JPH0432321B2 - - Google Patents

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JPH0432321B2
JPH0432321B2 JP57069461A JP6946182A JPH0432321B2 JP H0432321 B2 JPH0432321 B2 JP H0432321B2 JP 57069461 A JP57069461 A JP 57069461A JP 6946182 A JP6946182 A JP 6946182A JP H0432321 B2 JPH0432321 B2 JP H0432321B2
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probe
output
frequency
signal
capacitor
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/58—Wireless transmission of information between a sensor or probe and a control or evaluation unit

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に測定及び計測システムに使用さ
れる位置検出装置に係る。特に、本発明は、プロ
ーブが被加工片に接触したという指示を与えるプ
ローブ接触検出装置に係る。
これまでに知られている数多くの位置検出プロ
ーブ即ちタツチプローブは、通常、接触センサと
して機械接点を用いている。このような接点は製
造経費が高く然も検出性能に限度がある。更に、
機械的に動くスイツチ接点は摩耗や腐食を受けや
すい。
別の型式の既知のタツチプローブでは、プロー
ブが金属被加工片と接触する際の高周波信号を著
しく減衰するようにプローブを構成することによ
り機械スイツチ接点の腐食及び摩耗の問題が解消
されている。このような公知装置の１つが
Kirkham氏の米国特許第4118871号に開示されて
いる。この装置は、放射された高周波信号との電
磁ノイズ干渉を引き起こす傾向があり、このよう
な干渉が生じると、プローブと被加工片との接触
に関して偽の指示を招くことになる。
本発明との直接的な拘りはないが一応本発明に
関係した公知技術として、寸法計測データの無線
送信技術があり、このような技術がFougere氏等
の米国特許第3670243号、Amsbury氏の米国特許
第4130941号、並びに米国特許第4328623号に開示
されている。
検出性能が高く、電磁ノイズによつて影響され
ず、然もプローブが被加工片に接触したという指
示を無線送信できるようなタツチ検出装置が要望
されている。又、種々様々な位置測定トランスジ
ユーサを使えるようなタツチ検出装置の要望もあ
る。
そこで、本発明の目的は、被加工片に対するプ
ローブの予め選択された位置を指示する検出装置
であつて、公知装置に関連した上記の問題を解消
できるような検出装置を提供することである。
本発明によれば、位置検出プローブには、プロ
ーブトランスジユーサにより発生された信号を、
被加工片に対するプローブ位置を表わす光学送信
信号へと変換する装置が設けられる。この装置
は、電流測定変成器型トランスジユーサ又は機械
スイツチ接点配列型トランスジユーサを含む種々
様々なトランスジユーサと共に使用できる。光学
指示は振巾変調技術又は周波数変調技術のいずれ
かを用いて送信される。
以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実
施例を詳細に説明する。
全ての添付図面において、同じ装置又はその構
成部品は同じ参照番号で示されている。
第１図を説明すると、電圧制御式発振器
（VCO）１００は予め選択された周波数の交流
（AC）信号をその出力に発生し、該出力はライン
１０３を経て電力増巾器２００の入力に接続され
ると共に、ライン１０２を経て発光ダイオード
