JP2006162344A - 工具形状測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ドリル等棒状工具について、例えば再研磨を実施した後合否判定を行うため、切れ刃の形状を簡易な装置で、作業者による精度上のばらつきを伴うことなく検査する。
【解決手段】工具保持装置４に棒状工具２を保持し回転させるとともに、旋回可能な旋回テーブル１１上にレーザー変位計１７を取付けた支持台１６を設け、棒状工具先端の切れ刃５に対向して設置したレーザー変位計１７を、旋回テーブル１１上で直線的に移動させる。レーザー変位計１７は、直線上を移動しながら、対向する切れ刃の測定点までの距離を測定することにより、ドリル等棒状工具の切れ刃５の形状を求める。工具の複数の切れ刃５について同様な形状測定を実施し形状を比較して、再研磨後の棒状工具の合否を決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、ドリルなどの棒状工具を再研磨して使用する際、再研磨後の工具の刃先形状が正確なものかどうかを検査する測定装置に関するものである。

切削加工又は穴あけ加工において使用されるドリルあるいはエンドミルは、使用時間の増大につれ、加工物（ワーク）に接触する先端部の切れ刃が磨耗するので、工具研削盤により切れ刃を研磨しながら使用する。この研磨作業を再研磨と呼んでいるが、再研磨した後の刃先形状、ことに切れ刃の形状は加工精度及び工具の寿命に大きな影響を及ぼす。例えば、ドリルにはその先端部に通常複数の切れ刃を備えられているが、それらの形状に差があると、特定の切れ刃のみで加工が行われたり、加工時のドリルの振れが異常に大きくなる不具合を生じる。

したがって、再研磨の後には、正確な研磨が行われ各部分が所定の形状となっているか否かについての検査を実施している。この検査は、工場等の作業現場において実施され、簡単なものではＶブロックとダイヤルゲージを用いて手作業で検査する。Ｖブロックを用いる検査では、ＶブロックのＶ溝に研磨後のドリルを置き、図７（ａ）に図示されるように、複数の切れ刃の中の一枚にダイヤルゲージの測定子を当ててこれを基準位置とする。次いで、Ｖ溝の中でドリルを回転させ、他の切れ刃について同様に位置を測定して基準位置との差を求める。この作業を切れ刃の形状の特定に必要な数点で実施して各切れ刃の形状の差を検出し、再研磨の合否を判定する。

ボールエンドミルのように切れ刃の先端が円弧をなしている工具を検査する装置にあっては、回転軸にチャックによって工具を固定し、ダイヤルゲージを円弧の形状に合わせて旋回できるように設置したものがある。ダイヤルゲージを旋回させながら、複数の切れ刃の一枚について円弧上の数点の位置を測定した後、回転軸に固定した工具を回転させ他の切れ刃について同様に位置を測定して、形状の差を検出する（図７（ｂ）参照）。

また、このような工具の形状の測定、検査作業を自動化したものとして、特開平６−１３７８４２号公報に開示される装置がある。この装置は、工具顕微鏡とテレビカメラとを組み合わせ、ボールエンドミル等の工具の切れ刃の形状を測定するもので、図８に装置の概要を示す。

検査対象であるボールエンドミル等の工具３０は、チャック３１に取付けられ軸Ａを中心に回転可能となっている。チャック３１は角度割り出し装置３２に支持され、この角度割り出し装置３２は、Ｘ軸、Ｙ軸方向に移動可能なテーブル３３上に設置され、Ｘ軸方向には送りネジ３４及びモータ３５により、Ｙ軸方向には送りネジ３６及びモータ３７により移動することができる。工具３０の上方には、軸Ｐを光軸とする工具顕微鏡３８とテレビカメラ３９とが設けてあり、テレビカメラ３９は画像処理装置に接続されている。

