JPS63182505A - 回転形工具の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ボールエンドミルやドリル等の回転形工具の
寸法や形状精度等を測定する方法に関する。

［従来の技術］ 例えば金型の表面を三次元的に機械加工する場合、その
工具としてボールエンドミルが使用されている。第７図
および第８図に例示されるように、この種の工具１はス
トレート部２の外周と先端に刃があり、かつ先端の回転
面は半球状をなしている。こうした工具１を用いて機械
加工を行なうには、例えはスタイラスによってモデルを
倣いながら、モデルと同一形状となるようにワークを加
工したり、あるいはＣＡＤ／ＣＡＭを利用する場合のよ
うに、モデルを使わずに数値制御によって直接ワークを
加工する方法も確立されている。

加工を高精度に行なうためには、ボールエンドミル等の
工具の形状精度および寸法精度が重要であるのは勿論で
あるが、スタイラスとモデルとを用いた倣い加工の場合
には、工具の精度よりもむしろモデル自体の形状誤差や
、倣い感度に起因する機械誤差等の方がワークの形状の
転写精度に大きな影響を及ぼしていた。このため倣い加
工の場合には、工具の刃先精度はそれほど問題にされて
いなかった。

ところが数値データを用いてワークの三次元的形状を工
具によって直接加工する場合、上述した倣い加工に比べ
て誤差要因が大幅に減少するため、加工精度を向上させ
る上で工具の刃先形状（特に先端球状部の真円度と半径
値）を高精度に保つことがきわめて重要な要件になって
くる。特に、磨耗した工具を研磨し直して再使用する場
合には、工具の先端部に適正な形状・寸法が得られてい
るかを把握することは、ワークの仕上がり精度を維持す
る上できわめて重要である。

通常のボールエンドミル工具１は、第７図および第８図
に例示されるように、その先端の球状部３０頂部４にま
で刃先リードが及んでいるため、先端球状部３０半径Ｒ
を測定することが著しく困難なものとなっている。なお
、刃先半径は工具が回転してつくる最外周の刃先回転面
の半径である。

現状ではこの半径を測定する手段として、■拡大投影器
によって間接的に測定する方法や、■工具のストレート
部の直径を測って刃先球状部の半径を推定する方法、■
工具を回転させながら三次元測定器を用いて測定する方
法、などが知られている。

［発明が解決しようとする問題点コ 上述した各手段のうち、■の拡大投影器を用いる方法は
、工具を回転させながら拡大投影器に工具の影を写し、
その輪郭をプロットしてゲージあるいは数値計算等によ
って半径を算出する必要かあるため、測定にかなり時間
がかかるはかりでなく、経験と技術が必要である。

また、■の方法では、ノギスまたはマイクロメータを用
いてストレート部２を直接側るため測定時間は短いが、
かなりの経験と技能を必要とするばかりか、測定精度か
低い。しかもこの方法は先端球状部３とストレート部２
の境か理想的な場合には半径Ｒが求められる簡便な方法
であるが、測定誤差が大きいという致命的な欠点がある
。また、ストレート部２がテーパ状をなす工具ではこの
方法は適用できない。

■の三次元測定器を用いた方法では、きわめて正確に半
径値を知ることができるが、測定に長時間を要するとと
もに、かなりの労力と技能を必要としていた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明による回転形工具の測定方法は、以下のようにし
て工具先端部の曲率半径や形状精度を測定する方法であ
る。まず、工具の軸線と直交する方向に対向配置された
投光部および受光部からなるラインセンサの測定エリア
の一端を、上記工具の先端部の内側に位置させる。次い
で上記ラインセンサを、その測定エリアの一端を中心に
して工具の軸線と直交する方向の横軸回りに所定の角度
ずつ回動させながら、各角度ごとに工具を軸回りに少な
くとも１回転させつつ各角度ごとに上記ラインセンサに
よって工具端面の位置を検出する。

次に工具の軸線延長上に配置されたタッチセンサに上記
工具の先端頂部を接触させ、工具の軸方向の最大値を検
出する。こうして得られた測定値をもとにして、工具の
先端球状部の正確な半径や形状精度を算出する。

［作用］ 上記測定方法を用いてボールエンドミル等の回転形工具
の先端球状部等を測定する場合、この工具を上記工具回
転用ユニットによってチャックし、工具先端の内側にラ
インセンサの測定エリアの一端を位置させる。そして測
定ヘッド駆動手段によって、ラインセンサを上記測定エ
リアの一端を中心に工具と直交する方向の横軸回りに所
定の角度ずつ回動させながら、各角度ごとに工具を１回
転させつつ、ラインセンサによって得られた工具の端面
の位置に関する測定データおよび、タッチセンサによっ
て得られた工具の軸方向の測定データを制御・演算部に
送り、円の最小二乗法等によって先端球状部の半径や中
心位置を求める。更に必要な演算を行なうことによっで
、工具各部の寸法や形状精度などに関するデータも得ら
れる。

