JPH0649953U - プローブを用いて工作物の検査を行なう装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用される電源の寿命を延命するような方法
により、プローブを用いた工作物の検査を行う装置を提
供する。 【構成】 プローブ３０と離れているフラッシュ／受信
ヘッド４０には、閃光管、それからの可視光を阻止する
赤外線光学フィルタ、およびプローブ３０からの工作物
接触情報を受信する回路が設けられている。プローブ３
０には、閃光管からの信号を受信したとき工作物接触情
報を送信する回路にバッテリを接続させる検出回路が設
けられ、この検出回路は、閃光管からの信号にのみ応答
し、他の光源に応答しないように電気的フィルタを備え
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、工作物検査システムに関し、特に工作物と接触して、この工作物に 関する情報を提供する自動工作機械におけるプローブの使用技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】

自動化された工作機械装置は、工作物の表面の位置決めを行なう精巧な装置を 必要とする。最も一般的な方法の１つは、工作機械をしてプローブを工作物と接 触させて、接触が行われる時プローブの位置を記録することである。この種のプ ローブは接触プローブとして示されている。これらプローブは一般に、工作物と 接触するための突起部と、この突起部が所定部分と接触する時電気的信号を生じ るよう作用する回路とを含んでいる機械の制御装置は、突起部の接触が電気信号 を生じる時プローブのＸ，ＹおよびＺ軸の位置のデータから部品の形状または位 置についての情報を計算することができる。

【０００３】 これらの形式の検査システムの多くの使用方法において遭遇する問題の１つは 、プローブによる接触状態を表示する信号が制御装置に対して送戻される方法に ある。この方法はしばしば、電線が通常の加工作業と干渉するおそれがあるため 、信号を送るため従来の電線に依存することは実用的ではない。

【０００４】 特許文献は、プローブが工具マガジン内に一時的な格納され、自動工具交換機 構によってスプンドルに関して着脱される自動加工センターにおいて使用される ためのいくつかのプローブ構造について開示している。これらのプローブを開示 する特許の典型的な事例としては、Ｅｌｌｉｓの米国特許第４，３３９，７１４ 号、Ｋｉｒｋｈａｍの同第４，１１８，８７１号、および本考案の譲受人に対し て譲渡された１９８１年４月３０日出願のＪｕｅｎｇｅｌの米国特許出願第２５ ９，２５７号「工作物に関するプローブの位置を検出するための装置」が含まれ る。

【０００５】 上記のＫｉｒｋｈａｍの試みは、その無線周波数の信号が電磁波の影響を受け 易く、比較的短いプローブと受信機関の距離以内で使用されなければならないた め不利である。Ｅｌｌｉｓの特許のプローブ・システムにおける問題としては、 その間の無効結合が適正に作動するためにはプローブとスピンドル・ヘッドにお ける特殊な構造の検出装置との整合のため非常な注意を必要とすることである。 上記のＪｕｅｎｇｅｌの特許において開示された赤外線を透過させる試みは遙か に有利なものである。しかし、これも多くの場合プローブがそれ自体の電源を保 有することを必要とする。

【０００６】 また、加工センターにおけると同様に、旋盤の如き旋削センターにおいて接触 プローブを使用することが提言されてきた。旋削センターは、工作物が工具の代 りに旋回される点において加工センターまたはフライス・センターとは異なって いる。ほとんどの旋削センターにおいては、工具ホルダーは、工作物の加工を行 なうため工作物に対して工具の１つを選択的に前送するように作動するターレッ トの周囲に隔てられた場所に取付けられている。一般に、工作物に対する外形寸 法加工作業を行なうための工具はターレット内のスロット内に収容されるが、中 ぐり棒の如き内孔工具はターレットに対して取付けられたアダプタ内に保持され ている。

【０００７】 旋削センターにおいて使用される接触プローブは、制御装置に対してプローブ 信号を返送する方法もまだ一般的な関心を維持しているが、加工センターにおい て用いられるプローブとはいくらか異なる克服すべき多くの問題を有する。旋削 センターにおける用途に特有の問題の１つは、プローブが使用する必要のある時 のみスピンドルに挿入される加工センターにおける状態とは異なって使用されな い場合でさえ、プローブがターレットに対して固定された状態のままであること である。その結果、内部の電子回路を付勢するためプローブ挿入操作に依存する ことはできない。

【０００８】 旋削センターにおける従来の１つの接触プローブ技術は、ターレットを介して 制御装置に対しプローブ信号を送出するため誘導伝達モジュールを使用すること である。例えば、Ｒｅｎｉｓｈａｗ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ社のＬＰ２型プロー ブ・システムの文献を参照されたい。不都合なことには、この技術はシステムを 使用するためにターレットの実質的な修正を必要とする。その結果、この試みは 、改修作業を行なうため経費および機械の稼動停止を必要とすることなく現存す る機械において容易に使用することを可能にするものではない。

【０００９】 また、本考案とはそれ程直接的ではないが関連するものとしては、Ｆｏｕｇｅ ｒｅの米国特許第３，６７０，２４３号、Ａｍｓｂｕｒｙの同第４，１３０，９ ４１号およびＪｕｅｎｇｅｌ等の同第４，３２８，６２３号に開示された如き寸 法測定データの無線伝送に関する従来技術がある。

【００１０】

【考案の概要】

本考案は、これらの形式のプローブにおいて使用される電源の寿命を延長する ような方法で工作物の検査作業を行なうための装置に対するものである。本考案 の一実施例によれば、プローブは、検出装置がある信号を受取る時プローブ信号 送出回路に対して電源を接続するように作用する検出装置が設けられている。こ の「投入」信号を生成してこれをプローブにおける検出装置に対して無線により 送出するための装置がプローブから遠く離れて設置されている。この信号は、工 作物の検査を行なうためプローブの予期される使用に先立って生成され、自動化 された工作機械における制御装置により開始することができる。その後、この電 源は遮断される。このように、電力は必要な時のみ電源から流れる。このような 試みは、例え検査作業のため常に使用されない場合でさえターレットに対して固 定された状態のままである旋削センターにおいてプローブが使用される場合に特 に有利である。しかし、本考案の広い概念は、他の広範囲の工作機械装置の用途 においても適用性を有するものである。

