CN111721196A

CN111721196A - 磨耗量测量装置以及磨耗量测量方法

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Publication number: CN111721196A
Application number: CN202010186184.0A
Authority: CN
Inventors: 手岛俊行; 丰田千惠
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2040-03-17
Also published as: US20200300758A1; JP2020153730A; JP2024026482A; CN111721196B; JP7564933B2; US11162899B2; DE102020107274A1

Abstract

本发明提供能够高精度地自动测量刀具的刀尖的磨耗量的磨耗量测量装置以及磨耗量测量方法。磨耗量测量装置具有光源(1)、照相机(2)和运算部(3)。刀具(4)配置于工作台(5)上，被调整为来自光源(1)的光照于刀具(4)的刀尖。光源(1)、照相机(2)以及刀具(4)的位置关系被设定为，在取代刀具(4)配置有替代刀具(7)时，光源(1)与照相机(2)的配置相对于替代刀具(7)的磨耗面(7a)成为正反射的关系。由于光源、照相机以及替代刀具的位置关系如上述那样设定，所以光源、照相机以及刀具的位置关系被设定为光源与照相机的配置相对于刀具的磨耗面成为正反射的关系或者与之接近的关系。

Description

磨耗量测量装置以及磨耗量测量方法

技术领域

本发明涉及测量刀具的磨耗量的磨耗量测量装置或磨耗量测量方法。

背景技术

作为测量磨削刀具等的刀尖的磨耗量的方法，公知通过拍摄刀尖并解析其图像数据来计算磨耗量的方法。

在专利文献1中，记载了将照相机配置于与刀尖正对的位置，通过同轴反射方式、小型环形灯进行刀尖的照明，在该状态下拍摄刀尖，根据拍摄到的图像数据测量磨耗量。另外，针对磨耗量的测量，记载为通过将图像数据二值化或者多值化求出切削刃的退刀面的磨耗宽度来进行。

在专利文献2中，记载了一种方法，根据拍摄刀具的刀尖得到的图像，提取成为测量磨耗量时的基准的刀尖部轮廓线。具体而言，如以下那样进行提取。首先，根据拍摄刀具的刀尖得到的图像，提取与刀尖方向交叉的三根以上的取出线。接下来，对该取出线上的线像素数据微分，求出刀具刀尖部与背景部的边界候补点，从各边界候补点的组合中选择最位于直线上的点的组合，将它们作为刀尖部的引导直线。接下来，求出拍摄刀具的刀尖得到的图像的微分图像。微分方向是刀尖方向。接下来，通过提取在引导直线附近微分图像的微分值较大的像素并将该像素连结，提取刀尖部轮廓线。

专利文献1：日本特开平8－257876号公报

专利文献2：日本特开平11－351835号公报

但是，在专利文献1中，磨耗面比正常面暗地映现，难以仅选择性地检测磨耗面。因此，在专利文献1的方法中，不容易自动测量磨耗量。

另外，在专利文献2中，在想要自动测量磨耗量时，在刀具刀尖的图像中磨耗面比正常面稍暗地映现，由此认为能够检测磨耗量。但是，磨耗面与正常面的边界不明确，不一定能够找到成为用于测量磨耗量的基准的刀尖部轮廓线。因此，难以高精度地检测磨耗量。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供能够高精度地自动测量刀具的刀尖的磨耗量的磨耗量测量装置以及磨耗量测量方法。

本发明是一种磨耗量测量装置，具有：光照射部，其将光照射于具有磨耗面的被测定物；拍摄部，其拍摄被测定物；以及运算部，其根据通过拍摄部得到的图像确定被测定物的磨耗面来计算磨耗量，上述磨耗量测量装置的特征在于，光照射部、拍摄部以及被测定物的位置关系被设定为，在取代被测定物而配置了具有磨耗面的替代被测定物时，光照射部与拍摄部的配置相对于替代被测定物的磨耗面成为正反射的关系，运算部根据图像的亮度的不同确定磨耗面来计算磨耗量。

在本发明的磨耗量测量装置中，也可以还具有进行减少光照射部相对于上述被测定物以及上述替代被测定物的预设角的控制的预设角调整部。容易如上述那样设定光照射部、拍摄部以及被测定物的位置关系。

