JP2003025187A

JP2003025187A - 工具と加工機械上に締め付けた被加工物との間の接触を検出する方法およびそのための装置

Info

Publication number: JP2003025187A
Application number: JP2002182749A
Authority: JP
Inventors: Dieter Ulbrich; ウルブリッヒディエター
Original assignee: Gleason Pfauter Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Gleason Pfauter Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2003-01-29
Also published as: US20030002943A1

Abstract

(57)【要約】【課題】工作機械の切削工具と被加工物の間の最初の
接触を、被加工物に傷つけることなく、容易且つ確実に
検出する方法および装置を提供すること。【解決手段】工作機械１の工具４上の位置８と被加工
物５上の位置９との間に高周波電気信号または固体伝送
音信号を加える。この工具と被加工物が接触しない限
り、上記両位置間の抵抗がこの機械を経由する信号経路
１１の抵抗となり高いが、両者が位置１０で接触する
と、この信号経路１１と並列に抵抗の小さい信号経路１
２が成立し、位置８、９での信号が大きく変化する。そ
の信号変化を信号評価装置１６で評価し、その出力信号
１７を機械制御装置１８へ送り、この工作機械１の軸の
運動を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、工具と加工機械
上に締め付けた被加工物との間の接触を検出するための
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】予備的に歯を付けた被加工物の歯面を仕
上げるためには、両フランク機械加工に対して、“工具
歯の中心”が“被加工物歯溝の中心”と整列するよう
に、工具と被加工物を接触位置に持込まねばならない。

【０００３】この目的を解決するための周知の方法は、
工具の種類によって一つまたは幾つかの歯溝を有する工
具が加工物の一つまたは幾つかの歯溝の中に入る程度に
この工具と被加工物を互いの方へ動かし、次に両要素の
フランクの距離を相対運動、例えば、工具または被加工
物の回転運動によって、これらのフランクが互いに接触
する程度に減少することにある。この第１接触位置を記
憶する。次に、この相対運動の符号を反転し、反対フラ
ンクの第１接触位置を決定する。これら二つの位置の間
の中心点が心出し位置である。この心出し位置をマイク
ロメートルの精度で（工具円周または被加工物円周に対
して）知ることが望ましい。このため、この第１接触を
確実且つ正確に決めなければならない。工具と被加工物
の間のこの前進中に、工具の歯が必ずしも被加工物の隙
間に向合って位置せず、特に、接触決定自動遂行に対し
て、工具歯の先端が被加工物歯の先端と衝突するかも知
れないので、この第１接触は、確実な方法で評価もでき
なければならない。

【０００４】工具と被加工物の間の第１接触を確実に決
めることの要求は、歯車の機械加工以外の領域に、例え
ば、高精度被加工物のフライス加工に、特に機械加工プ
ロセスがアクセス困難なまたは見えない接触位置で起る
場合に、存在する。

【０００５】金属除去処理のために工具を配置するとき
この第１接触を決めるための種々の方法が知られてい
る。

【０００６】光スリットを使う方法は、十分に正確では
なく、特に、接触位置にアクセスが困難な場合、事実上
自動化できない。

【０００７】後部フランクと被加工物フランクの間の
力、回転工具軸または回転被加工物軸周りのモーメン
ト、工具フランクと被加工物フランクの間の摩擦による
固体伝送音の測定および評価に基づく方法は、前提条件
として、避けられない、プロセス関連妨害信号から十分
に大きな間隔を有する信号を得るために、接触が起って
から、最初にこのシステムの満足なプレストレスを与え
なければならない。このプレストレスは、被加工物表面
を既に局部的にはっきりと機械加工する結果にさえなる
ことがある。従って、そのような原理は、高精度要件の
ために除外される。更に、工具と被加工物の間の摩擦か
ら生ずる固体伝送音を評価する方法は、擬似停止運転で
は、有意義な方法で評価できる信号が発生しないので使
用できないという欠点を有する。擬似停止というのは、
例えば、１μｍの、非常に遅い前進運動または階段的前
進運動で、どちらの場合も切削運動伴わないものを意味
する。

