(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め入力された加工プログラムに従い、ドリルを交換しながら加工を行うＮＣ工作機械の工具径確認方法において、
投光部と受光部とを有し、前記投光部と受光部間の開放された円形断面の光路中に垂直方向に挿入された前記ドリルの前記光路中への非挿入時と挿入時における受光量の比率を検出する光量検出工程と、
主軸に保持した前記ドリルの加工プログラムに記載された呼び径に基づき、前記ドリルの径方向の一方の端部が前記光路中に位置したときの受光量について、予め第１の値と第２の値を設定し、
前記第１及び第２の値は、前記ドリルの呼び径の許容公差と水平方向の振れとの関係から予め設定された前記ドリルの最小径を確認する位置及び最大値を確認する位置にそれぞれ対応する値であって、確認対象となる呼び径のドリルの端部が前記最小径を確認する位置と前記最大値を確認する位置の中央部に位置するように前記ドリルを前記光路中に挿入し、前記ドリルを１回転させて前記第１及び第２の値と前記光量検出手段の検出値とをそれぞれ比較して前記保持したドリルの径を確認する判断工程と、
を備えていることを特徴とするＮＣ工作機械の工具径確認方法。
【請求項２】
予め入力された加工プログラムに従い、ドリルを交換しながら加工を行うＮＣ工作機械の工具径確認装置において、
投光部と受光部とを有し、前記ドリルが前記投光部と受光部間の開放された円形断面の光路中に垂直方向から挿入され、前記ドリルの前記光路中への非挿入時と挿入時における受光量の比率を検出する光量検出手段と、
主軸に保持した前記ドリルの加工プログラムに記載された呼び径に基づき、前記ドリルの径方向の一方の端部が前記光路中に位置したときの受光量について、予め第１の値と第２の値を設定し、
前記第１及び第２の値は、前記ドリルの呼び径の許容公差と水平方向の振れとの関係から予め設定された前記ドリルの最小径を確認する位置及び最大値を確認する位置にそれぞれ対応する値であって、確認対象となる呼び径のドリルの端部が前記最小径を確認する位置と前記最大値を確認する位置の中央部に位置するように前記ドリルを前記光路中に挿入し、前記ドリルを１回転させて前記第１及び第２の値と前記光量検出手段の検出値とをそれぞれ比較して前記保持したドリルの径を確認する判断手段と、
を備えていることを特徴とするＮＣ工作機械の工具径確認装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント基板加工機等のＮＣ工作機械における工具径の確認方法および工具径確認装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、前記工具が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の検出手段を設け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、０．０２ｍｍの精度で工具の径を測定することができた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電荷結合素子を用いる工具検出装置は価格が高くなった。
【０００４】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、安価で、検出精度に優れ、しかも測定時間を短くすることができるＮＣ工作機械における工具径の確認方法および工具径確認装置を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、予め入力された加工プログラムに従い、ドリルを交換しながら加工を行うＮＣ工作機械の工具径確認方法において、  