JPH0369045B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、工作物検査システムに関し、特に工
作物と接触してこの工作物に関する情報を提供す
る自動化工作機械におけるプローブの使用技術に
関する。

自動化された工作機械装置は、工作物の表面の
位置決めを行なう精巧な装置を必要とする。最も
一般的な方法の１つは、工作機械をしてプローブ
を工作物と接触させて、接触が行なわれる時プロ
ーブの位置を記録することである。この種のプロ
ーブは接触プローブとして示されている。これら
プローブは一般に、工作物と接触するための突起
部と、この突起部が所定部分と接触する時電気的
信号を生じるよう作用する回路とを含んでいる機
械の制御装置は、突起部の接触が電気信号を生じ
る時プローブのＸ，ＹおよびＺ軸の位置のデータ
から部品の形状または位置についての情報を計算
することができる。

これらの形式の検査システムの多くの使用方法
において遭遇する問題の１つは、プローブによる
接触状態を表示する信号が制御装置に対して送戻
される方法にある。この方法はしばしば、電線が
通常の加工作業と干渉するおそれがあるため、信
号を送るため従来の電線に依存することは実用的
ではない。

特許文献は、プローブが工具マガジン内に一時
的な格納され、自動工具交換機構によつてスピン
ドルに関して着脱される自動加工センターにおい
て使用されるためのいくつかのプローブ構造につ
いて開示している。これらのプローブを開示する
特許の典型的な事例としては、Ellisの米国特許
第4339714号、Kirkhamの同第4118871号、およ
び本発明の譲受人に対して譲渡された1981年４月
30日出願のJuengelの米国特許出願第259257号
「工作物に関するプローブの位置を検出するため
の装置」が含まれる。

上記のKirkhamの試みは、その無線周波数の
信号が電磁波の影響を受け易く、比較的短いプロ
ーブと受信機間の距離以内で使用されなければな
らないため不利である。Ellisの特許のプロー
ブ・システムにおける問題としては、その間の無
効結合が適正に作動するためにはプローブとスピ
ンドル・ヘツドにおける特殊な構造の検出装置と
の整合のため非常な注意を必要とすることであ
る。上記のJuengelの特許において開示された赤
外線を透過させる試みは遥かに有利なものであ
る。しかし、これも多くの場合プローブがそれ自
体の電源を保有することを必要とする。

また、加工センターにおけると同様に、旋盤の
如き旋削センターにおいて接触プローブを使用す
ることが提言されてきた。旋削センターは、工作
物が工具の代りに旋回される点において加工セン
ターまたはフライス・センターとは異なつてい
る。ほとんどの旋削センターにおいては、工具ホ
ルダーは、工作物の加工を行なうため工作物に対
して工具の１つを選択的に前送するように作動す
るターレツトの周囲に隔てられた場所に取付けら
れている。一般に、工作物に対する外形寸法加工
作業を行なうための工具はターレツト内のスロツ
ト内に収容されるが、中ぐり棒の如き内孔工具は
ターレツトに対して取付けられたアダプタ内に保
持されている。

旋削センターにおいて使用される接触プローブ
は、制御装置に対してプローブ信号を返送する方
法もまだ一般的な関心を維持しているが、加工セ
ンターにおいて用いられるプローブとはいくらか
異なる克服すべき多くの問題を有する。旋削セン
ターにおける用途に特有の問題の１つは、プロー
ブが使用する必要のある時のみスピンドルに挿入
される加工センターにおける状態とは異なつて使
用されない場合でさえ、プローブがターレツトに
対して固定された状態のままであることである。
その結果、内部の電子回路を付勢するためプロー
ブ挿入操作に依存することはできない。

旋削センターにおける従来の１つの接触プロー
ブ技術は、ターレツトを介して制御装置に対しプ
ローブ信号を送出するため誘導伝達モジユールを
使用することである。例えば、Renishaw
Electrical社のLP2型プローブ・システムの文献
を参照されたい。不都合なことには、この技術は
システムを使用するためにターレツトの実質的な
修正を必要とする。その結果、この試みは、改修
作業を行なうため経費および機械の嫁動停止を必
要とすることなく現存する機械において容易に使
用することを可能にするものではない。

また、本発明とはそれ程直接的ではないが関連
するものとしては、Fougereの米国特許第
3670243号、Amsburyの同第4130941号および
Juengel等の同第4328623号に開示された如き寸法
測定データの無線伝送に関する従来技術がある。

本発明は、特に旋削センターにおいて使用され
るためのプローブ構造を提供するものである。特
に、このプローブは旋削センターにおけるように
工作物の内径部の作業を行なうため使用される中
ぐり棒等の如き工具の代りに使用されるよう設計
されている。このプローブの一端部は工作物と接
触するための突起部を有するが、プローブ・ハウ
ジングの他端部は円筒状部の形態を呈する。この
円筒状部分は、プローブを工具と同様にターレツ
トに取付けることができるように工具と同じ形態
を有する。

望ましい実施態様においては、前記プローブ・
ハウジングの中間部分は円錐状であり、円筒状端
部に隣接する直角方向の当接面を提供する。この
当接面は、プローブの突起部を工作機械に対する
既知の場所に迅速に定置するストツパとして使用
することができる。この円筒状端部は中空であつ
て、プローブ・ハウジング内の回路に対して電力
を提供するためのバツテリを収容するようになつ
ている。このプローブは、プローブの作動状態な
らびに対象物との突起部の接触状態と関連する光
信号を送出するための少なくとも１つの光学素子
を使用することが望ましい。また、この光学素子
は、プローブ・ハウジングの傾斜面上に取付けら
れて、機械の装置部に接続される受信ヘツドに対
して赤外線を送出するように作用する。

このように、プローブは現存する旋削センター
の如何なる改修も行なうことなく容易に使用する
ことができる。本プローブは、工作物その他の検
出の対象物との突起部の接触と関連する情報を送
出するため全ての必要な電源および回路を保有す
る。プローブ・ハウジングの形状は受信ヘツドの
取付け位置における実質的な許容度を与えると同
時に、必要とされる光学的伝達素子数を最少限度
に抑えるものである。

