JP2000190185A

JP2000190185A - ドリル先端研削機

Info

Publication number: JP2000190185A
Application number: JP36070098A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Adachi; 吉宏足立; Noritsugu Hamada; 徳亜濱田; Katsuto Matsumoto; 勝人松元
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Kyushu Sumiden Seimitsu Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Kyushu Sumiden Seimitsu Ltd
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2000-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ドリル長のばらつきの影響を受けず、しかも
品種の異なるドリルも面倒な形状登録をせずに精密に位
置決めして高精度に先端加工が行えるようにすることで
ある。【解決手段】ドリル回転機構を有するドリル保持機構
１１でドリル８を保持してそのドリルの側面をカメラ１
３で撮像し、得られた画像を処理して刃溝エッジの位置
を検出し、その検出した刃溝エッジが最適点に移動する
ようにドリルを回転させて位置決めを行い、その後、研
削装置で片面づつ先端研削を行うようにしたのである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ドリル先端の研
削を、自動的な位置決めを行って高精度に行えるドリル
先端研削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドリル先端の研削は、ドリルを正確に位
置決めして行う必要があり、そのために、ドリル研削装
置には位置決め機構が設けられる。

【０００３】その位置決め機構の従来例として、例え
ば、特開昭６３−１１４８５７号公報に示されるものが
あるが、ドリル先端を当て板に機械的に当接させて位置
決めする同公報の機構は、１μｍ以下の位置決め精度が
要求されるドリルには適していない。直径が０．１ｍｍ
〜１．３ｍｍ程度のマイクロドリルは、研削時に極めて
高い位置決め精度（回転角のずれが±０．５度程度）が
要求される。その要求精度は、直径０．１ｍｍのドリル
の場合、周長に対して±０．４４μｍ程度の誤差であ
り、上記公報の機構ではこのような精度を常時保つのは
困難である。

【０００４】このため、マイクロドリルの位置決めは顕
微鏡で先端部を拡大して作業者が手作業で行っていた
が、これは非能率的で確実性にも欠ける。

【０００５】そこで、実開昭６１−１５９１５１号は、
形状検知装置でドリル先端の形状を検知してあらかじめ
記憶されている基準形状と比較し、画像パターン認識装
置でドリル先端の最初の研削位置を割出してドリルを保
持している主軸の回転装置をドリル先端が割出し点に移
動するように制御する自動ドリル先端加工機を提案して
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】実開昭６１−１５９１
５１号公報の加工機は、基準形状に対するドリル先端形
状の誤差量を求めてドリルの向きのずれを修正するの
で、上記の誤差量を許容値内に納め得るが、この方法で
は、ドリルの全長にばらつきがあると位置決めを行って
も正確な研削がなされない。ドリル長が基準長さより長
いと先端の研削量が過剰になり、基準長さより短かいと
研削量が逆に不足し、図２（ａ）のような先細、或いは
図２（ｂ）のような先太と呼ばれる加工不良が生じて、
ドリルの性能が満足に発揮されない。

【０００７】また、基準形状との比較と云う相対的な位
置決めを行うので、ドリル先端の基準形状を品種毎に記
憶させる手間や基準形状インプット時の精密位置決めも
必要とし、製造の簡略化等に関しても問題がある。

【０００８】そこで、この発明はドリル長のばらつきの
影響を受けず、しかも品種毎の形状登録無しで品種の異
なるドリルも精密に位置決めして高精度に先端加工が行
える先端研削機を提供することを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、ドリル側面の刃溝エッジを検
出してその刃溝エッジを所定位置に移動させる方法でド
リルの位置決めを行う。そのための具体的な装置構成と
してドリル回転機構を有するドリルの保持機構、保持機
構に保持されたドリルの側面を撮像するカメラ、そのカ
メラからの画像を入力する画像入力装置、画像処理を行
う演算制御装置及びドリル先端の逃げ面を研削する研削
装置を有し、前記演算制御装置が入力画像を処理してド
リル側面の刃溝エッジの位置を検出し、その演算制御装
置からの指令で前記回転機構が、検出された刃溝エッジ
が目標点に到達する位置にドリルを回転させるようにし
たのである。

【００１０】このドリル先端研削機は、カメラによるド
リル側面の撮像を保持機構でドリルを回転させながら行
い、得られた画像を演算制御装置が処理して刃溝エッジ
を認識し、その刃溝エッジがカメラの視野に入る位置に
ドリルを再度回転させて刃溝エッジの位置検出とドリル
の位置決め点への回転がなされるようにしておくのがよ
く、ドリル側面撮像時のドリル回転を３６０°にして演
算制御装置にエッジを複数検出させ、その中から正しい
刃溝エッジを選択してその刃溝エッジの位置検出がなさ
れる構成にするとなお好ましい。