（LED）配列体６００の制御入力にも接続され
る。必要が生じた時には、VCO１００の周波数
決定入力に接続されたライン１０１に現われる信
号の電位レベルに基いてVCO１００の出力信号
の周波数が上記の予め選択された出力周波数から
変えられる。
電力増巾器２００はプローブ付勢信号をライン
１０４に出力し、この信号は任意選択ジヤンパ
を経て電流測定型トランスジユーサへ送られる
か、或いは任意選択ジヤンパを経て機械スイツ
チ接点型トランスジユーサへ送られる。トランス
ジユーサの出力は任意選択ジヤンパ又はを
経、ライン３０７を経てAC増巾器４００の入力
へ送られる。
トランスジユーサの型式としては、任意選択ジ
ヤンパによつて第１図の装置に接続されて示さ
れた電流測定型式であるのが好ましい。この型式
のトランスジユーサが好ましい理由は、検出性能
が高く、然も機械作動スイツチ接点に一般に関与
した腐食及び摩耗の問題がないためである。第１
図より明らかなように、ライン１０４のプローブ
付勢信号は、任意選択ジヤンパ、ライン３０
１、及び変流器のトロイダルコア３００の入力巻
線３０４を経てプローブ３３０へ送られる。更
に、この付勢信号は、ライン３０２を経てバラン
ス巻線３０３の１端に送られ、ここから調整可能
なバランス即ち打ち消しキヤパシタ３２０を経て
アースへと送られる。可変キヤパシタ３２０は、
入力巻線３０４とは逆向きに巻かれた巻線３０３
にAC電流を流すことによりプローブ３３０に対
する漂遊キヤパシタンスの影響を打ち消すために
設けられている。
トロイダルコア３００には出力巻線３０５も巻
きつけられており、この巻線にまたがつて同調キ
ヤパシタ３２２が接続されている。キヤパシタ３
２２の一方の端子はアースされており、そしてそ
の他方の端子は結合キヤパシタ３２１、任意選択
ジヤンパ、及びライン３０７を経てAC増巾器
４００の入力にトランスジユーサの出力信号を送
る。
作動に際し、プローブ３３０が被加工片に実質
的に接触していない時には、巻線３０４に流れる
電流がバランス巻線３０３に流れる電流と同じで
あり、従つて出力巻線３０５間に誘起される電圧
はゼロとなる。プローブ３３０が被加工片の面に
接触すると（又はその予め選択された至近領域に
入ると）、入力巻線３０４に流れる電流が実質的
に大きくなり、出力巻線３０５間の電圧降下が増
大する。
変流器型プローブ３３０を用いた場合の１つの
特徴は、プローブと被加工片とを強くしつかりと
電気的接触させる必要がないことである。物理的
な接触が実際上全くなされなくても、プローブ３
３０と被加工片との間のキヤパシタンスの増加が
充分であれば、出力巻線３０５間に有用なトラン
スジユーサ出力信号を生じさせるに足るACプロ
ーブ電流が流れる。この作用を助勢するために
は、充分高い周波数、例えば150KHzが、比較的
大きく増巾された付勢信号、例えばピーク・ピー
クで350ボルト程度の信号、と共に使用される。
このような電圧レベルにすれば、プローブと被加
工片の面との間に切削油膜の如き物体があるよう
な工場環境にも、本発明を適用することができ
る。
更に第１図に示されたように、任意選択ジヤン
パを使用することにより検出装置は機械スイツ
チ型トランスジユーサを受け容れることができ
る。この構成を選べば、ライン１０４のプローブ
付勢信号は可変キヤパシタ３１０を経てプローブ
３１１の直列接続常閉スイツチ接点３１１Ａ，３
１１Ｂ及び３１１Ｃへと送られる。この直列接続
体の他端は基準アース電位に接続される。キヤパ
シタ３１０と接点３１１Ａとの結合点は更に任意
選択ジヤンパ及びライン３０７を経てAC増巾
器４００の入力にも接続される。
可変キヤパシタ３１０は電力増巾器２００の出
力を常閉接点３１１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃに対
してインピーダンス整合する。このインピーダン
ス整合により比較的大きな高周波電流を常閉スイ
ツチ接点に流すことができる。図示された接点構
成では、いずれかの接点が開き始めると、入力電