投光部と受光部とを有し、前記投光部と受光部間の開放された円形断面の光路中に垂直方向に挿入された前記ドリルの前記光路中への非挿入時と挿入時における受光量の比率を検出する光量検出工程と、主軸に保持した前記ドリルの加工プログラムに記載された呼び径に基づき、前記ドリルの径方向の一方の端部が前記光路中に位置したときの受光量について、予め第１の値と第２の値を設定し、前記第１及び第２の値は、前記ドリルの呼び径の許容公差と水平方向の振れとの関係から予め設定された前記ドリルの最小径を確認する位置及び最大値を確認する位置にそれぞれ対応する値であって、確認対象となる呼び径のドリルの端部が前記最小径を確認する位置と前記最大値を確認する位置の中央部に位置するように前記ドリルを前記光路中に挿入し、前記ドリルを１回転させて前記第１及び第２の値と前記光量検出手段の検出値とをそれぞれ比較して前記保持したドリルの径を確認する判断工程と、を備えていることを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２の発明は、予め入力された加工プログラムに従い、ドリルを交換しながら加工を行うＮＣ工作機械の工具径確認装置において、投光部と受光部とを有し、前記ドリルが前記投光部と受光部間の開放された円形断面の光路中に垂直方向から挿入され、前記ドリルの前記光路中への非挿入時と挿入時における受光量の比率を検出する光量検出手段と、主軸に保持した前記ドリルの加工プログラムに記載された呼び径に基づき、前記ドリルの径方向の一方の端部が前記光路中に位置したときの受光量について、予め第１の値と第２の値を設定し、前記第１及び第２の値は、前記ドリルの呼び径の許容公差と水平方向の振れとの関係から予め設定された前記ドリルの最小径を確認する位置及び最大値を確認する位置にそれぞれ対応する値であって、確認対象となる呼び径のドリルの端部が前記最小径を確認する位置と前記最大値を確認する位置の中央部に位置するように前記ドリルを前記光路中に挿入し、前記ドリルを１回転させて前記第１及び第２の値と前記光量検出手段の検出値とをそれぞれ比較して前記保持したドリルの径を確認する判断手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明を適用するのに好適なプリント基板穴明機の斜視図である。同図において、プリント基板１は、テーブル２に固定されている。テーブル２は、ベッド３に固定された一対の直線案内装置４およびモータ５により、前後（Ｘ）方向に移動自在である。テーブル２の端部には、後述する工具径判別装置６が固定されている。
【０００８】
テーブル２を跨いでベッド１に固定された門形のコラム７には、一対の直線案内装置８が固定されている。ボールねじ９は、コラム７に回転自在に支持され、モータ１０により駆動される。クロススライド１１は、直線案内装置８に支持され、図示を省略するナットがボールねじ９に螺合し、左右（Ｙ）方向に移動自在である。クロススライド１１には、一対の直線案内装置１２が固定されている。ボールねじ１３は、クロススライド１１に回転自在に支持され、モータ１４により駆動される。ハウジング１５は、直線案内装置１２に支持され、図示を省略するナットがボールねじ１３に螺合し、上下（Ｚ）方向に移動自在である。ハウジング１５には、先端にドリル１６を保持する主軸１７が、回転自在に支持されている。ＮＣ装置１８は、予め入力される加工プログラムに従ってプリント基板穴明機の各部を制御する。
【０００９】
図２は、工具径判別装置の平面図である。テーブル２に固定されたブロック２１には、ホルダ２２がＹ方向に移動自在に嵌合し、図示を省略するボルトによりブロック２１に固定されている。ホルダ２２には、直径がそれぞれ０．１ｍｍの光ファイバ２３ａ、２３ｂが、穴２４を挾み同軸かつ光ファイバ２３ａ、２３ｂの軸心がＸ軸と平行になるように配置されている。そして、光ファイバ２３ａから出力される光はほとんど拡散することなく光ファイバ２３ｂに入射する。
【００１０】
光ファイバ２３ａは、制御装置２５の投光部２５ａに、光ファイバ２３ｂは受光部２５ｂにそれぞれ接続されている。受光部２５ｂは比較部２５ｃおよび判断部２５ｄを介してプリント基板穴明機のＮＣ装置１８に接続されている。比較部２５ｃは、投光部２５ａと受光部２５ｂとの間に遮蔽物が無い時に受光部２５ｂの受光面に入射する光量を光量Ｑ０として記憶すると共に、ドリル径を確認する際、受光部２５ｂに入射する光量Ｑと、光量Ｑ０との比Ｑ／Ｑ０を演算する。また、判断部２５ｄは、Ｑ／Ｑ０が１以上の場合は信号Ｓ１を、また、Ｑ／Ｑ０が予め設定される第１の値以下である場合は信号Ｓ２を、また、予め定める第２の値未満である場合は信号Ｓ３を出力する。
