JPH09122774A - 紡糸口金に穿孔するシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は紡糸口金に穿孔するシステムに関
し、穿孔に際しての作業者の関与を少なくすることがで
きるようにすることを目的とする。 【解決手段】 紡糸口金素材３４に所定のパターンで形
成されたさら穴の相対位置を正確に求め、各さら穴の上
方に順番にパンチ工具を正確に位置合わせし、紡糸口金
素材３４に正確に位置決めされた穴を順番に穿孔する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属製の紡糸口金
素材上にさら穴の位置を位置決めし、且つ穿孔する装置
を具えたシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】セルロース・アセテートの合成繊維の紡
糸に使用される紡糸口金は、通常、金属プレートに形成
されたきわめて小さい多数の穴を具えている。各穴は複
数のステップからなる工程を経て形成され、この工程の
最初のステップ（別の装置で従来方式で行われる）は、
金属素材に穴の入口を特定のパターンに従ってさらえる
ことである。これによって、各さら穴の下方の素材の裏
面に「ふくれ」が生じる。このふくれは後で削りとられ
て薄い金属箔を残し、その後、適宜な形状の工具を用い
てこれを通じて実際の穴が穿孔される。紡糸口金には最
大寸法で１００μｍ以下の多数の穴が設けられるので、
前記さら穴入口の側面を損傷したりパンチ工具を破損し
たりすることなく最終的な穴を形成するためには、各さ
ら穴入口の上方にパンチを正確に位置決めすることが重
要である。更に、穴さらえのステップによって紡糸口金
素材の金属が変形するので、最終的な穴を、最初に設計
された通りの位置または箇所に正確に位置決めできない
と言う問題も生じる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
紡糸口金素材のさら穴を参照してパンチ工具の再位置合
わせを行う場合には、作業者が紡糸口金保持固定具の上
方に取付けられた光学顕微鏡によって手動で各穴の位置
決めを行う必要があった。各さら穴の充分に照明された
映像を得るように作業者が顕微鏡を位置合わせすること
は困難である。パンチとそのホルダの位置合わせを可能
にするために、この顕微鏡の位置合わせは垂直軸を外し
て行う必要があることから、更に複雑なものとなる。

【０００４】本発明の目的は、金属製の紡糸口金素材上
にさら穴の位置を位置決めし、引き続いて穴を穿孔して
仕上げるためのシステムを提供することにある。本発明
の別の目的は、紡糸口金素材にさら穴の位置を位置決め
し、次に該紡糸口金素材の各さら穴の箇所に穴を穿孔し
て仕上げるシステムであって、作業者の関与が少なくて
すむものを提供することにある。本発明のさらに別の目
的は、（１）紡糸口金上に、各穴が穿孔されるべき位置
を、水平座標（Ｘ，Ｙ）と垂直座標（Ｚ）の両方によっ
て位置決めするとともに、円形穴以外の場合には垂直軸
「θ」を中心とする回転で表されるその配向を決め、
（２）穿孔されるべき穴の位置に対してパンチを位置合
わせすると共に、該パンチをθ軸を中心に配向させて、
非円形穴を含む最終穴が紡糸口金内で所望の配向を有す
るようになし、（３）前記位置合わせの際に得られた情
報を参照して、紡糸口金を横方向に移動させてさら穴入
口をパンチの下方に位置決めし、最後に、（４）パンチ
を紡糸口金素材に向かってＺ方向に所定距離だけ移動さ
せて、穴を形成するシステムを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、紡糸口金素材
に所定のパターンで形成されたさら穴群の相対位置を正
確に決め、各さら穴の上方に順番にパンチ工具を正確に
位置合わせし、紡糸口金素材に正確に位置決めされた穴
を順番に穿孔するためのシステムであって、Ｘ，Ｙ及び
θ軸方向に可動の台座を有するコンピュータ制御の光学
的座標測定機械と、紡糸口金素材を載せるように構成さ
れて前記台座上に取付けられた固定具と、テレビカメラ
とレンズシステムを搭載しこれらと共にＺ軸方向に可動
の台座と、前記Ｚ台座の位置を決めてこれを記憶する手
段と、各台座を以前に記憶している任意の位置に復帰さ
せる手段とが設けられ、前記Ｚ台座には更にパンチ工具
が搭載されてこれと共に可動であり、該パンチ工具は前
記テレビカメラとレンズシステムから所定の距離だけず
れて位置し、さら穴の所定のホーム列半径を有する紡糸
口金素材をＸ，Ｙ，θ軸方向に可動に前記固定具に取付
け、前記固定具の運動を介して紡糸口金素材を移動させ
て、ホーム列半径の最内側のさら穴を、次に最外側のさ
ら穴をレンズシステムの下方に位置決めし、さら穴の図
心を決定して該位置をコンピュータに記憶し、該コンピ
ュータを介して、ホーム列半径上に位置する最内側と最
外側のさら穴の図心を通る二点間直線を描き、局部座標
系を描き、さら穴パターンの中心に原点を有する該局部
座標系のＸ軸を前記二点間直線に一致させ、残りの各さ
ら穴を位置合わせし、これらのさら穴の図心の位置を求
めてこれをコンピュータに記憶し、台座を移動させて、
各さら穴をパンチ工具の下方に位置決めし、該パンチ工
具を所定の距離だけ下降させて紡糸口金に穴を穿孔する
ように構成されている。

【０００６】更に、前記光学的座標測定機械が、Ｘ軸と
Ｙ軸方向に可動にＹ台座上に取付けられた箔で被覆され
たスタンドを具えており、コンピュータのモニタスクリ
ーン上に工具整合用の規準ラインを描き、該規準ライン
が非円形のさら穴映像の規準辺に一致するまで、これを
移動・回転させ、レンズを箔で被覆された前記スタンド
の上方で移動させて、テスト穿孔を行うべき点の位置を
記憶し、台座を移動させて前記テストスタンドをパンチ
工具の下方に位置させ、Ｚ台座を下降させることによっ
てパンチ工具を下降させてパンチを箔に接触させ、次い
で所定の深さだけパンチを動かして箔に押痕を付し、必
要に応じてＸ台座とＹ台座を移動させて箔の押痕の上方
でレンズの心合わせを行い、前記押痕の一辺が工具整合
ラインと平行にになるようにパンチ工具を整合させる。