【００１１】 望ましい実施態様においては、工作機械の制御装置は、工作機械のある便利な 位置に取付けられたヘッドから赤外線の閃光を発する。その結果、プローブ送信 回路が付勢され、ある周波数の赤外線信号を生じてプローブが適正に作動して使 用する用意があることを表示する。次いで制御装置は、検査工程に進む。プロー ブの突起部が工作物と接触すると、赤外線の周波数は変化する。この周波数の変 化は遠方において検出され、工作物に関する有用な情報を得るため制御装置によ って用いられる。プローブ回路は、ある予め定めた期間が最初の投入サイクルま たは突起部の接触から経過した後に回路の構成要素に対する電力の供給を遮断す るタイマーを含むことが望ましい。

【００１２】 前記ヘッドは、フラッシュ投入信号を生じかつプローブからの赤外線を受取る という二重の目的に役立つことが望ましい。ヘッドは、内蔵された閃光装置と光 検出装置を含んでいる。ヘッド・ハウジングの外表面には、赤外線フイルタを備 えたレンズを有することが望ましい。赤外線フイルタは、プローブ投入手順の間 閃光から可視スペクトル中の光を除去するように作用する。前記レンズは、プロ ーブからの赤外線をヘッドにおける光検出装置に対して収束するように作用する 。

【００１３】 別の実施態様においては、前記突起部が基準面に接触する時に初めてプローブ 回路に対して電力が供給される。使用においては、突起部が基準面に接触してパ ワー・アップ・サイクルを開始するように本装置はプローブを運動させる。次に 、プローブを用いて工作物の検査を行なうが、プローブはこれに関する信号を遠 隔位置の受信装置のヘッドに対して返送するように作用するのである。

【００１４】 本考案の上記および他の色々な長所については、当業者ならば以下の記述およ び図面を照合すれば明らかになるであろう。

【００１５】

【実施例】

（１．概要） 図１は、簡素化された形態において以下に述べる進歩性を有する色々な特質を 用いた曲型的な旋盤装置を示している。数値制御による旋削センター１０は、そ の内部においてプログラムされた命令に従って工作物１４に対する旋削作業を自 動的に制御するための制御部１２と共に示されている。旋削センター１０は、一 般に、工作物１４を保持するための顎部１８をその上に有する回転チャック１６ を有する。ターレット２０に対しては、工作物１４の内径（ＩＤ）部に対する作 業を行なうための複数の工具２２乃至２４が取付けられている。一般に、この種 の内径工具は、アダプタ２６乃至２８によりターレット２０の所定位置に保持さ れる長い柄部を有する。本考案によれば、工作物挿入プローブ３０が工具２２乃 至２４と同じ方法でターレット２０に対して取付けられる。本実施例においては 、プローブ３０は、アダプタ２６乃至２８と同じアダプタ３２によってターレッ ト２０に対して取付けられる。

【００１６】 当技術において周知の如く、制御部１２は、就中、ターレット２０を回転させ て所要の工具を適当な作業位置に置き、次いで工具が工作物と接触してその所要 の加工作業を行なうまでターレット２０を移動させるように作用する。一方、プ ローブ３０は、工作物１４の検査のため使用される。本実施例においては、プロ ーブ３０は、プローブの突起部が工作物その他の対象物の表面と接触する時出力 信号を生成する接触プローブとして当業界において周知である。プローブ３０の 位置を表示する信号を制御部１２に対して提供するため適当な分離器、ディジタ イザ等が用いられる。その結果、プローブ３０からの信号が工作物との接触状態 を表示する時、制御部１２は工作物の寸法、チャック内のその適当な位置決め等 に関する有用な情報を得ることができる。

【００１７】 （Ａ．フラッシュ投入法） プローブ３０は、その信号伝送回路に対してエネルギを供給するためそれ自体 のバッテリ電源を有する。不都合にも、バッテリは有効寿命が限られている。こ のため、バッテリの寿命をできるだけ長く維持するなんらかの手段に対する現実 の需要が存在する。このことは、旋削センターにおいて使用される小型のプロー ブの場合に特に妥当する。小型のプローブはまたこれが使用できるバッテリ寸法 でも制約され、このためエネルギの保存は非常に重要となる。

【００１８】 本考案の一つの特質は、プローブ３０とフラッシュ／受信ヘッド４０間に２つ の光学的な通信を提供する。ヘッド４０は、インターフエース４２を介して制御 部１２に対して接続されている。制御部１２は検出操作のためプローブ３０を使 用する時であることを判定すると、インターフエース４２に対する回線４４上に 信号を生成し、これが更に回線４６上に制御信号を生成してヘッド４０をしてあ る光学的信号をプローブ３０に対して送出させる。望ましい実施態様においては 、この光信号は赤外線の強いフラッシュ即ち閃光である。このフラッシュは、プ ローブ３０における適当な検出装置４８（図２参照）によって検出される。この フラッシュは、検出装置４８をしてバッテリの電力をプローブ伝送回路に対して 接続させる。プローブ３０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）５０乃至５４を介して ある周波数の赤外線をヘッド４０に対し伝送することによりフラッシュに応答す る。この赤外線はフラッシュ／受信ヘッド４０により受取られ、このヘッドは更 にインターフエース４２を介し制御部１２に対してプローブ３０が適正に作動し ておりかつその検査動作を行なう用意がある旨の信号を与える。

【００１９】 次に、制御部１２は突起部５６が工作物１４と接触するまでプローブ３０を前 送させる。プローブ３０は、ＬＥＤ５０乃至５４によって送られる赤外線の周波 数における変化を生じることによって突起部の接触に対し応答する。この周波数 の変化はインターフエース４２によって検出されて、制御部１２に対して送られ る。工作物の検査操作は必要に応じて継続し、突起部が接触する度にプローブ３ ０が周波数の変化した赤外線をフラッシュ／受信ヘッド４０に対して送出する。 プローブ３０は、予め定めた期間経過後にバッテリ電源を伝送回路から遮断す るタイミング装置を含んでいる。この期間は、バッテリ電力が最初に前記回路に 対して与えられる時開始し、突起部が工作物と接触する毎にリセットされる。こ のように、検出操作が完了した後この期間は経過し、バッテリ電力は伝送回路か ら遮断される。従って、バッテリ電力は予期されるプローブの使用期間中のみ使 用されるのである。プローブが使用されない時は常にバッテリ電力は遮断され、 このためエネルギの節減を行なってバッテリ交換期間を延長することになる。

