JP4831386B2 - 作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピンドルと、前記スピンドルに着脱可能なツールホルダとの装着状態を検査するための作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、マシニングセンタ等において、自動工具交換機構（ＡＴＣ）により種々の工具を自動的に交換する作業が行われている。この種の作業では、所謂、ＡＴＣシャンクを有するツールホルダが使用されており、このツールホルダをスピンドルに対して自動的に着脱する構成が一般的に採用されている。
【０００３】
上記のツールホルダの形状として、ＢＴシャンクやＳＫシャンク等の規格がある。これらは、ナショナルテーパーの形状を有するシャンク部が、工作機械の主軸（スピンドル）のテーパー穴部と結合して精度を保持するように構成されている。ところが、この種の形状を有するＢＴシャンク等においては、ＡＴＣシャンクのテーパーシャンク部だけが当接しているため、結合度や嵌合精度が低下し易くなるとともに、高速回転時の遠心力による影響で、スピンドル内にツールホルダが引き込まれる等の問題点が指摘されている。
【０００４】
そこで、新たに２面拘束型のツールホルダが用いられるようになっている。この２面拘束型のツールホルダは、そのシャンク部と端面とが、対向するスピンドルのテーパー穴部と端面部とに対して同時に２面で結合することにより、結合度や嵌合精度を有効に維持するとともに、スピンドル内への引き込まれを阻止することができる。この２面拘束型のツールホルダの代表的なものとして、ＨＳＫホルダ（ＤＩＮ規格）がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の各種ツールホルダでは、ＡＴＣを行う際にツールホルダとスピンドルの間に切削粉等の微粉が進入する場合がある。このため、ツールホルダがスピンドルの軸方向に対してわずかに傾いて結合度が低くなり易く、ＡＴＣの工具交換精度に影響を及ぼすおそれがある。特に、スピンドル前端面とツールホルダ後端面の間に切削微粉が進入すると、結合度が著しく阻害されてしまい、工具交換の精度が大きく低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、ツールホルダがスピンドルに確実に装着されているか否かを、簡単な構成で、高精度かつ容易に検出することが可能な作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置では、スピンドルに着脱可能なツールホルダに、ツールの位置を前記スピンドルの径方向に位置調整可能な補正ヘッドが設けられるとともに、この補正ヘッドを外部のエア管路から送られる駆動用エアにより駆動するために、前記エア管路に連通する駆動用エア管路が、前記スピンドルから前記ツールホルダに連通して形成されている。
【０００８】
さらに、駆動用エア管路から分岐する検査用エア管路が、スピンドルとツールホルダとの装着部位に開口するとともに、エア管路に対して開閉可能なエア回路には、前記検査用エア管路からの検査用エアの漏れが発生する際に、エアの流れが生じる。その際、エア回路には、エアの流れの有無を検出することにより、スピンドルとツールホルダとの装着状態の良否を判断する漏れ検査部が設けられている。
【０００９】
この場合、駆動用エア管路から補正ヘッドに送られる駆動用エアを介して前記補正ヘッドの位置調整が行われると、該補正ヘッドで力のバランスがなされており、前記駆動用エアの流れが停止される。従って、スピンドルとツールホルダとの装着部位に隙間が存在すると、検査用エアがこの隙間から外部に導出され、エア回路にエアの流れが発生する。これにより、漏れ検査部がエアの流れを検出するだけで、スピンドルとツールホルダとの装着状態が不良であることを、容易かつ確実に検出することができる。
【００１０】
また、エア回路には、漏れ検査部に並列されるリリーフ弁が備えられている。漏れ検査部は、極微量なエアの漏れを正確に検出するために検出範囲が限定されている場合が多い。従って、リリーフ弁を設けることにより、漏れ検査部に比較的高い圧力差が発生することを阻止し、前記漏れ検査部を有効に保護することが可能になる。
【００１１】
さらに、漏れ検査部は、エアの流れによってエア圧が作用するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに作用するエア圧を検出する差圧検出手段とを備えている。このため、ダイヤフラムに設けられた歪みゲージ等により、このダイヤフラムに作用するエア圧を電気的に検出することができ、簡単な構成で、スピンドルとツールホルダとの装着状態を確実に検査することが可能になる。
【００１２】
さらにまた、漏れ検査部は、エアの流れによって変位する板ばねと、この板ばねの変位を、直接、周波数の変化に変換する発振変調型センサと、この変換された周波数が、直接、デジタル信号として供給されるカウンタ回路と、前記カウンタ回路で得られる検出値を、予め設定されている設定値と比較して検査用エアの漏れが発生しているか否かを判断する比較判定回路とを備えている。
【００１３】
板ばねは、僅かなエア圧が作用しても容易に変位し、この板ばねの変位が、直接、周波数の変化に変換された後、直接、デジタル信号としてカウンタ回路に供給される。さらに、カウンタ回路で計数処理が施されることにより、エア圧の変化が計数値として得られる。これにより、エア圧をアナログ値で検出する際のような増幅や変換時のエラーが回避され、漏れ検出用のエア圧の変化を高精度かつ確実に検出することが可能になる。
【００１４】
また、発振変調型センサは、ＭＨＺ（メガヘルツ）帯の基準周波数を生成する高周波発振手段と、前記高周波発振手段に接続される巻線コイルと、前記巻線コイル内に進退可能に配置されるとともに、前記エアの流れにより変形する板ばねに係合して変位することにより、直接、前記基準周波数を変調させる移動子とを備えている。このため、エアの流れによるエア圧の変化が、直接、周波数の変化となり、前記エア圧を高精度に検出することができる。しかも、高周波が使用されるため、エア圧の変化を微少な変化まで確実かつ迅速に検出することが可能になる。
【００１５】
さらに、漏れ検査部は、エアの流れによって気泡を発生する液体が所定の高さまで貯留された容器と、この気泡が液体面上で破裂する音を検出する音検出手段とを備えている。従って、簡単な構成で、エアの流れが発生しているか否かを確実に検出することができる。
【００１６】
さらにまた、漏れ検査部は、エアの流れによって気泡を発生する液体が貯留された容器と、この気泡の有無を検出する光検出手段とを備えている。光検出手段は、液体内を気泡が移動することを、例えば、発光素子と受光素子とによる検出だけでよく、構成の簡素化を図るとともに、エアの流れを高精度に検出することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置１０を組み込む作業機械１２の概略縦断面説明図である。
【００１８】
この作業機械１２は、工作機１４と、前記工作機１４のスピンドル１６に着脱自在なツールホルダ１８と、本発明の第１の実施形態に係る装着状態検査装置１０と、前記装着状態検査装置１０および補正ヘッド（後述する）を制御するコントローラ２０とを備える。
【００１９】
装着状態検査装置１０は、ツールホルダ１８に設けられ、バイト（道具）２１の位置をスピンドル１６の径方向（矢印Ａ方向）に位置調整可能な補正ヘッド２２と、前記補正ヘッド２２を外部からの駆動用エアにより調整するための駆動力伝達部２４と、前記駆動用エアを前記駆動力伝達部２４に供給するために、前記スピンドル１６から前記ツールホルダ１８に連通して形成される駆動用エア管路２６と、前記駆動用エア管路２６から分岐して、前記スピンドル１６と前記ツールホルダ１８との装着部位２７に開口する複数本の検査用エア管路２８と、前記検査用エア管路２８から検査用エアの漏れが発生する際に、エアの流れが生じるエア回路３０と、前記エア回路３０に配設され、前記エアの流れの有無を検出することにより、前記スピンドル１６と前記ツールホルダ１８との装着状態の良否を判断する漏れ検査部３２とを備える。
【００２０】
