工具位置測定装置
【課題】微小な回転工具の刃先位置を、ＸＹＺ軸の３方向について高分解能かつ高精度に検出可能な工具位置測定装置を提供する。
【解決手段】回転工具１２の刃先１２ａにＺ軸方向の光を入射させ、その反射光を受光する第一光学装置２２を備える。刃先１２ａをＺ軸方向から見た底刃画像を撮像する第一撮像装置２４と、底刃画像を基に、回転工具１２の位置を測定する処理装置を備える。第一光学装置２２は、Ｘ軸方向に照射光を発する第一光源３０を有する。照射光をＺ軸方向に偏向して刃先１２ａに入射させ、刃先１２ａからの反射光を逆向きのＸ軸方向に偏向する第一偏向ミラー３８を有する。刃先１２ａと第一偏向ミラー３８との間に、入射光及び反射光が通過する第一対物レンズ２０を有する。第一撮像装置２４は、第一偏向ミラー３８によって偏向された刃先１２ａからの反射光による底刃画像を撮像する。
【解決手段】回転工具１２の刃先１２ａにＺ軸方向の光を入射させ、その反射光を受光する第一光学装置２２を備える。刃先１２ａをＺ軸方向から見た底刃画像を撮像する第一撮像装置２４と、底刃画像を基に、回転工具１２の位置を測定する処理装置を備える。第一光学装置２２は、Ｘ軸方向に照射光を発する第一光源３０を有する。照射光をＺ軸方向に偏向して刃先１２ａに入射させ、刃先１２ａからの反射光を逆向きのＸ軸方向に偏向する第一偏向ミラー３８を有する。刃先１２ａと第一偏向ミラー３８との間に、入射光及び反射光が通過する第一対物レンズ２０を有する。第一撮像装置２４は、第一偏向ミラー３８によって偏向された刃先１２ａからの反射光による底刃画像を撮像する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロエンドミル等の微小な回転工具の位置を非接触で検出する工具位置測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オプトエレクトロニクス関連部品や医療関連部品などの分野では、直径０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度の微小なマイクロエンドミルを用いた微細加工が行われることがある。このような微小な回転工具を使用する際には、高精度な加工を行うため、回転工具の位置を正確に検出する必要がある。
【０００３】
切削加工用の工具の位置検出には種々の方法があり、例えば、特許文献１に開示されているように、レーザ光を平行に走査して工具寸法を測定する透過型レーザ測定装置、電気マイクロメータ、及び顕微鏡等を用いて工具の測定を行う工具測定装置がある。
【０００４】
また、特許文献２に開示されているように、ＣＣＤ等の撮像素子と、エンドミル等の撮像対象を照明する照明手段と、撮像対象からの光が入射する対物レンズ、並びに対物レンズを通過した光が通過する撮像レンズを含み撮像対象の像を撮像素子の受像面に結像させる光学系と、各部材を収納するハウジングとを備えた撮像装置もある。この撮像装置の光学系は、それぞれの光軸の向きを変える複数個の光学素子を含み、入射した光を入射位置とは異なる位置から逆向きに出射させる反転部を含み、その反転部は撮像レンズを通過した光を反射する反射鏡を含む構成を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１０９４４０号公報
【特許文献２】特開２００７−４９４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されているような非接触式の工具測定装置の場合、透過型レーザ測定装置のレーザ発振器側の装置と受光側の装置とを、測定対象の回転工具を挟んで両側に配置しなければならず、装置の全長が長くなるものであった。このため、この工具測定装置を加工機に搭載して、工具の測定に用いると、測定装置によるスペースを多く取ってしまい、加工機全体も大きくなってしまうという問題があった。さらに、マイクロエンドミル等の微小な回転工具を用いる小型の加工機には取り付けることができず、マイクロエンドミル等の微小な回転工具の刃先測定には、誤差が生じやすいという問題もあった。
【０００７】
特許文献２に開示されている撮像装置を用いた測定の場合、高い分解能を実現することが困難であるという問題があった。ここで、分解能εとは、物体面を分解して認識し得る最小の間隔をいい、一般的に、分解能εの目安として式（１）が用いられる。
【数１】
【０００８】
λは使用波長、ＮＡは対物レンズの開口数である。また、対物レンズの開口数ＮＡは、式（２）のように表わされる。
【数２】
【０００９】
ここで、ｎは回転工具の刃先等の測定対象とレンズ先端の間の媒質の屈折率であり、空気中であれば１と考えることができる。また、図８（ａ）に示すように、θは光軸ａに対してレンズＬの一番外側を通る光線がなす角度であり、回転工具Ｍの刃先からレンズＬの先端までの距離ＷＤに応じて変化するものである。
【００１０】
式（１），（２）から分かるように、分解能εを向上させるためには、開口数ＮＡを大きくする必要があり、そのために角度θを大きくし距離ＷＤを短くすることが望ましい。
【００１１】
しかしながら、特許文献２の撮像装置の場合、回転工具の刃先（撮像対象）と対物レンズとの間に反転部である入射側反射鏡が存在する構造のため、距離ＷＤをあまり短くすることができない。従って、一定以上の高い分解能εを得ることが困難であった。
【００１２】
また、例えば光学部品の金型などの微細加工の分野では、回転工具の刃先位置をＸ，Ｙ，Ｚ軸の３方向について高精度に検出することが不可欠であるが、特許文献１，２の何れの装置も、３方向の位置を精度よく同時に測定することができる装置ではなかった。
【００１３】
さらに、高精度な加工機の場合、回転工具のできるだけ近傍に工具位置測定装置を取り付け、その取付精度を維持した状態で加工可能にするため、工具位置測定装置が加工機内に常設されることが多い。従って、ワークを切削する時に、冷却用・潤滑用の切削液が加工機の周囲に飛散し、工具位置測定装置もそれを浴びることになるので、この切削液が工具位置測定装置の内部に浸入するのを防ぐ必要があった。
【００１４】
