JPH064204B2 - ドリル刃長およびドリル径の自動測定装置を有する穴あけ機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、プリント基板に対する穴あけ機のようなコン
ピュータ数値制御（ＣＮＣ）方式によるドリル刃長およ
びドリル径の自動測定装置を有する穴あけ機に関するも
のである。

（従来の技術） 電気回路を形成するプリント基板を多数製作する場合、
同寸法のプレートに多数の穴あけ加工を施す工程があ
る。

従来はこの工程を実施するために、ＣＮＣ方式の穴あけ
機のツールマガジンの所定の位置に数種類のドリルを挿
入しておき、指令された工具番号の工具を主軸（スピン
ドル）に装着して穴あけ作業を行っていた。

第８図〜第１１図は従来のこの種装置の一例を示すもの
（実願昭６１−８６４８６号）で、第１１図はプリント
基板用穴あけ機の外観図を示すものである。図中５１は
ベッド、５２はそのベッド５１を跨ぐように設けられた
クロスビームである。ベッド５１上には、ワークテーブ
ル３と、ツールマガジン６と、ベースプレート１４と
が、Ｘ方向に移動自在に設けられている。５３はそのＸ
軸ボールねじで、５４はＸ軸サーボモータである。５５
はワークテーブル３上に載置したワークで、本実施例の
場合２枚のワーク５５が載置できるようになっている。
したがってツールマガジン６およびベースペレート１４
もそれぞれ２個配置されている。

また５６は、クロスビーム５２に沿ってＹ方向に移動自
在に設けられたサドルで、５７はそのＹ軸ボールねじで
あり、５８はＹ軸サーボモータである。また５９はサド
ル５６に対して昇降自在に設けたスピンドルホルダーで
あり、６０はそのＺ軸ボールねじ、６１はＺ軸サーボモ
ータである。また２はスピドルホルダー５９に設けた穴
あけ用のスピンドル（主軸）であり、１はそのスピンド
ル２に装着したドリルである。また２２はスピンドルホ
ルダー５９に設けたローディング装置のチャックであ
る。

また１６は前記ベースプレート１４上に設けたドリルの
排出ステーション、１８はドリルの装着ステーション、
１９はドリルの刃長を検出する検出ステーションであ
る。そして前記したサドル５６および各ステーション１
６，１８，１９はそれぞれワーク５５の数（本実施例で
は２個）に相当する数だけ設けられている。なお６２は
コンピュータによる数値制御装置（ＣＮＣ）である。

また第８図〜第１０図は、従来装置の各部の詳細を示す
もので、図中１はプリント基板に対する穴あけ機におい
て使用する工具であるドリルで、１ａ（第８図参照）は
その刃部、１ｂはシャンク部、１ｃはドリルリング部で
ある。２はドリル１を把持して回転する穴あけ機の主軸
（スピンドル）、３は前記したようにＸ座標上を自由に
移動する穴あけ機のワークテーブル、４（第１０図参
照）はワークテーブル３上のサブプレートである。５は
ワークテーブル３の壁面にボルト６によって固定したブ
ラケットで、このブラケット５上にツールマガジン６お
よびその他の付属装置が載置されるようになっている。
ツールマガジン６はほぼ方形の平板で、第９図に示すよ
うに多数のドリル刃部挿入用の穴６ａおよびドリルリン
グ部挿入用の座ぐり穴６ｂが分布配設されており、未使
用または使用済みのドリル１が所定位置にセットされる
ようになっている。

７はブラケット５の奥にボルト８（第８，９図参照）に
よって固定したストッパーブロックで、９はそのブロッ
ク７に植設したストッパーピンであり、このピン９がツ
ールマガジン６の縁に設けた凹欠部６ｃ（第９図参照）
と嵌合することによってツールマガジン６の位置決めが
行われる。

また１０はツールマガジン６の左右両側縁を支持するた
めブラケット５上に載置してボルト１１（第８図参照）
による固定した支持ブロックで、１０ａまたはツールマ
ガジン６の挿入溝である。

また１２（第９図参照）はブラケット５の前縁部に螺番
（図示せず）を介して起倒自在に設けたツールマガジン
６の押えプレートで、ツールマガジン６を支持ブロック
１０の挿入溝１０ａに挿入する時、およびツールマガジ
ン６を取り外す時は、この押えプレート１２は倒した状
態とし、ツールマガジン６を挿入した後にこの押えプレ
ート１２を起した状態でロックしておくようにする。１
３はツールマガジン６を奥へ押し込む作用をする板ばね
である。

