JPH0449886B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は回転中のドリル刃の直径を計測する
ドリル刃径の計測装置に関する。

［従来の技術］ 第４図ａ，ｂ、は従来のドリル刃４を示す正面
図および底面図であり、これが短冊状の２枚刃を
捩じつた形状をなし、大径部Daと小径部Dbとか
らなる。かかるドリル刃４を使つて加工部材に穿
孔するばあいには、あらかじめ設計したとおりの
直径となるように、そのドリル刃４の最大径をあ
らかじめ計測する必要があり、従来はマイクロメ
ータにより、最大径と思われる部分を計測してい
た。しかし、この方法は、最大径を求めるのが困
難であり、人によつて計測精度がことなるほか、
小計のドリル刃では測定作業中にこれを折損する
怖れがあつた。

また、ラインセンサなどの光電素子を受光面と
して、手で回転させるドリル刃の像を得ることに
より、その最大径を計測する方法も提案されてい
るが、この計測したドリル刃をドリルチヤツクに
取付ける作業過程で、他のドリル刃を付け違える
などの作業ミスをしていた。さらに、このような
ラインセンサを用いた他の計測方法では、第５図
に示すように、ドリル刃４の最大径部Da、小径
部Dbによる変化を高速でサンプリングし、この
サンプリング値から最大値を求めたり、このサン
プリング値をマイクロプロセツサにおいて比較演
算して最大値を求めたりしている。このばあいに
は、１分間で20000回回転するドリルのばあい、
その回転速度以上でサンプリングする必要がある
ところから、たとえば、１回転で２回サンプリン
グするばあいには４万回／60秒＝1332Hzのサンプ
リング周波数となり、１秒間に1000個以上の計数
をし、上記最大値を求めなければならず、回路お
よび処理動作がかなり大掛かりとなつてしまうな
どの問題点があつた。

この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、ラインイメージセンサ上に、
回転中のドリル刃を投影し、これの直径を迅速か
つ確実に計測することができるドリル刃径の計測
装置を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明にかかるドリル刃の計測装置は、回転
中のドリル刃の像をラインイメージセンサの受光
面に結像するとともに、その像の最大幅を電荷変
化量として積分固定し、その積分固定した像のビ
ツトパルスを計数回路で計数し、このビツトツパ
ルスと上記光学系のスケールフアクタとから、上
記ドリル刃の最大径を演算回路によつて演算する
ような構成としたものである。

［作用］ この発明におけるラインイメージセンサは、瞬
時の光電変換量ではなく、時間積分された光電変
換量を出力するので、ドリル刃に小径部があつて
も、光源の光量および電荷蓄積時間を適当に選ぶ
ことによつて、受光面上に得られたドリル刃の像
の最大値に対応した数のビツトパルスを正確に出
力し、このパルス数から演算によつてドリル刃の
最大値を正確に求めるように作用する。

［実施例］ 以下、図によつて、この発明の一実施例を説明
する。

すなわち第１図において、１は平行光線を投射
する冷陰極放電管などの光源、２はその冷陰極放
電管の高周波電源で、たとえば30［Hz］、80［dV］
の電圧を発生する。３はレンズ、７は被計測物で
ある回転中のドリル刃、５は電荷蓄積作用のある
ラインイメージセンサ、６は光電素子、９は光電
素子６を制御するLSI回路、１０はラインイメー
ジセンサ５のドライブ回路である。また、７は光
軸、８はドライブ回路１０が出力するビデオ信
号、１１は受光面である光電素子６上に結像した
ドリル刃４の像であり、これの直径が第５図に示
すように変動している。

