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回転工具と被加工物間の間隙長さ測定方法及びシステム 実績あり 外国出願あり

国内特許コード P120006647
整理番号 S2010-1051-N0
掲載日 2012年2月21日
出願番号 特願2010-170670
公開番号 特開2012-032222
登録番号 特許第5614633号
出願日 平成22年7月29日(2010.7.29)
公開日 平成24年2月16日(2012.2.16)
登録日 平成26年9月19日(2014.9.19)
発明者
  • カチョーンルンルアン パナート
  • 木村 景一
出願人
  • 国立大学法人九州工業大学
発明の名称 回転工具と被加工物間の間隙長さ測定方法及びシステム 実績あり 外国出願あり
発明の概要 【課題】回転中の工具と被加工物間の間隙を直接測定する手法を確立する。
【解決手段】回転工具とそれに対向配置した被加工物との間の間隙を超える幅を有するパルス化レーザ光を発生して、発生レーザ光の光軸を被加工平面に対して傾斜させて間隙に照射する。パルス化レーザ光は、回転工具の1回転又は整数回転当たり1パルスの発振パルス周期を有し、該発振パルスオン期間の間に回転工具の同一角度範囲に照射する。間隙に照射されて該間隙により遮蔽されずに回折した光を受光センサーにより検出して、間隙長さを測定する。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要



近年の金型精密微細加工の先端技術は、高精度なマシニングセンタを用いてサブμmの加工精度が実現されてきている。その加工精度と生産性効率向上のために、手間のかかるツールセッティング(高速回転中の工具先端と被加工物間の間隙)をサブμmの精度で計測する技術が必要とされてきている。現在、微細加工は高精度なマシニングセンタなどの工作機械において、小径工具によって行われている。加工精度の向上には、工作機械の工具精度のみならず、機上において(オンマシン)の工具切れ刃先端位置の情報は、被加工物に対する工具の位置や切込み量を決める重要な情報であり、加工精度や加工能率に大きく関わるものである。しかし、従来、市販の光学的非接触オンマシン工具測定法では、照射する光からの回折現象のために測定精度は数μm程度であり、サブμmの工具測定には不十分である。





従来の機上工具計測方法は、工具にレーザビームを照射して、工具により回折した光を検出して工具径や切れ刃形状の測定を行っている。しかし、工具が高速回転になると、回折光を取得するカメラのフレームレートは回転速度を追いつけないため、測定が困難である(特許文献1、3参照)。また、光回折光を用いた測定のこれまでの方法では、基準ナイフエッジを用いるので、基準ナイフエッジと被加工物の相対距離を高精度に求める必要がある(特許文献2、4)。





図9は、光回折法の測定原理を説明する図である(特許文献2,4参照)。図示のように、ライン状レーザ光を測定対象である小径工具と基準ナイフエッジによって作られた微小間隙xに照射すると、光の回折現象が生じる。回折光はフーリエ変換レンズによって集光され、焦点距離fにある焦点面でカメラなどによって回折パターンを同時に取得する。次に1次回折光であるw-1とw+1ピークを検出し、そのピーク間隔をWとして測定し、既知である波長λによって、式(1)から小径工具切れ刃-基準ナイフエッジ間の微小間隙xを測定する。





【数1】




産業上の利用分野



本発明は、微細電子部品やオプトメカトロニクス部品の金型製造などのための超精密切削・研削加工における回転工具と被加工物間の間隙長さ測定方法及びシステムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
レーザ光を用いて回転工具と被加工物間の間隙長さを測定する方法において、
前記回転工具とそれに対向配置した被加工物との間の間隙を超える幅を有するパルス化レーザ光を発生させ、かつ、回折次光の係数をβ、波長をλ、前記間隙長さをx、回折角θ=arcsin(βλ/x)として、回折角θ+ arcsin(λ/x) > 光軸の傾斜角ω > 回折角θに設定して、発生レーザ光の光軸を被加工平面に対して傾斜させて前記間隙に照射し、
前記パルス化レーザ光は、前記回転工具の1回転又は整数回転当たり1パルスの発振パルス周期を有し、該発振パルスオン期間の間に前記回転工具の同一角度範囲に照射し、
前記間隙に照射されて該間隙により遮蔽されずに回折した光を受光センサーにより検出して、間隙長さを測定する、
ことから成るパルス化レーザ光を用いた回転工具と被加工物間の間隙長さ測定方法。

【請求項2】
前記受光センサーは、照射されるパルス化レーザ光の所定周期分を受光し、その間の積算回折光パターンを検出する請求項1に記載の間隙長さ測定方法。

【請求項3】
レーザ光を用いて回転工具と被加工物間の間隙長さを測定するシステムにおいて、
前記回転工具とそれに対向配置した被加工物との間の間隙を超える幅を有するレーザ光を発生させ、かつ、回折次光の係数をβ、波長をλ、前記間隙長さをx、回折角θ=arcsin(βλ/x)として、回折角θ+ arcsin(λ/x) > 光軸の傾斜角ω > 回折角θに設定して、発生レーザ光の光軸を被加工平面に対して傾斜させて前記間隙に照射するレーザ光源と、
前記回転工具の1回転又は整数回転当たり1パルスの発振パルス周期を有し、該発振パルスオン期間の間に前記回転工具の同一角度範囲に照射するレーザ光をパルス化する制御装置と、
前記間隙に照射されて該間隙により遮蔽されずに回折した光を受光センサーにより検出して、間隙長さを測定する受光系と、
から成るパルス化レーザ光を用いた回転工具と被加工物間の間隙長さ測定システム。

【請求項4】
前記受光センサーは、照射されるパルス化レーザ光の所定周期分を受光し、その間の積算回折光パターンを検出する請求項に記載の間隙長さ測定システム。

【請求項5】
前記制御装置は、レーザ光のパルス位相を調整可能にして前記レーザ光源より発生させるレーザ発振パルス生成回路と、該レーザ発振パルスに同期して回転工具の回転用モータを回転させるモータ駆動制御回路と、パルス化レーザ光の所定周期分に相当するオンパルス信号を発生して、受光センサーより受光信号を取得する電子制御シャッター回路とを備える請求項に記載の間隙長さ測定システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2010170670thum.jpg
出願権利状態 登録
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