JP3373352B2 - 工作機械のヘッド衝突検知装置 - Google Patents

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、工作機械のヘッ
ド衝突検知装置に関し、特にマシニングセンタなど、ラ
ムなどの工作機械本体側部材に加工ヘッドが、その工作
機械本体側部材の中心軸線周りに回転変位可能に取り付
けられる工作機械におけるヘッド衝突検知装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】門形のマシニングセンタなどでは、サド
ルに移動可能に取り付けられたラムの下端部に、多面加
工ヘッド、アングルヘッド、スナウスなどの加工ヘッド
（アタッメント）が、ラムの中心軸線周りに回転変位可
能に取り付けられる。

【０００３】上述のような工作機械では、加工ヘッド
が、コラムやワークテーブルなどの工作機械の構造物、
ワーク取付治具、被加工物と衝突することを検知するヘ
ッド衝突検知装置を設けることが行われている。

【０００４】従来、ヘッド衝突検知装置には、加工ヘッ
ドに取り付けられた衝突検知センサと工作機械本体側に
設けられた衝突検知信号処理手段とを導電ケーブルによ
り導通接続し、導電ケーブルによって工作機械本体側よ
り衝突検知センサに対し給電を行うと共に衝突検知セン
サによる衝突検知信号を衝突検知信号処理手段に伝達す
る有線方式のものと、加工ヘッドに取り付けられた衝突
検知センサに無線送信機を接続すると共に電源電池を設
け、工作機械本体側に設けられた衝突検知信号処理手段
には無線受信機を接続し、無線によって衝突検知センサ
による衝突検知信号を衝突検知信号処理手段に伝達する
無線方式のものとがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、有線方
式のヘッド衝突検知装置では、導電ケーブルの絡みによ
りラムなどの工作機械本体側部材に対する加工ヘッドの
回転変位角度に限界を与え、工作機械本来の加工方向の
自由度を低減することなる。

【０００６】無線方式のヘッド衝突検知装置は、有線方
式のヘッド衝突検知装置における上述のような問題を生
じないが、衝突検知センサと無線送信機の電源として加
工ヘッドに電源電池が搭載されるから、電池寿命の管理
を行う必要が生じ、この管理が的確に行われないと、ヘ
ッド衝突検知装置が正常に動作しない。このためヘッド
衝突検知装置の安全装置としての信頼性が低下する。

【０００７】この発明は、上述の如き問題点に着目して
なされたものであり、工作機械本来の加工方向の自由度
を低減することなく、また加工ヘッド側に電源電池を必
要とせずに、信頼性高く加工ヘッドの衝突検知を行うヘ
ッド衝突検知装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１による発明は、工作機械本体側部材に加
工ヘッドが、その工作機械本体側部材の中心軸線周りに
回転変位可能に取り付けられていると共に前記加工ヘッ
ドの下部に工具を装着した主軸が取り付けられている工
作機械におけるヘッド衝突検知装置において、前記工作
機械本体側部材と前記加工ヘッドの双方に互いに所定の
エアギャップをあけて対向配置された本体側誘導コイル
とヘッド側誘導コイルと、前記加工ヘッドの外周を取り
囲んだリング部材と、前記ヘッド側誘導コイルと直列に
接続され、かつ、リング部材が他の部材に接近衝突する
ことにより閉じるオン・オフスイッチとからなる衝突検
知センサと、工作機械本体側部材側に設けられて前記本
体側誘導コイルに給電を行う電源回路および衝突検知信
号処理手段（３７）とを有し、前記オン・オフスイッチ
（２９）が閉じたことを前記ヘッド側誘導コイル（３
１）と前記本体側誘導コイル（３３）による相互誘導に
よって前記本体側誘導コイル（３３）のインピーダンス
変化として検出し、このインピーダンス変化を前記衝突
検知信号処理手段（３７）に与えることによってリング
部材（２５）が他の部材に衝突したことを検知すること
を特徴とするものである。

