(57)【要約】【課題】ドリルと砥石との相対位置検出時にドリルと砥石との衝突による損傷を防止する。【解決手段】既定方向に移動自在に設けられかつ被加工材となるドリルＷが把持されるチャックを有する主軸１と、既定方向に移動自在に設けられて主軸に把持されたドリルの先端にホーニングを形成するための加工を施す砥石４と、これら主軸と砥石とを既定方向に移動させるための駆動機構と、を具備する。主軸と一体に設けられてチャック内にあるドリル取り付け軸線と平行な位置関係に配置された計測用プローブ３と、主軸の移動範囲内に配置されてチャックに把持されたドリル及び計測用プローブを撮影する撮影カメラ２０，２１と、撮影カメラからのドリル及び計測用プローブの撮像情報並びに駆動機構からの駆動情報を取得し、それらの情報を基に、砥石によるドリルの先端にホーニングを形成する情報を駆動機構に発する制御手段と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既定方向に移動自在に設けられかつ被加工材となるドリルが把持されるチャックを有する主軸と、既定方向に移動自在に設けられて前記主軸に把持されたドリルの先端にホーニングを形成するための加工を施す砥石と、これら主軸と砥石とを既定方向に移動させるための駆動機構と、を具備する自動ドリル先端加工機において、
前記主軸と一体に移動するように配置された計測用プローブと、
前記主軸及び計測用プローブの移動範囲内に配置されて前記チャックに把持されたドリル及び計測用プローブを撮影する撮影カメラと、
該撮影カメラからのドリルの先端及び計測用プローブの撮像情報並びに前記駆動機構からの駆動情報を取得し、それらの情報を基に、前記砥石によるドリルの先端にホーニングを形成する情報を前記駆動機構に発する制御手段と、を有し、
該制御手段は、撮影カメラからの撮像情報に基づいて取得されたドリルの先端の位置を示すドリルの先端の位置情報と、前記撮影カメラで撮影した前記計測用プローブを移動させて前記砥石に接触させることにより取得される前記砥石の位置情報から、前記ドリルの先端と前記砥石との相対位置を示す作業位置情報を計算し、該作業位置情報と前記撮影カメラで取得したドリルの先端の形状情報に基づき、前記砥石によるドリルの先端にホーニングを形成するための情報を前記駆動機構に発することを特徴とする自動ドリル先端加工機。
【請求項２】
前記撮影カメラは、前記ドリルの先端及び前記計測用プローブを正面から撮像する正面撮影カメラと、前記ドリルの先端を側面から撮像する側面撮影カメラとを備えることを特徴とする請求項１に記載の自動ドリル先端加工機。
【請求項３】
前記撮影カメラの周辺には、前記ドリルの先端位置及び前記計測用プローブの先端位置を検出するタッチセンサを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の自動ドリル先端加工機。
【請求項４】
前記主軸は、前記ドリル取り付け軸線に平行なｘ軸方向並びに水平面内で前記ｘ軸方向に直交するｙ軸方向に移動し、前記砥石は前記ｘ軸方向、ｙ軸方向にそれぞれ直交するｚ軸方向に沿って移動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の自動ドリル先端加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドリルの先端を自動的に研削加工してホーニングを形成する自動ドリル先端加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
このドリルの先端にホーニングを形成する技術として、下記特許文献１には、二段階で行われる切削刃の面取り操作を含んだ技術が開示されている。この技術では、第一段階において、回転する砥石が切削刃の様々な位置に向けて動かされ、接触検出器によって接触点が検出され、その電子モジュールが砥石を制御して停止させ、初期の位置に戻す。また、第二段階においては、砥石が、第一段階の間に記録された接触点を連結して得られる曲線をたどるように制御される。
