JPH0233128Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、被測定物と接する検知手段の移動位
置から例えば被測定物の孔径等を計測する計測装
置に関するものである。 従来、マシニングセンタに自動計測機能を付加
する際に、検出器として接点型の検出器を使用し
た場合、その検出器が被測定物としてのワークに
接したときに発生する接触信号で機械に装着され
ている座標スケール、例えばインダクトシンやレ
ゾルバ等の値を読み取ることが必要である。この
接触信号は機械が移動中に発生するので、信号伝
達系の遅れ（電気信号の遅れ、接触信号を演算処
理部へ取込むときの認識遅れ等）があると、機械
が行きすぎた点の座標を読みとることになる。こ
の誤差は、機械の送り速度が速くなるほど大きく
なる。 このようなことから、精度の高い計測を行うた
めには機械の送り速度をできるだけ遅くすればよ
いわけであるが、機械の送り速度を遅くすると、
計測に時間がかかりすぎ実用的でないという難点
が生じる。 一方、このようにワークと検出器との接触を伴
う計測方式の場合、ワークの計測位置に例えば切
粉等の異物が付着していると、大きな計測誤差を
生じる問題がある。従つて、このような問題を防
ぐためには計測する前にワークに付着している異
物を除去すればよいが、特に加工機械上での自動
計測では実際上困難な作業である。 本考案の目的は、このような２つの課題を同時
に解決すること、つまり計測精度を維持しつつ計
測能率を向上させ、かつ異物による計測誤差をな
くす計測装置を提供することにある。 本考案の計測装置は、被測定物との接触および
離脱に伴い検知信号を発生する検知手段と、この
検知手段と被測定物とを相対移動させる駆動手段
と、この駆動手段に前記相対移動に関する指令値
データを出力する指令手段と、前記検知手段と被
測定物との相対位置を検出しその相対位置データ
を出力する位置検出手段と、前記検知信号に基づ
き駆動手段を制御して被測定物と検知手段との接
触位置を計測する制御手段とを設ける。そして、
制御手段として、前記接触に伴う検知信号を受け
た際に接触状態信号を出力する接触状態指示手段
と、予め設定された一定の制動距離を記憶する制
動距離記憶手段と、前記被測定物と検知手段とを
第一速度で近接方向に相対移動させかつ前記接触
状態信号を受けた際に同方向に前記制動距離だけ
相対移動させる第一移動指令手段と、前記第一移
動指令手段に続いて起動されて前記被測定物と検
知手段とを第二速度で逆方向に前記制動距離だけ
相対移動させる第二移動指令手段と、前記第二移
動指令手段に続いて起動されて前記検知信号が接
触状態ならば前記逆方向を指定しかつ前記検知信
号が離脱状態ならば前記近接方向を指定する計測
方向判定手段と、前記計測方向判定手段に続いて
起動されて指定された方向に前記被測定物と検知
手段とを前記第一速度および第二速度よりも低速
の第三速度で相対移動させる第三移動指令手段
と、前記第三移動指令手段とともに起動されて前
記検知信号が接触または離脱の何れかに変化した
際に前記相対位置データを計測位置として出力す
る計測位置出力手段と、を設ける。 このような構成により、被測定物と検知手段と
は、まず第一速度で近接され、接触したのち同方
向に所定距離行き過ぎ、それまでとは逆方向に第
二速度で所定距離戻される。そして、この時点で
の接触状態に応じて計測方向が選択され、接触し
ていれば逆方向つまり離脱する方向へ、離脱して
いれば近接方向つまり再度接触する方向へ、それ
ぞれ低速の第三速度で移動され、この移動の間に
離脱または再度接触した時点で接触位置が計測さ
れる。つまり、位置計測を行う際の第三速度を低
速にすることで精度を確保するとともに、第三速
度で移動する距離を短い区間に限定し、他の区間
での移動速度を高めて全体として迅速な動作を実
現し、さらに異物の有無による影響を自動的に回
避できるようにして上記目的を達成しようとする
ものである。 要するに、検知手段と被測定物との間に異物が
