JP4415344B2 - How to detect the tip of a drill blade - Google Patents
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Description
本発明は、ラインセンサの受光セル配列方向と直角に進退するドリル刃の先端を上記ラインセンサの出力から検出するようにしたドリル刃の先端検出方法に関する。 The present invention relates to a method for detecting the tip of a drill blade that detects the tip of a drill blade that advances and retreats at right angles to the light receiving cell arrangement direction of the line sensor from the output of the line sensor.
近時、プリント回路基板の高密度実装化に伴い、その多層化が図られており、またプリント回路基板にスルーホールを形成して複数の層間を電気的に接続することも行われている。このようなスルーホールは、専ら、例えば直径が50〜100μm程度の微小なドリル刃を用い、このドリル刃を高速回転させてプリント回路基板を所定深さの孔を穿いて形成される。この際、所定径のドリル刃を選択して用いることは勿論のこと、このドリル刃を芯ぶれのない状態でドリルのチャックに装着し、更にはドリル刃の先端位置を正確に把握して所定の深さまで孔を穿つことが重要である。しかしながらこの種の微小径のドリル刃の径(ドリル径)を機械的に計測したり、その芯ぶれの有無等を機械的に確認することは一般的には非常に困難であり、通常、光学的な計測手段が用いられる(例えば特許文献1,2,3を参照)。
Recently, the printed circuit board has been multi-layered with high density mounting, and through holes are formed in the printed circuit board to electrically connect a plurality of layers. Such a through hole is exclusively formed by using a fine drill blade having a diameter of about 50 to 100 μm, for example, and rotating the drill blade at a high speed to form a hole of a predetermined depth in the printed circuit board. At this time, it is of course possible to select and use a drill blade of a predetermined diameter, attach the drill blade to the drill chuck without any runout, and further accurately grasp the tip position of the drill blade to obtain a predetermined value. It is important to drill holes to the depth of. However, it is generally very difficult to mechanically measure the diameter (drill diameter) of this kind of small-diameter drill blade and to mechanically check for the presence or absence of runout. A typical measuring means is used (see, for example,
しかしながら特許文献1,2,3に示されるようなドリル刃の光学的な計測手法は、ドリル刃による光の遮光を利用してその遮光幅をラインセンサ等により計測しているだけであり、直径が200μm以下の微小径のドリル刃の径等を正確に計測することが困難であった。
これに対して本発明者は先にフレネル回折を生じた光の回折パターン(強度分布)をハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いて近似した近似式を用いて、そのエッジ位置を簡易にしかも高精度に求める手法を提唱した(例えば特許文献4を参照)。
On the other hand, the present inventor uses the approximate expression obtained by approximating the diffraction pattern (intensity distribution) of the light previously generated by Fresnel diffraction using the hyperbolic second function sech (x) to easily and highly increase the edge position. A method for obtaining accuracy was proposed (see, for example, Patent Document 4).
ところで上述したようにラインセンサを用いてドリル刃の径(ドリル径)等を光学的に計測した場合、ドリルのチャックに装着した上記ドリル刃の先端位置についても光学的に検出し得ることが望まれる。ドリル刃の先端位置が計測できれば、ドリルの進退量(繰り出し量)を制御することでドリル刃により穿たれる孔の深さを精度良く制御することが可能となる。 By the way, when the diameter of the drill blade (drill diameter) or the like is optically measured using the line sensor as described above, it is desirable that the tip position of the drill blade attached to the chuck of the drill can also be detected optically. It is. If the tip position of the drill blade can be measured, the depth of the hole drilled by the drill blade can be accurately controlled by controlling the advance / retreat amount (feed amount) of the drill.
しかしながら従来においては、専ら、ドリル刃の軸方向に沿わせてラインセンサを設け、該ラインセンサの複数の受光セルにおける上記ドリル刃による遮光領域と受光領域との境界からその先端位置を検出しているに過ぎない。この為、ドリル刃の径を測定すると共にその先端位置を計測しようとすると、ドリル刃の軸方向に対して直角に設けたドリル径測定用のラインセンサと、ドリル刃の軸方向と平行に設けた先端位置検出用のラインセンサとが必要となり、計測装置の構成が大掛かりなものとなることが否めない。 However, conventionally, a line sensor is provided exclusively along the axial direction of the drill blade, and its tip position is detected from the boundary between the light shielding area and the light receiving area by the drill blade in a plurality of light receiving cells of the line sensor. There are only. For this reason, when measuring the diameter of the drill blade and measuring its tip position, a line sensor for measuring the diameter of the drill provided at a right angle to the axial direction of the drill blade and the axial direction of the drill blade are provided in parallel. In addition, a line sensor for detecting the tip position is required, and it cannot be denied that the configuration of the measuring device becomes large.
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、例えばドリル刃の軸方向と直角に設けたラインセンサからの出力を用いてドリル刃の先端を正確に検出することのできるドリル刃の先端検出方法を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its purpose is to accurately detect the tip of a drill blade using, for example, an output from a line sensor provided at right angles to the axial direction of the drill blade. Another object of the present invention is to provide a method for detecting the tip of a drill blade .
本発明は、レーザ光のような単色平行光の光路にドリル刃の先端を位置付けたとき、その先端部分で上記レーザ光(単色平行光)が回折して縞状の回折パターンを形成すること、そしてラインセンサの長手方向を横切るようにドリル刃をその軸方向に変位させた場合、上記縞状の回折パターンに起因してその先端部での受光量が僅かではあるが増えることに着目している。 In the present invention, when the tip of the drill blade is positioned in the optical path of monochromatic parallel light such as laser light, the laser beam (monochromatic parallel light) is diffracted at the tip portion to form a striped diffraction pattern; When the drill blade is displaced in the axial direction so as to cross the longitudinal direction of the line sensor, attention is paid to the fact that the amount of light received at the tip portion is slightly increased due to the striped diffraction pattern. Yes.
上述した目的を達成するべく本発明に係るドリル刃の先端検出方法は、複数の受光セルを一方向に所定のピッチで配列したラインセンサと、このラインセンサの上記複数の受光セルに向けて単色平行光を投光する光源とを具備し、軸方向を前記受光セルの配列方向と略直角にしてその軸方向から上記単色平行光の光路に侵入するドリル刃の先端を前記ラインセンサの出力から求めるに際し、
前記ドリル刃をその軸方向に進退させ、前記ドリル刃の軸心位置での前記ラインセンサの出力がピークとなったときの前記ドリル刃の進退位置を該ドリル刃の先端が前記光路に位置付けられた状態として検出することを特徴としている。
In order to achieve the above-described object, a tip detection method for a drill blade according to the present invention includes a line sensor in which a plurality of light receiving cells are arranged at a predetermined pitch in one direction, and a single color toward the plurality of light receiving cells of the line sensor. A light source that projects parallel light, and the tip of a drill blade that enters the optical path of the monochromatic parallel light from the axial direction with the axial direction being substantially perpendicular to the arrangement direction of the light receiving cells from the output of the line sensor When asking
Wherein the drill bit is moved in the axial direction thereof, the tip of the drill bit forward and backward position of the drill bit when the output of the line sensor peaked at a central axial position of the drill bit is positioned in the optical path It is characterized in that it is detected as a state.
