JP3337996B2 - 深穴加工装置及び深穴測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高精度の深穴加工
を行うための深穴加工装置に関し、さらに、加工された
深穴の形状精度を測定するための深穴測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】穴深さ／穴径の比が大きい穴の加工を深
穴加工と呼称し、この穴深さ／穴径の比が特に大きい深
穴加工においては、ＢＴＡ（Boring and Trepanning As
sociation)方式工具等が使用されている。ＢＴＡ方式工
具を使用した深穴加工方法の一例は以下のようになる。
加工されるべき被加工物を工作機械の主軸台に固定して
回転させ、先端部に工具ヘッドが設けられたボーリング
バーを被加工物に当接させ、工具ヘッドを徐々に押し込
みながら深穴を加工していく。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】深穴加工においては、
加工の対象となる穴が深いため、ボーリングバーを長く
する必要が生じ、ボーリングバーの自重による撓み又は
材料の不均一性に起因する曲がりが生じやすいという問
題がある。この問題を解決するものとして、特許第２５
４３４０９号公報に開示されるように、回転している被
加工物に深穴加工工具を強制的に送り込んで行く過程に
おいて、レーザ光を使用して曲がりを矯正しながら深穴
加工工具を案内する制御方法がある。この方法において
は、深穴加工工具の先端内側に反射体を設け、工具後方
の外部から投光するレーザ光を反射させて光位置検出器
によって工具の位置ずれを検出する。工具に反射体を備
えるので、工具を回転させると、反射体も回転するため
それに合わせて光位置検出装置も回転させなくてはなら
ず、工具自体を回転させる場合には適していない。その
ため、被加工物の外形が非対称であったり、大物である
場合などの被加工物を回転できない場合には高精度の深
穴加工が困難であるという問題がある。

【０００４】さらには、ボーリングバーを使用しなくて
はならないため、ボーリングバーの剛性から加工可能な
深穴の長さに物理的な限界がある。また、加工された深
穴の形状精度を測定するための深穴測定装置は、アーム
の先端に測定器が取付られた形式のものであり、アーム
が長くなるとアームがアームの自重で撓んでしまうの
で、正確な測定ができなくなるという問題を持ってい
る。したがって、アームの剛性が測定可能な深穴の深さ
に制限を与えるという問題が生じ、深穴の直径が数十ｍ
ｍ、深さが数ｍとなると、実際上は精度良く形状精度を
測定できる測定器はない。

【０００５】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、深穴加工工具を回転させる場合に、工具の
回転軸線が誘導軸線から移動してしまっても、それを検
出して工具を誘導軸線に戻し、真直な深穴を加工するこ
とを可能とさせる深穴加工装置を提供することを目的と
する。さらに、本発明は、深穴加工工具を保持するボー
リングバーのような回転軸の長さによる加工深さに物理
的限界のない、高精度の無制限に深い穴の加工を可能と
する深穴加工装置を提供することを目的とする。

【０００６】また、本発明は、測定器を支持するアーム
の剛性による影響を受けずに、加工された深穴の形状精
度を高精度に測定可能とする深穴測定装置、及びアーム
の長さによる物理的制限を受けない無制限に深い穴の形
状精度の測定を可能とする深穴測定装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の深穴加工装置
は、深穴加工工具の姿勢を検出し、その検出結果に応じ
て姿勢を変更し、深穴加工工具を誘導軸線に沿って誘導
するための機構を備え、工具を回転させても誘導精度を
低下させない深穴加工を可能とさせることを特徴とす
る。

【０００８】また、本発明の深穴測定装置は、深穴測定
装置の姿勢を検出し、その検出結果に応じて姿勢を変更
し、深穴測定装置を誘導軸線に沿って誘導するための機
構を備え、深穴の形状精度に関して高精度の測定を可能
とさせることを特徴とする。詳細には、本発明の深穴加
工装置は、中心軸線と、該中心軸線を中心として回転可
能であり、先端部に工具を具備する回転軸とを有する装
置本体と、前記中心軸線に沿って光を射出する発光手段
と、前記発光手段と対向して前記装置本体の外部に設け
られ、前記発光手段から射出された光を受光して前記装
置本体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、前記装置本体
の外周部に配設され、前記装置本体の周囲の壁面との間
で伸縮し、前記装置本体の姿勢を変更する少なくとも３
つの姿勢調節手段と、前記姿勢検出手段によって検出さ
れた前記装置本体の姿勢に応じて、前記姿勢調節手段の
作動を制御する制御手段と、を具備することを特徴とす
る。

【０００９】また、本発明の深穴加工装置は、中心軸線
と、該中心軸線を中心として回転可能であり、先端部に
工具を具備する回転軸とを有する装置本体と、前記回転
軸を回転させる回転駆動手段と、前記中心軸線に沿って
光を射出する発光手段と、前記発光手段と対向して前記
装置本体の外部に設けられ、前記発光手段から射出され
た光を受光して前記装置本体の姿勢を検出する姿勢検出
手段と、前記装置本体の外周部に配設され、前記装置本
体の周囲の壁面との間で伸縮し、前記装置本体の姿勢を
変更する少なくとも３つの姿勢調節手段と、前記姿勢検
出手段によって検出された前記装置本体の姿勢に応じ
て、前記姿勢調節手段の作動を制御する制御手段と、被
加工物と前記装置本体との間で相対送りを与える送り手
段と、を具備することを特徴とする。

【００１０】装置本体の姿勢とは、予め定められた誘導
軸線に対する装置本体の中心軸線の傾き（角度）及び変
位を意味する。発光手段と、姿勢検出手段と、姿勢調節
手段と、制御手段とによって構成される姿勢を検出する
ための機構によって、装置本体の姿勢を検出し、装置本
体の中心軸線が誘導軸線と一致するように深穴加工工具
装置を誘導することによって、被加工物の材料の不均一
性、下穴の形状誤差、加工時の振動、又はボーリングバ
ーの撓みによるアライメント誤差による影響を抑制し、
より精度の高い真直な深穴の加工が可能となる。さら
に、予め深穴加工工具装置の誘導軸線を設定し、深穴加
工工具装置をこの誘導軸線に沿って誘導することによっ
て、従来は不可能であった湾曲した深穴の加工も可能と
なる。

【００１１】好適には、前記発光手段は、前記装置本体
又は前記中心軸線上で前記回転軸の先端部に設けられ
る。発光手段が装置本体に設けられていれば、工具が回
転しても装置本体は回転しないですみ、装置本体の姿勢
を検出する機構は影響を受けず、また、発光手段が回転
軸の先端部に回転軸線となる中心軸線上に設けられてい
れば、発光手段の光軸がぶれることはないので、装置本
体の姿勢を検出する機構は影響を受けない。したがっ
て、装置本体の誘導精度が向上し、高精度の深穴加工が
可能となる。

【００１２】好適には、前記姿勢調節手段は、前記装置
本体の外周部に前記中心軸線に沿って前後に二組設けら
れ、各組は少なくとも３つの姿勢調節手段を含む。この
ように、中心軸線に沿って前後に二組の姿勢調節手段を
備えることによって、装置本体に正確に角度を与え、角
度と独立して変位を調節することが可能となる。

【００１３】一つの実施形態においては、本発明の深穴
加工装置は、前記回転軸は先端部に工具ヘッドを具備
し、該工具ヘッドは前記中心軸線と平行に延びる回転軸
線と、該回転軸線を中心として回転し、先端部に前記工
具を具備する第二回転軸と、前記第二回転軸を回転させ
るための第二回転駆動手段とをさらに具備する。工具と
しては、ミリングカッタや研削工具が使用可能である。

