JP2002233933A - 工作機械用接触検出方法およびその装置 - Google Patents
工作機械用接触検出方法およびその装置Info
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- JP2002233933A JP2002233933A JP2001026472A JP2001026472A JP2002233933A JP 2002233933 A JP2002233933 A JP 2002233933A JP 2001026472 A JP2001026472 A JP 2001026472A JP 2001026472 A JP2001026472 A JP 2001026472A JP 2002233933 A JP2002233933 A JP 2002233933A
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- machine tool
- coil
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
- B23Q17/2233—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work for adjusting the tool relative to the workpiece
- B23Q17/2241—Detection of contact between tool and workpiece
Abstract
(57)【要約】
【課題】絶縁された主軸を持つ工作機械においても、外
来ノイズに影響されることを極力防止して、工具と被加
工物との接触を確実に検出できる工作機械用接触検出方
法およびその装置を提供することを目的とする。 【解決手段】対向電極（６）が主軸（２）に容量結合す
る様に配置されるとともに、環状回路用コイル（７）を
介して工作機械本体（１）に接続されている。主軸、対
向電極、環状回路用コイル、工作機械本体、被加工物
（Ｗ）および工具（Ｔ）で、工具と被加工物とが接触状
態の時に閉じ、工具と被加工物とが非接触状態の時に開
く環状回路が構成されている。環状回路が貫通するよう
に励起コイル（８）および検出コイル（９）が配置され
ている。励起コイルに交流電流を流す交流電流発生手段
（１０）、および、検出コイルに発生した電圧を検出す
る電圧検出手段（１１）が設けられている。
来ノイズに影響されることを極力防止して、工具と被加
工物との接触を確実に検出できる工作機械用接触検出方
法およびその装置を提供することを目的とする。 【解決手段】対向電極（６）が主軸（２）に容量結合す
る様に配置されるとともに、環状回路用コイル（７）を
介して工作機械本体（１）に接続されている。主軸、対
向電極、環状回路用コイル、工作機械本体、被加工物
（Ｗ）および工具（Ｔ）で、工具と被加工物とが接触状
態の時に閉じ、工具と被加工物とが非接触状態の時に開
く環状回路が構成されている。環状回路が貫通するよう
に励起コイル（８）および検出コイル（９）が配置され
ている。励起コイルに交流電流を流す交流電流発生手段
（１０）、および、検出コイルに発生した電圧を検出す
る電圧検出手段（１１）が設けられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工具と被加工物と
の接触を検出する工作機械用接触検出方法およびその装
置に関するものである。
の接触を検出する工作機械用接触検出方法およびその装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】工作機械において、工具と被加工物との
接触状態を検出する方法および装置は、工具の磨耗や浮
き上がり等による基準点変動を補正して加工精度を確保
する用途に用いられる。また、加工中の工具の折損検出
による自動警報などの用途にも用いられている。さら
に、工具と被加工物との接触前の近接状態が検出できれ
ば、空送り時間の短縮により加工能率の向上が可能とな
る。
接触状態を検出する方法および装置は、工具の磨耗や浮
き上がり等による基準点変動を補正して加工精度を確保
する用途に用いられる。また、加工中の工具の折損検出
による自動警報などの用途にも用いられている。さら
に、工具と被加工物との接触前の近接状態が検出できれ
ば、空送り時間の短縮により加工能率の向上が可能とな
る。
【０００３】このような用途のために、従来、LCタッチ
センサと呼ばれる装置が使われている。この技術の一例
（以下、「従来例１」と呼ぶ。）は、特公昭 60-8178号
公報に開示されており、図７を用いて説明する。図７は
工作機械用接触検出装置の従来例１の概略図である。従
来例１は、工具Ｔと被加工物Ｗとが接触したときに、工
作機械本体０１を通した電気的ループ０２が構成される
ことを利用したものである。このループ０２の開閉状態
は、ループ０２が貫通するリングセンサ０３に流れる電
流値の変化に現れるので、抵抗０Ｒの両端電圧の増減で
検出される。従来例１は、ループ０２と、リングセンサ
０３の回路とが電気的に絶縁されており、外来電気ノイ
ズによるループ０２の回路全体の電位変化に対しては、
リングセンサ０３の検出回路が動作せず、ループ０２内
を流れる電流変化のみに基づく検出方式であるために、
外来電気ノイズに強く、工具Ｔと被加工物Ｗとの接触の
検出の確実性が高い特徴がある。
センサと呼ばれる装置が使われている。この技術の一例
（以下、「従来例１」と呼ぶ。）は、特公昭 60-8178号
公報に開示されており、図７を用いて説明する。図７は
工作機械用接触検出装置の従来例１の概略図である。従
来例１は、工具Ｔと被加工物Ｗとが接触したときに、工
作機械本体０１を通した電気的ループ０２が構成される
ことを利用したものである。このループ０２の開閉状態
は、ループ０２が貫通するリングセンサ０３に流れる電
流値の変化に現れるので、抵抗０Ｒの両端電圧の増減で
検出される。従来例１は、ループ０２と、リングセンサ
０３の回路とが電気的に絶縁されており、外来電気ノイ
ズによるループ０２の回路全体の電位変化に対しては、
リングセンサ０３の検出回路が動作せず、ループ０２内
を流れる電流変化のみに基づく検出方式であるために、
外来電気ノイズに強く、工具Ｔと被加工物Ｗとの接触の
検出の確実性が高い特徴がある。
【０００４】しかしながら、最近の工作機械には、高速
回転による加工能率の向上のため、主軸が空気式軸受け
やセラミック製軸受けなどの絶縁性の軸受けで支持され
ているものがある。そして、この様な絶縁された主軸を
持つ工作機械が増大している。図７に図示するタッチセ
ンサは、鋼製軸受けによる主軸と工作機械本体の電気的
な導通を前提としているので、絶縁された主軸を持つ上
記のような工作機械に適用することができない。
回転による加工能率の向上のため、主軸が空気式軸受け
やセラミック製軸受けなどの絶縁性の軸受けで支持され
ているものがある。そして、この様な絶縁された主軸を
持つ工作機械が増大している。図７に図示するタッチセ
ンサは、鋼製軸受けによる主軸と工作機械本体の電気的
な導通を前提としているので、絶縁された主軸を持つ上
記のような工作機械に適用することができない。
【０００５】また、絶縁された主軸を持つ機械につい
て、専用の接点式センサを用いた従来の技術として、特
開平10-94946号公報に開示された技術がある（従来例
２）。この従来例２は、被加工物の基準となる位置の検
出が可能である。しかし、加工用の工具の接触検出につ
いては適用することができず、また、ブラシの接触抵抗
が増大するので、高速回転中の状態には適用することが
できない。
て、専用の接点式センサを用いた従来の技術として、特
開平10-94946号公報に開示された技術がある（従来例
２）。この従来例２は、被加工物の基準となる位置の検
出が可能である。しかし、加工用の工具の接触検出につ
いては適用することができず、また、ブラシの接触抵抗
が増大するので、高速回転中の状態には適用することが
できない。
【０００６】さらに、工具が回転中で、かつ、軸受けが
絶縁性である場合にも、工具と被加工物との接触を検出
できる従来の技術（従来例３）が、特開平10-217069 号
公報に開示されており、図８を用いて説明する。図８は
工作機械用接触検出装置の従来例３の概略図である。従
来例３は、交流電源０１１、抵抗器０１２、主軸０１３
および給電電極０１４によって、工作機械本体０１６を
通した電気的ループを構成し、被加工物Ｗと工具Ｔとの
接触によるループ開閉時のインピーダンス変化を抵抗器