【０００８】もう一つの周知の方法では、この接触を直
流電流または直流電圧信号で決めることになっている。
このため、電源の二つの電極を工具またはこの工具付近
の位置および被加工物またはこの被加工物付近の位置に
接続し、これら二つの電極間の電圧を測定する。この場
合、電気接続が機械を介してこれらの電極間に存在し、
工具と被加工物が接触すると、この接触位置を介して追
加の接続が存在する。この接触位置を介する電気抵抗が
機械を通る電気抵抗のに比べて非常に小さい限り、この
接触を確実に決定できる。しかし、この関係の問題は、
機械的機械要素の間の直流抵抗が殆ど無限大と、被加工
物と工具間の接点での境界抵抗の大きさまでの非常に小
さな値との間で不明確な方法で変動するかも知れないこ
とである。この様に確実な評価が不可能である。抵抗値
が低いと高電流を生じ、これが、例えば、軸受に、腐食
問題を生ずることがある。工具軸と被加工物軸の完全な
電気的絶縁は、特に中または大規模の被加工物または機
械の場合、高コストでしか達成できない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上に議論した事実の結
果として起る目的は、被加工物に対して工具を配置し、
両要素を工作機械上に、この機械加工プロセスそれ自体
中のように、受けるときの第１接触を検出するための方
法および装置を開発することである。この方法は、簡単
で確実且つ高精度で機能すべきである。手動操作だけで
なく、自動操作も可能であるべきである。操作は、擬似
停止位置だけでなく、一つの要素、例えば、フライスカ
ッタを動かすとき、または、例えば、連続歯切り加工の
ように、両要素を回転するときにも可能であるべきであ
る。最後に、それは、例えば、内歯の歯車形削りの場合
のように、接触位置がアクセス困難か見えないところで
接触が起るときにも確実に機能すべきである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の方法によれ
ば、この信号として高周波電流信号を使用する。対応す
る装置は、この高周波電流信号を供給し、その内部抵抗
が二つの接続点間のこの機械の抵抗に比べて高い、信号
源を有する。これらの接続点間に供給した信号を評価装
置に供給し、それがこの信号を評価し、出力信号を更な
る処理のためにこの機械制御装置へ送る。

【００１１】この発明の代替方法では、信号として音響
信号を使う。従って、この方法を実施するために使う装
置は、この音響信号を供給する音源およびこの音響信号
を受け且つそれを電気信号に変換する音響受信器を有す
る。この電気信号を評価装置に供給し、それがこの信号
を評価し、対応する出力信号を更なる処理のためにこの
機械制御装置へ送る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明とその更なる特徴を、以下
に図面を使って更に詳しく説明する。

【００１３】図１による歯車形削り盤１の場合、工具ス
ピンドル２、被加工物スピンドル３、工具４、および予
備的に歯を付けた被加工物５を有し、第１接触を、例え
ば、被加工物５に対する工具４の位置決め中に決めるべ
きである。

【００１４】実施例１では、高周波電気信号を、工具ス
ピンドル２および被加工物スピンドル３の位置８および
９の間に供給し、または、実施例２では、固体伝送音源
または固体伝送音受信器を位置８に結合しおよび固体伝
送音源または固体伝送音受信器を位置９に結合する。工
具４と被加工物５の間に接触がまだ起っていない限り、
この機械を介する信号経路１１（高抵抗）が位置８と９
の間に存在する。工具４と被加工物５の間に接触が起る
と、信号経路１２（小抵抗）が存在する。工具４と被加
工物５の間に接触が起らない限り、信号経路１２は、接
触位置１０で遮断されている。この場合、特定電圧が位
置８と９の間に存在し、または特定の固体伝送音レベル
が信号受信器に存在する。工具４と被加工物５の間に接
触が起ると直ぐ、信号経路１２が活性化し、それぞれの
信号が、並列に接続した小さな抵抗のために、非常に大
きく変化する。この信号変化は、接触検出信号として容
易に評価できる。この場合の抵抗は、電気抵抗並びに音
響抵抗を意味する。

【００１５】この実施例１（図２）では、高周波電気信
号（例えば、２ＭＨｚに始る）を工具４またはその付近
の位置８と被加工物５またはその付近の位置９の間に使
用し、これらの位置の間で電圧を測定する。工具４と被
加工物５の間に接触が起らない限り、これらの位置８、
９の間の接続は、この機械の経路１１を介してしか存在
しない。この抵抗は、高周波信号に対して高い。工具４
と被加工物５の間が接触すると、本質的に接触位置１０
および工具４の部品、工具スピンドル２、被加工物５、
並びに被加工物スピンドル３を介する低抵抗がこの機械
１を介する高抵抗と並列に接続される。これは、対応す
る信号源の内部抵抗に対して高電圧降下となる。この電
圧降下は、接触位置１０に何も有意な力なしに起る。こ
の信号を容易に評価できる。

