JP2647881B2 - 信号処理回路 - Google Patents

信号処理回路

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JP2647881B2
JP2647881B2 JP62505042A JP50504287A JP2647881B2 JP 2647881 B2 JP2647881 B2 JP 2647881B2 JP 62505042 A JP62505042 A JP 62505042A JP 50504287 A JP50504287 A JP 50504287A JP 2647881 B2 JP2647881 B2 JP 2647881B2
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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は、加工片を感知したとき電気出力信号を出力
する異なる第1および第2加工片位置感知プローブのう
ちのいずれか一方からの電気出力信号を処理する信号処
理回路に関する。
本出願と同時係属出願で、これと共通の優先権を主張
しており、しかも参考までにここに含める本出願人によ
る欧州特許出願第87105192.6号、米国特許出願第07/03
6,475号及び日本国特許出願特願昭62−91112号には、加
工片に接触させるスタイラスを有しているプローブが記
載されている。このプローブは、これと加工片とを相対
的に移動させる装置に取付けられ、またプローブはこの
ような接触がいつ成されるかを感知するための2つの異
なる手段を具えている。一方の感知手段は圧電センサで
あり、これはスタイラスが加工片と初期接触する時にス
タイラスに伝わる急激な加速、即ち衝撃を検出して、こ
の接触を実際上瞬時に指示する。他方の感知手段は、ス
タイラスが接続された可動部材と、固定部材、即ちハウ
ジングとの間の慣用の電気−機械的なスイッチング動作
によるものである。このスイッチング動作は、固定部材
上の可動部材を動的に支持する対向する座素子と間にて
起り、これらの座素子はスタイラスの軸線の周りに等間
隔に配置された3つの各位置のボール対の上に着座して
いるシリンダを備えることができる。この座素子による
スイッチング動作の目的は、可動部材の着座及び再着座
を指示することにある。また、このスイッチング動作
は、圧電センサが初期接触する時に信号を発生し損う場
合(例えば、接触が極めて低速度で成される場合)に、
加工片との接触を指示するのに有効なバックアップ信号
も発生する。このバックアップ信号は(精度の劣る)測
定を指示し、また装置を停止させて加工片とプローブと
の間の衝突による損傷を防止するのにも役立つ。
2つの感知手段からの2つの信号を合成して、単一の
トリガ信号とし、これを装置に供給して、接触が起った
ことを知らせる。これがため、装置は慣用のプローブの
場合と同様に1つのトリガ信号を取り扱うだけで済む。
慣用のプローブと、2つの感知手段を有するこの種のプ
ローブとの間で最大限に交換可能とするため、前記同時
係属出願には、プローブと装置のインターフェースであ
る外部インターフェースユニットに2つの信号を伝送す
る前に、プローブ自体の内部の2つの信号を合成する回
路が記載されている。しかし、最大限に交換可能とする
ことが必要不可欠なことでない場合、インターフェース
ユニットにて信号を合成することができることは勿論で
ある。
しかしながら、上述したように合成して得られた単一
トリガ信号を装置に供給するのは有利ではあるが、この
装置は、トリガ信号が圧電センサによって与えられた初
期接触を正確に感知したものであるのか、精度の劣るス
イッチング式センサによるものであるのかを確かめる手
段を有していない。
発明の開示 本発明は、加工片を感知したとき電気出力信号を出力
する異なる第1および第2加工片位置感知プローブのう
ちのいずれか一方からの電気出力信号を処理する信号処
理回路において、第1および第2加工片位置感知プロー
ブのいずれか一方に接続可能な信号入力線と、信号入力