あれば逆方向への相対移動により脱落した状態に
あるためそのときの状態を判別し、検知信号が接
触に伴う信号つまり異物が無い状態のときは検知
手段と被測定物とを離れる方向へ、検知信号が離
脱に伴う信号つまり異物が有る状態のときは検知
信号と被測定物とを接する方向へそれぞれ相対移
動させることにより、異物による計測誤差をなく
し、またこれら相対移動の各工程を区分けするこ
とにより検知工程のみを低速度に、他を高速度と
することを可能にし、計測精度を維持しつつ計測
能率の向上を達成しようとするものである。 以下、本考案の一実施例を図面について説明す
る。 第１図は本実施例の全体のシステムを示してい
る。同システムは、被測定物としての工作物Ｗの
計測方向、つまり本実施例では穴Ｈの直径方向
（以下、ｘ方向とする）に対して、例えばマシニ
ングセンタに装着された検知手段としての接点型
或いは圧電素子等からなる接触検出器１が駆動装
置２の作動によつて往復移動できるようになつて
いる。検出器１は、先端に前記工作物Ｗと接する
プローブ１Ａを備え、このプローブ１Ａが工作物
Ｗに接している間、信号検出回路３を通じて検知
信号を本発明の要部である制御手段としての制御
部４へ与える。制御部４は、前記信号検出回路３
を通じて与えられる検知信号に基づき、予め設定
された処理手順に従つてNC装置５へ各種の制御
信号を与えるとともに、所定の条件下において、
そのNC装置５へ入力されているデータを取込む
ようになつている。NC装置５は、前記検出器１
の移動位置を表わすところの駆動装置２に取付け
られた位置検出置６からの位置データ（Position
Feedback Signal、以下PFSという）と指令値デ
ータとの差に基づき前記駆動装置２を駆動させる
とともに、前記制御部４からの制御信号に従つて
その駆動を制御する。 第２図は前記制御部４とNC装置５との回路構
成を示している。前記NC装置５には、指令手段
および第一ないし第三の移動指令手段を兼ねる
NC装置要部５１と、第１、第２の記憶手段５
２，５３と、加算部５４と、差レジスタ５５とが
含まれている。前記NC装置要部５１には、シー
ケンス情報を扱うシーケンス部５１Ａ、テープ読
取部７からのデータをデコードするデコード部５
１Ｂおよび一定時間毎に移動指令値（Δx／Δt）
を出力する補間演算部５１Ｃ等が含まれている。
また、前記第１の記憶手段５２は、前記位置検出
装置６からの逐次入力される位置データPFSを順
次記憶するフイードバツクカウンタで構成されて
いる。また、前記第２の記憶手段５３は、前記
NC装置要部５１の補間演算部５１Ａから一定時
間毎に出力される移動指令値Δx／Δtを順次加
算、記憶する指令値カウンタによつて構成されて
いる。これら第１、第２の記憶手段５２，５３の
差は、前記加算部５４を介して差レジスタ５５
に、いわゆるサーボエラー量SVEとして与えら
れる。このサーボエラー量SVEは、Ｄ／Ａ変換
部を含む前記駆動装置２に与えられる。ちなみ
に、前記加算部５４および差レジスタ５５は可逆
カウンタとして構成することができる。 前記制御部４は、前記信号検出回路３からの検
知信号がアンド回路２１，２２にそれぞれ入力さ
れるようになつているとともに、インバータ２３
を介してアンド回路２４に入力されるようになつ
ている。前記アンド回路２１には、前記検知信号
のほかに、タイマ回路２５から一定時間Δt毎に
出力されるクロツク信号およびフリツプフロツプ
２６のセツト出力端Ｑからの信号がそれぞれ入力
されている。また、このアンド回路２１からの出
力は、前記フリツプフロツプ２６をリセツトし、
かつ前記NC装置要部５１にその指令値Δx／Δt
の分配を停止させるための停止指令信号STPと
して入力されているとともに、ゲート回路２７に
与えられている。 ここにおいて、アンド回路２１およびフリツプ
フロツプ２６により接触状態指示手段が構成さ
れ、アンド回路２１のＨ出力が接触状態信号とな
る。 ゲート回路２７は、前記アンド回路２１からの
出力がＨレベル（論理値１）になつたとき、予め