スピンドル１６は、図示しない回転駆動源に連結されており、工作機１４に対しベアリング３４を介して回転可能に支持される。このスピンドル１６の先端側には、テーパー穴部３６が形成されるとともに、このテーパー穴部３６には、ツールホルダ引き込み構造３８が設けられる。
【００２１】
図１および図２に示すように、ツールホルダ１８は、一端部にスピンドル１６のテーパー穴部３６に嵌着されるテーパーシャンク部４０を有し、他端部にバイト２１が取着される。駆動力伝達部２４は、ブースタ構造を採用しており、駆動用エア管路２６に連通する空圧シリンダ部４２と、この空圧シリンダ部４２よりも少容量な第１油圧シリンダ部４４とを直列的に備えている。空圧シリンダ部４２には、ピストン４６が摺動自在に配置されており、このピストン４６から延在するロッド４８は、第１油圧シリンダ部４４内に突出している。
【００２２】
第１油圧シリンダ部４４は、油圧管路５０を介してパワーユニット５２に連通する。パワーユニット５２は、ヘッドハウジング５４内に収容されており、油圧管路５０に連通する第２油圧シリンダ部５６と、ピストン５８とを備える。このピストン５８は、スピンドル１６の径方向（矢印Ａ方向）に進退可能である。ヘッドハウジング５４には、Ｓ字状のスリット６０が形成されるとともに、このヘッドハウジング５４は、パワーユニット５２に補正の油圧が作用する際に、径方向外向に押圧されてＳ字状のスリット６０を介して矢印Ａ１方向に変位する。
【００２３】
コントローラ２０は、エア管路６２を介して駆動用エア管路２６に連通するとともに、スピンドル１６には、前記エア管路６２が接続されるエア漏れのない密閉構造の回転継手６４が装着されている。エア管路６２には、３ポート電磁切換弁６６ａ、６６ｂを介してエア回路３０が開閉可能に連通するとともに、前記エア回路３０に漏れ検査部３２が配設される（図１および図３参照）。
【００２４】
漏れ検査部３２は、図４に示すように、エアの流れによってエア圧が作用するダイヤフラム６８を設ける差圧検出器７０を備え、前記差圧検出器７０には、前記ダイヤフラム６８に作用するエア圧を検出する差圧検出回路（差圧検出手段）７２が接続されている。差圧検出器７０は、ダイヤフラム６８に作用するエア圧を検出するために、例えば、歪みゲージ７４を備えており、差圧検出回路７２は、前記歪みゲージ７４からの電気信号によって該歪みゲージ７４に作用する矢印Ｙ方向の差圧を検出する。この差圧検出回路７２は、コントローラ２０に対して差圧信号（差圧アラーム信号を含む）を送る。
【００２５】
このように構成される第１の実施形態に係る装着状態検査装置１０を組み込む作業機械１２の動作について、以下に説明する。
【００２６】
ツールホルダ１８は、スピンドル１６に装着された状態で、工作機１４の作用下に回転しながら図示しないワークに所定の加工（例えば、穴加工）を施す。そして、加工穴の径が測定され、その加工穴径が公差内にない場合等には、バイト２１の補正が行われる。
【００２７】
すなわち、ＡＴＣ（自動工具交換）が終了して穴加工に入る前に、補正ヘッド２２は、所定の位置調整の作動を行う。そのために、コントローラ２０を介して制御された駆動用エアは、エア管路６２から回転継手６４に送られ、この回転継手６４を通って外部に漏れることなく駆動用エア管路２６に導入される。駆動用エアは、駆動用エア管路２６に連通する空圧シリンダ部４２に供給され、この空圧シリンダ部４２に配置されているピストン４６が矢印Ｂ方向に押圧される。
【００２８】
ピストン４６が矢印Ｂ方向に移動することにより、第１油圧シリンダ部４４内が加圧され、加圧された油がこの第１油圧シリンダ部４４から油圧管路５０を介してパワーユニット５２に供給される。このため、パワーユニット５２を構成する第２油圧シリンダ部５６内の油圧が高くなり、ピストン５８がスピンドル１６の径方向外方（矢印Ａ１方向）に移動する。従って、パワーユニット５２に補正の油圧が作用し、ヘッドハウジング５４が直径外方向に押圧され、Ｓ字状のスリット６０を介してバイト２１が矢印Ａ１方向に変位する。
【００２９】
そして、駆動用エア管路２６から補正ヘッド２２に送られる駆動用エアを介して前記補正ヘッド２２の位置調整が行われると、該補正ヘッド２２の剛性反力と補正エアにより発生する力とが釣り合い、前記補正ヘッド２２の移動量が静定される。このため、ピストン４６には、補正エアの圧力が作用するだけで、駆動用エア管路２６に新たなエアが流入することがない。そこで、３ポート電磁切換弁６６ａ、６６ｂが駆動され、エア回路３０がエア管路６２を介して駆動用エア管路２６に連通する。
【００３０】
一方、駆動用エア管路２６に供給された駆動用エアの一部分は、この駆動用エア管路２６から分岐された検査用エア管路２８に検査用エアとして送られている。この検査用エア管路２８は、スピンドル１６とツールホルダ１８との装着部位２７に開口しており、検査用エアがこの装着部位２７に送られている。その際、装着部位２７に隙間が形成されていると、この隙間の量に略比例して検査用エアが前記装着部位２７から外部に漏れ出る。
【００３１】
検査用エアが装着部位２７から外部に漏れ出ると、検査用エア管路２８に駆動用エア管路２６を介して連通するエア管路６２にエアの流れが生じ、このエア管路６２に連通するエア回路３０に、差圧検出器７０の前後でエアの差圧が発生する。差圧検出器７０には、ダイヤフラム６８が設けられており、前記ダイヤフラム６８が矢印Ｙ方向に押圧される。
【００３２】
従って、第１の実施形態では、ダイヤフラム６８に設けられている歪みゲージ７４がダイヤフラム６８に作用するエア圧を検出し、装着部位２７にエア漏れが生じていること、すなわち、スピンドル１６とツールホルダ１８との装着状態が不良であることを、簡単な構成で、容易かつ確実に検出することができるという効果が得られる。
【００３３】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置８０の概略構成説明図である。なお、第１の実施形態に係る装着状態検査装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
装着状態検査装置８０は、エア管路６２に開閉可能なエア回路８２と、前記エア回路８２に配置されるとともに、漏れ検査部３２に並列されるリリーフ弁８４とを備えている。
【００３５】
漏れ検査部３２は、極微少な圧力差を検出し得るように、相当高感度なものに設定されており、高い差圧に適用することが困難である。ところが、工具補正に使用される補正エア（駆動用エア）の圧力は、最大で４気圧（０．４ＭＰａ）となっている。そこで、漏れ検査部３２に並列してリリーフ弁８４が設けられている。
【００３６】
このため、第２の実施形態では、漏れ検査部３２の前後の差圧が一定圧以上になると、リリーフ弁８４が開放されてエアが流れ、前記漏れ検査部３２に必要以上の差圧が発生することがない。これにより、簡単な構成で、漏れ検査部３２に損傷等を与えることを有効に阻止することが可能になる。
【００３７】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置を構成する漏れ検査部１００の概略構成説明図である。
【００３８】
漏れ検査部１００はケーシング１０２を備え、このケーシング１０２には、エア回路１０４に連通する入口ポート１０６および出口ポート１０８が形成されるとともに、前記入口ポート１０６および前記出口ポート１０８が室１１０に連通可能である。室１１０には、エアの流れによって変位する板ばね１１２の一端側がねじ１１４により固定されており、前記板ばね１１２の揺動側他端が入口ポート１０６を覆って配置される。この板ばね１１２の揺動側他端と入口ポート１０６との間には、Ｏリング１１６が介装されている。
【００３９】
図６および図７に示すように、板ばね１１２の揺動側他端には、前記板ばね１１２の変位を、直接、周波数の変化に変換する発振変調型センサ１１８が設けられる。この発振変調型センサ１１８は、板ばね１１２の揺動側他端に固着される移動子１２０を備え、前記移動子１２０が巻線コイル１２２内に進退自在に配設される。巻線コイル１２２は、発振変調回路１２４に接続されるとともに、この発振変調回路１２４には、ＭＨＺ（メガヘルツ）帯の基準周波数を生成する水晶発振回路１２６が接続される。
【００４０】
