(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸状の工具を検知する工具検知手段と、
前記工具と前記工具検知手段との少なくとも一方を移動させる移動手段と、
前記移動手段を動作させ前記工具と前記工具検知手段との相対位置関係を、前記工具の呼び径毎に、前記工具の外周を前記工具検知手段が検知可能な第１の位置と検知不可能な第２の位置とに設定する位置設定手段と、
前記工具検知手段が、交換した工具を少なくとも１回転させる間に前記第１の位置で検知不可能か、前記第２の位置で検知可能かの、いずれか一方の検知状態になったとき、前記交換した工具が誤交換であると判断する誤交換判断手段と、を備え、
前記第１の位置が、前記工具の呼び径の公差の最小径の工具が回転芯振れしても当該工具を検知可能な位置であり、
前記第２の位置が、前記工具の呼び径の公差の最大径の工具が回転芯振れしても当該工具を検知不可能な位置であることを特徴とする工具径確認装置。
【請求項２】
軸状の工具と工具検知手段との少なくとも一方を移動させ、
前記工具の呼び径毎に、前記工具検知手段で呼び径の公差の最小径の工具が回転芯振れしても当該工具の外周を検知できる第１の位置と呼び径の公差の最大径の工具が回転芯振れしても当該工具の外周を検知できない第２の位置とを設定しておき、
前記工具を交換したとき、前記交換した工具の呼び径に基づき、当該工具を前記第１の位置と前記第２の位置とに位置させ、
前記工具検知手段が、少なくとも１回転させる間に前記交換した工具を前記第１の位置で検知不可能か、前記第２の位置で検知可能かの、いずれか一方の検知状態になったとき、前記交換した工具を誤交換であると判断することを特徴とする工具径確認方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸状の工具の径を確認する工具径確認装置と、この工具径確認装置を用いて工具の径を確認する工具径確認方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平１−３０６１５６号公報には、光路中に置かれた工具の周囲を透過した光を受光する複数の受光素子と、所定の間隔で各受光素子の出力に対応する２値化信号の記憶、更新を行なう記憶回路を備えた第１の検出手段と、工具が１回転する間に、工具の影で覆われた受光素子の数の最大値を保持する保持回路と、保持された数から工具の径を算出する演算回路を備えた第３の検出手段とを備えた工具検出装置が開示されている。この技術によれば、受光素子として電荷結合素子（ＣＣＤ）を採用することにより、約０．０２ｍｍの精度で工具の径を測定することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の工具検出装置は、電荷結合素子を用いているため、コスト高になる問題を有している。
【０００４】
本発明は、安価で、かつ検出精度に優れる工具径確認装置と、この装置を用いて工具の径を確認する工具径確認方法とを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の工具径確認装置（２１）は、軸状の工具（１７）を検知する工具検知手段（６）と、前記工具（１７）と前記工具検知手段（６）との少なくとも一方を移動させる移動手段（４）、（１０）、（１４）と、前記移動手段（４）、（１０）、（１４）を動作させ前記工具（１７）と前記工具検知手段（６）との相対位置関係を、前記工具（１７）の呼び径毎に、前記工具（１７）の外周を前記工具検知手段（６）が検知可能な第１の位置（Ｘ１）と検知不可能な前記第２の位置（Ｘ２）とに設定する位置設定手段（１８）と、前記工具検知手段（６）が、交換した工具（１７）を少なくとも１回転させる間に前記第１の位置（Ｘ１）で検知不可能か、前記第２の位置（Ｘ２）で検知可能かの、いずれか一方の検知状態になったとき、前記交換した工具が誤交換であると判断する誤交換判断手段（１８）と、を備え、前記第１の位置（Ｘ１）が、前記工具（１７）の呼び径の公差の最小径の工具が回転芯振れしても当該工具を検知可能な位置であり、前記第２の位置（Ｘ２）が、前記工具（１７）の呼び径の公差の最大径の工具が回転芯振れしても当該工具を検知不可能な位置である。
【０００６】