【０００７】穿孔されるべき穴のＺ軸上における出口面
位置を求めるために、前記光学的座標測定機械は前記固
定具に搭載された紡糸口金素材の出口面の下方位置に取
付けられたレーザとセンサとを具え、各さら穴の出口面
をレーザの上方に位置させてＺ軸における位置を求め、
残りの金属の厚さを計算して穿孔されるべき厚さを求
め、紡糸口金素材をパンチの下方の所定位置に移動させ
て、穿孔するステップを順次に行う。

【０００８】

【発明の実施の形態】次の詳細な説明と添付図面とによ
って、本発明は更に充分に理解されるであろう。本発明
の装置は、1650 North Voyager Avenue, Simi Valley,
California, 93036, U.S.AのView Engineering, INC.が
製造・販売しているBAZIC 12型作業者ワークステーショ
ンユニット及びデータ蒐集ユニットの特長を具えてい
る。このユニットは米国特許4,743,771 及び4,920,273
にも記載されており、詳しくは同特許の記載を参照され
たい。

【０００９】図１に概略的に示されているこのデータ蒐
集ユニットが主要要素を構成し、Ｘ軸上の横方向運動を
与えるＸ台座３と、Ｙ軸上の横方向運動を与えるＹ台座
５と、Ｚ軸上の垂直運動を与えるＺ台座７を具えてい
る。これら三つの台座は、高解像度直線ガラススケール
を使用することによって得られるフィードバックを介し
て閉じている閉ループ型のＤＣサーボ駆動システムを採
用している。これらのＸ，Ｙ，Ｚ台座は、毎秒８インチ
（２０３mm) の最高速度を有する。

【００１０】Ｘ台座３は、図２に示すように、Ｘ方向に
動けるようにガイドレール９と１１上に搭載されてい
る。サーボモータ１３がスクリューシャフト１５を回転
させると、台座はガイドレール９，１１に沿って押され
たり牽引されたりする。Ｙ台座５は、Ｙ方向に動けるよ
うにガイドレール１７と１９上に取付けられている。こ
の運動は、サーボモータ２１がスクリューシャフト２３
を回転させ、台座をガイドレール１７，１９に沿ってＹ
方向に押したり牽引したりすることによって生じる。図
１に示すように、Ｚ台座７はＸ，Ｙ台座の上方に取付け
られ、ガイドレール（図示しない）上をＺ方向に可動で
ある。Ｚ台座上には、長焦点２０倍レンズを具えたテレ
ビカメラ２５が取付けられている。このレンズは、約１
／２インチ（１２．７mm) の固定用間隙を提供する。こ
のレンズと、テレビカメラ，コンピュータビデオディス
プレイ拡大装置との組み合わせによって、６００倍に近
い倍率が得られる。この倍率は、対象となる穴のサイズ
（２０〜１００μｍ）に対しては充分なものである。

【００１１】各Ｘ，Ｙ，Ｚ台座の主要要素は、サーボモ
ータ、スクリューシャフト、ガイドレール及び直線状ガ
ラススケールである。ガラススケール上の動きの増分を
計数するエンコーダ（図示しない）の光電センサが設け
られている。サーボ制御回路は、該センサからの計数デ
ータを実際の台座位置の情報に変換する。この情報は指
示された位置と比較され、これに対応して調整が行われ
る。台座が指示位置に達してもセンサは計数信号を発し
続け、台座が該指示位置に留まっていることを示す。こ
の閉ループ式サーボ制御システムによって、台座は指示
位置に対して１μｍ以内に移動させうる。

【００１２】レンズ２７とカメラアセンブリとは、Ｚ台
座上にこれと共に移動可能に搭載されている。パンチ工
具ホルダ２９もこれと同様にＺ台座上に、レンズからず
れて取付けられている。これによって、ホルダとこれに
固定されたパンチとは垂直方向に１μｍの精度で移動す
ることができる。これらの光学手段は、Ｚ台座を動かす
スクリューシャフトと一致するように取付けられ、軸か
ら外れた運動が生じないようにしている。

【００１３】Ｙ台座の上と下に高精度の回転台座３１が
設置されている。この回転台座３１は、特定サイズの紡
糸口金素材を保持するように特に構成された固定具３３
を具えている。この回転台座３１は、市販されている高
精度分角位置決め装置である。好ましい回転台座として
はKLinger RTN 160 MSの右又は左側取付け型が挙げら
れ、これは999Stewart Avenue, Garden City, New Yor
k, 11530 のKlinger から販売されている。これは、二
列の循環型ボールベアリングに特徴を有するウォームギ
ア駆動の装置であり、高い荷重担持能力と良好な強度特
性を有する。この回転台座は、ユニットのベース上の取
付けねじ穴を使用して装置のＹ台座上に取付けられる。
図４に示す紡糸口金カップ３４を保持するために、固定
具３３が回転台座上に取付けられている。図３に示すこ
の紡糸口金カップ即ち口金素材ホルダ固定具は、紡糸口
金カップを回転台座上に保持するように特に構成された
高精度固定具である。この固定具の表面は平坦に機械仕
上げされ、互いに平行になっている。固定具が高精度の
回転台座上に取付けられた際に、過剰ながたつきや動き
が生じないようにするためには、この平行度が必要であ
る。

【００１４】この工程で使用される二映像解析装置は、
自動焦点調節装置と図心決定装置である。自動焦点調節
装置は詳しくは表面焦点調節法に基づくものである。自
動表面焦点調節は、最良の焦点調節は測定対象の物体が
光学システムの焦点面に位置している時に得られると言
う概念を利用している。規準に対する物体の高さは、測
定対象の物体の映像が、例えばテレビカメラの中などに
設けられたセンサの映像面内で焦点調節されている程度
を測定することによって決めることができる。

