JPS6161740A - 工作機械における工具の工作物に向かつての送りを制御する方法及び装置 - 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、工具及び工作物が種々の工作段階で相互に関
連して移動する工作機械に関する。特に、本発明は工作
物に向かっての工具の送りを制御する方法及び装置に関
する。

〔概要〕

本発明は工作機械に関し、特に工作物に向かっての工具
の送りを制御する方法及び装置に関する。

本発明による制御装置は、一方が送信器、他方が受信器
として作動する２個の音響変換器を備えている。工具及
び工作物が互いに接近するときに（この接近は２個の要
素が接舷する迄続り）、一方から他方へ伝達される音響
エネルギが検出され、接近速度の減少を制御するために
使用される。音響エネルギは、変調された又は他の方法
で特徴づけられた所定の周波数で伝達される。

本発明は、工具及び工作物が所定の動きを行う全ての工
作機械に適用され得る。

〔従来技術、および発明が解決しようとする問題点〕

概して、工作機械における工具の工作物に向かっての接
近は、機械のむだ時間を最大限減らすために、比較的高
速で行われる。しかしながら、工具が工作物と接触状態
になるときには、工作物の破損は勿論のこと、工具自身
の破損をも避けるために、そのような速い接近速度を急
速に引き下げることが望ましい。

長い間、特に研削盤又は型直し盤、において、グライン
ダが工作物に接触するときに発生する音響放射を検出す
るように意図されている、好適にはピエゾ−電気型の音
響変換器を具備する装置を使用することが知られて来た
。そして、得られた信号は増幅され、その後、接近する
期間に使用される比較的速い速度を、もし必要であれば
零に、減少させるために使用される。そのような装置は
、スイス国特許第３１６．８７を号、第５８５，６０９
号及びフランス国特許第Ｌ３７１，３９４号及び１．５
６２，７９９号に具体的に記載されている。

同時に、これらの既知の装置は、工具が工作物と接触す
る状態になるときに工具によって発生される音響が、機
械によって作られる寄生的な雑音、例えばベアリング、
歯車、空気圧又は油圧駆動手段等の雑音と、強度及び周
波数においてほとんど区別されていないので、装置の満
足な運転が常には保証されていないということにおいて
問題点を有していた。

本発明の目的は、前述した問題点を除去した、工作ｉ械
における工具の送りを制御する方法及び装置を提供する
ことにある。

以下余白 〔問題点を解決するための手段〕 従って、本発明は、工作物に向かっての工具の接近する
期間で所定の距離以下になったとき、工作物に向かって
の工具の送りを表す音響信号を検出することを含む方法
を提供すること、及び前記工具の送りを表す音響信号の
出現時に工具の接近速度を、もし必要であれば零に減少
させることを先ず初めに目的として有しており、この方
法は、工作物及び工具によって構成される要素の内の第
１のものが音響的な励振を受けること、及び、検出され
る音響信号が第１の要素から暗２の要素へ伝達される音
響エネルギによって前記要素の内の第２の要素に生ずる
音響信号であるということにオイて特徴づけられている
。

本発明による方法では一方の要素から他方の要素へ伝達
される、意図的に発生させられる音響信号が使用されて
いるが、所定の距離以下における工作物に向かっての工
具の接近の検出は、機械の運転によって発生する音響の
強度にも周波数にも依存していない。従って、不方法は
研削盤又は型直し盤のみならず、更にのこぎり盤、フラ
イス盤、中ぐり盤、旋盤等の、材料の研削によって発生
する音響が寄生的な雑音からやつと区別可能な他の工作
機械にも適用することができる。

ある糧の工作機械では、接近段階においてでも、工具と
工作物との間の間隙に吹きかけられる冷却用液体が使用
される。この場合、工作物と工具との間に形成される液
体の膜の媒体を介して音響エネルギが既に伝達されてい
るので、工具が工作物と接触状態になる以前に音響信号
は検出されるのに十分な強さになっているという点にお
いて、本発明は和尚な利点を有している。従って、その
ような早期の検出のおかげで、人はなお一層速い接近速
度を使用できる。更に、ある距離以下における工作物に
向かっての工具の接近の早期の検出は、例えば工作物が
しっかりと装着されていないとき、工作物と工具との衝
突により起こり得る破損を回避又は減することにおいて
特に有段であるということは明白である。

