JP2003170335A - 転削工具の測定方法および装置 - Google Patents
転削工具の測定方法および装置Info
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Abstract
れを含んだ刃径などを測定できるようにする。 【解決手段】 振れ測定装置10は、検出部20と制御
・演算部30とを有する。制御・演算部30のLED駆
動制御部32は、適宜の間隔で検出部20のLED21
にパルス状の光を放射させ、転削工具12の影27を光
センサ25の上に投影する。制御・演算部30の信号処
理部34は、LED21が光を放射するたびに光センサ
25を構成している受光素子の出力信号を読み込み、回
転している転削工具12のパルス状光が照射されたとき
の影27の位置を求めて転削工具12の振れ量を求め
る。転削工具12は、送り制御装置14によって軸方向
に移動するようになっていて、軸方向の複数箇所におい
て振れ量が検出される。
Description
ルなどの回転切削工具の回転による振れ量および振れを
含んだ刃径など、回転時における切刃を直接測定する方
法および装置に関する。
通信機器などの電気・電子機器の高性能化および小型化
が急激に進行し、これらの製品に使用される部品や金型
の小型化、高精度化が要求されている。そして、このよ
うな状況に対応するため、ドリルやエンドミル等の回転
切削工具(転削工具)の小径化、高精度化が図られ、非
常に精度の高い切削加工が要求されている。
回転時における状態を把握することが重要である。特
に、転削工具の回転に伴う振れは、加工精度に大きな影
響を与える。しかも、転削工具の回転振れは、チャック
を介して転削工具を回転させるスピンドルの状態や製造
誤差、スピンドルのチャックへの転削工具の装着状態な
どによって変化する。しかも、転削工具は、刃が摩耗す
るためにある程度使用した段階で交換しなければならな
い。このため、一般に、精密加工の分野においては、転
削工具を交換するたびごとに回転振れを求めて所定の加
工精度が得られるようにしている。
される転削工具を用いる工作機械においては、装着した
転削工具を高速回転させた使用状態での回転振れを求め
ることが困難であるため、通常、次のような方法によっ
て求めた値を、転削工具の使用時における回転振れの代
用としている。
棒をチャックに装着し、丸棒を回転させて側方から丸棒
に光を照射し、その振れ量を光学的に求める。また、第
2の方法として、スピンドルのチャックに転削工具を装
着し、ダイヤルゲージを転削工具の周面に接触させると
ともに、スピンドルを手などによってゆっくり回転さ
せ、転削工具の各外周切刃位置におけるダイヤルゲージ
の指針が示す値の変化の最大値を目で読み取り、この値
を転削工具の振れの値としている。
は、丸棒を高速回転させた状態で振れを測定することが
可能である。しかし、この方法は、丸棒を転削工具の代
用としているため、得た振れの値が実際に転削工具を使
用している状態における振れと異なっているおそれがあ
る。しかも、転削工具の回転振れは、前記したように、
転削工具をスピンドルのチャックへ装着するごとに変化
するため、丸棒を回転させて得た振れ量を代用したので
は高精度な加工が困難である。
測定は、ダイヤルゲージを転削工具に接触させるため、
転削工具を高速回転させた状態での振れを測定すること
ができず、スピンドルを手によって回転させて測定する
いわゆる静的な振れしか得ることができない。また、第
2の方法は、ダイヤルゲージを転削工具に接触させるた
め、転削工具の切刃を損傷するおそれがあるばかりでな
く、直径が1mm以下のような小径の工具の場合、折損
させるおそれがあり、測定することができない。
回転している転削工具の側方から光を照射し、転削工具
の影を受光素子に投影し、投影された影から転削工具の
直径(刃径)と振れ量とを求める工具検出装置が提案さ
れている。
記載されている発明は、回転している転削工具に光を連
続的に照射し、工具の1回転する間における受光素子の
出力の変化から振れを測定するようにしているが、平均
的な振れしか得られず、本当の振れがどの程度のものか
を知ることができず、加工精度を充分に高めることが困
難である。
ためになされたもので、高速回転している転削工具の振
れ量および振れを含んだ刃径など、回転時の切刃を直接
測定できるようにすることを目的としている。また、本
発明は、転削工具による加工精度を向上できるようにす
ることを目的としている。
の向上を図るために研究し、種々実験を行なった結果、
転削工具に回転振れが生じている場合、切刃が螺旋状に
形成してあると、転削工具の振れ量が転削工具の軸方向
に沿って正弦波状に周期的に変化する現象を見出した。
また、本発明者等は、転削工具の先端の振れ量が、転削
工具を回転させるスピンドルの不釣合い位置に対する、
転削工具先端の刃の位相と一定の関係があることを見出
した。本発明者等の研究によると、例えば2枚刃の場
合、スピンドルの不釣合い位置に対する工具先端の刃の
位相が0度であると、転削工具先端の振れ量が最大とな
り、前記位相が90度であると、転削工具先端の振れ量
が最小(零)となる。本発明は、上記の知見に基づいて
なされたものである。
法は、回転している転削工具の側方から光を照射して前
記転削工具の影を光センサ上に投影し、前記転削工具の
軸方向の複数位置において、前記光センサの出力信号に
基づいて投影された前記影の両端位置を検出し、これら
検出した前記影の両端位置に基づいて、前記転削工具の
刃径、前記転削工具の振れ量、前記転削工具の振れを含
んだ刃径の少なくとも1つを求めることを特徴としてい
る。
は、回転している転削工具の側方から光を照射して前記
転削工具の影を光センサ上に投影し、前記転削工具の軸
方向の複数位置において、前記光センサの出力信号に基
づいて投影された前記影の一側端位置を検出し、これら
検出した前記影の一側端位置に基づいて、前記転削工具
の振れを含む刃径の片側位置を求めることを特徴として
いる。