【００２０】 （Ｂ．接触投入法） 図３は、別のバッテリ寿命の延長法を示している。本実施例においては、バッ テリ電力は、プローブの突起部５６を既知の基準面６０に対して接触させること によりプローブ伝送回路に対して最初に接続される。基準面６０は、その位置は 制御部１２にとって既知である機械１０の内部のどの固定点でもよい。面６０と のプローブの接触は、パッテリをプローブ伝送回路に対して接続させ、ＬＥＤ５ ０乃至５４からフラッシュ／受信ヘッド４０に対する伝送を開始する。フラッシ ュ／受信ヘッド４０′は、内部にフラッシュ装置を必要とせずあるいはプローブ ３０′も光検出装置４８を必要としない点を除いて、前に述べたフラッシュ／受 信ヘッド４０と類似している。この点を除けば、２つの実施例は略々同様な作動 を行なう。初期動作の後、プローブは工作物１４を検査するための位置に移動さ れ、プローブ３０′は突起部の接触が行なわれる時は常にフラッシュ／受信ヘッ ド４０′に対して周波数が変化した信号を伝送する。最後の突起部の接触から予 め定めた期間の後、バッテリはプローブ伝送回路から遮断される。

【００２１】 （II．プローブの構造） 図４乃至図６は、プローブ３０の構造を詳細に示している。プローブ・ハウジ ングは、略々円錐形状の中間部分７０と、小さな断面径の後方に突出する柄部即 ち円筒状部分７２とを特徴とする。本実施例においては、円筒状部分７２は長さ が約１０８ｍｍ（４¹/₄ インチ）で外径が約３６ｍｍ（１．４インチ）の寸法の 中空のものである。

【００２２】 円筒状部分７２の外形寸法は、工具２２乃至２４の胴部即ち柄部の寸法と略々 対応するように選択されている。その結果、プローブ３０はターレット２０内部 の工具の１つの代りに使用することができ、また同様にアダプタ３２に保持され る。図４に最も明瞭に示されるように、これはハウジング部７０の後壁面７６が アダプタ３２の前面７８と当接するまでアダプタのポケット７４内に円筒状部分 ７２を滑り込ませることによって行なうことができる。この手順はこれにより、 突起５６の尖端部がターレット２０に対して既知の位置に隔てられることを保証 する。その結果、プローブ検査操作の間制御部１２は突起部５６の位置に正確に 静置することができる。無論、突起部の尖端部５６を適当な間隔を置いて定置す るため他の従来周知の手段を使用することもできる。例えば、ある工作機械装置 は突起部の間隔の調整を行なうためポケット７４の後部内に固定ねじ（図示せず ）または他の手段を使用する。

【００２３】 円筒状部分７２は、バッテリ領域を提供すると共に取扱いの容易な支持部材を 提供するという二重の目的に役立つことが望ましい。部分７２の長い円筒形状は 、プローブ伝送回路を付勢するため形状が典型的な懐中電灯と類似する長寿命の 「円筒状の」バッテリの使用を可能にする。２個の「Ｃ」型リチウム・バッテリ ８０，８２を用いることが望ましい。ボタン型もしくは円板型電池の如き比較的 小さなバッテリの代りに円筒状のバッテリを使用することができるため、プロー ブに低コストで非常に長い有効寿命を提供する。

【００２４】 バッテリ８０，８２は部分７２の内側に滑らせて挿入される。次にばねが装填 したキャップ８４を部分７２の端部に螺合され、ばね８６が正即めすターミナル ８８を板９０に対して押付ける。板９０の下面は丸い導電層９２を有する。板９ ０は、ねじ９６により壁面７６の内側面の凹部９４内に固定される。絶縁された リード線９８が板９０のメッキを施した貫通孔によって導通層９２との電気的接 続を行なう。リード線９８の反対側端部はプローブ回路を含む回路板１００に対 して接続されている。この回路に対する電気的な概要説明は以下本文において行 なうことにする。回路板１００は形状が略々円形であり、その両面に取付けられ た電気的構成要素を保有する。回路板１００は、隔離脚１０４を貫通する適当な 固定具１０２により中間部分７０の内側に取付けられる。板１００もまた、その 内部に種々のリード線が通過することができる中心部に位置して回路板１００の 適当な部分に対する接続を容易にする開口１０６を有する。

【００２５】 光検出装置４８およびその関連する小組立体が中間ハウジング部分７０の外側 の傾斜面１１０に取付けられる。本例においては、光検出装置４８はＴｅｌｅｆ ｕｎｋｅｎ社から入手可能な部品番号ＤＰ１０４の如きＰＩＮ型ダイオードであ る。検出装置４８は、もみ下げ穴内に嵌合し、窓部を有する斜面１１２により所 定位置に保持される。斜面１１２と検出装置４８間には、透明プラスチック層１ １４と、赤外線フイルタ層１１６と、Ｏリング１１８が挿入されている。適当な 固定具１２０がこれら全ての構成要素をもみ下げ穴内に取付けられた小組立体に 挟持する。検出装置４８からのリード線は開口１０６を貫通して、回路板１００ 上の適当な位置に接続される。

