NL8401874A

NL8401874A - METHOD AND APPARATUS FOR PROBE INSPECTION OF WORKPIECES.

Info

Publication number: NL8401874A
Application number: NL8401874A
Authority: NL
Original assignee: Gte Valeron Corp
Priority date: 1983-06-14
Filing date: 1984-06-13
Publication date: 1985-01-02
Also published as: JPH0738810Y2; AU2759584A; IT8421251A0; IT1209553B; FR2548349A1; ZA843832B; NL190956B; KR850000668A; SE8403156D0; JPS6013202A; BE899915A; DE3422181A1; SE457336B; NL190956C; FR2548349B1; MX158057A; JPH0649953U; DE3422181C2; GB8411441D0; CH669842A5

Description

* * J* * J

s.0. 32534 γs.0. 32534 γ

Werkwijze en inrichting voor het met een sonde inspecteren van werk-stukken.Method and device for inspecting workpieces with a probe.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op een werkwijze en inrichting voor het inspecteren van werkstukken, en heeft meer in het bijzonder betrekking op de toepassing van sondes in geautomatiseerde machinewerktuigen om het werkstuk te contacteren en om hierop betrek-5 king hebbende informatie te verschaffen.The invention generally relates to a method and apparatus for inspecting workpieces, and more particularly relates to the use of probes in automated machine tools to contact the workpiece and to provide related information.

Voor geautomatiseerde machinewerktuiginrichtingen zijn nauwkeurige middelen voor het lokaliseren van oppervlakken op werkstukken nodig.Automated machine tool devices require accurate means of locating surfaces on workpieces.

Een van de meest gebruikelijke methoden is om de machine een sonde in contact met het werkstuk te brengen en om de sondepositie, wanneer dit 10 contact gemaakt wordt, te registreren. Sondes van dit type zijn als contact- of aanrakingssondes bekend. Zij hebben in het algemeen een naald voor het contacteren van het werkstuk en een schakeling die een elektrisch signaal opwekt wanneer de naald het onderdeel contacteert.One of the most common methods is to bring the machine in contact with a probe to the workpiece and to register the probe position when this contact is made. Probes of this type are known as contact or touch probes. They generally have a needle for contacting the workpiece and a circuit that generates an electrical signal when the needle contacts the part.

De machinestuureenheid kan informatie omtrent de vorm of plaats van het 15 onderdeel uit de X-, Y- en Z-aspositiegegevens van de sonde berekenen wanneer het naaldcontact het elektrische signaal opwekt.The machine controller can calculate information about the shape or location of the part from the probe's X, Y, and Z axis position data when the needle contact generates the electrical signal.

Een van de problemen die men bij de toepassing van vele van deze typen van sonde-inrichtingen tegenkomt is gelegen in de methode waarmede het signaal, dat het contact door de sonde aanduidt, weer terug aan 20 de stuureenheid wordt overgedragen. Het is vaak onpraktisch om van gebruikelijke bedrading uit te gaan voor het overdragen van het signaal daar de draden met normale machinale bewerkingsacties kunnen interfereren.One of the problems encountered in the use of many of these types of probe devices resides in the method of transmitting the signal indicating contact by the probe back to the control unit. It is often impractical to rely on conventional wiring to transmit the signal as the wires can interfere with normal machining operations.

De octrooiliteratuur beschrijft verschillende sonde-ontwerpen die 25 in een automatisch machinaal bewerkingscenter gebruikt kunnen worden waarin de sondes tijdelijk in een werktuigmagazijn opgeslagen worden en verbonden worden en weggenomen worden uit de spil door een automatisch werktuigwisselmechanisme. Representatieve voorbeelden van octrooien die deze sondes beschrijven zijn de Amerikaanse octrooischriften 4.339.714 30 en 4.118.871.The patent literature describes various probe designs that can be used in an automatic machining center in which the probes are temporarily stored in a tool magazine and connected and removed from the spindle by an automatic tool changing mechanism. Representative patents describing these probes are U.S. Pat. Nos. 4,339,714 and 4,118,871.

De benadering in het Amerikaanse octrooischrift 4.118.871 heeft het nadeel dat de hoogfrequente signalen van deze bekende inrichting onderhevig zijn aan elektromagnetische interferentie en binnen een betrekkelijk korte transmissie-afstand tussen de sonde en een ontvanger 35 gebruikt moeten worden. Onder de problemen die men bij de sonde-inrich-ting uit het Amerikaanse octrooischrift 4.339.714 tegenkomt is dat grote zorg besteed moet worden aan het uitlijnen van de sonde en een spe- 8401874 ï '· 2 ciaal geconstrueerde detector op de spilkop opdat de reactieve koppeling daartussen op de juiste wijze werkt. Er is ook een infrarode transmissiebenadering bekend die voordeliger is. Voor deze benadering is het echter nodig dat de sonde in de meeste gevallen zijn eigen voe-5 dingsbron heeft.The approach in U.S. Pat. No. 4,118,871 has the disadvantage that the high frequency signals from this known device are subject to electromagnetic interference and must be used within a relatively short transmission distance between the probe and a receiver. Among the problems encountered in the probe arrangement of U.S. Patent 4,339,714 is that great care must be taken to align the probe and a specially constructed detector on the spindle head so that the reactive coupling between them works properly. An infrared transmission approach is also known which is more advantageous. However, this approach requires the probe to have its own power source in most cases.

Men heeft eveneens voorgesteld om contactsondes in draaicenters, zoals draaibanken, evenals in machinale-bewerkingscenters te gebruiken. Draaicenters verschillen van machinale-bewerking- of freescenters hierin dat in plaats van het werktuig het werkstuk gedraaid wordt. In de 10 meeste draaicenters worden de werktuighouders op gescheiden plaatsen rond een toren of kop gemonteerd die op selectieve wijze een van de werktuigen naar voren brengt naar het werkstuk om werk hierop uit te voeren. In het algemeen zijn werktuigen voor het uitvoeren van werk aan de buitenafmetingen van het werkstuk in sleuven in de toren gemonteerd 15 terwijl werktuigen voor het uitvoeren van werk aan de binnendiameter, zoals boorstaven, in een op de toren gemonteerde adapter worden vastgehouden.It has also been proposed to use contact probes in turning centers, such as lathes, as well as in machining centers. Turning centers differ from machining or milling centers in that the workpiece is turned instead of the tool. In most turning centers, the tool holders are mounted in separate locations around a tower or head which selectively brings one of the tools forward to the workpiece to perform work thereon. Generally, implements for work on the outer dimensions of the workpiece are mounted in slots in the turret while implements for work on the inner diameter, such as drill rods, are held in an adapter mounted on the turret.

Bij contact- of aanrakingssondes die in draaicenters worden gebruikt moeten een wat verschillend stel problemen overwonnen worden dan 20 bij sondes die in machinale-bewerkingscenters worden gebruikt ofschoon de methode van het overdragen van het sondesignaal terug aan de stuur-eenheid een gemeenschappelijk probleem blijft. Een van de problemen die uniek is in draaicentertoepassingen is dat de sondes vast aan de toren blijven bevestigd zelfs wanneer zij niet in gebruik zijn hetgeen ver-25 schillend is van de situatie bij de machinale-bewerkingscenters, waarin de sondes in de spil alleen worden ingevoerd wanneer zij gebruikt moeten worden. Dientengevolge is het niet mogelijk om van de sonde-invoer-bewerking uit te gaan om de elektronische schakeling daarin te activeren.Contact or touch probes used in turning centers have a somewhat different set of problems to overcome than probes used in machining centers, although the method of transmitting the probe signal back to the controller remains a common problem. One of the problems unique in turning center applications is that the probes remain fixed to the tower even when not in use, which is different from the situation at the machining centers, where the probes are introduced into the spindle only when to use them. As a result, it is not possible to start from the probe input operation to activate the electronic circuit therein.

30 Bij een bekende contactsondetechniek voor draaicenters worden in ductieve transmissiemodulen gebruikt voor het overdragen van het sondesignaal via de toren aan de stuureenheid. Zie bijvoorbeeld de LP2 Probe System literatuur van Renishaw Electrical Limited. Ongelukkig genoeg is voor deze techniek een aanzienlijke wijziging van de toren nodig om het 35 stelsel te kunnen gebruiken. Dientengevolge kan deze benadering niet gemakkelijk gebruikt worden bij bestaande machines zonder dat er kosten en machine-uitschakeltijd nodig zijn om de retrofit-bewerking uit te voeren.In a known contact center technology for turning centers, ductile transmission modules are used to transmit the probe signal via the tower to the control unit. See, for example, the LP2 Probe System literature from Renishaw Electrical Limited. Unfortunately, this technique requires a significant modification of the tower to use the system. As a result, this approach cannot easily be used with existing machines without the need for costs and machine shutdown time to perform the retrofit operation.

Een bekende techniek die eveneens betrekking heeft op de uitvin-40 ding ofschoon niet direct is die welke te maken heeft met draadloze 84 0 1 8 7 4 * ί ϊ 3 overdracht van dimensie-ijkgegevens, zoals aangegeven in de Amerikaanse octrooischriften 3.670.243, 4.130.941 en 4.328.623.A known technique which also relates to the invention, although not directly related to wireless transmission of dimensional calibration data, as disclosed in U.S. Pat. Nos. 3,670,243, 4,130,941 and 4,328,623.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het uitvoeren van sondebewerkingen aan werkstukken op zodanige wijze 5 dat de levensduur van de in deze typen van sondes toegepaste voedingsbronnen verlengd wordt. Volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding is de sonde voorzien van een detector die ervoor dient om de voedingsbron met de sondesignaaltransmissieschakeling te verbinden wanneer de detector een bepaald signaal ontvangt. Middelen zijn op afstand van de 10 sonde aangebracht om dit "inschakel"-signaal op te wekken en om het signaal draadloos aan de detector in de sonde over te dragen. Dit signaal wordt opgewekt voorafgaande aan het verwachte gebruik van de sonde voor het inspecteren van het werkstuk en kan door de stuureenheid in een geautomatiseerd machinewerktuig geïnitieerd worden. Later wordt de 15 voedingsbron ontkoppeld. Er wordt dus alleen vermogen uit de bron afgenomen wanneer dit nodig is. Deze benadering is in het bijzonder voordelig wanneer de sondes in draaicenters worden gebruikt waarin zij vast aan de toren blijven bevestigd zelfs ofschoon zij niet altijd voor in-spectiebewerkingen worden gebruikt. Het ruime concept van de uitvinding 20 kan echter toegepast worden in een brede verscheidenheid van andere toepassingen van sonde en machinewerktuiginrichtingen.The invention relates to a method and apparatus for performing probe operations on workpieces in such a way that the life of the power sources used in these types of probes is extended. According to an embodiment of the invention, the probe is provided with a detector which serves to connect the power source to the probe signal transmission circuit when the detector receives a certain signal. Means are spaced from the probe to generate this "turn on" signal and wirelessly transmit the signal to the detector in the probe. This signal is generated prior to the expected use of the probe to inspect the workpiece and can be initiated by the control unit in an automated machine tool. Later, the power source is disconnected. Thus, power is only taken from the source when necessary. This approach is particularly advantageous when using the probes in turning centers in which they remain fixed to the turret even though they are not always used for inspection operations. However, the broad concept of the invention can be applied in a wide variety of other applications of probe and machine tool devices.

