JP4799045B2 - 工作機械 - Google Patents
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Description
変位センサは、その種類、形式及び個体差により内部インピーダンス特性が異なる。このため、アンプユニットを個々の変位センサと組み合わせて使用する際には、その変位センサの内部インピーダンス特性に応じて、同調用回路の内部インピーダンス定数を調整する必要がある。
また、本発明は、変位センサとを容易に取り外し、変位センサの交換を容易にすることをも目的とする。
さらに、本発明は、変位センサとアンプユニットとの組み合わせの適否を評価可能とすることをも目的とする。
また、同様に発振回路の発振周波数を調整して、変位センサと同調用回路とから成る回路のインピーダンスを調整することにより、アンプユニットの同調を自動的に行うことが可能となる。なお、上記同調用回路は、ディジタル信号だけでなく、アナログ信号によってインピーダンス定数の切り替えを行うように構成されてもよい。
また、可変誘導回路と渦電流センサとを切り替えることにより、この可変誘導回路のインダクタンスを変化させて、渦電流センサをシミュレーションすることが可能となる。したがって、仕様上接続可能な変位センサの特性範囲が既知であれば可変誘導回路を使用して、その変位センサと、アンプユニットとの組み合わせの適否を評価することが可能となる。
以下、本発明をMCの例に沿って説明するが、本発明はこれに限られず、ツール着脱機能がある工作機械であれば広く適用することが可能である。例えばタッピングや複合旋盤のような工作機械でもよいし、必ずしもATC機能がなくともよい。
通常、同調用回路40の内部インピーダンスは、図3に示すように、渦電流センサ10の周囲に金属が無い状態にして(すなわちツールフランジ3Bの外周面までの距離=∞の状態にして)、そのときに、そのときに、渦電流センサ10に現れる信号の電圧レベルVが距離に対して最大値または最小値となって共振し、かつそのときの電圧レベルが所望の電圧レベルの範囲(V1〜V2)になるように調整される。
なお、調整時は周辺金属が無い状態以外でもよい。例えば所定の金属ブロックを取り付けて調整を行ってもよい。また、調整時の電圧レベルはd=∞時に最大でなくてもよい。例えばあるギャップ時に最大となるように調整してもよい。また、距離や調整容量の微分係数により調整してもよい。さらに、センサ駆動回路21の内部回路の構成によっては、渦電流センサ10に現れる信号の電圧レベルVの調整ポイントを最大値に限らず、最小値やある特定の電圧時としてもよい。
ステップS2において、渦電流センサ10の周囲に金属がない状態にする。本ステップによりツールフランジ3Bの外周面までの距離=∞の状態が作られる。
ステップS4において、インピーダンス調整部50は、渦電流センサ10と同調用回路40とを含む回路が共振状態にあるか否かを判定する。
例えば、インピーダンス調整部50は、それまでに可変容量回路C1を変化させて測定した電圧レベルVの履歴から、今回測定した電圧レベルVの値が最大値や最小値であるか否かを判定する(電圧レベルVの値が最大値及び最小値のいずれであるかを判定するかは、渦電流センサ10と同調用回路40とを含む回路の回路構成に因る)。
従って、インピーダンス調整部50は、可変容量回路C1を変化させて測定した電圧レベルVの変化率が所定値以下であるか、予め回路が共振状態にあるときに測定されると予想される電圧レベルVの変化率の所定範囲であるか否かを判定する。
電圧レベルVの値が所定の範囲V1〜V2でない場合は、インピーダンス調整部50は、ステップS7にて可変容量回路C2に容量値指示用のディジタル信号を出力することによりその容量値を変更し、電圧レベルVの値の値が所定の範囲V1〜V2になるまで、ステップS3〜ステップS7を繰り返す。このとき、可変容量回路C2の値が変化することにより回路の共振状態が変わるため、可変容量回路C2の値が変化する度にステップS3〜ステップS5が繰り返される。
なお、ステップS6において、電圧レベルVの値が所定の範囲内Vt1〜Vt2となるか否かを判定する代わりに、それまでに可変容量回路C2を変化させて測定した電圧レベルVの履歴から今回測定した電圧レベルVの値が最大値であるか否かを判定することにより、可変容量回路C2の変化について電圧レベルVの値が最大値となるように、可変容量回路C2を調整してもよい。