好ましくは前記ラインセンサの出力のピーク検出については、前記単色平行光の光路に前記ドリル刃を位置付けたときの前記ラインセンサの出力を解析して前記ドリル刃の軸心を求めた後、その軸心位置の受光セルの出力を監視して行うようにすれば良い。また前記ラインセンサの出力がピークとなる位置を、前記ドリル刃をその先端から前記光路に侵入させるとき、および前記ドリル刃を後退させて前記光路から離脱させるときにそれぞれ求め、これらのピーク位置の平均としてドリル刃の先端を求めるようにすれば良い。 Preferably, for the peak detection of the output of the line sensor, the axis of the drill blade is obtained by analyzing the output of the line sensor when the drill blade is positioned in the optical path of the monochromatic parallel light, The output of the light receiving cell at the center position may be monitored. The output becomes the peak position of the line sensor, when to penetrate the drill bit to the optical path from the tip, and the retracting the drill bit to seek respectively when disengaging from the optical path, these peak positions What is necessary is just to obtain | require the tip of a drill blade as an average.
本発明によればドリル刃の軸方向に対して直角に設けたラインセンサを用いて、その出力から上記ドリル刃の先端を検出することができるので、ドリル径等を計測する為のラインセンサと別に先端位置検出用のラインセンサを設ける必要がなく、計測装置の構成の大幅な簡素化を図ることができる。しかも1つのラインセンサを有効に活用してドリル刃の径等を計測したり、更にはその先端を検出した時点でのドリル刃の進退位置からその先端位置を特定することができるので、その検出情報を、例えばドリル刃を用いた穿孔加工の制御に有効に活用することができる。 According to the present invention, since the tip of the drill blade can be detected from the output using a line sensor provided at right angles to the axial direction of the drill blade , a line sensor for measuring the drill diameter and the like There is no need to provide a line sensor for detecting the tip position separately, and the configuration of the measuring device can be greatly simplified. In addition, the diameter of the drill blade can be measured by effectively utilizing one line sensor, and further, the position of the tip can be specified from the advance / retreat position of the drill blade when the tip is detected. The information can be effectively used for controlling drilling using, for example, a drill blade.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るドリル刃の先端検出方法について、微小径のドリル刃の先端検出を例に説明する。
図1はこの先端検出に用いられる計測装置の要部概略構成を示している。この計測装置は、ドリル刃の径を測定すると共に、ドリル刃の高速回転時における芯ぶれの有無を検出する機能を備えたもので、概略的には一方向に所定のピッチwで配列した複数の受光セルを備えたラインセンサ(受光部)1と、このラインセンサ1の受光面に対峙して設けられて該ラインセンサ1の複数の受光セルに向けて所定の光線束幅の単色平行光4を投光する投光部2とを備える。またマイクロコンピュータ等により実現される装置本体3は、前記ラインセンサ1の出力(各受光セルの受光量)を解析することで前記単色平行光4の光路に位置付けられた、遮蔽物(棒状体)7の前記受光セルの配設方向におけるエッジ位置を高精度に検出する役割を担う。
Hereinafter, a tip detection method for a drill blade according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, taking tip detection of a small-diameter drill blade as an example.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a main part of a measuring device used for tip detection. This measuring device has a function of measuring the diameter of a drill blade and detecting the presence or absence of runout during high-speed rotation of the drill blade, and is generally a plurality of arrays arranged at a predetermined pitch w in one direction. A line sensor (light receiving unit) 1 having a plurality of light receiving cells, and monochromatic parallel light having a predetermined light flux width toward a plurality of light receiving cells of the
尚、投光部2は、例えば図2にその概略構成を示すようにレーザダイオード(LD)からなる光源2aが発した単色光(レーザ光)を反射するミラー(例えばアルミ蒸着により鏡面処理を施したプリズム)2bと、このミラー2bを介して導かれた単色光の光線束形状をスリット状に規定するアパーチャマスク(投光窓)2cと、このアパーチャマスク2cを介した光を平行光線束に変換して投射する投射レンズ(コリメータレンズ)2dとを備える。この投射レンズ2dと前記受光部1との間に検出対象物である遮蔽物7が位置付けられ、アパーチャマスク2cのスリットの長手方向に変位する上記遮蔽物7のエッジ位置が前記受光部1を介して検出される。
The
具体的にはアパーチャマスク2cは、その開口形状を矩形状のスリットとしたもので、前記光源2aは上記スリットに向けて所定の拡がり角で単色光を射出するように設けられる。特に光源2aとしてLDを用いた場合、このLDから楕円状の強度分布をもって射出するレーザ光は、アパーチャマスク2cに対して図中破線で示すように投射される。この際、上記レーザ光の長軸が、前記アパーチャマスク2cのスリットの長手方向となるように該LDとアパーチャマスク2cとを光学的に配置することが、投光部2を小型化する上で好ましい。尚、ミラー(プリズム)2dは、LDから発せられたレーザ光を略直角に反射させる光路を形成することで、LDとアパーチャマスク2c、ひいては投射レンズ2dとの光学的距離を維持しながら、投光部2の全体形状をコンパクト化する役割を担っている。尚、このような投光部2は、例えば前述したラインセンサ1と共に所定の隙間Lを形成したコの字状の筐体5に上記隙間を挟んで互いに対峙させて一体に組み込まれて、1つのセンシングユニットとして形成される。
Specifically, the
このように構成された投光部2により、図3および図4にその光学系をそれぞれ模式的に示すように、上記アパーチャマスク2cおよび投射レンズ2dを通して平行光に変換されたスリット状の断面形状を有する平行光線束(単色平行光)4がラインセンサ(受光部)1に向けて投射される。この平行光線束の断面形状の大きさは、例えば長辺9mm×短辺3mmであり、これに対して上記平行光線束を受光するラインセンサ1の受光面の大きさは、例えば長辺8.7mm×短辺0.08mmである。即ち、それぞれの長辺の寸法はほぼ等しく設けられている。
As shown schematically in FIG. 3 and FIG. 4 by the
ちなみに平行光線束の断面形状における短辺の寸法(3mm)をラインセンサ1の受光面の短辺寸法(0.08mm)よりもかなり大きく設定しているのは、投光器と受光器との平行度の調整を容易化すると共に、投光器または受光器が傾いた場合においても、図4に示すようにアパーチャマスク2cのスリットの長辺側エッジ2hによるフレネル回折の影響を避ける為である。但し、このスリット状の平行光線束(単色平行光)4には、前述したアパーチャマスク2cを用いて光線束形状を整形した際、図3に示すようにアパーチャマスク2cのスリットの短辺側エッジ2eにおけるフレネル回折の影響により生じた非平行光線成分が含まれることが否めない。しかしこの非平行光線成分の影響については、後述するようにラインセンサ1の出力を正規化して補正するようにすれば良い。
Incidentally, the dimension of the short side (3 mm) in the cross-sectional shape of the parallel light beam is set to be considerably larger than the short side dimension (0.08 mm) of the light receiving surface of the
