JP2607722Y2

JP2607722Y2 - 切削工具の検査装置。

Info

Publication number: JP2607722Y2
Application number: JP1999009930U
Authority: JP
Inventors: 一郎片山; 君男宮澤; 静男福原
Original assignee: UNION TOOL Co
Current assignee: UNION TOOL Co
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2002-07-08
Anticipated expiration: 2007-05-28
Also published as: JP2000000047U

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ｄｍａｘ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】発光部からの光線は、レンズ系によって測
定方向とは直交する軸方向のみに集光された軸方向幅の
狭い一直線状の照射光に形成されて、切削工具の被検査
部位に対して照射され、受光部側に写し出される暗部と
明部を１個（或いは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る。この光量検出信号を基に
各々の測定部は所要の演算処理を実行して、切削工具の
外径や振れ等各種の検査が実行される。そして、被検査
部位に照射された一直線状の照射光の大半がフォトダイ
オードに放射されるため、高い光量検出信号出力が得ら
れてノイズ成分が小さく、また、アナログ処理のため高
速測定ができ、測定分解能も高い。

【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）２４
ｂ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２
５ａという）の光量検出信号を増幅する第１のアンプ、
２８ｂ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，３０
ｃ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３
５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３５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３２
ｂ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，２
５ｂ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２５ａ，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３０ａ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３
３ａ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，２５ｂ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２
８ａ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４２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２５ａ，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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−210414（ＪＰ，Ａ) 特開平１−306156（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−246605（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−50952（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 17/24 G01B 11/24 G01B 11/30

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【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。
【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。
【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。