【００１５】通常、映像のシャープさは、映像の高周波
即ち広帯域エネルギの含有量に比例する事実に基づい
て、映像の高周波エネルギの含有量によって焦点調節の
程度を測定することが可能である。従って、映像中の空
間的細部の最大高周波の点を通ってカメラを動かすこと
によって、最も良く焦点調節されているカメラのＺ軸方
向の位置を計測して表面の高さを求めることが可能であ
る。

【００１６】カメラと光学システムとは、両者が一つの
ユニットとして上下いずれの方向にも正確且つ精密に制
御可能なＺ軸運動を行えるように互いに強固に固定され
ている。前述したように、この運動は、精密スクリュー
シャフトに機械的に連結されたサーボモータによって得
られ、これによって、精密な電子的指令と制御の下にカ
メラ／光学装置のシステムが上下動する。

【００１７】一般的に、映像が細部を最も多く含み、且
つ映像に含まれている物体の縁部が最もシャープになっ
た場合に、焦点が調節されたと言われる。明瞭度と解像
度は、焦点調節された映像におけるそれらの最大値のこ
とを言う。焦点調節を定義するその他の方法は、映像の
最高空間周波数が完全に再現されていることである。自
動焦点調節システムは、映像内の高周波数エネルギが最
大になるように計算しつつ作動する。

【００１８】図５に示すブロックダイヤグラムには、最
良に調節された焦点の関数、即ち表面位置の関数として
の符号化された信号の最大振幅を検出するシステム全体
が示されている。センサ（テレビカメラ２５）の各走査
の際に、出力が高域増幅器４５に供給され、そこで見掛
けの直流信号ドリフトが除かれて高周波成分の大部分が
増幅される。高域増幅器４５からの出力はピーク検出器
／パルスストレッチャ４７に供給される。このピーク検
出器は信号のピークを探索し、パルスストレッチャは信
号の時間規準を長くする。積分器４９は、適宜な時間内
のこの信号のエネルギ含有量を積分する。換言すれば、
この低域フィルタ積分器４９の出力は、０ボルトから始
まって所定の正の電圧まで増加する信号であり、該正電
圧の大きさが焦点調節の程度を表している。

【００１９】テレビカメラ２５が焦点を通ってＺ方向即
ち垂直方向に動くと、焦点の両側における検出信号は低
くなり、このシステムが焦点に近づくにつれて振幅は増
加し、ピークに達する。そしてカメラ２５が焦点を通過
すると、振幅の出力は減少する。テレビカメラ２５のＺ
軸方向の機械的運動の速度とコンピュータ内の電子装置
のデータ処理・サンプリング速度とによって定められた
離散的位置において、このシステムは検出された信号の
振幅の測定を連続的に行う。この過程で、低域フィルタ
積分器４９からアナログ信号が取り込まれ、デジタル制
御システムによって制御されるステップゲイン増幅器５
１を通過する。次にこの信号は８ビットのデジタル数に
変換される。この８ビットのデジタル数はコンピュータ
によって読み込まれ、記憶される。テレビカメラの位置
を正確に求めるために、位置ロケータ５５は高精度スケ
ール（この場合にはHeidenhain Corporation製のHeiden
hainガラススケール) を具えている。ＣＰＵ５７は前記
位置ロケータ５５と協同してアナログ─デジタル（Ａ／
Ｄ）コンバータ６１に信号を供給し、該コンバータはテ
レビカメラ２５の各位置に対して所望の出力信号を発生
するために前記ステップゲイン増幅器５１の出力も受け
る。

【００２０】テレビカメラの運動の各点において、低域
フィルタ積分器４９の出力である焦点値の振幅の測定が
行われ、Ｚ軸位置が求められる。Ｚ軸位置の決定は焦点
の両側の全範囲について行われる。ＣＰＵ５７はこれら
の値を処理して理論的最大値を求め、この最大値をロケ
ータ５５からのテレビカメラ２５の実際の位置によって
修正して、最良焦点の指標であり且つテスト対象の表面
の指標でもある出力信号をＡ／Ｄコンバータ６１から発
生する。

【００２１】異なる点での高さの差が求められる。二つ
の異なる点での焦点値がコンピュータによって読み込ま
れ、減算され、その出力信号がこれら２点間の高さの差
となる。前記データ蒐集ユニットは、図６に示す図心決
定装置６５を構成し、カメラの視野全体に入っている図
形の図心（質量中心）を計算するのに使用される。例え
ば、この図心決定装置は、図形の図心を位置決めし、そ
れをＸ，Ｙ座標上で位置決めすることができる。該点の
Ｚ座標は、図心決定装置を適用する以前に自動的に図形
を焦点調節することによって、前以って求められてい
る。

【００２２】視野には、テレビカメラ２５に接続された
長焦点２０倍レンズ２７からなる光学系列によって映像
が形成される。カメラの作業センサは、幅５１２（Ｘ
軸）×高さ４８０（Ｙ軸）のピクセル（画素）の格子で
ある。この実施例においては、各ピクセルの大きさは0.
648 μm/ピクセルが望ましいが、他の大きさのものでも
必要な解像度は得られる。各ピクセルはアナログ電圧を
発生し、該電圧は８ビットの分解能を持ったＡ／Ｄコン
バータによって０（黒）から２５６（白）までの値を有
するデジタル信号に変換される。０〜２５６の範囲はグ
レイレベルと称される。

【００２３】図心決定装置は、所望の図形をＯＮで表し
ているピクセルと、背景即ち無関係な図形をオフＯＦＦ
で表しているピクセルとを観察することによって図形を
認識する。この作業を行うために、該決定装置は映像処
理ユニット（ＩＰＵ）７１を介してその領域内のピクセ
ルを観察し、映像スキャン７３を介してセンサのＸ軸に
沿ってピクセルを一つずつ走査し、且つセンサのＹ軸に
沿って垂直方向に一列ずつ走査する。走査するにつれ
て、ＩＰＵはピクセルのグレイレベルの値を二つのしき
い値と比較する。二つのしきい値上又はそれらの間に存
在するピクセルはＯＮであると判断され、それ以外はＯ
ＦＦであると判断される。ＩＰＵがピクセルを走査する
につれて、このシステムはＯＮのピクセルの総数を記憶
する。例えば、しきい値が７２と１７０とに設定されて
いる場合、その強度が７２未満又は１７０を越えるピク
セルはＯＦＦと判断される。

