JPH09207049A

JPH09207049A - ディジタル化プローブ

Info

Publication number: JPH09207049A
Application number: JP8285923A
Authority: JP
Inventors: Thomas F Oakley; トマス・エフ・オークレイ
Original assignee: ESAB Group Inc
Current assignee: ESAB Group Inc
Priority date: 1995-10-10
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 1997-08-12
Anticipated expiration: 2016-10-09
Also published as: US6076953A; BR9605033A; DE19641607A1; JP2980562B2; DE19641607C2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のCNC1カッテングマシンにおいては、ほ
ぼ正方形でない端切れ加工体または内部切除部を含む端
切れ加工体を利用して、予定されたサイズと形状を有す
る複雑な被加工部品を精密に生産することは不可能でな
いにしても困難であったが、本発明はこれを容易にす
る。【解決手段】コンピュータ数値制御カッテングマシン
の直交軸線軸線に関してほぼ平坦な加工体のエッジを位
置決めしその配向を決定するディジタル化プローブであ
って、予定された固定のアレイに配置された複数の近接
センサを有するディジタル化プローブを提供することに
よって、上記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属板の縁部（エッ
ジ）を位置決めするためのディジタル化プローブおよび
その方法に関する。特定すると、本発明は、コンピュー
タ数値制御(「CNC」) カッティングマシンの直交軸線に関
してほぼ平坦な金属加工体のエッジを位置決めし（突き
止め）その配向を決定するためのディジタル化プローブ
および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】カッティングマシンは、普通、ほぼ平坦
な金属加工体から複雑な形状を有する大型の被加工部品
を正確に製作するのに使用される。製作費用および労賃
を減じつつ生産性および品質を増すようにカッティング
プロセスを自動化することが望ましい。カッティングプ
ロセスを自動化する特定の方法、すなわちカッタの数値
制御が、少なくとも1950年代後半以来カッティングマシ
ンに適用されてきた。数値制御は、数値コマンドでカッ
タの動きを制御し、予定されたサイズおよび形状を有す
る部品を製作するため、プログラム化コントローラの使
用を含む。マイクロコンピュータおよび対話型ソフトウ
ェアの利用可能性と相俟って、最新の数値制御カッティ
ングマシンは、普通コンピュータ数値制御(「CNC」) 方式
を採用している。

【０００３】カッティングプロセスを自動化するための
CNC の使用は、コントローラに、カッティングマシン直
交軸線に関して、加工体のエッジを位置決めしかつその
配向を決定させることを必要とする。加工体のエッジを
位置決めしその配向を決定するのは、普通、ディジタル
化用プローブを加工体の周囲の回りの逐次の位置に手動
的に位置付けすることによって遂行される。ディジタル
化プローブは、コントローラにディジタル化位置の直交
座標を提供し、コントローラのソフトウェアで、カッテ
ィングマシンの直交軸線に関して加工体の周囲したがっ
てフットプリント（足跡）を写すことができるようにな
される。加工体のエッジを位置決めしその配向を決定す
るには、予め定められたサイズと形状を有する特定の部
品がその加工体から製作できることを確認し、部品を加
工することから生ずるスクラップを減ずることが必要で
ある。

【０００４】従来形式のCNC カッティングマシンは、操
作者が、正方形または方形状加工体の少なくとも三つの
角部の上方にディジタル化用プローブを手動的に位置付
けることを必要とする。コントローラは、ディジタル化
情報から、加工体のフットプリントを写し、カッタが所
望の部品を製作するための最適のパスを決定する。しか
しながら従来形式のCNC カッティングマシン上における
手動的ディジタル化は、時間が掛り、加工体の周囲上の
追加の位置がディジタル化されない限りほぼ正方形また
は方形形状である加工体に限定される。したがって、ほ
ぼ正方形または方形状でない従来の加工体の未使用部分
（カッティングマシンにおいてスクラップまたは端切れ
として知られれる）は、別の部品を製作するように容易
に使用できない。

【０００５】CNC カッティングマシンの直交軸線に関し
て加工体エッジを位置決めしその配向を決定する自動化
方法としては、ラインホロワまたはライントラッキング
として技術上知られるセンサの使用が挙げられる。例え
ば、1985年５月21日付けでBlackington に発行された米
国特許第4,518,856 号は、光学的に薄いライントラッカ
センサを開示している。センサヘッドは、引かれた線、
印刷された線またはその他の方法で物質に固定された線
を有する物質シート方向に光ビームを伝達するためのソ
ース光ファイバを含む。線を囲む物質は、線に関するセ
ンサの移動を表わす電気的信号を提供するための対照を
なすエネルギ反射特性を有する。

【０００６】このようにCNC カッティングマシンの直交
軸線に関して加工体のエッジを位置決めしその配向を決
定するために、Blackington の特許に開示された光学的
な薄いライントラッキングセンサを使用することは、意
味のある問題を提起した。光学的ライントラッキングセ
ンサは、追従されつつある線と背景の物質間の光学的な
対照性に依存する。普通、CNC カッティングマシンの支
持テーブルは、金属より成り、縦方向および横方向のレ
ールより成る水平の格子を含む。したがって、加工体の
エッジと支持テーブルの間には、加工体のエッジが支持
テーブルのレールに隣接していているときでさえ、光学
的な対照性がほとんどない。加工体の周囲は、加工体の
エッジと背景間の光学的対照性を提供するために塗装さ
れることがある。しかしながら、加工体の周囲を塗装す
ることは、時間が掛かり、したがってカッティングプロ
セスを自動化することによって達成される利益を減少さ
せる。