Bij de voorkeursuitvoering initieert de machinestuureenheid een straal van infrarode straling uit een op een geschikte plaats op de machine gemonteerde kop. Als gevolg hiervan wordt de sondetransmissie-25 schakeling ingeschakeld en wekt deze schakeling een infrarood signaal van gegeven frequentie op om aan te duiden dat de sonde op de juiste wijze werkt en klaar is voor gebruik. De stuureenheid gaat vervolgens over tot de inspectiebewerking. Wanneer de sondenaald het werkstuk contacteert of aanraakt verschuift de frequentie van de infrarode signaal-30 overdracht. Deze verschuiving in frequentie wordt op afstand gedetecteerd en door de stuureenheid gebruikt om nuttige informatie omtrent het werkstuk af te leiden. De sondeschakeling heeft bij voorkeur een tijdstuurketen die de voeding naar de schakelingscomponenten afschakelt nadat vanaf de oorspronkelijke voedinginschakelcyclus of naaldcontact 35 een vooraf bepaalde tijdperiode verlopen is.In the preferred embodiment, the machine control unit initiates a beam of infrared radiation from a head mounted at a suitable location on the machine. As a result, the probe transmission circuit is turned on and this circuit generates an infrared signal of given frequency to indicate that the probe is operating properly and is ready for use. The control unit then proceeds to the inspection operation. When the probe needle contacts or touches the workpiece, the frequency of the infrared signal transmission shifts. This frequency shift is detected remotely and used by the controller to derive useful information about the workpiece. The probe circuitry preferably has a timing circuit which shuts off the power to the circuit components after a predetermined period of time has elapsed from the original power on cycle or needle contact.

Bij voorkeur heeft de kop een dubbele functie. Zo zorgt de kop zowel voor het overdragen van het straalinschakelsignaal als voor het ontvangen van de infrarode straling van de sonde. De kop heeft een inwendig opgenomen optisch straal- of flitsorgaan en een fotodetector.Preferably, the head has a double function. Thus, the head ensures both the transmission of the beam enable signal and the reception of the infrared radiation from the probe. The head has an internally incorporated optical beam or flash member and a photo detector.

40 Een buitenvlak van het kophuis bevat bij voorkeur een lens met een in- 8401874 > i 4 frarood filter. Het infrarode filter dient ervoor om licht in het zichtbare spectrum van de straal tijdens de sonde-inschakelprocedure uit te filteren. De lens focusseert de infrarode straling van de sonde op de fotodetector in de kop.An outer face of the head housing preferably includes a lens with an infrared filter. The infrared filter serves to filter out light in the visible spectrum of the beam during the probe turn-on procedure. The lens focuses the infrared radiation from the probe onto the photodetector in the head.

5 Bij een andere uitvoeringsvorm wordt vermogen aan de sondeschake- ling in het begin toegevoerd wanneer de naald een referentie-oppervlak contacteert. In bedrijf wordt de sonde door de machine bewogen zodat de naald het referentie-oppervlak contacteert om de voedingscyclus te starten. De sonde wordt vervolgens gebruikt om het werkstuk te inspec-10 teren· waarbij de sonde hierop betrekking hebbende signalen terugoverdraagt aan een op afstand opgestelde ontvangerkop.In another embodiment, power is applied to the probe circuit initially when the needle contacts a reference surface. In operation, the probe is moved through the machine so that the needle contacts the reference surface to start the feed cycle. The probe is then used to inspect the workpiece, with the probe transmitting related signals back to a remote receiver head.

De uitvinding zal nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekeningen, waarin:The invention will be further explained with reference to the drawings, in which:

Fig. 1 een omgevingsaanzicht geeft van een sonde-inrichting vol-15 gens de leer van de uitvinding in gebruik bij een geautomatiseerd ma-chinewerktuig;Fig. 1 is an environmental view of a probe device according to the teachings of the invention in use with an automated machine tool;

Fig. 2 een perspectivisch aanzicht geeft van een sonde-inrichting die van een straalinschakeltechniek gebruik maakt volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding; 20 Fig. 3 een perspectivisch aanzicht geeft van de toepassing van een sonde-inrichting bij een contactinschakeltechniek volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding;Fig. 2 is a perspective view of a probe device using a beam turn-on technique according to an embodiment of the invention; FIG. 3 is a perspective view of the use of a probe device in a contact enable technique according to another embodiment of the invention;

Fig. 4 een dwarsdoorsnedeaanzicht geeft volgens de lijnen 4-4 van fig. 2 van een sondeconstructie volgens een uitvoeringsvorm van de uit-25 vinding;Fig. 4 is a cross-sectional view along lines 4-4 of FIG. 2 of a probe construction according to an embodiment of the invention;

Fig. 5 een dwarsdoorsnedeaanzicht geeft volgens de lijnen 5-5 van fig. 4;Fig. 5 is a cross-sectional view along lines 5-5 of FIG. 4;

Fig. 6 een uit elkaar getrokken perspectivisch aanzicht geeft van de in fig. 4 aangegeven sonde; 30 Fig. 7 een perspectivisch aanzicht geeft van een in een uitvoe ringsvorm van de uitvinding toegepaste straal-ontvangerkop;Fig. 6 is an exploded perspective view of the probe shown in FIG. 4; FIG. 7 is a perspective view of a beam receiver head used in an embodiment of the invention;

Fig. 8 een dwarsdoorsnedeaanzicht geeft volgens de lijnen 8-8 van fig. 7;Fig. 8 is a cross-sectional view taken along lines 8-8 of FIG. 7;

Fig. 9 een bovenaanzicht geeft van een in de straal-ontvangerkop 35 van fig. 7 toegepast schakelingsbord;Fig. 9 is a plan view of a circuit board used in the beam receiver head 35 of FIG. 7;

Fig. 10 een schema geeft van de in de straal-ontvangerkop toegepaste schakeling;Fig. 10 is a schematic of the circuit used in the beam receiver head;

Fig. 11 een schema geeft van een schakeling die toegepast wordt in de sonde van een uitvoeringsvorm van de uitvinding waarbij de straalin-40 schakeltechniek wordt gebruikt; en 8401874 i * 5Fig. 11 is a schematic diagram of a circuit used in the probe of an embodiment of the invention using the beam-40 switching technique; and 8401874 * 5

Fig. 12 een schema geeft van een schakeling die in een sonde wordt gebruikt met de contactinschakeltechniek.Fig. 12 is a schematic of a circuit used in a probe with the contact enable technique.

I. OverzichtI. Overview

Fig. 1 toont in vereenvoudigde vorm een kenmerkende machinewerk-5 tuiginrichting waarin verscheidene aspecten van de inventieve te beschrijven kenmerken van de uitvinding worden toegepast. Een numeriek gestuurde draaicenter 10 is aangegeven tezamen met een stuureenheid 12 voor het automatisch sturen van draaibewerkingen op een werkstuk 14 overeenkomstig geprogrammeerde instructies. Het draaicenter 10 bevat 10 kenmerkend een draaiende klauwplaat 16 met klauwen 18 daarop om het werkstuk 14 vast te houden. Op een toren 20 zijn een aantal werktuigen 22-24 gemonteerd om werk op de binnendiameter van het werkstuk 14 uit te voeren. Kenmerkend hebben binnendiameterwerktuigen van dit type een lang schachtdeel die in de toren 20 door middel van adapters 26-28 wor-15 den vastgehouden. Volgens de uitvinding is een werkstuk-inspectiesonde 30 aan de toren 20 gemonteerd op dezelfde wijze als de werktuigen 22-24. In deze uitvoeringsvorm is de sonde 30 door middel van een adapter 32, die identiek is aan de adapters 26-28, gemonteerd aan de toren 20.Fig. 1 shows, in simplified form, a typical machine tool rig in which various aspects of the inventive features of the invention to be described are applied. A numerically controlled turning center 10 is indicated together with a control unit 12 for automatically turning operations on a workpiece 14 according to programmed instructions. The turning center 10 typically includes a rotating chuck 16 with claws 18 thereon to hold the workpiece 14. A number of tools 22-24 are mounted on a tower 20 to perform work on the inner diameter of workpiece 14. Typically, inner diameter tools of this type have a long shaft portion held in tower 20 by adapters 26-28. According to the invention, a workpiece inspection probe 30 is mounted on tower 20 in the same manner as tools 22-24. In this embodiment, the probe 30 is mounted to the tower 20 by means of an adapter 32, which is identical to the adapters 26-28.

20 Zoals in de techniek bekend is, laat de stuureenheid 12 onder an dere de toren 20 draaien waardoor het gewenste werktuig in de juiste werkpositie wordt gebracht en laat vervolgens de toren 20 bewegen totdat het werktuig het werkstuk contacteert en de gewenste machinale bewerking daarop uitvoert. De sonde 30 daarentegen wordt gebruik om het 25 werkstuk 14 te inspecteren· In dit specifieke voorbeeld is de sonde 30 in de industrie als een contact- of aanrakingssonde hierin bekend, dat deze sonde een uitgangssignaal opwekt wanneer de sondenaald of stift een oppervlak van het werkstuk of ander voorwerp contacteert. Geschikte resolvers, digitizers of dergelijke worden gebruikt om signalen aan de 30 stuureenheid 12 toe te voeren die de positie van de sonde 30 aangeven. Dientengevolge kan, wanneer het signaal van de sonde 30 een contact met het werkstuk aanduidt, de stuureenheid 12 nuttige informatie omtrent afmetingen van het werkstuk, de juiste positionering daarvan binnen de klauwplaat, etc. afleiden.As is known in the art, the control unit 12 among others rotates the tower 20 to bring the desired tool into the correct working position and then moves the tower 20 until the tool contacts the workpiece and performs the desired machining thereon. Probe 30, on the other hand, is used to inspect workpiece 14. In this particular example, probe 30 is known in the industry as a contact or touch probe herein, that this probe generates an output signal when the probe needle or stylus surfaces a workpiece or any other object. Suitable resolvers, digitizers or the like are used to supply signals to the controller 12 indicating the position of the probe 30. Consequently, when the signal from the probe 30 indicates contact with the workpiece, the control unit 12 can derive useful information about the dimensions of the workpiece, its correct positioning within the chuck, etc.

35 Straalinschakeling35 Jet activation

De sonde 30 heeft zijn eigen voedingsbatterij om energie aan zijn signaaltransmissieschakeling toe te voeren. Batterijen hebben ongelukkig genoeg een beperkte nuttige levensduur. Er is daarom een werkelijke behoefte aan enig middel om de levensduur van een batterij zo lang mo-40 gelijk te laten zijn. Dit is in het bijzonder van toepassing voor son- 8401874 i i 6 des van kleinere afmeting die in draaicenters worden gebruikt. Kleinere sondes zijn eveneens in de afmeting van de batterijen die zij kunnen gebruiken beperkt en derhalve is besparing van energie van groot belang.Probe 30 has its own power supply battery to supply energy to its signal transmission circuit. Unfortunately, batteries have a limited useful life. Therefore, there is a real need for some means of extending the life of a battery for as long as possible. This applies in particular to smaller sized sonos 8401874 i 6 des used in turning centers. Smaller probes are also limited in the size of the batteries they can use and therefore energy savings are of great importance.