更に本発明は、本発明による方法の実行を可能にする制
御装置を目的として有している。

〔実施例〕

第１図に、研削／型直し盤の支持枠１が示されている。

この枠は、駆動モータ３の手段を介して、矢印Ｆの方向
に、枠に沿って移動可能な第１の運び台２を支持する。

運び台２は、水平軸の回りを回転するグラインダ５が装
着されている工具支持台４を含んでいる。

支持枠１は、方向Ｆと直角の方向に移動可能な第２の運
び台６を同様に支持し、そして、この運び台は、工作物
８用の支持台７を含んでいる。支持台４及び７は変換器
９及び１ｏを備えており、それらの一方は送信器であり
、他方は受信器である。これらは、組み合わされた支持
台への適用、即ちそのような支持台における、振動の形
をとった音響エネルギの検出が可能な振動変換器である
。

ドイツ連邦共和国ハイデルベルクー二ッペルハイム６９
０１番地所在ツエンデフ　コ（ＦＪＮＤＥＶｃｏ）社製
テ型番２１３　Ｅのピエゾ−電気変換器が好適である。

ここでは送信側の変換器である変換器９け、その作動に
必要な電気エネルギを供給する電子的な発生器１１に接
続されている。受信器として使用される変換器１０は増
幅器１２に接続され、この増幅器の出力は第１の電子的
なスイッチ１４を制御する検出器回路１３に接続され、
第１の電子的なスイッチ１４Ｖｉ、モータ３の制御を確
実にし、特にそのようなモータの速度を減速させること
が可能な制御回路１５に接続されている。

本発明の固有な特徴に従って、検出器回路１３の出力は
、警報回路１７に接続される第２の電子的なスイッチ１
６に接続され、警報回路１７ば、電子的なスイッチ１６
が作動したとき、警報信号を発生したシ、機械の運転を
停止したりする。最後に、電子的な発生器１１は接続線
１８を介して検出器回路に接続されており、そのような
検出器に向けられる基準信号は接続線１８を介して送ら
れる。

上述した制御装置の作用は頃下の通シである。

電子的々発生器１１は、グラインダ５の支持台４に固設
されている変換器９にエネルギを与える・変換器９によ
って放射される音響的な振動は、グラインダ５と工作物
８とが接触しているとき、又はこれらの２個の要素の間
に他の伝達媒体（例えば冷却用液体）が在存するとき、
支持台４を介してグラインダ５に、そしてそこから工作
物８に伝達される。従って、工作物８に伝達されたエネ
ルギは増幅器１２に向けられる電気信号を発生する変換
器１０によって検出され、増幅器１２はこの信号を増幅
し、検出器回路１３に伝送する。

電子的な発生器１１によって供給される信号は種々のタ
イプがある。

従って、そのような信号は所定の周波数の規則的な交流
電圧から成っていてもよい。この場合、検出器回路１３
は単純な整流器で作られ、そして、この整流器からの直
流出方電圧が所定゛のレベルを超えるとき、電子的なス
イッチ１４は、制御回路１５を介して、モータ３の回転
速度が引き下げられるか、又はモータが停止させられる
ように駆動される。この場合、増幅器１２はもちろん変
換器１０も、例えば変換器１０に共鳴回路を備えること
及び／又は増幅器１２に／Ｊンド−パスフィルタを使用
することにより、発生器１１の周波数に同調させられて
いると都合がよい。

更に、電子的な発生器１１によって作られる信号は、例
えば振幅、周波数、位相において、又はパルス符号によ
って、又はこれらのいくつかの変調のモードの組み合わ
せによって、種々の態様に変調されてもよい。この場合
、検出器回路１３は、その結果として、発生器１１に使
用された変調方法に従って信号を復調することが可能な
ように適合させられる必要がある。

音響エネルギの伝達は、工具５及び工作物８を介して変
換器９及び１ｏ間にのみ起きるのではなく、支持台４及
び７を介した寄生的な仕方で支持枠１からも又起きると
いうことに注意する必要がある。そのような間接的なａ
路は、音響エネルギに対する、直接的な経路に対応する
距離よりもより犬き々距離を意味し、この結果、この音
響エネルギはより長い伝播時間を有し、従って、有用な
信号から弁別され得る。そのような弁別手法を成し遂げ
るために、パルス化された信号を発生するための電子的
な発生器１１及び検出器回路１３において、一方では変
換器９及び１０間を直接的に、そして他方ではこれらの
変換器間を機械の枠１を介して間接的に伝達されるパル
スの伝播時間についての弁別手段が設けられる。そのよ
うな弁別を実行する好適な現実化は、第２図及び第３図
について後述される。