線に接続された検出手段であって、信号入力線を介して
得られた前記いずれか一方の加工片位置感知プローブに
より生成された信号を検出し、この信号検出に応答して
出力信号を生成する検出手段と、信号入力線に接続され
たプローブ判定手段であって、第1および第2加工片位
置感知プローブのうちのいずれが当該信号処理回路に接
続されたかを、第1および第2加工片位置感知プローブ
の内部抵抗に応じた電圧降下に基づき判定するプローブ
判定手段とを備えたことを特徴とする。
ここで、検出手段は、第1加工片位置感知プローブに
より生成された信号を検出する第1検出手段と、第2加
工片位置感知プローブにより生成された信号を検出する
第2検出手段とを備えることができ、当該信号処理回路
はプローブ判定手段の出力に従って、第1および第2検
出手段のうちの少なくとも一方を動作可能とするかある
いは不作動とする手段を備えることができる。
また、当該信号処理回路は、第1および第2加工片位
置感知プローブのいずれかが当該信号処理回路に接続さ
れたとき、接続された加工片位置感知プローブに電力を
供給する手段を備えることができ、プローブ判定手段の
出力に従って、電力を変化させる手段を含むことができ
る。
さらに、プローブ判定手段は、第1または第2加工片
位置感知プローブが信号入力線に接続されることによ
り、動作可能となってプローブ判定を行うように活動す
る手段を備えることができる。
図面の簡単な説明 第1図はプローブに接続した信号処理回路の一例を示
す概略ブロック線図、 第2図は第1図の変更部分を示すブロック線図、 第3図はプローブ内部に設ける回路を示す回路図であ
る。
発明を実施するための最良の形態 先ず第1図を参照するに、信号処理回路10は前記同時
係属出願に記載されているタイプのプローブ12に接続す
る。これらの同時係属出願に記載されているように、プ
ローブ12は圧電センサとスイッチングセンサとの双方を
有しており、しかもこのプローブは、これら2つのセン
サからの信号を伝送するのに二線式の接続線、即ち信号
ライン14と帰信号ライン16のみを有する。これによりプ
ローブ12を僅か1種類のセンサ、例えば米国特許第4,15
3,998号に記載されているようなスイッチングセンサの
みを有する、より慣用のプローブと交換可能とすること
ができる。
第1図の回路10はプローブ12か、あるいはこの種のよ
り慣用のスイッチングプローブに取付け可能としたイン
ターフェースである。そのため、この回路はどのタイプ
のプローブが取付けられたかを判定し、しかも適正な電
力を供給する回路を含む。
慣用のスイッチングプローブを接続すると、ウインド
ウコンパレータ24は、次のこと、すなわち、その慣用の
プローブが(その休止位置に着座されている場合には)
グランドに短絡されコンパレータに極めて低い電圧入力
を供給することになるか、あるいは(例えば加工片との
接触により、着座しなくなった場合には)プローブが開
放状態となり、コンパレータに極めて高い電圧入力を供
給することになると云うことから、このプローブがどの
タイプかを検出する。ウインドウコンパレータ24は(15
Vの電圧に基く)これら2つの条件に対応する4V〜14Vの
電圧範囲外の入力電圧がライン14上で検出された場合に
フリップフロップ28をリセットする。これによりトラン
ジスタT4がターン・オフされ、ついでプローブには抵抗
15,17により形成された分圧器から電圧が供給され、慣
用のプローブが着座していない場合には約12Vの電圧が
供給され、着座している場合には1.5V未満の電圧が供給
される。フィルタ25は例えばプローブ12の圧電センサか
らの4V〜14Vの電圧範囲外の過渡電圧によりフリップフ
ロップがリセットされるのを防止する。
後程明らかにするが、圧電センサを有するプローブ12
は分圧器15,17から電圧が供給されると、ライン14上に
約2.5Vの信号を生成する。このようなプローブ12が慣用
のプローブの代りに接続された場合、このことは、1.5V
〜4Vの範囲内の電圧に応動してフリップフロップ28をセ
ットし、しかも、トランジスタT4をターン・オンさせる
ウインドウコンパレータ26により検出される。いま、プ
