JPH0658718B2 - ゲージングユニット及び自動ゲージング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は、機械操作即ち自動式の計量即ちゲージングに
関する。より詳細には、本発明は、工作機械システムに
よって制御される加工物探査デバイスによる計量データ
の無線遠隔測定技術に関する。

先行技術の説明 工作機械環境に於て加工物を自動的に即ち機械制御でも
って計量する時は、その工作機械システムにより、この
加工物に対して行なわれる種々の作業の１つとして実行
するのが最適である。このため、切削工具が工作機械マ
ガジンの中に保持されると同じようにして工作機械マガ
ジンの中に着脱可能に保持されるように構成された計量
（即ちゲージング）ユニツト即ち探査ユニツトが必要に
なる。計量ユニツトをこのように収納して機械的に制御
する操作はまた、この計量即ち探査ユニツトによって発
生されたデータの無線送信を伴うのが最適である。

工作機械システムにプログラマブル制御が出現したた
め、接触プローブとして構成された斯かる計量ユニット
の使用が可能になり、これにより、工作機械スピンドル
軸と加工物との間の移動の座標に対して相対的な加工物
の特定の表面の位置を決定することにより、機械制御プ
ログラムは加工物に関する寸法的情報を計算するように
なっている。１つの公知の接触プローブが、カークハム
（Ｋｉｒｋｈａｍ）の米国特許第４，１１８，８７１号
に開示されている。この接触プローブは、加工物との接
触の際に、その出力が効果的に短絡されるアンテナとし
てプローブ針を形成することにより接触検知機能及び送
信機能が合成された１ＧＨｚ以下のラジオ周波数遠隔測
定技術（テレメトリ）を用いている。別の公知の接触プ
ローブが、米国特許第４，４０１，９４５号に開示され
ている。この接触プローブは光学的遠隔測定技術を用い
ている。更に別の従来接触プローブが米国特許出願第４
７８，９０６号に開示されている。

米国特許第４，１１８，８７１号のプローブは、接触し
た加工物が非導電フィルムで被覆されている条件の下で
は反復性が悪いという欠点を有する。プローブ・アンテ
ナにおいて効果的な短絡回路を形成するためには、プロ
ーブは加工物に接触しなければならないからである。こ
のプローブはまた、電磁干渉を非常に受け易いという欠
点も有する。

上記の米国特許第４，４０１，９４５号の赤外遠隔測定
プローブと米国特許第４，１１８，８７１号のプローブ
の両方共、かなり深い加工物の内腔即ちキャビティを探
査即ち計量しなければならず、従って工作機械の制御器
に係合せしめた遠隔受信器に対する視線から探査送信装
置が外れてしまう用途においては動作に問題を有する。
米国特許第４，１１８，８７１号の型式のプローブは、
加工物の内腔即ちキャビティが、遠隔測定された信号の
波長の半分より小さい断面寸法を有するある種の導波管
として見られるという周知の導波管カツトオフ効果の故
に斯かる条件の下では作動しない。この型式のプローブ
に必要な周波数では、最も一般的な加工物のキャビティ
の寸法に対してはカツトオフ効果からの大きな減衰が避
けられないものとなる。米国特許第４，４０１，９４５
号及び米国特許出願第４７８，９０６号のプローブは、
上記の条件では、プローブからの光信号で加工物や工作
機械で反射した光信号の強さと方向とに依存して、作動
することもあるし、作動しないこともある。

従って、以下の能力を有する自動計量技術が以前より必
要になっていた。即ち、普通ならば遠隔測定された信号
を許容できない程減衰させてしまう、工作された加工物
構造や、遠隔受信器に対する視線からプローブが必ず見
えなくなるような加工物中の深い内腔即ちキャビティ
や、キャビティの断面寸法が従来では計量が難しいほど
小さい加工物についても、自動ゲージングでき、しかも
電磁雑音の悪影響を受けにくい技術である。

発明の要約 従って、本発明の目的は、工作機械制御器の指示の下に
工作ツール要素収納デバイスから選択された種々の工作
ツール要素を操作することにより種々のタスクを加工物
に実行することのできる工作機械システムに用いられる
ものであって、上述した従来の問題点を克服したゲージ
ングユニット及び自動ゲージング装置を提供することに
ある。

本発明によると、この計量ユニツトは、上記貯蔵デバイ
スの中に除去可能に保持できるように且つ上記工作機械
システムによって操作できるように形づけられたハウジ
ングを有している。この計量ユニツトは更に、上記加工
物を探査し且つ上記加工物の特徴、例えば、プローブ針
と加工物との接触を検知するための探査装置、例えば、
上記プローブ針に係合したスイツチ即ちセンサを含んで
いる。上記計量ユニツトの変調回路は、上記探査装置に
よって発生された出力信号の関数としての変調信号を発
生し、上記計量ユニツト中のマイクロウエーブ電波のソ
ースは変調信号に従って変調されたそのマイクロウエー
ブ出力を有している。本発明の別の特徴によると、上記
計量ユニツトから遠隔に配置されているマイクロウエー
ブ受信器ユニツトが、発せられた変調マイクロウエーブ
信号を受信し、受信信号を復調し、この変調信号から加
工物の特徴が検知されたか否かを示す受信器出力信号を
引き出し、受信器出力信号を工作機械制御器に結合する
ように作動する。

