JPS6398503A - 回転形工具の測定装置および測定方法 - 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ための装置および測定方法
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８図
および第９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、例えば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。

加工を高精度で行なうためには、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程問題にされてい
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、摩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８図および第９図
に例示されるように、その先端の球状部３の頂部にまで
刃先リードが及んでいるため、先端球状部３の半径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
部の直径を図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〕

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があるため、測定にかなり時間
がかかるばかりでなく、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を直接図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、測定精度が
低い。しかもこの方法は先端球状部３とストレート部２
の境が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装置は、モータによって
回転される工具回転用ユニットと、工具移動手段と、測
定ヘッドと、測定ヘッド駆動手段と、制御・演算部等を
備えて構成される。上記工具回転用ユニットは、工具を
チャックするとともにモータによってこの工具を軸回り
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
したものである。また、工具移動手段は、工具回転用ユ
ニットを工具の軸線方向に往復移動させる機能をもつ。

測定ヘッドは、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を備えて
いる。また測定ヘッド駆動手段は、上記測定ヘッドを、
上記ラインセンサによる測定エリアの一端を回転中心に
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
ずつ正確に回動させることの可能なものである。制御・
演算部には例えばマイクロコンピュータが利用され、上
記工具回転用ユニットと工具移動手段および測定ヘッド
駆動手段のモータ等の動きを制御可能でかつ上記ライン
センサからの測定値を取込むとともにこの測定値を目的
に応じて演算処理する。

また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
れた透光部および受光部からなるラインセンサの７１１
１１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険出し、得られた
各角度ごとの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〕

上記測定装置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工具の端面の位置に
関する測定データを制御・演算部に送り、円の最小自乗
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て、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〕

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１０は、工具回転用ユ
ニット１１と、工具移動手段１２と、測定ヘッド１３と
、測定ヘッド駆動手段１４と、制御・演算部１５等を備
えて構成されている。

工具回転用ユニット１１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１８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１８は、
回転位置を制御できるように例えばパルスモータ等が使
われる。

１９は駆動側回転体であり、この駆動側回転体１９の回
転力は伝動体２０によって従動側回転体２１に伝達され
る。

また工具移動手段１２は、工具回転用ユニット１１を工
具１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１２は、案内レール２２によって上述
した工具回転用ユニット１１を移動自在に支持しており
、パルスモータ２４に取付けられたリードスクリュー２
５を回転させることによって、案内レール２２に沿って
工具回転用ユニット１１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。

これら工具移動手段１２と工具回転用ユニット１１には
、工具１の位置を電気的に検出して制御・演算部１５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１３は、ラインセンサ２７を備えている。こ
のラインセンサ２７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２８と受光部２９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２７は
、測定エリア３０における遮光部３０ａ（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１３は、工具１の軸線と直交する方向の横軸
３１によって、回転自在に固定側フレーム３２に支持さ
れている。この横軸３１の中心０′−〇′　（第２図参
照）は、測定エリア３０の一端３０ｂの位置と合致して
おり、しかも測定エリア３０の一端３０ｂの高さと工具
１の軸。−〇の高さとが互いに正確に一致するように、
フレーム３２の高さまたは工具回転用ユニット１１の相
対的な高さが設計されている。

測定ヘッド駆動手段１４はモータ３５を備えている。こ
のモータ３５は、測定ヘッド１３を、上述した測定エリ
アの一端３０ｂを中心にして、工具１の軸線と直交する
方向の横軸３１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ばパルスモータ
が採用されている。この測定ヘッド駆動手段１４には、
測定へラド１３の位置を検出して制御・演算部１５にフ
ィードバッ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１５は例えば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３７や、ディスプレイ部３８を備えている。この制
御・演算部１５は、上述した工具回転用ユニット１１の
モータ１８と工具移動手段１２のモータ２４および測定
ヘッド駆動手段１４のモータ３５の動きを制御可能で、
かつラインセンサ２７からの測定値を取込むとともに、
予めプログラミングされている処理手順により、これら
の測定値を演算処理可能としである。

次に、上記構成の測定装置１０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１１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１２のモータ２
４を駆動して工具１を工具回転用ユニット１１と一緒に
前進させ、第３図に示されるように、ラインセンサの測
定エリア３０の回転中心となる一端３０ｂを工具１の先
端の頂部から数ｍｍ位内側の所に停止させる。

次に測定ヘッド１３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θ１．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３０ｂを中心にしてラインセン
サ２７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２７によって透過測定を行ない、遮光部３
０ａの長さｒの最大値を抽出して制御・演算部１５に取
込む。こうしてθ１．θ２．θ３．θ４ごとの測定値ｒ
ｌ＋　　ｒ２．ｒ３＋　　’４を得る。そして（ｒ１〜
ｒ４．　　θ１〜θ４）をｘｙ座標値（ｘ１〜Ｘ４．！
／ｌ〜ｙａ）に変換するとともに、円の最小自乗法によ
って（ｘ１〜Ｘ４＋Ｙ１〜ｙ４）からこれら４点を通る
円の中心位置（Ｘ　ｏ　＋ｙｏ）を求める。ここで、Ｘ
　ｓ＝＋　Ｑ　、　　’ｙ　ｍ　Ｑの点がラインセンサ
２７の回転中心３０ｂであるから、工具１をその軸方向
（Ｘ方向）にＸＱ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３０の一端３０ｂを工具１の
先端球状部の半径中心位置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２７の回転中心
となる測定エリアの一端３０ｂの高さと、工具の輔ｏ−
ｏの高さは一致させであるから、上記ｙｏは設計的には
０である。しかしながら工具回転用ユニット１１がｙ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か可能である。