【００２６】 ＬＥＤ５０乃至５４は検出装置４８に隣接する位置に取付けられる。ＬＥＤ５ ０乃至５４は赤外線帯域内即ち人間の目にとって通常見ることのできない光の信 号を発するように構成されている。例えば、ＬＥＤ５０乃至５４はＴＲＷ社から 入手可能な部品番号ＯＰ２９０でよい。ここにおいて、ＬＥＤ５０乃至５４およ び検出装置４８の構成は、これらが取付けられる傾斜したプローブ面の形態と共 に、いくつかの重要な長所を最適化するように組合わされることを留意されたい 。例えば、ＬＥＤ５０乃至５４をプローブの傾斜面１１０に対して取付けること によって、これにより発光される赤外線はこれがフラッシュ／受信ヘッド４０の 色々な位置において容易に検出することができる角度においてターレット２０の 前方に指向される。このプローブの構造は、ユーザがＬＥＤ５０乃至５４および 検出装置４８が略々フラッシュ／受信ヘッド４０の方向に向けられる位置にプロ ーブを回転することを可能にする。このため、フラッシュ／受信ヘッド４０をプ ローブ３０に対して絶対的な空間位置に取付けことは必要でなく、異なる工作機 械装置における使用においてシステムの大きな柔軟性を提供するものである。プ ローブ３０とフラッシュ／受信ヘッド４０間の信頼度の大きな光学的通信がこれ により得られると同時に、プローブ３０内の発光素子数を最少限度に抑えるもの である。発光素子を最少限度に抑えることにより、バッテリからのエネルギ・ド レーンができるだけ小さく維持され、これによってバッテリの寿命を更に延長す るものである。

【００２７】 中間部分７０の組立体の全周にわたり、壁面７６は適当な固定具１２２によっ て部分７０の後方部分に対し取付けられている。リング１２４の如きＯリングは 、プローブ３０の内部をプローブが工作機械装置における使用の間遭遇するおそ れがある何等かの悪条件から封止するため使用されることが望ましい。

【００２８】 環状のノーズピース１３０は、中間ハウジング部分７０の前面の内孔１３４に 形成されたねじ部と螺合するおすねじ部１３２を有する。封止の目的のためＯリ ング１３６が再び用いられる。ノーズピース１３０は、必要に応じて突起部の尖 端部５６の相互の空間を増減するため種々の長さにすることができる。中間ハウ ジング部７０との螺合状態のため、色々なこのようなノーズピースを作って、異 なる用途のため互に交換することができる。

【００２９】 スイッチ装置１４０がノーズピース１３０に対して取外し自在に取付けられて いる。スイッチ装置１４０は、ノーズピース１３０の内部通路１４５に対して締 り嵌めとなる周囲のＯリング１４６を含む円形の鉤状の端部構造部１４２を有す る。ノーズピース１３０に対して直角方向に貫通する１本以上の固定ねじ１４８ が前記スイッチ装置１４０を所定位置に緊締する。スイッチ装置１４０は、突起 部５６がその静置位置から動かされる時、１つ以上の電気的な接点を開路する即 ち遮断するように作用する色々な構造部とすることができる。当業者ならば、こ のような一般的な目的を果す色々な構造について知るところであろう。１つの適 当なスイッチ構造については、本考案の譲受人に譲渡されたＲ．Ｆ．Ｃｕｓａｃ ｋの１９８２年６月１４日出願の米国特許出願第３８８，１８７号において詳細 に開示されている。この特許出願については本文に参考のため触れておく。要約 すれば、この構造は、3 個の等間隔に隔てられたボール接点を有する揺れ板を使 用している。この揺れ板は、ボールが３個の対応する通電用挿入子に対して常に 押圧されるようにばねにより偏倚されている。この３個のボールを有する挿入子 対がスイッチ（以下本文においては、スイッチＳ１〜Ｓ３と呼ぶ）として作用し 、相互に直列に接続されている。この揺れ板は突起部５６によって接続される。 突起部５６が運動する時は常に、揺れ板は傾斜して前記ボール接点をその対応す る挿入子から揚上させることにより、その間の電気的接続を遮断する。

【００３０】 装置１４０における３個のスイッチは、電線１５０により板１００上の回路に 接続されている。電線１５０の他端部は、交換可能なスイッチ装置１４０の端部 におけるコネクタと係合する小型の同軸コネクタ１５２または他の適当なコネク タを有する。当業者ならば、これらの形式のスイッチ装置が非常に感度が高く、 交換を必要とする場合があり得る。本考案の構造は、このような交換を迅速かつ 容易に行なうことを可能にするものである。

【００３１】 色々な形状および寸法の突起部がプローブ３０との関連において使用すること ができる。例えば、図面に示される直線状の突起部５６の代りに、その先端部が プローブ３０の主な長手方向軸心から反れた突起部を使用することもできる。色 々な突起部がスイッチ装置１４０と交換可能であり、またこれに対して固定ねじ の如き適当な固定具の使用により取付けることができる。

【００３２】 （III.フラッシュ投入法） Ａ．フラッシュ／受信ヘッド フラッシュ／受信ヘッド４０の機械的な構造の詳細は図７乃至図９において最 も明瞭に示されている。フラッシュ／受信ヘッド４０は、その前面１６４に検出 された開口を有する略々矩形状の容器１６０を使用する。１つ以上の回路板１６ ６が容器１６０内に取付けられている。回路板１６６は、以下に詳細に述べる諸 機能を実施するための色々な電気的構成要素をその上に具有する。２つの最も重 要な構成要素がこれらの図に示されている。これらの要素とは、キセノン閃光管 １６８および光検出装置１７０である。前述の如く、閃光管１６８の目的はプロ ーブの作動を開始するため短い期間強い光パルスを生じることである。キセノン は赤外線に富んだ光を生じるため望ましい。望ましい実施態様においては、閃光 管１６８はＳｉｅｍｅｎｓ社から入手可能な部品番号ＢＵＢ０６４１である。こ れは、１００ワット／秒の強さで５０μ秒間継続する閃光即ち光パルスを生じる ことができる。無論、他の形式の適当な光源も使用することができる。

【００３３】 絶対に必要ではないが、閃光管１６８により生成される可視光は、工作機械１ ０が使用されつつある作業場内のオペレータその他の人員の混乱を避けるため排 除することが望ましい。このためには、開口１６２を覆う赤外線フイルタ１７２ が使用される。赤外線フイルタ１７２は、可視光は遮断するが、閃光管１６８に より生成される赤外線はこれを透過させるものである。