【０００９】この発明によるヘッド衝突検知装置では、
リング部材が他の部材に衝突することによりオン・オフ
スイッチが閉じたことをヘッド側誘導コイルと本体側誘
導コイルによる相互誘導によって本体側誘導コイルのイ
ンピーダンス変化として検出され、このインピーダンス
変化を衝突検知信号処理手段に与えることで、工作機械
本体側部材側でリング部材が他の部材に衝突したことが
検知される。換言すれば、オン・オフスイッチのオン信
号が非接触で工作機械本体側部材側に伝達され、これに
よって工作機械本体側部材側で衝突検知が行われる。

【００１０】請求項２による発明は、工作機械本体側部
材に加工ヘッドが、その工作機械本体側部材の中心軸線
周りに回転変位可能に取り付けられている工作機械にお
けるヘッド衝突検知装置において、前記工作機械本体側
部材と前記加工ヘッドの双方に互いに所定のエアギャッ
プをおいて対向配置された本体側誘導コイルとヘッド側
誘導コイルと、工作機械本体側部材側に設けられて前記
本体側誘導コイルに給電を行う電源回路と、前記加工ヘ
ッドにおいて前記ヘッド側誘導コイルと接続されて前記
ヘッド側誘導コイルと前記本体側誘導コイルによる相互
誘導によって前記電源回路より給電され、前記加工ヘッ
ドが他の部材に接近衝突することを検出するアナログセ
ンサと、前記加工ヘッドに設けられて前記相互誘導によ
って前記電源回路より給電され、前記アナログセンサの
アナログ信号を電源周波数とは異なる特定の周波数信号
に変調する変調回路と、工作機械本体側に設けられて前
記ヘッド側誘導コイルと前記本体側誘導コイルによる相
互誘導によって前記本体側誘導コイル側に伝達された前
記アナログ信号の変調信号を復調して前記アナログセン
サのアナログ信号を取り出す復調器とを有し、このアナ
ログ信号によって衝突検知を行うものである。

【００１１】この発明によるヘッド衝突検知装置では、
ヘッド側誘導コイルと本体側誘導コイルによる相互誘導
によって本体側の電源回路より加工ヘッドに搭載のアナ
ログセンサと変調回路とに給電が行われ、変調回路によ
ってアナログセンサのアナログ信号が電源周波数とは異
なる特定の周波数信号に変調され、この変調信号がヘッ
ド側誘導コイルと本体側誘導コイルによる相互誘導によ
って本体側誘導コイルに伝達され、復調器によって変調
信号の復調が行われ、この復調信号（アナログセンサの
アナログ信号）をもって本体側で衝突検知が行われる。
換言すれば、加工ヘッド側のアナログセンサと変調回路
とに本体側より非接触で給電が行われ、またアナログセ
ンサのアナログ信号が非接触で本体側に伝達され、これ
によって本体側で衝突検知が行われる。

【００１２】請求項３による発明は、請求項１または２
に記載の工作機械のヘッド衝突検知装置において、前記
本体側誘導コイルと前記ヘッド側誘導コイルは各々工作
機械本体側部材の中心軸線周りにリング状に同心配置さ
れているものである。

【００１３】この発明によるヘッド衝突検知装置では、
加工ヘッドが工作機械本体側部材の中心軸線周りの如何
なる回転角度位置に位置していても本体側誘導コイルと
ヘッド側誘導コイルとの相対関係が変動することがな
く、加工ヘッドが工作機械本体側部材の中心軸線周りの
如何なる回転角度位置に位置していても本体側誘導コイ
ルとヘッド側誘導コイルとの相互誘導動作が変動するこ
とがない。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面を用いて詳細に説明する。

