JP7074742B2

JP7074742B2 - ワイヤ電極の垂直出し装置および方法

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Publication number: JP7074742B2
Application number: JP2019205159A
Authority: JP
Inventors: 昭夫保坂
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2039-11-13
Also published as: JP2021074849A

Description

本発明は、上下一対のワイヤガイド間に張架されたワイヤ電極を利用してワイヤ放電加工を行う装置において、ワイヤ電極の垂直出しを行う方法に関するものである。また本発明は、ワイヤ電極の垂直出しを行うための装置に関するものである。

従来、工具電極であるワイヤ電極を所定の張力を付与した状態で張架し、このワイヤ電極と被加工物との間に形成される加工間隙に加工電圧を印加して放電を発生させるとともに、ワイヤ電極と被加工物とを相対移動させて放電エネルギにより被加工物を所望の形状に加工するワイヤ放電加工機が知られている。この種のワイヤ放電加工機において、上記の相対移動は多くの場合、垂直方向と直交して互いに直交する直線２軸方向においてなされる。汎用のワイヤ放電加工機は、被加工物を水平に設置して、ワイヤ電極を互いに直交する水平２軸方向に対して垂直方向に張架する構成である。そのため、以下の説明において、特段のことわりがない限り、垂直方向を鉛直方向と同義として説明するが、垂直方向であることが常に鉛直方向であることに限定して理解されるべきではない。例えば、被加工物が水平面に対して傾けて設置されている場合は、垂直方向は、鉛直方向に対して傾斜している方向になる。

上述のようにワイヤ電極と被加工物とを少なくとも水平２軸方向に相対移動させるワイヤ放電加工機において、ワイヤ電極の加工に供される部分は、通常、垂直方向に延びるような状態で被加工物を挟んで設けられている上下一対のワイヤガイド間に張架される。そのため、基本的に、被加工物の表面および裏面に対して切断面が傾斜した面である加工形状を得る場合は、一対のワイヤガイドの少なくとも一方を上記水平２軸方向に平行な水平２軸方向に移動させることによってワイヤ電極の加工に供される部分を傾斜させた状態で、ワイヤ電極と被加工物とを上記水平２軸方向に相対移動させて放電加工する、いわゆるテーパカットを行う。したがって、ワイヤ電極をより精確に垂直に張架するほど、高い加工形状精度を得ることができる。

上述のように、ワイヤ電極の張架方向を真直に垂直方向に設定することは、一般に、ワイヤ電極の「垂直出し」と言われている。汎用のワイヤ放電加工機において、ワイヤ電極の垂直出しは、一対のワイヤガイドの少なくとも一方を上記水平２軸方向に平行な水平２軸方向に移動させることによって行うことができる。特許文献１および特許文献２には、このワイヤ電極の垂直出しを行うための装置の具体例が示されている。

特許文献１には、接触感知方式の垂直出し方法が示されている。この垂直出し方法は、例えば、互いに上下方向に離して上部接触子と下部接触子とを配置し、それらの接触子にはランプ等のインジケータを介して電源の陽極端子を接続すると共に、電源の陰極端子はワイヤ電極に接触させた給電子に接続しておき、ワイヤ電極が真直に垂直方向に張架されたときは両接触子と給電子とがワイヤ電極を介して電気的に導通して、その結果、インジケータランプが点灯することによってワイヤ電極が垂直であることを知らされるというものである（同公報第２頁第３欄第９－同第３７行の記載参照）。

特許文献１には、非接触方式の垂直出し装置も示されている。この装置は、間にワイヤ電極を置いて点光源と受光素子とを横方向に対向配置し、ワイヤ電極の変位を受光素子における光電検出の変化として検出するものである（同公報第２頁第４欄第２８行－第３頁第６欄第７行参照）。また特許文献２にも、非接触方式の垂直出し装置が示されている。この装置は、上下方向に延びる状態に張架されたワイヤ電極に対して、上下方向に離れた２箇所でレーザ光線を照射し、その２箇所におけるワイヤ電極の影像を、ワイヤ電極の垂直度を示す基準線が表示されているスクリーンに投影表示するように構成されたものである（同公報段落０００７－段落００１４等参照）。

特公平３－００２６２３号公報特開平４－３３１０２１号公報

特許文献１に示された接触感知方式の垂直出し方法は、比較的簡単かつ安価で取扱いも容易な装置で実施可能であるものの、検出精度の向上に限界があるので、最大許容誤差が数μｍ以下の高精度の加工において適用することは難しい。また、特許文献１に示された非接触方式の垂直出し装置では、点光源から発せられた光が分散するため、この点光源から離れて対向配置された受光素子に作られるワイヤ電極の影像の輪郭が要求される検出精度に比べて明瞭にならず、より高い垂直出しの精度を得ることが難しい（特許文献２段落０００２～０００３参照）。

一方、特許文献２に示された非接触方式の垂直出し装置では、スクリーンに投影表示されるワイヤ電極の影像の幅と比べて、基準線の幅を十分大きくしておく必要があるので、該影像の幅と基準線の幅との差がそのまま検出誤差として残存する。本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、ワイヤ放電加工装置において、ワイヤ電極の垂直出しを比較的簡単により高精度で行うことができる装置および方法を提供することを目的とする。

本発明によるワイヤ電極の垂直出し装置は、
上下方向に延びる状態に張架されたワイヤ電極に対して、相対的に上側の所定部分と、該上側の所定部分から所定長さ離れた相対的に下側の所定部分とに、それぞれ拡散光を水平方向に照射する１以上の光源部と、
上記上側の所定部分を照射した後に入射した拡散光を４５度下方に向けて偏向する上側プリズムと、上記下側の所定部分を照射した後に入射した拡散光を４５度上方に向けて偏向する下側プリズムと、上側プリズムによって下方向に偏向した拡散光および下側プリズムによって上方向に偏向した拡散光を同時に受けて反射させ、これらの拡散光をビーム中心が互いに上下に離れた状態で共に水平方向に進行させる中央プリズムと、を含んでなる光学偏向ユニットと、
水平方向に光軸を有し上記中央プリズムで反射した拡散光が入射する位置に配されて、上側ワイヤ電極影像を示す拡散光と下側ワイヤ電極影像を示す拡散光とを集光して所定の倍率で拡大し所定の撮像面に結像させる１つのフォーカスレンズユニットと、
上記フォーカスレンズユニットを経た拡散光を撮像面において受光することにより、上側ワイヤ電極影像と下側ワイヤ電極影像とを同時に撮像して、これらの電極影像を示す画像データを出力するイメージセンサと、
上記画像データに基づいて上側ワイヤ電極影像と下側ワイヤ電極影像とを、予め定められた垂直基準線に平行な方向に互いに近接させた状態で、１つの表示画面上に表示する画像表示装置と、
を含んでなることを特徴とするものである。