圧信号がAC増巾器４００へ送られる。このよう
なトランスジユーサ出力信号を発生するのに接点
が完全に開く必要はなく、その接点間のインピー
ダンスが増加を示し始めるだけでよい。接点３１
１Ａ，３１１Ｂ，３１１Ｃはプローブ３１１に機
械的に取り付けられるが、取り付け方について第
１図に特に示されていない。然し、このような接
点構成は当業者に良く知られており、例えば
McMurtry氏の米国特許第4138823号又は
McMurtry氏の米国特許第4153998号のような特
許に開示されている。
第１図の他部分について説明すると、AC増巾
器４００の出力はライン８００を経て検出回路５
００の入力に送られ、ここで上記の増巾されたト
ランスジユーサAC出力信号はプローブ接触指示
信号に変換されてライン９００に出力される。
検出器の出力は任意選択ジヤンパFMを経て、
ライン１０１を経てVCO１００の周波数決定入
力に送られるか、或いは任意選択ジヤンパAM及
びダイオード７００を経てLED配列体６００の
制御入力に送られる。
VCO１００の出力は２通りに使用される。即
ち、VCO１００の出力は、電力増巾器２００へ
送られてプローブの付勢に使用されるのに加え
て、ライン１０２を経てLED配列体６００の制
御入力へも送られて、赤外線放射源の駆動にも使
用される。これについては第３図を参照して以下
に説明する。
プローブ位置情報（例えば、被加工片と接触し
ているか接触していないか）は、周波数変調技術
又は振巾変調技術のいずれかによつてLED配列
体６００への入力信号を変調する。
ジヤンパAMを挿入しそしてジヤンパFMを取
り外せば、振巾変調が使える。この任意選択構成
では、ライン１０２を経てLED配列体６００へ
送られる搬送波信号がオン／オフキーイングされ
る。指示出力を検出器の出力９００に与えてダイ
オード７００を順方向バイアスし搬送波信号の流
れをLED配列体６００への制御入力から他のと
ころへ変えることにより、このような搬送波信号
がない時にプローブが接触したとされる。
ジヤンパFM挿入しそしてジヤンパAMを取り
外せば、周波数変調が使える。この構成では、検
出器出力９００の指示信号レベルがライン１０１
を経てVCO１００の周波数決定入力へ送られる。
それ故、検出器出力９００に現われる電圧レベル
に基いて決定された量だけVCO１００の出力の
周波数がシフトすることによつてプローブの接触
が指示される。
LED配列体６００により放射された赤外線信
号は、適当なホトダイオードによつて受信されて
それに対応する電気信号に変換され、これは次い
で一般の振巾復調技術又は周波数復調技術によつ
て復調される。このような受信装置の１つが前記
の米国特許第4328623号に開示されている。
さて第２図の回路図を参照し、VCO１００及
び電力増巾器２００の構成素子について詳細に説
明する。VCO１００はExar Corporationから部
品番号XR567として入手できる型式567集積回路
である。DC電源Ｖ１はフイルタ抵抗１１６の第
１端子に接続されると共に、バイパスキヤパシタ
１１８を経てアースされる。フイルタ抵抗１１６
の第２端子はVCO１００のコネクタピン４、調
整用ツエナーダイオード１１７のカソード端子、
及びフイルタキヤパシタ１１５の正端子に接続さ
れる。ツエナーダイオード１１７のアノード電極
は、キヤパシタ１１５の負端子及びVCO１００
の端子ピン７と同様にアースされる。VCO１０
０の周波数決定入力１０１は抵抗１１０を経て
VCO１００の端子ピン２へ接続され、この端子
は更にバイパスキヤパシタ１１１を経てアースさ
れる。
VCO１００により発生される信号の中心周波
数、即ちVCO１００の端子ピン２に変調信号が
ない場合に発生される出力信号の周波数は、可変
抵抗１１４、抵抗１１３及びキヤパシタ１１２の
組合せ体によつて予め選択される。可変抵抗１１
４及び抵抗１１３はVCO１００の端子ピン５と
６との間に直列接続される。VCO１００のピン
６は更にキヤパシタ１１２を経てアースされる。
VCO１００の端子ピン５の出力は抵抗１１９