【０００７】CNC カッティングマシンの直交軸線に関し
て加工体のエッジを位置決めしその配向を決定するため
に容量性近接センサを使用することも可能である。しか
しながら、容量を測定するラインホロワも、同様にある
意味のある問題を提起する。最も一般的な金属に対する
容量性近接スイッチの応答性は、CNC カッティングマシ
ンの直交軸線に関して加工体のエッジを正確に位置決め
しその配向を決定するに必要な精度を提供するために
は、増幅なしには不十分である。

【０００８】加工体の周囲を写すのに使用されるセンサ
の形式に拘りなく、センサからの出力は、普通ディジタ
ル電気信号かアナログ信号のいずれかである。ディジタ
ルセンサからの電気信号は、コントローラによる後続の
処理のため変換（アナログ信号からの）を必要としな
い。しかしながら、ディジタルセンサは、センサのいず
れかの部分が加工体上にあるかどうかを指示する。した
がって、ディジタルセンサからの電気信号は、「オン」
または「オフ」指示であり、センサのどの程度が加工体
上にあるかを指示しない。したがって、ディジタルセン
サはアナログセンサほど精密でなく、ディジタル化プロ
ーブは、著しいジグザグ運動で加工体の周囲を追跡す
る。予定された配列のアナログセンサから得られるのと
同じ精度と滑らかな動きを達成するためには、相当に多
くの、あるいは相当に小型のディジタルセンサを必要と
するであろう。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】したがって、CNC カッ
ティングマシンの技術に精通したものには、カッティン
グマシンの直交軸線に関してほぼ平坦な金属加工体のエ
ッジを自動的に位置決めしかつその配向を決定すること
は難しいことがわかっている。特に、CN２C カッティン
グマシンの技術に精通したものは、ほぼ正方形または方
形形状でない、あるいは内部切除部を含む端切れ加工体
を利用して、予定された寸法および形状を有する複雑な
被加工部品を正確に製作することは、不可能でないにし
ても困難であることを承知している。後述の記述から明
らかになるであろうように、本発明のディジタル化プロ
ーブおよびその方法は、これらの問題やその他の問題を
解決する。

【００１０】従来技術における上述の欠陥を考慮に入れ
て、本発明の目的は、加工体のエッジを自動的に位置決
めするための改良されたディジタル化プローブを提供す
ることである。

【００１１】本発明の特定の目的は、CNC カッティング
マシンの直交軸線に関してほぼ平坦な金属加工体のエッ
ジを自動的に位置決めしかつその配向を決定するための
改良されたディジタル化プローブおよび方法を提供する
ことである。

【００１２】本発明の他の特定の目的は、加工体のエッ
ジとCNC カッティングマシンの支持テーブル間の光学的
対照性に依存しない、加工体のエッジを位置決めするた
めのディジタル化プローブを提供することである。

【００１３】本発明の他の特定の目的は、増幅なしにた
いていの一般的な金属に応答し得るセンサを具備する、
加工体のエッジを位置決めするためのディジタル化プロ
ーブを提供することである。

【００１４】本発明の他の特定の目的は、センサのどの
程度が加工体上にあるかを指示する電気的信号を提供す
るセンサを具備する、加工体のエッジを位置決めするた
めのディジタル化プローブを提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、CNC カッティ
ングマシンの直交軸線に関してほぼ平坦な金属加工体の
エッジを位置決めしかつその配向を決定するためのディ
ジタル化プローブおよびその方法を提供する。CNC カッ
ティングマシンは、カッティングマシンの直交軸線を画
定する縦方向および横方向に横断ガントリ（構台）を移
動させるためのコントローラを備える。酸素ジェットフ
レームカッタ、レザーカッタ、または水ジェットカッタ
のような非接触カッタ、あるいはルータのような接触カ
ッタが、横断ガントリ上に設けられたカッタ支持ブラケ
ットに固定された垂直可動カッタ支持体に取り付けられ
る。好ましい具体例において、カッタは、サウスカロラ
イナ州、フローレンス所在のThe ESAB Groupにより製造
された非接触プラズマガストーチである。

【００１６】ディジタル化プローブは、好ましくは、カ
ッタ支持部ラケットに隣接して横断ガントリ上に設けら
れるディジタル化プローブ支持ブラケットに固定される
垂直に可動のディジタル化プローブ支持アームに取り付
けるのがよく、追って記述されるようにカッティングマ
シンのコントローラに電気的に接続される。CNC カッテ
ィングマシンはさらに、カッティングマシンの直交軸線
により画定される平面に平行な平面に加工体を支持する
ための水平支持テーブルを備える。したがって、カッテ
ィングマシンのコントローラは、カッタとディジタル化
プローブを、加工体頂面上の予定される高さに位置付け
ることができる。

【００１７】加工体は、好ましくはほぼ平坦な、正方形
または方形状の金属板である。しかしながら、加工体
は、非加工部品を製作するために先に使用された加工体
の未使用の部分とし得る。未使用の部分は、カッティン
グマシン技術に精通したものには、スクラップまたは端
切れ加工体として知られている。端切れ加工体の周囲
は、普通正方形または方形状でななく、内部切除部を含
むことがある。したがって、手動的に端切れ加工体のエ
ッジを位置決めしその配向を決定することは、時間が掛
かり、操作者のエラーを受け易く、カッティングプロセ
スを自動化することにより達成される利益を減ずる。