なお、上記の「所定長さ」は、ワイヤ電極の垂直度、換言すれば傾斜の程度をより高精度で知るためにはより大であることが望ましいが、実際の装置では大型化を避けるために４０ｍｍ～５０ｍｍ程度とするのが望ましい。また、上記の「拡散光」とは、光源から発せられた後に透過型あるいは反射型の光拡散体を経た光を意味する。また、上記の「同時に」とは、１秒にも満たない“瞬間的な”時間差が有る場合も含むものとする。また、上記の「近接させた状態で表示する」とは、「実際に上側の所定部分と下側の所定部分との間に存在する空間を一部あるいは全部省いて表示する」ことを意味する。一部省く場合は、残る空間を画像表示面上で大きくても１ｍｍ程度とすることが望ましい。

本発明によるワイヤ電極の垂直出し装置においては、
上側ワイヤ電極影像と下側ワイヤ電極影像とを、それぞれ垂直基準線に平行で互いに近付く方向に偏向する光学偏向ユニットと、
この偏向ユニットによって偏向された上側ワイヤ電極影像と下側ワイヤ電極影像とを、上側の所定部分と下側の所定部分の実際のワイヤ電極よりも拡大してイメージセンサの撮像面に結像させるフォーカスレンズユニットと、
を含むことが望ましい。

一方、本発明によるワイヤ電極の垂直出し方法は、
互いに上下方向に離して配置された一対のワイヤガイド間に張架されたワイヤ電極の垂直を出す方法において、
上記一対のワイヤガイドの少なくとも一方をワイヤ電極に対して水平１軸方向に移動させながら、ワイヤ電極の相対的に上側の所定部分と、該上側の所定部分から所定長さ離れた相対的に下側の所定部分とにそれぞれ拡散光を水平方向に照射し、
上記上側の所定部分を照射した後の拡散光を４５度下方に向けて偏向し、上記下側の所定部分を照射した後の拡散光を４５度上方に向けて偏向し、上記下方に偏向した拡散光および上記上方に偏向した拡散光を同時に反射させて、これらの拡散光をビーム中心が互いに上下に離れた状態で共に水平方向に進行させ、
上記共に水平方向に進行する、上側ワイヤ電極影像を示す拡散光と下側ワイヤ電極影像を示す拡散光とを集光して所定の倍率で拡大し所定の撮像面に結像させ、
上記所定の撮像面において上記拡散光をイメージセンサで受光することにより、上側の所定部分を示す上側ワイヤ電極影像と、下側の所定部分を示す下側ワイヤ電極影像とを同時に撮像して、これらの電極影像を示す画像データを得、
上記画像データが示す上側ワイヤ電極影像と下側ワイヤ電極影像とを、予め定められた垂直基準線に平行な方向に互いに近接させた状態で、１つの画像表示装置に表示させ、
表示された前記上側ワイヤ電極影像と下側ワイヤ電極影像とが、予め定められた垂直基準線に平行となったとき、および・または概略上下方向に延びて一線に連なって表示されたとき、前記ワイヤガイドの相対移動を停止する、
工程を含むことを特徴とするものである。

本発明によるワイヤ電極の垂直出し装置および方法によれば、一対のワイヤガイド間におけるワイヤ電極の所定の上側部分と下側部分を撮像して影像（画像）を画面に拡大表示できるとともに、上側ワイヤ電極影像と下側ワイヤ電極影像とを同一画面上に並べて表示することができるので、検出精度ないし感度が画像データに与える影響が小さく、目視で垂直出しを行うときのように、簡単な操作であってもより高い精度で垂直出しを行うことができる。なお、ワイヤ電極影像を表示させるために拡散光を利用しているので、十分な明るさを得ることができ、より高精度でワイヤ電極の位置を識別することができる。また、上側ワイヤ電極影像と下側ワイヤ電極影像とを、互いに近接させた状態に表示させているので、ワイヤ電極影像が表示されるワイヤ電極の所定の上側部分と下側部分とが大きく離れていなくても、ワイヤ電極の張架状態を容易かつより正確に判別可能となる。

本発明の第１実施形態によるワイヤ電極の垂直出し装置を示す平面図上記ワイヤ電極の垂直出し装置を示す側面図上記ワイヤ電極の垂直出し装置を示す正面図ワイヤ電極の張架状態の一例を示す概略図ワイヤ電極の張架状態の別の例を示す概略図図１の装置において表示されるワイヤ電極影像の一例を示す概略図図１の装置において表示されるワイヤ電極影像の別の例を示す概略図図１の装置において表示されるワイヤ電極影像のさらに異なる例を示す概略図ワイヤ電極影像とイメージセンサとの相対位置関係の一例を示す概略図上記相対位置関係の別の例を示す概略図上記相対位置関係のさらに異なる例を示す概略図ワイヤ電極の傾き量を判別する方法を説明する概略図ワイヤ電極の傾き量を判別する方法を説明する概略図ワイヤ電極の傾き量を判別する方法を説明する概略図ワイヤ電極の傾き量を判別する方法を説明する概略図ワイヤ電極の傾き量を判別する方法を説明する概略図本発明の第２実施形態によるワイヤ電極の垂直出し装置を示す側面図本発明の第３実施形態によるワイヤ電極の垂直出し装置を示す側面図

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１および図２はそれぞれ、本発明の第１実施形態によるワイヤ電極の垂直出し装置１を示す平面図および側面図である。また図３は、ワイヤ電極の垂直出し装置１を図１および図２中の左方側から見て示す正面図である。以下これらの図を参照して、ワイヤ電極の垂直出し装置１について説明する。このワイヤ電極の垂直出し装置１は、詳細は省略するワイヤ放電加工機に搭載されて、上側ワイヤガイド２と下側ワイヤガイド３との間に張架されるワイヤ電極Ｗの垂直出しを行うために設けられたものである。この垂直出しとは、ワイヤ電極Ｗが上側ワイヤガイド２と下側ワイヤガイド３との間で正確に垂直方向（鉛直方向）に延びるように、張架方向を調整することを意味する。

