JPH0466286B2 - - Google Patents

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つてモデルを倣い
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つて
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
なかつた。

ところが数値データを用いてワークの三次元的
形状を工具によつ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つてくる。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
なものとなつている。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
大投影器によつ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つて刃先球状部の半
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、その輪郭をプロツトしてゲージあ
るいは数値計算等によつ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
によつて回転される工具回転用ユニツトと、工具
移動手段と、測定ヘツドと、測定ヘツド駆動手段
と、制御・演算部等を備えて構成される。上記工
具回転用ユニツトは、工具をチヤツクするととも
にモータによつ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
ニツトを工具の軸線方向に往復移動させる機能を
もつ。測定ヘツドは、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。また測定ヘツド駆動手
段は、上記測定ヘツドを、上記ラインセンサによ
る測定エリアの一端側の基準点を回転中心にして
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ユー
タが利用され、上記工具回転用ユニツトと工具移
動手段および測定ヘツ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。

工具の先端球状部の半径（刃先回転面がつくる
円の半径）を実測するためには、ラインセンサの
測定エリアの基準点すなわちラインセンサの回動
中心と、工具先端の円の中心が概略合つている必
要がある。従つて本発明の制御・演算部は、本測
定（半径の実測）を開始する前に、予備測定（芯
合わせ）を実施する制御内容をもつている。

すなわち本発明の制御・演算部は、予備測定に
おいて、ラインセンサの上記基準点を工具先端の
内側に位置させた状態で、この基準点を中心にラ
インセンサを回動させて少なくとも３種類の角度
にラインセンサをセツテイングするとともに各角
度において工具回転用ユニツトによつて工具を１
回転させ、各角度での測定エリアの遮光位置に基
いて工具先端の刃先回転面がつくる円の概略中心
位置を算出したのち、この円の中心が上記基準点
に位置するように工具移動手段によつて工具を軸
線方向に動かす。そしてその後に行われる本測定
において、ラインセンサを上記基準点を中心に回
動させて複数の角度にセツテイングするとともに
各角度において工具回転用ユニツトによつて工具
を１回転させ、各角度ごとに上記ラインセンサに
よつて検出される測定エリアの遮光位置に基いて
工具先端の刃先回転面がつくる円の半径を算出す
る制御内容をもつている。

〔作用〕

予備測定（芯合わせ工程）において、上記ライ
ンセンサの測定エリアの基準点を上記工具先端の
内側に位置させた状態で、上記ラインセンサが少
なくとも３種類の角度にセツテイングされるよう
に測定ヘツド駆動手段によつて上記基準点を中心
とする横軸回りに上記測定ヘツドを回動させ、各
角度において工具回転用ユニツトによつて工具を
１回転させて各角度での測定エリアの遮光位置に
基いて工具先端の刃先回転面がつくる円の概略中
心位置を算出したのち、この円の中心が上記基準
点に位置するように工具移動手段によつて工具を
軸線方向に動かす。

その後に行われる本測定において、上記ライン
センサを上記基準点を中心に上記横軸回りに回動
させて複数の角度にセツテイングするとともに、
各角度において工具回転用ユニツトによつて工具
を１回転させ、各角度ごとに上記ラインセンサに
よつて検出される測定エリアの遮光位置に基いて
工具先端の刃先回転面がつくる円の半径を算出す
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
回転用ユニツト１１と、工具移動手段１２と、測
定ヘツド１３と、測定ヘツド駆動手段１４と、制
御・演算部１５等を備えて構成されている。

工具回転用ユニツト１１は、工具１をつかむチ
ヤツク（図示せず）を備えるとともに、モータ１
８によつてこの工具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つてい
る。従つてこのモータ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。１
９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によつて従動側回転体２１
に伝達される。

また工具移動手段１２は、工具回転用ユニツト
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によつて上述した工具回転用ユニツト１
１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ユー２５を回転させ
ることによつて、案内レール２２に沿つて工具回
転用ユニツト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つている。これ
ら工具移動手段１２と工具回転用ユニツト１１に
は、工具１の位置を電気的に検出して制御・演算
部１５にフイードバツクさせるための位置センサ
（図示せず）が設けられている。

測定ヘツド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つている。この
測定ヘツド１３は、工具１の軸線と直交する方向
の横軸３１によつて、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o′−
o′（第２図参照）は、測定エリア３０の基準点の
一例としての一端３０ｂの位置を合致しており、
しかも測定エリア３０の一端３０ｂの高さと工具
１の軸ｏ−ｏ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
ツト１１の相対的な高さが設計されている。

測定ヘツド駆動手段１４はモータ３５を備えて
いる。このモータ３５は、測定ヘツド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。この測定ヘツド駆動手段１４には、測定ヘ
ツド１３の位置を検出して制御・演算部１５にフ
イードバ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１５は例えばマイクロコンピユー
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、デイスプレイ部３８
を備えている。この制御・演算部１５は、上述し
た工具回転用ユニツト１１のモータ１８と工具移
動手段１２のモータ２４および測定ヘツド駆動手
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てある。