【００１４】回転軸の回転軸線である中心軸線と異なる
回転軸線を有する第二回転軸を備え、回転軸によって回
転される工具ヘッドに保持される自転軸をさらに回転さ
せることで、自転軸に接続される工具の中心は円運動を
行うので、工具には不動点がなくなる。ミリングカッタ
を工具として使用する場合、一つの軸線を中心として回
転する工具はその中心が不動点となるために、中心にお
ける加工能力は極端に低くなる。しかしながら、上記の
ように構成することで、工具の不動点はなくなるので、
加工能力が向上する。したがって、本実施形態の深穴加
工装置を使用すれば、被加工物に下穴が加工されてない
場合にも深穴加工を行うことが可能となる。

【００１５】一方、研削工具を工具として使用する場
合、工具は公転軸による円運動を行いながら被加工物の
穴壁を研削することができるため、穴壁を円周方向に全
体的に研削することが可能となり、より高精度の深穴の
仕上げ加工が可能となる。本発明の深穴加工工具を使用
する深穴加工装置においては、回転駆動手段及び送り手
段が前記装置本体の外部に設けられ、該送り手段が被加
工物を前記中心軸線に沿って送ってもよく、前記回転駆
動手段が前記装置本体に設けられると共に、前記送り手
段が前記装置本体の後部に設けられ、前記送り手段が前
記装置本体を前記中心軸線方向に沿って送ってもよい。
つまり深穴加工ロボットが得られる。

【００１６】装置本体が回転駆動手段及び送り手段を備
えることによって、外部から回転力を加えたり、被加工
物を送る必要がなくなるので、ボーリングバー又はアー
ム等が不用となり、ボーリングバーによる加工深さの物
理的制限がなくなる。すなわち、無限の深さの深穴加工
が可能となる。さらに、ボーリングバーがないため、装
置本体の送り量を検出する送り量検出手段を装置本体の
任意の場所に設け、予め定められた誘導軸線に沿って深
穴加工装置を誘導することによって、より自由に湾曲し
た深穴を加工することが可能となる。また、ボーリング
バー及び送り台が不要であるため、携帯が可能となる。

【００１７】本発明の深穴測定装置は、中心軸線と、該
中心軸線を中心として回転可能な回転軸とを有する装置
本体と、前記回転軸を回転させる回転駆動手段と、前記
回転軸の先端部に設けられ、前記回転軸から被測定物の
穴壁までの半径方向距離を測定する半径方向距離検出手
段と、前記中心軸線に沿って光を射出する発光手段と、
前記発光手段と対向して前記装置本体の外部に設けら
れ、前記発光手段から射出された光を受光して前記装置
本体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、前記装置本体の
外周部に配設され、前記装置本体の周囲の壁面との間で
伸縮し、前記装置本体の姿勢を変更する少なくとも３つ
の姿勢調節手段と、前記姿勢検出手段によって検出され
た前記装置本体の姿勢に応じて、前記姿勢調節手段の作
動を制御する制御手段と、被測定物と前記装置本体との
間で相対送りを与える送り手段と、を具備することを特
徴とする。

【００１８】発光手段と、姿勢検出手段と、姿勢調節手
段と、制御手段とによって構成される姿勢を検出するた
めの機構によって、装置本体の姿勢を検出し、装置本体
の中心軸線が誘導軸線と一致するように深穴測定装置を
誘導することによって、深穴の形状精度に関して高精度
の測定が可能となる。好適には、前記発光手段は、前記
装置本体又は前記中心軸線上で前記回転軸の先端部に設
けられる。

【００１９】好適には、前記姿勢調節手段が前記装置本
体の外周部に前記中心軸線に沿って前後に二組設けら
れ、各組は少なくとも３つの姿勢調節手段を含む。本発
明の深穴測定装置においては、前記回転駆動手段及び前
記送り手段が前記装置本体の外部に設けられ、該送り手
段が被測定物を前記中心軸線に沿って送ってもよく、前
記回転駆動手段が前記装置本体の内部に設けられると共
に、前記送り手段が前記装置本体の後部に設けられ、前
記送り手段が前記装置本体を前記中心軸線に沿って送っ
てもよい。つまり深穴測定ロボットが得られる。

【００２０】装置本体が回転駆動手段及び送り手段を備
えることによって、外部から回転力を加えたり、被測定
物を送る必要がなくなるので、アーム等が不用となり、
アームによる測定深さの物理的制限がなくなる。すなわ
ち、無限の深さの深穴測定が可能となる。さらに、アー
ムがないため、予め定められた誘導軸線に沿って深穴測
定装置を誘導することによって、より自由に湾曲した深
穴を測定することが可能となる。また、アーム及び送り
台が不要であるため、携帯が可能となる。

【００２１】好適には、前記送り手段は送り量を検出す
るための送り量検出手段を備える。送り量検出装置を備
えることで、送り量との関連で深穴の形状精度例えば表
面あらさ、真直度、円筒度等を測定することが可能とな
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下で、本発明の深穴加工装置及
び深穴測定装置が、実施形態に関して、詳細に説明され
る。図１は本発明の深穴加工工具を使用した深穴加工装
置の構成を示す略全体図であり、説明のために加工の対
象となる下穴を開けられた被加工物は断面で示されてい
る。

【００２３】図１に示される深穴加工装置１１は、深穴
加工工具１３と、同深穴加工工具１３に回転を与える回
転駆動手段１５であるボーリングバー１７を装着した工
作機械１９と、被加工物２１を深穴加工工具１３に向か
って送る送り手段である工作機械の送り台２３とを具備
する。ボーリングバー１７は回転軸線２５を中心として
回転する。好適には、ボーリングバー１７は中空になっ
ており、ボーリングバー１７の一方の端部に吸引装置２
７を接続して、ボーリングバー１７の内部の穴を通して
加工部において発生する切削屑を排出する。

【００２４】送り台２３は案内装置２９に沿ってボーリ
ングバー１７の回転軸線２５に平行に案内される。好適
には、送り台２３は送り量を検出するための送り量検出
装置３１を具備する。送り量検出装置３１としては、光
学式エンコーダ、機械式エンコーダ等が使用され、例え
ば案内装置２９が動力伝達を兼ねるボールねじである場
合にはボールねじに前記の各種エンコーダが取付られ
て、ボールねじの回転を検出する。

【００２５】被加工物２１には予め下穴３３が加工され
ている。好適には、本発明の深穴加工工具１３が被加工
物２１の下穴３３内に完全に進入するまで同深穴加工工
具１３を被加工物２１の下穴３３に真直に案内するため
に、案内ブッシュ３５が使用される。被加工物２１及び
案内ブッシュ３５が送り台２３に固定され、送り台２３
によって深穴加工工具１３に向かって送られる。

【００２６】図２は深穴加工工具１３の詳細を示す部分
側断面図であり、図３及び図４は、それぞれ、図２の深
穴加工工具１３の正面図及び図２の線Ａ−Ａにおける矢
視断面図である。図２を参照すると、深穴加工工具１３
は、装置本体３７と、装置本体３７に保持されている工
具ヘッド３９と、発光手段４１と、装置本体３７及び工
具ヘッド３９の姿勢を検出するための姿勢検出手段４３
と、装置本体３７の姿勢を変更するための姿勢調節手段
である圧電アクチュエータ４５と、同姿勢調節手段の作
動を制御する制御手段である制御装置４７とを具備す
る。