【００１１】
次に、本実施の形態の動作を説明する。ここでは、主軸１７の位置決め精度、主軸１７自身の振れ、および主軸１７の軸心Ｏと主軸１７に保持させたドリル１６の軸心とのずれ等で決まるドリル１６の水平方向の振れは±１０μｍ、ドリル１６の呼び径に対する公差は±１μｍであるとする。また、判断部２５ｄには第１の値として０．９８が、また、第２の値として０．８が設定されている。
【００１２】
図３は、本発明におけるドリル径の確認手順を示すフローチャート、図４は光ファイバ２３ｂとドリル１６との関係を示す図である。主軸１７に保持されているドリル１６の径を測定しようとするときには、加工プログラムを参照し、ドリル１６の呼び径Ｄを確認する（手順Ｓ１００）。そして、ドリル１６と光ファイバ２３ｂとがドリル１６の径方向に０．０２ｍｍ重なるときの軸心Ｐ（座標Ｙ０）を基準とする軸心Ｏの座標Ｙ１（すなわち、Ｙ１＝Ｄ／２＋０．１／２−０．０２）を演算し、求めた座標Ｙ１を記憶する（手順Ｓ１１０）。次に、軸心Ｏを、光ファイバ２３ｂの軸心Ｐ（座標Ｙ０）に合わせ（手順Ｓ１２０）、ドリル１６が光ファイバ２３ｂに重ならないようにドリル１６をＺ方向に上昇させておき、光量Ｑ０を記憶する（手順Ｓ１３０）。次に、図４（ａ）に示すように、ドリル１６の先端位置を求めた後（手順Ｓ１４０）、図４（ｂ）に示すように、ドリル１６を測定位置（軸心Ｏが座標Ｙ１、かつＺ方向のドリル１６の先端位置を光ファイバ２３ｂの上端Ｚ０から呼び径Ｄ毎に予め定める距離あるいは範囲、ここでは距離ｆ）に位置決めし（手順Ｓ１５０）、ｉ＝０としてから（手順Ｓ１６０）、主軸１７を低速で回転させる。なお、距離ｆは、光ファイバ２３ｂと図４（ｂ）において斜線を付して示す先端の切り刃部とが重ならないようにするためであり、ドリル１６の呼び径が２．５ｍｍ以下の場合、例えば０．８ｍｍに固定してもよい。
【００１３】
そして、主軸１７が１度回転する毎に、信号Ｓ２の有無を確認し（手順Ｓ１７０）、信号Ｓ２が出力されている場合は、手順Ｓ１８０の処理を行い、信号Ｓ２が出力されていない場合は、手順Ｓ２００の処理を行う。手順Ｓ１８０では信号Ｓ３の有無を確認し、信号Ｓ３が出力されてない場合は、手順Ｓ１９０の処理を行い、信号Ｓ３が出力されている場合は、手順Ｓ２２０の処理を行う。手順Ｓ１９０ではｉ＝１としてから、主軸１７が１回転したかどうかを確認し（手順Ｓ２００）、１回転していない場合は、手順Ｓ１７０の処理を行う。また、１回転した場合は、ｉと１とを比較し、ｉ≧１の場合は処理を終了し、加工プログラムに従ってプリント基板１とドリル１６とをＸＹ方向に移動させ、ドリル１６によりプリント基板１に穴を加工する。また、ｉ＜１の場合は手順Ｓ２２０の処理を行う。手順Ｓ２２０では交換できるドリル１６があるかどうかを確認し、交換できるドリル１６がある場合は、ドリル１６を交換して（手順Ｓ２３０）、手順Ｓ１２０の処理を行い、交換できるドリル１６がない場合は、アラームを出力して作業を中止する。
【００１４】
次に、光ファイバ２３ｂとドリル１６との関係をさらに詳細に説明する。図５は、図３における手順Ｓ１５０の光ファイバ２３ｂとドリル１６との関係を示す図であり、（ａ）は全体を、（ｂ）は（ａ）のＥ部拡大図であり、ドリル１６の軸心が主軸Ｏの軸心と一致した場合を示している。図で、１点鎖線で示す直線Ｋ０はドリル１６の呼び径部（軸心Ｏに平行な部分の端部。以下、側端という）を示している。また、２点鎖線で示す直線Ｋ１は公差の範囲で最も太いドリル１６が最も軸心Ｐに近づいた時の側端の位置を、直線Ｋ２は公差の範囲で最も細いドリル１６が軸心Ｐから最も離れた時の側端の位置を、それぞれ示している。
【００１５】