［実施例］ 本発明の一実施例に係わる回転形工具の測定方−〇− 法をその測定装置の一例とともに図面にもとづき説明す
る。

まず、測定装置について説明する。

第１図に示されるように測定装置１１は、工具回転用ユ
ニット１２と、工具移動手段１３と、測定ヘッド１４と
、測定ヘッド駆動手段１５と、制御・演算部１６等を備
えて構成されている。

工具回転用ユニット１２は、工具１をつかむチャック（
図示せず）を備えるとともに、モータ２１によってこの
工具１を軸回りに所定の角度ずつ正確に回転させること
ができるようになっている。従ってこのモータ２１は、
回転位置を制御できるように例えはパルスモータ等が使
われる。

２２は駆動側回転体であり、この駆動側回転体２２の回
転力は伝動体２３によって従動側回転体２４に伝達され
る。

また工具移動手段１３は、工具回転用ユニット１２を工
具ｌの軸線方向に往復移動させるものである。すなわち
この工具移動手段１３は、案内レール３１によって上述
した工具回転用ユニット１２を移動自在に支持しており
、パルスモータ３２に取付けられたリードスクリュー３
３を回転させることによって、案内レール３２に沿って
工具回転用ユニット１２を工具１と一緒に所望の位置に
移動させることができるようになっている。

これら工具回転用ユニット１２と工具移動手段１３には
、工具１の位置を電気的に検出して制御・演算部１６に
フィードバックさせるための位置センサ（図示せず）が
設けられている。

測定ヘッド１４は、ラインセンサ４１およびタッチセン
サ４５を備えている。このラインセンサ４１は、工具１
の軸線と直交する方向に対向配置された投光部４２と受
光部４３とを備えて構成される。第３図に示されるよう
に、ラインセンサ４１は、測定エリア４４における遮光
部４４ａ（図中にハツチングを施した領域）の長さｒを
検知することにより、測定した箇所の端面の位置を知る
ようになっている。この測定ヘッド１４は、工具１の軸
線と直交する方向の横軸５１によって、回転自在に固定
側フレーム５２に支持されている。

この横軸５１の中心ｏ’−ｏ’（第２図参照）は、測定
エリア４４の一端４４ｂの位置と合致しており、しかも
測定エリア４４の一端４４ｂの高さと工具１の軸０−０
０高さとが互いに正確に一致するように、フレーム５２
の高さまたは工具回転用ユニット１２の相対的な高さが
設計されている。

また、第５図に示されるように、工具１′を軸線方向に
移動しタッチセンサ４５に接触するまでの移動量Ｓを検
知することにより、工具１′の軸線方向の最大値ｔを知
るようになっている。従ってこのタッチセンサ４５は、
接触感知形スイッチや近接スイッチ等が使われる。

測定ヘッド駆動手段１５はモータ５３を備えている。こ
のモータ５３は測定ヘッド１４を、上述した測定エリア
の一端４４ｂを中心にして、工具１の軸線と直交する方
向の横軸５１回りに所定の角度ずつ回動させるものであ
り、回転位置を制御できるように例えはパルスモータが
採用されている。この測定ヘッド駆動手段１５には、測
定ヘラ１’　１４の位置を検出して制御・演算部１６に
フィ−ドパツクさせるためにセンサ（図示せず）が設け
られている。

制御・演算部１６は例えはマイクロコンピュータを利用
したものであり、各種データを入力するためのキーボー
ド部６１や、ディスプレイ部６２を備えている。この制
御・演算部１６は、上述した工具回転用ユニット１２の
モータ２１と工具移動手段１３のモータ３２および測定
ヘッド駆動手段１５のモータ５３の動きを制御可能で、
かつラインセンサ４１およびタッチセンサ４５からの測
定値を取込むとともに、予めプロゲラミンクされている
処理手順により、これらの測定値を演算外可能としであ
る。

次に、上記構成の測定装置１１を用いて工具１の先端形
状等を測定する方法につき説明する。

まず、測定すべき工具１を工具回転用ユニット１２のチ
ャックによって動かないように正確に保持させる。これ
は手作業で行なう。次に、工具移動手段１３のモータ３
２を駆動して工具１を工具回転用ユニット１２と一緒に
前進させ、第３図りこ示されるように、ラインセンサ４
１の測定エリア４４の回転中心となる一端４４ｂを工具
ｌの先端の頂部４から数ｍｍ位内側の所に停止させる。