【００２７】装置本体３７は中心軸線４９を有し、回転
軸５１を軸受５３よって同中心軸線４９を中心として回
転可能に保持している。好適には、装置本体３７は円柱
形状である。軸受５３としては円錐ころ軸受が好適であ
り、軸受５３に軸方向に予圧をかけ装置本体３７と軸受
５３とのがたを完全になくすようにする。回転軸５１の
先端部には工具ヘッド３９が設けられている。工具ヘッ
ド３９は回転軸５１と一体に形成されてもよい。

【００２８】工具ヘッド３９は円形断面を有し、工具で
ある少なくとも一つの切刃５５を具備する。好適には、
切削屑の吸引のために切刃５５の近傍に吸引口５７を具
備する。吸引口５７は回転軸５１の中心部に中心軸線４
９に沿って延びる内孔５９及びその内孔５９に接続され
るボーリングバー１７の内部の穴を介して図１に示され
る吸引装置２７に接続している。工具ヘッド３９に作用
する不均衡切削力を減じて工具ヘッド３９の直進性を高
めるためには切刃５５を対称形に配置することが考えら
れるが、切刃５５の数が複数となり、切削屑の吸引口５
７が複数となるため切削屑吸引に関する問題が発生しや
すいことと、方向制御の観点とから、工具は一つの切刃
５５を有することが好ましい。

【００２９】さらに、工具ヘッド３９の周囲には、切削
状態に合わせて最適配置が可能となるように着脱可能な
適数の案内パッド６１が設けられる。図３においては、
案内パッドを装着可能な窪みが１１個設けられており、
その内の５個に案内パッド６１が装着されている。図４
に示されるように装置本体３７の外周部には少なくとも
３つの姿勢調節手段である圧電アクチュエータ４５が設
けられる。好適には、外周部に設けられた窪み６３に圧
電アクチュエータ４５が設けられるが、装置本体３７の
外周上に設けられることも可能である。

【００３０】圧電アクチュエータ４５は装置本体３７か
ら半径方向に向かって伸縮することができ、装置本体３
７の周囲を囲む被加工物２１の穴壁に当接することによ
って装置本体３７を半径方向に移動させる。３つの圧電
アクチュエータ４５を円周上に配置することによって装
置本体３７を任意の半径方向に移動、すなわち変位させ
ることが可能となる。好適には、これらの圧電アクチュ
エータ４５が図４に示されるように装置本体３７の外周
部に均等に配置される。さらに好適には、圧電アクチュ
エータ４５は、図２に示されるように、装置本体３７の
外周部に中心軸線４９に沿って前後に二組設けられる。
圧電アクチュエータ４５は、装置本体３７の外周部に均
等に配置されることによって、圧電アクチュエータ４５
の制御を容易にさせる。また、中心軸線４９に沿って前
後に二組設けられることによって、例えば前後の一方の
組の圧電アクチュエータのみを作動させて装置本体の角
度を補正した後、前後両方の組の圧電アクチュエータを
作動させて装置本体を平行移動させて変位を補正するこ
とより、装置本体３７に正確に傾き、すなわち角度を与
え、角度と独立して変位を調節することが可能となり、
装置本体３７の中心軸線４９を誘導軸線に正確に一致さ
せることができるようになる。

【００３１】また、圧電アクチュエータ４５は、均等配
置ではなく、真下からそれぞれ４５°の位置と真上とに
配置し、深穴加工工具１３を上方に押し上げる力を大き
くするようにしても良い。図４においては、姿勢調節手
段として圧電アクチュエータ４５が使用されている。圧
電アクチュエータは剛性が高く、軽量であるので、深穴
加工工具１３全体の重量を軽量化することができる。し
かしながら、カムやリニアアクチュエータのような手段
が姿勢調節手段として使用されてもよい。

【００３２】図５及び図６は圧電アクチュエータ４５の
一つの実施形態を示しており、この圧電アクチュエータ
４５は積層形の圧電素子の伸びを機械的に拡大するハイ
ブリット形である。図５は初期の収縮している圧電アク
チュエータ４５の状態を示しており、図６は圧電アクチ
ュエータ４５が作動して半径方向に伸張したときの状態
を示す。圧電アクチュエータ４５は、固定された三角柱
状の第一部分６５と、同じく三角柱状の第二部分６７
と、第二部分６７の図の下側表面に取付けられた支持パ
ッド６９と、第一部分６５及び第二部分６７の斜面の間
を接続するように設けられた圧電素子７１とを具備す
る。第一部分６５と第二部分６７は部分的に接続されて
いる。図６に示されるように、圧電素子７１が電圧を印
加されて伸張すると、第一部分６５と第二部分６７の接
続部を支点として第二部分６７が図６において下方に移
動し、第二部分６７に設けられた支持パッド６９が図６
の下方へ突出する。このようにして圧電素子７１の伸張
量を拡大することが可能となる。

【００３３】図２に示されるように、装置本体３７の重
心の位置の外周部にコイルばね７３のような補助支持手
段が適数配設されてもよい。姿勢調節手段である圧電ア
クチュエータ４５を前後二組設けることと共に、コイル
ばね７３によって装置本体３７の重量を支持することに
より、圧電アクチュエータ４５によって装置本体３７を
重力に逆らう方向へ移動させる際に圧電アクチュエータ
４５にかかる負荷が軽減され、圧電アクチュエータ４５
による位置制御範囲が拡大される。

【００３４】回転軸５１の後端部には工作機械１９のボ
ーリングバー１７等の回転軸５１を回転させるための回
転駆動手段１５との接続手段７５が具備されている。こ
の接続手段７５は回転駆動手段１５の回転を回転軸５１
に伝達するが、ボーリングバー１７の回転軸線２５と垂
直な方向にも回転軸５１が可動であるようなものであ
る。接続手段７５としては、フレックスカップリング等
が使用される。

【００３５】フレックスカップリングを使用することに
よって、ボーリングバーの撓み等と関係なく装置本体の
姿勢を変更することが可能となる。深穴加工工具１３
は、基準となる壁面、例えば案内ブッシュの穴壁と装置
本体との距離を検出するために、ギャップセンサ７７を
具備してもよい。ギャップセンサ７７を具備することに
より、被加工物２１の下穴３３又は案内ブッシュ３５の
案内穴の中心軸線と装置本体の中心軸線４９とが一致す
るように、深穴加工工具１３を設置することが可能とな
る。

【００３６】図７は、装置本体の姿勢、すなわち装置本
体３７の中心軸線４９の誘導軸線に対する傾き及び変位
を検出するための機構の詳細を示す図である。装置本体
３７の姿勢を検出するための機構は、図１及び図２に示
されるように、装置本体３７の中心軸線４９上で工具ヘ
ッド３９の先端面に設けられた発光手段４１と、同発光
手段４１と対向して装置本体３７の外部における誘導軸
線上に設けられる姿勢検出手段４３と、姿勢検出手段４
３によって検出された装置本体３７及びそれに保持され
た工具ヘッド３９の姿勢に応じて、姿勢調節手段である
圧電アクチュエータ４５の作動を制御する制御装置４７
とにより構成される。

