JPS6042611A - 接触検出装置を用いた寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、接触検出装置を用いた寸法測定装置特にサー
ボモータによって移動さ治、る可動ヘッドに取付けられ
た接触検出用の測定子およびこの測定子が被測定物に接
触したことを検出する接触検出装置を備えた寸法測定装
置に関するものである。

〈従来技術〉 自動計測機能を備えた数値制御工作機械においては、工
作機械のスピンドルに接触検出用の測定子を挿着し、こ
の測定子を一対の測定点に接触させて、この一対の測定
点間での主軸ヘソｌ”の相対移動量によって両側定点間
の距離を測定する機能があり、この機能を利用して穴径
測定等を行うようにしている。しかしながら、従来にお
いては数値制御装置からサーボモータを駆動するドライ
ブユニットへ分配されるパルス数を計数することによっ
て主軸ヘッドの移動量を検出するようにしていたため、
ドライブユニット内の偏差カウンタにたまっている定常
偏差に応じたたまりパルスの数の分だけ、計測された移
動量と実際の移動量との間にずれが生じ、接触検出動作
時における送り速度を非常に遅くしないと正確な測定が
行えず、寸法測定に極めて長い時間がかかる問題があっ
た。

このため、従来においては、特開昭５５−４８５０号に
示されているように、測定子を高速状態で接触させた後
で測定子が離れるまで主軸ヘッド測動作時間の短縮を計
っていたが、このものでも、主軸ヘラｌ゛の戻しおよび
主軸ヘッドの微速度送りが必要となるため、１測時間の
短縮には限界があった。

〈発明の目的〉 そこで本発明は、主軸ヘッドの移動速度を微速送り状態
に切替えることなしに測定子が被測定物に接触した位置
を正確に検出できるようにして、一対の測定点間の寸法
を正確にかつ短時間で測定できるようにすることを目的
とするものである。

〈発明の構成〉 第１図は本発明を明示するための全体構成図で□　ある
。測定子ＴＳは、号−ボモータ１４によって穴Ｈの直径
方向へ移動可能となっているとともに、測定子ＴＳが穴
に接触したことを検出する接触検出回路３が設けられて
いる。測定子移動手段４はサーボモータ１４を作動させ
ることにより、測定子ＴＳを穴Ｈの一方の側に接触させ
た後で、穴Ｈの中心を挾んでこれと対向する側に接触す
るまで移動させ、この過程において、測定子ＴＳが一方
の側の壁面に対して接触もしくは離間したことに応答し
て制御回路６はカウンタ６０を有効に作動させて変位検
出手段１４ａから出力されるパルスを計数し、測定子Ｔ
Ｓの実移動量を検出する。そして、測定子ＴＳが反対側
の壁面に対して接触もしくは離間したことが接触検出回
路３の出力に基づき制御回路６により検出されると、こ
れに応答してカウンタ６０の計数動作が停止されるとと
もに、その計数値がラッチ手段６１にラッチされ、この
ランチ手段６１の出力が測定した寸法値として穴径の精
度測定等に利用される。

〈実施例〉 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、ＩＯは機械本体ｌのベッドで、このベ
ッド１０′上には、工作物Ｗを載置するテーブル１１が
紙面と垂直な方向（Ｘ軸方向）に移動可能に案内され、
また主軸１ｆＪ１１２を上下方向（Ｙ軸方向）に移動可
能に案内するコラム１３が左右方向（Ｘ軸方向）に移動
可能に案内されている。

そして、テーブル１１はベッド１０に固着されたサーボ
モータ１４によってＸ軸方向に移動され、主軸頭１２は
、ベッドｌＯの後端部に取付けられたサーボモータ１５
と、コラム１３の上部に取付けられたサーボモータ１６
とによってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動されるように
なっている。

これらのサーボモータ１４〜１６はドライブユニット５
を介して数値制御装置２に接続され、数値制御装置２か
ら出力される分配パルスによって５一 回転駆動されるようになっており、また、これらのサー
ボモータ１４〜１６には変位量検出器１４ａ〜１６ａが
それぞれ取付けられており、パルス化回路１４ｂ〜１６
ｂは、変位量検出器１４ａ〜１６ａの出力に基づき、各
軸方向の移動量に応じた帰還パルスを出力するようにな
っている。そして、変位量検出器１．４ａ〜１６ａから
出力される帰還パルスはドライブユニット５に供給され
るとともに、Ｘ軸に関しては、その出力が後述する移動
量検出回路６にも供給されるようになっている。