本発明の特徴は、送信計量ユニツトと遠隔受信器ユニツ
トの間に視線整合をする必要がないことである。

本発明の別の特徴は、遠隔測定計量データに用いられる
マイクロウエーブ周波数は、一般的な工作機械システム
の環境でみられる電磁雑音の悪影響を受けない程十分に
高くなっていることである。

詳細な説明 種々の図面に於て同一の成分には同等の参照数字が付け
られていることを了解すべきである。

第１図及び第２図について説明する。これらの図には、
計量ユニツト即ちゲージングユニツトあるいは接触プロ
ーブのためのハウジング１０が図示されている。斯かる
特定の実施例に於けるハウジング１０は、以下に説明さ
れる第４図に示されている接触プローブスイツチ及び遠
隔測定装置を含んでいる。ハウジング１０の測定用端部
から針１６が延設されており、この針１６は適当な形状
（この実施例では球状）を有する接触エメメント１８に
終成している。この針１６は、その内端（図示せず）に
於て適当な接触検知スイツチ即ちセンサに結合されてい
る。なお、針１６と接触エレメント１８とにより探査手
段は構成されている。このセンサは、ハウジングスイツ
チヘツド部１３の中に収められている。本発明の使用に
適当な１つの斯かる検知スイツチが米国特許出願第３８
８，１８７号に開示されている。

ハウジング部１４（第２図）は、以下に説明される第４
図の一部分に示されている検知器及び遠隔測定回路を含
んでいる。ハウジング部１２内のハウジング部１４に隣
接して、ガンダイオードマイクロウエーブソースユニツ
ト２０１が取り付けられている。このユニツト２０１
は、取り付けフランジ２０２及び２０３を経由して放射
ホーンアンテナ２０４に結合されている。このアンテナ
２０４は、ソース２０１によって発生されたマイクロウ
エーブ電波を軸方向寸法２１０を有するハウジングキャ
ビティの中に発する。このように発せられたマイクロウ
エーブ電波は、次にハウジング１０からハウジング窓１
７を経由して全体的に球状のパターンでもって外方に放
射される。このハウジング窓１７は、ハウジング部１２
の外周の周りに等隔的に離間配置されている。寸法２１
０及び窓１７の寸法は、アンテナ２０４とプローブ１０
を囲んでいる自由空間との間の電波の出力の減衰をでき
るだけ小さくするように設定されている。１つの経験則
によると、寸法２１０は、アンテナ２０４から発せられ
たマイクロウエーブ電波の波長の半分より大きくなけれ
ばならない。

本明細書で用いられている「マイクロウエーブ」と言う
用語は、当技術における従来の意味を有しており、２０
０ＭＨｚ台から１００ＧＨｚ台迄の範囲の周波数を有す
る信号のことを言う（国際電話電信公社発行の「ラジオ
技術者のための参考データ」の１９７０年の第５版の１
０３ページ参照）。

プローブ取付け端部の反対側のハウジング１０の端部に
は、適当なアダプタ１５が配設されている。アダプタ１
５によって、ハウジング１０を、典型的な切削工具と同
じようにして、自動化されたプログラム制御工作機械シ
ステム、例えばＮＣ機械工作センサに組み込むことがで
きる。また、ハウジング１０には、自動装置即ち自動工
具交換器の「手」即ち掴みエレメントによる使用に好ま
しい適当に設計されたハウジングアダプタ即ち延長部を
配設することができる。

マイクロウエーブ遠隔測定技術を有する接触プローブシ
ステムとして使用するのに好ましい装置が、第３図に機
能的ブロツク図の形でもって示されている。第３図の左
手部に示されている機能エレメントは、第１図のハウジ
ング１０の部分１２，１３及び１４の中に配設されてい
る。

ハウジング１０の部分１３の中には、電気的な回路等化
の観点から見て、通常は閉じているスイツチ接点３０
１，３０２及び３０３の直列接続からなるセンサスイツ
チユニツト３００が配設されている。接点３０１，３０
２及び３０３と針１６（第１図）との物理的関係は、例
えば、本明細書に参照として引用されている米国特許出
願第３８８，１８７号に記載されている物理的関係であ
り得る。斯かる構成によると、プローブの針が加工物に
接触すると必ずこれらの３つの接点３０１，３０２，３
０３の少なくとも１つが開いた状態になるように移動が
行なわれる。斯かる接点の開成の際、径路３７１即ち検
知回路３１０への入力から低インピーダンス接地電位が
除去される。検知器３１０の出力３７２は、変調即ち周
波数偏移キーイング（ＦＳＫ）回路３３０への２つの入
力の１つに結合されている。

