JP2000000047U - 切削工具の検査装置。 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 切削工具の被測定位置で集束し測定方向に直
交する方向にのみ一直線状の光を得て、種々の測定を高
精度かつ短時間で行なうことができるようにする。 【構成】 発光部２１からの光線を測定位置で測定方向
に直交する方向のみに集束した一直線状の放射光を形成
するレンズ系２３と、このレンズ系２３により形成され
た照射光から放射される放射光の照射領域内に配置され
ていて、切削工具（被測定物Ｍ）の被検査部位を介して
受光する１個のフォトダイオード２５ａを備え、フォト
ダイオード２５ａの上記被検査部位の状態に関連する光
量検出信号を基に最大値保持回路３０ｂ，３０ｃにより
二つの最大値保持信号を得、これらの最大値保持信号を
減算回路３２ａにより減算処理して上記被検査部位の振
れ量を算出する振れ測定部Ｂにより構成されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はドリルやリーマ等の切削工具の検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、切削工具の刃部に欠損等の異常があるかどうか、刃部の外径が所定寸 法に形成されているかどうか、または工具使用時に振れがあるかどうかを検査す るために、画像処理装置が利用されている。そして、切削工具の外径寸法を測定 するための検査装置としては、例えば図１１に示されているものが知られており 、１は発光部である発光ダイオード（ＬＥＤ）、２はコリメートレンズ、３は受 光部であるＣＣＤ（電荷結合素子）を用いたリニアイメージセンサ、４は被測定 物である工具であって、これらによって光学系が構成される一方、５は発光部駆 動回路、６は発信回路、７は分配回路、８はカウンタ、９は表示回路であって、 これらによって測定処理部１０が構成される。

【０００３】 発光部１は発光部駆動回路５によって駆動され、この発光部１から出た光はコ リメートレンズ２を通り、出力分布の均一な平行光線となる。この平行光線は被 測定物４によって生ずる暗の部分と明の部分に分かれ、受光部３であるイメージ センサの受光面に暗部ＤＫと明部ＬＴを写し出す。受光部３は空間的な明暗の光 学情報を時系列の電気信号に変換する。受光部３に写し出された影の部分である 暗部ＤＫの画素数を電気的にカウントして画素ピッチで換算すると、被測定物４ の外径値になり、外径（μｍ）＝影の部分の画素数×画素ピッチ（μｍ）となる 。実際には、被測定物４は回転しているので、その刃部を検出することにより外 径を測定する。電気的には計数値の最大値を保持することにより測定する。

【０００４】 一方、被測定物の振れ測定には静電容量式と磁気式が主に使用されているが、 ここでは静電容量式を例にとって説明する。図１２は静電容量式の検査装置を示 すもので、ゲージピン（丸棒）１１と変換器１２の電極１３との間の静電容量Ｃ はその距離ｄの関数Ｃ＝ｆ（ｄ）となる。変換器１２は静電容量Ｃを時系列の関 数信号Ｃ（ｔ）に変換し、これを時間的に記憶して順次変換回路１４に入力する 。変換回路１４は関数信号Ｃ（ｔ）を距離ｄの関数信号ｄ（ｔ）に変換する。こ の関数信号ｄ（ｔ）には図１３に示すように最大値ｄｍａｘと最小値ｄｍｉｎが 存在し、最大値ｄｍａｘは最大値保持回路１５によって保持される一方、最小値 ｄｍｉｎは最小値保持回路１６によって保持される。減算回路１７は最大値ｄｍ ａｘと最小値ｄｍｉｎによる減算を行ない、振れ量（ｄｍａｘ−ｄｍｉｎ）を算 出する。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

