JPH0478428B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マシニングセンター等の工作機械の
主軸に取り付けられた接触検出用具を利用してワ
ークの芯出しや寸法計測を行う接触検出装置に関
するものである。

（従来の技術及びその問題点） マシニングセンターでワークの芯出しや寸法計
測を行うシステムとしては、可動接触子と当該可
動触子のワークとの接触による運動によつて動作
する内部スイツチとを備えたタツチセンサーを利
用し、前記可動接触子とワークとの接触時に内部
スイツチを介してタツチ信号を取り出し、これを
NC装置にフイードバツクする内部スイツチ付き
タツチセンサー方式の他に、特開昭61−214953号
公報等に開示された通電式タツチプローブ方式が
知られている。

この通電式タツチプローブ方式は、第１図に示
すように通電性のあるタツチプローブ１を主軸２
に取り付け、当該タツチプローブ１と導電性のあ
るワーク３とが接触したときに前記主軸２→タツ
チプローブ１→ワーク３→工作機械本体４→主軸
２を直列に経由する閉回路５が形成されるように
し、この閉回路５を前記主軸２の周囲に配置した
センサー６で電磁的に検出してタツチ信号７を出
力させ、これをNC装置８にフイードバツクする
方式である。９はセンサー駆動及びタツチ信号出
力回路である。

前者の内部スイツチ付きタツチセンサー方式と
比較して後者の通電式タツチプローブ方式は、タ
ツチプローブ１に代えて通電性のある切削工具が
使用されている状態でも当該切削工具とワーク３
との接触による通電状態を前記センサー６で同様
に検出することが出来るので、例えば加工中の通
電状態を監視することにより、切削工具の折損を
自動検出したり、エアーカツト時間の短縮を図る
ためにワークと工具とが接触するまでは当該工具
を早送りし、ワークと工具とが接触した瞬間に通
常切削送りに自動切り換えすることが出来る等の
利点を有するので、利用価値がある。

しかしながら前記通電式タツチプローブ方式で
は、ワーク３が導電性のある金属製のものに限ら
れ、樹脂やセラミツク等のワークでは利用するこ
とが出来ないばかりでなく、例え金属製のワーク
であつても、水溶性切削油が測定面に付着してい
ると水分の導電性により未だ接触していないにも
拘わらずタツチ信号が出力され、油性切削油が測
定面に付着していると油膜の絶縁性によりタツチ
信号の出力タイミングが遅れることになり、何れ
にしても高精度の計測が出来ないと云つた問題点
があつた。

この難点を解決するために、例えば実開昭57−
96749号公報に開示の無線通電式のタツチプロー
ブが提案されており、これによればワークの材質
や切削油による影響を受けないで接触検出するこ
とができるが、この構造では一種の差動電圧機構
を採用し、差動電圧の変化を検出するようになつ
ているため、可動接触子とワークとの非接触の状
態においても接触信号取り出し側のコイルに誘導
電流が常に流れて所定の電圧を発生しており、該
コイルで単に電圧変化を検出するようになつてい
る。

これがために接触、非接触をオン、オフ的に検
出することができない。

このようにオン、オフ的に検出できないことか
ら耐ノイズ性も悪く実用性に適さないという難点
があつた。

一方上記難点を解消して可動接触子とワークと
の接触、非接触をオン、オフ的に検出するように
したタツチプローブが特開昭55−36798号公報に
提案されている。

しかしこの従来技術であれば、可動接触子とワ
ークとが非接触の時に閉回路が連通状態にあるた
め、例えば接触検出用具に電源を内蔵する場合に
は、常時電力を消耗している状態にあり、短期間
に電力を消耗するという致命的な欠陥がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、利
用価値の高い前記通電式タツチプローブ方式に於
ける通電性検出システムを利用しながら、ワーク
の材質や切削油による影響を受けないで高精度の
接触検出が行えると共に、接触、非接触をオン、
オフ的に検出すると共に、常時は、即ち非接触時
には電力を消費しないように接触検出装置を提案
するものであつて、その特徴は、可動接触子とワ
ークとの接触による運動によつて動作すると共
に、可動接触子がワークに接触して可動接触子が
変位したときに常閉スイツチは開状態となり遮断
されるが電路を連通する、即ち通電状態とするス
イツチング手段を有する電路開閉手段を内蔵した
接触検出用具を工作機械の主軸に取り付け、更に
この接触検出用具に前記工作機械本体側の端子と
離接自在な端子を設け、これら両端子と前記主軸
及び前記電路開閉手段を直列に接続した閉回路を
構成するための必要な配線を施し、前記主軸の周
囲には、前記電路開閉手段の開閉動作に伴う前記
閉回路の開閉を電磁的に検出するセンサーを配設
した点にある。

