刀具形状测定装置及机床的制作方法

本发明涉及刀具形状测定装置及机床。

背景技术：

在由机床进行工件的加工的情况下，存在在1个工件的加工中使用多种刀具的情况。在使用多种刀具进行加工的情况下，使用具备更换刀具的刀具更换装置的机床。刀具更换装置例如能够按照加工程序自动地更换刀具。

刀具在进行工件的加工的期间中存在破损的情况。在机床上，为了确认刀具的完好无损性而安装刀具形状测定装置已被公知。刀具形状测定装置通过测定刀具的形状能够判别刀具是否破损。刀具的形状例如包括刀具长度、刀具径。作为刀具形状的检查内容，包括刀具的表面的一部分的破损、折损等。

在刀具形状测定装置中，使探头等与刀具的表面接触来测定刀具的形状的接触式的装置已被公知。另外，在刀具形状测定装置中，由照相机对刀具的形状进行摄像，通过将进行了摄像的图像解析来算出刀具的形状的摄像式的装置已被公知。

在日本特开平6-134638号公报中，公开了刀具的比对识别装置，所述刀具的比对识别装置将ccd照相机等摄影装置朝向刀库的测定位置配置，并且将照明装置与摄影装置相向地配置。而且，公开了由照明装置经扩散板从背后对刀具进行照明的情况。另外，公开了由摄影装置对因刀具的背光而产生的刀具图案进行摄影的情况。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-134638号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

因为摄像式的刀具形状测定装置与接触式的刀具形状测定装置相比可动部少，所以可靠性高。另外，摄像式的刀具形状测定装置具有与接触式的刀具形状测定装置相比能够高速地测定刀具的形状这样的特征。在具备刀具更换装置的机床中，例如，在由规定的刀具进行了加工后测定刀具的形状。

在上述的日本特开平6-134638号公报公开的装置中，由荧光灯等照明装置朝向被配置在刀具的里侧的扩散板照射光。作为扩散板，公开了使用毛玻璃或亚克力板等的情况。光通过扩散板。在摄像的刀具的图像中，刀具的背景变亮，刀具变暗。通过对图像变暗的部分进行解析，测定刀具的形状。

顺便说一下，在此公报公开的方法中，存在切屑等附着在扩散板上的情况。刀具的摄像装置例如被配置在配置了刀具库的刀具收容室中。刀具收容室由隔壁与加工工件的加工室隔离。然而，在隔壁上设置了用于使刀具出入的开口部。存在切屑、冷却剂等异物通过此开口部进入收容室而附着在扩散板上的情况。或者，切屑等附着在刀具上而进入刀具收容室。而且，存在异物因刀具库的动作等而附着在扩散板上的情况。若异物附着在扩散板上，则存在这样的问题：在刀具的背景变亮的区域中，异物的影子映出。此结果，存在给刀具的测定带来不良影响这样的问题。

为了解决课题的手段

本发明的刀具形状测定装置，被安装在机床上，对刀具进行摄像来测定刀具的形状，其特征在于，具备对被配置在预先确定的摄像位置的刀具进行摄像的摄像装置；在从摄像装置朝向被配置在前述摄像位置的刀具的方向，相对于刀具被配置在摄像装置的相反侧的反射体；朝向反射体的反射面照射光的光源；和从由摄像装置进行了摄像的刀具的图像算出刀具的形状的控制装置，光源被配置成对刀具因为由反射体的反射面反射的光而比背景暗的图像进行摄像。

在上述发明中，前述反射面被形成为使光散射，反射体被配置成使由前述反射面散射的至少一部分光朝向摄像装置。

本发明的机床，使装配刀具的主轴和载置工件的工作台相对地移动来加工工件，其特征在于，具备对被配置在预先确定的摄像位置的刀具进行摄像的摄像装置；在从摄像装置朝向被配置在前述摄像位置的刀具的方向，相对于刀具被配置在摄像装置的相反侧的反射体；朝向反射体的反射面照射光的光源；和从由摄像装置进行了摄像的刀具的图像算出刀具的形状的控制装置。