また１４はブラケット５の上面に載置したボルト１５
（第９図参照）によって固定したベースプレートで、１
６はこのベースプレート１４上にボルト１７により固定
したドリル１の排出ステーションであり、１８はベース
プレート１４上にボルト１７により固定したドリル１の
装着ステーションである。これらのステーションはいず
れもドリル１を把持または釈放する機能を有している。

また１９はエースプレート１４上に載置してボルト２０
により固定したドリル１の刃長検出ステーションで、１
９ａはその光ファイバー式センサーであり、第１０図に
示すように、中心孔１９ｂ内に挿入したドリル１の刃長
を検出するものである。なお２１はカバーである。

また第８図に示す２２は穴あけ機のローディング装置の
チャックであり、第１１図に図示したようにスピンドル
ホルダー５９のわきに装置されているものである。

つぎに上述した従来装置によるドリル１の交換方法を説
明する。

まず数値制御式穴あけ機のワークテーブル３のＸＹ座標
制御によって、穴あけ機のローディング装置のチャック
２２の真下に、ツールマガジン６上の必要とするドリル
１を位置させる。この状態でチャック２２をルーズにし
たままローディング装置をエヤシリンダ（図示せず）の
作動によって下降させて、チャック２２によって未使用
のドリル１をクランプして後、チャック２２を上昇させ
る。

つぎに穴あけ機の主軸（スピンドル）２（第８図参照）
を使用済みのドリル１を装着したまま前述したＸＹ座標
制御によって排出ステーション１６の真上に位置させ、
穴あけ機のＺ軸制御によって第８図に示す状態にスピン
ドル２を下降させ、この位置でスピンドル２のチャック
がドリル１を釈放すると共に、排出ステーション１６の
チャックによってドリル１をクランプさせ、その後スピ
ンドル２を上昇させる。

つぎに前述したように未使用のドリル１をクランプして
いるローディング装置のチャック２２をＸＹ座標制御に
よって装着したステーション１８の真上に移動させ、そ
の位置でＺ軸の制御によりチャックを下降させてドリル
１を装着ステーション１８内に挿入し、この状態でチャ
ック２２を開放すると共に、装着ステーション１８のク
ランプによってドリル１をクランプさせ、Ｚ軸の制御に
よってチャック２２を上昇させる。すなわちこの状態で
は、使用済みのドリル１が排出ステーション１６に保持
されており、未使用のドリル１が装着ステーション１８
に保持されている。

つぎにドリル１を釈放したローディング装置のチャック
２２の真下に、排出ステーション１６をＸＹ座標制御に
よって位置させる。この場合必然的に穴あけ機のスピン
ドル２が装着ステーション１８の真上に位置するように
なっている。したがってこの状態でＺ軸制御によってロ
ーディング装置およびスピンドル２を、それぞれのチャ
ックを開放した状態で下降させた後、排出ステーション
１６および装着ステーション１８のチャックを開放する
と共に、ローディング装置およびスピンドル２のチャッ
クによってそれぞれドリル１をクランプさせ、Ｚ軸の制
御によってローディング装置およびスピンドル２を上昇
させる。すなわちこの状態ではスピンドル２には未使用
のドリル１が装着され、ローディング装置のチャック２
２には使用済みのドリル１が装着されたことになる。

つぎにローディング装置のチャック２２をＸＹ座標制御
によってツールマガジン６の空いているドリル挿入孔の
真上に位置させ、前述したエアシリンダによってローデ
ィング装置のチャック２２をドリルリング１ｃの底面が
座ぐり穴６ｂの底面から浮き上がっている状態まで下降
させ、この状態でチャック２２を開放すると共に、ロー
ディング装置をエアシリンダによって上昇させる。

なおスピンドル２に装着されたドリル１は穴あけ作業開
始前に、第１０図に示すように一旦刃長検出ステーショ
ン１９の中心孔１９ｂ内に下降してセンサー１９ａによ
って刃長の検出が行われ、適正な刃長のドリル１のみに
よって加工が行われるようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上述した従来装置では、スピンドル２に装
着したドリル１の径の測定が行われなかったから、ツー
ルマガジン６の所定の位置にセットしておくドリルの径
を誤って装着した場合、穴あけ機のスピンドル２はその
間違っているドリルを把持して穴あけ加工をしてしまう
ため、多数の不良品が発生して、経済的にも大きな損失
を与えてしまうという問題点があった。