１７は主軸頭１２に軸架され主軸モータ１８によって回
転駆動されるスピンドルで、穴径精度判定を行う場合に
は図に示す測定子ＴＳが挿着される。主軸頭１２の先端
外周部には、抵抗Ｒを介して交流電源１９に接続されト
ロイダル状に巻装それた接触検出用のコイル２０が配設
されており、測定子ＴＳの先端外周面が工作物Ｗに接触
すると、第１図に破線で示す誘導電流路を介して誘導電
流が流れて、コイル２０に流れる励磁電流が増大し、抵
抗Ｒの両端に発生する電圧が増加する。接触検６− 出回路３はこの抵抗Ｒ１１Ｉｖ端に発生する電圧信号の
増加によって工作物Ｗと測定子ＴＳが接触したことを検
出するもので、接触が検出されると接触検出信号ＴｎＳ
を送出する。

数値制御装置２は、公知の数値制御装置で、紙テープ２
１にプログラムされているデータの内、ＭコードとＢコ
ードのデータを出力するデータ出力端子と、外部からの
手動動作指令を受けいれるための手動操作端子とが設け
られている。Ｍコードの中には穴径精度の判定に用いら
れるＮ９０のコードが含まれており、このＮ９０のコー
ドデータはＢコードのデータとともに穴径精度判定装置
４に与えられるようになっている。

穴径精度判定装置４はマイクロコンピュータ等の演算処
理装置によって構成され、Ｎ９０のコードデータが与え
られると、第４図（ａ）、　（ｂｌにフローチャートで
示すプログラムに基づいて数値制御装置２を手動モード
に切換えた後、手動操作端子に軸指定用のデータと正負
のパルス分配指令を送出して数値制御装置２から各軸へ
パルス分配を甘しめ、これによって穴径精度判定のため
の送り制御を行うようになっている。なお、Ｂコードの
データが与えられた場合には、Ｂコードとともにプログ
ラムされている基準値Ｓおよび上下限の許容偏差範囲を
表すデータＵＬ、ＬＬを所定の記憶エリアに記憶するよ
うになっている。

また、移動量検出回路６は、穴径精度判定装置４の指令
によってテーブル１１が実際に移動した移動量を検出す
るもので、第３図に示されるように、アップ・ダウン形
のカウンタ６０、ラッチ回路６１、接触検出信号ＴＤＳ
の立上りと立下りをそれぞれ検出する立上り検出回路６
２および立下り検出回路６３、これらの立上り検出回路
６２および立下り検出回路６３の出力と同期してカウン
タ６０、ラッチ回路６１を作動させるフリップフロップ
ＦＦＩ、ＦＦ２．ＦＦ３、ゲートＧｌ、　Ｇ２、Ｇ３．
ＯＧおよびワンショット回路６５から構成されている。

フリップフロップＦＦＩ〜ＦＦ３は穴径精度判定装置４
からの指令によってその状態が制御されるようになって
おり、穴径精度判定動作の開始前に、これらのフリップ
フロップＦＦＩ〜ＦＦ３はす七ソ１−される。

穴径精度判定装置４からの指令によりフリップフロップ
ＦＦＩがセットされ、ゲートＧ３が開かれると、立下り
検出回路６３がら信号が出力された時点でフリップフロ
ップＦＦ３がセットされて、ゲートＧ１．Ｇ２が開かれ
、帰還パルスがカウンタ６０によって計数されるように
なる。また、この後、穴径精度判定装置４からの指令に
よりフリップフロップＦＦ２がセットされてゲートＧ４
が開かれると、立上り検出回路６２から信号が出力され
た時点でフリップフロップＦＦ３がリセットされて、ゲ
ートＧｌ、Ｇ２が閉じられ、カウンタ６０による帰還パ
ルスの計数が停止される。