ワイヤ電極Ｗの張架方向を調整するには、従来からなされているように、上側ワイヤガイド２および下側ワイヤガイド３の一方あるいは双方を、垂直方向に対して直交する方向に移動させればよい。本実施形態では一例として上側ワイヤガイド２のみを、垂直方向であるＺ軸方向に対して直交して、互いに直交するＵ軸方向およびＶ軸方向に移動させるようにしている。すなわち上側ワイヤガイド２が、Ｕ軸モータ４とＶ軸モータ５とによってそれぞれＵ軸方向、Ｖ軸方向に移動される。

なお図２および図３では、Ｕ軸モータ４、Ｖ軸モータ５および表示装置６を概略的に示している。また図２および図３では、上側ワイヤガイド２がＵ軸モータ４とＶ軸モータ５とによって直接的に移動するように示しているが、従来なされているように、上側ワイヤガイド２をＵＶクロステーブルに連結し、そのＵＶクロステーブルをＵ軸モータ４とＶ軸モータ５とによってＵ軸方向、Ｖ軸方向に移動させるようにしてもよい。

ここで、Ｕ軸方向およびＶ軸方向について説明する。ワイヤ電極の垂直出し装置１を搭載するワイヤ放電加工機は、ベッドおよびその上に搭載された加工テーブル（共に図示せず）を有する。加工テーブルは、互いに直交する水平なＸ軸方向およびＹ軸方向に移動自在とされたものであり、ワーク（被加工物）はこの加工テーブルに載置されたワークスタンド１０に水平に取り付けられる。一方ワイヤ電極Ｗは、図示外の供給リールから上側ワイヤガイド２および下側ワイヤガイド３を経て図示外の回収容器に至る経路を所定の速さで走行する。

ワークスタンド１０に取り付けられた図示外のワークは、上側ワイヤガイド２と下側ワイヤガイド３との間に張架されたワイヤ電極Ｗに対して、被加工部が微小な加工間隙を置く状態に配置される。そしてワイヤ電極Ｗから加工間隙に加工電圧が印加されて放電がなされると共に、加工テーブルの駆動によりワークがワイヤ電極Ｗに対してＸ軸およびＹ軸方向に相対移動されて、ワークが所望の形状に加工される。上述したＵ軸方向とＶ軸方向は、図２および図３に示す通り、上記加工におけるＸ軸方向とＹ軸方向に各々平行な方向である。

本実施形態によるワイヤ電極の垂直出し装置１は、一例として、ワイヤ電極Ｗの垂直出しを手動操作によって実行可能としたものである。そのためにＵ軸モータ４およびＶ軸モータ５は、操作者の手動操作によって回転・停止の指令、および回転方向の指定がなされるものとされている。上記ワークスタンド１０の上には載置台１１が固定され、この載置台１１の上にはさらに、レンズユニット保持部１２およびカメラ保持部１３が固定されている。レンズユニット保持部１２にはフォーカスレンズユニット２０が保持され、カメラ保持部１３にはカメラ３０が保持されている。

フォーカスレンズユニット２０は、Ｙ軸と平行な方向に光軸Ｃが延びる状態に配されてなる、例えば物体側テレセントリック光学系である。すなわち、フォーカスレンズユニット２０は基本的に、物体側つまりカメラ３０と反対側から光軸Ｃに沿って順次配置されたフォーカスレンズ２１と絞り２２とから構成されている。絞り２２は、フォーカスレンズ２１の後側焦点位置に配置されている。

カメラ３０は、例えばＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサ３１を備えて構成されている。イメージセンサ３１は、フォーカスレンズユニット２０による結像位置に撮像面が位置する状態に配設されている。イメージセンサ３１は、後述の通りにして形成されるワイヤ電極Ｗの２つの部分についての影像を撮像し、これらの影像を示す画像データＤを表示装置６に入力する。表示装置６は例えば液晶表示装置等から構成されている。なお、この表示装置６は図１～図３の中で図２のみに示し、図１および図３では図示を省略している。

レンズユニット保持部１２には、フォーカスレンズユニット２０と共に光学偏向ユニット４０が保持されている。光学偏向ユニット４０は、フォーカスレンズユニット２０と一体化されたブロック４１を有する。このブロック４１には、側面から見て「コ」字状に開かれた通路部分と、この部分の上下方向中央部からフォーカスレンズユニット２０側に向かって開かれた通路部分とからなる導光通路４２が形成されている。この導光通路４２の上端部、下端部でそれぞれ直角に折れる部分には、各々直角プリズム４５、４６が配設されている。また、この導光通路４２の上下方向中央部には、ナイフエッジプリズムミラー４４が配設されている。ナイフエッジプリズムミラー４４は、直角の頂角部、つまり上側ミラー面４４ａと下側ミラー面４４ｂとが交差する部分に、フォーカスレンズユニット２０の光軸Ｃが位置する状態にして配設されている。

ブロック４１の上端部には、横方向に延びる光源連結部材５１が連結されている。この光源連結部材５１には、乳白板５２と、この乳白板５２を介して直角プリズム４５の側に光を発するＬＥＤ等の光源５３とが保持されている。またブロック４１の下端部には、横方向に延びる光源連結部材６１が連結されている。この光源連結部材６１には、乳白板６２と、この乳白板６２を介して直角プリズム４６の側に光を発するＬＥＤ等の光源６３とが保持されている。

乳白板５２および光源５３は、間にワイヤ電極Ｗを置いて上側の直角プリズム４５と向かい合うように配置されている。光源５３から発せられた光は乳白板５２を通過することにより多大に拡散された状態となる。こうして拡散された光を、拡散光Ｌ１と称する。拡散光Ｌ１はワイヤ電極Ｗの所定部分を照射してから直角プリズム４５に入射する。同様に、乳白板６２および光源６３は、間にワイヤ電極Ｗを置いて下側の直角プリズム４６と向かい合うように配置されている。光源６３から発せられて乳白板６２を通過した後の、拡散光Ｌ１と同様の拡散光Ｌ２は、ワイヤ電極Ｗの所定部分を照射してから直角プリズム４６に入射する。なお、上記透過型の乳白板５２および６２の代わりに、光源からの光を拡散反射させる手段が用いられてもよい。