【００３７】発光手段４１を中心軸線上に設けることに
よって深穴加工工具が回転させられても影響を受けるこ
となく、装置本体の姿勢の検出ができる。発光手段４１
は装置本体３７の後端の非回転部に設けられてもよく、
この場合には装置本体３７の中心軸線４９上に設ける必
要はない。発光手段が装置本体３７の後端部に設けられ
れば、被加工物に下穴が加工されていない場合でも発光
手段４１が被加工物２１と接触することがないため、下
穴３３が設けられていない場合でも装置本体３７を誘導
することが可能となる。また、発光手段４１は工具ヘッ
ド３９の内部に先端表面から突出しないように設けられ
てもよい。いずれの場合にも、発光手段４１は装置本体
３７の中心軸線４９に沿って光を射出する。

【００３８】発光手段４１としては、レーザ光源が使用
され、好適には半導体レーザを使用する。発光手段４１
は、レーザ光源のバッテリを有し、更にゆらぎのない光
線を得るために、光源からの光を平行光にする拡散レン
ズやピンホールプレート等から成る。姿勢検出手段４３
は、発光手段４１であるレーザ光源からのレーザ光を二
つの方向に分離するハーフミラー８１と、装置本体３７
の中心軸線４９と誘導軸線との距離である装置本体３７
の変位を検出するための変位検出用位置検出素子８３
（以降、ＰＳＤδと称する）と、装置本体３７の中心軸
線４９と誘導軸線との角度である装置本体３７の傾きを
検出するための傾き検出用位置検出素子８５（以降、Ｐ
ＳＤｉと称する）とを含む。前記ＰＳＤδ８３及びＰＳ
Ｄｉ８５によって検出された装置本体３７及びそれに保
持された工具ヘッド３９の姿勢の情報が図７に示される
ように制御装置４７へ伝達される。ここで使用される位
置検出素子は半導体フォトダイオードを応用した光スポ
ットの位置検出用センサである。

【００３９】図７に示されるように、発光手段４１であ
るレーザ光源からｌ₁ の距離にハーフミラー８１が配置
され、ハーフミラー８１から距離ｌ₂ の所にＰＳＤｉ８
５が配置され、ハーフミラー８１から距離ｌ₃ の所にＰ
ＳＤδ８３が配置される。ＰＳＤδ８３はレーザ光の光
軸８７上にあり、ＰＳＤδ８３の面の法線とＰＳＤｉ８
５の面の法線とは互いに概略垂直になるように配置され
る。また、ハーフミラー８１の法線はレーザ光の光軸８
７に対して約４５°の角度をなすように配置される。し
かしながら、レーザ光源から射出されたレーザ光の内で
ハーフミラー８１を透過したレーザ光及びハーフミラー
８１で反射されたレーザ光を各ＰＳＤ８３、８５が受光
することができるような、ハーフミラー８１とＰＳＤｉ
８５及びＰＳＤδ８３の任意の配置をとることが可能で
ある。

【００４０】以上のように装置本体３７の姿勢を検出す
るための機構を構成することによって、機構が簡単にな
り、非常に少ない部品数で高い検出精度が達成されるよ
うになる。さらに、深穴加工工具１３が回転させられて
も影響を受けることなく、装置本体３７の姿勢を検出す
ることができる。次に、図１に示されるような上記のよ
うに構成された本発明の深穴加工装置１１の作動に関し
て説明する。

【００４１】まず、図７及び図８を参照して、本発明の
深穴加工工具１３及び深穴加工装置１１における装置本
体３７及び工具ヘッド３９の姿勢の検出方法を説明す
る。姿勢検出手段４３に含まれるハーフミラー８１とＰ
ＳＤｉ８５及びＰＳＤδ８３を図７に示されるように配
置すると、その配置は図８に示される配置と等価とな
る。すなわち、発光手段４１であるレーザ光源とＰＳＤ
ｉ８５及びＰＳＤδ８３がレーザ光の光軸８７上に平行
に並んでいるとしたときに、発光手段４１であるレーザ
光源から距離Ｌ（＝ｌ₁ ＋ｌ₃ ）の所にＰＳＤδ８３を
配置し、ＰＳＤδ８３から距離ｌ（＝ｌ₂ −ｌ₃ ）の所
にＰＳＤｉ８５を配置したことと等価となる。

【００４２】装置本体３７の中心軸線４９、すなわちレ
ーザ光の光軸８７が誘導軸線７９から誘導軸線７９に対
して変位δ_y 及び傾きｉ_y の姿勢へ移動したと仮定す
る。ＰＳＤｉ８５及びＰＳＤδ８７における装置本体３
７の移動の前後の光スポットの移動量がそれぞれｙｉ、
ｙδとなるとき、δ_y 、ｉ_y 、ｙｉ、ｙδは次式で表さ
れる関係を有する。

【００４３】ｔａｎ（ｉ_y ）＝（ｙｉ−ｙδ）／ｌ δ_y ＝ｙｉ−（Ｌ＋ｌ）ｔａｎ（ｉ_y ） したがって、上記の式より変位δ_y 、傾きｉ_y が求めら
れる。ｙ軸方向の変位δ _y 、傾きｉ_y について説明した
が、ｘ軸方向の変位δ_x 、傾きｉ_x についても同様に求
められる。

【００４４】このように、２つのＰＳＤ８３、８５を使
用することによって、装置本体３７の姿勢を変位と傾き
とに分離して検出することが可能となる。なお、Ｌの値
は、深穴加工工具の送り量を送り量検出装置３１で測定
しているので、刻々その送り量分減じた値を採用する。
次に、本発明の深穴加工工具１３の誘導の概略を図９を
参照して説明する。図９において、ｅ_i （ｘ、ｙ）、θ
_i （ｘ、ｙ）、ｅ_o （ｘ、ｙ）及びθ_o （ｘ、ｙ）はそ
れぞれ装置本体３７の変位及び角度の目標値、ＰＳＤ８
３及び８５によって検出された装置本体３７の変位及び
傾きである（加工軸線に垂直な平面を仮定してその平面
上にｘ軸及びｙ軸をとっている）。

【００４５】深穴加工工具１３を工作機械１９のボーリ
ングバー１７に取付け、下穴３３を加工された被加工物
２１及び被加工物２１とほぼ同じ外形を有し且つ被加工
物２１の下穴３３と同じ中心軸線を有する案内ブッシュ
３５を送り台２３に固定する。深穴加工工具１３を案内
ブッシュ３５の案内穴に挿入する。深穴加工工具１３の
中心軸線４９を所定の加工軸線（誘導軸線７９）と概略
一致するように配置を調節する。さらに、深穴加工工具
１３の圧電アクチュエータ４５及びギャップセンサ７７
を使用して、深穴加工工具１３の姿勢（変位及び傾き）
の微調整を施すと共に、案内ブッシュ３５の穴壁に深穴
加工工具１３の装置本体３７を固定する。次に、ボーリ
ングバー１７によって深穴加工工具１３の回転軸５１に
回転を与え、被加工物２１の下穴３３に沿って深穴を加
工していく。このとき、装置本体３７の圧電アクチュエ
ータ４５の穴壁への接触による摩擦により、装置本体３
７は動かず、回転軸５１のみが回転する。装置本体３７
が、被加工物２１の材料の不均一性、下穴の形状誤差又
は加工時の振動等の回避しがたい原因等による外乱Ｕに
より移動し、各ＰＳＤ８３及び８５によって変位ｅ
_o （ｘ、ｙ）及び傾きθ _o （ｘ、ｙ）が検出される。各
ＰＳＤ８３及び８５によって検出されたｅ_o （ｘ、ｙ）
及びθ_o （ｘ、ｙ）と目標値ｅ_i （ｘ、ｙ）及びθ
_i （ｘ、ｙ）との差に基づいて、制御装置４７によって
姿勢調節手段である圧電アクチュエータ４５が作動さ
れ、圧電アクチュエータ４５の変位量を調節することに
よって装置本体３７の姿勢を補正する。