【００１８】カッティングマシンのコントローラは、好
ましくは、カッティングマシンの直交軸線を画定する縦
方向および横方向に横断ガントリを動かすために対話型
ソフトウェアを利用するマイクロコンピュータであるの
がよい。コントローラは、好ましくは、カッティングマ
シンの直交軸線に関して加工体のエッジを位置決めしか
つその配向を決定するためにラインホロワセンサから
の、典型的には電圧の形式の電気的信号を処理する手段
を備えるのがよい。コントローラは、好ましくはさら
に、加工体から予定されたサイズおよび形状を有する被
加工部品を製作するように、予めプログラムされたコマ
ンドに従ってカッタを動かすように横断ガントリに命令
するための手段を備える。好ましい具体例において、コ
ントローラは、ドイツ国セリーゲンシュタット所在のAT
AS GmbHにより製造されたANC40 VISION tracking-cont
rol である。

【００１９】ディジタル化プローブは、予定された固定
のアレイに配置された複数のアナログ誘導近接センサを
具備する。好ましくは、各センサは、加工体と相対する
感知端部すなわち基部と、CNC カッティングマシンのコ
ントローラに電気的に接続される結合端部とを有する細
長い、円筒状の誘導コイルを具備するのがよい。導電性
コンジットが、対応するセンサから電気的信号をコント
ローラに伝送するために各誘導コイルの結合端部から外
方に延び出ている。

【００２０】センサアレイは、中空の円筒状ハウジング
の中心に受容されハウジングに従来の態様で固定される
垂直に延びるステムに固定される。好ましくは、中心の
貫通開口を有する反転、カップ状カバーがハウジング上
に被せられ、そしてセンサの導電性コンジットがカバー
の開口を通ってコントローラへと延び出ている。カバー
は、好ましくは、少なくとも一つの止めねじによりハウ
ジングに固定されるのがよく、そしてカバーの下縁は、
好ましくはセンサの基部により画定される平面よりも延
び出ていて、センサが不注意に加工体の頂面と接触して
センサの基部を損傷するのを保護するようにするのがよ
い。

【００２１】カバーは、ディジタル化プローブ支持ブラ
ケットから縦方向外方に延びでる垂直に可動のディジタ
ル化プローブ支持アームに堅固に取り付けられる。かく
して、センサアレイは、カッティングマシンの直交軸線
を画定する縦方向および横方向に横断ガントリとともに
直線的に移動し得る。したがって、コントローラは、カ
ッティングマシンの直交軸線を画定する縦方向および横
方向にガントリを動かすことによって、ディジタル化プ
ローブ、したがってセンサの基部を加工体の頂面上方の
任意の位置に位置付けることができる。

【００２２】動作において、加工体（または端切れ加工
体）をCNC カッティングマシンの支持テーブル上に配置
する。横断ガントリ上に取り付けられたディジタル化プ
ローブを、加工体の周囲内のある位置にて加工体の頂面
上方に位置付ける。ついで、センサアレイを、少なくと
も一つのセンサの電気信号が予定された最大電圧を越す
まで、加工体の方向に降下させ、予定された電圧は、加
工体をディジタル化するための、加工体の頂面上のセン
サの最適の高さを表わす。

【００２３】ついで、コントローラは、少なくとも一つ
のセンサの電気信号が予定された電圧以下に落ちる迄デ
ィジタル化プローブを縦方向または横方向に動かす。こ
の予定された最小電圧は、対応するセンサの既知の部分
が加工体のエッジを通過したことを指示する。ついで、
コントローラは、センサの電気信号を連続的に監視しな
がら、ディジタル化プローブを加工体の周囲の回りに時
計方向に動かす。ディジタル化プローブは、第１のセン
サから90°のところに配置される第２のセンサの電気信
号が予定された最小電圧以下に落ちるまで、カッティン
グマシンの横または縦方向方向に動かす。第２センサの
電圧が予定された最小値以下に落ちるとき、第２センサ
の既知の部分が加工体のエッジ上を通過している。

【００２４】コントローラは、加工体の全エッジが位置
決めされてしまい、ディジタル化プローブがそのスター
ト位置に戻ってしまうまで、ディジタル化プローブを加
工体の周囲の回りに動かし続ける。ついで、コントロー
ラは、ディジタル化情報を処理し、加工体のフットプリ
ントを写し、そして予定のサイズおよび形状を有する特
定の被加工部品が加工体から製作し得るか否かを決定す
る。

【００２５】本発明のディジタル化プローブおよび方法
は、正方形または方形状でない加工体のエッジを位置決
めでき、カッティングマシンの直交軸線と整列しないエ
ッジを有する加工体の配向を決定できる。例えば、ディ
ジタル化プローブにより位置決めされる第１のエッジが
縦または横方向に垂直でないと、加工体のそのエッジを
位置決めしたセンサに直隣接するセンサの電圧は、残り
のセンサの電圧よりも低くなり、等しくない。したがっ
て、コントローラは、エッジを位置決めしたセンサに隣
接するセンサの電圧を比較することによって、カッティ
ングマシンの直交軸線に関して加工体のエッジの傾斜を
決定できる。