ＦＳＫ回路３３０の他方の入力には、径路３７３を経由
して副搬送波発生器回路３２０が結合されている。な
お、センサスイッチユニット３００、検知回路３１０、
副搬送波発生回路３２０及びＦＳＫ回路３３０とにより
変調手段は構成されている。ＦＳＫ回路３３０の出力３
７４は、マイクロウエーブ周波数放射源の制御入力に結
合されている。このマイクロウエーブ周波数放射源は、
例えば、その出力をホーンアンテナ２０４に結合せしめ
ているガンダイオード発振器ユニツト２０１からなり得
る。第３図の所で以上に述べた全ての装置は、第１図及
び第２図のプローブハウジング１０に支持されている。

ホーンアンテナ２０４から発せられた変調マイクロウエ
ーブエネルギーは、受信器ユニツト（即ちマイクロウエ
ーブ受信手段）によって遠隔的に無線でもって受信され
る。この受信器ユニツトは、受信ホーンアンテナ３４
０、受信アンテナ３４０の出力に結合されたヘデロダイ
ン受信器ユニツト３４１、入力３７５を受信器３４１の
ヘデロダイン出力に且つ出力３７６をフエーズロツクド
ループ（ＰＬＬ）検知器回路３６０に結合せしめている
復調装置及び増幅器／フィルタ回路３５０を含んでい
る。ＰＬＬ検知器回路３６０の出力３７７は、第３図の
開示された自動計量装置を用いている工作機械システム
（図示せず）の制御器に結合されている。

第３図に示すシステムの動作原理は以下のように要約す
ることができる。発生器３２０は、例えば、１５０ＫＨ
ｚから３００ＫＨｚの範囲の副搬送波信号を発生する。
この副搬送波は、例えば、加工物とのプローブ接触が行
なわれたことを示す検出器３１０からの指示信号に応答
してＦＳＫ回路３３０により周波数偏移即ち周波数偏移
キーイング（ＦＳＫ）によって周波数変調される。接触
が起きた時は必ず、１５０ＫＨｚのパルス反復率から１
６５ＫＨｚの反復率迄の搬送波の周波数偏移を用いて１
つのシステムが動作的に試験されている。次に、ＦＳＫ
回路３３０のＦＳＫ出力374を用いて、マイクロウエー
ブ発生器デバイス、例えば、ガンダイオード発振器２０
１を搬送波の周波数に於てオンとオフに切り換える。マ
イクロウエーブ発振のこのパルス列（例えば、１０．５
２５ＧＨｚ±２５ＭＨｚ台）は、遠隔受信器ユニツトに
於けるホーンアンテナ３４０によって受信されるように
プローブホーンアンテナ２０４によって放射される。ヘ
テロダイン受信器３４１に於て、放射マイクロウエーブ
周波数信号は、受信信号を局部的に発生された信号と混
合することによって生じるヘテロダイン作用によって、
より低い中間周波数（ＩＦ）信号、例えば、４５ＭＨｚ
台の信号に変換される。これは、増幅器／検知器回路３
５０による増幅及び復調／検知をより簡単にするためで
ある。導体３７６に於ける増幅器／検知器３５０の復調
出力信号は、ＦＳＫ回路３３０の出力に実質的に同等で
ある。（例えば、加工物とのプローブ針の接触が行なわ
れたか否かに応じて１５０ＫＨｚあるいは１６５ＫＨｚ
のどちらかのパルス反復率のパルス列）。復調信号の周
波数即ちパルス反復率は、接触又は非接触を示す信号を
引き出して径路３７７を経由して機械制御システムの制
御器に示すためにＰＬＬ弁別器３６０に供給される。

第３図の特定の機能成分のより詳細な例が第４図及び第
５図に示されている。第４図について述べると、遊休即
ち非接触針状態の場合、接地電位は、スイツチ検知器３
００の通常は閉じている接点３０１，３０２，３０３の
直列接続によって、検知器３１０の入力３７１に結合さ
れる。検知器３１０は、抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４及びＲ
５、アナログ比較器４２０及びバイアス基準電位ソース
＋Ｖ１からなる。エレメント４２０は、例えば、市販さ
れている演算増幅器ＬＭ３９３型アナログ比較器であり
得る。

入力３７１は、比較器４２０の逆転入力に結合され且つ
抵抗Ｒ４の第１端子に結合されている。抵抗Ｒ４の第２
端子は、抵抗Ｒ２の第１端子に結合され且つ基準ソース
＋Ｖ１に結合されている。抵抗Ｒ２の第２端子は、比較
器４２０の非逆転入力に結合され且つ抵抗Ｒ３の第１端
子に結合されている。抵抗Ｒ３は、第２端子を接地電位
に結合せしめている。比較器４２０の出力３７２は、抵
抗Ｒ５を経由して、基準ソース＋Ｖ１及びＦＳＫ回路３
３０に結合されている。ＦＳＫ回路３３０については以
下に述べる。

