JP2000346614A - 座標位置決め機械用位置決定装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の位置決定装置は、位置決定用の光束が
細くなるほど、この光束と検出システムとのアラインメ
ント作業が困難になる。 【解決手段】 光放射ユニット１０およひ光検出ユニッ
ト１４を具え、光放射ユニット１０はハウジング３６を
有し、このハウジング３６内には光束１２を放射するた
めの光源が収容され、光束１２は使用中に光検出ユニッ
ト１４に向けて伝搬し、光検出ユニット１４は、光束１
４に合わせて配置される光チャンネルを持ったハウジン
グ４６と、光チャンネル４６にほぼ合わせて配置されて
光放射ユニット１０から伝搬する光束１２を検出する光
検出素子とを有する座標位置決めを利用した機械用位置
決定装置であって、光検出ユニット１４に形成されるス
ポットの寸法が光検出ユニット１４における光チャンネ
ルの寸法よりも実質的に大きくなるように、光束１２は
コリメートされない。
細くなるほど、この光束と検出システムとのアラインメ
ント作業が困難になる。 【解決手段】 光放射ユニット１０およひ光検出ユニッ
ト１４を具え、光放射ユニット１０はハウジング３６を
有し、このハウジング３６内には光束１２を放射するた
めの光源が収容され、光束１２は使用中に光検出ユニッ
ト１４に向けて伝搬し、光検出ユニット１４は、光束１
４に合わせて配置される光チャンネルを持ったハウジン
グ４６と、光チャンネル４６にほぼ合わせて配置されて
光放射ユニット１０から伝搬する光束１２を検出する光
検出素子とを有する座標位置決めを利用した機械用位置
決定装置であって、光検出ユニット１４に形成されるス
ポットの寸法が光検出ユニット１４における光チャンネ
ルの寸法よりも実質的に大きくなるように、光束１２は
コリメートされない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基準点に対する対
象物の位置を工作機械などの座標位置決め機器が決定で
きるようにする機器に関し、例えば工作機械における工
具設定作業で用いることができる。
象物の位置を工作機械などの座標位置決め機器が決定で
きるようにする機器に関し、例えば工作機械における工
具設定作業で用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】工作機械において使用するための周知の
工具は、検出器に入射する細い光束を発生させる光源を
有する。工作機械は、工具設定作業中に工具の一部分が
光束を遮断して通過するまで、工具が光束の伝搬方向に
対して横切って移動するように操作される。この光束遮
断を検出した結果、検出ユニットのトリガ信号が発生
し、このトリガ信号は工作機械で使用され、工具の寸法
を決定するために工作機械の移動部品の相対的位置を確
立する。このような装置は、例えばドイツ特許ＤＥ４２
３８５０４号，同ＤＥ４２４４８６９号，フランス特許
第２３４３５５５号，欧州特許第９８９３０号，および
米国特許第４５１８２５７号から周知である。これらの
装置は、工具の長さまたは直径を測定してこれらの破損
または摩耗を監視するために付加的に使用可能である。
工具は、検出器に入射する細い光束を発生させる光源を
有する。工作機械は、工具設定作業中に工具の一部分が
光束を遮断して通過するまで、工具が光束の伝搬方向に
対して横切って移動するように操作される。この光束遮
断を検出した結果、検出ユニットのトリガ信号が発生
し、このトリガ信号は工作機械で使用され、工具の寸法
を決定するために工作機械の移動部品の相対的位置を確
立する。このような装置は、例えばドイツ特許ＤＥ４２
３８５０４号，同ＤＥ４２４４８６９号，フランス特許
第２３４３５５５号，欧州特許第９８９３０号，および
米国特許第４５１８２５７号から周知である。これらの
装置は、工具の長さまたは直径を測定してこれらの破損
または摩耗を監視するために付加的に使用可能である。
【０００３】上記特許明細書に開示された装置は、工具
に入り込むかまたは工具を通過する細い光束を使用して
いる。検出ユニットは、検出ユニットに入射する光束の
強度低下から、工具が光束を遮る時点を検出している。
に入り込むかまたは工具を通過する細い光束を使用して
いる。検出ユニットは、検出ユニットに入射する光束の
強度低下から、工具が光束を遮る時点を検出している。
【０００４】これらの装置が工具の位置を測定できる精
度は、レ−ザ光束の直径に依存し、この直径が小さいほ
ど測定の精度は高い。
度は、レ−ザ光束の直径に依存し、この直径が小さいほ
ど測定の精度は高い。
【０００５】例えばフランス特許第２３４３５５５号
は、レーザーが直径０.７mmから０.８mm程度のコヒーレ
ント光束を発生させるシステムを記載している。欧州特
許第９８９３０号は、レーザーが高い測定精度のために
厳密に規定された光束を与えるので、レーザー光源を使
用することを提案している。米国特許第４５１８２５７
号は、すべての測定が行われる小さな検査領域にレーザ
ー光束を集束させるシステムを記載している。
は、レーザーが直径０.７mmから０.８mm程度のコヒーレ
ント光束を発生させるシステムを記載している。欧州特
許第９８９３０号は、レーザーが高い測定精度のために
厳密に規定された光束を与えるので、レーザー光源を使
用することを提案している。米国特許第４５１８２５７
号は、すべての測定が行われる小さな検査領域にレーザ
ー光束を集束させるシステムを記載している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】これらの装置のすべて
に付随する１つの問題点は、レーザー光束が小さいほ
ど、レーザー光束と検出システムとのアラインメント作
業が困難になるということである。
に付随する１つの問題点は、レーザー光束が小さいほ
ど、レーザー光束と検出システムとのアラインメント作
業が困難になるということである。
【０００７】欧州特許第９８９３０号に例示された従来
技術によるシステムに付随する他の問題点は、レシーバ
によって受光される光の強度を低下させて検出器からの
信号を早く発信させてしまう可能性がある光学部品に対
する汚染物の蓄積を防ぐため、光学系を清浄に保たなけ
ればならないことである。このことは、光束に対する極
めて小さな妨害によって生ずる強度低下に依存して測定
信号を発生させる装置の場合、特に配慮する必要があ
る。
技術によるシステムに付随する他の問題点は、レシーバ
によって受光される光の強度を低下させて検出器からの
信号を早く発信させてしまう可能性がある光学部品に対
する汚染物の蓄積を防ぐため、光学系を清浄に保たなけ
ればならないことである。このことは、光束に対する極
めて小さな妨害によって生ずる強度低下に依存して測定
信号を発生させる装置の場合、特に配慮する必要があ
る。
【０００８】欧州特許第９８９３０号は、光学系を清浄
に保つための２つの方法を記載しており、その１つはエ
ミッタおよびレシーバのハウジングの外部ガラス面に空
気の噴流を当てることに関し、他の１つは可動の機械的
シャッタを使用することに関する。これらの方法では、
装置に対する追加のコストと機構の複雑化とを必然的に
伴う。
に保つための２つの方法を記載しており、その１つはエ
ミッタおよびレシーバのハウジングの外部ガラス面に空
気の噴流を当てることに関し、他の１つは可動の機械的
シャッタを使用することに関する。これらの方法では、
装置に対する追加のコストと機構の複雑化とを必然的に
伴う。
【０００９】米国特許第４５１８２５７号におけるよう
に、光集束式システムに伴う１つの問題点は、工具が小
さな検査領域においてのみ測定できることである。非集
束式システムではこの問題はないが、光束を工作機械の
移動軸と正確にアラインメントさせ、光路に沿ってどこ
においても正確な測定ができるようにしなければならな
い。従来の非集束式システムでは、光路の方向に調整を
行う度に光束の位置を光路に沿った２つの異なる位置で
確認しなければならず、その後に調整作業を必要に応じ
てさらに行わなければならず、アラインメント作業が極
めて手間のかかるものであった。
に、光集束式システムに伴う１つの問題点は、工具が小
さな検査領域においてのみ測定できることである。非集
束式システムではこの問題はないが、光束を工作機械の
移動軸と正確にアラインメントさせ、光路に沿ってどこ
においても正確な測定ができるようにしなければならな
い。従来の非集束式システムでは、光路の方向に調整を
行う度に光束の位置を光路に沿った２つの異なる位置で
確認しなければならず、その後に調整作業を必要に応じ
てさらに行わなければならず、アラインメント作業が極
めて手間のかかるものであった。
【００１０】
【発明の目的】本発明の目的は、工作機械における工具
設定、または他の座標位置決め機械における対象物の設
定に適した位置決定装置を提供することにある。
設定、または他の座標位置決め機械における対象物の設