【００１５】図１はこの発明によるヘッド衝突検知装置
が適用される門形マシニングセンタを示している。門形
マシニングセンタは、従来の門形マシニングセンタと同
様に、ベッド１と、ベッド１上をＸ軸方向である前後方
向に往復動するワークテーブル３と、ベッド１をＹ軸方
向である左右方向に跨いで固定配置された左右のコラム
５、７とクロスレール９とによる門形フレーム部１１
と、クロスレール９にＹ軸方向に設けられたサドル１３
と、サドル１３に移動可能に取り付けられた工作機械本
体側部材側としてのラム１５と、ラム１５の下端部にラ
ム１５の中心軸線周りに回転変位可能に取り付けられた
加工ヘッド１７とを有し、加工ヘッド１７に設けられて
いる主軸１９に工具２１（図２参照）を装備される。

【００１６】図２はこの発明によるヘッド衝突検知装置
を上述のような門形マシニングセンタに適用した一つの
実施の形態を示している。

【００１７】加工ヘッド１７には衝突検知センサ２３が
取り付けられている。衝突検知センサ２３は、加工ヘッ
ド１７の外周を取り囲むリング部材２５および加工ヘッ
ド１７の外周面部に固定されてリング部材２５をフロー
ティング支持するリング部材保持部２７と、リング部材
２５の変位によってオン・オフするオン・オフスイッチ
２９により構成されている。

【００１８】加工ヘッド１７はラム１５の下底面部１６
に対向する上面部１８を有しており、この上面部１８に
リング状のヘッド側誘導コイル（二次側コイル）３１が
埋め込み装着されている。このヘッド側誘導コイル３１
は衝突検知センサ２３のオン・オフスイッチ２９と導通
接続されている（図３参照）。またラム１５の下底面部
１６には本体側誘導コイルとしてのリング状のラム側誘
導コイル３３が埋め込み装着されている。

【００１９】ヘッド側誘導コイル３１とラム側誘導コイ
ル３３とは、同一形状、寸法のものりであり、各々ラム
１５の中心軸線周り（加工ヘッド１７の回転中心周）に
同心配置され、全周に亙って上下に所定のエアギャップ
をおいて対向している。

【００２０】ラム側誘導コイル３３には工作機械本体側
部材側に配置される交流電源回路３５と衝突検知信号処
理回路３７とが接続される（図３参照）。

【００２１】図３はこの発明によるヘッド衝突検知装置
の電気回路の一つの実施の形態を示している。

【００２２】ヘッド側誘導コイル３１の両端端子には衝
突検知センサ２３のオン・オフスイッチ２９が直接接
続、即ちヘッド側誘導コイル３１にオン・オフスイッチ
２９が直列に接続され、オン・オフスイッチ２９の開閉
によってヘッド側誘導コイル３１を含む二次側回路が開
閉する。

【００２３】ラム側誘導コイル３３の両端端子にはツイ
ストペアケーブル３９によって交流電源回路３５が導通
接続され、交流電源回路３５によってラム側誘導コイル
３３に通電が行われる。ラム側誘導コイル３３には抵抗
素子３８が直接接続され、抵抗素子３８の両端にツイス
トペアケーブル４１によって衝突検知信号処理回路３７
が導通接続されている。

【００２４】衝突検知信号処理回路３７は、入力端子４
３に接続された所定ゲインによる高域フィルタ４５と、
高域フィルタ４５の出力信号を入力するコンパレータ４
７と、コンパレータ４７の出力信号を入力する出力イン
タフェース回路４９とを有している。

【００２５】つぎに上述の構成によるヘッド衝突検知装
置の作用を説明する。

【００２６】スタイラスリング２５が被加工物などの他
の部材と衝突することによりオン・オフスイッチ２９が
オンすると、ヘッド側誘導コイル３１を含む二次側回路
が閉成し、ヘッド側誘導コイル３１とラム側誘導コイル
３３との相互誘導によって本体側誘導コイル３３のイン
ピーダンスが低減する。

【００２７】これにより衝突検知信号処理回路３７に入
力される交流信号の振幅が大きくなり、コンパレータ４
７が矩形波を出力するようになる。この矩形波の出力に
より衝突検知が行われる。