5 Volgens een aspect van de uitvinding wordt een twee-weg optische verbinding tussen de sonde 30 en een straal-ontvangerkop 40 verschaft. De kop 40 is via een tusseneenheid 42 verbonden met de stuureenheid 12. Wanneer de stuureenheid 12 vaststelt dat het tijd is om de sonde 30 voor een sonde-actie te gebruiken wekt hij een signaal op de leiding 44 10 op voor de tusseneenheid 42 die op zijn beurt een stuursignaal op de leiding 46 opwekt teneinde de kop 40 een gegeven optisch signaal voor de sonde 30 te doen uitzenden. In de voorkeursuitvoering is dit optische signaal een straal of flits van infrarode straling van hoge intensiteit. Deze straal wordt door een geschikte detector 48 in de sonde 30 15 (zie fig. 2) gedetecteerd. De straal heeft tot gevolg dat de detector 48 de batterijvoeding verbindt met de sondetransmissieschakeling. Bij voorkeur reageert de sonde 30 op de straal door via lichtemissiedioden (LED’s) 50-54 infrarode straling op een gegeven frequentie terug af te geven aan de kop 40. Deze infrarode straling wordt door de kop 40 opge-20 nomen die op zijn beurt via de tusseneenheid 42 een signaal afgeeft aan de stuureenheid 12 welk signaal aangeeft dat de sonde 30 op de juiste wijze werkt en klaar is om zijn inspectiebewerkingen uit te voeren.According to an aspect of the invention, a two-way optical connection between the probe 30 and a beam receiver head 40 is provided. The head 40 is connected to the control unit 12 via an intermediate unit 42. When the control unit 12 determines that it is time to use the probe 30 for a probe action, it generates a signal on the line 44 for the intermediate unit 42 which is in turn, generates a control signal on line 46 to cause head 40 to emit a given optical signal for probe 30. In the preferred embodiment, this optical signal is a beam or flash of high intensity infrared radiation. This beam is detected by a suitable detector 48 in the probe 30 (see Figure 2). The beam causes detector 48 to connect battery power to the probe transmission circuit. Preferably, the probe 30 responds to the beam by returning 50-54 infrared radiation to the head 40 via light emission diodes (LEDs) at a given frequency. This infrared radiation is absorbed by the head 40, which in turn is supplied via the intermediate unit 42 outputs a signal to the controller 12 which indicates that the probe 30 is operating properly and is ready to perform its inspection operations.

De stuureenheid 12 doet vervolgens de toren 20 de sonde 30 naar voren brengen totdat de naald 56 het werkstuk 14 contacteert. De sonde 25 30 reageert op het naaldcontact door een verschuiving in de frequentie van de door de lichtemissiedioden 50-54 afgegeven infrarode straling teweeg te brengen. De verschuiving in frequentie wordt door de tusseneenheid 42 gedetecteerd en aan de stuureenheid 12 overgebracht. De bewerking van het inspecteren van het werkstuk gaat verder zoals gewenst 30 waarbij de sonde 30 in frequentie verschoven infrarode straling afgeeft aan de kop 40 telkens wanneer de naald contact maakt.The control unit 12 then causes the tower 20 to advance the probe 30 until the needle 56 contacts the workpiece 14. The probe 25 responds to the needle contact by causing a shift in the frequency of the infrared radiation emitted by the light emitting diodes 50-54. The shift in frequency is detected by the intermediate unit 42 and transmitted to the control unit 12. The workpiece inspection operation continues as desired, with the probe 30 delivering frequency shifted infrared radiation to the head 40 each time the needle contacts.

De sonde 30 heeft een tijdstuurketen daarin die de batterijvoeding na een vooraf bepaalde tijdperiode zal afschakelen van de transmissie-schakeling. Deze tijdperiode begint wanneer de batterijvoeding in het 35 begin aan de schakeling wordt toegevoerd en wordt teruggesteld telkens wanneer de naald het werkstuk contacteert. Derhalve zal nadat de sonde-actie beëindigd is de tijdperiode uiteindelijk aflopen en de batterijvoeding van de transmissieschakeling afgeschakeld worden. Dienovereenkomstig wordt de batterijvoeding alleen tijdens perioden van verwacht 40 sondegebruik toegepast. Wanneer de sonde niet in gebruik is, wordt de 8401874Probe 30 has a timing circuit therein that will cut off battery power from the transmission circuit after a predetermined period of time. This time period begins when battery power is initially supplied to the circuit and is reset every time the needle contacts the workpiece. Therefore, after the probe action has ended, the time period will eventually expire and the battery power of the transmission circuit will be turned off. Accordingly, battery power is used only during periods of expected 40 probe use. When the probe is not in use, the 8401874

S XS X

7 batterijvoeding afgeschakeld en wordt derhalve energie bespaard waardoor de perioden tussen vervanging van de batterijen verlengd worden.7 battery power is switched off and energy is therefore saved, extending the periods between battery replacement.

5. Contactinschakeling5. Contact switching on

Fig. 3 toont een andere methode voor het verlengen van de levens-5 duur van batterijen. In dit voorbeeld wordt de batterijvoeding eerst met de sondetransmissieschakeling verbonden door de sondenaald 56 in aanraking met elk willekeurig bekend referentie-oppervlak 60 te brengen. Het referentie-oppervlak 60 kan elk willekeurig vast punt binnen de machine 10 zijn waarvan de plaats aan de stuureenheid 12 bekend is.Fig. 3 shows another method of extending battery life. In this example, battery power is first connected to the probe transmission circuit by contacting the probe needle 56 with any known reference surface 60. The reference surface 60 can be any fixed point within the machine 10, the location of which is known to the control unit 12.

10 Door het sondecontact met het oppervlak 60 worden de batterijen verbonden met de sondetransmissieschakeling en wordt de uitzending vanaf de lichtemissiedioden 50-54 naar de kop 40* gestart. De kop 40' is gelijk aan de eerder beschreven kop 40 behalve dat hij geen straalmiddelen daarin nodig heeft noch heeft de sonde 30' de fotodetector 48 nodig.The probe contact to the surface 60 connects the batteries to the probe transmission circuit and transmits from the light emitting diodes 50-54 to the head 40 *. The head 40 'is similar to the previously described head 40 except that it does not require blasting means therein, nor does the probe 30' need the photodetector 48.

15 Overigens werken de twee uitvoeringsvormen in wezen op identieke wijze.Incidentally, the two embodiments operate essentially identically.

Na de initiatie wordt de sonde in positie bewogen voor het inspecteren van het werkstuk 14, waarbij de sonde 30' steeds wanneer naaldcontact wordt gemaakt in frequentie verschoven signalen aan de kop 40' overdraagt. Na een vooraf bepaalde tijdperiode na het laatste naaldcontact 20 worden de batterijen van de sondetransmissieschakeling afgeschakeld.After initiation, the probe is moved into position to inspect the workpiece 14, with the probe 30 'transmitting frequency shifted signals to the head 40' each time needle contact is made. After a predetermined period of time after the last needle contact 20, the batteries of the probe transmission circuit are turned off.

II. SondeconstructieII. Probe construction

Fig. 4 tot 6 geven in meer detail de constructie van de sonde 30 aan. Het sondehuis wordt gekenmerkt door een algemeen kegelvormig middendeel 70 en een naar achter uitstekende schacht of cilindervormig 25 deel 72 van gereduceerde dwarsdoorsnedediameter. In deze specifieke uitvoeringsvorm is het cilindervormige deel 72 hol met een lengte van ongeveer 4 1/4 inch (10,79 cm) en met een buitendiameter van ongeveer 1,4 inch (3,56 cm).Fig. 4 to 6 indicate the construction of the probe 30 in more detail. The probe housing is characterized by a generally conical center portion 70 and a rearwardly projecting shaft or cylindrical portion 72 of reduced cross-sectional diameter. In this particular embodiment, the cylindrical portion 72 is hollow with a length of about 4 1/4 inches (10.79 cm) and an outer diameter of about 1.4 inches (3.56 cm).

De buitenafmetingen van het cilindervormige deel 72 zijn gekozen 30 opdat zij in het algemeen overeenkomen met de afmetingen van de lichamen of schachten van de werktuigen 22-24. Dienovereenkomstig kan de sonde 30 in de plaats van een van de werktuigen in de toren 20 gebruikt worden en op dezelfde wijze in de adapter 32 worden vastgehouden. Zoals het duidelijkst in fig. 4 is aangegeven kan dit teweeggebracht worden 35 door het cilindervormige deel 72 in de holte 74 van de adapter 32 te schuiven totdat de achterwand 76 van het huisdeel 70 tegen het voorvlak 78 van de adapter 32 stuit. Door deze procedure wordt zeker gesteld dat de punt van de naald 56 op een bekende positie op afstand van de toren 20 wordt gehouden. Dienovereenkomstig kan de stuureenheid 12 op nauw-40 keurige wijze uitgaan van de positie van de naald 56 tijdens de sonde- 8401874 * * * 8 inspectiebewerking. Natuurlijk kunnen andere bekende middelen gebruikt worden om de naaldpunt 56 op de juiste afstand te positioneren. Bijvoorbeeld maken sommige machinewerktuiginrichtingen gebruik van een (niet aangegeven) stelschroef of ander middel binnen de achterzijde van 5 de holte 74 om de naaldafstand in te stellen.The outer dimensions of the cylindrical portion 72 are selected so that they generally correspond to the dimensions of the bodies or shafts of the tools 22-24. Accordingly, probe 30 may be used in place of any of the tools in tower 20 and retained in adapter 32 in the same manner. As is most clearly indicated in Fig. 4, this can be accomplished by sliding the cylindrical portion 72 into the cavity 74 of the adapter 32 until the rear wall 76 of the housing portion 70 abuts the front surface 78 of the adapter 32. This procedure ensures that the tip of the needle 56 is held at a known position away from the tower 20. Accordingly, the control unit 12 can accurately assume the position of the needle 56 during the probe inspection operation. Of course, other known means can be used to position the needle tip 56 at the correct distance. For example, some machine tool devices use an adjustment screw (not shown) or other means within the rear of the cavity 74 to adjust the needle spacing.

Het cilindervormige deel 72 heeft bij voorkeur een tweezijdige functie zowel voor het verschaffen van een batterijkamer als voor het verschaffen van een gemakkelijk te gebruiken montage-orgaan. Door de lange cilindervorm van het deel 72 kunnen ”cilindervormige” batterijen 10 met lange levensduur gebruikt worden die in vorm lijken op kenmerkende straallampbatterijen om de sondetransmissieschakeling te voeden. Bij voorkeur worden twee "C" lithiumcelbatterijen 80, 82 toegepast. De eigenschap om cilindervormige batterijen in plaats van kleinere batterijen, zoals knoop- of schijfcellen, te gebruiken verschaft, bij lage 15 kosten, aan de sonde een buitengewoon lange bedrijfslevensduur.The cylindrical portion 72 preferably has a two-sided function both to provide a battery chamber and to provide an easy to use mounting member. Due to the long cylindrical shape of the portion 72, long life "cylindrical" batteries 10 resembling typical ray lamp batteries are used to power the probe transmission circuit. Preferably, two "C" lithium cell batteries 80, 82 are used. The property of using cylindrical batteries instead of smaller batteries, such as button or disk cells, provides the probe with an extremely long operating life at a low cost.