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を工具回転用ユニツト
１１のチヤツクによつ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２４を駆動して工具１を工具
回転用ユニツト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。

次に測定ヘツド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の角度に順次セツトして先端球状部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
セツトするごとに、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２
７によつて透過測定を行ない、遮光部３０ａ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r₁，r₂，
r₃，r₄を得る。そして（r₁〜r₄，θ₁〜θ₄）をxy座
標値（x₁〜x₄，y₁〜y₄）に変換するとともに、円
の最小自乗法によつて（x₁〜x₄、y₁〜y₄）からこ
れら４点を通る円の中心位置（x₀，y₀）を求め
る。ここで、ｘ＝０、ｙ＝０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x₀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、工具の軸ｏ−ｏ
の高さは一致させてあるから、上記y₀は設計的に
は０である。しかしながら工具回転用ユニツト１
１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が可能
である。

次いで本測定に入る。その一例につき説明する
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によつ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に入力する。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180゜の範囲にわたつて
複数回測定する。例えば、横軸３１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＋90゜まで合計180゜の範囲にわた
つて測定を繰返し、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
つて、極座標値（r₀〜r_o，θ₀〜θ_o）から直交座標
値（x₀〜x_o，y₀〜y_o）に変換される。次に、円の
最小自乗法によつて（x₀〜x_o，y₀〜y_o）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_oにおける各点の曲率半径のばらつき
を、次式 Z_i＝Ｒ−√（_i−）²＋（_i−）² で求める。こうして得られた各種の演算結果をデ
イスプレイ部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測定する
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く、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
ユータに登録し、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Ｌおよび直径Ｄ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３０が水平となるよう
に測定ヘツド１３を回転させたのち、工具回転用
ユニツト１１を前進させる。装置に固有の全長
L₁とユニツト長さ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
つ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Ｌは、L₁−（L₂＋L₃）で得られる。

また直径Ｄ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
〜10mm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によつて測定
し、半径a₁を求める。原理的にはa₁を２倍すれば
直径Ｄが得られるが、更に測定精度を上げるため
に、ラインセンサ２７を測定エリアの一端３０ａ
を中心に180゜回転させ、上側の半径測定値a₂を求
める。そしてa₁＋a₂により、直径Ｄ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) コンピユ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
用のコンピユータに登録し、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図は本発明方法の
一実施例の工程を示すフローチヤート、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…工具回転用ユニツト、１２…工具移
動手段、１３…測定ヘツド、１４…測定ヘツド駆
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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転形工具をチヤツ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
   な工具回転用ユニツトと、この工具回転用ユニツ
   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
   を備えた測定ヘツドと、この測定ヘツドを上記ラ
   インセンサによる測定エリアの一端側の基準点を
   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
   ツド駆動手段と、上記工具回転用ユニツトと工具
   移動手段および測定ヘツ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、 上記制御・演算部は、予備測定において、上記
   ラインセンサの上記基準点を工具先端の内側に位
   置させた状態で、上記基準点を中心にラインセン
   サを回動させて少なくとも３種類の角度にライン
   センサをセツテイングするとともに各角度におい
   て工具回転用ユニツトによつて工具を１回転さ
   せ、各角度での測定エリアの遮光位置に基いて工
   具先端の刃先回転面がつくる円の概略中心位置を
   算出したのち、この円の中心が上記基準点に位置
   するように上記工具移動手段によつて工具を軸線
   方向に動かし、その後に行われる本測定におい
   て、ラインセンサを上記基準点を中心に回動させ
   て複数の角度にセツテイングするとともに各角度
   において工具回転用ユニツトによつて工具を１回
   転させ、各角度ごとに上記ラインセンサによつて
   検出される測定エリアの遮光位置に基いて工具先
   端の刃先回転面がつくる円の半径を算出する制御
   内容をもつことを特徴とする回転形工具の測定装
   置。 ２ 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
   た測定ヘツドを用いて工具先端の球状部の半径を
   測定する方法であつて、 最初に行われる予備測定において、上記ライン
   センサの測定エリアの一端側の基準点を上記工具
   先端の内側に位置させた状態で、上記ラインセン
   サが少なくとも３種類の角度にセツテイングされ
   るように測定ヘツド駆動手段によつて上記基準点
   を中心に工具の軸線と直交する方向の横軸回りに
   上記測定ヘツドを回動させ、各角度において工具
   回転用ユニツトによつて工具を１回転させて各角
   度での測定エリアの遮光位置に基いて工具先端の
   刃先回転面がつくる円の概略中心位置を算出した
   のち、この円の中心が上記基準点に位置するよう
   に工具移動手段によつて工具を軸線方向に動か
   し、 その後に行われる本測定において、上記ライン
   センサを上記基準点を中心に上記横軸回りに回動
   させて複数の角度にセツテイングするとともに各
   角度において工具回転用ユニツトによつて工具を
   １回転させ、各角度ごとに上記ラインセンサによ
   つて検出される測定エリアの遮光位置に基いて工
   具先端の刃先回転面がつくる円の半径を算出する
   ことを特徴とする回転形工具の測定方法。