【００３４】 一方、光検出装置１７０の目的は、プローブ３０により伝送される赤外線を検 出することである。本実施例においては、光検出装置１７０はＰＩＮ型ダイオー ドであり、プローブ３０における検出装置４８と同様に作動する。凸レンズ１７ ４は、プローブ３０からの赤外線をこのレンズ１７４の焦点に配置される光検出 装置１７０に対して収束するため開口１６２において使用されることが望ましい 。フラッシュ／受信ヘッド４０の構造の締めくくりとして、透明な面板１７６が 設けられている。面板１７６は開口１６２を覆い、その間にガスケット１７８を 挟持して前面部１６４に対して適当に取付けられている。

【００３５】 Ｂ．フラッシュ／受信ヘッド回路 図１０は、望ましい実施態様のフラッシュ／受信ヘッド４０において使用され る回路を示している。前述の如く、ヘッド４０は、照合番号４６で全体的に示さ れる一本以上の電線上のインターフエース４２に対して接続されている。

【００３６】 ２６ボルトの交流（ＡＣ）信号が昇圧変成器Ｔ１の一次側に与えられる。変成 器Ｔ１からのエネルギは、更にキセノン閃光管１６８の正と負の電極の両端に接 続されるコンデンサＣ８およびＣ９において蓄えられる。本実施例においては、 コンデンサＣ８およびＣ９は、完全に充電された時は約２５０乃至３００ボルト ＤＣを蓄える。

【００３７】 管１６８を閃光させるため、制御装置１２はインターフエース４２を介して「 制御」と表わされた回線上に適当な信号レベルを生じて、ＬＥＤ１７１を導通状 態にして発光させる。ＬＥＤ１７１は、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）１７３を 含む遮光パッケージの一部である。ＳＣＲ１７３は変成器Ｔ２の一次側とコンデ ンサＣ１０に対して直列回路をなすように接続されている。コンデンサＣ１０は 、コンデンサＣ８およびＣ９と同様に、変成器Ｔ１の作用のため充電される。Ｌ ＥＤ１７１が付勢状態になると、ＳＣＲ１７３は導通状態となって、変成器Ｔ２ の一次側にコンデンサＣ１０の電荷を放出させる。この電荷は変成器Ｔ２によっ て約４，０００ボルトまで昇圧され、その二次側は閃光管１６８のトリガー電極 １７５に対して接続されている。このトリガー電極１７５は管１６８に対して容 量結合され、その高電圧は管内のガスを無視するに充分である。イオン化された ガスは、コンデンサＣ８とＣ９からのエネルギが正と負の電極間で放電して短期 間の非常に強い閃光を生じることを許容するに充分な導通状態となる。管１６８ が閃光した後、コンデンサは制御信号を開始する別の閃光がインターフエース４ ２から与えられる時まで再び充電を開始する。

【００３８】 プローブ３０は、フラッシュ／受信ヘッド４０における光検出装置１７０によ り取上げられる赤外線信号を伝送することにより閃光に対して応答する。光検出 装置１７０は、可変誘導子Ｌ１およびコンデンサＣ２からなる同調タンク回路に 対して接続されている。特定の事例として、プローブ３０は、プローブの接点が 対象物と接触してこの時周波数が約１３８ＫＨｚに変更するまで、約１５０ＫＨ ｚの周波数でパルスする赤外線を生じることになる。フラッシュ／受信ヘッド４ ０における前記タンク回路はこれら２つの周波数の略々平均値に同調され、その 結果ヘッドの回路がこれらプローブの周波数のいずれか一方を検出することはで きるが、ある予め選択された帯域巾から外れた無関係の周波数を除去することに なる。

【００３９】 図１０における残りの回路は、「出力」回線上でインターフエース４２に対し て接続されるプローブ３０から伝送される検出された信号を増幅するため使用さ れる。要約すれば、ヘッド増幅回路は、その高い入力インピーダンスが同調され た回路のそれと整合してローディング問題を避ける電界効果トランジスタＱ１を 使用する。トランジスタＱ２はトランジスタＱ１と共働して受取った信号を増幅 し、これをトランジスタＱ３を使用するエミッタ・フォロワ回路に対して接続す る。増幅された信号は、トランジスタＱ３のエミッタと接続されたＤＣフィルタ ・コンデンサＣ６および抵抗Ｒ７を介して出力回線上でインターフエース４２と 接続される。

【００４０】 インターフエース４２は、これらの選択されたプローブ信号周波数を検出する よう作用してこれに応答して制御部１２に対して出力を生じることになる回路を 内蔵している。プローブが適正に作動しつつあることを表示する第１の信号が生 成され、プローブの突起部がある対象物と接触する時第２の信号が生成される。 周波数の変移を検出するため適当な回路については、本考案の譲受人に譲渡され たＪｕｅｎｇｅｌの１９８２年９月３日発行の米国特許第４１４，７３４号「赤 外線テレーメータリングを使用する機械装置」において開示されている。この特 許出願は参考のため本文に触れる。要約すれば、このような回路は受取った信号 に対する周波数変移キー操作を行なうため位相固定ループ回路を使用し、接触さ れた周波数のいずれか一方の検出と同時にリレーを付勢する。しかし、色々な他 のプローブ信号の検出方法が通常の実施者の技術範囲内に含まれよう。

【００４１】 Ｃ．プローブ回路 図１１は、プローブ３０内の回路の配線図である。ＰＮＰ型トランジスタＱ１ ０は電力をバッテリ８０，８２から赤外線をＬＥＤ５０〜５４から生成するため 使用される構成要素に対する電力を選択的に断続するスイッチとして作用する。 トランジスタＱ１０は通常は非導通状態にあり、このためバッテリ８０，８２は エネルギがバッテリからドレーンされないように開路状態の回路を有効に監視す る。しかし、閃光の継続中にフラッシュ／受信ヘッド４０がその赤外線閃光を生 じる時、検出装置４８は電流をバッテリから誘導子Ｌ１０に流れさせる。