定に適した位置決定装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の形態は、
光放射ユニットおよひ光検出ユニットを具え、前記光放
射ユニットはハウジングを有し、このハウジング内には
光束を放射するための光源が収容され、前記光束は使用
中に前記光検出ユニットに向けて伝搬し、前記光検出ユ
ニットは、前記光束に合わせて配置される光チャンネル
を持ったハウジングと、前記光チャンネルにほぼ合わせ
て配置されて前記光放射ユニットから伝搬する前記光束
を検出する光検出素子とを有する座標位置決めを利用し
た機械用位置決定装置であって、前記光検出ユニットに
形成されるスポットの寸法が前記光検出ユニットにおけ
る前記光チャンネルの寸法よりも実質的に大きくなるよ
うに、前記光束がコリメートされないことを特徴とする
ものである。
光放射ユニットおよひ光検出ユニットを具え、前記光放
射ユニットはハウジングを有し、このハウジング内には
光束を放射するための光源が収容され、前記光束は使用
中に前記光検出ユニットに向けて伝搬し、前記光検出ユ
ニットは、前記光束に合わせて配置される光チャンネル
を持ったハウジングと、前記光チャンネルにほぼ合わせ
て配置されて前記光放射ユニットから伝搬する前記光束
を検出する光検出素子とを有する座標位置決めを利用し
た機械用位置決定装置であって、前記光検出ユニットに
形成されるスポットの寸法が前記光検出ユニットにおけ
る前記光チャンネルの寸法よりも実質的に大きくなるよ
うに、前記光束がコリメートされないことを特徴とする
ものである。
【００１２】また、本発明の第２の形態は、光放射ユニ
ットおよび光検出ユニットを具え、前記光放射ユニット
はハウジングを有し、このハウジング内には光束を放射
するための光源が位置し、前記光束は使用中に前記光検
出ユニットに向けて伝搬し、前記光検出ユニットはハウ
ジングと、前記光放射ユニットから伝搬する前記光束を
検出する光検出素子とを有する座標位置決めを利用した
機械用位置決定装置であって、一方または両方の前記ハ
ウジングが管路の形態で前記光束用の光チャンネルを有
し、この管路を通って前記ハウジングに供給される加圧
空気が前記ハウジング内からその外部に通過可能である
ことを特徴とするものである。
ットおよび光検出ユニットを具え、前記光放射ユニット
はハウジングを有し、このハウジング内には光束を放射
するための光源が位置し、前記光束は使用中に前記光検
出ユニットに向けて伝搬し、前記光検出ユニットはハウ
ジングと、前記光放射ユニットから伝搬する前記光束を
検出する光検出素子とを有する座標位置決めを利用した
機械用位置決定装置であって、一方または両方の前記ハ
ウジングが管路の形態で前記光束用の光チャンネルを有
し、この管路を通って前記ハウジングに供給される加圧
空気が前記ハウジング内からその外部に通過可能である
ことを特徴とするものである。
【００１３】本発明の第３の形態は、光放射ユニットお
よび検出ユニットを有し、前記光放射ユニットは光源が
内部に配置されるハウジングを有し、このハウジングは
第１光チャンネルを有し、この第１光チャンネルを前記
光源からの光束が通過し、前記光束は前記光検出ユニッ
トに向けて伝搬し、前記光検出ユニットは前記光束に合
わせて位置付けられた第２光チャンネルを有するハウジ
ングと、前記第２光チャンネルにほぼ合わせて位置付け
られて前記光放射ユニットから伝搬する前記光束を検出
する光検出素子とを有する座標位置決め機械における対
象物の位置決定装置であって、前記光束がコリメートさ
れず、前記光検出ユニットは、これによる受光量が光遮
断時の受光量の半分まで低下した場合にトリガ信号を出
力するように配置されていることを特徴とするものであ
る。
よび検出ユニットを有し、前記光放射ユニットは光源が
内部に配置されるハウジングを有し、このハウジングは
第１光チャンネルを有し、この第１光チャンネルを前記
光源からの光束が通過し、前記光束は前記光検出ユニッ
トに向けて伝搬し、前記光検出ユニットは前記光束に合
わせて位置付けられた第２光チャンネルを有するハウジ
ングと、前記第２光チャンネルにほぼ合わせて位置付け
られて前記光放射ユニットから伝搬する前記光束を検出
する光検出素子とを有する座標位置決め機械における対
象物の位置決定装置であって、前記光束がコリメートさ
れず、前記光検出ユニットは、これによる受光量が光遮
断時の受光量の半分まで低下した場合にトリガ信号を出
力するように配置されていることを特徴とするものであ
る。
【００１４】さらに、本発明の第４の形態は、光放射ユ
ニットと検出ユニットとを有し、前記光放射ユニットが
光源とこの光源からの光束の拡散角を調整するための調
整器とを有する座標位置決め機械における対象物の位置
決定装置であって、前記調整器は前記光放射ユニットと
前記光検出ユニットとの間に位置する共通中心点を有
し、前記調整器は前記共通中心点を通るように光束を方
向付け、前記光束のアラインメントが前記調整器によっ
て調整されても前記光束が前記共通中心点を通過し続け
ることを特徴とするものである。
ニットと検出ユニットとを有し、前記光放射ユニットが
光源とこの光源からの光束の拡散角を調整するための調
整器とを有する座標位置決め機械における対象物の位置
決定装置であって、前記調整器は前記光放射ユニットと
前記光検出ユニットとの間に位置する共通中心点を有
し、前記調整器は前記共通中心点を通るように光束を方
向付け、前記光束のアラインメントが前記調整器によっ
て調整されても前記光束が前記共通中心点を通過し続け
ることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の第１の形態による位置決
定装置において、光放射ユニットのハウジングが光チャ
ンネルをさらに有するものであってもよく、この場合、
少なくとも一方の光チャンネルを開口として形成しても
よい。この場合、開口が管路の形態にあり、ハウジング
の一方または両方において、管路を通ってハウジングに
供給される加圧空気がハウジング内からその外部に通過
可能であってよく、この場合、管路が光束の伝搬方向に
対して横切るかまたは斜めに延在していてもよい。
定装置において、光放射ユニットのハウジングが光チャ
ンネルをさらに有するものであってもよく、この場合、
少なくとも一方の光チャンネルを開口として形成しても
よい。この場合、開口が管路の形態にあり、ハウジング
の一方または両方において、管路を通ってハウジングに
供給される加圧空気がハウジング内からその外部に通過
可能であってよく、この場合、管路が光束の伝搬方向に
対して横切るかまたは斜めに延在していてもよい。
【００１６】また、光チャンネルまたは開口が０.８mm2
以下の断面積を有するものであってもよい。
以下の断面積を有するものであってもよい。
【００１７】本発明の第２の形態による位置決定装置に
おいて、管路が光束の伝搬方向に対して横切るかまたは
斜めに延在していてもよい。
おいて、管路が光束の伝搬方向に対して横切るかまたは
斜めに延在していてもよい。
【００１８】本発明の第４の形態による装置において、
前記調整器が前記共通中心点に心合せされた湾曲支持
面、好ましくは球形支持面を有するものであってもよ
い。
前記調整器が前記共通中心点に心合せされた湾曲支持
面、好ましくは球形支持面を有するものであってもよ
い。
【００１９】
【実施例】本発明による座標位置決め機械用位置決定装
置の実施例について、図１〜図１６を参照しながら詳細
に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、こ
れらをさらに組み合わせたり、この明細書の特許請求の
範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技
術にも応用することができる。
置の実施例について、図１〜図１６を参照しながら詳細
に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、こ
れらをさらに組み合わせたり、この明細書の特許請求の
範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技
術にも応用することができる。
【００２０】図１に示すように、例えば工作機械での使
用に適した工具設定装置は、光束１２を放射する光放射
ユニット１０と、光束１２が検出される光検出ユニット
１４とを有する。光放射ユニット１０および光検出ユニ
ット１４の動力ケーブルおよび信号制御ケーブルは、導
入ポート１６を介して引き込まれ、２つのユニット１
０，１４は、これら両ユニット１０，１４が使用される
工作機械のベースに直接、または両ユニット１０，１４
が取り付けられる中間ベース２０を介するか、さらに支
柱１８を介して具合よく取り付けられる。
用に適した工具設定装置は、光束１２を放射する光放射
ユニット１０と、光束１２が検出される光検出ユニット
１４とを有する。光放射ユニット１０および光検出ユニ
ット１４の動力ケーブルおよび信号制御ケーブルは、導
入ポート１６を介して引き込まれ、２つのユニット１