【００１６】高周波電気信号を使う利点には次のものが
ある： − 高周波が電気絶縁を橋絡する（容量的に）。これ
は、軸受、案内経路等の場合に、特にこれらの要素が動
くときに、時々起ることがある。 − これらの結合した機械的要素がこの高周波に対して
比較的均一で高いインピーダンス（主として誘導性の）
を構成する。その結果、工具と被加工物の間が接触した
ときの信号変化を確実且つ容易に評価できる。 − 高周波が周波数選択性評価を可能にし、それによっ
て信号対バックグラウンド比が増大する。 − 高周波が簡単な方法で（容量的に）静止機械要素の
信号を動いているものに結合することを可能にする。同
じことが可動機械要素からの信号の静止しているものか
らの切離しに当てはまる。

【００１７】図２で、左側部分は、図１による工作機械
の等価回路図を示し、その右側部分に接触を検出するた
めの装置構成の例を示す。位置８および９は、信号経路
１１を介して抵抗器１９に、および信号経路１２を介し
て抵抗器２２におよび接触位置１０によって形成するス
イッチに接続してある。このスイッチは、工具４の位置
決め中最初開いている。このスイッチは、工具４と被加
工物５の間が接触すると閉じる。ユニット６が高周波信
号７を発生する。ユニット６の信号源１４の内部抵抗が
個々の抵抗器１３．１および１３．２に分割され、その
抵抗値が信号経路１１の複合抵抗器１９のそれよりかな
り大きくあるべきであるために、対応する振幅の信号１
５が、経路１１の抵抗器１９のために、入力位置８、９
に作り出される。接触が生じると、経路１２の複合抵抗
器２２が経路１１のものよりかなり小さいとき、この接
触１０のために、信号１５の振幅がかなり変化する。こ
の状態は、接触が生じるとき遭遇する。

【００１８】接触が起る直ぐ前の信号振幅の経過は、ス
イッチ１０と並列に配置した蓄積静電容量２６のために
急激ではない。ある接触面で、接近位置を既にμｍの範
囲で観察できる。

【００１９】位置８および９付近で、信号２５．１およ
び２５．２を分岐し、信号評価装置１６の周波数選択性
測定受信器２０へ供給する。この受信器は、評価ユニッ
ト２１へ送り、それがこの測定信号を値および／または
位相に従って評価し、それをアナログ信号２３としてコ
ンパレータ２４へ供給する。このディジタル出力信号１
７を機械制御装置１８へ供給する。そこで、工作機械１
の軸の運動を適当な周知の方法で制御する。また、接近
位置を早く評価するために、評価ユニット２１からのア
ナログ信号２３を機械制御装置１８へ付加的に供給する
ことができる。これは、接触が起る直前まで高位置決め
速度で作動させ、接触検出のプロセスを短時間に行うこ
とを可能にする。

【００２０】図３に示すもう一つの実施例によれば、固
体伝送音源２７を工具４上の位置８またはその付近に配
置し、固体伝送音受信器２８を被加工物５上の位置９ま
たはその付近に配置する。

【００２１】信号７．１は、超音波の範囲内にあっても
よい。送出した固体伝送音信号７．１に対して、工具４
と被加工物５の間に接触が起らない限り、位置８および
９の間に経路１１および固体伝送音抵抗器１９を介して
この機械１を通る接続があるだけである。この固体伝送
音抵抗器１９の抵抗値は、この経路で高く、受信した信
号７．２は低い。工具４と被加工物５の間が接触する
と、本質的に接触位置１０および工具４の部品、工具ス
ピンドル２、被加工物５、並びに被加工物スピンドル３
によって作り出されるかなり低い固体伝送音抵抗２２が
この機械１を通る高い抵抗と並列に接続される。これ
は、受信器２８で固体伝送音信号７．２が強く増大する
結果となる。この増大は、この接触位置に何も有意な力
なしに起り；この信号を容易に評価できる。信号対バッ
クグラウンド比を増大するために、この評価を周波数選
択性測定受信器２０によって実現することができる。こ
の受信器は、評価ユニット２１へ供給し、それがこの測
定信号を値および／または位相に従って評価し、それを
アナログ信号２３としてコンパレータ２４へ供給する。
このディジタル出力信号１７を機械制御装置１８へ供給
する。そこで、この機械の軸の運動を適当な周知の方法
で制御する。

【００２２】工具と被加工物の間の接触を決定するため
の提案した方法および提案した装置は、位置決めプロセ
ス中だけでなく機械加工中にも利用できる。これは、無
接触経路を高前進または送り速度で通過し、且つ接触が
起ったとき機械加工速度に切換えることを可能にする。