副搬送波発声器３２０は、水晶４３０、コンデンサＣ１
及びＣ２、抵抗Ｒ１、トランジスタＱ１及び基準ソース
プラスＶ１を含む水晶制御発振器である。水晶４３０の
第１端子は、接地電位に結合されており、これに対し第
２端子はコンデンサＣ１の第１端子に且つトランジスタ
Ｑ１のベース電極に結合されている。トランジスタＱ１
は、例えば、市販の２Ｎ４４０１型ＮＰＮトランジスタ
であり得る。コンデンサＣ１の第２端子は、トランジス
タＱ１のエミツタ電極、発振器出力３７３、抵抗Ｒ１の
第１端子、及びコンデンサＣ２の第１端子に結合されて
いる。コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ１の第２端子は、両方
共接地電位に結合されている。トランジスタＱ１のコレ
クタ電極は、基準電位ソース＋Ｖ１に結合されている。

ＦＳＫ回路３３０は、可変割算器／カウンタ回路４１
０、抵抗Ｒ６、トランジスタＱ２、及び基準電位ソース
＋Ｖ１からなる。割算器カウンタ４１０は、例えば、市
販の４５２６ＣＭＯＳ型集積回路（ＩＣ）であり得る。
これに対してＱ２は、２Ｎ４４０１型ＮＰＮトランジス
タを含み得る。第１ＦＳＫ回路入力３７３は、ＩＣ４１
０のピン６に結合されており、これに対して第２入力３
７２は、ＩＣ４１０のピン５に結合されている。ＩＣ４
１０は、ピン２，１３，１４及び１６を基準ソース＋Ｖ
１に結合せしめており、ピン３をピン１２に結合せしめ
ており、ピン４，８，１１及び１０を接地電位に結合せ
しめており、出力ピン１を導体３８０を経由して抵抗Ｒ
６の第１端子に結合せしめている。抵抗Ｒ６の第２端子
は、トランジスタＱ２のベース電極に結合されており、
トランジスタＱ２はそのエミツタ電極を接地電位に結合
せしめており且つそのコレクタ電極をマイクロウエーブ
ソース２０１の制御入力３７４に結合せしめている。

ソース２１０は、例えば、その出力が導波管部を経由し
て放射ホーンアンテナ２０４に結合されているガンダイ
オード発振器４０１を含んでいる。ソース２０１は、マ
イクロウエーブアソイエーツ社から市販されているＭＡ
−８６６５１型ガン発振器ソースを含み得る。

第４図の所で述べた装置は以下のようにして作動する。
プローブの針が加工物に接触する際、接点３０１，３０
２及び３０３の少なくとも１つが開き始め、これにより
比較器４２０の逆転入力から接地電位を取り除く。この
条件下で、比較器４２０の非逆転入力における電位はも
はや逆転入力における電位より高くならないため、比較
器４２０の出力３７２は論理的に低状態になる。

径路３７２において論理的に低い信号が発生すると、Ｆ
ＳＫ回路の割算器／カウンタ４１０は、入力ピン６に於
ける入力パルス列を１０の因数で割る。ピン５に論理的
に高い状態が発生すると、１１の除数ができる。水晶４
３０は、トランジスタＱ１と結び付いて、入力３７３を
経由して割算器／カウンタ４１０のピン６に示すために
１．６５ＭＨｚ信号を発生する。従って、プローブ針が
遊休即ち休止位置にあると必ず、１５０ＫＨｚ（１．６
５ＭＨｚ割る１１）パルス列が割算器／カウンタ４１０
の出力３８０に現われ、これに対して針が偏向すると、
１６５ＭＨｚ（１．６５ＭＨｚ割る１０）パルス列が発
生する。その結果発生する周波数偏移はプローブ針と加
工物との接触を示す。

トランジスタＱ２は、周波数偏移出力３８０によってオ
ンとオフに駆動され、制御入力３７４を経由して、針の
接触状態に応じて、１５０ＫＨｚあるいは１６５ＫＨｚ
のどちらかでもってガンダイオード発振器をオンとオフ
に切り換える。斯くして、１０．５２５ＧＨｚ台の搬送
波周波数を有するマイクロウエーブ周波数バーストがこ
の実施例の場合ではアンテナ２０４により１５０ＫＨｚ
あるいは１６５ＫＨｚのパルス反復率でもって発せられ
る。他の副搬送波周波数を用いても、幾つかの接触プロ
ーブ即ちゲージを干渉せずに同一の領域でもって作動せ
しめることができる。これは、単に第４図の水晶４３０
及び第３図の検知器３６０に用いられているＰＬＬ検知
器周波数を変えるだけで簡単に達成される。