上の説明から明らかな通り、拡散光Ｌ１が照射されるワイヤ電極Ｗの所定部分は、相対的に上側の所定部分であり、拡散光Ｌ２が照射されるワイヤ電極Ｗの所定部分は、相対的に下側の所定部分である。そして乳白板５２および光源５３は、ワイヤ電極Ｗの上側の所定部分に拡散光Ｌ１を照射する光源部を構成し、乳白板６２および光源６３は、ワイヤ電極Ｗの下側の所定部分に拡散光Ｌ２を照射する光源部を構成している。

以下、上記構成を有するワイヤ電極の垂直出し装置１の作用について説明する。上側ワイヤガイド２と下側ワイヤガイド３との間に張架されて、この張架部分では下方に連続的に走行するワイヤ電極Ｗには、上側の所定部分において拡散光Ｌ１が照射され、該上側の所定部分を経た拡散光Ｌ１はブロック４１の導光通路４２を通過し、直角プリズム４５によって４５°下方に向けて偏向される。この偏向された拡散光Ｌ１は、ナイフエッジプリズムミラー４４の上側ミラー面４４ａに入射する。同様に、ワイヤ電極Ｗには下側の所定部分において拡散光Ｌ２が照射され、該下側の所定部分を経た拡散光Ｌ２はブロック４１の導光通路４２を通過し、直角プリズム４６によって４５°上方に向けて偏向される。この偏向された拡散光Ｌ２は、ナイフエッジプリズムミラー４４の下側ミラー面４４ｂに入射する。

以上の通り、拡散光Ｌ１と拡散光Ｌ２とは、それぞれ直角プリズム４５と直角プリズム４６とによって、互いに近付く方向に偏向される。拡散光Ｌ１はワイヤ電極Ｗの上側の所定部分を経ているので、この上側の所定部分の影像（これを上側ワイヤ電極影像という）を担持するものとなっている。一方、拡散光Ｌ２はワイヤ電極Ｗの下側の所定部分を経ているので、この下側の所定部分の影像（下側ワイヤ電極影像という）を担持するものとなっている。

拡散光Ｌ１は、ナイフエッジプリズムミラー４４の上側ミラー面４４ａで反射して、フォーカスレンズユニット２０に入射する。同様に拡散光Ｌ２は、ナイフエッジプリズムミラー４４の下側ミラー面４４ｂで反射して、フォーカスレンズユニット２０に入射する。フォーカスレンズユニット２０に入射した拡散光Ｌ１、Ｌ２は、フォーカスレンズ２１で集光され、絞り２２を通過してから、イメージセンサ３１の撮像面で収束する。こうしてイメージセンサ３１により、拡散光Ｌ１、Ｌ２が各々担持している上側ワイヤ電極影像、下側ワイヤ電極影像が撮像される。イメージセンサ３１は、これらの電極影像を示す画像データＤを表示装置６に入力する。それにより表示装置６において、これらの上側ワイヤ電極影像および下側ワイヤ電極影像が表示される。

なお図１および図２では、物体側テレセントリック光学系であるフォーカスレンズユニット２０を概略的に示しているが、撮像される上側ワイヤ電極影像および下側ワイヤ電極影像は、基本的に下記の通りの位置およびサイズのものとなる。すなわち、図２に表されている側面視状態では、ワイヤ電極Ｗを横切る拡散光Ｌ１の光軸Ｃとその外側（上側）の横向き破線との間の電極部分および、ワイヤ電極Ｗを横切る拡散光Ｌ２の光軸Ｃとその外側（下側）の横向き破線との間の電極部分の各影像が、それぞれ上側ワイヤ電極影像および下側ワイヤ電極影像として撮像される。

また上記各影像は、物体側テレセントリック光学系の倍率（光学倍率）と、表示装置６による表示倍率（モニタ倍率）とを乗じた倍率（総合倍率）で、表示装置６に表示される。ワイヤ電極Ｗの直径は例えば０．２ｍｍ程度と一般に極めて小さいので、この細いワイヤ電極Ｗを見やすく表示装置６に拡大表示するために、上記総合倍率は例えば数十倍程度とされる。操作者は、表示装置６に拡大表示された上側ワイヤ電極影像および下側ワイヤ電極影像を見ながら、ワイヤ電極の垂直出しを行うことができる。以下、この垂直出しについて詳しく説明する。

図４および図５は、上側ワイヤガイド２と下側ワイヤガイド３との間に張架されたワイヤ電極Ｗを、Ｙ軸方向から見た状態、つまりＸＺ面内の状態を示している。なおこれらの図４および図５において、先に説明した図１～図３のものと同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は、特に必要の無い限り省略する（以下、同様）。図４は、ワイヤ電極Ｗが正確に垂直出しされた状態を示している。つまりこの図４の場合はＸ軸およびＺ軸を含む面であるＸＺ面内において、図中の上下方向である垂直方向（鉛直方向）に対して、ワイヤ電極Ｗが平行に張架された状態となっている。

それに対して図５は、ワイヤ電極ＷがＸＺ面内で正確に垂直出しされていない状態を示している。つまりこの図５の場合はワイヤ電極Ｗが、ＸＺ面内において、図中Ｃｖとして示す垂直方向に対して、ワイヤ電極Ｗが傾いた状態となっている。なお、図４および図５には、図２に示すフォーカスレンズユニット２０の光軸Ｃの高さ位置および、該光軸Ｃがナイフエッジプリズムミラー４４および直角プリズム４５、４６で折れた後の高さ位置を、Ｃｈとして示している。

ワイヤ電極Ｗの張架状態が図４、図５の状態となっている場合に、イメージセンサ３１が撮像して、表示装置６に拡大表示される画像をそれぞれ図６、図７に概略的に示す。それらの図において、ＰＵ、ＰＬは各々、イメージセンサ３１が受光した拡散光Ｌ１、Ｌ２に基づく画像の領域を示している。画像領域ＰＵと画像領域ＰＬとは、実際には互いに所定距離を置いて垂直方向に離れた空間を示す領域であるが、前述したように拡散光Ｌ１、Ｌ２が各々直角プリズム４５、４６によって偏向されていることにより、ここに図示する通り互いに近接した状態に表示される。またＧＵ、ＧＬは各々、上記各画像領域の中に表示される、ワイヤ電極Ｗの上側ワイヤ電極影像、下側ワイヤ電極影像を示している。またＲＣｖで示す１点鎖線は、予め定められた垂直基準線である。