本発明の上記および他の色々な長所について
は、当業者ならば以下の記述および図面を照合す
れば明らかになるであろう。

（ 概要） 第１図は、簡素化された形態において以下に述
べる進歩性を有する色々な特質を用いた典型的な
旋盤装置を示している。数値制御による旋削セン
ター１０は、その内部においてプログラムされた
命令に従つて工作物１４に対する旋削作業を自動
的に制御するための制御部１２と共に示されてい
る。旋削センター１０は、一般に、工作物１４を
保持するための顎部１８をその上に有する回転チ
ヤツク１６を有する。ターレツト２０に対して
は、工作物１４の内径（ID）部に対する作業を
行なうための複数の工具２２乃至２４が取付けら
れている。一般に、この種の内径工具は、アダプ
タ２６乃至２８によりターレツト２０の所定位置
に保持される長い柄部を有する。本発明によれ
ば、工作物挿入プローブ３０が工具２２乃至２４
と同じ方法でターレツト２０に対して取付けられ
る。本実施例においては、プローブ３０は、アダ
プタ２６乃至２８と同じアダプタ３２によつてタ
ーレツト２０に対して取付けられる。

当技術において周知の如く、制御部１２は、就
中、ターレツト２０を回転させて所要の工具を適
当な作業位置に置き、次いで工具が工作物と接触
してその所要の加工作業を行なうまでターレツト
２０を移動させるように作用する。一方、プロー
ブ３０は、工作物１４の検査のため使用される。
本実施例においては、プローブ３０は、プローブ
の突起部が工作物その他の対象物の表面と接触す
る時出力信号を生成する接触プローブとして当業
界において周知である。プローブ３０の位置を表
示する信号を制御部１２に対して提供するため適
当な分離器、デイジタイザ等が用いられる。その
結果、プローブ３０からの信号が工作物との接触
状態を表示する時、制御部１２は工作物の寸法、
チヤツク内のその適当な位置決め等に関する有用
な情報を得ることができる。

（Ａ フラツシユ投入法） プローブ３０は、その信号伝送回路に対してエ
ネルギを供給するためそれ自体のバツテリ電源を
有する。不都合にも、バツテリは有効寿命が限ら
れている。このため、バツテリの寿命をできるだ
け長く維持するなんらかの手段に対する現実の需
要が存在する。このことは、旋削センターにおい
て使用される小型のプローブの場合に特に妥当す
る。小型のプローブはまたこれが使用できるバツ
テリ寸法でも制約され、このためエネルギの保存
は非常に重要となる。

本発明の一つの特質は、プローブ３０とフラツ
シユ／受信ヘツド４０間に２つの光学的な通信を
提供する。ヘツド４０は、インターフエース４２
を介して制御部１２に対して接続されている。制
御部１２は検出操作のためプローブ３０を使用す
る時であることを判定すると、インターフエース
４２に対する回線４４上に信号を生成し、これが
更に回線４６上に制御信号を生成してヘツド４０
をしてある光学的信号をプローブ３０に対して送
出させる。望ましい実施態様においては、この光
信号は赤外線送信の強いフラツシユである。この
フラツシユは、プローブ３０における適当な検出
装置４８（第２図参照）によつて検出される。こ
のフラツシユは、検出装置４８をしてバツテリの
電力をプローブ伝送回路に対して接続させる。プ
ローブ３０は、発光ダイオード（LED）５０乃
至５４を介してある周波数の赤外線をヘツド４０
に対し伝送することによりフラツシユに応答す
る。この赤外線はフラツシユ／受信ヘツド４０に
より受取られ、このヘツドは更にインターフエー
ス４２を介し制御部１２に対してプローブ３０が
適正に作動しておりかつその検査動作を行なう用
意がある旨の信号を与える。

次に、制御部１２は突起部５６が工作物１４と
接触するまでプローブ３０を前送させる。プロー
ブ３０は、LED５０乃至５４によつて送られる
赤外線の周波数における変化を生じることにより
突起部の接触に対し応答する。この周波数の変化
はインターフエース４２によつて検出されて、制
御部１２に対して送られる。工作物の検査操作は
必要に応じて継続し、突起部が接触する度にプロ
ーブ３０が周波数の変化した赤外線をフラツシ
ユ／受信ヘツド４０に対して送出する。

プローブ３０は、予め定めた期間経過後にバツ
テリ電源を伝送回路から遮断するタイミング装置
を含んでいる。この期間は、バツテリ電力が最初
に前記回路に対して与えられる時開始し、突起部
が工作物と接触する毎にリセツトされる。このよ
うに、検出操作が完了した後この期間は経過し、
バツテリ電力は伝送回路から遮断される。従つ
て、バツテリ電力は予期されるプローブの使用期
間中のみ使用されるのである。プローブが使用さ
れない時は常にバツテリ電力は遮断され、このた
めエネルギの節減を行なつてバツテリ交換期間を
延長することになる。

（Ｂ 接触投入法） 第３図は、別のバツテリ寿命の延長法を示して
いる。本実施例においては、バツテリ電力は、プ
ローブの突起部５６を既知の基準面６０に対して
接触させることによりプローブ伝送回路に対して
最初に接続される。基準面６０は、その位置は制
御部１２にとつて既知である機械１０の内部のど
の固定点でもよい。面６０とのプローブの接触
は、バツテリをプローブ伝送回路に対して接続さ
せ、LED５０乃至５４からフラツシユ／受信ヘ
ツド４０に対する伝送を開始する。フラツシユ／
受信ヘツド４０′は、内部フラツシユ送置を必要
とすずあるいはプローブ３０′も光検出装置４８
を必要としない点を除いて、前に神べたフラツシ
ユ／受信ヘツド４０と類似している。この点を除
けば、２つの実施例は略々同様な作動を行なう。
初期動作の後、プローブは工作物１４を検査する
ための位置に移動され、プローブ３０′は突起部
の接触が行なわれる時はフラツシユ／受信ヘツ
ド′に対して周波数が変化した信号を伝送する。
最後の突起部の接触から予め定めた期間の後、バ
ツテリはプローブ伝送回路から遮断される。