図１１に示す従来の検査装置では、受光部３がＣＣＤを用いたリニアイメージ センサであるため、検出信号が時系列に出力され、データの取出し時間が長くな る（例えば数ｍｓｅｃ）。したがって、高速回転する工具の外径測定は不可能で あり、また、分解能は光学系の倍率とＣＣＤの画素ピッチに依存するため、高分 解能に欠けるという問題があった。更に、図１２に示す従来の検査装置では、測 定原理上、ゲージピン１１と変換器１２との距離が小さくなるために変換器１２ の設置が難しく、時間がかかると共に、ドリル類を使用した振れを測定すること ができないという問題があった。

【０００６】 一方、本考案者等の知見によれば、ドリルのように軸方向に外径値が変化して いる形状の被測定物の外径測定は、軸方向の位置により外径が異なるので、基本 的には、外径の変化値が要求される測定分解能より小さくなる軸方向の範囲の位 置で測定することが必要である。若し、軸方向の範囲が広く外径の測定変化値が 測定分解能より大きい場合は、軸方向範囲内での外径の測定変化値を平均化した 値となり、外径測定値の測定精度が悪くなるので、これを解決するためには、測 定位置で軸方向の幅をできるだけ狭くした、一直線状に集束した測定媒体を利用 することが有効であると思考される。

【０００７】 本考案は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その目的は特定のレン ズ系によって発光部からの光線を測定位置で集束し、測定方向に直交する方向の みに一直線状の照射光を得、この照射光に関連した光量を受光部である１個のフ ォトダイオードで検出し、この光量検出信号を用いて演算処理することにより、 切削工具の測定、特に刃部の振れ量の測定を可能にすることである。また、本考 案の他の目的は上記受光部を２個のフォトダイオードにより構成し、各フォトダ イオードの光量検出信号を用いて演算処理することにより、切削工具、特に軸方 向に外径値が変化する工具の外径測定や先端部検出を高精度に行なうことができ 、かつ、測定時間を大巾に短縮できるように改良した切削工具の検査装置を提供 することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、請求項１の考案に係る切削工具の検査装置は、光 源である発光部からの光線を測定位置で測定方向に直交する方向のみに集束した 一直線状の照射光を形成するレンズ系と、このレンズ系により形成された照射光 から放射される放射光の照射領域内に配置されていて、切削工具の被検査部位を 介して受光する１個のフォトダイオードを備え、このフォトダイオードの上記被 検査部位の状態に関連する光量検出信号を基に複数の最大値保持信号を得、これ らの最大値保持信号を減算処理して上記被検査部位の振れ量を算出する振れ測定 部によって構成されている。

【０００９】 また、請求項２の考案に係る切削工具の検査装置は、光源である発光部からの 光線を測定位置で測定方向に直交する方向のみに集束した一直線状の照射光を形 成するレンズ系と、このレンズ系により形成された照射光から放射される放射光 の照射領域内に分離して配置されていて、切削工具の被検査部位を介して受光す る２個のフォトダイオードを備え、この２個のフォトダイオードの上記被検査部 位の状態に関連する各光量検出信号を加算して最大値保持信号を得、この最大値 保持信号を基に上記被検査部位の外径を測定する外径測定部によって構成されて いる。

【００１０】 更に、請求項３の考案に係る切削工具の検査装置は、上記請求項２の考案での 外径測定部に代えて、２個のフォトダイオードの各光量検出信号を加算して加算 信号を得、この加算信号を所定レベルの基準信号と比較演算して切削工具の先端 部を検出する先端測定部によって構成されているものである。

【００１１】

【作用】

発光部からの光線はレンズ系により測定位置で集束し、測定方向に直交する方 向のみに一直線状の照射光が得られ、この照射光から放射される放射光は受光部 であるフォトダイオードに照射される。ここで、放射された上記光の照射領域内 に切削工具の被検査部位が存在していると、受光部には暗部と明部が写し出され る。受光部ではこれらの暗部と明部を１個又は２個のフォトダイオードが検出し て光量検出信号が出力され、各々の測定部はその光量検出信号を基に各種の演算 処理を実行し、切削工具の外径や振れ量等各種の検査が実行される。