【００２６】ついで、コントローラは、第１センサから
90°のところに配置される第２のセンサの電気信号が予
定された最小電圧以下に落ちるまで、加工体のエッジの
傾斜にしたがって横方向および縦方向においてインクリ
メントにディジタル化プローブを加工体の周囲の回りに
時計方向に動かす。ついで、コントローラは、第２セン
サにすぐ隣接するセンサの電圧を比較することによっ
て、第２エッジの傾斜を決定する。CNC カッティングマ
シンのコントローラが加工体のフットプリントを写して
しまうと、コントローラは、センサの基部の直径の約1/
4 より大きい内部切除部に対して加工体を周囲の内側で
走査できる。コントローラはまた、予定されたサイズお
よび形状を有する一群の部品から最小量の消費量で最大
量の加工体を使って製作できる特定の部品を選択するた
めの手段を備えてよい。

【００２７】先行の記述から明らかなように、本発明の
ディジタル化プローブおよび方法は、加工体、すなわち
被加工部品を製作するのに先に使用された加工体の未使
用部分（すなわち端切れ加工体）を自動的にディジタル
化できる。カッティングマシンのコントローラは、つい
で、加工体のフットプリントを写し、予定されたサイズ
と形状を有する被加工部品が加工体すなわち端切れ加工
体から製作できるかどうかを決定する。

【００２８】

【発明の実施の形態】以上、本発明の目的および利点の
あるものを説明したが、他の目的利点は、図面と関連し
て行った以下の説明から明らかとなろう。図面１を参照
すると、この図には、横断ガントリ１０を動かすため
の、参照番号１２で略示されるコントローラを含む従来
形式のCNC カッティングマシンの特定の部品が例示され
ている。コントローラ１２は、横断ガントリ１０の動き
を自動化するための任意の手段とし得るが、好ましく
は、対話型ソフトウェアを利用して、カッティングマシ
ンの直交軸線を画定する縦Ｙ方向および横Ｙ方向と、カ
ッティングマシンの直交軸線に垂直なＺ方向に横断ガン
トリを動かすマイクロコンピュータがよい。横断ガント
リ１０は、横Ｙ軸線と整列され、従来形式の駆動手段に
より縦Ｘおよび横Ｙ方向に移動し得る。CNC カッティン
グマシンはさらに、横断ガントリ１０以下において加工
体Ｗを支持するため、カッティングマシンの直交軸線に
より画定される平面に平行な平面に支持テーブル（図示
せず）を含む。普通、支持テーブルは、金属より成り、
縦方向および横方向レールをより成る水平格子を含んで
いる。

【００２９】加工体Ｗは、普通金属より成り、ほぼ平坦
であって、縦Ｘ方向および横Ｙ方向における寸法に比し
て薄い。好ましくは、加工体Ｗは、正方形または方形が
よく、その内周内において連続であるのがよい。しかし
ながら、加工体Ｗは、カッティングマシン上で１または
複数の部品を製作するのに先に使用された加工体の未使
用部分としてよい。未使用部分は、カッティングマシン
技術に精通したものにとって、スクラップまたは端切れ
加工体として知られている。端切れ加工体は、不規則に
賦型されていることがあり、加工体の周囲の内部に孔や
切除部を含む場合がある。しかしながら、好ましくは、
加工体のエッジは、図１に示されるように実質的に直線
であり連続であるのがよい。

【００３０】横断ガントリ１０は、カッティングマシン
の横断ガントリ上にカッタ１６を取り付けるためのカッ
タ支持ブラケット１４を備える。カッタ１６は、加工体
Ｗから予定されたサイズと形状を有する部品を加工する
ための任意の工具とし得る。例えば、カッタ１６は、酸
素ジェットフレームカッタ、レーザカッタまたは水ジェ
ットカッタのような非接触カッタとし得る。カッタ１６
はまた、ルータのような接触カッタとしてもよい。カッ
タ１６は、好ましくは、図１に示されるように、サウス
カロライナ州、フローレンス所在のESAB GROUPにより製
造され、Severence Jr. に発行され本件出願人に譲渡さ
れた米国特許第5,124,525 号に開示されプラズマガスト
ーチがよい。それゆえ、この特許も参照されたい。

【００３１】カッタ支持ブラケット１４は、加工体Ｗの
頂面Ｔ上の予定された動作高さまでカッタ１６の垂直運
動を可能にするための位置付け手段１３を含む。位置付
け手段１３は、例えば、ＤＣサーボモータにより駆動さ
れるボールスクリュードライブとし得る。カッタ１６
は、カッタ支持ブラケット１４の位置付け手段１３から
外方に長手方向に延び出るカッタ支持ブラケットアーム
１５に従来態様で固定される。カッタ１６、カッタ支持
ブラケット１４、位置付け手段１３およびカッタ支持ブ
ラケットアーム１５は、カッティングマシン技術に精通
したものに周知であり、本発明の一部を構成しない。

【００３２】横断ガントリ１０はさらに、本発明に従う
と、加工体Ｗの頂面Ｔの上方に２０で総括的に示される
ディジタル化プローブを取り付けるためのディジタル化
プローブ支持ブラケット１８を備える。ディジタル化プ
ローブ支持ブラケット１８は、加工体Ｗの頂面Ｔの上方
の予定された最適高さまでディジタル化プローブ２０の
垂直運動を可能にするための位置付け手段１７を備え
る。ディジタルプローブ２０は、ディジタルプローブ支
持ブラケット１８の位置付け手段１７から外方に長手方
向に延び出る支持ブラケットアーム１９に従来態様で固
定される。

