JPS6266103A - 低バツテリ検出／送信特性を有するプロ−ブ - 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】 技術分野 本発明は検査装置に関し、詳細には工作機械においてワ
ークピースを検査するために使用されるバッテリ動作プ
ローグに関する。

背景技術 自動化工作機械装置における傾向はプログマプル工作機
械コントローラを使用することによってオペレータの介
在を少なくすることを要求している。オペレータによる
直接の連続した介在がない場合には各種の検査装置を使
用するという必要性及び検査装置が正しく動作してし・
ることを確かめる手段の必要性が増す。このような１つ
の検査装置はタッチプローグとして知られている。タッ
チプローグは一般にはハウジングの一端から突出してい
る針（ｓｔｙｌｕｓ’ｌを有しており、この針は対象物
に接触した時に静止位置から移動できるものである。こ
のプローブは一般にワークピースの表面に接触するよう
に使用され、接触に応じて機械コントローラに情報を送
ることを除いて、装置内の他の工具のように使用される
。タッチプローブの例はＣｕ５ａＣｋへの米国特許第４
，４５１，９８７号中に、及びＣｕ５ａｃｋ　ヘの米国
特許第４，５０９，２６６号中に開示されている。これ
らの両特許は、本発明の譲受人に譲渡されており、ここ
に引用として組み込まれた。

交果的なプローブの設計は、針位置の情報を一般にこの
プローブの近辺に配置された遠隔受信機へ赤外線光によ
り送信することを利用している。

１つのこのようなプローブ送信法は前述した米国特許第
４，５０９，２６６号中に開示されている。都合の悪い
ことには、これらの形式のプローブに使用されたバッテ
リはやや使用できる寿命が限られている。過去に用いら
れた１つの方法は、バッテリが低にあり、取り換えが必
要とされることをオペレータに知らせるために、プロー
ブ上の指示灯を点灯することである。しかし、この方法
は低バッテリの指示灯が附勢されていることを発見する
ためにオペレータにそこに居ることを要求する。

更に、しばしばそのエリアの照明状態及びプｏ　−プの
向きのためにオペレータが指示灯を見ることが困難な場
合がある。

発明の要約 改良された検査装置は、本発明により提供され、対象物
に接触した際にその静止位置から移動するように設けら
れた可動針を有するバッテリプローブを備えている。こ
のプローブは針位置についての情報を含む送信を発生す
る無線送信手段を有している。低バッテリ状態を検出し
そして低バッテリ状態に関する情報を遠隔受信機に無線
で送信しこれによりプローブ内のバッテリが取り換えら
れる必要があることを機械コントローラに指示する手段
もプローブ内に含まれている。このよう罠、低バッテリ
状態はいかなる直接のオペレータの介在も必要とせずに
自動的に検出される。好適実施例では、プローブは針位
置及びバッテリ状態の両方についての情報を送信するた
めに使用される少な（とも１つの光送信装置を含んでい
る。

本発明は第１図に図示されている数値制御旋盤１０等の
工作機械装置における使用に関連して説明される。プロ
ーブ１２が第１図に示されており、このプローブ１２は
ワークピース１８に実際に機械加工を行なう他の工具１
６と同じ方法でタレット１４に取り付けられている。

プローブ！２の構造は第２図及び第３図に最も明瞭に示
されている。このプローブは〕・ウジング２０とこの一
端から伸びた可動針２２を有している。針の内側端はス
イッチ機構２４に結合されている。針がワークピース１
８の表面等の対象物に接触した時に、針はその静止位置
から移動し、３つの直列接続スイッチＳ　１−８３のう
ちの１つ以上を開にする。この時に、例えば回路板２８
上に配置された送信回路２６が赤外線発光ダイオード８
０に針の位置についての情報を遠隔受信機の−へ、ソド
３２に送信させる。受信機のヘッド３２は赤外線送信を
電気信号に変換するためにその中にホトデテクタ及び適
当な信号条件付は回路を含んでいる。この電気信号は次
にコントローラインターフェース３４に通信される。コ
ントローラインターフェース３４はプローブの状態に関
する出力信号をマシンコントローラ３６に送る。この説
明には特に重要ではないが、プローブバッテリ３８から
送信回路２６へ供給された電力は、ヘッド３２にプロー
ブ中のホトデテクタ４０により受信された光信号を送信
させることによって、コントローラ３６で自動的にオン
にできる。プローブの要件及び構成についての更に詳細
な説明については、前述の米国特許第４，５０９，２６
６号を参照されたい。しかし、本発明の低バッテリ検出
及び送信特性は、例えば発光ダイオードがプローブ／・
ウジングの周囲に３６０度の向きで取り付けられている
トイウマシニングセンタにおいて使用されるもの等、各
種の異なったプローブ構造に使用できることがわかる。

