JP2015200941A - 位置測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】プローブに内蔵された電池の消耗を低減することができる位置測定システムを提供する。【解決手段】位置測定システムは、被加工物１０との接触状態を示す測定信号を無線により送信可能なタッチプローブ２０と、タッチプローブ２０からの測定信号を受信可能な通信装置３０とを有する。通信装置３０は、タッチプローブ２０にコマンドを送信可能な送信部３４を備える。タッチプローブ２０は、被加工物１０と接触していないときは接触検出回路を閉じ、被加工物１０との接触により接触検出回路を開くように構成される検出接点と、接触検出回路の一部を構成する抵抗の値を切替可能なトランジスタと、通信装置３０から送信されるコマンドを受信可能な受信部と、受信部により受信したコマンドに応じて上記抵抗の値を切り替えるようにトランジスタを制御するコマンド処理部とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、位置測定システムに係り、特にプローブと該プローブから無線により送信された測定信号を受信する通信装置とを備えた位置測定システムに関するものである。

マシニングセンタなどの工作機械においては、タッチプローブのフィンガと被加工物との接触を検出することにより被加工物の位置を測定する技術が用いられている（例えば、特許文献１参照）。タッチプローブを工作機械から着脱する際に測定信号用のコードが邪魔になるような場合には、測定信号をタッチプローブから無線で送信し、この測定信号を受信器で受信する構成を採用することがある。

このような無線式のタッチプローブは、信号処理及び電波出力のために内部に電池を備えているが、フィンガと被加工物との接触を検出するために常に一定の電流を接触検出回路に流している。タッチプローブが実際に測定（検出）を行っていない場合においても、常に一定の電流が接触検出回路に流れているため、タッチプローブの電池の消耗が激しいという問題がある。

特開２０１１−９６２１２号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、プローブに内蔵された電池の消耗を低減することができる位置測定システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、測定対象物との接触状態を示す測定信号を無線により送信可能なプローブと、該プローブからの測定信号を受信可能な通信装置とを有する位置測定システムが提供される。上記通信装置は、上記プローブに対するコマンドを上記プローブに送信可能な送信部を備えている。上記プローブは、上記測定対象物との接触を検出するための接触検出回路と、上記測定対象物と接触していないときは上記接触検出回路を閉じ、上記測定対象物との接触により上記接触検出回路を開くように構成される検出接点と、上記接触検出回路の一部を構成する抵抗の値を第１の抵抗値と上記第１の抵抗値よりも小さい第２の抵抗値との間で切替可能な抵抗切替部と、上記通信装置から送信されるコマンドを受信可能な受信部と、上記受信部が測定の開始を指示する測定開始コマンドを受信した場合には、上記抵抗の値を上記第２の抵抗値に切り替え、上記受信部が測定の終了を指示する測定終了コマンドを受信した場合には、上記抵抗の値を上記第１の抵抗値に切り替えるように上記抵抗切替部を制御するコマンド処理部とを備えている。

上記コマンド処理部は、上記通信装置とのリンクが所定時間内に確立できなかった場合には、上記抵抗の値を上記第１の抵抗値に切り替えるように上記抵抗切替部を制御することが好ましい。

上記抵抗切替部は、第１の抵抗器に直列に接続された第２の抵抗器の両端に接続されたトランジスタを含んでいてもよい。あるいは、上記抵抗切替部は、第１の抵抗器に直列に接続された第２の抵抗器の両端に接続されたスイッチを含んでいてもよい。また、上記抵抗切替部は、上記第１の抵抗値を有する第１の抵抗器と該第１の抵抗器と並行に接続された上記第２の抵抗値を有する第２の抵抗器とに選択的に接続されるスイッチを含んでいてもよい。また、上記抵抗切替部は、上記第１の抵抗値を有する第１の抵抗器に接続される第１のトランジスタと、上記第１の抵抗器と並行に接続された上記第２の抵抗値を有する第２の抵抗器に接続される第２のトランジスタとを含んでいてもよい。

本発明によれば、受信部が測定の開始を指示する測定開始コマンドを受信した場合には、接触検出回路の一部を構成する抵抗の値が小さな抵抗値に切り替えられ、受信部が測定の終了を指示する測定終了コマンドを受信した場合には、上記抵抗の値が大きな値に切り替えられるように抵抗切替部がコマンド処理部により制御される。このように、プローブが測定を行っていないときに接触検出回路に流れる電流を測定時よりも小さくすることができるので、プローブに内蔵された電池の消耗を低減することができる。