【００２４】図心決定装置は、図形についての情報、即
ち図心の座標とＯＮのピクセルの数とを、逆にこの系に
供給することができる。図心（質量中心）のＸ座標を計
算するために、この系はすべてのＯＮのピクセルのＸ座
標値を合計し、それをＯＮのピクセルの全数で割る。同
じように、Ｙ座標を計算するために、ＩＰＵはＯＮのピ
クセルのＹ座標値を合計し、それをＯＮのピクセルの全
数で割る。

【００２５】これらＸ，Ｙ座標は、視野の座標に関する
ものである。この視野測定は、次に測定の際の部品の台
座位置を介して後述する部品座標システムに参照され
る。この部品座標システムは、最終的に、台座位置のフ
ィードバック測定をする精密ガラススケールを介して絶
対的機械座標に参照される。このシステムはＯＮピクセ
ルの数を利用して図形の面積を計算することも可能であ
る。図形の面積を計算するために、このシステムは単一
ピクセルの面積にＯＮピクセルの数を乗じる。

【００２６】以上映像解析装置の詳細を明らかにした。
次に、座標システム及び座標システムにおける部品のア
ラインメントの設定について説明する。このシステム
は、設定された座標システムの設定された原点からＸ，
Ｙ，Ｚ方向に動くことによって部品上の位置を見つける
働きをする。このシステムが作動する際には、機械座標
システム（ＭＣＳ）に原点が設定される。ＭＣＳ原点
は、Ｘ，Ｙ，Ｚ台座の左、右、後、上端位置に位置する
ハードウエア原点である。付加的な回転システムのため
の原点は０°である。ＭＣＳにおいては、右向きの運動
は正のＸ、前向きの運動は負のＹ、下向きの運動は負の
Ｚである。

【００２７】すべての映像処理装置は、初期設定時のサ
イズ，位置，座標系に関係している。例えば、部品上の
図形を位置決めするために、２２９，−１５２，−７６
ｍｍ（ＭＣＳ）に中心を有する１００μｍＸ×１００μ
ｍＹの図心決定装置が使用される。この図心決定装置が
再び使用される場合には、図形のために同じＭＣＳ座標
（２２９，−１５２，−７６ｍｍ）に中心が調節される
であろう。検査対象の部品を保持する固定具が動いた
り、対象図形が１００×１００μｍの窓の外にある場合
には、図心決定装置は正しく値を戻すことができない。

【００２８】部品の正確な位置決めを行う代わりに、部
品座標系（ＰＣＳ）として公知の座標系内に、他の測定
手段を使用する前に部品自体の上に検査用原点を設定し
てもよい。一旦原点の設定が（割当ステーテメントを通
じて）されると、以降の全ての計測工具はＰＣＳ原点に
対して位置させることができる。このＰＣＳは、紡糸口
金製造の好ましい態様である。使用される倍率では、対
象図形が予期したように存在していることは稀であるこ
とが判っている。初期設定作業さえすれば、ＰＣＳ原点
を、Ｘ軸をホーム列半径（後述する）に平行にした穴の
パターンの中心に位置させることが可能である。このＰ
ＣＳが穴のパターンに対して設定されれば、すべての運
動は、Ｘ軸に沿う公知のミリメータ単位の動きと、穴の
パターンのリングに沿う角度運動で表される。ユーザー
はさら穴がＭＣＳのどこにあるかを知る必要はなく、Ｐ
ＣＳそのものさえ知ればよい。座標系の変換作業は、す
べて、作業者の介在無しにシステムの作業ソフトを介し
て自動的に行われる。

【００２９】さら穴は、リングからリングへの移動のた
めのＸ台座とリング上での角度運動のためのθ台座上で
作られる。これによって、一つの半径上に各穴が並んで
設けられる。各穴リング同士は僅かにずれて配置され、
最大の穴密度が得られるようになっている。図４に示
す、各穴がＸ軸上に並んでいるこの一つの半径３６は、
「ホーム列半径」と呼ばれる。

【００３０】高精度固定（表面の平坦性、平行性、及び
対向面の心振れの少ないこと）によって、部品の再整合
が容易となる。図３に示す固定具は、紡糸口金素材即ち
カップの配向をし易くするための位置決めピン３７を具
えている。このピンは紡糸口金素材に設けられた切り欠
き３５に係合し、ホーム列半径３６にほぼ整合してい
る。この整合ピンを使用することによって、作業者は、
紡糸口金素材の再整合に使用される二つの特定の穴の探
索を開始すことが可能になる。固定具３３は、図３に示
すように、紡糸口金素材受入れ用座が形成されたカラー
であり、該受入れ座は、素材が固定具３３に取付けられ
たときに該素材のフランジ３８の下部外面と係合する内
面を有する。該固定具の上部内面にはねじ山３９が設け
られ、ねじ山付きのリング４１と螺合して、紡糸口金素
材を固定具内に確実にロックする。

【００３１】始めのさら穴形成が形成され、それに続く
膨れ(blister) の除去のために、さら穴を有する素材は
固定具から取り外される必要がある。紡糸口金が動かさ
れると、穴のパターンの中心のデータは喪失する。紡糸
口金製造の際のさら穴形成ステップは、金属素材に大量
のエネルギを付与する。このさら穴形成ステップの際
に、金属が激しく動かされるので、後から形成されるさ
ら穴は前に形成されたさら穴の位置に影響を与える。ま
た、紡糸口金を工程間で移動させる必要上からも、機械
の寸法公差が必要である。さら穴の位置は大体判ってい
るだけなので、紡糸口金を機械の固定具に対して再整合
させることを要する。固定具と紡糸口金素材と工具との
公差の組合せによって実際の穴が作られるので、固定具
に基づいてパターンの中心を再位置決めすることはでき
ない。