実際に、本発明は、装置の低バッテリ状態を無線で検出
することが望ましいという各種の分野において広い用途
がある。

ここで、第４図にブロック図で示されたプローブ送信回
路２６について見ると、水晶４６、増幅器５０及びコン
デンサＣ２）Ｃ３から成る主発振器４４が高周波数Ａ、
　Ｃ信号源を与える。制限するものではないが、一つの
例としては、発振器４４は１．８ＭＨ２の出力信号を与
えるように設計されている。

正常なプローブの動作中は（つまり、バッテリが良好で
ある時には）、発振器の信号はＮＡＮＤゲート５２及び
「ｎ」カウンタデバイダ５４であるデバイダを通る。こ
の実施例のデバイダ５４は市販の部品番号４５２６カウ
ンタであり、制御線５６の状態に応じて入力信号を数字
１２あるいは１３で割るように構成されている。制御線
５６は、第４図に３つの直列接続スイッチ、Ｓ’ｌ、Ｓ
２及びＳ３として表されている針スイッチ機構２４に接
Ｎ光されている。針がその静止位置にある時に、デバイ
ダ５４の出力は１５０　ＫＨ２の周波数にある。

この信号はプローブＬＥＤ８０　（このうちの１つだけ
が第４図に示されている）を附勢するために使用される
。これは１５０　ＫＨｚでＬＥＤを通る伝導電流をトラ
ンジスタＱ２によって変化することによって実行される
。針がその静止位置から移動した時に、スイッチ５ｌ−
８３のうちの１以上が開放となるので制御線５６上の状
態が変化し、このため主発振器の周波数は１２に代えて
１３で割られ、これにより１３８　ＫＨｚのＬＥＤ附勢
周波数が与えられる。

第５図に装置の遠隔受信機部内の回路のブロック図が示
されている。再びバッテリー状態が良好であるとすれば
、ヘッド３２中の適当なホトデテクタ及び条件付は回路
５８がプローブからの赤外線光送信を検出し、そして一
般に光送信と同じ周波数特性を有する電気信号に変換す
る。第５図の回路の残りの部分は便宜的にコントローラ
インターフェース３４内に配置されている。これは市販
の部分、￥Ａ’２２１１のような第１のフェーズロック
ループ（ＰＬＬ）回路６０を含んでいる。ＰＬＬ回路６
０は、プローブ位置情報を含む２つの周波（１３８及び
１５０ＫＨｚ）を含む帯域幅をトラックするように同調
されている。この帯域幅は、後に説明するバッテリ状態
検出のためにこれらの周波数の小さい偏移（約３％）を
トランクするためには十分に広い。当該分野において知
られているように、ＰＬＬ６０の出力Ｑは、所与の帯域
幅の範囲内にある少なくともどれかのプローブの送信が
受信されたという指示を与える。これは「キャリア（ｃ
ａｒｒｉｅｒ）Ｊ出力として表示され、そしてプローブ
が正しく動作しているという最初の指示を与えるため等
の各種の理由でコントローラ３６により使用できる。別
のＰＬＬの出力「ＦＳＫ（周波数偏移キーイング）」は
、その振幅が一般に受信した送信信号の周波数に比例す
る出力を与える。