【００４６】このように、深穴加工工具１３を誘導する
ことによって、被加工物２１の材料の不均一性、下穴の
形状誤差、加工時の振動、又はボーリングバー１７の撓
みによるアライメント誤差による影響を抑制し、より精
度の高い真直な深穴の加工が可能となる。さらに、予め
深穴加工工具１３の誘導軸線７９を設定し、送り台２３
に設けられたエンコーダ等の送り量検出装置３１によっ
て検出される被加工物２１の送り量を利用して、深穴加
工工具１３をこの誘導軸線７９に沿って誘導することに
よって、従来は不可能であった湾曲した深穴の加工も可
能となる。また、深穴加工工具１３が回転しても、装置
本体３７の姿勢を検出する機構は影響を受けないように
構成されているので、高精度の深穴加工が可能となる。

【００４７】図１０は別な実施形態の本発明の深穴加工
工具１３′を示す部分側断面図であり、図１１は図１０
の深穴加工工具１３′の正面図である。図１０の深穴加
工工具１３′は、図２の深穴加工工具１３と同様に、図
１に示されるような工作機械１９のボーリングバー１７
に取付けられて、深穴加工装置を構成する。図面におい
て、同じ参照番号は同様の部分を示している。

【００４８】図１０を参照すると、深穴加工工具１３′
は図２に示される深穴加工工具１３と同様に、装置本体
３７と、工具ヘッド３９′と、発光手段４１と、装置本
体３７及び工具ヘッド３９′の姿勢を検出するための姿
勢検出手段４３と、装置本体３７の姿勢を変更するため
の姿勢調節手段である圧電アクチュエータ４５と、同圧
電アクチュエータ４５の作動を制御する制御手段である
制御装置４７とを具備する。図２の深穴加工工具１３と
同様に、装置本体３７は中心軸線４９を有し、公転軸８
９を軸受５３によって同中心軸線４９を中心として回転
可能に保持している。好適には、装置本体３７は円柱形
状である。軸受５３としては円錐ころ軸受が好適であ
り、軸受５３に軸方向に予圧をかけ装置本体３７と軸受
５３とのがたを完全になくすようにする。公転軸８９の
先端部には工具ヘッド３９′が設けられている。工具ヘ
ッド３９′は公転軸８９と一体に形成されてもよい。

【００４９】工具ヘッド３９′は、好適には、円形断面
を有する。工具ヘッド３９′はさらに、装置本体３７の
中心軸線４９と平行に延びるが一致はしていない回転軸
線９１を有し、この回転軸線９１を中心として回転可能
な自転軸９３と、同自転軸９３を回転させるための回転
駆動手段９５とを保持している。自転軸９３は先端部に
工具９７が接続されている。図１１に示されるように、
工具ヘッド３９′の外周には案内パッド６１が設置され
切削力または研削力を支持しており、加工すべき被加工
物の穴壁に工具ヘッド３９′が接触することなく、穴壁
を加工することができるようになっている。工具９７は
例えばミリングカッタや研削工具などが使用可能であ
る。回転駆動手段９５としてはモータ等の任意の回転駆
動装置が使用可能である。

【００５０】工具ヘッド３９′は、好適には、加工屑の
吸引のために工具９７の近傍に吸引口５７′を具備す
る。図２の深穴加工工具１３と同様に、吸引口５７′は
公転軸８９の中心部に中心軸線４９に沿って延びる内孔
５９′及びその内孔５９′に接続されるボーリングバー
１７の内部の穴を介して図１に示されるような吸引装置
に接続される。図１１に示されるように、好適には、図
２の深穴加工工具１３と同様に、工具ヘッド３９′の周
囲には、着脱可能な複数の案内パッド６１が設けられ
る。

【００５１】ミリングカッタを工具として使用する場
合、一つの軸線を中心として回転する工具はその中心が
不動点となるために、中心における加工能力は極端に低
くなる。しかしながら、上記のように、公転軸８９の回
転軸線である中心軸線４９と異なる回転軸線９１を有す
る自転軸９３を備え、公転軸８９によって回転させられ
る工具ヘッド３９′に保持される自転軸９３をさらに回
転させることで、自転軸９３に接続される工具９７の中
心は円運動を行うので、加工能力が向上する。したがっ
て、図１０に示される深穴加工工具１３′を使用すれ
ば、被加工物に下穴が加工されてない場合にも深穴加工
を行うことが可能となる。

【００５２】一方、研削工具を工具９７として使用する
場合、工具９７は公転軸８９による円運動を行いながら
被加工物の穴壁を研削することができるため、穴壁を円
周方向に全体的に研削することが可能となり、より高精
度の深穴の仕上げ加工が可能となる。図１０に示される
深穴加工工具１３′の装置本体３７は、姿勢調節手段で
ある圧電アクチュエータ４５をさらに具備する。圧電ア
クチュエータ４５は図２に示される深穴加工工具１３と
全く同様に設けられるので、ここでは詳しく説明しな
い。

【００５３】公転軸８９の後端部には工作機械１９のボ
ーリングバー１７等の公転軸８９を回転させるための回
転駆動手段１５との接続手段７５が具備される。この接
続手段７５としては、図２の深穴加工工具１３と同様
に、回転駆動手段１５の回転を公転軸８９に伝達する
が、ボーリングバー１７の回転軸線２５と垂直な方向に
も公転軸８９（回転軸）が可動となるようなフレックス
カップリング等が使用される。

【００５４】図１０に示される深穴加工工具１３′は、
好適には、図２に示される深穴加工工具１３と同様に、
装置本体３７の重心の外周部に適数配設されるコイルば
ね７３のような補助支持手段と、基準となる壁面、例え
ば案内ブッシュ３５の案内穴の穴壁と装置本体３７との
距離を検出するためのギャップセンサ７７とを具備す
る。

【００５５】深穴加工工具１３′の装置本体３７の姿勢
を検出するための機構は、図２に示される深穴加工工具
１３と同様に、発光手段４１と、同発光手段４１と対向
して装置本体３７の外部に設けられる姿勢検出手段４３
と、姿勢検出手段４３によって検出された装置本体３７
及びそれに設けられた工具ヘッド３９′の姿勢に応じ
て、姿勢調節手段である圧電アクチュエータ４５の作動
を制御する制御装置４７とから構成される。図２に示さ
れる深穴加工工具１３と異なり、図１０の深穴加工工具
１３′においては、発光手段４１が装置本体３７の後端
の非回転部に設けられ、装置本体３７の中心軸線４９に
沿って後方へ光を射出する。装置本体３７は図２の深穴
加工工具１３と同様に回転することがないので、発光手
段４１は装置本体３７の中心軸線４９上に設けられる必
要はない。

