JPH05329751A

JPH05329751A - 切削工具の検査装置

Info

Publication number: JPH05329751A
Application number: JP18026192A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Katayama; 一郎片山; Kimio Miyazawa; 君男宮澤; Shizuo Fukuhara; 静男福原
Original assignee: Union Tool Co
Current assignee: Union Tool Co
Priority date: 1992-05-28
Filing date: 1992-05-28
Publication date: 1993-12-14

Abstract

(57)【要約】【目的】レンズ系によって一直線状に集光させて直線
光を得、この直線光によって切削工具に対する種々の測
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からの光線をレンズ系２３を通し
て被測定物Ｍに照射し、この被測定物Ｍによる暗部と明
部を受光部２５で検出して光量信号を得、この光量信号
を基に演算処理して測定する検査装置であって、発光部
２１からの光線を一直線状に集光させて直線光Ｌ_０を得
ると共に、受光部２５では直線光Ｌ_０に関連する光量検
出信号を得、この光量検出信号を基に演算処理する外径
測定部Ａ、振れ測定部Ｂ，Ｃ及び／又は先端測定部Ｄ等
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明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、又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。

【０００３】その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（ＬＥ
Ｄ）、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。

【０００４】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Ｄ
Ｋ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。

【０００５】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は静電容量式の切削工具
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。

【０００６】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ｄｍｉ
ｎによる減算を行ない、振れ量（ｄｍａｘ−ｄｍｉｎ）
を算出する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示す従来の切
削工具検査装置では、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ｍｓｅ
ｃ）。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。

【０００８】更に、図１２に示す従来の切削工具検査装
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。

【０００９】本発明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一直線
状に集束される直線光を得、この直線光に関連した光量
を受光部のフォトセンサで検出し、この光量検出信号を
用いて演算処理することにより、種々の測定を可能にす
ることである。また、本発明の他の目的は上記受光部の
フォトセンサを複数個のフォトセンサに分割し、各フォ
トセンサの光量検出信号を用いて演算処理することによ
り、切削工具の種々の測定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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１番目の発明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集束して直線光を形成するレン
ズ系とこのレンズ系により集束された直線光からの放射
光を切削工具の被検査部位を介して受光する受光部とを
備えた光学系と、この光学系における受光部の上記被検
査部位の状態に関連する光量検出信号を演算処理して該
被検査部位の状態を測定する測定処理部とを具備し、上
記受光部が上記レンズ系によって形成された直線光から
放射される放射光の照射領域内に配置されているフォト
センサからなり、また、上記測定処理部が上記フォトセ
ンサの光量検出信号を基に演算処理する演算処理部から
成るものである。

【００１１】また、第２番目の発明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集束して直線光
を形成するレンズ系とこのレンズ系により集束された直
線光からの放射光を切削工具の被検査部位を介して受光
する受光部とを備えた光学系と、この光学系における受
光部の上記被検査部位の状態に関連する光量検出信号を
演算処理して該被検査部位の状態を測定する測定処理部
とを具備し、上記受光部が上記レンズ系によって形成さ
れた直線光から放射される放射光の照射領域内に分離し
て配置されている複数個のフォトセンサからなり、ま
た、上記測定処理部が上記複数個のフォトセンサの光量
検出信号を基に演算処理する演算処理部から成るもので
ある。

【００１２】

【作用】発光部からの光線はレンズ系により一直線上に
集束されて直線光が得られ、この直線光から放射される
放射光は受光部に照射される。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介在される
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フォトセンサが検出し、光量検出
信号が出力される。測定処理部は光量検出信号を基に各
種の演算処理を実行し、切削工具の各種の検査が実行さ
れる。また、上記の暗部と明部を複数個のフォトセンサ
が検出し、各光量検出信号が出力される。したがって、
測定処理部では各光量検出信号を基に各種の演算処理を
実行することもできる。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図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。

【００１４】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_１はレンズ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の焦点距離位置に集光（結像）され
て一直線状の直線光（直線焦点光）Ｌ_０が形成され、さ
らに直線光Ｌ_０から放射して放射光束Ｌ_４が形成され
る。

【００１５】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割して設けた第
１のフォトセンサ２５ａと第２のフォトセンサ２５ｂか
らなり、これらのフォトセンサは複数個のフォトダイオ
ードを電気的に並列に接続してなるものである。そし
て、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。

【００１６】また、図１において、２８ａは第１のフォ
トセンサ２５ａ（以下、単にフォトセンサ２５ａ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のフォトセンサ２５ｂ（以下、単にフォトセンサ２
５ｂ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、こ
れにより測定処理部における外径測定部Ａが構成され
る。

【００１７】３０ｂ，３０ｃは光量検出信号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３
０ｂ，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、３
４ｂ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、これにより測
定処理部におけるドリルの振れ測定部Ｂが構成される。

【００１８】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３
２ｂ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、これに
より測定処理部におけるゲージピンの振れ測定部Ｃが構
成される。

【００１９】更に、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って、これらの
加算回路２９、比較回路３５及び表示回路３６により測
定処理部における先端（高さ）測定部Ｄが構成される。

