JPH04112759U - 工具位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工作機械における切削工具の刃先の長さや径
を測定するための検知装置に関する。 【構成】 工具の刃先Ｔが接触する基準ロッド１４と電
池２０との間に接点２６を設けて、該接点２６を超音波
発振器２１の発信回路２２に接続し、刃先Ｔが基準ロッ
ド１４に接触することによって発信する超音波信号を受
信する受信器２４と受信回路２５とを工作機械等の固定
部２３側に設けてなる。 【効果】 工具の位置検出信号を超音波による搬送波で
送信するようにしたため、誤作動を防止し、正確な検出
信号を得ることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】 本考案は、工作機械における切削工具の刃先の長さや径を測定するための検知 装置に関し、さらに詳しくは工作機械の主軸に取り付けられる工具の刃先が、テ ーブル、チャック、またはワークなどの基準面から一定の距離に位置したことを 検出する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

ＮＣ工作機械やマシニングセンターなどでは、これらに取り付けられた工具の 刃先がワークに対してどのような位置にあるかを知る必要がある。そのための検 知装置として、図５に示すように、検知装置１は、基準底面２ａを有するベース 部２と、基準頂面３ａを有するヘッド部３とが絶縁材料からなる中間部材４を介 して一体的に設けられており、ベース部２とヘッド部３との間に、電池５および 発光ダイオード６が直列に接続されて設けられている。基準底面２ａと基準頂面 ３ａとは一定の距離を有しており、その寸法は正確に知られている。

【０００３】 これを使用するには、検知装置１を例えばワークＷの上に置き、工作機械の主 軸に取り付けた工具Ｔを回転させずに下げていくと、その先端が基準頂面３ａに 接触した時点で、工具Ｔ、工作機械のフレーム、ベットおよびワークＷなどを介 して外部閉回路Ｃが形成され、これによって発光ダイオード６に電流が流れて点 灯する。したがって作業者は、発光ダイオード６が点灯した時点で工具Ｔの移動 を停止し、工作機械に内蔵しているスケールを読み取り、これから工具の位置や 取り付け長さ、またはワークの加工面の位置などを測定することができる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、工具Ｔの刃先と基準頂面３ａとの接触過程をミクロ的にみると、工 具刃先が基準頂面３ａに接触することによって、その接触圧力により基準頂面３ ａが下方に移動し、発光ダイオード６の点灯した時点の基準頂面３ａと、実際に 測定される基準頂面３ａとの間に変動をきたし、これが測定誤差として表れ、こ の誤差は最大で５０ミクロン程度にもなり、これを補うのは作業者の経験とカン だけであり、測定作業に熟練技術を要していた。このような検知装置では精密治 具としてその性能上大きな問題であった。

【０００５】 本考案は作業者の熟練技術を要することなく測定作業を行うことができるよう にすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記課題を解決するために、請求項１においては、基準底面を有する ベース部と基準頂面を有するヘッド部とが、これら基準底面と基準頂面とが平行 で且つ自由状態において一定の位置関係を有するように設けられ、前記基準頂面 と前記基準底面とは互いに電気的に絶縁されていると共に、両者の間に電池と、 工具の刃先が前記基準頂面に接触することによって超音波を発信する超音波発振 器とが接続されており、一方工作機械等の固定部側に前記超音波を受信する受信 器が設けられてなる構成を採用するものである。

【０００７】 また請求項２においては、基準底面を有するベース部と基準頂面を有するヘッ ド部とが、これら基準底面と基準頂面とが平行で且つ自由状態において一定の位 置関係を有するように設けられ、前記基準頂面と前記基準底面とは互いに電気的 に絶縁されていると共に、両者の間に電池と、ワークと工作機械本体と、工具と による外部回路が形成され、、工具の刃先が前記基準頂面に接触することによっ て外部回路が短絡して超音波を発信する超音波発振器の発信回路とが接続されて おり、一方工作機械等の固定部側に前記超音波を受信する受信器が設けられてな る構成を採用するものである。