ローブ12には抵抗15よりも遥かに低い抵抗値の抵抗13を
経て電圧が供給されるため、プローブ12は充分4V〜14V
の範囲内の電圧をライン14上に供給する。フリップフロ
ップ28が低レベルと高レベルとの間で切換わると、慣用
のプローブの出力が1.5Vと4Vとの間を通るのに要する短
い時間の間、遅延回路27はこのフリップフロップがセッ
トされないように保証する。
上述した電圧レベルは動作原理を例証するための単な
る例に過ぎないことは当然である。
前記同時係属出願に記載されているようなプローブ12
の回路を示す第3図を説明する。圧電センサ22からの信
号は、電界効果トランジスタT1、抵抗R1,R2及びコンデ
ンサC1よりなる増幅器41によって増幅される。この増幅
器にはスイッチングセンサの座素子19,20の開放を検出
するための検出回路70が並列に設けられている。第3図
には僅か一組の座素子19,20しか示してないが、実際に
はこのような座素子が3組直列に接続されている。
検出回路70は定電流源72を具えており、この定電流源
は電界効果トランジスタT2及び抵抗R3により構成され、
これは、通常、座素子19,20を経て定電流を供給する。
しかし、座素子19,20が加工片との接触により開放状態
になると、この定電流源は座素子と並列に設けられてい
るコンデンサC2を充電し始める。その結果、シリコン制
御整流器(SCR)T3のゲート入力端子74に立上りランプ
電圧が生ずる。SCR T3のトリガしきい値電圧はツェナー
ダイオードD1及び抵抗R4によって設定される。座素子1
9,20が完全に開放されているものとすると、コンデンサ
C2間のランプ電圧は、ゲート電極74における電圧が前記
しきい値電圧に達するまで上昇し続ける。しかし、接点
チャタリングがある場合は、その接点チャタリングの間
に座素子19,20が確実に再び閉成することによりコンデ
ンサC2を放電させるようになる。従って、座素子19,20
が完全に開放されるまではトリガしきい値には到達せ
ず、そしてSCRは接点チャタリングに応動しなくなる。
これにより、接点チャタリングの周波数が圧電センサ22
からの信号の周波数に似ている場合にインターフェース
を惑わせるような接点チャタリングをプローブが発生し
なくなる。
コンデンサC2間のランプ電圧がトリガしきい値に達す
ると、SCR T3は直ちに完全に導通し、接続ライン76の電
圧をツェナーダイオードD1のしきい値電圧よりも約1ボ
ルト高い電圧にまで引下げる。前述したように、プロー
ブへのライン14にはインターフェースにおける低抵抗値
の抵抗13を経て給電される。ライン76の電圧がSCR T3に
よって引下げられると、インターフェースにおけるこの
抵抗13間の電圧が上昇し、その電圧は下記に説明するよ
うに容易に検出される。(しかし、慣用のプローブと比
較するに、SCR T3は座素子19 20からの信号を反転させ
る作用を有していることに留意すべきである。) 座素子19,20が再び閉成すると、SCR T3のゲート電極7
4が接地ライン16に短絡される。これによりSCRがターン
・オフされ、ライン76の電圧は直ちに再び上昇し、プロ
ーブが首尾良く着座し、つぎの測定が可能になったこと
を知らせる。
増幅器41を経て到来する圧電センサ22からの交流信号
もライン76を経て信号ライン14に供給され、この交流信
号は下記に説明するようにインターフェースにて検出す
ることができる。
ダイオード対D2をライン76に検出回路と直列に設け、
他のダイオード対D3を増幅器41と直列に設ける。これら
のダイオード対は、これら信号の直流レベルを調整し
て、現在使用中のプローブ12と、インターフェースに接
続されるかもしれない他の慣用のプローブとを容易に識
別することのできるようにする。さらに、これらのダイ
オード対は偶発的な電流反転を阻止する。また、インタ
ーフェース10のトランジスタT4がターン・オンされる
と、抵抗15は完全な零入力電流を増幅器41に供給できな
くなり、供給電圧は殆ど抵抗15間にて電圧降下し、ダイ
オード対D2,D3はこの状態ではライン14の電圧を2.5Vに
設定する。