【００４２】 キセノン閃光管からの光パルスと関連する非常に速い立上り時間が工作機械の 分野における他の光源とは容易に識別できる独特な光を生じる。フラッシュ／受 信ヘッド４０における赤外線フイルタは、閃光が見えず付近の人員に対するいら だちの原因となり得ないように可視光スペクトルのほとんどを排除する。速い立 上り時間の光パルスが検出装置４８に達すると、このパルスは誘導子即ちインダ クタのコイルＬ１０の両端において電気的信号に変換される。このコイルＬ１０ は高域フイルタとして作用し、領域内の蛍光が生じる如き安定状態即ち低い周波 数光パルスを排除する。

【００４３】 閃光の間検出装置４８に流れる電流サージは、当技術において周知の如く誘導 子Ｌ１０における「リンギング」現象を生じる。このリンギング現象は、基本的 には約５０μ秒の閃光パルスに応答して約５００μ秒継続する減衰状態の振動で ある。誘導子Ｌ１０からの振動は増幅され、反転増幅器２００によって反転され る。増幅器２００の出力はトランジスタＱ１０のベースと接続される。閃光によ り生じる誘導子Ｌ１０における瞬間的なリンギングは、トランジスタＱ１０のベ ース／エミッタ接合点の両側の順バイアスを生じてこれを導通状態にさせる。ト ランジスタＱ１０の導通状態により、電力をバッテリ８０，８２から図面におい て＋Ｖと表わされた回路要素の入力側に接続する。電力が発振器２０２に対して 加えられる時、この発振器はパルス時間切れカウンタ２０４に対して供給を開始 する。カウンタ２０４は、閃光がフラッシュ／受信ヘッド４０から受取られると 、その時間切れ期間を開始するためリセットされる。これは、増幅器２０２の出 力を正の信号に反転するインバータ２０６によりなされる。この正の信号は、コ ンデンサＣ２０および抵抗Ｒ２０のＲＣの時定数により１つのパルスに整形され る。このパルスは、ＯＲゲート装置２０８を介してカウンタ２０４のリセット入 力側に接続される。以下において明らかになるように、プローブの突起部５６が スイッチＳ１乃至Ｓ３の１つの開路により表わされる対象物との接触が生じる時 常に、時間切れカウンタ２０４もまたリセットされる。

【００４４】 時間切れカウンタ２０４は、カウント中である即ち時間切れの状態にない限り その出力回線２１０に対して論理レベルのローの状態の信号を与えるように構成 されている。この回線２１０上の論理値ローの信号はインバータ２１２によって 反転され、このインバータは更にダイオードＤ２０を介して増幅器２００の入力 側に接続される。その結果、増幅器２００の出力はローの状態にラッチされ、こ れによりトランジスタＱ１０を導通状態に維持して、カウンタ２０４が時間切れ となる時まで回路構成要素に対して給電する。カウンタ２０４における満了期間 は、制御部１２が工作物と接触するプローブによる実際の検査過程を開始するこ とを許容するに充分な長さになるように選択されている。一般に、このような目 的のためには数分間の長さで充分である。満了期間は、時間遅延発振器２０２に 対する発振周波数を規定するポテンショメータＰ２０により調整することができ る。発振器２０２からのこれより高い周波数の発振は、カウンタ２０４をして更 に速くカウントさせることになり、このため時間切れが速く起り、また反対の場 合はその逆となる。無論、色々な時間間隔を生成することは、充分に通常の技術 の習熟者の能力の範囲内にあることである。

【００４５】 搬送波発振器２２０および分周器２２２は共働して、ＬＥＤ５０〜５４がその 赤外線をフラッシュ／受信ヘッド４０に対して返送する周波数を規定する。これ までは、発振器２２０はマスター・クロックとして既知の共振周波数を有するク リスタル２２４を使用する。発振器２２０は、クリスタル２２４からの発振状態 を分周器２２２の如き従来周知のディジタル分割器に対してクロック・パルスを 与えるのに好適な形態に整形するように作用する。本実施例においては、分周器 ２２２は、搬送波発振器２２０からの１．８ＭＨｚのパルスを数１２で除すよう に作用し、これによりその出力信号の周波数を約１５０ＫＨｚとする。分周器２ ２２の出力は、分周器の出力により規定される周波数においてＬＥＤ５０〜５４ を付勢するための駆動トランジスタＱ１２または他の適当な回路に対して接続さ れている。このように、本例においては、フラッシュ／受信ヘッド４０がフラッ シュ投入シーケンスを開始する時、プローブ３０はある周波数における赤外線の 送出を開始することにより応答する。プローブの送出状態はフラッシュ／受信ヘ ッド４０における光検出装置１７０により検出され、このヘッドは更に、プロー ブ３０が適正に作動中であって検出シーケンスを開始する用意があることを制御 部１２に対して表示を与える。もしプローブ３０がこのように応答しなければ、 適当な警告手段を用いることができる。

【００４６】 プローブ突起部５６が対象物と接触する時、プローブ装置１４０の３個のスイ ッチＳ１〜Ｓ３の１つが開路する。スイッチＳ１〜Ｓ３の１つの開路の状態は、 ２つの事柄を生じさせる。第１に、この状態は時間切れカウンタ２０４をその時 間切れシーケンスの初めにリセットする。第２に、この状態は、ＬＥＤ５０〜５ ４によって伝送される周波数における変移を生じる。これは、色々な方法で行な われる。しかし、望ましい実施態様においては、スイッチＳ１〜Ｓ３の１つの開 路状態はコンパレータ２２８をしてハイの状態に行かせる。コンパレータ２２８ の出力は、ＯＲゲート２０８を介してカウンタ２０４のリセット入力側に対して 接続され、このためカウンタをリセットする。更に、コンパレータ２２８の出力 は回線２２９上の分周器２２２の周波数変移キー（ＦＳＫ）入力側に対して接続 されて、これを異なる数、本例においては１３により搬送波発振器２２０からの クロック・パルスを除算させる。分周器２２２からの出力信号は、これにより周 波数において約１３８ＫＨｚに変移される。このため、ＬＥＤ５０〜５４により 伝送される赤外線の周波数は、プローブが最初に投入された時伝送される周波数 と比較して変移させられる。この周波数の変移は光検出装置１７０によって検出 されて制御部１２に対して伝送され、対象物、通常は工作物の表面に対する突起 部の接触を表示する。制御部１２は、この信号が受取られる時、突起部５６の位 置を知ることによって、工作物の寸法を正確に計算するかあるいは他の有効な情 報を得ることができる。

