JPH0216824A - 信号伝送システム - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば工作機械、座標測定機１点検ロボット
等（以後、これらを「工作機械」と称する）に用いる信
号伝送システムに関するものである。

［従来の技術］ 上述したような工作機械における加工片点検用の種々の
プローブは既知である。これらのプローブには、加工片
の表面に接触するか、またはその表面と所定の関係に達
する際にトリガ信号を発生ずるトリガプローブおよび加
工片の表面位置に関連するディジタルまたはアナログ出
力を発生する測定プローブがある。

特に、工作機械におけるように、プローブを他の工具と
交換できるようにする必要がある場合に、プローブ出力
信号を工作機械に据え付けのインターフェースに逆戻し
伝送するワイヤレス伝送システムを設りることは既知で
ある。例えば、米国特許第４．５０９．２６６号には光
学的（赤外線による）伝送システムが開示されている。

この種のシステムは英国グロスターシャ州ウオットンー
アンダーーエッジ所在のレニショウ・メトロロジー社か
らも市販されている。同様なシステムは他のセンサから
例えば工作機械のベツド上またはコンベヤか、パレット
上の加工片の存在、あるいはその位置またはバイスや、
グリッパや、ロボットの如き装置の状態に関連する信号
を伝送するのに用いることもてきる。このようなシステ
ムについては例えは米国特許第４，５４５，１０６号に
開示されている。他のワイヤレス伝送システム、例えば
光学的な光の代わりに無線波を用いるものも既知である
。

伝送用の２つのセンサ信号を受信する送信機を工作機械
に設けることも既知であり、例えば米国特許第４，６０
８，７１４号および第４，６５８，５０９号のものは２
つの信号を単一の送信機に供給し、これら２つの信号を
周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）法によって伝送され
る赤外ビームで変調している。赤外ビーム受信機には受
信ビームから２つの信号を復調して検出する回路を設け
ている。前記レニショウ・メトロロジー社から市販され
ているシステムは非同期直列伝送法を用いており、この
方法では２進ワードの直列伝送中に論理゛１°°を示す
のに赤外ビームをスイッチ・オンさせ、論Ｆｌ　”　Ｏ
”を示すのに赤外ビームをスイッチ・オフさせ、斯かる
２進ワードをスタートビットで開始させ、それに所望な
信号情報を表わすビットを後続させている。これにより
多量の情報を伝送する。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、２つ以上の別個の送信機からセンサ情報を伝送
したい場合に、別個の伝送信号が互いに干渉するという
問題が生ずる。例えば、このようなことは工作機械に２
つのプローブまたは他のセンサを据え付ける場合に生ず
る。米国特許第４，６０８，７１４号に開示されている
ＦＳＫ方式では送信機および受信機の中心周波数を個々
に同調させることができるようになっている。このよう
にずれは、それぞれ異なる中心周波数に同調する２個以
上の送信機／受信機セットを用いることかできる。しか
し、上記米国特許のＦＳＫ方式の回路は、方が２つの直
列信号を同時に伝送する場合に、受信機がこれら２つの
信号を分離させるのが困難であるために、前述した直列
伝送法の如き多量の情報を伝送できるシステムに直接適
用することはできない。

そこで、木発明の目的は上述したような欠点を除去し得
るように適切に構成配置した工作機械用の信号伝送シス
テムを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 木発明は、検知状態に応答して信号を発生する複数個の
センサを有している工作機械用の信号伝送システムにお
いて、システムが各センサに関連するデータを伝送する
ために各センサに対して１個ずつの複数個の信号送信手
段と、信号送信手段による伝送用の搬送波信号を発生す
るために、各信号送信手段に設けられ、各信号送信手段
毎に異なる周波数の搬送波信号を発生する搬送波信号発
生手段と、搬送波信号の位相を変調することによりデー
タを搬送波信号で変調するために各信号送信手段に設け
る位相変調手段と、複数個の信号送信手段によって伝送
される信号を受信するための受信手段と、受信手段に設
けられ、送信手段の搬送波周波数に応答するフィルタと
を具えていることを特徴とする。