在上述发明中，优选具备将加工工件的加工室和保管刀具的刀具收容室隔离的隔壁，反射体由被支承在前述隔壁上的快门构成，快门被形成为可相对于前述隔壁移动。

在上述发明中，优选具备除去部件，该除去部件被形成为与快门的前述反射面接触，将附着在前述反射面上的异物除去，除去部件在相对于快门的移动方向垂直的方向延伸，若快门移动，则在前述反射面上滑动。

在上述发明中，优选反射体由被配置在保管刀具的刀具收容室的底部的油盘构成。

在上述发明中，前述反射面被形成为使光散射，反射体被配置成由前述反射面散射的至少一部分光朝向摄像装置。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种降低切屑、冷却剂等异物的影响的摄像式的刀具形状测定装置及机床。

附图说明

图1是实施方式中的第一机床的示意剖视图。

图2是实施方式中的第一刀具形状测定装置的示意剖视图。

图3是实施方式中的第一刀具形状测定装置的示意主视图。

图4是由实施方式中的摄像装置进行了摄像的图像的例子。

图5是实施方式中的第二机床的刀具收容室的局部的示意剖视图。

图6是实施方式中的第三机床的示意剖视图。

具体实施方式

为了实施发明的方式

参照图1到图6，对实施方式中的刀具形状测定装置及机床进行说明。本实施方式的机床是根据加工程序自动地使刀具和工件相对地移动来进行加工的数值控制式。

图1是本实施方式的第一机床的示意剖视图。第一机床1是卧式加工中心。机床1具备使刀具和工件相对移动的移动装置。移动装置使被驱动物在多个移动轴的方向移动。多个移动轴包括作为直线进给轴相互正交的x轴、y轴及z轴。

机床1具备成为基台的床身12。在床身12的上面上固定了x轴导轨19。在x轴导轨19的上面上配置了立柱16。立柱16如箭头86所示，被形成为可沿x轴导轨19移动。在立柱16的前面上固定了y轴导轨20。主轴头3被支承在y轴导轨20上。主轴头3如箭头85所示，被形成为可沿y轴导轨20移动。

另外，在床身12的上面上固定了z轴导轨18。在z轴导轨18的上面上配置了工作台14。工件经托板15被固定在工作台14上。工作台14被形成为可沿z轴导轨18在z轴方向移动。

主轴头3包括主轴4。在主轴4上固定加工工件的刀具5。主轴头3，内置了用于使刀具5旋转的马达。通过此马达进行驱动，刀具5以主轴4的轴线为旋转轴旋转。

机床1，其刀具5在x轴方向及y轴方向移动，工件在z轴方向移动。另外，作为移动装置，不限于此方式，能够由任意的装置使刀具相对于工件相对移动。另外，作为机床，除直线进给轴外，也可以具有绕规定的轴线旋转的旋转进给轴。

机床1具备自动地更换刀具的刀具更换装置40。机床1具备加工工件的加工室61和保管刀具的刀具收容室62。加工室61及刀具收容室62由挡板54包围。另外，加工室61和刀具收容室62由隔壁51隔离。床身12、立柱16及主轴头3等被配置在加工室61的内部。刀具更换装置40被配置在刀具收容室62的内部。在隔壁51上形成了用于在加工室61和刀具收容室62之间移动刀具的开口部51a。另外，在隔壁51上配置了用于开闭开口部51a的快门52。快门52被支承在隔壁51上。

机床1包括驱动快门52的马达。快门52被形成为可相对于隔壁51移动。本实施方式的快门52被形成为可在z轴方向移动。快门52移动形成了开口，由此，能够通过开口部51a进行刀具5的移动。

刀具更换装置40包括保管多个刀具5的刀具库41和在刀具库41和主轴4之间移送刀具的移送装置。本实施方式的刀具库41被形成为经刀具保持架45将刀具5保持在形成为圆板状的基材的周围。刀具更换装置40包括使刀具库41旋转的马达。刀具库41如箭头87所示的那样旋转。移送装置包括刀具移位器44及刀具更换臂43。刀具移位器44使刀具在刀具库41和刀具的待机位置之间移动。待机位置是能够由刀具更换臂43保持刀具的位置。刀具移位器44通过在箭头88所示的方向移动，将刀具5从刀具库41拆下或向刀具库41安装刀具5。