さて前記装置本体3は、前記ラインセンサ1の出力(各受光セルの受光量)を取り込んで該ラインセンサ1の受光面上における光強度分布を求める入力バッファ3aを備える。特に装置本体3は、その初期設定処理として予め前記投光部2から投光された所定の光線束幅の単色平行光の全てを前記ラインセンサ1にて受光し、このときの光強度分布に基づいて前記投光部2が投光する単色平行光の回折パターンを求めると共に、後述するようにこの回折パターンの逆数に従って前記各受光セルの受光量に対する正規化パラメータを求める回折パターン検出手段3bを備える。この回折パターンは、上述したアパーチャマスク2cに形成されたスリットの短辺側エッジ2eにおけるフレネル回折の影響により生じた非平行光線成分に起因するものである。
The apparatus body 3 includes an
更に装置本体3は、上記回折パターン検出手段3bにより求められた正規化パラメータに従って前記ラインセンサ1の出力を正規化する正規化手段3cと、この正規化手段3cにて正規化処理した前記ラインセンサ1の出力(正規化出力)に従って前記遮蔽物(検出対象物)7の端部(エッジ)の位置、具体的にはラインセンサ1における受光セルの配列方向の位置を検出するエッジ検出部3bとを備える。またこの計測装置においては上記装置本体3は、更に上記エッジ検出部3dの出力を利用して、ドリル径を測定するドリル径測定部3e、またドリルの芯ぶれを検出する芯ぶれ検出部3f、およびドリル刃の先端位置を検出する先端位置検出部3gを備えて構成される。
Further, the apparatus main body 3 includes a normalizing means 3c for normalizing the output of the
ちなみに上記エッジ検出部3dは、基本的には前記単色平行光の一部が遮蔽物(検出対象物)7にて遮られたとき、その端部(エッジ)においてフレネル回折が生じること、そしてフレネル回折を生じて前記ラインセンサ1の受光面に到達する光の強度が、以下に説明するようにエッジ位置近傍で急峻に立ち上がり、エッジ位置から離れるに従って振動しながら収束する分布特性を持つことに着目して、ラインセンサ1の受光面上での光強度分布に従って前記遮蔽物7の端部(エッジ)の位置を高精度に検出するように構成される。
Incidentally, the
即ち、前記遮蔽物7がラインセンサ1の一端側から前記単色平行光4の光路を遮る板状のものである場合、該遮蔽物7のエッジにおけるフレネル回折による光強度分布は、図6に示すようにエッジ位置近傍で急峻に立ち上がり、エッジ位置から離れるに従って振動しながら収束する。このような光強度分布の特性は、単色平行光の波長をλ[nm]、検査対象物(遮蔽物7)のエッジから受光面までの距離をz[mm]、受光面上でのエッジ位置x[μm]を[0]としたとき、∫を[x=0]から[(2/λz)1/2・x]までの積分を示す演算記号として
光強度 =(1/2){[1/2+S(x)]2+[1/2+C(x)]2}
S(x) =∫sin(π/2)・U2dU
C(x) =∫cos(π/2)・U2dU
として表される。但し、Uは仮の変数である。
That is, when the shielding
S (x) = ∫sin (π / 2) · U 2 dU
C (x) = ∫cos (π / 2) · U 2 dU
Represented as: However, U is a temporary variable.
また上式中の関数S(x),C(x)については、専ら数学公式集に示されるようにフレネル関数を用いて、xが大きいところでは
S(x)’≒(1/2)−(1/πx)cos(πx2/2)
C(x)’≒(1/2)+(1/πx)sin(πx2/2)
としてそれぞれ近似することができる。従って基本的には上記近似式S(x)’,C(x)’を用いることにより、前記ラインセンサ1の各受光セルによる受光強度から前述したエッジ位置を計算することができる。
As for the functions S (x) and C (x) in the above equation, the Fresnel function is used exclusively as shown in the mathematical formulas, and S (x) ′ ≈ (1/2) − where x is large. (1 / πx) cos (πx 2/2)
C (x) '≒ (1/2 ) + (1 / πx) sin (
Can be approximated respectively. Therefore, basically, by using the approximate expressions S (x) ′ and C (x) ′, the edge position described above can be calculated from the received light intensity of each light receiving cell of the
しかしながら実際に計算してみると、図6に示すように関数S(x),C(x)とその近似式S(x)’,C(x)’とは、その立ち上がり以降の収束部分(2山目以降)において非常に良好に近似するものの、最初の立ち上がり部分(1山目)において大きなずれがあることが否めない。特にこの最初の立ち上がり部分の特性はエッジ検出において重要な役割を担うものであり、その特性のずれはエッジ位置の検出精度の低下の要因となる。 However, when actually calculated, as shown in FIG. 6, the functions S (x), C (x) and the approximate expressions S (x) ′, C (x) ′ are converged after the rise ( Although it approximates very well in the second and subsequent peaks, it cannot be denied that there is a large shift in the first rising portion (first mountain). In particular, the characteristic of the first rising portion plays an important role in edge detection, and the deviation of the characteristic causes a decrease in the detection accuracy of the edge position.
そこで本発明者は先に特許文献4にて単色平行光のフレネル回折による受光面上での光強度分布の最初の立ち上がり部分、特にその1山目の分布特性が、a,b,cをそれぞれ係数として
y=a・sech(bx+c)
なるハイパボリックセカンド関数sech(x)に極めて良好に近似することを見出し、このハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いて前記ラインセンサの出力(光強度)を解析し、前記フレネル回折による受光面上での光強度分布において光強度(相対値)が0.25となる位置xoを前記遮蔽物7の前記受光セルの配列方向におけるエッジ位置として検出することを提唱した。
Therefore, the present inventor previously described in Patent Document 4 that the first rising portion of the light intensity distribution on the light receiving surface by Fresnel diffraction of monochromatic parallel light, particularly the distribution characteristics of the first mountain, a, b, c respectively. As coefficient y = a · sech (bx + c)
It is found that the hyperbolic second function sech (x) approximates very well, and the output (light intensity) of the line sensor is analyzed using the hyperbolic second function sech (x) on the light receiving surface by the Fresnel diffraction. It was proposed that the position xo where the light intensity (relative value) is 0.25 in the light intensity distribution is detected as the edge position of the
具体的には、上述したハイパボリックセカンド関数を前述したフレネル回折による光強度分布の式に当て嵌めて該光強度分の最初の立ち上がり部分(1山目)までを近似すると、そのハイパボリックセカンド関数sech(x)は
光強度 =1.37sech{1.98(2/λz)1/2x−2.39}
として示される。この近似式は3桁程度の精度で光強度分布の理論式に一致する。但し、λは光の波長[nm]、zはエッジから受光面までの距離[mm]、xは受光面上でのエッジ位置を[0]とする座標[μm]であり、これらの実用的な単位の下で上記各係数を設定している。
Specifically, when the above-described hyperbolic second function is applied to the above-described formula of the light intensity distribution by Fresnel diffraction and approximated to the first rising portion (first mountain) of the light intensity, the hyperbolic second function sech ( x) is the light intensity = 1.37 sech {1.98 (2 / λz) 1/2 x−2.39}
As shown. This approximate expression agrees with the theoretical expression of the light intensity distribution with an accuracy of about three digits. Where λ is the wavelength of light [nm], z is the distance from the edge to the light receiving surface [mm], and x is the coordinate [μm] where the edge position on the light receiving surface is [0]. The above coefficients are set under various units.
このようなハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いたエッジ位置の検出処理のアルゴリズムについて以下に説明する。ハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いて近似される光強度の逆関数を計算すると、
Y=(y/1.37)
X=1.98(2/λz)1/2x
とおいて、
X=2.39−ln{[1+(1−Y2)1/2]/Y}
として表すことができる。
An algorithm for edge position detection processing using such a hyperbolic second function sech (x) will be described below. When calculating the inverse function of the approximated light intensity using the hyperbolic second function sech (x),
Y = (y / 1.37)
X = 1.98 (2 / λz) 1/2 x
Anyway,
X = 2.39−ln {[1+ (1−Y 2 ) 1/2 ] / Y}
Can be expressed as
そこで前述したエッジ検出部3dにおいては、基本的には、例えば図7に示す手順に従って先ずラインセンサ1における複数(m個)の受光セルから求められる正規化された各受光強度y1,y2,〜ymから、互いに隣接して前述した基準光強度[0.25]よりも大きい受光強度を得た受光セルCnと、上記基準光強度[0.25]よりも小さい受光強度を得た受光セルCn-1とをそれぞれ求めている(ステップS1)。つまり複数の受光セル(C1,C2,〜Cm)間のそれぞれにおいて受光強度が[0.25]となる、互いに隣接する2つの受光セルCn,Cn-1を求める。そしてこれらの各受光セルCn,Cn-1の受光強度yn,yn-1を上述した係数[1.37]で除算してX-Y座標上での光強度Yn,Yn-1に変換する(ステップS2)。
Therefore, in the
しかる後、これらの各受光セルCn,Cn-1の受光強度Yn,Yn-1が得られる該受光セルCn,Cn-1の受光面上での位置Xn,Xn-1を、前述した近似式に従って
Xn=2.39−ln{[1+(1−Yn2)1/2]/Yn}
Xn-1=2.39−ln{[1+(1−Yn-12)1/2]/Yn-1}
としてそれぞれ逆変換によりX軸上の相対位置を計算し(受光位置算出手段;ステップS3)、これらの位置Xn,Xn-1から図8にその概念を示すように受光セルCnの位置と、受光強度が[0.25]となるエッジ位置との差Δxを
Δx=W・[Xn/(Xn−Xn-1)]
なる補間演算により計算する(補間演算手段;ステップS4)。尚、上記差Δxは、受光強度が[0.25]となるエッジ位置xoから受光セルCnの位置までの距離であるので、ラインセンサ1の受光面全体において1番目の受光セルC1から測ったときのエッジの絶対位置xは、nを光量Y2を得た受光セルのセル番号、受光セルの配列ピッチをWとしたとき
x=n・W−Δx
として求めることが可能となる。また上記逆変換において求められる相対位置Xn,Xn-1は、
X=1.98(2/λz)1/2x
として示されるように[1.98(2/λz)1/2]倍された値であるが、上記補間演算で比を求めることにより実質的にこの項は削除される。
Thereafter, the positions Xn and Xn-1 on the light receiving surface of the light receiving cells Cn and Cn-1 from which the light receiving intensities Yn and Yn-1 of the light receiving cells Cn and Cn-1 are obtained are expressed by the above-described approximate expression. Xn = 2.39-ln accordance {[1+ (1-Yn 2 ) 1/2] / Yn}
Xn-1 = 2.39-ln {[1+ (1-Yn-1 2 ) 1/2 ] / Yn-1}
As shown in FIG. 8, the relative position on the X-axis is calculated by inverse transformation (light receiving position calculating means; step S3), and the position of the light receiving cell Cn and the light receiving position are shown in FIG. The difference Δx from the edge position where the intensity is [0.25] is expressed as Δx = W · [Xn / (Xn−Xn−1)]
(Interpolation calculation means; step S4). The difference Δx is the distance from the edge position xo where the light receiving intensity is [0.25] to the position of the light receiving cell Cn, and is thus measured from the first light receiving cell C1 on the entire light receiving surface of the
Can be obtained as The relative positions Xn and Xn-1 obtained in the inverse transformation are
X = 1.98 (2 / λz) 1/2 x
As shown below, the value is multiplied by [1.98 (2 / λz) 1/2 ], but this term is substantially eliminated by obtaining the ratio by the above-described interpolation calculation.
この補間演算については前述した近似式を用いて実行しても良いが、上述した2つの受光セルCn,Cn-1間での光強度の変化が直線的であると見なし得る場合には、単純な直線補間であっても良い。またここでは隣接する受光セル間で光強度が[0.25]となる位置を見出し、その位置をセル境界とする2つの受光セルCn,Cn-1を特定したが、単に上記位置を挟む2つ以上の受光セルを特定しても良い。但し、この場合には必ず前述した近似式を用いて補間演算を行うことで、その演算精度の低下を防止するようにすれば良い。また上述した逆変換については、例えば予めその計算値を記憶したテーブルを用いることで、その演算処理負担を大幅に軽減して瞬時に実行することが可能である。 This interpolation calculation may be executed using the above-described approximate expression. However, if the change in light intensity between the two light receiving cells Cn and Cn-1 can be regarded as linear, it is simple. Simple linear interpolation may be used. Here, a position where the light intensity is [0.25] is found between adjacent light receiving cells, and the two light receiving cells Cn and Cn-1 having the position as the cell boundary are specified. Two or more light receiving cells may be specified. However, in this case, it is only necessary to prevent the calculation accuracy from being lowered by performing the interpolation calculation using the approximate expression described above. Further, the inverse transformation described above can be executed instantaneously, for example, by using a table in which the calculated values are stored in advance, thereby greatly reducing the calculation processing load.