あるいは、それまでに可変容量回路C2を変化させて測定した電圧レベルVの履歴から今回測定した電圧レベルVの値が最小値であるか否かを判定することにより、可変容量回路C2の変化について電圧レベルVの値が最小値となるように、可変容量回路C2を調整してもよい。電圧レベルVの値を最大値及び最小値のいずれに調整するかは、渦電流センサ10と同調用回路40とを含む回路の回路構成に因る。
上記ステップS1〜S8によって調整が終了後、ステップS9において、インピーダンス調整部50は、ステップS3〜S7で定めた可変容量回路C1及びC2の値(又は可変容量回路C1及びC2に出力)を記憶しておき、マイコン8は、ステップS8で定めた利得及びオフセットの値を記憶する。
本発明の工作機械1では、延長ケーブルの接続によって渦電流センサ10と同調用回路40とを含む回路のインピーダンスが変わってしまっても、インピーダンス調整部50によって自動的にアンプユニット20の同調用回路40の調整を行うことができる。このため、コネクタ11のセンサ側端12と、アンプユニット側端13との間を、延長ケーブルでつなぐことも可能である。
なお、可変誘導素子の抵抗成分への影響を低減するために、アナログスイッチASWには、各接点抵抗が約10Ω以下の低い抵抗値を有するものを使用することが好適である。ただし、並列に接続される各容量素子L11、L12、L13…L1nのうち、比較的大きな値の素子に接続される接点については、低い接点抵抗のアナログスイッチを使用しなくともよい。
しかし、このようにディスクリートデバイスを可変抵抗素子として使用する場合には、ディスクリートデバイスの温度などの要因によってその抵抗値が変動しやすく、その影響で可変容量回路の容量値が変動してしまうおそれがある。
したがって、この場合にはセンサ駆動回路21を図9に示すように構成し、ディスクリートデバイスの抵抗値の変動を補償する補償回路を設けることが望ましい。
そして、切換器23により可変誘導素子22を同調用回路40に接続し、可変誘導素子22の値を記憶された渦電流センサ10のインダクタンス特性に従って変化させる。このときの電圧測定器51の出力を検出することにより、既知の渦電流センサ10と同調用回路40との組み合わせの良否を判定することが可能となる。
なお、本実施例では、センサ・同調回路検査部24とインピーダンス調整部50とを別個のブロックにて分けて表記したが、これらは1つのMCUとして構成してもよい。
そして、演算用マイコン8bは測定指令信号生成部6から測定指令信号が生成されたときにのみ起動することとして、演算用マイコン8bが消費する電力を節約することとしてもよい。
ステップS11及びS12のループにおいて、制御用マイコン8aは、測定指令信号生成部6からの測定指令信号の受信を待つ。一方、ステップS21及びS22においてのループ、演算用マイコン8bは、制御用マイコン8aからの起動命令をスリープモードで待つ。
制御用マイコン8aは、測定が終了すると、ステップS15において測定データを演算用マイコン8bに送信し、次の測定のための測定指令信号を待つためにステップS11に戻る。
そして、ステップS21に戻って、次の起動命令の受信があるまでスリープモードで待機する。なお、ここで演算用マイコン8bは、スリープモードで待機するのではなく、完全にシャットダウンしてもよい。
図13の(A)に変位センサ10の先端を保護するための保護ブロックの第1実施例の斜視図を示し、図13の(B)に変位センサ10の先端を保護するための保護ブロックの側断面図を示し、図13の(C)に変位センサ10の先端を保護するための保護ブロックの第2実施例の斜視図を示す。
変位センサ10として上述の渦電流センサを使用する場合には、渦電流センサは金属との距離に応じてインピーダンス値が変化するセンサであるため、保護ブロック14を非金属性の材料(例えばポリエーテル・エータル・ケトン(PEEK)などのプラスチックエンジニアなどの樹脂材料)によって形成する必要がある。
また、渦電流センサ10自身のカバー部材もまた、PEEKなどのエンジニアプラスチックを使用して形成してもよい。
また、アンプユニット20は、図示しないパソコン等のコンピュータ装置との間の無線通信機能を備えることとしてよい。アンプユニット20を無線LAN環境に接続し、例えば不具合発生時、不具合情報を、社内の他の箇所(例えば事務室)にいる担当者の端末に自動的に送信する自動送信機能を付加することとしてもよい。
さらに、渦電流センサ10とアンプユニット20とにそれぞれバーコード(2次元バーコード)を付加して、これらの組み合わせをバーコードにより管理してもよい。