この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたもので、微小な回転工具の刃先位置を、ＸＹＺ軸の３方向について高分解能かつ高精度に検出することができる工具位置測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、互いに直交するＸＹＺ三次元座標系のＺ軸と平行な回転軸を有する切削加工用の回転工具の刃先に向けてＺ軸方向の光を照射させ、前記刃先からの反射光を受光する第一光学装置と、前記反射光により前記刃先をＺ軸方向から見た底刃画像を撮像する第一撮像装置と、前記底刃画像を基に前記回転工具の位置を測定する処理装置とを備えた非接触式の工具位置測定装置であって、前記第一光学装置は、Ｘ軸方向に照射光を発する第一光源と、前記照射光をＺ軸方向に偏向して前記刃先に照射させると共に、当該照射光による前記刃先からの反射光を前記照射光と逆向きのＸ軸方向に偏向する第一偏向ミラーと、前記刃先と前記第一偏向ミラーとの間に配置され、前記反射光を結像させる第一対物レンズとを備え、前記第一撮像装置は、前記第一対物レンズにより得られた前記底刃画像を撮像する工具位置測定装置である。
【００１６】
前記第一対物レンズを除く前記第一光学装置及び前記第一撮像装置が第一筺体内に設けられ、前記第一対物レンズは前記第一筺体に対して封止手段により水密に封止されて取り付けられているものである。
【００１７】
さらにこの発明は、前記回転工具の前記刃先に向けてＺ軸と直角方向の照射光を照射させ、前記刃先の外縁部分を通過した通過光を受光する第二光学装置と、前記通過光により前記刃先をＺ軸と直角方向から見た外周刃画像を撮像する第二撮像装置とで構成された補助測定装置が設けられ、前記第二光学装置は、前記照射光を発する第二光源と、前記照射光をＺ軸と直角方向に偏向して前記刃先に照射させ、前記刃先部分を通過した前記通過光をＺ軸と直角な前記通過光に偏向する複数の第二偏向ミラーと、前記刃先と前記第二偏向ミラーとの間に配置され、前記通過光を結像させる第二対物レンズと備え、前記第二撮像装置は、前記第二対物レンズにより得られた前記外周刃画像を撮像する工具位置測定装置である。
【００１８】
前記処理装置は、前記底刃画像の測定結果及び前記外周刃画像の測定結果に基づいて、前記回転工具の位置を特定するものである。
【００１９】
前記第二光学装置の前記第二偏向ミラーは、前記刃先部分を通過した通過光を前記第二光源の照射光と平行で逆向きに偏向するものである。
【００２０】
前記第一対物レンズを除く前記第一光学装置及び前記第一撮像装置が第一筺体内に設けられ、前記第二光学装置及び第二撮像装置が第二筺体内に設けられ、前記第一及び第二筺体が有する開口縁部は、それぞれ封止手段により水密に封止されているものである。
【発明の効果】
【００２１】
この発明の工具位置測定装置は、回転工具の底刃画像を撮像することによって、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３方向について、回転工具の刃先位置を精度よく検出し測定することができる。特に、この第一光学装置は、回転工具の回転軸方向に短く構成することができるので、回転工具の位置の検出結果について、環境温度の変化による第一光学装置の構造体の熱膨張や歪みに起因する検出誤差を最小限に抑えることができる。
【００２２】
さらに、回転工具の刃先からの反射光を受ける第一対物レンズを当該刃先の近傍に配置できる構造のため、非常に高い分解能を実現することができる。
【００２３】
また、回転工具の外周刃画像を高分解能で撮像する補助測定装置を付加し、底刃だけでなく外周刃の測定を行ったり、底刃及び外周刃画像に基づく測定結果を補間して回転工具の位置を特定したりすることによって、より高い測定精度を得ることができる。その他、外周刃の摩耗状態を観察したりすることもできる。
【００２４】
さらに、この工具位置測定装置は、第一筺体及び第二筺体が所定の封止手段によって水密に封止されているので、加工機内に常設され切削液を浴びても測定装置の故障や動作不良が生じる心配がない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の工具位置測定装置の第一実施形態を示す斜視図である。
【図２】第一実施形態の工具位置測定装置の内部構造を説明する分解斜視図である。
【図３】第一実施形態の工具位置測定装置の内部構造及び動作を説明する縦断面図（ａ）、Ａ−Ａ断面図（ｂ）である。
【図４】この発明の工具位置測定装置の第二実施形態を示す斜視図である。
【図５】第二実施形態の工具位置測定装置を構成する補助測定装置を示す斜視図（ａ）、その内部構造を説明する分解斜視図（ｂ）である。
【図６】図５の補助測定装置の内部構造及び動作を説明する横断面図である。
【図７】第二実施形態の工具位置測定装置の変形例を示す斜視図である。
【図８】分解能εを決定するパラメータである角度θ、距離ＷＤについて説明する模式図（ａ），（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、この発明の第一実施形態の工具位置測定装置１０について、図１〜図３に基づいて説明する。工具位置測定装置１０は、加工機のチャック部に装着された回転工具１２の回転中心である回転軸αの位置を測定する機能と、刃先１２ａの突端の回転軸α方向の位置を測定する機能とを備えている。回転工具１２の回転軸αは、互いに直交するＸＹＺ三次元座標系の任意の方向であるＺ軸と平行であり、ここでは、鉛直線方向にＺ軸が定義されている。
【００２７】
工具位置測定装置１０は、図１に示すように、上方が開口した第一箱部１４の開口端を第一蓋部１６で塞いだ直方体形状の第一筺体１８を備えている。第一蓋部１６の底部にはレンズ突出孔１６ａが設けられ、後述する第一対物レンズ２０が、回転工具１２の刃先１２ａに向けて突出している。
【００２８】
第一筺体１８の内部には、図２に示すように、第一光学装置２２及び第一撮像装置２４が設けられ、第一光学装置２２の構成部品である第一対物レンズ２０が、光軸をＺ軸方向に一致させて上向きに立設されている。第一筺体１８は、組み立て状態で、第一箱部１４と第一蓋部１６の開口端面同士が対面している開口縁部に、Ｏリングを用いたパッキン２６ａとその位置決め用のガイド溝２６ｂとで成る封止手段２６が設けられ、当該開口縁部を水密に封止して、外部から切削液が浸入するのを防止している。同様に、第一筺体１８の組み立て状態で、第一蓋部１６のレンズ突出孔１６ａの内壁下端部と第一対物レンズ２０の外側面とが対面している開口縁部にも、Ｏリングを用いたパッキン２８ａを収容する溝部が、位置決め用の押え金具２８ｂとレンズ突出孔１６ａ下端部の切り欠き部により設けられ、水密に封止する封止手段２８を形成している。
【００２９】
第一光学装置２２は、第一対物レンズ２０に加えて、図３（ｂ）に示すように、第一光源３０、照明用ミラー３２、コリメートレンズ３４、ハーフミラー３６、第一偏向ミラー３８、及び結像レンズ４０で構成されている。これにより、第一光源３０からＸ軸方向に照射された照射光は、照明用ミラー３２でＹ軸方向に偏向され、コリメートレンズ３４を通して平行光に形成された後、ハーフミラー３４でＸ軸方向に偏向される。そして、Ｘ軸方向に偏向された照射光は、第一偏向ミラー３８でＺ軸方向に偏向され、第一対物レンズ２０を通して刃先１２ａに照射される。