０，１４は、これら両ユニット１０，１４が使用される
工作機械のベースに直接、または両ユニット１０，１４
が取り付けられる中間ベース２０を介するか、さらに支
柱１８を介して具合よく取り付けられる。
【００２１】工作機械の操作中において、工具設定のた
めの工具設定装置は、この工作機械を操作することによ
って用いられ、工作機械に取り付けられて光束１２が伝
搬する方向に対して横切るように工具を動かす。所定の
光束遮蔽レベルに達すると、検出ユニット１４はトリガ
信号を発し、このトリガ信号は工作機械によって用いら
れ、工作機械の相対可動部品の相対位置が決定され、こ
れによって工具の寸法を決定することが可能になる。
めの工具設定装置は、この工作機械を操作することによ
って用いられ、工作機械に取り付けられて光束１２が伝
搬する方向に対して横切るように工具を動かす。所定の
光束遮蔽レベルに達すると、検出ユニット１４はトリガ
信号を発し、このトリガ信号は工作機械によって用いら
れ、工作機械の相対可動部品の相対位置が決定され、こ
れによって工具の寸法を決定することが可能になる。
【００２２】前記トリガ信号の発生について以下に説明
する。図２に示すように、光放射ユニット１０は、光束
１２を発生させるレーザーダイオード３０を具えてい
る。光束１２は光チャンネル、この場合はスクリーン３
２によって設けられた開口２２を通過し、次いで光放射
ユニットのハウジング３６内に設けられた半透明または
透明な窓部材３４を通過する。レーザー光である光束１
２は、ほぼ平行光束であるが、コリメートされない限
り、一般的にはわずかな角度で拡散する拡散光束であ
る。本実施例では、光束１２は意識的にコリメートされ
ておらず、厳密な意味で発散させた状態となっている。
する。図２に示すように、光放射ユニット１０は、光束
１２を発生させるレーザーダイオード３０を具えてい
る。光束１２は光チャンネル、この場合はスクリーン３
２によって設けられた開口２２を通過し、次いで光放射
ユニットのハウジング３６内に設けられた半透明または
透明な窓部材３４を通過する。レーザー光である光束１
２は、ほぼ平行光束であるが、コリメートされない限
り、一般的にはわずかな角度で拡散する拡散光束であ
る。本実施例では、光束１２は意識的にコリメートされ
ておらず、厳密な意味で発散させた状態となっている。
【００２３】光検出ユニット１４は、スクリーン４２に
設けられる開口２４に合わせて置かれた光検出ダイオー
ド４０を有し、スクリーン４２は光検出ユニット１４の
ハウジング４６内における半透明窓部材４４の背後に取
り付けられる。光束１２が光放射ユニット１０から伝搬
して窓部材４４に入射すると、この入射によって作られ
るスポットは、スクリーン４２内の開口２２よりも実質
的に大きい。一般的に、光放射ユニット１０と光検出ユ
ニット１４との間の距離が１メートル以上の場合、スク
リーン４２の開口２４が３００マイクロメートル以下で
あったとしても、光束１２の直径は検出ユニット１４に
おいて４mm程度になろう。
設けられる開口２４に合わせて置かれた光検出ダイオー
ド４０を有し、スクリーン４２は光検出ユニット１４の
ハウジング４６内における半透明窓部材４４の背後に取
り付けられる。光束１２が光放射ユニット１０から伝搬
して窓部材４４に入射すると、この入射によって作られ
るスポットは、スクリーン４２内の開口２２よりも実質
的に大きい。一般的に、光放射ユニット１０と光検出ユ
ニット１４との間の距離が１メートル以上の場合、スク
リーン４２の開口２４が３００マイクロメートル以下で
あったとしても、光束１２の直径は検出ユニット１４に
おいて４mm程度になろう。
【００２４】スクリーン３２／４２は、窓部材３４／４
４にコーティング、例えばクロム被覆を施すことで可能
であり、窓部材３４／４４にエッチング面を形成するこ
とでも可能である。
４にコーティング、例えばクロム被覆を施すことで可能
であり、窓部材３４／４４にエッチング面を形成するこ
とでも可能である。
【００２５】両窓部材３４，４４が汚染物のない外部表
面を有することを保証するため、両窓部材３４，４４を
空気の噴流に当てる。高圧空気が吸気ポート６０，６２
を介してそれぞれ光放射ユニット１０および光検出ユニ
ット１４に供給され、キノコ形部材７０を介して窓部材
３４，４４の表面に向けられる。
面を有することを保証するため、両窓部材３４，４４を
空気の噴流に当てる。高圧空気が吸気ポート６０，６２
を介してそれぞれ光放射ユニット１０および光検出ユニ
ット１４に供給され、キノコ形部材７０を介して窓部材
３４，４４の表面に向けられる。
【００２６】本発明の他の実施例を表す図３〜図６に示
すように、窓部材３４，４４の一方または両方を、もう
１つのスクリーン１００の背後に配置するようにしても
よい。空気は、窓部材３４，４４とスクリーン１００と
の間に形成されたチャンバ１０２に、例えば１.５バー
ルの圧力で供給され、スクリーン１００の管路１０４を
介してチャンバ１０２から流出する。この場合、管路１
０４は光チャンネルを形成し、光束１２の伝搬方向に対
して横切るかまたは斜めに、例えば光束１２の主伝搬方
向に対して１０〜２０°傾斜して延在するように構成さ
れ、従って光束伝搬に対する空気流の影響を最小にする
ことができる。これに対し、管路１０４が光束１２と平
行な場合には、光路に沿った乱流が測定の精度に影響す
る可能性がある。
すように、窓部材３４，４４の一方または両方を、もう
１つのスクリーン１００の背後に配置するようにしても
よい。空気は、窓部材３４，４４とスクリーン１００と
の間に形成されたチャンバ１０２に、例えば１.５バー
ルの圧力で供給され、スクリーン１００の管路１０４を
介してチャンバ１０２から流出する。この場合、管路１
０４は光チャンネルを形成し、光束１２の伝搬方向に対
して横切るかまたは斜めに、例えば光束１２の主伝搬方
向に対して１０〜２０°傾斜して延在するように構成さ
れ、従って光束伝搬に対する空気流の影響を最小にする
ことができる。これに対し、管路１０４が光束１２と平
行な場合には、光路に沿った乱流が測定の精度に影響す
る可能性がある。
【００２７】スクリーン１００の正面形状および外観な
らびに断面形状を図４〜図６に示す。光束１２は、相互
に部分的に合致するように配された管路１０４の内側開
口１１０と外側開口１１２とによって管路１０４を通過
する。管路１０４は、光束１２に対して平行に設定する
ことも可能である。光放射ユニット１０または光放射ユ
ニット１０における管路１０４の代わりに、類似の管路
を検出ユニット１４に形成することもできる。一般的
に、これらの管路１０４は、光束１２の主伝搬方向に対
して１５°傾斜して延在するピンホールであって、直径
が１mm以下または断面積が０.８mm2以下である。このピ
ンホールが傾斜している場合には 、その有効断面積が
小さくなり、またこれを通過する光束１２に非円形断面
を与えることになる。
らびに断面形状を図４〜図６に示す。光束１２は、相互
に部分的に合致するように配された管路１０４の内側開
口１１０と外側開口１１２とによって管路１０４を通過
する。管路１０４は、光束１２に対して平行に設定する
ことも可能である。光放射ユニット１０または光放射ユ
ニット１０における管路１０４の代わりに、類似の管路
を検出ユニット１４に形成することもできる。一般的
に、これらの管路１０４は、光束１２の主伝搬方向に対
して１５°傾斜して延在するピンホールであって、直径
が１mm以下または断面積が０.８mm2以下である。このピ
ンホールが傾斜している場合には 、その有効断面積が
小さくなり、またこれを通過する光束１２に非円形断面
を与えることになる。
【００２８】開口２２／２４を管路１０４よりも小径に
することも可能であり、開口２２／２４を完全に省略す
るようにしてもよい。図４は、開口の周壁に接触するこ
となく、管路１０４を通って伝搬する細い光束１２を示
している。この場合、開口２２は管路１０４よりも小さ
な径を有することになる。開口２２／２４を有する場
合、これらは０.８mm2以下の断面積を有することにな
る。
することも可能であり、開口２２／２４を完全に省略す
るようにしてもよい。図４は、開口の周壁に接触するこ
となく、管路１０４を通って伝搬する細い光束１２を示
している。この場合、開口２２は管路１０４よりも小さ
な径を有することになる。開口２２／２４を有する場
合、これらは０.８mm2以下の断面積を有することにな
る。
【００２９】上述した実施例は、すべて断面積が比較的
小さな、例えば０.８mm2以下の断面積を有する光チャン
ネルを採用している。小さな断面積は、対象物が光束を
遮る場合に、より高い位置決定精度をもたらす細い光束
１２の形成を可能にする。小さな断面積の光チャンネル
を少なくとも検出器において使用する場合、これが発散
光を使用することによる位置決定精度の低下原因にはな
らない。従って、検出器は光源からの光の柱を「観察す
る」だけで、残留発散光を「観察しない」ので、このよ
うな位置決定装置ではその位置決定精度が維持される。
