JPS62124809A - ドリル折損検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明はドリル折損検出装置に関する。

〔発明の技術的背景および問題点〕

微少化が進んでいる。従前においては１鴎以上のドリル
を用いていたのが、最近では１ｎ乃至０．３１１１ｍの
ドリルによる穴明けが実用されている。この穴明は工程
をＮＣデータの基に自動で実行するうえに重要なことは
、ドリルに損傷や切断などの折損による異常が発生した
ことを直ちに検出して１次工程に進行しないように管理
することである。このような必要性からドリルなど工具
の折損検出法には多数の提案がなされている。本発明者
はすでに１ｎ以下の細径ドリルの折損検出には、光ファ
イバによる投光と、ドリルからの反射光により折損検出
法が優れていることをすでに出願している。

即ち、ドリルからの反射光の有無によりドリルの折損を
検出する方法である。この方法を用いて。

ドリルにより自動穴明は作業を実行した結果次のような
誤動作をする場合のあることがわかった。

即ち光ファイバの先端に切りくずなどのゴミが付着した
場合例えば投光ファイバ又は受光７アイパがゴミで隠さ
れた場合、ドリルへの投光が無くなるか、ドリルからの
反射光を受光ファイバが検知できなくなり、いずれにし
ても結果として受光ファイバ出力が無くなるため正常で
あってもドリル折損と誤認し、穴明は動作を停止させて
しまう場合がある。さらに、投光ファイバからの光がゴ
ミで反射し、この反射光が受光ファイバに入射した場合
、ドリルが折損して、折損検出のためのドリルからの反
射光がないにもかかわらず、受光ファイバに光が入射し
、正常動作として誤動作し、折損したドリルによる穴明
は作業を進めてしまうため、プリント基板などの被穴明
は品に多数の不良を出してしまう欠点があった。

〔発明の目的〕 この発明は上記点正こ対処してなされたもので。

ゴミによるドリル折損検出の誤動作を防止するようにし
たドリル折損検出装置を提供するものである。

〔発明の概要〕

ドリル先端に第１の光ファイバからの光を照射し、上記
ドリルからの反射光を第２の光ファイバにより受光して
折損検出する装置ｌこ詔いて、上記第２の光ファイバに
よる受光の光電変換信号を予め定めた周波数のバンドパ
スフィルタに供給し。

このフィルタの出力信号からドリル折損とゴミによる反
射光かを検出する手段を設けたドリル折損検出装置を得
るものである。

すなわち、ゴミの影響に基づく受光用第２の光フアイバ
出力の光電変換出力は、レベル変動のない直流的成分で
あることに基づき、ドリルからの反射光との区別をバン
ドパスフィルタの出力信号で判別しようというものであ
る。

〔発明の実施例〕

次に本発明装置の実施例を図面を参照して説明する。

チャック（１）に取着されたドリル（２）の先端にて投
光用光ファイバと受光用光ファイバが一対束になった光
フアイバ群（３）を斜交する如く離間して設定する。

この光フアイバ群（３）の投光用光ファイバは光源例え
ばＬＥＤなどの出力光をこの光ファイバを介して投光す
る。他方、上記受光用光ファイバに入射した光は光電変
換素子（図示せず）で電気信号に変換し、この信号をア
ンプユニット（４）で増幅したのち、このユニット（４
）出力を２分岐する。一方は。

ドリル折損検出系（５）であり、他方はゴミによる影響
の有無測定係（６）である。前者のドリル折損検出−系
（５）は、光フアイバ群（３）の上記受光用光ファイバ
によりドリルからの反射光の有無を検出する検出論理回
路（７）で１反射光有の場合はドリル（２）が正常動作
と判定し２反射光熱の場合はドリル（２）の先端が折損
して離間又は損失した異常状態と判定出力する。異常状
態と判定した場合には異常検出信号出力回路（８）から
異常信号を出力し１表示やドリル（２）の穴明は動作を
停止させるなど作用を行う。