【００３０】
刃先１２ａでは、照射光を反射して反射光を発生させ、その反射光は、Ｚ軸の逆方向に進行し、第一対物レンズ２０を通過して第一偏向ミラー３８でＸ軸の逆方向に偏向され、ハーフミラー３６、結像レンズ４０を通して第一撮像装置２４で結像する。
【００３１】
上記のように、第一光学装置２２では、第一光源３０から照射光を、第一偏向ミラー３８に向けて進行させ、及び第一偏向ミラー３８から第一撮像装置２４に向けて進行させる構造が、ＸＹ平面内に設けられている。また、第一偏向ミラー３８から第一対物レンズ２０を介して刃先１２ａに向けてＺ軸方向に照射光を進行させ、反射光を逆向きに進行させる構造が設けられている。従って、第一光学装置２２は、Ｚ軸方向（回転軸αの方向）の高さを、非常に短く構成することができる。
【００３２】
第一撮像装置２４は、ここではＣＭＯＳ型の画像センサを用いた撮像装置であり、結像レンズ４０を通過した反射光を受光して刃先１２ａの底刃画像を撮像し、図示しない信号伝送手段を通じて図示しないコンピュータ等の処理装置に送信する。ＣＭＯＳセンサは比較的発熱が大きいので、図３（ａ）に示すように、第一箱部１４の側壁を開口し、放熱エアーを供給するエアー供給管４２とその放熱エアーを排出するエアー排気管４４とが設けられている。第一箱部１４の内壁と、エアー供給管４２及びエアー排気管４４との外側面が対面する開口縁部は、それぞれＯリング等のパッキンである封止手段４６，４８によって水密に封止されている。この第一撮像装置２４は、ＣＭＯＳセンサに代えて、例えばＣＣＤセンサ等に置き換えてもよい。
【００３３】
第一撮像装置２４から得られた画像データを処理して、位置検出を行う図示しない処理装置は、底刃画像のデータを取得し、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３方向について、回転工具１２の刃先１２ａ位置を算出するもので、光学的解析と画像処理技術を利用した位置測定方法を用いる。
【００３４】
以上説明したように、第一実施形態の工具位置測定装置１０は、回転工具１２の底刃画像データを解析することによって、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３方向について、刃先１２ａの位置を精度よく検出することができる。特に、第一光学装置２２の構造は、回転工具１２の回転軸αの方向に短く構成することができるので、位置検出の結果について、環境温度の変化による第一光学装置２２の構造体の熱膨張や歪みに起因する誤差を最小限に抑えることができる。また、第一光学装置２２の構造は、刃先１２ａからの反射光を受ける第一対物レンズ２０を刃先１２ａの近傍に配置することができるので、図８（ｂ）及び式（１），（２）に基づき、距離ＷＤを小さくして高い分解能εを実現することができる。
【００３５】
また、この工具位置測定装置１０は、第一筺体１８の開口縁部が封止手段２６，２８，４６，４８によって水密に封止されているので、工具位置測定装置１０が加工機内で切削液を浴びても、内部の光学系や素子が確実に保護され、故障したり動作不良を起こしたりすることがない。
【００３６】
次に、この発明の第二実施形態の工具位置測定装置５０について、図４〜図６に基づいて説明する。この実施形態の工具位置測定装置５０は、第一実施形態の工具位置測定装置１０の構成に加え、回転工具１２の刃先１２ａを側方から見た外周刃画像に基づき、刃先１２ａの回転軸α方向の位置を認識するための補助測定装置５２を備えている。以下、工具位置測定装置５０について、補助測定装置５２に関連する部分を中心に説明し、第一実施形態の工具位置測定装置１０と同様の構成は同一の符号を付して説明を省略する。
【００３７】
工具位置測定装置５０は、略直方体の側面の一部がコの字状に内側に窪んだ外形の第二筺体１８を有する補助測定装置５２が、第一筺体１８上面に載置固定されている。上述した回転工具１２及び第一対物レンズ２０は、図４に示すように、第二筺体１８のコの字状の窪み５４ａの部分に位置し、回転軸α方向（Ｚ軸方向）に対向している。
【００３８】
補助測定装置５２は、図５に示すように、中央部５６、側蓋部５８，６０、側面部６２及びレンズカバー部材６５から成る第二筺体５４の内部に設けられた第二光学装置６４、及び第二撮像装置９６を備えている。第二筺体５８の窪み５４ａの内壁には、レンズ突出孔５６ａが設けられ、先端がガラス板等の透明部材８４で閉じられた有底筒状のレンズカバー部材６５が被せられた第二対物レンズ６６が回転工具１２の刃先１２ａの方向に突出している。
【００３９】
第二筺体５４は、図５に示すように、組み立て状態で、側蓋部５８の開口端面と中央部５６の一方の側の側面とが対面する開口縁部に、Ｏリングによるパッキン６８ａとその位置決め用のガイド溝６８ｂとで成る封止手段６８が設けられ、同様に、側蓋部６０の開口端面と中央部５６の他方の側の側面とが対面する開口縁部に、Ｏリングによるパッキン７０ａとその位置決め用のガイド溝７０ｂとで成る封止手段７０が設けられている。また、側面部６２と周縁部と中央部５６の背面とが対面する開口縁部にも、０リングによるパッキン７２ａとその位置決め用のガイド溝７２ｂとで成る封止手段７２が設けられ、同様に、レンズカバー部材６５の開口端面と中央部５６のレンズ突出孔５６ａの周縁部とが対面する開口縁部に、Ｏリングによるパッキン７４ａとその位置決め用のガイド溝７４ｂとで成る封止手段７４が設けられている。封止手段６８，７０，７２，７４は、当該各開口縁部を水密に封止することによって外部から切削液が浸入するのを防止している。
【００４０】
第二光学装置６４は、図６に示すように、第二光源７６、照明用ミラー７８，８０、コリメートレンズ８２、第二対物レンズ６６、結像レンズ８６、第二偏向ミラー８８，９０で構成されている。これにより、第二光源７６からＸ軸方向に照射された照射光は、照明用ミラー７８でＹ軸方向に偏向され、照明用ミラー８０でＸ軸の逆方向に偏向される。そして、Ｘ軸の逆方向に偏向された照射光が、中央部５６の窪み５４ａ側の内壁にある透明部材８４を通過し、窪み５４ａにある刃先１２ａの側方に照射される。
【００４１】
刃先１２ａの外縁部分を通過した通過光は、そのままＸ軸の逆方向に進行し、レンズカバー部材６５の端面の透明部材８４、第二対物レンズ６６、結像レンズ８６を通して、第二偏向ミラー８８でＹ軸の逆方向に偏向され、第二偏向ミラー９０でＸ軸方向に偏向され、その先に設置された第二光源７６背面同士が対面した第二撮像装置９２で結像する。