発振変調回路１２４は、エア圧力の変化を高周波信号ｆ１として取り出し、出力増幅回路１２７で増幅出力された検出信号ｆ２を混合器回路１２８に送る。この混合器回路１２８は、ミキサ信号発振回路１３０から送られるミキサ信号ｆ３と、増幅出力された検出信号ｆ２とを混合周波数処理して、変調周波数信号ｆ４を生成する。このミキサ信号ｆ３は、検出信号ｆ２と近い周波数を持っている。
【００４１】
混合器回路１２８には、変調周波数信号ｆ４を増幅して増幅変調周波数信号ｆ５を生成する変調周波数増幅回路１３２が接続される。高周波のクロック信号ｆ６を発生するクロック発振回路１３４は、変調周波数増幅回路１３２と共にカウンタ入力混合回路１３６に接続され、このカウンタ入力混合回路１３６では、増輻変調周波数信号ｆ５とクロック信号ｆ６を混合して計数信号ｆ７が得られ、この計数信号ｆ７がカウンタ回路１３８に送られる。
【００４２】
カウンタ回路１３８は、検出値を表示するための表示回路１４０を備えるとともに、前記カウンタ回路１３８は、リセット値取込回路１４２および比較判定回路１４４に接続されている。リセット値取込回路１４２は、補正動作前のエアが全く流れない状態で、リセット測定信号がＯＮされた際に発振変調型センサ１１８からの出力値を読み取って記憶する。比較判定回路１４４は、補正エア（駆動用エア）を送って補正動作が終了した際、再び取り出された検出信号とリセット値取込回路１４２に記憶されている出力値とを比較する。
【００４３】
このように構成される第３の実施形態では、エア回路１０４にエアの流れが生ずると、板ばね１１２の揺動側他端が、入口ポート１０６から離間する方向に揺動する。この板ばね１１２には、移動子１２０が連結されており、前記板ばね１１２がエアの流れにより変位すると、前記移動子１２０が巻線コイル１２２内で変位する。
【００４４】
その際、巻線コイル１２２には、水晶発振回路１２６からＭＨＺ（メガヘルツ）帯の基準周波数が印加されており、この巻線コイル１２２内で移動子１２０が移動すると、前記巻線コイル１２２の負荷インダクタンスが変化する。このため、基準周波数が変調され、この変調周波数が、直接、高周波信号ｆ１として取り出され、前記高周波信号ｆ１が出力増幅回路１２７に送られる。この出力増幅回路１２７では、高周波信号ｆ１を増幅して検出信号ｆ２を出力する。
【００４５】
次いで、検出信号ｆ２の読み取りを容易にするために、混合周波数処理が施される。すなわち、ミキサ信号発振回路１３０では、送られてきた検出信号ｆ２と近い周波数を持つミキサ信号ｆ３を生成し、前記検出信号ｆ２と前記ミキサ信号ｆ３とが混合器回路１２８に送られる。混合器回路１２８では、検出信号ｆ２から高周波キャリア成分を差し引いたＫＨＺ（キロヘルツ）帯の変調周波数信号ｆ４が生成される。
【００４６】
さらに、変調周波数信号ｆ４をカウンタ方式で読み取りを行うために、まず、変調周波数増幅回路１３２でこの変調周波数信号ｆ４を増幅して増幅変調周波数信号ｆ５を生成した後、この増幅変調周波数信号ｆ５がカウンタ入力混合回路１３６に送られる。一方、計数カウンタのために、クロック発振回路１３４より非常に高精度な高周波の基準信号を発振してクロック信号ｆ６が生成された後、このクロック信号ｆ６が増幅変調周波数信号ｆ５と混合して計数信号ｆ７が得られる。
【００４７】
次に、この計数信号ｆ７がカウンタ回路１３８で計数読み取り処理されることにより、エア圧の変化が計数値として検出される。その際、カウンタ方式は、一定時間内に被測定信号がどれだけあるかを計数するものであり、この読み取り処理によって高周波信号ｆ１として検出した圧力の変化を微細な１ＨＺ（ヘルツ）、さらには１ＨＺ（ヘルツ）以下の桁まで正確に読み取ることができる。なお、被カウント成分であるクロック信号ｆ６の時間軸を短くする程、正確にカウントすることが可能になり、例えば、数十ＭＨＺ（メガヘルツ）〜２００ＭＨＺ（メガヘルツ）の周波数が使用される。
【００４８】
カウンタ回路１３８は、検出された計数値をリセット値取込回路１４２および比較判定回路１４４に送るとともに、このリセット値取込回路１４２には、補正動作前のエアが全く流れない状態での発振変調型センサ１１８からの出力値を読み取って記憶している。
【００４９】
そこで、比較判定回路１４４では、補正エア（駆動用エア）を送って補正動作が終了した際、上記のように検出された計数値、すなわち、検出信号と、リセット値取込回路１４２に記憶されている出力値とが比較される。その際、検出信号と出力値との差が一定範囲内であれば、スピンドル１６とツールホルダ１８とが所望の密着状態であると判断される一方、前記差が一定値以上であれば、検査用エアが漏れており、密着状態が不良であると判断される。
【００５０】
このように、第３の実施形態では、板ばね１１２と、前記板ばね１１２に係合して変位する移動子１２０と、内部に前記移動子１２０が進退自在に配設される巻線コイル１２２とを備えた発振変調型センサ１１８を使用し、エアの流れを、直接、周波数の変化に変更してエア漏れ検査を行っている。これにより、エア圧の検出をアナログ値ではなくデジタル値で行うことができ、デジタル信号である周波数信号をデジタル読み取り処理することによって、増幅エラーや変換エラー等のない高精度な読み取り処理、すなわち、高精度なエア漏れ検査が確実に遂行されるという効果が得られる。
【００５１】
図８は、本発明の第４の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置１６０の概略構成説明図である。なお、第１の実施形態に係る装着状態検査装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
装着状態検査装置１６０は、エア管路６２に開閉可能なエア回路１６２と、前記エア回路１６２に配置される漏れ検査部１６４とを備える。漏れ検査部１６４は、エアの流れによって気泡１６６を発生する液体、例えば、水１６８が所定の高さまで貯留された容器１７０と、前記気泡１６６が液体面上で破裂する音を検出するマイクロフォン（音検出手段）１７２とを備える。
【００５３】
容器１７０は、遮音構造を採用しており、底部にはエア回路１６２に連通するノズル１７４が液密に設けられるとともに、上部には、前記エア回路１６２に連通するエア取り出し口１７６が形成される。マイクロフォン１７２は、増幅回路１７８に接続されており、この増幅回路１７８が検出回路１８０に接続されて気泡１６６の破裂音を検知したか否か、すなわち、エアの流れが発生したか否かが検出される。エア回路１６２には、エアの逆流を阻止するために、チェック弁１８２ａ、１８２ｂが配設される。
【００５４】
このように構成される第４の実施形態では、エア回路１６２にエアの流れが生じると、容器１７０の底部に設けられるノズル１７４から水１６８等の液体にエアが導入される。このため、水１６８中に気泡１６６が発生してこの気泡１６６が前記水１６８中を上昇する。そして、気泡１６６が水１６８と大気との境界部位（液体表面上）に至って破裂すると、マイクロフォン１７２がこの破裂音を検出し、増幅回路１７８を介して前記破裂音が増幅される。次いで、検出回路１８０により気泡１６６の破裂音を検知したか否か、すなわち、エアの流れが発生したか否かが検出される。
【００５５】
図９は、本発明の第５の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置２００の概略構成説明図である。なお、第４の実施形態に係る装着状態検査装置１６０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
装着状態検査装置２００は、漏れ検査部２０２を備えるとともに、この漏れ検査部２０２は、容器２０４内で発生する気泡１６６の有無を光線Ｌにより検出する光検出手段２０６を備える。容器２０４には、外部から不要な光が進入しないように遮光処理が施されている。容器２０４の高さ方向略中間部位には、透明な窓部２０８ａ、２０８ｂが設けられ、前記窓部２０８ａ、２０８ｂには、光検出手段２０６を構成する発光素子２１０と受光素子２１２とが配設される。
【００５７】
発光素子２１０には、発信回路２１４が接続されるとともに、この発信回路２１４が発信パルス幅制御回路２１６に接続される。受光素子２１２には、信号受信回路２１８が接続されており、発信回路２１４および前記信号受信回路２１８が同期検出回路２２０を介して信号処理回路２２２に接続される。
