JP2001264040A - 工作機プローブおよびそのスイッチオン方法 - Google Patents
工作機プローブおよびそのスイッチオン方法Info
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Abstract
解消する。 【解決手段】 プローブ用の光信号伝送回路は、所定の
長さを有するパルスのバーストを含む光スイッチオン信
号によってスイッチオンされる。これは、スイッチオン
信号の持続時間に基づいて、入力信号が真正なスイッチ
オン信号であるか妨害バーストであるかを弁別する回路
によって検出される。
Description
位置決め機械での測定で用いられる工作機械プローブと
そのスイッチオン方法に関する。
れている。例えば、工作機械の工具把持スピンドルにプ
ローブを取り付け、工作機械のベッドまたはテーブル上
に配置されたワークピースを測定することができる。こ
のようなプローブは切削工具と互換できるので、機械の
コントローラに、プローブの信号を伝送するために、恒
久的な配線を設けることは不可能である。そこで、一般
的には、無線信号伝送システム、特に光伝送システム
(例えば、赤外線伝送システム)が設けられる。1つ以
上のLED(light emitting diode)のような光トラン
スミッタがプローブハウジング上に設けられ、機械の固
定構造上の好都合な場所に位置させた光レシーバに、信
号が送られる。
ある。電池の寿命を延ばすため、プローブ使用時にのみ
電源を入れるのが望ましい。スイッチオン光信号または
スタート光信号を供給する例としては、EP特許337
669号に記載のものが知られている。Renishaw plcか
ら市販されている製品では、機械の固定構造上に設けた
光レシーバと同じモジュールに、光トランスミッタが設
けられている。このようなプローブがオンされると、プ
ローブのハウジング上に取り付けられた光レシーバに、
この光トランスミッタから光パルスのバーストが伝送さ
れる。このプローブは検出器を含んでおり、この検出器
は非常に小さいゼロ入力電流を引き込み、パルスのバー
ストを検出し、プローブ回路の他の部分をオンにする。
ン信号システムまたはスタート信号システムは、光学的
な妨害により誤動作するおそれがある。このような妨害
の例としては、例えば、隣の工作機械に照射されたキセ
ノンビーコンによる例や、モード切り換え力率補正バラ
ストを使用する蛍光照射システムによる例がある。近
年、これらのシステムの使用がますます多くなって、妨
害の問題が大きくなってきている。プローブが誤ってス
イッチオンされると、プローブに用いられている電池寿
命は短くなる。さらには、誤ってスイッチオンされたプ
ローブからの信号を受信した機械のコントローラが、所
望の動作とは異なる動作を行なってしまうという大きな
問題も起こっている。
するために、スイッチオン信号のパルスと同じ周波数の
帯域フィルタが含まれている。しかし、依然としていく
つかの妨害に関する問題が残っている。
分析するために、本発明者によって行われたリサーチの
結果得られたものである。本発明者は、キセノンビーコ
ンや、電力補正された蛍光照明のような妨害源が、帯域
フィルタでは完全に除去できない広帯域の妨害であるこ
とを見い出した。
信号として使用されるパルスのバーストとは異なる特性
を有することも見い出し、本発明は、このような異なる
特性を用いて、妨害と真正なスタート信号とを弁別す
る。
題点を解決し、入力信号がスイッチオン信号であるか妨
害であるかを弁別可能な工作機械プローブおよびそのス
イッチオン方法を提供することにある。
を参照して詳細に説明する。
機械はテーブル12に対して、3つの次元X、Y、Zに
移動可能なスピンドル10を備えている。スピンドル1
0はバイトを把持するのが普通である。このようなバイ
トはRenishaw plc製のプローブのようなプローブ14と
交換可能である。テーブル12はワークピース16を保
持するものである。プローブ14は、測定のためにワー
クピース16と接触させるスタイラス18を有する。
プローブ14は光(例えば、赤外線)トランスミッタ2