刀具更换臂43被形成为棒状。刀具更换臂43在两侧的端部具有保持刀具5的保持部43a。刀具更换装置40包括使刀具更换臂43旋转的马达。刀具更换臂43如箭头89所示，被形成为可绕在z轴方向延伸的旋转轴旋转。

在更换刀具5的情况下，在加工室61中，主轴头3移动到用于进行刀具5的更换的规定的位置。在刀具更换臂43旋转时，将主轴头3移动到能够由保持部43a保持被安装在主轴4上的刀具5的位置。在主轴4上安装了结束加工的刀具5。在刀具收容室62中，刀具库41旋转到将下次使用的刀具5保持在刀具移位器44上的位置。刀具移位器44将下次使用的刀具5从刀具库41移动到待机位置。

接着，快门52打开，刀具更换臂43旋转。刀具更换臂43保持被保持在刀具移位器44上的刀具5及被安装在主轴4上的刀具5。进而，通过刀具更换臂43旋转，将下次使用的刀具5安装在主轴4上，将加工结束了的刀具5安装在刀具移位器44上。刀具移位器44使加工结束了的刀具5返回刀具库41。

这样，刀具更换装置40能够将被安装在主轴4上的刀具5向刀具库41移动。另外，刀具更换装置40能够将被保管在刀具库41中的刀具5向主轴4移动。在刀具5的更换结束后，刀具更换臂43旋转到初期的状态。在快门52关闭后，在加工室61中开始下次加工。

另外，作为刀具更换装置，不限于上述的方式，只要被形成为可更换被安装在主轴上的刀具和被保管在刀具库中的刀具就没有问题。

图2是表示本实施方式中的第一刀具形状测定装置的示意剖视图。图3是表示本实施方式中的第一刀具形状测定装置的示意主视图。在图1到图3中，表示被保持在刀具移位器44上的刀具5被配置在待机位置的状态。参照图1到图3，机床1具备通过对刀具5进行摄像来测定刀具的形状的第一刀具形状测定装置24。刀具形状测定装置24是摄像式的装置。另外，刀具形状测定装置24是在对刀具5摄像的图像中刀具5的背景变亮、另一方面刀具5变暗的背光方式。

本实施方式的机床1具备控制机床1的控制装置27。控制装置27例如由具备经总线相互连接的cpu(centralprocessingunit，中央处理单元)、ram(randomaccessmemory，随机存取存储器)及rom(readonlymemory，只读存储器)等的演算处理装置构成。控制装置27作为对由摄像装置摄像的图像进行解析的刀具形状测定装置24的控制装置发挥功能。另外，控制装置27控制对刀具5进行摄像的摄像装置及刀具更换装置40。摄像装置包括照相机25。照相机25能够采用ccd(chargecoupleddevice，电荷耦合装置)照相机等可对摄像的图像进行图像处理的任意的照相机。

控制装置27从刀具5的图像算出刀具的形状。向控制装置27输入由照相机25摄像的图像。控制装置27例如将被输入的图像二值化。控制装置27计量与刀具相当的部分和与刀具以外的部分相当的部分的像素数量。而且，控制装置27基于与刀具相当的部分的像素数量算出刀具的形状。刀具的形状包括刀具长度、刀具径等。控制装置27基于算出的刀具的形状判断刀具的完好无损性。例如，判断刀具5是否破损。

摄像装置在刀具收容室62的内部对被配置在预先确定的摄像位置的刀具5进行摄像。本实施方式的照相机25被配置成在刀具5被配置在待机位置时对刀具5进行摄像。另外，作为摄像位置，不限于待机位置，能够设定在任意的位置。摄影装置例如能够对加工刚刚完了后的刀具进行摄影。或者，摄影装置能够对下次使用的刀具进行摄影。