線６２上の出力が静止位置にある針の位置に関係してい
るか、あるいは針が対象物に接触して移動してしまって
いるかを検出するための各種の手段を設けることができ
る。例えば、適正に選択された基準電圧（Ｖｒｅｆ）を
有する比較器６４が用いられ、そのため周波数の１３８
から１５０　ＫＨｚへの大きなシフトの故にＰＬＬ　６
０からの出力がＶｒｅｆを通って流れた時に比較器６４
はトリップする。このように、赤外線送信の針位置の情
報を検出することができる。

第４図のプローブ回路に戻ると、バツテソ源３８の低バ
ッテリ状態を検出する手段が設けられている。第４図で
は、これは基準ダイオードＤ】と共に抵抗Ｒ４、Ｒ５及
びＲ６から成る分圧回路網により表されている。バッテ
リ電圧が所定の基準より下に低下した時に、これは比較
器６６をトリップさせそして２５１１２　発振器６８を
附勢する。

発振器６８の出力はＨＡＮＤ論理ゲ論理ゲート−０の入
力に接続され、一方別の入力は「ｎ」の２進カウンタデ
バイダ７２による別のデバイダに接続されている。デバ
イダ７２はデバイダ５４の出力により附勢される。この
実施例では、デバイダ７２は８つの２進カウンタかも成
るデバイダである。このように、ゲート７０の出力は１
８．７５キロヘルツ信号（１５０ＫＨｚ／８）であり、
２５ヘルツの速度でゲートのオン・オフがされる。ゲー
ト７０かもの出力信号の正のスイングの間に、トランジ
スタＱ１は短い時間４通され、そのコレクタのリードを
接地にする。これが５３マイクロ秒毎に−！ｉ１．６マ
イクロ秒の負のパルスを発生し、ゲート５２の導通を停
止させ、これにより主発撮器出力がカウンタデバイダ５
４に達することを阻止する。このように、ゲート５２は
いくつかのクロックパルスを入力され、デバイダ５４の
出力端にやや低い周波数を発生するっこれまで説明した
値によれば、これは９３パルスだけが通常の９６に代え
てデバイダの入力端に供給されることを意にする。カウ
ンタデバイダ７２の８１、ｃｌｆ）値及び分割速度は、
遠隔受信機において回路の正常な接触／静止の針位置検
出機能を乱さずしかも偏移が検出できるのに十分に大き
いという通常の針位置周波数信号のこのような小さい偏
移を与えるように選ばれている。好適には、周波数偏移
が約３チより小さくなければならない。この「偏移」周
波数はバッテリ３８が低にある時に発振器６８の附勢の
ために２５ヘルツの速度で繰り返（−て発生される。言
いかえれば１５０　ＫＨｚ　（針は静止位置）及び１３
８ＫＨｚ（針が移動）信号は、２５Ｈｚの速度で発振器
６８により選択的に周波数変調された交番キャリアとし
て考えることができる。

光学送信において針位置情報とバッテリ状態情報とを識
別する手段が受信機回路に投げられている。第５図では
、これは主として第２のフェーズロックループ回路７４
から成っている。この回路７４は低バッテリ周波数信号
、つまりプローブ送信回路において発振器６８により与
えられる２５ヘルツの変調信号に同調されている。コン
デンサＣ４及び抵抗Ｒ８はＰＬＬ６０からのＤＣ成分を
ｐ波する高域フィルタとして機能するように適当に選択
されており、一方電界効果トラノジスタＱ３及び抵抗Ｒ
９は適当なバッファ増幅器として機能する。従って、Ｐ
ＬＬ７４は針位置キャリア周波数のどちらかの２５ヘル
ツ変調信号が検出された時に「低バッテリ」と表示され
た出力を与える。

第５図の線６２の上の波形は低バッテリ変調［信号が両
方の場合に存在する状態でＰＬＬ６０がらの交番出力を
示している。針が静止位置にある場合には、バッテリ検
出回路による１　５０　ＫＨｚ信号の変調のため１．７
ｉ′、小さいけれども検出可能な偏移が存在しても、全
ての出力はＶｒｅｆより上に１あるっ同様に、針が静止
位置から移動した時に全ての出力はＶｒｅｆより下にな
る。このように、プローブの位置検出機能の簡単さが利
用でき、同時に本発明は第２　ｖ）　Ｐ　Ｌ　Ｌ　７４
により与□えられる変調（良能によって低バッテリ状態
を検出できる。