制動距離記憶手段である第３の記憶手段２８に記
憶された一定の制動距離ΔX_Tを前記NC装置要部
５１に与えるようになつている。これにより、
NC装置要部５１は、第３の記憶手段２８からの
制動距離ΔX_Tに基づく一定寸法検出器１を同方向
へ移動させた後停止させ、再びその制動距離ΔX_T
に基づく一定寸法検出器１を逆方向へ移動させ
る。 また、前記アンド回路２２，２４には、前記信
号検出回路３からの信号のほかに、前記NC装置
要部５１から前記制動距離ΔXＴに基づく動作終
了後一定時間出力される判別指令信号HSが入力
されている。そして、各アンド回路２２，２４の
出力端にはそれぞれフリツプフロツプ２９，３０
のセツト入力端Ｓが接続されている。一方のフリ
ツプフロツプ２９のセツト出力端Ｑからの信号
は、前記NC装置要部５１に対して前記検出器１
が工作物Ｗから離れる方向へ前記駆動装置２を駆
動させるための順送り指令信号FSとして入力さ
れているとともに、アンド回路３１に与えられて
いる。また、前記他方のフリツプフロツプ３０の
セツト出力端Ｑからの信号は、前記NC装置要部
５１に対して前記検出器１が工作物Ｗに接する方
向へ前記駆動装置２を駆動させるための逆送り指
令信号RSとして出力されているとともに、アン
ド回路３３に与えられている。 ここにおいて、アンド回路２２，２４およびフ
リツプフロツプ２９，３０により計測方向判定手
段が構成され、順送り指令信号FSまたは逆送り
指令信号RSにより計測方向が指定される。 一方、アンド回路３１には、順送り指令信号
FSの他に、信号検出回路３からの検知信号がイ
ンバータ３２で反転された信号、およびタイマー
回路２５からのクロツク信号がそれぞれ入力され
ている。また、アンド回路３１には、逆送り指令
信号RSの他に、信号検出回路３からの検知信号、
およびタイマー回路２５からのクロツク信号がそ
れぞれ入力されている。これらのアンド回路３
１，３３からの出力はオア回路３４を通つてゲー
ト回路３５に与えられている。ゲート回路３５
は、前記アンド回路３１，３３のいずれかの出力
がＨレベルになつたとき開放され、前記第１の記
憶手段５２のデータを第４の記憶手段３６へ取込
む。 ここにおいて、アンド回路３１，３３ないし第
４の記憶手段により計測位置出力手段が構成さ
れ、第４の記憶手段３６に取込まれたデータは、
計測値として例えば表示器等へ出力される。 なお前記フリツプフロツプ２６は前記NC装置
要部のシーケンス部５１Ａからの初期設定指令信
号SSによりセツト状態に設定される。また、前
記フリツプフロツプ２９，３０は、オア回路３７
を介して与えられる前記NC装置要部５１のシー
ケンス部５１Ａからの指令信号SSおよび前記オ
ア回路３４からの出力により、それぞれリセツト
される。 次に、本実施例の作用を第３図をも参照して説
明する。 まず、NC装置要部５１のシーケンス部５１Ａ
からの初期設定指令信号SSによりフリツプフロ
ツプ２６をセツト状態に、フリツプフロツプ２
９，３０をリセツト状態にそれぞれ初期設定した
後、NC装置要部５１からの指令により、駆動装
置２を介して検出器１を測定開始点となる基準位
置P₀から高速の第一速度V₁で移動させると（第
３図参照）、位置データPFSが駆動装置２に取付
けられた位置検出装置６から逐次与えられ、その
位置データPFSが第１の記憶手段５２に記憶され
ていく。 一方、検出器１が速度V₁で移動する過程にお
いて、プローブ１Ａが工作物Ｗと接、する位置Ｐ
に達すると、信号検出回路３を通じてＨレベルの
検知信号（接触信号）が制御部４のアンド回路２
１へ与えられる。このとき、工作物Ｗの被測定面
に例えば切粉等の異物が付着していると、プロー
ブ１Ａがその異物と接する位置P′、つまり工作物
Ｗの真の被測定面と接する位置より手前の時点で
Ｈレベルの検知信号がアンド回路２１に与えられ
る。アンド回路２１は、フリツプフロツプ２６が
セツトされた状態つまりそのセツト出力端Ｑから
Ｈレベルの信号が与えられている状態にあるか