【００５６】発光手段４１及び姿勢検出手段４３の詳細
は、図２の深穴加工工具１３と同じであり、ここでは詳
細には説明しない。以上のように構成された、発光手段
４１、姿勢検出手段４３、制御装置４７、及び制御装置
によって作動を制御される圧電アクチュエータ４５とに
よって、図１０に示される深穴加工工具１３′の装置本
体３７及び工具ヘッド３９′が、図２の深穴加工工具１
３の場合と同様にして、所定の誘導軸線に沿って誘導さ
れる。

【００５７】このように、深穴加工工具１３′を誘導す
ることによって、被加工物の材料の不均一性やボーリン
グバーの撓みによるアライメントの誤差等の影響による
外乱を抑制し、より高精度の真直な深穴の加工が可能に
なる。さらに、送り台に設けられたエンコーダ等の送り
量検出装置３１によって検出される被加工物の送り量を
利用して、予め定められた誘導軸線に沿って深穴加工工
具１３′を誘導することによって、湾曲した深穴の加工
が可能となる。また、深穴加工工具１３が回転しても、
装置本体３７の姿勢を検出する機構は影響を受けないよ
うに構成されているので、高精度の深穴加工が可能とな
る。

【００５８】図１２は、別な実施形態の本発明の深穴加
工装置１１′を示す部分側断面図であり、図１３、図１
４、及び図１５は、それぞれ、図１２の深穴加工装置１
１′の線Ａ−Ａ及び線Ｂ−Ｂにおける矢視断面図、及び
正面図である。図１２の深穴加工装置１１′は、図２の
深穴加工工具１３と類似しているが、装置本体３７自体
が同装置本体３７を送るための送り手段１０１をさらに
備えている。

【００５９】図１２の深穴加工装置１１′は、図２の深
穴加工工具１３と同様に、装置本体３７と、工具ヘッド
３９と、発光手段４１と、装置本体３７及び工具ヘッド
３９の姿勢を検出するための姿勢検出手段４３と、装置
本体の姿勢を変更するための姿勢調節手段である圧電ア
クチュエータ４５と、同圧電アクチュエータ４５の作動
を制御する制御装置４７とを具備し、さらに工具ヘッド
３９を回転させるための回転駆動手段１０３と、装置本
体３７を送るための送り手段１０１をさらに具備する。
発光手段４１及び姿勢検出手段４３の詳細は、図２の深
穴加工工具１３と同じであり、ここでは詳細には説明し
ない。

【００６０】装置本体３７は中心軸線４９を有し、回転
軸５１を軸受５３によって同中心軸線４９を中心として
回転可能に保持している。回転軸５１の先端部には工具
ヘッド３９が設けられている。工具ヘッド３９は回転軸
５１と一体に形成されてもよい。回転軸５１の後端部は
装置本体３７内部に設けられた回転駆動手段１０３に接
続されている。回転駆動手段１０３としては、モータ等
の任意の回転駆動装置を使用することができる。

【００６１】装置本体３７の後部には、装置本体３７の
一部分として、送り装置１０５からなる送り手段１０１
が設けられている。送り装置１０５は、図１３に示され
るように、Ｌ字部材１０７と、伸縮してＬ字部材１０７
を図面上下方向に移動させる第一圧電アクチュエータ１
０９と、伸縮してＬ字部材１０７を図面に垂直な方向
（すなわち、装置本体の中心軸線に沿った方向）に移動
させる第二圧電アクチュエータ１１１とを含む。このよ
うな送り装置１０５が、図１３に示されるように、装置
本体３７の後部の外周部に半径方向に対向して二つ設け
られる。装置本体３７の後部の外周部には、さらに、案
内パッド１１３が設けられる。案内パッド１１３の代わ
りに、二つ以上の送り装置１０５が設けられてもよい。
このように構成される送り装置１０５の組が装置本体３
７の中心軸線４９に沿って前後に二組設けられる（図１
２においては、後方の組は省略されて一点鎖線で示され
ている）。

【００６２】送り手段１０１としては、車輪を使用した
ものなど任意の運動機構を使用することも可能である。
図１４に示されるように、装置本体３７の外周部には少
なくとも３つの圧電アクチュエータ４５が設けられる。
好適には圧電アクチュエータ４５が装置本体３７の外周
部に設けられた窪み６３に配置されるが、装置本体３７
の外周上に設けられることも可能である。好適には、こ
れらの圧電アクチュエータ４５が図１４に示されるよう
に装置本体３７の外周部に均等に配置される。さらに好
適には、圧電アクチュエータ４５は、図１２に示される
ように、装置本体３７の外周部に中心軸線４９に沿って
前後に二組設けられる。圧電アクチュエータ４５の作動
は、前述された通りであり、ここでは説明しない。

【００６３】工具ヘッド３９の構成は、図２の深穴加工
工具１３と同様であり、ここでは詳細には説明しない。
工具ヘッド３９は図１５に示されるようにその周囲に複
数の案内パッド６１を有し、好適には、切削屑の吸引の
ために切刃５５の近傍に吸引口５７を具備する。吸引口
５７は、回転軸５１及び装置本体３７の後部の中心部に
中心軸線４９に沿って延びる内孔１１５と、その内孔１
１５に接続される吸引管１１７を介して図示されていな
い吸引装置に接続される。

【００６４】装置本体３７に設けられた回転駆動手段１
０３への電気配線は、装置本体３７の内孔１１５及びこ
の吸引管１１７の内部に設けられた別な配線用の管（図
示されていない）を利用して配設することができる。図
１６は、図１０に示される深穴加工工具１３′の装置本
体３７に、図１２に示される深穴加工装置１１′と同様
の送り装置１０５からなる送り手段１０１及び公転軸８
９を回転させる回転駆動手段１０３を設けた、深穴加工
装置１１″の略側面図を示す。各詳細は、図１０に示さ
れる深穴加工工具１３′及び図１２に示される深穴加工
装置１１′と同様であるため、ここでは説明しない。

【００６５】図１７は、図１２及び図１６の深穴加工装
置１１′及び１１″で使用される送り手段１０１の作動
を説明する図である。図１７において、深穴加工装置は
図の右方向に進行するものとし、深穴加工装置の右側を
前方、左側を後方とする。図１７（ａ）においては、図
１３に詳細に示される第一圧電アクチュエータ１０９が
伸張することによって、送り装置１０５のＬ字部材１０
７が深穴加工装置１１′及び１１″の周囲の穴壁に当接
している。次に、図１７（ｂ）に示されるように、後方
の組のＬ字部材１０７が第一圧電アクチュエータ１０９
によって収縮する。次に、前方の組のＬ字部材１０７が
第二圧電アクチュエータ１１１によって装置本体３７の
中心軸線４９に沿って後方へ押され、図１７（ｃ）に示
されるように深穴加工装置全体を前方へ送り出す。深穴
加工装置全体が送り出されると、後方の組のＬ字部材１
０７が第一アクチュエータ１０９によって再び周囲の穴
壁に当接し（図１７（ｄ））、深穴加工装置全体を固定
し、第一圧電アクチュエータ１０９及び第二圧電アクチ
ュエータ１１１を収縮させて、前方の組のＬ字部材１０
７が図１７（ｅ）の状態になり、再び図１７（ａ）の状
態へと移行していく。こうして、深穴加工装置１１′及
び１１″の装置本体３７及び工具ヘッド３９、３９′が
装置本体３７の中心軸線４９に沿って固定された被加工
物に向かって送られる。なお送り手段１０１と装置本体
３７との接続は、送り手段１０１の振動が伝わらず、送
り力成分のみが装置本体３７に伝達され、かつ工具によ
る切削抵抗に打ち勝つトルクを伝達可能な歯付きクラッ
チのようなカップリング手段が用いられる。