De batterijen 80, 82 worden in het inwendige van het deel 72 geschoven. Een veergespannen deksel 84 wordt vervolgens met schroefdraad op het einde van het deel 72 gebracht waarbij de veer 86 de positieve klem 88 tegen het bord 90 aandrukt. Het ondervlak van het bord 90 bevat 20 een cirkelvormige geleidende laag 92. Het bord 90 wordt binnen een put 94 in een inwendig oppervlak van de wand 76 door middel van schroeven 96 bevestigd. Een geïsoleerde leiding 98 vormt een elektrische verbinding met de geleidende laag 92 door middel van een in het bord 90 doorgeplateerd gat. Het andere einde van de leiding 98 is verbonden met het 25 schakelingsbord 100 dat de sondeschakeling bevat. Een beschrijving van het elektrische schema voor de schakeling zal verderop worden gegeven. Het schakelingsbord 100 is in het algemeen cirkelvormig en heeft aan beide zijden daarvan gemonteerde elektrische componenten. Het schakelingsbord 100 is in het inwendige van het middendeel 70 gemonteerd door 30 middel van geschikte bevestigingselementen of bouten 102 die door af-standhouders 104 lopen. Het bord 100 heeft eveneens een in het midden geplaatste opening 106 daarin waardoor verschillende leidingen kunnen passeren om een verbinding met de juiste gebieden van het schakelingsbord 100 te vergemakkelijken.The batteries 80, 82 are slid into the interior of the part 72. A spring-tensioned cover 84 is then threaded on the end of the portion 72 with the spring 86 pressing the positive clamp 88 against the board 90. The bottom surface of the board 90 includes a circular conductive layer 92. The board 90 is mounted within a well 94 in an interior surface of the wall 76 by screws 96. An insulated lead 98 electrically connects to the conductive layer 92 through a hole plated in the board 90. The other end of the lead 98 is connected to the circuit board 100 containing the probe circuit. A description of the circuit electrical scheme will be given below. The circuit board 100 is generally circular and has electrical components mounted on both sides thereof. The circuit board 100 is mounted in the interior of the center section 70 by means of suitable fasteners or bolts 102 passing through spacers 104. The board 100 also has a centered opening 106 therein through which various leads can pass to facilitate connection to the appropriate areas of the circuit board 100.

35 De fotodetector 48 en zijn bijbehorend deelsamenstel is in het hellende buitenoppervlak 110 van het middenhuisdeel 70 gemonteerd. De fotodetector 48 is in dit bepaalde voorbeeld een PIN diode zoals de van Telefunken beschikbare diode No. DP104. Deze fotodetector 48 past in een tegenboring en wordt door middel van een gegroefde ring 112 met een 40 venster daarin op zijn plaats gehouden. Tussen de ring 112 en de foto- 8401874 * ï t 9 detector 48 zijn lagen van doorzichtig plastic 114, een infrarode fil-terlaag 116 en een O-ring 118 opgenomen. Met behulp van geschikte be-vestigingselementen 120 worden al deze componenten in een binnen de te-genboring gemonteerd deelsamenstel als een sandwich vastgehouden. De 5 leidingen van de fotodetector 48 lopen door de opening 106 en zijn met geschikte punten op het schakelingsbord 100 verbonden.The photo detector 48 and its associated subassembly is mounted in the inclined outer surface 110 of the center housing portion 70. In this particular example, the photo detector 48 is a PIN diode such as the diode No. 5 available from Telefunken. DP104. This photodetector 48 fits into a counterbore and is held in place by a grooved ring 112 with a window 40 therein. Layers of transparent plastic 114, an infrared filter layer 116 and an O-ring 118 are included between the ring 112 and the photo detector 48. With the aid of suitable fastening elements 120, all these components are held as a sandwich in a subassembly mounted within the opposing bore. The leads of the photodetector 48 pass through the opening 106 and are connected to suitable points on the circuit board 100.

De lichtemissiedioden 50-54 zijn naast de fotodetector 48 gemonteerd. De lichtemissiedioden 50-54 zijn zodanig ontworpen dat zij in de infrarode stralingsband optische signalen afgeven, dat wil zeggen licht 10 dat normaal niet door het menselijk oog waargenomen kan worden. De lichtemissiedioden 50-54 kunnen bijvoorbeeld van TRW, Ine. beschikbare componenten No. 0P290 zijn. Op dit punt wordt opgemerkt dat de uitvoering van de lichtemissiedioden 50-54 en de fotodetector 48 samen met de configuratie van het hellende sonde-oppervlak, waarop zij gemonteerd 15 zijn, in combinatie verschillende belangrijke voordelen tot een optimum voeren. Door bijvoorbeeld de lichtemissiedioden 50-54 op het hellende oppervlak 110 van de sonde te monteren wordt de daardoor afgegeven infrarode straling ten opzichte van de toren 20 naar voren gericht onder hoeken waardoor de straling op verschillende plaatsen van de kop 40 ge-20 makkelijk opgenomen kan worden* De sondeconstructie maakt het aan de gebruiker mogelijk om de sonde in een positie te draaien waarin de lichtemissiedioden 50-54 en de fotodetector 48 in de algemene richting van de kop 40 wijzen. Het is derhalve niet nodig om de kop 40 op enige absolute ruimtelijke plaats ten opzichte van de sonde 30 te monteren 25 waardoor aan het stelsel een grote veelzijdigheid voor gebruik in verschillende machinewerktuiginrichtingen wordt gegeven. Hierdoor wordt een betrouwbare optische verbinding tussen de sonde 30 en de kop 40 verkregen terwijl tegelijkertijd het aantal lichtemissie-organen in de sonde 30 tot een minimum wordt beperkt. Door het aantal lichtemissie-30 organen tot een minimum te beperken wordt de energie-opname uit de batterijen zo klein mogelijk gehouden waardoor de levensduur van de batterij verder verlengd wordt. »The light emitting diodes 50-54 are mounted next to the photo detector 48. The light emission diodes 50-54 are designed to emit optical signals in the infrared radiation band, that is, light 10 which cannot normally be detected by the human eye. For example, the light emission diodes 50-54 can be from TRW, Ine. available components No. 0P290. At this point, it is noted that the arrangement of the light emitting diodes 50-54 and the photodetector 48 together with the configuration of the inclined probe surface on which they are mounted, combine several important advantages to an optimum. For example, by mounting the light-emitting diodes 50-54 on the inclined surface 110 of the probe, the infrared radiation emitted thereby is directed forwardly at angles relative to the tower 20, so that the radiation can easily be absorbed at various locations of the head 40. * The probe construction allows the user to rotate the probe into a position where the light emitting diodes 50-54 and the photodetector 48 point in the general direction of the head 40. Therefore, it is not necessary to mount the head 40 in any absolute spatial location relative to the probe 30, giving the system great versatility for use in various machine tool devices. This provides a reliable optical connection between probe 30 and head 40 while at the same time minimizing the number of light emission members in probe 30. By limiting the number of light-emitting devices to a minimum, the energy absorption from the batteries is kept as small as possible, further extending the life of the battery. »

Uiteindelijk wordt in het samenstel van het middendeel 70 de wand 76 bevestigd aan de achterste delen van het deel 70 door middel van ge-35 schikte bevestigingsorganen 122. Met voordeel worden O-ringen, zoals de ring 124, gebruikt om het inwendige van de sonde 30 af te sluiten van de enigszins nadelige condities die bij toepassing van de sonde in een machinewerktuiginrichting kunnen heersen.Finally, in the assembly of the center part 70, the wall 76 is attached to the rear parts of the part 70 by means of suitable fasteners 122. Advantageously, O-rings, such as the ring 124, are used to connect the interior of the probe 30 to be closed off from the somewhat disadvantageous conditions which can prevail when the probe is used in a machine tool.

Een ringvormig neusstuk 130 heeft een met schroefdraad voorzien 40 steekorgaan 132 dat samenwerkt met in een boring 134 In het voorvlak 84 0 1 8 7 4 * * 10 van het middenhuisdeel 70 gevormde schroefdraad. De 0-ring 136 wordt opnieuw gebruikt voor afdichtingsdoeleinden. Het neusstuk 130 kan in verschillende lengten uitgevoerd zijn om de relatieve afstand van de naaldpunt 56 naar wens te vergroten of te verkleinen. Als gevolg van de 5 bevestiging via schroefdraad met het middenhuisdeel 70 kunnen verschillende van deze neusstukken gemaakt en met elkaar voor gebruik in verschillende toepassingen uitgewisseld worden.An annular nose piece 130 has a threaded 40 plug member 132 which cooperates with threads formed in a bore 134 in the front face 84 of the center housing portion 70. O-ring 136 is used again for sealing purposes. The nosepiece 130 may be of various lengths to increase or decrease the relative distance of the needle tip 56 as desired. As a result of the threaded attachment to the center housing portion 70, several of these nose pieces can be made and exchanged with each other for use in different applications.

Aan het neusstuk 130 is wegneembaar een schakelaareenheid 140 bevestigd. De schakelaareenheid 140 heeft een cirkelvormige lipknopeind-10 constructie 142 met een omringende 0-ring 146 die klem passend in de inwendige doorgang 146 binnen het neusstuk 130 past. Een of meer stel-schroeven 148 die loodrecht door het neusstuk 130 lopen klemmen de schakelaareenheid 140 op zijn plaats. De schakelaareenheid 140 kan verschillende constructies hebben die een of meer elektrische contacten 15 daarin openen of verbreken wanneer de naald 56 vanuit zijn rustpositie wordt bewogen. Aan de deskundige zullen verschillende constructies bekend zijn die aan dit algemene doel voldoen. In het kort gesteld past deze constructie een tuimelplaat toe voorzien van drie gelijkelijk gescheiden kogelcontacten daarop. De tuimelplaat wordt door een veer ge-20 spannen zodat de kogels normaal tegen drie overeenkomstige elektrisch geleidende inzetstukken aangedrukt worden. De drie kogel-inzetstukparen dienen als schakelaars (waarnaar verderop met de schakelaars S1-S3 wordt verwezen) en zij zijn gezamenlijk in serie verbonden. De tuimelplaat is verbonden met de naald 56. Steeds wanneer de naald 56 beweegt, 25 wordt de tuimelplaat gekanteld die dan een van de kogelcontacten uit zijn overeenkomstig inzetstuk optilt waardoor de elektrische verbinding daartussen verbroken wordt.A switch unit 140 is removably attached to the nose piece 130. The switch unit 140 has a circular lip button end construction 142 with a surrounding O-ring 146 that fits snugly into the internal passage 146 within the nose piece 130. One or more set screws 148 passing perpendicularly through nosepiece 130 clamp switch unit 140 in place. The switch unit 140 may have various structures that open or break one or more electrical contacts 15 therein when the needle 56 is moved from its rest position. The person skilled in the art will know of various constructions that meet this general purpose. Briefly, this construction employs a toggle plate having three equally separated ball contacts thereon. The toggle plate is tensioned by a spring so that the balls are normally pressed against three corresponding electrically conductive inserts. The three ball insert pairs serve as switches (referred to below as switches S1-S3) and are connected in series together. The toggle plate is connected to the needle 56. Whenever the needle 56 moves, the toggle plate is tilted which then lifts one of the ball contacts out of its corresponding insert thereby breaking the electrical connection therebetween.

De drie schakelaars in de eenheid 140 zijn door middel van de kabel 150 verbonden met de schakeling op het bord 100. Het andere einde 30 van de kabel 150 bevat een miniatuur coax-connector 152 of een andere geschikte connector die samenwerkt met een connector op het einde van de vervangbare schakelaareenheid 140. Aan de deskundige zal het duidelijk zijn dat deze typen schakelaareenheden zeer gevoelig zijn en eventueel vervangen moeten worden. De constructie volgens de uitvinding 35 maakt het mogelijk dat een dergelijke vervanging snel en gemakkelijk uitgevoerd wordt.The three switches in the unit 140 are connected by the cable 150 to the circuit on the board 100. The other end 30 of the cable 150 includes a miniature coaxial connector 152 or other suitable connector that interacts with a connector on the end of the replaceable switch unit 140. It will be apparent to those skilled in the art that these types of switch units are highly sensitive and may need to be replaced. The construction according to the invention enables such a replacement to be carried out quickly and easily.