この結果、光の柱のみが光検出器によって検出され、残
留発散光は無視される。発散光の使用は、検出器が光放
射ユニット１０と完全に同一線上にある必要がないとい
う利点を有する。振動がわずかでも発生した場合には、
多少なりともミスアラインメントの可能性がある。この
情況においてもなお検出器は観察可能な光の細い柱を観
察することができる。
小さな、例えば０.８mm2以下の断面積を有する光チャン
ネルを採用している。小さな断面積は、対象物が光束を
遮る場合に、より高い位置決定精度をもたらす細い光束
１２の形成を可能にする。小さな断面積の光チャンネル
を少なくとも検出器において使用する場合、これが発散
光を使用することによる位置決定精度の低下原因にはな
らない。従って、検出器は光源からの光の柱を「観察す
る」だけで、残留発散光を「観察しない」ので、このよ
うな位置決定装置ではその位置決定精度が維持される。
この結果、光の柱のみが光検出器によって検出され、残
留発散光は無視される。発散光の使用は、検出器が光放
射ユニット１０と完全に同一線上にある必要がないとい
う利点を有する。振動がわずかでも発生した場合には、
多少なりともミスアラインメントの可能性がある。この
情況においてもなお検出器は観察可能な光の細い柱を観
察することができる。
【００３０】図７に示すように、光検出ユニット１４
は、環状フォトダイオード２１２に同心状に取り付けら
れた円形フォトダイオード２１０を具えた光検出器２０
０を有し、フォトダイオード２１０，２１２はこれらの
表面積が同じになるように寸法決定されている。光検出
器２００は、先の実施例における光検出ダイオード４０
と等価である。フォトダイオード２１０，２１２は増幅
器２２０，２２２に接続され、これら増幅器２２０，２
２２は出力Ｐ，Ｑを発生し、これらの出力Ｐ，Ｑは、そ
れぞれフォトダイオード２１０，２１２から発生する信
号の和および差である。
は、環状フォトダイオード２１２に同心状に取り付けら
れた円形フォトダイオード２１０を具えた光検出器２０
０を有し、フォトダイオード２１０，２１２はこれらの
表面積が同じになるように寸法決定されている。光検出
器２００は、先の実施例における光検出ダイオード４０
と等価である。フォトダイオード２１０，２１２は増幅
器２２０，２２２に接続され、これら増幅器２２０，２
２２は出力Ｐ，Ｑを発生し、これらの出力Ｐ，Ｑは、そ
れぞれフォトダイオード２１０，２１２から発生する信
号の和および差である。
【００３１】さらに、図８に示すように、工具が光束１
２を横切る場合の和出力Ｐおよび差出力Ｑの信号時間特
性において、出力Ｐは最初、光束１２が遮られない場合
の信号出力に相当する比較的高いレベルＬ１を有する特
性を持っている。工具が光路を横断し始め、これによっ
て光束１２の光電検出器２００への到達を遮ると、検出
器２００が完全に遮られるまで信号強度が次第に低下
し、これにより信号強度がＬ２に低下する。工具がさら
に進むと、工具が光路を通り抜けてしまうので、この過
程の逆の経過を辿り、信号強度Ｌ１がもう一度発現す
る。
２を横切る場合の和出力Ｐおよび差出力Ｑの信号時間特
性において、出力Ｐは最初、光束１２が遮られない場合
の信号出力に相当する比較的高いレベルＬ１を有する特
性を持っている。工具が光路を横断し始め、これによっ
て光束１２の光電検出器２００への到達を遮ると、検出
器２００が完全に遮られるまで信号強度が次第に低下
し、これにより信号強度がＬ２に低下する。工具がさら
に進むと、工具が光路を通り抜けてしまうので、この過
程の逆の経過を辿り、信号強度Ｌ１がもう一度発現す
る。
【００３２】一方、フォトダイオード２１０，２１２の
差出力Ｑ、は、フォトダイオード２１０，２１２の感光
領域がほぼ同じであるから、ノイズに左右されるけれど
も通常はほぼゼロであり、従って光電検出器２００全体
が照明されると、出力信号の大きさは相応じて同じであ
る。工具による光束１２の通過が光電検出器２００を遮
り始めると、検出器２１２に入射する光の強度は、検出
器２１０に入射する光強度と比較して低下し始め、従っ
て出力Ｑが急に上昇し、ピーク値Ｒ１に達する。光電検
出器２００に入射する光束１２の正確に半分が工具によ
って遮られると、出力Ｑはゼロを通り、この点Ｔはトリ
ガ信号が発信される点である。工具がさらに光束１２を
通過すると、出力Ｑがその低いレベルＲ２に低下し、こ
のレベルＲ２は、フォトダイオード２１０が完全に遮ら
れるが、光束１２はなおもフォトダイオード２１２の片
側に入射している条件に対応する。類似の条件は、工具
が光束１２から抜け出る際にも存在し、これによってさ
らなるトリガ信号Ｔが発生する。
差出力Ｑ、は、フォトダイオード２１０，２１２の感光
領域がほぼ同じであるから、ノイズに左右されるけれど
も通常はほぼゼロであり、従って光電検出器２００全体
が照明されると、出力信号の大きさは相応じて同じであ
る。工具による光束１２の通過が光電検出器２００を遮
り始めると、検出器２１２に入射する光の強度は、検出
器２１０に入射する光強度と比較して低下し始め、従っ
て出力Ｑが急に上昇し、ピーク値Ｒ１に達する。光電検
出器２００に入射する光束１２の正確に半分が工具によ
って遮られると、出力Ｑはゼロを通り、この点Ｔはトリ
ガ信号が発信される点である。工具がさらに光束１２を
通過すると、出力Ｑがその低いレベルＲ２に低下し、こ
のレベルＲ２は、フォトダイオード２１０が完全に遮ら
れるが、光束１２はなおもフォトダイオード２１２の片
側に入射している条件に対応する。類似の条件は、工具
が光束１２から抜け出る際にも存在し、これによってさ
らなるトリガ信号Ｔが発生する。
【００３３】フォトダイオード２１０，２１２からの出
力信号が同じであるけれども、工具設定作業の結果とし
て出力Ｑの変化が生じない、すなわちノイズの変動が原
因で出力Ｑが繰り返し閾値Ｔを通過する場合、トリガ信
号の発生を防ぐために出力Ｐを使用し、出力Ｐが信号強
度Ｕ１，Ｕ２の間にある場合のみ、トリガ信号の発生を
受け入れるようにするため、図示しないトリガ回路をラ
ッチする。図８に示すように、出力Ｐ上の閾値Ｕ１，Ｕ
２は出力Ｑ上の最大信号強度Ｒ１と最小信号強度Ｒ２と
に対応する。
力信号が同じであるけれども、工具設定作業の結果とし
て出力Ｑの変化が生じない、すなわちノイズの変動が原
因で出力Ｑが繰り返し閾値Ｔを通過する場合、トリガ信
号の発生を防ぐために出力Ｐを使用し、出力Ｐが信号強
度Ｕ１，Ｕ２の間にある場合のみ、トリガ信号の発生を
受け入れるようにするため、図示しないトリガ回路をラ
ッチする。図８に示すように、出力Ｐ上の閾値Ｕ１，Ｕ
２は出力Ｑ上の最大信号強度Ｒ１と最小信号強度Ｒ２と
に対応する。
【００３４】５０％の光束遮蔽が検出された場合にトリ
ガ信号を発生させるための他の実施例を図９を参照して
説明する。この実施例では、光検出ダイオード４０の出
力は可変ゲイン増幅器５０に移され、この可変ゲイン増
幅器５０の出力は５個のバーコードＬＥＤ４８のディス
プレィ（図１参照）を駆動する。
ガ信号を発生させるための他の実施例を図９を参照して
説明する。この実施例では、光検出ダイオード４０の出
力は可変ゲイン増幅器５０に移され、この可変ゲイン増
幅器５０の出力は５個のバーコードＬＥＤ４８のディス
プレィ（図１参照）を駆動する。
【００３５】検出器の閾値レベルは閾値検出器５２によ
って設定され、これに当たる光の強度が妨害されない光
量の５０パーセントに低下すると、トリガ信号を発す
る。これと、光放射ユニット１０および光検出ユニット
１４におけるピンホールの使用は、光束１２が延びても
工具測定が光束１２に沿った任意の位置においても可能
であるという利点を有する。
って設定され、これに当たる光の強度が妨害されない光
量の５０パーセントに低下すると、トリガ信号を発す
る。これと、光放射ユニット１０および光検出ユニット
１４におけるピンホールの使用は、光束１２が延びても
工具測定が光束１２に沿った任意の位置においても可能
であるという利点を有する。
【００３６】最大強度レベルおよび閾値強度レベルは、
以下のように準備ルーチン中に得られる。すなわち、レ
ーザーのスイッチをオンにすると、その出力は最大レベ
ルに上昇し、このレベルで出力は高速制御システムによ
って安定化される。次に、レーザー光束は光検出ユニッ
ト１４とアラインメントされ、バーコードＬＥＤディス
プレィ４８は、図１０を参照して以下に説明するよう
に、適正なアラインメントが達成されたか否かに関する
指示を出す。
以下のように準備ルーチン中に得られる。すなわち、レ
ーザーのスイッチをオンにすると、その出力は最大レベ
ルに上昇し、このレベルで出力は高速制御システムによ
って安定化される。次に、レーザー光束は光検出ユニッ
ト１４とアラインメントされ、バーコードＬＥＤディス
プレィ４８は、図１０を参照して以下に説明するよう
に、適正なアラインメントが達成されたか否かに関する
指示を出す。
【００３７】バーコードＬＥＤディスプレィ４８は、例
えば低い増幅器出力ではすべて赤を、増幅器出力が最大
のときにはすべて緑を点灯するように配置された３原色
