JP2001129711A - ドリルの検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高倍率のレンズを使用してドリル刃先を検査
するとき、刃先全体がレンズの被写界深度内に収まるよ
うに撮像し、刃先全体に対して高い精度で検査を行うこ
と。 【解決手段】 ドリルの回転軸方向からだけでなく、ド
リル切刃面に対して垂直な方向から撮像することによ
り、刃先全体をレンズの被写界深度内に収まるように撮
像することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はドリルの検査方法お
よびその装置に関するもので、ドリルを撮像して得られ
た画像の解析を行い、その良否を判定するものである。

【０００２】

【従来の技術】ドリル刃先を検査する方法としては、特
開昭６４−４５５０３号公報、特開平１−２１６７５２
号公報に記載の技術が知られている。これらの方法で
は、ドリル刃先を回転軸方向からカメラで撮像し、得ら
れた画像を形状データに変換した後、この形状データと
予め設定しておいた設定値との比較により刃先の検査を
行っている。ドリル切刃幅等の形状データは、撮像した
画像から二値化像を作成し、二値化像の外周座標におけ
る交点と屈曲点等から刃先の線図を求め、この線図から
算出している。

【０００３】図８にドリル刃先の形状を示す。図８
（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ドリル刃先は、チゼルポ
イントＰを中心にして点対称に切刃が構成され、チゼル
ポイントＰを通るトレイリングエッジｔ₁、ｔ₂、トレイ
リングエッジｔ₁、ｔ₂とほぼ平行なリップｍ₁、ｍ₂、そ
してトレイリングエッジｔ₁、ｔ₂とリップｍ₁、ｍ₂とを
つなぐ外周縁部ｒによって構成される。ドリル切刃に
は、２番刃面１１、１２と３番刃面１３、１４とがあ
り、各ドリル固有の値である刃付け角度は、図８（Ｂ）
に示す刃先先端角θ₁、図８（Ｃ）に示す２番逃げ角
θ₂、３番逃げ角θ₃で定義される。また、トレイリング
エッジｔ₁は２番刃面１１と３番刃面１３との交線によ
り、トレイリングエッジｔ₂は２番刃面１２と３番刃面
１４との交線によって形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】製品が小型化するのに
伴い、微細で高い精度の加工が要求されるようになって
いる。そのため、微細加工に使用するドリルもますます
小型化し、検査にも高い精度が必要である。従来の技術
のようにドリルの回転軸方向から刃先を撮像して検査す
る場合、１画素あたり１．３３μｍの分解能を有するカ
メラが使用されていたが、直径０．０８ｍｍ〜１．５ｍ
ｍの微細ドリルが実用化されてきたため、より高い分解
能を持つカメラで撮像することが必要になってきた。

【０００５】しかし、画像の解像度を上げるために高倍
率レンズを使用すると被写界深度が浅くなるため、図４
（Ｂ）に示すように刃先の中央部分にしか焦点が合わ
ず、外周部（図４（Ｂ）斜線部）はぼやけてしまうこと
があった。これは、図４（Ａ）に示す通り、ドリル刃先
がチゼルポイントＰを頂点とした立体構造を有し、切刃
の高さが回転軸方向にｈであるのに対し、高倍率のレン
ズの被写界深度はｗと浅いため、ドリル切刃全体がレン
ズの被写界深度に収まらないことが原因である。したが
って、ドリルの外周部分に欠けがある場合や、切刃全面
の形状から良否を判断するような検査の場合には、不良
品を良品と判定してしまうことがあった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】刃面の法線方向からドリ
ルを撮像し、撮像した画像を形状データに変換し、形状
データと予め設定しておいた設定値とを比較し、比較結
果に基づいてドリルの良否を判定することにより、高倍
率のレンズを使用しても被写界深度の影響を受けずに切
刃全体を撮像することができるため、高い精度で検査を
行うことができる。

【０００７】また、ドリルを回転させてドリル刃面を特
定の方向に整列させる機構と、ドリルを上方から撮像す
る上方撮像カメラと、ドリルを刃面の法線方向から撮像
する刃面撮像カメラと、撮像した画像を形状データに変
換する手段と、形状データと予め設定しておいた設定値
とを比較する手段と、比較結果に基づいてドリルの良否
を判定する手段とを備えたドリルの検査装置によって検
査を行うことにより、複数の方向から刃先を撮像し、ド
リルの刃先全体をレンズの被写界深度内に収めることが
できるため、高い精度で検査を行うことができる。

【０００８】また、側方撮像カメラから得られた画像デ
ータに基づき、ドリル先端の位置とカメラの焦点位置と
のずれを算出するようにしたため、ドリルを撮像する際
に、先端の位置をカメラの焦点位置へ自動で均一にそろ
えることができる。さらに、ドリル刃先に対して非接触
で位置決めを行うため、位置決めの際に刃先が損傷する
ことが無い。