【００１２】

【実施例】

以下に、本考案の実施例を図１〜図１０を参照しながら説明する。先ず、本発 明の実施例を示す図１のブロック図及び図２の斜視図において、２１は光源であ る発光部（発光ダイオード）で、この発光部２１の光路上に絞り２２が設けられ ている。２３はレンズ系であって、絞り２２を介して発光部２１からその焦点距 離だけ離間して設置されたレンズ（球面レンズ）２４ａと、これと対向して設置 されたレンズ（円筒形レンズ）２４ｂから構成されている。

【００１３】 そして、発光部２１からの光は絞り２２のスリット２２ａを通って楕円状の放 射光束Ｌ_１となり、この放射光束Ｌ_１２レンズ２４ａを経て楕円状の平行光束Ｌ_２ になる。平行光束Ｌ_２はレンズ２４ｂによって被測定物Ｍの軸方向のみに集束 され、集束光Ｌ_３になると共に、レンズ２４ｂの焦点距離位置に測定方向に直交 する方向のみに集束（結像）されて一直線状の照射光（直線焦点光）Ｌ_０が形成 され、さらに照射光Ｌ_０から放射して放射光Ｌ_４が形成される。

【００１４】 ２５はレンズ系２３の後方に所定距離だけ離間して設置された受光部であって 、この受光部２５は、レンズ系２３による照射領域内に分離して設けられ電気的 に並列に接続されている、第１のフォトダイオード２５ａと第２のフォトダイオ ード２５ｂからなり、レンズ系２３と受光部２５により光学系２０を構成してい る。なお、２６はレンズ系２３の照射領域内に設置されたフォトセンサ、２７は フォトセンサ２６の光量検出信号を入力として発光部２１の発光量を一定に調整 する光量制御回路である。

【００１５】 そして、図１において、２８ａは第１のフォトダイオード２５ａ（以下、単に フォトダイオード２５ａという）の光量検出信号を増幅する第１のアンプ、２８ ｂは第２のフォトダイオード２５ｂ（以下、単にフォトダイオード２５ｂという ）の光量検出信号を増幅する第２のアンプ、２９は光量検出信号Ｓ_１とＳ_２を入 力とする加算回路、３０ａは加算回路２９の加算信号Ｓ_３を入力として、この加 算信号Ｓ_３の最大値を保持（記憶）する最大値保持回路、３３ａは最大値保持信 号Ｓ_４をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路 ）、３４ａはＡ／Ｄ変換回路３３ａのデジタル出力信号を入力として被測定物Ｍ の外径を表示する外径表示器であって、これらの部材により外径測定部Ａが構成 される。

【００１６】 また、３０ｂ，３０ｃは一方のフォトダイオード２５ａからの光量検出信号Ｓ_１ を入力とし、その複数（図示の場合は二つ）の最大値保持信号を保持する最大 値保持回路、３２ａは最大値保持回路３０ｂ，３０ｃの最大値保持信号Ｓ_５とＳ_６ を入力として減算を行なう減算回路、３３ｂは減算回路３２ａの減算信号Ｓ_７ をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、３４ｂはＡ／Ｄ変換回路３３ｂのデ ジタル出力信号を入力として振れ量を表示する振れ量表示器であって、これらの 部材により振れ測定部Ｂが構成される。

【００１７】 更にまた、前述した加算回路２９の加算信号Ｓ_３を入力し、これを基準信号と 比較する比較回路３５を設けてあり、３６は比較回路３５の比較信号Ｓ_１２を基 にドリルの高さを表示する表示回路であり、これらの加算回路２９、比較回路３ ５及び表示回路３６により切削工具の先端部を検出する先端（高さ）測定部Ｄが 構成される。