検出器回路１３を、直接的な信号と寄生的な信号との間
の位相のずれの状態の検出を可能にする位相弁別器とし
て構成することも又可能である。

従って、検出器回路１３の出力信号から、変換器９及び
１０間を直接的に伝達される音響エネルギに対応しない
全ての成分を除去することが可能である。しかしながら
、本発明に固有な特徴によれば、この寄生的な成分に対
応する信号を、システムの適切な作動のために使用する
ことが可能である。検出器回路１３には、振幅が所定の
値を超えるとき、より具体的にはこの値以下に下がると
きにスイツチ１６に制御信号を供給する振幅弁別器が効
果的に設けられている。従って、醤報回路】７を制御す
ることが可能である。そのような振幅の減少は、電子的
な発生器１１、並びに機械工具、増幅器１２及び検出器
回路１３によって構成される伝達要素から成る鎖の輪の
１つの機能低下を指示する。換言すると、警報信号は１
作業者に機械を停めて点検するように警告し、セして／
又は機械の自動停止を行う。

第２図及び第３図には、今示唆したところのいくつかの
可能性を実現する好適な現実化が示されている。第２図
では、既に第１図を参照して述べられた要素に対しては
同一の参照符号が用いられている。これらの要素のいく
つかはよシ詳細に示されている。発生器１１は、鋸歯状
信号（第３図の曲線人）を発生するようにされている発
振器１９を含んでいる。

この発振器の出力は変圧器２ｏの一次巻線に供給され、
二次巻線は送信側の変換器９に給電する。

従って、変換器９は、鋸歯状信号の零への復帰時に、パ
ルスを周期的に受信する。変圧器２０の一次側は線２２
に結合されている。線２２は、最初に２個の比較器２’
３ａ及び２３ｂを備える回路１３に適用され、比較器２
３＆及び２３ｂの正入力が線２２に接続されている。　
− 比較器の負入力は、端子ａ、ｂ及びＣに３つの基準電圧
を供給する電源２４に接続されている。

従って、線２２に存在ヂる信号は電源２４の出力ａ及び
ｂである基準電圧と比較され、鋸歯状信号が基準電圧に
よって規定されるしきい値Ｓ１及びＳ２（第３図の曲線
Ａ参照）を夫々横切るとき、比較信号が比較器２３＆及
び２３ｂの出力端に発生する。

比較器２３ａ及び２Ｓｂの出力は、ＲＣ回路２６ａ及び
２６ｂＫよって異なった時定数に夫々調整される単安定
回路２５ａ及び２５ｂに夫々結合される。従って、単安
定回路２５ａ及び２５ｂの出力端に、夫々所定の期間ｔ
１及びｔ２のタイム・スロットを構成する２つの矩形信
号（第３図の曲線り及びＥ）が現れる。

変換器９によって放射される信号は第３図に曲線Ｂで示
されている。この変換器が発生するノヤルスは、それが
変換器１０において受信されるときには、第３図の曲線
Ｃの形を有する信号になる。

工具５（第１図）と工作物８とが互いに離れているとき
、変換器９によるパルスの各放射は、音響エネルギが機
械の枠を通過することにより、変換器１０に寄生的な信
号ｓｐの受信を引き起こす。

この信号は、鋸歯状信号の偏位運動の繰り返しにつれて
比較的複製可能な形状且つ枠の種々の部分からの反射が
更に現れることにより、減衰型の形状を示す。この状態
は第３図の鋸歯状信号の第１及び第３期間における例に
よって示されている。

尚、この図は時間に関して正確な現実の姿を示している
のではなく、基本的には本発明に従った構成の動作の説
明用として供されているということは自然に理解されよ
う。

第２の期間内で工具５と工作物８との間の接触が確立さ
れると、この接触は、それが変換器１０によって受信さ
れたときに、既に第１図に関して説明したように、工具
５の接近速度を修正するように使用され得る、音響的な
、有用なパルスＩＵを立ち上がらせる。

２つの可能な通路を介する音響エネルギの伝播を測定す
ることができるので、一方の、放射されるパルス（曲線
Ｂ）と、他方の、信号ＳＰ及びＩＵとの間の時間の関係
が、各機械のタイプに対して十分に決定され且つ知られ
るということは明白である。