は、回転している転削工具の側方から光を照射して前記
転削工具の影を光センサ上に投影し、前記転削工具の軸
方向の複数位置において、前記光センサの出力信号に基
づいて投影された前記影の位置を検出し、これら検出し
た前記影の位置から前記転削工具の軸方向に沿って振れ
成分を求め、この振れ成分に基づいて前記転削工具を回
転させるスピンドルの不釣合い位置に対する前記転削工
具の刃の位相と、前記スピンドルの振れ量との少なくと
もいずれか一方を求めることを特徴としている。
る転削工具の測定装置は、時間間隔を変えてパルス状の
光を回転している転削工具に照射する光源と、この光源
の照射した光による前記転削工具の影が投射される光セ
ンサと、この光センサの出力信号に基づいて、光センサ
に投射された前記影の両端の少なくとも一方を検出する
投影位置検出部と、前記転削工具と前記光センサとを転
削工具の軸方向に相対的に移動させる送り部と、前記投
影位置検出部が出力した前記影の投影位置情報により、
前記転削工具の軸方向における振れ量の変動、前記転削
工具の刃径の変動、前記転削工具の振れを含む刃径の変
動の少なくともいずれか一方を求める変動検出部と、こ
の変動検出部の求めた前記転削工具の振れ量の変動、前
記転削工具の刃径または前記転削工具の振れを含んだ刃
径の変動に基づいて、前記転削工具を回転させるスピン
ドルの不釣合い位置に対する前記転削工具の刃の位相と
前記スピンドルの振れ量との少なくともいずれか一方を
求める位相検出部と、を有することを特徴としている。
している転削工具に例えば時間間隔を変えてパルス状の
光を照射して転削工具の影を光センサの上に投影し、そ
の影の両端の位置を求める。また、この影の両端位置を
転削工具の軸方向に沿った複数位置で求める。これによ
り、回転している転削工具の軸線に直交した方向の影の
両端位置について、転削工具の軸方向における変動が得
られる。従って、転削工具の軸線に沿って得られた影の
投影位置の変動に基づいて、転削工具の刃径(直径)や
転削工具の実際の振れ量、転削工具の振れを含んだ実際
の刃径を求めることができる。
は、転削工具の軸方向に沿って変動するため、従来のよ
うに、転削工具の軸方向のある点(1点)における振れ
量を測定できたとしても、その振れ量が最大の振れ量で
あるか、最小の振れ量であるかを判断することができな
いため、転削工具の使用する部分における実際の振れ
量、振れを含んだ実際の刃径がどのようなものであるか
を知ることができず、加工精度を充分に高めることがで
きない。
る回転数における転削工具の軸線に沿った振れ量、振れ
を含んだ刃径を求めているため、実際に使用する回転数
における転削工具の実際の振れ量が得られ、この振れ量
を加工の際の参考とし、振れ量が大きい場合に転削工具
を交換したり、スピンドルのメンテナンスや交換をする
などにより、加工精度を高めることができる。また、常
に大きな回転振れを発生させるチャックの把握などによ
ってチャックの良否を判定することができ、スピンドル
とチャックとを組み合せた状態での良否を判断すること
が可能となる。さらに、実際に使用する回転速度におけ
る転削工具の振れを含んだ実際の刃径が得られるため、
この刃径を考慮した補正を工作機械に与えることによ
り、加工精度を向上することができる。
を、基準位置に対する前記影の一側端を検出して行なう
ようにしているため、偶数の切刃を有する転削工具の場
合ばかりでなく、刃径を求めることができない切刃の数
が奇数の場合であっても、振れを含んだ刃径の片側位置
を求めることができるため、刃径の片側位置に変動に基
づいて実際の工具の振れ量を正確、確実に求めることが
できる。従って、奇数刃を有する転削工具による加工精
度を向上することが可能となる。
工具の軸方向に正弦波状に周期的に変化する。そして、
例えば2枚刃の場合の転削工具の振れ量は、スピンドル
の不釣合い位置に対する転削工具の刃の位相が0度の位
置で最大となり、その位相が90度の位置で最小とな
る。従って、転削工具の軸線に沿って振れ量や振れを含
んだ刃径の片側位置などの振れ成分を求め、この振れ成
分の値を最大の振れ成分の値と比較することにより、ス
ピンドルの不釣合い位置に対する転削工具の軸線に沿っ
た各位置における刃の位相を容易に求めることができ
る。そして、転削工具の軸線に沿った各位置における振
れ成分である振れ量は、スピンドルの不釣合い位置に対
する転削工具の刃の位相と一定の関係にあるため、チャ
ックに転削工具を装着する際に、刃の位相を調節するこ
とにより、転削工具の軸方向における使用位置の振れ量
を調節することが可能であり、加工精度を向上すること
ができる。
のように、転削工具の先端部のみを使用するような場
合、スピンドルの不釣合い位置に対する転削工具先端の
刃の位相を求め、転削工具の振れが大きいような場合
に、転削工具を回転させてチャッキングす直すことによ
り、転削工具先端の振れを小さくすることにより加工精
度を高めることができる。
求めているため、実際に使用する回転速度における転削
工具の形状精度誤差による振れを含んだスピンドルの振
れ量が、転削工具の最大振れ量として求めることが可能
で、このスピンドル振れを監視することにより、スピン
ドルの良否、チャックの良否などの判定に利用すること
ができる。
振れ量とは、スピンドル自体の振ればかりでなく、転削
工具の形状精度誤差による振れや、ツールホルダ、コレ
ットなどの形状誤差に基づく振れを含んだものをいう。
および装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って
詳細に説明する。図1は、本発明に係る転削工具の振れ
測定装置の概略ブロック図である。図1において、振れ
測定装置10は、検出部20と制御・演算部30とを有
する。検出部20は、光源であるLED21、コリメー
トレンズ22、結像レンズ24、光センサ25などから
構成してある。
などの転削工具12は、コリメートレンズ22と結像レ
ンズ24との間に配置される。そして、LED21は、