在本发明的磨耗量测量装置中，也可以为，具有多个光照射部，根据各光照射部每个，光照射部、拍摄部以及被测定物的位置关系被设定为，在取代被测定物而配置了具有磨耗面的替代被测定物时，光照射部与拍摄部的配置相对于替代被测定物的磨耗面成为正反射的关系，并且被配置为来自各光照射部的光相对于替代被测定物的磨耗面的入射角彼此不同。即便在磨耗面由多个角度构成时，也能高精度地确定磨耗面。

另外，本发明是一种磨耗量测量方法，将光照射于具有磨耗面的被测定物，拍摄被测定物，根据通过拍摄得到的图像确定被测定物的磨耗面来计算磨耗量，上述磨耗量测量方法的特征在于，光的照射方向与拍摄方向的关系成为，在取代被测定物而配置了具有磨耗面的替代被测定物时，光的照射方向与拍摄方向相对于替代被测定物的磨耗面成为正反射的关系，根据图像的亮度的不同确定磨耗面来计算磨耗量。

在本发明的磨耗量测量方法中，也可以为，为了替代被测定物的磨耗面被拍摄得亮，通过逐渐减少照射的光的预设角反复调整光的照射方向与拍摄方向而调整为光的照射方向与拍摄方向相对于替代被测定物的磨耗面成为正反射的关系。

在本发明的磨耗量测量方法中，从多个方向对被测定物照射光，根据各照射方向每个，光的照射方向与拍摄方向的关系成为，在取代被测定物而配置了具有磨耗面的替代被测定物时，光的照射方向与拍摄方向相对于替代被测定物的磨耗面成为正反射的关系，来自各照射方向的光相对于替代被测定物的磨耗面的入射角彼此不同。即便在磨耗面由多个角度构成时，也能高精度地确定磨耗面。

【发明效果】

根据本发明，能够高精度地确定被测定物的磨耗面来自动测量磨耗量。

附图说明

图1是表示实施例1的磨耗量测量装置的结构的图。

图2是表示预设角调整部6的结构的图。

图3是表示光源1、照相机2、替代刀具7的配置关系的图。

图4是表示产生磨耗的刀具4的一个例子的图。

图5是拍摄产生磨耗的立铣刀的刀尖得到的照片。

图6是表示实施例2的磨耗量测量装置的结构的图。

图7是示意地表示在对产生磨耗的滚刀的刀尖进行了拍摄时磨耗面附近的状态的图。

图8是表示预设角的定义的图。

附图标记说明：

1…光源；2…照相机；3…运算部；4…刀具；5…工作台；6…预设角调整部；7…替代刀具。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的具体实施例，但本发明不限定于实施例。

【实施例1】

图1是表示实施例1的磨耗量测量装置的结构的图。实施例1的磨耗量测量装置是测量刀具4的刀尖的磨耗量的装置。如图1所示，实施例1的磨耗量测量装置具有光源1、照相机2和运算部3。光源1相当于本发明的光照射部，照相机2相当于本发明的拍摄部。另外，作为被测定物的刀具4配置于工作台5上，以能够旋转、直动的方式支承着刀具4。通过工作台5调整刀具4的位置、姿势(角度)而调整为来自光源1的光照于刀具4的刀尖。

图4是表示刀具4的刀尖产生磨耗的状态的一个例子。如图4所示，因刀尖的磨耗产生磨耗面4a。在图4中，虚线表示磨耗前的刀尖棱线。磨耗面4a具有与构成刀尖的其他面例如退刀面、前面不同的角度。在实施例1的磨耗量测量装置中，通过图像处理确定该磨耗面4a的范围来计算磨耗量。此外，在本说明书中提及的磨耗是指，不仅包含刀具4的刀尖因磨损而产生的磨耗，也包含因卷刃(缺口)、变形等而产生的磨耗，从而刀具4的刀尖成为形状与原来的形状不同的状态。

光源1是将光照射于刀具4的刀尖的装置。光源1的光的波长任意，只要是通过刀具4能够反射并且通过照相机2能够拍摄的波长带即可。另外，光源1的光使用发光面8具有适度大小的光。例如，使用光源1的预设角为5°以上15°以下的光源。如果预设角位于该范围，能够更高精度地进行刀具4的磨耗量的测量。这里，如图8所示，光源1相对于刀具4的预设角定义为将光源1的发光面8的中心轴设为L1，将L1与刀具4的交点设为P，将连结发光面8的端部与点P的直线设为L2，从而L1与L2所夹的角度。光源1相对于后述替代刀具7的预设角也同样定义。