【００１８】 なお、前述したレンズ系２３と受光部２５を利用して、以下のように構成すれ ば、ゲージピン（丸棒を）の使用によりスピンドルの振れ量測定も可能である。 即ち、３２ｂは光量検出信号Ｓ_１とＳ_２を入力として、これらを減算する減算回 路、３０ｄは減算回路３２ｂの減算信号Ｓ_８を入力とし、この減算信号Ｓ_８の最 大値を保持する最大値保持回路、３１は減算信号Ｓ_８の最小値を保持する最小値 保持回路、３２ｃは最大値保持信号Ｓ_９と最小値保持信号Ｓ_１０を入力として、 これらの減算を行なう減算回路、３３ｃは減算回路３２ｃの減算信号Ｓ_１１をデ ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、３４ｃはＡ／Ｄ変換回路３３ｃのデジタ ル出力信号を入力として振れ量を表示する振れ量表示器で、これらの部材により ゲージピンの振れ測定部Ｃを構成できる。

【００１９】 光学系２０の動作原理として、図３に示すように照射光（図２の照射光Ｌ_０） から放射される放射光（図２の放射光Ｌ_４）がフォトダイオード２５ａ，２５ｂ に照射されている状態において被測定物Ｍが照射領域に挿入されると、被測定物 Ｍの部分は影になり、フォトダイオード２５ａ，２５ｂに暗部ＤＫ（明部はＬＴ で示す）として写し出され、その短絡電流Ｉはフォトダイオードの受光する光量 に比例する。ここで、平行光のパワーを一定と仮定し、被測定物がなく、フォト ダイオード２５ａ，２５ｂが全面受光するときの短絡電流をＩ_０とし、被測定物 が存在するときの短絡電流をｉとすると、図４に示すように（Ｉ_０−ｉ）はその 時の暗部ＤＫの大きさ（位置ｘ）に比例する。したがって、（Ｉ_０−ｉ）＝ｋ・ ｘ（ｋは比例定数）となり、被測定物Ｍの大きさ（位置ｘ）を測定でき、ｘ＝ｆ （ｉ）となる。

【００２０】 外径測定部Ａにおいて、光学系２０における受光部２５のフォトダイオード２ ５ａ，２５ｂの光量検出信号Ｓ_１とＳ_２を加算回路２９に入力すると、加算回路 ２９はこれらの信号Ｓ_１とＳ_２を加算し、その加算信号Ｓ_３を最大値保持回路３ ０ａに入力する。最大値保持回路３０ａは最大値保持信号Ｓ_４をＡ／Ｄ変換回路 ３３ａに入力し、この信号Ｓ_４をデジタル量に変換して外径表示器３４ａで被測 定物Ｍの外径をデジタル表示する。

【００２１】 ここで、被測定物Ｍとしてドリルを例にとると、フォトダイオード２５ａ，２ ５ｂは、図５に示すようにドリル４１の刃部４２と溝部を交互に検出する。フォ トダイオード２５ａ，２５ｂの出力は第１アンプ２８ａ及び第２のアンプ２８ｂ によって増幅され、それぞれ検出信号Ｓ_１とＳ_２となって、その波形は図示のよ うになる。光量検出信号Ｓ_１とＳ_２の波形において、山形はドリル４１の刃部４ ２を、谷部はドリル４１の溝部をそれぞれ検出しており、光量検出信号Ｓ_１とＳ_２ はドリル４１の左右各々の像に対応しているので、その量を加算回路２９によ って加算すればドリル４１の外径信号になる。

【００２２】 この外径信号を加算信号Ｓ_３とすると、加算信号Ｓ_３の波形において山部はド リル４１の刃部４２の刃ｋ_１とｋ_２を同時に検出しているときである。このとき の加算信号Ｓ_３の値を最大値保持回路３０ａで保持すると、その最大値保持信号 Ｓ_４はドリル４１の外径に相当する量になり、前述したように外径表示器３４ａ でドリル４１の外径を表示できることになる。

【００２３】 また、図１に示す切削工具の検査装置によれば、振れ測定はドリルを使用した 場合とゲージピン（丸棒）を使用した場合の２通りがあって、ゲージピンを使用 するとスピンドルの振れ量を測定でき、ドリルを使用するとスピンドルを含めた 総合的な刃部の振れ量測定ができるもので、それらの振れ量測定は前述した振れ 測定部Ｂ，Ｃによってそれぞれ実行される。