本発明の工具径確認方法は、軸状の工具（１７）と工具検知手段（６）との少なくとも一方を移動させ、前記工具の呼び径毎に、前記工具検知手段（６）で呼び径の公差の最小径の工具（１７）が回転芯振れしても当該工具の外周を検知できる第１の位置（Ｘ１）と呼び径の公差の最大径の工具（１７）が回転芯振れしても当該工具（１７）の外周を検知できない第２の位置（Ｘ２）とを設定しておき、前記工具（１７）を交換したとき、前記交換した工具（１７）の呼び径に基づき、当該工具（１７）を前記第１の位置（Ｘ１）と前記第２の位置（Ｘ２）とに位置させ、前記工具検知手段（６）が、少なくとも１回転させる間に前記交換した工具（１７）を前記第１の位置（Ｘ１）で検知不可能か、前記第２の位置（Ｘ２）で検知可能かの、いずれか一方の検知状態になったとき、前記交換した工具（１７）を誤交換であると判断するようになっている。
【０００７】
（作用）
第１の位置（Ｘ１）が、工具（１７）の呼び径の公差の最小径の工具（１７）が回転芯振れしても、その工具を工具検知手段（６）によって検知可能な位置であり、第２の位置（Ｘ２）が、工具の呼び径の公差の最大径の工具が回転芯振れしても検知不可能な位置であるので、第１の位置（Ｘ１）で当該工具（１７）が検知不可能であるとき、交換した工具（１７）は、呼び径より細い径であり、第２の位置（Ｘ２）で工具（１７）が検知可能であるとき、その工具（１７）は、呼び径より太い径であることになる。
【０００８】
上記括弧内の符号は、図面と対照するものであって、本発明の構成を何ら限定するものではない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図５に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態の工具径確認装置２１を適用するのに好適な、ＮＣ工作機械の一種のプリント基板孔明装置２０の斜視図である。
【００１０】
図１において、ベッド１上には、互いに平行な１対の直線案内装置２，２が前後方向（矢印Ｘ方向）を向いて固定されている。直線案内装置２，２は、テーブル３がベッド１上で前後方向に往復移動できるようにテーブル３を支持している。テーブル３は、モータ４によって移動するようになっている。また。テーブル３には、プリント基板Ｗが固定されるようになっている。さらに、テーブル３上には、工具検知手段である光学式センサ６が設けられている。センサ６は、互いに対向する投光部６ａと受光部６ｂとを有している。投光部６ａが出力する光は、ほとんど拡散しないようになっている。また、センサ６の感度は、投光部６ａと受光部６ｂとの間に遮蔽物が無い場合に受光部６ｂの受光面に入射する光量に対する割合で任意に設定できるようになっている。
【００１１】
ベッド１には、門形のコラム７が固定されている。コラム７には、互いに平行な１対の直線案内装置８，８が左右方向を向いて固定されている。また、１対の直線案内装置８，８間には、ボールねじ９が左右方向を向いて回転可能に支持されている。ボールねじ９は、モータ１０により回転するようになっている。このモータ１０と、前述のモータ４と、後述するモータ１４は、移動手段を構成している。
【００１２】
直線案内装置８，８にはクロススライド１１が設けられている。クロススライド１１には、ボールねじ９に螺合している不図示のナットが設けられている。このため、クロススライド１１は、ボールねじ９が回転すると、直線案内装置８，８に案内されて、左右方向（矢印Ｙ方向）に往復移動するようになっている。クロススライド１１の前面には、互いに平行な１対の直線案内装置１２，１２が上下方向を向いて固定されている。直線案内装置１２，１２間には、ボールねじ１３が上下方向を向いて回転可能に支持されている。ボールねじ１３は、モータ１４により回転するようになっている。
【００１３】
ハウジング１５は、１対の直線案内装置１２，１２に支持されている。ハウジング１５には、ボールねじ１３に螺合している不図示のナットが設けられている。このため、ハウジング１５は、ボールねじ１３が回転すると、直線案内装置１２，１２に案内されて、上下方向（矢印Ｚ方向）に往復移動（昇降）するようになっている。ハウジング１５には、ドリル１７を着脱可能に保持する主軸１６が回転可能に支持されている。なお、クロススライド１１、直線案内装置１２、ボールねじ１３、モータ１４、ハウジング１５、及び主軸１６等は、孔明け部（ワーク加工手段）５を構成している。
【００１４】