また、下記特許文献２には、ドリルをホーニングするに際して、切刃を露出させた状態でマージン部を被覆材によって覆った上で、切刃にブラシによってホーニングを施すことにより、すくい面とマージン部とを角度をもって交差させるようにした技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５０２５２８号公報
【特許文献２】特開２００３−３００１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に示される技術では、砥石が切刃に接触することで加工位置を検出しており、砥石がドリルの先端に相当な速度で突き当たるため、接触する砥石によって切刃が損傷する恐れがあった。また、特許文献２に示される技術では、ブラシと切刃との位置関係を検出するための検出手段が示されておらず、正確位置または形状でホーニングを形成することができない、という問題があった。
【０００５】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ドリルの先端と該ドリルの先端にホーニングを形成するための加工を行う砥石の位置関係を、撮影カメラ及び計測用プローブを介して検出することで、ドリルの先端と砥石との相対位置検出時に、ドリルの先端と砥石との衝突による損傷を防止することができる自動ドリル先端加工機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本願の請求項１に係る自動ドリル先端加工機では、既定方向に移動自在に設けられかつ被加工材となるドリルが把持されるチャックを有する主軸と、既定方向に移動自在に設けられて前記主軸に把持されたドリルの先端にホーニングを形成するための加工を施す砥石と、これら主軸と砥石とを既定方向に移動させるための駆動機構と、を具備する自動ドリル先端加工機において、前記主軸と一体に移動するように配置された計測用プローブと、前記主軸及び計測用プローブの移動範囲内に配置されて前記チャックに把持されたドリル及び計測用プローブを撮影する撮影カメラと、該撮影カメラからのドリルの先端及び計測用プローブの撮像情報並びに前記駆動機構からの駆動情報を取得し、それらの情報を基に、前記砥石によるドリルの先端にホーニングを形成する情報を前記駆動機構に発する制御手段と、を有し、該制御手段は、前記撮影カメラからの撮像情報に基づいて取得されたドリルの先端の位置を示すドリルの先端の位置情報と、前記撮影カメラで撮影した前記計測用プローブを移動させて前記砥石に接触させることにより取得される前記砥石の位置情報から、前記ドリルの先端と前記砥石との相対位置を示す作業位置情報を計算し、該作業位置情報と前記撮影カメラで取得したドリルの先端の形状情報に基づき、前記砥石によるドリルの先端にホーニングを形成するための情報を前記駆動機構に発することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、駆動機構で主軸を移動させることにより、まず、該主軸にチャックされたドリルを撮影カメラまで移動させて撮影カメラによってドリルの先端を撮像する。このときの、ドリルの先端の位置情報並びにドリルの先端の形状情報を制御手段にて取得する。続いて、駆動機構で主軸を移動させることにより、該主軸に一体に設置された計測用プローブを撮影カメラまで移動させて撮影カメラによって計測用プローブの先端を撮像する。このときの計測用プローブの位置情報を制御手段にて取得する。続いて、計測用プローブを砥石まで移動させて、計測用プローブを介して砥石の位置情報を制御手段にて取得する。
そして、制御手段では、取得したドリルの先端の位置情報及び砥石の位置情報から、ドリルの先端と砥石との相対位置を示す作業位置情報を計算により取得する。次いで、この作業位置情報と撮影カメラで取得したドリルの先端の形状情報に基づき、駆動機構に駆動信号を発して、砥石によってドリルの先端にホーニングを形成するための加工を行う。
【０００８】