【００２８】このように、ラム側誘導コイル３３とヘッ
ド側誘導コイル３１による相互誘導によって、衝突検知
センサ２３による衝突検知信号（オフスイッチ２９のオ
ン・オフ信号）が衝突検知信号処理回路３７に非接触式
に伝達されるから、加工ヘッド１７のラム１５に対する
回転が制限されることがない。これによりマシンニング
センタ本来の加工方向（加工ヘッド１７の水平旋回方
向）の自由度を低減することなく、また電源電池を必要
とせずに、信頼性高く加工ヘッド１７の衝突検知が行わ
れる。

【００２９】図４はこの発明によるヘッド衝突検知装置
の電気回路の他の実施の形態を示している。尚、図４に
於いて、図２に対応する部分は図２に付した符号と同一
の符号により示されている。

【００３０】この実施の形態では、上述の実施の形態と
同様に、ラム１５と加工ヘッド１７の双方にラム側誘導
コイル３３とヘッド側誘導コイル３１とが互いに所定の
エアギャップをおいて対向配置されている。

【００３１】ラム１５側には本体側誘導コイル３３に給
電を行う交流電源回路３５が設けられており、本体側誘
導コイル３３には復調器５１が接続されている。

【００３２】加工ヘッド１７においてヘッド側誘導コイ
ル３１には電圧調整回路５３が接続されている。電圧調
整回路５３は、ヘッド側誘導コイル３１とラム側誘導コ
イル３３による相互誘導によって交流電源回路３５より
給電される電流の電圧を調整し、加工ヘッド１７に搭載
されているアナログセンサ５５と変調回路５７に対して
電力供給を行う。

【００３３】アナログセンサ５５は、例えば超音波セン
サのようなものであり、加工ヘッド１７が他の部材に接
近衝突することによりアナログ信号の信号量を変化す
る。

【００３４】アナログセンサ５５には変調回路５７が接
続されており、変調回路５７はアナログセンサ５５のア
ナログ信号を電源周波数とは異なる特定の周波数信号
（変調波）をヘッド側誘導コイル３３に送信する。

【００３５】この変調波はヘッド側誘導コイル３１とラ
ム側誘導コイル３３による相互誘導によってラム側誘導
コイル３３に伝達され、復調器５１はラム側誘導コイル
３３に伝達されたアナログ信号の変調信号を復調し、ア
ナログセンサ５５のアナログ信号を衝突検知信号として
取り出し、この信号を出力する。

【００３６】この実施の形態では、ヘッド側誘導コイル
３３とラム側誘導コイル３１による相互誘導によって本
体側の交流電源回路３５より加工ヘッド１７に搭載のア
ナログセンサ５５と変調回路５７とに給電が行われ、変
調回路５７によってアナログセンサ５５のアナログ信号
が電源周波数とは異なる特定の周波数信号に変調され、
この変調信号がヘッド側誘導コイル３３とラム側誘導コ
イル３１による相互誘導によってラム側誘導コイル３１
に伝達され、復調器５１によって変調信号の復調が行わ
れ、この復調信号をもって工作機械本体側部材側である
ラム１５側で衝突検知が行われる。

【００３７】これにより、加工ヘッド側のアナログセン
サ５５と変調回路５７とに工作機械 本体側部材側である
ラム１５側より非接触で給電が行われ、またアナログセ
ンサ５５のアナログ信号が非接触で工作機械本体側部材
側であるラム１５側に伝達され、これによって本体側で
衝突検知が行われるから、加工ヘッド１７のラム１５に
対する回転が制限されることがなく、マシンニングセン
タ本来の加工方向（加工ヘッド１７の水平旋回方向）の
自由度を低減することなく、また電源電池を必要とせず
に、信頼性高く加工ヘッド１７の衝突検知が行われる。

【００３８】なお、上述の実施の形態では、衝突検知セ
ンサ２３のスタイラスリング２５は、加工ヘッド１７の
外周を取り囲むリング状をなしているが、これは多面加
工ヘッド、アングルヘッド、スナウスなどの加工ヘッド
の種類に応じて適当な箇所に、適当な形状をもって配置
されればよく、また形状はリング状に限定されることも
なく、半円状、円弧状、直線状など、他の適当な形状に
することもできる。