【００２３】この発明を好適実施例を参照して説明した
が、本発明がその詳細に限定されないことは理解すべき
である。本発明は、上記請求項の精神および範囲から逸
脱することなく主題事項が関係する、当業者に明白な変
更を含むことを意図としている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を説明するために、工具および被
加工物を備える工作機械の例としての歯車形削り盤の概
略図を示す。

【図２】図１による工作機械および本発明の装置の実施
例１の回路図を示す。

【図３】図１による工作機械および本発明の装置の実施
例２の回路図を示す。

【符号の説明】

１金属除去処理機械４工具５被加工物８工具上の位置９被加工物上の位置１１信号経路１４信号源１６信号評価装置１７出力信号１８機械制御装置１９抵抗２０周波数選択性測定受信器２１評価ユニット２２抵抗器２３アナログ出力信号２４コンパレータ２７音源２８音響受信器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工具（４）と金属除去処理機械（１）上
に締め付けられた被加工物（５）との間の接触を決定す
る方法であって：前記工具および前記被加工物を互いの
方へ相対的に動かす工程、信号を前記工具（４）上またはその付近の位置（８）お
よび前記被加工物（５）上またはその付近の位置（９）
の間に供給し、前記信号が、前記機械（１）の信号経路
（１１）および前記工具（４）と被加工物（５）との間
が接触しない間前記信号経路を横切って効果のある抵抗
（１９）を介するこれら二つの位置（８、９）の接続の
ために第１振幅を有し、前記信号は、前記工具（４）と
被加工物（５）との間が接触すると、前記二つの位置
（８、９）が前記機械（１）の抵抗（１９）に並列に接
続した抵抗器（２２）を介して付加的に接続されるの
で、第２振幅に変化する工程、を含み、そこで前記信号
として高周波電流信号を使うことを特徴とする工具と被
加工物との間の接触を決定する方法。
【請求項２】請求項１に記載された方法に於いて、前
記信号として一定周波数の高周波電流信号を使うことを
特徴とする工具と被加工物との間の接触を決定する方
法。
【請求項３】請求項２に記載された方法に於いて、前
記高周波電流信号の前記第１振幅から第２振幅への変化
を周波数選択的に評価することを特徴とする工具と被加
工物との間の接触を決定する方法。
【請求項４】請求項１に記載された方法に於いて、前
記信号を前記機械（１）の可動部品へ容量的に伝送し、
および／または前記機械（１）の可動部品から容量的に
分岐することを特徴とする工具と被加工物との間の接触
を決定する方法。
【請求項５】請求項１に記載された方法において、制御装置（１８）の評価ユニット（２１）へアナログ出
力信号（２３）を供給する工程、前記出力信号を前記評価ユニットで接近信号として評価
する工程、前記評価した出力信号に応じて前記工具と被加工物の相
対運動の前進速度を調整する工程、をさらに含む工具と
被加工物との間の接触を決定する方法。
【請求項６】工具（４）と歯付き被加工物を処理する
ための機械（１）上に締め付けた被加工物（５）との間
の接触を決定する方法であって：前記工具および前記被
加工物を互いの方へ相対的に動かす工程、信号を、（ａ）前記工具（４）上またはその付近の位置
（８）、または（ｂ）前記被加工物（５）上またはその
付近の位置（９）の一方に供給する工程、（ａ）前記工具（４）上またはその付近の位置（８）、
または（ｂ）前記被加工物（５）上またはその付近の位
置（９）の他方で前記信号を受け、前記機械（１）の信
号経路（１１）および前記工具（４）と被加工物（５）
との間が接触しない間は前記信号経路を横切って有効な
抵抗（１９）を介するこれら二つの位置（８、９）の接
続のために特定の振幅を有する前記信号を受ける工程、
を含み、それによって、前記工具（４）と被加工物（５）との間
が接触すると、前記信号は、前記二つの位置（８、９）
が前記機械（１）の抵抗（１９）に並列に接続した抵抗
器（２２）を介して付加的に接続されるにつれて、その
振幅を変化し、そこで前記信号として音響信号を使うことを特徴とする
工具と被加工物との間の接触を決定する方法。
【請求項７】請求項６に記載された方法に於いて、前
記音響信号が固体伝送音信号であることを特徴とする工
具と被加工物との間の接触を決定する方法。
【請求項８】請求項７に記載された方法に於いて、前
記信号として一定周波数の固体伝送音信号を使うことを
