JPH06201351A - 回転工具の形状測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的簡単にかつ正確に回転工具の刃先の半
径を求めることができる回転工具の形状測定方法を提供
することを目的とする。 【構成】 回転工具６を回転可能に保持する手段４、回
転工具６の軸と直交する方向に対向して送光部と受光部
が配置されたＬＳＭ式の測定ヘッド３、この測定ヘッド
３を保持してこれを回転駆動する回転テーブル２、測定
ヘッド３の出力を取込んで記憶・演算処理する制御部を
有する装置を用いて、半径既知のマスターボールの半径
値をオフセット値として取込み、回転工具６を取付けて
そのあるべき刃先中心を回転テーブルの回転中心に位置
合わせし、回転テーブルを間欠的に回転させて刃先先端
とオフセット値の差分を測定し、そのデータを平均化し
て刃先の径を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボールエンドミル等の
回転工具の刃先形状寸法を測定する形状測定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】金型等の表面を機械加工する回転工具と
して、ボールエンドミルが使用されている。ボールエン
ドミルは、ストレートシャンクの先端に回転面が半球状
となる刃がある。このボールエンドミルを用いて高精度
の機械加工を行うためには、刃先形状、即ち先端球状部
の真円度と半径が高精度に保たれていることが必要であ
る。ボールエンドミルは先端球状部の頂部にまで刃先リ
ードが及んでいるために、この先端球状部の半径を測定
することは非常に困難であった。ここで刃先の半径と
は、工具が回転したときにつくる最外周面の半径をい
う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来より、このボール
エンドミルの半径を測定するには、拡大投影を行って間
接的に半径を求める方法、ストレートシャンクの直径を
測定して刃先半径を推定する方法等、種々の方法が用い
られている。しかし、いずれの方法も、高精度に刃先形
状を測定することは難しい。工具を回転させながら、三
次元形状測定機より測定する方法は、正確に半径を知る
ことができるが、これは測定に多くの時間と労力を要す
るという難点がある。

【０００４】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、比較的簡単にかつ正確に回転工具の刃先の半径を求
めることができる回転工具の形状測定方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転工具をそ
の軸回りに回転可能に保持する保持手段、この保持手段
を前記回転工具の軸方向に往復移動させる移動手段、前
記保持手段に保持された回転工具の軸と直交する方向に
対向して送光部と受光部が配置されて、レーザ光ビーム
を直線的に走査して得られる受光信号パターンにより寸
法測定を行う測定手段、この測定手段を保持してこれを
前記レーザ光ビームと直交する面内で回転駆動する回転
テーブル、および前記測定手段の出力データを取り込ん
で記憶および演算処理する制御手段を有する形状測定装
置を用いて回転工具の形状測定を行う方法であって、
（ａ）半径が既知のマスターボールを前記保持手段に保
持して、その中心と前記回転テーブルの回転中心が一致
するように位置合わせするステップと、（ｂ）測定すべ
き回転工具を前記保持手段に保持して、前記マスターボ
ールの半径値と回転工具の刃先の径の公称値の差に基づ
いて回転工具のあるべき刃先中心を前記回転テーブルの
回転中心に位置合わせするステップと、（ｃ）前記回転
テーブルを所定角度毎に間欠的に回転させながら、各角
度位置での回転テーブル中心から回転工具の刃先先端ま
での距離を前記測定手段により測定するステップと、
（ｄ）前記制御手段により前記各角度位置で測定された
距離データを平均化処理して前記回転工具の刃先の径を
算出するステップとを有することを特徴としている。

【０００６】

【作用】本発明によれば、レーザ光ビームを走査して被
接触で寸法測定を行う、いわゆるレーザスキャンマイク
ロメータ（ＬＳＭ）方式の形状測定装置を用いて、ボー
ルエンドミル等の回転工具の刃先形状を容易に測定する
ことができる。特に本発明では、予め半径が既知のマス
ターボールの中心位置合わせと半径値プリセットが行わ
れ、これを基準として、測定すべき回転工具をセットし
てその刃先円周に沿って複数の角度位置で刃先の極座標
を上述のオフセット値との差分として求めて、これを平
均化する演算処理を行うことにより、非常に精度の高い
径測定ができる。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１は、本発明の一実施例に用いられるＬＳ
Ｍを用いた非接触式形状測定装置の概略構成である。基
台１上に回転テーブル２（矢印Ａが回転方向）が設けら
れ、この回転テーブル２上にＬＳＭ方式の測定ヘッド３
が取り付けられている。測定ヘッド３は、上部にレーザ
光ビーム３２を発する送光部３１を有し、下部にレーザ
光ビームを受光する受光部３３が設けられている。送光
部３１は例えば、ポリゴンミラー等によりレーザ光ビー
ム３２を図示のように直線的に走査することができ、受
光部３３はこの様に走査されたレーザ光ビームを集光し
て検出する。