【００３２】パターンの中心の情報が不必要な場合が二
つある。一つは、穴が（紡糸口金を回転するのではな
く）横に移動させながら作られる場合であり、二つ目は
丸い穴の場合である。丸穴の紡糸口金の場合には、回転
しながら作られた紡糸口金と同じような紡糸口金を、横
に移動させながら作ることができるので、パターンの中
心は不要である。必要に応じて、工具のＺ位置と、さら
穴のＸ，Ｙ，Ｚ位置（θ位置は不要）とを位置決めする
ことによって、装置上で丸穴紡糸口金を作ることができ
る。紡糸口金のさら穴は、丸穴であろうと非円形穴であ
ろうと、Ｘ台座と回転台座の運動を使用して別個の機械
で作られる。上流側のさら穴作成機械で作られたパター
ンを再現することが必要なので、非円形さら穴の配列パ
ターンの仮想中心を再位置決めすることが重要である。
この中心を求めることによって、コンピュータ制御によ
ってパターンを該中心の周りに回転させて、さら穴作成
機械の作業を再現することができる。これによって、次
の工程でパンチ工具をさら穴の中に入れて穴を穿孔する
ことが可能になる。

【００３３】ホーム列は半径を構成しているので、ホー
ム列の始点はパターンの中心である。紡糸口金の穴の各
リングは、定められた直径を有している。パターンの仮
想中心を計算するために必要なことは、ホーム列半径の
位置決めだけでよい。ホーム列半径決定の精度を高める
ために、このホーム列半径に沿う最内側と最外側のさら
穴の映像が使用される。これら二つのさら穴映像の図心
が、一本の線を決めるための二つの点を規定するのに使
用される。各さら穴は、直径の判っているリング上に位
置しており、金属の動きを更に補償するために、測定さ
れた各リングの中心位置から平均図心が計算される。

【００３４】 平均中心＝（点１の中心１＋点２の中心２）÷２ ここで、点１の中心＝点１の図心位置−設計直径１÷２ 点２の中心＝点２の図心位置−設計直径２÷２ 上の式は、さら穴の図心はＸ，Ｙ，Ｚ軸のデータによっ
て決まると言う事実を簡単に表現している。

【００３５】局部的なＰＣＳがホーム列に沿うパターン
の中心に定められた後は、すべての運動は、パターンを
規定している単位と同じ単位で表される。リングからリ
ングへの運動はミリメーターで表される。さら穴からさ
ら穴への運動は度（３６０／該リング中のさら穴の数）
で表される。Ｚ軸の原点は、この整合工程の間に中心点
に設定される。局部的ＰＣＳは０度におけるデータを有
するので、θ軸はこの整合作用によって影響を受けるこ
とはない。このデータは前回の製造ステップと一致する
ように設定される。

【００３６】このように、座標系に対する紡糸口金の再
整合は行われる。次のステップは、光学系列に対してパ
ンチ工具をどこに位置決めするかを決めることである。
光学系列からの工具のずれは、Ｘ，Ｙ，Ｚデータを含ん
でいる。これらのデータに加えて、θ軸を中心とする工
具の実際の配向も求める必要がある。パンチ工具は、予
圧された４８ピッチの特注のウォーム歯車駆動アセンブ
リに取付けられた高精度のピンバイスに保持されてい
る。予圧はバックラッシュを少なくするために行われ
る。この予圧は、ボールベアリングとスプリングワッシ
ャに取付けられたホルダのシャフトとに対して押し付け
られた一組のセットスクリューによって行われる。この
歯車機構によって、ウォーム歯車に取付けられた割り出
しノブの一回転に対して７．５°の工具の回転が与えら
れる。このギア比によって細かい角度制御が可能とな
り、工具の断面をさら穴形状に対して適正に整合させる
ことが可能になる。例えば、三角形断面を作る場合に
は、パンチ工具の隅部を三角形断面のさら穴の頂点に位
置決めする必要がある。

【００３７】この整合作業を円滑に行うために、図１に
示す箔保持スタンド４３が、光学装置とパンチ工具の両
者からアクセス可能なＹ台座上の適宜位置に適宜なやり
方で取付けられている。該スタンドの高さは、回転台座
３１の下側に取付けられた固定具の天部よりも上にあっ
て、光学装置を損傷する可能性を少なくし、且つパンチ
工具によって箔に押痕が形成されるように選ばれる。レ
ンズと台座の間が十分に空いているが、パンチ工具によ
って僅かな押痕が作られる。

【００３８】箔とパンチ工具は電気的には互いに独立し
ている。運動制御用のコンピュータの平行ポートとアー
スとの間に接続回路が形成されている。パンチ工具ホル
ダと箔ホルダの両者からのリード線がコンピュータの前
記平行ポートに電気的に取付けられている。コンピュー
タの電力供給部によって前記回路に５ボルトの電力が供
給されている。コンピュータが回路上で（アースに対し
て）５ボルトを検出した場合には（開回路）、パンチ工
具は箔に接触していない。コンピュータが回路上で０ボ
ルトを検出した場合には（閉回路）、工具が箔に接触し
ている。前記回路は、運動制御コンピュータ上のソフト
ウエアによりチェックされるので、パンチ工具が箔の方
に動くにつれてＺ軸上の１０μｍ毎の動きをチェックさ
れる。この箔／パンチ工具接続回路によって、１０ミク
ロン以内の工具先端のＺ位置を位置決めすることが可能
となり、２ミクロン以内まで再現可能である（実験的に
確認済）。パンチ工具の先端のＸ，Ｙ，Ｚ座標は、箔に
印されたパンチ工具の押痕を観察することによって決定
される。

【００３９】パンチ工具を（回転調節装置によって）整
合させるには、実際のさら穴の配向に基づく規準が必要
である。光学装置が同じ視野内にさら穴と箔保持スタン
ドの両方の映像を得ることが不可能なことから、この別
個の規準が必要とされる。図７に示すように、予備パン
チの映像７７の縁に平行な工具整合線を設けることによ
って、パンチ工具を整合させる際の規準を持つことがで
きる。パンチの位置が決められる間、この整合線はコン
ピュータのモニタスクリーン上に存在する。パンチ工具
を配向させるために、パンチ押痕が箔上に作られ、作業
者はこの押痕の縁をチェックして、それが図７に示すよ
うに配向線に平行であることを確認する。もし平行でな
かった場合は、パンチ工具の調節が行われる。パンチ工
具の配向が得られると、工具配向線はコンピュータのモ
ニタから消える。