各センサに対して１個ずつの受信機を複数個設け、これ
らの各受信機に各搬送波周波数に応答するフィルタを内
蔵させることができるが、受信機は１個とし、これにそ
れぞれ異なる搬送波周波数に応答する前記フィルタを複
数個内蔵させるのが好適である。

データは送信手段により直列２進形態で伝送するのが好
適である。位相変調は搬送波信号の位相を反転させるこ
とにより行って、２進情報の論理”　ｉ　”またば０゛
°を表わすようにすることができる。

信号送信手段および受信手段は信号を光学的に（例えば
赤外放射を用いて）伝送および受信するものとするのが
好適であるが、無線伝送の如き他の送信手段を用いるこ
ともできる。

［実施例］ 以下、実施例について図面を参照して説明する。

第１図は工作機械のベツド１０および工具保持スピンド
ル１２を示す。スピンドル１２は、ベツドｌＯにクラン
プさせた加工片（ワークピース）１４を機械加工および
点検操作するためにベツド１０に対してＸ、ＹおよびＺ
方向に動かすことができる。加工片１４を機械加工する
ために、スピンドル１２は工具マガジン１６内に保管さ
れている種々のバイト（図示せず）の内のいずれかをコ
ンピュータ数値制御系（図示せず）のプログラム制御下
にてピックアップすることができる。点検操作を行うた
めに、スピンドル１２は同じくマガジン１６内に保管さ
れている複数個の蓄電池作動式プローブ１８八、１８［
１，１８Ｇの内のいずれかをピックアップすることもて
きる。なお、図面には３個のプローブを示しであるが、
これらのプローブは２個たけとすることも、また３個以
上とすることもできる。

第１図に示したプローブはいずれも加工片に接触するス
タイラス２０を有しており、これらのプローブはタッチ
・トリガ式プローブとするか、またはスタイラスの変位
量に比例する出力を発生する測定または走査式プローブ
のいずれともすることができる。あるいはまた、これら
は非接触的、例えば光学的に加工片を検知することもで
きる。各プローブはタッチ・トリガ式または他の形式の
プローブ出力信号およびプローブの蓄電池が良好な状態
にあるか否かを示す如き慣例の他の信号を発生する回路
（第２図）を有している。これらのプローブ信号を工作
機械に逆戻しに伝送するために各プローブには第１図に
示したようにプローブの表面に赤外発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）２４を含む送信機ユニット４６（第２図）を設け
る。所要に応じ、その種のＬＥＤを１個以上プローブの
周囲にｌｌｉｌｌ間させて配置することによりプローブ
信号を全方向に伝送させることができる。プローブ回路
３０および送信機ユニット４６は慣例のものとするため
、これらについての詳細な説明は省略する。プローブ出
力信号は工作機械の数値制御系とインターフェースさせ
る受信機モジュール２８に光学的に伝送する。

しかし、慣例の２台の送信機ユニットが同時に光学信号
を伝送したりすることがある場合に、双方の送信機ユニ
ットからの光学信号が受信機モジュール２８により受信
されるおそれがある。従来のシステムでは、このような
場合に異なるプローブの出力信号間に干渉が起こるため
、一方のプローブだけを所定の時間に伝送させる必要が
あった。

このことからして（例えば二重スピンドル式の機械加工
センターには、各スピンドルにプローブを設けるか、ま
たは旋盤には加工片計測用のプローブと工具設定用のプ
ローブとの双方を設けるようにする）必要性が次第に高
まりつつあるのに、２つのプローブを同時に用いること
はできない。隣接する工作機械におけるプローブ間での
干渉の危陰性もある。一方のプローブだけを一旦用いる
場合でも、各プローブは使用しなくなってからの予定期
間（例えば１〜２分）後にプローブをスイッチ・オフさ
せるようにすれば問題はないのであるが、この場合には
他のプローブを使用し始める前に１〜２分間の期間が経
過するまで待たなければならない。これは時間の無駄で
あるため、工作機械の有効利用にはならない。これがた
め、木発明ではその代わりに次のような装置を適用する
。