次に、ドリル１６と判断部２５ｄの出力について説明する。上記したように、この実施の形態では、ドリル１６の水平方向の振れが±１０μｍ、ドリル１６の呼び径に対する公差は±１μｍである。そして、ドリル１６の側端が直線Ｋ１上にあるときの光量Ｑは０．８Ｑ０、また直線Ｋ２上にあるときの光量Ｑは０．９８Ｑ０である。したがって、主軸１７に保持されているドリル１６が加工プログラムに記載されたものである場合、主軸１７が１回転する間に、少なくとも１回は信号Ｓ２が出力され、信号Ｓ３が出力されることはない。また、主軸１７に保持されているドリル１６が例えば直径で０．０５ｍｍ太いドリルの場合、少なくとも１回は信号Ｓ３が出力される。また、主軸１７に保持されているドリル１６が例えば直径で０．０５ｍｍ細いドリルの場合、信号Ｓ２が出力されることはない。
【００１６】
次に、図３の手順Ｓ１４０におけるドリル１６先端の位置決め例を説明する。図６は、ドリル１６の先端位置を１／２分割法により検出する手順を説明する図であり、横軸は以下に述べる過程におけるドリルの位置を示している。初めに、ドリル１６の先端を光ファイバ２３ｂの上端Ｚ０から予め定める位置に位置決めする（図の回数Ｔ１）。この場合、信号Ｓ１が出力される。次に、主軸１７をＺ方向にｑｍｍ（図示の場合１ｍｍ）降下させ（Ｔ２）、信号Ｓ１の出力を確認する。この場合、信号Ｓ１は出力されない。そこで、主軸１７をＺ方向にｑ／２ｍｍ（図示の場合０．５ｍｍ）上昇させ（Ｔ３）、信号Ｓ１の出力を確認する。図示の場合は、信号Ｓ１が出力されるから、主軸１７をＺ方向にｑ／４ｍｍ（図示の場合０．２５ｍｍ）下降させ（Ｔ４）、信号Ｓ１の出力を確認する。なお、信号Ｓ１が出力されていない場合は、主軸１７をＺ方向にｑ／４ｍｍ上昇させる。図示の場合は、信号Ｓ１が出力されないから、主軸１７をＺ方向にｑ／８ｍｍ（図示の場合０．１２５ｍｍ）上昇させる。以下、信号Ｓ１の出力に応じて前回移動させた距離の１／２ずつ上昇あるいは下降させ、移動距離が予め定める範囲よりも小さくなった時点で処理を終了する。例えば、Ｔ９で終了すると、ドリル１６の先端は、Ｚ０の上側に０．０１６ｍｍ、下側０．００８３ｍｍの範囲にあることが分かる。このようにすると、ドリル１６を光ファイバ２３ｂに向けて徐々に降下させる場合に比べて検出時間を短縮することができる。
【００１７】
この実施の形態では、ｉ＜１の場合は、ドリル１６があるかどうかを確認し、交換できるドリル１６がある場合は、ドリル１６を交換するようにしたから、作業が中断することがない。
【００１８】
なお、上記では、Ｑ／Ｑ０の範囲を、０．８≦Ｑ／Ｑ０≦０．９８に設定したが、呼び径Ｄ毎に定めるようにしてもよい。
【００１９】
また、手順Ｓ１３０により、毎回光量Ｑ０を記憶するようにしたから、経年変化により光量Ｑ０が変化した場合にも確実にドリル径を確実に確認することができる。
【００２０】
また、主軸１７が１度回転する毎に信号Ｓ２、Ｓ３を確認するようにしたが、例えば１０度回転する毎に信号Ｓ２、Ｓ３を確認するようにしてもよい。また、１回転に限らず、主軸１７を複数回回転させるようにしてもよい。
【００２１】
さらに、図４（ｂ）で斜線を付した部分でドリル径を確認するようにしてもよい。
【００２２】
また、上記では光ファイバ２３ａ、２３ｂの断面を円形にしたが、方形にしてもよいし、径方向に複数の光ファイバを重ねるようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、安価で、検出精度に優れ、しかも測定時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するのに好適なプリント基板穴明機の斜視図である。
【図２】本発明に係る工具径判別装置の平面図である。
【図３】本発明におけるドリル径の確認手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明における光ファイバとドリルとの関係を示す図である。
【図５】本発明における光ファイバとドリルとの関係を示す図である。
【図６】ドリルの先端位置を１／２分割法により検出する手順を説明する図である。
【符号の説明】
１６  工具
２３ｂ  光センサ
【図１】
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【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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