【００２０】光学系２０の動作原理として、図３に示す
ように平行光がフォトセンサ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、フォトセンサ２５
ａ，２５ｂに暗部ＤＫ（明部はＬＴで示す）として写し
出される。この場合、フォトセンサとしてフォトダイオ
ードを使用すると、その短絡電流Ｉはフォトセンサの受
光する光量に比例する。

【００２１】平行光のパワーを一定と仮定し、被測定物
がなく、フォトセンサ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。

【００２２】測定処理部の外径測定部Ａにおいて、光学
系２０における受光部２５のフォトセンサ２５ａ，２５
ｂ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。

【００２３】ここで、被測定物Ｍとしてドリルを例にと
ると、フォトセンサ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
トセンサ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、各々光量検出信
号Ｓ_１とＳ_２となり、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４
１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。

【００２４】この外径信号を加算信号Ｓ_３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。

【００２５】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振れ量測定がで
きるもので、それらの振れ量測定は振れ測定部Ｂ，Ｃに
よってそれぞれ実行される。

【００２６】即ち、ドリルの振れ量測定の場合は、一つ
のフォトセンサ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センサ２５
ａ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。これはフォトセンサ２５ａがドリルの刃
ｋ_１とｋ_２と対応しており、測定処理部の振れ測定部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。

【００２７】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でドリルの振れをデジタル表示する。

【００２８】一方、測定処理部の振れ測定部Ｃによるゲ
ージピンの振れ量測定では、フォトセンサ２５ａ，２５
ｂ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。

【００２９】この位置信号の最大値を最大値保持回路３
０ｄ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。

【００３０】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細長い一本の光（直線
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、フォトセンサ２５ａ，２
５ｂの位置では楕円光になる。そして、フォトセンサ２
５ａ，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。

【００３１】次に、測定処理部の先端測定部Ｄによるド
リルの先端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
の検出位置では光は非常に細い線となっており、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。

【００３２】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非常に細い光の
線になっているので、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。

【００３３】

【発明の効果】本発明は上記の如くであって、受光部と
してＣＣＤリニアイメージセンサではなくフォトセンサ
（フォトダイオード）を用いており、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
能を高くできる一方、レンズ系により集光した非常に細
い直線光によってドリルを測定するので、ドリルの先端
検出や外径及び振れ量の測定を精度良く、かつ短時間で
行なうことができる。

【００３４】また、受光部は複数個のフォトセンサによ
って構成され、これらのセンサ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、ゲージピンを使用してのスピンドルの振
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】本発明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に示すもので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に示すもので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に示すもので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に示すものでドリルを検査する場合のドリ
ルとフォトセンサの位置関係を示す説明図である。

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

【図１０】図１に示すものでドリルの先端位置を検査す
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】

２０は光学系、２１は発光部、２２は絞り、２３はレン
ズ系、２４ａ，２４ｂはレンズ、２５は受光部、２５
ａ，２５ｂはフォトセンサ、２８ａ，２８ｂはアンプ、
２９は加算回路、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは最
大値保持回路、３１は最小値保持回路、３２ａ，３２
ｂ，３２ｃは減算回路、３３ａ，３３ｂ，３３ｃはＡ／
Ｄ変換回路、３４ａは外径表示器、３４ｂ，３４ｃ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，Ｃは振れ測定部、Ｄは先端測定部であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源である発光部からの光線を集束して
直線光を形成するレンズ系とこのレンズ系により集束さ
れた直線光からの放射光を切削工具の被検査部位を介し
て受光する受光部とを備えた光学系と、この光学系にお
ける受光部の上記被検査部位の状態に関連する光量検出
信号を演算処理して該被検査部位の状態を測定する測定
処理部とを具備し、上記受光部が上記レンズ系によって
形成された直線光から放射される放射光の照射領域内に
配置されているフォトセンサからなり、また、上記測定
処理部が上記フォトセンサの光量検出信号を基に演算処
理する演算処理部からな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集束して
直線光を形成するレンズ系とこのレンズ系により集束さ
れた直線光からの放射光を切削工具の被検査部位を介し
て受光する受光部とを備えた光学系と、この光学系にお
ける受光部の上記被検査部位の状態に関連する光量検出
信号を演算処理して該被検査部位の状態を測定する測定
処理部とを具備し、上記受光部が上記レンズ系によって
形成された直線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る複数個のフォトセンサからな
り、また、上記測定処理部が上記複数個のフォトセンサ
の光量検出信号を基に演算処理する演算処理部からなる
ことを特徴とする切削工具の検査装置。
【請求項３】測定処理部が、受光部の複数個のフォト
センサの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
とする請求項２記載の切削工具の検査装置。
【請求項４】測定処理部が、受光部のフォトセンサの
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
特徴とする請求項１記載の切削工具の検査装置。
【請求項５】測定処理部が、受光部の複数個のフォト
センサの各光量検出信号の差を算出した減算信号を基に
最大値保持信号と最小値保持信号を得、これらの最大値
保持信号と最小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請求項２記載の切削工具の検査装
置。
【請求項６】測定処理部が複数個のフォトセンサの各
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上記被検査部位を
測定する先端測定部によって構成されていることを特徴
とする請求項２記載の切削工具の検査装置。