【０００９】さらに、検査前のドリルを検査機構に供給
する供給機構と、検査後のドリルを良品と不良品に分け
て収納する仕分け機構とを備えることにより、ドリル供
給から良品と不良品の仕分けまでを一括して自動処理す
ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の検査装置の全体
構成図を示す。この検査装置１は、検査前のドリル供給
機構５から送られてきたドリルを、位置決め撮像部３と
刃先撮像部４とを備えた検査機構２に搬送し、検査後の
ドリルを良品と不良品とに選別して収納する仕分け機構
６を備えている。

【００１１】図２に、本発明の検査装置における位置決
め撮像部３の構成図を示す。位置決め撮像部３に供給さ
れたドリルは、ドリルの回転軸方向に設置した上方撮像
カメラ３１と、ドリルの回転軸に対して垂直方向に設置
した側方撮像カメラ３２によって撮像され、形状検査が
行われる。

【００１２】ドリルの長さは加工状態によって異なるた
め、位置決め撮像部３に送られた直後は、ドリル先端の
位置が上下方向に不均一な状態になっている。したがっ
て、ドリル刃先を撮像する前に、ドリル先端の位置が上
方撮像カメラ３１の焦点位置に合うように調整される。

【００１３】まず、側方照明３４によって照らされたド
リルを側方撮像カメラ３２で撮像し、図３に示すような
ドリル投影図を得る。このとき、側方撮像カメラ３２の
撮影範囲内にドリルが存在していれば、ドリルの部分が
黒く表示された投影像３５が得られ、この投影像３５に
ついて二値化処理が行われる。

【００１４】次に、二値化処理によって得られた形状デ
ータに基づき、ドリル先端の位置調整を行う。得られた
二値化像中に全く黒の画素が存在しない場合（図３
（Ｂ））は、ドリルを上方向に移動させ、黒の画素は存
在するが形状データからドリル先端が検出できない場合
（図３（Ｃ））は、ドリルを下方向に移動させる。さら
に、得られた形状データからドリル先端を検出できて
も、その位置が所定の位置Ｈとずれている場合（図３
（Ａ））は、形状データから検出されたドリル先端の位
置と所定の位置との距離ｄを算出し、ドリル先端が所定
の位置に合うように調整される。これらの処理は、ドリ
ル先端が所定の位置に検出されるまで繰り返し行われ
る。また、ドリルの先端形状が検出されなかったり、上
下方向への移動量が予め設定したしきい値を超えた場合
は、ドリルに折れや全長不良が発生していると判断さ
れ、そのドリルは不良品と判定される。

【００１５】ドリル先端の位置決め完了後、上方撮像カ
メラ３１でドリル先端の撮像を行い、形状データを作成
する。リング状照明３３で照らされた刃先を撮像する
と、２番刃面１１、１２からの反射光だけがドリル回転
軸方向に強く反射するため、図４（Ｃ）に示すような、
２番刃面１１、１２に該当する部分のみが白く反射した
画像が得られる。この画像を二値化処理して切刃の形状
データを抽出する。しかし、ドリルの外周部分はレンズ
の被写界深度の範囲外（図４（Ｂ）斜線部分）にあるた
め、焦点範囲内にあるドリルの中央部分のみを使用して
切刃の形状データが作成される。

【００１６】また、単に切刃の形状データを抽出しただ
けでは切刃の方向を判定できないため、切刃の形状を正
確に認識することができない。そこで、切刃の方向を判
定するために、得られた形状データから、それぞれの座
標の局所的な方向成分の算出を行う。算出された方向成
分について統計を取ると、トレイリングエッジｔ₁、ｔ₂
の方向が最も多く検出されるため、その角度を切刃の方
向、すなわちトレイリングエッジｔ₁、ｔ₂と予め定めら
れたＹ軸とがなす角θと判定する。

【００１７】次に、形状検査が行いやすい形状データを
得るために、トレイリングエッジｔ ₁、ｔ₂の向きが画像
のＹ軸方向と一致するように形状データをθ相当分回転
変換する。このとき、実際のドリルの向きは後述するオ
フセット角φに相当する分回転し、整列される。回転変
換後、得られた形状データと予め設定しておいた設定値
との比較により、切刃の形状検査を行う。このときの形
状検査は、レンズの焦点範囲内にある形状だけで良否を
判断することができる項目について検査を行う。具体的
には、チゼルポイントのつぶれや、切刃のオーバーラッ
プ、ギャップ等である。得られた形状データと設定値と
の比較の結果、その値の差があるしきい値よりも大きい
ときは、そのドリルは不良品と判定される。