尚、前記受光セルCn,Cn-1の受光面上での相対位置Xn,Xn-1と、受光強度が[0.25]となる位置(エッジ位置)xoと受光セルCnの位置との差Δx、また受光セルCnでの受光強度、および前記単色平行光の波長λとに着目すれば、前記ハイパボリックセカンド関数sech(x)から遮蔽物7のエッジとラインセンサ1の受光面との距離、即ち、光路方向の距離zを求めることも可能である(ステップS5)。具体的にこの距離計算は、基本的には前述した1山目のフレネル回折を近似した前述した式
光強度A(x)=1.37・sech{1.98(2/λz)1/2x−2.39}
から距離zについて解き、
z=(2/λ){1.98・x/[arcsech(A(x)/1.37)+2.39]}2
として遮蔽物7のエッジとラインセンサ1の受光面との距離zを計算することによって行うことができる。
The difference between the relative positions Xn, Xn-1 on the light receiving surface of the light receiving cells Cn, Cn-1 and the position (edge position) xo where the light receiving intensity is [0.25] and the position of the light receiving cell Cn. Paying attention to Δx, the light receiving intensity at the light receiving cell Cn, and the wavelength λ of the monochromatic parallel light, the distance between the edge of the
Solve for the distance z from
z = (2 / λ) {1.98 · x / [arcsech (A (x) /1.37) +2.39]} 2
As described above, the distance z between the edge of the
この場合、前述した受光セルの配列方向のエッジ位置を求める際に、光強度が[0.25]よりも大きい強度が得られた受光セルCnの位置を利用して、この位置とエッジ位置との差Δxから、
z=(2/λ){1.98・Δx/[arcsech(yn/1.37)+2.39]}2
として計算すれば、遮蔽物7のエッジとラインセンサ1の受光面との距離zを簡単に求めることができる。特に上式中の分母の項は、前述した
Xn=2.39−ln{[1+(1−Yn2)1/2]/Yn}
に相当するので、上述した演算を
z=(2/λ){1.98・Δx/Xn}2
として更に簡単に計算することが可能となる。
In this case, when the edge position in the arrangement direction of the light receiving cells described above is obtained, the position of the light receiving cell Cn where the light intensity is higher than [0.25] is used, and this position and the edge position are determined. From the difference Δx,
z = (2 / λ) {1.98 · Δx / [arcsech (yn / 1.37) +2.39]} 2
As a result, the distance z between the edge of the
Therefore, the above calculation is performed by z = (2 / λ) {1.98 · Δx / Xn} 2
As a result, it becomes possible to calculate more simply.
ところで遮蔽物7が前述したように微小径の棒状体、例えばドリル刃である場合、ドリル刃の両側部において単色平行光4のフレネル回折が生じるので、ラインセンサ1の受光面におけるフレネル回折パターンは、例えば図9(a)に示すようにドリル刃の中心位置の両側においてそれぞれ振動しながら収束するような対称性を有するパターンとなり、またラインセンサ1の各受光セルでの受光強度は図9(b)に示すようになる。しかもドリル径が200μm以下である場合、その受光強度が[0.25]まで低下しなくなることがある。これ故、前述したようにしてフレネル回折の近似式を用いて光量が[0.25]となる位置を正確に求めることができなくなる。
By the way, when the shielding
しかしながら図9(a)に示す回折パターンは、図9(c)に示すように近似的には遮蔽物(ドリル刃)7の両側においてそれぞれ生じたフレネル回折が合成したものであると看做すことができる。従って、例えば半径rの遮蔽物(ドリル刃)7を通過した光の強度A(x)は、その左側の回折パターンの光強度A(x)Lと、右側の回折パターンの光強度A(x)Rとを合成した
A(x)=A(x)L+A(x)R
=1.37sech{−1.98(2/λz)1/2(x+r)−2.39}
+1.37sech{1.98(2/λz)1/2(x−r)−2.39}
として捉えることができる。しかしドリル径が細くなると、左側および右側の回折パターンの光強度A(x)L,A(x)Rにおける[0.25]付近での重なりが大きく影響し、ラインセンサ1の受光面上での光強度が[0.25]を大きく上回るようになるので、前述したように光量が[0.25]となる位置をそのエッジ位置として直接検出することはできなくなる。
However, the diffraction pattern shown in FIG. 9A is considered to be a combination of Fresnel diffractions generated on both sides of the shield (drilling blade) 7 approximately as shown in FIG. 9C. be able to. Therefore, for example, the light intensity A (x) that has passed through the shield (drilling blade) 7 having the radius r is the light intensity A (x) L of the left diffraction pattern and the light intensity A (x) of the right diffraction pattern. ) R and A (x) = A (x) L + A (x) R
= 1.37 sech {-1.98 (2 / λz) 1/2 (x + r) -2.39}
+1.37 sech {1.98 (2 / λz) 1/2 (x−r) −2.39}
Can be understood as However, as the drill diameter becomes smaller, the overlap in the vicinity of [0.25] in the light intensities A (x) L and A (x) R of the left and right diffraction patterns greatly affects the light receiving surface of the
そこで本発明に係る計測装置においては、上述した左側および右側の回折パターンの光強度A(x)L,A(x)Rにおいて、その最初の立ち上がり部分における他方の回折パターンの影響を殆ど受けることのない部位、具体的には光強度(光量)が[0.5〜0.9]となる部位に着目し、例えば図10にその処理手順を示すように光強度(光量)が[0.75]となる概略的なエッジ位置XR,XLをそれぞれ求めるようにしている(ステップS11,12)。そしてこれらの左右の概略的なエッジ位置XR,XLから回折パターンA(x)においてその光量が[0.75]となる遮光幅2aを求め(ステップS13)、この遮光幅2aに従って前述したドリル刃の半径rを逆算することでそのドリル径(直径)2rを求めるものとなっている(ステップS14)。
Therefore, in the measurement apparatus according to the present invention, the light intensity A (x) L, A (x) R of the left and right diffraction patterns described above is almost affected by the other diffraction pattern at the first rising portion. Particular attention is paid to a region where the light intensity (light quantity) is [0.5 to 0.9]. For example, as shown in FIG. 75], the rough edge positions X R and X L are obtained (steps S11 and S12). Then, a
具体的には右側の回折パターンA(x)Rから、光量が[0.75]となるエッジ位置XRを次のようにして求める。即ち、光強度y
y=1.37sech{1.98(2/λz)1/2X−1.21}
において、
Y=y/1.37
と置くと、
sech-1(Y)=±ln[{1+(1−Y2)1/2}/Y]
=X’−1.21
但し、0<y≦1.37 ,0<Y≦1.0,X’=1.98(2/λz)1/2X
となる。
Specifically, the edge position X R where the light intensity is [0.75] is obtained from the right diffraction pattern A (x) R as follows. That is, the light intensity y
y = 1.37 sech {1.98 (2 / λz) 1/2 X−1.21}
In
Y = y / 1.37
And put
sech −1 (Y) = ± ln [{1+ (1−Y 2 ) 1/2 } / Y]
= X'-1.21
However, 0 <y ≦ 1.37, 0 <Y ≦ 1.0, X ′ = 1.98 (2 / λz) 1/2 X
It becomes.