【０００８】測定ヘッド３の測定原理は次の通りであ
る。被測定物はレーザ光ビーム３２の走査領域に設置さ
れる。そうすると、レーザ光ビームを走査した時、被測
定物の部分でレーザ光ビーム３２が遮られる。従って受
光部３３で得られるオン，オフの受光信号パターンをデ
ータ処理することにより、被測定物の形状を測定するこ
とができる。この実施例では、測定ヘッド３の送光部３
１と受光部３３の中間位置に、距離測定の基準となるリ
ファレンスピン３４が設けられている。

【０００９】測定ヘッド３が載せられた回転テーブル２
に隣接して、測定すべき回転工具６を、その軸がレーザ
光ビーム３２の軸と直交するように、かつハイドロリッ
クチャック等により軸回りに回転可能に保持する保持手
段４が配置されている。図の矢印Ｂが回転工具６の回転
方向である。保持手段４は、Ｘ，Ｙ駆動テーブル５ａ，
５ｂからなる移動手段５上に配置されて、矢印Ｃ，Ｄ方
向に任意に移動可能となっている。この移動手段５によ
り、保持手段４に保持される回転工具６の測定すべき先
端部をレーザ光ビーム３２の走査領域に位置設定できる
ようになっている。

【００１０】なお、矢印Ａで示す回転テーブル２の回転
方向の角度設定によって、測定すべき回転工具６の軸と
レーザ光ビーム３２の走査面とのなす角度が設定され
る。また矢印Ｂで示す回転工具６の回転方向の角度設定
によって、回転工具６のレーザ光ビーム３２を遮る断面
が決定される。回転テーブル２はこの実施例では、レー
ザ光ビーム３２と直交する面内で測定ヘッド３を回転駆
動するものであるが、これは言い換えればレーザ光ビー
ム３２の走査面と回転工具６の軸のなす角を決めるもの
である。従ってこの回転テーブル２を測定ヘッド３側で
はなく、工具保持手段４側に設けてもよい。

【００１１】図１では各部の駆動源となるモータ等を省
略している。回転テーブル２，測定ヘッド３，保持手段
４，移動手段５等を制御して自動測定を行う制御手段と
して、例えば図２に示すように、キーボード７１，記憶
・演算・制御部７２、表示部７３等からなるパソコン７
が接続される。パソコン７はまた、測定ヘッド３から得
られる測定データを記憶し演算処理するために用いられ
る。また実際には、各部に手動操作部も設けられるが、
図１ではこれも省略している。

【００１２】この様に構成された形状測定装置を用い
て、具体的にストレートシャンクボールエンドミルの刃
先形状を測定する方法を次に説明する。ストレートシャ
ンクボールエンドミルの刃先は、図３に示すような複雑
な形状をなしており、この実施例ではこの刃先の径を非
接触で正確に測定することができる。図４により、測定
ヘッド３による径測定の原理を説明する。図に示すよう
に、レーザ光ビームの走査領域を横切るように二つのワ
ークＷ１，Ｗ２を配置したとする。この時受光部には、
ワークＷ１，Ｗ２により明暗パターンが投射されるか
ら、その受光信号を処理することによって、ワークＷ
１，Ｗ２の径を直接求めることができ、また両者間の距
離を求めることができる。この実施例では、図４の二つ
のワークＷ１，Ｗ２の一方をリファレンスピンとする両
者間の距離測定の原理を利用する。即ち、基準となる径
が既知のマスターボールを用いて、その中心位置とリフ
ァレンスピンとの間の距離測定を行い、この距離データ
をマスターボールの半径値に対応するオフセット基準値
として記憶しておく。次いで測定すべきエンドミルにつ
いて、その刃先円周に沿って複数の角度位置で刃先の極
座標を上述のオフセット値との差分として求める。これ
らの差分を平均化すれば、その値は、エンドミルの半径
の公称値からのずれを示すことになり、これによりエン
ドミルの半径が求まる。