【００３９】以上に於ては、この発明を特定の実施の形
態について詳細に説明したが、この発明は、これに限定
されるものではなく、この発明の範囲内にて種々の実施
の形態が可能であることは当業者にとって明らかであろ
う。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項
１によるヘッド衝突検知装置では、リング部材が他の部
材に衝突することによりオン・オフスイッチの閉信号が
ヘッド側誘導コイルと本体側誘導コイルによる相互誘導
によって本体側誘導コイルのインピーダンス変化として
検出され、このインピーダンス変化によってオン・オフ
スイッチのオン信号が非接触で工作機械本体側部材側に
伝達されるから、工作機械本体側部材に対する加工ヘッ
ドの回転が制限されることがなく、工作機械本来の加工
方向の自由度を低減することなく衝突検知が行われるよ
うになる。またこのヘッド衝突検知装置では、衝突検知
センサに電源電池を設ける必要がないから、メンテナン
スフリーで、信頼性高く加工ヘッドの衝突検知を行うこ
とができる。

【００４１】請求項２によるヘッド衝突検知装置では、
ヘッド側誘導コイルと本体側誘導コイルによる相互誘導
によって工作機械本体側部材側の電源回路より加工ヘッ
ドに搭載のアナログセンサと変調回路とに給電が行わ
れ、変調回路によってアナログセンサのアナログ信号が
電源周波数とは異なる特定の周波数信号に変調された変
調信号がヘッド側誘導コイルと本体側誘導コイルによる
相互誘導によって本体側誘導コイルに伝達され、復調器
によって変調信号の復調が行われるから、加工ヘッド側
のアナログセンサと変調回路とに工作機械本体側部材側
より非接触で給電が行われ、またアナログセンサのアナ
ログ信号が非接触で工作機械本体側部材側に伝達され
る。これにより工作機械本体側部材に対する加工ヘッド
の回転が制限されることがなく、工作機械本来の加工方
向の自由度を低減することなく衝突検知が行われるよう
になる。またこのヘッド衝突検知装置では、衝突検知セ
ンサに電源電池を設ける必要がないから、メンテナンス
フリーで、信頼性高く加工ヘッドの衝突検知を行うこと
ができる。

【００４２】請求項３によるヘッド衝突検知装置では、
加工ヘッドが工作機械本体側部材の中心軸線周りの如何
なる回転角度位置に位置していても本体側誘導コイルと
ヘッド側誘導コイルとの相対関係が変動することがな
く、加工ヘッドが工作機械本体側部材の中心軸線周りの
如何なる回転角度位置に位置していても本体側誘導コイ
ルとヘッド側誘導コイルとの相互誘導動作が変動するこ
とがないから、加工ヘッドが工作機械本体側部材の中心
軸線周りの如何なる回転角度位置に位置していても信頼
性高く加工ヘッドの衝突検知を安定して行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるヘッド衝突検知装置が適用され
る門形マシニングセンタを示す概略斜視図である。

【図２】この発明によるヘッド衝突検知装置を門形マシ
ニングセンタに適用した一つの実施の形態を要部につい
て正面図である。

【図３】この発明によるヘッド衝突検知装置の電気回路
の一つの実施の形態を示す電気回路図である。

【図４】この発明によるヘッド衝突検知装置の電気回路
の他の実施の形態を示す電気回路図である。

【符号の説明】

１ ベッド ３ ワークテーブル １１ 門形フレーム部 １３ サドル １５ ラム １７ 加工ヘッド １９ 主軸 ２１ 工具 ２３ 衝突検知センサ ２５ スタイラスリング ２９ オン・オフスイッチ ３１ ヘッド側誘導コイル ３３ ラム側誘導コイル ３５ 交流電源回路 ３７ 衝突検知信号処理回路 ５１ 復調回路 ５３ 電圧調整回路 ５５ アナログスイッチ ５７ 変調回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 賢一 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株 式会社 沼津事業所内 (56)参考文献 特開 昭63−288647（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−74257（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−195437（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭50−36072（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 17/00 - 23/00 B23Q 15/00 - 15/28 G05B 19/18 - 19/46