本实施方式的快门52作为反射体发挥功能，所述反射体在从照相机25朝向被配置在待机位置的刀具5的方向，相对于刀具被配置在照相机25的相反侧。快门52在从照相机25看时被配置在刀具5的后侧。照相机25在待机位置对刀具5进行了摄像时，被配置在图像的刀具的背景的大致整体成为快门52的位置。快门52被配置在与将照相机25和被配置在待机位置的刀具5连结的直线交叉的位置。刀具5被配置在快门52和照相机25之间。

快门52具有将光反射的反射面52a。反射面52a被形成为使光散射。在本实施方式中，在快门52的面积成为最大的面积最大面中的朝向刀具收容室62的内部的表面相当于反射面52a。在本实施方式的快门52中，反射面52a被进行了涂饰。

作为反射体，不限于此，只要被形成为使入射的光的至少一部分散射就没有问题。即，反射体若没有将入射的光的大致整体向一个方向反射的镜面特性，则是怎样的部件都没有问题。例如，反射体即使表面未被涂饰，而金属的表面露出也没有问题。另外，作为反射体，能够由任意的材质形成。在对反射体的表面进行涂饰的情况下，也能够采用任意的颜色。特别是，在各种涂饰中的用于机床的板金罩的内壁面的亮灰色的那样的明度高的亚光涂饰是有效的。

刀具形状测定装置24具备朝向快门52照射光的作为光源的照明装置26。本实施方式的照明装置26是led(lightemittingdiode，发光二极管)照明。快门52为了在反射面52a中使光散射，由照明装置26照射的光的一部分朝向照相机25。这样，本实施方式的刀具形状测定装置24不是直接照刀具5的直接照明方式，而是采用了由进行了反射的扩散反射光照刀具5的间接照明方式。照明装置26被配置成由快门52的反射面52a反射的扩散反射光对刀具比刀具的背景暗的图像进行摄像。

控制装置27例如由照明装置26进行短时间的照射，并且对刀具5进行摄像。在本实施方式中，由照明装置26照射光的时间为15ms左右。另外，作为照明装置26，例如能够使用在离开照明装置26一米的位置成为1300勒克司的亮度的led照明。

参照图2，在从照相机25将配置在待机位置的刀具5投影到快门52时，能够确定投影区域pr。另外，在由照明装置26照快门52时，能够确定光主要照到的照射区域lr。优选照射区域lr大到将投影区域pr包括在内部。

图4是表示由本实施方式中的摄像装置对刀具进行了摄像时的图像的例子。在图4所示的例子中，使用与刀具对应的探头6。在对刀具进行了摄像时，刀具的部分整体变黑。与此相对，刀具的背景因反射体的扩散反射光而变亮。这样，摄像装置对与刀具的背景相比刀具变暗的图像进行摄像。例如，在照明装置发光的光的颜色为白色的情况下，刀具的背景变白，刀具变黑。控制装置能够使用这样的图像算出刀具的形状。

在这里，在直接照刀具的方法中，在刀具的整体亮的状态下对刀具进行摄像。但是，若直接照刀具，则存在光在刀具的一部分中强烈反射的情况。此结果，刀具的一部分变亮了，存在刀具的整体的形状模糊了的情况。与此相对，在本实施方式的背光方式中，刀具的部分变暗。因为不存在刀具的一部分变亮的情况，所以能够精度良好地测定刀具的形状。

参照图1到图3，优选照明装置26具有由照相机25进行了摄像的刀具的整体变黑的辉度。即，优选照明装置26是产生刀具的整体变黑的辉度的亮的光源。根据此结构，摄像的图像中的刀具的形状变得明确，能够更正确地测定刀具的形状。

进而，刀具形状测定装置24通过由快门52反射的扩散反射光进行摄像。若驱动机床1，则存在细的切屑、供给到滑动部的润滑油或冷却剂等异物附着在快门52的反射面52a上的情况。然而，由于细的切屑等异物由表面反射光，所以作为反射体的一部分发挥功能。因此，具有异物难以映现在刀具的背景中这样的特征。即，刀具形状测定装置24能够减少切屑等成为影子而黑的物体映现在刀具的背景中的情况。此结果，能够正确地测定刀具的形状。

