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APPARATUS AND METHOD FOR DEEP HOLE DRILLING, APPARATUS AND METHOD FOR EVALUATING DEEP HOLE AND METHOD FOR EVALUATING POSITIONING ERROR, AND APPARATUS AND METHOD FOR ADJUSTING OPTICAL AXIS OF APPARATUS FOR DEEP HOLE DRILLING AND APPARATUS FOR EVALUATING DEEP HOLE

Patent code P110003049
File No. Y02-P234
Posted date Jun 15, 2011
Application number P2002-259323
Publication number P2003-159607A
Patent number P4302380
Date of filing Sep 4, 2002
Date of publication of application Jun 3, 2003
Date of registration May 1, 2009
Priority data
  • P2001-268073 (Sep 4, 2001) JP
  • P2001-268075 (Sep 4, 2001) JP
  • P2001-268077 (Sep 4, 2001) JP
Inventor
  • (In Japanese)甲木 昭雄
  • (In Japanese)鬼鞍 宏▲猷▼
  • (In Japanese)佐島 隆生
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title APPARATUS AND METHOD FOR DEEP HOLE DRILLING, APPARATUS AND METHOD FOR EVALUATING DEEP HOLE AND METHOD FOR EVALUATING POSITIONING ERROR, AND APPARATUS AND METHOD FOR ADJUSTING OPTICAL AXIS OF APPARATUS FOR DEEP HOLE DRILLING AND APPARATUS FOR EVALUATING DEEP HOLE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and method for deep hole drilling, an apparatus for evaluating a deep hole and a method for evaluating positioning errors, a method for evaluating a deep hole, an apparatus and method for adjusting an optical axis of the apparatus for deep hole drilling and the apparatus for evaluating a deep hole, which perform the deep hole drilling and evaluation of the deep hole drilling with high accuracy.
SOLUTION: The deep hole drilling is carried out such that the rotary motion of a rotational driving means is transmitted to a deep hole drilling tool 5a via a boring bar 1a, and a table 6 having a workpiece 4 fixed thereon is advanced toward the deep hole drilling tool 5a while turning the deep hole drilling tool 5a. The deep hole drilling tool 5a rotates about a guidance axis located along the axis 7 of the boring bar 1a. The deep hole drilling tool 5a has a cutting edge 8a at its tip end of the side to be brought into contact with the workpiece 4, and carries out the deep hole drilling while cutting the workpiece 4. The deep hole drilling tool 5a is coupled to the boring bar 1a via a coupling 2a.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


従来より、穴深さ/穴径の比が大きい穴の加工、いわゆる深穴加工に用いられる深穴加工工具および深穴加工方法が提案されている。



例えば、特許文献1には、レーザ誘導方式を採用した深穴加工装置および深穴測定装置が開示されている。



上記公報に開示された深穴加工装置は、図28に示すように、下穴102を開けられた被加工物101に対して、回転駆動手段104の回転駆動をボーリングバー103を介して深穴加工工具105に与え、深穴加工工具105の先端部分を回転させながら、被加工物101を固定した送り台106を深穴加工工具105に向かって前進させることで深穴加工を実現している。



また、深穴加工工具105の先端部分は、ボーリングバー103の回転軸線107を中心として回転する。このボーリングバー103の内部は中空になっており、この中空部分を通して吸引装置110に切り屑を排出する。



なお、深穴加工工具105の回転する先端部分は、被加工物101と接触する側の先端に少なくとも1つの切刃を備え、被加工物101を切削する。



さらに、深穴加工工具105とボーリングバー103とは、レックスカップリング111aを介して接続されている。



そして、上記公報に開示された深穴加工装置100aは、深穴加工工具105による真直な深穴加工を可能にするために、深穴加工工具105の変位検出用半導体レーザ112および姿勢検出手段113と、深穴加工工具105の姿勢が乱れた場合には、深穴加工工具105の側面に備えられた圧電アクチュエータ115によって適正な姿勢に修正するように制御する制御装置114とを備えている。



これにより、深穴加工工具105の先端部分を回転させた加工中に、深穴加工工具105の回転軸に沿った誘導軸線上からずれた場合でも、その位置ずれを検出して深穴加工工具105を適正な位置に戻すことにより、精度の高い真直な深穴の加工が可能になる。



また、従来より、穴深さ/穴径の比が大きい穴、いわゆる深穴の加工や加工精度の測定に用いられる深穴加工装置および深穴評価装置が提供されている。



このような深穴加工装置および深穴評価装置として、例えば、図33に示すように、深穴加工工具105の3次元の位置ずれを修正しながら深穴加工を行う深穴加工装置100bがある。



