JPH08197385A - 太陽電池を備えたタッチセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】蓄放電のサイクルは実使用状況において充分な
寿命回数が得られ、２次側に充電方式を用いないで太陽
電池で発電した電力を蓄電し、必要に応じて蓄電した電
力を接触検知部と発信体とに供給できる太陽電池を備え
たタッチセンサを提供することを目的とする。 【構成】工具挿入孔に挿着可能であるタッチセンサであ
って、接触子が被測定物と接触した時信号を発生する接
触検知部11と、この接触検知部11の信号を受けて発信す
る発信体50と、これら接触検知部11と発信体50とに電力
を供給する電力供給手段53と、発信体50の信号を検出す
べく計測領域の近傍に設けられた受信体と、この受信体
の信号を処理する制御装置とを有するタッチセンサにお
いて、電力供給手段53が太陽電池49と、この太陽電池49
の電力を蓄電するコンデンサ54と、接触検知部と発信体
50とに電力を供給する際にコンデンサ54の電力を所定の
電圧に制御する定電圧制御回路55とからなることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マシニングセンタ等
工作機械（及び三次元測定機）において、工具挿入孔に
挿着して、被測定物の穴径寸法、外径寸法、溝幅寸法等
を計測したり、穴中心芯出し、外周中心芯出し、端面芯
出し等に使用する太陽電池を備えたタッチセンサに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械や三次元測定機において
使用されるタッチセンサ、特にマシニングセンタ等の工
具挿入孔に挿着して、被測定物の寸法等を計測したり、
芯出しするために使用されるタッチセンサの電源として
は、タッチセンサ内に電池を内蔵する形式のものがあっ
たが、これでは電池の寿命毎に電池を交換する手間がか
かったり、電池切れアラーム回路等も必要とするなど問
題があった。そこで本出願人は特公平２−２３３００号
公報の「工作機械の自動計測装置」を提案している。す
なわち、「工作機械の自動計測装置」は主軸挿着型の測
定用工具において、測定用工具の測定子が被測定物と接
触した時電気信号を発生する変位検出器と、この変位検
出器の信号を受けて発信する発信体と、これら変位検出
器と発信体とに電力を供給する太陽電池と、前記発信体
の信号を検出すべく前記主軸頭に設けられた受信体と、
この受信体の信号を処理する制御装置とからなるもので
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前回提案し
た「工作機械の自動計測装置」では太陽電池で発電した
電力を２次側にて充電する方式であったが、かかる充電
方式には下記のような問題点がある。 (1) 充電方式では１度充電した電力を順次消費し、再度
充電して使用するものであるが、この充電サイクルは現
在５００回程度を限度としており、半永久的に使用でき
るものではない。従って、電池の寿命毎に電池を交換す
る手間がかかったり、電池切れアラーム回路等も必要と
するなど問題点が完全に解決されたわけではなかった。 (2) 充電方式では１度充電した電力を全部消費しきらな
いで充電すると、みかけの充電容量がだんだん少なくな
ってしまうというメモリ効果が生じてしまい、常時電力
を供給する太陽電池を使用すると充電方式では充分な充
電効果を上げられなくなるという問題点が生じた。 この発明は前記のような問題点を解決するためになされ
たもので、蓄放電のサイクルは実使用状況において充分
な寿命回数が得られ、２次側に充電方式を用いないで太
陽電池で発電した電力を蓄電し、必要に応じて蓄電した
電力を接触検知部と発信体とに供給できる太陽電池を備
えたタッチセンサを提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、この発明は工具挿入孔に挿着可能であるタッチセン
サであって、接触子が被測定物と接触した時信号を発生
する接触検知部と、この接触検知部の信号を受けて発信
する発信体と、これら接触検知部と発信体とに電力を供
給する電力供給手段と、前記発信体の信号を検出すべく
計測領域の近傍に設けられた受信体と、この受信体の信
号を処理する制御装置とを有する計測手段のタッチセン
サにおいて、前記電力供給手段が太陽電池と、この太陽
電池の電力を蓄電するコンデンサと、前記接触検知部と
発信体とに電力を供給する際に前記コンデンサの電力を
所定の電圧に制御する定電圧制御回路とからなることを
特徴とする。

【０００５】

【作用】工場、部屋の照明程度の明るさで太陽電池によ
り発電した電力を、コンデンサにて順次蓄電する。蓄電
された電力は定電圧制御回路により必要な電圧に制御さ
れて接触検知部と発信体等とに供給される。蓄放電のサ
イクルは実使用状況において充分な寿命回数が得られる
ので、メンテナンスフリーとなる。