（ プローブの構造） 第４図乃至第６図は、プローブ３０の構造を詳
細に示している。プローブ・ハウジングは、略々
円錐形状の中間部分７０と、小さな断面径の後方
に突出する柄部即ち円筒状部分７２とを特徴とす
る。本実施例においては、円筒状部分７２は長さ
が約108mm（４1/4インチ）で外径が約36mm（1.4
インチ）の寸法の中空のものである。

円筒状部分７２の外形寸法は、工具２２乃至２
４の胴部即ち柄部の寸法と略々対応するように選
択されている。その結果、プローブ３０はターレ
ツト２０内部の工具の１つの代りに使用すること
ができ、また同様にアダプタ３２に保持される。
第４図に最も明瞭に示されるように、これはハウ
ジング部７０の後壁面７６がアダプタ３２の前面
７８と当接するまでアダプタのポケツト７４内に
円筒状部分７２を滑り込ませことによつて行なう
ことができる。この手順はこれにより、突起部５
６の尖端部がターレツト２０に対して既知の位置
に隔てられることを保証する。その結果、プロー
ブ検査操作の間制御部１２は突起部５６の位置に
正確に静置することができる。無論、突起部の尖
端部５６を適当な間隔を置いて定置するため他の
従来周知の手段を使用することもできる。例え
ば、ある工作機械装置は突起部の間隔の調整を行
なうためポケツト７４の後部内に固定ねじ（図示
せず）または他の手段を使用する。

円筒状部分７２は、バツテリ領域を提供すると
共に取扱いの容易な支持部材を提供するという二
重の目的に役立つことが望ましい。部分７２の長
い円筒形状は、プローブ伝送回路を付勢するため
形状が典型的な懐中電灯と類似する長寿命の「円
筒状の」バツテリの使用を可能にする。２個の
「Ｃ」型リチウム・バツテリ８０，８２を用いる
ことが望ましい。ボタン型もしくは円板型電池の
如き比較的小さなバツテリの代りに円筒状のバツ
テリを使用することができるため、プローブに低
コストで非常に長い有効寿命を提供する。

バツテリ８０，８２は部分７２の内側に滑らせ
て挿入される。次にばねが装填したキヤツプ８４
を部分７２の端部に螺合され、ばね８６が正即め
すターミナル８８を板９０に対して押付ける。板
９０の下面は丸い導電層９２を有する。板９０
は、ねじ９６により壁面７６の内側面の凹部９４
内に固定される。絶縁されたリード線９８が板９
０のメツキを施した貫通孔によつて導通層９２と
の電気的接続を行なう。リード線９８の反対側端
部はプローブ回路を含む回路板１００に対して接
続されている。この回路に対する電気的な概要説
明は以下本文において行なうことにする。回路板
１００は形状が略々円形であり、その両面に取付
けられた電気的構成要素を保有する。回路板１０
０は、隔離脚１０４を貫通する適当な固定具１０
２により中間部分７０の内側に取付けられる。板
１００もまた、その内部に種々のリード線が通過
することができる中心部に位置して回路板１００
の適当な部分に対する接続を容易にする開口１０
６を有する。

光検出装置４８及びその関連する小組立体が中
間ハウジング部分７０の外側の傾斜面１１０に取
付けられる。本例においては、光検出装置４８は
Telefunken社から入手可能な部品番号DP104の
如きPIN型ダイオードである。検出装置４８は、
もみ下げ穴内に嵌合し、窓部を有する斜面１１２
により所定位置に保持される。斜面１１２と検出
装置４８間には、透明プラスチツク層１１４と、
赤外線フイルタ層１１６と、Ｏリング１１８が挿
入されている。適当な固定具１２０がこれら全て
の構成要素をもみ下げ穴内に取付けられた小組立
体に挾持する。検出装置４８からのリード線は開
口１０６を貫通して、回路板１００上の適当な位
置に接続される。

LED５０乃至５４は検出装置４８に隣接する
位置に取付けられる。LED５０乃至５４は赤外
線帯域内即ち人間の目にとつて通常見ることので
きない光の信号を発するように構成されている。
例えば、LED５０乃至５４はTRW社から入手可
能な部品番号OP290でよい。ここにおいて、
LED５０乃至５４および検出装置４８の構成は、
これらが取付けられる傾斜したプローブ面の形態
と共に、いくつかの重要な長所を最適化するよう
に組合わされることを留意されたい。例えば、
LED５０乃至５４をプローブの傾斜面１１０に
対して取付けことによつて、これにより発光され
る赤外線はこれがフラツシユ／受信ヘツド４０の
色々な位置において容易に検出することができる
角度においてターレツト２０の前方に指向され
る。このプローブの構造は、ユーザがLED５０
乃至５４および検出装置４８が略々フラツシユ／
受信ヘツド４０の方向に向けられる位置にプロー
ブを回転することを可能にする。このため、フラ
ツシユ／受信ヘツド４０をプローブ３０に対して
絶対的な空間位置に取付けることは必要でなく、
異なる工作機械装置における使用においてシステ
ムの大きな柔軟性を提供するものである。プロー
ブ３０とフラツシユ／受信ヘツド４０間の信頼度
の大きな光学的通信がこれにより得られると同時
に、プローブ３０内の発光素子数を最少限度に抑
えるものである。発光素子を最少限度に抑えるこ
とにより、バツテリからのエネルギ・ドレーンが
できるだけ小さく維持され、これによつてバツテ
リの寿命を更に延長するのである。

中間部分７０の組立体の全周にわたり、壁面７
６は適当な固定具１２２によつて部分７０の後方
部分に対し取付けられている。リング１２４の如
きＯリングは、プローブ３０の内部をプローブが
工作機械装置における使用の間遭遇するおそれが
ある何等かの悪条件から封止するため使用される
ことが望ましい。