【０００８】 また請求項３においては、 基準底面を有するベース部と基準頂面を有するヘ ッド部とが、これら基準底面と基準頂面とが平行で且つ自由状態において一定の 位置関係を有するように設けられ、前記基準頂面と前記基準底面とは互いに電気 的に絶縁されていると共に、両者の間に電池と、常閉接点と、反転回路とが設け られ、前記反転回路は、超音波発振器の発信回路に接続され、工具の刃先が前記 基準頂面に接触することによって、前記常閉接点が開き、前記超音波発信器より 超音波を発信するようになっており、一方工作機械等の固定部側に前記超音波を 受信する受信器が設けられてなる構成を採用するものである。

【０００９】

【作用】

検知装置１１を例えばワークＷの上に置き、工作機械の主軸に取り付けた工具 Ｔを回転させずに下げていくと、その先端が基準頂面１４ａに接触した時点で、 請求項２においては、工具Ｔ、工作機械のフレーム、ベットおよびワークＷなど を介して外部閉回路Ｃが形成され、また請求項３においては、常閉接点が開き、 反転回路に出力が発生し、これによって超音波発振器を形成する発信回路に電気 が供給され、該超音波発振器が作動して超音波を発信し、この超音波信号を工作 機械本体側の受信器で受信することによって工具刃先の突出位置または取り付け 長さを検出することになる。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。 図１において、検知装置１１は、平らな基準底面１２ａを有するベース部１２ と、中央に伸縮可能な基準ロッド１４を有するヘッド部１３と、絶縁材料からな る中間部材１５とによってほぼ円柱状に形成されている。ベース部１２には環状 のマグネット１６が設けられており、工作機械のテーブルやチャックまたはワー クの表面に吸着し、基準底面１２ａがそれらの表面に密着するようになっている 。基準ロッド１４は、上端に基準底面１２ａと平行な基準頂面１４ａを有し、導 電性のばね１７によって突出方向に付勢されて、その自由状態においては、基準 頂面１４ａと基準底面１２ａとの間の距離が一定の正確な寸法となるようになっ ている。ピン１８は基準ロッド１４の回り止め用である。検知装置１１には蓋１ ９によって交換可能な電池２０と、超音波発振器２１の発信回路２２が内蔵され ており、外部に発信部が露出している。

【００１１】 そして工作機械本体等の固定部２３側には前記超音波発振器２１からの発信信 号を受信する受信器２４の受信回路２５が内蔵されており、外部に受信部２９が 露出している。

【００１２】 図２は検知装置１１の発信回路２２と受信回路２５を主に示している。基準ロ ッド１４の基準頂面１４ａとベース部１２の基準底面１２ａとの間には、前述の 導電性のばね１７とスイッチ用の接点２６と電池２０が直列に接続されており、 スイッチ用の接点２６は発信回路２２に接続されると共に、該接点２６は基準ロ ッド１４がばね１７に抗して１０〜２０ミクロン程度下方に移動した時にその接 触状態から離反するようになっている。

【００１３】 発信回路２２は、前記接点２６につながれた信号発生器２７と、発信部たる送 信振動子２８とからなり、信号発生器２７は、発信の立ち上がり特性の良い例え ば無安定バイブレータ等の発振器２７ａと、該発振器２７ａの信号を前記送信振 動子２８に供給する駆動器２７ｂとからなり、前述の接点２６がオンになると信 号発生器２７に電源が供給されて発生器２７が所定の周波数の連続信号を発生し 、この発生した連続信号により、送信振動子２８を連続的に駆動して超音波Ｐを 放射する。