【００５８】
このように構成される第５の実施形態では、エア回路１６２にエアの流れが生じると、容器２０４の底部に設けられるノズル１７４から水１６８にエアが導入される。このため、水１６８中に気泡１６６が発生してこの気泡１６６が前記水１６８中を上昇する。
【００５９】
一方、発信回路２１４では、パルス信号が生成されており、このパルス信号によって発光素子２１０がＯＮおよびＯＦＦされる。このパルス信号は、発信パルス信号として同期検出回路２２０に送られる。また、発光素子２１０から容器２０４内に照射される光線Ｌが受光素子２１２で受光されると、信号受信回路２１８は、受光されたパルス信号を受信信号として同期検出回路２２０に送る。信号受信回路２１８では、光線Ｌを気泡１６６が横切ることにより受光量が変化すると、この光線Ｌが届かない状態として検出する。
【００６０】
そこで、容器２０４内で気泡１６６が発生しない際には、図１０中、範囲Ｃに示すように、発信信号と受信信号とが同期している。これに対して、容器２０４内で気泡１６６が発生する際には、範囲Ｄに示すように、受信信号がＯＮしないため、発信信号と受信信号とに相違が発生する。これにより、第５の実施形態では、気泡１６６の有無を容易かつ確実に検出することができるという効果が得られる。
【００６１】
さらに、水１６８に濁り等が生じて透過率等に変化が現れた場合には、気泡１６６がない時に発光と受光の信号を互いに比較して光線回路の倍率調整を行っておけば、検出回路の経時変化を調整することが可能である。また、気泡１６６の大きさや量による信号の乱れを、受信信号の変化に確実に対応させるためには、発信回路２１４で生成されるパルス信号の信号間隔を、発信パルス幅制御回路２１６で調整すればよい。
【００６２】
図１１は、本発明の第６の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置２４０の概略構成説明図である。なお、第１の実施形態に係る装着状態検査装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６３】
装着状態検査装置２４０では、補正ヘッド２２を駆動するための駆動用エア管路２４２が、スピンドル１６の中心軸に設けられておらず、この中心軸から偏心した位置に設定されている。ツールホルダ１８側には、スピンドル１６との連結部位に対応してシール部材２４４が配設されており、駆動用エア管路２４２を気密に保持している。ツールホルダ１８には、バイト２１の先端側に開口するクーラントライン２４６が形成されている。
【００６５】
【発明の効果】
本発明に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置では、駆動用エア管路から補正ヘッドに送られる駆動用エアを介して前記補正ヘッドの位置調整が行われると、該補正ヘッドで力のバランスがなされており、前記駆動用エアの流れが停止される。従って、スピンドルとツールホルダとの装着部位に隙間が存在すると、駆動用エア管路から分岐された検査用エア管路の検査用エアがこの隙間から外部に導出され、エア回路にエアの流れが発生する。これにより、漏れ検査部がエアの流れを検出するだけで、スピンドルとツールホルダとの装着状態が不良であることを、容易かつ確実に検出することができる。
【００６６】
また、エア回路が、漏れ検査部に並列されるリリーフ弁を備えることにより、前記漏れ検査部に比較的高い圧力差が発生することを阻止し、前記漏れ検査部を有効に保護することが可能になる。
【００６７】
さらに、漏れ検査部は、エアの流れによって気泡を発生する液体が所定の高さまで貯留された容器と、この気泡が液体面上で破裂する音を検出する音検出手段とを備えている。従って、簡単な構成で、エアの流れが発生しているか否かを確実に検出することができる。
【００６８】
さらにまた、漏れ検査部は、エアの流れによって気泡を発生する液体が貯留された容器と、この気泡の有無を検出する光検出手段とを備えている。光検出手段は、液体内を気泡が移動することを検出するだけでよく、構成の簡素化を図るとともに、エアの流れを高精度に検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置を組み込む作業機械の概略縦断面説明図である。
【図２】前記ツールホルダの一部拡大縦断面図である。
【図３】前記装着状態検査装置の概略斜視図である。
【図４】前記装着状態検査装置の概略構成説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置の概略構成説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置を構成する漏れ検査部の概略構成説明図である。
【図７】前漏れ検査部の回路説明図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置の概略構成説明図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置の概略構成説明図である。
【図１０】前記第５の実施形態における発信信号と受信信号との説明図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置の要部概略説明図である。
【符号の説明】
１０、８０、１６０、２００、２４０…装着状態検査装置
１２…作業機械 １４…工作機
１６…スピンドル １８…ツールホルダ
２２…補正ヘッド ２４…駆動力伝達部
２６、２８、６２、２４２…エア管路
３０、８２、１０４、１６２…エア回路
３２、１００、１６４、２０２…漏れ検査部
４２…空圧シリンダ部 ４４、５６…油圧シリンダ部
５２…パワーユニット ５４…ヘッドハウジング
６８…ダイヤフラム ７０…差圧検出器
７２…差圧検出回路 ７４…歪みゲージ
８４…リリーフ弁 １０２…ケーシング
１１２…板ばね １１８…発振変調型センサ
１２０…移動子 １２２…巻線コイル
１２４…発振変調回路 １２８…混合器回路
１３８…カウンタ回路 １４４…比較判定回路
１６６…気泡 １６８…水
１７０、２０４…容器 １７２…マイクロフォン
１８０…検出回路 １８２ａ、１８２ｂ…チェック弁
２０６…光検出手段 ２１４…発信回路
２１８…信号受信回路 ２２０…同期検出回路
２２２…信号処理回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピンドルと、前記スピンドルに着脱可能なツールホルダとの装着状態を検査するための作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、マシニングセンタ等において、自動工具交換機構（ＡＴＣ）により種々の工具を自動的に交換する作業が行われている。この種の作業では、所謂、ＡＴＣシャンクを有するツールホルダが使用されており、このツールホルダをスピンドルに対して自動的に着脱する構成が一般的に採用されている。
【０００３】
上記のツールホルダの形状として、ＢＴシャンクやＳＫシャンク等の規格がある。これらは、ナショナルテーパーの形状を有するシャンク部が、工作機械の主軸（スピンドル）のテーパー穴部と結合して精度を保持するように構成されている。ところが、この種の形状を有するＢＴシャンク等においては、ＡＴＣシャンクのテーパーシャンク部だけが当接しているため、結合度や嵌合精度が低下し易くなるとともに、高速回転時の遠心力による影響で、スピンドル内にツールホルダが引き込まれる等の問題点が指摘されている。
【０００４】