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械本体側部材（１５）に加工ヘッ
   ド（１７）が、その工作機械本体側部材（１５）の中心
   軸線周りに回転変位可能に取り付けられていると共に前
   記加工ヘッド（１７）の下部に工具（２１）を装着した
   主軸（１９）が取り付けられている工作機械におけるヘ
   ッド衝突検知装置において、 前記工作機械本体側部材（１５）と前記加工ヘッド（１
   ７）の双方に互いに所定のエアギャップをあけて対向配
   置された本体側誘導コイル（３３）とヘッド側誘導コイ
   ル（３１）と、 前記加工ヘッド（１７）の外周を取り囲んだリング部材
   （２５）と、前記ヘッド側誘導コイル（３１）と直列に
   接続され、かつ、リング部材（２５）が他の部材に接近
   衝突することにより閉じるオン・オフスイッチ（２９）
   とからなる衝突検知センサ（２３）と、 工作機械本体側部材（１５）側に設けられて前記本体側
   誘導コイル（３３）に給電を行う電源回路（３５）およ
   び衝突検知信号処理手段（３７）とを有し、 前記オン・オフスイッチ（２９）が閉じたことを前記ヘ
   ッド側誘導コイル（３１）と前記本体側誘導コイル（３
   ３）による相互誘導によって前記本体側誘導コイル（３
   ３）のインピーダンス変化として検出し、このインピー
   ダンス変化を前記衝突検知信号処理手段（３７）に与え
   ることによってリング部材（２５）が他の部材に衝突し
   たことを検知することを特徴とする工作機械のヘッド衝
   突検知装置。
2. 【請求項２】 工作機械本体側部材（１５）に加工ヘッ
   ド（１７）が、その工作機械本体側部材（１５）の中心
   軸線周りに回転変位可能に取り付けられている工作機械
   におけるヘッド衝突検知装置において、 前記工作機械本体側部材（１５）と前記加工ヘッド（１
   ７）の双方に互いに所定のエアギャップをおいて対向配
   置された本体側誘導コイル（３３）とヘッド側誘導コイ
   ル（３１）と、 工作機械本体側（１５）に設けられて前記本体側誘導コ
   イル（３３）に給電を行う電源回路（３５）と、 前記加工ヘッド（１７）において前記ヘッド側誘導コイ
   ル（３１）と接続されて前記ヘッド側誘導コイル（３
   １）と前記本体側誘導コイル（３３）による相互誘導に
   よって前記電源回路（３５）より給電され、前記加工ヘ
   ッド（１７）が他の部材に接近衝突することを検出する
   アナログセンサ（５５）と、 前記加工ヘッド（１７）に設けられて前記相互誘導によ
   って前記電源回路（３５）より給電され、前記アナログ
   センサ（５５）のアナログ信号を電源周波数とは異なる
   特定の周波数信号に変調する変調回路（５７）と、 工作機械本体側（１５）に設けられて前記ヘッド側誘導
   コイル（３１）と前記本体側誘導コイル（３３）による
   相互誘導によって前記本体側誘導コイル（３３）側に伝
   達された前記アナログ信号の変調信号を復調して前記ア
   ナログセンサ（５５）のアナログ信号を取り出す復調器
   （５１）とを有し、このアナログ信号によって衝突検知
   を行うことを特徴とする工作機械のヘッド衝突検知装
   置。
3. 【請求項３】 前記本体側誘導コイル（３３）と前記ヘ
   ッド側誘導コイル（３１）は各々工作機械本体側部材
   （１５）の中心軸線周りにリング状に同心配置されてい
   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
   のヘッド衝突検知装置。