【００１３】具体的な実施例の測定方法を次に説明す
る。最初に、図５に示すような半径Ｒが既知のマスター
ボール１１を用いて、形状測定装置のプリセットを行
う。即ちマスターボール１１を保持手段４に取り付け
て、マスターボール１１の中心をほぼ回転テーブル２の
回転中心位置に設定して、測定ヘッド３によりマスター
ボール１１とリファレンスピン３４間の距離ａの測定を
行う。更に、回転テーブル２を９０°回転させて、同様
の距離測定を再度行う。図５ではマスターボール１１を
回転させたように示しているが、これは回転テーブル２
を回転させることが相対的にマスターボール１１を回転
させたことになるためである。この時移動手段５により
マスターボール１１の支持軸方向の移動距離を調整し
て、二つの回転位置で測定される距離ａが等しくなるよ
うに、マスターボール１１の位置設定を行う。以上によ
り、マスターボール１１の中心が回転テーブル２の回転
中心に位置合わせされる。また以上の工程で測定された
距離値ａがマスターボール１１の半径に対応する半径オ
フセット値として、パソコン６に取り込まれ記憶され
る。

【００１４】次に、測定すべきボールエンドミル１２
（半径の公称値ｒ）を保持手段４に取り付けて、図６に
示すように、リファレンスピン３４との間の距離ｂを測
定しながら、その軸方向の位置を調整して、 ｂ−ａ＝Ｒ−ｒ＝Δｒ を満たすように、電動により位置決めを行う。これによ
り、ボールエンドミル１２の刃先の曲率中心位置が回転
テーブル２の回転中心に設定される。この位置合わせ
は、ボールエンドミルの実際の中心が回転テーブル２の
回転中心に合わせられる訳ではなく、ボールエンドミル
１２の半径の公称値に基づいて、磨耗等がない場合の本
来あるべき中心が回転中心に位置合わせされるというこ
とである。

【００１５】次いで、回転テーブル２を９０°回転させ
て、図７に示すようにボールエンドミル１２を相対的に
９０°回転させた状態とする。この状態でボールエンド
ミル１２を、図の矢印Ｅに示すようにその軸回りに回転
させながら、リファレンスピン３４との間の距離ｃを測
定して、この距離ｃが最小になる位置に止める。この位
置合わせは、刃先の径が最大の断面をレーザビームに直
交させ、その断面での刃先の径測定を行うためである。

【００１６】以上の位置決めが終了した後、パソコン７
からの測定開始指令により、回転テーブル２を５°〜１
５°程度の適当な間隔で間欠的に回転させ、各回転位置
でボールエンドミル１２の刃先とリファレンスピン３４
間の距離測定を行う。この時、各角度位置での距離測定
に当たって、ボールエンドミル１２をその軸回りに約４
０°程度の範囲でレーザ走査周期に比べてゆっくり回転
させ、その範囲で得られる距離値のうち最も小さい距離
値（これは、最も径の大きい刃先断面での径に対応す
る）を測定データとして採用する。この測定時の刃先の
回転操作によって、測定すべき刃先断面の径を測定する
ことができるのである。図３のボールエンドミルは２枚
刃であるが、この測定時の刃先回転範囲は、ボールエン
ドミルが３枚刃或いは４枚刃であれば、それに応じて変
わる。

【００１７】図８は、このようにして、１８０°の回転
範囲で間欠的に得られる距離測定データｄ1 ，ｄ2 ，ｄ
3 ，…，ｄ13を、半径オフセット値Ｒと、回転中心Ｏ1
から実際の刃先の先端までの距離の差（半径オフセット
値からの誤差量）として示している。即ち、各距離デー
タｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，…，ｄ13は、各角度位置での回転
テーブル中心Ｏ1 から工具の刃先先端までの距離を、半
径オフセット値との差分として求めたものということが
できる。

【００１８】回転テーブル２の中心Ｏ1 と、ボールエン
ドミル刃先の実際の中心Ｏ2 とは、先に述べたように、
図６のステップでボールエンドミルの公称値を基にして
位置合わせされているが、実際には図８に示すようにず
れがある。このずれの影響を含んで、測定される距離デ
ータｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，…，ｄ13は、図示のようにばら
つきがある。

【００１９】このようにして得られた距離測定データｄ
1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，…，ｄ13がパソコン７に取り込まれて
データ処理され、ボールエンドミル１２の刃先の径が求
められる。即ち、図８に示す測定データｄ1 ，ｄ2 ，ｄ
3 ，…，ｄ13を最小自乗法により平均化することによ
り、中心Ｏ1 ，Ｏ2 のずれの影響が除かれた、ボールエ
ンドミル１２の実際の刃先の半径ｒ1 と半径オフセット
値Ｒの差分が求まる。従ってこの差分と半径オフセット
値Ｒの差を求めることにより、ボールエンドミル１２の
実際の半径ｒ1 が求まることになる。