【００１８】位置決め撮像部３で整列されたドリルは、
整列の向きを維持したまま刃先撮像部４に搬送される。
ドリルの整列と搬送の順番は、ドリルを刃先撮像部４に
搬送した後で向きを整列しても良い。しかし、位置決め
撮像部３における処理よりも刃先撮像部４における処理
の方が時間を要するため、位置決め撮像部３で整列した
後に刃先撮像部４に搬送する構成の方が、位置決め処理
と刃先撮像処理を並行して行い検査時間を短縮すること
ができるため好ましい。

【００１９】図５に、本発明の検査装置における刃先撮
像部４の構成図を示す。刃先撮像部４では、ドリル刃先
面の検査が行われる。まず、ドリルの回転軸方向と刃面
撮像カメラ４１の撮像方向とがなす角と、ドリル回転軸
方向と２番刃面１１の法線方向とがなす角が等しくなる
ように、刃面撮像カメラ４１の向きを配置しておく。こ
の刃面撮像カメラ４１の向きは、ドリルの刃付け角度で
ある刃先先端角θ₁および２番逃げ角θ₂とによって決定
されるため、ドリルが搬送される前に予め設定しておく
ことができる。また、異なる種類のドリルを検査する場
合は、別の角度を設定することにより対応できる。

【００２０】ドリルの向きは、トレイリングエッジｔ₁
と画像のＹ軸方向との向きが一致する方向ではなく、上
方撮像カメラ３１から得られた形状データより算出され
た回転角θをもとに、ドリル刃付け角度である刃先先端
角θ₁および２番逃げ角θ₂とにより決定されるオフセッ
ト角度φの方向に整列される。このオフセット角度φ
は、図５（Ａ）に示す通り、２番刃面１１の法線方向と
刃先撮像部４の刃面撮像カメラ４１の撮像方向とが平行
に位置する向きのことである。ここで、刃先先端角θ₁
および２番逃げ角θ₂は種類毎に固有の値であるため、
異なる種類のドリルを検査する場合は、予め別のオフセ
ット角度を設定しておくことにより対応することができ
る。

【００２１】図６にドリルの高さ調整方法を示す。ドリ
ルが整列された状態で刃先撮像部４に搬送された後、刃
面撮像カメラの焦点位置（面）４４と２番刃面１１の位
置が合うように、ドリルの高さ調整を行う（図６
（Ａ））。まず、側方照明４３によって照らされたドリ
ルを側方撮像カメラ４２で撮像し、ドリル側面の投影写
像４５を得る。この投影写像４５の外周座標から、最も
上方にある点ａと最も右端にある点ｂとの間にある点群
を取得する（図６（Ｂ））。このようにして得られた点
群を直線近似し、刃面撮像カメラの焦点位置４４と２番
刃面１１との距離ｆを算出する。ドリルはこの距離ｆに
相当する分だけ上下に調整され、２番刃面１１が刃面撮
像カメラ４１の焦点位置に合わせられる（図６
（Ｃ））。このドリルの高さ調整は、刃面撮像カメラ４
１を距離ｆだけ前後に移動することによっても可能であ
る。

【００２２】刃面撮像カメラ４１の焦点合わせが完了し
た後、同軸落射照明を内蔵した刃面撮像カメラ４１でド
リル刃先を撮像すると、図７に示すような２番刃面１１
のみが白く反射した画像が得られる。次に、この白く反
射している部分について二値化処理を行い切刃の形状デ
ータを作成し、位置決め撮像部３で検査しなかった項目
の検査を行う。検査では、得られた形状データと予め設
定していた設定値の比較を行い、その差がしきい値を超
えた場合は、切刃に寸法異常や欠け等の不良が発生して
いるものと判定する。また、トレイリングエッジｔ₁と
画像のＹ軸方向との向きを予めそろえておけば、トレイ
リングエッジｔ₁とリップｍ₁の水平方向距離が切刃幅に
相当し、切刃幅の算出が容易になるため、切刃幅の算出
の前に位置決め撮像部３における回転変換と同様の処理
を行っても良い。これらの切刃面の撮像および検査は、
各切刃毎に行われる。図５に示すドリルの場合は、切刃
が２枚であるため、ドリルを１８０°回転することによ
り他方側の切刃面１２の検査を行うことができる。

【００２３】このように、切刃面に対して垂直な方向か
ら撮像を行うため、切刃全体をレンズの被写界深度内に
収めることができ、ドリルの外周部についても高い精度
の検査を行うことができる。また、ドリルの位置決め精
度が多少悪くても、刃面に対して垂直な方向から撮影を
行うため、検査対象である切刃面をレンズの被写界深度
内に収めることができる。

【００２４】以上の各検査工程で、不良と判定されたド
リルは、図１の仕分け機構６の不良品ケース７に収納さ
れ、全ての検査に合格したドリルは良品ケース８に収納
される。また、検査結果は、パソコン画面への表示また
はプリントアウトによって表示される。ドリル供給およ
び仕分けの速度は、検査機構の判定速度に対応するよう
にホストパソコンによって制御される。したがって、ド
リル供給から良品と不良品の仕分けまでの工程管理をホ
ストパソコンにおいて一括して自動処理することができ
る。