特徴とする工具と被加工物との間の接触を決定する方
法。
【請求項９】請求項６に記載された方法に於いて、前
記音響信号の振幅の変化を周波数選択的に評価すること
を特徴とする工具と被加工物との間の接触を決定する方
法。
【請求項１０】請求項６に記載された方法に於いて、
前記音響信号を一方の位置（９）で供給し、他方の位置
（８）で受けることを特徴とする工具と被加工物との間
の接触を決定する方法。
【請求項１１】請求項６に記載された方法に於いて、
この音響信号を一つの位置（８）で供給し、もう一つの
位置（９）で受けることを特徴とする工具と被加工物と
の間の接触を決定する方法。
【請求項１２】工具（４）と被加工物処理機械（１）
上の被加工物（５）との間の接触を決定するための装置
であって：高周波電流信号を供給し、その内部抵抗が二
つの接続位置（８、９）の間で前記機械（１）の信号経
路（１１）の抵抗（１９）に比べて高い、少なくとも一
つの信号源（１４）を含み、これらの接続位置（８、
９）間に供給した信号を信号評価装置（１６）に供給
し、それが前記信号を評価し、出力信号（１７）を更な
る処理のために機械制御装置（１８）へ供給することを
特徴とする工具と被加工物との間の接触を決定する装
置。
【請求項１３】請求項１２に記載された装置に於い
て、前記信号評価装置（１６）は、その下流に評価ユニ
ット（２１）が配置してある周波数選択性測定受信器
（２０）を備えることを特徴とする工具と被加工物との
間の接触を決定する装置。
【請求項１４】請求項１３に記載された装置に於い
て、前記評価ユニット（２１）が前記測定受信器（２
０）によって供給された信号を値および／または位相に
従って評価することを特徴とする工具と被加工物との間
の接触を決定する装置。
【請求項１５】請求項１２に記載された装置に於い
て、前記評価ユニット（２１）がその下流の配置された
コンパレータ（２４）を有することを特徴とする工具と
被加工物との間の接触を決定する装置。
【請求項１６】請求項１５に記載された装置に於い
て、前記コンパレータ（２４）が信号（１７）を更なる
処理のために前記機械制御装置（１８）へ供給すること
を特徴とする工具と被加工物との間の接触を決定する装
置。
【請求項１７】請求項１２に記載された装置に於い
て、前記評価ユニット（２１）の出力が前記制御装置
（１８）と直結してあることを特徴とする工具と被加工
物との間の接触を決定する装置。
【請求項１８】工具（４）と被加工物処理機械（１）
上の被加工物（５）との間の接触を決定するための装置
であって：音響信号を供給し、その内部抵抗が接触位置
（８）と（９）との間の前記機械（１）の抵抗（１９）
に比べて低い、少なくとも一つの音源（２７）、前記接触位置（９）で信号を受け、それを電気信号に変
換し且つそれを評価装置（１６）へ供給する、少なくと
も一つの音響受信器（２８）、を有し、前記評価装置が
前記信号を評価し、出力（１７）を更なる処理のために
機械制御装置（１８）へ供給することを特徴とする工具
と被加工物との間の接触を決定する装置。
【請求項１９】請求項１８に記載された装置であっ
て、その下流に評価ユニット（２１）が配置してある周
波数選択性測定受信器（２０）を備える前記評価装置
（１６）を含むことを特徴とする工具と被加工物との間
の接触を決定する装置。
【請求項２０】請求項１９に記載された装置に於い
て、前記評価ユニット（２１）が前記測定受信器（２
０）によって供給された信号を値および／または位相に
従って評価することを特徴とする工具と被加工物との間
の接触を決定する装置。
【請求項２１】請求項１８に記載された装置に於い
て、評価ユニット（２１）がその下流の配置されたコン
パレータ（２４）を有することを特徴とする工具と被加
工物との間の接触を決定する装置。
【請求項２２】請求項２１に記載された装置に於い
て、前記コンパレータ（２４）が信号（１７）を更なる
処理のために前記機械制御装置（１８）へ供給すること
を特徴とする工具と被加工物との間の接触を決定する装
置。
【請求項２３】請求項１８に記載された装置に於い
て、前記音源（２７）が一方の接続位置（９）に接続し
てあり、前記音響受信器（２８）が他方の接続位置
（８）に接続してあることを特徴とする工具と被加工物
との間の接触を決定する装置。
【請求項２４】請求項１８に記載された装置に於い
て、前記音源（２７）が一方の接続位置（８）に接続し
てあり、前記音響受信器（２８）が他方の接続位置
（９）に接続してあることを特徴とする工具と被加工物
との間の接触を決定する装置。