【００４７】 プローブがこれから伝送された赤外線における変移により応答する毎に、制御 部１２は、プローブ３０を運動させて他の工作物の表面と接触させることができ る。時間切れカウンタ２０４の時間満了期間は、突起部が接触する間に経過する 期間よりも長くなるように選択される。検出操作が完了した時、制御部１２は必 要に応じて他の加工操作により前方に進むことができる。バッテリからのエネル ギは一旦カウンタ２０４が時間切れになると自動的に遮断されるため、プローブ の遮断のためこれ以上の信号を生じる必要はない。このような場合には、その出 力回線２１０は最後にハイの状態となって、トランジスタＱ１０のベース／エミ ッタ接合点の逆バイアスを生じる結果となる。このため、トランジスタＱ１０を 非導通状態に置く。このように、バッテリ８０，８２におけるドレーンのみが半 導体の漏洩電流および光検出装置の光電流となる。一般に、この電流は非常に小 さく、しばしば３００μアンベア以下であり得る。その結果、実際に予期される プローブの使用のため必要とされるまで、バッテリ電源から更に電流を要する構 成要素が切離される。これらの要素は、更に使用の際バッテリにおいてドレーン を節減するため、ＣＭＯＳ型半導体技術により作られることが望ましい。

【００４８】 限定されない事例においては、搬送波発振器２２０は水晶制御トランジスタ素 子２Ｎ２２２２により形成されるが、分周器２２２はＮａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍ ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社から入手可能なＬＭ４５２６であり、発振器２０２はＮ ａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社から入手可能な集積回路ＬＭ２ ９０３の半分から形成され、時間切れカウンタ２０４はこれもまたＮａｔｉｏｎ ａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社から入手できるＬＭ４０４０である。

【００４９】 （IV. 接触投入法) 図３に関連して前に説明された接触投入法は、III 章において記述したフラッ シュ投入法に代るものとして使用することができる。両方の手法は共に同じ共通 の目的即ちバッテリ寿命の延長という目的を有する。これら両手法のためのプロ ーブ構造および回路は著しく類似する。接触投入法のためのプローブ回路の概略 図は図１２において示されている。この回路は図１１の場合と類似し、このため 共通の構成要素の照合には同じ照合番号が使用される。

【００５０】 上記の２つの図を比較すれば、抵抗Ｒ５０およびコンデンサＣ５０のため、主 な相違は検出装置４８および関連する誘導コイルＬ１０を欠くことである。

【００５１】 この回路はまた、これがプローブ・スイッチＳ１〜Ｓ３と反転増幅器２００の 入力側に接続された節点Ｎ１との間に接続された回線２３１を含む点で異なって いる。突起部５６の基準面６０（図３）との接触の結果スイッチＳ１〜Ｓ３の１ つが開路する如き時まで、トランジスタＱ１０は非導通状態に保持される。これ は、スイッチＳ１〜Ｓ３が閉路される限り、即ちプローブ突起部が何に対しても 接触していない限り、これらスイッチが増幅器２００に対する入力を略々接地レ ベルに維持するためである。しかし、突起部５６が基準面６０と接触する時、ス イッチＳ１〜Ｓ３の１つは開路してコンデンサＣ５０に充電を開始させる。抵抗 Ｒ５０およびＲ１８、ならびにコンデンサＣ５０の値は、増幅器２００によって 反転された後にコンデンサＣ５０がトランジスタＱ１０をＯＮにするため充分な 電圧まで充電される時間を遅らせるＲＣ時定数を提供するように選択されること が望ましい。このためには、制御部１２がプローブ突起部５６をある特定の時間 、例えば約１秒間基準面６０に対して押付けることを必要とする。この手順は、 プローブの突起部に対する偶発的な衝突もしくは電気的ノイズの如き他の余計な 要因が誤ってプローブの作動を開始することのないように保証することになる。 一旦コンデンサＣ５０が充分に充電された後、トランジスタＱ１０がＯＮの状 態となり、バッテリ８０，８２からプローブ伝送要素に対する電力の供給を行な う。カウンタ２０４がリセットされ、トランジスタＱ１０を導通状態にラッチす るためその出力信号を回線２１０上に供給する。本実施例においては、プローブ の突起部５６が基準面と接触中のコンパレータ２２８のトリップ動作の故に、分 周器は最初に２つの出力周波数の内低い方を生じることになる。しかし、制御部 １２は、プローブが適正に投入されかつ工作物の検査に進む用意がある旨の指標 としてこの初期のプローブ信号を見做すように適当にプログラムすることができ る。

【００５２】 プローブ３０′が適正に作動中であるものとして、制御部１２はこの時工作物 検査工程に進み、突起部５６が工作物の表面と接触する。一旦突起部５６が基準 面６０から遠去かると、スイッチＳ１〜Ｓ３は閉路して分周器２２２をしてＬＥ Ｄ５０〜５４を他の周波数で駆動させる。突起部が工作物の表面に接触すると直 ちに、スイッチＳ１〜Ｓ３の１つが再び開路してコンパレータ２２８をトリップ する。その結果、時間切れカウンタ２０４のリセット状態をもたらす。コンパレ ータ２２８のトリップ動作はまた回線２２９上を分周器２２２に対して出力を送 ってその出力を、また従ってＬＥＤ５０〜５４の出力の周波数の変移を生じる。 この手順は、工作物検査工程が完了し、一旦タイマー２０４が時間切れとなると 、バッテリ電源が自動的にプローブの回路から遮断されるような時まで継続する 。

