顺序取得的图像发送到后述的图像分析单元52，检测刀具2的刀尖24的位置，让刀架15进行校正移动，以使检测出的刀尖24的位置来到摄像机4的光轴上，之后，使摄像机4再次进行拍摄动作，将通过该再次的拍摄动作取得的图像作为正规的取得图像发送给图像解析单元52。
[0041]图像解析单元52根据图像取得单元所取得的图像，取得朝向主轴轴线a的刀具工位17上安装的刀具2的刀尖24的位置和方向。
[0042]具体而言，例如，针对拍摄刀具得到的图3示出的图像，一边在X轴方向的扫描线R上增加X值(从主轴轴线a离开的方向)，一边进行扫描，将最初检测到刀具2的点r设为临时的刀尖位置，之后，一边进一步增加X值，一边从Z+侧和Z-侧进行扫描P、Q，从而得到多个刀具检测位置pl、p2、p3、…、ql、q2、q3、…的坐标，并针对这些坐标应用最小二乘法来求出夹着刀尖的2根直线M、N的方程式，将其2等分线L的方向作为刀尖的方向。取得的临时的刀尖位置是在图像上的刀尖的坐标上，加上了取得图像时的刀架的基准位置(一般而言是朝向主轴轴线a的刀具工位的中央)与摄像机的光轴之间的距离后的值(矢量和
[0043]刀具的刀尖24是较小的圆弧(刀尖圆25)。根据刀尖的方向，确定刀尖圆的哪个方向的圆弧成为基准。例如某种控制器如图2所示，将刀尖圆25按照45度刻度的方向进行划分并附加编号(刀尖校正编号)，用该编号表示刀尖的方向。例如，如果刀尖的方向是图2的第3号的方向，则在设定刀具校正值时，从图6中的轨迹t的箭头表示的方向即Z轴方向和X轴方向，使刀尖接触检测传感器而设定刀具校正值。因此，在这样的控制器中，根据所检测出的刀尖的方向确定刀尖校正编号。
[0044]在摄像机4的图像上，作为刀具2和刀架15的像的背景，映入有具备与刀具2和刀架15相同的金属光泽的床身等其他部件的像。在检测刀具的刀尖24时，需要去除背景。作为该背景的去除方法，以下方法是有效的:使安装有刀具2的刀架15在摄像机4的拍摄区域的内外移动，拍摄如图5所示那样的显现出刀具2的图像A以及没有显现出刀具2的图像B，通过取得两个图像的差分，制作去除了背景后的仅有刀架以及工作的图像E。
[0045]S卩，从显现出刀具2的图像A和没有显现出刀具2的图像B中的一方A的亮度中减去另一方B的亮度而得到差分图像C，并从另一方B的亮度中减去一方A的亮度而得到差分图像D，将这两个差分图像C和D进行合成来制作去除了背景的合成图像E，从该合成图像E中提取刀具2的形状。由此，不必使用用于消除背景的背景板或背景布，即可得到能够明确识别刀具形状的图像。
[0046]校正值设定程序53使用临时的刀具校正值，进行利用对刀器的检测传感器23检测刀尖的动作，由此，在控制器5中设定刀具校正值。校正值设定程序53使得刀架15对应于图像解析单元取得的刀尖的方向，例如按照图6?9所示的轨迹t那样进行移动。图6是与图2中刀尖校正编号为3的刀具对应的移动轨迹的例子，图7是与刀尖校正编号为2的刀具对应的移动轨迹的例子，图8是与刀尖校正编号为5的刀具对应的移动轨迹的例子，图9是与刀尖校正编号为7的刀具对应的移动轨迹的例子。
[0047]图10是示出针对刀尖校正编号(刀尖的方向)为3的刀具的、校正值设定程序53的顺序的流程图。
[0048]在利用对刀器21的检测传感器23检测刀具2的刀尖时，必须将刀尖定位在检测传感器的检测区域即边长为Imm左右的四方的区域内。另外，在刀尖接触到检测传感器时，如果不立即停止刀架，则检测传感器会发生破损。因此，在使刀尖与检测传感器相接触时，使得刀具高速移动到检测传感器的近旁(附近Imm左右)s (参照图6?9)，之后，以能够立即停止程度的较低速度使刀架在Z轴方向或X轴方向上移动。
[0049]通过图像解析取得的临时的校正值用于使刀具高速接近至检测传感器23的近旁。在临时的校正值上加上用于避免碰撞的余量(margin)，并将刀架15高速移动到临时的刀尖位置与检测传感器23接触的位置(实际的刀尖来到图6的s的位置)，接着切换到低速移动。在该低速移动过程中，如果检测传感器23输出检测信号，则停止刀架15的移动并读取刀架的坐标，根据该坐标和检测传感器23的坐标，计算刀具校正值并将其设定在控制器的校正值存储器54中。如果是刀具校正编号为3的刀具，则在设定了 Z轴方向的刀具校正值之后，如图6的t所示那样进行移动从而进行X轴方向的刀具校正值的设定。
[0050]如果还有需求，可以根据由对刀器21检测出的刀尖位置和图像解析单元取得的临时的刀尖位置，经过几何学运算，计算刀尖圆的半径。例如，如图4所示，利用上述的方法求出夹着刀尖的2根直线M、N的方程式，为了排除由刀尖圆和刀具的边缘的检测误差引起的偏差，将与得到的方程式偏离较大的检测点排除在外而再次计算出直线M、N，并求出直线M、N的交点c的坐标。并且能够根据如下关系计算出刀尖圆25的中心b和半径dr，所述关系是:在对刀器检测出的实际的刀尖的位置与交点c的差dz、dx上加上刀尖圆的半径dr后得到的值即为焦点c的坐标与刀尖圆的中心b的坐标之间的差，并且，刀尖圆的中心b处于二等分线L上。