（問題点を解決するための手段） 上述の問題点を解決するため本発明においては、コンピ
ュータ数値制御されるワークテーブルと、ツールマガジ
ンと、ドリルの装着ステーションと排出ステーションお
よびドリル検出ステーションを有する穴あけ機におい
て、前記ドリル検出ステーションとして、ドリルと直交
するように配置した光電素子とＬＳＩ回路とを有するラ
インイメージセンサと、冷陰極放電管とを対向させて設
け、この間に穴あけ機の主軸が保持したドリルを高速回
転状態で位置させるようにしてラインイメージセンサに
投影された光学的情報を電気信号に変えるセンサーヘッ
ドを設け、このセンサーヘッドを光ファイバーを介して
コンピュータを有するコントローラに接続してドリルの
加工前の刃長および径を測定してその合否を判定し、こ
のコントローラを穴あけ機の数値制御装置と接続し、前
記合否の判定信号を数値制御装置に出力するようにして
ドリル刃長およびドリル径の自動測定装置を有する穴あ
け機を構成する。

（作 用） 本発明装置は上述のように構成したから、穴あけ機の主
軸が保持したドリルの刃長および径を測定し、その結果
そのドリルが不適である場合には、穴あけ機の運転をＣ
ＮＣによって自動停止させると共に、ブザーまたは回転
灯等によって警告することができる。

したがって本発明によれば、不良品の発生を防止して、
生産効率を高めることができる。

（実施例） 以下、図面について本発明の一実施例を説明する。

すなわち本実施例においては、上述したようなコンピュ
ータ数値制御されるワークテーブル３と、ツールマガジ
ン６と、ドリル１の装置ステーション１８と、排出ステ
ーション１６およびドリル検出ステーションを有する穴
あけ機において、前記ドリル検出ステーションとして、
主軸２が保持したドリル１の加工前刃長および径を高速
回転状態で光学的に測定し得るセンサーヘッド２３（第
１図参照）を設ける。第１図においてセンサーヘッド２
３が複数個あるのは、このセンサーヘッド２３は、穴あ
け機の各主軸２に対して１個宛設けるためである。すな
わち第１１図のようにスピンドル２が２本ある場合は、
センサーヘッド２３も２個必要であり、スピンドル２が
６本の場合は、センサーヘッド２３も６個設けることに
なる。

この各センサーヘッド２３を光ファイバー２４を介して
コンピュータを有するコントローラ２５に接続し、この
コントローラ２５をインターフェースコネクタ２６を介
して数値制御装置と接続して穴あけ機用ドリル刃長およ
びドリル径の自動測定装置を構成する。

第２図はセンサーヘッド２３およびコントローラ２５の
構成の一例を示すもので、２７は冷陰極放電管２８を点
灯するための高周波放電源で、通常周波数は３０ＫＨｚ
程度、電圧は８０ｄＶである。冷陰極放電管２８はレン
ズ２９を介してラインイメージセンサ３０に対して平行
光線を与えるための光源である。３１はそのラインイメ
ージセンサ３０の光電素子であり、ドリル１に対して直
交するように配置されている。３１ａは光電素子３１上
に結像したドリル１の影である。また３２は光電素子３
１を制御するＬＳＩ回路、３３はラインイメージセンサ
３０をドライブする回路、３４は回路３３からの出力で
あるビデオ信号である。

また３５はアンプ、３６は計数回路、３７はプリセット
回路、３８はマルチプレキサ、３９は入力制御回路、４
０はＮＣ装置からのドリル径情報、４１はＮＣ装置から
の計測開始ストローブ信号、４２はマイクロコンピュー
タ、４３は出力制御回路、４４は合否判定信号、４５は
計測完了ストローブ信号である。