各プローブ内の送信回路（第２図）はエンコーダ３２を
具えている。これはプローブ回路３０からのデータを符
号化した直列２進ワードを発生ずる。

この直列２進ワードはトリガ信号を伝送する必要のある
度毎にエンコーダ３２により発生させる以外に、１６．
４＋ｕｓ＠に一度、規則的にも送出させる。つまり、こ
のエンコーダ３２はプローブが機能していることを受信
機２８に示すための「鼓動」信号を発生する。各直列２
進ワードは６４μｓのタイムウィンドウ内にて送出し、
蓄電池のエネルギーを節約するために、これらのタイム
ウィンドウの外では発光ダイオード２４を完全にオフ状
態にする。この伝送ウィンドウを第４図のＡに示しであ
る。

第４図の波形Ｂはエンコーダによって符号化した４ビツ
ト情報を示す。パルスＢ１はスタートビットであり、パ
ルスＢ２はプローブの状態を示し、パルスＢ３はプロー
ブの接点が開いているか、閉じているかを示し、パルス
Ｂ４は蓄電池の状態を示す。

なお、常に高レベルであるスタートビットＢ１以外のこ
れらのパルスは伝送すべき情報に応じて高レベルまたは
低レベル（有か無）になる。プローブ状態ビットＢ２は
、「プローブ接点の開または閉」ビットＢ３が最終の伝
送ウィンドウから状態を変えた場合にのみ高レベルとな
り、これにより一種の誤りチエツクを行うと共にプロー
ブが加工片１４との接触によって丁度トリガされたこと
を即座に認識することもできる。直列エンコーダ３２は
この情報を第４図のＣに示した形態でライン３４に出力
する。情報信号Ｂの各ビットが信号Ｃにおける２μｓの
パルスＣ１，Ｃ２，Ｃ３，０４（またはこれらパルスの
不在）に対応することは明らかである。

第４図のＢに示した情報信号はタッチ・トリガ式のプロ
ーブに対する伝送すべき信号の単なる一例に過ぎないこ
とは勿論である。なお、直列２進ワードはセンサの種類
および伝送ずぺぎ情報量に応じて大体４ビット程度とす
ることができる。例えば、測定プローブ（すなわち、ス
タイラス２０の変位を測定するプローブ）用の直列２進
ワードのビット数は変位を所要の回転度で２進数として
表わすためにもっと多くすることもできる。実際上、情
報は特に測定プローブが３次元Ｘ、ｙ、ｚにおける変位
情報を発生する場合にはこのような幾つもの２進ワード
で伝送することができる。木発明はプローブ以外のセン
サ、例えば工作機械のベツド１０上における加工片１４
の有無検知用、または工作機械に関連するバイスや、グ
リッパ−や、加工片処理ロボットや、あるいはコンベヤ
ーの作動またはそれらの状態を示すためのセンサにも適
用し得ることは勿論である。２進ワードのビット数はこ
れらの種々の各タイプの各センサから伝送すべき情報量
に適するように選択する。

本発明の実施例では、従来のシステムで行っていたよう
に、発光ダイオード２４をスイッチ・オンさせたり、オ
フさせたりするのに信号Ｃを直接用いる代わりに、エン
コーダ３２の出力を排他的ＯＲゲート３６の一方の入力
端子に供給する。このゲート３６の他方の入力端子には
搬送波信号を発生する発振器３８を接続する。直列エン
コーダ３２は発振器３８からの入力端子４０を有してい
るため、直列２進ワードパルスは搬送波信号と同期する
。この搬送波信号の周波数は工作機械の各プローブ１８
八、１８Ｂ。

１８Ｃあるいは他のセンサ毎に相違させて、受信機２８
が種々のセンサおよびプローブからの信号を識別できる
ようにする。特に、種々のプローブおよびセンサの様々
の搬送波周波数は全て互いに偶数倍か約数とする。例え
ば、あるプローブの搬送波周波数は５００ｋＨｚとし、
他のプローブのそれはＩＭＨｚとし、ざらに別のプロー
ブの搬送波周波数は２ＭＨｚとなるようにすることがで
きる。互いに偶数倍および約数の周波数を用いる理由は
、それらの信号を発生させ易く（シかも後にそれらを受
信機モジュール２８にて分離させ易い）からである。し
かし、このことは各プローブおよびセンサの搬送波周波
数を相違させさえすれば必ずしも偶数倍および約数とす
る必要はない。なお、パルス０１〜Ｃ４のパルス幅を２
μｓとする場合には、使用し得る搬送波の最低周波数を
５００ｋＨｚとする。