【００１１】また、ドリルの刃溝形状を数式化し、演算
制御装置が予め記憶したその数式に画像処理して得られ
た刃溝エッジ位置のデータを入れてドリル先端の最適研
削位置を算出し、その算出結果に基づいてドリルの位置
決めがなされるようにしておくのも好ましい。

【００１２】

【作用】この発明では、ドリル側面の刃溝エッジを基準
にしてドリルの位置決めを行うので、ドリル長のばらつ
きの影響を全く受けない。ドリルの端面ではなく、砥石
が実際に切込まれる位置が研削点に正確に位置決めされ
て高い研削精度が得られる。

【００１３】また、刃溝エッジの形状は、ドリルの品種
によらず同じであるので、品種毎の形状を登録する必要
もない。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に、マイクロドリルを示す。
図中１は切刃（リップ）、２はマージン部、３は刃溝
（フルート）、４はランド、５は刃溝エッジ、６は逃げ
面、７はヒールである。この発明の先端研削機は、この
マイクロドリル用として特に適するが、他のドリルの研
削に応用しても優れた効果を発揮する。

【００１５】図３及び図４に、この発明のドリル先端研
削機の実施形態を示す。この研削機１０は、図３に示す
ドリル保持機構１１、回転砥石１２ａ、１２ｂを有する
研削装置１２、図４に示すカメラ１３、画像入力装置１
４、入力画像を処理して保持機構１１と研削装置１２を
制御する演算制御装置１５を備えて成る。

【００１６】図３の１６は、ドリル８を保持機構１１に
供給し、研削終了後のドリルを保持機構１１から外して
搬出点に移すチャックであり、このチャック１６が保持
機構１１のホルダ１１ａにドリル８を挿入する。保持機
構１１は、挿入されたドリル８を保持してＩからIIの位
置に回転し、その後更にIII の位置に回転して研削終了
後にＩの位置に戻る。この保持機構１１は、保持したド
リル８をホルダ１１ａと共に回転させるドリル回転機構
を内蔵している。

【００１７】研削装置１２は、ドリル８の先端角に合う
向きにして図３の矢印方向に進退させ、砥石１２ａでド
リル先端の２番逃げ面を、砥石１２ｂで３番逃げ面を各
々研削する。砥石１２ａと１２ｂは、加工する面の傾き
に合わせて傾けてある。

【００１８】図４のカメラ１３は、図３のIIの位置に設
けられ、ここでドリル８の位置決めがなされる。このカ
メラ１３がレンズ１３ａを透してドリル８の側面を撮像
し、その画像が画像入力装置１４を通って演算制御装置
１５に取込まれる。演算制御装置１５は、取込んだ画像
を処理して刃溝エッジ５を認識し、その刃溝エッジ５の
位置から研削位置を計算し、それに基づいてドリル回転
機構を回転させることで位置決めを完了する。この後、
保持機構１１が図３のIII の位置に回転し、回転砥石１
２ａ、１２ｂが左右（図３の矢印方向）に移動しながら
ドリル先端に切込まれて片面の研削がなされる。また、
片面の加工が終了すると、ドリル回転機構がドリル８を
１８０°回転させ、砥石による他面の研削がなされて研
削を終了する。

【００１９】位置決めロジックの詳細フローチャートを
図５に示す。図６は、カメラ１３が撮像した画像（写真
をもとに書き写した図）であり、図の５が認識する刃溝
エッジ（切刃稜となるエッジ）である。まず、カメラ１
３によりドリル８の側面を撮像し、その画像（図６）に
対して右方向に微分処理を行うことで右方向に急激に明
るさの増す点、即ちエッジ５を検出する。画像上でのエ
ッジ位置をｘｉとすると（図７）、このエッジ５の位相
θｉは、〔式１〕 θｉ＝ｎ・θ＋ｘｉ・θ₀／ｘＯｎ：定角度θでド
リルを回転させた回数 θ₀：１視野のｘ方向の角度ｘＯ：１視野のｘ方向の画素数の式で表わすことができる。

【００２０】次に、ドリル８をθ度回転させて上記の処
理を行い、ドリルが３６０°回転するまでこの動作を繰
り返してドリルの全周についてエッジの検出及びエッジ
の位相計算を行う。高精度の位置決めを目標とする場
合、画像処理の分解能を高くする必要があり、必然的に
カメラの視野が狭くなってドリル外周の一部を見ただけ
では視野内に刃溝エッジが入らない事態が起こり得る
が、ドリルを回転させて画像処理を繰り返せばその不具
合は起こらず、刃溝エッジを確実に認識できる。