【００３３】ディジタル化プローブ２０は、図２に分解
図で示されるセンサアレイアセンブリ３０を包含してお
り、そしてこれはカッティングマシンのコントローラ１
２に電気的に接続される。センサアレイアセンブリ３０
は、複数のセンサを中央に受容するキャビティ３３を画
定する中空の円筒状ハウジング３２を含む。センサ３４
は、加工体Ｗの頂面Ｔ上にあるセンサの表面積の大きさ
に比例する電気信号を発生する任意の周知のラインホロ
ワまたはおよびライントラッカとし得る。例えば、セン
サ３４は、アナログ容量性近接センサまたはアナログオ
プティカルライン追跡センサでよい。しかしながら、好
ましくは、センサ３４は、アナログ誘導性近接センサが
よい。

【００３４】誘導性近接センサは容量性近接センサより
も好ましい。何故ならば、容量性近接センサからの電気
信号は大抵の一般的な金属に十分に応答せず、したがっ
てカッティングマシンのコントローラ１２による処理の
ため増幅されねばならないからである。誘導性近接セン
サはオプティカルライン追跡センサよりも好ましい。何
故ならば、オプティカルライン追跡センサからの電気信
号は、追従しつつあるラインまたはエッジと、背景の物
質、すなわち空気または加工体に類似の金属より成る支
持テーブルのレールとの間の光学的対照性に依存するか
らである。

【００３５】さらに、増幅前の電気信号の振幅は、追従
しつつあるラインまたはエッジの反射能に依存する。加
工体のエッジは、加工体とテーブルとの間の光学的対照
性を増すために反射性ペイントで塗装してよいが、その
ようにすることは、カッティングプロセスを自動化する
ことによって達成される利益を減ずるような余計な時間
の掛かるステップを必要とする。したがって、センサに
より発生される電気的信号が増幅を必要とせず、加工体
のエッジが光学的に反射性の物質で塗装されることを要
しないように、センサ３４はアナログ誘導近接センサで
あるのが好ましい。

【００３６】ディジタルセンサは、センサのいずれかの
部分が加工体Ｗ上にあることとを指示する電気信号を発
生するから、センサ３４はアナログセンサである。かく
して、センサは、一つのセンサのいずれかの部分が加工
体Ｗの上方にあれば「オン」であり、あるいはセンサの
いずれの部分も加工体上になければ「オフ」である。し
たがって、ディジタルセンサは、センサ直径の約1/2 に
等しい精度内で加工体Ｗのエッジの位置を決定できるに
過ぎない。

【００３７】加工体のエッジがCNC カッティングマシン
の直交軸線の一つと整列されていないと、ディジタルセ
ンサアレイは、カッティングマシンの直交軸線に関して
エッジの配向または傾斜を決定できない。したがって、
ディジタルプローブは、一連の顕著なジグ−ザグ運動で
加工体のエッジに従うことになる。ディジタル化プロー
ブ２０は一連のジグ−ザグ運動で動く。何故ならば、コ
ントローラ１２は、CNC カッティングマシンの直交軸線
に関して加工体の位置および配向を正確に決定するため
に、電気信号を隣接するセンサ間で内挿することができ
ないからである。しかしながら、アナログセンサからの
電気信号は、ディジタル化情報を処理するに先立ち、コ
ントローラ１２によりディジタル信号に変換できる。

【００３８】各センサ３４は、加工体Ｗと相対する感知
端部または基部３６と結合端部３７とを有する細長の円
筒状誘導コイル３５を含む。各センサ３４はさらに、セ
ンサ３４の基部３６のどのくらいが加工体Ｗの頂面Ｔ上
にあるかに比例する電圧より成る電気信号を伝送するた
めの絶縁電気導体３８を含む。導体３８は、センサ３４
の基部３６から、結合端部３７に設けられる開口を通っ
てCNC カッティングマシンのコントローラ１２に延びて
いる。

【００３９】センサ３４は、予定された固定のアレイに
配列され、例えばエポキシにより従来の態様で細長の垂
直ステム４０に固定される。図面に例示される具体例に
おいて、センサ３４は、ステム４０の回りに円形配列で
対称に配置される。しかしながら、センサ３４は、任意
の二つのセンサの中心間の距離がコントローラ１２によ
り決定され得る任意の予定された配列で配置してもよ
い。センサ３４とステム４０とは、それらが垂直Ｚ方向
と整列され、センサの基部３６が加工体Ｗの頂面Ｔと平
行でそれに相対するように、ハウジング３２内の中心に
受容され、従来の態様で固定される。

【００４０】貫通する中心孔４３を有する反転のカップ
状カバー４２がハウジング３２に被せられ、導体３８の
束が開口を通るようになされている。カバー４２は少な
くとも一つの止めねじ４４でハウジング３２に固定さ
れ、ディジタル化プローブ支持ブラケットアーム１９に
取り付けられており、位置付け手段１７が加工体Ｗの頂
面Ｔの上方にセンサアレイアセンブリ３０を位置付ける
ときカバーとともに垂直に移動し得るようになされてい
る。

【００４１】CNC 機械の直交軸線と整列されるエッジを
有する加工体Ｗのエッジを位置決めするディジタル化プ
ローブ２０の動作は、図３Ａに例示されている。加工体
ＷをCNC カッティングマシンの支持テーブル上に配置
し、操作者は、プローブが全体的に加工体の周囲内にあ
るように、ディジタルプローブ２０を加工体Ｗの頂面Ｔ
上に位置付ける。最初、ディジタル化プローブ２０は、
加工体Ｗの十分に上方に位置付けされるから、センサ３
４の電圧はおおむねゼロである。コントローラは、ディ
ジタル化プローブ支持ブラケット１８の位置付け手段１
７に命令して、少なくとも一つのセンサ３４が予定され
た値を越すまでディジタル化プローブ２０を降下させ
る。