後者のゴミによる影響の有無測定系（６）は上記受光光
用光ファイバからの入射光を光電変換した出力をゴミに
よる影響特有の信号とドリルからの反射光の信号とをバ
ンドパスフィルタ（９）出力にヨリ判定可能な如く処理
し、このフィルタ（９）の出力を検出論理回ｂｅａｎで
判定し、ゴミの影響による信号を検出した時には上記異
常検出信号出力回路（８）から異常信号を出力し１表示
やドリル（２）の穴明は動作を停止させ、ゴミの除去を
行う。例えばドリル（２）が回転数ｎで回転し、ドリル
に刃が２枚あるとすると、ドリル（２）からの反射光は
２ｎの周期で微小変動した第２図（Ａ）の波形がバンド
パスフィルタ（９）に入力する。このフィルタ（９）は
２ｎの周期に相当する周波数の信号をろ波するフィルタ
で、直流分をカットした第２図（Ｂ）の波形が通過する
。この通過した信号が予め設定したしきい値以下の時に
は異常として検出論理回路（７）から出力する。

また、上記投光用光ファイバからの光がゴミで反射し、
この反射光を受光用光ファイバで受光した時、受光用光
フアイバ出力を光電変換した電気信号は第２図（りに示
めす一定電圧を出力する。

この現象はゴミが静止状態にあるもので特定されたもの
になるため反射光の経時的変化は発生しないからである
。この出力レベルはしきい値より上にあるので、異常検
出出力回路（８）は動作しない。

シカシ、バンドパスフィルタ（９）により低周波成分が
力、トされ、第２図（Ｄ）の信号を検出論理回路α〔に
供給する。この回路Ｑｌでは、低周波成分がカットされ
た零の信号はしきい値以下となるので。

異常動作を出力し、異常検出信号出力回路（８）が異常
信号を出力する。

また、投光用および受光用光ファイバの少なくとも一方
の光ファイバにゴミが付着した場合、即ち投光用光ファ
イバの出射窓にゴミが付着して光が出射しない場合受光
用光ファイバには入射光はない。さらに受光用光ファイ
バの入射窓にゴミが付着した場合にも、同様に受光用光
ファイバに入射光がなく、出力はしきい値以下となるの
で、異常動作と検出論理回路α１で判定し、異常検出を
出力する。このようにしてゴミ柘よるドリル折損の誤動
作を検出できる。

次に前者のドリル折損検出系のさらに具体例を説明する
。

即ち、この実施例は、細径ドリルでも折損検出できるよ
うに次の特像を有する。

■光ファイバによる光層明光からの受光であるが、ドリ
ルからの反射光が特に１ｍ径以下の細径ドリルの折損検
出に最適であること。

■光ファイバの設定位置は第３図に示めす領域であるこ
と。

■検出動作はドリル穴明は作業が終了し、ドリル先端が
被穴明体から離反した都度実行すること。

■ドリルの先端で発生する微小折損を監視すること。

などである。

上記のについては、光学的検知法には周知の通り１反射
形のほかに、透過形によって検出する方法がある。

この透過形検知法は、ドリルを介在して透過光路に受光
部を設定する方法であるが、光源側からの光ビーム径よ
りドリル径が小さくなると、正常時ドリルによる光路遮
断が不可能となり、正常状態と折損状態の区別が困難と
なる。集光レンズを用いて光フアイバ照射光を１ｎ以下
に絞り込むこした結果第４図（Ａ）の如く、Ｙ方向と比
較してＸ方向のドリルずれ許容量は約百となっており、
ファイバ軸上からドリル位置が少しでもずれると検出不
能となる。（ここで上記Ｘ方向は光軸に垂直な方向であ
り、上記Ｙ方向は光軸方向である。）これに対して、ド
リルからの反射光を光ファイバで受光する構成にすると
、ドリル側面で拡散反射を起こし、この反射光の一部を
受光ファイバで検知する方式であるため１元ビームをレ
ンズで絞る必要もなく、ドリルに対して必ずしも垂直で
なくても検出が可能である。定量的にはドリル検出可能
領域は第４図（Ｂ）の通りであり、第４図（Ａ）と比較
して、ドリル検出領域が広く実用佳品く。