転削工具12に照射するための光を放射する。LED2
1が放射した光は、LED21の前方に配設しているコ
リメートレンズ22によって平行光26にされ、平行光
26の光路に挿入された転削工具12に側方から照射さ
れる。
の出射した平行光26が入射し、転削工具12による影
27を拡大して光センサ25に投影する。光センサ25
は、例えば図1の上の方から下の方に、CCDなどの複
数の受光素子が直線状に配置してある。なお、転削工具
12は、図示しない回転装置(スピンドル)によって軸
回りに回転するとともに、送り部である送り制御装置1
4によって軸方向に移動可能となっている。
2、信号処理部34、センサ出力読込み部36、発振回
路38、読込みパルス生成部40などを有している。L
ED駆動制御部32は、信号処理部34からの命令によ
り、発振回路38の出力する基準パルスに基づいてLE
D21の駆動信号を作成し、詳細を後述するように、L
ED21を駆動してパルス状に光を放射させる。そし
て、LED駆動制御部32は、LED21を駆動したこ
とを示す信号を信号処理部34に入力する。また、発振
回路38の出力する基準パルスは、読込みパルス生成部
40に入力するようになっている。
から入力する基準パルスに基づいて、光センサ25の各
受光素子を順次切り替えてその出力信号を読み込むため
のパルスを生成し、センサ出力読込み部36と信号処理
部34とに入力する。そして、センサ出力読込み部36
は、例えばマルチプレクサなどから構成してあって、読
込みパルス生成部40の出力するパルスに同期して光セ
ンサ25の各受光素子を順次切り替え、その出力信号を
信号処理部34に入力する。一方、信号処理部34は、
LED駆動制御部32からLED駆動信号が入力する
と、読込みパルス生成部40にパルス命令を与えて読込
みパルスを出力させるとともに、読込みパルス生成部4
0の出力する読込みパルスに同期してセンサ出力読込み
部36の出力信号を読み込み、後述するように、転削工
具12の直径(刃径)と振れ量、振れを含んだ刃径と、
スピンドルの不釣合い位置に対する転削工具12の刃の
位相、転削工具12の形状精度誤差による振れを含んだ
スピンドルの振れ量を演算する。
っていて、2値化回路52を有する。この2値化回路5
2は、センサ出力読込み部36の出力、すなわち光セン
サ25の各受光素子の出力を増幅して2値化する。実施
形態の場合、2値化回路52は、反転出力するようにな
っていて、光の当たっている受光素子の出力を「L」、
光の当たっていない影27の部分にある受光素子の出力
を「H」として出力する。
側に投影位置検出部53を構成している第1エッジ点検
出回路54、第2エッジ点検出回路56が設けてある。
第1エッジ点検出回路54は、実施形態の場合、図1に
示した光センサ25の最も上側の影になった受光素子
(第1エッジ点E1 )を検出する。また、第2エッジ点
検出回路56は、光センサ25の最も下側の影になって
受光素子(第2エッジ点E2 )を検出する。そして、第
1エッジ点検出回路54の出力と、第2エッジ点検出回
路56との出力は、変動検出部57の一部をなす工具幅
算出回路58に入力するようになっている。この工具幅
算出回路58が求めた工具幅は、最大幅ホールド回路6
0に入力する。最大幅ホールド回路60は、工具幅算出
回路58が求めた値の最大値を記憶保持し、転削工具1
2の直径(刃径)として出力する。
は、変動検出部57を構成する最小値ホールド回路62
に入力し、第1エッジ点E1 を複数回検出したときに、
図1において光センサ25の最も上側となって受光素子
の位置が最小値ホールド回路62によって記憶、保持さ
れる。さらに、第2エッジ点検出回路56の出力は、最
大値ホールド回路64の入力し、第2エッジ点E2 を複
数回検出したときに、光センサ25の図1における最も
下側となった受光素子の位置が最大値ホールド回路64
によって記憶、保持される。
回路64との出力側には、振れ幅演算回路66が接続し
てある。振れ幅演算回路66は、最小値ホールド回路6
2と最大値ホールド回路64とが保持していた値に基づ
いて、転削工具12の振れを含んだ最大刃径(直径)を
算出し、出力する。そして、振れ幅演算回路66の求め
た値は、振れ幅演算回路66の出力側に設けた振れ量算
出回路68に入力する。振れ量算出回路68は、最大幅
ホールド回路60が記憶保持していた転削工具12の刃
径である最大幅と、振れ幅演算回路66が求めた振れを
含んだ最大刃径とから、回転している転削工具12の振
れ量を演算して出力する。
用は、次の通りである。ドリルやエンドミルなどの転削
工具12は、図示しないスピンドルのチャックに装着さ
れ、所定の回転速度で回転される。そして、転削工具1
2は、送り制御装置14によって軸方向に移動させら
れ、先端部が回転した状態で所定の測定位置に配置され
る。すなわち、転削工具12の先端部は、光センサ25
と対応した位置の平行光26の光路中に挿入される。こ
の転削工具12の先端部の位置は、図示しない位置セン
サによって検出され、送り制御装置14に入力される。
送り制御装置14は、位置センサからの先端位置検出信
号の入力により転削工具12の送りを停止する。そし
て、制御・演算部30は、送り制御装置14からの信号
により測定プログラムを起動する。
の作用を説明するフローチャートである。制御・演算部
30は、振れ量測定プログラムが起動されると、まず、
信号処理部34がLED駆動制御部32にLED21の
駆動命令を与える。そして、LED駆動制御部32は、
発振回路38の出力する基準パルスに基づいて、LED
21を駆動するパルスを生成し、LED21を駆動しパ
ルス状の光を放射させる。このLED21によるパルス
状の光の放射時間は、放射時間中における転削工具外周
刃先端位置の周方向移動量が測定分解能未満となるよう
に設定してある。また、LED駆動制御部32は、LE
D21の駆動信号を信号処理部34に入力する。
リメートレンズ22によって平行光26にされたのち、
転削工具12に、その軸方向に直交した側方から照射さ