【０００６】

【実施例】この発明の太陽電池を備えたタッチセンサの
一実施例について、図面に基づき説明する。図１はこの
発明の太陽電池を備えたタッチセンサを装着した横型マ
シニングセンタの全体側面図である。ベッド１上にはテ
ーブル２が摺動可能に載置され、テーブル２上に載置さ
れた割出しテーブル３上にはワークＷが取り付けられて
いる。ベッド１と連結されたベッド４上には、コラム５
が前記テーブル２の摺動可能に載置されている。コラム
５の側面には、主軸頭６が上下方向に移動可能に担持さ
れ、主軸頭６の上面には、回転割出し可能な工具貯蔵マ
ガジン（以下、マガジンと記載）７が載置されている。
この発明で使用されるタッチセンサ１０は、通常の切削
用工具とほぼ同一外形構造を有していて、マガジン７中
に貯蔵され、必要に応じて中間搬送装置８と工具交換腕
９によって、主軸の工具挿着孔に挿着されるものであ
る。ベッド４に対するコラム５の移動位置データをフィ
ードバックするとともに、タッチセンサ１０の先端の接
触検知部１１がワークＷと接触した位置を検出するため
に、コラム５の下方後面にはデジタルスケールを構成す
るスケール部１２と対になったスライダ１３がベッド４
側に固定されている。また、コラム５の側面にはスケー
ル部１４が固定され、主軸頭６側にはデジタルスケール
を構成するスケール部１４と対になったスライダ（図示
せず）が固定されている。同様に、図示しないが、ベッ
ド１とテーブル２にもデジタルスケールのスケール部と
スライダが固定されている。主軸頭６には、主軸が軸受
によって回転可能に転承され、主軸の先端には、切削工
具及びタッチセンサ１０を受け入れるための工具挿着孔
が形成されている。この工具挿着孔近傍に設けられた工
具クランプ手段（図示せず）によりタッチセンサ１０を
主軸にクランプする。

【０００７】図２はこの発明の太陽電池を備えたタッチ
センサを示す側面図である。タッチセンサ１０は接触検
知部１１、ボデイ３８およびシャンク３９から構成され
ている。接触検知部１１はハウジング２２と接触子２１
を有する。接触子２１は等角度で放射状に延びる部材２
４を有し、接触子２１はハウジング２２に対してばね２
５により押圧され一定の位置に位置決めされる。部材２
４はそれぞれ２個の球２７により形成されるＶ字溝の両
側に係合し、部材２４の少なくとも１つがＶ字溝の側面
と接触しなくなったとき接触子２１が接触したことを検
知する。即ち、接触子２１、部材２４、球２７のＶ字溝
等で接触検知部１１を形成する。２６はばね２５を受け
る接触子２１の頂部である。このような接触検知部１１
は特開昭４９−９４３７０号公報等で公知であり、ここ
ではこれ以上の説明を行わない。

【０００８】ボデイ３８の外周には複数枚の太陽電池、
例えば１２枚の太陽電池４９が装着されている。また赤
外線発光ダイオード等からなる発信体５０が複数個、例
えば９０度間隔に４個設けられている。この太陽電池４
９、発信体５０は機能をはたすだけの数があればよく、
この数に限定されることはない。ボデイ３８にはシャン
ク３９の後端にはプルスタッド２３がねじ込まれてい
る。シャンク３９の中間部には電源スイッチ５２が突設
されている。このシャンク３９はマシニングセンタの工
具のシャンクとほぼ同一形状を有し中間搬送装置８によ
りマガジン７から主軸に交換可能となっている。

【０００９】図３はボデイ３８に内蔵された電子回路の
一例を示す。５３は電源供給手段（以下、電源回路とい
う）であり、この電源回路５３は太陽電池４９と、この
太陽電池４９の電力を蓄電するコンデンサ５４と、接触
検知部１１と発信体５０等に電力を供給する際にコンデ
ンサ５４から出力される電圧を所定の電圧に制御する定
電圧制御回路５５とから構成される。接触検知部１１は
発振部５９に接続されており、この出力は増幅部６０に
入力されている。増幅部６０の出力は前記４個の発信体
５０例えば赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）に接続さ
れ、電源回路５３は電源スイッチ５２の他方の回路を介
して発振部５９、増幅部６０及び発信体５０（以下送信
回路６１という）と接触検知部１１に電力を供給してい
る。