【００２１】さらに、好ましくはドリルを３６０°回転
させてエッジを複数検出させる。こうすると、刃溝エッ
ジの誤認識を防ぐことができる。例えば、ゴミや油の付
着により、図８のように、エッジが２箇所以上検出され
たとすると、ほかよりも間隔の広いａ、ｂ部は刃溝３と
考えることができるので、刃溝３（ａ、ｂ部）に対して
右回り方向に最も近いエッジｃ、ｄのどちらかを正しい
刃溝エッジ５として認識することができる。また、図９
のように、片方の刃溝エッジの検出に失敗した場合で
も、刃溝３に近いエッジｅ、ｆのうち、その位相間隔が
狭いｇ部の右回り位置のエッジｅが刃溝エッジであるの
で、そのエッジの誤認識が起こらない。

【００２２】なお、ここでは、図１の刃溝３に付着した
ゴミや油は検出されないと仮定している。レンズ１３ａ
の焦点を切刃稜となるエッジに合わせているため、刃溝
３の部分はピントぼけの状態（図６）となり、その部分
では明暗変化が小さくてゴミや油はエッジとして検出さ
れない。従って、上記の方法でのエッジ認識が可能であ
る。

【００２３】以上で刃溝エッジ５を認識し、その位相を
計測できるので、精密位置決めのために、認識した刃溝
エッジ５が再度カメラ１３の視野に入るようにドリル８
を回転させ、その側面を撮像する。次いで、得られた画
像について２値化処理を行い、図１０のように、検出し
た刃溝エッジ５の座標を計測する。そして、このエッジ
座標を直線近似し、その直線ｈが画像中心ｉを通る（カ
メラの視野中心にくる）ようにドリル８を回転させる。
また、実際に研削を行うときには、カメラの視野中心か
ら研削点（砥石の位置）までの間でのドリルねじれによ
る位相差があるので、その位相差分を加算した最終位置
決め目標点に向けてドリルを更に回転させる。

【００２４】カメラの視野中心から研削点までの間のね
じれによる刃溝の位相差は、以下の式で求めることがで
きる。

【００２５】今、図１１において、砥石（図３の１２
ａ）が加工する２番逃げ面（図１１の端面図の斜線部）
は、ｘ＝０、ｙ＝０、Ｚ＝Ｚｓ＝０を通り、先端角α、
２番逃げ角βとすると、〔式２〕 −ｃｏｓ（α／２）ｘ＋ｔａｎβ・ｙ＋ｓｉｎ（α／
２）Ｚ＝０と表わされる。これは、Ａ〜Ｂを通る先端角平面、即ち
−ｃｏｓ（α／２）ｘ＋ｓｉｎ（α／２）Ｚ＝０を、Ａ
〜Ｂの直線を軸としてβ回転させたものである。

【００２６】ここで、ドリル８は、Ｚ＝Ｚ₁の位置で

【００２７】

【数１】

【００２８】となれば、最適回転位置となる（図１１の
側面の状態）。このとき、刃溝エッジ５は、ｘ＝０上で
はＣ点にある。

【００２９】一方、図１１の０点をカメラの視野中心と
すると、上記の最適回転位置になる前、即ち、図１０に
おいて直線ｈ（刃溝エッジ）を画像中心ｉ上に移動させ
た状態では刃溝エッジ５がＯ点にある。

【００３０】そのため、（Ｚ₄〜Ｚ₀）に至る間のねじ
れ量に相当する角度ドリル８を回転させて刃溝エッジ５
をＣ点に移せば、式３が成立してドリルが最適位置に位
置決めされることになる。

【００３１】このときのドリル回転角度は、〔式４〕｛（Ｚ₄−Ｚ₀）／Ｋ｝・２π Ｋ：刃溝のねじれ
ピッチＺ₄＝Ｚ₁＋（π／２＋ｔａｎ^-1ｙ₁／ｘ₁）×Ｋ／２
π Ｚ₁＝−｛ｃｏｓ（α／２）・ｘ₁＋ｔａｎβ・ｙ₁｝
／ｓｉｎ（α／２）これを整理すると、カメラの視野中心と研削点間におけ
る刃溝エッジの位相差は、下式で計算できる。