れ、結像レンズ24に入射する。結像レンズ24は、転
削工具12の影27を光センサ25の上に拡大して投影
する。
は、LED駆動制御部32からLED駆動信号が入力す
ると、読込みパルス生成部40にパルス出力命令を与え
る。読込みパルス生成部40は、発振回路38が出力す
る基準パルスを取り込んで読込みパルスを生成し、セン
サ出力読込み部36と信号処理部34とに入力する。そ
して、センサ出力読込み部36は、読込みパルス生成部
40から読込みパルスが入力すと、光センサ25を構成
している各受光素子を、図1の上の方から順次切り替え
てその出力信号を読み込み、信号処理部34に入力す
る。なお、読込みパルス生成部40は、光センサ25を
構成しているすべての受光素子の出力信号が得られるよ
うに読込みパルスを生成してセンサ出力読込み部36に
与える。
みパルス生成部40の出力するパルスに同期してセンサ
出力読込み部36の出力、すなわち受光素子の出力信号
を順次読み込み、2値化して第1エッジ点検出回路54
と第2エッジ点検出回路56とに入力する。2値化回路
52は、受光素子の出力信号を増幅し、2値化して出力
するようになっていて、光を受けている受光素子の出力
信号が入力すると「L」を出力し、転削工具12の投影
された影27の中に位置して光を受けていない受光素子
の出力信号が入力すると「H」を出力するようになって
いる(図3ステップ81)。
4は、2値化回路52の出力信号を順次読み込み、2値
化回路52の出力信号が「L」から「H」に変わったと
きの受光素子の位置、第1エッジ点E1 を求め、工具幅
算出回路58と最小値ホールド回路62とに送出する。
最小値ホールド回路62は、その値E1 を記憶保持する
(ステップ82)。
化回路52の出力信号を順次読み込み、2値化回路52
の出力信号が「H」から「L」に変わったときに、その
「L」を出力した受光素子の1つ前の受光素子の位置、
第2エッジ点E2を求め、その値E2を工具幅算出回路5
8と最大値ホールド回路64とに出力する。最大値ホー
ルド回路64は、第2エッジ点検出回路56の出力した
値E2を記憶保持する(ステップ82)。
回路54が求めたE1と、第2エッジ点検出回路56が
求めたE2とに基づいて、
最大幅ホールド回路60に送出する。最大幅ホールド回
路60は、工具幅算出回路58が求めた工具幅を記憶保
持する(ステップ83)。
4は、LED駆動制御部32が予め設定されている回数
LED21を点灯させたか否か判断する(ステップ8
4)。信号処理部34は、LED21の駆動が所定回数
になっていない場合、ステップ85に進み、LED21
の駆動時刻になったか否かを判断し、駆動時刻になって
いないときには駆動時刻になるのを待つ。そして、信号
処理部34は、LED21の駆動時刻になったと判断す
ると、ステップ81に戻ってLED駆動制御部32にL
ED21を駆動する指令を与え、LED21を点灯させ
て転削工具12に平行光26を照射し、ステップ81〜
ステップ84の処理を行なう。
隔、すなわち、LED21を点灯してから次の点灯まで
の時間を相互に異ならせてある。例えば、LED駆動制
御部32は、最初のLED21の駆動(点灯)を終了し
てから1000パルス後に2回目の駆動を行なったとす
ると、3回目の駆動は、2回目の駆動が終了してから1
005パルス後に駆動し、4回目は3回目の駆動が終了
してから1010パルス後に駆動するなど、以下同様に
LED21駆動間隔を異ならせている。これは、一定間
隔でLED21を点灯させた場合、LED21の点灯周
期と転削工具12の回転周期とが同期し、常に同じ回転
位相のところを測定するのを避けるためである。従っ
て、LED21の点灯周期を変えて複数回検出すること
により、測定される転削工具12の位相が測定ごとに異
なることとなり、転削工具12の真の刃径を確実に求め
ることができる。しかも、実施形態においては、パルス
状の光を転削工具12に照射し、転削工具12の瞬間的
な影27の位置を検出するとともに、適宜の間隔で複数
回検出するため、転削工具12の瞬間、瞬間の位置を正
確に求めることができ、振れ量の正確な値を得ることが
できる。
に同期した測定で、第1エッジ点検出回路54が求めた
第1エッジ点E1 の値が前回求めた値よりも小さな値で
ある場合、最小値ホールド回路62は、今まで記憶保持
していた値に代えて、第1エッジ点検出回路54から新
たに入力されたE1 の値を記憶保持する。第1エッジ点
検出回路54が新たに求めたE1 が今まで最小値ホール
ド回路62の保持していたE1の値以上である場合に
は、最小値ホールド回路62は、記憶保持しているE1
の値を更新しない。また、最大値ホールド回路64は、
第2エッジ点検出回路56が新たに求めたE2 の値が今
まで保持していた値よりも大きい場合、それを更新して
記憶保持し、第2エッジ点検出回路56が新たに求めた
E2の値が前に求めたE2の値以下である場合、既に記憶
保持している値をそのまま記憶保持し続ける。
幅算出回路58は、第1エッジ点検出回路54と第2エ
ッジ点検出回路56とが求めた第1エッジ点E1と第2
エッジ点E2とから
出する。最大幅ホールド回路60は、新たに入力した工
具幅Dの値が記憶保持している値より大きい場合に更新
して記憶保持し、新たに入力したDの値が記憶保持して
いる値以下である場合、今までの値をそのまま記憶保持
する。
3のステップ84においてLED制御駆動部32による
LED21の駆動、点灯回数が所定値に達したと判断す
ると、ステップ86に進んで転削工具12の刃径と振れ
量とを出力する。すなわち、信号処理部34の最大幅ホ
ールド回路60は、記憶保持しているD(DMAX)を転
削工具12の刃径(直径)として表示装置などに出力す
る。また、信号処理部34の振れ幅算出回路66は、最
小値ホールド回路62が記憶保持しているE1の最小値
E1MINと、最大値ホールド回路64が記憶保持している
E2の最大値E2 MAXとを読み出し、転削工具12の振れ
成分の一種である振れを含んだ刃径D′を、