環状のノーズピース１３０は、中間ハウジング
部分７０の前面の内孔１３４に形成されたねじ部
と螺合するおすねじ部１３２を有する。封止の目
的のためＯリング１３６が再び用いられる。ノー
ズピース１３０は、必要に応じて突起部の尖端部
５６の相互の空間を増減するため種々の長さにす
ることができる。中間ハウジング部７０との螺合
状態のため、色々なこのようなノーズピースを作
つて、異なる用途のため互に交換することができ
る。

スイツチ装置１４０がノーズピース１３０に対
して取外し自在に取付けられている。スイツチ装
置１４０は、ノーズピース１３０の内部通路１４
５に対して締り嵌めとなる周囲のＯリング１４６
を含む円形の端部構造部１４２を有する。ノーズ
ピース１３０に対して直角方向に貫通する１本以
上の固定ねじ１４８が前記スイツチ装置１４０を
所定位置に緊締する。スイツチ装置１４０は、突
起部５６がその静置位置から動かされる時、１つ
以上の電気的な接点を開路する即ち遮断するよう
に作用する色々な構造部とすることができる。当
業者ならば、このような一般的な目的を果す色色
な構造について知ることであろう。１つの適当な
スイツチ構造については、本発明の譲受人に譲渡
されたR.F.Cusackの1982年６月14日出願の米国
特許出願第388187号において詳細に開示されてい
る。この特許出願については本文に参考のため触
れておく。要約すれば、この構造は、３個の等間
隔に隔てられたボール接点を有する揺れ板を使用
している。こね揺れ板は、ボールが３個の対応す
る通電用挿入子に対して常に押圧されるようにば
ねにより偏倚されている。この３個のボールを有
する挿入子対がスイツチ（以下本文においては、
スイツチＳ１〜Ｓ３と呼ぶ）として作用し、相互
に直列に接続されている。この揺れ板は突起部５
６によつて接続される。突起部５６が運動する時
は常に、揺れ板は傾斜して前記ボール接点をその
対応する挿入子から揚上させることにより、その
間の電気的接続を遮断する。

装置１４０における３個のスイツチは、電線１
５０により板１００上の回路に接続されている。
電線１５０の他端部は、交換可能なスイツチ装置
１４０の端部におけるコネクタと係合する小型の
同軸コネクタ１５２または他の適当なコネクタを
有する。当業者ならば、これらの形式のスイツチ
装置が非常に感度が高く、交換を必要とする場合
があり得る。本発明の構造は、このような交換を
迅速かつ容易に行なうことを可能にするものであ
る。

色々な形状および寸法の突起部がプローブ３０
との関連において使用することができる。例え
ば、図面に示される直線状の突起部５６の代り
に、その先端部がプローブ３０の主な長手方向軸
心から反れた突起部を使用することもできる。
色々な突起部がスイツチ装置１４０と交換可能で
あり、またこれに対して固定ねじの如き適当な固
定具の使用により取付けることができる。

（ フラツシユ投入法） Ａ フラツシユ／受信ヘツド フラツシユ／受信ヘツド４０の機械的な構造の
詳細は第７図乃至第９図において最も明瞭に示さ
れている。フラツシユ／受信ヘツド４０は、その
前面１６４に検出された開口を有する略々矩形状
の容器１６０を使用する。１つ以上の回路板１６
６が容器１６０内に取付けられている。回路板１
６６は、以下に詳細に述べる諸機能を実施するた
めの色々な電気的構成要素をその上に具有する。
２つの最も重要な構成要素がこれらの図に示され
ている。これらの要素とは、キセノン閃光管１６
８および光検出装置１７０である。前述の如く、
閃光管１６８の目的はプローブの作動を開始する
ため短い期間強い光パルスを生じることである。
キセノンは赤外線に富んだ光を生じるため望まし
い。望ましい実施態様においては、閃光管１６８
はSiemens社から入手可能な部品番号BUB0641
である。これは、100ワツト／秒の強さで約50μ
秒間継続する閃光即ち光パルスを生じることがで
きる。無論、他の形式の適当な光源も使用するこ
とができる。

絶対に必要ではないが、閃光管１６８により生
成される可視光は、工作機械１０が使用されつつ
ある作業場内のオペレータその他の人員の混乱を
避けるため排除することが望ましい。このために
は、開口１６２を覆う赤外線フイルタ１７２が使
用される。赤外線フイルタ１７２は、可視光は遮
断するが、閃光管１６８により生成される赤外線
はこれを透過させるものである。

一方、光検出装置１７０の目的は、プローブ３
０により伝送される赤外線を検出することであ
る。本実施例においては、光検出装置１７０は
PIN型ダイオードであり、プローブ３０における
検出装置４８と同様に作動する。凸レンズ１７４
は、プローブ３０からの赤外線をこのレンズ１７
４の焦点に配置される光検出装置１７０に対して
収束するため開口１６２において使用されること
が望ましい。フラツシユ／受信ヘツド４０の構造
の締めくくりとして、透明な面板１７６が設けら
れている。面板１７６は開口１６２を覆い、その
間にガスケツト１７８を挾持して前面部１６４に
対して適当に取付けられている。

Ｂ フラツシユ／受信ヘツド回路 第１０図は、望ましい実施態様のフラツシユ／
受信ヘツド４０において使用される回路を示して
いる。前述の如く、ヘツド４０は、照合番号４６
で全体的に示される一本以上の電線上のインター
フエー４２に対して接続されている。

26ボルトの交流（AC）信号が昇圧変成器Ｔ１
の一次側に与えられる。変成器Ｔ１からのエネル
ギは、更にキセノン閃光管１６８の正と負の電極
の両端に接続されるコンデンサＣ８およびＣ９に
おいて蓄えられる。本実施例においては、コンデ
ンサＣ８およびＣ９は、完全に充電された時は約
250乃至300ボルトDCを蓄える。