すなわち、本発明の自動ドリル先端加工機では、ドリルの先端の位置情報及びドリルにホーニングを形成するための砥石の位置情報を、撮影カメラ並びに計測用プローブを介して間接的に検出することができ、その検出時に、従来で発生していたドリルと砥石との衝突による損傷を防止することができる。  
また、制御手段において、撮影カメラによりドリルの先端の位置情報と、撮影カメラ及び計測用プローブにより砥石の位置情報を取得しているので、それら双方の正確な位置情報を得ることができ、ドリルに対して高精度でホーニングを加工することができる。
【０００９】
また、本願の請求項２に係る自動ドリル先端加工機では、前記撮影カメラは、前記ドリルの先端及び前記計測用プローブを正面から撮像する正面撮影カメラと、前記ドリルの先端を側面から撮像する側面撮影カメラとを備えることを特徴とする。
本発明によれば、ドリルの先端及び計測用プローブを正面から撮像する正面撮影カメラと、ドリルの先端を側面から撮像する側面撮影カメラとを備えるので、ドリルの先端の正確な位置情報並びにドリルの先端の形状情報を正確に取得することができる。
【００１０】
また、本願の請求項３に係る自動ドリル先端加工機では、撮影カメラの周辺に、ドリルの先端位置及び計測用プローブの先端位置を検出するタッチセンサを備えることを特徴とする。
本発明によれば、ドリルの先端及び計測用プローブの位置情報を取得するのに、タッチセンサでそれらの位置を取得する。
【００１１】
また、本願の請求項４に係る自動ドリル先端加工機では、前記主軸は、前記ドリル取り付け軸線に平行なｘ軸方向並びに水平面内で前記ｘ軸方向に直交するｙ軸方向に移動し、前記砥石は前記ｘ軸方向、ｙ軸方向にそれぞれ直交するｚ軸方向に沿って移動することを特徴とする。
本発明によれば、主軸がｘ−ｙ平面内を移動し、砥石がｚ軸に沿って移動するように設定したので、これら設定方向に基づき、主軸上のドリルと、該ドリルを加工する砥石との位置関係を定めることができ、簡単な操作によってドリルの先端にホーニングを形成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の自動ドリル先端加工機では、ドリル及び該ドリルにホーニングを形成するための砥石の位置関係を、撮影カメラ及び計測用プローブを介して間接的に検出することができ、その検出時に、従来で発生していたドリルと砥石との衝突による損傷を防止することができる。  
【００１３】
また、制御手段において、撮影カメラによりドリルの先端の位置情報と、撮影カメラ及び計測用プローブにより砥石の位置情報を得ているので、それら双方の正確な位置情報を得ることができ、ドリルに対し高精度でホーニングを加工することができる。また、計測用プローブにより砥石の位置情報を得ているので、砥石の磨耗状況も逐一把握できるため、この点においても、ドリルに対し高精度でホーニングを加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用される自動ドリル先端加工機の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１の自動ドリル先端加工機を示すブロック図である。
【図３】カメラキャリブレーションを行うためのフローチャートである。
【図４】砥石位置測定を行うためのフローチャートである。
【図５】図３のフローチャートで実行される動作１を示す図である。
【図６】図３のフローチャートで実行される動作２を示す図である。
【図７】図３のフローチャートで実行される動作３を示す図である。
【図８】図３のフローチャートで実行される動作４を示す図である。
【図９】図４のフローチャートで実行される動作１を示す図である。
【図１０】図４のフローチャートで実行される動作２を示す図である。
【図１１】図４のフローチャートで実行される動作３を示す図である。
【図１２】図３及び図４のフローチャートを実行した場合のデータの流れを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について図１〜図１２を参照して説明する。
