JPS63251109A - 穴あけ機用ドリル刃長およびドリル径の自動測定装置 - 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、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）方式による穴あけ機用のド
リル刃長およびドリル径の自動測定装置に関するもので
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１０図は従来のこの種装置の一例を示すもの
（特願昭６１−８６４８６号）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１．１　ａ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（第８図参照）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（第
９．１０図参照）はＸＹ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によって固定したプラゲットで、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ビンであり、このビン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）
により固定した支持ブロックで１０ａはツールマガジン
６の挿入溝である。

また１２はブラケット５の前縁部に蝶番（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１
０ａ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ば倒した状態とし、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。１３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の上面に載置してボルト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１日はベースプ
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はベースプレート１４上に載置してボルト２０
により固定したドリルｌの刃長検出ステーションで、１
９ａはその光フアイバ一式センサーであり、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２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ｌ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ＩＣの底面
が座ぐり穴６ｂの底面から浮き上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チージョ
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、ドリルの装着および排出ステーションを有する穴
あけ機において、各主軸が保持したドリルの刃長および
径を光学的に測定し得るセンサーヘッドを設け、この各
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、このコントローラを数値
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。

（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の装着ステーション１８および排出ス
テーション１６を有する穴あけ機において、各主軸２が
保持したドリル１の刃長および径を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、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図はセンサーへラド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、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３１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（コンビ子−夕数値制御
）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ｌ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４
１（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ＣＮＣ
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ｌ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
径りと小径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ｌに当て、その光
をレンズ２９を介してラインイメージセンサ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、その値をマイクロコン
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ＣＣＤ
５ＭＯ３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２図参照）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０例えば１０２４
光電素子（１０２４ビツト）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。この
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
スピードでドライブし、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
チブレキサ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はセンサーヘ
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（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、主軸毎の合否判
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ーヘッド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、その合否の判定信号４４と計測完了ストローブ
信号４５とを出力する。

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、 同図さ）はその■−■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−装着スチージョン ２２・・・ローディ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 第５図 （ａ）（１）ン 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、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、ドリルの装着および排出ステーション
   を有する穴あけ機において、各主軸が保持したドリルの
   刃長および径を光学的に測定し得るセンサーヘッドを設
   け、この各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、このコントロ
   ーラを数値制御装置と接続したことを特徴とする穴あけ
   機用ドリル刃長およびドリル径の自動測定装置。