上側ワイヤ電極影像ＧＵ、下側ワイヤ電極影像ＧＬが表示装置６において図６のように表示されていれば、操作者は、ワイヤ電極ＷがＸＺ面内で正確に垂直方向に延びている、つまり垂直出しがなされて正常に張架されていると認識できる。それに対して、上側ワイヤ電極影像ＧＵ、下側ワイヤ電極影像ＧＬが表示装置６において図７のように表示されていれば、操作者は、ワイヤ電極ＷがＸＺ面内で垂直方向に対して傾いた状態に張架されていると認識できる。そこで操作者は、表示装置６での表示状態を見ながら、図３に示すＵ軸モータ４を手動操作によって正方向あるいは逆方向に回転させ、上側ワイヤ電極影像ＧＵおよび下側ワイヤ電極影像ＧＬの表示状態が、図６の状態となるように上側ワイヤガイド２のＵ軸（Ｘ軸）方向位置を調整する。それによりワイヤ電極Ｗを、ＸＺ面内で正確に垂直方向に延びた正常状態に設定することができる。なお、上側ワイヤ電極影像ＧＵおよび下側ワイヤ電極影像ＧＬの表示状態が図６の状態となったときの該電極影像ＧＵおよびＧＬを示す前記画像データＤは、例えばワイヤ電極Ｗの垂直状態を示す基準位置データとして記憶手段に記憶されてもよい。そのように記憶された基準位置データは、後にワイヤ電極Ｗの位置の補正を行う場合において、補正のための基準データ等として利用することができる。

本実施形態によるワイヤ電極の垂直出し装置１においては、ワイヤ電極影像ＧＵおよびＧＬを表示させるために拡散光Ｌ１、Ｌ２を利用しているので、表示装置６においてワイヤ電極影像ＧＵおよびＧＬの周りの部分は十分明るく表示される。そこで、ワイヤ電極影像ＧＵおよびＧＬの表示状態、つまりはワイヤ電極Ｗの張架状態を容易かつ精度良く認識可能となる。また、ワイヤ電極影像ＧＵおよびＧＬを、互いに近接させた状態に表示させているので、ワイヤ電極影像ＧＵおよびＧＬが表示されるワイヤ電極Ｗの２つの所定部分、つまり上側の所定部分と下側の所定部分とが大きく離れていなくても、ワイヤ電極Ｗの張架状態を容易かつ正確に判別可能となる。そのような効果は具体的に、直角プリズム４５と直角プリズム４６との間の距離が４０ｍｍ～５０ｍｍ程度確保されていれば、得ることができる。この点は、本実施形態によるワイヤ電極の垂直出し装置１を小型に形成する上で有利に作用する。

なおワイヤ電極Ｗは、図５に示した傾斜の向きとは逆の向きに傾斜した不正な張架状態になることもあるし、所定の張架位置から全体的に水平方向にずれた不正な張架状態になることもある。図８には、そのような２つの点で不正な張架状態になっているワイヤ電極Ｗがイメージセンサ３１により撮像されて、表示装置６に拡大表示された画像の例を概略的に示す。前者の不正な張架状態を正常な張架状態に修正するためには、Ｕ軸モータ４の回転方向を、前述した場合とは反対の方向とすればよい。後者の不正な張架状態を正常な張架状態に修正するためには、Ｕ軸モータ４に加えてさらに、下側ワイヤガイド３をＵ軸（Ｘ軸）方向に移動させる手段が必要になる。

ここで、図６～図８に示す垂直基準線ＲＣｖについて説明する。この垂直基準線ＲＣｖを定める際には、まずワイヤ電極Ｗと形状が類似した校正治具（ワイヤ治具）を、上側ワイヤガイド２と下側ワイヤガイド３との間に正確に垂直状態に配置する。それと共にカメラ３０のイメージセンサ３１を、例えばその矩形の撮像面を左右２領域に分ける中央線（撮像面の左右２辺と平行で該２辺からの距離が等しい線）が正確に垂直となる状態に位置調整して、その状態にイメージセンサ３１をカメラ３０内に固定する。以上のワイヤ治具の配置およびイメージセンサ３１の位置調整は、例えば、イメージセンサ３１が撮像したワイヤ治具の像を表示装置６に表示させ、その表示画像を参考にしながら正確に行うことができる。

以上により本例では、イメージセンサ３１の撮像面における上記中央線が、垂直基準線ＲＣｖとして予め定められる。したがって本例では、表示装置６において上側ワイヤ電極影像ＧＵおよび下側ワイヤ電極影像ＧＬが、双方とも図６に示す表示状態、つまり垂直基準線ＲＣｖに対して平行となる状態に表示されれば、ワイヤ電極Ｗが垂直に張架されていると判断できることになる。

上述の通りに定められる垂直基準線ＲＣｖは、表示装置６において表示させてもよいし、表示させなくてもよい。垂直基準線ＲＣｖが表示されていない場合でも、表示装置６において上側ワイヤ電極影像ＧＵと下側ワイヤ電極影像ＧＬとが、概略上下方向に延びて一線に連なって表示されていれば、操作者は、ワイヤ電極Ｗが垂直基準線ＲＣｖと平行になって垂直状態に張架されていると判断することができる。つまり、表示された上側ワイヤ電極影像ＧＵと下側ワイヤ電極影像ＧＬとが一線に連なって表示されていないのにワイヤ電極Ｗが垂直状態に張架されているということは、両ワイヤ電極影像ＧＵおよびＧＬの傾きの有無に拘わらず、有り得ないからである。

ここで図９～図１１を参照して、イメージセンサ３１の撮像面と垂直基準線ＲＣｖとの相対位置関係について説明する。これらの図において、Ｓはイメージセンサ３１の矩形の撮像面を、その中の格子状のマス目は１個の画素を、そしてＧｗは上側ワイヤ電極影像ＧＵおよび下側ワイヤ電極影像ＧＬを含む全体のワイヤ電極影像をそれぞれ概略的に示している。図９～図１１の各例において、ワイヤ電極Ｗは垂直に張架されているものとする。