そこで、新たに２面拘束型のツールホルダが用いられるようになっている。この２面拘束型のツールホルダは、そのシャンク部と端面とが、対向するスピンドルのテーパー穴部と端面部とに対して同時に２面で結合することにより、結合度や嵌合精度を有効に維持するとともに、スピンドル内への引き込まれを阻止することができる。この２面拘束型のツールホルダの代表的なものとして、ＨＳＫホルダ（ＤＩＮ規格）がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の各種ツールホルダでは、ＡＴＣを行う際にツールホルダとスピンドルの間に切削粉等の微粉が進入する場合がある。このため、ツールホルダがスピンドルの軸方向に対してわずかに傾いて結合度が低くなり易く、ＡＴＣの工具交換精度に影響を及ぼすおそれがある。特に、スピンドル前端面とツールホルダ後端面の間に切削微粉が進入すると、結合度が著しく阻害されてしまい、工具交換の精度が大きく低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、ツールホルダがスピンドルに確実に装着されているか否かを、簡単な構成で、高精度かつ容易に検出することが可能な作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置では、スピンドルに着脱可能なツールホルダに、ツールの位置を前記スピンドルの径方向に位置調整可能な補正ヘッドが設けられるとともに、この補正ヘッドを外部のエア管路から送られる駆動用エアにより駆動するために、前記エア管路に連通する駆動用エア管路が、前記スピンドルから前記ツールホルダに連通して形成されている。
【０００８】
さらに、駆動用エア管路から分岐する検査用エア管路が、スピンドルとツールホルダとの装着部位に開口するとともに、エア管路に対して開閉可能なエア回路には、前記検査用エア管路からの検査用エアの漏れが発生する際に、エアの流れが生じる。その際、エア回路には、エアの流れの有無を検出することにより、スピンドルとツールホルダとの装着状態の良否を判断する漏れ検査部が設けられている。
【０００９】
この場合、駆動用エア管路から補正ヘッドに送られる駆動用エアを介して前記補正ヘッドの位置調整が行われると、該補正ヘッドで力のバランスがなされており、前記駆動用エアの流れが停止される。従って、スピンドルとツールホルダとの装着部位に隙間が存在すると、検査用エアがこの隙間から外部に導出され、エア回路にエアの流れが発生する。これにより、漏れ検査部がエアの流れを検出するだけで、スピンドルとツールホルダとの装着状態が不良であることを、容易かつ確実に検出することができる。
【００１０】
また、エア回路には、漏れ検査部に並列されるリリーフ弁が備えられている。漏れ検査部は、極微量なエアの漏れを正確に検出するために検出範囲が限定されている場合が多い。従って、リリーフ弁を設けることにより、漏れ検査部に比較的高い圧力差が発生することを阻止し、前記漏れ検査部を有効に保護することが可能になる。
【００１１】
さらに、漏れ検査部は、エアの流れによってエア圧が作用するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに作用するエア圧を検出する差圧検出手段とを備えている。このため、ダイヤフラムに設けられた歪みゲージ等により、このダイヤフラムに作用するエア圧を電気的に検出することができ、簡単な構成で、スピンドルとツールホルダとの装着状態を確実に検査することが可能になる。
【００１２】
さらにまた、漏れ検査部は、エアの流れによって変位する板ばねと、この板ばねの変位を、直接、周波数の変化に変換する発振変調型センサと、この変換された周波数が、直接、デジタル信号として供給されるカウンタ回路と、前記カウンタ回路で得られる検出値を、予め設定されている設定値と比較して検査用エアの漏れが発生しているか否かを判断する比較判定回路とを備えている。
【００１３】
板ばねは、僅かなエア圧が作用しても容易に変位し、この板ばねの変位が、直接、周波数の変化に変換された後、直接、デジタル信号としてカウンタ回路に供給される。さらに、カウンタ回路で計数処理が施されることにより、エア圧の変化が計数値として得られる。これにより、エア圧をアナログ値で検出する際のような増幅や変換時のエラーが回避され、漏れ検出用のエア圧の変化を高精度かつ確実に検出することが可能になる。
【００１４】
また、発振変調型センサは、ＭＨＺ（メガヘルツ）帯の基準周波数を生成する高周波発振手段と、前記高周波発振手段に接続される巻線コイルと、前記巻線コイル内に進退可能に配置されるとともに、前記エアの流れにより変形する板ばねに係合して変位することにより、直接、前記基準周波数を変調させる移動子とを備えている。このため、エアの流れによるエア圧の変化が、直接、周波数の変化となり、前記エア圧を高精度に検出することができる。しかも、高周波が使用されるため、エア圧の変化を微少な変化まで確実かつ迅速に検出することが可能になる。
【００１５】
さらに、漏れ検査部は、エアの流れによって気泡を発生する液体が所定の高さまで貯留された容器と、この気泡が液体面上で破裂する音を検出する音検出手段とを備えている。従って、簡単な構成で、エアの流れが発生しているか否かを確実に検出することができる。
【００１６】
さらにまた、漏れ検査部は、エアの流れによって気泡を発生する液体が貯留された容器と、この気泡の有無を検出する光検出手段とを備えている。光検出手段は、液体内を気泡が移動することを、例えば、発光素子と受光素子とによる検出だけでよく、構成の簡素化を図るとともに、エアの流れを高精度に検出することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置１０を組み込む作業機械１２の概略縦断面説明図である。
【００１８】
この作業機械１２は、工作機１４と、前記工作機１４のスピンドル１６に着脱自在なツールホルダ１８と、本発明の第１の実施形態に係る装着状態検査装置１０と、前記装着状態検査装置１０および補正ヘッド（後述する）を制御するコントローラ２０とを備える。
【００１９】
装着状態検査装置１０は、ツールホルダ１８に設けられ、バイト（道具）２１の位置をスピンドル１６の径方向（矢印Ａ方向）に位置調整可能な補正ヘッド２２と、前記補正ヘッド２２を外部からの駆動用エアにより調整するための駆動力伝達部２４と、前記駆動用エアを前記駆動力伝達部２４に供給するために、前記スピンドル１６から前記ツールホルダ１８に連通して形成される駆動用エア管路２６と、前記駆動用エア管路２６から分岐して、前記スピンドル１６と前記ツールホルダ１８との装着部位２７に開口する複数本の検査用エア管路２８と、前記検査用エア管路２８から検査用エアの漏れが発生する際に、エアの流れが生じるエア回路３０と、前記エア回路３０に配設され、前記エアの流れの有無を検出することにより、前記スピンドル１６と前記ツールホルダ１８との装着状態の良否を判断する漏れ検査部３２とを備える。
【００２０】
スピンドル１６は、図示しない回転駆動源に連結されており、工作機１４に対しベアリング３４を介して回転可能に支持される。このスピンドル１６の先端側には、テーパー穴部３６が形成されるとともに、このテーパー穴部３６には、ツールホルダ引き込み構造３８が設けられる。
【００２１】
図１および図２に示すように、ツールホルダ１８は、一端部にスピンドル１６のテーパー穴部３６に嵌着されるテーパーシャンク部４０を有し、他端部にバイト２１が取着される。駆動力伝達部２４は、ブースタ構造を採用しており、駆動用エア管路２６に連通する空圧シリンダ部４２と、この空圧シリンダ部４２よりも少容量な第１油圧シリンダ部４４とを直列的に備えている。空圧シリンダ部４２には、ピストン４６が摺動自在に配置されており、このピストン４６から延在するロッド４８は、第１油圧シリンダ部４４内に突出している。
【００２２】
第１油圧シリンダ部４４は、油圧管路５０を介してパワーユニット５２に連通する。パワーユニット５２は、ヘッドハウジング５４内に収容されており、油圧管路５０に連通する第２油圧シリンダ部５６と、ピストン５８とを備える。このピストン５８は、スピンドル１６の径方向（矢印Ａ方向）に進退可能である。ヘッドハウジング５４には、Ｓ字状のスリット６０が形成されるとともに、このヘッドハウジング５４は、パワーユニット５２に補正の油圧が作用する際に、径方向外向に押圧されてＳ字状のスリット６０を介して矢印Ａ１方向に変位する。
【００２３】
コントローラ２０は、エア管路６２を介して駆動用エア管路２６に連通するとともに、スピンドル１６には、前記エア管路６２が接続されるエア漏れのない密閉構造の回転継手６４が装着されている。エア管路６２には、３ポート電磁切換弁６６ａ、６６ｂを介してエア回路３０が開閉可能に連通するとともに、前記エア回路３０に漏れ検査部３２が配設される（図１および図３参照）。
【００２４】