ＬＥＤであることが好ましい。
えば低い増幅器出力ではすべて赤を、増幅器出力が最大
のときにはすべて緑を点灯するように配置された３原色
ＬＥＤであることが好ましい。
【００３８】増幅器のゲインは最大に設定されている。
フォトダイオード４０に入射する光量が図１０に示すよ
うに増加すると、その増幅された出力は線形的に増加
し、次いでバーコードＬＥＤ４８を点灯させる。増幅器
電圧がその最大範囲の９５パーセントを超え、すべての
緑色ＬＥＤが点灯すると、増幅器のゲインは低下する。
これは点灯している緑色ＬＥＤの数を減少させ、増幅器
がより大きな信号強度を受信できるようにする。アライ
ンメント過程を続け、すべての緑色ＬＥＤが再び点灯し
た場合、より高い最大信号にあり、ゲインは再び低下す
る。この過程は適正なアラインメントが達成されるまで
続けられ、より高い信号最大値に到達する。
フォトダイオード４０に入射する光量が図１０に示すよ
うに増加すると、その増幅された出力は線形的に増加
し、次いでバーコードＬＥＤ４８を点灯させる。増幅器
電圧がその最大範囲の９５パーセントを超え、すべての
緑色ＬＥＤが点灯すると、増幅器のゲインは低下する。
これは点灯している緑色ＬＥＤの数を減少させ、増幅器
がより大きな信号強度を受信できるようにする。アライ
ンメント過程を続け、すべての緑色ＬＥＤが再び点灯し
た場合、より高い最大信号にあり、ゲインは再び低下す
る。この過程は適正なアラインメントが達成されるまで
続けられ、より高い信号最大値に到達する。
【００３９】いったん正確なアラインメントが達成さ
れ、こうして最大光量が確定されると、その光量が複数
回測定され、測定値が平均化されて反復可能な光量を提
供する。暗レベル、すなわちレーザー光が検出器に入射
しない場合の検出器の出力も、トリガ信号に必要な５０
パーセント閾値レベルを設定するために測定される。５
０パーセント光量をトリガ閾値として使用することは、
工具が光束１２に入る方向とは関係なく、正確で反復可
能なトリガ位置を確実にする。
れ、こうして最大光量が確定されると、その光量が複数
回測定され、測定値が平均化されて反復可能な光量を提
供する。暗レベル、すなわちレーザー光が検出器に入射
しない場合の検出器の出力も、トリガ信号に必要な５０
パーセント閾値レベルを設定するために測定される。５
０パーセント光量をトリガ閾値として使用することは、
工具が光束１２に入る方向とは関係なく、正確で反復可
能なトリガ位置を確実にする。
【００４０】トリガ信号の精度は、５０パーセント光量
が測定される精度に依存するので、位置決定装置のスイ
ッチをオンにした時に光束１２が遮断される場合、位置
決定装置は自動的に設定モードに初期設定される。ある
いは、位置決定装置のスイッチをオンにした時に光束１
２が遮断されない場合、最大光量と暗レベルとを測定す
るためのルーチンが作動可能となるので、位置決定装置
のスイッチをオンにする度に正確な５０％光量が確定さ
れる。図１２はこのルーチンを図示する。
が測定される精度に依存するので、位置決定装置のスイ
ッチをオンにした時に光束１２が遮断される場合、位置
決定装置は自動的に設定モードに初期設定される。ある
いは、位置決定装置のスイッチをオンにした時に光束１
２が遮断されない場合、最大光量と暗レベルとを測定す
るためのルーチンが作動可能となるので、位置決定装置
のスイッチをオンにする度に正確な５０％光量が確定さ
れる。図１２はこのルーチンを図示する。
【００４１】必要に応じて、５０パーセント閾値レベル
を絶えず更新できるように、最大光量と暗レベルとを頻
繁に更新することも可能である。
を絶えず更新できるように、最大光量と暗レベルとを頻
繁に更新することも可能である。
【００４２】レーザーは一定光量で駆動されるが、検出
器に到達する光の強度はさまざまな理由、例えばスクリ
ーン４２と検出器４０との間の相対的移動や、大気の変
動や、またはレーザーモードのホッピングによって変化
する。従って、増幅器は自動ゲイン制御装置５４を備え
ており、結果として生じる出力が最大ＳＮ比を提供する
ことを確実にする。
器に到達する光の強度はさまざまな理由、例えばスクリ
ーン４２と検出器４０との間の相対的移動や、大気の変
動や、またはレーザーモードのホッピングによって変化
する。従って、増幅器は自動ゲイン制御装置５４を備え
ており、結果として生じる出力が最大ＳＮ比を提供する
ことを確実にする。
【００４３】光束１２の強度が光束１２の幅を横切って
変化する可能性があり、ピンホール使用のさらなる利点
は、このためにもたらされる検出器への入射光強度のい
かなる変化も、光束１２の中心を横切る変化に止まるこ
とである。
変化する可能性があり、ピンホール使用のさらなる利点
は、このためにもたらされる検出器への入射光強度のい
かなる変化も、光束１２の中心を横切る変化に止まるこ
とである。
【００４４】さらなる改良を電子機器に加えることも可
能である。例えば、工具による光束１２の不明瞭化によ
って生ずる強度低下に加え、工作機械の加工液滴が光強
度低下の原因となり、従って不正確なトリガ信号をもた
らす可能性がある。この原因による信号のスパイクは短
時間であるから、電子回路は各信号の前縁においてリセ
ットされるタイマを有することもでき、プリセット間
隔、例えば５ミリ秒の後になおも信号がある場合には、
正しい信号であると想定される。
能である。例えば、工具による光束１２の不明瞭化によ
って生ずる強度低下に加え、工作機械の加工液滴が光強
度低下の原因となり、従って不正確なトリガ信号をもた
らす可能性がある。この原因による信号のスパイクは短
時間であるから、電子回路は各信号の前縁においてリセ
ットされるタイマを有することもでき、プリセット間
隔、例えば５ミリ秒の後になおも信号がある場合には、
正しい信号であると想定される。
【００４５】フォトダイオード４０の出力におけるノイ
ズも、以下に説明するように工具が光束１２に入った場
合に早期のトリガを生じさせる可能性がある。図１２に
示すように、ノイズスパイクが閾値レベルの近くで見か
け強度を値Ａだけ減少させる場合、これはトリガ位置に
誤差ｅを生じさせることがわかる。この原因による誤差
は、ノイズ強度帯域が監視される場合には除去可能であ
り、帯域の半分の値を出力信号に加え、閾値レベルを下
げる。類似の問題が、工具が光束１２を離れる時に増加
する光強度を使用して第２トリガ信号を得る場合に生
じ、類似の解決策を適用してこの誤差を防止することが
できる。
ズも、以下に説明するように工具が光束１２に入った場
合に早期のトリガを生じさせる可能性がある。図１２に
示すように、ノイズスパイクが閾値レベルの近くで見か
け強度を値Ａだけ減少させる場合、これはトリガ位置に
誤差ｅを生じさせることがわかる。この原因による誤差
は、ノイズ強度帯域が監視される場合には除去可能であ
り、帯域の半分の値を出力信号に加え、閾値レベルを下
げる。類似の問題が、工具が光束１２を離れる時に増加
する光強度を使用して第２トリガ信号を得る場合に生
じ、類似の解決策を適用してこの誤差を防止することが
できる。
【００４６】さらに、棒グラフ配列のＬＥＤ４８はかな
りの電力を消費するため、検出器アレイを熱して誤差を
起させるので、電子回路は、事前に選択されたマークス
ペース比（mark-space ratio）でＬＥＤ４８にパルス電
力を印加するように配置されたタイマ５６を有してもよ
く、これによってＬＥＤ４８は十分急速にスイッチオン
およびスイッチオフされ、ちらつきのない良好な視認性
をもたらすとともに、ＬＥＤ４８は大部分の時間に亙っ
てスイッチオフされることを確実にするようになってい
る。
りの電力を消費するため、検出器アレイを熱して誤差を
起させるので、電子回路は、事前に選択されたマークス
ペース比（mark-space ratio）でＬＥＤ４８にパルス電
力を印加するように配置されたタイマ５６を有してもよ
く、これによってＬＥＤ４８は十分急速にスイッチオン
およびスイッチオフされ、ちらつきのない良好な視認性
をもたらすとともに、ＬＥＤ４８は大部分の時間に亙っ
てスイッチオフされることを確実にするようになってい
る。
【００４７】この実施例は、高速工具遮断検出システム
をさらに有する。すなわち、工具を工具ホルダに対して
交換する場合、工具は光束１２を通過する。工作機械の
制御装置は、これが受信する入力のすべてを常に監視す
る能力を持っていないことが多い。従って、工具交換装
置の電子回路は、工具遮断監視のために選択されたラッ
チモードを有する。このモードでは、光束１２を遮断す
る工具によって生ずるトリガ信号がラッチされるので、
制御装置によって実施される次の監視サイクル中に信号
を検出することができる。
をさらに有する。すなわち、工具を工具ホルダに対して
交換する場合、工具は光束１２を通過する。工作機械の
制御装置は、これが受信する入力のすべてを常に監視す
る能力を持っていないことが多い。従って、工具交換装
置の電子回路は、工具遮断監視のために選択されたラッ
チモードを有する。このモードでは、光束１２を遮断す