まず図９は、上に述べたように、イメージセンサ３１の撮像面Ｓにおける中央線が、垂直基準線ＲＣｖとして定められる場合を示している。この場合は、図２に示す光源５３および乳白板５２からなる光源部と、光源６３および乳白板６２からなる光源部と、光学偏向ユニット４０と、フォーカスレンズユニット２０とから構成される光学系の垂直方向に対して、撮像面Ｓの中央線が平行に配置されている。この例においては、前述したように表示装置６に表示される画像を目視しながら手動操作によってワイヤ電極Ｗの垂直出しを行う場合、ワイヤ電極Ｗの張架状態を判別し易いという利点が有る。しかし、その反面、上記光学系の垂直方向と実際の垂直とのずれを極力小さく抑える必要がある。

次に図１０は、上記光学系の垂直方向に対して、撮像面Ｓの中央線が傾斜した状態にイメージセンサ３１が配置された場合を示している。この例において、垂直基準線ＲＣｖは上記光学系の垂直方向と平行で、撮像面Ｓの中央線から傾いた状態とされる。この例においては、光学系の水平方向に対して画素の並び方向を斜めに配置したことにより、イメージセンサ３１の水平方向の分解能を理論上高めることができる。具体的には、多数の画素が格子状に等間隔で正確に配置されていることを前提とすれば、上記斜め配置の傾きが１／ｎの場合、分解能はｎ倍に高められる。逆に言えば、高分解能のイメージセンサ３１を用いなくても、ワイヤ電極Ｗの傾きを高精度で検出可能となるので、垂直出し装置のコストダウンや小型化の上で有利となる。

次に図１１は、光学系の垂直方向に対する撮像面Ｓの相対位置関係は図１０の例と同じであるが、画素の並び方向が水平方向となるようにイメージセンサ３１が配置された場合を示している。この例において、イメージセンサ３１の撮像面Ｓに対する垂直基準線ＲＣｖの相対位置を、図９の例におけるのと同様に設定すると、上側ワイヤ電極影像ＧＵの重心Ｑ１および下側ワイヤ電極影像ＧＬの重心Ｑ２のイメージセンサ３１上における水平方向位置を、垂直基準線ＲＣｖからの水平方向ずれ量で規定可能である。つまり、例えば図１１の例では、下側ワイヤ電極影像ＧＬの重心Ｑ２を通る垂直線Ｃｖ２の垂直基準線ＲＣｖからのずれ量で、下側ワイヤ電極影像ＧＬの重心Ｑ２の水平方向位置を規定可能となる。こうして求めた、２つの重心Ｑ１およびＱ２のイメージセンサ３１上の水平方向位置に基づいて、ワイヤ電極Ｗの傾きを数値によって表すことができる。そうであれば、図９の例について説明したように、光学系の垂直方向と実際の垂直とのずれを極力小さく抑える必要がなくなるので、垂直出し装置の製作が容易になる。

以下、イメージセンサ３１の分解能について、具体例を挙げて説明する。イメージセンサ３１の撮像面のサイズが６ｍｍ×８ｍｍであるとすると、撮像面の面積は６×８＝４８ｍｍ^２＝４８×１,０００,０００μｍ^２である。イメージセンサ３１の画素数が１２Ｍ（メガ）pixelの場合、１画素当たりの面積は、４８／１２＝４μｍ^２で、画素間のピッチは２μｍとなる。ワイヤ電極Ｗの実空間での変位を分解能１μｍで検出するには、イメージセンサ３１上での拡大倍率として２倍以上が必要である。そこでフォーカスレンズユニット２０は、直径０．２ｍｍのワイヤ電極Ｗの影像を、イメージセンサ３１上で直径０．４ｍｍ以上つまり２００画素分以上のサイズに結像させるものであることが望ましい。なお、上に例示した画素数よりも少ない画素数のイメージセンサ３１を用いても、画像処理によって、ワイヤ電極Ｗの影像をより高精細化できることもある。

以上、ワイヤ電極ＷをＸＺ面内で垂直出しすることについて説明したが、ワイヤ電極Ｗは、ＸＺ面と直交するＹＺ面内で垂直方向に対して傾斜することもある。このような不正な張架状態となっているワイヤ電極Ｗを正常な張架状態に直すためには、例えば図２に示すＶ軸モータ５を手動操作して、上側ワイヤガイド２をＶ軸（Ｙ軸）方向位置に移動させればよい。また、ワイヤ電極Ｗが上記不正な張架状態となっていることを検出するためには、例えば図２に示す光源５３、乳白板５２および光源連結部材５１とからなる上側光照射手段と、光源６３、乳白板６２および光源連結部材６１とからなる下側光照射手段と、光学偏向ユニット４０と、フォーカスレンズユニット２０と、カメラ３０とからなるワイヤ電極影像手段と同様の構成を有し、その構成が上記ワイヤ電極影像手段に対して水平面内で９０°回転した状態に配置されてなるワイヤ電極撮像手段を利用することができる。

また、本発明によるワイヤ電極の垂直出し装置は、ワイヤ電極Ｗの上側ワイヤ電極影像および下側ワイヤ電極影像を表示装置に表示させることに加えて、ワイヤ電極Ｗの垂直からの傾き量を数値化して、その数値化結果を表示装置に表示させるように構成されてもよい。以下、このワイヤ電極Ｗの傾き量を数値化する手法の一例を、図１２～図１６を参照して説明する。

本例では、上側ワイヤ電極影像ＧＵおよび下側ワイヤ電極影像ＧＬが、図１２に示す状態で表示装置６に表示されているものとする。この表示画像は、画像の輝度の高い部分を利用してワイヤ電極Ｗの位置を正確に判別するために、イメージセンサ３１が出力した画像データＤ（図２参照）が示す画像をグレースケール化し、さらにその画像を輝度反転（白黒反転）したものである。ここでは説明を簡素化するために、上側ワイヤ電極影像ＧＵおよび下側ワイヤ電極影像ＧＬはそれぞれ、垂直基準線ＲＣｖと平行な状態で示されているとする。なお仮に、実際このような表示となっているとしても、上側ワイヤ電極影像ＧＵと下側ワイヤ電極影像ＧＬとが一線に連なって表示されていないので、ワイヤ電極Ｗは垂直に張架されていないと判断することができる。