Verschillende vormen en afmetingen van naalden of stiften kunnen in samenhang met de sonde 30 gebruikt worden. In plaats van de in de tekeningen aangegeven rechte naald 56 kan een naald gebruikt worden 40 waarvan de punt ten opzichte van de hoofdlangsas van de sonde 30 ver- 8401874 • i < 11 schoven of verplaatst is. De verschillende naalden kunnen met de scha-kelaareenheid 140 vervangen worden en kunnen daaraan bevestigd worden door middel van geschikte bevestigingselementen, zoals stelschroeven.Different shapes and sizes of needles or pins can be used in conjunction with the probe 30. Instead of the straight needle 56 shown in the drawings, a needle 40 may be used, the point of which is offset or displaced relative to the main longitudinal axis of the probe 30. The various needles can be replaced with the switch unit 140 and can be attached thereto by means of suitable fasteners, such as set screws.

II. Straalins chakeling 5 A. Straal-ontvangerkopII. Beam activation 5 A. Beam receiver head

De mechanische details van de straal-ontvangerkop 40 zijn het duidelijkste in de fig. 7 tot 9 aangegeven. De kop 40 heeft een algemeen rechthoekige houder 160 met een in een voorvlak 164 daarvan gevormde opening 162. Een of meer schakelingsborden 166 zijn binnen de houder 10 160 aangebracht. Het schakelingsbord 166 heeft verschillende elektri sche componenten daarop voor het uitvoeren van de functies die verderop in detail worden toegelicht. Twee van de meest belangrijke componenten zijn in deze tekeningen aangegeven· Dat zijn de xenon straalbuis 168 en de fotodetector 170. Zoals eerder opgemerkt is het doel van de straal-15 buis 168 het opwekken van een lichtpuls van hoge intensiteit en van korte tijdsduur om de werking van de sonde te starten. Aan xenon wordt de voorkeur gegeven daar een dergelijke buis licht opwekt dat rijk is aan infrarode straling. In de voorkeursuitvoering is de straal- of flitsbuis 168 een van Siemens beschikbare xenon straalbuis No.The mechanical details of the beam receiver head 40 are most clearly shown in Figures 7 to 9. The head 40 has a generally rectangular container 160 with an opening 162 formed in a front surface 164 thereof. One or more circuit boards 166 are disposed within the container 160. The circuit board 166 has several electrical components thereon for performing the functions explained in detail below. Two of the most important components are indicated in these drawings. These are the xenon ray tube 168 and the photodetector 170. As previously noted, the purpose of the ray tube 168 is to generate a light pulse of high intensity and short duration to start operation of the probe. Xenon is preferred as such a tube generates light rich in infrared radiation. In the preferred embodiment, the beam or flash tube 168 is a xenon nozzle No. 5 available from Siemens.

20 BUB 0641. Deze buis kan een straal of lichtpuls opwekken die ongeveer 50 microseconden duurt met een intensiteit van 100 watt/seconde. Andere typen van geschikte lichtbronnen kunnen natuurlijk ook toegepast worden.20 BUB 0641. This tube can generate a beam or pulse of light that lasts about 50 microseconds with an intensity of 100 watts / second. Other types of suitable light sources can of course also be used.

Ofschoon het niet absoluut noodzakelijk is, wordt het door de 25 straalbuis 168 opgewekte zichtbare licht bij voorkeur geëlimineerd teneinde de bediener of andere personen in de werkplaats, waarin het ma-chinewerktuig 10 wordt gebruikt, niet te storen. Daartoe wordt een de opening 162 bedekkend infrarood filter 172 toegepast. Het infrarode filter 172 dient voor het wegblokkeren van zichtbaar licht maar laat 30 door de straalbuis 168 opgewekte infrarode straling door.Although not absolutely necessary, the visible light generated by the nozzle 168 is preferably eliminated so as not to disturb the operator or other persons in the workshop using the machine tool 10. For this purpose, an infrared filter 172 covering the opening 162 is used. The infrared filter 172 serves to block visible light, but transmits infrared radiation generated by the nozzle 168.

Anderzijds is het doel van de fotodetector 170 het detecteren van door de sonde 30 afgegeven infrarode straling. In deze uitvoeringsvorm is de fotodetector 170 een PIN diode die op gelijke wijze als de fotodetector 48 in de sonde 30 werkt. Bij voorkeur wordt een convexe lens 35 174 in de opening 162 gebruikt om de infrarode straling van de sonde 30 te concentreren op de fotodetector 170 die in het brandpunt van de lens 174 is geplaatst. Als laatste bij de constructie van de kop 40 is een doorzichtige voorplaat 176 aangebracht. De voorplaat 176 bedekt de opening 162 en is op geschikte wijze aan het voorvlak 164 bevestigd met 40 een daartussen opgenomen pakkingsring 178.On the other hand, the purpose of the photo detector 170 is to detect infrared radiation emitted by the probe 30. In this embodiment, the photo detector 170 is a PIN diode that operates similarly to the photo detector 48 in the probe 30. Preferably, a convex lens 174 in the aperture 162 is used to focus the infrared radiation from the probe 30 onto the photodetector 170 placed at the focus of the lens 174. Finally, in the construction of the head 40, a transparent front plate 176 is provided. The front plate 176 covers the opening 162 and is suitably attached to the front face 164 with a gasket ring 178 received therebetween.

8401874 i i 12 B. Straal-ontvangerkopschakeling8401874 i i 12 B. Beam receiver head circuit

Fig. 10 toont de schakeling die in de straal-ontvangerkop 40 van de voorkeursuitvoering wordt gebruikt. Zoals eerder opgemerkt is de kop 40 via een of meer in het algemeen door het verwijzingscijfer 46 aange-5 duide geleiderlijnen verbonden met de tusseneenheid 42.Fig. 10 shows the circuit used in the beam receiver head 40 of the preferred embodiment. As previously noted, the head 40 is connected to the intermediate unit 42 via one or more conductor lines indicated generally by the reference numeral 46.

Een wisselstroomsignaal van 26 volt wordt aan de primaire van de omhoogtransformator Tl toegevoerd. Vanaf de transformator Tl wordt energie op de condensatoren C8 en C9 opgeslagen die op hun beurt over de positieve en negatieve elektroden van de xenon straalbuis 168 zijn 10 aangesloten. In deze uitvoeringsvorm hebben de condensatoren C8 en C9 wanneer zij volledig opgeladen zijn een spanning van 250-300 volt DC.A 26 volt AC signal is applied to the primary of the up transformer T1. From the transformer T1, energy is stored on the capacitors C8 and C9 which in turn are connected across the positive and negative electrodes of the xenon nozzle 168. In this embodiment, capacitors C8 and C9 when fully charged have a voltage of 250-300 volts DC.

Teneinde de buis 168 te laten stralen wekt de stuureenheid 12 via de tusseneenheid 42 een juist signaalniveau op de met "besturing” aangedulde leidingen op teneinde de lichtemissiediode 171 in geleiding te 15 brengen en licht uit te doen stralen. De lichtemissiediode 171 is een deel van een optisch isolatiepakket dat de siliciumgestuurde gelijk-richter (SCR) 173 bevat. De siliciumgestuurde gelijkrichter 173 is in een serieketen met de primaire van de transformator T2 en de condensator CIO opgenomen. De condensator CIO wordt evenals de condensator C8 20 en C9 opgeladen als gevolg van de werking van de transformator Tl. Wanneer de lichtemissiediode 171 geactiveerd is, geleidt de siliciumgestuurde gelijkrichter 173 en geeft de lading van de condensator CIO af over de primaire van de transformator T2. Deze spanning wordt door de transformator T2 tot ongeveer 4000 volt omhoog gebracht van welke 25 transformator de secondaire met de trekkerelektrode 175 van de straalbuis 168 is verbonden. De trekkerelektrode 175 is capacitief met de buis 168 verbonden en de hoge spanning daarop is voldoende om het gas binnen de buis te ioniseren. Het geïoniseerde gas is voldoende geleidend om de energie van de condensatoren C8 en C9 over de positieve en 30 negatieve elektroden te laten ontladen waardoor een straal van korte duur en zeer hoge intensiteit opgewekt wordt. Nadat de buis 168 gestraald heeft, beginnen de condensatoren te ontladen tot het tijdstip dat een ander straalinitiërend stuursignaal vanaf de tusseneenheid 42 wordt toegevoerd.In order to cause the tube 168 to radiate, the control unit 12 generates, via the intermediate unit 42, a correct signal level on the lines marked with "control" in order to conduct the light-emitting diode 171 and to emit light. The light-emitting diode 171 is part of an optical isolation package containing the silicon controlled rectifier (SCR) 173. The silicon controlled rectifier 173 is included in a series circuit with the primary of the transformer T2 and the capacitor CIO The capacitor CIO is charged as well as the capacitor C8 20 and C9 as a result of the operation of the transformer T1 When the light emission diode 171 is activated, the silicon controlled rectifier 173 conducts and transfers the charge of the capacitor CIO across the primary of the transformer T2. This voltage is raised by the transformer T2 to about 4000 volts the transformer of which the secondary is connected to the trigger electrode 175 of the nozzle 168. The trigger electrode 175 is capacitively connected to tube 168 and the high voltage thereon is sufficient to ionize the gas within the tube. The ionized gas is sufficiently conductive to discharge the energy of capacitors C8 and C9 across the positive and negative electrodes, generating a short duration beam of very high intensity. After the tube 168 has radiated, the capacitors begin to discharge until the time when another ray initiating control signal is supplied from the intermediate unit 42.

35 De sonde 30 reageert op de straal door het infrarode signaal af te geven dat door de fotodetector 170 in de kop 40 wordt opgepikt. De fo-todetector 170 is verbonden met een afgestemde tankketen bestaande uit de variabele spoel LI en de condensator C2. Bij een specifiek voorbeeld zal de sonde 30 met een frequentie van ongeveer 150 kilohertz gepul-40 seerde infrarode straling afgeven totdat de sondenaald een voorwerp 8401874 * = * 13 contacteert op welk tijdstip de frequentie tot ongeveer 138 kilohertz zal verschuiven. De tankketen in de kop 40 is op bij benadering het gemiddelde van deze twee frequenties afgestemd zodat de kopschakeling de ene of de andere van deze sondefrequenties kan detecteren maar vreemde 5 frequenties buiten een vooraf gekozen gebied of bandbreedte zal uitfilteren.The probe 30 responds to the beam by delivering the infrared signal picked up by the photodetector 170 in the head 40. The photo detector 170 is connected to a tuned tank chain consisting of the variable coil L1 and the capacitor C2. In a specific example, the probe 30 will emit pulsed infrared radiation at a frequency of about 150 kilohertz until the probe needle contacts an object 8401874 * = * 13 at which time the frequency will shift to about 138 kilohertz. The tank chain in the head 40 is tuned to approximately the average of these two frequencies so that the head circuit can detect one or the other of these probe frequencies but will filter out foreign frequencies outside a preselected range or bandwidth.