ら、タイマ回路２５からのクロツク信号が与えら
れたとき、Ｈレベルの出力を発生する。すると、
そのアンド回路２１からのＨレベルの出力によ
り、フリツプフロツプ２６がリセツトされると同
時に、NC装置要部５１に対して停止指令信号
STPが与えられる。これにより、NC装置要部５
１の補間演算部５１Ｃから第２の記憶手段５３へ
の指令値Δx／Δtの分配が停止される。更に、ア
ンド回路２１からのＨレベルの出力によりゲート
回路２７が開放される。すると、第３の記憶手段
２８の制動距離ΔX_TがNC装置要部５１に与えら
れ、第２の記憶手段５３にセツトされる。従つ
て、検出器１は、駆動手段２により、第１の記憶
手段５２と第２の記憶手段５３とのデータの差が
零になる位置P₁、もしくはP₁′まで移動されて停
止される。つまり、制動距離ΔX_Tに基づく一定寸
法だけ移動されて停止される。なお、制動距離
ΔX_Tは、第一速度V₁におけるSVE等、予め機械
が安全に停止できる距離に設定されている。 ここで、検出器１のプローブ１Ａが工作物Ｗと
接し、それに伴う検知信号が出力されてから停止
するまでの検出器１の行きすぎ量ｌは、 ｌ＝ΔX_T＋V₁・Δt …(1) で表わされる。ここで、V₁・Δt₁は、制動にあた
つて生じる遅れ誤差Δt₁に伴う停止位置のずれ量
であり、Δt₁は、検出器１のプローブ１Ａが工作
物Ｗに接して検知信号が出力された時点からタイ
マ回路２５のクロツク信号が与えられるまでの時
間つまり制御部４が検知信号を認識するまでの遅
れで、少なくともクロツク信号の周期Δtより小
さい。 次に、検出器１が停止した位置P₁、もしくは
P₁′から検出器１を、前記制動距離ΔX_Tに基づく
寸法だけ逆方向へ比較的高速の第二速度V₂で移
動させる。この移動が停止すると、NC装置要部
５１からは判別指令信号HSが制御部４のアンド
回路２２，２４に与えられる。ここで、アンド回
路２２，２４は、信号検出回路３を通じて与えら
れる検知信号がＨレベルであるか、Ｌレベルであ
るかを判別する。通常、はじめにプローブ１Ａが
接触信号を出力したとき、工作物Ｗとプローブ１
Ａとの間に異物が介在されていない場合には、プ
ローブ１Ａが工作物Ｗに実際に接触してから制御
部４が接触を認識するまでの時間遅れがあるた
め、Ｈレベルの検知信号、つまりプローブ１Ａが
工作物Ｗに接触している状態にあるが、工作物Ｗ
とプローブ１Ａとの間に異物が介在されていた場
合には、そのプローブ１Ａが異物に接触した際そ
の接触に伴つて異物が脱落するためＬレベルの検
知信号、つまりプローブ１Ａが工作物Ｗから離れ
た状態にある。 いま、はじめにプローブ１Ａが接触信号を出力
したとき異物が無かつたとすると、Ｈレベルの検
知信号がアンド回路２２に与えられている状態に
あるから、アンド回路２２からＴレベルの信号が
出力される。すると、フリツプフロツプ２９がセ
ツトされるため、そのフリツプフロツプ２９のセ
ツト出力端ＱからのＨレベルの信号がアンド回路
３１へ与えられるとともに、順送り指令信号FS
としてNC装置要部５１に与えられる。これによ
り、NC装置要部５１は、前行程で検出器１を
ΔX_Tだけ逆方向へ移動させた位置P₂から、検出
器１も低もしくは微小速度である第三速度V₃で
同方向へ移動させる。 検出器１が速度V₃で移動する過程において、
そのプローブ１Ａが工作物Ｗから離脱する位置Ｐ
に達すると、信号検出回路３を通じてＬレベルの
検知信号（離脱信号）が制御部４のインバータ３
２で反転された後、アンド回路３１へ与えられ
る。アンド回路３１は、フリツプフロツプ２９が
セツトされた状態つまりセツト出力端ＱからＨレ
ベルの信号が与えられている状態にあるから、タ
イマ回路２５からのクロツク信号が与えられたと
き、Ｈレベルの出力を発生する。すると、このア
ンド回路３１からのＨレベルの出力により、ゲー
ト回路３５が開放され、この時の第１の記憶手段
５２の位置データが第４の記憶手段３６へ記憶さ
れると同時に、フリツプフロツプ２９がリセツト
され、初期状態とされる。この後、第４の記憶手