０１２の両端の電圧値の増減で検出する技術である。こ
の抵抗器０１２の電圧は、電圧検出器０１７が検出して
いる。なお、主軸０１３は軸受け０１８で工作機械本体
０１６に対して絶縁されている。また、給電電極０１４
は、主軸０１３に対して容量結合している。
絶縁性である場合にも、工具と被加工物との接触を検出
できる従来の技術（従来例３）が、特開平10-217069 号
公報に開示されており、図８を用いて説明する。図８は
工作機械用接触検出装置の従来例３の概略図である。従
来例３は、交流電源０１１、抵抗器０１２、主軸０１３
および給電電極０１４によって、工作機械本体０１６を
通した電気的ループを構成し、被加工物Ｗと工具Ｔとの
接触によるループ開閉時のインピーダンス変化を抵抗器
０１２の両端の電圧値の増減で検出する技術である。こ
の抵抗器０１２の電圧は、電圧検出器０１７が検出して
いる。なお、主軸０１３は軸受け０１８で工作機械本体
０１６に対して絶縁されている。また、給電電極０１４
は、主軸０１３に対して容量結合している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この従来例
３は、工作機械本体０１６と検出回路（交流電源０１
１、抵抗器０１２および給電電極０１４など）が容量結
合（コンデンサ結合）されているので、工具Ｔと被加工
物Ｗとの接近により容量変化があった場合には、接触検
出のみならず、同一回路で接近検出も可能となる利点が
ある。しかし、前述したように、工作機械の周辺には、
多数の電気的ノイズ源があり、工作機械本体０１６の電
位は、たとえ確実に接地されていてもノイズの影響をう
ける。このため、従来例３は、外来ノイズによる誤検出
の可能性が大きいという問題がある。
３は、工作機械本体０１６と検出回路（交流電源０１
１、抵抗器０１２および給電電極０１４など）が容量結
合（コンデンサ結合）されているので、工具Ｔと被加工
物Ｗとの接近により容量変化があった場合には、接触検
出のみならず、同一回路で接近検出も可能となる利点が
ある。しかし、前述したように、工作機械の周辺には、
多数の電気的ノイズ源があり、工作機械本体０１６の電
位は、たとえ確実に接地されていてもノイズの影響をう
ける。このため、従来例３は、外来ノイズによる誤検出
の可能性が大きいという問題がある。
【０００８】そこで本発明は、絶縁された主軸を持つ工
作機械においても、外来ノイズに影響されることを極力
防止して、工具と被加工物との接触を確実に検出できる
工作機械用接触検出方法およびその装置を提供すること
を目的とする。また、工具が回転中の状態であっても、
工具と被加工物との接触を確実に検出できる工作機械用
接触検出方法およびその装置を提供することを目的とす
る。
作機械においても、外来ノイズに影響されることを極力
防止して、工具と被加工物との接触を確実に検出できる
工作機械用接触検出方法およびその装置を提供すること
を目的とする。また、工具が回転中の状態であっても、
工具と被加工物との接触を確実に検出できる工作機械用
接触検出方法およびその装置を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このため、本発明が採用
した課題解決手段は、工具あるいは被加工物を主軸に取
り付け、この主軸を回転駆動するとともに、前記工具を
被加工物に接触させて加工する工作機械における前記工
具と被加工物との接触を検出する工作機械用接触検出方
法において、対向電極を前記主軸に容量結合する様に配
置するとともに、環状回路用コイルを介して工作機械本
体に接続し、前記主軸、対向電極、環状回路用コイル、
工作機械本体、被加工物および工具で、前記工具と被加
工物とが接触状態の時に閉じ、前記工具と被加工物とが
非接触状態の時に開く環状回路を構成し、この環状回路
が貫通するように励起コイルおよび検出コイルを配置
し、前記環状回路に誘導起電力を発生すべく前記励起コ
イルに交流電流を流し、前記環状回路に流れる交流電流
によって検出コイルに発生した電圧を検出することを特
徴とする工作機械用接触検出方法であり、工具あるいは
被加工物を主軸に取り付け、この主軸を回転駆動すると
ともに、前記工具を被加工物に接触させて加工する工作
機械における前記工具と被加工物との接触を検出する工
作機械用接触検出装置において、対向電極を前記主軸に
容量結合する様に配置するとともに、環状回路用コイル
を介して工作機械本体に接続し、前記主軸、対向電極、
環状回路用コイル、工作機械本体、被加工物および工具
で、前記工具と被加工物とが接触状態の時に閉じ、前記
工具と被加工物とが非接触状態の時に開く環状回路を構
成し、この環状回路が貫通するように励起コイルを配置
し、前記環状回路に誘導起電力を発生すべく前記励起コ
イルに交流電流を流し、前記励起コイルに流れる電流の
大きさを検出することを特徴とする工作機械用接触検出
方法であり、前記閉じた状態での前記環状回路における
共振周波数の値、および、励起コイルに供給する交流電
流の周波数の値を、周辺で発生するノイズの固有周波数
の値から避けた値に設定することを特徴とする工作機械
用接触検出方法であり、工具あるいは被加工物を主軸に
取り付け、この主軸を回転駆動するとともに、前記工具
を被加工物に接触させて加工する工作機械における前記
工具と被加工物との接触を検出する工作機械用接触検出
装置において、対向電極が前記主軸に容量結合する様に
配置されるとともに、環状回路用コイルを介して工作機
械本体に接続され、前記主軸、対向電極、環状回路用コ
イル、工作機械本体、被加工物および工具で、前記工具
と被加工物とが接触状態の時に閉じ、前記工具と被加工
物とが非接触状態の時に開く環状回路が構成され、この
環状回路が貫通するように励起コイルおよび検出コイル
が配置され、前記環状回路に誘導起電力を発生すべく前
記励起コイルに交流電流を流す交流電流発生手段が設け
られ、かつ、前記環状回路に流れる交流電流によって検
出コイルに発生した電圧を検出する電圧検出手段が設け
られていることを特徴とする工作機械用接触検出装置で
あり、前記電圧検出手段は、前記交流電流発生手段の発
生する交流電流と略同じ周波数の電流を通過させるバン
ドパスフィルターを介して、電圧を検出することを特徴
とする工作機械用接触検出装置であり、工具あるいは被
加工物を主軸に取り付け、この主軸を回転駆動するとと
もに、前記工具を被加工物に接触させて加工する工作機
械における前記工具と被加工物との接触を検出する工作
機械用接触検出装置において、対向電極が前記主軸に容
量結合する様に配置されるとともに、環状回路用コイル
を介して工作機械本体に接続され、前記主軸、対向電
極、環状回路用コイル、工作機械本体、被加工物および
工具で、前記工具と被加工物とが接触状態の時に閉じ、
前記工具と被加工物とが非接触状態の時に開く環状回路
が構成され、この環状回路が貫通するように励起コイル
が配置され、前記環状回路に誘導起電力を発生すべく前
記励起コイルに交流電流を流す交流電流発生手段が設け
られ、かつ、前記励起コイルに流れる電流の大きさを検
出する電流検出手段が設けられていることを特徴とする
工作機械用接触検出装置であり、前記電流検出手段は、
前記交流電流発生手段の発生する交流電流と略同じ周波
数の電流を通過させるバンドパスフィルターを介して、
電流を検出することを特徴とする工作機械用接触検出装
置であり、前記交流電流発生手段の供給する交流電流の
周波数が、閉じた状態での前記環状回路における共振周
波数を超え、かつ、その共振周波数の近傍の周波数であ
ることを特徴とする工作機械用接触検出装置であり、前
記工具が被加工物に接触したと判定するための接触用設
定値が設定され、前記検出手段の検出値が接触用設定値
に達した場合に、工具が被加工物に接触したと判定する
判定手段が設けられていることを特徴とする工作機械用
接触検出装置であり、前記工具が被加工物に近接したと
判定するための近接用設定値、および、前記工具が被加
工物に接触したと判定するための接触用設定値が設定さ
れ、前記検出手段の検出値が近接用設定値に達した場合
に、工具が被加工物に近接したと判定し、かつ、前記検
出手段の検出値が接触用設定値に達した場合に、工具が
被加工物に接触したと判定する判定手段が設けられてい
ることを特徴とする工作機械用接触検出装置である。
した課題解決手段は、工具あるいは被加工物を主軸に取
り付け、この主軸を回転駆動するとともに、前記工具を
被加工物に接触させて加工する工作機械における前記工
具と被加工物との接触を検出する工作機械用接触検出方