【００６６】以上のように、深穴加工装置１１′又は１
１″の装置本体３７内部に工具ヘッド３９又は３９′を
回転するための回転駆動手段１０３と装置本体３７を送
るための送り手段１０１とを具備することによって、装
置本体３７の外部から回転力を加えたり、被加工物を工
具ヘッド３９又は３９′に向かって送る必要がなくな
り、ボーリングバー及び送り台は不要となる。したがっ
て、ボーリングバーによる加工深さの物理的制限がなく
なる。すなわち、無制限の深さの深穴加工が可能とな
る。さらに、ボーリングバーがないため、装置本体の送
り量を検出する送り量検出手段を装置本体の任意の場所
に設け、予め定められた誘導軸線に沿って深穴加工装置
１１′及び１１″を誘導することによって、より自由に
湾曲した深穴を加工することが可能となる。また、ボー
リングバー及び送り台が不要であるため、携帯が可能と
なる。この深穴加工装置１１′又は１１″はいわば深穴
加工ロボットである。

【００６７】図１８は、図１２の深穴加工装置１１′と
類似である、深穴の形状精度（穴径、真直度、真円度、
表面粗さ等）を測定するための深穴測定装置１１９の一
つの実施形態を示す部分側断面図である。図１９、図２
０は、それぞれ、図１８の深穴測定装置１１９の線Ａ−
Ａ及び線Ｂ−Ｂにおける矢視断面図である。図１８の深
穴測定装置１１９は、図１２の深穴加工装置１１′と同
様に、装置本体３７と、図１２の工具ヘッド３９に相当
する測定ヘッド１２１と、発光手段４１と、装置本体３
７及び測定ヘッド１２１の姿勢を検出するための姿勢検
出手段４３と、装置本体３７の姿勢を変更するための姿
勢調節手段である圧電アクチュエータ４５と、同圧電ア
クチュエータの作動を制御する制御装置４７と、測定ヘ
ッド１２１を回転させるための回転駆動手段１０３と、
装置本体３７を送るための送り手段１０１を具備する。

【００６８】装置本体３７は中心軸線４９を有し、回転
軸５１を軸受５３によって同中心軸線４９を中心として
回転可能に保持している。回転軸５１の先端部には測定
ヘッド１２１が設けられている。測定ヘッド１２１は回
転軸５１と一体に形成されてもよい。回転軸５１の後端
部は装置本体３７内部に設けられた回転駆動手段１０３
に接続されている。回転駆動手段１０３としては、ステ
ップモータが好適であるが、他の種類のモータ等の任意
の回転駆動装置を使用することができる。

【００６９】装置本体３７の後部には、装置本体３７の
一部分として、送り装置１０５からなる送り手段１０１
が設けられている。送り装置１０５は、図１２に示され
るものと同じものであり、ここでは詳細には説明しな
い。このような送り装置１０５が、装置本体３７後部の
外周部に半径方向に対向して二つ設けられる。装置本体
３７後部の外周部には、さらに、図１９に示されるよう
に案内パッド１１３が設けられる。案内パッド１１３の
代わりに、二つ以上の送り装置１０５が設けられてもよ
い。このように構成される送り装置１０５の組が装置本
体３７の中心軸線４９に沿って前後に二組設けられる
（図１８参照）。

【００７０】送り手段１０１としては、車輪を使用した
ものなど任意の運動機構を使用することが可能である。
図２０に示されるように、装置本体３７の外周部には少
なくとも３つの圧電アクチュエータ４５が設けられる。
好適には圧電アクチュエータ４５が装置本体の外周部に
設けられた窪み６３に配置されるが、装置本体３７の外
周上に設けられることも可能である。好適には、これら
の圧電アクチュエータ４５が図２０に示されるように装
置本体３７の外周部に均等に配置される。さらに好適に
は、圧電アクチュエータ４５は、図１８に示されるよう
に、装置本体３７の外周部に中心軸線４９に沿って前後
に二組設けられる。圧電アクチュエータ４５の作動は、
前述された通りであり、ここでは説明しない。

【００７１】測定ヘッド１２１は好適には円形断面を有
し、深穴測定装置１１９の周囲を囲む被測定物の穴壁１
２３までの半径方向距離を測定するための半径方向距離
検出手段１２５を具備する。半径方向距離検出手段１２
５は好適には装置本体３７の中心軸線４９から周囲の穴
壁１２３までの距離を測定することができるように配置
される。半径方向距離検出手段１２５としては、レーザ
式距離測定装置又は磁気式距離測定装置、静電容量式距
離測定装置のようなものが使用される。測定信号は、無
線で送受信しても良いし、可撓式のケーブルで取り出し
ても良い。被測定物の内壁の状態を観察するために、測
定ヘッド１２１には内視鏡１２７が設けられてもよい。

【００７２】発光手段４１は装置本体３７の中心軸線４
９上で測定ヘッド１２１の先端面に設けられている。こ
のように発光手段４１を回転軸線となる中心軸線４９上
に設けることで測定ヘッド１２１が回転することによる
光軸のぶれがなくなる。姿勢検出手段４３は、発光手段
４１から射出された光を受光できるように、この発光手
段４１と対向して装置本体３７の外部に設けられる。

【００７３】以上のように深穴測定装置に装置本体を移
動させるための送り手段を設けることにより、アームに
よって測定装置を送る場合のようにアームの長さといっ
た物理的な制限がなくなり、無限の深さを有する深穴の
形状精度の測定が可能となる。いわば深穴測定ロボット
を得ることができる。図２１に示されるように、装置本
体３７に回転軸５１を回転する回転駆動手段１０３及び
送る手段１０１を持たない深穴測定装置１１９′も可能
である。この場合には、外部装置、例えば、工作機械の
主軸と深穴測定装置１１９′の後端部に設けられた接続
手段７５を介して接続することによって、深穴測定装置
１１９′の測定ヘッド１２１に回転を与える。その他の
構成については、図１８の深穴測定装置と同様である。

【００７４】深穴測定装置１１９及び１１９″は、以上
の構成を持つことによって、発光手段４１と姿勢検出手
段４３とによって装置本体３７の姿勢を検出し、姿勢調
節手段である圧電アクチュエータ４５の作動を制御装置
４７で制御することによって、装置本体３７を真直に誘
導し、誘導軸線から穴壁までの距離を測定し、送り量検
出手段によって検出された送り量との関係で穴形状精度
を測定する。

【００７５】深穴加工ロボットや深穴測定ロボットは、
ユニット自体に加工機能、送り機能、測定機能を有した
自立装置であり、放射能環境下や宇宙での深穴加工、深
穴測定あるいは工作機械に取り付けられない大物被加工
物の深穴加工、深穴測定に偉力を発揮する。また、本実
施形態では、深穴加工工具や深穴測定装置の本体側に発
光手段４１を設ける実施例を示したが、外部に発光手段
を設け、深穴加工工具または深穴測定装置本体側にミラ
ーとコーナキューブプリズムを設け、外部から照射した
光線を変位検出成分と傾き検出成分とに分離して外部に
反射し、外部に設けた姿勢検出手段４３で検出する構成
にしてもよい。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の深穴加工
装置によれば、姿勢を検出するための機構を具備するこ
とによって、深穴加工工具の姿勢を検出し、その検出結
果に応じて姿勢を変更し、深穴加工工具を誘導軸線に沿
って誘導するため、被加工物の材料の不均一性、下穴の
形状誤差、加工時の振動、又はボーリングバーの撓みに
よるアライメント誤差による影響を抑制し、より精度の
高い真直な深穴の加工が可能となる。