位置設定手段であり誤交換判断手段であるＮＣ制御装置１８は、後述する原点ＸＯ、第１の位置の座標Ｘ１、第２の位置の座標Ｘ２を設定し記憶したり、予め入力された加工プログラムに従って各部を制御したり、さらに、交換した工具が所定の径であるか否かを判断したりするようになっている。
【００１５】
以上の構成において、位置設定手段であり誤交換判断手段であるＮＣ制御装置１８と、移動手段であるモータ４，１０，１４、工具検知手段であるセンサ６と、後述するアラーム１９等は、工具径確認装置２１を構成している。
【００１６】
次に、プリント基板孔明け装置２０の動作を説明する。
【００１７】
図２はドリル径の確認手順を示すフローチャートである。図３はセンサ６の図１中のＡ矢視図である。図４、図５は、図３のＢ−Ｂ視図であり、受光部６ｂとドリル１７との位置関係を示す図である。
【００１８】
ＮＣ制御装置１８には、モータ４，１０の作動によりセンサ６とドリル１７とを相対移動させて、受光部６ｂの受光面６ｂｓの図４における左端を座標の原点ＸＯとしてドリル１７の軸心Ｐ（実際には主軸１６の軸心）を位置決めする第１の位置の座標Ｘ１、および第２の位置の座標Ｘ２が、予めドリルの呼び径毎に記憶されている。
【００１９】
座標Ｘ１は、ドリル１７の直径が当該ドリルの呼び径の公差の範囲で最小であり、かつ軸心Ｐの軸心Ｐと直角な方向の総合的な振れの値（主軸１６の位置決め精度、主軸１６自身の振れ、およびドリル１７を主軸１６に保持させたときのドリル１７の軸心と主軸１６の軸心とのずれ等で決まる値）が装置の公差の範囲で最も受光部６ｂから遠ざかる場合でも、ドリル１７が受光面６ｂｓに重なり、投光部６ａから出力された光の一部がドリル１７により受光面６ｂｓに入射するのを妨げられる位置である。
【００２０】
また、座標Ｘ２は、ドリル１７の直径が当該ドリルの呼び径の公差の範囲で最大であり、かつ軸心Ｐと直角な方向の振れが装置の公差の範囲で最も受光部６ｂに近づく場合でも、ドリル１７が受光面６ｂｓに重ならず、投光部６ａから出力された光が、ドリル１７に妨げられることなく受光面６ｂｓに入射する位置である。
【００２１】
ＮＣ制御装置１８は、ドリル１７を交換したとき、先ず、加工プログラムを参照して交換したドリルの呼び径を確認し（図２の手順Ｓ１００）、図４に示すように、軸心Ｐを座標Ｘ１に位置決めする（手順Ｓ１１０）。ここでは、センサ６の感度が、受光面６ｂｓに入射する光量が約５０％以下になるとオフになるように設定されている。そこで、図３に示すように、モータ１４でドリル１７を、受光面６ｂｓの少なくとも約７０％以上と対向するように高さ方向に位置決めする。次に、ドリル１７を１回転させながら、センサ６がオフになるか否かを確認する（手順Ｓ１２０）。
【００２２】
そして、ドリル１７が１回転するまでに、センサ６がオフになった場合（ドリル１７が受光面６ｂｓを約５０％以上遮蔽した場合）は、手順Ｓ１３０の処理を行なう。また、センサ６がオンのままでドリル１７が１回転した場合は、ドリル１７の径が細く加工に適していないため、作業を中止して（Ｓ１５０）アラーム１９（図１参照）によって、ドリルの誤交換であることをユーザに報せる。
【００２３】
手順Ｓ１３０では、図５に示すように、軸心Ｐを座標Ｘ２に位置決めする。そして、ドリル１７を１回転させながら、センサ６がオフになるか否かを確認する（手順Ｓ１４０）。そして、ドリル１７が１回転するまでにセンサ６がオフになった場合は、ドリル１７の径が太く加工に適していないため、作業を中止して（Ｓ１５０）アラーム１９によって、ドリル１７の誤交換であることをユーザに報せる。また、センサ６がオンのままでドリル１７が１回転した場合は、ドリル径の確認処理を終了する。そして、加工プログラムに従ってプリント基板Ｗとドリル１７とを矢印Ｘ、Ｙ方向に移動させ、ドリル１７によりプリント基板Ｗに孔を明ける。
【００２４】
次に、座標Ｘ１と座標Ｘ２の具体例を説明する。ここで、プリント基板孔明け装置２０の各諸元が以下の通りであるものとする。なお、本発明は、この数値に限定されるものではない。
【００２５】
１．受光面６ｂｓの幅Ｗ            ：０．００５ｍｍ
２．ドリルのＸ方向の位置決め精度Ｋ：±０．００５ｍｍ
３．主軸の振れ精度Ｆ              ：±０．００３ｍｍ
４．ドリルの呼び径Ｄ              ：０．２乃至６．０ｍｍ
５．ドリル径の公差Ｈ              ：±０．００５ｍｍ