在光源1的光放射侧附近设置有预设角调整部6。预设角调整部6是进行减少从光源1放射的光相对于刀具4以及替代刀具7的预设角的控制的装置。预设角调整部6用于调整后述光源1、照相机2以及刀具4的位置关系。

例如，如图2所示，预设角调整部6是使用具有直径比发光面小的开口部的圆筒11并通过圆筒11覆盖光源1的突出部来调整预设角的装置。另外，预设角调整部6也可以是光圈。

优选通过预设角调整部6能够将光源1的预设角的最小值设定为2°以下。调整后述光源1、照相机2以及刀具4的位置关系变得容易。

照相机2是通过透镜对来自刀具4的刀尖的反射光聚光之后使用CCD等拍摄元件进行拍摄从而获取数字图像数据的装置。

光源1、照相机2以及刀具4的位置关系被设定为，在取代刀具4配置有替代刀具7时，光源1与照相机2的配置相对于替代刀具7的磨耗面7a成为正反射的关系(参照图3)。即，光源1与照相机2配置为，来自光源1的光的照射方向相对于磨耗面7a所夹的角和照相机2的拍摄方向相对于磨耗面7a所夹的角相等。这里，替代刀具7是通过实际使用与刀具4同一种类的刀具等方法使刀尖磨耗而得的刀具，磨耗面7a的位置、范围、角度已知。磨耗面7a是因刀尖的磨耗而产生的面，是具有与构成刀尖的其他面(例如前面、退刀面)不同的角度的面。

此外，严格来说，光源1与照相机2的配置无需相对于替代刀具7的磨耗面7a成为正反射的关系，只要位于能够充分地高精度地确定刀具4的磨耗面4a的范围，允许从正反射的关系多少存在偏移。例如，也可以为，将来自光源1的光的放射方向相对于磨耗面7a所夹的角设为θ1，将照相机2的受光方向相对于磨耗面7a所夹的角设为θ2，0.9≦(θ2/θ1)≦1.1。

另外，在替代刀具7的磨耗面7a存在角度的偏差时，光源1与照相机2的配置相对于替代刀具7的磨耗面7a成为正反射的关系不能唯一确定。在这种情况下，只要磨耗面7a中的一部分区域处于成为正反射的关系即可。可以特别设定为成为正反射的区域尽可能宽。

由于光源1、照相机2以及替代刀具7的位置关系如上述那样设定，所以光源1、照相机2以及刀具4的位置关系被设定为，光源1与照相机2的配置相对于刀具4的磨耗面4a成为正反射的关系或者与此接近的关系。例如，以来自刀具4的磨耗面4a的光强度成为在被设定为光源1与照相机2的配置相对于替代刀具7的磨耗面7a成为正反射的关系时磨耗面7a的光强度的90％以上的方式，设定光源1、照相机2以及刀具4的位置关系。

运算部3与照相机2连接，通过照相机2拍摄到的刀具4的刀尖的数字图像数据被输入运算部3。运算部3是根据该图像数据计算磨耗量的装置。运算部3例如通过安装于计算机的应用程序来实现。磨耗量例如定义为磨耗面在与磨耗前的刀尖棱线正交的方向上的宽度的最大值。或者，也可以将因磨耗而减少的体积、质量定义为磨耗量。

接下来，说明使用实施例1的磨耗量测量装置的刀具4的刀尖的磨耗量的计算方法。

作为刀具4的磨耗量测量的事前准备，取代刀具4将替代刀具7配置于工作台5，调整光源1的配置。首先，固定照相机2的位置、姿势，通过工作台5调整替代刀具7的位置、姿势，从而调整为替代刀具7的刀尖位于照相机2的受光方向。为了在后工序中容易推断刀具4的刀尖棱线，可以以包含刀尖棱线的面(例如前面)与照相机2的受光方向成为平行的方式固定照相机2的姿势。接下来，将光源1的光照射于替代刀具7的刀尖。光源1的光的预设角预先设为最大。即，成为不用通过预设角调整部6调整预设角的状态。而且，通过照相机2拍摄替代刀具7的刀尖。这里，以替代刀具7的刀尖的磨耗面7a比构成刀尖的其他面亮的方式大致确定光源1的位置、姿势。