第５図について説明する。この図には、第３図の遠隔受
信器ユニツトのより詳細な例が示されている。第４図の
プローブ回路によって発せられるマイクロウエーブ電波
は、ホーンアンテナ３４０によって受信され、このホー
ンアンテナ３４０は、その出力が局部マイクロウエーブ
ソース５０２及びミクサ５０１を含むヘテロダイン受信
器ユニツト３４１に導波管結合されている。ユニツト３
４１は、三菱電機から市販されているＦＯ−ＵＰ11Ｋヘ
テロダインマイクロウエーブ受信器を含み得る。このヘ
テロダインユニツトを用いると、局部マイクロウエーブ
周波数例えば１０．４８ＧＨｚが受信信号と混合され、
その結果、ヘテロダイン作用により、４５ＭＨｚ台のヘ
テロダイン差周波数を有するミクサ出力ＩＦ信号が径路
３７５に現われる。

このＩＦ信号は径路３７５を経由して低雑音前置増幅器
回路に結合されている。この前置増幅器回路はコンデン
サＣ３，Ｃ４及びＣ５、可変インダクタＬ１及びＬ２、
抵抗Ｒ７及び電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ３を含
んでいる。このＦＥＴＱ３は、モトローラ社から市販さ
れているＭＦＰ１０２型であり得る。この前置増幅器
は、入力３７５におけるＩＦ信号の周波数に実質的に等
しい中心周波数に調整される。入力３７５は、コンデン
サＣ３及び可変インダクタＬ２の第１端子の接合部に結
合されている。コンデンサＣ３の第２端子は、接地電位
に接合されている。Ｌ２の第２端子とコンデンサＣ４の
第１端子の接合部は、ＦＥＴＱ３のゲート電極及び抵抗
Ｒ７の第１端子に結合されている。コンデンサＣ４及び
抵抗Ｒ７の第２端子は、それぞれ接地電位に結合されて
いる。Ｃ３，Ｃ４及びＬ２は受信ＩＦ周波数に調整され
た入力ＰＩフイルタを構成している。

Ｑ３のソース電極は、接地電位に結合されており、これ
に対して、Ｑ３のドレイン電極は、コンデンサＣ５及び
可変インダクタＬ１の並列接続を含むタンク回路を経由
して基準電位＋Ｖ２に結合されており、且つカツプリン
グコンデンサＣ６を経由してＩＣ５１０のピン４に結合
されている。タンク回路Ｌ１，Ｃ５はＩＦ信号の中心周
波数に調整されている。

例えば、モトローラ社から市販されているＭＣ１３５０
Ｐ型集積回路５１０は、そのピン１及び８の間にプツシ
ュプル出力段を有するＩＦ増幅器である。増幅器５１０
のピン３及び７はそれぞれ接地電位に結合されており、
ピン２は基準ソース＋Ｖ２に結合されており、ピン５及
び６は抵抗Ｒ８及びコンデンサＣ７を経由してそれぞれ
接地電位に結合されている。

出力ピン１及び８はＩＦ信号の中心周波数に調整された
プツシュプルタンク回路に結合されている。尚このタン
ク回路は、コンデンサＣ８と及び基準ソース＋Ｖ２に結
合された中心タツプを有する可変変圧器コイル５２２の
並列部結合を含んでいる。

この増幅器出力は、変圧器５２０及びＤＣブロツキング
コンデンサＣ９を経由して、ダイオードＤ１及びＤ２、
コンデンサＣ１０及び抵抗Ｒ９を含むピーク対ピーク検
知器即ち復調器回路に結合されている。変圧器の二次コ
イル５２１は、接地電位に結合された第１端子及びコン
デンサＣ９を経由してダイオードＤ２の陰極及びダイオ
ードＤ１の陽極の接合部に結合された第２端子を有して
いる。ダイオードＤ２の陽極は、接地電位に結合されて
おり、これに対して、ダイオードＤ１の陰極は、ＰＬＬ
検知器回路３６０の入力３７６及びコンデンサＣ１０及
び抵抗Ｒ９の第１端子に結合されている。コンデンサＣ
１０及びＲ９の第２端子はそれぞれ接地電位に結合され
ている。

ＰＬＬ回路３６０は、例えば、ＥＸＡＲ社から市販され
ているＸＲ型２２１１であり得る。復調回路の出力３７
６は、ＰＬＬ３６０の入力ピン２に結合されている。Ｐ
ＬＬ３６０は、基準電位ソース＋Ｖ２に結合されている
ピン１を有しており、コンデンサＣ１２は、ピン１３と
１４の間に結合されており、抵抗Ｒ１２は、ピン１１と
１２の間に結合されている。ＰＬＬ３６０のピン１２
は、更に可変抵抗Ｒ１１を経由して接地電位に結合され
ており、これに対してピン１１はコンデンサＣ１３を経
由して接地電位に結合されている。ＰＬＬ３６０のピン
３は、抵抗Ｒ１０及びコンデンサＣ１１の並列接続を経
由して接地電位に結合されている。工作機械制御器への
出力３７７は、ＰＬＬ３６０のピン７に結合されてい
る。