管１６８を閃光させるため、制御装置１２はイ
ンターフエース４２を介して「制御」と表わされ
た回線上に適当な信号レベルを生じて、LED１
７１を導通状態にして発光させる。LED１７１
は、シリコン制御整流器（SCR）１７３を含む
遮光パツケージの一部である。SCR１７３は変
成器Ｔ２の一次側とコンデンサＣ１０に対して直
列回路をなすように接続されている。コンデンサ
Ｃ１０は、コンデンサＣ８およびコンデンサＣ９
と同様に、変成器Ｔ１の作用のため充電される。
LED１７１が付勢状態になると、SCR１７３は
導通状態となつて、変成器Ｔ２の一次側にコンデ
ンサＣ１０の電荷を放出させる。この電荷は変成
器Ｔ２によつて約4000ボルトまで昇圧され、その
二次側は閃光管１６８のトリガー電極１７５に対
して接続されている。このトリガー電極１７５は
管１６８に対して容量結合され、その高電圧は管
内のガスを無視するに充分である。イオン化され
たガスは、コンデンサＣ８とＣ９からのエネルギ
が正と負の電極間で放電して短期間の非常に強い
閃光を生じることを許容するに充分な導通状態と
なる。管１６８が閃光した後、コンデンサは制御
信号を開始する別の閃光がインターフエース４２
から与えられる時まで再び充電を開始する。

プローブ３０は、フラツシユ／受信ヘツド４０
における光検出装置１７０により取上げられる赤
外線信号を伝送することにより閃光に対して応答
する。光検出装置１７０は、可変誘導子Ｌ１およ
びコンデンサＣ２からなる同調タンク回路に対し
て接続されている。特定の事例として、プローブ
３０は、プローブの接点が対象物と接触してこの
時周波数が約138KHzに変更するまで、約150KHz
の周波数でパルスする赤外線を生じることにな
る。フラツシユ／受信ヘツド４０における前記タ
ンク回路はこれら２つの周波数の略々平均値に同
調され、その結果ヘツドの回路がこれらプローブ
の周波数のいずれか一方を検出することはできる
が、ある予め選択された帯域巾から外れた無関係
の周波数を除去することになる。

第１０図における残りの回路は、「出力１回線
上でインターフエース４２に対して接続されるプ
ローブ３０から伝送される検出された信号を増幅
するため使用される。要約すれば、ヘツド増幅回
路は、その高い入力インピーダンスが同調された
回路のそれと整合してローデイング問題を避ける
電界効果トランジスタＱ１を使用する。トランジ
スタＱ２はトランジスタＱ１と共働して受取つた
信号を増幅し、これをトランジスタＱ３を使用す
るエミツタ・フオロワ回路に対して接続する。増
幅された信号は、トランジスタＱ３のエミツタと
接続されたDCフイルタ・コンデンサＣ６および
抵抗Ｒ７を介して出力回線上でインターフエース
４２と接続される。

インターフエース４２は、これらの選択された
プローブ信号周波数を検出するよう作用してこれ
に応答して制御部１２に対して出力を生じること
になる回路を内蔵している。プローブが適正に作
動しつつあることを表示する第１の信号が生成さ
れ、プローブの突起部がある対象物と接触する時
第２の信号が生成される。周波数の変移を検出す
るため適当な回路については、本発明の譲受人に
譲渡されたJuengelの1982年９月３日制御の米国
特許第414734号「赤外線テレーメータリングを使
用する機械装置｜において開示されている。この
特許出願は参考のため本文に触れる。要約すれ
ば、このような回路は受取つた信号に対する周波
数変移キー操作を行なうため位相固定ループ回路
を使用し、接触された周波数のいずれか一方の検
出と同時にリレーを付勢する。しかし、色々な他
のプローブ信号の検出方法が通常の実施者の技術
範囲内に含まれよう。

Ｃ プローブ回路 第１１図は、プローブ３０内の回路の配線図で
ある。PNP型トランジスタＱ１０は電力をバツ
テリ８０，８２から赤外線をLED５０〜５４か
ら生成するため使用される構成要素に対する電力
を選択的に断続するスイツチとして作用する。ト
ランジスタＱ１０は通常は非導通状態にあり、こ
のためバツテリ８０，８２はエネルギがバツテリ
からドレーンされないように開路状態の回路を有
効に監視する。しかし、閃光の継続中にフラツシ
ユ／受信ヘツド４０がその赤外線閃光を生じる
時、検出装置４８は電流をバツテリから誘導子Ｌ
１０に流れさせる。

キセノン閃光管からの光パルスと関連する非常
に速い立上り時間が工作機械の分野における他の
光源とは容易に識別できる独得な光を生じる。フ
ラツシユ／受信ヘツド４０における赤外線フイル
タは、閃光が見えず付近の人員に対するいらだち
の原因となり得ないように可視光スペクトルのほ
とんどを排除する。速い立上り時間の光パルスが
検出装置４８に達すると、このパルスは誘導子の
コイルＬ１０の両端において電気的信号に変換さ
れる。このコイルＬ１０は高域フイルタとして作
用し、領域内の螢光が生じる如き安定状態即ち低
い周波数光パルスを排除する。