本発明の一実施形態における位置測定システムを用いた工作機械を模式的に示す図である。 図１に示す位置測定システムのタッチプローブの構成を模式的に示す回路図である。 図１に示す位置測定システムの通信装置の動作を示すフローチャートである。 図１に示す位置測定システムのタッチプローブの動作を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態におけるタッチプローブの構成を模式的に示す回路図である。 本発明の他の実施形態におけるタッチプローブの構成を模式的に示す回路図である。 本発明の他の実施形態におけるタッチプローブの構成を模式的に示す回路図である。

以下、本発明に係る位置測定システムの実施形態について図１から図７を参照して詳細に説明する。なお、図１から図７において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態における位置測定システムを用いた工作機械１００を模式的に示す図である。図１に示す工作機械１００は、例えば被加工物１０を加工するマシニングセンタなどの機械装置である。この工作機械１００のセンサ取付部１１０には、下端にフィンガ２２を備えたタッチプローブ２０が取り付けられている。このタッチプローブ２０は、フィンガ２２が被加工物１０に接触したことを検知することにより被加工物１０の位置を測定することができるようになっており、このタッチプローブ２０による測定結果を利用して被加工物１０の芯出しや寸法計測、寸法確認が行われる。

本実施形態においては、タッチプローブ２０をセンサ取付部１１０から着脱する必要が生じることなどから、タッチプローブ２０からの測定信号の出力はコードを用いずに行われる。すなわち、本実施形態におけるタッチプローブ２０は、測定対象物である被加工物１０との接触状態を示す測定信号を無線により送信可能な無線式のタッチプローブとして構成されている。このタッチプローブ２０に対応して、タッチプローブ２０からの測定信号を受信可能な通信装置３０が工作機械１００の外部に設けられている。この通信装置３０は、工作機械１００を制御する数値制御（ＮＣ）装置１２０に接続されている。

図１に示すように、通信装置３０は、タッチプローブ２０からの測定信号を受信可能な受信部３２と、測定開始コマンド及び測定終了コマンドをタッチプローブ２０に送信可能な送信部３４とを備えている。「測定開始コマンド」は、タッチプローブ２０に測定の開始を指示するものであり、「測定終了コマンド」は、タッチプローブ２０に測定の終了を指示するものである。

図２は、タッチプローブ２０の構成を模式的に示す回路図である。図２に示すように、タッチプローブ２０は、被加工物１０との接触を検出する接触検出回路２０１と、図１に示すフィンガ２２に連結された検出接点２０２と、接触検出回路２０１の信号から測定信号を生成する測定信号生成部２０３と、測定信号生成部２０３により生成された測定信号を無線で送信する送信部２０４と、通信装置３０から送信されたコマンドを受信する受信部２０５と、送信部２０４及び受信部２０５に接続されたアンテナ２０６と、受信部２０５により受信されたコマンドを処理するコマンド処理部２０７とを備えている。検出接点２０２は、フィンガ２２が被加工物１０に接触していない状態では閉状態となっており、フィンガ２２が被加工物１０に接触すると開状態となる。

図２に示すように、接触検出回路２０１の点Ａと点Ｂとの間には抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２が直列に接続されている。抵抗器Ｒ１の両端にはトランジスタ２１０のエミッタとコレクタが接続されている。トランジスタ２１０のベースは抵抗器Ｒ３を介してコマンド処理部２０７に接続されている。このように、トランジスタ２１０は、接触検出回路２０１内の点Ａと点Ｂとの間の抵抗値をＲ１＋Ｒ２又はＲ２に切替可能な抵抗切替部として機能する。ここで、トランジスタ２１０は、バイポーラトランジスタであってもよいしＦＥＴであってもよい。

コマンド処理部２０７は、受信部２０５が通信装置３０から測定開始コマンドを受信すると、トランジスタ２１０のベースに電流を供給するようになっている。したがって、トランジスタ２１０のエミッタとコレクタとの間が短絡され、点Ａと点Ｂとの間の抵抗値がＲ２となる。一方、コマンド処理部２０７は、受信部２０５が測定終了コマンドを受信すると、トランジスタ２１０のベースへの電流の供給を停止する。したがって、点Ａと点Ｂとの間の抵抗値がＲ１＋Ｒ２となり、接触検出回路２０１を流れる電流が小さくなる。この結果、スタンバイモードにおけるタッチプローブ２０での消費電力を低減することができる。

上述した構成の通信装置３０とタッチプローブ２０の動作について説明する。図３は、通信装置３０の動作を示すフローチャート、図４は、タッチプローブ２０の動作を示すフローチャートである。