漏れ検査部３２は、図４に示すように、エアの流れによってエア圧が作用するダイヤフラム６８を設ける差圧検出器７０を備え、前記差圧検出器７０には、前記ダイヤフラム６８に作用するエア圧を検出する差圧検出回路（差圧検出手段）７２が接続されている。差圧検出器７０は、ダイヤフラム６８に作用するエア圧を検出するために、例えば、歪みゲージ７４を備えており、差圧検出回路７２は、前記歪みゲージ７４からの電気信号によって該歪みゲージ７４に作用する矢印Ｙ方向の差圧を検出する。この差圧検出回路７２は、コントローラ２０に対して差圧信号（差圧アラーム信号を含む）を送る。
【００２５】
このように構成される第１の実施形態に係る装着状態検査装置１０を組み込む作業機械１２の動作について、以下に説明する。
【００２６】
ツールホルダ１８は、スピンドル１６に装着された状態で、工作機１４の作用下に回転しながら図示しないワークに所定の加工（例えば、穴加工）を施す。そして、加工穴の径が測定され、その加工穴径が公差内にない場合等には、バイト２１の補正が行われる。
【００２７】
すなわち、ＡＴＣ（自動工具交換）が終了して穴加工に入る前に、補正ヘッド２２は、所定の位置調整の作動を行う。そのために、コントローラ２０を介して制御された駆動用エアは、エア管路６２から回転継手６４に送られ、この回転継手６４を通って外部に漏れることなく駆動用エア管路２６に導入される。駆動用エアは、駆動用エア管路２６に連通する空圧シリンダ部４２に供給され、この空圧シリンダ部４２に配置されているピストン４６が矢印Ｂ方向に押圧される。
【００２８】
ピストン４６が矢印Ｂ方向に移動することにより、第１油圧シリンダ部４４内が加圧され、加圧された油がこの第１油圧シリンダ部４４から油圧管路５０を介してパワーユニット５２に供給される。このため、パワーユニット５２を構成する第２油圧シリンダ部５６内の油圧が高くなり、ピストン５８がスピンドル１６の径方向外方（矢印Ａ１方向）に移動する。従って、パワーユニット５２に補正の油圧が作用し、ヘッドハウジング５４が直径外方向に押圧され、Ｓ字状のスリット６０を介してバイト２１が矢印Ａ１方向に変位する。
【００２９】
そして、駆動用エア管路２６から補正ヘッド２２に送られる駆動用エアを介して前記補正ヘッド２２の位置調整が行われると、該補正ヘッド２２の剛性反力と補正エアにより発生する力とが釣り合い、前記補正ヘッド２２の移動量が静定される。このため、ピストン４６には、補正エアの圧力が作用するだけで、駆動用エア管路２６に新たなエアが流入することがない。そこで、３ポート電磁切換弁６６ａ、６６ｂが駆動され、エア回路３０がエア管路６２を介して駆動用エア管路２６に連通する。
【００３０】
一方、駆動用エア管路２６に供給された駆動用エアの一部分は、この駆動用エア管路２６から分岐された検査用エア管路２８に検査用エアとして送られている。この検査用エア管路２８は、スピンドル１６とツールホルダ１８との装着部位２７に開口しており、検査用エアがこの装着部位２７に送られている。その際、装着部位２７に隙間が形成されていると、この隙間の量に略比例して検査用エアが前記装着部位２７から外部に漏れ出る。
【００３１】
検査用エアが装着部位２７から外部に漏れ出ると、検査用エア管路２８に駆動用エア管路２６を介して連通するエア管路６２にエアの流れが生じ、このエア管路６２に連通するエア回路３０に、差圧検出器７０の前後でエアの差圧が発生する。差圧検出器７０には、ダイヤフラム６８が設けられており、前記ダイヤフラム６８が矢印Ｙ方向に押圧される。
【００３２】
従って、第１の実施形態では、ダイヤフラム６８に設けられている歪みゲージ７４がダイヤフラム６８に作用するエア圧を検出し、装着部位２７にエア漏れが生じていること、すなわち、スピンドル１６とツールホルダ１８との装着状態が不良であることを、簡単な構成で、容易かつ確実に検出することができるという効果が得られる。
【００３３】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置８０の概略構成説明図である。なお、第１の実施形態に係る装着状態検査装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
装着状態検査装置８０は、エア管路６２に開閉可能なエア回路８２と、前記エア回路８２に配置されるとともに、漏れ検査部３２に並列されるリリーフ弁８４とを備えている。
【００３５】
漏れ検査部３２は、極微少な圧力差を検出し得るように、相当高感度なものに設定されており、高い差圧に適用することが困難である。ところが、工具補正に使用される補正エア（駆動用エア）の圧力は、最大で４気圧（０．４ＭＰａ）となっている。そこで、漏れ検査部３２に並列してリリーフ弁８４が設けられている。
【００３６】
このため、第２の実施形態では、漏れ検査部３２の前後の差圧が一定圧以上になると、リリーフ弁８４が開放されてエアが流れ、前記漏れ検査部３２に必要以上の差圧が発生することがない。これにより、簡単な構成で、漏れ検査部３２に損傷等を与えることを有効に阻止することが可能になる。
【００３７】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置を構成する漏れ検査部１００の概略構成説明図である。
【００３８】
漏れ検査部１００はケーシング１０２を備え、このケーシング１０２には、エア回路１０４に連通する入口ポート１０６および出口ポート１０８が形成されるとともに、前記入口ポート１０６および前記出口ポート１０８が室１１０に連通可能である。室１１０には、エアの流れによって変位する板ばね１１２の一端側がねじ１１４により固定されており、前記板ばね１１２の揺動側他端が入口ポート１０６を覆って配置される。この板ばね１１２の揺動側他端と入口ポート１０６との間には、Ｏリング１１６が介装されている。
【００３９】
図６および図７に示すように、板ばね１１２の揺動側他端には、前記板ばね１１２の変位を、直接、周波数の変化に変換する発振変調型センサ１１８が設けられる。この発振変調型センサ１１８は、板ばね１１２の揺動側他端に固着される移動子１２０を備え、前記移動子１２０が巻線コイル１２２内に進退自在に配設される。巻線コイル１２２は、発振変調回路１２４に接続されるとともに、この発振変調回路１２４には、ＭＨＺ（メガヘルツ）帯の基準周波数を生成する水晶発振回路１２６が接続される。
【００４０】
発振変調回路１２４は、エア圧力の変化を高周波信号ｆ１として取り出し、出力増幅回路１２７で増幅出力された検出信号ｆ２を混合器回路１２８に送る。この混合器回路１２８は、ミキサ信号発振回路１３０から送られるミキサ信号ｆ３と、増幅出力された検出信号ｆ２とを混合周波数処理して、変調周波数信号ｆ４を生成する。このミキサ信号ｆ３は、検出信号ｆ２と近い周波数を持っている。
【００４１】
混合器回路１２８には、変調周波数信号ｆ４を増幅して増幅変調周波数信号ｆ５を生成する変調周波数増幅回路１３２が接続される。高周波のクロック信号ｆ６を発生するクロック発振回路１３４は、変調周波数増幅回路１３２と共にカウンタ入力混合回路１３６に接続され、このカウンタ入力混合回路１３６では、増輻変調周波数信号ｆ５とクロック信号ｆ６を混合して計数信号ｆ７が得られ、この計数信号ｆ７がカウンタ回路１３８に送られる。
【００４２】
カウンタ回路１３８は、検出値を表示するための表示回路１４０を備えるとともに、前記カウンタ回路１３８は、リセット値取込回路１４２および比較判定回路１４４に接続されている。リセット値取込回路１４２は、補正動作前のエアが全く流れない状態で、リセット測定信号がＯＮされた際に発振変調型センサ１１８からの出力値を読み取って記憶する。比較判定回路１４４は、補正エア（駆動用エア）を送って補正動作が終了した際、再び取り出された検出信号とリセット値取込回路１４２に記憶されている出力値とを比較する。
【００４３】
このように構成される第３の実施形態では、エア回路１０４にエアの流れが生ずると、板ばね１１２の揺動側他端が、入口ポート１０６から離間する方向に揺動する。この板ばね１１２には、移動子１２０が連結されており、前記板ばね１１２がエアの流れにより変位すると、前記移動子１２０が巻線コイル１２２内で変位する。
【００４４】