0を有する。光トランスミッタ20はプローブからの測
定信号を、工作機械の固定構造上に取り付けたモジュー
ル24内の光レシーバ22に送信する。モジュール24
は受信した信号を工作機械のコンピュータ数値コントロ
ーラに送信する。
トランスミッタ26も含まれている。モジュール24は
工作機械のコントローラから命令を受けたときに、プロ
ーブ14のレシーバ28に光パルスのバーストを送信す
る。このバーストはプローブ14のためのスイッチオン
信号またはスタート信号を構成する。
250msバーストを含むことができる。
ーブ14内の回路を示す。レシーバ28によって受信さ
れたスタート信号は、まず、7.8kHz帯域フィルタ
30によってフィルタリングされ、ついで、増幅器32
で増幅される。増幅された信号は検出器に送信される。
この検出器は7.8kHz信号が検出されたとき、プロ
ーブの他の回路をスイッチオンする。
器32からアナログ電子スイッチ34を介してこの検出
器に送られる。図2の回路の他の部分の選択においても
同様であるが、スイッチ34はプローブがオフ状態であ
って、しかもスタート信号のウェイト状態にあるとき
に、電力消費量が小さいかどうかで選択される。これ
は、電池の寿命を延ばすためにも重要である。
ッピング増幅器36と2つのパルスエクステンダ38、
40とによって制御される。つぎに、回路36、38、
40の動作について、図3の信号タイミング図を参照し
て説明する。
8と増幅器32を通過した後にプローブレシーバ28に
よって受信された入力信号を示す。正常なスタート信号
によるパルスのバーストは、図3(a)に42で示し、
他方で、妨害によって生じたより短いパルスのバースト
は、図3(a)に44で示す。
さくて−5であり、信号を両方の電源レールに振って方
形波にする。その例を図3(b)に示す。
て用いられるものであり、抵抗とキャパシタとで700
μsの時定数を与える簡単なFETスイッチである。入
力が閾値を超えているとき、出力はロー(L)である。
入力が閾値(すなわち、後縁(tailing edge))未満に
なると、出力は時定数に相当する時間間隔の間、Lのま
まで、その後、ハイ(H)になる。それ以外では、入力
が閾値未満のときには、出力は、通常、Hである。入力
波形中の連続する後縁により、700μsの時定数が再
トリガされる。したがって、7.8kHzのパルスのバ
ースト42、44の間、パルスエクステンダ38の出力
はLに保持される。実際、700μsの時定数は7.8
kHz波形の周期よりも数倍長いので、入力の数周期が
妨害によって打ち消され失われても、パルスエクステン
ダ38は影響を受けない。これによって、このような打
消し妨害に対する保護措置が与えられる。
ステンダ38の出力は、バースト42または44中の最
後のパルスから700μsが経過した後にHになる。
sであることを除いて、パルスエクステンダ38と同様
に構成してある。妨害によって生じるパルス44のバー
ストは、この47ms時定数よりも短く、したがって、
パルスエクステンダ40の出力は、このような妨害バー
ストの間とその後もLのままである。しかし、所望のス
タート信号の場合、バースト42の持続時間は47ms
よりも長い。バースト42が開始してから47ms後
に、パルスエクステンダ40の出力はHになる。その例
を図3(d)に示す。
グスイッチ34を閉じるために使用される。これによっ
て、図3(e)に示すように、スタート信号のパルスの
バースト42の残りの部分が伝送される。この部分は検
出器に送られ、それを検出した検出器はトランスミッタ
20(図1)を含むプローブの残りの回路をスイッチオ
ンする。
に適合できるので特に有用である。
生じたパルスのバースト42と、妨害によって生じたよ
り短いバースト44とを、時間ベースで弁別する。本発
明者のリサーチによれば、妨害バーストの約90%が真
正なスタート信号よりも短く、このように弁別できるこ
とがわかた。パルスエクステンダ40の時定数として
は、真正なスタート信号の持続時間よりも短いが、大部
分の妨害バーストよりも長くなるような時間が選択され
る。上述したように、初段のパルスエクステンダ38の