【００２４】 即ち、ドリルの刃部の振れ量測定の場合は、１個のフォトダイオードによる光 量検出信号を使用するもので、図６に示すように、センサ信号としてフォトダイ オード２５ａからの光量検出信号Ｓ_１をみると、一つおきに高さが変動している 。これはフォトダイオード２５ａがドリルの刃ｋ_１とｋ_２と対応しており、振れ 測定部Ｂにおいては最大値保持信号Ｓ_５で刃ｋ_１の信号を保持し、最大値保持信 号Ｓ_６で刃ｋ_２の信号を保持する。これらの最大値保持信号Ｓ_５，Ｓ_６の差を減 算回路３２ａで算出すると減算信号Ｓ_７が得られ、この減算信号Ｓ_７がドリルの 振れ量となるもので、減算信号Ｓ_７はＡ／Ｄ変換回路３３ｂでデジタル変換され 、振れ量表示器３４ｂでドリル刃部の振れをデジタル表示する。

【００２５】 次に、先端測定部Ｄによるドリル先端部の検出について説明する。ドリルで孔 をあける場合、孔あけ機の数値制御装置（ＮＣ）がドリルの先端位置を知る必要 がある。図９に示すように、ドリル４１の検出位置では照射光は一直線状（図９ では直線光として表示）になっており、ドリル４１を徐々に下降させたときのド リル先端部の検出は、前述したように外径信号（加算信号Ｓ_３）を比較回路３５ によって比較レベル（基準信号）と比較することにより行なうことができる。そ して、ドリル４１を下降させて行くときの状態は図１０に示されており、同図に 示すようにドリルの外径信号（Ｓ_３）が比較レベルを超えると、比較回路３５が 動作して比較信号Ｓ_１２を出力する。照射光は、前述したようにドリル４１を測 定する位置では一直線状になっているので、細いドリルから太いドリル（例えば ０．１〜６．５ｍｍ）の外径と振れ量を正確に測定することができると共に、そ の先端検出も可能となる。

【００２６】 なお、発光部２１からの光はレンズ２４ｂの焦点距離に置かれたドリルに径方 向の一直線状の光（照射光Ｌ_０）となって照射され（図２を参照）、ドリルの先 端や外径等は光の影を形成し、フォトダイオード２５ａ，２５ｂの位置では楕円 光になる。そして、フォトダイオード２５ａ，２５ｂは図８に示すようにドリル ４１の左右部の各々の像を検出する。

【００２７】 一方、振れ測定部Ｃによるゲージピンの振れ量測定では、フォトダイオード２ ５ａ，２５ｂから出力された光量検出信号Ｓ_１とＳ_２の差を減算回路３２ｂによ って算出すると、その減算信号Ｓ_８は、図７に示すようにゲージピンの位置信号 となる。この位置信号の最大値を最大値保持回路３０ｄで保持すると共に、最小 値を最小値保持回路３１で保持し、その最大値保持信号Ｓ_９と最小値保持信号Ｓ_１０ の差を減算回路３２ｃで算出する。そして、得られた減算信号Ｓ_１１はＡ／ Ｄ変換回路３３ｃによりデジタル変換され、振れ量表示器３４ｃでゲージピンの 振れをデジタル表示することができる。

【００２８】

【考案の効果】

本考案は上記の如くであって、レンズ系により測定位置で測定方向に直交する 方向のみに集束した一直線状の照射光を測定媒体としているので、軸方向に外径 寸法が変化するドリル等の測定を精度良く行なうことができ、また、受光部とし てＣＣＤリニアイメージセンサではなくフォトダイオードを用いているため、高 速で回転（例えば１２万ｒｐｍ）するドリルの測定が可能であり、分解能を高く でき、かつ測定を短時間で行なうことができる。更にまた、受光部を２個のフォ トダイオードによって構成し、両フォトダイオードの検出信号を演算処理するも のであるから、ドリルを始めとして回転中の工具の外径や振れ量及び、孔あけ機 等に必要な工具の先端検出が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示すブロック図である。