法において、対向電極を前記主軸に容量結合する様に配
置するとともに、環状回路用コイルを介して工作機械本
体に接続し、前記主軸、対向電極、環状回路用コイル、
工作機械本体、被加工物および工具で、前記工具と被加
工物とが接触状態の時に閉じ、前記工具と被加工物とが
非接触状態の時に開く環状回路を構成し、この環状回路
が貫通するように励起コイルおよび検出コイルを配置
し、前記環状回路に誘導起電力を発生すべく前記励起コ
イルに交流電流を流し、前記環状回路に流れる交流電流
によって検出コイルに発生した電圧を検出することを特
徴とする工作機械用接触検出方法であり、工具あるいは
被加工物を主軸に取り付け、この主軸を回転駆動すると
ともに、前記工具を被加工物に接触させて加工する工作
機械における前記工具と被加工物との接触を検出する工
作機械用接触検出装置において、対向電極を前記主軸に
容量結合する様に配置するとともに、環状回路用コイル
を介して工作機械本体に接続し、前記主軸、対向電極、
環状回路用コイル、工作機械本体、被加工物および工具
で、前記工具と被加工物とが接触状態の時に閉じ、前記
工具と被加工物とが非接触状態の時に開く環状回路を構
成し、この環状回路が貫通するように励起コイルを配置
し、前記環状回路に誘導起電力を発生すべく前記励起コ
イルに交流電流を流し、前記励起コイルに流れる電流の
大きさを検出することを特徴とする工作機械用接触検出
方法であり、前記閉じた状態での前記環状回路における
共振周波数の値、および、励起コイルに供給する交流電
流の周波数の値を、周辺で発生するノイズの固有周波数
の値から避けた値に設定することを特徴とする工作機械
用接触検出方法であり、工具あるいは被加工物を主軸に
取り付け、この主軸を回転駆動するとともに、前記工具
を被加工物に接触させて加工する工作機械における前記
工具と被加工物との接触を検出する工作機械用接触検出
装置において、対向電極が前記主軸に容量結合する様に
配置されるとともに、環状回路用コイルを介して工作機
械本体に接続され、前記主軸、対向電極、環状回路用コ
イル、工作機械本体、被加工物および工具で、前記工具
と被加工物とが接触状態の時に閉じ、前記工具と被加工
物とが非接触状態の時に開く環状回路が構成され、この
環状回路が貫通するように励起コイルおよび検出コイル
が配置され、前記環状回路に誘導起電力を発生すべく前
記励起コイルに交流電流を流す交流電流発生手段が設け
られ、かつ、前記環状回路に流れる交流電流によって検
出コイルに発生した電圧を検出する電圧検出手段が設け
られていることを特徴とする工作機械用接触検出装置で
あり、前記電圧検出手段は、前記交流電流発生手段の発
生する交流電流と略同じ周波数の電流を通過させるバン
ドパスフィルターを介して、電圧を検出することを特徴
とする工作機械用接触検出装置であり、工具あるいは被
加工物を主軸に取り付け、この主軸を回転駆動するとと
もに、前記工具を被加工物に接触させて加工する工作機
械における前記工具と被加工物との接触を検出する工作
機械用接触検出装置において、対向電極が前記主軸に容
量結合する様に配置されるとともに、環状回路用コイル
を介して工作機械本体に接続され、前記主軸、対向電
極、環状回路用コイル、工作機械本体、被加工物および
工具で、前記工具と被加工物とが接触状態の時に閉じ、
前記工具と被加工物とが非接触状態の時に開く環状回路
が構成され、この環状回路が貫通するように励起コイル
が配置され、前記環状回路に誘導起電力を発生すべく前
記励起コイルに交流電流を流す交流電流発生手段が設け
られ、かつ、前記励起コイルに流れる電流の大きさを検
出する電流検出手段が設けられていることを特徴とする
工作機械用接触検出装置であり、前記電流検出手段は、
前記交流電流発生手段の発生する交流電流と略同じ周波
数の電流を通過させるバンドパスフィルターを介して、
電流を検出することを特徴とする工作機械用接触検出装
置であり、前記交流電流発生手段の供給する交流電流の
周波数が、閉じた状態での前記環状回路における共振周
波数を超え、かつ、その共振周波数の近傍の周波数であ
ることを特徴とする工作機械用接触検出装置であり、前
記工具が被加工物に接触したと判定するための接触用設
定値が設定され、前記検出手段の検出値が接触用設定値
に達した場合に、工具が被加工物に接触したと判定する
判定手段が設けられていることを特徴とする工作機械用
接触検出装置であり、前記工具が被加工物に近接したと
判定するための近接用設定値、および、前記工具が被加
工物に接触したと判定するための接触用設定値が設定さ
れ、前記検出手段の検出値が近接用設定値に達した場合
に、工具が被加工物に近接したと判定し、かつ、前記検
出手段の検出値が接触用設定値に達した場合に、工具が
被加工物に接触したと判定する判定手段が設けられてい
ることを特徴とする工作機械用接触検出装置である。
【００１０】
【実施の形態】次に、本発明における工作機械用接触検
出方法およびその装置の実施の一形態を図１ないし図６
を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態の工作機
械用接触検出装置の概略図である。図２はリングコイル
の説明図で、（ａ）がリングコイルの斜視図、（ｂ）が
励起コイルと検出コイルとが兼用される場合のリングコ
イルへの配線図である。図３は工具と被加工物とのギャ
ップをスイッチとして図示した場合の工作機械用接触検
出装置の工具周辺部の等価回路である。図４は工具が被
加工物に接触した時の工具周辺部の等価回路である。図
５は工具が被加工物に非接触の時の工具周辺部の等価回
路である。図６は検出感度のグラフである。
出方法およびその装置の実施の一形態を図１ないし図６
を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態の工作機
械用接触検出装置の概略図である。図２はリングコイル
の説明図で、（ａ）がリングコイルの斜視図、（ｂ）が
励起コイルと検出コイルとが兼用される場合のリングコ
イルへの配線図である。図３は工具と被加工物とのギャ
ップをスイッチとして図示した場合の工作機械用接触検
出装置の工具周辺部の等価回路である。図４は工具が被
加工物に接触した時の工具周辺部の等価回路である。図
５は工具が被加工物に非接触の時の工具周辺部の等価回
路である。図６は検出感度のグラフである。
【００１１】以下、図面を参照しながら本発明の実施の
形態について説明する。図１において、Ｔは工具、Ｗは
被加工物、１は工作機械の本体、２は主軸、３は工作機
械本体１のうち主軸２を保持する主軸頭、６は対向電
極、７は環状回路用コイル、８は励起コイル、９は検出
コイル、１０は発信器、１１は電圧検出手段としての検
出回路、１２〜１４は検出回路１１の構成要素であっ
て、１２は増幅器、１３は比較回路、１４は警報回路、
１５はNC装置、１６はモータ部、１７は軸受け、Ｆはバ
ンドパスフィルターである。
形態について説明する。図１において、Ｔは工具、Ｗは
被加工物、１は工作機械の本体、２は主軸、３は工作機
械本体１のうち主軸２を保持する主軸頭、６は対向電
極、７は環状回路用コイル、８は励起コイル、９は検出
コイル、１０は発信器、１１は電圧検出手段としての検
出回路、１２〜１４は検出回路１１の構成要素であっ
て、１２は増幅器、１３は比較回路、１４は警報回路、
１５はNC装置、１６はモータ部、１７は軸受け、Ｆはバ
ンドパスフィルターである。
【００１２】主軸２は、工作機械本体１の主軸頭３に、
軸受け１７で回転可能に支持されている。この軸受け１
７は、空気式軸受けやセラミック製軸受けなどの絶縁性
の軸受けであり、工作機械本体１と主軸２とは電気的に
絶縁されている。また、主軸２は、駆動手段であるモー
タ部１６で回転駆動される。このモータ部１６はNC装置
１５で制御されている。工具Ｔは導電性で、主軸２の先
端に取り付けられており、工具Ｔと主軸２とは電気的に
導通している。また、主軸頭３が上下動することによ
り、工具Ｔは被加工物Ｗに対して離接することができ
る。対向電極６は、主軸頭３の一部に機械的に保持さ
れ、電気的には主軸頭３と絶縁されている。この対向電
極６は、たとえばリング状の導電体であって、主軸２の
対応する部分の外径よりわずかに大きい内径を持ち、主
軸２の外面と対向電極６の内面とが空気コンデンサを構
成して容量結合する。対向電極６は、その中心が主軸２
の軸心と合致させて保持されており、結合の容量は、主
軸２が静止状態でも、また、回転状態でもほぼ一定であ
る。
軸受け１７で回転可能に支持されている。この軸受け１
７は、空気式軸受けやセラミック製軸受けなどの絶縁性