【００４０】パンチ工具をＺ台座上に取付けてこれと共
に動くようにすることに加えて、パンチ工具のために述
べたのと同じように作用する穴形成工具等の補助工具
（図示していないをＺ台座上に設けてもよい。本発明の
システムにおいては、この補助工具は、紡糸口金カップ
に穴をパンチするときにパンチを位置決めするのに使用
されるのと同じプログラムを使用して位置決めされる。
違いは、この補助工具のずれが、パンチ工具ホルダとテ
レビカメラ光学システムからずれた位置にあることであ
る。

【００４１】膨れが研磨して取り除かれた後に、さら穴
の底と紡糸口金カップの出口表面との間に残っている金
属の厚さを求めることが必要である。これは、従来型の
計測プローブ装置を使用して、数個のさら穴の金属厚さ
を測定することによって手作業で行われ、この情報を利
用してパンチ装置を設定して各パンチ作業毎にパンチを
所定距離だけ移動させる。

【００４２】好ましい方法は、各さら穴の底と紡糸口金
素材の出口面との間に残っている金属の厚さを測定する
手段を設けることである。本発明は、各さら穴の残存金
属厚さの非接触型測定手段を提供する。この非接触型測
定を行うために、図１に示すように、ＬＥＤレーザと検
出器６１が、固定具に取付けられた紡糸口金の下面即ち
出口面の光学的座標測定機械上の所定位置に設けられて
いる。台座と固定具とは、テレビカメラによる撮像とレ
ーザ／検出器のための正しい作業距離が得られる程度に
間隔を空けている。

【００４３】レーザ／検出器の使用によって、紡糸口金
素材に穿孔されるべき各穴のための入口及び出口データ
を決定する能力が付加される。この点に関し、上方から
得られたテレビ映像からの「Ｚ」データは、前述したよ
うに、さら穴の内部の映像を位置決めすることによって
求められる。さら穴の「Ｘ」，「Ｙ」及び「θ」軸方向
の精密な位置が求められて、記憶される。レーザ光学装
置は、テレビカメラ光学装置から「Ｘ」，「Ｙ」及び
「Ｚ」の距離だけずれて位置している。すべてのさら穴
の入口面が測定された後に、さら穴はレーザ光学装置の
上方に再位置決めされる。そしてレーザシステムは、所
与のさら穴の出口面の位置を捕捉するように制御され
る。Ｚ軸に沿うこれら二つの位置（入口と出口）が求め
られた後、パンチするべき深さが正確且つ精密に計算さ
れる。この計算は、パンチの形状・寸法と所望の最終穴
のサイズと毛管長さとを考慮に入れて行われる。

【００４４】前述したように、レーザは光学的座標測定
機械上取付けられている。センサは特注の角型チューブ
に取付けられている。このチューブは、その両端でＸ台
座を跨ぐようにして取付けられている。この形状によ
り、両台座はその全ストロークにわたってなお可動とな
る。前記角型チューブ内には、レーザ／検出器パッケー
ジが従来型の光ファイバのバックライトと共に入ってい
る。このバックライトは、光学系列と同一線上に取付け
られている。作業者が機械に対面した場合、レーザセン
サはバックライトの前方に取付けられている。このレー
ザ取付け手段は調節ねじ型のエレベータをも提供し、そ
の焦点範囲の中心の周囲でのレーザのおおまかな焦点合
わせを可能にする。この位置決めはレーザセンサパッケ
ージＺ軸に沿って行われる。

【００４５】このレーザ針電子装置は三つの測定信号を
生じる。（１）デジタルＬＥＤ読み取り信号、（２）ア
ナログＬＥＤ読み取り信号、（３）＋／−１０Ｖのアナ
ログ信号。ＬＥＤディスプレー（デジタル及びアナロ
グ）は、このシステムが働いていることを示す目で見え
るフィードバックを作業者に与える。この応用例では、
アナログ信号はＡ／Ｄコンバータに供給される。レーザ
針の目盛り係数はＳＵＩを介して（一度は工場で）設定
される。信号をスケーリングすることによって、１０Ｖ
における３００μｍと−１０Ｖにおける−３００μｍの
範囲を直接に読み取ることが可能である。測定を行うた
めに、標準プローブ指令が発せられ、測定が直接ミクロ
ン単位で行われる。

【００４６】本発明に好適な一つのレーザは、Rodensto
ck LASER Stylus RM600 であり、これはセンサとセンサ
インターフェースとから構成されている。この光学的非
接触型測定方法は、レーザセンサのための２μｍのスポ
ットサイズを有する。このレーザビームは表面上に焦点
合わせされ、スポットは焦点検出器に向かって反射され
る。物体までの距離が変わるにつれ（即ち穴から穴に移
動するにつれ）、焦点検出器は焦点エラー信号を発生
し、これが測定に使用される。実際のエラー信号は自動
焦点調節の手順に従って発せられる。自動焦点調節は、
ビームが表面上に焦点を結ぶまでサーボシステムが対物
レンズを調節することで行われる。この光学的位置は登
録され、測定信号として使用される。センサの制御ユニ
ットが光学的座標測定機械のコンピュータとの間のイン
ターフェースを構成し、データを蒐集する。

【００４７】光学的座標測定機械からのレーザ光学装置
のずれＸ，Ｙを求めることが必要である。この手続き
は、装置の初期設定の際、又は固定具に対する何らかの
機械的調整が行われるときにのみなされる。これを行う
ために、特定の紡糸口金素材が回転台座固定具に取付け
られる。この素材はほぼ中心に穿孔された大きな穴（紡
糸口金穴標準による）を有する。この穴は約０．０３イ
ンチ（０．７６ｍｍ）の直径を有する。この穴は手動で
光学装置とＳＵＩに位置合わせされる。この穴は背後か
ら照明され（レーザと同じ側である下側から）、比較的
容易に見出される。穴が見つかった後、三点円工具（標
準視映像解析工具）を使用して穴の中心が求められ、こ
れらの座標は記憶される。