【００１０】主軸にタッチセンサ１０が挿着されたとき
電源スイッチ５２の一方の回路は開、その他の回路は閉
となるように構成されている。またタッチセンサ１０が
マガジン７に待機しているときには電源スイッチ５２の
一方の回路は閉、その他の回路は開となり送信回路６１
には電力は供給されない。しかしながら太陽電池４９は
工場内の照射、その他の照明により発電しておりこの実
施例では１２個の素子が直列に設けられている。各素子
の発生電圧が 0.5Ｖであるため、全体として略 0.5×12
＝ 6.0Ｖの電圧を発生している。この電圧は定電圧制御
回路５５によりコンデンサ５４に蓄電された電力を必要
な電圧に制御されている。

【００１１】図４は受信回路を有する工作機械側制御装
置のブロック図である。７０は中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）、７１はシステム制御用のＲＯＭ、７２は処理中の
データを一次記憶するＲＡＭ、７３はＮＣ加工プログラ
ムを記憶するＮＣ加工プログラムメモリ、７４はＣＲ
Ｔ、７５はキーボードである。７６はサーボモータＭを
サーボアンプ７７を介して制御する軸制御部、７６ａは
各移動軸に設けられたデジタルスケールであり、各移動
体が移動したとき所定の間隔毎にパルスを軸制御部７６
に出力し、位置のフィードバックを行う（なお、この説
明ではクローズドループでおこなっているが、セミクロ
ーズドループの工作機械でも同様である）。７８は計測
システムプログラムを記憶する計測システムプログラム
メモリ、７９はタッチセンサ１０より接触信号が送出さ
れたときの位置データより寸法データを演算するデータ
演算部、８０はタッチセンサ１０の接触子部球直径等デ
ータを含む各種パラメータデータを記憶するパラメータ
メモリである。

【００１２】８１は受信回路（以下受信装置という）で
あり、図２に示すように前記発信体５０が発光したと
き、その光を受信するホトトタンジスタ等の受信体８１
ａ、受信した信号、受信体８１ａで受信した信号のうち
所定の周波数の信号のみを通過させるフィルタ部、通過
した信号を増幅する全波整流部等を有する受信部８１ｂ
とからなる。この受信部８１ｂはマシニングセンタの加
工領域内の前記発信体５０の光信号が受信可能な位置、
例えばスプラッシュカバー９０（図１参照）の内部に取
付けられる。受信装置８１で受信された信号が、インタ
ーフェースユニット８１ｄを介してＮＣ装置側にスキッ
プ信号として入力される。

【００１３】タッチセンサ１０の接触子２３がワークＷ
の被測定面と接触した時の信号伝達について説明する。
タッチセンサ１０はマガジン７にあるときは電源スイッ
チ５２がＯＦＦ状態、すなわち、送信回路６１と電源回
路５３とが遮断された状態であり、太陽電池４９が発電
し、コンデンサ５４に蓄電している。タッチセンサ１０
が図示しない自動工具交換装置により主軸に装着される
と電源スイッチ５２がＯＮ状態、すなわち、送信回路６
１と電源回路５３とが接続された状態となる。接触子２
３が被接触物と接触して接触子２３と連結している部材
２４と球２７とが非接触の状態となると、送信回路６１
はつぎのように作動する。部材２４と球２７とが接触状
態から非接触状態になったことによる電圧変化が生じ
る。この電圧変化により生じた信号は、発振部５９によ
り所定の周波数に発振され、この発振された信号はパル
ス増幅部６０により増幅され、４ケ所の発信体（赤外線
発光ダイオード）５０を同時に発光させる。発信体５０
より発信された赤外線は空気中を伝播し、対向する位置
に配置されたホトトランジスタ等からなる受信体８１ａ
により受信される。受信体８１ａは、赤外線領域の信号
を受信するのに好適な仕様を有するものであり、発信体
５０とマッチングのとれた素子である。この光による信
号は赤外線のため目には見えないが、所定の周波数に発
振されているため、工場の照明等の外乱の影響を受ける
ことなく確実に信号伝達が非接触で行われる。受信され
た信号は、受信装置８１のフィルタ部で所定の周波数だ
けを通過させた後増幅部で増幅され、インターフェース
ユニット８１ｄを介してＮＣ装置側にスキップ信号とし
て入力される。