図３に示すように、通信装置３０の電源をオンにすると、所定の周波数帯域でタッチプローブ２０の送信部２０４から送信される電波をサーチする（ステップＳ１０１）。このサーチは、タッチプローブ２０とのリンクが確立されるまで継続される（ステップＳ１０２）。

図４に示すように、タッチプローブ２０の電源をオンにすると、上記と同一の周波数帯域で通信装置３０の送信部３４から送信される電波をサーチする（ステップＳ２０１）。このサーチは、通信装置３０とのリンクが確立されるまで継続されるが（ステップＳ２０２）、リンクが確立されない状態が所定の時間続いた場合には（ステップＳ２０３）、コマンド処理部２０７がトランジスタ２１０を制御してスタンバイモードに移行する（ステップＳ２０４）。すなわち、コマンド処理部２０７はトランジスタ２１０のベースへの電流の供給を停止し、接触検出回路２０１の点Ａと点Ｂとの間の抵抗値をＲ１＋Ｒ２にして接触検出回路２０１を流れる電流を低減してスタンバイモードへ移行する。

図３に示すように、通信装置３０とタッチプローブ２０とのリンクが確立した後、通信装置３０は、通信装置３０からタッチプローブ２０にパラメータ処理を要求するか否か又はＮＣ装置１２０からタッチプローブ２０にパラメータ処理の要求があるか否かを判断する（ステップＳ１０３）。通信装置３０からタッチプローブ２０にパラメータ処理を要求する場合又はＮＣ装置１２０からタッチプローブ２０にパラメータ処理の要求がある場合には、パラメータ処理コマンドを送信部３４から送信し、これを受信したタッチプローブ２０は所定のパラメータ処理（ＩＤの読込など）を行う。

その後、通信装置３０は、ＮＣ装置１２０から測定開始の要求があるまでリンクを維持し続け（ステップＳ１０５）、ＮＣ装置１２０から測定開始の要求があった場合には、送信部３４から測定開始コマンドを送信し（ステップＳ１０６）、タッチプローブ２０からの測定信号を受信する（ステップＳ１０７）。

一方、タッチプローブ２０は、図４に示すように、通信装置３０とのリンクが確立した後、受信部２０５により測定開始コマンドを受信したか否かを判断し（ステップＳ２０５）、測定開始コマンドを受信した場合には、コマンド処理部２０７がトランジスタ２１０に電流を供給し、接触検出回路２０１の点Ａと点Ｂとの間の抵抗値をＲ２に切り替えて測定モードに移行する（ステップＳ２０６）。このように接触検出回路２０１内を流れる電流を大きくした状態で、フィンガ２２と被加工物１０との接触を接触検出回路２０１により検出し、測定信号生成部２０３により被加工物１０との接触状態を示す測定信号を生成してこれを送信部２０４から送信する（ステップＳ２０７）。この測定は、受信部２０５が測定終了コマンドを受信するまで継続される（ステップＳ２０８）。受信部２０５が測定終了コマンドを受信すると、コマンド処理部２０７は、トランジスタ２１０に供給していた電流を停止し、接触検出回路２０１の点Ａと点Ｂとの間の抵抗値をＲ１＋Ｒ２に切り替えてスタンバイモードに移行する（ステップＳ２０９）。このように接触検出回路２０１内を流れる電流を小さくして消費電力を低減した状態で、次の測定開始コマンドを受信するまで待機する。

通信装置３０とのリンクが確立した後、受信部２０５が所定の時間内に測定開始コマンドを受信しなかった場合には（ステップＳ２１０）、上記と同様に、コマンド処理部２０７はトランジスタ２１０に供給していた電流を停止してスタンバイモードに移行し（ステップＳ２１１）、測定開始コマンドを受信するまで待機する。

上述したように、本実施形態によれば、受信部２０５が測定の開始を指示する測定開始コマンドを受信した場合には、接触検出回路２０１の一部を構成する抵抗の値が小さな抵抗値Ｒ２に切り替えられ、受信部２０５が測定の終了を指示する測定終了コマンドを受信した場合には、上記抵抗の値が大きな値Ｒ１＋Ｒ２に切り替えられるようにトランジスタ２１０がコマンド処理部２０７により制御される。このように、タッチプローブ２０が測定を行っていないときに接触検出回路２０１に流れる電流を測定時よりも小さくすることができるので、タッチプローブ２０に内蔵された電池の消耗を低減することができる。一実験例では、従来の電池の２分の１の容量で従来の電池と同一の寿命を維持できた。