そこで今、102セルからなるラインセンサ1の各受光セルでの計測値(正規化したデータy0,y1,y2,…y101)で、[n−1]番目のセルとn番目のセルとの間に光強度が[0.75]となる位置が存在する。上記[n−1]番目およぴn番目のセルでの光強度がyn-1,ynであったとすると、
Yn-1=yn-1/1.37 ,Yn=yn/1.37
として、前述した図8に示した場合と同様に光強度が[0.75]となる位置を
X’n-1=1.21−ln[{1+(1−Yn-12)1/2}/Yn-1]
X’n=1.21−ln[{1+(1−Yn2)1/2}/Yn]
としてそれぞれ写像することができる。この結果、これらの写像位置からそのエッジ位置XRを
XR[μm]=w{n−X’n/(X’n−X’n-1)}
として補間処理により簡単に、しかも正確に求めることができる。但し、wはセルの幅である。尚、前述したようにX’n,X’n-1は、本来のセルの位置ではなく、1.98(2/λz)1/2倍された値であるが、前述したように比を求めることで実質的にはこの項が消去されるので、距離zが不明であっても正確に補間処理を行い得る。
Therefore, the measured value (normalized data y0, y1, y2,..., Y101) in each light receiving cell of the
Yn-1 = yn-1 / 1.37, Yn = yn / 1.37
As in the case shown in FIG. 8, the position where the light intensity is [0.75] is defined as X′n−1 = 1.21−ln [{1+ (1−Yn−1 2 ) 1/2 } / Yn-1]
X′n = 1.21−ln [{1+ (1−Yn 2 ) 1/2 } / Yn]
Can be mapped respectively. As a result, the edge position X R is changed from these mapping positions to X R [μm] = w {n−X′n / (X′n−X′n−1)}.
Can be obtained easily and accurately by interpolation processing. Where w is the width of the cell. As described above, X′n and X′n−1 are not the original cell positions but are values multiplied by 1.98 (2 / λz) 1/2 , Since this term is substantially eliminated by obtaining, the interpolation process can be performed accurately even if the distance z is unknown.
また同様にして左側の回折パターンA(x)Lから、光量が[0.75]となるエッジ位置XLを求める。そしてこれらの各回折パターンA(x)R,A(x)Lからそれぞれ求めたエッジ位置XR,XLに従って、光量[0.75]となる位置での遮光幅2aを
2a=XR−XL
として求める。
Similarly, an edge position X L at which the light amount is [0.75] is obtained from the left diffraction pattern A (x) L. Then, according to the edge positions X R and X L obtained from these diffraction patterns A (x) R and A (x) L, the
Asking.
次いで前述した右側および左側の回折パターンの光強度A(x)R,A(x)Lを合成した回折パターンを表す式に上記光量[0.75]と遮光幅2aの半分の値aとを代入し、ドリル刃の半径rを逆算して求める。このrの逆算については、例えばニュートン法を利用して数値計算するようにすれば良い。
具体的には
f(r)=1.37sech{−1.98(2/λz)1/2(a+r)−2.39}
+1.37sech{1.98(2/λz)1/2(a−r)−2.39}−0.75
とすれば、その微分は
f'(r)=−2.71(2/λz)1/2
×sech{−1.98(2/λz)1/2(a+r)−2.39}
×tanh{−1.98(2/λz)1/2(a+r)−2.39}
−2.71(2/λz)1/2
×sech{1.98(2/λz)1/2(a−r)−2.39}
×tanh{1.98(2/λz)1/2(a−r)−2.39}
となる。
Next, the above light quantity [0.75] and half the value a of the light-
Specifically, f (r) = 1.37 sech {-1.98 (2 / λz) 1/2 (a + r) -2.39}
+1.37 sech {1.98 (2 / λz) 1/2 (ar) -2.39} −0.75
Then, the derivative is f ′ (r) = − 2.71 (2 / λz) 1/2
Xsech {-1.98 (2 / λz) 1/2 (a + r) -2.39}
Xtanh {-1.98 (2 / λz) 1/2 (a + r) -2.39}
-2.71 (2 / λz) 1/2
× sech {1.98 (2 / λz) 1/2 (ar) -2.39}
X tanh {1.98 (2 / λz) 1/2 (ar) -2.39}
It becomes.
そこでrの初期値r0を
r0={2a−0.845(λz)1/2}/2
とし、
rn=rn-1−f(rn-1)/f'(rn-1)
n=1,2,3,…
として[rn−rn-1]の絶対値が、例えば0.01以下となるまで繰り返し計算すれば、その収束したrをドリルの半径として求めることが可能となる。従ってドリル径については、上記半径rの2倍として、具体的には2rnとして求めることが可能となる。
Therefore, the initial value r0 of r is set to r0 = {2a−0.845 (λz) 1/2 } / 2
age,
r n = r n−1 −f (r n−1 ) / f ′ (r n−1 )
n = 1,2,3, ...
If it is repeatedly calculated until the absolute value of [r n −r n−1 ] is, for example, 0.01 or less, the converged r can be obtained as the radius of the drill. For drill diameter is therefore a 2 times the radius r, in particular it is possible to obtain a 2r n.
尚、このようにして計算されるドリル径(半径r)については、ドリル刃とラインセンサ1との距離zが予め分かっている場合には、例えば図11に示すように遮光幅2aと直径2rとの関係として予めテーブル化して記憶しておくようにすれば良い。このようなテーブル3hを用いれば、その都度、上述したニュートン法を用いた逆算処理が不要となるので、ドリル径の計測を簡単に行うことが可能となる。
As for the drill diameter (radius r) calculated in this way, when the distance z between the drill blade and the
ところでドリル刃(遮蔽物)7を回転させた場合、その周面に螺旋状に刃が刻まれているのでラインセンサ1の受光面に投影される上述した光像(像パターン)はドリル刃7の回転に伴って左右にぶれを生じる。しかしドリル刃(遮蔽物)7がその軸心を中心として低速回転している場合には、そのぶれ自体がその回転角に応じて周期的に生じるので、例えば前述したドリル径の計測時に求められる受光量が[0.75]となる位置での遮光幅2a(=XR−XL)を求める際、同時のその中心位置cを
c=(XR+XL)/2
として求めておけば、この中心位置cの変化幅を監視することでドリル刃7の芯ぶれを監視することができる。そして中心位置cの変化幅が所定の閾値を越えるような場合、芯ぶれ有りと判断することができる。
By the way, when the drill blade (shielding object) 7 is rotated, the above-mentioned optical image (image pattern) projected on the light receiving surface of the
If this is obtained, the runout of the
しかしながらドリル刃7が高速回転している場合には、その周面に螺旋状に刻まれた刃による凹凸パターンが高速度に互いに重なり合うので、ラインセンサ1の受光面に投影される上述した光像(像パターン)が全体的にぼけた状態(いわゆるピンぼけ状態)となることが否めない。従って前述した受光量が[0.75]となる位置での遮光幅2a(=XR−XL)を求めること自体が困難となる。
However, when the