次に測定ヘッド１４を、少なくとも３種類の角度、例え
ば第３図に示されるように０１．θ２゜θ３．θ４の角
度に順次セットして先端球状部３の測定を行なう。すな
わち、測定エリアの一端４４ｂを中心にしてラインセン
サ４１を上述した角度に順次セットするごとに、工具１
を１回転させる。そして工具１を１回転させるごとに、
ラインセンサ４１によって遮光量測定を行ない、遮光部
４４ａの長さｒの最大値を抽出して制御・演算部１６に
取込む。こうしてθｌ、θ２．θ３゜θ４ごとの測定値
ｒｌ　、ｒ２．ｒ３．ｒ４を得る。

そして（ｒｌ〜ｒ４．θｌ〜θ２）をｘｙ座標値（ｘｉ
　−Ｘ４　、　ｙｌ　−ｙ４　）に変換するとともに、
円の最小二乗法によって（ｘｉ　−ｘ４　、ｙｌ〜ｙ４
）からこれら４点を通る円の中心位置（ＸＯ。

ｙＯ）を求める。ここで、ｘ＝ｏ、ｙ＝ｏの点がライン
センサ４１の回転中心４４ｂであるから、工具１をその
軸方向（Ｘ方向）にＸＯだけ移動させることにより、第
４図に示されるように測定エリア４４の一端４４ｂを工
具１の先端球状部３の半径中心位置Ｃに一致させる。す
なわち心合わせが行なわれる。以上の一連の工程が、予
備測定（心合わせ）である。なお、ラインセンサ４１の
回転中心となる測定エリアの一端４４ｂの高さと、工具
の軸０−００高さは一致させであるから、上記ｙＯは設
計的にはＯである。しかしながら工具回転用ユニット１
２がＸ方向（図示上下方向）にも移動できるような構造
にしておけば、より正確な心合わせが可能である。

次いで本測定に入る。その−例につき説明すると、上記
ラインセンサ４１を第４図に実線で示されるように下側
のθ＝−９０’の位置に停止させる。そしてモータ２１
を作動させることにより、工具１をその軸回りに１回転
させながら、その回転途中てラインセンサ４１によって
遮光部の測定を行なう。この測定は、工具１を１回転さ
せる間に例えば２００箇所で行ない、そのうちの最大値
を抽出して、制御・演算部１６に入力する。次に、測定
エリアの一端４４ｂを中心にして、任意角度ずつ回転さ
せてθ＝＋９０°まで合計１８０°の範囲にわたって複
数回測定する。例えば、横軸５１回りに１５″回転させ
、θ１　＝−７５°の所で上記同様の測定を行なう。同
様に、 θ２　＝−６０°、θ３　＝＝−４５°と、角度を１５
゜ずつ増加させて　θ＝＋９０６まで合計１８０゜の範
囲にわたって測定を繰返し、その値を制御・演算部１６
に入力する。

次に、ラインセンサ４１を第５図に示すようにθ＝０°
の位置に停止させる。モしてモータ３２を作動して、工
具１′を工具回転用ユニット１２と一緒に前進させ、工
具１′の先端頂部４が測定ヘッド１４に設けられたタッ
チセンサ４５に接触した時点で停止させる。モータ３２
の駆動パルスをもとに工具１′の移動量Ｓを算出し、こ
の移動量Ｓと予め決められている測定エリア４４の一端
４４、　ｂとタッチセンサ４５までの距離りとにより、
工具１′の測定エリア４４の一端４４ｂから先端頂部４
までの距離、すなわち軸方向の最大値ｔか得られる。こ
の軸方向の最大値ｔをθ＝０９のときの半径値ｒとして
制御・演算部１６に入力する。

入力されたデータは、予め制御・演算部１６にプログラ
ミングされている処理手順に従って、極座標値（ｒｏ−
ｒｎ、ＯＯ〜ｏｎ）から直交座標値（ｘｏ　−ｘｎ、ｙ
Ｏ−ｙｎ　）に変換される。

次に、円の最小二乗法によって（ＸＯ〜ｘｎ。

ｙＯ〜ｙｎ）のデータから半径値Ｒと中心位置（Ｘ、Ｙ
）を算出する。また、００〜ｏｎにおける各点の曲率半
径のばらつきを、次式 ２式％ で求める。こうして得られた各種の演算結果をディスプ
レイ部６２に表示するとともに、必要に応じてプリント
アウトすることにより、工具１の先端形状の精度や寸法
精度等を把握でき、これらが規定値を満足しているか否
かを容易に判断することができる。以上の一連の処理の
流れを第６図に示す。