【００４２】例えば、アナログ誘導近接センサ３４の電
圧範囲が０〜10ボルトであれば、少なくとも一つのセン
サの電圧が例えば８ボルトを越すまで、ディジタル化プ
ローブ２０を位置付け手段１７により降下させる。ディ
ジタル化プローブ２０が加工体Ｗの頂面Ｔ上で移動する
とき、センサ３４の電圧は、頂面Ｔ内の山や谷のような
不規則性に起因して変動する。したがって、コントロー
ラ１２は、センサ３４の電圧を連続的に監視し、ディジ
タル化処理中ディジタル化プローブを加工体Ｗ上の予定
された最適の高さに維持する。

【００４３】ディジタル化プローブ２０が加工体Ｗ上の
予定された最適高さに位置付けされると、操作者は、コ
ントローラ１２がディジタル化プローブを移動させる最
初の移動方向を選択する。図３Ａの例に対して選択され
る場合、コントローラ１２は、横断ガントリ１０（した
がってディジタル化プローブ２０）を、正の横Ｙ方向に
動かす。ディジタル化プローブが正の横Ｙ方向において
加工体Ｗを横切って移動するとき、各センサ３４の電圧
は最初おおむね８ボルトである。

【００４４】センサ３４の一つが加工体Ｗの左エッジ５
２に達してそれを通過するとき、その電圧は、加工体の
エッジを越えたセンサの表面積の大きさ（図３Ａの斜線
により表される）に比例して降下する。例えば、センサ
３４の表面積の25％が加工体Ｗのエッジを越えると、セ
ンサの電圧はおおむね６ボルトに降下する。センサの表
面積の50％が加工体のエッジを通過すると、センサの電
圧はおおむね４ボルトに降下する。

【００４５】図３Ａの例におけるセンサ＃７が加工体の
エッジに達してそれを越えると、その電圧は降下し始め
る。コントローラ１２が正の横Ｙ方向にディジタル化プ
ローブ２０を動かし続けると、センサ＃７に隣接するセ
ンサ＃６および＃８の電圧も降下し始める。図３Ａにお
ける加工体Ｗの左エッジ５２はカッティングマシンの直
交軸線の一つと整列されるから、センサ＃６および＃８
の電圧はおおむね互いに等しい状態にある。

【００４６】ディジタルプローブ２０が５０にて図３Ａ
に指示される位置に達すると、センサ＃７、＃６および
＃８の電圧は、それぞれ例えばおおむね２、６および６
ボルトとである。センサ＃６および＃８の電圧を比較す
ることによって（等しい）、コントローラ１２は、加工
体の左エッジ５２が縦Ｘ軸線に平行であることを決定す
る。したがって、コントローラ１２は、ディジタル化プ
ローブ２０を正の縦Ｘ方向で加工体Ｗの周囲の回りに時
計方向に動かす。操作者により選択される最初の移動方
向に拘りなく、コントローラ２０は、ディジタル化プロ
ーブ加工体Ｗの周囲の回りに時計方向に動かすように予
めプログラムされている。

【００４７】コントローラ１２は、ディジタル化プロー
ブ２０が正の縦Ｘ方向に移動するとき、センサ３４の電
圧を連続的に監視する。ディジタル化プローブが加工体
Ｗの上部エッジ６２に達してそれを通過するとき、セン
サ＃７から90°で配置されるセンサ＃１の電圧は、加工
体の上部エッジを越えたセンサの表面積の大きさに比例
して降下する。ディジタル化プローブ２０が６０にて図
３Ａに指示される位置に達すると、センサ＃１、＃８お
よび＃２の電圧は、それぞれ例えばおおむね２、4.5 お
よび６ボルトになる。

【００４８】センサ＃８の電圧はセンサ＃２の電圧より
低いから、コントローラ１２は、ディジタル化プローブ
２０を正の縦Ｘ方向および横Ｙ方向に小インクリメント
づつ連続して動かす。したがって、図３Ｂに例示される
ディジタル化プローブ２０のパスのトレースは、加工体
Ｗの各角部で若干のジグ−ザグを含む。センサ＃８の電
圧がセンサ＃２の電圧に近づくと、コントローラ１２
は、ディジタル化プローブ２０を負の横Ｙ方向にのみ加
工体Ｗの周囲の回りに時計方向に動かす。

【００４９】コントローラ１２は、ディジタル化プロー
ブを図３Ａの７０で指示される位置に達するまでこのよ
うに動かす。ディジタル化プローブ２０が加工体Ｗの内
側のコーナー７２に達してそれを通過すると、センサ＃
８、＃７および＃６の電圧はそれぞれおおむね８ボルト
に増加する。この条件に応答して、コントローラ１２
は、センサ＃５の電圧が例えばおおむね２ボルト、セン
サ＃６および＃４がおおむね等しくなるまで、ディジタ
ル化プローブ２０を正の横Ｙ方向および負の縦Ｘ方向に
小インクリメントづつ連続して動かす。その後、コント
ローラ１２は、ディジタル化プローブを正の横Ｙ方向で
加工体Ｗの周囲の回りに時計方向で動かす。