（発明の作用） 前記接触検出用具が取り付けられた主軸を移動
させて当該接触検出用具の可動接触子をワークに
接触させると、当該可動接触子が反力で運動して
内部の電路開閉手段の電路開閉状態が反転する。
このワークとの接触による可動接触子の運動、延
いては可動接触子とワークとの接触に伴う前記電
路開閉手段の開閉反転動作は、ワークの材質やワ
ーク測定面に付着する切削油に影響されずに行わ
れる。

一方、前記電路開閉手段が開成しているとき
は、前記工作機械本体側の端子とこれに接触して
いる接触検出用具側の端子、前記主軸、及び前記
電路開閉手段を直列に接続した閉回路が連通され
（通電状態）、前記電路開閉手段が開成していると
きは前記閉回路が遮断される（非通電状態）。即
ち、この電路開閉手段は可動接触子がワークに接
触して可動接触子が変位したときに電路（閉回
路）は連通される（即ち、通電状態となる）スイ
ツチング手段を有してなるため、可動接触子がワ
ークに非接触の通常の状態では、常閉スイツチそ
のものは閉（オン）状態にあるが、電路開閉手段
は閉成状態にあり、閉回路は遮断され通電される
ことがない。然してこの閉回路の開閉状態の切り
替わりを前記センサーが電磁的に検出するのであ
るから、前記接触検出用具の可動接触子がワーク
に接触して内部の電路開閉手段が動作したことを
前記センサーにより検出し、タツチ信号を得るこ
とが出来る。このタツチ信号は従来同様にNC装
置にフイードバツクして所期の測定作用に利用す
ることが出来る。

また、可動接触子がワークに接触することによ
つて常閉スイツチは開状態になり遮断（オフ）の
状態になるため、この開作動時には当然に常閉ス
イツチに電圧が負荷することがなく、常閉スイツ
チを損傷することがない。

前記閉回路の開閉を電磁的に検出する前記セン
サーは、例えば特開昭61−214953号公報等によつ
て従来周知の通り励磁コイルと検知コイルとから
構成され、前記閉回路が閉じられたときのみ前記
励磁コイルの電磁誘導作用により当該閉回路に誘
導電流が流れ、こ誘導電流を前記検知コイルが検
出することににより検出信号が出力される。従つ
て、前記接触検出用具に代えて導電性のある切削
工具が主軸にセツトされた通常の加工作用時に於
いても、当該工具が導電性のあるワークに接触し
ている間は、主軸→切削工具→ワーク→工作機械
本体→主軸を直列に経油する閉回路が閉成され、
この閉じた閉回路を前記センサーでオンオフ的に
検出させることが出来る。即ち、前記センサーを
従来の通電式タツチプローブ方式に於ける通電性
検出システムにも活用することが出来る。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付の第２図〜第６図
に基づいて説明する。

第２図に於いて、１０は前記主軸２に取り付け
られた接触検出用具であつて、主軸２に内嵌固定
されるテーパー状シヤンク部１１、マニピユレー
ター用把持部１２、可動接触子１３、可動端子１
４、及び内蔵された電路開閉手段１５を備えてい
る。１６は工作機械本体４側の固定端子であつ
て、前記接触検出用具１０を所定の位相で主軸２
に嵌合固定したとき、当該接触検出用具１０の可
動端子１４が当接するように、前記主軸２を支承
する主軸台４ａに電気絶縁材から成るブラケツト
１７を介して取り付けられ、工作機械本体４に配
線１８で接続されている。前記センサー６は前記
主軸台４ａに外嵌固定された励磁コイル１９と検
知コイル２０とから構成されている。

尚、前記固定端子１６を主軸台４ａではなく工
作機械本体４に導電性のブラケツトを介して支持
させ、配線１８を省くことも出来る。又、可動端
子１４が工作機械本体４の金属表面に直接当接す
るように構成するときは、前記工作機械本体４の
金属表面が固定端子を兼用することになるので、
前記固定端子１６やブラケツト１７を省くことが
出来る。