の軸受けであり、工作機械本体１と主軸２とは電気的に
絶縁されている。また、主軸２は、駆動手段であるモー
タ部１６で回転駆動される。このモータ部１６はNC装置
１５で制御されている。工具Ｔは導電性で、主軸２の先
端に取り付けられており、工具Ｔと主軸２とは電気的に
導通している。また、主軸頭３が上下動することによ
り、工具Ｔは被加工物Ｗに対して離接することができ
る。対向電極６は、主軸頭３の一部に機械的に保持さ
れ、電気的には主軸頭３と絶縁されている。この対向電
極６は、たとえばリング状の導電体であって、主軸２の
対応する部分の外径よりわずかに大きい内径を持ち、主
軸２の外面と対向電極６の内面とが空気コンデンサを構
成して容量結合する。対向電極６は、その中心が主軸２
の軸心と合致させて保持されており、結合の容量は、主
軸２が静止状態でも、また、回転状態でもほぼ一定であ
る。
【００１３】対向電極６と環状回路用コイル７とは、配
線７ａで接続され電気的に導通している。また、環状回
路用コイル７と工作機械本体１とは別な配線７ｂで接続
されており、対向電極６は環状回路用コイル７を介して
工作機械本体１に接続されている。工作機械本体１と被
加工物Ｗとは共に導電体なので、機械的接触により電気
的に導通している。
線７ａで接続され電気的に導通している。また、環状回
路用コイル７と工作機械本体１とは別な配線７ｂで接続
されており、対向電極６は環状回路用コイル７を介して
工作機械本体１に接続されている。工作機械本体１と被
加工物Ｗとは共に導電体なので、機械的接触により電気
的に導通している。
【００１４】前記主軸２、対向電極６、環状回路用コイ
ル７、工作機械本体１、被加工物Ｗおよび工具Ｔなど
で、工具Ｔと被加工物Ｗとが接触状態の時に閉じ、工具
Ｔと被加工物Ｗとが非接触状態の時に開く環状回路を構
成する。
ル７、工作機械本体１、被加工物Ｗおよび工具Ｔなど
で、工具Ｔと被加工物Ｗとが接触状態の時に閉じ、工具
Ｔと被加工物Ｗとが非接触状態の時に開く環状回路を構
成する。
【００１５】次に、この実施の形態の工作機械用接触検
出装置の電気的な等価回路を図３〜５によって説明す
る。図３は、工具Ｔと被加工物Ｗとのギャップをスイッ
チ２０とした、図１の工作機械用接触検出装置の工具周
辺部の等価回路である。主軸２と対向電極６との間の空
気コンデンサの容量をC1とし、主軸２と主軸頭３とは電
気的に絶縁されているが、接近しているので、両者の間
の分布容量を合計した値をC2とし、主軸頭３と対向電極
６との間の機械的保持部分の容量をC3とし、環状回路用
コイル７のインダクタンスをL とするとき、図１の工作
機械用接触検出装置の工具周辺部は、図３の回路で表す
ことができる。なお、スイッチ２０が開いている時の容
量（工具Ｔと被加工物Ｗとが離れている時のギャップの
容量）はCsとする。スイッチ２０に並列に容量C1および
容量C2が接続され、この容量C2に直列に容量C3が接続さ
れている。そして、容量C1の他端と容量C3の他端とが合
流して接続され、これに環状回路用コイル７およびスイ
ッチ２０が順次直列に接続されている。また、容量C2と
容量C3との間から分岐して、スイッチ２０に接続されて
いる。
出装置の電気的な等価回路を図３〜５によって説明す
る。図３は、工具Ｔと被加工物Ｗとのギャップをスイッ
チ２０とした、図１の工作機械用接触検出装置の工具周
辺部の等価回路である。主軸２と対向電極６との間の空
気コンデンサの容量をC1とし、主軸２と主軸頭３とは電
気的に絶縁されているが、接近しているので、両者の間
の分布容量を合計した値をC2とし、主軸頭３と対向電極
６との間の機械的保持部分の容量をC3とし、環状回路用
コイル７のインダクタンスをL とするとき、図１の工作
機械用接触検出装置の工具周辺部は、図３の回路で表す
ことができる。なお、スイッチ２０が開いている時の容
量（工具Ｔと被加工物Ｗとが離れている時のギャップの
容量）はCsとする。スイッチ２０に並列に容量C1および
容量C2が接続され、この容量C2に直列に容量C3が接続さ
れている。そして、容量C1の他端と容量C3の他端とが合
流して接続され、これに環状回路用コイル７およびスイ
ッチ２０が順次直列に接続されている。また、容量C2と
容量C3との間から分岐して、スイッチ２０に接続されて
いる。
【００１６】次に、工具Ｔと被加工物Ｗとが接触してい
る時（ギャップであるスイッチ２０が閉）の場合の等価
回路を図４に示す。図３でスイッチ２０が閉じ、容量C2
の両端がショートされるので、容量C2が無効となる。こ
のときの回路の合成容量CcはCc＝C1＋C3となる。また、
工具Ｔと被加工物Ｗとが非接触時（スイッチ２０が開）
の場合の等価回路を図５に示す。なお、工具Ｔと被加工
物Ｗとが大きく離れており、容量Csは略０とし無視す
る。このときの容量C1、容量C2および容量C3による合成
容量CoはCo＝C1・C2／（C1＋C2）＋C3となる。
る時（ギャップであるスイッチ２０が閉）の場合の等価
回路を図４に示す。図３でスイッチ２０が閉じ、容量C2
の両端がショートされるので、容量C2が無効となる。こ
のときの回路の合成容量CcはCc＝C1＋C3となる。また、
工具Ｔと被加工物Ｗとが非接触時（スイッチ２０が開）
の場合の等価回路を図５に示す。なお、工具Ｔと被加工
物Ｗとが大きく離れており、容量Csは略０とし無視す
る。このときの容量C1、容量C2および容量C3による合成
容量CoはCo＝C1・C2／（C1＋C2）＋C3となる。
【００１７】スイッチ２０の開における合成容量Coは、
スイッチ２０の閉の合成容量Ccとの比較において、容量
C3は共通で、C1＞ C1 ・C2／（C1＋C2）なので、Cc＞Co
であり、C1≠０だから、ギャップであるスイッチ２０の
開閉の状態に応じて合成容量が異なる。これは、閉状態
の合成容量Ccと開状態の合成容量Coとの間の任意の開閉
判断用容量Chの値で、ギャップ開閉の状態判別が可能と
なることになり、設計の自由度が大きい点で好ましい。
すなわち、合成容量が開閉判断用容量Chよりも大きい場
合には、ギャップが閉じていると判断し、逆に、合成容
量が開閉判断用容量Chよりも小さい場合には、ギャップ
が開いていると判断する。ただし、C1<<C2ならばCo≒C1
＋C3となってスイッチ２０の開閉時の合成容量が類似の
値となり、開閉の判別が困難となるので好ましくない。
すなわち容量C1の値は容量C2に比べて極端に小さくして
はならない条件がある。
スイッチ２０の閉の合成容量Ccとの比較において、容量
C3は共通で、C1＞ C1 ・C2／（C1＋C2）なので、Cc＞Co
であり、C1≠０だから、ギャップであるスイッチ２０の
開閉の状態に応じて合成容量が異なる。これは、閉状態
の合成容量Ccと開状態の合成容量Coとの間の任意の開閉
判断用容量Chの値で、ギャップ開閉の状態判別が可能と
なることになり、設計の自由度が大きい点で好ましい。
すなわち、合成容量が開閉判断用容量Chよりも大きい場
合には、ギャップが閉じていると判断し、逆に、合成容
量が開閉判断用容量Chよりも小さい場合には、ギャップ
が開いていると判断する。ただし、C1<<C2ならばCo≒C1
＋C3となってスイッチ２０の開閉時の合成容量が類似の
値となり、開閉の判別が困難となるので好ましくない。
すなわち容量C1の値は容量C2に比べて極端に小さくして
はならない条件がある。
【００１８】図４、５の等価回路は、いずれの場合も、
環状回路用コイル７と合成容量（CoまたはCc）とが直列
になった環状回路（以下「ループ」という）を構成して
いる。一般にLCR の直列ループのインピーダンスZ は、
Z=R＋ｉ( ωL −１／ωC)であらわされる。ここでＲは
コイルや配線の直流抵抗の合計値である。ω＝１／(L・
C)1/2 のとき、直列共振が可能であり、このときのルー
プのインピーダンスの絶対値は最小値(R) となる。ルー
プに加える起電力の角周波数ωを共振角周波数ω＝１／
(L・C)1/2 付近としておけば、ループのインピーダンス
が小さくなるので、ループを流れる電流が増大して、励
起コイル８および検出コイル９によるインピーダンス状
態の検出が確実にできる。
環状回路用コイル７と合成容量（CoまたはCc）とが直列
になった環状回路（以下「ループ」という）を構成して
いる。一般にLCR の直列ループのインピーダンスZ は、
Z=R＋ｉ( ωL −１／ωC)であらわされる。ここでＲは
コイルや配線の直流抵抗の合計値である。ω＝１／(L・
C)1/2 のとき、直列共振が可能であり、このときのルー
プのインピーダンスの絶対値は最小値(R) となる。ルー