【００４８】次にレーザを使用して同じ穴を見出す。こ
のレーザシステムは、その焦点中心から＋／−０．３ｍ
ｍ以内の任意の物体の上にピント合わせすることが可能
である。穴はレーザ光学装置の上方を移動する。レーザ
用の制御パネルは、ピントが合っているか否かを示す一
連のＬＥＤを有している。穴がレーザ上をよぎると、レ
ーザは焦点を結ばず（それは穴である）、ＬＥＤはピン
トが外れたことを示す。穴の周囲の領域でピントが合っ
ているか否かを知ることによって、穴の中心を精密に特
定することができる。

【００４９】光学的座標測定機械の光学装置とレーザ光
学装置からの穴の中心のＸ，Ｙ座標がこうして求められ
る。レーザのＸ，Ｙのずれは、台座の座標を使用して穴
の座標を光学的座標測定機械の座標から差し引くことに
よって求められる。 レーザのＸ，Ｙのずれ＝ＲＭ６００における穴の中心の
Ｘ，Ｙ座標−光学的座標測定機械における穴の中心の
Ｘ，Ｙ座標 レーザが必要な理由はカップの表面が平坦ではないから
なので、Ｚ軸に対する恒久的なずれを求める方法はな
い。その代わりとして、すべての紡糸口金に対するデー
タを発生させる。引き続く穴の測定はこのデータに関し
て行われる。工程用のデータは、機械的プローブによる
最初の穴の残存金属厚さの測定から得られる。レーザシ
ステムは次にすべての穴の測定を行い、光学的座標測定
機械のコンピュータは最初の穴の厚さに関する測定結果
を記録する。この利点は、非接触型の測定なので、穴を
損傷しないで測定を行える点にある。

【００５０】作業のサイクル 次に述べるのは作業のサイクルであり、本発明のシステ
ムを説明している。先ず、既に最初のさら穴形成ステッ
プを終えて、出口面の膨れを削り取られたすべての穴を
有する紡糸口金カップの素材が準備される。この紡糸口
金素材は整合用切り欠き３５をカップのフランジに有
し、該切り欠きは前以ってカップに形成されているさら
穴の「ホーム列半径」上に位置している。該カップは、
前記切り欠き３５が該固定具上に設けられた整合ピン３
７と一致するように、回転台座の下方の固定具３３に載
せられる。ねじ山付きリング４１が締め込まれて紡糸口
金素材を固定具にしっかりとロックする。

【００５１】ＳＵＩ(the view simplified user interf
ace;機械オぺレータインターフェースの種々の図形に沿
って移動可能である）、同軸レンズの光がセットされて
良好なさら穴の映像が得られる。ジョイスティックを介
してＳＵＩを使用して、台座をＺ台座上に取付けられた
カメラのレンズの下に移動し、第１のずれていない穴を
ホーム列半径に沿ってレンズの視野に入れる。穴を視野
の中心に位置決めする。この位置をＳＵＩによって記憶
する。

【００５２】次に、工具のずれを求めるために、予めプ
ログラムされているユーザインターフェースをＳＵＩに
よって動かす。このプログラムによって色付きの規準線
がスクリーン上に描かれる。矢印、−、＝キーを使用し
て、この線が断面の一つの辺に平行になるまで、該線を
移動・回転させる（この操作は、丸穴の場合には不要で
ある）。ＳＵＩとジョイスティックを使用して、レンズ
を箔でカバーされたオフセットスタンドの上方に移動さ
せる。箔の映像の焦点が調節されると、クロスヘアをテ
ストパンチを行いたい箇所に位置決めする。次にプログ
ラムは、台座をスタンドと共に動かし、パンチ工具の下
方に所定のずれを以て位置決めする。このずれは最初に
決められており、この点から、このプログラムによって
決められた前回のずれから常に呼び出される。次にプロ
グラムは、工具を１０μｍ降下させ、これが箔に（接続
回路を介して）接触したか否かをチェックする。この作
業は、工具が箔に接触するまで繰り返される。次に工具
は１０〜３０μｍ程下降して箔を押し、これに押痕を印
す。次にプログラムは台座を移動させ、押痕をレンズの
下に位置決めし、その視野に入れる。次に作業者は台座
を動かして、クロスヘアによって示されているレンズの
中心が押痕の上方に来るように心合わせを行い、ずれの
微調整を行う。ウォーム歯車のノブによってパンチ工具
ホルダが回転させられ、パンチ工具の断面が前記色付き
線と一致するように調節される。この手順は、ずれと回
転角度が受入れ可能になるまで繰り返される。

【００５３】予めプログラムされた次の操作、さら穴位
置の決定がＳＵＩによって行われる。プログラムは、穴
のサイズ；リングの数；リング間の距離；リング当たり
の穴の数；及び紡糸口金のパンチの深さのデータ等のパ
ターンの情報を要求する。即ち、次にプログラムは、ホ
ーム列半径に沿う最内側のずれがゼロの穴を指定するよ
うに、作業者に要求する。ＳＵＩを使用して、以前に求
められていた位置に戻される。ジョイスティックによっ
て穴の上方にクロスヘアを大体心合わせする。数個の視
野工具が自動的に使用されて微調整が行われ、このさら
穴の図心が記憶される。次に、プログラムは、ホーム列
半径に沿う最外側のずれていない穴を指示するように要
求する。ＳＵＩとジョイスティックを使用して、クロス
ヘアをさら穴の映像の上に心合わせすることによって、
穴の大体の中心を示す。