【００５３】 （まとめ） 以上の記述を読めば、当業者ならば本文が工作物の検査技術においていくつか の重要な改善を開示するものであることが明らかであろう。各実施態様は、その 考案思想を実施するため現在考えられる最善の方法に関連して記述した。しかし 、本考案の全般的な概念に対する代替例または変更例の全てを列挙する試みは行 なわなかった。かかる変更例即ち改善は、当業者にとっては、図面、本文および 頭書の実用新案登録請求の範囲を検討すれば明らかとなるであろう。例えば、フ ラッシュ投入法または接触投入法は本文に示したもの以外の異なる形式のプロー ブを用いて行なうことができるであることは明らかであろう。従って、本考案に ついてはその特定の事例に関して記述したが、その真の範囲は頭書の実用新案登 録請求の範囲およびその相等内容に照して計られるべきものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】自動旋盤において使用される本考案の教示内容
に従って提供される検出システムを示す使用環境図であ
る。

【図２】本考案の一実施例によるフラッシュ投入手法を
用いる検出システムを示す斜視図である。

【図３】別の実施例による接触投入手法による検出シス
テムの使用方法を示す斜視図である。

【図４】一実施例によるプローブ構造の図２の線４−４
に関する断面図である。

【図５】図４の線５−５に関する断面図である。

【図６】図４に示されたプローブの分解斜視図である。

【図７】本考案の一実施例において使用されるフラッシ
ュ／受信ヘッドの斜視図である。

【図８】図７の線８−８に関する断面図である。

【図９】図７のフラッシュ／受信ヘッドにおいて使用さ
れる回路板を示す平面図である。

【図１０】フラッシュ／受信ヘッドにおいて使用される
回路の概略図である。

【図１１】フラッシュ投入法を使用する本考案の一実施
例のプローブにおいて使用される回路の概略図である。

【図１２】接触投入法を使用するプローブにおいて使用
される回路の概略図である。

【符号の説明】

１０…旋削センター、１２…制御部、１４…工作物、１
６…回転チャック、１８…顎部、２０…ターレット、２
２〜２４…工具、２６〜２８…アダプタ、３０…プロー
ブ、３２…アダプタ、４０…フラッシュ／受信ヘッド、
４２…イインターフエース、４４，４６…回線、４８…
光検出装置、５０…ＬＥＤ、５２…ＬＥＤ、５４…ＬＥ
Ｄ、５６…突起部、６０…基準面、７０…中間ハウジン
グ部分、７２…円筒状部分、７４…ポケット、７６…後
壁面、７８…前面、８０，８２…バッテリ、８４…キャ
ップ、８６…ばね、８８…ターミナル、９０…板、９２
…導電層、９４…凹部、９６…ねじ、９８…リード線、
１００…回路板、１０２…固定具、１０４…隔離脚、１
０６…開口、１１０…傾斜面、１１２…斜面、１１４…
透明プラスチック層、１１６…赤外線フイルタ層、１１
８…Ｏリング、１２０，１２２…固定具、１２４…リン
グ、１３０…ノーズピース、１３２…おすねじ部、１３
４…内孔、１３６…Ｏリング、１４０…スイッチ装置、
１４２…鉤状の端部構造部、１４５…通路、１４６…Ｏ
リング、１５０…電線、１５２…同軸コネクタ、１６０
…矩形状の容器、１６２…開口、１６４…前面部、１６
６…回路板、１６８…キセノン閃光管、１７０…光検出
装置、１７１…ＬＥＤ、１７２…赤外線フイルタ、１７
３…ＳＣＲ、１７４…凸レンズ、１７５…トリガー電
極、１７６…透明な面板、２００…反転増幅器、２０
１，２０４…時間切れカウンタ、２０２…発振器、２０
６，２１２…インバータ、２０８…ＯＲゲート装置、２
１０…出力回線、２２０…搬送波発振器、２２２…分周
器、２２４…クリスタル、２２８…コンパレータ、２２
９，２３１…回線

Claims (6)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作物との接触状態を検出するため工作
   機械装置において使用される装置において、 工作物に接触するための突起部と、遠隔位置の受信装置
   に対して突起部の接触状態と関連する情報を無線により
   送信する回路手段と、バッテリ電源と、該バッテリ電源
   から前記回路手段に対して電力を供給して所与の光学的
   信号の受信と同時に前記回路手段の作動を可能にするよ
   う作動する検出手段とを含むプローブ手段と、 該プローブ手段から離れた位置に配置されて、予期され
   る使用に先立って前記所与の光学的信号を前記検出手段
   に送出することにより前記バッテリ電源からの電力の放
   出を最小にする第１の手段とを備え、 該第１の手段は、閃光管と、該閃光管を付勢する手段
   と、前記閃光管からの可視光を阻止する赤外線光学フィ
   ルタとを含むことにより前記閃光管の付勢でもって前記
   所与の光学的信号を赤外線の短時間で高強度の閃光の形
   態で発生し、 前記検出手段は、光に応答する電気的特性を有する光検
   出手段と、該光検出手段に結合した電気的フィルタ手段
   であって、前記検出手段をして前記閃光に応答させて前
   記バッテリ電源の電力を前記回路手段に供給させる一
   方、前記検出手段をして前記プローブ手段の領域に配置
   されうる他の光源に実質応答させない電気的フィルタ手
   段とを含むことを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記回路手段が、前記所与の信号の生成
   から、または前記工作物との突起部の接触から、予め定
   めた期間が経過した後、前記バッテリ電源からの電力の
   供給を遮断するタイマーを含むことを特徴とする請求項
   １に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記プローブ手段が更に、前記回路手段
   に接続されて、前記工作物に対する突起部の接触を表示
   する赤外線信号を送信するよう作動する光送信手段を含
   むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記第１の手段は更に、 前記閃光管と、前記プローブ手段からの信号を受け取る
   光検出器と、ハウジングの壁の開口に配置された前記赤
   外線光学フィルタとを有するハウジングを備えることを
   特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記ハウジングは更に、前記プローブ手
   段からの赤外線放射を前記光検出器に対して収束させる
   レンズを含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記回路手段は、前記バッテリ電源から
   の電力が最初に供給される時前記光送信手段を付勢する
   ため所与の周波数を生成し、かつ前記突起部が工作物と
   接触する時該周波数のシフトを生じるよう作動すること
   を特徴とする請求項５に記載の装置。