プに加える起電力の角周波数ωを共振角周波数ω＝１／
(L・C)1/2 付近としておけば、ループのインピーダンス
が小さくなるので、ループを流れる電流が増大して、励
起コイル８および検出コイル９によるインピーダンス状
態の検出が確実にできる。
【００１９】実際に適用する角周波数ω0 の選定は、接
触状態における合成容量Ccによって、直列共振が起きる
角周波数ωc ＝１／(L・Cc)1/2よりわずかに大きい角周
波数としておく。このように角周波数を一定とした場
合、図６によって検出感度の状態を説明する。後述する
ように検出回路の出力電圧は、インピーダンスの大きさ
に反比例するので、図６の縦軸は検出感度を１／Z2で示
している。前述したようにCc＞Coであり、ギャップであ
るスイッチ２０が開から閉になるにしたがって、ｉ／ω
C の絶対値は減少して、インピーダンスが減少するか
ら、回路の検出感度が増大する。さらに、工具Ｔと被加
工物Ｗとが接近したとき、等価回路でスイッチ２０の部
分に発生する容量結合Csを考えると、図５の（ギャップ
であるスイッチ２０の開）において、CoとCsは並列結合
となるので、Cc＞Co+Cs ＞Coとなり、工具Ｔが離れた状
態から、接近・接触の方向に移動があったとき、ループ
の検出感度が、途中で増減の変化をすることなく、一様
に増大することになる。これは、検出側で閾値を設けた
検出回路が単調に増加する設定値を使うことができ、回
路が簡単になるので好ましい。
触状態における合成容量Ccによって、直列共振が起きる
角周波数ωc ＝１／(L・Cc)1/2よりわずかに大きい角周
波数としておく。このように角周波数を一定とした場
合、図６によって検出感度の状態を説明する。後述する
ように検出回路の出力電圧は、インピーダンスの大きさ
に反比例するので、図６の縦軸は検出感度を１／Z2で示
している。前述したようにCc＞Coであり、ギャップであ
るスイッチ２０が開から閉になるにしたがって、ｉ／ω
C の絶対値は減少して、インピーダンスが減少するか
ら、回路の検出感度が増大する。さらに、工具Ｔと被加
工物Ｗとが接近したとき、等価回路でスイッチ２０の部
分に発生する容量結合Csを考えると、図５の（ギャップ
であるスイッチ２０の開）において、CoとCsは並列結合
となるので、Cc＞Co+Cs ＞Coとなり、工具Ｔが離れた状
態から、接近・接触の方向に移動があったとき、ループ
の検出感度が、途中で増減の変化をすることなく、一様
に増大することになる。これは、検出側で閾値を設けた
検出回路が単調に増加する設定値を使うことができ、回
路が簡単になるので好ましい。
【００２０】次に、励起コイル８および検出コイル９を
用いたループのインピーダンス検出について説明する。
励起コイル８は、図２（ａ）で示したような、トロイダ
ルコア２６にコイル巻線２７を施したトロイダルコイル
であるリングコイル２８であり、ループの配線７ａが貫
通している。励起コイル８の巻線に、交流電流発生手段
としての発信器１０から定電流回路による角周波数ω0
の交流電流I1(t) を流した場合、励起コイル８のコアに
生じる磁束密度B1(t) は、２πR1・B1(t) ＝μ1 ・N1・
I1(t) となり、コア中にΦ1(t)＝ B1(t)・S1＝S1・μ1
・N1・I1(t) ／２πR1なる磁束が発生する。ここでN1は
励起コイル８の巻数、μ1 はコアの透磁率、S1は励起コ
イル８の断面積、R1はコアの半径、である。励起コイル
８の電流が時間変化する時、励起コイル８を貫通する環
状配線には、ｅ1(t)＝−ｄΦ1(t)／ｄｔなる起電力が発
生する。ループのインピーダンスZ は、Z=R ＋ｉ( ωL
−１／ωC)であらわされ、ループに流れる電流I7は、I7
(t) ＝ｅ1(t)／Z となる。
用いたループのインピーダンス検出について説明する。
励起コイル８は、図２（ａ）で示したような、トロイダ
ルコア２６にコイル巻線２７を施したトロイダルコイル
であるリングコイル２８であり、ループの配線７ａが貫
通している。励起コイル８の巻線に、交流電流発生手段
としての発信器１０から定電流回路による角周波数ω0
の交流電流I1(t) を流した場合、励起コイル８のコアに
生じる磁束密度B1(t) は、２πR1・B1(t) ＝μ1 ・N1・
I1(t) となり、コア中にΦ1(t)＝ B1(t)・S1＝S1・μ1
・N1・I1(t) ／２πR1なる磁束が発生する。ここでN1は
励起コイル８の巻数、μ1 はコアの透磁率、S1は励起コ
イル８の断面積、R1はコアの半径、である。励起コイル
８の電流が時間変化する時、励起コイル８を貫通する環
状配線には、ｅ1(t)＝−ｄΦ1(t)／ｄｔなる起電力が発
生する。ループのインピーダンスZ は、Z=R ＋ｉ( ωL
−１／ωC)であらわされ、ループに流れる電流I7は、I7
(t) ＝ｅ1(t)／Z となる。
【００２１】検出コイル９は、励起コイル８と同様に、
図２（ａ）のトロイダルコア２６にコイル巻線２７を施
したリングコイル２８であり、ループの配線７ａが貫通
している。ループに流れる電流I7(t) によって、ループ
の配線７ａの周りの検出コイル９のコアに生じる磁束密
度B2(t) は、２πR2・B2(t) ＝μ2 ・I7(t) となり、コ
イルの磁束Φ2(t)は、Φ2(t)＝B2(t) ・ S2 となる。こ
こでR2はトロイダルコアの半径、μ2 はコアの透磁率、
S2は検出コイル９の断面積である。変化する磁束Φ2(t)
によって、検出コイル９の巻線にはV ＝−N2ｄΦ2(t)／
ｄt なる電圧が発生する。ここでN2は検出コイル９の巻
数である。これらをまとめて、位相分を除いて検出され
る信号の大きさ（絶対値）のみを正弦波で考えると、 V ＝N2・Φ2(t) → V(t)＝N2・B2(t) ・S2 → V ＝
N2・μ2 ・S2・ｅ1(t)／（Ｚ・２πR2）→ V ＝N1・N2
・μ1 ・μ2 ・S1・S2・I1(t) ／（Z ・２πR2・２πR
1） すなわち、励起コイル８の電流I1(t) が一定ならば、ル
ープのインピーダンスZ に反比例した電圧V が検出コイ
ル９に発生することになる。
図２（ａ）のトロイダルコア２６にコイル巻線２７を施
したリングコイル２８であり、ループの配線７ａが貫通
している。ループに流れる電流I7(t) によって、ループ
の配線７ａの周りの検出コイル９のコアに生じる磁束密
度B2(t) は、２πR2・B2(t) ＝μ2 ・I7(t) となり、コ
イルの磁束Φ2(t)は、Φ2(t)＝B2(t) ・ S2 となる。こ
こでR2はトロイダルコアの半径、μ2 はコアの透磁率、
S2は検出コイル９の断面積である。変化する磁束Φ2(t)
によって、検出コイル９の巻線にはV ＝−N2ｄΦ2(t)／
ｄt なる電圧が発生する。ここでN2は検出コイル９の巻
数である。これらをまとめて、位相分を除いて検出され
る信号の大きさ（絶対値）のみを正弦波で考えると、 V ＝N2・Φ2(t) → V(t)＝N2・B2(t) ・S2 → V ＝
N2・μ2 ・S2・ｅ1(t)／（Ｚ・２πR2）→ V ＝N1・N2
・μ1 ・μ2 ・S1・S2・I1(t) ／（Z ・２πR2・２πR
1） すなわち、励起コイル８の電流I1(t) が一定ならば、ル
ープのインピーダンスZ に反比例した電圧V が検出コイ
ル９に発生することになる。
【００２２】検出コイル９に発生した電圧V は、バンド
パスフィルターＦを介して検出回路１１に入力される。
すなわち、検出回路１１の入力側にバンドパスフィルタ
ーＦが接続されている。バンドパスフィルターＦは発信
器１０の発生する交流電流の周波数と略同じ周波数の電
流を通過させ、一方、発信器１０の交流電流の周波数を
含む帯域から外れた周波数の電流を阻止する。そして、
検出回路１１のうち、増幅器１２で電圧を増幅し、判定
手段としての比較器１３であらかじめ設定した接近電圧
（すなわち、近接用設定値）、接触電圧（すなわち、接
触用設定値）と比較する。なお、接近電圧は接触電圧よ
りも低く設定されている。そして、検出した電圧が接近
電圧よりも低い場合には、離れていると判定する。ま
た、検出した電圧が接近電圧以上で、かつ、接触電圧よ
りも低い場合には、接近していると判定する。さらに、
検出した電圧が接触電圧以上の場合には、接触している
と判定する。このそれぞれの大小判定によって接近警報
・接触警報の信号を警報回路１４で作成して、NC装置１
５に送って工作機の工具Ｔの接近速度や加工指令を制御
する。また、工具Ｔの破損などの加工異常の検知や、加
工開始時点の検知などを行うことができる。そして、加
工開始時点の検知をすることにより、非加工時間を短縮