工具の形状を測定する際には、光学顕微鏡３８の焦点を軸Ａの位置に合わせて固定し、次いで、テーブル３３を移動し工具顕微鏡の光軸である軸Ｐを、切れ刃の存在する工具先端部の輪郭線上の測定点と一致させる。その後、テレビカメラ３９に接続された画像処理装置によって測定点における切れ刃の位置を検出し、これを工具顕微鏡３８の焦点位置に合致するよう軸Ａの周りに工具３０を回転させ角度位置を定める。このような測定を工具先端部の輪郭線上において複数の測定点で実行し、得られたＸ軸、Ｙ軸及び角度位置のデータを用いて工具３０の切れ刃の寸法、形状等を計測することにより、工具３０の検査あるいは合否判定を行うことができる。
特開平６−１３７８４２号公報

ドリル等の工具の検査には、上述のように、いくつかの方法がある。このうち、Ｖブロック及びダイヤルゲージを使用する方法は、基本的に作業者が行う手作業であり簡易な方法ではあるが、長時間の作業を必要するとともに、精度のよい検査のためには作業者の熟練を要する。殊に、先端部が円形のボールエンドミルの場合には、切れ刃の複数の測定点について、他の切れ刃における対応する測定点の距離の差を測定する必要があり、より一層複雑な作業となる。

特許文献１に開示される装置では、自動的な測定が可能となるけれども、工具顕微鏡や画像処理装置を備え付けなければならず、検査装置が非常に高価なものとなると同時に、現状では、測定可能な工具の大きさに限りがある。さらに、作業現場での工具再研磨後の検査においては、複数の切れ刃の寸法、角度等の差が許容範囲内にあるか否かを検査すれば合否判定としては十分である場合も多く、精密な測定が可能である高級な装置は必要としない面がある。本発明は、比較的簡単な装置により、再研磨後等の工具における切れ刃部分の形状を、必要かつ十分な精度で検査することを課題とする。

上記の課題に鑑み、本発明は、ドリル、ボールエンドミル等棒状工具の切れ刃の形状を簡易な装置で、作業者による精度上のばらつきを伴うことなく測定することを目的とする。すなわち、本発明は、
「棒状工具の切り刃の形状を測定する工具形状測定装置であって、前記棒状工具を保持し回転させる工具保持装置と、前記棒状工具の回転軸と平行な平面上を直線的に摺動する摺動テーブルとを有する工具形状測定装置において、
前記摺動テーブル上に支持され前記摺動テーブルに対し旋回可能な旋回テーブルと、前記旋回テーブル上を直線的に摺動する支持台とを設け、前記支持台に前記切れ刃と対向してレーザー変位計を取付けた」
ことを特徴とする工具形状測定装置となっている。

請求項２に記載のように、前記レーザー変位計には、前記棒状工具の先端部と前記レーザー変位計との距離を一定の幅に亘り走査して切れ刃の位置を検出するデータ処理装置を接続することができる。

本発明は、ドリルの切り刃の形状を測定する方法の発明として実施することができる。この場合は、請求項３に記載のように、
「直線状の切れ刃を有するドリルの切り刃の形状を測定する工具形状測定方法であって、
前記ドリルを保持し回転させる工具保持装置に前記ドリルを取付け、
前記ドリルの回転軸と平行な平面上を旋回する旋回テーブルに、前記ドリルの先端部と対向するようレーザー変位計を設置するとともに、前記レーザー変位計を前記ドリルの切れ刃と平行に直線的に摺動させ、前記レーザー変位計と前記ドリルの切れ刃との距離を連続的に測定する」
ことを特徴とする工具形状測定方法となる。

また、本発明を円弧状の切れ刃を有するボールエンドミルの測定に適用するときは、請求項４に記載のように、
「円弧状の切れ刃を有するボールエンドミルの切り刃の形状を測定する工具形状測定方法であって、
前記ボールエンドミルを保持し回転させる工具保持装置に前記ボールエンドミルを取付け、
前記ボールエンドミルの回転軸と平行な平面上を旋回する旋回テーブルに、前記ボールエンドミルの先端部と対向するようレーザー変位計を設置するとともに、前記レーザー変位計を、前記ボールエンドミルの回転軸とほぼ４５度の角度をなすよう平行に摺動させ、前記レーザー変位計と前記ボールエンドミルの切れ刃との距離を連続的に測定する」
ことを特徴とする工具形状測定方法となる。