【００５０】ディジタル化プローブ２０が図３Ａの５０
で指示される位置に再度達すると、コントローラ１２
は、プローブを負の横Ｙ方向に動かしてそのスタート位
置に戻す。ディジタル化プロセス中、コントローラ１２
は、ディジタル化プローブ２０からディジタル化情報を
連続的に受信し、ディジタル化情報を短い有限の長さを
有する直線ベクトルに変換して、図３Ｂに例示される加
工体Ｗのフットプリントの数学的表示を発生する。コン
トローラは、加工体Ｗのフットプリントを予定のサイズ
と形状を有する被加工部品のフットプリントに比較する
ことによって、部品がディジタル化された加工体から製
造され得るか否かを決定できる。

【００５１】CNC カッティングマシンの直交軸線と整列
しないエッジを有する加工体Ｗのエッジを位置決めしか
つその配向を決定するディジタル化プローブ２０の動作
は、図４Ａに例示されている。加工体Ｗをカッティング
マシンの支持テーブル上に配置し、ディジタル化プロー
ブ２０を加工体Ｗ上に、かつ完全にその周囲内に位置付
ける。ついでプローブを、加工体の頂面Ｔ上の予定され
た最適高さに位置付け、そして操作者は、上述のように
プローブの初移動方向を選択する。

【００５２】図４Ａの例に対して選択されるように、コ
ントローラ１２は、ディジタル化プローブ２０を正の横
Ｙ方向に動かす。ディジタル化プローブ２０が正の横Ｙ
方向に動くとき、各センサ３４の電圧は最初約８ボルト
である。センサ＃７が加工体Ｗのエッジに達してそれを
越すと、その電圧は、加工体のエッジを越したセンサの
表面積の大きさに比例して降下し始める。前述のよう
に、隣接するセンサ＃６および＃８の電圧も、センサ＃
６および＃８の少なくとも一つの電圧が予定された値に
減ずるまで降下する。

【００５３】図４Ａの加工体Ｗの左エッジ８２は、カッ
ティングマシンの直交軸線の一つと整列していないか
ら、センサ＃６および＃８の電圧は等しくならない。デ
ィジタル化プローブ２０が図４Ａにおいて８０で指示さ
れる位置に達するとき、センサ＃７、＃６および＃８の
電圧は、それぞれ例えばおおむね２，６および８ボルト
である。コントローラは、センサ＃６および＃８の電圧
を比較することにより、加工体Ｗの左エッジが縦Ｘ軸線
に平行でないことを決定し、位置８０における加工体の
左エッジの傾斜を計算する。ついで、コントローラ１２
は、ディジタル化プローブ１２を、左エッジ８２の傾斜
に従って正の縦Ｘ方向および正の横Ｙ方向に小インクリ
メントづつ連続的に加工体Ｗの周囲の回りに時計方向に
動かし、センサ＃７の電圧がおおむね一定に留まるよう
にする。

【００５４】コントローラ１２は、ディジタル化プロー
ブ２０が加工体Ｗの左エッジを追って正の縦Ｘ方向およ
び正の横Ｙ方向にインクリメントに移動するとき、セン
サの電圧を連続的に監視する。ディジタル化プローブ２
０が加工体Ｗの左エッジ９２に達してそれを越えると、
センサ＃１の電圧は、加工体上部エッジを越えたセンサ
の表面積の大きさに比例して降下する。ディジタル化プ
ローブ２０が図４Ａの９０で指示される位置に達する
と、センサ＃１、＃８および＃２の電圧はそれぞれ例え
ばおおむね２、4.5 および７ボルトである。

【００５５】センサ＃８の電圧はセンサ＃２の電圧以下
であるから、コントローラ１２は、コントローラ１２に
より計算される位置９０における上部エッジ９２の傾斜
に従って、正の縦Ｘ方向および負の横Ｙ方向において小
インクリメントづつ連続して動かし、センサ＃１の電圧
がおおむね一定に留まるようにする。前述のように、セ
ンサ＃８の電圧は、加工体Ｗの左エッジ８２を越えるセ
ンサの表面積の追加の大きさにより瞬間的に作用される
から、ディジタル化プローブのパスは、加工体の各角部
に僅かなジグ−ザグ部分を含む。コントローラ１２は上
部エッジ９２の傾斜を計算し続けるから、ディジタル化
プローブ２０は、図４Ｂに例示されるディジタル化プロ
ーブ２０のパスのトレースに従って移動し続ける。

【００５６】コントローラ１２は、ディジタル化プロー
ブ２０を、図４Ａで８０で指示される位置に再度達する
まで、このように加工体の周囲の回りに時計方向に移動
し続ける。コントローラ１２はついで、ディジタル化プ
ローブを、そのスタート位置に戻るまで負の横Ｙ方向に
動かす。ディジタル化プローブ２０が加工体Ｗの周囲に
追従するとき、コントローラ１２は、ディジタル化プロ
ーブからディジタル化情報を連続的に受信する。前述の
ように、コントローラ１２は、ディジタル化情報を、図
４Ａに例示される加工体Ｗのフットプリントの数学的表
示に変換する。加工体Ｗのフットプリントを予定された
サイズおよび形状を有する被加工部品のフットプリント
と比較することにより、コントローラは、ディジタル化
された加工体から部品を製造し得るか否かを決定し得
る。