[0051]另外，通过使用高分辨率的摄像机，或者使用摄像机的变焦功能反复进行上述的刀尖位置的检测动作和刀架的修正移动来放大刀尖的图像，由此能够使用图像解析单元52对刀尖圆25的圆弧和Z轴及X轴方向的切线e、f进行检测，从而能够求出刀尖圆的半径和各个轴向的刀具校正值。
[0052]目前，只要使用设置于机床的机身内的一般的摄像机，即可以0.5mm左右的误差设定临时的刀具校正值，因此，能够安全且自动地使刀具2的刀尖与对刀器21相接触。根据本发明，能够自动地进行从刀具形状的取得到刀具校正值的设定为止的所有处理，因此，能够大幅度减轻操作者的作业负担，并且，也不需要操作者的熟练程度，也不会因为输入失误而损伤机械。
[0053]在上述的实施例中，通过对利用摄像机4取得刀尖方向而得到的图像进行解析，求得刀尖的方向和刀尖圆，但也可以是以下方式:在控制器中预先登记各种刀具的图像数据和各个刀具的刀尖圆和刀具校正编号，并且将摄像机取得的图像与已经登记的图像数据进行对比来确定刀尖圆和刀尖的方向，并使用刀尖圆和刀尖的方向，通过校正值设定程序对刀具校正值进行设定。
【主权项】
1.一种机床的刀具校正值的自动设定装置，其具有: 摄像机，其设置于机床的机身内； 刀具图像取得单元，其利用该摄像机取得安装于刀架的刀具的图像； 图像解析单元，其根据摄像机取得的刀具图像取得该刀具的刀尖的位置和方向；以及校正值设定程序，其根据图像解析单元取得的刀尖的位置和方向，在控制器中设定所述刀具的刀尖和刀架的基准位置之间的相对位置关系。2.根据权利要求1所述的机床的刀具校正值的自动设定装置，其中， 所述自动设定装置还具有对刀器和进退装置，所述对刀器具有检测安装于刀架上的刀具的刀尖的检测传感器，所述进退装置使该对刀器向退避位置和所述刀具的刀尖的移动区域内的前进位置进退， 所述校正值设定程序包括以下步骤:使刀架朝向对刀器高速移动；使刀架朝向对刀器的检测传感器低速接近；当检测传感器输出检测信号时，停止该低速移动并取得刀架的坐标；根据取得的坐标和所述检测传感器之间的位置关系，计算刀具校正值；以及将计算出的刀具校正值存储到与安装有该刀具的刀具工位编号相对应的刀具校正值存储区域。3.根据权利要求1所述的机床的刀具校正值的自动设定装置，其中， 所述自动设定装置具有所述图像解析单元，所述图像解析单元根据所述摄像机取得的刀具图像取得该刀具的刀尖圆， 所述校正值设定程序包括以下步骤:根据图像解析单元取得的刀尖的位置和方向以及刀尖圆，计算刀具校正值；以及将计算出的刀具校正值存储到与安装有该刀具的刀具工位编号相对应的刀具校正值存储区域。4.一种机床的刀具校正值的自动设定装置，其中， 所述自动设定装置具有: 刀具种类，其是根据包括刀尖方向的刀具形状而分类的；以及 按照各个刀具种类而登记的校正值设定程序， 图像解析单元将摄像机取得的刀具的图像和登记的刀具种类的刀具形状进行对比来判断刀具的类别，执行与判断出的刀具的种类相对应地登记的校正值设定程序。5.根据权利要求1?4中的任意一项所述的机床的刀具校正值的自动设定装置，其中， 图像取得单元取得以下图像:该图像是使刀架处于同一位置，使所述摄像机拍摄显现出刀具的图像和没有显现出刀具的图像，并将两者的差分图像进行合成后得到的图像。6.—种机床的刀具校正值的自动设定方法，其中， 在机床的机身内设置摄像机， 利用该摄像机取得安装于刀架上的刀具的图像， 根据摄像机取得的刀具图像取得该刀具的刀尖的位置和方向， 根据所取得的刀尖的位置和方向，计算所述刀具的刀尖与刀架的基准位置之间的相对位置关系， 将计算出的相对位置关系作为刀具校正值设定到控制器中。
【专利摘要】本发明提供机床的刀具校正值的自动设定装置以及自动设定方法，能够自动地设定NC机床的刀架上安装的多个刀具的刀具校正值(刀架和刀具的刀尖之间的相对位置关系)。利用设置于机身内的摄像机(4)取得安装于刀架(15)的刀具(2)的图像(A)，求出刀具(2)的刀尖(24)在图像上的位置和方向，根据摄像机(4)的设置位置和取得图像时的刀架(15)的位置关系，求出刀具校正值并自动设定到控制器中。设定到控制器(5)的刀具校正值能够使用对刀器(21)进行测量。自动执行校正值设定程序(53)，即：根据图像计算临时的刀具校正值，利用对刀器(21)的检测传感器(23)检测刀具的刀尖(24)并登记到控制器(5)。
【IPC分类】B23Q15/24, B23Q17/22
【公开号】CN105598743
【申请号】CN201510755736
【发明人】西村尚贡
【申请人】中村留精密工业株式会社
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年11月9日
【公告号】EP3021183A1