上記の場合、ドリル１７が径方向に振れる振れ幅Ｇは、Ｋ、Ｆ、Ｈの和として求められ、Ｇ＝±０．０１３ｍｍである。したがって、図４における受光部６ｂの左端を原点ＸＯ（Ｘ＝０）とし、呼び径Ｄの座標Ｘ１、Ｘ２をそれぞれＸ１（Ｄ）、Ｘ２（Ｄ）で表すと、予めＮＣ制御装置１８に記憶されている値は、例えば、以下の通りである。
0003970493.tif 000002
【００２６】
そして、上記から明らかなように、呼び径Ｄの差が０．１ｍｍ以上である場合には、検出範囲が互いに重なることがなく、交換したドリル１７の適否を確実に識別することができる。
【００２７】
なお、例えば、幅Ｗを０．００２ｍｍ、かつ振れ幅Ｇを０．０１ｍｍにすると、呼び径Ｄの差が０．０５ｍｍの場合も、交換したドリルの適否を確実に識別することができる。
【００２８】
また、上記では、手順Ｓ１２０、手順Ｓ１４０において作業を中止するようにしたが、同じ呼び径のドリルが予め多数準備されている場合には、別のドリルに交換してドリル径の確認をやり直すようにすると、作業が中断せず、作業能率を向上させることができる。
【００２９】
以上のプリント基板孔明け装置２０は、上記のドリル１７の径を精度良く判別する工具径確認装置２１を備えているので、誤った径のドリル１７でプリント基板Ｗに孔を明けることがなく、プリント基板Ｗの加工不良率を下げることができる。
【００３０】
なお、上記実施の形態では、受光面６ｂｓに対してドリル１７を上下方向に重ねるようにしたが、受光面６ｂｓの幅を広くして、幅方向に重ねるようにしてもよい。
【００３１】
また、本発明はプリント基板孔明装置に限らず、ドリルがエンドミルであるプリント基板外形加工装置等の他のＮＣ工作機械にも適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の工具径確認装置は、予め工具の呼び径毎に、第１の位置と第２の位置との位置を決めておき、交換した工具の呼び径に対応する第１の位置でその交換した工具が検出され、第２の位置で工具が検出されないとき、その工具の径が呼び径と一致し、その他の場合は、径が呼び径と一致していないと判断するようになっているため、工具の径そのものを直接測ることなく、安価にして、工具の径を精度良く判別することができる。
【００３３】
本発明の工具径確認方法も、予め工具の呼び径毎に、第１の位置と第２の位置との位置を決めておき、交換した工具の呼び径に対応する第１の位置でその交換した工具が検出され、第２の位置で工具が検出されないとき、その工具の径が呼び径と一致し、その他の場合は、径が呼び径と一致していないと判断するようになっているため、工具の径そのものを直接測ることなく、安価にして、工具の径を精度良く判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の工具径確認装置を備えたワーク加工装置であるプリント基板孔明装置の概略斜視図である。
【図２】図１の工具径確認装置で工具の径を確認する手順を示すフローチャートである。
【図３】図１中、Ａ矢視図である。
【図４】図３中、Ｂ−Ｂ矢視図であり、ドリルを第１の位置に設定した状態の図である。
【図５】図３中、Ｂ−Ｂ矢視図であり、ドリルを第２の位置に設定した状態の図である。
【符号の説明】
Ｗ    プリント基板（ワーク）
Ｐ    ドリルの軸心
ＸＯ    原点の位置
Ｘ１    第１の位置
Ｘ２    第２の位置
１    ベッド
２    直線案内装置
３    テーブル
４    モータ移動手段
５    孔明け部（ワーク加工手段）
６    光学センサ（工具検知手段）
６ａ  投光部
６ｂ  受光部
６ｂｓ    受光面
７    コラム
８    直線案内装置
９    ボールねじ
１０    モータ移動手段
１１    クロススライド
１２    直線案内装置
１３    ボールねじ
１４    モータ移動手段
１５    ハウジング
１６    主軸
１７    ドリル（工具）
１８    ＮＣ制御装置（位置設定手段、誤交換判断手段）
１９    アラーム
２０    プリント基板孔明装置（ワーク加工装置）
２１    工具径確認装置
【図１】
0003970493.tif 000003
【図２】
0003970493.tif 000004
【図３】
0003970493.tif 000005
【図４】
0003970493.tif 000006
【図５】
0003970493.tif 000007