図１は、本発明の制御システムが適用される自動ドリル先端加工機の概略構成図（平面図）であって、同図において符号１は主軸を示している。
この主軸１は、既定方向（本例ではｘ−ｙ軸方向：ドリル取り付け軸線１Ａに平行なｘ軸方向、水平面内でｘ軸方向に直交するｙ軸方向）に移動自在に設けられかつ被加工材となるドリルＷ（本例ではテストバー）が把持されるチャック２を有している。また、この主軸１の基部には、前記チャック２内にあるドリル取り付け軸線１Ａと平行に延在するように配置される計測用プローブ３が一体に設けられている。
【００１６】
また、前記主軸１の移動範囲内には、既定方向（本例ではｘ軸方向−ｙ軸方向と直交するｚ軸方向（図面では図示略））に移動自在に設けられて、主軸１に把持されたドリルＷにホーニングを形成するための加工を行う砥石４が設けられている。なお、これら主軸１と砥石４とを既定方向への移動は、図２に示す駆動機構１０より行われる。
駆動機構１０は、図２に示すように主軸１をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸モータ１１及びモータドライバ１１Ａ、主軸１をＹ軸方向に移動させるためのＹ軸モータ１２及びモータドライバ１２Ａ、砥石４をＸ−Ｙ軸と直交するＺ軸方向に移動するためのＺ軸モータ１３及びモータドライバ１３Ａ、軸線１Ａを中心として主軸１を回転させる主軸モータ１４及びモータドライバ１４Ａによって構成される（後述する）。
【００１７】
前記主軸１の移動範囲内には、前記チャック２に把持されたドリルＷ及び計測用プローブ３を撮影する２台の撮影カメラ２０・２１及びタッチセンサ２２が設けられている。
撮影カメラ２０は、チャック２に把持されたドリルＷの先端及び計測用プローブ３を正面から撮影する正面撮影カメラであり、撮影カメラ２１は、チャック２に把持されたドリルＷの先端を側面から撮影する側面撮影カメラである。
タッチセンサ２２は、前記撮影カメラ２０・２１付近に配置されて前記チャック２に把持されたドリルＷ及び前記計測用プローブ３に接触されることでＯＮ信号を出力する機能を果たす。
【００１８】
次に、図２を参照して、撮影カメラ２０、２１からの撮像情報に基づいて取得されたドリルＷの先端の位置を示すドリルの先端の位置情報と、撮影カメラ２０，２１で撮影した計測用プローブを移動させて砥石４に接触させることにより取得される砥石４の位置情報からドリルＷの先端と砥石４との位置関係を取得するとともに、撮影カメラ２０、２１から取得される撮像情報に基づきドリルＷの形状情報を取得する制御手段ＰＣについて説明する。
制御手段ＰＣは、図２に示すように、予め設定されたプログラムに従ってＸ〜Ｚ軸モータ１１〜１３及び主軸モータ１４を駆動するモーションコントローラＰＣ１と、撮影カメラ２０・２１から撮像情報を取り込む撮像データ処理手段ＰＣ２とから構成されている。また、この制御手段ＰＣでは、前述したモータ１１〜１４とともに、撮影カメラ２０・２１での撮像時に照射される照明装置アクチュエータ１６・１７及び磁石回転モータを含む外部装置１８を駆動するためのインターフェイスも含まれている。
【００１９】
次に、図３及び図４を参照して、カメラキャリブレーションを行うためのフローチャート及び砥石４の位置測定を行うためのフローチャートについて、これに関連する図５〜図１１の動作図を参照しながら説明する。
なお、これらフローチャートを実行するためのプログラムは、図２の制御手段ＰＣに記憶されている。
【００２０】
〔カメラキャリブレーションのためのフローチャート（図３参照）〕
［ステップ１］
まず、図５に示すようにドリルＷの代わりとなるテストバーを主軸１のチャック２に把持させる。これは人手により行っても、あるいは予め記憶されたプログラミングに基づいて自動的に行ってもよい。なお、最初はテストバーであるが、２回目以降は実際のドリルを把持させる。ここでは、以下テストバーを含めて以下ドリルと呼ぶ。
【００２１】
［ステップ２］