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２７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１８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、その回転途中でラインセ
ンサ２７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１５に人
力する。次に、測定エリアの一端３０ｂを中心にして、
任意角度ずつ回転させて＋９０°まで合計１８０６の範
囲にわたって複数回測定する。例えば、横軸３１回りに
１５゜回転させ、θ、−−７５°の所で上記同様の測定
を行なう。同様に、θ２−−Ｇｏ’、　　θ３−−４５
°と、角度を１５°ずつ増加させて＋９０°まで合計１
８０゜の範囲にわたって測定を繰返し、その値を制御・
演算部１５に入力する。入力されたデータは、予め制御
・演算部１５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（ｒ　Ｏ−、ｒ　１１　、　　θ０〜θ
ｒＬ）から直交座標値（ｘｏ”−’ｘ＋ｌ　ｌ　　Ｙｏ
〜ｙａ）に変換される。次に、円の最小自乗法によって
（ｘｏ〜ｘｙ１．Ｙｏ〜ｙｒＬ）のデータから半径値Ｒ
と中心位置（Ｘ、Ｙ）を算出する。また、θ０〜θ几に
おける各点の曲率半径のばらつきを、次式 ％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３８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５図に示す。

上記測定装置１０と測定方法によれば、工具１の先端球
状部３の半径を非接触で直接測定できるため、接触圧や
弾性変形等の影響が皆無であり、正確に測定できる。そ
して半径等を直接ｉ１！＋１定する方式であるから、誤
差が生じにくい。また、非接触であるため摩耗箇所等が
なく、装置自体はほぼメンテナンスフリーである。そし
て測定を短時間（数分位）で終了できるとともに、作業
者の熟練度や技能に左右されることな（、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。

更に上記装置１０によれば、測定された工具の各部の測
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。

なお上記実施例では、回転形工具の一例として半球状先
端部をもつボールエンドミル工具１を測定する場合につ
いて説明したが、本発明は半球状以外の先端部をもつエ
ンドミルにも適用できる。

例えば第６図および第７図に示される回転形の工具１′
において、工具の長さしおよび直径りの測定を、上述し
た測定装置１０を用いて行なうことができる。この場合
、第６図に示されるようにラインセンサの測定エリア３
０が水平となるように測定ヘッド１３を回転させたのち
、工具回転用ユニット１１を前進させる。装置に固有の
全長Ｌ１とユニット長さＬ２は予め正確に測定しておく
。そして工具１′の先端面がラインセンサ２７によって
関知された瞬間の位置を、モータ２４への駆動パルスを
もとに、移動距離Ｌ３を割り出す。

工具１′の長さしは、Ｌｌ−（Ｌ２　＋Ｌ３　）で得ら
れる。

また直径ｐの測定を行なうには、第７図に実線で示され
るようにラインセンサ２７の回転中心となる一端３０ｂ
を工具１′の先端面よりも゛例えば５〜１０ｍｌ１ｌＩ
程度内側に停止させる。そして工具１′を１回転させな
がらラインセンサ２７によって測定し、半径ａ１を求め
る。原理的にはａｌを２倍すれば直径りが得られるが、
更に測定精度を１−げるために、ラインセンサ２７を測
定エリアの一端３０ａを中心に１０００回転させ、上側
の半径測定値ａ２を求める。そしてａｌ　＋ａ２により
、直径りを正確に求めることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、以下のような効果を奏することができ
る。

（ａ）非接触測定のため、接触圧や弾性変形等の影響が
皆無であり、正確に測定できる。また、半径等を直接測
定する方式であるから、誤差が生じにくい。

（ｂ、）非接触測定であるため摩耗箇所等がなく、装置
自体はほぼメンテナンスフリーである。

（ｃ）作業者の熟練度や技能に左右されることなく、短
時間に高精度で測定が行なえる。

（ｄ）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付けと取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。

（ｅ）工具の各部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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す斜視図、第２図は
第１図に示された装置の一部の拡大図、第３図は第１図
中のラインセンサの予備Ｘ１ｌｌ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図は本発明方法の一実施例の工程を示すフロー
チャート、第６図は本発明装置を用いて工具の長さを計
る場合を説明する略側面図、第７図は本発明装置を用い
て工具の直径を計る場合を説明する略側面図、第８図は
工具の先端部を示す側面図、第９図は工具の先端部の正
面図である。 １．１′・・・工具、３・・・先端球状部、１０・・・
測定装置、１１・・・工具回転用ユニット、１２・・・
工具移動手段、１３・・・測定ヘッド、１４・・・測定
ヘッド駆動手段、１５・・・制御・演算部、２７・・・
ラインセンサ、２８・・・投光部、２９・・・受光部、
３０・・・測定エリア、３０ｂ・・・測定エリアの一端
、３１・・・横軸。 出願人代理人　弁理士　鈴江武心 第１図 第５図 第７図 第８図 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転形工具をチャックするとともにこの工具を軸
   回りに所定の角度ずつ回転させることの可能な工具回転
   用ユニットと、この工具回転用ユニットを工具の軸線方
   向に往復移動させる工具移動手段と、上記工具の軸線と
   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
   なるラインセンサを備えた測定ヘッドと、この測定ヘッ
   ドを上記ラインセンサによる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
   ずつ回動させることの可能な測定ヘッド駆動手段と、上
   記工具回転用ユニットと工具移動手段および測定ヘッド
   駆動手段を制御可能でかつ上記ラインセンサからの測定
   値を取込むとともにこの測定値を演算処理可能な制御・
   演算部とを具備したことを特徴とする回転形工具の測定
   装置。
2. （２）工具の軸線と直交する方向に対向配置された透光
   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み、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。