【００５７】CNC カッティングマシンの技術に精通した
ものには明らかなように、一度加工体のフットプリント
が移されてしまうと、本発明のディジタル化プローブ２
０は、内部孔および切除部について加工体Ｗの周囲内の
頂面Ｔを走査するのに使用できる。本発明のディジタル
化プローブ２０により提示される唯一の限界は、切除部
がセンサ３４の直径の約3/4 より大きくなければならな
いということである。

【００５８】このように、本発明は、CNC カッティング
マシンの直交軸線に関してほぼ平坦な金属加工体のエッ
ジを正確に位置付けかつその配向を決定するためのディ
ジタル化プローブおよびその方法を提供する。明らかな
ように、当技術に精通したものには、上に十分に記述な
いし開示されなかった特定の変更は明らかであろう。し
かしながら、本発明の例示の具体例は限定的なものでな
く、本発明はその技術思想内にある全具体例を包含する
ことが意図されるものであり、本明細書および図面に開
示される具体例は、例示として解釈されるべきものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従うディジタル化プローブを合体した
CNC カッティングマシンの特定の部品の斜視図である。

【図２】図１のディジタル化プローブのセンサアレイア
センブリの分解斜視図である。

【図３Ａ】図１のディジタル化プローブを使用して加工
体のエッジを位置決めするための本発明の方法を例示す
る概略図で、加工体のエッジがカッティングマシンの直
交軸線と整列される場合を示す図である。

【図３Ｂ】図３Ａの加工体の周囲の回りの図１のディジ
タル化プローブのパスのトレースを示す線図である。

【図４Ａ】図１のディジタル化プローブを使用して加工
体のエッジを位置決めしかつその配向を決定するための
本発明の方法を例示する概略図で、加工体のエッジがカ
ッティングマシンの直交軸線と整列されない場合を示す
図である。

【図４Ｂ】図４Ａの加工体の周囲の回りの図１のディジ
タル化プローブのパスのトレースを示す線図である。

【符号の説明】

１０：横断ガントリ１２：コントローラ１３：位置付け手段１４：カッタ支持ブラケット１５：カッタ支持ブラケットアーム１６：カッタ１７：位置付け手段１８：ディジタル化プローブ支持ブラケット１９：支持ブラケットアーム２０：ディジタル化プローブ３０：センサアレイアセンブリ３２：中空円筒状ハウジング３３：キャビティ３４：センサＷ：加工体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンピュータ数値制御カッティングマシ
ンの直交軸線に関してほぼ平坦な加工体のエッジを決定
しその配向を決定するためのディジタル化プローブであ
って、予定された固定のアレイに配置された複数の近接
センサを含むことを特徴とするディジタル化プローブ。
【請求項２】前記近接センサが対称的な円形配置に排
列される請求項１記載のディジタル化プローブ。
【請求項３】前記プローブが少なくとも４つの前記近
接センサより成る請求項２記載のディジタル化プロー
ブ。
【請求項４】前記センサの各々が、感知端部と、加工
体に重なる感知端部の表面積の大きさに比例した電気信
号を発生するための回路とを具備する請求項３記載のデ
ィジタル化プローブ。
【請求項５】前記各センサがアナログ誘導近接センサ
より成る請求項４記載のディジタル化プローブ。
【請求項６】前記複数のセンサを前記対称の円形配置
で固定するための細長の垂直に延びるステムと、前記ステムと前記複数のセンサを受容するためのキャビ
ティを有する中空センサハウジングと、該中空センサハウジングの外表面に固定されかつカッテ
ィングマシンの直交軸線に垂直な軸線を画定する中心開
口を有し、該中心開口が前記センサに接続される導電線
を前記カバー中を通過させるように寸法設定されてい
る、反転カップ状カバーとを備える請求項４記載のディ
ジタル化プローブ。
【請求項７】ほぼ平坦な加工体から金属部品をカッテ
ィングするコンピュータ数値制御カッティングマシンで
あって、直交軸線を画定する縦および横方向に運動する
ように適合されたものにおいて、カッティングマシンに取り付けられて、加工体から金属
部品を切断するためのカッタと、加工体を該カッタの下方に水平に支持するための支持テ
ーブルと、カッティングマシンに取り付けられていて、該カッティ
ングマシンの直交軸線に関して加工体のエッジを決定し
かつその配向を決定するためのディジタル化プローブ
と、前記カッタおよび前記ディジタル化プローブに電気的に
接続されるコントローラと、該コントローラに電気的に接続されていて、前記カッタ
および前記ディジタル化プローブを縦および横方向に動
かすための手段とを備え、前記ディジタル化プローブ
が、対称の円形配置に排列された複数の近接センサであ
って、加工体と相対する感知端部と、前記コントローラ
に電気的に接続される結合端部とを各々有する複数の近
接センサを具備することを特徴とするコンピュータ数値
制御カッティングマシン。
【請求項８】前記ディジタル化プローブが少なくとも
４つの前記近接スイッチを具備し、該近接スイッチの各
々が、加工体に重なる感知端部の表面積の大きさに比例
する電気信号を発生するための回路を具備する請求項７
記載のカッティングマシン。
【請求項９】前記近接センサの各々がアナログ誘導近
接センサより成る請求項８記載のカッティングマシン。
【請求項１０】前記カッタおよび前記ディジタル化プ
ローブを縦および横方向に動かすための前記手段が、前
記カッタおよび前記ディジタル化プローブを垂直方向に
選択的に動かすための手段を備える請求項８記載のカッ
ティングマシン。