深穴加工装置100bは、図33に示すように、先端部に回転しながら被加工物101を加工する切刃108を有し、側面部に位置ずれを修正するための圧電アクチュエータ115を備えた深穴加工工具105と、深穴加工工具105の切刃108を備えた先端部分を回転させる回転駆動を与えるボーリングバー103との間にアクティブローテーションストッパ111bを備えている。



この深穴加工装置100bでは、深穴加工工具105における深穴加工工具105に接続されたボーリングバー103側に設けた半導体レーザ112’からミラー119に向けてレーザ光を照射する。そして、ミラー119からの反射光をビームスプリッタ118によりZ方向とY方向とに分離して、分離光を2次元PSD(Position-Sensitive Detector )113・114で受光することで、X方向およびY方向における深穴加工工具105の位置ずれを検出している。



なお、上記Z方向はボーリングバー103の回転軸方向を示しており、X,Y方向はボーリングバー103の回転軸方向に対する直行方向を示している。



さらに、深穴加工工具105の回転しない後端側の側面には、X,Y両方向の位置ずれを修正する圧電アクチュエータ115が前後各3個ずつ計6個設けられている。上記X,Y方向の位置ずれが検出された場合には、圧電アクチュエータ115が検出された位置ずれを修正するように被加工物101の内壁102との間で伸縮し、位置ずれを修正する。



さらに、この圧電アクチュエータ115が設けられているアクチュエータ保持部は、加工中回転することなく、圧電アクチュエータ115により深穴加工工具105のX,Y両方向の位置ずれを修正する。しかし、アクチュエータ保持部は、アクティブローテーションストッパ111bの接続部分において、ボーリングバー103の回転軸を中心とする円方向におけるずれ、いわゆるローリングが発生するため、精度の高い深穴測定を行うためには、このローリングも修正する必要がある。



アクティブローテーションストッパ111bは、このようなローリングが検出された場合に、適正な位置に深穴加工工具105を修正する機能を備えている。



具体的には、半導体レーザ117からレーザ光をミラー119に対して照射し、ミラー119からの反射光を深穴加工工具105の後端部に設けられた一次元PSD120が受光してローリングを検出する。そして、アクティブローテーションストッパ111bに備えられた図示しない圧電アクチュエータによりローリングを修正する。



以上の構成により、従来の深穴加工装置100bは、X,Y方向および円方向における深穴加工工具105の位置ずれを修正しながら深穴加工を行うことで、精度の高い深穴加工を行うことができる。



さらに、従来より、穴深さ/穴径の比が大きい穴、いわゆる深穴の測定に用いられる深穴評価装置および深穴評価方法が提案されている。



上記特開2000-246593号公報に開示された深穴評価装置は、下穴を開けられた被加工物に対して、深穴評価プローブの先端部分を回転させながら、被加工物を固定した送り台を深穴評価プローブに向かって前進させることで深穴精度を測定する。



なお、深穴評価装置に内蔵されたステッピングモータにより回転する深穴評価プローブの先端部分には、測定ユニットが取り付けられており、深穴の内壁に測定ユニットの先端を当接させて深穴を測定する。



さらに、深穴評価プローブと測定バーとは、フレックスカップリングを介して接続されている。



そして、上記公報に開示された深穴評価装置は、深穴評価プローブによる高精度な深穴評価を可能にするために、深穴評価プローブの変位検出用半導体レーザおよび姿勢検出手段と、深穴評価プローブの姿勢が乱れた場合には、深穴評価プローブの側面に備えられた圧電アクチュエータによって適正な姿勢に修正するように制御する制御装置とを備えている。



これにより、深穴評価プローブにより深穴を測定する際には、深穴評価プローブが中心軸に沿った誘導軸線上からずれた場合でも、その位置ずれを検出して深穴評価プローブを適正な位置に戻すことにより、高精度の深穴の測定が可能になる。



【特許文献1】
特開2000-246593号公報(公開日:2000年9月12日)