することができる。さらに、外来電気ノイズによるルー
プの回路全体の電位変化に対しては、検出コイル９など
の検出回路が動作せず、ループ内を流れる電流変化のみ
に基づく検出方式であるために、外来電気ノイズに強
く、工具Ｔと被加工物Ｗとの接触の検出の確実度が向上
する。環状回路用コイル７のインダクタンスL や容量C
1，C3などを変更することにより、接触状態におけるル
ープの共振角周波数を選択することができる。したがっ
て、回路定数・電源（発信器）を設定することで、共振
周波数を数十KHz から数百KHz の高周波域から、周辺で
発生するノイズの固有周波数を避けた周波数を選択する
ことができる。たとえば、１５０KHz を選択することが
できる。そのため、より外来電気ノイズに強くすること
ができる。そして、バンドパスフィルターＦが設けられ
ているので、発信器１０の発生する交流電流を含む帯域
以外の交流電流は阻止され、外来電気ノイズにさらに強
くなる。
パスフィルターＦを介して検出回路１１に入力される。
すなわち、検出回路１１の入力側にバンドパスフィルタ
ーＦが接続されている。バンドパスフィルターＦは発信
器１０の発生する交流電流の周波数と略同じ周波数の電
流を通過させ、一方、発信器１０の交流電流の周波数を
含む帯域から外れた周波数の電流を阻止する。そして、
検出回路１１のうち、増幅器１２で電圧を増幅し、判定
手段としての比較器１３であらかじめ設定した接近電圧
（すなわち、近接用設定値）、接触電圧（すなわち、接
触用設定値）と比較する。なお、接近電圧は接触電圧よ
りも低く設定されている。そして、検出した電圧が接近
電圧よりも低い場合には、離れていると判定する。ま
た、検出した電圧が接近電圧以上で、かつ、接触電圧よ
りも低い場合には、接近していると判定する。さらに、
検出した電圧が接触電圧以上の場合には、接触している
と判定する。このそれぞれの大小判定によって接近警報
・接触警報の信号を警報回路１４で作成して、NC装置１
５に送って工作機の工具Ｔの接近速度や加工指令を制御
する。また、工具Ｔの破損などの加工異常の検知や、加
工開始時点の検知などを行うことができる。そして、加
工開始時点の検知をすることにより、非加工時間を短縮
することができる。さらに、外来電気ノイズによるルー
プの回路全体の電位変化に対しては、検出コイル９など
の検出回路が動作せず、ループ内を流れる電流変化のみ
に基づく検出方式であるために、外来電気ノイズに強
く、工具Ｔと被加工物Ｗとの接触の検出の確実度が向上
する。環状回路用コイル７のインダクタンスL や容量C
1，C3などを変更することにより、接触状態におけるル
ープの共振角周波数を選択することができる。したがっ
て、回路定数・電源（発信器）を設定することで、共振
周波数を数十KHz から数百KHz の高周波域から、周辺で
発生するノイズの固有周波数を避けた周波数を選択する
ことができる。たとえば、１５０KHz を選択することが
できる。そのため、より外来電気ノイズに強くすること
ができる。そして、バンドパスフィルターＦが設けられ
ているので、発信器１０の発生する交流電流を含む帯域
以外の交流電流は阻止され、外来電気ノイズにさらに強
くなる。
【００２３】次に、励起コイルと検出コイルを兼用する
場合のループのインピーダンス検出について説明する。
このときのリングコイルは、前記励起コイル８と同じも
のを用い、図２（ｂ）にあるように定電圧の交流発信器
１０から抵抗Rdを介して励起コイル８の巻線に角周波数
ωの電圧E1(t) を供給する。なお、検出コイル９は、励
起コイル８と兼用しており、設けられていない。そし
て、抵抗Rdに流れる電流I1(t) を電圧で検出するよう
に、抵抗Rdの両端に検出回路１１を接続する。この様に
して、抵抗Rdと検出回路１１とで電流検出手段が構成さ
れている。励起コイル８に流れる電流I1(t) は、E1(t)
と上記の式で発生する起電力V(t)との位相を考慮したI1
(t) ＝（E1(t) −V(t)）／Rdで表される。ループのイン
ピーダンスが最小のときは最大のV(t)となる。このとき
のインピーダンスは、R のみの純抵抗分であり、ループ
のインピーダンスによる位相の差を生じない。しかし、
励起・検出コイル８，９を共用しているので、E1(t) と
V(t)との位相が逆となりこのとき最大の電流が流れる。
抵抗RdにはI1(t) に比例した電圧が現れるので、検出電
圧が最大となる。
場合のループのインピーダンス検出について説明する。
このときのリングコイルは、前記励起コイル８と同じも
のを用い、図２（ｂ）にあるように定電圧の交流発信器
１０から抵抗Rdを介して励起コイル８の巻線に角周波数
ωの電圧E1(t) を供給する。なお、検出コイル９は、励
起コイル８と兼用しており、設けられていない。そし
て、抵抗Rdに流れる電流I1(t) を電圧で検出するよう
に、抵抗Rdの両端に検出回路１１を接続する。この様に
して、抵抗Rdと検出回路１１とで電流検出手段が構成さ
れている。励起コイル８に流れる電流I1(t) は、E1(t)
と上記の式で発生する起電力V(t)との位相を考慮したI1
(t) ＝（E1(t) −V(t)）／Rdで表される。ループのイン
ピーダンスが最小のときは最大のV(t)となる。このとき
のインピーダンスは、R のみの純抵抗分であり、ループ
のインピーダンスによる位相の差を生じない。しかし、
励起・検出コイル８，９を共用しているので、E1(t) と
V(t)との位相が逆となりこのとき最大の電流が流れる。
抵抗RdにはI1(t) に比例した電圧が現れるので、検出電
圧が最大となる。
【００２４】ループのインピーダンスの大きさが最小値
の２1/2 倍になるとき、位相角は最大値から±45度ずれ
ている。V の絶対値は１／２1/2 となるが、E1(t) とV
(t)との位相が逆方向から±45度ずれているので、電流
の絶対値は最大値から比べて１／２1/2 よりも低い低下
率となる。即ちこの方式では、コイルを別々に設けた場
合に比べて容量変化による検出電圧の変化率が小さくな
り、検出感度が落ちることになる。しかし、コイルが共
用できるので、スペース的に制約がある場合や、十分な
検出感度があって装置を小型化したい場合に有効であ
る。
の２1/2 倍になるとき、位相角は最大値から±45度ずれ
ている。V の絶対値は１／２1/2 となるが、E1(t) とV
(t)との位相が逆方向から±45度ずれているので、電流
の絶対値は最大値から比べて１／２1/2 よりも低い低下
率となる。即ちこの方式では、コイルを別々に設けた場
合に比べて容量変化による検出電圧の変化率が小さくな
り、検出感度が落ちることになる。しかし、コイルが共
用できるので、スペース的に制約がある場合や、十分な
検出感度があって装置を小型化したい場合に有効であ
る。
【００２５】この様にして、励起コイルと検出コイルと
を兼用した場合には、抵抗Rdに発生した電圧V は、図１
に図示する検出回路１１と同様にして、検出回路１１の
うち、増幅器１２で電圧を増幅し、比較器１３であらか
じめ設定した接近電圧（すなわち、近接用設定値）、接
触電圧（すなわち、接触用設定値）と比較する。それぞ
れの大小判定によって接近警報・接触警報の信号を警報
回路１４で作成して、NC装置１５に送って工作機の工具
Ｔの接近速度や加工指令を制御する。なお、抵抗Rdと発
信器１０との間や抵抗Rdと検出回路１１との間など（す
なわち検出回路１１の入力側）にバンドパスフィルター
Ｆを設けることも可能である。
を兼用した場合には、抵抗Rdに発生した電圧V は、図１
に図示する検出回路１１と同様にして、検出回路１１の
うち、増幅器１２で電圧を増幅し、比較器１３であらか
じめ設定した接近電圧（すなわち、近接用設定値）、接
触電圧（すなわち、接触用設定値）と比較する。それぞ
れの大小判定によって接近警報・接触警報の信号を警報
回路１４で作成して、NC装置１５に送って工作機の工具
Ｔの接近速度や加工指令を制御する。なお、抵抗Rdと発
信器１０との間や抵抗Rdと検出回路１１との間など（す
なわち検出回路１１の入力側）にバンドパスフィルター
Ｆを設けることも可能である。
【００２６】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明の趣旨の範囲内で種々の形態を実施するこ
とが可能である。たとえば、（１）主軸２に工具Ｔを取
り付ける代わりに、被加工物Ｗを取り付けることも可能
である。 （２）工作機械は、切削や研磨など種々の用途に使用可
能である。 （３）接触状態におけるループの共振周波数は、適宜選
択可能である。ただし、１０KHz から５００KHz が好ま