閃光の間検出装置４８に流れる電流サージは、
当技術において周知の如く誘導子Ｌ１０における
「リンギング」現象を生じる。このリンギング現
象は、基本的には約50μ秒の閃光パルスに応答し
て約500μ秒継続する減衰状態の振動である。誘
導子Ｌ１０からの振動は増幅され、反転増幅器２
００によつて反転される。増幅器２００の出力は
トランジスタＱ１０のベースと接続される。閃光
により生じる誘導子Ｌ１０における瞬間的なシン
ギングは、トランジスタＱ１０のベース／エミツ
タ接合点の両側の順バイアスを生じてこれを導通
状態にさせる。トランジスタＱ１０の導通状態に
より、電力をバツテリ８０，８２から図面におい
て＋Ｖと表わされた回路要素の入力側に接続す
る。電力が発振器２０２に対して加えられる時、
この発振器はパルスを時間切れカウンタ２０４に
対して供給を開始する。カウンタ２０４は、閃光
がフラツシユ／受信ヘツド４０から受取られる
と、その時間切れ期間を開始するためリセツトさ
れる。これは、増幅器２０２の出力をコンデンサ
Ｃ２０および抵抗Ｒ２０のRC時定数により１つ
のパルスに整形される正の信号に反転するインバ
ータ２０６によつて行なわれる。このパルスは、
ORゲート装置２０８を介してカウンタ２０４の
リセツト入力側に接続される。以下において明ら
かになるように、プローブの突起部５６がスイツ
チＳ１乃至Ｓ３の開路により表される対象物との
接触が生じる時常に、時間切れカウンタ２０４も
またリセツトされる。

時間切れカウンタ２０４は、カウント中である
即ち時間切れの状態にない限りその出力回線２１
０に対して論理的にローの状態の信号を与えるよ
うに構成されている。この回線２１０上の論理値
ローの信号はインバータ２１２によつて反転さ
れ、このインバータは更にダイオードＤ２０を介
して増幅器２００の入力側に接続される。その結
果、増幅器２００の出力はローの状態にラツチさ
れ、これによりトランジスタＱ１０を導通状態に
維持して、カウンタ２０４が時間切れとなる時ま
で回路構成要素に対して給電する。カウンタ２０
４における満了期間は、制御部１２が工作物と接
触するプローブによる実際の検査過程を開始する
ことを許容するに充分な長さになるように選択さ
れている。一般に、このような目的のためには数
分間の長さで充分である。満了期間は、時間遅延
発振器２０２に対する発振周波数を規定するポテ
ンシヨメータＰ２０により調整することができ
る。発振器２０２からのこれより高い周波数の発
振は、カウンタ２０４をして更に速くカウントさ
せることになり、このため時間切れが速く起り、
また反対の場合はその逆となる。無論、色々な時
間間隔を生成することは、充分に通常の技術の習
熟者の能力の範囲内にあることである。

搬送波発振器２２０および分周器２２２は共働
して、LED５０〜５４がその赤外線をフラツシ
ユ／受信ヘツド４０に対して返送する周波数を規
定する。これまでは、発振器２２０はマスター・
クロツクとして既知の共振周波数を有するクリス
タル２２４を使用する。発振器２２０は、クリス
タル２２４からの発振状態を分周器２２２の如き
従来周知のデイジタル分割器に対してクロツク・
パルスを与えるのに好適な形態に整形するように
作用する。本実施例においては、分周器２２２
は、搬送送波発振器２２０からの1.8MHzのパル
スを数12で除すように作用し、これによりその出
力信号の周波数を約150KHzとする。分周器２２
２の出力は、分周器の出力により規定される周波
数においてLED５０〜５４を付勢するための駆
動トランジスタＱ１２または他の適当な回路に対
して接続されている。このように、本例において
は、フラツシユ／受信ヘツド４０がフラツシユ投
入シーケンスを開始する時、プローブ３０はある
周波数における赤外線の送出を開始することによ
り応答する。プローブの送出状態はフラツシユ／
受信ヘツド４０における光検出装置１７０により
検出され、このヘツドは更に、プローブ３０が適
正に作動中であつて検出シーケンスを開始する用
意があることを制御部１２に対して表示を与え
る。もしプローブ３０がこのように応答しなけれ
ば、適当な警告手段を用いることができる。

プローブ突起部５６が対象物と接触する時、プ
ローブ装置１４０の３個のスイツチＳ１〜Ｓ３の
１つが開始する。スイツチＳ１〜Ｓ３の１つの開
路の状態は、２つの事柄を生じさせる。第１に、
この状態は時間切れカウンタ２０４をその時間切
れシーケンスの初めにリセツトする。第２に、こ
の状態は、LED５０〜５４によつて伝送される
周波数における変移を生じる。これは、色々な方
法で行なわれる。しかし、望ましい実施態様にお
いては、スイツチＳ１〜Ｓ３の１つの開路状態は
コンパレータ２２８をしてハイの状態に行かせ
る。コンパレータ２２８の出力は、ORゲート２
０８を介してカウンタ２０４のリセツト入力側に
対して接続され、このためカウンタをリセツトす
る。更に、コンパレータ２２８の出力は回線２２
９上の分周器２２２の周波数変移キー（FSK）
入力側に対して接続されて、これを異なる数、本
例においては13により搬送波発振器２２０からの
クロツク・パルスを除算させる。分周器２２２か
らの出力信号は、これにより周波数において約
138KHzに変移される。このため、LED５０〜５
４により伝送される赤外線の周波数は、プローブ
が最初に投入された時伝送される周波数と比較し
て変移させられる。この周波数の変移は光検出装
置１７０によつて検出されて制御部１２に対して
伝送され対象物、通常は工作物の表面に対する突
起部の接触を表示する。制御部１２は、この信号
が受取られる時、突起部５６の位置を知ることに
よつて、工作物の寸法を正確に計算するかあるい
は他の有効な情報を得ることができる。

プローブがこれから伝送された赤外線における
変移により応答する毎に、制御部１２は、プロー
ブ３０を運動させて他の工作物の表面と接触させ
ることができる。時間切れカウンタ２０４の時間
満了期間は、突起部が接触する間に経過する期間
よりも長くなるように選択される。検出操作が完
了した時、制御部１２は必要に応じて他の加工操
作により前方に進むことができる。バツテリから
のエネルギは一旦カウンタ２０４が時間切れにな
ると自動的に遮断されるため、プローブの遮断の
ためこれ以上の信号を生じる必要はない。このよ
うな場合には、その出力回線２１０は最後にハイ
の状態となつて、トランジスタＱ１０のベース／
エミツタ接合点の逆バイアスを生じる結果とな
る。このため、トランジスタＱ１０を非導通状態
に置く。このように、バツテリ８０，８２におけ
るドレーンのみが半導体の漏洩電流および光検出
装置の光電流となる。一般に、この電流は非常に
小さく、しばしば300μアンペア以下であり得る。
その結果、実際に予期されるプローブの使用のた
め必要とされるまで、バツテリ電源から更に電流
を要する構成要素が切離される。これらの要素
は、更に使用の際バツテリにおいてドレーンを節
減するため、CMOS型半導体技術により作られ
ることが望ましい。