【００２０】以上の測定結果は、パソコン７の表示部に
グラフ表示され、またプリント出力できるようになって
いる。また上述した誤差量（プラス方向およびマイナス
方向）の他、変動幅（プラス方向最大誤差量＋マイナス
方向最大誤差量）や標準偏差の計算，プリント出力等が
できるようにしておけば、刃先の磨耗状況を知る上で一
層好ましい。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｌ
ＳＭ方式の形状測定装置を用いて、半径が既知のマスタ
ーボールによりその半径オフセット値をプリセットし、
測定すべき回転工具をセットして、その刃先円周に沿っ
て複数の角度位置で刃先の極座標を上述のオフセット値
との差分として求めて、これを平均化する演算処理を行
うことにより、精度の高い径測定ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に用いられる測定装置の概
略構成を示す図である。

【図２】 実施例装置のパソコン接続状態を示す図であ
る。

【図３】 ストレートシャンクボールミルの刃先を示す
図である。

【図４】 ＬＳＭの原理を説明するための図である。

【図５】 実施例のオフセット値設定ステップを示す図
である。

【図６】 実施例のボールエンドミル設定のステップを
示す図である。

【図７】 実施例のボールエンドミル設定のステップを
示す図である。

【図８】 実施例の距離測定データの分布を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…基台、２…回転テーブル、３…測定ヘッド、３１…
送光部、３２…レーザ光ビーム、３３…受光部、３４…
リファレンスピン、４…保持手段、５…移動手段、６…
回転工具、７…パソコン、１１…マスターボール、１２
…ボールエンドミル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転工具をその軸回りに回転可能に保持
   する保持手段、この保持手段を前記回転工具の軸方向に
   往復移動させる移動手段、前記保持手段に保持された回
   転工具の軸と直交する方向に対向して送光部と受光部が
   配置されて、レーザ光ビームを直線的に走査して得られ
   る受光信号パターンにより寸法測定を行う測定手段、こ
   の測定手段を保持してこれを前記レーザ光ビームと直交
   する面内で回転駆動する回転テーブル、および前記測定
   手段の出力データを取り込んで記憶および演算処理する
   制御手段を有する形状測定装置を用いて回転工具の形状
   測定を行う方法であって、（ａ）半径が既知のマスター
   ボールを前記保持手段に保持して、その中心と前記回転
   テーブルの回転中心が一致するように位置合わせするス
   テップと、（ｂ）測定すべき回転工具を前記保持手段に
   保持して、前記マスターボールの半径値と回転工具の刃
   先の径の公称値の差に基づいて回転工具のあるべき刃先
   中心を前記回転テーブルの回転中心に位置合わせするス
   テップと、（ｃ）前記回転テーブルを所定角度毎に間欠
   的に回転させながら、各角度位置での回転テーブル中心
   から回転工具の刃先先端までの距離を前記測定手段によ
   り測定するステップと、（ｄ）前記制御手段により前記
   各角度位置で測定された距離データを平均化処理して前
   記回転工具の刃先の径を算出するステップと、を有する
   ことを特徴とする回転工具の形状測定方法。
2. 【請求項２】 回転工具をその軸回りに回転可能に保持
   する保持手段、この保持手段を前記回転工具の軸方向に
   往復移動させる移動手段、前記保持手段に保持された回
   転工具の軸と直交する方向に対向して送光部と受光部が
   配置されて、レーザ光ビームを直線的に走査して得られ
   る受光信号パターンにより寸法測定を行う測定手段、こ
   の測定手段を保持してこれを前記レーザ光ビームと直交
   する面内で回転駆動する回転テーブル、および前記測定
   手段の出力データを取り込んで記憶および演算処理する
   制御手段を有する形状測定装置を用いて回転工具の形状
   測定を行う方法であって、（ａ）半径が既知のマスター
   ボールを前記保持手段に保持して、その中心と前記回転
   テーブルの回転中心が一致するように位置合わせし、か
   つその半径値をオフセット値として前記制御手段に記憶
   するステップと、（ｂ）測定すべき回転工具を前記保持
   手段に保持して、前記マスターボールの半径値と回転工
   具の刃先の径の公称値の差に基づいて回転工具のあるべ
   き刃先中心を前記回転テーブルの回転中心に位置合わせ
   するステップと、（ｃ）前記保持手段に保持した回転工
   具をその軸を測定手段のレーザビーム走査方向に位置合
   わせし、その軸回りに回転させて前記測定手段により径
   測定を行い、測定される径が最大となる位置に設定する
   ステップと、（ｄ）前記回転テーブルを所定角度毎に間
   欠的に回転させながら、各角度位置での回転テーブル中
   心から回転工具の刃先先端までの距離を前記測定手段に
   より測定するステップと、（ｅ）前記制御手段により前
   記各角度位置での距離データを平均化処理して前記回転
   工具の刃先の径を算出するステップと、を有することを
   特徴とする回転工具の形状測定方法。