＥＤは、可視光の紫（波長３８０〜４５０）、青（波長４５０〜４９５ｎｍ）、緑（波長４９５〜５７０ｎｍ）、橙（５９０ｎｍ）、赤（波長６６０ｎｍ）や、３波長混合の白色の他、不可視光である近紫外光（波長＜３８０ｎｍ）を用いることもできる。
【０１２６】
○ さらに、白色の光源としては、上記ＬＥＤの他、ハロゲンランプ、水銀灯、白熱灯、放電灯、蛍光灯などその光源は限定されない。また、ここで言う白色の光源は、厳密な白色に限定されず、明らかに特定の色彩と認識されるものを除き、複数の波長を含むものをいう。このようなインコヒーレント光の方が、干渉波の影響が小さく、エッジがシャープに観察、測定ができる場合がある。
【０１２７】
○ 上記実施例は、光学系に、リレーレンズ（ｒｅｌａｙ ｌｅｎｓ）を追加してもよい。リレーレンズとは、一つのレンズ系によって作られた実像を、再び実像として結像させるレンズ系で、工作機械の構成などにより測定する実像を移動したい場合に用いられる。このように構成することで、エッジ検出装置５を、種々の工作機械に適切に配置することができる。
【０１２８】
○ また、投影光学系は、プロジェクターとして直接投影画面に照射できるような構成としてもよい。
○ 本発明のこのエッジ検出装置により検出するのに適したワークとしては、スローアウェイチップに限らない。たとえば、平面部や筒状の曲面部が多く、その面の周縁にエッジが形成されたものが適している。したがって、ドリル、ミル、フライス、バイトなど刃先を備えた各種工具のほか、各種治具、正確なエッジ寸法が求められるゲージ、スケールなどに、好適に適用できる。
【０１２９】
また、その表面がいわゆる鏡面仕上げ（Ｒｚ≦０．１μｍ）のものが最もきれいにエッジを検出できる。また、いわゆる亜鏡面（Ｒｚ≦１．０μｍ）程度のものであれば、実用上十分な効果を発揮できる。さらに、市販のカッターナイフ程度の表面粗度であれば十分にエッジの検出が可能である。
【０１３０】
○ 本実施形態の円盤状の砥石１５は、工作機の工具の一例であって、本発明は、ボール状、円錐状、筒状など各種の形状の砥石はもちろん、各種切削工具、研削工具、研磨工具等エッジを加工するすべての工具に適用でき、その支持方法も目的に応じて各種の形態を採り得る。
【０１３１】
○ 本発明のエッジ検出装置は、上述した成形研削盤３６だけでなく、汎用フライス盤や多軸加工機、治具研削盤などにも搭載可能で、上記と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【０１３２】
２…ワーク支持装置、３…投影光学系（従来技術）、４…ワークテーブル、５…エッジ検出装置、７…ＣＡＤ用コンピュータ、８…ＮＣ制御装置、９…エッジ検出ユニット、１０…ベース、１１，１１ａ，１１ｂ…光源モジュール、１２…光源用電源、１３…レンズ鏡筒、１４…検出モジュール、１５…砥石、１６ａ…（投影光学系の）光軸、１６ｂ…（照明光３１の）光軸、１６ｃ…仮想線、１７…（エッジ検出の対象物としての）ワーク、１７ａ…（ワーク１７の小さい面積の方の）底面、１７ｂ…（底面１７ａの）エッジ、１７ｃ…（ワーク１７の大きい面積の方の底面の）エッジ、１７ｄ…側面、１７ｅ…（正反射光が平行反射光３０となる）位置、１７ｆ…（底面１７ａの）端、１８…スピンドル、１９…ＮＤフィルタ（光量調整手段）、２０…パソコン（パーソナルコンピュータ）、２０ａ…ＣＰＵ、２０ｂ…ＲＡＭ、２０ｃ…ＲＯＭ、２０ｄ…ＨＤＤ、２０ｅ…外部インターフェイス、２０ｆ…表示装置、２０ｇ…入力装置、２１…レーザ発振器、２２…コリメータレンズ、２３…対物レンズ、２４…投影レンズ、２５…アンチピンホールフィルタ、２６…撮像素子、２６´…投影レンズの後側焦点、２７´…対物レンズの前側焦点、２８…対物レンズの後側焦点（共焦点）、２８´…投影レンズの前側焦点（共焦点）、２９…傾斜反射光（投影光学系の光軸１６ａと平行にならないで対物レンズ２３に入射する反射光）、３０…平行反射光（投影光学系の光軸１６ａと平行に対物レンズ２３に入射する反射光）、３１…照明光（レーザ光線）、３２…エッジ像、３３…１／４波長板、３４…ビームスプリッタ、３５…偏光フィルタ、３６…成形研削盤（工作機械）、３９…検査用パターン、ｆ１，ｆ２…焦点距離、α…（エッジの法線と光軸１６ａとの）角度、θ…偏角、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッジ検出の対象物を一方の焦点位置に配置可能に設けられた対物レンズと、該対物レンズと共焦点を有するように当該対物レンズに対して前記対象物と反対側に配置された投影レンズと、前記共焦点に配置され、入射光のうちの前記共焦点を通過する光を遮光するアンチピンホールフィルタとを備えた投影光学系を有するレンズ鏡筒と、