限定されない事例においては、搬送波発振器２
２０は水晶制御トランジスタ素子2N2222により
形成されるが、分周器２２２はNational
Semiconductor社から入手可能なLM4526であ
り、発振器２０２はNational Semiconductor社
から入手可能な集積回路LM2903の半分から形成
され、時間切れカウンタ２０４はこれもまた
National Semiconductor社から入手できる
LM4040である。

（ 接触投入法） 第３図に関連して前に説明された接触投入法は
章において記述したフラツシユ投入法に代るも
のとして使用することができる。両方の手法は共
に同じ共通の目的即ちバツテリ寿命の延長という
目的を有する。これら両手法のためのプローブ構
造および回路は著しく類似する。接触投入法のた
めのプローブ回路の概略図は第１２図において示
されている。この回路は第１１図の場合と類似
し、このため共通の構成要素の照合には同じ照合
番号が使用される。

上記の２つの図を比較すれば、抵抗Ｒ５０およ
びコンデンサＣ５０のため、主な相違は検出装置
４８および関連する誘導コイルＬ１０を欠くこと
である。この回路はまた、これがプローブ・スイ
ツチＳ１〜Ｓ３と反転増幅器２００の入力側に接
続された節点Ｎ１との間に接続された回線２３１
を含む点で異なつている。突起部５６の基準面６
０（第３図）との接触の結果スイツチＳ１〜Ｓ３
の１つが開路する如き時まで、トランジスタＱ１
０は非導通状態に保持される。これは、スイツチ
Ｓ１〜Ｓ３が閉路される限り、即ちプローブ突起
部が何に対しても接触していない限り、これらス
イツチが増幅器２００に対する入力を略々接地レ
ベルに維持するためである。しかし、突起部５６
が基準面６０と接触する時、スイツチＳ１〜Ｓ３
の１つは開路してコンデンサＣ５０に充電を開始
させる。抵抗Ｒ５０およびＲ１８、ならびにコン
デンサＣ５０の値は、増幅器２００によつて反転
された後にコンデンサＣ５０がトランジスタＣ１
０をONにするため充分な電圧まで充電される時
間を遅らせるRC時定数を提供するように選択さ
れることが望ましい。このためには、制御部１２
がプローブ突起部５６をある特定の時間、例えば
約１秒間基準面６０に対して押付けることを必要
とする。この手順は、プローブの突起部に対する
偶発的な衝突もしくは電気的ノイズの如き他の余
計な要因が誤つてプローブの作動を開始すること
のないように保証することになる。

一旦コンデンサＣ５０が充分に充電された後、
トランジスタＱ１０がONの状態となり、バツテ
リ８０，８２からプローブ伝送要素に対する電力
の供給を行なう。カウンタ２０４がリセツトさ
れ、トランジスタＱ１０を導通状態にラツチする
ためその出力信号を回線２１０上に供給する。本
実施例においては、プローブの突起部５６が基準
面と接触中のコンパレータ２２８のトリツプ動作
の故に、分周器は最初に２つの出力周波数の内低
い方や生じることになる。しかし、制御部１２
は、プローブが適正に投入されかつ工作物の検査
に進む用意がある旨の指標としてこの初期のプロ
ーブ信号を見做すように適当にプログラムするこ
とができる。

プローブ３０′が適正に作動中であるものとし
て、制御部１２はこの時工作物検査工程に進み、
突起部５６が工作物の表面と接触する。一旦突起
部５６が基準面６０から遠去ると、スイツチＳ１
〜Ｓ３は閉路して分周器２２２をしてLED５０
〜５４を他の周波数で駆動させる。突起部が工作
物の表面に接触すると直ちに、スイツチＳ１〜Ｓ
３の１つが再び開路してコンパレータ２２８をト
リツプする。その結果、時間切れカウンタ２０４
のリセツト状態をもたらす。コンパレータ２２８
のトリツプ動作もまた回線２２９上を分周器２２
２に対して出力を送つてその出力を、また従つて
LED５０〜５４の出力の周波数の変移を生じる。
この手順は、工作物検査工程が完了し、一旦タイ
マー２０４が時間切れとなると、バツテリ電源が
自動的にプローブの回路から遮断されるような時
まで継続する。