排他的ＯＲゲート３６はフェーズ・シフト・キーイング
（ＰＳＫ）　として既知の技法によって情報信号を搬送
波周波数で位相変調する。このことを第５図のＤに示し
たＩＭＨｚの搬送波信号の場合につき説明する。第４図
の波形ＢおよびＣを第５図ではＥおよびＦに拡大スケー
ルにて示してあり、排他的ＯＲゲート３６からの合成出
力を第５図のＧに示しである。この第５図から明らかな
ように、排他的ＯＲゲートの合成出力信号には領域４２
があり、この個所ではパルス０１〜Ｃ４がある場合に、
これらのパルスの１つに対応するＩＭＩ＋ｚの搬送波パ
ルスの位相が反転（１８０°にわたりシフト）されてい
る。すなわち、２進情報の所定ビット（高が低）は合成
信号において位相反転領域４２の有無としてコード化さ
れる。排他的ＯＲゲート３６の出力４４を送信機ユニッ
ト４６に供給して、このユニットから光学的に伝送する
。

従って、発光ダイオード２４から受光ダイオード２６に
伝送される赤外信号は、上述したようにＩＭ）Ｉｚの搬
送波で位相変調され、１６．４ｍｓ毎に繰り返される６
４μｓのバーストパルスで構成される。

受信機モジュール２８の回路は第３図に示す通りである
。受信機ユニット５０は伝送された赤外信号を受信する
フォトダイオード２６を具えている。この受信ユニット
は合成信号を複数の帯域通過フィルタ回路５２Ａ、５２
Ｂ、５２Ｇに送給する。これらの各フィルタ回路は種々
のプローブおよびセンサの各搬送波周波数の１つに選択
的に同調し、各プローブおよびセンサに対してそれぞれ
対応する１つのフィルタがある。所要に応じ、各フィル
タ回路５２Ａ〜５２Ｇに対し、それぞれ各別の受信機回
路５０および各別のフォトダイオード２６を設けること
もできることは勿論である。

第３図にはフィルタ５２Ａからのチャネルの信号を受信
するだけの回路を示しであるだけであるが、他のチャネ
ルも同様に構成することは明らかである。フィルタ５２
Ａの出力を第６図に示しである。この第６図の波形Ｈは
第５図の波形りの搬送波信号に対応するＩＭＨｚの理想
化した正弦波を示す。フィルタ５２八から出力される実
際の信号の一部分である同様な理想化した正弦波を第６
図のＪに示しである。この図から明らかなように、フィ
ルタ５２への出力信号は送信信号Ｇにおける位相反転領
域４２に対応する位相反転領域５４を含んでいる。フィ
ルタ５２の出力を同期復調器５６に供給する。この復調
器の作動は慣例の通りである。要するに、これは到来信
号からＨにて示すような搬送波信号を再生し、ついでこ
の再生搬送波を用いて到来信号Ｊを搬送波で同期をとっ
て復調する。波形には出力ライン５８に現われる出力信
号の一部を示す。５４の如き位相反転領域は第６図のＫ
にに１にて示すようなパルスを発生する。

従って、ライン５８の出力は第４図のＣに示したような
送信機におけるライン３４に現われる直列２進ワードを
再生したものとなる。この信号を直列デコーダ６０に送
給し、これにて２進ワードを復号化して、元のプローブ
情報の相当する出力６２を発生させる。例えはデコーダ
６０の出力６２の内の一方は工作機械のインターフェー
スに対するトリガ人力とし、これはプローブが加工片１
４に丁度接触したことを工作機械に知らせるのに用いる
ことができる。周知のように、工作機械の数値制御プロ
グラムはスピンドル１２の瞬時座標を読取りたり、また
プローブが加工片１４の方へとさらに動いて破損をまね
かないようにスピンドルの動きを停止させたりする。上
述したような伝送方法を他のプローブおよび他のセンサ
に用いる場合に、直列デコーダ６０の出力が、そのデコ
ーダに関連するセンサに適うようにすることは勿論であ
る。