良好な検出結果が得られる。

上記■については、ドリルの先端に元ファイバからの照
射光を投射し、ドリルからの反射光を受光用の光ファイ
バで受光する光学系において、受光用の光ファイバによ
る検出可能領域を調査したのが第３図である。即ち、横
軸は、受光用光ファイバの軸方向位置であり、ＭＩ軸は
受光用光フアイバ受光面の光ファイバの軸方向に対して
垂直方向の位置である。

この第３図において、ドリル先端がファイバ軸と、これ
に直角に交わる軸とで構成される平面上ｉこ位置する場
合の、受光用光ファイバがドリルからの反射光を受光す
る検出領域は曲線６υで囲まれる領域である。即ち１曲
線５１）で囲まれる領域内にドリルが存在すれば、受光
ファイバが反射光を検出する。一点鎖線は光ファイバ軸
りを示めしている。また、ドリルが折損し、ドリル先端
が上記光ファイバ軸りから上方に後退した場合の受光用
の光ファイバによる検出可能領域は曲線■で囲まれる領
域である。

従って、ドリルの測定（折損検出）位置は曲線ｃｉ１）
で囲まれる範囲内であり１曲線側で囲まれる範囲を除い
た受光用光フアイバ検出領域（財）に設定しなければ折
損検出できないことが判った。

■■については、トリｖの中間部を測定するのではなく
、損傷をも検出するためｌこドリルの先端を測定位置と
する。これは、穴明は加工の多くは先端部のみで終了す
ることが多く、損傷において。

先端部に初期現象が発生することに基づくものである。

このようにドリルの先端部を測定するため。

穴明は作業が終了し１次の穴明は作業位置に移動するた
めに被穴明は体から離反してドリル先端が露出している
期間を利用して照射し、測定することである。

次に第５図乃至第７図を参照して説明する。

被加工物例えばプリント基板−は基台例えばＸ−Ｙテー
ブル（図示せず）上に載置される。このＸ−Ｙテーブル
は予めプログラムされたＮＣデータなどにより、ドリル
（社）による穴明は工程順、加工順化移動制御される。

このように移動制御される上記プリント基板（１）に１
ｕ以下のドリル例えば０．３１１１のドリル（２つによ
る構成例である。このドリル（社）は回転主軸（ハ）に
チャッキングされ、この主軸＠は上下動するスライダプ
レックヤーフット（ホ）の底部（イ）には環状鍔（５）
が一体に取着されている。この鍔■の内端に係合する如
く環状フット部（至）が設けられ、上記プレッシャー７
ツト（ハ）を下動することにより鍔端を介してフット部
（ハ）を下方に移動させ、上記プリント基板−を固定す
ることができる構成になっている。

プリント基板（２υが固定された状態で、上記スライダ
（財）を下方に移動させて、ドリル圏によりプリント基
板１２Ｄの上記ＮＣデータにより位置決めされた位置に
垂直入射して穴明けする。

この穴明は作業後１次の穴明は作業位置へ移動するまで
の期間で、上記プリント基板Ｑυからドリル０１）の先
端が離反した予め定めた位置で、ドリルＱ１）の折損検
出を行う。

この折損検出は投光用の第１の光ファイバと受光用の第
２の光ファイバが一束になった光ファイバＱｌを、第３
図の条件を満足する位置関係に設定する。

第５図では、光ファイバ翰とドリル（社）の測定位置即
ち先端部とは斜交状態に設定している。

即ち、光フアイバ角ψをパラメータにして０．３間のド
リル回転状態での検出領域を示めしたのが第６図である
。ψを０°から徐々。増加させると、検出可能領域がＹ
方向に長くなり（ψ＝６°、１３°）、さらにψを増加
（ψ＝２８°）させると、再び縮む結果となる。この現
象は明らかではないが、ドリルのフルートが何らかの影
響を及ぼしているものと思われる。このようにψを変化
させると、検出可能領域が大きく影響を受けるため、ド
リル折損検出のためのファイバーとドリル先端との最適
な位置関係もψに影響される。