【００７７】さらに、予め深穴加工工具の誘導軸線を設
定し、深穴加工工具をこの誘導軸線に沿って誘導するこ
とによって、従来は不可能であった湾曲した深穴の加工
も可能となる。同様に、本発明の深穴測定装置によれ
ば、姿勢を検出するための機構を具備することによっ
て、装置本体の姿勢を検出し、その検出結果に応じて姿
勢を変更し、深穴測定装置を誘導軸線に沿って誘導する
ため、より精度の高い深穴の測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の深穴加工工具を使用した深穴加工装置
の構成を示す略全体図である。

【図２】本発明の深穴加工工具の詳細を示す部分側断面
図である。

【図３】図２の深穴加工工具の正面図である。

【図４】図２の線Ａ−Ａにおける矢視断面図である。

【図５】圧電アクチュエータの一つの実施形態におけ
る、初期の収縮した状態を示す概略側面図である。

【図６】圧電アクチュエータの一つの実施形態におけ
る、作動して半径方向に伸張した状態を示す概略側面図
である。

【図７】装置本体の姿勢を検出するための機構の詳細図
である。

【図８】本発明の装置本体の姿勢を検出する方法の原理
図である。

【図９】本発明の姿勢制御系を示すブロック図である。

【図１０】別な実施形態の本発明の深穴加工工具の部分
側断面図である。

【図１１】図１０の深穴加工工具の正面図である。

【図１２】別な実施形態の本発明の深穴加工装置の部分
側断面図である。

【図１３】図１２の深穴加工装置の線Ａ−Ａにおける矢
視断面図である。

【図１４】図１２の深穴加工装置の線Ｂ−Ｂにおける矢
視断面図である。

【図１５】図１２の深穴加工装置の正面図である。

【図１６】図１０に示される深穴加工工具の装置本体
に、図１２に示される深穴加工装置と同様の送り手段及
び回転駆動手段を設けた、深穴加工装置の略側面図であ
る。

【図１７】送り手段の作動を示す概略図である。

【図１８】深穴の形状精度を測定するための深穴測定装
置の一つの実施形態を示す部分側断面図である。

【図１９】図１８の深穴測定装置の線Ａ−Ａにおける矢
視断面図である。

【図２０】図１８の深穴測定装置の線Ｂ−Ｂにおける矢
視断面図である。

【図２１】別な実施形態の深穴測定装置の略側面図であ
る。

【符号の説明】

１１…深穴加工装置 １３…深穴加工工具 １５…回転駆動手段 １７…ボーリングバー １９…工作機械 ３７…装置本体 ４１…発光手段 ４３…姿勢検出手段 ４７…制御装置 ４９…中心軸線 ５１…回転軸 １１９…深穴測定装置 １２１…測定ヘッド １２５…半径方向距離検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 17/00 - 23/00 G05B 11/00,11/27

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心軸線と、該中心軸線を中心として回
   転可能であり、先端部に工具を具備する回転軸とを有す
   る装置本体と、 前記中心軸線に沿って光を射出する発光手段と、 前記発光手段と対向して前記装置本体の外部に設けら
   れ、前記発光手段から射出された光を受光して前記装置
   本体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、 前記装置本体の外周部に配設され、前記装置本体の周囲
   の壁面との間で伸縮し、前記装置本体の姿勢を変更する
   少なくとも３つの姿勢調節手段と、 前記姿勢検出手段によって検出された前記装置本体の姿
   勢に応じて、前記姿勢調節手段の作動を制御する制御手
   段と、 を具備することを特徴とした深穴加工装置。
2. 【請求項２】 中心軸線と、該中心軸線を中心として回
   転可能であり、先端部に工具を具備する回転軸とを有す
   る装置本体と、 前記回転軸を回転させる回転駆動手段と、 前記中心軸線に沿って光を射出する発光手段と、 前記発光手段と対向して前記装置本体の外部に設けら
   れ、前記発光手段から射出された光を受光して前記装置
   本体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、 前記装置本体の外周部に配設され、前記装置本体の周囲
   の壁面との間で伸縮し、前記装置本体の姿勢を変更する
   少なくとも３つの姿勢調節手段と、 前記姿勢検出手段によって検出された前記装置本体の姿
   勢に応じて、前記姿勢調節手段の作動を制御する制御手
   段と、 被加工物と前記装置本体との間で相対送りを与える送り
   手段と、 を具備することを特徴とした深穴加工装置。
3. 【請求項３】 前記回転軸は先端部に工具ヘッドを具備
   し、該工具ヘッドは前記中心軸線と平行に延びる回転軸
   線と、該回転軸線を中心として回転し、先端部に前記工
   具を具備する第二回転軸と、前記第二回転軸を回転させ
   る第二回転駆動手段とをさらに具備する請求項１又は請
   求項２に記載の深穴加工装置。
4. 【請求項４】 前記工具はミリングカッタである請求項
   ３に記載の深穴加工装置。
5. 【請求項５】 前記工具は研削工具である請求項３に記
   載の深穴加工装置。
6. 【請求項６】 前記回転駆動手段は前記装置本体に設け
   られ、前記送り手段は前記装置本体の後部に設けられ、
   前記送り手段は前記装置本体を前記中心軸線方向に沿っ
   て送る請求項２又は請求項３に記載の深穴加工装置。
7. 【請求項７】 前記発光手段は、前記装置本体の後部に
   設けられ、後方に向けて光を射出し、前記姿勢検出手段
   は、前記後方に向けて射出された光を受光して前記装置
   本体の姿勢を検出する請求項１から請求項６のいずれか
   一項に記載の深穴加工装置。
8. 【請求項８】 前記発光手段は、前記送り手段の後部に
   設けられ、後方に向けて光を射出し、前記姿勢検出手段
   は、前記後方に向けて射出された光を受光して前記装置
   本体の姿勢を検出する請求項２から請求項６のいずれか
   一項に記載の深穴加工装置。
9. 【請求項９】 中心軸線と、該中心軸線を中心として回
   転可能な回転軸とを有する装置本体と、 前記回転軸を回転させる回転駆動手段と、 前記回転軸の先端部に設けられ、前記回転軸から被測定
   物の穴壁までの半径方向距離を測定する半径方向距離検
   出手段と、 前記中心軸線に沿って光を射出する発光手段と、 前記発光手段と対向して前記装置本体の外部に設けら
   れ、前記発光手段から射出された光を受光して前記装置
   本体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、 前記装置本体の外周部に配設され、前記装置本体の周囲
   の壁面との間で伸縮し、前記装置本体の姿勢を変更する
   少なくとも３つの姿勢調節手段と、 前記姿勢検出手段によって検出された前記装置本体の姿
   勢に応じて、前記姿勢調節手段の作動を制御する制御手
   段と、 被測定物と前記装置本体との間で相対送りを与える送り
   手段と、 を具備することを特徴とした深穴測定装置。
10. 【請求項１０】 前記回転駆動手段は前記装置本体の内
    部に設けられ、前記送り手段は前記装置本体の後部に設
    けられ、前記送り手段は前記装置本体を前記中心軸線に
    沿って送る請求項９に記載の深穴測定装置。