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、例えば、航空機のエンジンやランディングギア、加速器、新幹線の車軸、プラスチック射出成形機、印刷機の巻き取りシリンダ、火器、ドリルカラ等の深穴加工に適用できる深穴加工装置および深穴加工方法、深穴加工装置および深穴精度測定に使用される深穴評価装置ならびに位置ずれ評価方法、深穴加工装置および深穴評価装置の光軸調整装置、光軸調整方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
中心軸を中心として回転可能な回転軸と接続されており、被加工物に対して回転しながら深穴加工を行う深穴加工工具と、
上記深穴加工工具の上記回転軸方向に対する垂直な平面における正常位置からの位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、
上記深穴加工工具に設けられ、上記深穴加工工具の上記回転軸を中心とする円方向における正常位置からの傾きを検出する傾き検出手段と、
上記深穴加工工具に設けられ、上記位置ずれ検出手段にレーザ光を照射する半導体レーザと、
上記深穴加工工具の外周部に配設され、上記深穴加工工具の外周部と被加工物の内壁との間で伸縮し、上記位置ずれ検出手段により検出された上記深穴加工工具の位置ずれを修正する位置ずれ修正手段と、
上記深穴加工工具と続するアクティブローテーションストッパの内部に設けられており、上記傾き検出手段により検出された上記深穴加工工具の傾きを修正する圧電アクチュエータとを備えている深穴加工装置において、
上記深穴加工工具における上記平面上に位置する点であって、上記位置ずれ検出手段にレーザ光を照射する半導体レーザの位置に対応する1点と、上記傾き検出手段の位置に対応する他の1点との2点において、それぞれ上記位置ずれと傾きとを検出し、上記2点における検出結果から位置ずれと傾きとが互いに干渉することで検出結果に含まれる干渉成分を除去する制御手段を備えていることを特徴とする深穴加工装置。

【請求項2】
 
上記位置ずれ検出手段および/または傾き検出手段は、光を照射する発光手段と、該発光手段に対向する位置に設けられており、上記光を受光して上記深穴加工工具の位置を検出する位置検出手段とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の深穴加工装置。

【請求項3】
 
先端部分を被加工物に対して回転させ、該回転の中心軸から被加工物の内壁までの半径方向の距離を測定する深穴評価プローブと、
上記深穴評価プローブの上記先端部分とは反対側に接続されており、上記中心軸に沿って配置された測定軸と、
上記中心軸方向に対する垂直な平面における正常位置からの位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、
上記深穴評価プローブに設けられ、上記中心軸を中心とする円方向における正常位置からの傾きを検出する傾き検出手段と、
上記深穴評価プローブに設けられ、上記位置ずれ検出手段にレーザ光を照射する半導体レーザと、
上記深穴評価プローブの外周部に配設され、上記深穴評価プローブの外周部と被加工物の内壁との間で伸縮し、上記位置ずれ検出手段により検出された上記深穴評価プローブの位置ずれを修正する位置ずれ修正手段と、
上記深穴評価プローブと続するアクティブローテーションストッパの内部に設けられており、上記傾き検出手段により検出された上記深穴評価プローブの傾きを修正する圧電アクチュエータとを備えている深穴評価装置において、
上記深穴評価プローブにおける上記平面上に位置する点であって、上記位置ずれ検出手段にレーザ光を照射する半導体レーザの位置に対応する1点と、上記傾き検出手段の位置に対応する他の1点との2点において、それぞれ上記位置ずれと傾きとを検出し、上記2点における検出結果から位置ずれと傾きとが互いに干渉することで検出結果に含まれる干渉成分を除去する制御手段を備えていることを特徴とする深穴評価装置。

【請求項4】
 
上記位置ずれ検出手段および/または傾き検出手段は、光を照射する発光手段と、該発光手段に対向する位置に設けられており、上記光を受光して上記深穴評価プローブの位置を検出する位置検出手段とを備えていることを特徴とする請求項3に記載の深穴評価装置。

【請求項5】
 
装置のXY平面方向における位置ずれと、上記中心軸を中心とする円方向の位置ずれとをそれぞれ検出する位置ずれ評価方法において、
上記XY平面における位置ずれと、中心軸を中心とする円方向の位置ずれとを、装置の上記XY平面上の点であって、位置ずれ検出手段にレーザ光を照射する半導体レーザの位置に対応する1点と、傾き検出手段の位置に対応する他の1点との2点においてそれぞれ検出し、該2点における検出結果を基にして、上記XY平面における位置ずれ成分と中心軸を中心とする円方向の位置ずれ成分とが互いに干渉して生じる検出誤差を除去することを特徴とする位置ずれ評価方法。