本発明では、ドリル等棒状工具の切れ刃の形状を測定するにあたり、工具保持装置に棒状工具を保持し回転させるとともに、旋回可能な旋回テーブル上にレーザー変位計を取付けた支持台を載置し、棒状工具先端の切れ刃に対向して設置したレーザー変位計を旋回テーブル上で直線的に移動させるようにしたものである。そして、レーザー変位計とこれに対向する切れ刃の測定点までの距離を測定しドリル等棒状工具の切れ刃の形状を求め、工具の複数の切れ刃について同様な形状測定を実施して工具研磨の合否を決定する。測定するのは距離のみであるから、装置は簡易なものとなり、工場等の製造加工現場において、熟練した作業者でなくとも検査の実施が可能となる。また、レーザー変位計は精密な測定が可能であって、十分な精度で形状を測定することができる。

請求項２の発明では、棒状工具の先端部とレーザー変位計との距離を一定の幅に亘り走査して切れ刃の位置を検出する。つまり、切れ刃と直角方向に走査して距離が最短となる点を切れ刃位置と定めるので、その位置を正確に決定することが可能である。

請求項３の発明は、棒状工具であるドリルの切れ刃の形状測定法である。ドリルの場合は、切れ刃は平面視でほぼ直線となっており、この直線と平行にレーザー変位計を移動させると、切れ刃までの距離は殆ど変化せず安定した測定ができる。また、請求項４の発明は、先端が円弧状をなす棒状工具であるボールエンドミルの形状測定法である。この場合には、レーザー変位計をボールエンドミルの回転軸とほぼ４５度の角度をなすよう平行に摺動させると、切れ刃の測定範囲の全域に亘り、レーザーの受光量を平均化することができる。なお、請求項３及び請求項４の発明では、上述の請求項１の発明と同様な効果も達成できることは明らかである。

以下、図面に基づいて、本発明による工具形状計測装置及び方法について説明する。図１は本発明の工具形状計測装置を概略的に表す平面図であり、テーブル等を駆動するモータ、測定データを処理するデータ処理装置も併せて図示してある。図２は、レーザー変位計が棒状工具に正対するように置かれた状態における装置の概略的な正面図であり、また、図３は旋回テーブルの駆動装置を示す図である。

工具形状計測装置の基台１上には、棒状工具２を固定するチャック３及び回転位置の割り出し機構等を備え、検査する棒状工具を回転させる工具保持装置４が置かれる。図１における棒状工具２はドリルであって、その先端部には平面図では直線状の切れ刃５を有しており、軸６を回転軸としてステッピングモータ７により回転可能となっている。ステッピングモータ７を用いる代わりに手動によって回転させてもよい。

基台１には、回転軸６と平行にレール８が形成してあり、レール８に摺動テーブル９が載置される。摺動テーブル９は、ステッピングモータ２３により、例えば送りねじ機構を用いて、レール８に沿って回転軸６と平行に摺動される。この摺動テーブル９は、図３に示されるように、回転軸６の方向から見たときには断面が基本的にはコ字状であって、中央部は中空となっており、また、上面には貫通孔１０が開けられている。

摺動テーブル９には旋回テーブル１１が載置される。図２、図３に示されるとおり、旋回テーブル１１の下部には円柱状の旋回軸１２が一体に形成され、摺動テーブル９の貫通孔１０に嵌め込まれる。旋回軸１２の下方にはウォームギヤ１３が固定され、ウォームギヤ１３は、摺動テーブル９の中空部分に配置されたウォーム１４と噛合する。ウォーム１４は、摺動テーブル９の側面に取付けられたステッピングモータ１５によって回転駆動される。したがって、旋回テーブル１１は回転軸６と平行な平面上で回転軸６と直角な軸の周りに旋回可能となっている。