前記対物レンズの光軸を前記対象物を越えて延長した仮想線において、当該仮想線を基準に当該対象物を中心に一定の偏角θ（°）を有する方向から、平行光を当該対象物に対して発するように配設された光源モジュールと、
該レンズ鏡筒により投影された映像を撮像するように前記光軸と直交するように配置された撮像素子と、
該撮像素子からの信号を演算処理するコンピュータとを備え、
前記対物レンズの前記光源モジュール側の焦点位置に置かれた前記対象物の投影画像を前記撮像素子で撮像し、
前記コンピュータは、前記撮像素子からの信号強度により輝度を判定し、エッジを判定するエッジ判定の手順を実行することを特徴とするエッジ検出装置。
【請求項２】
前記エッジ判定の手順において、撮像素子からの信号強度により輝度を判定し、２本の帯状の高輝度の部分に挟まれた低輝度の線状部分をエッジとして判定することを特徴とする請求項１に記載のエッジ検出装置。
【請求項３】
前記偏角は、前記エッジ検出をする前記対象物の測定点の法線と、前記投影光学系の光軸との間の角度をα（°）とするとき、
θ＝１８０−２α（０≦α＜９０）とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッジ検出装置。
【請求項４】
前記偏角θ（°）は、９０≦θ≦１８０であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッジ検出装置。
【請求項５】
前記光源モジュールが配置される前記偏角θ（°）は、θ＝１８０であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッジ検出装置。
【請求項６】
前記光源モジュールは、光源とは別にその照明光の光路を反射し若しくは屈折させる光路変更手段を備えたこと
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項７】
前記偏角θ（°）がθ＝１８０であり、前記光路変更手段として前記対象物と前記対物レンズとの間に配置されたビームスプリッタにより前記光源モジュールからの平行光が導入されることを特徴とする請求項６に記載のエッジ検出装置。
【請求項８】
前記光源モジュールを、複数配置したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項９】
前記複数の光源モジュールのうち、照明光の光路を投影光学系の光軸に対して対称に配置可能に構成された光源モジュールを有することを特徴とする請求項８に記載のエッジ検出装置。
【請求項１０】
前記光源モジュールは、レーザ光源を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項１１】
前記光源モジュールは、ＬＥＤを備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項１２】
前記光源モジュールは、白色の光源を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項１３】
前記エッジ検出の対象物を、前記投影光学系の光軸と平行な方向に変位させるワーク変位機構を備えたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項１４】
前記エッジ検出の対象物を、前記投影光学系の光軸を中心に回転させるワーク回転機構を備えたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項１５】
表示装置をさらに備え、前記コンピュータは、前記撮像素子から入力された信号に基づき対象物のエッジをエッジデータとして検出するとともに、当該エッジデータに基づきエッジ画像を該表示装置に表示することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項１６】
表示装置をさらに備え、前記コンピュータにより検出されたエッジを該表示装置に座標で表示することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載のエッジ検出装置が工作機械に搭載されるとともに、
入力された対象物の設計データに基づき、前記表示装置には、前記エッジ画像と重畳して該設計データに基づいた設計画像が表示されることを特徴とする工作機械。
【請求項１８】
請求項１７に記載のエッジ検出装置がＮＣ制御可能な工作機械に搭載されるとともに、前記コンピュータは、当該工作機械の加工対象である工作物を前記対象物として前記撮像素子から入力された信号に基づき対象物のエッジをエッジデータとして検出するとともに、入力された対象物の設計データに基づき、前記エッジデータと前記設計データとの差分を演算し、この差分をフィードバックすることで工作機械をＮＣ制御により自動制御して対象物を加工することを特徴とする工作機械。