前記接触検出用具１０の構造を第３図及び第４
図に基づいて詳述すると、前記接触検出用具１０
の本体キヤツプ部２１を貫通する前記可動接触子
１３の内端には、前記本体キヤツプ部２１の内側
に嵌合固定された受け座２２に対面するフランジ
部２３が同心状に連設され、前記受け座２２の表
面周辺３箇所には、電気絶縁材２４を夫々介介し
て固定接点２５〜２７が固着され、前記可動接触
子１３のフランジ部２３には、前記各固定接点２
５〜２７に離接自在な可動接点２８〜３０が夫々
電気絶縁材３１を介して固着されている。３２は
廻り止めピンであつて、前記可動接触子１３のフ
ランジ部２３に形成された半径方向の長孔３３を
貫通する状態で前記接触検出用具１０の本体中間
部材３４に一端が固定されている。

前記本体中間部材３４には、接触検出用具１０
の軸心方向に摺動自在な可動体３５がスライドベ
アリング３６を介して同心状に支持されている。
この可動体３５はコイルスプリング３７により可
動接触子１３側へ押圧付勢され、その先端に形成
された半球状凹部と前記可動接触子１３の内端中
心部（フランジ部２３の表面中心部）に形成され
た半球状凹部との間には球体３８が介装されてい
る。従つて前記可動接触子１３は、前記球体３８
及び可動体３５を介して前記コイルスプリング３
７により外向きに押圧され、フランジ部２３の周
辺各可動接点２８〜３０が受け座２２の周辺各固
定接点２５〜２７に当接することにより、接触検
出用具１０の軸心と同心状の中立姿勢に保持され
ている。

前記可動端子１４は、前記本体中間部材３４か
ら側方に突設された支持部３４ａに電気絶縁材か
ら成るスリーブ３９を介して接触検出用具１０の
軸心と平行な方向に一定範囲内で摺動自在に保持
されたスライドロツド４０の先端に取り付けら
れ、コイルスプリング４１により可動接触子１３
のある側とは反対方向へ突出するように付勢され
ている。４２は可動接触子１３と本体キヤツプ部
２１との間に介装された可撓性のあるダストカバ
ーである。

第４図及び第５図に示すように、前記可動触子
１３側の可動接点２８，２９は配線４３によつて
互いに接続され、残る可動接点３０は受け座２２
側の固定接点２６と配線４４によつて接続され、
残る固定接点２５，２７の内、固定接点２５は接
触検出用具１０の本体（キヤツプ部２１等）適当
箇所に配線４５で接続され、固定接点２７は配線
４６とスライドロツド４０を介して可動端子１４
に接続されている。この配線４６はスライドロツ
ド４０の運動を阻害しないものでなければならな
い。又、固定接点２５と受け座２２との間の電気
絶縁材２４を省き、当該固定接点２５と受け座２
２とを直接電気的に導通させて配線４５を省くこ
とも出来る。

前記電路開閉手段１５は、前記固定接点２５〜
２７と可動接点２８〜３０、及び配線４３，４４
から構成された常閉スイツチ４７と；３組の接点
対２５，２８，２６，２９，２７，３０が全て互
いに当接しているときのみ配線４５，４６が互い
に導通するスイツチ閉の状態となり、前記３組の
接点対の何れか一つでも離間すると配線４５，４
６が互いに切り離されたスイツチ開の状態となる
と共に、第６図に示すように、前記可動端子１４
から切り離した前記常閉スイツチ４７に直流電源
５０（これは励磁コイル１９による誘導電流を整
流してなる電源であつてもよいことは勿論であ
る。）、電源スイツチ５１、論理否定回路素子５
２、及びスイツチングトランジスター５３を併用
してなるａ接点方式のスイツチング手段５４（第
５図にもブロツク図で示す）と；を有し、前記ス
イツチングトランジスター５３のコレクターに前
記可動端子１４を配線４６により接続すると共
に、当該スイツチングトランジスター５３のエミ
ツターを接触検出用具１０の本体に接続してお
く。