【００５４】次に、これら二つの点（断面の図心）を使
用して、Ｘ軸台座の座標系に平行になるように内部的に
設定されている線を形成する。これが、紡糸口金の局部
的座標系となる。次に、プログラムは自動的に台座を動
かして、残りの穴のすべてを位置決めし、その図心
（Ｘ，Ｙ，Ｚ及びθ座標）を求める。前述のように、レ
ーザを使用して紡糸口金素材の各さら穴の出口面のＺ座
標を求める。出口面の寸法から入口面の寸法を差し引く
ことによって、残存金属の厚さが計算される。これらの
データは、パンチの位置と深さを求めるために記憶され
る。

【００５５】すべてのデータが集まると、ＳＵＩはパン
チング・プログラムを実行する。パンチング・プログラ
ムは台座を動かし、各穴をパンチ工具の下に再位置決め
し、工具を所定量だけ降下させ、穴を穿孔する。以上、
好適実施例に基づいて本発明を詳細に説明したが、本発
明の範囲から逸脱することなく、変形や改変を行うこと
が可能なことは理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に使用される装置の概略構成を
示す模式図である。

【図２】図２は、Ｘ／Ｙ台座の模式図であり、取付け手
段とサーボ制御手段を示している。

【図３】図３は、紡糸口金カップが取付けられている紡
糸口金カップホルダの断面図である。

【図４】図４は、さら穴を具えた紡糸口金カップであ
り、その上にはホーム列半径が示されている。

【図５】図５は、最良ピントの関数として従って表面位
置の関数として、符号化された信号の最大振幅を検出す
るのに使用されるシステム全体のブロックダイヤグラム
である。

【図６】図６は、全体としてカメラの視野内に入ってい
る特徴部分の図心を計算するのに使用されるシステム全
体のブロックダイヤグラムである。

【図７】図７は、非円形パンチの押痕の一辺に一致した
配向ラインを示す図である。

【符号の説明】

３…Ｘ ５…Ｙ ７…Ｚ ９，１１…ガイドレール １３…サーボモータ １７，１９…ガイドレール ２１…サーボモータ ２３…スクリューシャフト ２５…テレビカメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティモシー マーティン ピント アメリカ合衆国，テネシー 37663，キン グスポート，コーラルウッド ドライブ 408 (72)発明者 アーネスト エドワード ジェッセ アメリカ合衆国，テネシー 37663，キン グスポート，キングス グラント ロード 230 (72)発明者 リーランド マンフレッド サベージ アメリカ合衆国，カリフォルニア 93065, シミ バレー，エル モンテ ドライブ 1205 (72)発明者 ビジャイ ソマブハイ パテル アメリカ合衆国，カリフォルニア 91335, レセダ，レセダ ブールバード 7850，ナ ンバー206

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 紡糸口金素材に所定のパターンで形成さ
   れたさら穴の相対位置を正確且つ精密に求め、各さら穴
   の上方に順番にパンチ工具を正確に位置合わせし、紡糸
   口金素材に正確に位置決めされた穴を順番に穿孔するた
   めのシステムであって、Ｘ，Ｙ及びθ軸方向に可動の台
   座を有するコンピュータ制御の光学的座標測定機械と、
   紡糸口金素材を載せるように構成されて前記Ｙ台座上に
   取付けられた固定具と、テレビカメラとレンズシステム
   を搭載しこれらと共にＺ軸方向に可動の台座と、前記Ｚ
   台座の位置を決めてこれを記憶する手段と、各台座を以
   前に記憶している任意の位置に復帰させる手段とが設け
   られ、前記Ｚ台座には更にパンチ工具が搭載されてこれ
   と共に可動であり、該パンチ工具は前記テレビカメラと
   レンズシステムから所定の距離だけずれて位置し、さら
   穴の所定のホーム列半径を有する紡糸口金素材をＸ，
   Ｙ，θ軸方向に可動に前記固定具に取付け、前記固定具
   の運動を介して紡糸口金素材を移動させて、ホーム列半
   径の最内側のさら穴を、次に最外側のさら穴をレンズシ
   ステムの下方に位置決めし、さら穴の図心を決定して該
   位置をコンピュータに記憶し、該コンピュータを介し
   て、ホーム列半径上に位置する最内側と最外側のさら穴
   の図心を通る二点間直線を描き、局部座標系を描き、さ
   ら穴パターンの中心に原点を有する該局部座標系のＸ軸
   を前記二点間直線に一致させ、残りの各さら穴を位置合
   わせし、これらのさら穴の図心の位置を求めてこれをコ
   ンピュータに記憶し、台座を移動させて、各さら穴をパ
   ンチ工具の下方に位置決めし、該パンチ工具を所定の距
   離だけ下降させて紡糸口金に穴を穿孔するように構成さ
   れているシステム。
2. 【請求項２】 前記光学的座標測定機械が、Ｘ軸とＹ軸
   方向に可動にＹ台座上に取付けられた箔で被覆されたス
   タンドを具えており、コンピュータのモニタスクリーン
   上に工具整合用の規準線を描き、該規準線が非円形のさ
   ら穴映像の規準辺に一致するまで、これを移動・回転さ
   せ、レンズを箔で被覆された前記スタンドの上方で移動
   させて、テスト穿孔を行うべき点の位置を記憶し、台座
   を移動させて前記テストスタンドをパンチ工具の下方に
   位置させ、Ｚ台座を下降させることによってパンチ工具
   を下降させてパンチを箔に接触させ、次いで所定の深さ
   だけパンチを動かして箔に押痕を付し、必要に応じてＸ
   台座とＹ台座を移動させて箔の押痕の上方でレンズの心
   合わせを行い、前記押痕の一辺が工具整合ラインと平行
   にになるようにパンチ工具を整合させる請求項１に記載
   のシステム。
3. 【請求項３】 穿孔されるべき穴のＺ軸上における出口
   面位置を求めるために、前記光学的座標測定機械は前記
   固定具に搭載された紡糸口金素材の出口面の下方位置に
   取付けられたレーザとセンサとを具え、各さら穴の出口
   面をレーザの上方に位置させてＺ軸における位置を求
   め、残りの金属の厚さを計算して穿孔されるべき厚さを
   求め、紡糸口金素材をパンチの下方の所定位置に移動さ
   せて、穿孔するステップを順次に行う請求項１又は２に
   記載のシステム。