を経てライン１０２へ接続されると共に、ライン
１０３を経て結合キヤパシタ２０２の片側へも接
続され、このキヤパシタは電力増巾器２００への
入力を構成する。電力増巾器２００は、主とし
て、MOSFET２０１及びその関連素子、並びに
キヤパシタ２０６及びインダクタ２０７より成る
タンク回路で構成され、このタンク回路はVCO
１００のピン５の出力信号の中心周波数に同調さ
れる。
結合キヤパシタ２０２の他方の端子は結合抵抗
２０３の第１端子に接続されると共に、
MOSFET２０１のゲート電極にも接続され、こ
のMOSFET２０１は市販の型式VN10KMであ
る。結合抵抗２０３の第２端子はアースされる。
MOSFET２０１のソース電極は、抵抗２０４及
びキヤパシタ２０５より成る並列回路網を介して
アースされる。MOSFET２０１のドレイン電極
はタンク回路のインダクタ２０７のタツプに接続
され、このインダクタの両側の端子はタンク回路
のキヤパシタ２０６の対応端子に接続される。
DC電源Ｖ１はバイパスキヤパシタ２０８を経
てアースされると共に、キヤパシタ２０６及びイ
ンダクタ２０７の並列接続体より成るタンク回路
の第１端にも接続される。このタンク回路の第２
端は結合キヤパシタ２０９を経て電力増巾器２０
０の出力１０４へ接続される。
第３図は、第１図に機能ブロツク形態で示され
たAC増巾器４００、検出器５００及びLED配列
体６００の構成部品を詳細に示している。使用さ
れるトランスジユーサからの出力はAC増巾器４
００の入力３０７に送られる。この入力３０７は
バイアス抵抗４０３の第１端子とNPN増巾トラ
ンジスタ４０１のベース電極との結合部に接続さ
れる。トランジスタ４０１のコレクタ電極は、検
出器５００の入力８００、及び抵抗４０３の第２
端子に接続されると共に、負荷抵抗４０４を経て
DC電源Ｖ１にも接続される。トランジスタ４０
１のエミツタ電極はバイアス抵抗４０２を経てア
ースされる。
検出器５００の入力８００は結合キヤパシタ５
１０を経てNPNトランジスタ５０１のベース電
極に接続される。このトランジスタ５０１のベー
ス電極とアースとの間には結合抵抗５１１が接続
される。トランジスタ５０１のエミツタ電極はア
ースされ、そしてそのコレクタ電極は負荷抵抗５
１２を経てDC電源Ｖ１に接続される。トランジ
スタ５０１のコレクタ電極は更にキヤパシタ５１
３及び抵抗５１４の各々の第１端子の結合部に接
続される。キヤパシタ５１３の第２端子はアース
される。
抵抗５１４の第２端子はPNPトランジスタ５
０２のベース電極に接続され、該トランジスタの
エミツタ電極はDC電源Ｖ１に接続されそしてそ
のコレクタ電極はキヤパシタ５１６及び抵抗５１
７の並列接続体を経てアースされる。トランジス
タ５０２のベース電極とエミツタ電極との間には
抵抗５１５が接続される。
トランジスタ５０２のコレクタ電極は更にシユ
ミツトトリガ式インバータ増巾器５０３の入力に
も接続される。この増巾器５０３の出力はインバ
ータ５０４の入力及びインバータ５０５の入力に
接続される、インバータ５０４の出力はLED５
０６のアノード電極に接続される。LED５０６
のカソード電極はアースされる。インバータ５０
５の出力は検出器の出力９００に接続され、この
出力は任意選択ジヤンパFMを経てライン１０１
（第２図）に接続されると共に、任意選択ジヤン
パAMを経て半導体ダイオード７００の如き可変
コンダクタンス素子のアノード電極にも接続され
る。
構成部品が以上のように結線された場合の検出
器５００の一般的な作動は次の通りである。増巾
器４００によつて増巾されるトランスジユーサ出
力がない場合には、検出器のトランジスタ５０１
及び５０２が通常オフであり、即ち非導通であ
る。従つてシユミツトトリガ増巾器５０３の出力
は通常高レベルとなり、検出器の出力９００は通
常低レベルとなる。トランスジユーサ及び増巾器
４００からAC出力信号が生じた場合には、検出
器５００のトランジスタ５０１がこの信号の正の
ピークにおいて導通を開始する。これによりトラ