値は、最大幅ホールド回路60の出力したDMAXととも
に振れ量算出回路68に入力される。振れ量算出回路6
8は、入力された刃径DMAXと振れを含んだ刃径D′と
から、転削工具12の刃径の寸法を除去したスピンドル
の振れによる転削工具12の振れ成分である振れ量2B
を次式により算出し、表示装置等に出力する。
12を実際に使用する回転状態における転削工具の振れ
量2Bを求められるようになっているため、振れ量の経
時的変化を観察したり、チャックごとの振れ量の大きさ
を比較するなどして、スピンドルの良否やチャックの良
否などを判別することができる。また、実施形態におい
ては、転削工具の実際に使用する回転速度における転削
工具の振れを含んだ刃径D′が求められるようになって
いるため、この刃径D′に基づいて補正を工作機械に与
えることにより、加工精度を向上することができる。
図るために研究し、種々実験を行なったところ、転削工
具、特に切刃が螺旋状に形成してある転削工具において
は、スピンドルに振れが存在する場合、転削工具12の
軸線に沿った方向で回転振れ量が周期的に変化する現象
を見出した。そこで、この実施形態においては、転削工
具12に対して軸方向の振れの変化も測定するようにな
っている。このため、最大幅ホールド回路60が出力し
た刃径であるDMAX、振れ幅算出回路66が出力した転
削工具12の振れを含んだ刃径D′、振れ量算出回路6
8が求めた振れ量2Bの値は、図示しない記憶部に、転
削工具12の軸方向位置に対応して記憶される(図3ス
テップ86)。そして、制御・演算部34の信号処理部
34は、転削工具12の軸方向の予め設定されている測
定範囲のすべてについて測定を終了したか否かを判断す
る(ステップ87)。
定範囲のすべてについての測定が終了していない場合、
送り制御装置14に送り指令を出力し(ステップ8
8)、ステップ80に戻る。送り制御装置14は、制御
・演算部30からの指令に基づいて、転削工具12を軸
方向に所定量移動させる。そして、信号処理部34は、
送り制御装置14から転削工具12を軸方向に所定量
(例えば、0.1mm)移動させた旨の信号が入力する
と、ステップ80〜ステップ87の処理を繰り返す。そ
して、信号処理部34は、ステップ87において測定範
囲のすべてについて振れの測定が終了すると、ステップ
89において転削工具12を軸線方向に移動させて測定
したときの最大振れ量2BMAXや、振れ量を含んだ転削
工具の刃径の最大値D′MAXなどを出力する。
2の軸方向における振れ量の変動を求める処理の概略を
示したものである。信号処理部34は、送り制御部14
によって転削工具12が所定量ずつ軸方向に送られる
と、転削工具12の軸方向における各測定位置Z(Z1
〜Zn)に対応して、前記したように刃径DMAX(DMAX1
〜DMAXn)と振れを含んだ刃径D′(D′1〜D′n)と
を求める。振れを含んだ刃径D′は、測定位置の情報Z
とともに出力され、振れ量2Bの演算に供されるととも
に、位相検出部における振れ量の転削工具の軸方向にお
ける変動を表す関数を求めるのに供される。また、振れ
を含まない刃径DMAX は、振れを含んだ刃径D′ととも
に振れ量の演算とその変動を表す関数の演算とに供され
る。
向における各測定点Zにおける測定ごとに行なわれる。
例えば、転削工具12が2枚刃の場合、振れ量2Bの演
算は、前記したようにD′−DMAXによって求められ
る。そして、この求めた振れ量2Bは、最大値ホールド
され、振れ量の測定が転削工具12の軸方向における振
れの変動の1周期以上にわたって行なわれた場合、その
最大値2BMAXを、転削工具12の精度誤差による振れ
や、ツールホルダ、コレットなどの形状誤差を含んだス
ピンドルの振れ量(以下、単にスピンドル振れ量とい
う)R0 として出力される。また、このスピンドルの振
れ量R0 を含んだ最大刃径D′MAX(DMAX+R0)が求
められて出力される。
長さが刃の捩じれの1周期より短い場合、信号処理部3
4は、測定した転削工具の軸方向長さにおける振れ量2
Bの最大値を出力と、振れを含んだ刃径の最大値D′
(=DMAX+2B)とを出力する。
動、および振れを含んだ刃径D′の変動は、発明者等の
研究によると、正弦波状となっている。そして、変動す
る振れ量の周期は、刃径Dと切刃の捩じれ角θと刃数N
との関数として表すことができる。このため、振れの変
動を表す関数を求めるためには、予め刃の捩じれ角θと
刃数Nとを与えておく。
ける測定位置Zと、その測定位置Zに対応した刃径D
MAXと、振れを含んだ刃径D′、および予め与えられた
刃の捩じれ角、刃数とを用いてD′の関数近似により、
れの周期T(振れの変動の工具軸方向における1周期)
が求められる。振れの変動の周期Tは、刃径をD、刃の
捩じれ角をθ、刃数をNとした場合、これらの関数であ
って、
D′の変動を示す関数と周期Tとは、最大振れ量(スピ
ンドル振れ量R0)と、スピンドルの不釣合い位置に対
する転削工具12の軸方向に沿った刃の位相αの算出に
供される。
ンドルに振れがある場合、スピンドルの不釣合い位置に
対する工具の刃の位相αと、工具の振れ量との間には一
定の関係が存在する。この関係は、例えば転削工具12
の先端位置の場合、スピンドルの不釣合い位置に対し
て、転削工具12の先端における刃の位相αが0度であ
ると、転削工具12の先端の振れ量が最大となる。すな
わち、転削工具の軸方向に沿って正弦波状に変化する振
れ量の腹の部分が工具の刃先位置となる。これに対し
て、スピンドルの不釣合い位置に対する工具先端の刃の
位相αが90度である場合、正弦波状に変動する振れ量
の節の部分が転削工具12の先端位置となり、ほとんど
振れない。このことは、スピンドルの不釣合い位置に対
する転削工具12の軸方向における刃の位相との関係に
おいても同様である。
刃の捩じれの1周期以上の長さを有していない場合であ
っても、前記のようにして求めた振れを含んだ刃径D′
の変動を示す関数と、この関数の工具軸方向における周
期Tとにより、転削工具12の振れの最大値であるスピ