る工具によって生ずるトリガ信号がラッチされるので、
制御装置によって実施される次の監視サイクル中に信号
を検出することができる。
【００４８】もう１つの新しい改良では、不正確に伝送
される出力または装置を通過する過剰電流の他の原因に
対してインタフェースを保護する電子ヒューズが組み込
まれる。これは図１３に図示されている。
される出力または装置を通過する過剰電流の他の原因に
対してインタフェースを保護する電子ヒューズが組み込
まれる。これは図１３に図示されている。
【００４９】図１３に示すように、装置は２つのマイク
ロプロセッサＡ，Ｂによって制御される。装置から発せ
られる信号がない場合、マイクロプロセッサＡは０ボル
トを受けているので、トランジスタＴ３はスイッチオフ
のままであり、抵抗器Ｒ２，Ｒ３に電流は流れない。こ
のため、トランジスタＴ２はスイッチオンにならず、出
力Ｃは低いままである。例えば、２ボルト以上の電圧が
マイクロプロセッサＡに印加されると、トランジスタＴ
３がスイッチオンになる。従って、電流は抵抗器Ｒ２，
Ｒ３を通り、トランジスタＴ２に電流を供給し、トラン
ジスタＴ２はスイッチオンになって抵抗器Ｒ４とツェナ
ーダイオードＤ１を電流が流れるようにするので、出力
Ｃは高くなる。
ロプロセッサＡ，Ｂによって制御される。装置から発せ
られる信号がない場合、マイクロプロセッサＡは０ボル
トを受けているので、トランジスタＴ３はスイッチオフ
のままであり、抵抗器Ｒ２，Ｒ３に電流は流れない。こ
のため、トランジスタＴ２はスイッチオンにならず、出
力Ｃは低いままである。例えば、２ボルト以上の電圧が
マイクロプロセッサＡに印加されると、トランジスタＴ
３がスイッチオンになる。従って、電流は抵抗器Ｒ２，
Ｒ３を通り、トランジスタＴ２に電流を供給し、トラン
ジスタＴ２はスイッチオンになって抵抗器Ｒ４とツェナ
ーダイオードＤ１を電流が流れるようにするので、出力
Ｃは高くなる。
【００５０】センサ回路は、トランジスタＴ１とマイク
ロプロセッサＢとを具える。正規の電流状態では、例え
ば電流による抵抗器Ｒ４の両端間の電圧は０.６ボルト
以下であり、トランジスタＴ１はスイッチオンになら
ず、電流は抵抗器Ｒ１を流れず、マイクロプロセッサＢ
への出力は低い。これに対し、何らかの理由で過剰電流
が回路に発生すると、抵抗器Ｒ４の両端間の電圧は０.
６ボルトより高くなり、トランジスタＴ１はスイッチオ
ンになって電流が抵抗器Ｒ１を流れ、マイクロプロセッ
サＢへの出力が高くなる。
ロプロセッサＢとを具える。正規の電流状態では、例え
ば電流による抵抗器Ｒ４の両端間の電圧は０.６ボルト
以下であり、トランジスタＴ１はスイッチオンになら
ず、電流は抵抗器Ｒ１を流れず、マイクロプロセッサＢ
への出力は低い。これに対し、何らかの理由で過剰電流
が回路に発生すると、抵抗器Ｒ４の両端間の電圧は０.
６ボルトより高くなり、トランジスタＴ１はスイッチオ
ンになって電流が抵抗器Ｒ１を流れ、マイクロプロセッ
サＢへの出力が高くなる。
【００５１】この出力は、マイクロプロセッサＢによっ
て監視され、このマイクロプロセッサＢは直ちに操作す
るようにプログラミングされてマイクロプロセッサＡの
出力を低い値に下げることができ、高速応答ヒューズを
もたらす。あるいは、重大ではない急速な電流サージを
収容する遅延を提供するように、マイクロプロセッサＢ
をプログラミングするようにしてもよい。
て監視され、このマイクロプロセッサＢは直ちに操作す
るようにプログラミングされてマイクロプロセッサＡの
出力を低い値に下げることができ、高速応答ヒューズを
もたらす。あるいは、重大ではない急速な電流サージを
収容する遅延を提供するように、マイクロプロセッサＢ
をプログラミングするようにしてもよい。
【００５２】この形式のヒューズは、例えば構成部品に
電流サージが予想される場合、始動中に時間遅延特性を
与えるため、回路が安定した場合に急速ブロー（fast b
low）に切り替えるように使用可能である。
電流サージが予想される場合、始動中に時間遅延特性を
与えるため、回路が安定した場合に急速ブロー（fast b
low）に切り替えるように使用可能である。
【００５３】なお、マイクロプロセッサＡ，Ｂを使用す
る代わりに、単安定ラッチまたはセット／リセットラッ
チを使用するようにしてもよい。
る代わりに、単安定ラッチまたはセット／リセットラッ
チを使用するようにしてもよい。
【００５４】次に、図１４〜図１６による実施例を説明
する。
する。
【００５５】図１４および図１５に示す光放射ユニット
は、レーザーダイオード３０２とコリメートレンズ３０
４とを収容するハウジング３００を具えている。同時
に、本実施例は発散する光束ではなくコリメートされた
光束を使用している。しかし、光束は集束されず、従っ
て光束が工作機械の軸とアラインメントされたならば、
工具設定作業が光束の長手方向に沿った任意の場所にお
いて可能である。前述のように、光束の直径は約１mm以
下である。この結果、光放射ユニットから、または光検
出ユニットへの光束の通過を可能にするために比較的大
きな開口を形成する必要がない。
は、レーザーダイオード３０２とコリメートレンズ３０
４とを収容するハウジング３００を具えている。同時
に、本実施例は発散する光束ではなくコリメートされた
光束を使用している。しかし、光束は集束されず、従っ
て光束が工作機械の軸とアラインメントされたならば、
工具設定作業が光束の長手方向に沿った任意の場所にお
いて可能である。前述のように、光束の直径は約１mm以
下である。この結果、光放射ユニットから、または光検
出ユニットへの光束の通過を可能にするために比較的大
きな開口を形成する必要がない。
【００５６】レーザーダイオード３０２およびレンズ３
０４は、ともに調整ユニット３０６に取り付けられてい
る。これは、球形支持面３０８を介してハウジング３０
０に調整可能に固定されている。これは本実施例におい
ては調整ユニット３０６の表面として示されているが、
調整ユニット３０６に合致するハウジング３００の表面
でも同様である。
０４は、ともに調整ユニット３０６に取り付けられてい
る。これは、球形支持面３０８を介してハウジング３０
０に調整可能に固定されている。これは本実施例におい
ては調整ユニット３０６の表面として示されているが、
調整ユニット３０６に合致するハウジング３００の表面
でも同様である。
【００５７】調整ユニット３０６は調整ねじ３１０を有
する。レーザーダイオード３０２はレンズ３０４を介し
てその光学軸に沿ってレーザー光束を放射するが、この
光学軸は、これらのねじ３１０を使用することによっ
て、垂直方向および水平方向の両方にわずかではある
が、傾き調整を行うことができる。
する。レーザーダイオード３０２はレンズ３０４を介し
てその光学軸に沿ってレーザー光束を放射するが、この
光学軸は、これらのねじ３１０を使用することによっ
て、垂直方向および水平方向の両方にわずかではある
が、傾き調整を行うことができる。
【００５８】この調整の効果を図１６に見ることができ
る。この図１６は、光放射ユニット３００および光検出
ユニット３２０を示している。球形支持面３０８は、光
放射ユニット３００と光検出ユニット３２０との間のレ
ーザー光路上に位置する点３１２を中心とする球面の一
部であることがわかる。図１６は、調整ユニット３０６
の３つの可能な調整位置のために３つの可能な光路３１
４を示しており、これらの可能な光路３１４はすべて点
３１２を通過する。
る。この図１６は、光放射ユニット３００および光検出
ユニット３２０を示している。球形支持面３０８は、光
放射ユニット３００と光検出ユニット３２０との間のレ
ーザー光路上に位置する点３１２を中心とする球面の一
部であることがわかる。図１６は、調整ユニット３０６
の３つの可能な調整位置のために３つの可能な光路３１
４を示しており、これらの可能な光路３１４はすべて点
３１２を通過する。
【００５９】図１６に示すように、工具設定装置を次の
ように調整する。光を放射するレーザーダイオード３０
２によって、検出ユニット３２０をまずレーザー光束を
受光するように垂直方向（矢印３２２）および水平方向
（図面の紙面に対して垂直な方向）の両方に調整する。
次に、工作機械のスピンドル３３２に取り付けられた工
具または他の作業対象物３３０によって、基準位置３１
２における光束を探測する。光束の垂直位置および水平
位置は、この基準位置３１２で示される。正確な工具設
定のため、光束が工作機械の移動軸の１つと必ずアライ
ンメントすることが必要である。これを確実にするた
め、さらに別の参照位置３１８において光束が基準位置
３１２における垂直座標および水平座標と同じ垂直座標
および水平座標に位置するように、光束のアラインメン
トを調整しなければならない。従って、破線で示すよう
に工具３３０をスピンドル３３２と共に参照位置３１８
に移動させ、この参照位置３１８において光束を再び探
測する。
ように調整する。光を放射するレーザーダイオード３０
２によって、検出ユニット３２０をまずレーザー光束を
受光するように垂直方向（矢印３２２）および水平方向