旋回テーブル１１の上面には直線的に摺動する支持台１６が載置され、支持台１６にはレーザー変位計１７が固定される。レーザー変位計１７は、棒状工具２の切れ刃に対向するように回転軸６と同一の高さに設置される。支持台１６は、ステッピングモータ１８により旋回テーブル１１の上面のレールに案内されて直線的に摺動可能である。支持台１６上のレーザー変位計１７は、棒状工具２の先端部にレーザーを照射し、その反射光を利用して先端部までの距離を測定する。その測定データはデータ処理装置１９に入力される。また、各ステッピングモータの回転量は、制御装置２０で制御され、それらのデータもデータ処理装置１９に入力される。

ここで、本発明の工具形状測定装置を使用する測定方法について、図４乃至図６も参照しながら説明する。まず、検査する棒状工具がドリルである場合には、ドリルを工具保持装置４に取付けた後、摺動テーブル９をドリルの長さに合わせて基台１上を摺動させ、レーザー変位計１７をドリルの先端部の切れ刃５に近接させる。図４（ａ）はドリルの先端部を軸線方向から見た図であるが、ドリルの切れ刃５は通常直線となっている。この切れ刃５の直線が水平面に位置するよう工具保持装置４でドリルを回転して位置決めし、さらに、旋回テーブル１１上のレールが平面図において切れ刃５と平行となるように旋回テーブル１１を旋回させる。

この状態で、レーザー変位計１７からレーザーを照射し、レーザー変位計１７とドリルの先端部表面との距離を測定する。図４（ａ）に図示するように、測定は各測定点１，２〜ｎまで、ステッピングモータ１８によりレーザー変位計１７の支持台１６を摺動させながら、切れ刃と直角方向にレーザーを矢印のごとく一定幅で走査して行う。その結果、１，２〜ｎの測定点について図４（ｂ）図示されるデータが得られる。各測定点におけるドリルの切れ刃の位置は、距離の一番短い点であるから、図４（ｂ）の矢印のピーク値が切れ刃の位置に相当するものとなる。ピーク値の検出はデータ処理装置１９において実行され、各測定点の切れ刃の距離が求められる。また、各測定点の間の点における距離は、データ処理装置１９で各測定点のデータを補間することによって求めることができ、連続した切れ刃形状が決定される。

ドリルの一方の切れ刃に関して計測が終了すると、ステッピングモータ７を駆動してドリルを１８０度回転し、他方の切れ刃について同様な測定を実施する。再研磨のときに、図５（ａ）に示されるように、両方の切れ刃が正確に研磨されなかった場合は切れ刃の角度が非対称となり、両方の切れ刃の形状は、図５（ｂ）の測定結果に表されるとおり、一致しないものとなる。このようにして、再研磨後の両方の切れ刃の形状を比較することにより、ドリルの再研磨作業の検査を実施することができ、工場等の作業現場であっても簡単に合否の判定が行えることとなる。

図６には、円弧状の切れ刃を有するボールエンドミルの検査方法を示す。レーザー変位計１７はレーザーの反射光を利用して測定するので、測定点の切れ刃の接線とレーザー光とのなす角度が大きいときは測定誤差が増加する。これを防止するためボールエンドミルの検査では、支持台１６の摺動する旋回テーブル１１上のレールが工具の回転軸６に対して４５度の角度をなすように旋回テーブル１１を位置させる。

この位置では、レーザー変位計１７は一方の切れ刃の中央位置における接線と平行に摺動することとなり、測定部分の両端、つまり、回転軸６と切れ刃との交点２１及び切れ刃の外周端２２、において変位計１７の軸と切れ刃の接線がなす角度が等しくなる。したがって、レーザー変位計１７は照射したレーザーの反射光を平均的に受光することができ、レーザー光と切れ刃測定点の接線の形成する角度が増大することに伴う測定誤差の増加を避けることができる。レーザー光を各測定点の切れ刃になるべく直角に近い状態で照射するよう、場合によっては、回転軸６に対する旋回テーブル１１の回転量を段階的に変化させることもできる。一方の切れ刃の測定が終了した後、ボールエンドミルを１８０度回転し他方の切れ刃の形状を測定して比較することにより合否判定が可能なことは、上述のドリルの場合と同様である。