接下来，通过预设角调整部6稍微减小光源1的光的预设角。而且，通过照相机2拍摄替代刀具7的刀尖。以替代刀具7的刀尖的磨耗面比其他面亮的方式再次调整光源1的位置、姿势。

一边通过预设角调整部6逐渐减小光源1的光的预设角，一边反复调整上述光源1的位置、姿势，最终在通过预设角调整部6使光源1的预设角最小的状态下调整光源1的位置、姿势。由此，能够容易设定为光源1与照相机2相对于替代刀具7的磨耗面7a的配置关系相对于替代刀具7的磨耗面7a成为正反射的关系。

此外，在实施例1中，虽然照相机2的位置、姿势固定，仅调整了光源1的位置、姿势，但反过来也可以固定光源1的位置、角度，仅调整照相机2的位置、角度。另外，也可以调整光源1与照相机2双方的位置、角度。

另外，不一定需要如上述那样使用预设角调整部6来调整光源1、照相机2以及替代刀具7的配置关系，只要光源1与照相机2相对于替代刀具7的磨耗面7a的配置关系相对于替代刀具7的磨耗面7a成为正反射的关系，可以通过任意方法调整配置关系。

接下来，从工作台5取下替代刀具7，将实际测量磨耗量的刀具4配置于工作台5。此时，将刀具4的位置、姿势设定为与替代刀具7相同。另外，光源1、照相机2的位置、姿势不变更。因此，光源1与照相机2的配置关系相对于刀具4的磨耗面4a也成为正反射的关系或与之接近的关系。

光源1的预设角通过预设角调整部6适当地调整。通常，在刀具4的磨耗面4a存在角度的偏差，担忧在光源1的预设角最小的状态下，使磨耗面4a的范围比实际的范围窄地进行计算，从而无法充分确定磨耗面4a的范围。在这种情况下，通过预设角调整部6适当地调整光源1的预设角，能够充分确定磨耗面4a的范围。也可以不进行预设角调整部6对预设角的控制使其成为最大的预设角(光源1本身的预设角)。

接下来，通过照相机2拍摄刀具4的刀尖，通过运算部3对其图像数据进行图像处理，由此计算磨耗面4a。

这里，由于光源1、照相机2以及替代刀具7的位置关系被设定为，光源1与照相机2的配置相对于替代刀具7的磨耗面7a成为正反射的关系，所以光源1、照相机2以及刀具4的位置关系也成为光源1与照相机2的配置相对于刀具4的磨耗面4a成为正反射或与之接近的关系。

因此，来自光源1的光的大部分通过刀具4的磨耗面4a反射而向照相机2入射，刀具4的磨耗面4a被拍摄得亮。另一方面，通过构成刀具4的刀尖的其他面(未磨耗的面例如前面、退刀面)反射的光未向照相机2入射，其他面被拍摄得暗。因此，刀具4的磨耗面4a被拍摄得比其他面充分亮。

因此，能够通过简易的图像处理提取在图像数据上亮度的不同来确定刀具4的磨耗面4a，从而能够自动测量磨耗量。

例如，能够通过微分等图像处理提取亮度不同的分界线来确定磨耗面4a的分界线，由此能够确定磨耗面4a。而且，能够通过基于直线的拟合推断磨耗前的刀尖棱线，作为磨耗面4a在与刀尖棱线正交的方向上的宽度的最大值，计算磨耗量。另外，通过测量磨耗面4a内的亮度分布等，也能测量磨耗面4a的表面状态。

此外，在通过预设角调整部6减小光源1的预设角时，存在磨耗面4a的范围因磨耗面4a的角度偏差而被确定为比实际的范围小的情况。因此，也可以通过预设角调整部6逐渐减小光源1的预设角来计算磨耗面4a的范围的变化，将磨耗面4a的变化成为恒定时的磨耗面4a确定为刀具4的实际的磨耗面4a的范围。