（図面の紙面に対して垂直な方向）の両方に調整する。
次に、工作機械のスピンドル３３２に取り付けられた工
具または他の作業対象物３３０によって、基準位置３１
２における光束を探測する。光束の垂直位置および水平
位置は、この基準位置３１２で示される。正確な工具設
定のため、光束が工作機械の移動軸の１つと必ずアライ
ンメントすることが必要である。これを確実にするた
め、さらに別の参照位置３１８において光束が基準位置
３１２における垂直座標および水平座標と同じ垂直座標
および水平座標に位置するように、光束のアラインメン
トを調整しなければならない。従って、破線で示すよう
に工具３３０をスピンドル３３２と共に参照位置３１８
に移動させ、この参照位置３１８において光束を再び探
測する。
【００６０】最初に光束が正しくアラインメントされて
から、次に参照位置３１８における光束の垂直座標およ
び水平座標が基準位置３１２にて探測した垂直座標およ
び水平座標と合致しないことは、もちろん好ましくな
い。従って、ねじ３１０を使用して調整ユニット３０６
を調整し、光束を再びアラインメントする。支持面３０
８は、基準位置３１２を中心とする球面であるので、ね
じ３１０を操作して光束の進行方向を傾けても、光束は
確実に基準位置３１２を通過し続ける。従って、光束を
調整する際に、単に参照位置３１８にて光束を再探測
し、必要に応じてさらに調整を行って光束を機械軸にア
ラインメントすることのみ必要である。これらの調整中
に、もちろん検出器３２０は光束を捕捉するために必要
に応じて再度位置決めされる。
から、次に参照位置３１８における光束の垂直座標およ
び水平座標が基準位置３１２にて探測した垂直座標およ
び水平座標と合致しないことは、もちろん好ましくな
い。従って、ねじ３１０を使用して調整ユニット３０６
を調整し、光束を再びアラインメントする。支持面３０
８は、基準位置３１２を中心とする球面であるので、ね
じ３１０を操作して光束の進行方向を傾けても、光束は
確実に基準位置３１２を通過し続ける。従って、光束を
調整する際に、単に参照位置３１８にて光束を再探測
し、必要に応じてさらに調整を行って光束を機械軸にア
ラインメントすることのみ必要である。これらの調整中
に、もちろん検出器３２０は光束を捕捉するために必要
に応じて再度位置決めされる。
【００６１】このように、球形支持面３０８を採用した
ことにより、アラインメントの調整方法が著しく簡単に
なる。これは、各調整の後に参照位置３１８でのみレー
ザー光束を再探測することが必要であって、各調整段階
の後に基準位置３１２でレーザー光束を再探測する必要
がないためである。しかし、希望に応じてすべての調整
を実施した後に最終探測として基準位置３１２にて光束
の再探測を行うことももちろん可能である。
ことにより、アラインメントの調整方法が著しく簡単に
なる。これは、各調整の後に参照位置３１８でのみレー
ザー光束を再探測することが必要であって、各調整段階
の後に基準位置３１２でレーザー光束を再探測する必要
がないためである。しかし、希望に応じてすべての調整
を実施した後に最終探測として基準位置３１２にて光束
の再探測を行うことももちろん可能である。
【００６２】図１４および図１５に示すように、調整ユ
ニット３０６はレーザー光束用の出口管路３４０を有す
ることがわかる。前述のように、これには加圧空気が供
給される。また前述のように、管路３４０はレーザー光
束に対して横切るかまたは斜めにに延在しているので、
光束が検出器ユニット３２０に向けて伝搬する際に、空
気流の光束に対する妨害は最小になる。
ニット３０６はレーザー光束用の出口管路３４０を有す
ることがわかる。前述のように、これには加圧空気が供
給される。また前述のように、管路３４０はレーザー光
束に対して横切るかまたは斜めにに延在しているので、
光束が検出器ユニット３２０に向けて伝搬する際に、空
気流の光束に対する妨害は最小になる。
【００６３】管路３４０への加圧空気は、ハウジング３
００の前壁における通路を介して供給され、調整ユニッ
ト３０６とハウジング３００との間の環状空間３４２を
通過する。加圧空気がこのように移動すると、加圧空気
は調整ユニット３０６の本体３４４と接触し、調整ユニ
ット３０６はレーザーダイオード３０２と熱接触する。
この本体３４４は、アルミニウムなどの高伝熱材料で作
られており、吸熱器として作用する。この結果、環状空
間３４２を通過する加圧空気はレーザーダイオード３０
２を冷却する。
００の前壁における通路を介して供給され、調整ユニッ
ト３０６とハウジング３００との間の環状空間３４２を
通過する。加圧空気がこのように移動すると、加圧空気
は調整ユニット３０６の本体３４４と接触し、調整ユニ
ット３０６はレーザーダイオード３０２と熱接触する。
この本体３４４は、アルミニウムなどの高伝熱材料で作
られており、吸熱器として作用する。この結果、環状空
間３４２を通過する加圧空気はレーザーダイオード３０
２を冷却する。
【００６４】調整ユニット３０６は、Ｏリング３４６，
３４８を有する加圧空気を密封するための適切なＯリン
グを備えている。Ｏリング３４８は、ハウジング３００
と球形支持面３０８との間を密封する。Ｏリング３４６
は、密封を維持しながら調整ユニット３０６を水平方向
および垂直方向に傾斜させるために十分な可撓性をもた
らす。
３４８を有する加圧空気を密封するための適切なＯリン
グを備えている。Ｏリング３４８は、ハウジング３００
と球形支持面３０８との間を密封する。Ｏリング３４６
は、密封を維持しながら調整ユニット３０６を水平方向
および垂直方向に傾斜させるために十分な可撓性をもた
らす。
【００６５】上記実施例におけるように、レーザー光束
は集束されずにそれ自体が小さな直径にコリメートされ
ているので、単に小さな管路３４０が必要である。従っ
て空気消費量が少ない。加圧空気は管路内が清浄なまま
であることを確実にするので、管路を覆うシャッタは、
希望に応じて設けることが可能であるが、必然性を伴う
ものではない。
は集束されずにそれ自体が小さな直径にコリメートされ
ているので、単に小さな管路３４０が必要である。従っ
て空気消費量が少ない。加圧空気は管路内が清浄なまま
であることを確実にするので、管路を覆うシャッタは、
希望に応じて設けることが可能であるが、必然性を伴う
ものではない。
【００６６】もちろん、図４および図１４〜図１６の両
方の実施例において、検出ユニットの光電検出器に通じ
る横断または斜め管路を具え、光放射ユニットの場合と
同様な方式で、加圧空気によってこれを清浄に保つこと
が可能である。
方の実施例において、検出ユニットの光電検出器に通じ
る横断または斜め管路を具え、光放射ユニットの場合と
同様な方式で、加圧空気によってこれを清浄に保つこと
が可能である。
【００６７】上述した実施例では、光束１２を作り出す
光源としてレーザーダイオードを採用したが、光検出ユ
ニット１４において光束から充分大きなエネルギーが得
られることを条件に、他の形態の電磁放射線を使用する
ことも可能であり、同様に光束１２を作り出すために任
意の光源を採用することができる。
光源としてレーザーダイオードを採用したが、光検出ユ
ニット１４において光束から充分大きなエネルギーが得
られることを条件に、他の形態の電磁放射線を使用する
ことも可能であり、同様に光束１２を作り出すために任
意の光源を採用することができる。
【００６８】
【発明の効果】本発明の座標位置決め機械用位置決定装
置によると、光束をコリメートする必要がなく、セット
アップがさらに容易で使用における変化に対する耐性が
より高い装置を提供することができる。また、光検出素
子および／または光源を、窓部材または中に開口を有す
るプロテクタによって汚染から防止することができる。
さらに、開口または各開口を空気流のための管路にする
ことによって、管路または各管路を汚染のないように保
つことが可能である。
置によると、光束をコリメートする必要がなく、セット
アップがさらに容易で使用における変化に対する耐性が
より高い装置を提供することができる。また、光検出素
子および／または光源を、窓部材または中に開口を有す
るプロテクタによって汚染から防止することができる。
さらに、開口または各開口を空気流のための管路にする
ことによって、管路または各管路を汚染のないように保
つことが可能である。
【００６９】セットアップが都合よく実施できるように
光束の伝搬方向を動かすための調整器を設けた場合に
は、光束の位置を光路に沿った２つの異なる点において
反復して測定することが必要なくなり、光束のアライン
メントを簡単に行うことができる。
光束の伝搬方向を動かすための調整器を設けた場合に
は、光束の位置を光路に沿った２つの異なる点において
反復して測定することが必要なくなり、光束のアライン
メントを簡単に行うことができる。
【図１】本発明による座標位置決め機械用位置決定装置
の一実施例の外観を表す斜視図である。
の一実施例の外観を表す斜視図である。
【図２】図１に示した実施例の概念図である。
【図３】本発明による座標位置決め機械用位置決定装置