そして、この後、ゲートＧ４の出力に応答して一定時間
後にワンショット回路６５から信号が出力されると、ラ
ッチ回路６１はカウンタ６０の計数値をラッチして穴径
精度判定装置４に出力するようになっている。

９− 次に上記構成から成る装置の動作について説明する。第
５図は穴径測定行う場合の数値制御プログラムの一例を
示すもので、測定子ＴＳを工作物Ｗの被測定穴の略中心
位置に挿入するプログラムに引続き、ブロックＮ５０〜
Ｎ５２には、基準値Ｓおよび上下限の許容偏差範囲ＵＬ
、ＬＬを表すデータがそれぞれＢＯ，Ｂｌ、Ｂ２のコー
ドとともにプログラムされており、これに続くブロック
Ｎ５３には、穴径測定を指令するＮ９０がプログラムさ
れている。

ブロックＮ５Ｏ−Ｎ５２のＢコードデータが数値制御装
置２によって読込まれると、これらのデータは穴径精度
判定装置４に順次供給され、穴径精度判定装置４はこれ
に応答してＢコードとともにプログラムされている基準
値と許容偏差範囲のデータをメモリ内に記憶する。

一方、この後、ブロックＮ５３のＮ９０のデータが数値
制御装置２にて読込まれ、これが穴径精度判定装置４に
供給されると、穴径精度判定装置４は第４図（ａｌ、　
（ｂｌに示す穴径測定用のプログラム＝１０− を実行する。

まず、ステップ（７０）において、移動量検出回路６に
対してリセット信号を送出して移動量検出回路６内６内
のフリップフロップＦＦＩ〜ＦＦ３およびカウンタ６０
をリセット信号た後、ステップ（７１）で数値制御装置
２を手動運転モードに切換え、ステップ（７２）〜（７
４）において、接触検出回路３から接触検出信号ＴＤＳ
が出力されるまで、負パルスの分配を指令する負の分配
指令パルスを数値制御装置２にり、えてＸ軸に負パルス
を分配し、測定子ＴＳをＸ軸一方向に相対移動させる。

なお、この時のパルス分配速度は、測定子ＴＳが穴Ｔ（
の壁面に接触した時点でパルス分配を停止にしてから測
定子ＴＳの相対移動が停止するまでに、測定子ＴＳに対
して許容された以上の変形が生じない中程度の速度であ
る。

そして、第６図に示されるように測定子ＴＳが穴ｔｌの
壁面に接触するＰｌまで移動して、第７図（ｂｌに示さ
れるように接触検出回路３から接触検出信号ＴＤＳが出
力されると、これがステップ（７３〉で判定され、ステ
ップ（７３）から（７５）へ移行して送りパルスの送出
を停止１−シ、ドライブユニット５内に設けられている
偏差カウンタ内のたまりに応じた惰性送りが行われて、
測定子ＴＳの相対送りが停止されるまで待機する（第６
図Ｐ２）。

この後、ステップ（７６）にて移動量検出回路６のフリ
ップフロップＦＦ１をセットした後、ステップ（７７）
〜（７９）において、前述の場合と同様にして接触検出
回路３から接触検出信号ＴＤＳが送出されなくなるまで
測定子ＴＳをＸ軸」一方向へ相対移動させる。

この過程において、測定子ＴＳの弾性変形がなくなり、
測定子ＴＳが被測定穴の壁面から離れると（第６図Ｐ３
）、接触検出回路３から接触検出信号ＴＤＳが出力され
なくなるため、これに応答して第７図ｔｅｌに示すよう
に立下り検出回路６３から信号が出力される。この時フ
リップフロップＦＦ１はセットされてゲートＧ３が開か
れているため、この立下り検出回路６３からの信号がゲ
ートＧ３を介してフリップフロップＦＦ３のセット端子
にり−えられ、第７図（ｅｌに示されるようにフリップ
フロップＦＦ３をセソトシて、ゲートＧｌ、Ｇ２を開く
、これにより、パルス化回路１４ｂから出力される帰還
パルスの数がカウンタ６０によって計数されるようにな
り、測定子ＴＳが被測定穴の壁面から離れた瞬間からの
測定子ＴＳの相対移動けが検出される。