第3図の回路の他の利点は、コンデンサC2を充電して
SCR T3のトリガ電圧までにするには、常にある最小時間
(例えば、1/2〜3ミリ秒)がかかるという点である。
このことは、下記に説明する回路であって、加工片との
初期接触がソフトで圧電センサ22からの交流信号を検出
できず、その結果、インターフェースが座素子19,20の
開放にのみ応動する場合にある指示を与える回路の動作
に役に立つ。この回路は圧電センサからの信号と座素子
からの信号との間の時間遅れを利用する。コンデンサC2
の充電により生ずる固有の時間遅れによって、これら2
つの信号間には常に容易に検出しうるある最小時間遅れ
がある。しかし、このことは本質的なことではなく、下
記に説明する回路は、所要に応じ圧電センサからの信号
と座素子からの信号との間の固有の時間遅れを単に検出
できさえすれば良い。
第1図を再び説明する。インターフェース10に設ける
コンパレータ18は、慣用のスイッチングプローブが取り
付けられると、このプローブのスイッチング接点が開放
するのに応答して低レベルのトリガ信号を発生する。こ
れらのスイッチング接点の開放により、コンパレータ18
の入力は前述したように極めて低いレベルから高レベル
の電圧値へと上昇し、それ故に比較器18のしきい値はト
リガ信号をできるだけ早く発生させるために適当な低レ
ベルに設定されている。コンパレータ18の出力は、慣用
のスイッチングプローブが取付けられている旨をフリッ
プフロップ28が指示する場合にNORゲート30を経て信号
混合器42に供給される。しかし、ゲート30はプローブ12
が取り付けられている場合にはコンパレータ18の出力を
禁止する。その理由は、そのようにしないと、コンパレ
ータ18の出力信号が信号混合器42に作用してしまい、下
記に説明するトリガ回路からの信頼できる出力を防げて
しまうからである。
コンパレータ32もプローブからの入力信号を受信す
る。このコンパレータのしきい値レベルは、プローブ12
(このプローブは追加の内部部品のために慣用のスイッ
チングプローブよりも多少高目の電圧レベル間にてスイ
ッチングする)のスイッチングセンサのスイッチングを
検出すべく設定される。コンパレータ32の出力はNANDゲ
ート33を経て信号混合器42の反転入力端子に供給され、
NANDゲート33は慣用のプローブが接続されている旨をフ
リップフロップ28が指示する場合には比較器32の出力が
信号混合器42に供給されるのを禁止する。
これと並列に、プローブ12の圧電センサの出力を検出
する回路がある。この回路は交流増幅器34を具えてお
り、これには高域通過フィルタ36を後続させる。フィル
タ36の通過帯域を圧電センサの共振周波数と両立すべく
選定して、機械振動および他の振動に応動して圧電セン
サにより発生される電気的雑音を殆ど除去できるように
する。
フィルタ36の出力を精密な整流器38によって整流す
る。これにより、圧電センサによって発生される信号の
立上がり、または立ち下がりに関係なく回路を正確にト
リガさせる。最後に、整流信号をしきい値検出比較器40
に供給する。この比較器のしきい値レベルは低い値に選
定して、圧電センサからの出力信号に応答させて回路を
確実にトリガさせる。このようにして得られた信号を信
号混合器42に供給する。
混合器42の出力がプローブ12の圧電センサとスイッチ
ングセンサとの双方の出力成分を含むことは明らかであ
り、この出力をチャタリング吸収回路44に供給する。例
えばプローブと加工片との間の接触速度が極めて遅いた
め、圧電センサの信号が検出されない程にその圧電セン
サの信号が低い場合には、チャタリング吸収回路44が比
較器32からのスイッチング信号に応動して、駆動回路46
を経て出力を供給する。同様に、慣用のスイッチングプ
ローブが取付けられている場合には、回路44はコンパレ
ータ18出力のチャタリングを吸収する。回路34〜40がプ
ローブ12からの圧電センサ信号を検出する場合に回路44
はこれに応答してチャタリングのない出力を発生し、こ
の出力がスイッチングセンサの出力よりも早目に生じ
て、しかもずっと正確な測定指示を与えることは勿論で