しい。 （４）励起コイル８および検出コイル９は、その形式は
適宜選択可能であるが、トロイダルコイルであることが
好ましい。 （５）発信器１０の周波数は、適宜選択可能であるが、
接触状態の環状回路において直列共振を引き起こさせる
値に設定する。
たが、本発明の趣旨の範囲内で種々の形態を実施するこ
とが可能である。たとえば、（１）主軸２に工具Ｔを取
り付ける代わりに、被加工物Ｗを取り付けることも可能
である。 （２）工作機械は、切削や研磨など種々の用途に使用可
能である。 （３）接触状態におけるループの共振周波数は、適宜選
択可能である。ただし、１０KHz から５００KHz が好ま
しい。 （４）励起コイル８および検出コイル９は、その形式は
適宜選択可能であるが、トロイダルコイルであることが
好ましい。 （５）発信器１０の周波数は、適宜選択可能であるが、
接触状態の環状回路において直列共振を引き起こさせる
値に設定する。
【００２７】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、対向
電極を主軸に容量結合する様に配置するとともに、環状
回路用コイルを介して工作機械本体に接続し、主軸、対
向電極、環状回路用コイル、工作機械本体、被加工物お
よび工具で、前記工具と被加工物とが接触状態の時に閉
じ、前記工具と被加工物とが非接触状態の時に開く環状
回路を構成し、環状回路が貫通するように励起コイルお
よび検出コイルを配置し、環状回路に誘導起電力を発生
すべく励起コイルに交流電流を流しているので、絶縁さ
れた主軸を持つ工作機械においても、工具と被加工物と
の接触を検出することが可能である。また、外来ノイズ
の影響が少なく、工具と被加工物の接触を確実に検出で
きる。主軸が回転中の状態であっても、また、静止状態
でも、検出可能である。さらに、被加工物と工具の接近
時に容量が発生するときは、被加工物と工具との接近も
検出可能となる。加工中に検出電圧が低下したときは、
工具の折損を検出できる。そして、接触状態における環
状回路の共振角周波数を選択することができるので、外
来電気ノイズの固有周波数を避けることで、より外来電
気ノイズに強くすることができる。また、励起コイルと
検出コイルとを兼用している場合には、コイルが共用で
きるので、部品点数を削減することができるとともに、
コンパクトにすることができる。さらに、バンドパスフ
ィルターを設けた場合には、さらに外来電気ノイズに強
くすることができる。
電極を主軸に容量結合する様に配置するとともに、環状
回路用コイルを介して工作機械本体に接続し、主軸、対
向電極、環状回路用コイル、工作機械本体、被加工物お
よび工具で、前記工具と被加工物とが接触状態の時に閉
じ、前記工具と被加工物とが非接触状態の時に開く環状
回路を構成し、環状回路が貫通するように励起コイルお
よび検出コイルを配置し、環状回路に誘導起電力を発生
すべく励起コイルに交流電流を流しているので、絶縁さ
れた主軸を持つ工作機械においても、工具と被加工物と
の接触を検出することが可能である。また、外来ノイズ
の影響が少なく、工具と被加工物の接触を確実に検出で
きる。主軸が回転中の状態であっても、また、静止状態
でも、検出可能である。さらに、被加工物と工具の接近
時に容量が発生するときは、被加工物と工具との接近も
検出可能となる。加工中に検出電圧が低下したときは、
工具の折損を検出できる。そして、接触状態における環
状回路の共振角周波数を選択することができるので、外
来電気ノイズの固有周波数を避けることで、より外来電
気ノイズに強くすることができる。また、励起コイルと
検出コイルとを兼用している場合には、コイルが共用で
きるので、部品点数を削減することができるとともに、
コンパクトにすることができる。さらに、バンドパスフ
ィルターを設けた場合には、さらに外来電気ノイズに強
くすることができる。
【図１】本発明の実施の形態の工作機械用接触検出装置
の概略図である。
の概略図である。
【図２】リングコイルの説明図で、（ａ）がリングコイ
ルの斜視図、（ｂ）が励起コイルと検出コイルとが兼用
される場合のリングコイルへの配線図である。
ルの斜視図、（ｂ）が励起コイルと検出コイルとが兼用
される場合のリングコイルへの配線図である。
【図３】工具と被加工物とのギャップをスイッチとして
図示した場合の工作機械用接触検出装置の工具周辺部の
等価回路である。
図示した場合の工作機械用接触検出装置の工具周辺部の
等価回路である。
【図４】工具が被加工物に接触した時の工具周辺部の等
価回路である。
価回路である。
【図５】工具が被加工物に非接触の時の工具周辺部の等
価回路である。
価回路である。
【図６】検出感度のグラフである。
【図７】工作機械用接触検出装置の従来例１の概略図で
ある。
ある。
【図８】工作機械用接触検出装置の従来例３の概略図で
ある。
ある。
Ｆ バンドパスフィルター Ｔ 工具 Ｗ 被加工物 １ 工作機械本体 ２ 主軸 ６ 対向電極 ７ 環状回路用コイル ８ 励起コイル ９ 検出コイル １０ 発信器（交流電流発生手段） １１ 検出回路（電圧検出手段） １３ 比較器（判定手段）
Claims (10)
- 【請求項１】工具あるいは被加工物を主軸に取り付け、
この主軸を回転駆動するとともに、前記工具を被加工物
に接触させて加工する工作機械における前記工具と被加
工物との接触を検出する工作機械用接触検出方法におい
て、 対向電極を前記主軸に容量結合する様に配置するととも
に、環状回路用コイルを介して工作機械本体に接続し、 前記主軸、対向電極、環状回路用コイル、工作機械本
体、被加工物および工具で、前記工具と被加工物とが接
触状態の時に閉じ、前記工具と被加工物とが非接触状態
の時に開く環状回路を構成し、 この環状回路が貫通するように励起コイルおよび検出コ
イルを配置し、 前記環状回路に誘導起電力を発生すべく前記励起コイル
に交流電流を流し、 前記環状回路に流れる交流電流によって検出コイルに発
生した電圧を検出することを特徴とする工作機械用接触
検出方法。 - 【請求項２】工具あるいは被加工物を主軸に取り付け、
この主軸を回転駆動するとともに、前記工具を被加工物
に接触させて加工する工作機械における前記工具と被加
工物との接触を検出する工作機械用接触検出装置におい
て、 対向電極を前記主軸に容量結合する様に配置するととも
に、環状回路用コイルを介して工作機械本体に接続し、 前記主軸、対向電極、環状回路用コイル、工作機械本
体、被加工物および工具で、前記工具と被加工物とが接
触状態の時に閉じ、前記工具と被加工物とが非接触状態
の時に開く環状回路を構成し、 この環状回路が貫通するように励起コイルを配置し、 前記環状回路に誘導起電力を発生すべく前記励起コイル
に交流電流を流し、 前記励起コイルに流れる電流の大きさを検出することを
特徴とする工作機械用接触検出方法。 - 【請求項３】前記閉じた状態での前記環状回路における
共振周波数の値、および、励起コイルに供給する交流電
流の周波数の値を、周辺で発生するノイズの固有周波数
の値から避けた値に設定することを特徴とする請求項１
または２に記載の工作機械用接触検出方法。 - 【請求項４】工具あるいは被加工物を主軸に取り付け、
この主軸を回転駆動するとともに、前記工具を被加工物
に接触させて加工する工作機械における前記工具と被加
工物との接触を検出する工作機械用接触検出装置におい
て、 対向電極が前記主軸に容量結合する様に配置されるとと
もに、環状回路用コイルを介して工作機械本体に接続さ
れ、 前記主軸、対向電極、環状回路用コイル、工作機械本
体、被加工物および工具で、前記工具と被加工物とが接
触状態の時に閉じ、前記工具と被加工物とが非接触状態
の時に開く環状回路が構成され、 この環状回路が貫通するように励起コイルおよび検出コ
イルが配置され、 前記環状回路に誘導起電力を発生すべく前記励起コイル
に交流電流を流す交流電流発生手段が設けられ、 かつ、前記環状回路に流れる交流電流によって検出コイ
ルに発生した電圧を検出する電圧検出手段が設けられて
いることを特徴とする工作機械用接触検出装置。 - 【請求項５】前記電圧検出手段は、前記交流電流発生手
段の発生する交流電流と略同じ周波数の電流を通過させ
るバンドパスフィルターを介して、電圧を検出すること
を特徴とする請求項４に記載の工作機械用接触検出装
置。 - 【請求項６】工具あるいは被加工物を主軸に取り付け、
この主軸を回転駆動するとともに、前記工具を被加工物
に接触させて加工する工作機械における前記工具と被加
工物との接触を検出する工作機械用接触検出装置におい