上記測定方法によれば、ボールエンドミル等の工具先端
部の半径等を直接測定する方式であるから誤差が生しに
くく、正確に測定できる。そして、制御・演算部１６に
予め測定手順や処理手順をプログラミングすることによ
り自動測定が可能であり、作業者の熟練や技能を必要と
せず、短時間に測定できる。

また、測定された工具の測定値をそのまま工作機械制御
用のコンピュータに登録し、加工時に必要なデータをオ
ンラインで利用できる。

更に、上記測定方法による装置を工作機械に内蔵して、
加工の都度工具先端部を測定し、その測定データをＮＣ
プログラム等に反映することにより、工具の磨耗量を常
に補償することができ、より精度の高い加工ができる。

通常のポールエントミル工具１は、第７図および第８図
に例示されているように、ストレート部２の外周と先端
球状部３に複数の刃があり、先端の回転面は半球状をな
している。このような複数刃ボールエンドミル工具１を
測定する場合には、上記測定方法のうち、タッチセンサ
４５による工具先端頂部測定の工程を省略してもかまわ
ない。

しかし、第９図に示すような工具先端頂部４に完全な刃
がない一枚刃ボールエンドミル工具１′等を測定する場
合は、工具先端頂部測定において、ラインセンサ４１に
よる遮光部が不均一に（第５図中にハツチングを施した
部分）なり、実際の値より小さな測定値となってしまう
。このような一枚方ボールエンドミル工具１′等に対し
、タッチセンサによる工具先端頂部４の測定をし、この
値をラインセンサによる測定値に加えて、制御・演算部
１６で演算処理して正確に工具先端部の寸法あるいは形
状精度を算出てきる。

［発明の効果］ 本発明によれは、以下のような効果を奏することができ
る。

（ａ）接触測定と非接触測定を併用しているため一枚刃
から複数刃のボールエンドミルの工具先端部の寸法を正
確に測定できる。

（ｂ）コンピュータによる完全自動測定化が可能であり
、作業者は主に工具の取り付けと取り外しを行なうだけ
でよいので、測定に要する作業が簡単である。そして、
作業者の熟練度や技能に左右されることなく、短時間に
高精度の測定が行なえ、工具の良否を自動的に判定でき
るとともに、不良位置の明示も可能である。

（Ｃ）測定された工具の測定値をそのまま工作機械制御
用のコンピュータに登録し、加工時に必要なデータをオ
ンラインで利用できる。

（ｄ）本測定方法による装置を工作機械に内蔵して、加
工途中で逐次工具先端部を測定することにより、工具磨
耗を常に補償することができ、加工精度の向上が図れる
。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の一実施例に係わる回転形工具の測定方法
を説明するためのものであり、第１図は装置全体を示す
斜視図、第２図は第１図の要部拡大斜視図、第３図はラ
インセンサの予備測定時の動きを示す側面図、第４図は
ラインセンサの本測定時の動きを示す側面図、第５図は
工具先端頂部の測定時の動きを示す側面図、第６図は本
発明の一実施例の工程を示すフローチャート、第７図は
複数刃ボールエンドミル工具の先端部を示す側面図、第
８図は複数刃ボールエンドミル工具の先端部を示す正面
図、第９図は一枚刃ボールエンドミル工具を示す斜視図
である。 １．１′・・・工具、１１・・・測定装置、１２・・・
工具回転用ユニット、１３・・・工具移動手段、１４・
・・測定ヘッド、１５・・・測定ヘッド駆動手段、１６
・・・制御・演算部、４１・・・ラインセンサ、４２・
・・投光部、４３・・・受光部、４４・・・測定エリア
、４５・・・タッチセンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 工具の軸線と直交する方向に対向配置された投光部およ
   び受光部からなるラインセンサの測定エリアの一端を上
   記工具の先端部の内側に位置させ、次いで上記ラインセ
   ンサを、その測定エリアの一端を中心にして工具の軸線
   と直交する方向の横軸回りに所定の角度ずつ回動させな
   がら、各角度ごとに工具を軸回りに少なくとも１回転さ
   せつつ、各角度ごとに上記ラインセンサによって工具端
   面の測定値を取込むとともに、工具の軸線延長上に配置
   されたタッチセンサにより工具の軸方向の最大値を測定
   し、こうして得られた測定値をもとに工具先端部の寸法
   あるいは形状精度を算出することを特徴とする回転形工
   具の測定方法。