ＰＬＬ３６０によって認識される入力信号の帯域巾は、
抵抗Ｒ１０及びコンデンサＣ１１の適当な設定によって
決定される。ＰＬＬ３６０によって検知される中心周波
数は、抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ１２の値によって決定
され、これに対して、ＰＬＬ３６０の応答時間は、抵抗
Ｒ１２及びコンデンサＣ１３の値によって決定される。

第５図に示されるピン接続を用いる場合、出力３７７
は、ＰＬＬ３６０のピン２に於ける信号の周波数即ちパ
ルス反復率が１５０ＫＨｚから１６５ＫＨｚに偏移する
と必ず論理的に高い状態をとる。

第５図に示される装置を用いる場合、マイクロウエーブ
エネルギーの１０．５２５ＧＨｚバーストがユニツト３
４１によって受信され、４５ＭＨｚのオーダのバースト
のＩＦ信号にヘテロダイン処理され、ＦＥＴＱ３を中心
にした前置増幅器回路によって増幅され且つ口波され、
ＩＦ増幅器５１０によって更に増幅され、ダイオードＤ
１及びＤ２を用いた検知器回路によって復調される。そ
の結果、ＰＬＬ回路３６０の入力３７６に元の１５０／
１６５ＫＨｚ副搬送波パルス列が現われる。ＰＬＬ３６
０は、プローブ針がその休止位置から変更すると必ず生
じる復調信号の１５０ＫＨｚから１６５ＫＨｚの周波数
偏移を認め、径路３７７を経由して、斯かる周波数偏移
を示す論理的に高い信号をこの実施例の遠隔測定接触プ
ローブシステムを用いている工作機械システムの機械制
御器（図示せず）に送る。

ゲージングあるいはプローブ接触データを表すべくマイ
クロウエーブ周波数搬送波信号を変調する他の方法、例
えば、直接周波数変調、他の変調を用いない単純オン／
オフキーイング、あるいは振幅変調を用いることもでき
る。しかしながら、上記の説明に関連して開示されたＦ
ＳＫ方法が以下の理由でもって好ましい。直接周波数変
調システム及び単純オン／オフ変調システムの場合、バ
ツテリによって作動することができ且つ携帯計量即ち接
触プローブデバイスの中に収納するのに十分に小さな従
来の装置は、約±４ＭＨｚの限られた周波数変調しか達
成することができない。これは一般的に遭遇する±１０
ＭＨｚの熱ドリフトよりかなり小さいので、受信器に複
雑で高価な周波数トラッキング方法の使用が用いること
が必要となる。さもなければ、受信器の帯域巾は、信号
回復及び信号対雑音化が非常に小さくなるような程度に
広がらなければならない。更に、直接周波数変調あるい
は単純なオン／オフキーイングは、用いられている種々
のゲージ即ちプローブの間に干渉を起こすことなく他の
類似の自動計量システムと近接して用いることができな
い。