このａ接点方式のスイツチング手段５４を有す
る電路開閉手段１５によれば、電源スイツチ５１
が閉じられていても前記可動接触子１３が中立姿
勢にあつて常閉スイツチ４７が閉じていれば、論
理否定回路素子５２の出力端がＬレベルであり、
スイツチングトランジスター５３にはベース電流
が流れないので当該スイツチングトランジスター
５３のコレクター・エミツター間が非導通状態
（スイツチOFF状態）となり、電路開閉手段１５
は閉成状態となつており、可動端子１４は接触検
出用具１０の本体に対して切り離された状態であ
るから、前記閉回路４８は遮断されている（即ち
非通電状態となつている）。可動接触子１３が運
動して前記常閉スイツチ４７が開くと、論理否定
回路素子５２の出力端がＨレベルとなり、当該回
路素子を介してスイツチングトランジスター５３
にベース電流が流れて当該スイツチングトランジ
スター５３のコレクター・エミツター間が導通状
態（スイツチON状態）となり、電路開閉手段１
５は開成状態となつており、可動端子１４が当該
スイツチングトランジスター５３を介して接触検
出用具１０の本体に導通して前記閉回路４８が連
通していることになる（即ち通電状態となつてい
る）。従つてこの発明では、可動接触子１３がワ
ークに接触して運動したときにセンサー６が閉回
路４７を流れる誘導電流を検出することになる。

尚、前記電源スイツチ５１は、可動端子１４が
第２図に示すように固定端子１６と接触してコイ
ルスプリング４１に抗して後退運動したとき、第
６図に示すようにスライドロツド４０の後端部に
付設の操作片５５にアクチユエータが蹴られて
ON動作するように、当該スライドロツド４０を
支持する前記支持部３４ａ等に適当なブラケツト
５６を介して取り付けることが出来る。又、前記
ａ接点方式のスイツチング手段５４の構成部材
は、前記電源スイツチ５１を除いて接触検出用具
１０に内蔵される。

以上のように構成された接触検出用具１０が第
２図に示すようにマシニングセンター等の主軸２
に所定の位相で取り付けられたとき、その可動端
子１４はコイルスプリング４１の付勢力に抗して
若干後退した状態で工作機械本体４側の固定端子
１６に圧接する。このとき工作機械本体４と前記
常閉スイツチ４７の固定接点２５とは、主軸２、
テーパー状シヤンク部１１、接触検出用具１０の
本体、及び配線４５を介して電気的に導通状態に
ある。この結果、第２図、第５図及び第６図に示
すように主軸２→接触検出用具１０の本体→配線
４５→常閉スイツチ４７→スイツチング手段５４
（論理否定回路素子５２→スイツチングトランジ
スター５３）→配線４６→可動端子１１４→固定
端子１６→配線１８→工作機械本体４→主軸２を
直列に経由する閉回路４８が形成される。

一方、可動接触子１３に外力が作用していない
状態では、当該可動接触子１３は第３図に示すよ
うにコイルスプリング３７の付勢力によつて中立
姿勢に保持持されているので、固定接点２５〜２
７と可動接点２８〜３０とは対応するものどうし
互いに当接しており、従つて前記常閉スイツチ４
７は第５図に示すように閉じた状態にある。即
ち、可動接触子１３に外力が作用していない状態
では、前記常閉スイツチ４７が閉じているのでス
イツチング手段５４である前記論理否定回路素子
５２及びスイツチングトランジスター５３の働き
によつて前記閉回路４８は遮断状態にある。即ち
電路開閉手段１５は非導通状態（閉成状態）にあ
る。可動接触子１３がワークに接触し、変位した
ときには常閉スイツチ４７は開状態になるから電
路開閉手段１５は開成状態（導通状態）に切り換
わり、前記閉回路４８は連通状態になる。係る状
態で、前記閉回路４８の一部である主軸２に遊嵌
するセンサー６の励磁コイル１９に高周波電流を
供給して励磁すれば、前記閉回路４８に電磁誘導
作用による誘導電流が流れる。この閉回路４８に
流れる誘導電流成分をセンサー６の検知コイル２
０を利用して検出することが出来る。この検出作
用は第１図に基づいて説明した従来システムに於
ける検出作用と同一であるから、詳細な説明は省
く。

然して上記のように主軸２に接触検出用具１０
を取り付けた状態で主軸台４ａを移動させ、可動
接触子１３をワークに対して接近移動させた結
果、可動接触子１３がワークに接触すると、その
反力で可動接触子１３がコイルスプリング３７の
付勢力に抗して中立姿勢から運動することにな
る。例えば可動接触子１３がその軸心に対し直交
する方向に移動してワークに接触したときは、互
いに当接している接点対２５，２８，２６，２
９，２７，３０の何れか一つ又は隣接する二つを
支点にして可動接触子１３が揺動運動し、残る一
つ又は二つの接点対が離間して常閉スイツチ４７
が開く。このとき可動接触子１３の内端中心部は
球体３８を介して可動体３５の軸心位置に保持さ
れる。可動接触子１３がその軸心方向に移動して
ワークに接触したときは、可動接触子１３がその
軸心方向に直線的に後退運動し、互いに当接して
いる接点対２５，２２８，２６，２９，２７，３
０の全てが同時に離間し、常閉スイツチ４７が開
く。