工具が取り付けられたツールホルダを主軸に装着し、該主軸を回転駆動してワークを加工する工作機械であって、前記主軸に装着したツールホルダのフランジ外周面との距離に応じてインピーダンスが変化する変位センサと、前記変位センサに交流信号を供給する発振回路と、を備え、前記交流信号が印加された前記変位センサに現れる信号レベルから、前記ツールホルダの前記主軸への装着状態の異常を判定する工作機械において、
前記変位センサに接続されて、前記変位センサとともに共振回路を成すための同調用回路であって、その内部インピーダンス定数がディジタル信号によって変更可能な同調用回路と、
前記同調用回路にディジタル信号を出力することにより、前記内部インピーダンス定数を調整するインピーダンス調整回路と、
を備えることを特徴とする工作機械。
(追記2)
前記インピーダンス調整回路は、前記同調用回路の内部インピーダンス定数を調整して、前記変位センサと前記同調用回路とから成る回路を共振回路とすることを特徴とする追記1に記載の工作機械。
(追記3)
前記インピーダンス調整回路は、前記変位センサに現れる信号レベルを検出しながら前記同調用回路の内部インピーダンス定数を調整して、前記変位センサに現れる信号レベルを所定レベル以上とし、前記内部インピーダンス定数の変化に対する前記信号レベルの変化が所定値以下とすることを特徴とする追記1に記載の工作機械。
(追記4)
前記同調用回路は、複数のインピーダンス素子と、その1つ又は複数を選択して前記変位センサに接続可能なスイッチと、を備えることを特徴とする追記1〜3のいずれか1項に記載の工作機械。
(追記5)
前記インピーダンス素子は、容量素子であることを特徴とする追記4に記載の工作機械。
(追記6)
前記同調用回路は、可変容量素子を備える追記1〜3のいずれか1項に記載の工作機械。
(追記7)
前記同調用回路は、積分回路を用いた容量性回路と、この容量性回路の容量を変更可能な可変抵抗素子と、を備える追記1〜3のいずれか1項に記載の工作機械。
(追記8)
前記同調用回路は、容量素子と、可変誘導素子を備える追記1〜3のいずれか1項に記載の工作機械。
(追記9)
前記可変誘導素子は、複数の誘導素子と、その1つ又は複数を選択して前記変位センサに接続可能なスイッチと、を備えることを特徴とする追記8に記載の工作機械。
(追記10)
前記可変誘導素子は、積分回路を用いた容量性回路と、この誘導性回路のインダクタンスを変更可能な可変抵抗素子と、を備える追記8に記載の工作機械。
(追記11)
前記可変抵抗素子は、ディスクリートデバイスで構成されることを特徴とする追記7又は10に記載の工作機械。
(追記12)
前記発振回路を第1の発振回路とし、また該第1の発振回路から供給される前記交流信号を第1の交流信号とし、
前記同調用回路は、前記変位センサと前記第1の発振回路との間に接続され、
前記工作機械は、
前記第1の交流信号と異なる周波数の第2の交流信号を供給する第2の発振回路と、
前記第1の発振回路と前記同調用回路との間に接続され、前記第1の交流信号と前記第2の交流信号とを重畳して、この重畳信号を前記同調用回路に供給する重畳回路と、
前記同調用回路を介した前記重畳信号から、前記第2の交流信号をモニタ信号として抽出するモニタ信号抽出回路と、
前記モニタ信号の信号レベルに基づき、前記可変抵抗素子の抵抗値を増減するフィードバック回路と、
をさらに備えることを特徴とする、追記7、10又は11に記載の工作機械。
(追記13)
前記発振回路から供給される前記交流信号を第1の交流信号とし、
前記同調用回路は、前記変位センサと前記発振回路との間に接続され、
前記発振回路は、第1の交流信号と異なる周波数の第2の交流信号を、第1の交流信号に重畳して前記同調用回路に供給し、
前記工作機械は、
前記同調用回路を介した前記重畳信号から、前記第2の交流信号をモニタ信号として抽出するモニタ信号抽出回路と、
前記モニタ信号の信号レベルに基づき、前記可変抵抗素子の抵抗値を増減するフィードバック回路と、
をさらに備えることを特徴とする、追記7、10又は11に記載の工作機械。
(追記14)
前記インピーダンス調整回路は、前記発振回路の発振周波数を変えて、前記変位センサと前記同調用回路とから成る回路のインピーダンスを調整することを特徴とする追記1〜13のいずか1項に記載の工作機械。
(追記15)