このことは、有用な信号及び寄生的な信号を夫夫検出す
るために、２つのタイム・スロットｔ１及びｔ２を作れ
ば十分であるという根拠になる。

従って、第３図に示される第２の期間内で、有用なパル
スは、安全のための余裕を有するように意図的に選択さ
れたタイム・スロットｔｌ内で作られなければならない
ということは知られよう。同様に、寄生的な信号は、安
全のための理由によって、必要である以上により広くな
るように意図的に選択されたタイム・スロッ）ｔ２の間
に発生しなければならないということは予め知られる。

第２図に戻って、変換器１０は増幅器１２に接続されて
おり、増幅器１２はここでは抵抗誘導型回路を備えた単
純に動作する増幅器である。既に示されているので十分
理解されるように、この増幅器は、放射される信号が固
有の特性を持つとき、その信号の固有の特性の検出を可
能にするいくつかのフィルタを備えることによって完成
される。

増幅器１２によってもたらされる信号は比較器２７の正
入力に供給され、そして比較器２７の負入力は電源２４
の出力Ｃから基準電圧を受は取り、この電圧は第３図の
曲線Ｃのしきい値Ｓ３を構成する。

従って、比較器２７は、信号ｓｐ及びＩＵの、しきい値
Ｓ３を超える部分の通過を許すのみであり、そして、そ
れによって生じる信号はゲート２８及び２９においてア
ンド回路に供給され、アンド回路によって第３図の曲線
Ｆ及びＧで表される信号が夫々発生する。

アンドゲート２８から来る信号は、スイッチ３５によっ
て初期状態を設定され、モータ３を制御する信号を出力
端に用意する、ＲＳフリップ−フロツグである回路１４
に結合される。

このモータ３は、ここでは、２個のバルブ３１及び３２
並びに２個の狭窄部３３及び３４シを介してポンプ３０
に接続されている油圧シリンダーアクチュエータである
と仮定されている。フリツーフロップ１４の出力端にお
いて制御信号が存在しないとき、バルブ３１は、パワー
ピストンが高速度で変位されるように目盛が調整されて
いる狭窄部３３を介してモーターシリンダ３に向カう、
作動油の大きな流量での流動を可能にする。他方、もし
信号が存在すれば、バルブ３１は閉じ、そして減少させ
られた流量を保証し、その結果、モータ３の・（ワーピ
ストンの低速度を保証する狭窄部３４を通過する作動油
の流動を可能にするようにバルブ３２は開く。

アンドｆ−）２９は、ＲＣ回路２６ｃによって決定され
ている時定数が発生器１９の期間より長い回路２５ｃ（
復帰可能単安定回路）に結合されている。

・臂ルスが入力）　ＩＪガ部に長時間に亘って存在しな
いとき、回路２５ｃは、警報の発生用に、機械の停止用
に、或いは他の適切な制御機能用に使用されるスイッチ
１７を制御する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実行する研削／型直し盤の
概略図、第２図は使用され得る電気−殆体圧回路の概略
図、第３図は第２図の回路で発生する信号の形を示すタ
イミング図である。 １・・・支持体、２・・・運び台、３・・・モータ、４
・・・支持台、５・・・グラインダ、６・・・運び台、
７・・・支持台、８・・・工作物、９．１０・・・変換
器、１１・・・電子的な発生器、１２・・・増幅器、１
３・・・検出器回路、１４・・・スイッチ、１５・・・
制御回路、１６・・・スイッチ、１７・・・警報回路、
１９・・・発振器、２４・・・電源、２５　ａ　、　２
５　ｂ　、　２５　ｃ　＝−単安定回路。 以下余白