De resterende schakeling in fig. 10 wordt gebruikt om het vanaf de sonde 30 afgegeven en gedetecteerde signaal te versterken dat via de "uitgangs"-leiding aan de tusseneenheid 42 wordt toegevoerd. In het 10 kort gesteld bevat de kopversterkingsschakeling een veldeffecttransis-tor Q1 waarvan de hoge ingangsimpedantie aangepast is aan die van de afgestemde keten teneinde belastingsproblemen te vermijden. De transistor Q2 in samenwerking met de transistor Q1 versterkt het ontvangen signaal en voert dit toe aan een emittervolgernetwerk met de transistor 15 Q3* Het versterkte signaal wordt via de met de emitter van de transis tor Q3 verbonden DC filtercondensator C6 en weerstand R7 over de uit-gangsleiding afgegeven aan de tusseneenheid 42.The remaining circuit in Fig. 10 is used to amplify the signal output from the probe 30 which is applied to the intermediate unit 42 via the "output" line. Briefly, the head gain circuit includes a field effect transistor Q1 whose high input impedance is matched to that of the tuned circuit to avoid load problems. The transistor Q2 in cooperation with the transistor Q1 amplifies the received signal and supplies it to an emitter follower network with the transistor Q3 * The amplified signal is applied via the DC filter capacitor C6 and resistor R7 connected to the emitter of the transistor Q3. flow line delivered to intermediate unit 42.

De tusseneenheid 42 heeft een schakeling daarin die deze gekozen sondesignaalfrequenties detecteert en in antwoord hierop uitgangssigna-20 len voor de stuureenheid 12 opwekt. Het eerste signaal wordt opgewekt om aan te duiden dat de sonde op de juiste wijze werkt en een tweede signaal wordt opgewekt wanneer de sondenaald een voorwerp contacteert.Intermediate unit 42 has a circuit therein that detects these selected probe signal frequencies and generates output signals for control unit 12 in response. The first signal is generated to indicate that the probe is operating correctly and a second signal is generated when the probe needle contacts an object.

Een geschikte schakeling voor het detecteren van de frequentieverschui-ving bevat een fasevergrendelde lusketen om een frequentieschuifsleu-25 telbewerking op de ontvangen signalen uit te voeren en activeert bij de detectie van de ene of de andere van de gekozen frequenties relais. Verschillende andere methoden voor het detecteren van de sondesignalen zijn echter mogelijk.A suitable circuit for detecting the frequency shift includes a phase locked loop circuit to perform a frequency shift keying operation on the received signals and activates relays upon detecting one or the other of the selected frequencies. However, several other methods of detecting the probe signals are possible.

C. Sondeschakeling 30 Fig. 11 geeft een elektrisch schema van de schakeling in de sonde 30. De PNF transistor Q10 werkt als schakelaar om vermogen van de batterijen 80, 82 naar de componenten toe te voeren of af te schakelen welke componenten gebruikt worden om via de lichtemissiedioden 50-54 infrarode straling af te geven. De transistor Q10 is normaal in niet-35 geleidende toestand en derhalve zien de batterijen 80, 82 in feite een open keten zodat er geen energie van de batterijen afgenomen wordt.C. Probe circuit 30 FIG. 11 shows an electrical diagram of the circuit in the probe 30. The PNF transistor Q10 acts as a switch to supply power from the batteries 80, 82 to the components or to switch off which components are used via the 50-54 infrared light emitting diodes. emit radiation. The transistor Q10 is normally in a non-conductive state and therefore the batteries 80, 82 actually see an open circuit so that no energy is taken from the batteries.

Wanneer echter de kop 40 zijn straal van infrarode straling opwekt, geleidt de fotodetector 48 stroom vanuit de batterijen via de spoel LI tijdens de duur van de straal.However, when the head 40 generates its beam of infrared radiation, the photodetector 48 conducts current from the batteries through the coil LI for the duration of the beam.

40 De bij de lichtpuls van de xenon straalbuis behorende zeer snelle 8401874 * *· 14 stijgt!jd verschaft een uniek signaal dat gemakkelijk van andere lichtbronnen in het gebied van de machinewerktuiginrichting onderscheiden kan worden. Het infrarode filter bij de kop 40 sluit het grootste deel van het zichtbare spectrum uit zodat de straal niet waargenomen kan 5 worden en geen ergernis voor in de buurt zijnde personen kan teweegbrengen. Wanneer de lichtpuls met snelle stijgt!jd de fotodetector 48 bereikt, wordt hij via de inductiespoel L10 in een elektrische puls omgezet. De spoel L10 dient als hoogdoorlaatfilter en sluit vaste-toe-stand of laagfrequente lichtpulsen uit zoals fluorescerende oplichtin-10 gen in het gebied kunnen teweegbrengen.40 The very fast 8401874 * * · 14 rise associated with the light pulse of the xenon nozzle produces a unique signal that can be easily distinguished from other light sources in the area of the machine tool arrangement. The infrared filter at the head 40 excludes most of the visible spectrum so that the beam cannot be detected and may not cause annoyance to nearby persons. When the light pulse reaches the photodetector 48 with rapid rise, it is converted into an electric pulse via the induction coil L10. The coil L10 serves as a high-pass filter and excludes solid-state or low-frequency light pulses such as fluorescent lights in the region can cause.

De stroomstoot door de fotodetector 48 tijdens de straal wekt in de inductiespoel L10 een "slinger"-verschijnsel op zoals in de techniek bekend is. Dit slingerverschijnsel is in wezen een gedempte oscillatie die in antwoord op de straallichtpuls van ongeveer 50 microseconden bij 15 benadering 500 microseconden duurt. De oscillaties van de inductiespoel LI worden versterkt en door de omkeerversterker 200 omgekeerd. Het uitgangssignaal van de versterker 200 wordt toegevoerd aan de basis van de transistor Q10. De door de straal teweeggebrachte kortstondige opslin-gering in de inductiespoel LI veroorzaakt over de basis-emitterjunctie 20 van de transistor Q10 een voorwaartse spanning die deze doet geleiden. Door de geleiding van de transistor Q10 wordt voeding van de batterijen 80, 82 toegevoerd aan de met +V in de tekeningen aangeduide voedingsin-gangen van de schakelingscomponenten. Wanneer er voeding aan de oscillator 202 wordt toegevoerd begint deze pulsen aan een tijdteller 204 25 toe te voeren. De teller 204 wordt teruggesteld om zijn tijdperiode de starten wanneer de straal door de kop 40 ontvangen wordt. Dit wordt gerealiseerd door middel van een inverter 206 die het uitgangssignaal van de versterker 202 omkeert in een positief signaal dat door de RC tijdconstante van de condensator C20 en de weerstand R20 in een puls omge-30 vormd wordt. Deze puls wordt via de OF poortmiddelen 208 toegevoerd aan de terugstelingang van de teller 204. Zoals blijkt wordt de tijdteller 204 eveneens teruggesteld steeds wanneer de sondenaald 56 een voorwerp contacteert hetgeen door de opening van een van de schakelaars S1-S3 gereflecteerd wordt.The current burst through the photodetector 48 during the beam generates a "pendulum" phenomenon in the induction coil L10 as is known in the art. This pendulum phenomenon is essentially a damped oscillation that lasts approximately 500 microseconds in response to the beam light pulse of about 50 microseconds. The oscillations of the induction coil L1 are amplified and inverted by the inverter amplifier 200. The output of the amplifier 200 is applied to the base of the transistor Q10. The short-term flash induced by the beam in the induction coil L1 causes a forward voltage to conduct across the base-emitter junction 20 of the transistor Q10. The conductivity of the transistor Q10 supplies power from the batteries 80, 82 to the power inputs of the circuit components designated + V in the drawings. When power is supplied to the oscillator 202, it begins to supply pulses to a timer 204. The counter 204 is reset to start its time period when the beam is received by the head 40. This is accomplished by means of an inverter 206 which converts the output signal of amplifier 202 into a positive signal which is converted into a pulse by the RC time constant of capacitor C20 and resistor R20. This pulse is applied through the OR gate means 208 to the reset input of the counter 204. As can be seen, the time counter 204 is also reset whenever the probe needle 56 contacts an object which is reflected through the opening of one of the switches S1-S3.

35 De tijdteller 204 is zodanig ontworpen dat hij zolang hij aan het tellen is, dat wil zeggen niet uitgeteld is, aan zijn uitgangsleiding 210 een logisch laag signaal zal afgeven. Het logische lage signaal op de leiding 10 wordt door de inverter 212 omgekeerd die op zijn beurt via de diode D20 verbonden is met de ingang van de versterker 200. Als 40 gevolg hiervan wordt de uitgang van de versterker 200 in een lage toe- 8401874 15 stand vergrendeld waardoor de transistor Q10 in geleidende toestand wordt gehouden zodat vermogen aan de schakelingscomponenten wordt toegevoerd tot het tijdstip dat de teller 204 uitgeteld is. De tijd-perio-de van de teller 204 is zodanig gekozen dat deze voldoende groot is om 5 de stuureenheid 12 in staat te stellen het feitelijke inspectieproces te beginnen waarbij de sondenaald het voorwerp contacteert. In het algemeen is een tijdperiode van verscheidene minuten voldoende voor dit doel. De tijdperiode kan door middel van de potentiometer P20 die de oecillatiefrequentie van de tijdvertragingsoscillator 202 bepaalt, in-10 gesteld worden. Oscillaties van hogere frequentie van de oscillator 202 hebben tot gevolg dat de teller 204 sneller telt en derhalve in een kortere tijd uitgeteld raakt, en omgekeerd. Het opwekken van verschillende tijdvertragingen ligt natuurlijk binnen het vermogen van de gebruikelijke praktijkman.The time counter 204 is designed such that as long as it is counting, that is, not counted out, it will output a logic low signal to its output line 210. The logic low signal on line 10 is inverted by inverter 212, which in turn is connected via diode D20 to the input of amplifier 200. As a result, the output of amplifier 200 is converted into a low voltage. locked, keeping the transistor Q10 in a conductive state so that power is applied to the circuit components until the time counter 204 is counted out. The time period of counter 204 is selected to be large enough to allow control unit 12 to begin the actual inspection process in which the probe needle contacts the object. Generally, a time period of several minutes is sufficient for this purpose. The time period can be adjusted by means of the potentiometer P20 which determines the oscillation frequency of the time delay oscillator 202. Higher frequency oscillations of the oscillator 202 result in the counter 204 counting faster and therefore counting out in a shorter time, and vice versa. Generating different time delays is of course within the ability of the usual practitioner.