そして、測定子ＴＳが被測定穴の壁面から離れたことが
検出されるとステップ（８０）において、移動量検出回
路６のフリップフロップＦＦ２をセットした後、ステッ
プ（８１）からステップ（８３）によって、接触検出回
路３から再び接触検出信号ＴＩ）Ｓが送出されるまで前
記した中程度の速度で測定子ＴＳをＸ軸子方向へ移動さ
せる処理を行い、測定子ＴＳがＰ４に達して接触検出回
路３から接触検出信号ＴＤＳが送出されたことが検出さ
れるとステップ（８２）から（８４）へ移行して送りを
停止するとともに移動量検出回路６からｉ１数完了信号
ＣＦＳが送出されるまで待機し、こ一１３− の後、ステップ（８５）において移動量検出回路６内の
ラッチ回路６１の出力値を読込む。

フリップフロップＦＦ２がセットされ、ゲートＧ４が開
かれているため、測定子ＴＳが反対側の壁面に接触して
、接触検出回路３から接触検出信号ＴＤＳが出力され、
これに応答して立上り検出回路６２から信号が出力され
ると、第７図（Ｃ１，Ｔｅｌに示されるようにこの時点
でフリップフロップＦＦ３のリセット信号に信号が与え
られ、フリップフロップＦＦ３がリセットされる。これ
により、ゲートＧｌ、Ｇ２が閉じられ、カウンタ６０に
よる帰還パルスの計数は停止される。さらに、この後、
一定時間が経過すると、ワンショット回路６５からラン
チ信号が出力されて、カウンタ６０の計数値がランチ回
路６１にラッチされる。これにより、ランチ回路６１か
らは、測定子ＴＳが被測定穴の一方の壁面を避れてから
反対側の壁面に接触するまでの測定子ＴＳの相対移動量
に応じた帰還パルスの累積値が出力される。また、これ
と同時に計数完了信号ＣＦＳが穴径精度判定装置４に１
４− 送出されるため、これに応答し、穴径精度判定装置４は
前述のステップ（８５）においてこの出力値りを読込む
。

さらに、穴径精度判定装置４は、これに引続くステップ
（８６）において、出力値りの半分に応じた数の一パル
スをＸ軸に分配して、測定子ＴＳを被測定穴の略中心位
置に戻し、この後、ステップ（８７）において、ランチ
回路６１の出力値りが表す寸法値に測定子ＴＳの直径値
ｄを加えた値をＢコードにより入力された基準値Ｓと比
較し、基準値Ｓに対して許容範囲を越える誤差があるか
否かを判定する。そして、許容範囲を越える誤差がある
と判定した場合には、ステップ（８８）で寸法界雷の表
示を行った後、図略のメインルーチンへ復帰し、許容範
囲を越える誤差がないと判定した場合には、ステップ（
８９）で数値制御装置２をテープ運転モードに切換え、
ＭＦＴＮの信号をステップ（９０）にて送出して引き続
く数値制御を再開させる。

上記した穴径測定の処理において、測定子ＴＳが一方の
壁面を離れてから他方の壁面に到達するまでの移動量は
、数値制御装置２を介してドライブユニ・）ト５に送出
したパルスの数を数えるのではなく、テーブル１１の実
際の移動量を正確に表す帰還パルスの数を、ハードウェ
アのカウンタ６０によって検出するようにしているため
、機械系の応答遅れに起因してドライブユニット５内の
偏差カウンタに指令パルスのたまりがあっても、測定子
ＴＳの相対移動量を正確に測定でき、測定子ＴＳの相対
移動速度をそれ程遅くしなくても、穴径を高精度に検出
できることになる。

なお、上記実施例においては、測定子ＴＳが壁面から離
れた時点から帰還パルスの計数を開始し、測定子ＴＳが
反対側の壁面に接触した時点で帰還パルスの計数を停止
するようにしていが、上記実施例のようにカウンタがア
ップ・ダウン式のカウンタで正、負の帰還パルスにより
その内容を加減算するようにした場合には測定子ＴＳが
一方の壁面に接触した時点から帰還パルスの計数を開始
するようにしてもよく、また、帰還パルスの計数の停止
トは、反対側の壁面から離れる時点にしてもよく、いず
れの場合も上記実施例と同じ測定結果が得られる。