次に図１３に示すように、表示画像において、ワイヤ電極Ｗの傾き量を数値化するために使用するエリアを設定する。本例では、画像領域ＰＵにおいて２本の横破線および２本の縦破線で挟まれたエリア、並びに画像領域ＰＬにおいて同じく２本の横破線および２本の縦破線で挟まれたエリアが、上記数値化のためのエリアとして設定される。次に図１４に示すように、設定された上記エリアに含まれない領域の明るい画像は輝度をゼロにして、数値化のための解析対象から除外する。

次に図１５に示すように、表示画像内で、特に高輝度となっている部分の重心Ｑ１およびＱ２の座標（Ｘ座標およびＺ座標）を求める。通常、この特に高輝度となっている部分は２つ存在し、表示画像中で上側の部分は、前述の設定されたエリア内の上側ワイヤ電極影像ＧＵに対応し、下側の部分は下側ワイヤ電極影像ＧＬに対応している。したがって、特に高輝度となっている上側の部分の重心Ｑ１は、上記エリア内の上側ワイヤ電極影像ＧＵの重心であり、他方、特に高輝度となっている下側の部分の重心Ｑ２は、上記エリア内の下側ワイヤ電極影像ＧＬの重心である。

重心Ｑ１およびＱ２の座標からそれぞれＸ座標のみを抽出し、例えばそれら２つのＸ座標の差分を、例えば図１～図３に示す構成における表示装置６に表示させる。そこで操作者は数値化されたこの差分の表示を見ながら、図３に示すＵ軸モータ４を手動操作し、該Ｕ軸モータ４を上記差分が減少する方向に回転させる。この操作が続けられると、ワイヤ電極ＷのＸＺ面内における垂直方向からの傾きは次第に減少し、上記差分がゼロとなったところで、ワイヤ電極ＷはＸＺ面内で垂直出しされることになる。このとき、表示画像において特に高輝度となっている２つの部分は、図１６に示すように、ＸＺ面内で一線に並ぶ状態となる。

以上説明した方法は、数値化されたワイヤ電極Ｗの傾き量に基づいてＵ軸モータ４を手動操作して、ワイヤ電極Ｗの垂直を出すものであるが、手動操作は不要にして自動処理でワイヤ電極Ｗの垂直を出すことも可能である。図１７は、この自動処理を実施可能とした、本発明の第２実施形態によるワイヤ電極の垂直出し装置１００の概略構成を示す側面図である。以下、図１７を参照して垂直出し装置１００の構成、および作用を説明する。

この垂直出し装置１００において、イメージセンサ３１が出力する画像データＤは、表示装置６に入力されると共に、制御装置７にも入力される。制御装置７は入力された画像データＤに基づいて、前述した重心Ｑ１およびＱ２の各Ｘ座標の差分を求める。この場合も該差分は、ワイヤ電極Ｗの垂直からの傾き量を数値化して示している。制御装置７は求めたこの差分を示すデータを、表示装置６に入力させる。そこで操作者は、入力された上記データに基づいて表示装置６に表示された差分の値を参考にして、また、画像データＤに基づいて表示装置６に表示された上側ワイヤ電極影像および下側ワイヤ電極影像を参考にしてＵ軸モータ４を手動操作して、ワイヤ電極Ｗの垂直を出すことができる。

さらに制御装置７は、Ｕ軸モータ４を連続的に正逆回転させて、上側ワイヤガイド２をＸ軸方向に往復移動させる。そして制御装置７は、上側ワイヤガイド２の移動に伴って刻々変化する上記差分の値がゼロとなったところで、Ｕ軸モータ４の回転を停止させる。先に図１５および図１６を参照して説明した通り、上記差分の値がゼロとなるのは、上側ワイヤ電極影像ＧＵと下側ワイヤ電極影像ＧＬとが垂直基準線ＲＣｖに平行になった場合、つまりワイヤ電極Ｗが垂直方向に張架されている場合である。そこで、Ｕ軸モータ４の回転を上述のように停止させれば、ワイヤ電極Ｗが垂直出しされた状態となる。なお、Ｕ軸モータ４の回転停止が比較的早い時点でなされた場合、上側ワイヤガイド２は往復移動せずに、片道だけ移動した後に停止することもある。

制御装置７には、自動モードと手動モードの一方を選択的に設定するモード切替部が設けられるのが望ましい。そして自動モードが選択された場合は、上記差分の値に基づいてＵ軸モータ４の回転を停止させて、ワイヤ電極Ｗの垂直出しを自動処理で行う方法が実施される。この自動モードが選択された場合は、混乱を避けるために、画像データＤに基づいて表示装置６に上側ワイヤ電極影像ＧＵおよび下側ワイヤ電極影像ＧＬを表示させること、並びに、上記差分の値を表示装置６に表示させることは行わない方が望ましい。一方、手動モードが選択された場合は、上側ワイヤ電極影像ＧＵおよび下側ワイヤ電極影像ＧＬや、あるいは上記差分の値が表示装置６に表示される。そして、ワイヤ電極Ｗの垂直出しを行う自動処理は実行されない。

次に図１８を参照して、本発明の第３実施形態によるワイヤ電極の垂直出し装置２００について説明する。図１８は、ワイヤ電極の垂直出し装置２００の概略構成を示す側面図である。このワイヤ電極の垂直出し装置２００においては、上側ワイヤ電極影像ＧＵおよび下側ワイヤ電極影像ＧＬを担持している拡散光Ｌ１、Ｌ２を各々偏向させる直角プリズム４５、４６（図２参照）は設けられていない。そしてそれらに代えて、拡散光Ｌ１を受光するイメージセンサ２３１を有するカメラ２３０と、拡散光Ｌ２を受光するイメージセンサ３３１を有するカメラ３３０とが設けられている。また、図２に示したフォーカスレンズ２１および絞り２２と同様のフォーカスレンズ２２１および絞り２２２が拡散光Ｌ１の光路に沿って配設され、同じくフォーカスレンズ２１および絞り２２と同様のフォーカスレンズ３２１および絞り３２２が拡散光Ｌ２の光路に沿って配設されている。