上述したシステムによって伝送される信号をフーリエ分
析した所、上述した位相変調を種々の異なる搬送波周波
数にて行った場合に、受信機ユニット５０によって受信
された合成信号はチャネル毎の干渉なくフィルタ５２に
よって首尾よく分離し得第４図、第５図および第６図は
第２図および第ることを確かめた。従って、２つ以上の
プローブまたはセンサにより互いに干渉し合うことのな
い信号を同時に送信することができる。

各プローブからの搬送波信号を短いバーストで送るので
あって、連続的に送給するのではないため、上述した送
信機は使用電力が極めて少なくて済み、このために蓄電
池の寿命が長くなる。このことはこの種のプローブにと
っては蓄電池の交換回数をできるだけ少なくするのが望
ましいことからして重要なことである。さらに、送信機
は全てディジタル方式とすることができ、これによって
も電力の節約となり、しかも取り扱いも容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による信号伝送システムを適用する工作
機械の一部を示す概略図、 第２図は工作機械のプローブに設ける信号送信回路の一
例を示すブロック図、 第３図は受信機回路の一例を示すブロック図、６０・・
・デコーダ。 １０・・・工作機械のペッド、 １２・・・スピンドル、 １４・・・加工片、 １６・・・マガジン、 １８八、１８Ｂ、１８Ｇ・・・プローブ、２０・・・ス
タイラス、 ２４・・・赤外発光ダイオード、 ２６・・・フォトダイオード、 ２８・・・受信機モジュール、 ３０・・・プローブ回路、 ３２・・・エンコーダ、 ３６・・・排他的ＯＲゲート、 ３８・・・搬送波発振器、 ４６・・・送信機ユニット、 ５０・・・受信機ユニット、 ５２八、５２Ｂ、５２Ｇ・・・帯域通過フィルタ回路、
５６・・・同期復調器、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）検知状態に応答して信号を発生する複数個のセンサ
   を有している工作機械用の信号伝送システムにおいて、
   該システムが： 各センサに関連するデータを伝送するために各センサに
   対して１個ずつの複数個の信号送信手段と； 該信号送信手段による伝送用の搬送波信号を発生するた
   めに、前記各信号送信手段に設けられ、各信号送信手段
   毎に異なる周波数の搬送波信号を発生する搬送波信号発
   生手段と；前記搬送波信号の位相を変調することにより
   前記データを前記搬送波信号で変調するために前記各信
   号送信手段に設ける位相変調手段と； 前記複数個の信号送信手段によって伝送される信号を受
   信するための受信手段と； 該受信手段に設けられ、前記送信手段の搬送波周波数に
   応答するフィルタ； とを具えていることを特徴とする信号伝送システム。 ２）前記受信手段を単一受信機とし、該受信機にそれぞ
   れ異なる搬送波周波数に応答する前記フィルタを複数個
   設けたことを特徴とする請求項１に記載の信号伝送シス
   テム。 ３）前記送信手段が前記データを直列２進形態にて伝送
   する手段を有していることを特徴とする請求項１に記載
   の信号伝送システム。 ４）前記位相変調手段を２進データの論理“１”または
   “０”を表わすために搬送波信号の位相を反転する反転
   手段で構成したことを特徴とする請求項１に記載の信号
   伝送システム。 ５）前記反転手段を排他的ＯＲゲートで構成したことを
   特徴とする請求項４に記載の信号伝送システム。 ６）前記送信手段および受信手段が前記信号を光学的に
   伝送および受信する手段を具えていることを特徴とする
   請求項１に記載の信号伝送システム。 ７）前記信号を赤外放射で伝送することを特徴とする請
   求項６に記載の信号伝送システム。 ８）前記送信手段および受信手段が前記信号を光学的に
   伝送および受信する手段を具えていることを特徴とする
   請求項３に記載の信号伝送システム。 ９）前記送信手段がデータを別個のタイムウィンドウ内
   にて直列２進ワードとして伝送し、前記光学的放射手段
   が前記タイムウィンドウの外では完全にオフ状態となる
   ようにしたことを特徴とする請求項８に記載の信号伝送
   システム。