図示の実施例のＦＳＫ変調方法は、比較的低いマイクロ
ウエーブパワーの引き出しのもう１つの利点を与えてい
る。何となれば、ガンダイオード発振器が、直接周波数
変調システムにおける搬送波の連続送信に比較して非常
に短い期間にわたってオンの状態でパルス状になるから
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理に従って設計された計量即ち接触
探査ユニツトの斜視図。第２図は第１図のユニツトの縦
軸に垂直にとられたユニツトの部分断面図。第３図は本
発明の原理に従って設計された接触探査及び遠隔受信器
回路の機能ブロツク図。第４図は第３図の接触探査回路
図の部分のより細部を示す略図。第５図は第３図の遠隔
受信器回路図の部分のより細部を示す略図。 １０……ハウジング、１６……プローブ針、１８……接
触エレメント、２０１……ガンダイオードマイクロウエ
ーブソースユニツト、２０２，２０３……取付フラン
ジ、２０４……放射ホーンアンテナ、300……センサス
イツチユニツト、３０１，３０２，３０３……接点、３
１０……検知器回路、３２０……副搬送波発生器回路、
３３０……ＦＳＫ回路、３４０……受信ホーンアンテ
ナ、３４１……ヘテロダイン受信器ユニツト、３５０…
…復調器／増幅器／フイルタ回路、３６０……ＰＬＬ検
知器回路、５０１……ミクサ、５０２……局部マイクロ
ウエーブソース、５１０……集積回路、５２０……変圧
器。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械制御器の指示の下に工作ツール要
   素収納デバイスから選択された種々の工作ツール要素を
   操作することにより種々のタスクを加工物に実行するこ
   とのできる工作機械システムに用いられる自動ゲージン
   グ装置用であってバッテリにより動作するゲージングユ
   ニットにおいて、 上記収納デバイスに着脱可能に収納し且つ上記工作機械
   システムによる操作用に形作られたハウジングと、 上記加工物を探索しその特徴を検知して、該検知された
   特徴に関する探査手段出力信号を発生するように動作す
   る探査手段と、 上記探査手段に結合され、上記探査手段出力信号を受信
   し且つ上記探査手段出力信号に従って自身の出力におい
   て少なくとも２つの反復率で変調信号を発生するように
   動作する変調手段と、 上記変調手段の出力に結合された制御入力を有し、上記
   変調信号に従って変調された１ＧＨｚより高い周波数の
   マイクロウエーブ信号を無線で発するように動作するマ
   イクロウエーブ放射源とを備えることを特徴とするゲー
   ジングユニット。
2. 【請求項２】上記探査手段が、上記探査手段と上記加工
   物との接触を検知するように動作することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のゲージングユニット。
3. 【請求項３】上記変調手段が、発せられたマイクロウエ
   ーブ信号の搬送波周波数を周波数偏移キーイングによっ
   て変調するように動作し、上記搬送波周波数が、上記探
   査手段が上記探査手段と上記加工物との接触を検知する
   と必ず第１パルス反復率でもってオンとオフに切り換え
   られ、上記探査手段が上記探査手段と上記加工物との接
   触を検知すると必ず第２パルス反復率でもってオンとオ
   フに切り換えられることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項に記載のゲージングユニット。
4. 【請求項４】上記探査手段が、 その状態が上記探査手段と上記加工物との接触及び非接
   触に従って制御される少なくとも１つの接触手段を有す
   るスイッチング手段と、 上記スイッチング手段に結合された入力及び上記変調手
   段に結合された出力を有する検知手段であって、上記接
   触手段の状態が上記探査手段と上記加工物との非接触を
   示す時は必ず第一値を有し且つ上記接触手段の状態が上
   記探査手段と上記加工物との接触を示す時は必ず第二値
   を有する探査手段出力信号を発生するように動作する検
   知手段とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第３項
   に記載のゲージングユニット。
5. 【請求項５】上記変調手段が、第１入力及び第２入力並
   びに出力を有する可変割算器手段と、基準パルス反復率
   を有するパルス列を発生するための基準発振器とを含
   み、 上記基準発振器が上記割算器手段の第１入力に結合され
   ており、 上記割算器手段の第２入力が上記検知手段の出力に結合
   されており、 上記割算器手段が、上記探査手段出力信号の第一値が上
   記割算器手段の第２入力に与えられる時は必ず上記基準
   パルス反復率を第一数によって割り、上記探査手段出力
   信号の第二値が上記割算器手段の第２入力に与えられる
   時は上記基準パルス反復率を第二数で割り、且つこのよ
   うにして割られた基準パルス列を上記割算器手段に与え
   るように動作することを特徴とする特許請求の範囲第４
   項に記載のゲージングユニット。
6. 【請求項６】上記変調手段が、上記割算器手段の出力と
   上記変調手段の出力との間に結合された電子スイッチ手
   段であって、上記の割られた基準パルス列の関数として
   上変調信号を上記変調手段の出力に結合するように動作
   する電子スイッチ手段を更に含むことを特徴とする特許
   請求の範囲第５項に記載のゲージングユニット。
7. 【請求項７】上記電子スイッチ手段が、上記割算器手段
   の出力に結合されたベース電極と、第１基準電位のソー
   スに結合されたエミッタ電極と、前記マイクロウエーブ
   放射源の制御入力に結合された上記変調手段の出力を含
   むコレクタ電極とを有するトランジスタを含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第６項に記載のゲージングユニ
   ット。
8. 【請求項８】上記マイクロウエーブ放射源が、上記制御
   入力に結合され且つ出力を有するガンダイオード発振器
   と、上記ガンダイオード発振器出力に結合された放射ホ