15 De draaggolfoscillator 220 en de deler 222 werken samen om de fre quentie te bepalen waarop de lichtemissiedioden 50-54 hun infrarode straling terug uitstralen naar de kop 40. Zoals gebruikelijk heeft de oscillator 220 als hoofdklok een kristal 224 met een bekende resonan-tiefrequentie. De oscillator 220 vormt de oscillaties van het kristal 20 224 om in een vorm die geschikt is om klokpulsen aan een gebruikelijke digitale deler, zoals de deler 222, te verschaffen. De deler 222 fungeert als een geschikt middel om de door de lichtemissiedioden 50-54 afgegeven frequentie te verschuiven wanneer de sondenaald een voorwerp contacteert. In dit bepaalde voorbeeld deelt de deler 222 de pulsen van 25 1,8 MHz van de draaggolfoscillator 220 door het getal 12 en verschaft hij derhalve aan zijn uitgang signaalfrequenties van ongeveer 150 KHz. Het uitgangssignaal van de deler 222 wordt toegevoerd aan een aandrijf-transistor Q12 of een andere geschikte schakeling voor het aandrijven van de lichtemissiedioden 50-54 op de door het deleruitgangssignaal be-30 paalde frequentie. Wanneer derhalve in dit voorbeeld de kop 40 de straalinschakelopvolging start, reageert de sonde 30 hierop door de transmissie van infrarode straling op een gegeven frequentie te beginnen. De sondetransmissie wordt door de fotodetector 170 in de kop 40 gedetecteerd die op zijn beurt een aanduiding aan de stuureenheid 12 35 afgeeft dat de sonde 30 op de juiste wijze werkt en klaar is om de son-deerreeks te beginnen. Wanneer de sonde 30 niet op deze wijze reageert, kunnen geschikte voorzorgsmaatregelen genomen worden.The carrier oscillator 220 and the divider 222 cooperate to determine the frequency at which the light-emitting diodes 50-54 radiate their infrared radiation back to the head 40. As usual, the oscillator 220 as a main clock has a crystal 224 having a known resonant frequency. The oscillator 220 converts the oscillations of the crystal 224 into a form suitable for providing clock pulses to a conventional digital divider, such as divider 222. The divider 222 acts as a convenient means to shift the frequency output from the light emitting diodes 50-54 when the probe needle contacts an object. In this particular example, the divider 222 divides the 1.8 MHz pulses from the carrier oscillator 220 by the number 12 and thus provides signal frequencies of about 150 KHz at its output. The output of the divider 222 is applied to a driving transistor Q12 or other suitable circuit for driving the light emission diodes 50-54 at the frequency determined by the divider output. Therefore, in this example, when the head 40 starts the beam turn-on follow-up, the probe 30 responds by starting the transmission of infrared radiation at a given frequency. The probe transmission is detected by the photodetector 170 in the head 40 which in turn issues an indication to the control unit 12 that the probe 30 is operating correctly and is ready to begin the probe sequence. If the probe 30 does not respond in this manner, appropriate precautions can be taken.

Wanneer de sondenaald 56 een voorwerp contacteert, zal een van de drie schakelaars S1-S3 in de sonde-eenheid 140 opengaan. De opening van 40 een van de schakelaars S1-S3 heeft twee dingen tot gevolg. Ten eerste 8401874 16 wordt de tijdteller 201 teruggesteld naar het begin van zijn tijdreeks. Ten tweede wordt een verschuiving in de door de lichtemissiedioden 50-54 afgegeven frequentie teweeggebracht. Dit kan op verschillende manieren gebeuren. In de voorkeursuitvoering echter heeft het openen van 5 een van de schakelaars S1-S3 tot gevolg dat de vergelijker 228 omhoog gaat. Het uitgangssignaal van de vergelijker 228 wordt via de OF poort 208 toegevoerd aan de terugstelingang van de teller 204 en de teller wordt derhalve teruggesteld. Daarenboven wordt het uitgangssignaal van de vergelijker 228 via de leiding 229 toegevoerd aan een frequentie-10 sleutelingang van de deler 222 waardoor deze de klokpulsen van de draaggolfoscillator 220 door een ander getal deelt, in dit geval door het getal 13. De uitgangssignalen van de deler 222 worden hierdoor in frequentie tot ongeveer 138 KHz veranderd. Derhalve wordt de frequentie van de door de lichtemissiedioden 50-54 afgegeven infrarode straling 15 verschoven in vergelijking tot de frequentie welke afgegeven werd toen de sonde in het begin ingeschakeld was. Deze frequentieverschuiving wordt door de fotodetector 170 gedetecteerd en aan de stuureenheid 12 af gegeven om daarmede aan te duiden dat de naald een voorwerp, normaal een werkstukoppervlak, contacteert. De stuureenheid 12 kan uit de ken-20 nis van de positie van de naald 56, wanneer dit signaal ontvangen wordt, nauwkeurig de afmetingen van het werkstuk berekenen of andere nuttige informatie afleiden.When the probe needle 56 contacts an object, one of the three switches S1-S3 in the probe unit 140 will open. Opening 40 of one of the switches S1-S3 does two things. First, 8401874 16, the time counter 201 is reset to the beginning of its time series. Second, a shift in the frequency output from the light emitting diodes 50-54 is brought about. This can be done in several ways. In the preferred embodiment, however, opening one of the switches S1-S3 causes the comparator 228 to go up. The output of comparator 228 is applied through OR gate 208 to the reset input of counter 204, and therefore the counter is reset. In addition, the output of comparator 228 is applied through line 229 to a frequency-10 key input of divider 222, dividing the clock pulses of carrier oscillator 220 by another number, in this case by number 13. The divider's output signals 222 are hereby changed in frequency to about 138 KHz. Therefore, the frequency of the infrared radiation 15 emitted by the light emission diodes 50-54 is shifted compared to the frequency emitted when the probe was initially turned on. This frequency shift is detected by the photo detector 170 and delivered to the controller 12 to indicate that the needle is contacting an object, normally a workpiece surface. The controller 12 can accurately calculate the dimensions of the workpiece or other useful information from the knowledge of the position of the needle 56 when this signal is received.

De stuureenheid 12 kan de sonde 30 in contact met andere werkstuk-oppervlakken bewegen, waarbij de sonde telkens reageert door een ver-25 schuiving in de door de sonde afgegeven infrarode straling. De tijdpe-riode van de tijdteller 204 is zodanig gekozen dat hij langer is dan de tijd welke tussen naaldcontacten zal verlopen. Wanneer de sonde-aktie beëindigd is kan de stuureenheid 12 voortgaan met andere machinale-be-werkingsakties zoals gewenst is. Er is geen behoefte om willekeurige 30 andere signalen op te wekken om de sonde uit te schakelen daar de energie van de batterijen automatisch afgeschakeld wordt wanneer de teller 204 eenmaal uitgeteld is. In dit geval zal de uitgangsleiding 210 daarvan omhoog gaan hetgeen uiteindelijk in de omgekeerde voorspanning van de basis-emitterjunctie van de transistor Q10 resulteert. Hierdoor komt 35 de transistor Q10 in niet-geleidende toestand. Op deze wijze is het enige verbruik van de batterijen 80, 82 de lekstroom van de halfgeleiders en de fotostroom van de fotodetector 48. Kenmerkend kan deze stroom zeer klein zijn, vaak minder dan 300 microamp. Dientengevolge zijn de componenten die meer vermogen opnemen ontkoppeld van de batte-40 rijvoeding totdat zij in feite voor de verwachte sondetoepassing nodig 8401874 * 17 zijn. Bij voorkeur zijn deze componenten gemaakt uit CMOS halfgeleider-technieken teneinde nog verder op verbruik van de batterijen in bedrijf te besparen.The control unit 12 can move the probe 30 in contact with other workpiece surfaces, the probe always responding by shifting the infrared radiation emitted by the probe. The time period of the time counter 204 is selected to be longer than the time which will elapse between needle contacts. When the probe action is finished, the controller 12 can proceed with other machining operations as desired. There is no need to generate arbitrary other signals to turn off the probe as the battery power is automatically turned off once counter 204 is counted out. In this case, its output line 210 will go up, eventually resulting in the reverse bias of the base-emitter junction of transistor Q10. This causes the transistor Q10 to become non-conductive. In this manner, the only consumption of the batteries 80, 82 is the leakage current of the semiconductors and the photocurrent of the photodetector 48. Typically, this current can be very small, often less than 300 microamps. As a result, the more power consuming components are decoupled from the batte-40 row power supply until they are in fact needed for the expected probe application 8401874 * 17. Preferably, these components are made from CMOS semiconductor techniques in order to further save on battery consumption in operation.

Bij wijze van niet beperkend voorbeeld wordt toegelicht dat de 5 draaggolfoscillator 220 gevormd wordt door een kristalgestuurde tran-sistorcomponent No. 2N2222, de deler 222 door een van National Semiconductor beschikbare LM4526, de tijdvertragingsoscillator 202 gevormd wordt door de ene helft van een geïntegreerde schakeling LM2903 beschikbaar van National Semiconductor, en de tijdteller 204 door een 10 eveneens van National Semiconductor beschikbare LM4040.By way of non-limiting example, it is illustrated that the carrier oscillator 220 is constituted by a crystal-controlled transistor component No. 2N2222, the divider 222 by an LM4526 available from National Semiconductor, the time delay oscillator 202 constituted by one half of an integrated circuit LM2903 available from National Semiconductor, and the time counter 204 by an LM4040 also available from National Semiconductor.

IV. ContactinschakellngIV. Contact activation

De eerder in samenhang met fig. 3 beschreven contactinschakeling-techniek kan als een alternatief voor de in paragraaf XII beschreven straalinschakelingstechniek gebruikt worden. Beide technieken hebben 15 hetzelfde algemene doel, dat wil zeggen besparen op de levensduur van batterijen. In sterke mate zijn de sondeconstructie en de schakeling voor beide technieken hetzelfde. Een schema van de sondeschakeling voor de contactinschakelingstechniek is in fig. 12 aangegeven. Deze schakeling komt overeen met die van fig. 11 en derhalve zullen dezelfde ver-20 wijzingscijfers gebruikt worden voor het aanduiden van gemeenschappelijke componenten.The contact enable technique previously described in conjunction with Fig. 3 may be used as an alternative to the beam enable technique described in Section XII. Both techniques have the same general purpose, ie to save on battery life. Probe construction and circuitry are very similar for both techniques. A schematic of the probe circuit for the contact enable technique is shown in Figure 12. This circuit corresponds to that of FIG. 11 and therefore the same reference numerals will be used to designate common components.

Uit een vergelijking van beide figuren blijkt dat het hoofdverschil het weglaten is van de fotodetector 48 en de bijbehorende induc-tiespoel L10 ten gunste van de weerstand B50 en de condensator C50. De-25 ze schakeling verschilt eveneens hierin dat hij een leiding 231 heeft die verbonden is tussen de sondeschakelaars S1-S3 en het knooppunt NI verbonden met de ingang van de omkeerversterker 200. De transistor Q10 wordt in niet-geleidende toestand gehouden tot het tijdstip dat een van de schakelaars S1-S3 open gaat als gevolg van het feit dat de naald 56 30 het referentie-oppervlak 60 (fig. 3) contacteert. Dit komt doordat de schakelaars S1-S3 de Ingang van de versterker 200 op in wezen aardni-veau houden zolang zij gesloten zijn, dat wil zeggen wanneer de sonde-naald niets contacteert of aanraakt. Wanneer echter de naald 56 het referentie-oppervlak 60 contacteert, gaat een van de schakelaars S1-S3 35 open en heeft tot gevolg dat de condensator C50 begint te laden. Bij voorkeur zijn de waarden van de weerstanden R50 en R18 evenals die van de condensator C50 zodanig gekozen dat zij een RC tijdconstante verschaffen die het tijdstip vertraagt waarin de condensator C50 tot een spanning geladen wordt die voldoende Is om na omkering door de verster-40 ker 200 de transistor Q10 in te schakelen. Hiervoor is nodig dat de 8401874 « 18 stuureenheid 12 de sondenaald 56 tegen het referentie-oppervlak 60 houdt gedurende een bepaalde tijdperiode, bijvoorbeeld gedurende een seconde. Door deze procedure wordt gewaarborgd dat toevallige stoten tegen de sondenaald of andere vreemde uitwendige faktoren, zoals elek-5 trische ruis, niet op foutieve wijze de sonde activeren.A comparison of both figures shows that the main difference is the omission of the photo detector 48 and the associated induction coil L10 in favor of the resistor B50 and the capacitor C50. This circuit also differs in that it has a lead 231 connected between the probe switches S1-S3 and the node NI connected to the input of the inverter amplifier 200. The transistor Q10 is kept in a nonconducting state until the time when one of the switches S1-S3 opens due to the fact that the needle 56 30 contacts the reference surface 60 (Fig. 3). This is because the switches S1-S3 keep the Input of the amplifier 200 at essentially ground level as long as they are closed, that is, when the probe needle does not contact or touch anything. However, when the needle 56 contacts the reference surface 60, one of the switches S1-S3 35 opens and causes the capacitor C50 to start charging. Preferably, the values of resistors R50 and R18 as well as those of capacitor C50 are chosen to provide an RC time constant which delays the time when capacitor C50 is charged to a voltage sufficient to be reversed by the amplifier. 200 to turn on the transistor Q10. This requires the control unit 12 to hold the probe needle 56 against the reference surface 60 for a specified period of time, for example, for one second. This procedure ensures that accidental impacts to the probe needle or other foreign external factors, such as electrical noise, do not improperly activate the probe.