前述し、たように、当業者シまインターフェース３４か
らので氏バッチ’Ｊ　（信号が、バッテリがＪセり換え
を必要としていることを自１動的にコ／′トローラ３６
；／ｒｃ通知するために使用できることがわかる。

コントローラ３Ｇは次にオペレータ（て適当な警告を与
・で、伎＋’、）’／あるいはバッテリが取り換えられ
る時まで機械加工及び検査動作を調整あるいは停止でき
る。このことはコントローラコンソールの上の警告灯７
８を点灯すること、オペレータにより周期的に読み取ら
れるプリント出力を与えること等、により実現できる。

本発明のバッテリ検出／送信法は、回路あるいは現存の
プローブの構成要素の広範囲の変更を必要とせずに、針
の位置情報だけでなくバッテリ状態情報を与えるという
簡単かつ信頼性のある方法を提供する。当業者は明らか
に他の利点を発見するであろうし、ここに示された例の
各種の変更は明細書、図面及び特許請求の範囲を研究し
た後に当業者に明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は典型的な工作機械に使用されたプローブ検査装
置を示す簡略化側面図、第２図は本発明の改良が特定の
用途をもたらしたプローブの例の断面図、第３図は第２
図の線３−３に沿った断面図、第４図はプローブに使用
された回路の回路図、第５図は遠隔受信機に使用された
回路の回路図である。 １０：数値制御旋盤、１２ニブローブ、１４：タレット
、１６：工具、 １８：ワークピース、３２：受信機ヘッド、３４：コン
トローラインターフェース、３６：コントローラ、 （外５名） Ｉ砂−／ Ｆｉ’ｇ−，３