ンジスタ５０１のコレクタに生じるパルスはキヤ
パシタ５１３によつて平滑されて実質的に一定の
DC電圧レベルとなり、従つてトランジスタ５０
２の導通を開始させるに充分なベース駆動信号が
トランジスタ５０２に与えられる。トランジスタ
５０２が導通すると、増巾器５０３に正電圧入力
が与えられ、これにより増巾器５０３の出力は低
レベルとなり、検出回路５００の出力９００は論
理高レベル即ち正電圧レベルとなる。それ故、ト
ランスジユーサからの出力信号がないと、シユミ
ツトトリガ増巾器５０３の出力は高レベル即ち論
理１となり、検出器の出力９００の出力は論理低
レベルとなる。この状態で、AM変調が任意選択
されると、ダイオード７００は導通性の低い状態
へと逆バイアスされ、これによりライン１０２の
搬送波信号をLED配列体６００の制御入力へ与
えることができる。被加工片に対するプローブの
予め選択された位置をトランスジユーサが検出す
ると、検出器５００の出力９００は前記したよう
に正電圧となり、これによりダイオード７００は
低インピーダンス高導通性状態へと順方向バイア
スされ、搬送波信号の流れがLED配列体６００
から他のところへ変えられる。更に、正に向う指
示信号が検出器５００の出力に発生されると、
LED５０６が導通し、これにより、プローブが
被加工片に対して所定の位置をとつたという可視
指示、例えばプローブが被加工片に接触したとい
う可視指示が与えられる。
FM変調が任意選択された場合には、検出器５
００の出力９００のこの正に向う指示信号を用い
て、VCOからの出力の周波数が前記の如くに変
えられる。
LED配列体６００への制御入力は搬送波信号
保持ライン１０２の接続点６２０に結合され、次
いでインバータ６０１及び６０２の入力に結合さ
れる。
インバータ６０１の出力は抵抗６１０を経て
MOSFET６０５のゲート電極に接続される。
MOSFET６０５のゲート電極はゲート駆動電流
調整用のNPNトランジスタ６０３のコレクタ電
極にも接続され、そのエミツタ電極はアースされ
ている。トランジスタ６０３のベース電極は
MOSFET６０５のソース電極及び駆動電流感知
抵抗６１２の第１端子に接続される。該抵抗６１
２の第２端子はアースされる、MOSFET６０５
のドレイン電極は赤外線発光ダイオード（LED）
６０７Ａのカソード電極に接続され、このダイオ
ードは更に別のLED６０７Ｂ〜６０７Ｄと直列
接続される。LED６０７Ｄのアノード電極はDC
電源Ｖ１に接続される。トランジスタ６０３は、
MOSFET６０５を経て発光ダイオード６０７Ａ
〜６０７Ｄへと流れる実質的に一定の駆動電流を
これらダイオードに対して最適な作動レベルに維
持するものとして用いられる。
MOSFET６０５について以上に述べたものと
同じ回路が、インバータ６０２の出力と、４つの
直列接続された赤外線LED６０８Ａ〜６０８Ｄ
との間に接続される。それ故、接続点６２０は、
全所要数の発光ダイオードを４個づつの直列接続
群として駆動させるに必要な数のインバータ入力
をなすようにされてもよいことが明らかであろ
う。
第４図には、第１図のプローブ３３０のような
プローブのハウジング１０が斜視図で示されてい
る。ハウジング１０は第１図ないし第３図につい
て以上に述べた全ての装置を収容している。第３
図の赤外線LEDは、第４図においては実質的に
円柱状のハウジング外面１２に取り付けられた環
状配列体として６０７，６０８で示されており、
これにより360°の完全なパターンで赤外線を放射
することができる。プローブ取り付け端とは反対
のハウジング１０の端には、適当なアダプタ１４
が設けられている。第４図に示されたアダプタ１
４により、ハウジング１０を典型的な切削工具と
同様に数値制御機械の中心部に組み込むことがで
きる。或いは又、オペレータがハウジング１０を
手に持つこともできるし、又は工業用ロボツトの
如き自動人形の“手”即ち把持素子でハウジング
を取り扱えるような適当なハウジングアダプタな
いしは延長部を設けることもできる。第３図の
LED５０６も、もちろん、ハウジング１０の外