以上詳述したように、本発明は、ドリル等棒状工具の切れ刃の形状を簡易な装置で、作業者による精度上のばらつきを伴うことなく測定することを目的とし、工具保持装置に棒状工具を保持し回転させるとともに、棒状工具先端の切れ刃に対向して設置したレーザー変位計を直線的に移動させるよう、旋回可能な旋回テーブル上でレーザー変位計を取付けた支持台を摺動させるものである。支持台やテーブルを駆動するため、ここではステッピングモータを用いているが、油圧シリンダを有するアクチュエータ等その他の駆動機構を採用することができるのは明らかである。また、旋回テーブルを回転させるには、ウォーム機構の代わりに、例えば往復動を回転運動に変える周知のリンク機構を用いることもできる。

本発明の工具形状測定装置の概略的な平面図である。 本発明の工具形状測定装置の概略的な正面図である。 本発明の旋回テーブルの駆動装置を示す図である。 本発明に基づくドリル切れ刃の測定方法を示す説明図である。 本発明に基づくドリルの合否判定方法を示す説明図である。 本発明に基づくボールエンドミルの合否判定方法を示す説明図である。 従来の工具形状測定方法の説明図である。 従来の工具形状測定装置の斜視図である。

符号の説明

１ 基台
２ 棒状工具
４ 工具保持装置
５ 切れ刃
９ 摺動テーブル
１１ 旋回テーブル
１３ ウォームギヤ
１４ ウォーム
１６ 支持台
１７ レーザー変位計
１９ データ処理装置

Claims (4)

1. 棒状工具（２）の切れ刃（５）の形状を測定する工具形状測定装置であって、前記棒状工具（２）を保持し回転させる工具保持装置（４）と、前記棒状工具（２）の回転軸（６）と平行な平面上を直線的に摺動する摺動テーブル（９）とを有する工具形状測定装置において、
   前記摺動テーブル（９）上に支持され前記摺動テーブル（９）に対し旋回可能な旋回テーブル（１１）と、前記旋回テーブル上を直線的に摺動する支持台（１６）とを設け、前記支持台（１６）に前記切れ刃（５）と対向してレーザー変位計（１７）を取付けたことを特徴とする工具形状測定装置。
2. 前記レーザー変位計（１７）には、前記棒状工具（２）の先端部と前記レーザー変位計（１７）との距離を一定の幅に亘り走査して前記切れ刃（５）の位置を検出するデータ処理装置（１９）が接続されている請求項１に記載の工具形状測定装置。
3. 直線状の切れ刃を有するドリルの切り刃の形状を測定する工具形状測定方法であって、
   前記ドリルを保持し回転させる工具保持装置（４）に前記ドリルを取付け、
   前記ドリルの回転軸（６）と平行な平面上を旋回する旋回テーブル（１１）に、前記ドリルの先端部と対向するようレーザー変位計（１７）を設置するとともに、前記レーザー変位計（１７）を前記ドリルの切れ刃と平行に直線的に摺動させ、前記レーザー変位計と前記ドリルの切れ刃との距離を連続的に測定することを特徴とする工具形状測定方法。
4. 円弧状の切れ刃を有するボールエンドミルの切り刃の形状を測定する工具形状測定方法であって、
   前記ボールエンドミルを保持し回転させる工具保持装置（４）に前記ボールエンドミルを取付け、
   前記ボールエンドミルの回転軸（６）と平行な平面上を旋回する旋回テーブル（１１）に、前記ボールエンドミルの先端部と対向するようレーザー変位計（１７）を設置するとともに、前記レーザー変位計（１７）を、前記ボールエンドミルの回転軸（６）とほぼ４５度の角度をなすよう平行に摺動させ、前記レーザー変位計（１７）と前記ボールエンドミルの切れ刃との距離を連続的に測定することを特徴とする工具形状測定方法。

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