時定数としては、着信パルス波形の数周期に相当し、妨
害によるいくつかの着信パルスの打消しの影響を受けな
くなるような時間が選択される。
号42よりも長いか、あるいは連続的なバックグラウン
ドノイズによって生じる妨害信号に対して、保護ができ
ない。図4と図5に示す第2の実施形態によれば、この
ような問題は解消される。
6を得ている。この回路はダイオード48、50を備え
るデュアルの整流回路である。各整流回路の時定数は抵
抗とキャパシタの組合せ52、54によって決まる。整
流回路48、52の時定数は(スタート信号を含むパル
スのバーストの長さと比べて)小さく、これに対して、
整流回路50、54の時定数はこのバーストの長さに比
べて大きい。高速の整流回路50、54の出力は、抵抗
56によって、低速の整流回路48、52よりも高い電
圧にバイアスされている。
均化することである。高速の整流回路48、52が短い
信号バーストに応答するのに対して、低速の整流回路5
0、54は良好な平均信号電圧を与える。整流された2
つの電圧は比較器58で比較され、単一の出力信号が生
成される。比較器58の出力は低速の整流回路の電圧が
高速の整流回路の電圧よりも高いときにはHであり、そ
の逆では、Lである。
ると、高速の整流回路48、52はその出力電圧を上昇
させて応答する。このため、この間、低速の整流回路の
電圧はそれほど変化せず、比較器58の出力はLにな
る。スタート信号が終了すると、出力はHに戻る。
ら妨害を受けると、高速の整流回路が前述のように高速
応答し、比較器の出力をLにする。しかし、ノイズが数
秒連続した後、低速の整流回路が充電されて定常状態に
なり、前述のようにバイアスされ、電圧が高速の整流回
路よりも高くなり、これによって出力がHになる。入力
信号のない比較器58の正常な状態では、整流回路5
0、54の出力が整流回路48、52の出力よりも高く
なるようにバイアスされ、したがって、比較器の出力は
Hである。しかし、連続的なノイズに加えて7.8kH
zパルスのバーストが受信された場合、前述のように、
高速の整流回路48、52の出力が増加し、比較器の出
力はLになる。
としては、高速の整流回路の周期が正常なスタート信号
の周期、例えば10msよりも短くなるような値が選択
される。他方、低速の整流回路50、54の時定数は、
連続的なノイズの場合に出力がHに保持されるよりも大
きく、例えば1secである。したがって、図4の回路は
このような連続的なノイズの影響を受けない。
と(真正なスタート信号のパルスバーストよりも短いか
長いパルスバーストを含む可能性のある)妨害信号とを
弁別する問題が残る。このような弁別をするため、比較
器58の出力は、図5に示すプログラムを実行するマイ
クロプロセッサ回路60に送られる。
態では、プログラムはステップ62とステップ64の間
でループするだけであり、入力信号(比較器58からの
L出力)のウェイト状態になる。このような入力信号が
入力されると、ソフトウェアタイマがリセットされる
(ステップ66)。ついで、タイマがインクリメントす
るにつれてスタート信号がまだ存在するかどうかをプロ
グラムが連続的に監視するループ(プログラムステップ
68、70、72)が実行される。スタート信号が30
0msよりも長い間存在している場合、ステップ70で
このことが検出され、プログラムはスリープ状態62に
戻る。したがって、300msよりも長い妨害は無視さ
れる。
時よりも前に終了した場合、プログラムはステップ74
に進み、時間が検査され、スタート信号が150msよ
りも長い間持続したかどうかを確認する。スタート信号
が150ms未満である場合、これは(図3のバースト
44のような)短い妨害バーストとみなされ、この場合
も回路はスリープ状態62に戻る。したがって、プログ
ラムステップから肯定出力があった場合、このことは、
150msよりも長く300ms未満のスタート信号が
あったことを示す。
テップ74の後で終了し、ライン76(図4)上に出力
を供給し、プローブ回路の残りの部分をターンオンする
ことができる。
ムには次のような他のステップが含まれる。プログラム