【請求項１９】
前記エッジ検出装置は、光学収差測定装置を備えるとともに、該光学収差測定装置により測定した光学収差を予め前記コンピュータに入力し、少なくとも前記エッジデータ及び前記設計データのいずれかを前記光学収差に基づいて補正することを特徴とする請求項１８に記載の工作機械。
【請求項２０】
前記工作機械は、成形研削盤であることを特徴とする請求項１７乃至請求項１９のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項２１】
エッジ検出の対象物を一方の焦点位置に配置可能に設けられた対物レンズと、
該対物レンズと共焦点を有するように当該対物レンズに対して前記対象物と反対側に配置された投影レンズと、
前記共焦点に配置され、入射光のうちの前記共焦点を通過する光を遮光するアンチピンホールフィルタと
を備えた投影光学系を有するレンズ鏡筒と、
前記対物レンズの光軸を前記対象物を越えて延長した仮想線において、当該仮想線を基準に当該対象物を中心に一定の偏角θを有する方向から、平行光を当該対象物に対して発するように配設された光源モジュールと、
該レンズ鏡筒により投影された映像を撮像するように前記光軸と直交するように配置された撮像素子と、
該撮像素子からの信号を演算処理するコンピュータとを用い、
前記対物レンズの前記光源モジュール側の焦点位置に置かれた前記対象物の投影画像を前記撮像素子で撮像し、
前記コンピュータは、前記撮像素子からの信号強度により輝度を判定し、エッジを判定するエッジ判定の手順を実行することを特徴とするエッジ検出方法。
【請求項１】
エッジ検出の対象物を一方の焦点位置に配置可能に設けられた対物レンズと、該対物レンズと共焦点を有するように当該対物レンズに対して前記対象物と反対側に配置された投影レンズと、前記共焦点に配置され、入射光のうちの前記共焦点を通過する光を遮光するアンチピンホールフィルタとを備えた投影光学系を有するレンズ鏡筒と、
前記対物レンズの光軸を前記対象物を越えて延長した仮想線において、当該仮想線を基準に当該対象物を中心に一定の偏角θ（°）を有する方向から、平行光を当該対象物に対して発するように配設された光源モジュールと、
該レンズ鏡筒により投影された映像を撮像するように前記光軸と直交するように配置された撮像素子と、
該撮像素子からの信号を演算処理するコンピュータとを備え、
前記対物レンズの前記光源モジュール側の焦点位置に置かれた前記対象物の投影画像を前記撮像素子で撮像し、
前記コンピュータは、前記撮像素子からの信号強度により輝度を判定し、エッジを判定するエッジ判定の手順を実行することを特徴とするエッジ検出装置。
【請求項２】
前記エッジ判定の手順において、撮像素子からの信号強度により輝度を判定し、２本の帯状の高輝度の部分に挟まれた低輝度の線状部分をエッジとして判定することを特徴とする請求項１に記載のエッジ検出装置。
【請求項３】
前記偏角は、前記エッジ検出をする前記対象物の測定点の法線と、前記投影光学系の光軸との間の角度をα（°）とするとき、
θ＝１８０−２α（０≦α＜９０）とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッジ検出装置。
【請求項４】
前記偏角θ（°）は、９０≦θ≦１８０であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッジ検出装置。
【請求項５】
前記光源モジュールが配置される前記偏角θ（°）は、θ＝１８０であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッジ検出装置。
【請求項６】
前記光源モジュールは、光源とは別にその照明光の光路を反射し若しくは屈折させる光路変更手段を備えたこと
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項７】
前記偏角θ（°）がθ＝１８０であり、前記光路変更手段として前記対象物と前記対物レンズとの間に配置されたビームスプリッタにより前記光源モジュールからの平行光が導入されることを特徴とする請求項６に記載のエッジ検出装置。
【請求項８】
前記光源モジュールを、複数配置したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項９】
前記複数の光源モジュールのうち、照明光の光路を投影光学系の光軸に対して対称に配置可能に構成された光源モジュールを有することを特徴とする請求項８に記載のエッジ検出装置。
【請求項１０】
前記光源モジュールは、レーザ光源を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項１１】