（要約） 以上の記述を読めば、当業者ならば本文が工作
物の検査技術においていくつかの重要な改善を開
示するものであることが明らかであろう。各実施
態様は、その発明思想を実施するため現在考えら
れる最善の方法に関連して記述した。しかし、本
発明の全般的な概念に対する代替例または変更例
の全てを列挙する試みは行なわなかつた。かかる
変更例即ち改善は、当業者にとつて、図面、本文
および頭書の特許請求の範囲を検討すれば明らか
となるであろう。例えば、フラツシユ投入法また
は接触投入法は本文に示したもの以外の異なる形
式のプローブを用いて行なうことができるである
ことは明らかであろう。従つて、本発明について
はその特定の事例に関して記述したが、その真の
範囲は頭書の特許請求の範囲およびその相等内容
に照して計られるべきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動旋盤において使用される本発明の
教示内容に従つて提供される検出システムを示す
使用環境図、第２図は本発明の一実施例によるフ
ラツシユ投入方法を用いる検出システムを示す斜
視図、第３図は別の実施例による接触投入法によ
る検出システムの使用方法を示す斜視図、第４図
は本発明の一実施例によるプローブ構造の第２図
の線４−４に関する断面図、第５図は第４図の線
５−５に関する断面図、第６図は第４図に示され
たプローブの分解斜視図、第７図は本発明の一実
施例において使用されるフラツシユ／受信ヘツド
の斜視図、第８図は第７図の線８−８に関する断
面図、第９図は第７図のフラツシユ／受信ヘツド
において使用される回路板を示す平面図、第１０
図はフラツシユ／受信ヘツドにおいて使用される
回路の概略図、第１１図はフラツシユ投入法を使
用する本発明の一実施例のプローブにおいて使用
される回路の概略図、および第１２図は接触投入
法を使用するプローブにおいて使用される回路の
概略図である。 １０……旋削センター、１２……制御部、１４
……工作物、１６……回転チヤツク、１８……顎
部、２０……ターレツト、２２〜２４……工具、
２６〜２８……アダプタ、３０……プローブ、３
２……アダプタ、４０……フラツシユ／受信ヘツ
ド、４２……インターフエース、４４，４６……
回線、４８……光検出装置、５０……LED、５
２……LED、５４……LED、５６……突起部、
６０……基準面、７０……中間ハウジング部分、
７２……円筒状部分、７４……ポケツト、７６…
…後壁面、７８……前面、８０，８２……バツテ
リ、８４……キヤツプ、８６……ばね、８８……
ターミナル、９０……板、９２……導電層、９４
……凹部、９６……ねじ、９８……リード線、１
００……回路板、１０２……固定具、１０４……
隔離脚、１０６……開口、１１０……傾斜面、１
１２……斜面、１１４……透明プラスチツク層、
１１６……赤外線フイルタ層、１１８……Ｏリン
グ、１２０，１２２……固定具、１２４……リン
グ、１３０……ノーズピース、１３２……おすね
じ部、１３４……内孔、１３６……Ｏリング、１
４０……スイツチ装置、１４２……鉤状の端部構
造部、１４５……通路、１４６……Ｏリング、１
５０……電線、１５２……同軸コネクタ、１６０
……矩形状の容器、１６２……開口、１６４……
前面部、１６６……回路板、１６８……キセノン
閃光管、１７０……光検出装置、１７１……
LED、１７２……赤外線フイルタ、１７３……
SCR、１７４……凸レンズ、１７５……トリガ
ー電極、１７６……透明な面板、２００……反転
増幅器、２０１，２０４……時間切れカウンタ、
２０２……発振器、２０６，２１２……インバー
タ、２０８……ORゲート装置、２１０……出力
回線、２２０……搬送波発振器、２２２……分周
器、２２４……クリスタル、２２８……コンパレ
ータ、２２９，２３１……回線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工作物との接触を検出するための接触プロー
   ブにおいて、 前記工作物と接触するようにその一端部から突
   出する突起部と、前記突起部に向かつて収束する
   略々円錐形状の外表面を設けた中間部分と、細長
   い中空の略々円筒部分とを有するハウジングを設
   け、 前記中間部分は前記突起部から離れ且つより大
   きい断面寸法の端部に後壁を有し、該後壁は前記
   突起部の軸に対して略々直角に延在し、前記円筒
   部分は前記中間部分の最大断面寸法に対して低減
   した断面寸法を有し且つ前記後壁から延在し、 前記接触プローブは更に、 前記ハウジング内にあつて前記突起部の前記工
   作物との接触に関連する信号を発生する回路装置
   と、 前記円筒部分にあつて前記回路装置に給電する
   少なくとも一つのバツテリと、 前記ハウジングの中間部分の前記収束する外表
   面に設けられ、前記突起部の前記工作物への接触
   に関連する光学的信号を、離れた受信器に提供す
   る少なくとも一つの光学的送信装置とを備えるこ
   とを特徴とする接触プローブ。 ２ 前記光学的送信装置は、赤外線を送るよう動
   作する赤外線送信装置を含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の接触プローブ。 ３ 前記中空の円筒部分は、直列に接続された複
   数の円筒形のバツテリを含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項又は第２項に記載の接触プロ
   ーブ。 ４ 前記円筒部分は、前記バツテリを前記円筒部
   分の内部に滑り込ませることができるための取り
   外し自在のキヤツプを前記円筒部分の端部に含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の接
   触プローブ。 ５ 前記回路装置は、前記赤外線送信装置を駆動
   し前記接触プローブの適正な動作状態を表示する
   ため所与の周波数を生成し、且つ前記突起部が前
   記工作物と接触する時前記周波数をシフトするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の接
   触プローブ。 ６ 前記赤外線送信装置に隣接して取り付けられ
   た光検出器を更に設け、前記バツテリからの電力
   が、前記光検出器により所与の光信号が検出され
   る際に前記回路装置に選択的に結合されることを
   特徴とする特許請求の範囲第５項記載の接触プロ
   ーブ。 ７ 前記ハウジングの中間部分の一端部に螺合さ
   れる環状のノーズピースと、 該ノーズピース内に挿入されてこれに対して取
   り外し自在に取り付けられる突起部材を有するス
   イツチ装置と、 該スイツチ装置を前記回路装置に接続するケー
   ブルと を更に含むことを特徴とする特許請求の範囲第５
   項又は第６項に記載の接触プローブ。 ８ 一つのバツテリの一方のターミナルが、前記
   円筒部分の一端部から離れて閉鎖する部材上の導
   通領域に対して押し付けられ、該導通領域は前記
   回路装置に電気的に接続されることを特徴とする
   特許請求の範囲第４項乃至第８項のいずれか一項
   に記載の接触プローブ。 ９ 前記部材は前記後壁に取り付けられた回路基
   板であることを特徴とする特許請求の範囲第８項
   記載の接触プローブ。 １０ 前記光学的送信装置は、前記ハウジングの
   中間部分の扇形部分であつて前記ハウジングの中
   間部分の周囲の周りに180度より小さく延在する
   扇形部分に配置されることを特徴とする特許請求
   の範囲第４項乃至第９項のいずれか一項に記載の
   接触プローブ。