【００４２】
上記のように、第二光学装置６４では、第二光源７６から照射光を照射し、刃先１２ａ部分を通過した通過光を第二撮像装置９２に向けて進行させる光学系の構成が、ＸＹ平面内にコンパクトに納められている。
【００４３】
第二撮像装置９２は、第一撮像装置２４と同様に、例えばＣＭＯＳセンサを用いた撮像装置であり、結像レンズ８６を通った通過光を受光して刃先１２ａの外周刃画像を撮像し、画像データを図示しない信号伝送手段を通して図示しないコンピュータ等の処理装置に送信する。この処理装置は、第一撮像装置２４の処理装置と独立に設けても良く、兼用するものでも良い。また、ＣＭＯＳセンサの撮像装置の放熱のため、図６に示すように、側面部６２の一部を開口し、放熱エアーを供給するエアー供給管９４とその放熱エアーを排出するエアー排気管９６とが設けられている。従って、側面部６２の当該開口の内壁と、エアー供給管９４及びエアー排気管９６の外側面とが対面する開口縁部も、図示しない封止手段によって水密に封止されている。また、側面部６２は信号伝送手段の接続用に２箇所が開口し、コネクタ９７が設けられている。このコネクタ９７の周囲の開口縁部も、図示しない封止手段によって水密に封止されている。
【００４４】
この実施形態による処理装置は、外周刃画像のデータを取得し、回転工具１２の刃先１２ａのＺ軸方向の位置を測定する他、刃先１２ａの外周刃の摩耗状態を観察したりする。これにより、工具位置測定装置１０による底刃画像に基づく刃先１２ａのＺ軸方向の位置情報に加えて、補助測定装置５２による外周刃画像に基づく刃先１２ａのＺ軸方向の位置の情報を盛り込んで補正を加え、刃先１２ａのＺ軸方向の位置をより高い精度で特定する。
【００４５】
以上説明したように、第二実施形態の工具位置測定装置５０は、第一実施形態の工具位置測定装置１０の構成に補助測定装置５２を付加することによって、刃先１２ａのＺ軸方向の位置について、検出精度を一層向上させることができる。また、上述した第一実施形態の工具位置測定装置１０と同様に、この工具位置測定装置５０においても、第二光学装置６４の構造によって高い分解能εを実現することができる。さらに、第二筺体６２の各開口縁部に設けた封止手段により、切削液の浸入を確実に防止することができる。
【００４６】
この実施形態の工具位置測定装置５０は、図７に示す変形例のように、コリメートレンズ８２や透明部材８４に切削液が付着しにくくするため、第二筺体５４の窪み５４ａをカバー部材９８で覆う構造にしてもよい。この場合、カバー部材９８には、回転工具１２を挿入可能な工具挿入孔９８ａを小さく開口し、未使用時に切削液が入らないように工具挿入孔９８ａを塞いでおくためのスライド蓋部９８ｂを設けることが好ましい。
【００４７】
なお、この発明は、上記実施形態に限定されるものではない。第一及び第二光学装置は、測定対象の回転工具の刃先の近傍に第一又は第二対物レンズを配置することができる構造であればよく、例えば、第一実施形態に使用されている第一光学装置２２であれば、対物レンズ２０から結像レンズ４０を通って第一撮像装置２４に至る距離を短縮又は延長する構造変更を行い、分解能ε以外の要素の条件についても調整をすることができる。また、第二実施形態に使用されている第二光学装置６４であれば、対物レンズ６６から結像レンズ８６を通って第二撮像装置９２に至る構造についても同様である。
【００４８】
さらに、第二実施形態に使用されている補助測定装置５２において、窪み５４ａの部分にある透明部材８４にワイパー装置を取り付け、切削液が付着して解像度が落ちたり、照射光が屈折したり減衰するのを防止する構造にしてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０，５０ 工具位置測定装置
１４ 第一箱部
１６ 第一蓋部
１８ 第一筺体
２０ 第一対物レンズ
２２ 第一光学装置
２４ 第一撮像装置
２６，２８，４６，４８，６８，７０，７２，７４ 封止手段
３０ 第一光源
３２，７８，８０ 照明用ミラー
３８ 第一偏向ミラー
５２ 補助測定装置
５４ 第二筺体
６６ 第二対物レンズ
７６ 第二光源
８８，９０ 第二偏向ミラー
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロエンドミル等の微小な回転工具の位置を非接触で検出する工具位置測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オプトエレクトロニクス関連部品や医療関連部品などの分野では、直径０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度の微小なマイクロエンドミルを用いた微細加工が行われることがある。このような微小な回転工具を使用する際には、高精度な加工を行うため、回転工具の位置を正確に検出する必要がある。
【０００３】
切削加工用の工具の位置検出には種々の方法があり、例えば、特許文献１に開示されているように、レーザ光を平行に走査して工具寸法を測定する透過型レーザ測定装置、電気マイクロメータ、及び顕微鏡等を用いて工具の測定を行う工具測定装置がある。
【０００４】
また、特許文献２に開示されているように、ＣＣＤ等の撮像素子と、エンドミル等の撮像対象を照明する照明手段と、撮像対象からの光が入射する対物レンズ、並びに対物レンズを通過した光が通過する撮像レンズを含み撮像対象の像を撮像素子の受像面に結像させる光学系と、各部材を収納するハウジングとを備えた撮像装置もある。この撮像装置の光学系は、それぞれの光軸の向きを変える複数個の光学素子を含み、入射した光を入射位置とは異なる位置から逆向きに出射させる反転部を含み、その反転部は撮像レンズを通過した光を反射する反射鏡を含む構成を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１０９４４０号公報
【特許文献２】特開２００７−４９４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されているような非接触式の工具測定装置の場合、透過型レーザ測定装置のレーザ発振器側の装置と受光側の装置とを、測定対象の回転工具を挟んで両側に配置しなければならず、装置の全長が長くなるものであった。このため、この工具測定装置を加工機に搭載して、工具の測定に用いると、測定装置によるスペースを多く取ってしまい、加工機全体も大きくなってしまうという問題があった。さらに、マイクロエンドミル等の微小な回転工具を用いる小型の加工機には取り付けることができず、マイクロエンドミル等の微小な回転工具の刃先測定には、誤差が生じやすいという問題もあった。