前記光源モジュールは、ＬＥＤを備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項１２】
前記光源モジュールは、白色の光源を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項１３】
前記エッジ検出の対象物を、前記投影光学系の光軸と平行な方向に変位させるワーク変位機構を備えたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項１４】
前記エッジ検出の対象物を、前記投影光学系の光軸を中心に回転させるワーク回転機構を備えたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項１５】
表示装置をさらに備え、前記コンピュータは、前記撮像素子から入力された信号に基づき対象物のエッジをエッジデータとして検出するとともに、当該エッジデータに基づきエッジ画像を該表示装置に表示することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項１６】
表示装置をさらに備え、前記コンピュータにより検出されたエッジを該表示装置に座標で表示することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のエッジ検出装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載のエッジ検出装置が工作機械に搭載されるとともに、
入力された対象物の設計データに基づき、前記表示装置には、前記エッジ画像と重畳して該設計データに基づいた設計画像が表示されることを特徴とする工作機械。
【請求項１８】
請求項１７に記載のエッジ検出装置がＮＣ制御可能な工作機械に搭載されるとともに、前記コンピュータは、当該工作機械の加工対象である工作物を前記対象物として前記撮像素子から入力された信号に基づき対象物のエッジをエッジデータとして検出するとともに、入力された対象物の設計データに基づき、前記エッジデータと前記設計データとの差分を演算し、この差分をフィードバックすることで工作機械をＮＣ制御により自動制御して対象物を加工することを特徴とする工作機械。
【請求項１９】
前記エッジ検出装置は、光学収差測定装置を備えるとともに、該光学収差測定装置により測定した光学収差を予め前記コンピュータに入力し、少なくとも前記エッジデータ及び前記設計データのいずれかを前記光学収差に基づいて補正することを特徴とする請求項１８に記載の工作機械。
【請求項２０】
前記工作機械は、成形研削盤であることを特徴とする請求項１７乃至請求項１９のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項２１】
エッジ検出の対象物を一方の焦点位置に配置可能に設けられた対物レンズと、
該対物レンズと共焦点を有するように当該対物レンズに対して前記対象物と反対側に配置された投影レンズと、
前記共焦点に配置され、入射光のうちの前記共焦点を通過する光を遮光するアンチピンホールフィルタと
を備えた投影光学系を有するレンズ鏡筒と、
前記対物レンズの光軸を前記対象物を越えて延長した仮想線において、当該仮想線を基準に当該対象物を中心に一定の偏角θを有する方向から、平行光を当該対象物に対して発するように配設された光源モジュールと、
該レンズ鏡筒により投影された映像を撮像するように前記光軸と直交するように配置された撮像素子と、
該撮像素子からの信号を演算処理するコンピュータとを用い、
前記対物レンズの前記光源モジュール側の焦点位置に置かれた前記対象物の投影画像を前記撮像素子で撮像し、
前記コンピュータは、前記撮像素子からの信号強度により輝度を判定し、エッジを判定するエッジ判定の手順を実行することを特徴とするエッジ検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１９７１７１（Ｐ２０１０−１９７１７１Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４１３９１（Ｐ２００９−４１３９１）
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【出願人】（５９０００６３４３）株式会社和井田製作所 (20)
【出願人】（５０４２０５５２１）国立大学法人 長崎大学 (226)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【出願人】（５９０００６３４３）株式会社和井田製作所 (20)
【出願人】（５０４２０５５２１）国立大学法人 長崎大学 (226)
【Ｆターム（参考）】
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