ある。回路44には信号を遅延させるために外部入力端子
45を設けて、プローブがその遅延時間に相当する所定の
時間の間トリガされる場合にだけ出力を発生させるよう
にすることができる。この遅延は、種々の測定の間にプ
ローブを高速度で動かす場合に有効であり、プローブは
この場合には左程重要でない振動を感知えず、それでも
プローブは何にかと偶発的に衝突する場合には緊急停止
信号を与えることができる。なお、通常速度での測定走
査中はこの遅延はなくすものとする。所要に応じ、入力
端子45はプローブの高速移動中に比較器40からの圧電セ
ンサ信号を抑制するのに用いることもできる。
通常の測定操作中に、主力信号がプローブ12の圧電セ
ンサによってトリガされたのか、又はスイッチングセン
サによってトリガされたのかを知ることも時には有効で
ある。その理由は、例えばこのことが測定結果の精度を
指示し、例えば測定を繰返すことによってコンピュータ
制御をそれにならって行うことができるからである。こ
のような指示はフラグライン52に与えることができる。
チャタリング吸収回路44の出力を単安定回路48によっ
て遅延させ、これを用いてラッチ50をクロックさせる。
これは、プローブ12のスイッチングセンサのその時点の
状態に対応するゲート33の出力をラッチにクロックす
る。チャタリングが吸収された出力がスイッチングセン
サによって生じたのであって、圧電センサによって生じ
たものではない場合には、ラッチ回路は単安定回路48に
よる遅延の終了時にスイッチングセンサがトリガされた
ことを示す出力をライン52上に発生する。あるいはま
た、チャタリングのない出力が圧電センサによって生じ
た場合には、ラッチはスイッチングセンサがまだトリガ
されていないことを示す出力をライン52に発生する。単
安定回路48による遅延時間の長さは、上述したようにこ
れら2つの信号間にある最小の時間間隔が存在するよう
にする場合には、圧電センサからの信号とスイッチング
センサからの信号とを区別しうるように選定される。単
安定回路による遅延時間は、この最小時間間隔よりも短
くすべきであり、しかも、プローブ12内の回路70によっ
て除去されないスイッチング式センサからの残存するど
のような接点チャタリングよりも長くすべきである。そ
の遅延時間は200マイクロ秒とすれば申し分のないこと
を確かめた。ゲート33の前で、スイッチングセンサの信
号のチャタリングが充分に吸収され、回路42,44の信号
伝播遅延のみに信頼が置け、ラッチ50を正確な時間間隔
でクロックすることを保証する場合には、単安定回路48
を省くことができることは勿論である。
他の回路を用いて、圧電センサからの信号とスイッチ
ングセンサからの信号との間の時間の遅れを識別するこ
とによってフラグ出力をライン52に発生させることもで
きる。例えば、単安定回路48を圧電センサ信号検出器40
の出力によってトリガさせ、ラッチを上述したようにス
イッチング信号検出器32の出力でラッチさせることがで
きる。このようにしても上述した方法と同様の方法で時
間遅れを識別することができるが、圧電センサ信号が検
出されない場合には、回路33,40によって検出されるス
イッチングセンサ信号にも頼ることになる。
上述したように、第1図の回路は前記同時係属出願の
プローブ12からの二線式入力か、或いは慣用のスイッチ
ングプローブからの二線式入力を受信するようにしたも
のである。この2通りの可能性を必要としない場合に
は、プローブ12用のインターフェースはコンパレータ1
8,ゲート30,比較器24,26,フリップフロップ28,トランジ
スタT4及び関連する部品を省いて簡単に形成することが
できることは勿論である。インターフェースを別個のも
のとする代りに、このような回路は所要に応じプローブ
12そのものに組込むか、又はプローブ上に組立てること
ができる。
さらに、比較器40はスイッチングセンサ信号に応動
し、同様に、圧電センサ信号に応動するので、比較器32
(及び混合器42)を省くことができる。
しかし、このようにすることは通常は好ましくない。
その理由は、比較器32は直流結合され、このために比較