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）対象物と接触した際に静止位置から移動するよう
   に設けられた可動針を有するバツテリ動作プローブを備
   え、前記プローブが針の位置に関する情報を含む送信を
   発生するプローブ中の無線送信手段と、プローブからの
   送信を受信する遠隔受信手段とを有する検査装置におい
   て、 低バツテリ状態を検出するプローブ中の第１の手段、及
   び 前記第１の手段による低バツテリ状態の検出に応答して
   バツテリ状態に関する情報を遠隔受信機に無線で送信す
   るプローブ中の第２の手段、を備えることを特徴とする
   検査装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記プローブが
   少なくとも１つの光学送信デバイスを含む検査装置。
3. （３）特許請求の範囲第２項において、針の位置情報及
   び低バツテリ情報の両方の送信が同じ光学送信デバイス
   により行なわれる検査装置。
4. （４）特許請求の範囲第３項において、更に、プローブ
   からの光学送信中の針の位置情報と低バツテリ情報との
   識別を行なう遠隔受信機中の第３の手段、を備える検査
   装置。
5. （５）特許請求の範囲第４項において、前記針の位置情
   報は、針が静止位置にある時に第１の周波数においてＡ
   Ｃ信号により光学デバイスを附勢することにより、かつ
   針がその静止位置から移動した時にその周波数を第２の
   周波数にシフトすることにより発生され、また、 光学デバイスを附勢する信号の周波数は低バツテリ状態
   が検出された時に第１の周波数及び第２の周波数より実
   質的に低い第３の周波数において繰り返して偏移され、
   これにより光学送信中に低バツテリ情報を与える検査装
   置。
6. （６）特許請求の範囲第５項において、前記遠隔受信機
   中の前記第３の手段が、 第１の周波数及び第２の周波数を含む周波数帯域に同調
   されており、光学送信が実質的に第１の周波数あるいは
   第２の周波数において発生されたか否か示す出力を与え
   るように設けられ、これによりプローブの針の位置を検
   出する第１のフエーズロツクループ手段、及び 第３の周波数に同調されており、前記第１のフエーズロ
   ツクループ手段により受信された信号の周波数が第３の
   周波数の速度で繰り返して偏移する時に低バツテリ状態
   を示す出力を発生するように設けられた第２のフエーズ
   ロツクループ手段、を有する検査装置。
7. （７）バツテリ動作プローブを用いた検査装置において
   プローブのバツテリ状態及びプローブの針に関する位置
   の情報を送信する方法において、針が第１の静止位置に
   ある時に、第１の周波数の光学信号を送信すること、 針がその静止位置から移動した時に前記第１の周波数か
   ら第２の周波数に光学送信をシフトすること、低バツテ
   リ状態の検出に応答して実質的に異なつた第３の周波数
   にある繰り返し速度において、前期第１の周波数あるい
   は第２の周波数から所与の割合だけ光学送信を繰り返し
   て偏移させること、遠隔位置において前記第１の周波数
   及び第２の周波数を検出し、これによりプローブの針の
   情報を決定すること、及び 前記遠隔位置において前記第３の周波数の存在を検出し
   、これにより低バツテリ状態の指示を与えること、 の各ステツプから成ることを特徴とするプローブのバツ
   テリ状態及びプローブの針の位置の情報を送信する方法
   。
8. （８）対象物への接触を検出する可動針を有するバツテ
   リ動作プローブにおいて、 出力端に第１の周波数の交流信号を与える主発振器手段
   、 入力及び出力及び制御入力を有し、制御入力の状態に応
   じてデバイダ入力端にある信号の周波数を所与の大きさ
   だけ割る第１のデバイダ手段、制御入力の状態がプロー
   ブの針の位置により決定されるという条件の下で、前記
   第１のデバイダ手段の出力端は少なくとも１つの光学送
   信デバイスに接続されている、 前記第１のデバイダの出力端に接続された入力端を有し
   、その入力端における周波数を所与の大きさだけ割るよ
   うに設けられた第２のデバイダ手段、 バツテリに接続され、バツテリからの所与の基準より下
   の低パワーレベルの検出に応じて所与の出力信号を与え
   るように設けられているバツテリ検出回路手段、 該バツテリ検出回路からの所与の信号の受信に応じて附
   勢され、その出力端に前記第１のデバイダの出力端にお
   ける周波数よりも実質的に低い周波数で交流信号を与え
   る２次発振器手段、 前記２次発振器が附勢された時に所与の繰り返し速度で
   出力信号を与えるために、前記第２のデバイダ及び前記
   ２次発振器からの出力端に接続された入力を有する第１
   のゲート手段、及び 前記第１のデバイダ手段の入力端に接続された出力端を
   有し、主発振器からの出力端に接続された入力と、前記
   第１のゲート手段の出力端に接続された別の入力とを有
   する第２のゲート手段、とから成り、これにより前記第
   １のデバイダの出力周波数が、遠隔受信機により検出で
   きた低バツテリ状態の検出に応じて前記２次発振器手段
   により決定される周波数において所与の大きさだけ繰り
   返して偏移されることを特徴とするバツテリ動作プロー
   ブ。
9. （９）特許請求の範囲第８項において、前記主発振器が
   メガヘルツの周波数レンジにおける交流信号を与えるた
   めに設けられ、前記第１のデバイダの出力がキロヘルツ
   の周波数レンジにおける交流信号を与えるために設けら
   れ、そして前記２次発振器がヘルツレンジにおける交流
   信号を与えるために設けられているバツテリ動作プロー
   ブ。
10. （１０）特許請求の範囲第８項において、更に、プロー
    ブからの光学送信を受信するために接続された入力を有
    し、その大きさが入力周波数の関数である出力を与える
    ために設けられた第１のフエーズロツクループ回路手段
    、 該第１のフエーズロツクループ回路手段の出力端に接続
    され、光学送信から針の位置情報を決定する手段、及び 前記第１のフエーズロツクループ手段の出力端に接続さ
    れ、２次発振器と実質的に同じ周波数において繰り返し
    て発生する信号の存在を検出するため設けられた第２の
    フエーズロツクループ手段、を有する遠隔受信器を備え
    るバツテリ動作プローブ。