また、−上記実施例においてはラッチ６１を設けていた
が、測定子ＴＳが壁面に接触した時点で０１、Ｇ２を閉
じてカウンタ６０の計数動作を停止するようにしている
ので、ラッチ回路６１を設けずに、穴径精度判定装置４
がカウンタ６０の出力を直接読込むようにしてもよい。

この場合は穴径精度判定装置４がカウンタ６０の出力値
を一時記憶するランチ手段として作動する。

さらに、上記実施例においては測定子ＴＳの移動速度を
測定子ＴＳが穴Ｈの壁面に接触してから停止するまでの
間に生じる測定子ＴＳの弾性変形が許容以下となるよう
な一定速度以下にしていたが、第６図に２点鎖線で示さ
れるように、測定子ＴＳが穴ＩＩの壁面に当接する直前
まで高速で移動させるようにしてもよい。

また、上記実施例は本発明を穴径測定に適用したもので
あったが、本発明は、溝の幅測定、芯出１７− し動作の過程において行われる穴径測定にも適用できる
ものである。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明においては、測定子の現実の移
動量を検出する変位検出器から送出されるパルスを計数
するハードウェアカウンタを設けるとともに、最初の接
触時もしくは離間時にカウンタの計数を開始させ２回目
の接触時もしくは離間時においてカウンタの計数動作を
停止させて、この時点での計数値により寸法を検出する
ようにしたので、サーボ回路の遅れ等の影響を受けるこ
となしに穴径等を高精度に検出でき、寸法測定時におけ
る送り速度を早くしても高精度な測定が行なえる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を明示するための全体構成図、第２図〜
第７図は本発明の実施例を示すもので、第２図は接触検
出子を装着した工作機械の概略側面図に制御回路を併記
した図、第３図は第２図における移動量検出回路６の詳
細な回路を示すプロ１８− ツク図、第４図（ａｌ、　（ｂ）は第２図における穴径
精度判定装置４の動作を示すフローチャート、第５図は
数値制御プログラムの一例を示す図、第６図は測定子Ｔ
Ｓの移動経路を示す図、第７図は測定子ＴＳの移動速度
の変化および第３図に示す移動量検出回路の各部の動作
信号を示すタイムチャートである。 ２・・・数値制御装置、３・・・接触検出回路、４・・
・穴径精度判定装置、６・・・移動量検出回路、１４〜
１６・・・サーボモータ、１４ａ〜１６ａ・・・変位量
検出器、１４ｂ〜１６ｂ・・・パルス化回路、１７・・
・スピンドル、２０・・・コイル、６０・・・カウンタ
、６１・・・ラッチ回路、６２・・・立上り検出回路、
６３・・・立下り検出回路、ＦＦＩ〜ＦＦ３・・・フリ
ップフロップ、６１〜Ｇ４・・・ゲート、ＴＳ・・・測
定子、Ｗ・・・工作物。 特許出願人 豊田工機株式会社 １９− 第４図（ｂ） 第４図（ａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１，１サーボモータによって相対移動される可動ヘッ
   ドに取付けられた接触検出用の測定子およびこの測定子
   が被測定物に接触したことを検出する接触検出装置を備
   え、被測定物に形成された穴の直径等を測定する寸法測
   定装置において、測定子を一対の測定点の内の一方に接
   触させ、この後他方の測定点に接触するまで前記可動ヘ
   ッドを相対移動させる測定子移動手段と、前記可動ヘッ
   ドの相対移動を検出して可動ヘッドが一定量相対移動す
   る度にパルスを出力する変位検出器と、この変位検出器
   から出力されるパルスを計数するハードウェアカウンタ
   と、前記カウンタの出力を読込み一時記憶するラッチ手
   段と、前記測定子の最初の接触もしくは離間に応答して
   前記カウンタを初期リセットし、前記測定子の２回目の
   接触もしくは離間に応答して前記ランチ手段を作動させ
   る制御回路とを設け、前記ラッチ手段の出力により前記
   一対の測定点間の寸法を検出するようにしたことを特徴
   とする接触検出装置を用いた寸法測定装置。