器32はスイッチングセンサが着座しているのか、否かを
絶えず指示するからである。交流結合させる場合は、回
路34〜40はこのような指示を与えることができない。
二線式プローブとの互換性を必要としなければ、プロ
ーブと信号処理回路の間に3本(または、4本以上)の
接続ラインを設けることができる。このことを第2図に
示してあり、この例のプローブ112はスイッチングセン
サからのライン114と、圧電センサからのライン113と、
帰信号ライン116とを有する。ライン114は比較器32に直
接接続され、ライン113は増幅器34に直接接続される。
残りの回路36〜46(及び48.5)は第1図のものと同じで
ある。
所要に応じ、信号混合器42は第1図または第3図の実
施例のうちのいずれかから省くことができる。この場合
には、圧電センサからおよびスイッチングセンサからの
検出されたトリガ信号は、インターフェースからの個々
の出力端子を介して装置に供給される。さらに、出力52
は、検出されたトリガ信号のうちの最初に発生されたト
リガ信号を識別する手段から、その装置に供給される。
この出力は、圧電センサ信号の発生がスイッチングセン
サ信号の前か、あるいは後かを装置に知らせ、従って、
圧電センサ信号が加工片との接触を高信頼で、正確に示
すものか否かを装置に知らせる。
上述した回路と同様の回路を、2個のセンサを有する
他のプローブに使用し得ることは明らかである。例え
ば、圧電センサは容量性、誘導性又は圧電抵抗性のセン
サと置換することができ、また圧電センサを用いる場合
には必ずしも前記同時係属出願に記載した物理的構成の
ものとする必要もない。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】加工片を感知したとき電気出力信号を出力
    する異なる第1および第2加工片位置感知プローブのう
    ちのいずれか一方からの電気出力信号を処理する信号処
    理回路において、 前記第1および第2加工片位置感知プローブのいずれか
    一方に接続可能な信号入力線と、 該信号入力線に接続された検出手段であって、該信号入
    力線を介して得られた前記いずれか一方の加工片位置感
    知プローブにより生成された信号を検出し、この信号検
    出に応答して出力信号を生成する検出手段と、 前記信号入力線に接続されたプローブ判定手段であっ
    て、前記第1および第2加工片位置感知プローブのうち
    のいずれが当該信号処理回路に接続されたかを、前記第
    1および第2加工片位置感知プローブの内部抵抗に応じ
    た電圧降下に基づき判定するプローブ判定手段と を備えたことを特徴とする信号処理回路。
  2. 【請求項2】請求の範囲第1項において、前記検出手段
    は、前記第1加工片位置感知プローブにより生成された
    信号を検出する第1検出手段と、前記第2加工片位置感
    知プローブにより生成された信号を検出する第2検出手
    段とを備え、 当該信号処理回路は前記プローブ判定手段の出力に従っ
    て、前記第1および第2検出手段のうちの少なくとも一
    方を動作可能とするかあるいは不作動とする手段を備え
    たことを特徴とする信号処理回路。
  3. 【請求項3】請求の範囲第1項または第2項において、
    前記第1および第2加工片位置感知プローブのいずれか
    が当該信号処理回路に接続されたとき、接続された加工
    片位置感知プローブに電力を供給する手段を備え、 前記プローブ判定手段の出力に従って、前記電力を変化
    させる手段を含むことを特徴とする信号処理回路。
  4. 【請求項4】請求の範囲第1項ないし第3項のいずれか
    において、前記プローブ判定手段は、前記第1または第
    2加工片位置感知プローブが前記信号入力線に接続され
    ることにより、動作可能となってプローブ判定を行うよ
    うに活動する手段を備えたことを特徴とする信号処理回
    路。
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