駆動機構１０のＸ軸モータ１１及びＹ軸モータ１２を駆動して、主軸１を移動させることにより、まず、図６に示すように、該主軸１にチャックされたドリルＷをタッチセンサ２２に接触させ、このときの位置情報を制御手段ＰＣにて取得する。その後、この位置情報に基づき、前記駆動機構１０を介して図７に示すように主軸１にチャックされたドリルＷを、側面撮影カメラ２１の正面まで移動させる。
【００２２】
［ステップ３〜４］
照明装置アクチュエータ１６を調整して照明位置と明るさを調整した後（ステップ３）、図７に示すように主軸１にチャックされたドリルＷの側面を、側面撮影カメラ２１で撮影する（ステップ４）。
【００２３】
［ステップ５〜６］
ステップ４の撮影が成功したか否かを判断し（ステップ５）、ＹＥＳの場合に次のステップ６に進み、ＮＯの場合には本フローを終了して再度、やり直す。そして、ステップ６では、ステップ４で撮影したドリル側面撮像データ（Ｇ１）を、制御手段ＰＣにて取り込む。
【００２４】
［ステップ７］
Ｘ軸モータ１１及びＹ軸モータ１２を駆動して、主軸１を移動させることにより、まず、図８に示すように主軸１にチャックされたドリルＷを、正面撮影カメラ２０の正面まで移動させる。
【００２５】
［ステップ８〜９］
照明装置アクチュエータ１５を調整して照明位置と明るさを調整した後（ステップ８）、図８に示すように主軸１にチャックされたドリルＷの正面を、正面撮影カメラ２０で撮影する（ステップ９）。
【００２６】
［ステップ１０〜１１］
ステップ８の撮影が成功したか否かを判断し（ステップ１０）、ＹＥＳの場合に次のステップ１１に進み、ＮＯの場合に本フローを終了して再度、やり直す。そして、ステップ１１では、ステップ８で撮影したドリル正面撮像データ（Ｇ２）を、制御手段ＰＣにて取り込み、本フローチャートを終了する。図３のフローチャートが終了した場合には次の図４のフローチャートに進む。
以上の手順において、具体的には、ドリルＷの位置を強制的にずらせて３点で撮影し、その画像の３点の位置と実際の移動位置及び実際の方向を対応付けることで、ワールド座標とピクセル座標をマッピングする。これにより、ドリルＷの先端の座標マッピングデータが得られる。
【００２７】
〔砥石位置測定のためのフローチャート（図４参照）〕
［ステップ２０］
駆動機構１０のＸ軸モータ１１及びＹ軸モータ１２を駆動して、主軸１を移動させることにより、図９に示すように該主軸１に一体に設置された計測用プローブ３をタッチセンサ２２に接触させ、このときの位置情報を制御手段ＰＣにて取得する。そして、制御手段ＰＣでは、タッチセンサ２２のＯＮ信号に基づき取得された計測用プローブ３の位置情報を基に、図１０に示すように主軸１に支持された計測用プローブ３を、正面撮影カメラ２０の正面まで移動させる。
【００２８】
［ステップ２１〜２２］
照明装置アクチュエータ１５を調整して照明位置と明るさを調整した後（ステップ２１）、図１０に示すように主軸１に支持された計測用プローブ３を、正面撮影カメラ２０で撮影する（ステップ２２）。
【００２９】
［ステップ２３〜２４］
ステップ２２の撮影が成功したか否かを判断し（ステップ２３）、ＹＥＳの場合に次のステップ２４に進み、ＮＯの場合に本フローを終了して再度、やり直す。そして、ステップ２４では、ステップ２２で撮影した計測用プローブ撮像データ（Ｇ３）を、制御手段ＰＣにて取り込む。
【００３０】
［ステップ２５〜２８］
駆動機構１０のＸ軸モータ１１及びＹ軸モータ１２を駆動して、主軸１を移動させることにより（ステップ２５）、図１１に示すように該主軸１に一体に設置された計測用プローブ３を砥石４に接触させ、該砥石４の底面位置（ステップ２６）及びエッジの位置（ステップ２７）を測定し、これらの測定結果と前記ステップ２４で取得した計測用プローブ撮像データ（Ｇ３）から検出される計測用プローブ３の位置データから、砥石４の底面位置及びエッジ位置を含む、砥石４の原点位置となる砥石位置データを演算して取得する（ステップ２８）。
つまり、計測用プローブのカメラキャリブレーションで取得したカメラ原点と、砥石原点との対応付けを行う。
［ステップ２９〜３０］