ンドルの振れ量R0と、転削工具12の先端の振れ量と
を求めることができる。そして、転削工具12の先端の
振れ量が求められれば、この先端振れ量のスピンドルの
振れ量R0に対する割合から、スピンドルの不釣合い位
置に対する転削工具12の先端における刃の位相αを求
めることができ、工具軸方向に沿ったスピンドルの不釣
合い位置に対する刃の位相もどうように求められる。そ
して、転削工具12の装着状態からスピンドルの不釣合
い位置も容易に求めることができる。
12を実際に使用する回転速度における転削工具12の
軸方向における振れの変動、振れを含んだ刃径の変動を
求めることができるため、転削工具12の使用時におけ
る実際の振れ量、実際の振れを含んだ刃径が得られ、こ
れに基づいて補正を行なうことにより、加工精度を向上
することができる。また、スピンドルの不釣合い位置に
対する工具先端の刃の位相を求めることができるため、
例えば、ボールエンドミルによる金型加工のように、転
削工具の先端部のみを使用するような場合、スピンドル
の不釣合い位置に対する転削工具先端の刃の位相を求
め、転削工具の振れが大きいような場合に、転削工具を
回転させてチャッキングし直すことにより、転削工具先
端の振れを小さくすることにより加工精度を高めること
ができる。
12の軸方向に工具幅Dを求めているため、転削工具1
2の加工誤差に基づく刃径の変動、すなわち転削工具1
2の加工精度をも求めることができる。
移動させて測定した振れ量を模式的に示したものであ
る。図4に示したように、転削工具12の振れは、破線
に示したように、転削工具の軸線に沿ってほぼ正弦波状
に変化する。また、転削工具のチャックへの装着状態に
よっては、同図(1)と同図(2)とに示したように、
転削工具12の先端部における振れが最小になる場合が
ある。これは、前記したように、スピンドルの不釣合い
位置に対する転削工具12の先端における刃の位相によ
るものである。図4(1)に示したように、転削工具1
2の先端において振れ量変動の節となる場合、スピンド
ルの不釣合い位置に対する先端の刃の位相が90度のと
きである。また、同図(2)に示したように、転削工具
12の先端における振れの変動が最大となる場合は、ス
ピンドルの不釣合い位置に対する工具先端の刃の位相が
0度のときである。なお、振れ量の変化の周期Tは、転
削工具12の刃径をD、切刃のねじれ角をθ、刃数をN
とした場合、発明者等の解析によると、
具12を軸方向に移動させて軸方向の複数箇所において
振れ量を求めるようにしているため、転削工具12の回
転による振れ量の最大値、すなわち本当の振れ量と、振
れを含んだ刃径の最大値とを確実に求めることができ
る。従って、これらの値を考慮した切削加工を行なうこ
とにより、加工精度を向上することができる。
E1またはエッジ点E2のいずれか一方を求めることによ
り、偶数刃ばかりでなく、奇数刃の転削工具12に対し
ても振れ成分である振れ量や振れを含んだ刃径の片側位
置などを求めることができる。すなわち、図5に示した
ように、ある基準点、例えば図1の光センサ25の上端
を基準点とし、その点から影27の上端(第1エッジ点
E1)までの距離xを、転削工具12を軸線方向に移動
させつつ、上記のようにして求める。そして、求めたx
の最大値xMAXと最小値xMINとの差から、転削工具12
の中心に対する半径方向片側の振れ量を算出することが
できる。
測定した2Bの値の半分に相当する値、すなわち転削工
具12の中心に対する片側の振れ量BがxMAX−xMINと
して得られ、これを2倍することによって全体の振れ量
2Bを得ることができる。また、前記した影27の両端
の位置を求める方法では、求めることができなかった刃
数が奇数の場合においても、後述するように、振れ量2
Bを求めることができる。
する方法によって振れ量2Bを求める方法においても、
転削工具12の軸方向における振れの変動、スピンドル
の振れ量、スピンドルの不釣合い位置に対する転削工具
の刃の位相を求めることができる。図10は、光センサ
25に投影された影27の片側端位置を検出して軸方向
の振れの変動を求める処理の概略を説明する図である。
この場合、図2に示したように、影27の片側端位置
(第1エッジ点E1)の値をeとして出力させる。
2の軸方向における各測定位置Zに対応して第1エッジ
点の情報e(e1〜en)を求める。この求めた値eは、
最大値ホールド回路と最小値ホールド回路とにおいて最
大値eMAXと最小値eMINとが選択される。このeMAXと
eMINとは、図5の説明におけるxMAXとxMINとに相当
する。
と最小値との偏差gN(=eMAX−e MIN)を求める(図
6(4)参照)。このようにして求めた偏差gNは、転
削工具12の軸方向における測定範囲が刃の捩じれの1
周期より短い場合、その測定範囲における振れ量の変動
値として出力される。また、測定範囲が転削工具の刃の
捩じれの1周期以上である場合、予め与えられている刃
数Nを用いてスピンドルの振れ量R0が次式により求め
られる。
者等の研究によると、
って、N≧2である。ただし、1枚刃(N=1)の場合
は、N=2とする。
て刃の捩じれ角と刃数とが与えられてeの変動に基づく
関数近似により転削工具12の軸方向における変動の状
態を表す関数e=f(Z)と、その周期Tとを求める。
そして、前記したと同様に、これらからスピンドルの振
れ量R0と、スピンドルの不釣合い位置に対する工具の
軸方向に沿った各点における刃の位相αとを演算する。
させて振れ量を測定した場合、切刃の数によって検出さ
れる振れの軸方向変化のパターンが異なる。図6は、そ
の状態を模式的に示したものである。同図(1)は1枚
刃の振れの軸方向変化を示したものであり、同図(2)
は直径方向のそれぞれに切刃を有する2枚刃の場合を示
したものである。これらは、いずれも正弦波状に変化す
る曲線のピークの高さが転削工具12の使用状態におけ
る実際の片側の振れ量と見なすことができ、工具の形状