面の適当な位置に取り付けられる。
本発明の好ましい実施例について以上に述べた
が、これは一例として選択されたものに過ぎず、
本発明をこれに限定するものではない。本発明の
１つの適用例は、振巾変調及び周波数変調の両方
を組合わせて用いることのできる数値制御
（NC）工作機械である。例えば、プローブと被
加工片との接触は周波数変調された赤外光線によ
つて会図することができ、一方、損傷を生じるよ
うなプローブの移動し過ぎが指示された場合には
移動し過ぎに対する保安スイツチを用いて搬送波
信号を完全にオフにすることができる。搬送波が
なくなることにより機械スピンドルの動きが停止
させられる。工作機械システムの計測サイクル中
に赤外線送信器又は受信器のいずれかが故障した
場合には上記の作動によつて機械の運転を停止さ
せることもできる。かくて、本発明の範囲及び精
神は特許請求の範囲のみによつて規定されるもの
とする。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理により構成された位置検
出装置の機能ブロツク図、第２図は第１図の機能
ブロツク１００及び２００の詳細な回路図、第３
図は第１図の機能ブロツク４００，５００及び６
００の詳細な回路図、そして第４図は本発明の原
理に従つて使用するのに適したプローブ及びその
位置測定装置用のハウジングを示す斜視図であ
る。 １００……電圧制御式発振器（VCO）、２００
……電力増巾器、３００……トロイダルコア、３
１１……プローブ、３３０……変流器型プロー
ブ、４００……交流増巾器、５００……検出回
路、６００……発光ダイオード配列体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 実際の切削工具と同様に自動切削工具レセプ
    タクルへ挿入されうるハウジングと、このハウジ
    ングの一端から突出した針とを有するプローブを
    含み、前記針の反対端は、その針が物体に接触し
    た時に作動される複数のスイツチ接点に接続され
    ているような、物体との接触を検出する装置にお
    いて、前記プローブは、更に、遠隔の受信器に情
    報を送信するための複数個の赤外線放射装置を含
    む光学的送信手段と、前記複数のスイツチ接点を
    含む電気回路手段とを備えており、前記プローブ
    の前記ハウジングは、円筒形部分を含んでおり、
    前記複数個の赤外線放射装置は、実質的に完全円
    形パターンで前記円筒形部分に取り付けられてお
    り、前記電気回路手段は、前記スイツチ接点が作
    動されていないときには、予め選定された周波数
    を有する交流信号にて前記赤外線放射装置を付勢
    して第１の周波数の光学的信号を前記受信器へと
    発信させ、前記スイツチ接点が作動されるときに
    は、前記予め選定された周波数を変化させて異な
    る周波数の交流信号にて前記赤外線放射装置を付
    勢して第２の周波数の光学的信号を前記受信器へ
    と発信させるように構成されていることを特徴と
    する装置。
JP57069461A 1981-04-30 1982-04-23 Detector for position Granted JPS57182602A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/259,257 US4401945A (en) 1981-04-30 1981-04-30 Apparatus for detecting the position of a probe relative to a workpiece

Publications (2)

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JPS57182602A JPS57182602A (en) 1982-11-10
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