   ーンアンテナとを含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載のゲージングユニット。
9. 【請求項９】上記放射ホーンアンテナの出力に連通して
   いる上記ハウジング内のキャビティと、上記ハウジング
   の外周面における複数の開口であって、各々が上記キャ
   ビティに連通しており、上記ホーンアンテナの出力から
   発せられたマイクロウエーブ放射のために上記ハウジン
   グから実質的に対称的な球状放射パターンを可能にする
   ように配置されている複数の開口を更に含むことを特徴
   とする特許請求の範囲第８項に記載のゲージングユニッ
   ト。
10. 【請求項１０】上記マイクロウエーブ放射源が、上記制
    御入力に結合された第１ダイオード電極及び第２基準電
    位のソースに結合された第２ダイオード電極とを有する
    ガンダイオード発振器と、上記ガンダイオード発振器か
    ら発せられたマイクロウエーブ放射によって励起される
    導波管部と、上記導波管部に結合された放射ホーンアン
    テナを含むことを特徴とする特許請求の範囲第７項に記
    載のゲージングユニット。
11. 【請求項１１】工作機械制御器の指示の下に工作ツール
    要素収納デバイスから選択された種々の工作ツール要素
    を操作することにより種々のタスクを加工物に実行する
    ことのできる工作機械システムに用いられるものであっ
    てバッテリにより動作する自動ゲージング装置におい
    て、 上記収納デバイスに着脱可能に収容し且つ上記工作機械
    システムによる操作用に形作られたハウジングを有する
    ゲージング手段であって、上記加工物を探査しその特徴
    を検知して、該検知された特徴に関する探査手段出力信
    号を発生するように動作する探査手段と、上記探査手段
    に結合され、上記探査手段出力信号を受信し且つ上記探
    査手段出力信号に従って自身の出力において変調信号を
    発生するように動作する変調手段と、上記変調手段の出
    力に結合された制御入力を有し、上記変調信号に従って
    少なくとも２つの反復率で変調された１ＧＨｚより高い
    周波数のマイクロウエーブ信号を無線で発するように動
    作するマイクロウエーブ放射源とを含むゲージング手段
    と、 上記ゲージング手段から遠隔に配置されたマイクロウエ
    ーブ受信手段であって、上記の発せられた変調マイクロ
    ウエーブ信号を受け、該受信信号を復調し、復調信号か
    ら上記探査手段出力信号に関連した受信器出力信号を導
    出し、且つ上記受信器出力信号を上記工作機械制御器に
    結合するように動作するマイクロウエーブ受信手段と を備えることを特徴とする自動ゲージング装置。
12. 【請求項１２】上記マイクロウエーブ受信手段が、 出力を有する受信ホーンアンテナと、 上記受信アンテナの出力に結合された入力を有し且つ出
    力を有するマイクロウエーブ信号受信器ユニットと、 上記マイクロウエーブ信号受信器ユニットの出力に結合
    された入力を有し且つ出力を有する増幅手段と、 上記増幅手段の出力に結合された入力を有する復調手段
    であって、その出力に復調された信号を発生するように
    動作する復調手段と、 上記復調手段の出力と上記工作機械制御器との間に結合
    され、上記復調信号の受信の際に上記受信器出力信号を
    発生するように動作する導出手段とを含むことを特徴と
    する特許請求の範囲第１１項に記載の自動ゲージング装
    置。
13. 【請求項１３】上記マイクロウエーブ信号受信器ユニッ
    トが、 上記受信ホーンアンテナの出力に結合された入力導波管
    部を有するヘテロダイン受信器と、 第１マイクロウエーブ周波数でもって局部信号を発生す
    るための手段と、 上記ゲージング手段から発せられた上記マイクロウエー
    ブ信号の受信のために上記導波管部に結合された第１入
    力及び上記局部信号を発生するための上記手段に結合さ
    れた第２入力を有するミクサであって、上記受信マイク
    ロウエーブ信号の搬送波周波数と上記第１マイクロウエ
    ーブ周波数との差に等しい搬送波周波数を有するミクサ
    出力信号を上記ヘテロダイン受信器の出力に発生するた
    めに上記局部信号を上記受信信号に合成するようにヘテ
    ロダイン作用によって動作するミクサとを更に含むこと
    を特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載の自動ゲー
    ジング装置。
14. 【請求項１４】上記増幅手段が、 上記増幅手段の入力に結合更に入力を有し且つ上記ミク
    サ出力信号の搬送波周波数に実質的に等しい中心周波数
    に調整された前置増幅帯域通過フィルタ回路と、 上記前置増幅帯域通過フィルタ回路の出力に結合された
    入力及び上記増幅手段の出力に結合された出力を有する
    中間周波数（ＩＦ）増幅器回路であって、上記ミクサ出
    力信号の搬送波周波数に実質的に等しい周波数を有する
    増幅されたＩＦ信号のバーストを発生するように動作す
    る中間周波数増幅器回路とを更に含むことを特徴とする
    特許請求の範囲第１３項に記載の自動ゲージング装置。
15. 【請求項１５】上記復調手段が、 上記増幅されたＩＦ信号の受信のために上記復調手段の
    入力に結合されたピーク対ピーク検知器回路であって、
    上記増幅されたＩＦ信号の包絡線に対応し且つ上記変調
    手段によって発生された変調信号に関連するパルス反復
    率を有するパルス列を上記復調手段の出力に発生するよ
    うに動作するピーク対ピーク検知器回路とを更に含むこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載の自動ゲ
    ージング装置。
16. 【請求項１６】上記導出手段が、上記ピーク対ピーク検
    知器回路によって発生されたパルス列のパルス反復率を
    決定し、該決定された反復率を示す受信器出力信号を発
    生するように動作するフェーズロックドループ回路を含
    むことを特徴とする特許請求の範囲第１５項に記載の自
    動ゲージング装置。