つぎに上述のように構成した本発明装置の作用を説明す
る。本発明装置を付したＣＮＣ（コンピュータ数値制
御）方式の穴あけ機の主軸２が、その自動工具交換装置
によって新しいドリル１を把持すると、その主軸２はド
リル検出ステーションであるセンサーヘッド２３の真上
に移動し、ついで第３図に示すように主軸２と共にドリ
ル１が下降し、ＣＮＣ装置より計測開始ストローブ信号
４１（第２図参照）を出力する。そしてこの場合ライン
イメージセンサ３０の光電素子３１の検出範囲Ｊ（第３
図参照）内に物体を検出した場合は、そのドリル刃長が
不適であるとされ、計測完了ストローブ信号４５（第２
図参照）と、異常計測に基づく合否判定信号４４がＣＮ
Ｃ装置へ出力される。すなわちＣＮＣ装置は測定装置よ
りの計測完了ストローブ信号４５によって合否の判定を
行い、正常な時は主軸２およびドリル１が第４図に示す
ようにドリル径測定位置に下降し、ドリル径のデータと
計測開始ストローブ信号４１（第２図参照）を出力す
る。

ドリル１は第５図（ｂ）に示すように、その断面には大
径Ｄと小径ｄがあるため、このドリル１を第５図（ａ）
の矢印Ａで示すように回転させながら、第２図に示すよ
うに光学的方法で投影すると、そのドリル径は第６図に
示すように時間座標に対して変化する。

本発明の測定装置は第２図に示すように、高周波電源２
７によって点灯した冷陰極放電管２８の光線を高速回転
（１５０００ＲＰＭ）しているドリル１に当て、その光
をレンズ２９を介してラインメージセンサ３０にあて、
その光学的情報を電気信号に変換して出力するものであ
る。すなわち、第６図に示すような連続山形状に変化す
る信号を高速でサンプリングし、その値をアイクロコン
ピュータ４２（第２図参照）で比較して最大値を求める
方法をとっている。

ラインイメージセンサ３０は光学的情報を電気信号に変
換する装置で、ＣＣＤ形とＭＯＳ形とがあるが、この両
者の相違点としては電荷読み出し部が異っているが、光
電変換と電荷蓄積部はほとんど同様である。したがって
本発明装置のラインイメージセンサ３０としてはＣＣ
Ｄ、ＭＯＳ形のいずれでもよい。

また本発明装置ではラインイメージセンサ３０を２値信
号系として使用する。すなわち第２図の３１ａはドリル
１の影の部分であり、ラインイメージセンサ３０が出力
するビデオ信号３４（第２４参照）は、第７図に示すよ
うなパルス列波形となる。そしてそのパルス数はセンサ
３０の光電素子数と一致する。第７図（ａ）はドリル１
が第３図に示すように計測エリアＪにない場合であり、
第７図（ｂ）は第４図に示すように計測エリアＪにドリ
ル１がある場合である。

このドリル１がある場合、影の部分ＢはパルスＦが低く
なるので、ドライブ回路３３（第２図参照）内のコンパ
レータでＧのレベルで切ると、ビデオ出力３４はＧから
上のＥの高さのパルスとなる。そして各パルスは第７図
(a)のＤで示すような形をしている。例えば１０２４光
電素子（１０２４ビット）のラインイメージセンサの出
力はパルスが１０２４個ある波形となる。

ドリル１があると第７図（ｃ）のような影Ｈの分だけパ
ルスが不足した波形となる。第７図（ｃ）の例はドリル
１が丸棒のようなものの場合であって、ドリル１が回転
している場合は第６図のＸ相当の幅の変動がある。こた
め第７図（ｄ）に示すような波形になるが、ラインイメ
ージセンサの積分的性質に着目し、光源光量と電荷蓄積
時間を調節することにより第７図（ｃ）のようにするこ
とができる。第７図（ｄ）においてＸ／２の部分に変動
が発生するのは、ドリル１が回転していると光が光電素
子に脈動的にあたり、その量が少いからである。これは
ラインセンサの蓄積時間を回転数に見合った充分遅いス
ペードでドライブし、またその間充分の光が蓄積できる
ように光源の光量を決めることにより防止することがで
きる。