の他の実施例における主要部の概念図である。
の他の実施例における主要部の概念図である。
【図４】図３に示した実施例におけるスクリーンの正面
図である。
図である。
【図５】図４に示したスクリーンの斜視図である。
【図６】図４中のVI−VI矢視断面図である。
【図７】本実施例における光検出ユニットの概念図であ
る。
る。
【図８】図７に示す光検出ユニットにおける検出器の信
号特性を表すグラフである。
号特性を表すグラフである。
【図９】本実施例における光検出ユニットの電子回路の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図１０】光量と増幅器ゲインとＬＥＤディスプレィの
特性との関係を表すグラフである。
特性との関係を表すグラフである。
【図１１】本実施例における位置決定手順を示すフロー
チャートである。
チャートである。
【図１２】本実施例における光検出素子の出力特性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図１３】本実施例における制御回路図である。
【図１４】本発明の別な実施例における光放射ユニット
の縦断面図である。
の縦断面図である。
【図１５】図１４中のXV−XV矢視断面図である。
【図１６】図１４および図１５に示した光放射ユニット
を用いて工具の位置決定方法を説明するための作業概念
図である。
を用いて工具の位置決定方法を説明するための作業概念
図である。
１０ 光放射ユニット １２ 光束 １４ 光検出ユニット １６ 導入ポート １８ 支柱 ２０ 中間ベース ２２，２４ 開口 ３４ 窓 ３６ ハウジング ４０ 光検出ダイオード ４２ スクリーン ４４ 半透明窓 ４６ ハウジング ６０，６２ 吸気ポート ７０ キノコ形部材 １００ スクリーン １０２ チャンバ １０４ 管路 １１０ 内側開口 １１２ 外側開口 ２１０ 円形フォトダイオード ２１２ 環状フォトダイオード ２２０，２２２ 増幅器 ３００ ハウジング ３０２ レーザーダイオード ３０４ コリメートレンズ ３０６ 調整ユニット ３０８ 球形支持面 ３１０ 調整ねじ ３１２ 基準位置 ３１４ 光路 ３１８ 参照位置 ３２０ 光検出ユニット ３３０ 工具または他の対象物 ３３２ 工作機械スピンドル ３４０ 出口管路 ３４２ 環状空間 ３４４ 調整ユニットの本体 ３４６，３４８ Ｏリング Ｒ 抵抗器 Ｔ トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フュージ ジョナサン ポール イギリス ジーエル10 ２エスアール グ ロースターシャ ストーンハウス バス ロード カレッジ ビュー ５ (72)発明者 メリフィールド ベンジャミン ジェイソ ン イギリス エヌピー６ ２イーディー グ ウェント ニューポート リャンマーティ ン ペンコウエド レーン ヒルサイド （番地なし) (72)発明者 マクマートリー デイビッド ロバーツ イギリス ジーエル12 ７イーエフ グロ ースターシャ ワットン−アンダー−エッ ジ タバナックル ロード 20
Claims (8)
- 【請求項１】 光放射ユニットおよひ光検出ユニットを
具え、前記光放射ユニットはハウジングを有し、このハ
ウジング内には光束を放射するための光源が収容され、
前記光束は使用中に前記光検出ユニットに向けて伝搬
し、前記光検出ユニットは、前記光束に合わせて配置さ
れる光チャンネルを持ったハウジングと、前記光チャン
ネルにほぼ合わせて配置されて前記光放射ユニットから
伝搬する前記光束を検出する光検出素子とを有する座標
位置決めを利用した機械用位置決定装置であって、 前記光検出ユニットに形成されるスポットの寸法が前記
光検出ユニットにおける前記光チャンネルの寸法よりも
実質的に大きくなるように、前記光束がコリメートされ
ないことを特徴とする位置決定装置。 - 【請求項２】 前記光放射ユニットの前記ハウジング
は、光チャンネルをさらに有することを特徴とする請求
項１に記載の位置決定装置。 - 【請求項３】 少なくとも一方の前記光チャンネルが開
口として形成されていることを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載の位置決定装置。 - 【請求項４】 前記開口が管路の形態にあり、前記ハウ
ジングの一方または両方において、前記管路を通って前
記ハウジングに供給される加圧空気が前記ハウジング内
からその外部に通過可能であることを特徴とする請求項
３に記載の位置決定装置。 - 【請求項５】 前記管路は、前記光束の伝搬方向に対し
て横切るかまたは斜めに延在していることを特徴とする
請求項４に記載の位置決定装置。 - 【請求項６】 前記光チャンネルまたは前記開口は、
０.８mm2以下の断面積を有することを特徴とする請求項
１から請求項５の何れかに記載の位置決定装置。 - 【請求項７】 光放射ユニットおよび光検出ユニットを
具え、前記光放射ユニットはハウジングを有し、このハ
ウジング内には光束を放射するための光源が位置し、前
記光束は使用中に前記光検出ユニットに向けて伝搬し、
前記光検出ユニットはハウジングと、前記光放射ユニッ
トから伝搬する前記光束を検出する光検出素子とを有す
る座標位置決めを利用した機械用位置決定装置であっ
て、 一方または両方の前記ハウジングが管路の形態で前記光
束用の光チャンネルを有し、この管路を通って前記ハウ
ジングに供給される加圧空気が前記ハウジング内からそ
の外部に通過可能であることを特徴とする位置決定装
置。 - 【請求項８】 前記管路は、前記光束の伝搬方向に対し
て横切るかまたは斜めに延在していることを特徴とする
請求項７に記載の位置決定装置。
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GBGB9910310.3A GB9910310D0 (en) | 1999-05-05 | 1999-05-05 | Positioning determining apparatus for coordinate positioning machine |
| GBGB9924333.9A GB9924333D0 (en) | 1999-10-15 | 1999-10-15 | Position determining apparatus for coordinate positioning machine |
| GB9924333.9 | 1999-11-22 | ||
| GB9927471.4 | 1999-11-22 | ||
| GB9910310.3 | 1999-11-22 | ||
| GBGB9927471.4A GB9927471D0 (en) | 1999-11-22 | 1999-11-22 | Position determining apparatus for coordinate positioning machine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000346614A true JP2000346614A (ja) | 2000-12-15 |
| JP4521094B2 JP4521094B2 (ja) | 2010-08-11 |
Family
ID=27269719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000134853A Expired - Lifetime JP4521094B2 (ja) | 1999-05-05 | 2000-05-08 | 座標位置決め機械用位置決定装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6496273B1 (ja) |
| EP (1) | EP1050368B1 (ja) |
| JP (1) | JP4521094B2 (ja) |
| AT (1) | ATE231043T1 (ja) |
| DE (1) | DE60001193T2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014009967A (ja) * | 2012-06-27 | 2014-01-20 | Meisei Ind Co Ltd | 特定温度下における被検体の計測装置 |
| KR101798407B1 (ko) | 2015-12-14 | 2017-11-17 | 기초과학연구원 | 정밀정렬장치를 이용한 고진공 용기 내부의 가속관 변위 측정 시스템 및 방법 |
| JP2018134727A (ja) * | 2016-10-24 | 2018-08-30 | ブルム‐ノヴォテスト・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 工作機械中の工具計測用の計測システム |
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