【００２５】以上の説明では、位置決め撮像部３と刃先
撮像部４を別々の工程として説明してきたが、これらの
工程を１つにすることもできる。２つの工程を１つにま
とめた場合、それぞれの工程で必要な側方撮像カメラや
側方照明等の装置を共通使用することができるため、検
査装置を小型にすることができる。

【００２６】また、本発明のドリル刃先の検査方法は、
２番刃面に限らずその他の刃面を検査する場合にも応用
することができる。この場合は、予めホストパソコンに
設定するドリルの刃付き角度の設定値を変更するだけで
良いため、様々な形状のドリルに適用することができ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、被写界深度が浅い
高倍率のレンズを使用することによりカメラの分解能が
０．１３３μｍ〜０．６７μｍまたはそれ以下になって
も、切刃面の法線方向からドリル刃先の撮像を行うた
め、切刃全体の撮像を行うことができ、外周部分を含め
た刃先全体の検査をより高い精度で行うことができる。

【００２８】さらに、従来から行われているドリルの回
転軸方向からの撮像と組合せることにより、複数の切刃
の位置関係から良否を判定するような切刃のオーバーラ
ップ、ギャップ等の不良についても対応することができ
る。また、ドリルの形状が異なっていても、予め設定す
る設定値を変更するだけで対応することができるため、
ドリル毎に設備を変更する必要がなく、様々な形状のド
リルに対して適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の検査装置の全体構成図である。

【図２】本発明の検査装置における位置決め撮像部の構
成図である。

【図３】側方撮像カメラの画像を示し、（Ａ）はドリル
先端を撮像したときの説明図、、（Ｂ）はドリルを撮像
できなかった場合の説明図、（Ｃ）はドリルの根元部分
を撮像したときの説明図である。

【図４】位置決め撮像カメラによる撮像を示し、（Ａ）
はレンズの被写界深度と刃先形状の関係を表わす説明
図、（Ｂ）はドリル先端を撮像したときの説明図、
（Ｃ）は切刃の向きについての説明図である。

【図５】本発明の検査装置における刃先撮像部の構成図
を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。

【図６】側方撮像カメラによる撮像を示し、（Ａ）は焦
点合わせを行う前の説明図、（Ｂ）は切刃の位置の検出
の説明図、（Ｃ）は焦点合わせを行った後の説明図であ
る。

【図７】切刃の外周座標を示す模式図である。

【図８】ドリルの構成を示し、（Ａ）はドリル刃先の模
式図、（Ｂ）はドリル刃先の側面図、（Ｃ）は切刃の断
面図である。

【符号の説明】

１ 検査装置 ２ 検査機構 ３ 位置決め撮像部 ４ 刃先撮像部 ５ 供給機構 ６ 仕分け機構 ７ 不良品ケース ８ 良品ケース １１、１２ ２番刃面 １３、１４ ３番刃面 ３１ 上方撮像カメラ ３２、４２ 側方撮像カメラ ３３ リング状照明 ３４、４３ 側方照明 ３５ 投影図 ４１ 刃面撮像カメラ ４４ 焦点位置 ４５ 投影写像 θ₁ 刃先先端角 θ₂ ２番逃げ角 θ₃ ３番逃げ角 Ｐ チゼルポイント

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 刃面の法線方向からドリルを撮像し、 撮像した画像を形状データに変換し、 前記形状データと予め設定しておいた設定値とを比較
   し、 比較結果に基づいてドリルの良否を判定することを特徴
   とするドリルの検査方法。
2. 【請求項２】 ドリルを撮像して刃先形状の検査をする
   装置であって、 ドリルを回転させてドリル刃面を特定の方向に整列させ
   る機構と、 ドリルを上方から撮像する上方撮像カメラと、 ドリルを刃面の法線方向から撮像する刃面撮像カメラ
   と、 撮像した画像を形状データに変換する手段と、 前記形状データと予め設定しておいた設定値とを比較す
   る手段と、 比較結果に基づいてドリルの良否を判定する手段とを備
   えたことを特徴とするドリルの検査装置。
3. 【請求項３】 ドリルを側方から撮像する側方撮像カメ
   ラによって得られた画像データを基に、前記上方撮像カ
   メラおよび／または前記刃面撮像カメラの焦点合わせを
   行うことを特徴とする請求項２に記載のドリル検査装
   置。
4. 【請求項４】 検査前のドリルを検査機構に供給する供
   給機構と、検査後のドリルを良品と不良品に分けて収納
   する仕分け機構を備えたことを特徴とする請求項２また
   は３に記載のドリルの検査装置。