何れにしても可動接触子１３がワークに接触し
てコイルスプリング３７の付勢力に抗して運動す
ると常閉スイツチ４７が開くことになるので、こ
の常閉スイツチ４７の開放によつて前記閉回路４
８が連通され、当該閉回路４８にはセンサー６の
励磁コイル１９による誘導電流が流れ、検知コイ
ル２０からは検出信号が出力されることになる。
この状態を以て可動接触子１３がワークに接触し
たことを検出することが出来る。主軸台４ａを逆
方向に移動させて可動接触子１３をワークから離
間させると、当該可動接触子１３はコイルスプリ
ング３７の付勢力によつて元の中立姿勢に自動復
帰することになり、常閉スイツチ４７は開路状態
から閉路状態に復帰し、閉回路４８は元の遮断状
態（即ち非導通状態）に戻る。

（発明の効果） 以上のように本発明の接触検出装置によれば、
接触検出用具の可動接触子とワークとの接触によ
る両者間の通電状態を検出するのではなく、前記
可動接触子のワークに対する接触運動を検出する
のであるから、ワークの材質やワークの測定面に
付着する切削油の影響を受けないで確実正確に可
動接触子とワークとの接触を検出することが出来
る。

しかも検出方式は、工作機械の主軸を含む閉回
路のオンオフ状態をセンサーで電磁的に検出する
方式であるから、可動接触子のワークに対する接
触、非接触によりオンオフ時に極めて大きな変化
率の信号が出力され、感度を高くすることができ
るばかりでなく、耐ノイズ性も著しく向上できる
利点がある。

更に閉回路の開閉を行う電路開閉手段は、可動
接触子がワークに接触して可動接触子が変位して
ときに電路を連通する（即ち通電状態とする）ス
イツチング手段を有してなるため、可動接触子が
ワークに非接触の通常の状態では通電されること
がなく、接触検出用具に電源を内蔵する場合にお
いて消費電力が少なくて済み、長期にわたつて安
定して使用することができる。

また可動接触子がワークに接触して可動接触子
が変位してとき常閉スイツチは開状態となり遮断
されるようになつているため、この開作動時には
当然に常閉スイツチに電圧が負荷することがな
く、常閉スイツチの損傷を未然に防ぎ長期間安定
して使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の通電式タツチプローブ方式を説
明する概略側面図、第２図は本発明の実施例の使
用状態を説明する側面図、第３図は接触検出用具
の詳細構造を説明する要部の縦断側面図、第４図
は可動接触子と常閉スイツチを説明する分解斜視
図、第５図は本発明の実施例の要部の電気回路
図、第６図は本発明の実施例を詳細に説明する電
気回路図及び電源スイツチ取り付け部を示す側面
図である。 ２……主軸、４……工作機械本体、４ａ……主
軸台、６……センサー、１０……接触検出用具、
１３……可動接触子、１４……可動端子、１５…
…電路開閉手段、１６……固定端子、１８，４３
〜４６……配線、１９……励磁コイル、２０……
検知コイル、２５〜２７……固定接点、２８〜３
０……可動接点、３５……可動体、３７，４１…
…コイルスプリング、３８……球体、４７……常
閉スイツチ、４８……閉回路、５１……電源スイ
ツチ、５２……論理否定回路素子、５３……スイ
ツチングトランジスター、５４……スイツチング
手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 可動接触子とワークとの接触による運動によ
   つて動作すると共に、可動接触子がワークに接触
   して可動接触子が変位したときに常閉スイツチは
   開状態となり遮断されるが電路を連通する、即ち
   通電状態となるスイツチング手段を有する電路開
   閉手段を内蔵した接触検出用具を工作機械の主軸
   に取り付け、更にこの接触検出用具に前記工作機
   械本体側の端子と離接自在な端子を設け、これら
   両端子と前記主軸及び前記電路開閉手段を直列に
   接続した閉回路を構成するための必要な配線を施
   し、前記主軸の周囲には、前記電路開閉手段の開
   閉動作に伴う前記閉回路の開閉を電磁的に検出す
   るセンサーを配設して成る接触検出装置。