精度誤差による振れを含んだスピンドルの片側の振れ量
(R0/2=B)となる。従って、振れを含んだ刃径
D′は、転削工具12の刃径Dに2Bを加えた値(D+
2B)となる。
4枚の切刃を有する転削工具の軸方向における振れの変
化を模式的に示したものである。この4枚刃の場合、図
6(3)の左側に示したように、実線で示した1番目の
刃による振れ量のピークと3番目の刃による振れ量のピ
ークとの間に、破線で示した2番目の刃による振れ量の
ピークが現われ、3番目の刃によるピークと1番目の刃
によるピークとの間に4番目の刃によるピークがくる。
このため、実際に測定される振れ量の軸方向の変化は、
図6(3)の右側のようになる。
度間隔で3枚の切刃を有する転削工具の軸方向における
振れの変化を示している。この場合にも、4枚刃の場合
と同様に、各刃による振れ量の変化が図6(4)の左側
に示したように相互に重なるため、実際に測定される振
れ量の軸方向に沿った変化は、図6(4)の右側に示し
たようになる。
は3枚刃の場合、図5に示したように、影の片側の位置
を検出しただけでは振れ量を求めることができない。し
かし、各刃による振れ量の軸方向の変化は、正弦波状に
変化するため、前記したように、切刃の捩じれ角と刃数
とがわかれば振れ量を容易に求めることができる。
説明であって、これに限定されるものではない。例え
ば、前記実施形態においては、軸方向の振れの変化を求
める場合に、転削工具12を軸方向に所定量ずつ送り、
送りを停止した状態で振れ量を求める場合について説明
したが、転削工具12の軸方向への移動をゆっくり連続
しておこない、転削工具12を移動させつつ振れを測定
してその最大値を実際の振れ量としてもよい。すなわ
ち、例えば転削工具12が2枚刃の場合、転削工具12
を軸方向に移動させつつ図5に示したxの値を求め、求
めたxの最大値と最小値とから得た振れ量を2倍して実
際の振れ量としてもよい。また、刃数が偶数の場合、第
1エッジ点E1と第2エッジ点E2とから振れ量を求める
場合にも、転削工具12を軸方向に移動させつつ第1エ
ッジ点E1の最小値と、第2エッジ点E2の最大値とを求
めることによって、同様に振れ量を求めることができ
る。
12の軸方向における振れ量の変動を求める場合に、転
削工具12を軸方向に移動させる場合について説明した
が、光センサ25側を移動させるようにしてもよい。ま
た、前記実施形態においては、光源がLED21である
場合について説明したが、光源はレーザダイオードなど
であってもよい。
21によってパルス状の光を転削工具12に照射し、光
センサ25の受光素子を順次切り替えて受光素子の出力
信号を読み込む場合について説明したが、転削工具12
に光を連続的に照射するとともに、光センサ25の各受
光素子に対応してバッファを設け、任意のタイミングで
各受光素子の出力を対応するバッファに同時に読み込
み、これに基づいて振れを求めるようにしてもよい。
10によって転削工具の回転振れを実測した結果を示し
たものである。図7は、エンドミルに対する軸方向にお
ける振れを含んだ刃径D′の変化の状態を示したもの
で、横軸がエンドミルの回転軸方向の移動距離(軸方向
移動量)をmm単位で示してあり、縦軸がエンドミルの
刃径(直径)をmmで示してある。使用したエンドミル
は、外径(刃径)が0.990mmの2枚刃であって、
切刃の捩じれ角は30度である。そして、エンドミルの
回転速度は、2000rpmである。また、図中実線の
曲線は同じ条件下における解析による値であり、■が振
れを含んだ刃径の実測値、すなわち図2に示した振れ幅
演算回路66の出力による値を示したものである。さら
に、図7の破線は、エンドミルの外径の実測値、すなわ
ち図2に示した最大幅ホールド回路60の出力による値
である。
刃径、すなわち振れ量がエンドミルの軸線に沿って変化
していることがわかる。そして、図7から得られたスピ
ンドルの最大振れ量は、約10μm(1.000〜0.
990=0.01[mm])であった。
振れを含んだ刃径の変化の状態を示したものであり、横
軸がドリルの回転軸方向の移動距離(単位:mm)、縦
軸が刃径(単位:mm)である。そして、使用したドリ
ルは、外径が0.403mm、切刃の捩じれ角が30度
であり、ドリルの回転速度が12000rpmである。
また、図中の実線はシミュレーションによる値、■は振
れを含んだ刃径の実測値、破線がドリルの刃径の実測値
である。
ても軸方向で振れを含んだ刃径(振れ量)が変化する。
しかも、振れを含んだ刃径(振れ量)は、軸方向におい
て周期的に変化する。
する転削工具12の先端における切刃の位相と、振れを
含む刃径(振れ量)との関係を示したものであって、横
軸が工具先端からの距離(単位:mm)であり、縦軸が
刃径(単位:mm)である。また、図中破線で示した曲
線は、スピンドルの不釣合い位置に対する工具先端の刃
の位相が0度の場合の解析値を示し、二点鎖線は同じく
位相が45度の場合、実線は位相が90度の場合を示し
ている。そして、図中の▲は同じく位相が0度の場合の
実測値、×は位相が45度の場合の実測値、●は位相が
90度の場合の実測値である。
の場合、転削工具の先端における振れは、スピンドルの
不釣合い位置に対する工具先端の刃の位相が0度の場合
に最大となり、位相が90度のときに最小となる。そし
て、位相が45度のときには、両者の中間となる。
と、転削工具12の振れが軸方向に周期的に変動し、ス
ピンドルの不釣合い位置に対する転削工具12の刃の位
相と振れ量との間に一定の関係が存在する。このため、
例えばエンドミルによる側面切削加工をすると、エンド
ミルの振れのパターンが加工した切削面に転写される。
そこで、例えばエンドミル先端の振れ量を最大となるよ
うに刃の位相を調整してチャックに装着し、最初にエン
ドミルの挿入量を最大にして切削加工したのち、エンド
ミルを挿入位置が浅くなるように軸方向に少しずらし、
エンドミルから切削面に転写された凸部を削るように再
度切削し、このような切削工程を複数回繰り返すことに
よって、加工した切削面の平坦化がはかれ、加工精度を