ステップ74から肯定応答が受信されると、ソフトウェ
アタイマがリセットされる(ステップ78)。ステップ
80、82、84からなる別のプログラムループが実行
され、500ms持続するタイマ窓内に別のスタート信
号が存在するかどうかが判定される。別のスタート信号
が存在する場合、第1のスタート信号が真正である可能
性はなく、すなわち、ある種の蛍光灯によって起こる可
能性のある再帰的な妨害によって生成された可能性があ
る。この場合、プログラムはそのスリープ状態62に戻
る。500ms窓内に他のスタート信号が受信されない
場合にのみ、プローブがターンオンされる(ステップ8
6)。これも、ライン76上に出力を供給することによ
って行われる。
路をオンにするためのレベルの変化に過ぎない。しか
し、これを既存の回路構成に適合させるのは困難である
場合がある。図2と同様に単にこの信号をスイッチ34
に送って、スタート信号パルスを既存の回路内の検出器
に渡すことは不可能である。これは、300msまたは
500msの時間遅延の後では、このようなスタート信
号パルスがもはや存在しなくなるからである。したがっ
て、この回路を既存の構成に適合させる場合、プログラ
ムステップ86では、真正なスタート信号のパルスバー
ストと同様のパルスバーストが再生され、検出器に送信
されるべきである。このバーストは、ソフトウェアによ
って再生することもでき、あるいはハードウェアによっ
て再生することもできる。
に、真正なスタート信号が、それよりも短いかあるいは
長い妨害か、連続的な妨害か、再帰的な妨害と弁別され
る。
スタート信号の最大長)を超えた場合に、この信号を無
視する特別な回路を設けることにより、必要に応じて、
図2の回路を改良することができる。図5のプログラム
ステップ86の場合と同様に、出力は残りのプログラム
回路をスイッチオンするための簡単なレベルの変化でよ
いか、真正なスタート信号を模倣したパルスのバースト
を再生し、既存の回路の検出器に供給することができ
る。
る工作機械上に複数のプローブを有する装置に使用する
ことができる。EP第337669号と同様に、所望の
プローブがスイッチオンされるように、各プローブごと
のコード化されたスタート信号を設けることができる。
これは、上述の7.8kHzではなく、他のプローブに
いくつかの異なる変調信号(と対応する帯域フィルタ3
0)を使用して、EP第337669号と同様に実現す
ることができる。しかし、スタート信号を含むパルスの
バーストにいくつかの異なる長さを与えることが好まし
い。
さが150msと、200msと、150msと、30
0msのスタート信号を有することができる。その場
合、図5のプログラム内のタイマ70、74は、これら
のスタート信号を弁別するのに適切な値に設定され、例
えば、200msスタート信号を他の信号と弁別するた
めに225msと175msに設定される。このこと
は、各プローブで同じ回路が使用され、かつプログラム
のみが異なるという利点を有する。
が真正なスタート信号の最大長を超えた場合に、この信
号を無視する前述の特別な回路の時定数を適切な値に選
択することによって、図2の回路で同様な効果を実現す
ることができる。
も長いスタート信号が受信された場合に(トランジスタ
20を含む)残りのプローブ回路をスイッチオンする回
路(または、図5のようなプログラム)が設けられる。
この場合、この回路は、スタート信号が真正なスタート
信号に予期されるよりも長い間持続した場合に、残りの
プローブ回路を再びスイッチオフする。例えば、プロー
ブ回路は、(図3(d)と図3(e)と同様に)信号が
最短時間の47msの間持続した後でスイッチオンする
ことができるが、スタート信号が250ms経過後に依
然として存在する場合に再びスイッチオフすることがで
きる。このオプションは、図5の300msまたは50
0msの遅延によってタイミングの問題が起こる可能性
があるいくつかの工作機械コントローラに対して有利で
ある。わずかな欠点として、プローブは短い期間の間タ
ーンオンされているが、この場合、電池の寿命はそれほ
ど短くならない。
を使用後にターンオフする必要がある。これは、プロー