なお、ラインイメージセンサ５は光学情報を電
気信号に変換する装置で、これの電荷蓄積機能に
よつて、次の特徴を持つ。

(イ) 瞬時の光電変換量ではなく、時間積分された
量が出力になる。このばあいにおいて、その出
力は光の強さに蓄積時間を乗算したものに比例
する。

(ロ) 露光量は光量ｘ電荷蓄積時間であるため、蓄
積時間内の光量変化に追従せず、蓄積時間内の
光量平均値が出力となる。

(ハ) 出力は飽和特性を持つ。

次にこのラインイメージセンサ５を使用して
の、ドリル径の計測装置の動作について説明す
る。

光源１からドリル刃４に投射された光は、レン
ズ３を通つてラインイメージセンサ５の光電素子
（受光面）６上にそのドリル刃４の像を結ぶ。こ
の光電素子６は受光した光の明暗を２値信号に変
換するように作用し、光電素子６の全部に光が当
たるばあい、つまりドリル刃４がないばあいには
第２図ａに示すように、光電素子６の全数につい
てドライブ回路１０を通してパルス（ビデオ信号
８）を出力し、ドリル刃４があるばあいには、上
記像１１の部分だけパルスを生じないパルス列波
形となる。たとえば、光電素子６が1024あるライ
ンイメージセンサ５の出力は、上記パルスが1024
個あり、ドリル刃４があるときは像（陰）の部分
だけパルスが不足した第２図ｂに示すようなパル
ス列波形となる。

このばあいにおいて、ドリル刃４は大径部Da
と小径部Dbとがあり、この小径部Dbに対応する
部分で光が光電素子６に脈動的に当たり、その光
量が少なくなることにより、上記パルス列のレベ
ルが少少低下するが、ラインイメージセンサ５の
積分効果によつて、光源１の光量と電荷蓄積時間
を調節することにより、第２図ｂに示すパルス列
波形を得ることができる。つまり、ラインイメー
ジセンサ５の電荷の蓄積時間を回転数に見合つた
十分に遅いスピードでドライブし、しかもこの間
十分な光を蓄積できるように光源の光量を決める
ことによつて、ドリル刃４の最大径に対応する数
のパルスを高精度に発生する。ここで、光源１の
光量は小径部Dbにおいてラインイメージセンサ
を飽和させない値に設定しておく。なお、電荷蓄
積時間は、MOS形のばあいはスタートパルス間
隔で、CCDセンサのばあいはトランスフアパル
ス間隔で決まる。また、電荷蓄積時間の長さは、
光量および周囲温度でも決まり、しかも出力が飽
和特性を持つため、飽和しないように光量および
電荷蓄積時間を決める必要がある。具体的には、
光源１の光量を小径部Dbの状態でイメージセン
サが飽和しない値に設定する。またスタートパル
スから次のスタートパルスまでの１個の間隔ある
いはトランスフアーパルスと次のトランスフアー
パルスまでの１つの間隔内で第５図に示す脈動を
検出してしまわないようにドリル刃に十分な数の
回転をさせ、平均光量が得られるように間隔と回
転数を設定する。たとえば、パルス間隔時間、す
なわちイメージセンサの電荷の積分時間をτと
し、ドリル刃の回転角速度をωとしたばあい、
ωτ＞＞１とする。

また、上述のようにして得られたビデオ信号は
不要信号やノイズを除去するため、コンパレータ
付きアンプ１２を通してあらかじめ設定されたし
きいちでカツトされたレベルで、計数回路１３に
入力され、この計数回路では、光電素子６の全数
（上記の例では1024個）をプリセツトしたプリセ
ツト出力回路１４からのプセツト数1024からアン
プ１２の出力たる光の当たつているビツト数を減
算し、ここで光の当たつていない光電素子数Ｎを
計数する。そして、この光電素子数Ｎに、上記光
学系の構成によつて定まるスケールフアクタを演
算回路１５において乗じることによつて、ドリル
径の最大値を出力することができる。アンプ２の
コンパレータ機能はビデオ信号を計数回路に入力
する前に不要な信号やノイズを除くため、しきい
値レベルでビデオ信号レベルを区切る。このしき
い値レベルは最大露光値に近いレベルに設定す
る。

次に上記スケールフアクタを求める方法を説明
する。今、第１図において、ドリル刃４の回転中
心からレンズ３の中心までの距離をＡ、レンズ３
の中心から光電素子（受光面６）までの距離を
Ｂ、レンズ３の焦点距離をＦとすると、(1)式が成
立する。