イメージセンサ２３１および３３１が各々出力する画像データＤ１およびＤ２は、制御装置２０７に入力される。画像データＤ１は、ワイヤ電極Ｗの互いに上下方向に離れた部分の一方（上側の所定部分）に関する上側ワイヤ電極影像を示すものである。また画像データＤ２は、ワイヤ電極Ｗの互いに上下方向に離れた部分の他方（下側の所定部分）に関する下側ワイヤ電極影像を示すものである。制御装置２０７は入力された画像データＤ１、Ｄ２を処理して、例えば図６に示すように、上側ワイヤ電極影像ＧＵと下側ワイヤ電極影像ＧＬとが互いに上下に近接して示される画像を示す画像データを作成し、その画像データを表示装置６に入力する。

表示装置６では、入力された上記画像データに基づいて、図６に示すような画像が表示される。そこで操作者はこの場合も、表示装置６に表示された上側ワイヤ電極影像および下側ワイヤ電極影像を参考にしてＵ軸モータ４を手動操作して、ワイヤ電極Ｗの垂直を出すことができる。また制御装置２０７は入力された画像データＤ１、Ｄ２に基づいて、前述した重心Ｑ１およびＱ２（図１５および図１６参照）の各Ｘ座標の差分を求める。制御装置２０７は求めたこの差分を示すデータを、表示装置６に入力させる。そこで操作者は、入力された上記データに基づいて表示装置６に表示された差分の値を参考にして、Ｕ軸モータ４を手動操作して、ワイヤ電極Ｗの垂直を出すことができる。

さらに制御装置２０７は、Ｕ軸モータ４を連続的に正逆回転させて、上側ワイヤガイド２をＸ軸方向に往復動させる。そして制御装置２０７は、上側ワイヤガイド２の往復動に伴って刻々変化する上記差分の値がゼロとなったところで、Ｕ軸モータ４の回転を停止させる。以上の工程を実施することにより、図１７に示した第２実施形態によるワイヤ電極の垂直出し装置１００におけるのと同様に、ワイヤ電極Ｗが垂直出しされた状態となる。

本発明によるワイヤ電極の垂直出し装置および垂直出し方法は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１、１００、２００ワイヤ電極の垂直出し装置
２上側ワイヤガイド
３下側ワイヤガイド
４Ｕ軸モータ
５Ｖ軸モータ
６表示装置
７、２０７制御装置
１０ワークスタンド
１１載置台
１２レンズユニット保持部
１３カメラ保持部
２０フォーカスレンズユニット
２１、２２１、３２１フォーカスレンズ
２２、２２２、３２２絞り
３０、２３０、３３０カメラ
３１、２３１、３３１イメージセンサ
４０光学偏向ユニット
４１ブロック
４２導光通路
４４ナイフエッジプリズムミラー
４５、４６直角プリズム
５１、６１光源連結部材
５２、６２乳白板
５３、６３光源

Claims

上下方向に延びる状態に張架されたワイヤ電極に対して、相対的に上側の所定部分と、該上側の所定部分から所定長さ離れた相対的に下側の所定部分とに、それぞれ拡散光を水平方向に照射する１以上の光源部と、
前記上側の所定部分を照射した後に入射した拡散光を４５度下方に向けて偏向する上側プリズムと、前記下側の所定部分を照射した後に入射した拡散光を４５度上方に向けて偏向する下側プリズムと、前記上側プリズムによって下方向に偏向した前記拡散光および前記下側プリズムによって上方向に偏向した前記拡散光を同時に受けて反射させ、これらの拡散光をビーム中心が互いに上下に離れた状態で共に水平方向に進行させる中央プリズムと、を含んでなる光学偏向ユニットと、
水平方向に光軸を有し前記中央プリズムで反射した拡散光が入射する位置に配されて、前記上側ワイヤ電極影像を示す拡散光と前記下側ワイヤ電極影像を示す拡散光とを集光して所定の倍率で拡大し所定の撮像面に結像させる１つのフォーカスレンズユニットと、
前記フォーカスレンズユニットを経た拡散光を撮像面において受光することにより、前記上側ワイヤ電極影像と前記下側ワイヤ電極影像とを同時に撮像して、これらの電極影像を示す画像データを出力するイメージセンサと、
前記画像データに基づいて前記上側ワイヤ電極影像と前記下側ワイヤ電極影像とを、予め定められた垂直基準線に平行な方向に互いに近接させた状態で、１つの表示画面上に表示する画像表示装置と、
を含んでなるワイヤ電極の垂直出し装置。
前記イメージセンサが、複数の画素が格子状に配置されてなるものであって、画素の並び方向が前記垂直基準線に対して傾斜する向きに配置されている、
請求項１に記載のワイヤ電極の垂直出し装置。
互いに上下方向に離して配置された一対のワイヤガイド間に張架されたワイヤ電極の垂直を出す方法において、
前記一対のワイヤガイドの少なくとも一方をワイヤ電極に対して水平１軸方向に移動させながら、前記ワイヤ電極の相対的に上側の所定部分と、該上側の所定部分から所定長さ離れた相対的に下側の所定部分とにそれぞれ拡散光を水平方向に照射し、
前記上側の所定部分を照射した後の拡散光を４５度下方に向けて偏向し、前記下側の所定部分を照射した後の拡散光を４５度上方に向けて偏向し、前記下方に偏向した前記拡散光および前記上方に偏向した前記拡散光を同時に反射させて、これらの拡散光をビーム中心が互いに上下に離れた状態で共に水平方向に進行させ、
前記共に水平方向に進行する、前記上側ワイヤ電極影像を示す拡散光と前記下側ワイヤ電極影像を示す拡散光とを集光して所定の倍率で拡大し所定の撮像面に結像させ、
前記所定の撮像面において前記拡散光をイメージセンサで受光することにより、前記上側の所定部分を示す上側ワイヤ電極影像と、前記下側の所定部分を示す下側ワイヤ電極影像とを同時に撮像して、これらの電極影像を示す画像データを得、
前記画像データが示す上側ワイヤ電極影像と下側ワイヤ電極影像とを、予め定められた垂直基準線に平行な方向に互いに近接させた状態で、１つの画像表示装置に表示させ、
表示された前記上側ワイヤ電極影像と下側ワイヤ電極影像とが、予め定められた垂直基準線に平行となったとき、および・または概略上下方向に延びて一線に連なって表示されたとき、前記ワイヤガイドの相対移動を停止する、
工程を含んでなるワイヤ電極の垂直出し方法。