そこで高速回転されるドリル刃7の芯ぶれを検出するには、例えばドリル刃7が装着されるスピンドル(ドリルのチャック)に上記ドリル刃7に代えて丸棒体(遮蔽物)を装着し、この丸棒体の芯ぶれを検出するようにすれば良い。ドリル刃7と略同径の丸棒体を用いれば、図9を参照して説明したようにその両側部でそれぞれ回折した左右の回折パターンが合成された光像(像パターン)が得られる。しかし丸棒体(遮蔽物)7が芯ぶれを生じながら高速に回転していると、丸棒体(遮蔽物)7の位置がラインセンサ1の受光セルの配列方向にぶれるので、丸棒体7の影自体が高速に変位し、丸棒体7により遮られなかった光がそれぞれの芯ぶれ位置で、例えば図13(a)に示すように互いに重なり合う。この為、ラインセンサ1にて検出される像パターンは、例えば図13(b)に示すように、いわゆるピンぼけした像のように全体的にぼんやりとした不明瞭なものとなる。具体的には左側にずれたときの回折パターンと右側にずれたときの回折パターンとが合成された、いわゆるピンぼけ状態の光像(像パターン)となる。即ち、芯ぶれが生じるとそのエッジ自体がぼけた状態となり、本来、丸棒体7によって光が遮られて影となる部分の光量が増え、またその周辺部での光量が減少する。従ってこの状態において前述したようにして丸棒体7の径を測定すると、本来のエッジ境界部分での光量が増えた分だけ、丸棒体7の径が小さく求められる。
Therefore, in order to detect the runout of the
一方、丸棒体(遮蔽物)7がその軸心を中心として高速に回転している場合(芯ぶれがない状態)、或いは丸棒体7の回転を停止させた状態においては、その光像(像パターン)に上述した芯ぶれの影響が生じないので、前述した手法により丸棒体7の径を精度良く計測することができる。また平行光4の光路に丸棒体7を位置付けたときと、丸棒体7を外したときの前記ラインセンサ1による全受光量を比較すれば、丸棒体7によって光が遮られた分だけラインセンサ1での受光量が低下するので、高い計測精度は望めないまでも、その受光量比から比較的簡単に丸棒体7の径を求めることができる。またこの受光量比は、単位時間・単位面積当たりに照射される光量が一定であるので丸棒体7に芯ぶれが生じているか否かに拘わらず一定である。従ってこのようにして受光量比から、或いは芯ぶれのない初期状態において求められる丸棒体7の径と、前述した如く丸棒体7を高速に回転させている状態において求められる丸棒体7の径とを比較すれば、これによって丸棒体7が芯ぶれを生じているか否かを検出することが可能となる。
On the other hand, in the case where the round bar body (shielding object) 7 is rotating at high speed around its axis (in a state where there is no center deflection), or in the state where the rotation of the
そこで前述した芯ぶれ検出部3fにおいては、先ず単色平行光4の光路中に丸棒体7を入れない状態でラインセンサ1による全受光パターンAiを求め、各受光セルでの受光量の合計値S(=ΣAi)を求めている。そして各受光セルでの受光量がそれぞれ[1]となるように、その正規化パラメータNi(=1/Ai)を求めている。
しかる後、ラインセンサ1から距離zとなる位置に丸棒体7を位置付け、そのときの受光パターンYiを求め、この受光パターンYiを上述した正規化パラメータNiを用いて[yi=Yi×Ni]としてそれぞれ正規化する。そして丸棒体7を入れたときの受光量の合計値S1(=Σyi)を求め、丸棒体7を入れたときと、入れないときとの光量比から丸棒体7の半径ROPTを
ROPT=8670(S1/2S)
として算出している。但し、上記係数[8670]は、幅wが85μmの受光セルを102個配列したラインセンサの全体の長さを示している。
Therefore, in the above-described center
Thereafter, the
It is calculated as The coefficient [8670] indicates the overall length of the line sensor in which 102 light receiving cells having a width w of 85 μm are arranged.
次いで上記ラインセンサ1での受光パターンの前述した右側の回折パターンに着目し、前述したように受光量が[0.75]となる位置を挟む2つの点yn-1,ynを探し、前述した逆フレネル関数を用いて上記yn-1,ynをX軸に逆写像して位置Xn-1,Xnを求める。そして逆写像した上記位置Xn-1,Xnから補間処理により、その右側エッジ位置XRを
XR=85[n−Xn/(Xn−Xn-1)]
として算出している。同様にして前記受光パターンの左側の回折パターンに着目し、左側エッジ位置XLを求めた後、上記右側エッジ位置XRと左側エッジ位置XLとの差を受光量が[0.75]となる位置での遮光幅2aとして求め、前述した逆算により上記遮光幅2aから丸棒体7の径(半径)RCCDを求めている。
Next, paying attention to the diffraction pattern on the right side of the light receiving pattern in the
It is calculated as Similarly focusing on the diffraction pattern of the left of the light receiving pattern, after obtaining the left edge position X L, the amount of receiving the difference between the right edge position X R and the left edge position X L is a [0.75] The diameter (radius) R CCD of the
そして前述した如く光量方式で求めた丸棒体7の径ROPTとラインセンサ1の出力を解析して求めた上記丸棒体7の径(直径)2RCCDとの差を求め、その差が所定の閾値RMAXよりも小さいか否かを判定して芯ぶれの有無を判定している。具体的には上記差(ROPT−2RCCD)が所定の閾値RMAXよりも小さい場合にはこれを芯ぶれなしと判定し、上記差(ROPT−2RCCD)が所定の閾値RMAXを越える場合には芯ぶれ有りと判定している。
Then, as described above, the difference between the diameter R OPT of the round bar 7 obtained by the light quantity method and the diameter (diameter) 2R CCD of the
さて上述したドリル径の計測機能と芯ぶれ検出機能とを備えて構成される計測装置において、この発明が特徴とするところは、ラインセンサ1の長手方向と直角に前記ドリル刃7を進退させたとき、該ドリル刃7の先端が前記単色平行光4の光路に位置付けられたとき、その先端部での単色平行光4のフレネル回折によって前記ラインセンサ1の出力が変化することに着目し、ラインセンサ1の出力を監視することでドリル刃7の先端を検出する点にある。そしてドリル刃7の先端を検出した時点における該ドリル刃7の進退位置からその先端位置を検出し、その検出情報を、該ドリル刃7を用いた穿孔の深さの制御に用いることを特徴としている。
Now, in the measuring apparatus configured with the above-described drill diameter measuring function and run-out detection function, the present invention is characterized in that the
即ち、光源として拡散光を用いた場合、ドリル刃7の先端部周囲での透過光は図14に例示するようにほぼ一様の光量となり、ドリル刃7のエッジ部分は緩やかに光量が変化する不鮮明なものとなる。これに対して単色平行光(レーザ光)を光源として用いた場合には、図15に例示するようにドリル刃7のエッジ部分で生じたフレネル回折によってドリル刃7の先端部周囲に縞状の回折パターン(回折模様)が生じ、ドリル刃7の先端部内側まで光が回り込む。本発明における先端検出は、このようなドリル刃7の先端部におけるフレネル回折による光強度の変化を捉えることで、以下に示すようにしてドリル刃7の先端を検出している。
That is, when diffused light is used as the light source, the transmitted light around the tip of the
前述したドリル径等の測定に供するべく、ラインセンサ1の受光セルの配列方向(長手方向)に対してドリル刃7をその軸方向を直角に位置付け、このドリル刃7を軸方向に進退させて該ドリル刃を単色平行光4の光路にその先端部から侵入させるものとすると、そのときのラインセンサ1の出力は、例えば図16〜図19に示すように変化する。尚、図16は直径1mmのドリル刃7の先端部が上記光路に侵入し始め、ラインセンサ1の正規化された出力が若干乱れ始めた様子を示している。また図17は上記ドリル刃7を更に50μmだけ上記光路に侵入させた状態のラインセンサ1の正規化された出力を示しており、図18は前記ドリル刃7を上記光路に更に50μm(計100μm)侵入させた状態でのラインセンサ1の正規化された出力を、更に図19は前記ドリル刃7を上記光路に更に50μm(計150μm)侵入させた状態でのラインセンサ1の正規化された出力をそれぞれ示している。