【００１４】次に、このタッチセンサ１０による一測定
方法を図５によって説明する。例えば、ワークＷの略中
央にタッチセンサ１０の接触子２３を移動させた後、タ
ッチセンサ１０をａ方向に移動させる。今例えば穴径が
φ８０ｍｍの場合には、ＮＣ加工プログラムには［１５
−φｄ（タッチセンサ１０の接触子球部直径）＋α（２
〜数ｍｍ）］の移動データがプログラムされている。タ
ッチセンサ１０がワークＷと接触しないでスキップ信号
がない場合にはプログラムの移動データ通り移動するは
ずであるが、タッチセンサ１０がワークＷの一方の被接
触面に接触して、タッチセンサ１０より受信装置８１に
接触信号が光送信され、スキップ信号がＮＣ装置に入力
されると、プログラムされた残りの移動量をキャンセル
する。すなわち、タッチセンサ１０の移動を停止し、次
のプログラムに移行する。このスキップ信号入力時の位
置データＸａがデジタルスケール７６ａより読み取られ
る。タッチセンサ１０をｂ方向に移動させ、他方の被接
触面に接触させ、スキップ信号入力時の位置データＸｂ
をデジタルスケール７６ａより読み取る。データ演算部
７９は、位置データＸａ，Ｘｂと、パラメータメモリ８
０に予め記憶されているタッチセンサ１０の接触子球部
直径φｄとから次の演算を行う。 φＤ＝（Ｘａ−Ｘｂ）＋φｄ なお、測定方法の説明を穴径寸法計測で行っているが、
被測定物の外径寸法、溝幅寸法等を計測したり、穴中心
芯出し、外周中心芯出し、端面芯出し等に使用する場合
も同様である。また、三次元測定機で使用されるタッチ
センサの場合も同様である。

【００１５】太陽電池４９は充分な広さの面積を持って
おり、工場内の照射、その他の照明により発電している
から測定用工具１０がマガジン７に挿着中はコンデンサ
５４に蓄電されているが、照度が不十分であれば、主軸
頭６またはマガジン７近傍に照明を設けておくと良い。
また、電源スイッチ５２は、外部より、振動、光等によ
り開始信号を受ける半導体スイッチ回路により、送信回
路６１と電源回路５３とを接触し、タイマで設定された
時間経過後、または、再度、振動、光等による終了信号
を受けて送信回路６１と電源回路５３とを遮断するもの
であってもよい。さらに、太陽電池を照射する光量が多
い場合には電源スイッチ５２はかならずしも必要ではな
い。なお、以上の説明をタッチセンサとして行っている
が、特公昭６４−８２８３号公報等のような変位測定器
（差動トランス等）の出力をＡ／Ｄ変換後、変位量をパ
ルス状に光送信するタイプの測定用工具であってもよ
い。この場合は内蔵電池に替えてこの発明の電力供給手
段が装着されることになる。また、この場合、信号は変
調（例えば、ＰＦＭ変調）されて発信体より発信され、
受信体で受信後復調（例えば、ＰＦＭ復調）されること
になる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
太陽電池とコンデンサを接続させた電源回路を有するタ
ッチセンサとしたため、蓄放電のサイクルは実使用状況
において充分な寿命回数が得られるので、メンテナンス
フリーとなるという効果を有する。また、この発明によ
れば、２次側に充電方式を用いないで太陽電池で発電し
た電力を蓄電し、必要に応じて蓄電した電力を接触検知
部と発信体とに供給できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の太陽電池を備えたタッチセンサを装
着したマシニングセンタの全体側面図である。

【図２】この発明の太陽電池を備えたタッチセンサを示
す側面図である。

【図３】この発明の電源回路および送信回路のブロック
図である。

【図４】受信回路を有する工作機械側制御装置のブロッ
ク図である。

【図５】この発明のタッチセンサによる使用方法の一つ
を示す説明図である。

【符号の説明】

６…主軸頭 １０…タッチセンサ １１…接触検知部 ４６…変位検出器 ４９…太陽電池 ５０…発信体 ５４…コンデンサ ５５…定電圧制御装置 ８１…受信体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具挿入孔に挿着可能であるタッチセン
   サであって、 接触子が被測定物と接触した時信号を発生する接触検知
   部と、この接触検知部の信号を受けて発信する発信体
   と、これら接触検知部と発信体とに電力を供給する電力
   供給手段と、前記発信体の信号を検出すべく計測領域の
   近傍に設けられた受信体と、この受信体の信号を処理す
   る制御装置とを有する計測手段のタッチセンサにおい
   て、 前記電力供給手段が太陽電池と、 この太陽電池の電力を蓄電するコンデンサと、 前記接触検知部と発信体とに電力を供給する際に前記コ
   ンデンサの電力を所定の電圧に制御する定電圧制御回路
   とからなることを特徴とする太陽電池を備えたタッチセ
   ンサ。