（１／Ａ）＋（１／Ｂ）＝１／Ｆ ……(1) また、倍率をＭ、センサピツチをＰ、ビツト数
をｎ、ドリル刃４の最大径をＬとすると、 Ｍ＝Ｂ／Ａ＝nP／Ｌ ……(2) となる。そしてこの式を書き換えると、 Ｌ＝（１／Ｍ）・nP ＝｛（Ａ／Ｆ）−１｝・Ｐ・ｎ ……(3) となる。ここで、光電素子６の１ビツトのスケー
ルフアクタＹは、 Ｙ＝Ｌ／ｎ＝Ｐ／Ｍ＝｛（Ａ／Ｆ）−１｝・Ｐ ……(4) として得られ、したがつて、光の当たつていない
光電素子６の数をＮとすると、ドリル径はNxY
で得られることになる。

このようにすれば、変動するドリル刃４の像の
最大径に相当するビツト数が得られるように、上
記光学系の定数を設定すれば光の当たつている光
電素子のビツト数にスケールフアクタを乗ずるの
みで、ドリル刃４の直径を非接触で求めることが
できることになる。

第３図は計測装置の使用状況を示す説明図であ
る。これは、上記黄河矩形を収容したケース３０
の挿入孔３１内に、チヤツク３２に取付けたドリ
ル刃４を挿入し、このドリル刃４を回転させた状
態にて、上記のようにラインイメージセンサ５上
にドリル刃４の像を結ばせる。これによれば、チ
ヤツク３２を下げたとき、ドリル刃４の像（陰）
１１が得られなければ、ドリル刃４が折れている
かまたはチヤツク３２に付けられていないと判定
でき、ドリル刃４の先端が異常回転するなどし
て、通常より異常に像１１の径が大きく測定され
たばあいには、ドリル刃４のチヤツク３２への取
付けが異常であると判定することができる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、回転中のドリ
ル刃の像をラインイメージセンサの受光面に結像
させ、その像の最大幅を電荷変化量として積分固
定し、この積分固定した像のビツトパルスと光学
系のスケールフアクタとから、上記ドリル刃の最
大径を演算するように構成したので、チヤツクに
付けた状態でドリル刃の上記最大径を誤りなく、
しかも迅速に計測でき、従来におけるようなドリ
ル刃の付け違いによる誤つた径の穿孔作業をなく
すことができる効果がある。また従来のように変
動する像の直径のサンプリングおよびそのサンプ
リングした信号の処理のために、大掛かりなマイ
コン等を用いる必要がなくなるなどの効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のドリル刃計測装置の一実施
例を示す基本構成図、第２図は同じくドリル刃が
光学系内にないばあいとあるばあいの、ラインイ
メージセンサの出力パルス列波形図、第３図は計
測装置の使用状態を示す説明図、第４図は従来の
２枚刃のドリル刃の正面図および底面図、第５図
はドリル刃の回転による直径の変化特性図であ
る。 １……光源、２……高周波電源、３……レン
ズ、４……ドリル刃、５……ラインイメージセン
サ、６……光電素子、７……光軸、８……ビデオ
信号、９……LSI回路、１０……ドライブ回路、
１１……ドリル刃４の像、１２……アンプ、１３
……計数回路、１４……出力回路、１５……演算
回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源からイメージセンサ上に投射する光によ
   つて、回転中のドリル刃の像を上記イメージセン
   サの受光面に結像させるとともに、その像の最大
   幅を電荷変化量として積分固定するラインイメー
   ジセンサと、このラインイメージセンサの出力に
   もとづき、上記像のピツトパルスを計数する計数
   回路と、上記像のピツトパルス数と上記光学系の
   スケールフアクタとから上記ドリル刃の直径を演
   算する演算回路とを備え、上記ドリル刃の回転角
   速度をω、上記イメージセンサの電荷の積分時間
   をτとしたとき、ωτ＞＞１であり、かつτは、
   上記イメージセンサ上に上記ドリル刃が存在しな
   いときの上記イメージセンサの最大受光部分にお
   いても、このイメージセンサが飽和しない値に設
   定され、さらに上記イメージセンサの出力を２値
   化する際のしきい値が、上記イメージセンサの最
   大受光量に近い状態に設定されたことを特徴とす
   るドリル刃径の計測装置。 ２ スケールフアクタを光電素子１個あたりのド
   リル刃の直径としたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項のドリル刃径の計測装置。