向上することができる。
ば、回転している転削工具に光を照射して転削工具の影
を光センサの上に投影し、その影の両端の位置を求める
とともに、この影の両端位置を転削工具の軸方向に沿っ
た複数位置で求めることにより、回転している転削工具
の軸線に直交した方向の影の両端位置ついて、転削工具
の軸方向における変動が得られる。従って、転削工具の
軸線に沿って得られた影の投影位置の変動に基づいて、
転削工具の刃径(直径)や転削工具の実際の振れ量、転
削工具の振れを含んだ実際の刃径を求めることができ
る。このため、実際に使用する回転数における転削工具
の軸線に沿った振れ量、振れを含んだ刃径を求めている
ため、実際に使用する回転数における転削工具の実際の
振れ量が得られ、この振れ量を加工の際の参考とし、振
れ量が大きい場合に転削工具を交換したり、スピンドル
のメンテナンスや交換をするなどにより、加工精度を高
めることができる。また、常に大きな回転振れを発生さ
せるチャックの把握などによってチャックの良否を判定
することができ、スピンドルとチャックとを組み合せた
状態での良否を判断することが可能となる。さらに、実
際に使用する回転速度における転削工具の振れを含んだ
実際の刃径が得られるため、この刃径を考慮した補正を
工作機械に与えることにより、加工精度を向上すること
ができる。
を、基準位置に対する前記影の一側端を検出して行なう
ようにしているため、偶数の切刃を有する転削工具の場
合ばかりでなく、刃径を求めることができない切刃の数
が奇数の場合であっても、その実際の振れ量を正確、確
実に求めることができる。従って、奇数刃を有する転削
工具による加工精度を向上することが可能となる。
求めているため、この振れ量を最大の振れ量と比較する
ことにより、スピンドルの不釣合い位置に対する転削工
具の軸線に沿った各位置における刃の位相を容易に求め
ることができ、チャックに転削工具を装着する際に、刃
の位相を調節することにより、転削工具の軸方向におけ
る使用位置の振れ量を調節することが可能であり、加工
精度を向上することができる。
求めているため、実際に使用する回転速度における転削
工具の形状精度誤差による振れを含んだスピンドルの振
れ量が、転削工具の最大振れ量として求めることが可能
で、このスピンドル振れを監視することにより、スピン
ドルの良否、チャックの良否などの判定に利用すること
ができる。
置の概略ブロック図である。
ック図である。
定方法を説明するフローチャートである。
式的に示した説明図である。
測定方法を説明する図である。
数による相違を説明する図である。
向における振れを含んだ刃径の変化を示す図である。
おける振れを含んだ刃径の変化を示す図である。
削工具の軸方向における振れの変動を求める方法の説明
図である。
て転削工具の軸方向における振れの変動を求める方法の
説明図である。
の工具先端における刃の位相と転削工具の振れを含んだ
刃径との関係を示す図である。
4………送り制御装置、20………検出部、21………
LED、22………コリメートレンズ、24………結像
レンズ、25………光センサ、30………制御・演算
部、34………信号処理部、53………投影位置検出
部、54………第1エッジ点検出回路、56………第2
エッジ点検出回路、57………変動検出部、58………
工具幅算出回路、60………最大幅ホールド回路、66
………振れ幅演算回路、68………振れ量算出回路。
Claims (4)
- 【請求項1】 回転している転削工具の側方から光を照
射して前記転削工具の影を光センサ上に投影し、前記転
削工具の軸方向の複数位置において、前記光センサの出
力信号に基づいて投影された前記影の両端位置を検出
し、これら検出した前記影の両端位置に基づいて、前記
転削工具の刃径、前記転削工具の振れ量、前記転削工具
の振れを含んだ刃径の少なくとも1つを求めることを特
徴とする転削工具の測定方法。 - 【請求項2】 回転している転削工具の側方から光を照
射して前記転削工具の影を光センサ上に投影し、前記転
削工具の軸方向の複数位置において、前記光センサの出
力信号に基づいて投影された前記影の一側端位置を検出
し、これら検出した前記影の一側端位置に基づいて、前
記転削工具の振れを含む刃径の片側位置を求めることを
特徴とする転削工具の測定方法。 - 【請求項3】 回転している転削工具の側方から光を照
射して前記転削工具の影を光センサ上に投影し、前記転
削工具の軸方向の複数位置において、前記光センサの出
力信号に基づいて投影された前記影の位置を検出し、こ
れら検出した前記影の位置から前記転削工具の軸方向に
沿って振れ成分を求め、この振れ成分に基づいて前記転
削工具を回転させるスピンドルの不釣合い位置に対する
前記転削工具の刃の位相と、前記スピンドルの振れ量と
の少なくともいずれか一方を求めることを特徴とする転
削工具の測定方法。 - 【請求項4】 時間間隔を変えてパルス状の光を回転し
ている転削工具に照射する光源と、 この光源の照射した光による前記転削工具の影が投射さ
れる光センサと、 この光センサの出力信号に基づいて、光センサに投射さ
れた前記影の両端の少なくとも一方を検出する投影位置
検出部と、 前記転削工具と前記光センサとを転削工具の軸方向に相
対的に移動させる送り部と、 前記投影位置検出部が出力した前記影の投影位置情報に
より、前記転削工具の軸方向における振れ量の変動、前
記転削工具の刃径の変動、前記転削工具の振れを含む刃
径の変動の少なくともいずれか一方を求める変動検出部
と、 この変動検出部の求めた前記転削工具の振れ量の変動、
前記転削工具の刃径または前記転削工具の振れを含んだ
刃径の変動に基づいて、前記転削工具を回転させるスピ
ンドルの不釣合い位置に対する前記転削工具の刃の位相
と前記スピンドルの振れ量との少なくともいずれか一方
を求める位相検出部と、 を有することを特徴とする転削工具の測定装置。
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