さらに、上記ドリルＣυによる穴明は作業で切粉が発生
するが、この切粉が光ファイバ翰の先端に付着するのを
防止するため、上記プレッシャーフット（ハ）の側壁か
ら鍔（５）を経て洗浄用エア噴出口ｔ３１Ｊを設け、光
ファイバ（至）の先端に向けて洗浄用エアを噴出する。

この場合、噴出口１３１）でなく吸引口にして切粉を吸
引する構成にしてもよい。

さらに、スライダ（２）が下死点に位置する時、ドリル
（２りと光ファイバ（ハ）は干渉しないように、光フア
イバ器の取付は位置は設定される。

次に、第６図を参照して動作作用を説明する。

ＮＣデータの基にＸ−Ｙテーブルを移動させて。

プリント基板Ｑυの穴明は位置が決定される毎ｌこ第６
図（Ａ）のタイミングでプレッシャーフット（ホ）を下
降させ、フット部（８）によりプリント基板Ｑυを固定
する。

フット（ハ）がプリント基板（２υに接触して固定した
時から第６図（Ｂ）のタイミングでスライダｃ！４）を
下降させて、プリント基板（２１）の位置決めされた位
置に穴明は作業を行う。この作業後スライダ（２）を上
昇させてドリルを抜き取った後７ツト□□□も上昇させ
て１次の穴明けの準備を行う。この準備期間であるスラ
イダ（財）の上昇期間にタイミングを合わせて、ドリル
折損検出回路の電源を第６図（Ｃ）のタイミングで入力
する。即ち、第６図（Ｃ）と同−第６図（Ｄ）のタイミ
ングで光ファイバ（ハ）の投光用光ファイバからドリル
（２）に対して投光する。この投光によるドリル（社）
先端からの反射光を受光用光ファイバで受光し、ドリル
の折損の有無を検出する。

折損していれば１反射光の入力は無しか、大幅に減少す
る。この判定を受光用光ファイバの他端ζこ設けた光電
変換素子（図示せず）により電気信号に変換し、予め定
めた閾値との比較で６気的に処理して判定する。

例えば、第２サイクルの第６図（Ｂ）にＸ印で示めす穴
明は作業中に折損が発生したとする。この場合、予め定
めたこの穴明は作業割り当て期間中は実際に穴明作業が
できなくても、折損の発見はできない。そして、上記穴
明は作業割り当て期間終了後のスライダ＠の上昇期間に
上記した折損検出を行う。即ち、第６図（Ｂ）の信号を
出力して終了する。

上記実施例では細径ドリルについて説明したが１關以上
径ドリルの折損検出に適用しても同様な効果が得られる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば細径のドリルでも最
適条件で折損検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例を説明するための構成図、
第２図は第１図の動作説明図、第３図乃至第７図は第１
図のドリルの折損検出系の実施例説明図である。 ２・・・ド　リ　ル、　　　　　３・・・光ファイバ群
代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　竹　花　喜久男 第１図 第２図 ファイバー事山方６弓 第３図 第５図 （Ａ） トリル怪φ−ｍｉ （巳） 第４図 ７フイハ一軸方勺　Ｙ７ＩＩｒＢ 第６図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ドリル先端に第１の光ファイバからの光を照射し
   、上記ドリルからの反射光を第２の光ファイバにより受
   光して折損検出する装置において、上記第２の光ファイ
   バによる受光の光電変換信号を予め定めた周波数のバン
   ドパスフィルタに供給する手段と、上記バンドパスフィ
   ルタ出力信号からドリル折損とゴミによる反射光かを検
   出する手段とを具備してなることを特徴とするドリル折
   損検出装置。
2. （２）バンドパスフィルタはドリルの回転数の刃数倍付
   近の周波数をろ波させることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のドリル折損検出装置。
3. （３）第２の光ファイバによる受光の光電変換信号は２
   分岐し、一方は反射光の有無によるドリルの切損検出系
   とし、他方はゴミによる反射光有無の検出系として構成
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のドリ
   ル折損検出装置。