工具が取り付けられたツールホルダを主軸に装着し、該主軸を回転駆動してワークを加工する工作機械であって、前記主軸に装着したツールホルダのフランジ外周面との距離に応じてインピーダンスが変化する変位センサと、前記変位センサに交流信号を供給する発振回路と、を備え、前記交流信号が印加された前記変位センサに現れる信号レベルから、前記ツールホルダの前記主軸への装着状態の異常を判定する工作機械において、
前記変位センサに接続されて、前記変位センサとともに共振回路を成すための同調用回路と、
前記発振回路の発振周波数を調整して、前記変位センサと前記同調用回路とから成る回路のインピーダンスを調整するための、インピーダンス調整回路と、
を備えることを特徴とする工作機械。
(追記16)
前記インピーダンス調整回路は、前記変位センサと前記同調用回路とから成る回路が共振回路となるように、前記発振回路の発振周波数を調整することを特徴とする追記15に記載の工作機械。
(追記17)
前記変位センサと前記同調用回路とは、着脱可能なコネクタにより接続されることを特徴とする追記1〜16のいずれか1項に記載の工作機械。
(追記18)
工具が取り付けられたツールホルダを主軸に装着し、該主軸を回転駆動してワークを加工する工作機械であって、前記主軸に装着したツールホルダのフランジ外周面との距離に応じてインピーダンスが変化する変位センサと、前記変位センサに流す交流信号を供給する発振回路と、を備え、前記変位センサに流れる前記交流信号のレベルから、前記ツールホルダの前記主軸への装着状態の異常を判定する工作機械において、
前記変位センサに接続されて、前記変位センサとともに共振回路を成すための同調用回路を備え、
前記変位センサと前記同調用回路とは、着脱可能なコネクタにより接続されることを特徴とする工作機械。
(追記19)
前記変位センサと、前記ツールホルダのフランジ外周面との距離の測定を指令する測定指令信号を生成する測定指令信号生成手段と、
前記測定指令信号生成手段から、前記測定指令信号を受信するまで、前記変位センサへの前記交流信号の供給を停止する信号停止手段と、
を備えることを特徴とする追記1〜18のいずれか一項に記載の工作機械。
(追記20)
前記変位センサは渦電流センサであり、
前記工作機械は、可変誘導素子と、該可変誘導素子と前記渦電流センサとを切り替えるための切替器と、をさらに備えることを特徴とする追記1〜19のいずれか1項に記載の工作機械。
(追記21)
工具が取り付けられたツールホルダを主軸に装着し、該主軸を回転駆動してワークを加工する工作機械であって、前記主軸に装着したツールホルダのフランジ外周面との距離に応じてインダクタンスが変化する渦電流センサと、前記渦連流センサに交流信号を供給する発振回路と、を備え、前記交流信号が印加された前記渦電流センサに現れる信号レベルから、前記ツールホルダの前記主軸への装着状態の異常を判定する工作機械において、
可変誘導素子と、
該可変誘導素子と前記渦電流センサとを切り替えるための切替器と、
をさらに備える工作機械。
2 工具
3 ツールホルダ
3B ツールフランジ
4 主軸
10 変位センサ
11 コネクタ
20 アンプユニット
21 センサ駆動回路
70 検波回路
Claims (1)
- 工具が取り付けられたツールホルダを主軸に装着し、該主軸を回転駆動して被加工物を加工する工作機械であって、前記ツールホルダとの距離に応じてインピーダンスが変化することにより前記ツールホルダとの距離を検出するセンサヘッドと、前記センサヘッドから入力される信号に基づき距離情報を生成するアンプユニットと、により構成された変位検出手段を備える工作機械において、
前記変位検出手段は、前記センサヘッドと前記アンプユニットとの間のチューニングを自動で行い、
前記アンプユニットは、
前記センサヘッドに印加する第1交流信号を供給する第1発振回路と、
インピーダンス回路と、
前記第1の交流信号と異なる周波数の第2の交流信号を供給する第2の発振回路と、
前記第1の交流信号及び第2の交流信号を重畳して、この重畳信号を前記インピーダンス回路に供給する重畳回路と、
前記インピーダンス回路を経由した前記重畳信号から、前記第2の交流信号をモニタ信号として抽出するモニタ信号抽出回路と、
前記モニタ信号の信号レベルに基づき、前記インピーダンス回路のインピーダンス定数を補償する補償回路と、を備え、
前記センサヘッドと前記インピーダンス回路とからなる共振回路を構成して、前記センサヘッドのインピーダンス変化に基づき前記ツールホルダの変位を検出する、ことを特徴とする工作機械。
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