【００３２】

【数２】

【００３３】刃溝エッジ５がカメラの視野中心に移って
そこから更に上式で求めた位相差分回転した位置が最終
位置決め目標点であり、ドリルを回転させてそこに刃溝
エッジを位置決めすると、ドリル先端が研削点に正確に
位置決めされる。刃溝エッジはカメラの視野中心から最
終位置決め目標点に向かって移動するときにカメラの視
野から外れることもあり得るが、上述したように数式を
用いて最終位置決め目標点を算出すると、エッジがカメ
ラの視野から外れても正確な位置決めがなされる。

【００３４】この方法での位置決めにより、実際に試作
機で±０．３９μｍの位置決め精度を実現できた。

【００３５】なお、ドリル径が判れば、例えば図１０の
直線ｈを画像中心ｉに移すのに必要なドリル回転角を求
めることができるので、その回転角を求め、これとカメ
ラの視野中心から研削点までのエッジの位相差から最終
目標位置決め点を求めてそこに刃溝エッジが直接位置決
めされるようにドリルを回転させることも可能であり、
そのような動作がなされるようにしてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、この発明ではドリル
側面の刃溝エッジを検出し、その刃溝エッジを最適点に
移動させてドリル先端の位置決めを行うので、ドリル長
のばらつきによる影響を全く受けず、高い位置決め精度
が要求されるマイクロドリルも要求精度を満足させて効
率良く先端研削を行うことが可能になる。

【００３７】また、刃溝エッジを直接認識して位置決め
を行うので、品種毎の形状登録を必要とせず、研削機の
製造面でも有利になる。

【００３８】なお、ドリルを回転させて側面の撮像を広
域に行うものは刃溝エッジの認識漏れが起こらず、ま
た、ドリルを３６０°回転させ、数箇所検出されるエッ
ジの中から正しい刃溝エッジを選択認識するものは、刃
溝エッジの誤認識による誤研削が起こらず、さらに、ド
リルの刃溝形状を数式化し、その数式を利用して最終位
置決め目標点を算出するものは、カメラの視野が狭くて
も正確な位置決めを安定して行え、研削機の性能、信頼
性が更に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）マイクロドリルの側面図（ｂ）同上のドリルの正面図

【図２】加工不良を生じたドリルの正面図

【図３】この発明の先端研削機の実施形態を示す図

【図４】図３の研削機に含まれるカメラ、画像入力装
置、演算制御装置を示す図

【図５】位置決めロジックのフローチャート

【図６】カメラが撮像したドリル側面の画像

【図７】処理後の画像上でのエッジ位置を示す図

【図８】エッジ検出点の一例を示す説明図

【図９】エッジ検出点の他の例を示す説明図

【図１０】エッジ座標をつないだ直線を示す図

【図１１】最終位置決め目標点算出用数式用の解説図

【符号の説明】

１切刃２マージン部３刃溝４ランド５刃溝エッジ６逃げ面７ヒール８ドリル１０ドリル先端研削機１１ドリル保持機構１１ａホルダ１２研削装置１２ａ、１２ｂ回転砥石１３カメラ１３ａレンズ１４画像入力装置１５演算制御装置１６チャック

フロントページの続き (72)発明者濱田徳亜伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者松元勝人佐賀県杵島郡大町町大字福母2374 九州住電精密株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ドリル回転機構を有するドリルの保持機
構、保持機構に保持されたドリルの側面を撮像するカメ
ラ、そのカメラからの画像を入力する画像入力装置、画
像処理を行う演算制御装置及びドリル先端の逃げ面を研
削する研削装置を有し、前記演算制御装置が入力画像を
処理してドリル側面の刃溝エッジの位置を検出し、その
演算制御装置からの指令で前記回転機構が、検出された
刃溝エッジが目標点に到達する位置にドリルを回転させ
てドリル先端の研削点への位置決めがなされるようにし
たことを特徴とするドリル先端研削機。
【請求項２】カメラによるドリル側面の撮像を保持機
構でドリルを回転させながら行い、得られた画像を演算
制御装置が処理して刃溝エッジを認識し、その刃溝エッ
ジがカメラの視野に入る位置にドリルを再度回転させて
刃溝エッジの位置検出とドリルの位置決め点への回転が
なされるようにした請求項１記載のドリル先端研削機。
【請求項３】ドリル側面撮像時のドリル回転を３６０
°にして演算制御装置にエッジを複数検出させ、その中
から正しい刃溝エッジを選択してその刃溝エッジの位置
検出がなされるようにした請求項２記載のドリル先端研
削機。
【請求項４】ドリルの刃溝形状を数式化し、演算制御
装置が予め記憶したその数式に画像処理して得られた刃
溝エッジ位置のデータを入れてドリル先端の最適研削位
置を算出し、その算出結果に基づいてドリルの位置決め
がなされるようにした請求項１乃至３のいずれかに記載
のドリル先端研削機。