以上，根据实施例1的磨耗量测量装置，能够将因刀具4的刀尖的磨耗而产生的磨耗面4a拍摄为比其他面亮，从而能够通过简易的图像处理确定磨耗面4a。因此，能够高精度地简易地自动测量刀具4的磨耗量。

接下来，说明使用实施例1的磨耗量测量装置拍摄刀具4的磨耗部分得到的结果。刀具4、替代刀具7为立铣刀。

图5是拍摄产生磨耗的刀具4的磨耗面4a得到的照片。图5中的(a)是使用实施例1的磨耗量测量装置并使光源1、照相机2、替代刀具7为正反射的配置来拍摄刀具4的磨耗面4a的情况，图5中的(b)是使光源1、照相机2、替代刀具7为不是正反射的配置来拍摄刀具4的磨耗面4a的情况。

如图5中的(a)所示，由于光源1、照相机2相对于刀具4的磨耗面4a处于正反射或者接近正反射的位置关系，所以磨耗面4a被拍摄得比构成刀尖的其他面亮。因此，能够通过简易的图像处理确定磨耗面4a的范围，从而能够实现磨耗量的自动测量。

另一方面，在图5的(b)中，由于光源1与照相机2的配置相对于刀具4的磨耗面4a不是正反射，所以构成刀尖的其他面被拍摄得比磨耗面4a亮，难以确定磨耗面4a。

【实施例2】

图6是表示实施例2的磨耗量测量装置的结构的图。如图6所示，在实施例2的磨耗量测量装置中，设置有两个实施例1的磨耗量测量装置中的光源1，在两个光源各自的光照射侧附近设置有预设角调整部6。其他结构与实施例1的磨耗量测量装置相同。以下，将两个光源1设为光源1A、1B。

光源1A、1B、照相机2、刀具4的配置关系被设定为光源1A、1B分别成为与实施例1相同的关系。即，光源1A、照相机2、刀具4的配置关系被设定为，在取代刀具4配置有替代刀具7时，光源1A与照相机2的配置相对于替代刀具7的磨耗面7a成为正反射的关系。另外，光源1B、照相机2、刀具4的配置关系被设定为，在取代刀具4配置有替代刀具7时，光源1A与照相机2的配置相对于替代刀具7的磨耗面7a成为正反射的关系。并且，被配置为来自光源1A的光相对于替代刀具7的磨耗面7a的入射角和来自光源1B的光的入射角不同。或者，也可以配置为入射面不同。

根据实施例2的磨耗量测量装置，能够与实施例1的磨耗量测量装置相同地通过简易的图像处理确定刀具4的磨耗面4a，从而能够高精度地简易地自动测量刀具4的磨耗量。并且，由于来自光源1A的光相对于替代刀具7的磨耗面7a的入射角和来自光源1B的光的入射角不同，所以即便在刀具4的磨耗面4a由角度不同的多个面构成时，也能高精度地测定磨耗面4a的范围。

此外，在实施例2的磨耗量测量装置中，虽然光源1的数量为两个，但也可以为三个以上。此时，可以配置为来自各光源1的光相对于替代刀具7的磨耗面7a的入射角彼此不同。但是，担忧若光源1的数量过多则难以将刀具4的磨耗面4a拍摄得比其他面充分亮。因此，优选光源1的数量为三个以下。

接下来，说明使用实施例2的磨耗量测量装置拍摄刀具4的磨耗部分得到的结果。刀具4、替代刀具7为滚刀。

图7是示意地表示在拍摄产生磨耗的刀具4的磨耗面4a时磨耗面4a附近的状态的图。图7中的(a)是使用实施例2的磨耗量测量装置，从两个光源1中的左侧的光源1照射光，从右侧的光源1未照射光进行了拍摄时的示意图。与图7中的(a)相反，图7中的(b)是从右侧的光源1照射光，从左侧的光源1未照射光进行了拍摄时的示意图。图7中的(c)是从两个光源1双方照射光进行了拍摄时的示意图。图7中的(d)是取代两个光源1使用同轴环形照明照射光进行了拍摄时的示意图。

如图7中的(a)所示可知，在仅照射有来自左侧的光源1的光时，刀具4的磨耗面4a中的左侧的区域被拍摄得比其他面亮，但刀具4的磨耗面4a中的右侧的区域暗，无法高精度地确定磨耗面4a。