【００１４】 一方、受信回路２５は、受信振動子２９と、増幅器３０と、復調器３１とから なり、発信部たる送信振動器２８から放射された超音波信号Ｐは受信部たる受信 振動子２９により受信され、且つ該受信信号が電気信号に変換され、この電気信 号は増幅器３０によって増幅され、復調器３１により検波されて検出信号として 工作機械の制御装置ＮＣに伝達されることになる。なお、必要に応じて上記検出 信号を光ダイオード等の発光器３２に表示し、これを制御装置内の受光器で受光 するようにしてもよい。制御装置に送られた信号は工具刃先の位置検出信号とし て工作機械の初期設定等として用いられることになる。

【００１５】 送信振動子２８と受信振動子２９の各々の共振周波数は発信器２７ａの発信周 波数に合わされることは当該技術分野では周知の技術であり、発信器２７ａの発 信周波数の安定化を図ることができる。前記送信振動子２８は圧電セラミックス からなり、前記信号発生器２７と送信振動子２８とがモジュール化され、あるい は受信振動子２９と増幅器３０とがモジュール化されることにより単純化するこ とができる。また、発信器２７ａに無安定バイブレータを使用する場合には信号 発生器２７を小型で簡単な論理素子により形成して効率の良い送信信号を容易に 作ることもできる。

【００１６】 上記構造からなる位置検出装置によれば、スイッチがオンの時だけしか電池が 消耗しないため、電池の寿命を大幅に延ばすことができる。

【００１７】 前記スイッチ機構は前記実施例のような機械的接点方式のほかに、圧電素子ま たは抵抗素子を使用した無接点方式でもよい。また、信号発生器２７の発振器２ ７ａが正弦波発振器の場合には発振の立ち上がり時間を無くするために常に発振 させておき、スイッチがオンの時だけ駆動器２７ｂに電源を供給して送信振動子 ２８を駆動して超音波Ｐを放射することもできる。

【００１８】 図１に示す３３は位置検出ランプであり、従来技術の図３に示すように工具の 刃先が基準ロッド１４の基準頂面１４ａに接触してスイッチがオンした時に該ラ ンプ３３も点灯するようにしてもよい。

【００１９】 以上のように構成された検知装置１１は、マグネット１６を利用して例えばワ ークの表面や側面に吸着させ、工作機械に取り付けた工具を基準ロッド１４の基 準頂面１４ａに垂直な方向から接近させ、これに接触させると、ワークＷや工具 および工作機械のフレームやテーブルなどを通じて、基準頂面１４ａと基準底面 １２ａとを接続する外部閉回路Ｃが形成されることとなる。これによって発信回 路２２が作動し、超音波発振器２１から超音波信号Ｐが発振され、この超音波信 号Ｐを受信器２４で受信し、前述のように工作機械本体等の固定部２３側で検出 信号を得ることができる。

【００２０】 上述の実施例において、基準底面１２ａは、平面でなく平面上に安定的に接触 する脚状のものでもよい。また基準ロッド１４をヘッド部１３から絶縁し、これ をヘッド部としてもよい。

【００２１】 図３〜図４は、本考案の他の実施例を示すもので、前記実施例と同様の構成要 素については同一符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明すると、基準ロ ッド１４の先端部フランジ１４ｂの部分に常閉接点３４を設け、この常閉接点３ ４を反転回路（コンバータ）３５を介して前記発信回路２２に接続してなるもの で、なお適宜、表示灯（ＬＥＤ）３３にも接続するようになっている。

【００２２】 この実施例によれば、前記実施例のように外部回路を必要としないからワーク Ｗが非電導体のものでも測定することができる。

【００２３】

【考案の効果】

本考案によれば、工具刃先の径や突出位置あるいは取り付け長さを、作業者の 熟練技術をを要することなく、工具刃先が基準ロッドの基準頂面に接触した瞬間 を工作機械本体等の固定部側で瞬時に自動的に検出することができる。

【００２４】 また本考案によれば、パレットチエンジ式工作機械のように加工物を乗せるテ ーブルが順次移動するタイプのようにテーブル上において検出する検出器を一定 位置に設置しておくことが出来ない場合に特に有用である。