ブがスタイラス18とワークピースとの間に接触してい
るためにトリガされていないときに、ある所定の非使用
期間の後でタイムアウトするようにプローブを構成する
ことによって行うことができる。あるいは、図2ないし
図5に関して説明した方法のいずれかで検出される別の
信号をトランスミッタ26から送り、プローブを「オ
フ」状態にトグルするように、工作機械コントローラに
よってモジュール24に命令することができる。
施形態は、工作機械上での測定で使用されるプローブに
関するものである。しかし、本発明は座標測定機や測定
ロボットなど他の位置決め機上でも有用である。光伝送
システムについて説明したが、本発明は、他の無線伝送
システム、例えば電波による伝送システムのために使用
することもできる。
ブの概略図である。
行されるプログラムのフローチャートである。
Claims (8)
- 【請求項1】 無線信号伝送回路と、光スイッチオン信
号を検出しスイッチオン信号が受信されたときに信号伝
送回路をスイッチオンする検出回路とを有する工作機械
プローブであって、 前記検出回路は、スイッチオン信号の持続時間に基づい
て、入力信号がスイッチオン信号であるか妨害であるか
を弁別する時間弁別回路を含むことを特徴とする工作機
械プローブ。 - 【請求項2】 請求項1において、前記時間弁別回路
は、入力信号の持続時間が第1の所定期間よりも長い場
合に、その入力信号が妨害ではなくスイッチオン信号で
あると判定することを特徴とする工作機械プローブ。 - 【請求項3】 請求項2において、前記時間弁別回路
は、入力信号の持続時間が、前記第1の所定期間よりも
長い第2の所定期間よりも短い場合に、その入力信号が
妨害ではなくスイッチオン信号であると判定することを
特徴とする工作機械プローブ。 - 【請求項4】 請求項1において、前記時間弁別回路
は、入力信号の持続時間が第1の所定の期間よりも短い
場合に、その入力信号が妨害ではなくスイッチオン信号
であると判定することを特徴とする工作機械プローブ。 - 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかにおいて、
前記時間弁別回路は、 小さい時定数を有する第1の回路構成要素と、 該第1の回路構成要素より大きい時定数を有する第2の
回路構成要素であって、前記第1の回路構成要素がより
短い入力信号に応じた出力を生成する間に、入力信号を
平均化して得られたものに応じた出力を生成する第2の
回路構成要素と、 前記第1の構成要素の出力と前記第2の構成要素の出力
とに結合した比較器であって、スイッチオン信号を連続
的な妨害と区別する比較器とを含むことを特徴とする工
作機械プローブ。 - 【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかにおいて、
前記時間弁別回路は、入力信号の持続時間がスイッチオ
ン信号と一致すると判定した場合に、さらに所定期間が
経過した後に入力信号が存在するかどうかを検査し、検
査結果に基づき、スイッチオン信号と再帰的な妨害とを
弁別することを特徴とする工作機械プローブ。 - 【請求項7】 請求項1ないし6のいずれかにおいて、
前記時間弁別回路は、スイッチオン信号の持続時間に関
して予め定めた少なくとも1つの期間がプログラムされ
たプログラム可能な装置を備えることを特徴とする工作
機械プローブ。 - 【請求項8】 無線信号伝送回路を有する工作機械プロ
ーブをスイッチオンする方法において、 所定の持続時間の無線スイッチオン信号を工作機械プロ
ーブに送るステップと、 前記無線スイッチオン信号の持続時間に基づいて前記無
線スイッチオン信号と妨害とを弁別するステップと、 前記無線スイッチオン信号が検出された場合に、前記工
作機械プローブをスイッチオンするステップとを備えた
ことを特徴とする工作機械プローブのスイッチオン方
法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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