刀具形状测定装置24，其反射光的反射体由快门52构成。快门52在更换刀具时，在箭头90所示的方向移动(参照图3)。即使大的异物附着在快门52的反射面52a上的情况下，大的异物也会在快门52移动的同时落下。因此，能够抑制异物映现在进行了摄像的图像的刀具的背景中的情况。

另外，本实施方式的快门52的反射面52a在铅直方向延伸。即，快门52以直立的状态被支承在隔壁51上。因此，具有如下的特性：即使异物附着在快门52的反射面52a上，异物也因重力的作用而容易落下。这样，优选反射体被配置成反射面直立。

进而，刀具形状测定装置24具备作为除去部件的刷子28，作为除去部件的刷子28被形成为与快门52的反射面52a接触，将附着在反射面52a上的异物除去。刷子28被形成为棒状。刷子28在相对于箭头90所示的快门52的移动方向垂直的方向延伸。刷子28在y轴方向延伸。刷子28的长度比快门52的y轴方向的长度长。刷子28在与快门52的移动方向垂直的方向，具有与从快门52的一方的端部到另一方的端部接触的长度。

在更换被装配在主轴4上的刀具5和被保管在刀具库41中的刀具5时，快门52在箭头90所示的方向移动，并且刷子28在快门52的反射面52a上滑动，将异物除去。这样，通过设置刷子28，即使不具备仅用于将异物除去的专用的刷子驱动机构，也能够将附着在快门52的反射面52a上的异物除去。特别是，刷子28能够将大的异物除去。

用于将异物除去的除去部件不限于刷子，能够采用将附着在反射面上的异物除去的任意的部件。例如，作为除去部件，能够采用由橡胶形成的唇式密封件。唇式密封件具有呈棒状地延伸的橡胶板。在快门移动的同时，橡胶板在反射面上滑动，由此，能够将附着在快门的反射面上的异物除去。另外，在本实施方式中，反射体移动，另一方面，除去部件被固定，但不限于此方式，只要除去部件被形成为相对于反射体可相对地移动就没有问题。例如，除去部件被形成为可移动就没有问题。

照明装置26除采用led照明以外，也能够采用任意的照明。作为照明装置26，通过采用led照明，能够在短时间内使辉度变高。因此，能够使摄像所需要的时间变短。另外，led照明与其它的照明装置相比，能够使照明装置成为小型。

优选照明装置26被配置在切屑等难以附着的位置。例如，优选照明装置26被配置成背面与刀具库41相向。或者，优选照明装置26包括将附着在发光的表面上的异物除去的装置。作为将异物除去的装置，例如能够例示将清洗液向照明装置26的表面喷射的装置。另外，优选照相机25被配置在比进行摄像时的刀具5的摄像位置高的位置。虽然存在在加工室内附着在刀具5上的异物在摄像位置的附近从刀具5落下的危险，但根据此结构，能够抑制异物附着在照相机25的镜头的表面上。另外，反射体被配置在比刀具5的摄像位置低的位置，即使从刀具5落下的异物附着，也如前述的那样，摄像装置能够良好地对刀具5进行摄像。

在图5中表示本实施方式中的第二机床的示意图。图5是刀具收容室62的局部的示意剖视图。第二机床7具备第二刀具形状测定装置31。刀具形状测定装置31的反射体由被配置在刀具收容室62的底部的油盘53构成。油盘53被形成为板状。油盘53具有由表面接受从被配置在刀具收容室62中的装置落下的切屑、润滑油及冷却剂等异物并使之流向规定的位置的功能。刀具形状测定装置31将照相机25配置成从铅直方向的上侧对被配置在待机位置的刀具5进行摄像。在刀具形状测定装置31中，油盘53的上面成为反射光的反射面53a。照明装置26照射油盘53的反射面53a的一部分，以便刀具5的背景变亮。