【０００７】
特許文献２に開示されている撮像装置を用いた測定の場合、高い分解能を実現することが困難であるという問題があった。ここで、分解能εとは、物体面を分解して認識し得る最小の間隔をいい、一般的に、分解能εの目安として式（１）が用いられる。
【数１】
【０００８】
λは使用波長、ＮＡは対物レンズの開口数である。また、対物レンズの開口数ＮＡは、式（２）のように表わされる。
【数２】
【０００９】
ここで、ｎは回転工具の刃先等の測定対象とレンズ先端の間の媒質の屈折率であり、空気中であれば１と考えることができる。また、図８（ａ）に示すように、θは光軸ａに対してレンズＬの一番外側を通る光線がなす角度であり、回転工具Ｍの刃先からレンズＬの先端までの距離ＷＤに応じて変化するものである。
【００１０】
式（１），（２）から分かるように、分解能εを向上させるためには、開口数ＮＡを大きくする必要があり、そのために角度θを大きくし距離ＷＤを短くすることが望ましい。
【００１１】
しかしながら、特許文献２の撮像装置の場合、回転工具の刃先（撮像対象）と対物レンズとの間に反転部である入射側反射鏡が存在する構造のため、距離ＷＤをあまり短くすることができない。従って、一定以上の高い分解能εを得ることが困難であった。
【００１２】
また、例えば光学部品の金型などの微細加工の分野では、回転工具の刃先位置をＸ，Ｙ，Ｚ軸の３方向について高精度に検出することが不可欠であるが、特許文献１，２の何れの装置も、３方向の位置を精度よく同時に測定することができる装置ではなかった。
【００１３】
さらに、高精度な加工機の場合、回転工具のできるだけ近傍に工具位置測定装置を取り付け、その取付精度を維持した状態で加工可能にするため、工具位置測定装置が加工機内に常設されることが多い。従って、ワークを切削する時に、冷却用・潤滑用の切削液が加工機の周囲に飛散し、工具位置測定装置もそれを浴びることになるので、この切削液が工具位置測定装置の内部に浸入するのを防ぐ必要があった。
【００１４】
この発明は、上記背景技術に鑑みて成されたもので、微小な回転工具の刃先位置を、ＸＹＺ軸の３方向について高分解能かつ高精度に検出することができる工具位置測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、互いに直交するＸＹＺ三次元座標系のＺ軸と平行な回転軸を有する切削加工用の回転工具の刃先に向けてＺ軸方向の光を照射させ、前記刃先からの反射光を受光する第一光学装置と、前記反射光により前記刃先をＺ軸方向から見た底刃画像を撮像する第一撮像装置と、前記底刃画像を基に前記回転工具の位置を測定する処理装置とを備えた非接触式の工具位置測定装置であって、前記第一光学装置は、Ｘ軸方向に照射光を発する第一光源と、前記照射光をＺ軸方向に偏向して前記刃先に照射させると共に、当該照射光による前記刃先からの反射光を前記照射光と逆向きのＸ軸方向に偏向する第一偏向ミラーと、前記刃先と前記第一偏向ミラーとの間に配置され、前記反射光を結像させる第一対物レンズとを備え、前記第一撮像装置は、前記第一対物レンズにより得られた前記底刃画像を撮像する工具位置測定装置である。
【００１６】
前記第一対物レンズを除く前記第一光学装置及び前記第一撮像装置が第一筺体内に設けられ、前記第一対物レンズは前記第一筺体に対して封止手段により水密に封止されて取り付けられているものである。
【００１７】
さらにこの発明は、前記回転工具の前記刃先に向けてＺ軸と直角方向の照射光を照射させ、前記刃先の外縁部分を通過した通過光を受光する第二光学装置と、前記通過光により前記刃先をＺ軸と直角方向から見た外周刃画像を撮像する第二撮像装置とで構成された補助測定装置が設けられ、前記第二光学装置は、前記照射光を発する第二光源と、前記照射光をＺ軸と直角方向に偏向して前記刃先に照射させ、前記刃先部分を通過した前記通過光をＺ軸と直角な前記通過光に偏向する複数の第二偏向ミラーと、前記刃先と前記第二偏向ミラーとの間に配置され、前記通過光を結像させる第二対物レンズと備え、前記第二撮像装置は、前記第二対物レンズにより得られた前記外周刃画像を撮像する工具位置測定装置である。
【００１８】
前記処理装置は、前記底刃画像の測定結果及び前記外周刃画像の測定結果に基づいて、前記回転工具の位置を特定するものである。
【００１９】
前記第二光学装置の前記第二偏向ミラーは、前記刃先部分を通過した通過光を前記第二光源の照射光と平行で逆向きに偏向するものである。
【００２０】
前記第一対物レンズを除く前記第一光学装置及び前記第一撮像装置が第一筺体内に設けられ、前記第二光学装置及び第二撮像装置が第二筺体内に設けられ、前記第一及び第二筺体が有する開口縁部は、それぞれ封止手段により水密に封止されているものである。
【発明の効果】
【００２１】
この発明の工具位置測定装置は、回転工具の底刃画像を撮像することによって、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３方向について、回転工具の刃先位置を精度よく検出し測定することができる。特に、この第一光学装置は、回転工具の回転軸方向に短く構成することができるので、回転工具の位置の検出結果について、環境温度の変化による第一光学装置の構造体の熱膨張や歪みに起因する検出誤差を最小限に抑えることができる。
【００２２】
さらに、回転工具の刃先からの反射光を受ける第一対物レンズを当該刃先の近傍に配置できる構造のため、非常に高い分解能を実現することができる。
【００２３】
また、回転工具の外周刃画像を高分解能で撮像する補助測定装置を付加し、底刃だけでなく外周刃の測定を行ったり、底刃及び外周刃画像に基づく測定結果を補間して回転工具の位置を特定したりすることによって、より高い測定精度を得ることができる。その他、外周刃の摩耗状態を観察したりすることもできる。
【００２４】
さらに、この工具位置測定装置は、第一筺体及び第二筺体が所定の封止手段によって水密に封止されているので、加工機内に常設され切削液を浴びても測定装置の故障や動作不良が生じる心配がない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の工具位置測定装置の第一実施形態を示す斜視図である。
【図２】第一実施形態の工具位置測定装置の内部構造を説明する分解斜視図である。
【図３】第一実施形態の工具位置測定装置の内部構造及び動作を説明する縦断面図（ａ）、Ａ−Ａ断面図（ｂ）である。
【図４】この発明の工具位置測定装置の第二実施形態を示す斜視図である。
【図５】第二実施形態の工具位置測定装置を構成する補助測定装置を示す斜視図（ａ）、その内部構造を説明する分解斜視図（ｂ）である。