另外，如图7中的(b)所示可知，在仅照射有来自右侧的光源1的光时，刀具4的磨耗面4a中的右侧的区域被拍摄得比其他面亮，但刀具4的磨耗面4a中的左侧的区域暗，无法高精度地确定磨耗面4a。

另外，如图7中的(c)所示，在从左右双方的光源1照射有光时，磨耗面4a的整个区域被拍摄得亮，刀尖的其他面被拍摄得暗。因此，能够通过简易的图像处理高精度地确定磨耗面4a整个区域，从而能够实现磨耗量的自动测量。

另外，如图7中的(d)所示，在使用同轴环形照明时，刀具4的磨耗面4a被拍摄得暗，退刀面前退刀面被拍摄得亮。因此，难以确定磨耗面4a。这是因为在使用同轴环形照明作为光源时，光源与照相机2的配置相对于刀具4的磨耗面4a没有成为正反射的关系。

此外，在实施例中，被测定物为刀具，但可以是任意刀具，例如，为了测量进行车削加工、齿轮刮削加工、倒角加工、钻孔加工的刀具等的磨耗量，能够利用本发明。另外，本发明不限定于测量刀具的磨耗量，能够测量磨耗的任意物的磨耗量。例如能够测定金属模的磨耗量等。

【工业上的可利用性】

本发明的磨耗量测量装置能够利用于刀具的磨耗量的预测、刀具替换时期的判断、刀具的磨耗面的表面状态的观察等。

Claims

1.一种磨耗量测量装置，其特征在于，具有：

光照射部，其将光照射于具有磨耗面的被测定物；

拍摄部，其拍摄所述被测定物；以及

运算部，其根据通过所述拍摄部得到的图像确定所述被测定物的所述磨耗面来计算磨耗量，

其中，

所述光照射部、所述拍摄部以及所述被测定物的位置关系被设定为，在取代所述被测定物而配置了具有磨耗面的替代被测定物时，所述光照射部与所述拍摄部的配置相对于所述替代被测定物的所述磨耗面成为正反射的关系，

所述运算部根据所述图像的亮度的不同确定所述磨耗面来计算磨耗量。

2.根据权利要求1所述的磨耗量测量装置，其特征在于，

所述磨耗量测量装置还具有进行减少所述光照射部相对于所述被测定物以及所述替代被测定物的预设角的控制的预设角调整部。

3.根据权利要求1或2所述的磨耗量测量装置，其特征在于，

所述磨耗量测量装置具有多个所述光照射部，根据各所述光照射部每个，所述光照射部、所述拍摄部以及所述被测定物的位置关系被设定为，在取代所述被测定物而配置了具有磨耗面的替代被测定物时，所述光照射部与所述拍摄部的配置相对于所述替代被测定物的磨耗面成为正反射的关系，

来自各所述光照射部的光相对于所述替代被测定物的所述磨耗面的入射角配置为彼此不同。

4.一种磨耗量测量方法，其特征在于，

将光照射于具有磨耗面的被测定物，拍摄所述被测定物，根据通过拍摄得到的图像确定所述被测定物的所述磨耗面来计算磨耗量，

其中，

光的照射方向与拍摄方向的关系成为，在取代所述被测定物而配置了具有磨耗面的替代被测定物时，光的照射方向与拍摄方向相对于所述替代被测定物的所述磨耗面成为正反射的关系，

根据所述图像的亮度的不同确定所述磨耗面来计算磨耗量。

5.根据权利要求4所述的磨耗量测量方法，其特征在于，

为了所述替代被测定物的所述磨耗面被拍摄得亮，通过逐渐减少照射的光的预设角反复调整光的照射方向与拍摄方向，从而调整为光的照射方向与拍摄方向相对于所述替代被测定物的所述磨耗面成为正反射的关系。

6.根据权利要求4或5所述的磨耗量测量方法，其特征在于，

从多个方向对被测定物照射光，根据各照射方向每个，光的照射方向与拍摄方向的关系成为，在取代所述被测定物而配置了具有磨耗面的替代被测定物时，光的照射方向与拍摄方向相对于所述替代被测定物的所述磨耗面成为正反射的关系，

来自各照射方向的光相对于所述替代被测定物的所述磨耗面的入射角彼此不同。