て、 対向電極が前記主軸に容量結合する様に配置されるとと
もに、環状回路用コイルを介して工作機械本体に接続さ
れ、 前記主軸、対向電極、環状回路用コイル、工作機械本
体、被加工物および工具で、前記工具と被加工物とが接
触状態の時に閉じ、前記工具と被加工物とが非接触状態
の時に開く環状回路が構成され、 この環状回路が貫通するように励起コイルが配置され、 前記環状回路に誘導起電力を発生すべく前記励起コイル
に交流電流を流す交流電流発生手段が設けられ、 かつ、前記励起コイルに流れる電流の大きさを検出する
電流検出手段が設けられていることを特徴とする工作機
械用接触検出装置。 - 【請求項７】前記電流検出手段は、前記交流電流発生手
段の発生する交流電流と略同じ周波数の電流を通過させ
るバンドパスフィルターを介して、電流を検出すること
を特徴とする請求項６に記載の工作機械用接触検出装
置。 - 【請求項８】前記交流電流発生手段の供給する交流電流
の周波数が、閉じた状態での前記環状回路における共振
周波数を超え、かつ、その共振周波数の近傍の周波数で
あることを特徴とする請求項４、５、６または７に記載
の工作機械用接触検出装置。 - 【請求項９】前記工具が被加工物に接触したと判定する
ための接触用設定値が設定され、前記検出手段の検出値
が接触用設定値に達した場合に、工具が被加工物に接触
したと判定する判定手段が設けられていることを特徴と
する請求項４ないし８の何れか１項に記載の工作機械用
接触検出装置。 - 【請求項１０】前記工具が被加工物に近接したと判定す
るための近接用設定値、および、前記工具が被加工物に
接触したと判定するための接触用設定値が設定され、前
記検出手段の検出値が近接用設定値に達した場合に、工
具が被加工物に近接したと判定し、かつ、前記検出手段
の検出値が接触用設定値に達した場合に、工具が被加工
物に接触したと判定する判定手段が設けられていること
を特徴とする請求項４ないし８の何れか１項に記載の工
作機械用接触検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001026472A JP4025864B2 (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | 工作機械用接触検出方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001026472A JP4025864B2 (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | 工作機械用接触検出方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002233933A true JP2002233933A (ja) | 2002-08-20 |
| JP4025864B2 JP4025864B2 (ja) | 2007-12-26 |
Family
ID=18891282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001026472A Expired - Lifetime JP4025864B2 (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | 工作機械用接触検出方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4025864B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7104866B2 (en) | 2004-07-20 | 2006-09-12 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Machining device |
| JP2006315143A (ja) * | 2005-05-13 | 2006-11-24 | Hiroshima Univ | 加工装置 |
| WO2012063621A1 (ja) * | 2010-11-09 | 2012-05-18 | 日立ビアメカニクス株式会社 | 加工装置 |
| CN105068508A (zh) * | 2015-08-03 | 2015-11-18 | 陕西海力特精密机械有限公司 | 用于数控机床精准见光加工工件的探测装置及探测方法 |
| JP2018103307A (ja) * | 2016-12-26 | 2018-07-05 | 川崎重工業株式会社 | 加工システム及び接触検出装置 |
| JP2021112775A (ja) * | 2020-01-16 | 2021-08-05 | パルステック工業株式会社 | 表面研磨用治具、特性検出装置及び表面研磨装置 |
| JP2022500619A (ja) * | 2018-07-11 | 2022-01-04 | シュロニガー アーゲー | 電気導体への接触を認識する装置、電気導体への接触を認識する方法、このような種類の装置を有するストリッピング機械 |
| KR20230072047A (ko) * | 2021-11-17 | 2023-05-24 | 현대위아 주식회사 | 공작기계의 공구 충돌 감지 및 파손 방지 장치 |
| IT202200003554A1 (it) * | 2022-02-25 | 2023-08-25 | Marposs Spa | Sistema per il controllo dell’integrita’ di un utensile |
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|---|---|---|---|---|
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-
2001
- 2001-02-02 JP JP2001026472A patent/JP4025864B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (17)
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| KR101775589B1 (ko) | 2010-11-09 | 2017-09-06 | 비아 메카닉스 가부시키가이샤 | 가공 장치 |
| WO2012063621A1 (ja) * | 2010-11-09 | 2012-05-18 | 日立ビアメカニクス株式会社 | 加工装置 |
| CN103180095A (zh) * | 2010-11-09 | 2013-06-26 | 日立Via机械株式会社 | 加工装置 |
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| JP2012101309A (ja) * | 2010-11-09 | 2012-05-31 | Hitachi Via Mechanics Ltd | 加工装置 |
| CN103180095B (zh) * | 2010-11-09 | 2016-02-03 | 维亚机械株式会社 | 加工装置 |
| CN105068508B (zh) * | 2015-08-03 | 2017-12-22 | 陕西海力特精密机械有限公司 | 用于数控机床精准见光加工工件的探测装置及探测方法 |
| CN105068508A (zh) * | 2015-08-03 | 2015-11-18 | 陕西海力特精密机械有限公司 | 用于数控机床精准见光加工工件的探测装置及探测方法 |
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| JP7288918B2 (ja) | 2018-07-11 | 2023-06-08 | シュロニガー アーゲー | 電気導体への接触を認識する装置、電気導体への接触を認識する方法、このような種類の装置を有するストリッピング機械 |
| JP2021112775A (ja) * | 2020-01-16 | 2021-08-05 | パルステック工業株式会社 | 表面研磨用治具、特性検出装置及び表面研磨装置 |
| KR20230072047A (ko) * | 2021-11-17 | 2023-05-24 | 현대위아 주식회사 | 공작기계의 공구 충돌 감지 및 파손 방지 장치 |
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