【図６】図５の補助測定装置の内部構造及び動作を説明する横断面図である。
【図７】第二実施形態の工具位置測定装置の変形例を示す斜視図である。
【図８】分解能εを決定するパラメータである角度θ、距離ＷＤについて説明する模式図（ａ），（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、この発明の第一実施形態の工具位置測定装置１０について、図１〜図３に基づいて説明する。工具位置測定装置１０は、加工機のチャック部に装着された回転工具１２の回転中心である回転軸αの位置を測定する機能と、刃先１２ａの突端の回転軸α方向の位置を測定する機能とを備えている。回転工具１２の回転軸αは、互いに直交するＸＹＺ三次元座標系の任意の方向であるＺ軸と平行であり、ここでは、鉛直線方向にＺ軸が定義されている。
【００２７】
工具位置測定装置１０は、図１に示すように、上方が開口した第一箱部１４の開口端を第一蓋部１６で塞いだ直方体形状の第一筺体１８を備えている。第一蓋部１６の底部にはレンズ突出孔１６ａが設けられ、後述する第一対物レンズ２０が、回転工具１２の刃先１２ａに向けて突出している。
【００２８】
第一筺体１８の内部には、図２に示すように、第一光学装置２２及び第一撮像装置２４が設けられ、第一光学装置２２の構成部品である第一対物レンズ２０が、光軸をＺ軸方向に一致させて上向きに立設されている。第一筺体１８は、組み立て状態で、第一箱部１４と第一蓋部１６の開口端面同士が対面している開口縁部に、Ｏリングを用いたパッキン２６ａとその位置決め用のガイド溝２６ｂとで成る封止手段２６が設けられ、当該開口縁部を水密に封止して、外部から切削液が浸入するのを防止している。同様に、第一筺体１８の組み立て状態で、第一蓋部１６のレンズ突出孔１６ａの内壁下端部と第一対物レンズ２０の外側面とが対面している開口縁部にも、Ｏリングを用いたパッキン２８ａを収容する溝部が、位置決め用の押え金具２８ｂとレンズ突出孔１６ａ下端部の切り欠き部により設けられ、水密に封止する封止手段２８を形成している。
【００２９】
第一光学装置２２は、第一対物レンズ２０に加えて、図３（ｂ）に示すように、第一光源３０、照明用ミラー３２、コリメートレンズ３４、ハーフミラー３６、第一偏向ミラー３８、及び結像レンズ４０で構成されている。これにより、第一光源３０からＸ軸方向に照射された照射光は、照明用ミラー３２でＹ軸方向に偏向され、コリメートレンズ３４を通して平行光に形成された後、ハーフミラー３４でＸ軸方向に偏向される。そして、Ｘ軸方向に偏向された照射光は、第一偏向ミラー３８でＺ軸方向に偏向され、第一対物レンズ２０を通して刃先１２ａに照射される。
【００３０】
刃先１２ａでは、照射光を反射して反射光を発生させ、その反射光は、Ｚ軸の逆方向に進行し、第一対物レンズ２０を通過して第一偏向ミラー３８でＸ軸の逆方向に偏向され、ハーフミラー３６、結像レンズ４０を通して第一撮像装置２４で結像する。
【００３１】
上記のように、第一光学装置２２では、第一光源３０から照射光を、第一偏向ミラー３８に向けて進行させ、及び第一偏向ミラー３８から第一撮像装置２４に向けて進行させる構造が、ＸＹ平面内に設けられている。また、第一偏向ミラー３８から第一対物レンズ２０を介して刃先１２ａに向けてＺ軸方向に照射光を進行させ、反射光を逆向きに進行させる構造が設けられている。従って、第一光学装置２２は、Ｚ軸方向（回転軸αの方向）の高さを、非常に短く構成することができる。
【００３２】
第一撮像装置２４は、ここではＣＭＯＳ型の画像センサを用いた撮像装置であり、結像レンズ４０を通過した反射光を受光して刃先１２ａの底刃画像を撮像し、図示しない信号伝送手段を通じて図示しないコンピュータ等の処理装置に送信する。ＣＭＯＳセンサは比較的発熱が大きいので、図３（ａ）に示すように、第一箱部１４の側壁を開口し、放熱エアーを供給するエアー供給管４２とその放熱エアーを排出するエアー排気管４４とが設けられている。第一箱部１４の内壁と、エアー供給管４２及びエアー排気管４４との外側面が対面する開口縁部は、それぞれＯリング等のパッキンである封止手段４６，４８によって水密に封止されている。この第一撮像装置２４は、ＣＭＯＳセンサに代えて、例えばＣＣＤセンサ等に置き換えてもよい。
【００３３】
第一撮像装置２４から得られた画像データを処理して、位置検出を行う図示しない処理装置は、底刃画像のデータを取得し、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３方向について、回転工具１２の刃先１２ａ位置を算出するもので、光学的解析と画像処理技術を利用した位置測定方法を用いる。
【００３４】
以上説明したように、第一実施形態の工具位置測定装置１０は、回転工具１２の底刃画像データを解析することによって、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の３方向について、刃先１２ａの位置を精度よく検出することができる。特に、第一光学装置２２の構造は、回転工具１２の回転軸αの方向に短く構成することができるので、位置検出の結果について、環境温度の変化による第一光学装置２２の構造体の熱膨張や歪みに起因する誤差を最小限に抑えることができる。また、第一光学装置２２の構造は、刃先１２ａからの反射光を受ける第一対物レンズ２０を刃先１２ａの近傍に配置することができるので、図８（ｂ）及び式（１），（２）に基づき、距離ＷＤを小さくして高い分解能εを実現することができる。
【００３５】
また、この工具位置測定装置１０は、第一筺体１８の開口縁部が封止手段２６，２８，４６，４８によって水密に封止されているので、工具位置測定装置１０が加工機内で切削液を浴びても、内部の光学系や素子が確実に保護され、故障したり動作不良を起こしたりすることがない。
【００３６】
次に、この発明の第二実施形態の工具位置測定装置５０について、図４〜図６に基づいて説明する。この実施形態の工具位置測定装置５０は、第一実施形態の工具位置測定装置１０の構成に加え、回転工具１２の刃先１２ａを側方から見た外周刃画像に基づき、刃先１２ａの回転軸α方向の位置を認識するための補助測定装置５２を備えている。以下、工具位置測定装置５０について、補助測定装置５２に関連する部分を中心に説明し、第一実施形態の工具位置測定装置１０と同様の構成は同一の符号を付して説明を省略する。
【００３７】
工具位置測定装置５０は、略直方体の側面の一部がコの字状に内側に窪んだ外形の第二筺体１８を有する補助測定装置５２が、第一筺体１８上面に載置固定されている。上述した回転工具１２及び第一対物レンズ２０は、図４に示すように、第二筺体１８のコの字状の窪み５４ａの部分に位置し、回転軸α方向（Ｚ軸方向）に対向している。