上述した実施形態では、トランジスタ２１０を用いて接触検出回路２０１内の点Ａと点Ｂとの間の抵抗値を切り替える例を説明したが、図５に示すように、スイッチ３１０により点Ａと点Ｂとの間の抵抗値を切り替えてもよい。また、図６に示すように、接触検出回路２０１内の点Ａと点Ｂとの間に抵抗器Ｒ４とこの抵抗器Ｒ４より抵抗値の小さい抵抗器Ｒ５とを並列に接続し、スイッチ４１０により抵抗器Ｒ４と抵抗器Ｒ５のいずれかを選択するように構成してもよい。この場合には、コマンド処理部２０７は、受信部２０５が通信装置３０から測定開始コマンドを受信するとスイッチ４１０を抵抗値の小さい抵抗器Ｒ５に接続し、測定終了コマンドを受信するとスイッチ４１０を抵抗値の大きい抵抗器Ｒ４に接続する。さらに、図６のスイッチ４１０に代えて、図７に示すようなトランジスタ５１０Ａ，５１０Ｂを用いてもよい。このとき、コマンド処理部２０７は、受信部２０５が通信装置３０から測定開始コマンドを受信した場合には、トランジスタ５１０Ａのベースには電流を供給せず、トランジスタ５１０Ｂのベースに電流を供給する。また、受信部２０５が通信装置３０から測定終了コマンドを受信した場合には、コマンド処理部２０７は、トランジスタ５１０Ａのベースに電流を供給し、トランジスタ５１０Ｂのベースには電流を供給しない。これらの構成によっても、上述した実施形態と同様の効果を奏することができる。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１０ 被加工物
２０ タッチプローブ
２２ フィンガ
３０ 通信装置
３２ 受信部
３４ 送信部
１００ 工作機械
１１０ センサ取付部
１２０ ＮＣ装置
２０１ 接触検出回路
２０２ 検出接点
２０３ 測定信号生成部
２０４ 送信部
２０５ 受信部
２０６ アンテナ
２０７ コマンド処理部
２１０ トランジスタ
３１０ スイッチ
４１０ スイッチ
５１０Ａ トランジスタ
５１０Ｂ トランジスタ

Claims (6)

1. 測定対象物との接触状態を示す測定信号を無線により送信可能なプローブと、
   該プローブからの測定信号を受信可能な通信装置と、
   を備え、
   前記通信装置は、前記プローブに対するコマンドを前記プローブに送信可能な送信部を備え、
   前記プローブは、
   前記測定対象物との接触を検出するための接触検出回路と、
   前記測定対象物と接触していないときは前記接触検出回路を閉じ、前記測定対象物との接触により前記接触検出回路を開くように構成される検出接点と、
   前記接触検出回路の一部を構成する抵抗の値を第１の抵抗値と前記第１の抵抗値よりも小さい第２の抵抗値との間で切替可能な抵抗切替部と、
   前記通信装置から送信されるコマンドを受信可能な受信部と、
   測定の開始を指示する測定開始コマンドを前記受信部が受信した場合には、前記抵抗の値を前記第２の抵抗値に切り替え、測定の終了を指示する測定終了コマンドを前記受信部が受信した場合には、前記抵抗の値を前記第１の抵抗値に切り替えるように前記抵抗切替部を制御するコマンド処理部と、
   を備えることを特徴とする位置測定システム。
2. 前記コマンド処理部は、前記通信装置とのリンクが所定時間内に確立できなかった場合には、前記抵抗の値を前記第１の抵抗値に切り替えるように前記抵抗切替部を制御することを特徴とする請求項１に記載の位置測定システム。
3. 前記抵抗切替部は、第１の抵抗器に直列に接続された第２の抵抗器の両端に接続されたトランジスタを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置測定システム。
4. 前記抵抗切替部は、第１の抵抗器に直列に接続された第２の抵抗器の両端に接続されたスイッチを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置測定システム。
5. 前記抵抗切替部は、前記第１の抵抗値を有する第１の抵抗器と該第１の抵抗器と並行に接続された前記第２の抵抗値を有する第２の抵抗器とに選択的に接続されるスイッチを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置測定システム。
6. 前記抵抗切替部は、前記第１の抵抗値を有する第１の抵抗器に接続される第１のトランジスタと、前記第１の抵抗器と並行に接続された前記第２の抵抗値を有する第２の抵抗器に接続される第２のトランジスタとを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置測定システム。

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