Wanneer eenmaal de condensator C50 voldoende geladen is, zal de transistor Q10 inschakelen en vermogen vanaf de batterijen 80, 82 toevoeren aan de sondetransmissiecomponenten. De teller 204 zal teruggesteld worden en zijn uitgangssignaal via de leiding 210 afgeven om de 10 transistor Q10 in zijn geleidende toestand te vergrendelen. In deze uitvoering zal de deler in het begin de laagste van de twee uitgangs-frequenties opwekken als gevolg van het omklappen van de vergelijker 228 terwijl de sondenaald 56 het referentie-oppervlak contacteert. De stuureenheid 12 kan echter op geschikte wijze geprogrammeerd worden om 15 dit initiële sondesignaal als een aanduiding te beschouwen dat de sonde op de juiste wijze ingeschakeld is en klaar is om over te gaan tot het inspecteren van het werkstuk.Once capacitor C50 is sufficiently charged, transistor Q10 will turn on and supply power from batteries 80, 82 to the probe transmission components. Counter 204 will reset and output its output through line 210 to lock transistor Q10 in its conducting state. In this embodiment, the divider will initially generate the lower of the two output frequencies due to flip-over of comparator 228 as the probe needle 56 contacts the reference surface. However, the controller 12 can be appropriately programmed to take this initial probe signal as an indication that the probe is properly turned on and ready to proceed to workpiece inspection.

De stuureenheid 12 zal uitgaande van de kennis dat de sonde 30' op de juiste wijze werkt dan beginnen met de werkstukinspectieprocedure 20 .waarbij de naald 56 verschillende werkstukoppervlakken contacteert.Based on the knowledge that the probe 30 'is operating correctly, the controller 12 will then begin workpiece inspection procedure 20, where the needle 56 contacts different workpiece surfaces.

Wanneer de naald 56 eenmaal van het referentie-oppervlak 60 is wegbewogen, sluiten de schakelaars S1-S3 waardoor de deler 222 de lichtemis-siedioden 50-54 op de andere frequentie zal aandrijven. Zodra de naald een werkstukoppervlak contacteert, opent een van de schakelaars S1-S3 25 opnieuw waardoor de vergelijker 228 omklapt. Dit resulteert in het terugstellen van de teller 204. Door het omklappen van de vergelijker 228 wordt eveneens een uitgangssignaal via de leiding 229 aan de deler 222 toegevoerd waardoor het uitgangssignaal daarvan verandert en daarom de uitgangssignalen van de lichtemissiedioden 50-54 in frequentie ver-30 schuiven. Deze procedure zet zich voort tot het tijdstip dat de werkstukinspectieprocedure beëindigd is, waarbij de batterijvoeding automatisch van de sondeschakeling wordt afgeschakeld wanneer de tijdschake-ling 204 eenmaal uitgeteld is.Once the needle 56 has moved away from the reference surface 60, the switches S1-S3 close so that the divider 222 will drive the light emission diodes 50-54 at the other frequency. As soon as the needle contacts a workpiece surface, one of the switches S1-S3 25 reopens causing the comparator 228 to flip over. This results in the reset of the counter 204. By flipping the comparator 228, an output signal is also applied through the line 229 to the divider 222, thereby changing its output signal and therefore changing the output signals of the light emission diodes 50-54 in frequency. slide. This procedure continues until the workpiece inspection procedure is completed, with battery power automatically disconnected from the probe circuit once timer 204 is counted out.

Resumé 35 Het zal bij lezing van bovenstaande beschrijving duidelijk zijn dat er verscheidene belangrijke vooruitgangen in de werkstukinspectie-techniek zijn gegeven. Elke uitvoering is beschreven in samenhang met de beste mode die op het moment overwogen wordt om deze inventieve technieken toe te passen.Summary 35 It will be apparent from reading the above description that several important advances have been made in the workpiece inspection technique. Each embodiment has been described in conjunction with the best fashion currently contemplated applying these inventive techniques.

40 Het zal echter duidelijk zijn dat wijzigingen of verbeteringen 8401974 19 aangebracht kunnen worden zonder buiten het kader van de uitvinding te treden. Het zal bijvoorbeeld duidelijk zijn dat de straalinschakeling of contactinschakelingstechnieken gebruikt kunnen worden met typen sondes die anders zijn dan de specifiek aangegeven typen.It will be understood, however, that changes or improvements 8401974 19 can be made without departing from the scope of the invention. For example, it will be understood that the beam turn-on or contact-turn-on techniques may be used with types of probes other than the specifically indicated types.

84018748401874

Claims

An apparatus for use in a machine tool system, said apparatus comprising first means for detecting information about a workpiece, the first means comprising 5 circuit means for transmitting work-related information to a remote receiver, a power source, and detecting means for supplying power from the source to the circuit to enable its operation upon receipt of a given signal; and second means disposed remote from the first means to wirelessly transmit the determined signal to the detection means to thereby initiate the supply of power to the circuit, minimizing the consumption of power from the source by selectively use its energy only during periods of anticipated use.

The device of claim 1, wherein the circuit means comprises a time chain for shutting off the supply of power from the source to the circuit after a predetermined period of time.

3. The device of claim 2, wherein the predetermined time period is measured from the time when power from the source is initially supplied to the circuit, or an indication that the first means has undergone a detection operation.

4. Device for use in a machine tool system to detect contact with a workpiece, which device comprises probes with a needle to contact the workpiece, circuit means 25 for wirelessly transmitting needle-related information to a remotely arranged receiver, a battery power source, and photo detecting means for supplying power from the battery to the circuit to enable its operation upon receipt of a given optical signal; and remote means disposed at a distance from the probe to transmit the given optical signal to the photo detecting means in the probe prior to its expected use, thereby minimizing consumption of power from the battery.

The device of claim 4, wherein the probe circuitry has a time circuit that interrupts the supply of power from the battery after a predetermined period of time has elapsed from the generation of the given signal or needle contact with the workpiece.

The device of claim 5, wherein the given optical signal is a high intensity infrared ray beam.

The device of claim 4, wherein the probe further includes 8401874 optical transmission means connected to the circuit means for transmitting infrared signals indicating needle contact with the workpiece.

The device of claim 4, wherein the first means further comprise a housing having a nozzle therein, a photo detector and an infrared filter covering an opening in a wall of the housing.

The device of claim 8, wherein the housing further includes a lens to focus the infrared radiation from the probe on the photodetector.

The device of claim 7, wherein the probe circuit generates a given frequency to drive the optical transmission members when power is first supplied from the battery and to shift the frequency when the needle contacts the workpiece.

A method of applying a battery powered probe to a machine tool system, said method generating an optical signal prior to the expected use of the probe; detecting the signal in the probe; and using the detected signal to supply power from the battery to electrical components in the probe for a period of time sufficient to cause the probe to perform the desired actions on a workpiece.

The method of claim 11, further comprising the steps of transmitting an optical signal of the given frequency from the probe, when power from the battery is initially supplied to the circuit components; and shifting the frequency of the transmitted optical signal when the probe contacts the workpiece.

The method of claim 11, further comprising the step of interrupting the supply of power from the battery to the circuit components after a predetermined period of time has elapsed from detection of the optical signal or probe contact with the workpiece.

14. Probe for detecting information about a workpiece, said probe comprising circuit means for wirelessly transmitting information about the detected workpiece to a remote receiver, a battery power source, and detection means for supplying power from the battery to the circuit means to enable its operation at the reception 40 of a given wirelessly transmitted signal. 8401874

The probe of claim 14, wherein the detecting means is a photo detector which responds to a given optical signal.

The probe of claim 14, wherein the given optical signal is a high intensity infrared ray.

An apparatus for use in a probe array used by a machine tool apparatus, the apparatus comprising a holder having a light source and a photodetector therein, means for energizing the light source prior to probe action, and means connected to the photodetector for receiving detect optical signals containing information related to the probe action.

The device of claim 16, wherein the light source is a beam or flash tube, the photodetector reacts to infrared radiation, and the holder has an infrared filter to filter out essentially light in the visible spectrum generated by the beam.

The device of claim 16, wherein the holder further includes lens means for focusing the optical signals on the photodetector.

20. A method of using a battery powered probe in a machine tool system, the method comprising contacting a reference surface by the probe and applying power from the battery to electrical components in the probe in response, using the probe to detect information about a workpiece, and disconnection of battery power after a predetermined period of time.

The method of claim 20, further comprising the step of wirelessly transmitting information about the detected workpiece to a remote receiver.

22. Probe for detecting information about a workpiece, which probe has at least one optical transmission means for transmitting information to a remote receiver, electrical components for driving the optical element, and at least one battery for energy to the components, further comprising input circuit means having a photo detector and an induction coil coupled to the battery to generate an output signal of a given amplitude in response to a remotely generated light beam, and switch means responsive to the output signal from the battery to the electrical components to enable optical transmission of the information to the remote receiver. 8401874

The probe of claim 22 further comprising a timing chain to generate a lock signal to maintain the switch means in a given position whereby the battery connection is maintained for a predetermined period of time; first means for detecting when the probe contacts an object; second means for generating at least two different frequencies for driving the optical transmission member, the first means being associated with the time chain and second means for resetting the time chain and causing a shift in frequency when the probe detects an object.

24. Probe for detecting information about a workpiece, which probe has at least one optical transmission means for transmitting information to a remote receiver, electrical components for driving the optical element, and at least one battery for the supplying energy to the components, further comprising switch means for selectively supplying energy from the battery to the components depending on their condition, and input circuit means generating a signal sufficient in response to probe contact with an object to change the state of the switch means whereby energy from the battery is supplied to the components.

The probe of claim 24, wherein the probe has at least one normally closed contact which is opened when the probe contacts an object, and wherein the input circuit further includes battery 25 and the contact connected capacitive means for storing energy from the battery when the contact is opened and to generate an output of sufficient amplitude after a predetermined period of time to change the state of the switch means.

The probe of claim 25, further comprising a timing circuit 30 for generating a lock signal to maintain the switch means in the state to maintain connection of the battery to the components for a predetermined period of time; first means for detecting when the probe contacts an object; second means for generating at least two different frequencies for driving the optical transmission member, the first means being associated with the time chain and second means for resetting the time chain and causing a shift in frequency when the probe contacts an object. -H-I-HH- 84 0 1 874