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、工具が工作物へ接近する期間における工作機械の工
   具の送りを制御する方法であって、該方法は、所定の距
   離以下のときに前記工作物に向かっての前記工具の送り
   を表す音響信号を検出すること、及び該信号の出現時に
   前記工具の送り速度を減少させることを含み、工作物及
   び工具によって構成される要素の内の第１のものは音響
   的な励振を受け、検出される音響信号は前記第１の要素
   から伝達される音響エネルギの結果として第２の要素に
   おいて生ずる音響信号であることを特徴とする工作機械
   における工具の工作物に向かっての送りを制御する方法
   。 ２、前記音響的な励振は所定の周波数でもたらされ、前
   記検出される信号は該周波数を弁別するためにろ波され
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、前記音響的な励振は振幅、周波数又は位相において
   、又はパルス符号によって変調され、前記検出される信
   号は対応する復調を受ける特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ４、前記音響的な励振はパルス化されており、且つ、前
   記検出される信号からは、前記第１の要素から前記第２
   の要素への音響エネルギの直接的な伝達に必要な伝播時
   間と異なる伝播時間を有する全ての成分が除去されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、タイム・スロットが各音響的なパルスの放射に続く
   ように、且つ、前記第２の要素による音響エネルギの受
   信が当該タイム・スロット内で起きるときに前記工具の
   送り速度を減少させるための信号を発生するように確立
   されている特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６、前記検出される信号からは、前記第１の要素から前
   記第２の要素へ直接的に伝達される音響エネルギに発生
   する位相分離と異なる位相分離を有する全ての成分が除
   去されている特許請求の範囲第１項記載の方法。 ７、前記検出される信号から分離される成分の振幅が所
   定の値と比較され且つ該振幅が該所定の値以下に下がる
   ときはいつでも警報信号の発生をもたらす特許請求の範
   囲第４項又は第６項記載の方法。 ８、各音響的なパルスの放射に続く前記第１のタイム・
   スロットの次に第２のタイム・スロットが確立され、該
   第２のタイム・スロット以内に前記検出される信号から
   分離される成分の受信をしない場合には警報信号が発せ
   られる特許請求の範囲第５項記載の方法。 ９、工具が工作物へ接近する期間における工作機械の工
   具の送りを制御する装置であって、該装置は所定の距離
   以下のときに工作物に向かっての工具の送りを表す音響
   信号を検出するように適合させられる音響的な第１の変
   換器を含み、更に前記工具及び前記工作物を介して前記
   第１の変換器に向けて音響エネルギを伝達するように配
   設且つ適合させられる第２の変換器と、該第２の変換器
   に電気エネルギを供給する手段と、前記第１の変換器に
   よって検出される信号を処理する手段と、前記工具及び
   前記工作物間の距離が前記所定の値に達するときに前記
   工具の送り速度の減少を制御する手段とを備えることを
   特徴とする工作機械の工具の工作物に向かっての送りを
   制御する装置。 １０、前記信号を処理する手段が整流器を具備する特許
   請求の範囲第９項記載の装置。 １１、前記信号を処理する手段が周波数選択フィルタを
   含む特許請求の範囲第９項記載の装置。 １２、前記信号を処理する手段が復調器を含む特許請求
   の範囲第９項記載の装置。 １３、前記信号を処理する手段が信号の位相又は信号の
   パルス伝播時間又は信号の振幅に反応する弁別器を含む
   特許請求の範囲第９項記載の装置。 １４、前記弁別器が警報信号発生手段に結合される特許
   請求の範囲第１３項記載の装置。 １５、前記第２の変換器にエネルギを供給する前記手段
   は該変換器に結合されるパルス発生器を具備し、且つ、
   前記信号を処理する手段はタイム・スロット発生器と、
   前記第１の変換器によって受信される信号が前記タイム
   ・スロット内にあるときに減速制御信号を発生する手段
   とを備える特許請求の範囲第９項記載の装置。 １６、前記パルス発生器は鋸歯状信号発生器を含み、該
   鋸歯状信号発生器は変圧器を介して前記第２の変換器に
   結合されると共に少なくとも１個のしきい値検出器に結
   合され、該しきい値検出器は鋸歯状信号が前記タイム・
   スロットの期間を決定するための前記しきい値を超える
   ときにパルスを発生する、更に加えられるパルス発生器
   に結合される特許請求の範囲第１５項記載の装置。 １７、前記信号を処理する手段は第１のタイム・スロッ
   トに続く第２のタイム・スロットを発生する第２のタイ
   ム・スロット発生器と、該第２のタイム・スロットの期
   間に前記第１の変換器によって信号が受信されないとき
   に警報信号を発生するように適合させられている警報信
   号発生手段とを含む特許請求の範囲第１６項記載の装置
   。 １８、前記鋸歯状信号発生器は第２のしきい値検出器に
   結合され、該第２のしきい値検出器は前記鋸歯状信号が
   前記第２のタイム・スロットの期間を決定するための前
   記第２のしきい値を超えるときはいつでもパルスを発生
   するように設けられているパルス発生器に結合されてい
   る特許請求の範囲第１７項記載の装置。