In order to provide the above-described measurement of the drill diameter or the like, the
そこで本発明においては、例えば図20に示す手順に従ってドリル刃(棒状体)7の先端を検出している。具体的には単色平行光4の光路にドリル刃(棒状体)7の軸部を位置付けて該ドリル刃7の影が生じる受光セルの領域を求める(ステップS41)。この際、前述した遮光幅2aを求めると同時に、ドリル刃7の軸心位置cを
c=(XR+XL)/2
として求め、その軸心位置cに該当する受光セルを特定することが望ましい。その後、ドリル刃(棒状体)7を徐々に上昇させながら上記影を生じた受光セルでの受光量(ドリル刃7の軸心に相当する位置での受光量)を求めて、その受光量を一時記憶する(ステップS42)。次いでドリル刃7を更に微小量だけ上昇させ、そのときの上記受光セルでの受光量が増大するか否かを判定する(ステップS43)。そして受光量が増大している場合には、そのときの受光量と共にドリル刃7の上昇位置を記憶し(ステップS44)、ステップS42の処理に戻ってドリル刃7を更に微小量だけ上昇させる。
Therefore, in the present invention, for example, the tip of the drill blade (rod-like body) 7 is detected according to the procedure shown in FIG. Specifically, the shaft portion of the drill blade (rod-like body) 7 is positioned in the optical path of the monochromatic parallel light 4, and the region of the light receiving cell where the shadow of the
It is desirable to identify the light receiving cell corresponding to the axial position c. After that, the amount of light received at the light receiving cell where the shadow is generated (the amount of light received at the position corresponding to the axis of the drill blade 7) is calculated while gradually raising the drill blade (rod-like body) 7, and the amount of received light is calculated. Temporarily store (step S42). Next, the
前記受光セルでの受光量が、記憶した受光量よりも低下するまで上述した処理を繰り返し実行し、前記受光セルでの受光量が低下したとき、ドリル刃7を徐々に上昇させながら更新していた前記受光セルでの受光量が最初のピーク(1山目のピーク)を示していると判定し(ステップS46)、前述した如く記憶したドリル刃7の上昇位置を該ドリル刃7の先端として検出する(ステップS47)。即ち、図17に示したようにドリル刃7の先端が単色平行光4の光路に入り込んだ状態であり、これによってフレネル回折が生じて、例えば短手方向の幅が85μmしかないラインセンサ1の出力(受光セルの出力)が増大した状態を、ドリル刃7の先端がラインセンサ1の短手方向の受光幅の範囲内に位置付けられた状態として検出する。
The above-described processing is repeatedly executed until the amount of light received by the light receiving cell is lower than the stored amount of received light. When the amount of light received by the light receiving cell is reduced, the
かくして上述した如くドリル刃7の先端を検出する先端検出方法によれば、図21に示すようにフレネル回折パターンにおける最初の立ち上がり部分でのピーク位置を検出することになるので、このピーク位置からドリル刃7の先端(エッジ位置)を高精度に検出することが可能となる。特に前述したフレネル回折を近似した近似式を用いることにより、その先端(エッジ位置)を高精度に検出することができる。しかもラインセンサ1の長手方向をドリル刃7の軸方向と平行に揃えることなく、その軸方向に対して直角に配置されたラインセンサ1の出力をそのまま利用してドリル刃7の先端(エッジ位置)を高精度に検出することができる。従って受光セルの配列方向(長手方向)を異ならせた2つのラインセンサを使い分けることなく、ドリル径等の測定に用いられるラインセンサ1をそのまま用いてその先端位置を検出することができ、計測装置の構成の大幅な簡素化を図ることができる。
Thus, according to the tip detection method for detecting the tip of the
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここではドリル刃7の軸部を光路内に位置付けておき、ドリル刃7を上記光路内から徐々に離脱させながら先端検出を行ったが、逆にドリル刃7をその先端側から光路内に侵入させ、ドリル刃7が完全に光路内に位置付けられたときから遡った最初のピーク位置を検出して先端検出を行うようにしても良い。また光路に対してドリル刃7を侵入させたとき、およびドリル刃7を光路から引き抜いたときのそれぞれにおいて先端検出を行い、これらの検出結果を総合判定して、具体的にはその平均値を求めてドリル刃7の先端位置を検出するようにしても良い。
The present invention is not limited to the embodiment described above. Here, the shaft portion of the
またドリル径の計測に際しては、この例では光量が[0.75]となる位置での遮光幅2aを求めたが、他方の回折パターンの影響がない部位においてその遮光幅2aを求めるようにすれば良く、実用的には、例えば光量が[0.5〜0.9]となる範囲の任意の位置にて、その遮光幅2aを求めるようにすれば十分である。またラインセンサ1として前述した仕様以外のものを適宜採用可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
In measuring the drill diameter, in this example, the
1 ラインセンサ
2 投光部(光源)
3 装置本体
3a 回折パターン検出部
3d エッジ検出部
3e ドリル径計測部
3f 芯ぶれ検出部
3g 先端検出部
3h テーブル
7 遮蔽物(ドリル刃)
1
3 apparatus
Claims (3)
軸方向を前記受光セルの配列方向と略直角にしてその軸方向から上記単色平行光の光路に侵入するドリル刃の先端を前記ラインセンサの出力から求めるに際し、
前記ドリル刃をその軸方向に進退させ、該ドリル刃の軸心位置での前記ラインセンサの出力がピークとなったときの前記ドリル刃の進退位置を該ドリル刃の先端が前記光路に位置付けられた状態として検出することを特徴とするドリル刃の先端検出方法。 A line sensor in which a plurality of light receiving cells are arranged at a predetermined pitch in one direction, and a light source that projects monochromatic parallel light toward the plurality of light receiving cells of the line sensor,
When determining the tip of the drill blade that enters the optical path of the monochromatic parallel light from the axial direction with the axial direction being substantially perpendicular to the arrangement direction of the light receiving cells, from the output of the line sensor,
To advance and retract the drill bit in the axial direction, a forward and backward position of the drill bit when the output of the line sensor at a central axial position of the drill bit is peaked tip of the drill bit positioned on the optical path A tip detection method for a drill blade, characterized in that it is detected as a broken state.
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