【００３８】
補助測定装置５２は、図５に示すように、中央部５６、側蓋部５８，６０、側面部６２及びレンズカバー部材６５から成る第二筺体５４の内部に設けられた第二光学装置６４、及び第二撮像装置９６を備えている。第二筺体５８の窪み５４ａの内壁には、レンズ突出孔５６ａが設けられ、先端がガラス板等の透明部材８４で閉じられた有底筒状のレンズカバー部材６５が被せられた第二対物レンズ６６が回転工具１２の刃先１２ａの方向に突出している。
【００３９】
第二筺体５４は、図５に示すように、組み立て状態で、側蓋部５８の開口端面と中央部５６の一方の側の側面とが対面する開口縁部に、Ｏリングによるパッキン６８ａとその位置決め用のガイド溝６８ｂとで成る封止手段６８が設けられ、同様に、側蓋部６０の開口端面と中央部５６の他方の側の側面とが対面する開口縁部に、Ｏリングによるパッキン７０ａとその位置決め用のガイド溝７０ｂとで成る封止手段７０が設けられている。また、側面部６２と周縁部と中央部５６の背面とが対面する開口縁部にも、０リングによるパッキン７２ａとその位置決め用のガイド溝７２ｂとで成る封止手段７２が設けられ、同様に、レンズカバー部材６５の開口端面と中央部５６のレンズ突出孔５６ａの周縁部とが対面する開口縁部に、Ｏリングによるパッキン７４ａとその位置決め用のガイド溝７４ｂとで成る封止手段７４が設けられている。封止手段６８，７０，７２，７４は、当該各開口縁部を水密に封止することによって外部から切削液が浸入するのを防止している。
【００４０】
第二光学装置６４は、図６に示すように、第二光源７６、照明用ミラー７８，８０、コリメートレンズ８２、第二対物レンズ６６、結像レンズ８６、第二偏向ミラー８８，９０で構成されている。これにより、第二光源７６からＸ軸方向に照射された照射光は、照明用ミラー７８でＹ軸方向に偏向され、照明用ミラー８０でＸ軸の逆方向に偏向される。そして、Ｘ軸の逆方向に偏向された照射光が、中央部５６の窪み５４ａ側の内壁にある透明部材８４を通過し、窪み５４ａにある刃先１２ａの側方に照射される。
【００４１】
刃先１２ａの外縁部分を通過した通過光は、そのままＸ軸の逆方向に進行し、レンズカバー部材６５の端面の透明部材８４、第二対物レンズ６６、結像レンズ８６を通して、第二偏向ミラー８８でＹ軸の逆方向に偏向され、第二偏向ミラー９０でＸ軸方向に偏向され、その先に設置された第二光源７６背面同士が対面した第二撮像装置９２で結像する。
【００４２】
上記のように、第二光学装置６４では、第二光源７６から照射光を照射し、刃先１２ａ部分を通過した通過光を第二撮像装置９２に向けて進行させる光学系の構成が、ＸＹ平面内にコンパクトに納められている。
【００４３】
第二撮像装置９２は、第一撮像装置２４と同様に、例えばＣＭＯＳセンサを用いた撮像装置であり、結像レンズ８６を通った通過光を受光して刃先１２ａの外周刃画像を撮像し、画像データを図示しない信号伝送手段を通して図示しないコンピュータ等の処理装置に送信する。この処理装置は、第一撮像装置２４の処理装置と独立に設けても良く、兼用するものでも良い。また、ＣＭＯＳセンサの撮像装置の放熱のため、図６に示すように、側面部６２の一部を開口し、放熱エアーを供給するエアー供給管９４とその放熱エアーを排出するエアー排気管９６とが設けられている。従って、側面部６２の当該開口の内壁と、エアー供給管９４及びエアー排気管９６の外側面とが対面する開口縁部も、図示しない封止手段によって水密に封止されている。また、側面部６２は信号伝送手段の接続用に２箇所が開口し、コネクタ９７が設けられている。このコネクタ９７の周囲の開口縁部も、図示しない封止手段によって水密に封止されている。
【００４４】
この実施形態による処理装置は、外周刃画像のデータを取得し、回転工具１２の刃先１２ａのＺ軸方向の位置を測定する他、刃先１２ａの外周刃の摩耗状態を観察したりする。これにより、工具位置測定装置１０による底刃画像に基づく刃先１２ａのＺ軸方向の位置情報に加えて、補助測定装置５２による外周刃画像に基づく刃先１２ａのＺ軸方向の位置の情報を盛り込んで補正を加え、刃先１２ａのＺ軸方向の位置をより高い精度で特定する。
【００４５】
以上説明したように、第二実施形態の工具位置測定装置５０は、第一実施形態の工具位置測定装置１０の構成に補助測定装置５２を付加することによって、刃先１２ａのＺ軸方向の位置について、検出精度を一層向上させることができる。また、上述した第一実施形態の工具位置測定装置１０と同様に、この工具位置測定装置５０においても、第二光学装置６４の構造によって高い分解能εを実現することができる。さらに、第二筺体６２の各開口縁部に設けた封止手段により、切削液の浸入を確実に防止することができる。
【００４６】
この実施形態の工具位置測定装置５０は、図７に示す変形例のように、コリメートレンズ８２や透明部材８４に切削液が付着しにくくするため、第二筺体５４の窪み５４ａをカバー部材９８で覆う構造にしてもよい。この場合、カバー部材９８には、回転工具１２を挿入可能な工具挿入孔９８ａを小さく開口し、未使用時に切削液が入らないように工具挿入孔９８ａを塞いでおくためのスライド蓋部９８ｂを設けることが好ましい。
【００４７】
なお、この発明は、上記実施形態に限定されるものではない。第一及び第二光学装置は、測定対象の回転工具の刃先の近傍に第一又は第二対物レンズを配置することができる構造であればよく、例えば、第一実施形態に使用されている第一光学装置２２であれば、対物レンズ２０から結像レンズ４０を通って第一撮像装置２４に至る距離を短縮又は延長する構造変更を行い、分解能ε以外の要素の条件についても調整をすることができる。また、第二実施形態に使用されている第二光学装置６４であれば、対物レンズ６６から結像レンズ８６を通って第二撮像装置９２に至る構造についても同様である。
【００４８】
さらに、第二実施形態に使用されている補助測定装置５２において、窪み５４ａの部分にある透明部材８４にワイパー装置を取り付け、切削液が付着して解像度が落ちたり、照射光が屈折したり減衰するのを防止する構造にしてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０，５０ 工具位置測定装置
１４ 第一箱部
１６ 第一蓋部
１８ 第一筺体
２０ 第一対物レンズ
２２ 第一光学装置
２４ 第一撮像装置
２６，２８，４６，４８，６８，７０，７２，７４ 封止手段
３０ 第一光源
３２，７８，８０ 照明用ミラー
３８ 第一偏向ミラー
５２ 補助測定装置
５４ 第二筺体
６６ 第二対物レンズ
７６ 第二光源