【００２５】 更に本考案の特徴とする点は、超音波発振器による超音波信号によって検出信 号を得るようにしたことである。

【００２６】 即ち、位置検出器の検出信号として、例えば電波、光、あるいは赤外線を利用 することも考えることができるが、工場内では多くの制御装置から発生する電波 、照明等の光、赤外線等の信号や、火花等による雑音電波、加工物からの赤外線 等の各種の雑音が非常に多いため、これらの信号と混信しないように、計測信号 をコード化して、高価で複雑な回路を採用しなければ、多種多様な雑音を除去す ることが出来ない。

【００２７】 しかるに本考案によれば、工場内では非常に少なく、しかも送信信号と受信信 号との帯域幅を非常に狭く抑えることのできる超音波を検知信号の搬送波として 採用することによって、極めて簡単な回路で外来雑音を大幅に除去して誤作動を 防止することができると共に、超音波は波長が短いため、小型の送受信振動子で も指向性を強くすることができるため、コンパクトな検出装置とすることができ る。

【００２８】 また電池の消耗はスイッチの作動中だけであるから、電池の寿命を大幅に延ば すことができ、信頼性の高い且つ安価な検出装置を製作することが可能である。

【００２９】 さらに請求項３によれば、検知用接点として、常閉接点を使用するようにした ため、接点作動時の接点抵抗を軽減することができ、常開接点作動時特有の火花 の発生を防止することができ、さらに発信回路との間に反転回路を設けることに よって不使用時の電池の消耗を阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の検知装置の実施例の断面図。

【図２】同電気回路図。

【図３】他の実施例のタッチセンサーを示す断面図であ
る。

【図４】同電気回路図である。

【図５】従来の検知装置の一例を示す図である。

【符号の説明】

１１…検知装置、１２…ベース部、１２ａ…基準底面、
１３…ヘッド部、１４ａ…基準頂面、２０…電池、２１
…超音波発振器、２２…発信回路、２３…工作機械等の
固定部、２４…受信器、２５…受信回路、Ｗ…ワーク、
Ｃ…外部閉回路、３４…常閉接点、３５…反転回路。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準底面を有するベース部と基準頂面を
   有するヘッド部とが、これら基準底面と基準頂面とが平
   行で且つ自由状態において一定の位置関係を有するよう
   に設けられ、前記基準頂面と前記基準底面とは互いに電
   気的に絶縁されていると共に、両者の間に電池と、工具
   の刃先が前記基準頂面に接触することによって超音波を
   発信する超音波発振器の発信回路とが接続されており、
   一方工作機械等の固定部側に前記超音波を受信する受信
   器が設けられてなる工具位置検出装置。
2. 【請求項２】 基準底面を有するベース部と基準頂面を
   有するヘッド部とが、これら基準底面と基準頂面とが平
   行で且つ自由状態において一定の位置関係を有するよう
   に設けられ、前記基準頂面と前記基準底面とは互いに電
   気的に絶縁されていると共に、両者の間に電池と、ワー
   クと工作機械本体と、工具とによる外部回路が形成さ
   れ、、工具の刃先が前記基準頂面に接触することによっ
   て外部回路が短絡して超音波を発信する超音波発振器の
   発信回路とが接続されており、一方工作機械等の固定部
   側に前記超音波を受信する受信器が設けられてなる工具
   位置検出装置。
3. 【請求項３】 基準底面を有するベース部と基準頂面を
   有するヘッド部とが、これら基準底面と基準頂面とが平
   行で且つ自由状態において一定の位置関係を有するよう
   に設けられ、前記基準頂面と前記基準底面とは互いに電
   気的に絶縁されていると共に、両者の間に電池と、常閉
   接点と、反転回路とが設けられ、前記反転回路は、超音
   波発振器の発信回路に接続され、工具の刃先が前記基準
   頂面に接触することによって、前記常閉接点が開き、前
   記超音波発信器より超音波を発信するようになってお
   り、一方工作機械等の固定部側に前記超音波を受信する
   受信器が設けられてなる工具位置検出装置。