【図２】図１に示すものの光学系の斜視図である。

【図３】図１に示すものの光学系の動作原理図である。

【図４】図１に示すものの光学系の動作特性図である。

【図５】図１に示すもののドリルを検査する場合の外径
測定部の動作説明図である。

【図６】図１に示すもののドリルを検査する場合の振れ
測定部の動作説明図である。

【図７】図１に示すもののゲージピンを検査する場合の
振れ測定部の動作説明図である。

【図８】図１に示すもののドリルを検査する場合のドリ
ルとフォトダイオードの位置関係を示す説明図である。

【図９】図１に示すもののドリルの先端位置を検出する
場合のドリルと照射光の位置関係を示す説明図である。

【図１０】図１に示すもののドリルの先端位置を検出す
る場合の先端測定部の信号波形図である。

【図１１】従来知られている切削工具の形状検査装置を
示すブロック図である。

【図１２】従来知られている切削工具の振れ量検査装置
の他の例を示すブロック図である。

【図１３】図１２に示すものの測定回路部における信号
波形図である。

【符号の説明】

２１は発光部、２２は絞り、２３はレンズ系、２４ａ，
２４ｂはレンズ、２５ａ，２５ｂはフォトダイオード、
２８ａ，２８ｂはアンプ、２９は加算回路、３０ａ，３
０ｂ，３０ｃは最大値保持回路、３２ａは減算回路、３
３ａ，３３ｂはＡ／Ｄ変換回路、３４ａは外径表示器、
３４ｂは振れ量表示器、３５は比較回路、３６は表示回
路、Ａは外径測定部、Ｂは振れ測定部、Ｄは先端測定
部、Ｌ_０は照射光、Ｌ_４は放射光である。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源である発光部からの光線を測定位置
   で測定方向に直交する方向のみに集束した一直線状の照
   射光を形成するレンズ系と、このレンズ系により形成さ
   れた照射光から放射される放射光の照射領域内に配置さ
   れていて、切削工具の被検査部位を介して受光する１個
   のフォトダイオードを備え、このフォトダイオードの上
   記被検査部位の状態に関連する光量検出信号を基に複数
   の最大値保持信号を得、これらの最大値保持信号を減算
   処理して上記被検査部位の振れ量を算出する振れ測定部
   によって構成されていることを特徴とする切削工具の検
   査装置。
2. 【請求項２】 光源である発光部からの光線を測定位置
   で測定方向に直交する方向のみに集束した一直線状の照
   射光を形成するレンズ系と、このレンズ系により形成さ
   れた照射光から放射される放射光の照射領域内に分離し
   て配置されていて、切削工具の被検査部位を介して受光
   する２個のフォトダイオードを備え、この２個のフォト
   ダイオードの上記被検査部位の状態に関連する各光量検
   出信号を加算して最大値保持信号を得、この最大値保持
   信号を基に上記被検査部位の外径を測定する外径測定部
   によって構成されていることを特徴とする切削工具の検
   査装置。
3. 【請求項３】 光源である発光部からの光線を測定位置
   で測定方向に直交する方向のみに集束した一直線状の照
   射光を形成するレンズ系と、このレンズ系により形成さ
   れた照射光から放射される放射光の照射領域内に分離し
   て配置されていて、切削工具の被検査部位を介して受光
   する２個のフォトダイオードを備え、この２個のフォト
   ダイオードの上記被検査部位の状態に関連する各光量検
   出信号を加算して加算信号を得、この加算信号を所定レ
   ベルの基準信号と比較演算して上記切削工具の先端部を
   検出する先端測定部によって構成されていることを特徴
   とする切削工具の検査装置。