段３６に記憶されたデータは、計測値として例え
ば表示器等に表示することができる。 ここで、検出器１のプローブ１Ａが工作物Ｗか
ら離脱し、その際の検知信号が出力された時点か
ら、その検知信号を認識するまでの間Δt₂（Δt）
における検出器１の行きすぎ量つまり誤差δは、 δ＝V₃・Δt₂ …(2) で表わされる。従つて、速度V₃を低速もしくは
微小速度とすれば、誤差δをきわめて小さくする
ことができる。また、速度V₂については測定に
無関係であるから速い送りとし、速度V₁につい
ては多少誤差があつてもよいので、最も速い検出
器１の許容速度とすれば、速度V₃も低送もしく
は微小速度としたとしてもその移動距離が僅かな
範囲に限られるため、計測精度を落すことなく、
かつ計測能率を上げることが可能である。 一方、前記アンド回路２２，２４における判別
において、はじめにプローブ１Ａが接触信号を出
力したとき異物が有り、その異物がΔX_Tだけの逆
方向移動時に落下しプローブ１Ａが工作物Ｗから
離れたとすると、信号検出回路３からはＬレベル
の検知信号が出力されている。従つて、アンド回
路２４にはその反転信号が与えられている状態に
あるから、アンド回路２４からのＨレベルの信号
が出力される。すると、フリツプフロツプ３０が
セツトされるため、このフリツプフロツプ３０の
セツト出力端ＱからのＨレベルの信号がアンド回
路３３に与えられるとともに、逆送り指令信号
RSとしてNC装置要部５１に与えられる。これに
より、NC装置要部５１は、前行程で検出器１を
ΔX_Tだけ逆方向へ移動させた位置P₂′から、検出
器１を低もしくは微小速度である第三速度V₃で
前行程とは逆方向、つまり、工作物Ｗに当接する
方向に移動させる。 検出器１が速度V₃で移動する過程において、
そのプローブ１Ａが工作物Ｗに接する位置Ｐに達
すると、信号検出回路３を通じてＨレベルの検知
信号が制御部４のアンド回路３３へ与えられる。
アンド回路３３は、フリツプフロツプ３０がセツ
トされた状態つまりセツト出力端ＱからＨレベル
の信号が与えられている状態にあるから、タイマ
回路２５からのクロツク信号が与えられたとき、
Ｈレベルの出力を発生する。すると、このアンド
回路３３からのＨレベルの出力により、前記と同
様にゲート回路３５が開放され、この時の第１記
憶手段５２の位置データが第４の記憶手段３６へ
記憶されると同時に、フリツプフロツプ２９がリ
セツトされ初期状態に設定される。 従つて、工作物Ｗに異物が付着している場合で
も、ΔX_Tだけ逆方向へ移動した時点で、それを判
別し、再びプローブ１Ａが工作物Ｗに接する方向
へ移動させて計測する結果、異物に伴う計測誤差
を防止できる。また、この場合の計測能率につい
ては、異物の大きさにもよるが、工作物Ｗに付着
する程度の異物であることを考えれば、前述した
例と略同程度の高能率が達成できる。 なお、以上の説明ではプローブ１Ａの接触端の
径を無視したが、実際にはその接触端の径を補正
する必要がある。また、計測の対象としては、穴
径の計測のほか、穴芯の測定、自動芯出し、同芯
穴加工等に利用することができる。 また、前記実施例における第２図では、制御部
４をハードウエアとしての論理回路による構成を
示したが、最近の如く、CNC（Ｃomputerized
Ｎumerical Ｃontrol device）タイプの数値制
御装置の場合には、制御部４を具体的な論理回路
の構成とする必要がなくなり、一群のプログラム
指令に置換えることができる。こうしたプログラ
ム指令群はCNC装置において、サブプログラム
としてΔtごとの割込み信号に応答して読み出さ
れ、実行される。 そこで、このプログラム指令の主なステツプを
説明する。 今、機械（検出器）が速度V₁で移動中におい
て、割込み信号が与えられると、信号検出回路３
の出力の有無がチエツクされ、この信号検出回路
３の出力が“有”のときには、CNC装置内での
補間演算を停止させるとともに、機械をΔX_Tだけ
移動させた後停止させる。この後、ΔX_Tを機械の
駆動系に指令値として与え、機械を前記速度V₁