第２図において、ビデオ信号３４はアンプ３５を介して
計数回路３６へ送られ、プリセット回路３７からのプリ
セット数からビデオ信号３４を引いたドリル直径のデー
タを光ファイバー２４を介してコントローラ２５のマル
チプレキサ３８へ出力し、このマルチプレキサ３８に於
て各センサーヘッド２３の信号を順次１個づつ選んで入
力制御回路３９に送る。入力制御回路３９はセンターヘ
ッド２３からのドリル径の測定信号やＣＮＣ装置からの
ドリル径情報信号４０、測定開始ストローブ信号４１を
マイクロコンピュータ４２からの指示に従いマイクロコ
ンピュータ４２に出力する。マイクロコンピュータ４２
では、ドリル径測定信号とドリル径情報信号とを比較し
て、現在主軸２に装着されたドリル１が正規なものであ
るかを判断し、この判断結果を出力制御回路４３に出力
する。出力制御回路４３はコントローラ２５から送られ
てくる複数のセンサーヘッド２３に対応した合否判定出
力を保持し、主軸毎の号否判定出力４４を一括して出力
すると共に、測定完了ストローブ信号４５を出力する。

すなわち本発明の測定装置は各センサヘッド２３よりの
測定データと正規のドリル径を比較して合否の判定を行
ない、この合否の判定信号４４と計測完了ストローブ信
号４５と出力する。

ＣＮＣ装置は測定装置よりの完了ストローブ信号４５に
より主軸２をサーチレベル迄上昇させ、正常な場合は自
動工具交換のスタート位置へ戻り、穴あけ作業を実行す
る。

異常が検出された場合はＣＮＣ装置は動作を停止し、例
えばブザーと異常回転灯を点滅させると共に、ＣＮＣ装
置のＣＲＴ上にドリル刃長のＮＧ又はドリル径のＮＧを
表示し、作業者へ異常を知らせる。異常を検出した主軸
２は正常な他の軸よりも高くすることによって区別でき
るような構造にするのがよい。作業者は異常個所のドリ
ルを交換した後再始動すればよい。

（発明の効果） 本発明装置は上述のように構成したから、穴あけ機の
主軸２が保持したドリル１の刃長および径を測定し、そ
の結果そのドリルが不適である場合には、穴あけ機の運
転をＣＮＣによって自動停止させると共に、ブザーまた
は回転灯等によって警告することができる。

したがって本発明によれば、不良品の発生を防止して損
失をなくすと共に、この種穴あけ作業の生産効率を高め
ることができるというすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の配置図、 第２図はその電気的回路構成図、 第３図はドリル刃長の測定状態図、 第４図はドリル径の測定状態図、 第５図(a)はドリルの側面図、 同図(b)はそのＶ−Ｖ断面図、 第６図はドリルの回転に伴う直径の変化を示す図表、 第７図(a)〜(d)はラインイメージセンサのビデオ信号を
示すパルス波形図、 第８図は従来の穴あけ機のツールマガジン部を示す立面
図、 第９図はその平面図、 第１０図は第９図のＸ−Ｘ断面図、 第１１図は従来のプリント基板用穴あけ機の一例を示す
斜視図である。 １…ドリル ２…主軸（スピンドル） ３…ワークテーブル、 ６…ツールマガジン １６…排出ステーション １８…装着ステーション ２２…ローデイング装置のチャック ２３…センサーヘッド ２４…光フアイバー ２５…コントローラ ２６…インターフェースコネクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲吉▼本 幸生 神奈川県横浜市鶴見区寺谷２−20−19 東 寺尾マンション706 (72)発明者 竹中 信孝 神奈川県藤沢市亀井野410−22 (56)参考文献 特開 昭59−144911（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−104633（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コンピュータ数値制御されるワークテーブ
   ル３と、ツールマガジン６と、ドリル１の装着ステーシ
   ョン１８と排出ステーション１６およびドリル検出ステ
   ーションを有する穴あけ機において、前期ドリル検出ス
   テーションとして、ドリル１と直交するように配置した
   光電素子31とＬＳＩ回路３２とを有するラインイメージ
   センサ３０と、冷陰極放電管２８とを対向させて設け、
   この間に穴あけ機の主軸２が保持したドリル１を高速回
   転状態で位置させるようにしてラインイメージセンサ３
   ０に投影された光学的情報を電気信号に変えるセンサー
   ヘッド２３を設け、このセンサーヘッド２３を光ファイ
   バー２４を介してコンピュータを有するコントローラ２
   ５に接続してドリル１の加工前の刃長および径を測定し
   てその合否を判定し、このコントローラ２５を穴あけ機
   の数値制御装置と接続し、前記合否の判定信号を数値制
   御装置に出力するようにしたことを特徴とするドリル刃
   長およびドリル径の自動測定装置を有する穴あけ機。