【請求項6】
 
中心軸を中心として回転可能な回転軸と接続されており、被加工物に対して先端部分を回転させて加工を行う深穴加工工具と、該深穴加工工具の外周部に配設され、上記深穴加工工具の外周部と被加工物の内壁との間で伸縮し、上記深穴加工工具の姿勢を修正する姿勢修正手段とを有する深穴加工装置の誘導軸の加工目標軸からのずれを修正する光軸調整装置であって、
上記深穴加工工具の回転可能な先端部分における上記中心軸上に配置され、上記加工目標軸に対して垂直な平面に取り付けられた反射手段と、
上記反射手段に対して加工目標軸上から光を照射する発光手段と、
予め深穴加工工具の中心軸と加工目標軸とが一致した状態における受光位置を認識しており、上記反射手段からの上記発光手段から照射された光の反射光を受光して、上記深穴加工工具の誘導軸の上記加工目標軸からのずれを検出する光軸ずれ検出手段とを備えていることを特徴とする光軸調整装置。

【請求項7】
 
上記深穴加工装置は、上記深穴加工工具の非加工側に、上記深穴加工工具の中心軸と加工目標軸とが一致した状態における受光位置を認識しており、上記深穴加工工具の上記加工目標軸方向に対する垂直な平面における正常位置からの位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、上記深穴加工工具の上記加工目標軸を中心とする正常位置からのローリングを検出するローリング検出手段とを有しており、
上記深穴加工工具と上記回転軸とを接続する位置に設置されており、上記深穴加工工具の外周部と被加工物の内壁との間で伸縮し、上記ローリング検出手段により検出された上記深穴加工工具のローリングを修正するローリング修正手段とを備えていることを特徴とする請求項6に記載の光軸調整装置。

【請求項8】
 
先端部分を被加工物に対して回転させ、該回転の中心軸から被加工物の内壁までの半径方向の距離を測定する深穴評価プローブと、該深穴評価プローブの外周部に配設され、上記深穴評価プローブの外周部と被加工物の内壁との間で伸縮し、上記深穴評価プローブの姿勢を修正する姿勢修正手段とを有する深穴評価装置の誘導軸の測定目標軸からのずれを修正する光軸調整装置であって、
上記深穴評価プローブの回転可能な先端部分における深穴評価プローブの中心軸上に配置され、上記測定目標軸に対して垂直な平面を有する反射手段と、
上記反射手段に対して測定目標軸上から光を照射する発光手段と、
予め深穴評価プローブの中心軸と測定目標軸とが一致した状態における受光位置を認識しており、上記反射手段からの上記発光手段から発せられた光の反射光を受光して、上記深穴評価プローブの誘導軸の上記測定目標軸からのずれを検出する光軸ずれ検出手段とを備えていることを特徴とする光軸調整装置。

【請求項9】
 
上記深穴評価装置は、上記深穴評価プローブの非測定側に、上記深穴評価プローブの誘導軸と測定目標軸とが一致した状態における検出位置を認識しており、上記測定目標軸方向に対して垂直な平面における正常位置からの位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、上記測定目標軸を中心とする正常位置からのローリングを検出するローリング検出手段とを有しており、
上記深穴評価プローブと上記測定軸と接続する位置に設置されており、上記深穴評価プローブの外周部と被加工物の内壁との間で伸縮し、上記ローリング検出手段により検出された上記深穴評価プローブのローリングを修正するローリング修正手段を備えていることを特徴とする請求項8に記載の光軸調整装置。

【請求項10】
 
上記発光手段は、レーザを照射することを特徴とする請求項6~9の何れか1項に記載の光軸調整装置。

【請求項11】
 
上記発光手段は、単波長光を照射することを特徴とする請求項6~10の何れか1項に記載の光軸調整装置。

【請求項12】
 
上記発光手段は、2種類の波長を含む光を照射することを特徴とする請求項6~10の何れか1項に記載の光軸調整装置。

【請求項13】
 
請求項6~12に記載の光軸調整装置による光軸調整方法であって、
上記発光手段から照射される光が上記深穴加工工具または深穴評価プローブの中心軸と平行になるように上記発光手段の配置を調整して、上記誘導軸と目標軸とを一致させた後、
上記中心軸に対して直角な平面上に上記反射手段を配置し、
該反射手段に対して上記発光手段から照射された光の反射光を検出する光軸ずれ検出手段を配置して、上記誘導軸と目標軸とが一致した状態における上記反射光の受光位置を認識させ、
上記深穴加工工具または深穴評価プローブの先端部分に上記反射手段を取り付けて、上記発光手段から上記反射手段に対して光を照射し、その反射光を上記光軸ずれ検出手段の上記認識させた受光位置において受光するように、上記姿勢修正手段によって、上記深穴加工工具または深穴評価プローブの姿勢を修正することを特徴とする光軸調整方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2002259323thum.jpg
State of application right Registered
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