冷却剂等液体在油盘53的反射面53a上流动。液体具有由表面使光散射的特性。因此，即使液体存在于光照到的照射区域lr中，此液体也具有难以映现在刀具的背景中这样的特性。此结果，即使在液体在油盘53的表面上流动的情况下，也能够良好地对刀具进行摄像。另外，如前所述，在本实施方式中，因为使用反射光进行摄像，所以也能够抑制关于小的异物的影响。

另外，机床7具备使清洗液向油盘53的反射面53a流动的清洗液供给装置。清洗液供给装置包括清洗液喷嘴29。从清洗液喷嘴29供给的清洗液，如箭头92所示，由油盘53的梯度流动。清洗液清洗反射面53a。因此，也能够将残存在油盘53的反射面53a上的大的异物除去。另外，在配置了清洗液供给装置的情况下，即使不配置将附着在油盘53的反射面53a上的异物除去的除去部件也没有问题。

另外，刀具形状测定装置31具备多个照明装置26。光源具有被配置在相互不同的位置的第一光源和第二光源。通过配置多个照明装置26，能够从多个方向照射反射体。此结果，能够抑制产生大的异物的影子。在图像中，能够抑制黑的物体映现在刀具的背景中。或者，通过配置多个照明装置26，能够使图像的刀具的背景变亮，在图像中，能够抑制刀具的背景中产生的颜色不均等。此结果，能够正确地测定刀具的形状。其它的结构、作用及效果，由于与第一机床同样，所以这里不再反复说明。

图6是表示具备本实施方式的第三刀具形状测定装置的第三机床的示意剖视图。前述的机床是主轴4在水平方向延伸的卧式。第三机床8是立式的机床。机床8具备直立设置在床身12的表面上的立柱16。立柱16经鞍部17支承主轴头3。在图6所示的例子中，鞍部17被形成为在铅直方向移动。配置在主轴头3的内部的主轴4被形成为在铅直方向延伸。

机床8具备第二刀具更换装置55。刀具更换装置55具备圆板状的刀具库41。刀具5经刀具保持架45保持在刀具库41中。刀具更换装置55包括在刀具库41和刀具更换臂43之间移动刀具的刀具移动部件。在刀具更换装置55中，刀具更换臂43在水平方向延伸。而且，刀具更换臂43在水平面内旋转。刀具更换臂43将刀具5从主轴4拆下或将刀具5向主轴4安装。另外，刀具更换臂43将刀具5从刀具移动部件拆下或将刀具5向刀具移动部件安装。

在机床8中，形成了由挡板54包围的加工室61。在工作台14的上方形成了隔壁51。由被隔壁51分隔的空间构成了刀具收容室62。在隔壁51上配置了用于开闭开口部51a的快门52。快门52被配置成在水平方向延伸。而且，在机床8中，快门52在水平方向移动。

机床8具备第三刀具形状测定装置32。照明装置26被配置在快门52的侧方。另外，照相机25对被安装在刀具库41中的刀具5进行摄像。照相机25被配置成对配置在规定的摄像位置的刀具5进行摄像。刀具形状测定装置32，例如能够在加工结束后刀具5返回到刀具库41来时进行摄像。

这样，本发明的刀具形状测定装置也能够适用于立式的机床。另外，即使作为反射体的快门被配置成在水平方向延伸也没有问题。另外，即使摄像装置在刀具被保持在刀具库中的状态下进行摄像也没有问题。其它的结构、作用及效果，由于与第一机床或第二机床同样，所以这里不再反复说明。

上述的实施方式能够适宜地组合。在上述的各图中，对相同或相等的部分附加了相同的符号。另外，上述的实施方式是例示，不限定发明。另外，在实施方式中，包括权利要求书所示的方式的变更。

符号的说明

1、7、8：机床；5：刀具；24、31、32：刀具形状测定装置；25：照相机；26：照明装置；27：控制装置；28：刷子；51：隔壁；52：快门；52a：反射面；53：油盘；53a：反射面；61：加工室；62：刀具收容室。