ステップ２８での演算が成功したか否かを判断し（ステップ２９）、ＹＥＳの場合に次のステップ３０に進み、ＮＯの場合に本フローを終了して再度、やり直す。
【００３１】
そして、図３のカメラキャリブレーションのためのフローチャートで取得した、主軸１内におけるチャック２に把持されたドリルＷの先端の位置情報（座標マッピングデータ）Ａと、図４の砥石位置測定のためのフローチャートで取得した、砥石４の基本的な位置データにプローブキャリブレーションでの補正をくわえた砥石４の位置情報（砥石位置補正データ）Ｂとに基づき、チャック２に把持されたドリルＷの先端と砥石４の相対位置情報である作業位置データ（情報）Ｃを計算し、この相対位置情報と前記撮影カメラ２０，２１で取得したドリルＷの先端の形状情報に基づいて駆動機構１０に所定の指令信号を発し、これにより、砥石４によってドリルＷの先端にホーニングを形成するための加工を行わせる。
このように、共通の撮影カメラ２０・２１により、主軸１のチャック２に把持されたドリルＷ及び計測用プローブ４を撮影したので、該撮像データ（Ｇ１〜Ｇ３）に基づき、ドリルＷの先端に対する砥石４の相対位置を正確に算出することができ、加えて、共通の前記撮影カメラ２０、２１によってドリルＷの先端の形状を把握するので、前記砥石４によるドリルＷへのホーニング加工を高い精度で行うことが可能となる。
【００３２】
以上の説明を総括したブロック図を図１２に示す。そして、このような自動ドリル先端加工機では、駆動機構１０で主軸１を移動させることにより、まず、該主軸１にチャックされたドリルＷをタッチセンサ２２に接触させ、このときの位置情報を基に、ドリルＷを撮影カメラ２０に対向する位置まで移動させる。このような動きは、計測用プローブ３についても同様である。
【００３３】
また、本発明の自動ドリル先端加工機では、ドリルＷ及び該ドリルＷにホーニングを形成するための砥石４の相対的な位置関係を、撮影カメラ２０，２１及び計測用プローブ３を介して間接的に検出することができるから、これらドリルＷと砥石４との相対位置検出時に、従来で発生していたドリルＷと砥石４との衝突による損傷を防止することができる。  
【００３４】
また、本発明の自動ドリル先端加工機では、撮影カメラとして、ドリルの先端及び計測用プローブを正面から撮像する正面撮影カメラ２０と、ドリルの先端を側面から撮像する側面撮影カメラ２１とを備えているので、ドリルの先端の正確な位置情報並びにドリルの先端の形状情報を正確かつ簡便に取得することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記実施形態では、駆動機構１０によって、主軸１をｘ−ｙ軸平面内で移動可能とし、砥石４をｘ−ｙ平面と直交するｚ軸に沿って移動可能としたが、このような移動方向は適宜設定可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、砥石によって被加工物を研削加工するための自動ドリル先端加工機に関する。本発明の自動ドリル先端加工機によれば、ドリル及び該ドリルにホーニングを形成するための砥石の位置関係を、撮影カメラ及び計測用プローブを介して間接的に検出することができ、その検出時に、従来で発生していたドリルと砥石との衝突による損傷を防止することができる。  
【符号の説明】
【００３７】
１  主軸
１Ａ  軸線
２  チャック
３  計測用プローブ
４  砥石
１０  駆動機構
２０  撮影カメラ
２１  撮影カメラ
２２  タッチセンサ
Ａ  ドリルの先端の位置情報
Ｂ  砥石位置データ（情報）
Ｃ  作業位置データ（情報）
Ｗ  ドリル
ＰＣ  制御手段
【図１】
2012213814.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012213814.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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