での移動方向とは逆方向に速度V₂で移動させる
ように指令する。 ついで、ΔX_T分の移動が終ると、信号検出回路
３の出力の有無をチエツクし、それが“有”のと
きには低（微）速度V₃で速度V₂と同一方向への
移動指令を、“無”のときには低（微）速度V₃で
速度V₂とは逆方向への移動指令を与える。この
低速度V₃での移動中に、信号検出回路３の出力
の変化をチエツクし、変化していたらコマンドパ
ルス（Δx／Δt）の供給を停止させる。そして、
このときの第１の記憶手段の内容を出力用のレジ
スタ等へ転送し、必要ならその値を表示させるよ
うに指令する。 以上、プログラム指令の中の主なものを説明し
たが、熟練したプログラマーであれば、第２図を
参照することによつて、割込み指令に応答して作
動する一連のプログラムを作成することは容易で
ある。 また、前記実施例では、マシニングセンタに装
着するようにしたが、本考案はこれに限られるも
のではなく、例えばNC横中ぐり盤等でも可能で
あり、さらには工作機械に限らず一般の計測装
置、例えば座標測定装置にも適用できる。 上述のように、本考案によれば、計測精度を維
持しつつ計測能率を向上させることができ、更に
異物による計測誤差をなくすことができる計測装
置を提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本考案の一実施例を示すもので、第１図は
全体のシステムを示す説明図、第２図は制御部と
NC装置の回路構成を示す回路図、第３図は検出
器の移動を示す説明図である。 １……検知手段としての検出器、２……駆動手
段としての駆動装置、４……制御手段としての制
御部、５……NC装置、６……位置検出手段とし
ての位置検出装置、２１，２６……接触状態指示
手段であるアンド回路およびフリツプフロツプ、
２２，２４，２９，３０……計測方向判定手段で
あるアンド回路およびフリツプフロツプ、２８…
…制動距離記憶手段である…第３の記憶手段、３
１，３３，３６……計測位置出力手段を構成する
アンド回路および第４の記憶手段、５１……指令
手段および第一ないし第三の移動指令手段を兼ね
るNC装置要部。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 被測定物との接触および離脱に伴い検知信号を
   発生する検知手段と、この検知手段と被測定物と
   を相対移動させる駆動手段と、この駆動手段に前
   記相対移動に関する指令値データを出力する指令
   手段と、前記検知手段と被測定物との相対位置を
   検出しその相対位置データを出力する位置検出手
   段と、前記検知信号に基づき駆動手段を制御して
   被測定物と検知手段との接触位置を計測する制御
   手段とを備え、この制御手段は、 前記接触に伴う検知信号を受けた際に接触状態
   信号を出力する接触状態指示手段と、 予め設定された一定の制動距離を記憶する制動
   距離記憶手段と、 前記被測定物と検知手段とを第一速度で近接方
   向に相対移動させかつ前記接触状態信号を受けた
   際に同方向に前記制動距離だけ相対移動させる第
   一移動指令手段と、 前記第一移動指令手段に続いて起動されて前記
   被測定物と検知手段とを第二速度で逆方向に前記
   制動距離だけ相対移動させる第二移動指令手段
   と、 前記第二移動指令手段に続いて起動されて前記
   検知信号が接触状態ならば前記逆方向を指定しか
   つ前記検知信号が離脱状態ならば前記近接方向を
   指定する計測方向判定手段と、 前記計測方向判定手段に続いて起動されて指定
   された方向に前記被測定物と検知手段とを前記第
   一速度および第二速度よりも低速の第三速度で相
   対移動させる第三移動指令手段と、 前記第三移動指令手段とともに起動されて前記
   検知信号が接触または離脱の何れかに変化した際
   に前記相対位置データを計測位置として出力する
   計測位置出力手段と、 を備えていることを特徴とする計測装置。