その際、巻線コイル１２２には、水晶発振回路１２６からＭＨＺ（メガヘルツ）帯の基準周波数が印加されており、この巻線コイル１２２内で移動子１２０が移動すると、前記巻線コイル１２２の負荷インダクタンスが変化する。このため、基準周波数が変調され、この変調周波数が、直接、高周波信号ｆ１として取り出され、前記高周波信号ｆ１が出力増幅回路１２７に送られる。この出力増幅回路１２７では、高周波信号ｆ１を増幅して検出信号ｆ２を出力する。
【００４５】
次いで、検出信号ｆ２の読み取りを容易にするために、混合周波数処理が施される。すなわち、ミキサ信号発振回路１３０では、送られてきた検出信号ｆ２と近い周波数を持つミキサ信号ｆ３を生成し、前記検出信号ｆ２と前記ミキサ信号ｆ３とが混合器回路１２８に送られる。混合器回路１２８では、検出信号ｆ２から高周波キャリア成分を差し引いたＫＨＺ（キロヘルツ）帯の変調周波数信号ｆ４が生成される。
【００４６】
さらに、変調周波数信号ｆ４をカウンタ方式で読み取りを行うために、まず、変調周波数増幅回路１３２でこの変調周波数信号ｆ４を増幅して増幅変調周波数信号ｆ５を生成した後、この増幅変調周波数信号ｆ５がカウンタ入力混合回路１３６に送られる。一方、計数カウンタのために、クロック発振回路１３４より非常に高精度な高周波の基準信号を発振してクロック信号ｆ６が生成された後、このクロック信号ｆ６が増幅変調周波数信号ｆ５と混合して計数信号ｆ７が得られる。
【００４７】
次に、この計数信号ｆ７がカウンタ回路１３８で計数読み取り処理されることにより、エア圧の変化が計数値として検出される。その際、カウンタ方式は、一定時間内に被測定信号がどれだけあるかを計数するものであり、この読み取り処理によって高周波信号ｆ１として検出した圧力の変化を微細な１ＨＺ（ヘルツ）、さらには１ＨＺ（ヘルツ）以下の桁まで正確に読み取ることができる。なお、被カウント成分であるクロック信号ｆ６の時間軸を短くする程、正確にカウントすることが可能になり、例えば、数十ＭＨＺ（メガヘルツ）〜２００ＭＨＺ（メガヘルツ）の周波数が使用される。
【００４８】
カウンタ回路１３８は、検出された計数値をリセット値取込回路１４２および比較判定回路１４４に送るとともに、このリセット値取込回路１４２には、補正動作前のエアが全く流れない状態での発振変調型センサ１１８からの出力値を読み取って記憶している。
【００４９】
そこで、比較判定回路１４４では、補正エア（駆動用エア）を送って補正動作が終了した際、上記のように検出された計数値、すなわち、検出信号と、リセット値取込回路１４２に記憶されている出力値とが比較される。その際、検出信号と出力値との差が一定範囲内であれば、スピンドル１６とツールホルダ１８とが所望の密着状態であると判断される一方、前記差が一定値以上であれば、検査用エアが漏れており、密着状態が不良であると判断される。
【００５０】
このように、第３の実施形態では、板ばね１１２と、前記板ばね１１２に係合して変位する移動子１２０と、内部に前記移動子１２０が進退自在に配設される巻線コイル１２２とを備えた発振変調型センサ１１８を使用し、エアの流れを、直接、周波数の変化に変更してエア漏れ検査を行っている。これにより、エア圧の検出をアナログ値ではなくデジタル値で行うことができ、デジタル信号である周波数信号をデジタル読み取り処理することによって、増幅エラーや変換エラー等のない高精度な読み取り処理、すなわち、高精度なエア漏れ検査が確実に遂行されるという効果が得られる。
【００５１】
図８は、本発明の第４の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置１６０の概略構成説明図である。なお、第１の実施形態に係る装着状態検査装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
装着状態検査装置１６０は、エア管路６２に開閉可能なエア回路１６２と、前記エア回路１６２に配置される漏れ検査部１６４とを備える。漏れ検査部１６４は、エアの流れによって気泡１６６を発生する液体、例えば、水１６８が所定の高さまで貯留された容器１７０と、前記気泡１６６が液体面上で破裂する音を検出するマイクロフォン（音検出手段）１７２とを備える。
【００５３】
容器１７０は、遮音構造を採用しており、底部にはエア回路１６２に連通するノズル１７４が液密に設けられるとともに、上部には、前記エア回路１６２に連通するエア取り出し口１７６が形成される。マイクロフォン１７２は、増幅回路１７８に接続されており、この増幅回路１７８が検出回路１８０に接続されて気泡１６６の破裂音を検知したか否か、すなわち、エアの流れが発生したか否かが検出される。エア回路１６２には、エアの逆流を阻止するために、チェック弁１８２ａ、１８２ｂが配設される。
【００５４】
このように構成される第４の実施形態では、エア回路１６２にエアの流れが生じると、容器１７０の底部に設けられるノズル１７４から水１６８等の液体にエアが導入される。このため、水１６８中に気泡１６６が発生してこの気泡１６６が前記水１６８中を上昇する。そして、気泡１６６が水１６８と大気との境界部位（液体表面上）に至って破裂すると、マイクロフォン１７２がこの破裂音を検出し、増幅回路１７８を介して前記破裂音が増幅される。次いで、検出回路１８０により気泡１６６の破裂音を検知したか否か、すなわち、エアの流れが発生したか否かが検出される。
【００５５】
図９は、本発明の第５の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置２００の概略構成説明図である。なお、第４の実施形態に係る装着状態検査装置１６０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
装着状態検査装置２００は、漏れ検査部２０２を備えるとともに、この漏れ検査部２０２は、容器２０４内で発生する気泡１６６の有無を光線Ｌにより検出する光検出手段２０６を備える。容器２０４には、外部から不要な光が進入しないように遮光処理が施されている。容器２０４の高さ方向略中間部位には、透明な窓部２０８ａ、２０８ｂが設けられ、前記窓部２０８ａ、２０８ｂには、光検出手段２０６を構成する発光素子２１０と受光素子２１２とが配設される。
【００５７】
発光素子２１０には、発信回路２１４が接続されるとともに、この発信回路２１４が発信パルス幅制御回路２１６に接続される。受光素子２１２には、信号受信回路２１８が接続されており、発信回路２１４および前記信号受信回路２１８が同期検出回路２２０を介して信号処理回路２２２に接続される。
【００５８】
このように構成される第５の実施形態では、エア回路１６２にエアの流れが生じると、容器２０４の底部に設けられるノズル１７４から水１６８にエアが導入される。このため、水１６８中に気泡１６６が発生してこの気泡１６６が前記水１６８中を上昇する。
【００５９】
一方、発信回路２１４では、パルス信号が生成されており、このパルス信号によって発光素子２１０がＯＮおよびＯＦＦされる。このパルス信号は、発信パルス信号として同期検出回路２２０に送られる。また、発光素子２１０から容器２０４内に照射される光線Ｌが受光素子２１２で受光されると、信号受信回路２１８は、受光されたパルス信号を受信信号として同期検出回路２２０に送る。信号受信回路２１８では、光線Ｌを気泡１６６が横切ることにより受光量が変化すると、この光線Ｌが届かない状態として検出する。
【００６０】
そこで、容器２０４内で気泡１６６が発生しない際には、図１０中、範囲Ｃに示すように、発信信号と受信信号とが同期している。これに対して、容器２０４内で気泡１６６が発生する際には、範囲Ｄに示すように、受信信号がＯＮしないため、発信信号と受信信号とに相違が発生する。これにより、第５の実施形態では、気泡１６６の有無を容易かつ確実に検出することができるという効果が得られる。
【００６１】
さらに、水１６８に濁り等が生じて透過率等に変化が現れた場合には、気泡１６６がない時に発光と受光の信号を互いに比較して光線回路の倍率調整を行っておけば、検出回路の経時変化を調整することが可能である。また、気泡１６６の大きさや量による信号の乱れを、受信信号の変化に確実に対応させるためには、発信回路２１４で生成されるパルス信号の信号間隔を、発信パルス幅制御回路２１６で調整すればよい。
【００６２】