８８，９０ 第二偏向ミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交するＸＹＺ三次元座標系のＺ軸と平行な回転軸を有する切削加工用の回転工具の刃先に向けてＺ軸方向の光を照射させ、前記刃先からの反射光を受光する第一光学装置と、前記反射光により前記刃先をＺ軸方向から見た底刃画像を撮像する第一撮像装置と、前記底刃画像を基に前記回転工具の位置を測定する処理装置とを備えた非接触式の工具位置測定装置において、
前記第一光学装置は、Ｘ軸方向に照射光を発する第一光源と、前記照射光をＺ軸方向に偏向して前記刃先に照射させると共に、当該照射光による前記刃先からの反射光を前記照射光と逆向きのＸ軸方向に偏向する第一偏向ミラーと、前記刃先と前記第一偏向ミラーとの間に配置され、前記反射光を結像させる第一対物レンズとを備え、
前記第一撮像装置は、前記第一対物レンズにより得られた前記底刃画像を撮像することを特徴とする工具位置測定装置。
【請求項２】
前記第一対物レンズを除く前記第一光学装置及び前記第一撮像装置が第一筺体内に設けられ、前記第一対物レンズは前記第一筺体に対して封止手段により水密に封止されて取り付けられている請求項１記載の工具位置測定装置。
【請求項３】
前記回転工具の前記刃先に向けてＺ軸と直角方向の照射光を照射させ、前記刃先の外縁部分を通過した通過光を受光する第二光学装置と、前記通過光により前記刃先をＺ軸と直角方向から見た外周刃画像を撮像する第二撮像装置とで構成された補助測定装置が設けられ、
前記第二光学装置は、前記照射光を発する第二光源と、前記照射光をＺ軸と直角方向に偏向して前記刃先に照射させる照明用ミラーと、前記刃先部分を通過した前記通過光をＺ軸と直角な方向に偏向する第二偏向ミラーと、前記刃先と前記第二偏向ミラーとの間に配置され、前記通過光を結像させる第二対物レンズと備え、
前記第二撮像装置は、前記第二対物レンズにより得られた前記外周刃画像を撮像する請求項１又は２記載の工具位置測定装置。
【請求項４】
前記処理装置は、前記底刃画像の測定結果及び前記外周刃画像の測定結果に基づいて、前記回転工具の位置を特定する請求項３記載の工具位置測定装置。
【請求項５】
前記第二光学装置の前記第二偏向ミラーは、前記刃先部分を通過した通過光を前記第二光源の照射光と平行で逆向きに偏向する請求項３記載の工具位置測定装置。
【請求項６】
前記第一対物レンズを除く前記第一光学装置及び前記第一撮像装置が第一筺体内に設けられ、前記第二光学装置及び第二撮像装置が第二筺体内に設けられ、
前記第一及び第二筺体が有する開口縁部は、それぞれ封止手段により水密に封止されている請求項３乃至５のいずれか記載の工具位置測定装置。
【請求項１】
互いに直交するＸＹＺ三次元座標系のＺ軸と平行な回転軸を有する切削加工用の回転工具の刃先に向けてＺ軸方向の光を照射させ、前記刃先からの反射光を受光する第一光学装置と、前記反射光により前記刃先をＺ軸方向から見た底刃画像を撮像する第一撮像装置と、前記底刃画像を基に前記回転工具の位置を測定する処理装置とを備えた非接触式の工具位置測定装置において、
前記第一光学装置は、Ｘ軸方向に照射光を発する第一光源と、前記照射光をＺ軸方向に偏向して前記刃先に照射させると共に、当該照射光による前記刃先からの反射光を前記照射光と逆向きのＸ軸方向に偏向する第一偏向ミラーと、前記刃先と前記第一偏向ミラーとの間に配置され、前記反射光を結像させる第一対物レンズとを備え、
前記第一撮像装置は、前記第一対物レンズにより得られた前記底刃画像を撮像することを特徴とする工具位置測定装置。
【請求項２】
前記第一対物レンズを除く前記第一光学装置及び前記第一撮像装置が第一筺体内に設けられ、前記第一対物レンズは前記第一筺体に対して封止手段により水密に封止されて取り付けられている請求項１記載の工具位置測定装置。
【請求項３】
前記回転工具の前記刃先に向けてＺ軸と直角方向の照射光を照射させ、前記刃先の外縁部分を通過した通過光を受光する第二光学装置と、前記通過光により前記刃先をＺ軸と直角方向から見た外周刃画像を撮像する第二撮像装置とで構成された補助測定装置が設けられ、
前記第二光学装置は、前記照射光を発する第二光源と、前記照射光をＺ軸と直角方向に偏向して前記刃先に照射させる照明用ミラーと、前記刃先部分を通過した前記通過光をＺ軸と直角な方向に偏向する第二偏向ミラーと、前記刃先と前記第二偏向ミラーとの間に配置され、前記通過光を結像させる第二対物レンズと備え、
前記第二撮像装置は、前記第二対物レンズにより得られた前記外周刃画像を撮像する請求項１又は２記載の工具位置測定装置。
【請求項４】
前記処理装置は、前記底刃画像の測定結果及び前記外周刃画像の測定結果に基づいて、前記回転工具の位置を特定する請求項３記載の工具位置測定装置。
【請求項５】
前記第二光学装置の前記第二偏向ミラーは、前記刃先部分を通過した通過光を前記第二光源の照射光と平行で逆向きに偏向する請求項３記載の工具位置測定装置。
【請求項６】
前記第一対物レンズを除く前記第一光学装置及び前記第一撮像装置が第一筺体内に設けられ、前記第二光学装置及び第二撮像装置が第二筺体内に設けられ、
前記第一及び第二筺体が有する開口縁部は、それぞれ封止手段により水密に封止されている請求項３乃至５のいずれか記載の工具位置測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−９３２４３（Ｐ２０１２−９３２４３Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４１０３２（Ｐ２０１０−２４１０３２）
【出願日】平成２２年１０月２７日（２０１０．１０．２７）
【出願人】（０００２３６９２０）富山県 (197)
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【出願人】（５０４３８１０８７）株式会社フォワード (1)
【出願人】（５１０２８６２９３）甲信商事株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２７日（２０１０．１０．２７）
【出願人】（０００２３６９２０）富山県 (197)
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【出願人】（５０４３８１０８７）株式会社フォワード (1)
【出願人】（５１０２８６２９３）甲信商事株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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