図１１は、本発明の第６の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置２４０の概略構成説明図である。なお、第１の実施形態に係る装着状態検査装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６３】
装着状態検査装置２４０では、補正ヘッド２２を駆動するための駆動用エア管路２４２が、スピンドル１６の中心軸に設けられておらず、この中心軸から偏心した位置に設定されている。ツールホルダ１８側には、スピンドル１６との連結部位に対応してシール部材２４４が配設されており、駆動用エア管路２４２を気密に保持している。ツールホルダ１８には、バイト２１の先端側に開口するクーラントライン２４６が形成されている。
【００６５】
【発明の効果】
本発明に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置では、駆動用エア管路から補正ヘッドに送られる駆動用エアを介して前記補正ヘッドの位置調整が行われると、該補正ヘッドで力のバランスがなされており、前記駆動用エアの流れが停止される。従って、スピンドルとツールホルダとの装着部位に隙間が存在すると、駆動用エア管路から分岐された検査用エア管路の検査用エアがこの隙間から外部に導出され、エア回路にエアの流れが発生する。これにより、漏れ検査部がエアの流れを検出するだけで、スピンドルとツールホルダとの装着状態が不良であることを、容易かつ確実に検出することができる。
【００６６】
また、エア回路が、漏れ検査部に並列されるリリーフ弁を備えることにより、前記漏れ検査部に比較的高い圧力差が発生することを阻止し、前記漏れ検査部を有効に保護することが可能になる。
【００６７】
さらに、漏れ検査部は、エアの流れによって気泡を発生する液体が所定の高さまで貯留された容器と、この気泡が液体面上で破裂する音を検出する音検出手段とを備えている。従って、簡単な構成で、エアの流れが発生しているか否かを確実に検出することができる。
【００６８】
さらにまた、漏れ検査部は、エアの流れによって気泡を発生する液体が貯留された容器と、この気泡の有無を検出する光検出手段とを備えている。光検出手段は、液体内を気泡が移動することを検出するだけでよく、構成の簡素化を図るとともに、エアの流れを高精度に検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置を組み込む作業機械の概略縦断面説明図である。
【図２】前記ツールホルダの一部拡大縦断面図である。
【図３】前記装着状態検査装置の概略斜視図である。
【図４】前記装着状態検査装置の概略構成説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置の概略構成説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置を構成する漏れ検査部の概略構成説明図である。
【図７】前漏れ検査部の回路説明図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置の概略構成説明図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置の概略構成説明図である。
【図１０】前記第５の実施形態における発信信号と受信信号との説明図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態に係る作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置の要部概略説明図である。
【符号の説明】
１０、８０、１６０、２００、２４０…装着状態検査装置
１２…作業機械 １４…工作機
１６…スピンドル １８…ツールホルダ
２２…補正ヘッド ２４…駆動力伝達部
２６、２８、６２、２４２…エア管路
３０、８２、１０４、１６２…エア回路
３２、１００、１６４、２０２…漏れ検査部
４２…空圧シリンダ部 ４４、５６…油圧シリンダ部
５２…パワーユニット ５４…ヘッドハウジング
６８…ダイヤフラム ７０…差圧検出器
７２…差圧検出回路 ７４…歪みゲージ
８４…リリーフ弁 １０２…ケーシング
１１２…板ばね １１８…発振変調型センサ
１２０…移動子 １２２…巻線コイル
１２４…発振変調回路 １２８…混合器回路
１３８…カウンタ回路 １４４…比較判定回路
１６６…気泡 １６８…水
１７０、２０４…容器 １７２…マイクロフォン
１８０…検出回路 １８２ａ、１８２ｂ…チェック弁
２０６…光検出手段 ２１４…発信回路
２１８…信号受信回路 ２２０…同期検出回路
２２２…信号処理回路
Claims (7)
- スピンドルに着脱可能であるとともに、前記スピンドルと一体的に回転するツールホルダに設けられ、ツールの位置を前記スピンドルの径方向に位置調整可能な補正ヘッドと、
前記補正ヘッドを外部のエア管路から送られる駆動用エアにより調整するための駆動力伝達部と、
前記駆動用エアを前記駆動力伝達部に供給するために、前記スピンドルから前記ツールホルダに連通して形成される駆動用エア管路と、
前記駆動用エア管路から分岐して、前記スピンドルと前記ツールホルダとの装着部位に開口する検査用エア管路と、
前記エア管路に対して開閉可能であるとともに、前記装着部位から検査用エアの漏れが発生する際に、エアの流れが生じるエア回路と、
前記エア回路に配設され、前記エアの流れの有無を検出することにより、前記スピンドルと前記ツールホルダとの装着状態の良否を判断する漏れ検査部と、
を備えることを特徴とする作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置。 - 請求項１記載の装着状態検査装置において、前記エア回路は、前記漏れ検査部に並列されるリリーフ弁を備えることを特徴とする作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置。
- 請求項１または２記載の装着状態検査装置において、前記漏れ検査部は、前記エアの流れによってエア圧が作用するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに作用するエア圧を検出する差圧検出手段と、
を備えることを特徴とする作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置。 - 請求項１または２記載の装着状態検査装置において、前記漏れ検査部は、前記エアの流れによって変位する板ばねと、
前記板ばねの変位を、直接、周波数の変化に変換する発振変調型センサと、
前記変換された周波数が、直接、デジタル信号として供給されるカウンタ回路と、
前記カウンタ回路で得られる検出値を、予め設定されている設定値と比較して、前記検査用エアの漏れが発生しているか否かを判断する比較判定回路と、
を備えることを特徴とする作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置。 - 請求項４記載の装着状態検査装置において、前記発振変調型センサは、ＭＨＺ（メガヘルツ）帯の基準周波数を生成する高周波発振手段と、
前記高周波発振手段に接続される巻線コイルと、
前記巻線コイル内に進退可能に配置されるとともに、前記エアの流れにより変形する板ばねに係合して変位することにより、直接、前記基準周波数を変調させる移動子と、
を備えることを特徴とする作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置。 - 請求項１または２記載の装着状態検査装置において、前記漏れ検査部は、前記エアの流れによって気泡を発生する液体が所定の高さまで貯留された容器と、
前記気泡が液体面上で破裂する音を検出する音検出手段と、
を備えることを特徴とする作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置。 - 請求項１または２記載の装着状態検査装置において、前記漏れ検査部は、前記エアの流れによって気泡を発生する液体が貯留された容器と、
前記気泡の有無を光線により検出する光検出手段と、
を備えることを特徴とする作業機械用ツールホルダの装着状態検査装置。
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